(57)【要約】  入射光を高利用効率で出射でき、かつ、ＡＲグラス等において広いＦＯＶを得られる導光素子、および、この導光素子を用いる画像表示装置ならびにセンシング装置の提供を課題とする。導光板と、第１〜第３回折素子とを有し、第１回折素子は、入射光を２以上の方向に回折して導光板に入射させ、第２回折素子は光を第３回折素子に向けて回折する複数の回折素子を有し、第３回折素子は導光板から光を出射させ、第１回折素子および第３回折素子の少なくとも一方が、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を有することにより、課題を解決する。
2020122128.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導光板と、前記導光板に設けられる第１回折素子、第２回折素子および第３回折素子とを有し、
前記第１回折素子は、入射した光を異なる２以上の方向に回折して、前記導光板に入射させるものであり、前記第２回折素子は、前記第１回折素子によって回折され、前記導光板内を伝搬された光を、前記第３回折素子に向けて回折する、離間して設けられる複数の回折素子を有し、前記第３回折素子は、前記導光板から光を出射させるものであり、
前記第１回折素子および第３回折素子の少なくとも一方が、液晶化合物を含む組成物を用いて形成され、前記液晶化合物由来の光学軸の向きが面内の少なくとも一方向に沿って連続的に回転しながら変化している液晶配向パターンを有する、液晶回折素子である、導光素子。
【請求項２】
前記第１回折素子が、積層され、互いに異なる方向に光を回折する、第１Ａ回折素子と第１Ｂ回折素子とを有する、請求項１に記載の導光素子。
【請求項３】
前記第１回折素子が、前記導光板の面方向の異なる位置に配列され、互いに異なる方向に光を回折する、第１Ａ回折素子と第１Ｂ回折素子とを有する、請求項１に記載の導光素子。
【請求項４】
前記第１回折素子が液晶回折素子であり、前記第１Ａ回折素子および前記第１Ｂ回折素子は、前記液晶化合物の光学軸の向きが厚さ方向に螺旋状に捩じれ回転している領域を有し、
前記第１Ａ回折素子と第１Ｂ回折素子とで、前記厚さ方向への螺旋の捩れ回転の方向が逆であり、かつ、前記液晶配向パターンにおいて、少なくとも一方向に沿って連続的に回転する前記液晶化合物由来の光学軸の向きの回転方向が同方向である、請求項２または３に記載の導光素子。
【請求項５】
前記第１回折素子が液晶回折素子であり、前記第１Ａ回折素子および前記第１Ｂ回折素子は、前記液晶化合物の光学軸の向きが厚さ方向に螺旋状に捩じれ回転している領域を有し、
前記第１Ａ回折素子と第１Ｂ回折素子とで、前記厚さ方向への螺旋の捩れ回転の方向が同じであり、かつ、前記液晶配向パターンにおいて、少なくとも一方向に沿って連続的に回転する前記液晶化合物由来の光学軸の向きの回転方向が異なる、請求項２または３に記載の導光素子。
【請求項６】
前記第３回折素子が、積層される、第３Ａ回折素子と第３Ｂ回折素子とを有する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の導光素子。
【請求項７】
前記第３回折素子が液晶回折素子であり、かつ、第３Ａ回折素子および第３Ｂ回折素子を有し、
前記第３Ａ回折素子と前記第３Ｂ回折素子とは、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連続的に回転する一方向が、交差する、請求項１〜６のいずれか１項に記載の導光素子。
【請求項８】
前記第３回折素子が液晶回折素子であり、前記液晶化合物の光学軸の向きが螺旋状に捩じれ回転している領域を有する、請求項１〜７のいずれか１項に記載の導光素子。
【請求項９】
前記第１回折素子および前記第３回折素子が液晶回折素子であり、
第１回折素子と第３回折素子とは、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連続的に回転する一方向が、交差する、請求項１〜８のいずれか１項に記載の導光素子。
【請求項１０】
前記第１回折素子、第２回折素子および前記第３回折素子が液晶回折素子で、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連続的に回転する前記一方向が交差しており、
前記液晶配向パターンの、前記液晶化合物由来の光学軸の向きが連続的に回転しながら変化する一方向における、前記液晶化合物由来の光学軸の向きが１８０°回転する長さを１周期とした際に、前記第２回折素子の前記１周期は、前記第１回折素子および前記第３回折素子の１周期よりも短い、請求項１〜９のいずれか１項に記載の導光素子。
【請求項１１】
前記液晶回折素子が、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を有する、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の導光素子。
【請求項１２】
前記液晶回折素子は、前記液晶回折素子の主面の法線方向および法線に対して傾斜した方向から面内レタデーションを測定した際に、遅相軸面内および進相軸面内のいずれかにおいて、面内レタデーションが最小となる方向が前記法線方向から傾斜している請求項１〜１１のいずれか１項に記載の導光素子。
【請求項１３】
走査型電子顕微鏡によって観察される前記液晶層の断面において、液晶相に由来する明部および暗部が、前記液晶層の主面に対して傾斜しており、前記明部から前記明部、または、前記暗部から前記暗部の、前記明部または前記暗部が成す線の法線方向における間隔を１／２傾斜面ピッチとした際に、前記液晶層の傾斜面ピッチが厚さ方向の位置によって異なる領域を有する、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の導光素子。
【請求項１４】
厚さ方向の一方向に向かって、前記傾斜面ピッチが連続的に増大または減少する領域を有する、請求項１３に記載の導光素子。
【請求項１５】
走査型電子顕微鏡によって観察される前記液晶層の断面において、液晶相に由来する明部および暗部が、前記液晶層の主面に対して傾斜しており、前記明部または前記暗部が成す線が前記液晶層の主面に対する傾斜角をθhpとした際に、前記傾斜角θhpが厚さ方向の位置によって異なる領域を有する、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の導光素子。
【請求項１６】
厚さ方向の一方向に向かって、前記傾斜角θhpが連続的に増大または減少する領域を有する、請求項１５に記載の導光素子。
【請求項１７】
前記液晶回折素子における前記液晶配向パターンの、前記液晶化合物由来の光学軸の向きが連続的に回転しながら変化する前記一方向における、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１周期とした際に、前記１周期が１μｍ以下である、請求項１〜１６のいずれか１項に記載の導光素子。
【請求項１８】
前記第１回折素子、第２回折素子および前記第３回折素子が、液晶回折素子であり、かつ、それぞれが、青色画像に対応する青色回折層、緑色画像に対応する緑色回折層および赤色画像に対応する赤色回折層を有し、
前記液晶配向パターンの、前記液晶化合物由来の光学軸の向きが連続的に回転しながら変化する一方向における、前記液晶化合物由来の光学軸の向きが１８０°回転する長さを１周期とした際に、前記１周期が、赤色回折層が最も長く、青色回折層が最も短い、請求項１〜１７のいずれか１項に記載の導光素子。
【請求項１９】
前記青色回折層、前記緑色回折層および前記赤色回折層が、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を有し、
前記青色回折層、前記緑色回折層および前記赤色回折層は、前記コレステリック液晶層における前記１周期の順列と、前記コレステリック液晶層の選択反射中心波長の順列とが、一致している、請求項１８に記載の導光素子。
【請求項２０】
前記青色回折層、前記緑色回折層および前記赤色回折層が、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を有し、
前記青色回折層、前記緑色回折層および前記赤色回折層の前記液晶配向パターンの１周期を、それぞれ、ΛB、ΛG、および、ΛRとし、
前記青色回折層、前記緑色回折層および前記赤色回折層の前記傾斜面ピッチを、それぞれ、ＰｔB、ＰｔG、および、ＰｔRとした際に、
ΛB＜ΛG＜ΛR、および、ＰｔB＜ＰｔG＜ＰｔR
を満たす請求項１８または１９に記載の導光素子。
【請求項２１】
前記第１回折素子、前記第２回折素子および前記第３回折素子が、液晶回折素子であり、かつ、それぞれが、可視光の波長帯域を２つの波長帯域に分けたときに、２つの波長帯域の短波側の画像に対応する短波側回折層および長波側の画像に対応する長波側回折層を有し、
前記液晶配向パターンの、前記液晶化合物由来の光学軸の向きが連続的に回転しながら変化する一方向における、前記液晶化合物由来の光学軸の向きが１８０°回転する長さを１周期とした際に、前記１周期が、長波側回折層が短波側回折層よりも長い、請求項１〜１７のいずれか１項に記載の導光素子。
【請求項２２】
前記長波側回折層および前記短波側回折層が、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を有し、
前記長波側回折層および前記短波側回折層は、前記コレステリック液晶層における前記１周期の順列と、前記コレステリック液晶層の選択反射中心波長の順列とが、一致している、請求項２１に記載の導光素子。
【請求項２３】
前記長波側回折層および前記短波側回折層が、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を有し、
前記長波側回折層および前記短波側回折層の前記液晶配向パターンの１周期を、それぞれ、ΛS、および、ΛLとし、
前記長波側回折層および前記短波側回折層の前記傾斜面ピッチを、それぞれ、ＰｔS、および、ＰｔLとした際に、
ΛS＜ΛL、および、ＰｔS＜ＰｔL
を満たす請求項２１または請求項２２に記載の導光素子。
【請求項２４】
請求項１〜２３のいずれか１項に記載の導光素子と、前記導光素子の前記第１回折素子に画像を照射する表示素子とを有する画像表示装置。
【請求項２５】
前記表示素子が、前記第１回折素子に円偏光を照射する、請求項２４に記載の画像表示装置。
【請求項２６】
請求項１〜１７のいずれか１項に記載の導光素子と、前記導光素子の前記第１回折素子に赤外光を照射する光源と、を有するセンシング装置。
【請求項２７】
前記センシング装置の前記光源が、前記第１回折素子に円偏光を照射する、請求項２６に記載のセンシング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光を伝搬する導光素子、および、この導光素子を用いる画像表示装置ならびにセンシング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。【０００３】
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、導光板内で光を全反射して伝播させる。導光板を伝播した光は、導光板の他方の端部において同じく回折素子によって回折されて、導光板から、使用者による観察位置に出射される。【０００４】
ＡＲグラスには、画像を表示する領域である視野角（ＦＯＶ（Field of View））が広いことが要求される。
これに対応して、各種の提案がされている。例えば、特許文献１には、ＡＲグラスのＦＯＶを拡張できる光導波路として、導光板（光導波路のバルク基板）に、入力カプラ、導光板の面方向に離間して設けられる第１中間構成要素および第２中間構成要素、ならびに、出力カプラを設けた光導波路が開示されている。【０００５】
この光導波路では、ディスプレイが表示した画像は入力カプラに照射される。入力カプラは、画像（画像に対応する光）の一部を第１中間構成要素に向けて回折し、画像の一部を第２中間構成要素に向けて画像を回折する。第１中間構成要素および第２中間構成要素は、導波路を伝搬された画像を、共に、出力カプラに向けて回折する。出力カプラは、導波路を伝搬された画像を結合して回折することで、導光板から画像を出射する。
特許文献１に記載される光導波路は、このように、画像を離間して配置される第１中間構成要素および第２中間構成要素に向かって回折することで、ＦＯＶを拡張している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開第２０１７／１８０４０３号
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Bernard C. Kress et al., Towards the Ultimate Mixed Reality Experience: HoloLens Display Architecture Choices, SID 2017 DIGEST, pp.127-131
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に記載される光導波路において、入力カプラ、第１中間構成要素および第２中間構成要素、ならびに、出力カプラは、いずれも、回折格子（回折素子）である。
特許文献１に記載される光導波路では、回折格子として、表面レリーフ格子を用いている。表面レリーフ格子とは、表面に周期構造（周期的な変化）を有するものであり、例えば、表面に周期的な溝（格子線）等を設けた回折格子である。【０００９】
特許文献１に記載される光導波路をＡＲグラスに利用することで、ＦＯＶを拡張することができる。
しかしながら、特許文献１に記載される光導波路では、回折格子として表面レリーフ格子を用いているため、光の利用効率が低く、例えば、ＡＲグラス等に利用した場合に、表示装置が表示した画像に比して、使用者に観察される画像が暗くなってしまう。【００１０】
本発明の目的は、このような従来技術の問題点を解決することにあり、入射した光を高い光の利用効率で出射でき、しかも、ＡＲグラス等に利用することでＦＯＶを広げる事ができる導光素子、および、この導光素子を用いる画像表示装置ならびにセンシング装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
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］  導光板と、導光板に設けられる第１回折素子、第２回折素子および第３回折素子とを有し、
第１回折素子は、入射した光を異なる２以上の方向に回折して、導光板に入射させるものであり、第２回折素子は、第１回折素子によって回折され、導光板内を伝搬された光を、第３回折素子に向けて回折する、離間して設けられる複数の回折素子を有し、第３回折素子は、導光板から光を出射させるものであり、
第１回折素子および第３回折素子の少なくとも一方が、液晶化合物を含む組成物を用いて形成され、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、液晶回折素子である、導光素子。
［２］  第１回折素子が、積層され、互いに異なる方向に光を回折する、第１Ａ回折素子と第１Ｂ回折素子とを有する、［１］に記載の導光素子。
［３］  第１回折素子が、導光板の面方向の異なる位置に配列され、互いに異なる方向に光を回折する、第１Ａ回折素子と第１Ｂ回折素子とを有する、［１］に記載の導光素子。
［４］  第１回折素子が液晶回折素子であり、第１Ａ回折素子および第１Ｂ回折素子は、液晶化合物の光学軸の向きが厚さ方向に螺旋状に捩じれ回転している領域を有し、
第１Ａ回折素子と第１Ｂ回折素子とで、厚さ方向への螺旋の捩れ回転の方向が逆であり、かつ、液晶配向パターンにおいて、少なくとも一方向に沿って連続的に回転する液晶化合物由来の光学軸の向きの回転方向が同方向である、［２］または［３］に記載の導光素子。
［５］  第１回折素子が液晶回折素子であり、第１Ａ回折素子および第１Ｂ回折素子は、液晶化合物の光学軸の向きが厚さ方向に螺旋状に捩じれ回転している領域を有し、
第１Ａ回折素子と第１Ｂ回折素子とで、厚さ方向への螺旋の捩れ回転の方向が同じであり、かつ、液晶配向パターンにおいて、少なくとも一方向に沿って連続的に回転する液晶化合物由来の光学軸の向きの回転方向が異なる、［２］または［３］に記載の導光素子。
［６］  第３回折素子が、積層される、第３Ａ回折素子と第３Ｂ回折素子とを有する、［１］〜［５］のいずれかに記載の導光素子。
［７］  第３回折素子が液晶回折素子であり、かつ、第３Ａ回折素子および第３Ｂ回折素子を有し、
第３Ａ回折素子と第３Ｂ回折素子とは、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連続的に回転する一方向が、交差する、［１］〜［６］のいずれかに記載の導光素子。
［８］  第３回折素子が液晶回折素子であり、液晶化合物の光学軸の向きが螺旋状に捩じれ回転している領域を有する、［１］〜［７］のいずれかに記載の導光素子。
［９］  第１回折素子および第３回折素子が液晶回折素子であり、
第１回折素子と第３回折素子とは、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連続的に回転する一方向が、交差する、［１］〜［８］のいずれかに記載の導光素子。
［１０］  第１回折素子、第２回折素子および第３回折素子が液晶回折素子で、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連続的に回転する一方向が交差しており、
液晶配向パターンの、液晶化合物由来の光学軸の向きが連続的に回転しながら変化する一方向における、液晶化合物由来の光学軸の向きが１８０°回転する長さを１周期とした際に、第２回折素子の１周期は、第１回折素子および第３回折素子の１周期よりも短い、［１］〜［９］のいずれかに記載の導光素子。
［１１］  液晶回折素子が、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を有する、［１］〜［１０］のいずれかに記載の導光素子。
［１２］  液晶回折素子は、液晶回折素子の主面の法線方向および法線に対して傾斜した方向から面内レタデーションを測定した際に、遅相軸面内および進相軸面内のいずれかにおいて、面内レタデーションが最小となる方向が前記法線方向から傾斜している［１］〜［１１］のいずれかに記載の導光素子。
［１３］  走査型電子顕微鏡によって観察される液晶層の断面において、液晶相に由来する明部および暗部が、液晶層の主面に対して傾斜しており、明部から明部、または、暗部から暗部の、明部または暗部が成す線の法線方向における間隔を１／２傾斜面ピッチとした際に、液晶層の傾斜面ピッチが厚さ方向の位置によって異なる領域を有する、［１］〜［１２］のいずれかに記載の導光素子。
［１４］  厚さ方向の一方向に向かって、傾斜面ピッチが連続的に増大または減少する領域を有する、［１３］に記載の導光素子。
［１５］  走査型電子顕微鏡によって観察される液晶層の断面において、液晶相に由来する明部および暗部が、液晶層の主面に対して傾斜しており、明部または暗部が成す線が液晶層の主面に対する傾斜角をθhpとした際に、傾斜角θhpが厚さ方向の位置によって異なる領域を有する、［１］〜［１４］のいずれかに記載の導光素子。
［１６］  厚さ方向の一方向に向かって、傾斜角θhpが連続的に増大または減少する領域を有する、［１５］に記載の導光素子。
［１７］  液晶回折素子における液晶配向パターンの、液晶化合物由来の光学軸の向きが連続的に回転しながら変化する一方向における、液晶化合物由来の光学軸の向きが１８０°回転する長さを１周期とした際に、１周期が１μｍ以下である、［１］〜［１６］のいずれかに記載の導光素子。
［１８］  第１回折素子、第２回折素子および第３回折素子が、液晶回折素子であり、かつ、それぞれが、青色画像に対応する青色回折層、緑色画像に対応する緑色回折層および赤色画像に対応する赤色回折層を有し、
液晶配向パターンの、液晶化合物由来の光学軸の向きが連続的に回転しながら変化する一方向における、液晶化合物由来の光学軸の向きが１８０°回転する長さを１周期とした際に、１周期が、赤色回折層が最も長く、青色回折層が最も短い、［１］〜［１７］のいずれかに記載の導光素子。
［１９］  青色回折層、緑色回折層および赤色回折層が、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を有し、
青色回折層、緑色回折層および赤色回折層は、コレステリック液晶層における１周期の順列と、コレステリック液晶層の選択反射中心波長の順列とが、一致している、［１８］に記載の導光素子。
［２０］  青色回折層、緑色回折層および赤色回折層が、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を有し、
青色回折層、緑色回折層および赤色回折層の液晶配向パターンの１周期を、それぞれ、ΛB、ΛG、および、ΛRとし、
青色回折層、緑色回折層および赤色回折層の傾斜面ピッチを、それぞれ、ＰｔB、ＰｔG、および、ＰｔRとした際に、
ΛB＜ΛG＜ΛR、および、ＰｔB＜ＰｔG＜ＰｔR
を満たす［１８］または［１９］に記載の導光素子。
［２１］  第１回折素子、第２回折素子および第３回折素子が、液晶回折素子であり、かつ、それぞれが、可視光の波長帯域を２つの波長帯域に分けたときに、２つの波長帯域の短波側の画像に対応する短波側回折層および長波側の画像に対応する長波側回折層を有し、
液晶配向パターンの、液晶化合物由来の光学軸の向きが連続的に回転しながら変化する一方向における、液晶化合物由来の光学軸の向きが１８０°回転する長さを１周期とした際に、１周期が、長波側回折層が短波側回折層よりも長い、［１］〜［１７］のいずれかに記載の導光素子。
［２２］  長波側回折層および短波側回折層が、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を有し、
長波側回折層および短波側回折層は、コレステリック液晶層における１周期の順列と、コレステリック液晶層の選択反射中心波長の順列とが、一致している、［２１］に記載の導光素子。
［２３］  長波側回折層および短波側回折層が、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を有し、
長波側回折層および短波側回折層の液晶配向パターンの１周期を、それぞれ、ΛS、および、ΛLとし、
長波側回折層および短波側回折層の傾斜面ピッチを、それぞれ、ＰｔS、および、ＰｔLとした際に、
ΛS＜ΛL、および、ＰｔS＜ＰｔL
を満たす［２１］または［２２］に記載の導光素子。
［２４］  ［１］〜［２３］のいずれかに記載の導光素子と、導光素子の第１回折素子に画像を照射する表示素子とを有する画像表示装置。
［２５］  表示素子が、第１回折素子に円偏光を照射する、［２４］に記載の画像表示装置。
［２６］  ［１］〜［１７］のいずれかに記載の導光素子と、導光素子の第１回折素子に赤外光を照射する光源と、を有するセンシング装置。
［２７］  センシング装置の光源が、第１回折素子に円偏光を照射する、［２６］に記載のセンシング装置。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の導光素子は、入射した光を高い光の利用効率で出射できる。また、この導光素子を用いる本発明の画像表示装置は、例えば、ＡＲグラス等に利用することにより、広い視野角での画像の表示が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本発明の導光素子を用いる本発明の画像表示装置の一例を概念的に示す平面図である。
【図２】図２は、図１に示す画像表示装置を概念的に示す正面図である。
【図３】図３は、図１に示す画像表示装置を概念的に示す側面図である。
【図４】図４は、第１回折素子の一例を概念的に示す図である。
【図５】図５は、第１回折素子を説明するための概念図である。
【図６】図６は、第１Ａ回折素子の平面図である。
【図７】図７は、第１Ａ回折素子の作用を説明するための概念図である。
【図８】図８は、第１回折素子の作用を説明するための概念図である。
【図９】図９は、第１回折素子の別の例の作用を説明するための概念図である。
【図１０】図１０は、第１回折素子の別の例を概念的に示す図である。
【図１１】図１１は、第１Ａ回折素子の別の例を概念的に示す図である。
【図１２】図１２は、図１１に示す第１Ａ回折素子の平面図である。
【図１３】図１３は、図１１に示す第１Ａ回折素子の作用を説明するための概念図である。
【図１４】図１４は、図１１に示す第１Ａ回折素子の作用を説明するための概念図である。
【図１５】図１５は、図３に示す回折素子の配向膜を露光する露光装置の別の例の概念図である。
【図１６】図１６は、実施例における回折効率の測定方法を説明するための概念図である。
【図１７】図１７は、図６に示す第１Ａ回折素子における液晶層の断面ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）画像を概念的に示す図である。
【図１８】図１８は、第１Ａ回折素子として用いられる液晶層の他の例を概念的に示す図である。
【図１９】図１９は、第１Ａ回折素子として用いられる液晶層の他の例を概念的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の導光素子、画像表示装置およびセンシング装置について、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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
図１〜３に、本発明の導光素子を用いる本発明の画像表示装置の一例を概念的に示す。なお、図１は平面図であり、画像表示装置１０を使用者Ｕによる観察側とは逆側の面から見た図である。図２は正面図であり、画像表示装置１０を図１の紙面の下方向から見た図である。図３は側面図であり、画像表示装置１０を図１の紙面右手側から見た図である。
【００１８】
図１に示す画像表示装置１０は、好適な一例として、ＡＲグラスとして利用されるものである。なお、本発明の回折素子および導光素子は、ＡＲグラス以外にも、透明スクリーン、ＨＵＤ（Head-Up Display）、照明装置、および、センサー等の光学素子にも利用可能である。なお、照明装置には、液晶ディスプレイのバックライトなどを含む。また、本発明の画像表示装置は、これらの光学素子を用いる画像表示装置にも利用可能である。
【００１９】
図１に示す画像表示装置１０は、表示素子１２と、導光板１６と、導光板１６に設けられる、第１回折素子１８、導光板１６の面方向に離間して配置される第２Ａ回折素子２０ａおよび第２Ｂ回折素子２０ｂ、ならびに、第３回折素子２４とを有する。
後述するが、画像表示装置１０は、表示素子１２が表示した画像（画像に対応する光）を、第１回折素子１８によって異なる２方向に回折して、導光板１６に入射する。第１回折素子１８による回折光は、導光板１６内を全反射して伝搬し、一方の回折光は第２Ａ回折素子２０ａに入射し、他方の回折光は第２Ｂ回折素子２０ｂに入射する。第２Ａ回折素子２０ａおよび第２Ｂ回折素子２０ｂに入射した光は、共に、第３回折素子２４に向けて回折され、導光板１６内を全反射して伝搬し、共に、第３回折素子２４に入射して、第３回折素子２４によって回折されて、導光板１６から出射して、使用者Ｕによる観察に供される。
【００２０】
［表示素子］
表示素子１２は、使用者Ｕが観察する画像（映像）を表示して、画像を第１回折素子１８に照射するものである。
本発明の画像表示装置１０において、表示素子１２には制限はなく、ＡＲグラス等に用いられる公知の表示素子（表示装置、プロジェクター）が、各種、利用可能である。表示素子１２としては、一例として、ディスプレイと投映レンズとを有する表示素子が例示される。
【００２１】
本発明の画像表示装置１０において、ディスプレイには、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、ＤＬＰ（Digital Light Processing）、および、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。
なお、ディスプレイは、モノクロ画像（単色画像）を表示するものでも、二色画像を表示するものでも、カラー画像を表示するものでもよい。図示例の画像表示装置１０は、一例として、赤色のモノクロ画像を表示するものであり、ディスプレイは、赤色のモノクロ画像を表示する。
【００２２】
本発明の画像表示装置１０に用いられる表示素子１２おいて、投映レンズも、ＡＲグラス等に用いられる公知の投映レンズ（集光レンズ）である。
【００２３】
ここで、本発明の画像表示装置１０においては、表示素子１２による表示画像すなわち表示素子１２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。
表示素子１２が円偏光を照射する際に、ディスプレイが無偏光の画像を照射する場合には、表示素子１２は、例えば直線偏光子とλ／４板とからなる円偏光板を有するのが好ましい。また、ディスプレイが直線偏光の画像を照射する場合には、表示素子１２は、例えばλ／４板を有するのが好ましい。
なお、表示素子１２が照射する光は、例えば直線偏光等、他の偏光であってもよい。
【００２４】
［導光板］
画像表示装置１０において、導光板１６は、内部に入射した光を反射して導光（伝搬）する、公知の導光板である。この導光板１６と、第１回折素子１８、第２Ａ回折素子２０ａおよび第２Ｂ回折素子２０ｂ、ならびに、第３回折素子２４とで、本発明の導光素子が構成される。
導光板１６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イ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。
【００２５】
［回折素子］
画像表示装置１０は、導光板１６の主面に、第１回折素子１８、第２Ａ回折素子２０ａおよび第２Ｂ回折素子２０ｂ、ならびに、第３回折素子２４を有する。主面とは、シート状物（板状物、フィルム、層等）の最大面である。なお、図示例においては、第１回折素子１８、第２Ａ回折素子２０ａおよび第２Ｂ回折素子２０ｂ、ならびに、第３回折素子２４は、導光板１６の同一の主面に設けられているが、各回折素子は、導光板１６の主面であれば、異なる主面に設けられてもよい。
第１回折素子１８は、第１Ａ回折素子１８ａと第１Ｂ回折素子１８ｂとが積層されている。第２Ａ回折素子２０ａおよび第２Ｂ回折素子２０ｂは、本発明における第２回折素子を構成する。また、第３回折素子２４は、第３Ａ回折素子２４ａと第３Ｂ回折素子２４ｂとが積層されている。
【００２６】
図示は省略するが、第１回折素子１８、第２Ａ回折素子２０ａおよび第２Ｂ回折素子２０ｂ、ならびに、第３回折素子２４は、貼合層によって導光板に貼り合わされている。
本発明において、貼合層は、貼り合わせの対象となる物同士を貼り合わせられる層であれば、公知の各種の材料からなる層が利用可能である。貼合層としては、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、第１回折素子１８、第２Ａ回折素子２０ａおよび第２Ｂ回折素子２０ｂ、ならびに、第３回折素子２４と導光板１６とを積層して、枠体または治具等で保持して、本発明の導光素子を構成してもよい。
さらに、導光板１６上に直接、第１回折素子１８、第２Ａ回折素子２０ａおよび第２Ｂ回折素子２０ｂ、ならびに、第３回折素子２４を形成してもよい。
【００２７】
第１回折素子１８の第１Ａ回折素子１８ａおよび第１Ｂ回折素子１８ｂ、ならびに、第３回折素子２４の第３Ａ回折素子２４ａと第３Ｂ回折素子２４ｂ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る。
また、第２Ａ回折素子２０ａおよび第２Ｂ回折素子２０ｂも、同様のコレステリック液晶層を有する。
【００２８】
図４に、第１回折素子１８を概念的に示す。図４に示すように、第１回折素子１８は、支持体３０と、配向膜３２と、コレステリック液晶層である第１Ａ回折素子１８ａおよび第１Ｂ回折素子１８ｂと、を有する。
図示例の画像表示装置１０（導光素子）においては、第３回折素子２４も、基本的に、図３に示す第１回折素子１８と同様の層構成を有する。また、第２Ａ回折素子２０ａおよび第２Ｂ回折素子２０ｂは、コレステリック液晶層を１層のみ有する以外は、基本的に、図３に示す第１回折素子１８と同様の層構成を有する。
従って、以下の説明は、第１回折素子１８を代表例として説明するが、第２Ａ回折素子２０ａおよび第２Ｂ回折素子２０ｂ、ならびに、第３回折素子２４も、構成および作用効果等は、基本的に、第１回折素子１８と同様である。
なお、図１〜３においては、図面を簡略化するために、第１回折素子１８、第２Ａ回折素子２０ａおよび第２Ｂ回折素子２０ｂ、ならびに、第３回折素子２４は、支持体３０および配向膜３２は省略している。
【００２９】
なお、図示例の第１回折素子１８は、支持体３０と、配向膜３２と、第１Ａ回折素子１８ａおよび第１Ｂ回折素子１８ｂとを有するが、本発明は、これに制限はされない。
本発明の画像表示装置（導光素子）において、第１回折素子は、例えば、第１回折素子１８を導光板１６に貼り合わせた後に、支持体３０を剥離した、配向膜３２、第１Ａ回折素子１８ａおよび第１Ｂ回折素子１８ｂのみを有するものでもよい。または、第１回折素子１８は、例えば、第１回折素子１８を導光板１６に貼り合わせた後に、支持体３０および配向膜３２を剥離した、第１Ａ回折素子１８ａおよび第１Ｂ回折素子１８ｂのみを有するものでもよい。
【００３０】
＜支持体＞
第１回折素子１８において、支持体３０は、配向膜３２、第１Ａ回折素子１８ａおよび第１Ｂ回折素子１８ｂを支持するものである。
以下の説明では、第１Ａ回折素子１８ａと第１Ｂ回折素子１８ｂとを区別する必要がない場合には、第１Ａ回折素子１８ａと第１Ｂ回折素子１８ｂとをまとめて『コレステリック液晶層』とも言う。
【００３１】
支持体３０は、配向膜３２およびコレステリック液晶層を支持できるものであれば、各種のシート状物（フィルム、板状物）が利用可能である。
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。
【００３２】
支持体３０の厚さには、制限はなく、第１回折素子１８の用途および支持体３０の形成材料等に応じて、配向膜３２、コレステリック液晶層を保持できる厚さを、適宜、設定すればよい。
支持体３０の厚さは、１〜１０００μｍが好ましく、３〜２５０μｍがより好ましく、５〜１５０μｍがさらに好ましい。
【００３３】
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。
【００３４】
＜配向膜＞
第１回折素子１８において、支持体３０の表面には配向膜３２が形成される。
配向膜３２は、第１回折素子１８の第１Ａ回折素子１８ａ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、本発明の第１回折素子１８において、コレステリック液晶層である第１Ａ回折素子１８ａは、液晶化合物４０に由来する光学軸４０Ａ（図６参照）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３２は、第１Ａ回折素子１８ａ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。
【００３５】
配向膜３２は、公知の各種のものが利用可能である。
例えば、ポリマーなどの有機化合物からなるラビング処理膜、無機化合物の斜方蒸着膜、マイクログルーブを有する膜、ならびに、ω−トリコサン酸、ジオクタデシルメチルアンモニウムクロライドおよびステアリル酸メチルなどの有機化合物のラングミュア・ブロジェット法によるＬＢ（Langmuir-Blodgett：ラングミュア・ブロジェット）膜を累積させた膜、等が例示される。
【００３６】
ラビング処理による配向膜３２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３２に使用する材料としては、ポリイミド、ポリビニルアルコール、特開平９−１５２５０９号公報に記載された重合性基を有するポリマー、ならびに、特開２００５−９７３７７号公報、特開２００５−９９２２８号公報および特開２００５−１２８５０３号公報に記載される配向膜などの形成に用いられる材料等が好ましい。
【００３７】
第１回折素子１８においては、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配向膜３２とした、いわゆる光配向膜が好適に利用される。すなわち、本発明の第１回折素子１８においては、配向膜３２として、支持体３０上に、光配向材料を塗布して形成した光配向膜が、好適に利用される。
偏光の照射は、光配向膜に対して、垂直方向または斜め方向から行うことができ、非偏光の照射は、光配向膜に対して、斜め方向から行うことができる。
【００３８】
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。
【００３９】
配向膜３２の厚さには、制限はなく、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。
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。
【００４０】
配向膜３２の形成方法には、制限はなく、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、配向膜３２を支持体３０の表面に塗布して乾燥させた後、配向膜３２をレーザ光によって露光して、配向パターンを形成する方法が例示される。
【００４１】
図１５に、配向膜３２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１５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ＰRに、λ／４板７２Ｂは直線偏光Ｐ0（光線ＭＢ）を左円偏光ＰLに、それぞれ変換する。
【００４２】
配向パターンを形成される前の配向膜３２を有する支持体３０が露光部に配置され、２つの光線ＭＡと光線ＭＢとを配向膜３２上において交差させて干渉させ、その干渉光を配向膜３２に照射して露光する。
この際の干渉により、配向膜３２に照射される光の偏光状態が干渉縞状に周期的に変化するものとなる。これにより、配向膜３２において、配向状態が周期的に変化する配向パターンが得られる。
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。
【００４３】
なお、本発明の光学素子において、配向膜３２は、好ましい態様として設けられるものであり、必須の構成要件ではない。
例えば、支持体３０をラビング処理する方法、支持体３０をレーザ光などで加工する方法等によって、支持体３０に配向パターンを形成することにより、コレステリック液晶層が、液晶化合物４０に由来する光学軸４０Ａの向きが面内の少なくとも一方向に沿って連続的に回転しながら変化している液晶配向パターンを有する構成とすることも、可能である。すなわち、本発明においては、支持体３０を配向膜として作用させてもよい。
【００４４】
＜コレステリック液晶層＞
第１回折素子１８において、配向膜３２の表面には、第１Ａ回折素子１８ａが形成される。さらに、第１回折素子１８において、第１Ａ回折素子１８ａの表面には、第１Ｂ回折素子１８ｂが形成される。
上述したように、第１Ａ回折素子１８ａおよび第１Ｂ回折素子１８ｂは、共に、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。
【００４５】
なお、図４においては、図面を簡略化して第１回折素子１８の構成を明確に示すために、第１Ａ回折素子１８ａおよび第１Ｂ回折素子１８ｂは、配向膜３２の表面および第１Ａ回折素子１８ａの表面の液晶化合物４０（液晶化合物分子）のみを概念的に示している。しかしながら、第１Ａ回折素子１８ａおよび第１Ｂ回折素子１８ｂは、図５に第１Ａ回折素子１８ａを例示して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。
【００４６】
周知のように、コレステリック液晶相を固定してなるコレステリック液晶層は、波長選択反射性を有する。
後に詳述するが、コレステリック液晶層の選択的な反射波長域は、上述した螺旋１ピッチの厚さ方向の長さに依存する。液晶化合物４０がコレステリック液晶層の主面（Ｘ−Ｙ面）に対して、その光学軸４０Ａが平行に配向している場合は、螺旋１ピッチの厚さ方向の長さは、図５に示すピッチＰである。第１回折素子１８においては、第１Ａ回折素子１８ａおよび第１Ｂ回折素子１８ｂはのピッチＰは同じである。従って、図示例の第１回折素子１８において、第１Ａ回折素子１８ａと第１Ｂ回折素子１８ｂとは、同じ選択反射中心波長を有する。
【００４７】
前述のように、第１Ａ回折素子１８ａおよび第１Ｂ回折素子１８ｂ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る。
すなわち、第１Ａ回折素子１８ａおよび第１Ｂ回折素子１８ｂは、共に、コレステリック構造を有する液晶化合物４０（液晶材料）からなる層である。
【００４８】
＜＜コレステリック液晶相＞＞
コレステリック液晶相は、特定の波長において選択反射性を示すことが知られている。
一般的なコレステリック液晶相において、選択反射の中心波長（選択反射中心波長）λは、コレステリック液晶相における螺旋のピッチＰ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、ピッチＰが長いほど、長波長になる。
なお、螺旋のピッチＰとは、上述したように、コレステリック液晶相の螺旋構造１ピッチ分（螺旋の周期）であり、言い換えれば、螺旋の巻き数１回分であり、すなわち、コレステリック液晶相を構成する液晶化合物のダイレクターが３６０°回転する螺旋軸方向の長さである。液晶化合物のダイレクターは、例えば棒状液晶であれば長軸方向に一致する。
【００４９】
コレステリック液晶相の螺旋ピッチは、コレステリック液晶層を形成する際に、液晶化合物と共に用いるキラル剤の種類、および、キラル剤の添加濃度に依存する。従って、これらを調節することによって、所望の螺旋ピッチを得ることができる。
なお、ピッチの調節については富士フイルム研究報告Ｎｏ．５０（２００５年）ｐ．６０−６３に詳細な記載がある。螺旋のセンスおよびピッチの測定法については「液晶化学実験入門」日本液晶学会編  シグマ出版２００７年出版、４６頁、および、「液晶便覧」液晶便覧編集委員会  丸善  １９６頁に記載される方法を用いることができる。
【００５０】
コレステリック液晶相は、特定の波長において左右いずれかの円偏光に対して選択反射性を示す。反射光が右円偏光であるか左円偏光であるかは、コレステリック液晶相の螺旋の捩れ方向（センス）による。コレステリック液晶相による円偏光の選択反射は、コレステリック液晶層の螺旋の捩れ方向が右の場合は右円偏光を反射し、螺旋の捩れ方向が左の場合は左円偏光を反射する。
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。
図示例の画像表示装置１０において、第１回折素子１８の第１Ａ回折素子１８ａと第１Ｂ回折素子１８ｂとは、コレステリック液晶相の螺旋の捩れ方向が異なる。従って、第１Ａ回折素子１８ａと第１Ｂ回折素子１８ｂとは、反射する円偏光の旋回方向が異なる。一例として、第１Ａ回折素子１８ａは赤色光の右円偏光を反射し、第１Ｂ回折素子１８ｂは赤色光の左円偏光を反射する。
【００５１】
この点に関しては、第３回折素子２４の第３Ａ回折素子２４ａおよび第３Ｂ回折素子２４ｂも同様で、第３Ａ回折素子２４ａは赤色光の右円偏光を反射し、第３Ｂ回折素子２４ｂは赤色光の左円偏光を反射する。
また、第２Ａ回折素子２０ａのコレステリック液晶層は右円偏光を反射し、第２Ｂ回折素子２０ｂのコレステリック液晶層は左円偏光を反射する。
【００５２】
また、選択反射を示す選択反射波長域（円偏光反射波長域）の半値幅Δλ（ｎｍ）は、コレステリック液晶相のΔｎと螺旋のピッチＰとに依存し、Δλ＝Δｎ×Ｐの関係に従う。そのため、選択反射波長域（選択的な反射波長域）の幅の制御は、Δｎを調節して行うことができる。Δｎは、コレステリック液晶層を形成する液晶化合物の種類およびその混合比率、ならびに、配向固定時の温度により調節できる。
反射波長域の半値幅は、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。
【００５３】
＜＜コレステリック液晶層の形成方法＞＞
コレステリック液晶層（第１Ａ回折素子１８ａおよび第１Ｂ回折素子１８ｂ）は、コレステリック液晶相を層状に固定して形成できる。
コレステリック液晶相を固定した構造は、コレステリック液晶相となっている液晶化合物の配向が保持されている構造であればよい。コレステリック液晶相を固定した構造は、典型的には、重合性液晶化合物をコレステリック液晶相の配向状態としたうえで、紫外線照射、加熱等によって重合、硬化し、流動性が無い層を形成して、同時に、外場または外力によって配向形態に変化を生じさせることない状態に変化した構造が好ましい。
なお、コレステリック液晶相を固定した構造においては、コレステリック液晶相の光学的性質が保持されていれば十分であり、コレステリック液晶層において、液晶化合物４０は液晶性を示さなくてもよい。例えば、重合性液晶化合物は、硬化反応により高分子量化して、液晶性を失っていてもよい。
【００５４】
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、コレステリック液晶層の形成に用いる液晶組成物は、さらに界面活性剤およびキラル剤を含んでいてもよい。
【００５５】
−−重合性液晶化合物−−
重合性液晶化合物は、棒状液晶化合物であっても、円盤状液晶化合物であってもよい。
コレステリック液晶相を形成する棒状の重合性液晶化合物の例としては、棒状ネマチック液晶化合物が挙げられる。棒状ネマチック液晶化合物としては、アゾメチン類、アゾキシ類、シアノビフェニル類、シアノフェニルエステル類、安息香酸エステル類、シクロヘキサンカルボン酸フェニルエステル類、シアノフェニルシクロヘキサン類、シアノ置換フェニルピリミジン類、アルコキシ置換フェニルピリミジン類、フェニルジオキサン類、トラン類、および、アルケニルシクロヘキシルベンゾニトリル類等が好ましく用いられる。低分子液晶化合物だけではなく、高分子液晶化合物も用いることができる。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
−−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。
【００５９】
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。
【００６０】
−−界面活性剤−−
コレステリック液晶層を形成する際に用いる液晶組成物は、界面活性剤を含有してもよい。
界面活性剤は、安定的に、または迅速に、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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
−−キラル剤（光学活性化合物）−−
キラル剤（キラル剤）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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
−−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。
【００６７】
−−架橋剤−−
液晶組成物は、硬化後の膜強度向上、耐久性向上のため、任意に架橋剤を含有していてもよい。架橋剤としては、紫外線、熱、および、湿気等で硬化するものが好適に使用できる。
架橋剤としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えばトリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレートおよびペンタエリスリトールトリ（メタ）アクリレート等の多官能アクリレート化合物；グリシジル（メタ）アクリレートおよびエチレングリコールジグリシジルエーテル等のエポキシ化合物；２，２−ビスヒドロキシメチルブタノール−トリス［３−（１−アジリジニル）プロピオネート］および４，４−ビス（エチレンイミノカルボニルアミノ）ジフェニルメタン等のアジリジン化合物；ヘキサメチレンジイソシアネートおよびビウレット型イソシアネート等のイソシアネート化合物；オキサゾリン基を側鎖に有するポリオキサゾリン化合物；ならびに、ビニルトリメトキシシラン、Ｎ−（２−アミノエチル）３−アミノプロピルトリメトキシシラン等のアルコキシシラン化合物などが挙げられる。また、架橋剤の反応性に応じて公知の触媒を用いることができ、膜強度および耐久性向上に加えて生産性を向上させることができる。これらは、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。
架橋剤の含有量は、液晶組成物の固形分質量に対して、３〜２０質量％が好ましく、５〜１５質量％がより好ましい。架橋剤の含有量が上記範囲内であれば、架橋密度向上の効果が得られやすく、コレステリック液晶相の安定性がより向上する。
【００６８】
−−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。
【００６９】
液晶組成物は、コレステリック液晶層（第１Ａ回折素子１８ａおよび第１Ｂ回折素子１８ｂ）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。
【００７０】
コレステリック液晶層を形成する際には、コレステリック液晶層の形成面に液晶組成物を塗布して、液晶化合物をコレステリック液晶相の状態に配向した後、液晶化合物を硬化して、コレステリック液晶層とするのが好ましい。
すなわち、配向膜３２上にコレステリック液晶層を形成する場合には、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コレステリック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。
【００７１】
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、コレステリック液晶層を形成する。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。
【００７２】
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。
【００７３】
コレステリック液晶層の厚さには、制限はなく、第１回折素子１８の用途、コレステリック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。
【００７４】
＜＜コレステリック液晶層の液晶配向パターン＞＞
前述のように、第１回折素子１８において、コレステリック液晶層（第１Ａ回折素子１８ａおよび第１Ｂ回折素子１８ｂ）は、コレステリック液晶相を形成する液晶化合物４０に由来する光学軸４０Ａの向きが、コレステリック液晶層の面内において、一方向に連続的に回転しながら変化する液晶配向パターンを有する。
なお、液晶化合物４０に由来する光学軸４０Ａとは、液晶化合物４０において屈折率が最も高くなる軸、いわゆる遅相軸である。例えば、液晶化合物４０が棒状液晶化合物である場合には、光学軸４０Ａは、棒形状の長軸方向に沿っている。以下の説明では、液晶化合物４０に由来する光学軸４０Ａを、『液晶化合物４０の光学軸４０Ａ』または『光学軸４０Ａ』ともいう。
【００７５】
図６に、第１Ａ回折素子１８ａの平面図を概念的に示す。
なお、平面図とは、図１と同方向に見た図であり、図２〜図４において、第１回折素子１８を上方から見た図であり、すなわち、第１回折素子１８を厚さ方向から見た図である。第１回折素子１８を厚さ方向とは、第１回折素子１８の各層（膜）の積層方向である。
また、図６では、本発明の第１回折素子１８の構成を明確に示すために、図４と同様、液晶化合物４０は配向膜３２の表面の液晶化合物４０のみを示している。
【００７６】
なお、図６では、第１Ａ回折素子１８ａを代表例として説明するが、コレステリック液晶層である第１Ｂ回折素子１８ｂ、第２Ａ回折素子２０ａおよび第２Ｂ回折素子２０ｂのコレステリック液晶層、ならびに、コレステリック液晶層である第３Ａ回折素子２４ａおよび第３Ｂ回折素子２４ｂも、基本的に、第１Ａ回折素子１８ａと同様の構成を有し、同様の作用効果を発現する。
【００７７】
図６に示すように、配向膜３２の表面において、コレステリック液晶層である第１Ａ回折素子１８ａを構成する液晶化合物４０は、下層の配向膜３２に形成された配向パターンに応じて、第１Ａ回折素子１８ａの面内において、矢印Ｘ１で示す所定の一方向に沿って、光学軸４０Ａの向きが連続的に回転しながら変化する液晶配向パターンを有する。図示例においては、液晶化合物４０の光学軸４０Ａが、矢印Ｘ１方向に沿って、時計方向に連続的に回転しながら変化する、液晶配向パターンを有する。
第１Ａ回折素子１８ａを構成する液晶化合物４０は、矢印Ｘ１、および、この一方向（矢印Ｘ１方向）と直交する方向に、二次元的に配列された状態になっている。
以下の説明では、矢印Ｘ１方向と直交する方向を、便宜的にＹ方向とする。すなわち、矢印Ｙ方向とは、液晶化合物４０の光学軸４０Ａの向きが、コレステリック液晶層の面内において、連続的に回転しながら変化する一方向と直交する方向である。従って、図４、図５および後述する図７では、Ｙ方向は、紙面に直交する方向となる。
【００７８】
コレステリック液晶層の上に、上述したような塗布法によってコレステリック液晶層を形成すると、上層のコレステリック液晶層の液晶配向パターンは、形成面となる下層のコレステリック液晶層の表面における液晶配向パターンに追従する（踏襲する）。
従って、第１Ａ回折素子１８ａの上に形成されるコレステリック液晶層である第１Ｂ回折素子１８ｂは、第１Ａ回折素子１８ａと同じ液晶配向パターンを有する。
【００７９】
液晶化合物４０の光学軸４０Ａの向きが矢印Ｘ１方向（所定の一方向）に連続的に回転しながら変化しているとは、具体的には、矢印Ｘ１方向に沿って配列されている液晶化合物４０の光学軸４０Ａと、矢印Ｘ１方向とが成す角度が、矢印Ｘ１方向の位置によって異なっており、矢印Ｘ１方向に沿って、光学軸４０Ａと矢印Ｘ１方向とが成す角度がθからθ＋１８０°あるいはθ−１８０°まで、順次、変化していることを意味する。
なお、矢印Ｘ１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。
【００８０】
一方、第１Ａ回折素子１８ａを形成する液晶化合物４０は、矢印Ｘ１方向と直交するＹ方向、すなわち、光学軸４０Ａが連続的に回転する一方向と直交するＹ方向では、光学軸４０Ａの向きが等しい。
言い換えれば、第１Ａ回折素子１８ａ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Ｘ１方向とが成す角度が等しい。
【００８１】
第１Ａ回折素子１８ａにおいては、このような液晶化合物４０の液晶配向パターンにおいて、面内で光学軸４０Ａが連続的に回転して変化する矢印Ｘ１方向において、液晶化合物４０の光学軸４０Ａが１８０°回転する長さ（距離）を、液晶配向パターンにおける１周期の長さΛとする。
すなわち、矢印Ｘ１方向に対する角度が等しい２つの液晶化合物４０の、矢印Ｘ１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６（図７）に示すように、矢印Ｘ１方向と光学軸４０Ａの方向とが一致する２つの液晶化合物４０の、矢印Ｘ１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。
第１Ａ回折素子１８ａにおいて、コレステリック液晶層の液晶配向パターンは、この１周期Λを、矢印Ｘ１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。
【００８２】
図５に示す第１Ａ回折素子１８ａのように、液晶化合物４０に由来する光学軸４０Ａの向きが連続的に回転して変化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のＸ−Ｚ面をＳＥＭ（Scanning Electron Microscope（走査型電子顕微鏡））で観察すると、図１７に概念的に示すような明部４２と暗部４４とが交互に配列された配列方向が、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。
以下の説明では、コレステリック液晶層３４を液晶層３４ともいう。
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傾斜面ピッチに相当する。液晶化合物４０が液晶層３４の主面（Ｘ−Ｙ面）に対して、その光学軸４０Ａが平行に配向している場合、上述したように螺旋１ピッチ分は図５に示すピッチＰである。一方、液晶化合物４０が液晶層３４の主面に対して傾斜している場合、特に液晶層３４の主面に対する液晶化合物４０の傾斜角が明部４２または暗部４４が成す線が液晶層３４の主面とのなす角に等しい場合は、図１７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）に相当する。
【００８３】
ここで、図５に示す例では、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としたが、本発明は、これに制限はされない。例えば、図１８に示すように、液晶層３４のＸ−Ｚ面において、主面（Ｘ−Ｙ面）に対して、液晶化合物４０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。
【００８４】
また、図１８に示す例では、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。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１９に示す例は、液晶層３４の、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）、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。
【００８５】
このように、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４０の光学軸４０Ａ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４０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。
【００８６】
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、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。
【００８７】
回折素子（液晶層）に垂直に入射した光は、液晶層３４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３４内において光が進むと、本来、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４０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。
【００８８】
また、チルト角は液晶層３４の界面の処理によって制御されることが望ましい。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４０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３４中の液晶化合物４０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４０の単軸側が見える方向にプレチルトする。但し、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４０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３４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。
【００８９】
ここで、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４２および暗部４４が、主面に対して傾斜している。液晶層３４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３４の液晶化合物４０が主面に対して傾斜し、かつ、傾斜方向が液晶層３４の明部４２および暗部４４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３４がこのような構成を有することにより、液晶化合物４０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。
【００９０】
液晶層３４の液晶化合物４０が主面に対して傾斜し、かつ、傾斜方向が明部４２および暗部４４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４０の光学軸４０Ａ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。
【００９１】
液晶層３４の進相軸面または遅相軸面において、液晶層３４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４０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。
【００９２】
コレステリック液晶相を固定してなるコレステリック液晶層は、通常、入射した光（円偏光）を鏡面反射する。
これに対して、第１Ａ回折素子１８ａは、入射した光を、鏡面反射に対して矢印Ｘ１方向に傾けて反射する。第１Ａ回折素子１８ａは、面内において、矢印Ｘ１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７を参照して説明する。
【００９３】
一例として、第１Ａ回折素子１８ａは、赤色光の右円偏光ＲR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、第１Ａ回折素子１８ａに光が入射すると、第１Ａ回折素子１８ａは、赤色光の右円偏光ＲRのみを反射し、それ以外の光を透過する。
【００９４】
第１Ａ回折素子１８ａでは、液晶化合物４０の光学軸４０Ａが矢印Ｘ１方向（一方向）に沿って回転しながら変化している。
第１Ａ回折素子１８ａに形成された液晶配向パターンは、矢印Ｘ１方向に周期的なパターンである。そのため、第１Ａ回折素子１８ａに入射した赤色光の右円偏光ＲRは、図７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ＲRは、ＸＹ面に対して矢印Ｘ１方向に傾いた方向に反射（回折）される。ＸＹ面は、コレステリック液晶層の主面である。
【００９５】
従って、光学軸４０Ａが回転する一方向である矢印Ｘ１方向を、適宜、設定することで、赤色光の右円偏光ＲＲの反射（回折）方向を調節できる。
すなわち、矢印Ｘ１方向を逆方向にすれば、赤色光の右円偏光ＲＲの反射方向も図６および図７とは逆方向になる。
【００９６】
また、矢印Ｘ１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、赤色光の右円偏光ＲRの反射方向を逆にできる。
すなわち、図４〜図７においては、矢印Ｘ１方向に向かう光学軸４０Ａの回転方向は時計回りで、赤色光の右円偏光ＲRは矢印Ｘ１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、赤色光の右円偏光ＲRは矢印Ｘ１方向と逆方向に傾けて反射される。
【００９７】
さらに、同じ液晶配向パターンを有するコレステリック液晶層では、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。
図７に示す第１Ａ回折素子１８ａは、螺旋の旋回方向が右捩じれで、右円偏光を選択的に反射するものであり、矢印Ｘ１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、右円偏光を矢印Ｘ１方向に傾けて反射する。
従って、螺旋の旋回方向が左捩じれで、左円偏光を選択的に反射するものであり、矢印Ｘ１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コレステリック液晶層は、左円偏光を矢印Ｘ１方向と逆方向に傾けて反射する。
【００９８】
本発明の第１回折素子１８において、第１Ａ回折素子１８ａの上には、第１Ｂ回折素子１８ｂが設けられる。
上述したように、第１Ａ回折素子１８ａと第１Ｂ回折素子１８ｂとは、面方向には同じ液晶配向パターンを有する。すなわち、第１Ｂ回折素子１８ｂは、第１Ａ回折素子１８ａと同様に矢印Ｘ１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。また、第１Ｂ回折素子１８ｂは、螺旋の旋回方向が第１Ａ回折素子１８ａとは逆の左捩じれで、左円偏光を選択的に反射する。
従って、第１Ｂ回折素子１８ｂは、入射した赤色光の左円偏光を、第１Ａ回折素子１８ａとは逆に、矢印Ｘ１方向と逆方向に傾けて反射する。
【００９９】
従って、図８に概念的に示すように、表示素子１２が照射した光のうち、赤色光の右円偏光（ＲR）は、導光板１６および第１Ｂ回折素子１８ｂを透過して、第１Ａ回折素子１８ａに入射する。第１Ａ回折素子１８ａに入射した赤色の右円偏光は、上述したように、矢印Ｘ１方向に傾けて反射され、導光板１６に再入射する。導光板１６に再入射した赤色の右円偏光は、第１Ａ回折素子１８ａによって矢印Ｘ１方向に傾けられているので、導光板１６内を全反射して、図８に破線で示すように、矢印Ｘ１方向に伝搬（導光）される。
他方、表示素子１２が照射した光のうち、赤色光の左円偏光は、導光板１６を透過して、第１Ｂ回折素子１８ｂに入射する。
第１Ｂ回折素子１８ｂに入射した赤色の左円偏光は、矢印Ｘ１方向とは逆方向に傾けて反射され、導光板１６に再入射する。導光板１６に再入射した赤色の左円偏光は、第１Ｂ回折素子１８ｂによって矢印Ｘ１方向とは逆方向に傾けられているので、導光板１６内を全反射して、図８に一点鎖線で示すように、矢印Ｘ１方向と逆方向に伝搬される。
【０１００】
図１〜図３に示すように、第１回折素子１８の矢印Ｘ１方向側には第２Ａ回折素子２０ａが設けられ、第１回折素子１８の矢印Ｘ１方向とは逆方向側には第２Ｂ回折素子２０ｂが設けられる。
上述したように、第２Ａ回折素子２０ａおよび第２Ｂ回折素子２０ｂは、共に、液晶化合物４０の光学軸４０Ａが一方向に沿って連続的に回転する液晶配向パターンを有する、第１Ａ回折素子１８ａと同様のコレステリック液晶層を有する。第２Ａ回折素子２０ａは赤色の右円偏光を、第２Ｂ回折素子２０ｂは赤色の左円偏光を、それぞれ選択的に反射する。
また、第１回折素子１８の矢印Ｘ１方向と直交（または交差）する方向には、第３Ａ回折素子２４ａと第３Ｂ回折素子２４ｂとを積層した第３回折素子２４が設けられる。第３Ａ回折素子２４ａおよび第３Ｂ回折素子２４ｂは、共に、液晶化合物４０の光学軸４０Ａが一方向に沿って連続的に回転する液晶配向パターンを有する、第１Ａ回折素子１８ａと同様のコレステリック液晶層である。第３Ａ回折素子２４ａは赤色の右円偏光を、第３Ｂ回折素子２４ｂは赤色の左円偏光を、それぞれ選択的に反射する。
【０１０１】
第２Ａ回折素子２０ａのコレステリック液晶層は矢印Ｘ２Ａ方向に沿って、液晶化合物４０の光学軸４０Ａが時計回りに回転する液晶配向パターンを有する。第２Ａ回折素子２０ａのコレステリック液晶層は、第１回折素子１８ａによって反射されて導光板１６内を伝搬し、第２Ａ回折素子２０ａのコレステリック液晶層へ矢印Ｘ２Ａ方向と交差する方向から入射した赤色の右円偏光を第２Ａ回折素子２０ａのコレステリック液晶層への入射方向と異なる、矢印Ｘ２Ａ方向と交差する方向に傾けて反射し、第３回折素子２４方向へ伝搬する。
第２Ｂ回折素子２０ｂのコレステリック液晶層は矢印Ｘ２Ｂ方向に沿って、液晶化合物４０の光学軸４０Ａが時計回りに回転する液晶配向パターンを有する。第２Ｂ回折素子２０ｂのコレステリック液晶層は、第１回折素子１８ｂによって反射されて導光板１６内を伝搬し、第２Ｂ回折素子２０ｂのコレステリック液晶層へ矢印Ｘ２Ｂ方向と交差する方向から入射した赤色の左円偏光を第２Ｂ回折素子２０ｂのコレステリック液晶層への入射方向とは異なる、矢印Ｘ２Ｂ方向と交差する方向に傾けて反射し、第３回折素子２４方向へ伝搬する。
第３Ａ回折素子２４ａは矢印Ｘ３Ａ方向に沿って、液晶化合物４０の光学軸４０Ａが時計回りに回転する液晶配向パターンを有する。従って、第３Ａ回折素子２４ａは、入射した赤色の右円偏光を矢印Ｘ３Ａ方向に傾けて反射する。
さらに、第３Ｂ回折素子２４ｂは矢印Ｘ３Ｂ方向に沿って、液晶化合物４０の光学軸４０Ａが時計回りに回転する液晶配向パターンを有する。従って、第３Ｂ回折素子２４ｂは、入射した赤色の左円偏光を矢印Ｘ３Ｂ方向とは逆方向に傾けて反射する。
【０１０２】
第２Ａ回折素子２０ａは、第１回折素子１８の矢印Ｘ１方向側に設けられ、第２Ｂ回折素子２０ｂは、第１回折素子１８の矢印Ｘ１方向とは逆方向側に設けられる。
また、第２Ａ回折素子２０ａおよび第２Ｂ回折素子２０ｂは、いずれも、入射した光を第３回折素子２４に向けて回折する。
【０１０３】
従って、上述のように表示素子１２が表示して第１回折素子１８に入射した赤色光（画像に対応する赤色光）のうち、矢印Ｘ１方向に傾けて反射された右円偏光（白抜き矢印）は、導光板１６内を伝搬されて第２Ａ回折素子２０ａに入射し、第２Ａ回折素子２０ａによって矢印Ｘ２Ａ方向と交差した方向に反射（回折）される。第２Ａ回折素子２０ａによって矢印Ｘ２Ａ方向と交差した方向に反射された赤色の右円偏光は、導光板１６内を伝搬されて第３Ａ回折素子２４ａに入射して、第３Ａ回折素子２４ａによって矢印Ｘ３Ａ方向に傾けて反射（回折）されることで、導光板１６の界面への入射角が臨界角以下となり、導光板１６から出射され、図２および図３に示すように、使用者Ｕによる観察に供される。
他方、表示素子１２が表示して第１回折素子１８に入射した赤色光のうち、矢印Ｘ１方向と交差した方向に傾けて反射された左円偏光（白抜き矢印）は、導光板１６内を伝搬されて第２Ｂ回折素子２０ｂに入射し、第２Ｂ回折素子２０ｂによって矢印Ｘ２Ｂ方向と交差した方向に傾けて反射される。第２Ｂ回折素子２０ｂによって矢印Ｘ２Ｂ方向に傾けて反射された赤色の左円偏光は、導光板１６内を伝搬されて第３Ｂ回折素子２４ｂに入射して、第３Ｂ回折素子２４ｂによって矢印Ｘ３Ｂ方向とは逆方向に傾けて反射されることで、導光板１６の界面への入射角が臨界角以下となり、導光板１６から出射され、図２および図３に示すように、使用者Ｕによる観察に供される。
【０１０４】
以上のように、本発明の導光素子を利用する本発明の画像表示装置によれば、第１回折素子１８によって画像に対応する光を異なる２方向に回折させることで、導光板１６に入射して伝搬させ、異なる経路を伝搬した光を、離間して配置される第２Ａ回折素子２０ａおよび第２Ｂ回折素子２０ｂによって第３回折素子２４に向けて回折させて、第３回折素子２４による回折で導光板から出射させて、使用者Ｕによる観察に供する。そのため、図２に示すように、表示素子１２からの入射範囲に対して、使用者Ｕに向かう出射範囲を拡大することができ、ＡＲグラス等に利用することで、ＦＯＶを拡大できる。
また、導光板１６への入射部である第１回折素子１８および導光板１６からの出射部である第３回折素子２４の少なくとも一方、好ましくは両方、より好ましくは第１回折素子１８、第２回折素子および第３回折素子２４の全てを、液晶回折素子を用いることにより、表面レリーフ格子等を用いた場合に比して、光の利用効率を向上することができ、表示素子１２による表示画像に対する輝度低下を防止して、高輝度の画像を表示することが可能になる。
【０１０５】
なお、本発明において、第１回折素子１８および第３回折素子２４の一方、ならびに、第２回折格子として、液晶回折素子以外の回折素子を利用する場合には、回折素子としては、表面レリーフ格子およびホログラム回折素子等の公知の回折素子（回折格子）が、全て利用可能である。
【０１０６】
図示例の画像表示装置１０においては、好ましい態様として、第３回折素子２４の第３Ａ回折素子２４ａと第３Ｂ回折素子２４ｂとで、液晶化合物４０の光学軸４０Ａが回転する一方向が交差している。すなわち、第３回折素子２４の第３Ａ回折素子２４ａと第３Ｂ回折素子２４ｂとで、矢印Ｘ３Ａ方向と矢印Ｘ３Ｂ方向とが交差している。
このような構成を有することにより、第３回折素子２４による回折によって、異なる方向から伝搬された光を好適に臨界角以下にでき、導光板１６からの光の出射を好適に行うことができる点で好ましい。
【０１０７】
また、図示例の画像表示装置１０においては、好ましい態様として、第１回折素子１８と、第３回折素子２４とで、液晶化合物４０の光学軸４０Ａが回転する一方向が交差している。すなわち、第１回折素子１８の矢印Ｘ１方向と、第３Ａ回折素子２４ａの矢印Ｘ３Ａ方向および第３Ｂ回折素子２４ｂの矢印Ｘ３Ｂ方向とが交差している。
このような構成を有することにより、好適に第１回折素子１８から第３回折素子２４まで光を伝搬でき、導光板１６からの光の出射を好適に行うことができる点で好ましい。
【０１０８】
上述のように、第１回折素子１８、第２回折素子および第３回折素子２４で用いられているコレステリック液晶層は、面内において、液晶化合物４０の光学軸４０Ａが一方向に沿って連像的に回転する液晶は配向パターンを有する。また、図４、図６および図７に示すように、この液晶配向パターンにおいて、光学軸４０Ａが１８０°回転する長さを１周期Λとする。
この液晶配向パターンを有するコレステリック液晶層では、１周期Λが短いほど、上述した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、入射光に対して、反射光を大きく傾けて反射できる。
例えば、第１回折素子１８（第１Ａ回折素子１８ａおよび第１Ｂ回折素子１８ｂ）の１周期をΛ１、第２回折素子（第２Ａ回折素子２０ａおよび第２Ｂ回折素子２０ｂ）の１周期をΛ２、第３回折素子２４（第３Ａ回折素子２４ａおよび第３Ｂ回折素子２４ｂ）の１周期をΛ３とした際に。Λ１＜Λ２＜Λ３の場合には、第１回折素子１８が反射光を最も大きく傾けて反射光を反射し、第３回折素子２４による反射方向の傾きが最も小さい。
【０１０９】
また、図１に示すように、画像表示装置１０では、第１回折素子１８と、第２回折素子と、第３回折素子２４とで、液晶化合物４０の光学軸４０Ａが回転する一方向が交差している。すなわち、第１回折素子１８の矢印Ｘ１方向と、第２Ａ回折素子の矢印Ｘ２Ａ方向と、第３Ａ回折素子２４ａの矢印Ｘ３Ａ方向とが交差し、第１回折素子１８の矢印Ｘ１方向と、第２Ｂ回折素子の矢印Ｘ２Ｂ方向と、矢印Ｘ３Ｂ方向とが交差している。
【０１１０】
本発明においては、第１回折素子１８、第２回折素子および第３回折素子２４を、全て、液晶回折素子で形成し、画像表示装置１０では、第１回折素子１８と、第２回折素子と、第３回折素子２４とで、液晶化合物４０の光学軸４０Ａが回転する一方向が交差し、かつ、第２回折素子の１周期Λ２が、第１回折素子１８の１周期Λ１および第３回折素子２４の１周期Λ３よりも小さいのが好ましい。すなわち、Λ２＜Λ１およびΛ２＜Λ３を満たし、第２回折素子による反射光の傾けかたが、第１回折素子１８および第３回折素子２４による反射光の傾けかたよりも大きいのが好ましい。
このような構成を有することにより、好適に第１回折素子１８から第３回折素子２４まで光を伝搬でき、光の利用効率の向上を図れる点で好ましい。
【０１１１】
なお、第１回折素子１８の１周期Λ１、第２回折素子の１周期Λ２、および、第３回折素子２４の１周期Λ３には、制限はなく、各回折素子の位置関係等に応じて、適宜、設定すればよい。
第１回折素子１８の１周期Λ１、第２回折素子の１周期Λ２、および、第３回折素子２４の１周期Λ３は、１μｍ以下が好ましく、０．８μｍ以下がより好ましく、導光板１６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。
【０１１２】
また、第１回折素子１８、第２回折素子（第２Ａ回折素子２０ａおよび第２Ｂ回折素子２０ｂ）ならびに第３回折素子２４の位置関係、各回折素子における液晶化合物４０の光学軸４０Ａが回転する一方向、すなわち、矢印Ｘ１、矢印Ｘ２Ａおよび矢印Ｘ２Ｂ、ならびに、矢印Ｘ３Ａおよび矢印Ｘ３Ｂの方向にも、制限はない。
すなわち、各回折素子の位置関係、および、回折素子における液晶化合物４０の光学軸４０Ａが回転する一方向は、第１回折素子１８から、第２Ａ回折素子２０ａおよび第２Ｂ回折素子２０ｂを経て、第３回折素子２４まで、各回折素子の回折によって光を適正に伝搬できるように、適宜、設定すればよい。
【０１１３】
画像表示装置１０において、第１回折素子１８の第１Ａ回折素子１８ａおよび第１Ｂ回折素子１８ｂは、螺旋の旋回方向すなわち反射する円偏光の旋回方向が逆で、液晶化合物４０の光学軸４０Ａが回転する一方向が同方向（矢印Ｘ１方向）であるが、本発明は、これに制限はされない。
【０１１４】
例えば、第１回折素子１８の第１Ａ回折素子１８ａおよび第１Ｂ回折素子１８ｂは、螺旋の旋回方向すなわち反射する円偏光の旋回方向を同じ方向とし、液晶化合物４０の光学軸４０Ａが回転（時計回り）する一方向を逆方向としてもよい。すなわち、第１回折素子１８の第１Ａ回折素子１８ａおよび第１Ｂ回折素子１８ｂは、反射する円偏光の旋回方向を同じ方向とし、液晶化合物４０の光学軸４０Ａが回転する一方向を、矢印Ｘ１方向および矢印Ｘ１方向とは逆方向にしてもよい。言い換えれば、第１Ａ回折素子１８ａと第１Ｂ回折素子１８ｂとで、螺旋の旋回方向すなわち反射する円偏光の旋回方向を同じ方向とし、矢印Ｘ１方向に向かう液晶化合物４０の光学軸４０Ａの回転方向を、時計回りと反時計回りとにしてもよい。
液晶化合物４０の光学軸４０Ａが回転する一方向が逆になれば、コレステリック液晶層による円偏光の反射方向も逆になる。
一例として、第１Ａ回折素子１８ａおよび第１Ｂ回折素子１８ｂが、共に右円偏光を反射するものであり、光学軸４０Ａが回転する一方向は、第１Ａ回折素子１８ａが矢印Ｘ１方向、第１Ｂ回折素子１８ｂが矢印Ｘ１方向とは逆方向であるとする。この場合には、表示素子１２が表示して、導光板１６を透過した赤色の右円偏光は、まず、第１Ｂ回折素子１８ｂによって矢印Ｘ１方向とは逆方向に傾けて反射され、第１Ｂ回折素子１８ｂで反射されずに透過した赤色の右円偏光が、第１Ａ回折素子１８ａによって、矢印Ｘ１方向に傾けて反射される。
【０１１５】
なお、第１回折素子１８の第１Ａ回折素子１８ａおよび第１Ｂ回折素子１８ｂが反射する円偏光の旋回方向が等しい場合には、第２回折素子のコレステリック液晶層、および、第３回折素子２４の第３Ａ回折素子２４ａおよび第３Ｂ回折素子２４ｂの、螺旋の旋回方向すなわち反射する円偏光の旋回方向も、第１回折素子１８と一致させるのが好ましい。
さらに、第１回折素子１８の第１Ａ回折素子１８ａおよび第１Ｂ回折素子１８ｂが反射する円偏光の旋回方向が等しい場合には、表示素子１２は、円偏光を照射するのが好ましい。
【０１１６】
また、第１Ａ回折素子１８ａと第１Ｂ回折素子１８ｂとで、光学軸４０Ａが回転する一方向が異なる場合には、第１Ａ回折素子１８ａと第１Ｂ回折素子１８ｂとの光学軸４０Ａが回転する一方向は、上述したような逆方向に制限はされない。すなわち、第１Ａ回折素子１８ａと第１Ｂ回折素子１８ｂとで、光学軸４０Ａが回転する一方向が異なる場合には、第１Ａ回折素子１８ａと第１Ｂ回折素子１８ｂとの光学軸４０Ａが回転する一方向が交差するようにしてもよい。
また、第１回折素子は、異なる３方向以上に入射した光を回折してもよい。この場合には、第１回折素子による光の回折方向の数に応じて、同数の第２回折素子を設けるのが好ましい。
【０１１７】
また、画像表示装置１０において、第１Ａ回折素子１８ａと第２Ａ回折素子２０ａおよび第３Ａ回折素子２４ａの螺旋の旋回方向すなわち反射する円偏光の旋回方向を一致させたが、本発明は、これに制限はされない。同様に、画像表示装置１０において、第１Ｂ回折素子１８ｂと第２Ｂ回折素子２０ｂおよび第３Ｂ回折素子２４ｂの螺旋の旋回方向すなわち反射する円偏光の旋回方向を一致させたが、本発明は、これに制限はされない。
導光板１６内で光が伝搬（全反射）するときに、全反射の前後で偏光状態が変わりうるため、第１Ａ回折素子１８ａと第２Ａ回折素子２０ａおよび第３Ａ回折素子２４ａの螺旋の旋回方向すなわち反射する円偏光の旋回方向は異なっていてもよく、同様に、第１Ｂ回折素子１８ｂと第２Ｂ回折素子２０ｂおよび第３Ｂ回折素子２４ｂの螺旋の旋回方向すなわち反射する円偏光の旋回方向は異なっていてもよい。
【０１１８】
図１〜図３に示す例では、第１回折素子１８の第１Ａ回折素子１８ａと第１Ｂ回折素子１８ｂとが積層されているが、本発明は、これに制限はされない。
すなわち、本発明の画像表示装置（導光素子）において、第１回折素子１８の第１Ａ回折素子１８ａおよび第１Ｂ回折素子１８ｂは、図９に概念的に示すように、導光板１６の面方向の異なる位置に設けてもよい。この際においては、第１Ａ回折素子１８ａおよび第１Ｂ回折素子１８ｂは、接触して設けても、離間して設けてもよい。
この点に関しては、第３Ａ回折素子２４ａおよび第３Ｂ回折素子２４ｂを有する第３回折素子２４も同様である。
【０１１９】
また、第１回折素子１８の第１Ａ回折素子１８ａおよび第１Ｂ回折素子１８ｂを、導光板１６の面方向の異なる位置に設けた構成でも、上述のように、第１Ａ回折素子１８ａおよび第１Ｂ回折素子１８ｂは、螺旋の旋回方向すなわち反射する円偏光の旋回方向が逆で、液晶化合物４０の光学軸４０Ａが回転する一方向が同方向（矢印Ｘ１方向）である構成が例示される。
さらに、第１回折素子１８の第１Ａ回折素子１８ａおよび第１Ｂ回折素子１８ｂを、導光板１６の面方向の異なる位置に設けた構成における別の構成として、上述のように、第１Ａ回折素子１８ａおよび第１Ｂ回折素子１８ｂは、螺旋の旋回方向すなわち反射する円偏光の旋回方向を同じ方向で、液晶化合物４０の光学軸４０Ａが回転（時計回り）する一方向が逆方向である構成も利用可能である。すなわち、第１Ａ回折素子１８ａおよび第１Ｂ回折素子１８ｂは、反射する円偏光の旋回方向を同じ方向で、液晶化合物４０の光学軸４０Ａが回転する一方向が矢印Ｘ１方向および矢印Ｘ１方向とは逆方向である構成も利用可能である。
【０１２０】
第１回折素子１８の第１Ａ回折素子１８ａおよび第１Ｂ回折素子１８ｂを、導光板１６の面方向の異なる位置に設けた構成でも、図９に概念的に示すように、上述した例と同様、第１回折素子１８によって、例えば、表示素子１２から照射された入射光を、矢印Ｘ１方向および矢印Ｘ１方向とは逆の方向に回折して導光板に入射して、異なる２方向に伝搬される赤色の円偏光を、第２Ａ回折素子２０ａおよび第２Ｂ回折素子２０ｂから第３回折素子２４に伝搬して、導光板１６から出射させることで、ＡＲグラス等のＦＯＶを拡大できる。なお、図９に示す例では、２台の表示装置を設け、第１Ａ回折素子１８ａおよび第１Ｂ回折素子１８ｂには、異なる表示装置から照射した光を入射しても良い。
【０１２１】
画像表示装置１０は、モノクロ画像（図示例では赤画像）の表示に対応するもので、第１回折素子１８、第２回折素子（第２Ａ回折素子２０ａおよび第２Ｂ回折素子２０ｂ）、ならびに、第３回折素子２４を、１つずつ有するものであるが、本発明は、これに制限はされない。
すなわち、本発明の画像表示装置（導光素子）は、カラー画像に対応して、第１回折素子、第２回折素子および第３回折素子を、それぞれ、２以上、有してもよい。
【０１２２】
図１０に、第１回折素子を例示して、その一例を示す。
なお、以下の説明に関しては、第２回折素子および第３回折素子も、同様である。
【０１２３】
図１０に示す概念的に第１回折素子５０は、Ｒ第１回折素子１８Ｒ、Ｇ第１回折素子１８Ｇ、および、Ｂ第１回折素子１８Ｂの３つの回折素子を有する。
Ｒ第１回折素子１８Ｒは、赤色光に対応するものであり、支持体３０と、配向膜３２Ｒと、赤色の右円偏光を反射する第１Ａ回折素子１８ａＲおよび赤色の左円偏光を反射する第１Ｂ回折素子１８ｂＲとを有する。
Ｇ第１回折素子１８Ｇは、緑色光に対応するものであり、支持体３０と、配向膜３２Ｇと、緑色の右円偏光を反射する第１Ａ回折素子１８ａＧおよび緑色の左円偏光を反射する第１Ｂ回折素子１８ｂＧとを有する。
Ｂ第１回折素子１８Ｂは、青色光に対応するものであり、支持体３０と、配向膜３２Ｂと、青色の右円偏光を反射する第１Ａ回折素子１８ａＢおよび青色の左円偏光を反射する第１Ｂ回折素子１８ｂＢとを有する。
Ｒ第１回折素子１８Ｒ、Ｇ第１回折素子１８ＧおよびＢ第１回折素子１８Ｂにおいて、支持体、配向膜、回折素子（コレステリック液晶層）は、いずれも、上述した第１回折素子１８における支持体３０、配向膜３２、第１Ａ回折素子１８ａおよび第１Ｂ回折素子１８ｂと同様のものである。ただし、各回折素子すなわちコレステリック液晶層は、選択的に反射する光の波長域に応じた螺旋のピッチＰを有する。
【０１２４】
ここで、Ｒ第１回折素子１８Ｒ、Ｇ第１回折素子１８ＧおよびＢ第１回折素子１８Ｂは、回折素子（コレステリック液晶層）の選択反射中心波長の長さの順列と、コレステリック液晶層の液晶配向パターンにおける１周期Λの長さの順列とが等しい。
すなわち、第１回折素子５０においては、赤色光の反射に対応するＲ第１回折素子１８Ｒの選択反射中心波長が最も長く、緑色光の反射に対応するＧ第１回折素子１８Ｇの選択反射中心波長が次いで長く、青色光の反射に対応するＢ第１回折素子１８Ｂの選択反射中心波長が最も短い。
これに応じて、Ｒ第１回折素子１８Ｒ、Ｇ第１回折素子１８Ｇ、および、Ｂ第１回折素子１８Ｂは、Ｒ第１回折素子１８Ｒのコレステリック液晶層の１周期ΛRが最も長く、Ｇ第１回折素子１８Ｇのコレステリック液晶層の１周期ΛGが次いで長く、Ｂ第１回折素子１８Ｂのコレステリック液晶層の１周期ΛBが最も短い。
【０１２５】
一方向（矢印Ｘ１方向）に沿って液晶化合物４０の光学軸４０Ａが連続的に回転するコレステリック液晶層による光の反射角度は、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。従って、Ｒ第１回折素子１８Ｒが反射する赤色光が最も入射光に対する反射光の角度が大きく、Ｇ第１回折素子１８Ｇが反射する緑色光が次いで入射光に対する反射光の角度が大きく、Ｂ第１回折素子１８Ｂが反射する青色光が最も入射光に対する反射光の角度が小さい。
一方で、上述のように、一方向に沿って液晶化合物４０の光学軸４０Ａが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は、液晶配向パターンにおいて、光学軸４０Ａが１８０°回転する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。
【０１２６】
従って、Ｒ第１回折素子１８Ｒ、Ｇ第１回折素子１８Ｇ、および、Ｂ第１回折素子１８Ｂにおいて、回折素子（コレステリック液晶層）における選択反射中心波長の長さの順列と、液晶配向パターンにおける１周期Λの長さ（ΛR、ΛGおよびΛB）の順列とを等しくすることにより、図１０に赤色の右円偏光ＲR、緑色の右円偏光ＧRおよび青色の右円偏光ＢRを例示して示すように、第１回折素子５０が反射する光の反射角度の波長依存性を大幅に少なくして、波長の異なる光を、ほぼ同じ方向に反射できる。
その結果、赤色光、緑色光および青色光によってフルカラー画像を表示する場合であっても、各波長における反射角度ズレを生じることなく導光板内を導光して、視野の広いフルカラー画像を表示できる。
【０１２７】
上述したように、図１７に示すコレステリック液晶層３４のＸ−Ｚ面をＳＥＭで観察したとき、明部４２と暗部４４とが交互に配列された配列方向が、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傾斜面ピッチに相当する。
Ｒ第１回折素子１８Ｒ、Ｇ第１回折素子１８Ｇ、および、Ｂ第１回折素子１８Ｂにおいて、回折素子（コレステリック液晶層）における傾斜面ピッチを、それぞれ、ＰｔR、ＰｔG、および、ＰｔBとした際に、上述の液晶配向パターンの１周期Λと共に、
ΛB＜ΛG＜ΛR、および、ＰｔB＜ＰｔG＜ＰｔR
を満たすことが好ましい。
上記関係を満たすことによって、図１０に赤色の右円偏光ＲR、緑色の右円偏光ＧRおよび青色の右円偏光ＢRを例示して示すように、第１回折素子５０が反射する光の反射角度の波長依存性を大幅に少なくして、波長の異なる光を、ほぼ同じ方向に反射でき、かつ、第１回折素子５０が反射する、波長の異なる光を効率的に反射することができる。
【０１２８】
なお、このように選択的に反射する波長域が異なる回折素子を積層する際には、積層順には、制限はない。
選択的に反射する波長域が異なる回折素子を積層する際には、好ましくは、選択的に反射する波長域の波長が、順次、長くなるように、回折素子を積層する。これにより、選択反射中心波長が短い側を光入射側にして、ブルーシフトによる影響を低減できる。
【０１２９】
本発明において、第１回折素子１８を、複数、有する場合には、図８に示すＲ第１回折素子１８Ｒ、Ｇ第１回折素子１８Ｇ、および、Ｂ第１回折素子１８Ｂを有する構成に制限はされない。
例えば、Ｒ第１回折素子１８Ｒ、Ｇ第１回折素子１８ＧおよびＢ第１回折素子１８Ｂから、適宜、選択した２層を有するものでもよい。さらに、Ｒ第１回折素子１８Ｒ、Ｇ第１回折素子１８ＧおよびＢ第１回折素子１８Ｂの１以上に変えて、あるいは、Ｒ第１回折素子１８Ｒ、Ｇ第１回折素子１８ＧおよびＢ第１回折素子１８Ｂに加えて、紫外線を選択的に反射する反射積層体、および／または、赤外線を選択的に反射する反射積層体を有してもよい。
あるいは、可視光の波長帯域を２つの波長帯域に分けたときに、２つの波長帯域の短波側の光を選択的に反射するＳ第１回折素子１８Ｓおよび長波側の光を選択的に反射するＬ第１Ｌ回折素子１８Ｌを有するものでもよい。さらに、Ｓ第１回折素子１８ＳおよびＬ第１Ｌ回折素子１８Ｌに変えて、あるいはＳ第１回折素子１８ＳおよびＬ第１Ｌ回折素子１８Ｌに加えて、紫外線を選択的に反射する反射積層体、および／または、赤外線を選択的に反射する反射積層体を有してもよい。
【０１３０】
本発明において、複数の第１回折素子を有する場合には、図１０に示す例のように、第１回折素子を積層する構成に制限はされない。
例えば、導光板の面方向の異なる位置に、Ｒ第１回折素子１８Ｒ、Ｇ第１回折素子１８ＧおよびＢ第１回折素子１８Ｂを設けた構成でもよい。または、Ｒ画像用の導光板、Ｇ画像用の導光板、および、Ｂ画像用の導光板を設け、それぞれの導光板に、対応する色の回折素子を設けて、導光板を積層した構成も、利用可能である。また、Ｒ画像用とＢ画像用の導光板、およびＧ画像用の導光板を設け、それぞれの導光板に、対応する色の回折素子を設けたような、２色用導光板と単色用導光板を積層した構成も、利用可能である。
後述するコレステリック液晶層以外の液晶回折素子を用いる場合も含めて、いずれの構成であっても、液晶配向パターンにおける１周期Λは、赤色光に対応する液晶素子が最も長く、青色光に対応する液晶回折素子が最も短いのが好ましい。
【０１３１】
また、本発明において、複数の第１回折素子を有する場合には、例えば、導光板の面方向の異なる位置に、Ｓ第１回折素子１８ＳおよびＬ第１回折素子１８Ｌを設けた構成でもよい。または、短波側画像用の導光板および、長波側画像用の導光板を設け、それぞれの導光板に、対応する色の回折素子を設けて、導光板を積層した構成も、利用可能である。
後述するコレステリック液晶層以外の液晶回折素子を用いる場合も含めて、いずれの構成であっても、液晶配向パターンにおける１周期Λは、長波側の光に対応する液晶素子が最も長く、短波側の光に対応する液晶回折素子が最も短いのが好ましい。
【０１３２】
従って、Ｓ第１回折素子１８Ｓ、および、Ｌ第１回折素子１８Ｌにおいて、回折素子（コレステリック液晶層（液晶層３４））における選択反射中心波長の長さの順列と、液晶配向パターンにおける１周期Λの長さ（ΛSおよびΛL）の順列とを等しくすることにより、短波長側の右円偏光ＳＲおよび長波長側の右円偏光ＬRを、第１回折素子５０が反射する光の反射角度の波長依存性を大幅に少なくして、波長の異なる光を、ほぼ同じ方向に反射できる。
その結果、短波長側の光および長波長側の光によってフルカラー画像を表示する場合であっても、各波長における反射角度ズレを生じることなく導光板内を導光して、視野の広いフルカラー画像を表示できる。
【０１３３】
また、ＳＥＭ断面において、Ｓ第１回折素子１８Ｓ、および、Ｌ第１回折素子１８Ｌにおいて、回折素子（コレステリック液晶層）における傾斜面ピッチを、それぞれ、ＰｔS、ＰｔLとした際に、
ΛS＜ΛL、および、ＰｔS＜ＰｔL
を満たすのが好ましい。
上記関係を満たすことによって、短波長側の右円偏光ＳR、および長波長側の右円偏光ＬRを、第１回折素子５０が反射する光の反射角度の波長依存性を大幅に少なくして、波長の異なる光を、ほぼ同じ方向に反射でき、かつ、第１回折素子５０が反射する、波長の異なる光を効率的に反射することができる。
【０１３４】
本発明において、コレステリック液晶層（液晶層３４）のＸ−Ｚ面をＳＥＭにて観察したとき、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を１／２傾斜面ピッチとした際に、コレステリック液晶層の傾斜面ピッチが厚さ方向の位置によって異なる領域を有するコレステリック液晶層を用いることが好ましい。
コレステリック液晶層の傾斜面ピッチが厚さ方向の位置によって異なる領域を有するコレステリック液晶層を用いることで、異なる角度で入射する光を効率的に反射することができる。
【０１３５】
例えば、Ｒ第１回折素子１８Ｒに赤色光を、異なる角度で入射した場合、入射する角度によって選択的に反射する光の波長域が変化するため、光が入射する角度によって反射する光の回折効率が低下する場合がある。コレステリック液晶層の傾斜面ピッチが厚さ方向の位置によって異なる領域を有するコレステリック液晶層を用いることで、選択的に反射する光の波長域を広げることができ、すなわち、異なる角度で入射する光を効率的に反射することができ、視野の広い、明るい画像を表示できる。
【０１３６】
さらに、コレステリック液晶層の厚さ方向の一方向に向かって、傾斜面ピッチが連続的に増大または減少する領域を有するコレステリック液晶層を用いることで、様々な入射角度に対する光を効率的に反射することができる。
【０１３７】
また、コレステリック液晶層の断面をＳＥＭで観察したときの明部または暗部が成す線が前記液晶層の主面に対する傾斜角をθhpとした際に、前記傾斜角θhpが厚さ方向の位置によって異なる領域を有するコレステリック液晶層を用いることで、異なる角度で入射する光を効率的に反射することができる。
【０１３８】
コレステリック液晶層の厚さ方向の一方向に向かって、傾斜角θhpが連続的に増大または減少する領域を有するコレステリック液晶層を用いることで、様々な入射角度に対する光を効率的に反射することができる。
【０１３９】
以上の例は、赤色光を選択的に反射するＲ第１回折素子１８Ｒについて述べたが、緑色光を選択的に反射するＧ第１回折素子１８Ｇおよび青色光を選択的に反射するＢ第１回折素子１８Ｂについても同様であり、可視光の波長帯域を２つの波長帯域に分けたときに、２つの波長帯域の短波側の光を選択的に反射するＳ第１回折素子１８Ｓおよび長波長側の光を選択的に反射するＬ第１回折素子１８Ｌを設けた構成でも同様である。
【０１４０】
また、赤色光を選択的に反射するＲ第１回折素子１８Ｒ、緑色光を選択的に反射するＧ第１回折素子１８Ｇおよび青色光を選択的に反射するＢ第１回折素子１８Ｂを有する構成において、コレステリック液晶層の傾斜面ピッチが厚さ方向の位置によって異なる領域を有するコレステリック液晶層を用いる場合は、Ｒ第１回折素子１８Ｒ、Ｇ第１回折素子１８ＧおよびＢ第１回折素子１８Ｂの厚さ方向におけるコレステリック液晶層の傾斜面ピッチの平均値を、それぞれ、ＰｔRa、ＰｔGa、ＰｔBaとした際に、上述の液晶配向パターンの１周期Λと共に、
ΛB＜ΛG＜ΛR、および、ＰｔBa＜ＰｔGa＜ＰｔRa
を満たすことが好ましい。
上記関係を満たすことによって、赤色の右円偏光ＲR、緑色の右円偏光ＧRおよび青色の右円偏光ＢRを、第１回折素子１８が反射する、波長の異なる光を効率的に反射することができる。
【０１４１】
同様に、可視光の波長帯域を２つの波長帯域に分けたときに、２つの波長帯域の短波側の光を選択的に反射するＳ第１回折素子１８Ｓおよび長波長側の光を選択的に反射するＬ第１回折素子１８Ｌをする構成において、コレステリック液晶層の傾斜面ピッチが厚さ方向の位置によって異なる領域を有するコレステリック液晶層を用いる場合は、Ｓ第１回折素子１８ＳおよびＬ第１回折素子１８Ｌの厚さ方向におけるコレステリック液晶層の傾斜面ピッチの平均値を、それぞれ、ＰｔSa、ＰｔLaとした際に、上述の液晶配向パターンの１周期Λと共に、ΛS＜ΛL、および、ＰｔSa＜ＰｔLa
を満たすことが好ましい。
上記関係を満たすことによって、短波長側の右円偏光ＳR、および長波長側の右円偏光ＬRを、第１回折素子１８が反射する、波長の異なる光を効率的に反射することができる。
【０１４２】
また、本発明において、コレステリック液晶層（液晶層３４）のＸ−Ｚ面をＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）にて観察したとき、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を１／２傾斜面ピッチとした際に、コレステリック液晶層の傾斜面ピッチが異なる層を積層する構成も好ましく用いることができる。
コレステリック液晶層の傾斜面ピッチが異なる層を積層する構成を用いることで、異なる角度で入射する光を効率的に反射することができる。
【０１４３】
例えば、Ｒ第１回折素子１８Ｒに赤色光を、異なる角度で入射した場合、入射する角度によって選択的に反射する光の波長域が変化するため、光が入射する角度によって反射する光の回折効率が低下する場合がある。コレステリック液晶層の傾斜面ピッチが異なる層を積層する構成を用いることで、選択的に反射する光の波長域を広げることができ、すなわち、異なる角度で入射する光を効率的に反射することができ、視野の広い、明るい画像を表示できる。
【０１４４】
以上の例は、赤色光を選択的に反射するＲ第１回折素子１８Ｒについて述べたが、緑色光を選択的に反射するＧ第１回折素子１８Ｇおよび青色光を選択的に反射するＢ第１回折素子１８Ｂについても同様であり、可視光の波長帯域を２つの波長帯域に分けたときに、２つの波長帯域の短波側の光を選択的に反射するＳ第１回折素子１８Ｓおよび長波長側の光を選択的に反射するＬ第１回折素子１８Ｌを設けた構成でも同様である。
【０１４５】
上述の本発明の導光素子では、導光素子を画像表示装置に用いた例を示したが、本発明の導光素子は、これに限らず、センサー等の光学素子として用いることができる。
本発明の導光素子を利用するセンサー（センシング装置）は、本発明の導光素子と、本発明の導光素子の第１回折素子に赤外光を照射する光源と、を有する。
【０１４６】
一例として、本発明の導光素子に赤外線を選択的に反射するコレステリック液晶層を設けて用いた場合、アイトラッキングセンサー用の光学素子として用いることができる。
赤外線を照射する光源から、第１回折素子１８に入射した赤外線のうち、矢印Ｘ１方向に傾けて反射された光は、導光板１６内を伝搬されて第２Ａ回折素子２０ａに入射し、第２Ａ回折素子２０ａによって反射（回折）され、導光板１６内を伝搬されて第３Ａ回折素子２４ａに入射して、第３Ａ回折素子２４ａに反射（回折）されることで、導光板１６の界面への入射角が臨界角以下となり、導光板１６から出射され、使用者Ｕによる観察に供される。
使用者Ｕの瞳で反射した光は導光板１６内へ再度入射し、第３Ａ回折素子２４ａに反射（回折）されることで、上述した経路を逆に辿り、第１回折素子１８から出射される。
第１回折素子１８から出射した光を赤外センサーで検知することにより、アイトラッキングを行うことができる。第１回折素子１８から出射した光は、ビームスプリッター等で光源から照射する赤外線と異なる方向に伝搬させて赤外センサーで検知してもよい。
この際において、赤外線を照射する光源は、直線偏光を照射する光源とλ／４板との組み合わせなど、第１回折素子に円偏光を照射するのが好ましい。
【０１４７】
以上の例は、第１回折素子、第２回折素子および第３回折素子は、液晶回折素子としてコレステリック液晶層を用いている。しかしながら、本発明は、これに制限はされず、本発明に用いる液晶回折素子は、液晶化合物４０に由来する光学軸４０Ａが、面内の少ないとも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するものであれば、各種の液晶回折素子が利用可能である。
また、本発明においては、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螺旋状に捩じれ回転していない液晶回折素子も、利用可能である。
【０１４８】
図１１に、第１回折素子１８の第１Ａ回折素子１８ａ対応する回折素子である第１Ａ回折素子１８ａ−２を例示して、その一例を説明する。
図１２に示すように、第１Ａ回折素子１８ａ−２も、第１Ａ回折素子１８ａと同様、液晶化合物４０の光学軸４０Ａが、矢印Ｘ１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。なお、図１２も、上述した図６と同様、配向膜３２の表面の液晶化合物のみを示している。
第１Ａ回折素子１８ａ−２では、回折素子（液晶層）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、上述したコレステリック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。
【０１４９】
上述したように、第１Ａ回折素子１８ａ−２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、矢印Ｘ方向すなわち矢印Ｘで示す一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。
一方、第１Ａ回折素子１８ａ−２を形成する液晶化合物４０は、矢印Ｘ１方向と直交するＹ方向、すなわち光学軸４０Ａが連続的に回転する一方向と直交するＹ方向では、光学軸４０Ａの向きが等しい液晶化合物４０が等間隔で配列されている。
言い換えれば、第１Ａ回折素子１８ａ−２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の向きと矢印Ｘ１方向とが成す角度が等しい。
【０１５０】
第１Ａ回折素子１８ａ−２において、Ｙ方向に配列される液晶化合物は、光学軸４０Ａと矢印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と矢印Ｘ方向とが成す角度が等しい液晶化合物４０が、Ｙ方向に配置された領域を、領域Ｒとする。
この場合に、それぞれの領域Ｒにおける面内レタデーション（Ｒｅ）の値は、半波長すなわちλ／２であるのが好ましい。これらの面内レタデーションは、領域Ｒの屈折率異方性に伴う屈折率差Δｎと光学異方性層の厚さとの積により算出される。ここで、光学異方性層における領域Ｒの屈折率異方性に伴う屈折率差とは、領域Ｒの面内における遅相軸の方向の屈折率と、遅相軸の方向に直交する方向の屈折率との差により定義される屈折率差である。すなわち、領域Ｒの屈折率異方性に伴う屈折率差Δｎは、光学軸４０Ａの方向の液晶化合物４０の屈折率と、領域Ｒの面内において光学軸４０Ａに垂直な方向の液晶化合物４０の屈折率との差に等しい。つまり、屈折率差Δｎは、液晶化合物４０の屈折率差に等しい。
【０１５１】
このような第１Ａ回折素子１８ａ−２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１３および図１４に概念的に示す。なお、第１Ａ回折素子１８ａ−２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１３に示すように、第１Ａ回折素子１８ａ−２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、第１Ａ回折素子１８ａ−２に左円偏光である入射光Ｌ1が入射すると、入射光Ｌ1は、第１Ａ回折素子１８ａ−２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、第１Ａ回折素子１８ａ−２に形成された液晶配向パターンは、矢印Ｘ方向に周期的なパターンであるため、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、入射方向に対して矢印Ｘ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。
【０１５２】
一方、図１４に示すように、第１Ａ回折素子１８ａ−２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、第１Ａ回折素子１８ａ−２に右円偏光の入射光Ｌ4が入射すると、入射光Ｌ4は、第１Ａ回折素子１８ａ−２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、第１Ａ回折素子１８ａ−２に形成された液晶配向パターンは、矢印Ｘ方向に周期的なパターンであり、入射光Ｌ4は、右円偏光であるので、左円偏光である入射光Ｌ1の場合とは逆方向であり、入射光Ｌ4の進行方向とは異なる方向に進行する。このように、入射光Ｌ4は、入射方向に対して矢印Ｘ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。
【０１５３】
第１Ａ回折素子１８ａ等と同様、第１Ａ回折素子１８ａ−２も、形成された液晶配向パターンの１周期Λを変化させることにより、透過光Ｌ2およびＬ5の屈折の角度を調節できる。具体的には、第１Ａ回折素子１８ａ−２も、液晶配向パターンの１周期Λが短いほど、互いに隣接した液晶化合物４０を通過した光同士が強く干渉するため、透過光Ｌ2およびＬ5を大きく屈折させることができる。
また、矢印Ｘ１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１１〜図１４に示す例では、矢印Ｘ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。
【０１５４】
従って、第１Ａ回折素子１８ａ−２のような回折素子を第１回折素子および／または第３回折素子に利用して、導光板１６の表示素子１２側に設けることで、上述した回折素子としてコレステリック液晶層を用いる画像表示装置１０と同様の作用効果によって、ＡＲグラス等においてＦＯＶを広げることができ、また、光の利用効率も向上できる。
なお、第１Ａ回折素子１８ａ−２のように、液晶化合物４０が螺旋状に回転しない液晶層を有する回折素子は、図９に示されるような、回折素子を導光板１６の面方向の異なる位置に設ける態様に、好適に利用される。
【０１５５】
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有する液晶回折素子を用いるのが好ましい。
【０１５６】
本発明の導光素子および画像表示装置は、視認の改善のため、射出瞳を拡大する回折光学方法を用いてもよい。
具体的には複数個の回折要素（回折素子）を使用する光学的方法、すなわち内結合、中間および外結合回折要素を備えた回折光学方法を用いることができる。本方法は特表２００８−５４６０２０号公報に詳しく記載がある。
【０１５７】
以上、本発明の導光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。
【実施例】
【０１５８】
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。【０１５９】
［参考例１］
（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、下記の配向膜形成用塗布液をスピンコートで塗布した。この配向膜形成用塗布液の塗膜が形成された支持体を６０℃のホットプレート上で６０秒間乾燥し、配向膜を形成した。【０１６０】
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
―――――――――――――――――――――――――――――――――【０１６１】
−光配向用素材−
【化１】
2020122128.tif 000003
【０１６２】
（配向膜の露光）
図１５に示す露光装置を用いて配向膜を露光して、配向パターンを有する配向膜Ｐ−１を形成した。
露光装置において、レーザとして波長（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３００ｍＪ／ｃｍ2とした。なお、２つのレーザ光およびの干渉により形成される配向パターンの１周期（光学軸が１８０°回転する長さ）は、２つの光の交差角（交差角α）を変化させることによって制御した。【０１６３】
（第１Ａ回折素子の形成）
第１Ａ回折素子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、右円偏光を反射するコレステリック液晶層（コレステリック液晶相）を形成する、液晶組成物である。
組成物Ａ−１
―――――――――――――――――――――――――――――――――
棒状液晶化合物Ｌ−１                          １００．００質量部
重合開始剤（ＢＡＳＦ製、Ｉｒｇａｃｕｒｅ（登録商標）９０７）
３．００質量部
光増感剤（日本化薬製、ＫＡＹＡＣＵＲＥ  ＤＥＴＸ−Ｓ）
１．００質量部
キラル剤Ｃｈ−１                                  ５．６８質量部
レベリング剤Ｔ−１                                ０．０８質量部
メチルエチルケトン                          ２８４０．００質量部
―――――――――――――――――――――――――――――――――【０１６４】
棒状液晶化合物Ｌ−１
【化２】
2020122128.tif 000004
【０１６５】
キラル剤Ｃｈ−１
【化３】
2020122128.tif 000005
【０１６６】
レベリング剤Ｔ−１
【化４】
2020122128.tif 000006
【０１６７】
第１Ａ回折素子は、組成物Ａ−１を配向膜Ｐ−１上に多層塗布することにより形成した。多層塗布とは、先ず配向膜の上に１層目の組成物Ａ−１を塗布、加熱、冷却後に紫外線硬化を行って液晶固定化層を作製した後、２層目以降はその液晶固定化層に重ね塗りして塗布を行い、同様に加熱、冷却後に紫外線硬化を行うことを繰り返すことを指す。多層塗布により形成することにより、液晶層の総厚が厚くなった時でも配向膜３２の配向方向が液晶層の下面から上面にわたって反映される。【０１６８】
先ず１層目は、配向膜Ｐ−１上に下記の組成物Ａ−１を塗布して、塗膜をホットプレート上で９５℃に加熱した。その後、２５℃に冷却した後、窒素雰囲気下で高圧水銀灯を用いて波長３６５ｎｍの紫外線を３００ｍＪ／ｃｍ2の照射量で塗膜に照射することにより、液晶化合物の配向を固定化した。この時の１層目の液晶層の膜厚は０．２μｍであった。【０１６９】
２層目以降は、この液晶層に重ね塗りして、上と同じ条件で加熱、冷却後に紫外線硬化を行って液晶固定化層を作製した。このようにして、総厚が所望の膜厚になるまで重ね塗りを繰り返し、第１Ａ回折素子を形成した。塗布層の断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ（Scanning Electron Microscope））で確認したところ、コレステリック液晶相は８ピッチであった。また、主面に対する明部および暗部の傾いている面の傾斜面ピッチは０．４０μｍであった。傾斜面ピッチは、明部から明部、または、暗部から暗部の傾斜面に対する法線方向の間隔を１／２面ピッチとした。ここで言う明部および暗部とは、コレステリック液晶層の断面をＳＥＭで観察した際に見られる、コレステリック液晶相に由来する明部および暗部である。【０１７０】
第１Ａ回折素子は、図６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、第１Ａ回折素子の液晶配向パターンにおいて、液晶化合物の光学軸が１８０°回転する１周期は、０．５２５μｍであった。【０１７１】
（第１Ｂ回折素子の形成）
第１Ａ回折素子を形成する組成物Ａ−１において、キラル剤として下記のキラル剤Ｃｈ−２を用い、キラル剤の量を９．５０質量部に変更した以外は、同様に組成物Ａ−２を調製した。この組成物Ａ−２は、左円偏光を反射するコレステリック液晶層（コレステリック液晶相）を形成する、液晶組成物である。【０１７２】
キラル剤Ｃｈ−２
【化５】
2020122128.tif 000007
【０１７３】
調製した組成物Ａ−２を用いて、第１Ａ回折素子の上に、第１Ａ回折素子と同様にして第１Ｂ回折素子を形成した。塗布層の断面をＳＥＭで確認したところ、コレステリック液晶相は８ピッチであった。また、主面に対する明部および暗部の傾いている面の傾斜面ピッチは０．４０μｍであった。
第１Ｂ回折素子は、図６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、第１Ｂ回折素子の液晶配向パターンにおいて、液晶化合物の光学軸が１８０°回転する１周期は、０．５２５μｍであった。
これにより、液晶化合物の光学軸が回転する一方向が同じで、螺旋の捩じれ方向が右で右円偏光を選択的に反射するコレステリック液晶層である第１Ａ回折素子と、螺旋の捩じれ方向が左で左円偏光を選択的に反射するコレステリック液晶層である第１Ｂ回折素子とを積層した、第１回折素子を作製した（図８参照）。【０１７４】
［参考例２］
参考例１における第１Ａ回折素子上にメチルエチルケトンをスピンコートし、第１Ａ回折素子の形成と同様にして第１Ａ回折素子上に配向膜を形成した。配向膜の露光において、第１Ａ回折素子の形成時に対し、図１５に示す露光装置のλ／４板７２Ａおよび７２Ｂの光学軸を、それぞれ、９０°回転して、配向膜を同様に露光して、配向パターンを形成した以外は同様にして配向膜の露光を行った。配向膜上に第１Ａ回折素子と同様にしてコレステリック液晶層を形成し、第１Ｂ回折素子を形成した。
これにより、液晶化合物の光学軸が回転する一方向が逆で、螺旋の捩じれ方向が右で右円偏光を選択的に反射するコレステリック液晶層である第１Ａ回折素子と、螺旋捩じれ方向が右で左円偏光を選択的に反射するコレステリック液晶層である第１Ｂ回折素子とを積層した、第１回折素子を作製した（図８参照）。【０１７５】
［参考例３］
参考例１と同様に第１Ａ回折素子を作製した。
第１Ａ回折素子のコレステリック液晶層の形成において、組成物Ａ−１を参考例１の第１Ｂ回折素子の組成物に変更した以外は、第１Ａ回折素子と同様にして第１Ｂ回折素子を形成した。形成した第１Ａ回折素子と第１Ｂ回折素子を互いに隣接するように別のガラス基板上に接着剤（綜研化学社製、ＳＫダイン２０５７）を用いて貼合した。このとき、液晶化合物の光学軸が回転する一方向が同じになるようにした。
これにより、液晶化合物の光学軸が回転する一方向が同じで、螺旋の捩じれ方向が右で右円偏光を選択的に反射するコレステリック液晶層である第１Ａ回折素子と、螺旋の捩じれ方向が左で左円偏光を選択的に反射するコレステリック液晶層である第１Ｂ回折素子とを隣接して有する、第１回折素子を作製した（図９参照）。【０１７６】
［参考例４］
参考例１と同様に配向膜を形成した。
この配向膜の半分をマスキングして遮光して、図１５に示す露光装置を用いて配向膜を露光して、参考例１と同様に配向パターンを形成した。
次いで、配向パターンを形成した領域をマスキングして遮光して、図１５に示す露光装置のλ／４板７２Ａおよび７２Ｂの光学軸を、それぞれ、９０°回転して、残り半分の配向膜を同様に露光して、配向パターンを形成し、配向膜Ｐ−２を形成した。
この配向膜Ｐ−２の上に、参考例１の第１Ａ回折素子と同様に回折素子（コレステリック液晶層）を形成した。
これにより液晶化合物の光学軸が回転する一方向が逆方向で、螺旋の捩じれ方向が右で右円偏光を選択的に反射するコレステリック液晶層である第１Ａ回折素子と、螺旋の捩じれ方向が右で右円偏光を選択的に反射するコレステリック液晶層である第１Ｂ回折素子とを隣接して有する、第１回折素子を作製した（図９参照）。【０１７７】
［参考例５］
（配向膜の形成）
図１５に示す露光装置によって配向膜を露光する際の２つの光の交差角を変更した以外は、参考例１と同様にして、支持体の上に配向膜Ｐ−３を形成した。【０１７８】
（第１Ａ回折素子の形成）
参考例１の第１Ａ回折素子を形成する組成物Ａ−１において、キラル剤の量を６．７７質量部に変更した以外は、同様に組成物Ａ−３を調製した。この組成物Ａ−３は、右円偏光を反射するコレステリック液晶層（コレステリック液晶相）を形成する、液晶組成物である。
この組成物Ａ−３を用いた以外は、参考例１の第１Ａ回折素子と同様にして、配向膜Ｐ−３の表面に第１Ａ回折素子を形成した。塗布層の断面をＳＥＭで確認したところ、コレステリック液晶相は８ピッチであった。また、主面に対する明部および暗部の傾いている面の傾斜面ピッチは０．３４μｍであった。
第１Ａ回折素子は、図５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、第１Ａ回折素子の液晶配向パターンにおいて、液晶化合物の光学軸が１８０°回転する１周期は、０．４４５μｍであった。【０１７９】
（第１Ｂ回折素子の形成）
第１Ｂ回折素子を形成する組成物Ａ−２において、キラル剤の量を１１．３０質量部に変更した以外は、同様に組成物Ａ−４を調製した。この組成物Ａ−４は、左円偏光を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を用いた以外は、参考例１の第１Ｂ回折素子と同様にして、第１Ａ回折素子の表面に第２Ｂ回折素子を形成した。塗布層の断面をＳＥＭで確認したところ、コレステリック液晶相は８ピッチであった。また、主面に対する明部および暗部の傾いている面の傾斜面ピッチは０．３４μｍであった。
第１Ｂ回折素子は、図５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、第２コレステリック液晶層の液晶配向パターンにおいて、液晶化合物の光学軸が１８０°回転する１周期は、０．４４５μｍであった。
これにより、液晶化合物の光学軸が回転する一方向が同じで、螺旋の捩じれ方向が右で右円偏光を選択的に反射するコレステリック液晶層である第１Ａ回折素子と、螺旋の捩じれ方向が左で左円偏光を選択的に反射するコレステリック液晶層である第１Ｂ回折素子とを積層した、図８に示すような第１回折素子を作製した（図８参照）。
［参考例６］
（配向膜の形成）
図１５に示す露光装置によって配向膜を露光する際の２つの光の交差角を変更した以外は、実施例１と同様にして、支持体の上に配向膜Ｐ−４を形成した。【０１８０】
（第１Ａ回折素子の形成）
参考例１の第１Ａ回折素子を形成する組成物Ａ−１において、キラル剤の量を４．６９質量部に変更した以外は、同様に組成物Ａ−５を調製した。この組成物Ａ−３は、右円偏光を反射するコレステリック液晶層（コレステリック液晶相）を形成する、液晶組成物である。
この組成物Ａ−５を用いた以外は、参考例１の第１Ａ回折素子と同様にして、配向膜Ｐ−４の表面に第１Ａ回折素子を形成した。塗布層の断面をＳＥＭで確認したところ、コレステリック液晶相は８ピッチであった。また、主面に対する明部および暗部の傾いている面の傾斜面ピッチは０．４８μｍであった。
第１Ａ回折素子は、図６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、第１Ａ回折素子の液晶配向パターンにおいて、液晶化合物の光学軸が１８０°回転する１周期は、０．６３μｍであった。【０１８１】
（第１Ｂ回折素子の形成）
第１Ａ回折素子を形成する組成物Ａ−２において、キラル剤の量を７．８７質量部に変更した以外は、同様に組成物Ａ−６を調製した。この組成物Ａ−６は、左円偏光を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−６を用いた以外は、参考例１の第１Ｂ回折素子と同様にして、第１Ａ回折素子の表面に第１Ｂ回折素子を形成した。塗布層の断面をＳＥＭで確認したところ、コレステリック液晶相は８ピッチであった。また、主面に対する明部および暗部の傾いている面の傾斜面ピッチは０．４８μｍであった。
第１Ｂ回折素子は、図６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、第２コレステリック液晶層の液晶配向パターンにおいて、液晶化合物の光学軸が１８０°回転する１周期は、０．６３μｍであった。
これにより、液晶化合物の光学軸が回転する一方向が同じで、螺旋の捩じれ方向が右で右円偏光を選択的に反射するコレステリック液晶層である第１Ａ回折素子と、螺旋の捩じれ方向が左で左円偏光を選択的に反射するコレステリック液晶層である第１Ｂ回折素子とを積層した、第１回折素子を作製した（図８参照）。【０１８２】
［参考例７］
ＨｏｌｏＬｅｎｓ（Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ社）を分解し、映像入射部に用いられている表面レリーフ回折素子を第１回折素子として用いた。【０１８３】
［回折効率の評価］
作製した第１回折素子について、以下の方法で回折効率を測定した。
図１６に示すように、両端面が傾斜（θ＝４５°）している導光板Ｇに、作製した第１回折素子Ｓを接着した。導光板Ｇは、屈折率１．５２のガラスを用いた。
レーザーＬを、直線偏光子１０２およびλ／４板１０４を透過させて、導光板Ｇに対し垂直入射させ、導光板Ｇの傾斜面から出射した回折光Ｌｒを測定した。
回折光Ｌｒの強度を測定器を用いて測定し、入射光であるレーザーＬの強度Ｌｉとの比（Ｌｒ／Ｌｉ×１００［％］）を回折効率として評価した。なお、フレネルの式を用い、入射時における導光板Ｇの表面での反射率Ｒｉ、導光板Ｇからの出射時における導光板Ｇの表面での反射率Ｒｏの影響を除き、第１回折素子の反射率ＲＤとした。
反射率  ＲＤ＝Ｌｒ／Ｌ／（１−Ｒｉ）／（１−Ｒｏ）
なお、フレネルの式での反射率はｓ波とｐ波の反射率の平均値を用いた。
参考例１〜４および参考例７は、波長５３２ｎｍ、参考例５は波長４５０ｎｍ、参考例６は波長６３５ｎｍのレーザーＬを用いた。さらに参考例１、３、５、６および７は右円偏光と左円偏光とを各々入射し、参考例２および４は右円偏光を入射して評価を行った。
また、参考例１〜６は２方向に入射光が導光するため、２方向の光を各々評価し、その平均値を回折効率として評価した。
また、参考例７で用いたＨｏｌｏＬｅｎｓでは、導光板を３枚使用しているため、各導光板の回折素子における回折効率を各々測定し、積層時の回折効率を算出して、第１回折素子の回折効率として評価した。
回折効率が８０％以上の場合をＡ、
回折効率が７０％以上８０％未満の場合をＢ、
回折効率が６０％以上７０％未満の場合をＣ、
回折効率が６０％未満の場合をＤ、
と評価した。【０１８４】
［導光方向］
上述した回折効率の評価において、導光方向を検出した。
結果を下記の表に示す。【０１８５】
【表１】
2020122128.tif 000008
【０１８６】
表１に示すように、本発明の導光素子に用いる参考例１〜６の第１回折素子は、異なる２方向に光を導光できると共に、入射した光の回折効率も高い。従って、本発明の導光板および画像表示装置は、ＡＲグラス等に用いた際に、高い光の利用効率で、高輝度な画像を表示できる。
これに対して、表面レリーフ格子を用いる参考例７の第１回折素子は、導光方向が１方向で、入射光の回折効率も低く、ＡＲグラス等に用いた際に、表示素子による画像に比して、表示画像の輝度が低下してしまう。【０１８７】
［実施例１］
（第１回折素子）
参考例１と同様にして、第１回折素子を作製した。第１回折素子は、１０×１０ｍｍの矩形とした。
上述のように、この第１回折素子は、液晶化合物の光学軸が１８０°回転する１周期が０．５２５μｍ、主面に対する明部および暗部の傾いている面の傾斜面ピッチは０．４０μｍであり、液晶化合物の光学軸が回転する一方向が同じで、螺旋の捩じれ方向が右で右円偏光を選択的に反射するコレステリック液晶層である第１Ａ回折素子と、螺旋の捩じれ方向が左で左円偏光を選択的に反射するコレステリック液晶層である第１Ｂ回折素子とを積層した、図８に示すような第１回折素子である。【０１８８】
（第２回折素子）
＜配向膜の形成＞
図１５に示す露光装置によって配向膜を露光する際の２つの光の交差角を変更した以外は、参考例１と同様にして、支持体の表面に配向膜Ｐ−５を形成した。
＜第２Ａ回折素子＞
配向膜Ｐ−５の表面に、組成物Ａ−１を用いて、参考例１の第１Ａ回折素子と同様にコレステリック液晶層を形成して、第２Ａ回折素子を作製した。第２Ａ回折素子は、１０×２０ｍｍの矩形とした。
塗布層の断面をＳＥＭで確認したところ、第１Ａ回折素子の液晶配向パターンにおいて、液晶化合物の光学軸が１８０°回転する１周期は０．３２μｍであった。
第２Ａ回折素子のコレステリック液晶層は、主面に対する明部および暗部の傾いている面の傾斜面ピッチは０．４０μｍであり、螺旋の捩じれ方向が右で右円偏光を選択的に反射するコレステリック液晶層である。なお、コレステリック液晶相は２ピッチとなるように膜厚を調整した。【０１８９】
＜第２Ｂ回折素子＞
配向膜Ｐ−５の表面に、組成物Ａ−２を用いて、参考例１の第１Ｂ回折素子と同様にコレステリック液晶層を形成して、第２Ｂ回折素子を作製した。第２Ｂ回折素子は、１０×２０ｍｍの矩形とした。
塗布層の断面をＳＥＭで確認したところ、第１Ａ回折素子の液晶配向パターンにおいて、液晶化合物の光学軸が１８０°回転する１周期は０．３２μｍであった。
第２Ｂ回折素子のコレステリック液晶層は、主面に対する明部および暗部の傾いている面の傾斜面ピッチは０．４０μｍであり、螺旋の捩じれ方向が左で左円偏光を選択的に反射するコレステリック液晶層である。なお、コレステリック液晶相は２ピッチとなるように膜厚を調整した。【０１９０】
（第３回折素子）
参考例１と同じ配向膜Ｐ−１の表面に、組成物Ａ−１を用いて、参考例１の第１Ａ回折素子と同様にコレステリック液晶層を形成して、第３Ａ回折素子を形成した。従って、この第３Ａ回折素子は、液晶化合物の光学軸が１８０°回転する１周期が０．５２５μｍ、主面に対する明部および暗部の傾いている面の傾斜面ピッチは０．４０μｍであり、右円偏光を反射する回折素子である。なお、コレステリック液晶相は２ピッチとなるように膜厚を調整した。
他方、参考例１と同じ配向膜Ｐ−１の表面に、組成物Ａ−２を用いて、参考例１の第１Ｂ回折素子と同様にコレステリック液晶層を形成して、第３Ｂ回折素子を形成した。従って、この第３Ｂ回折素子は、液晶化合物の光学軸が１８０°回転する１周期が０．５２５μｍ、主面に対する明部および暗部の傾いている面の傾斜面ピッチは０．４０μｍであり、左円偏光を反射する回折素子である。なお、コレステリック液晶相は２ピッチとなるように膜厚を調整した。【０１９１】
第３Ａ回折素子と第３Ｂ回折素子とを対面して、感熱性接着剤によって貼着した。この際に、第３Ａ回折素子における液晶化合物の光学軸が回転する一方向と、第３Ｂ回折素子における液晶化合物の光学軸が回転する一方向とが、４０°の角度で交差するようにした。また、第３Ａ回折素子と第３Ｂ回折素子とは、液晶化合物の光学軸が回転する一方向が、第１回折素子における液晶化合物の光学軸が回転する一方向が同方向に向かうように積層した。
次いで、第３Ｂ回折素子の支持体および配向膜を剥離した。これにより、螺旋の捩じれ方向が右で右円偏光を選択的に反射するコレステリック液晶層である第３Ａ回折素子と、螺旋の捩じれ方向が左で左円偏光を選択的に反射するコレステリック液晶層である第３Ｂ回折素子とを積層した、第３回折素子を作製した（図８参照）。なお、第３回折素子は、３０×５０ｍｍの矩形とした。【０１９２】
ガラス製で、８０×８０ｍｍの矩形の導光板を用意した。
この導光板の中央上部（中心から２０ｍｍ上の位置に、感熱性接着剤によって第１回折素子を貼着した。【０１９３】
また、導光板の第１回折素子の左側(５ｍｍ離れた位置)の位置に、感熱性接着剤によって第２Ａ回折素子を貼着し、導光板の第１回折素子の右側(５ｍｍ離れた位置)の位置に、感熱接着剤によって第２Ｂ回折素子を貼着した。
この際に、第１回折素子における液晶化合物の光学軸が回転する１方向に対して、第２Ａ回折素子は、液晶化合物の光学軸が回転する１方向が１４５°、第２Ｂ回折素子は、液晶化合物の光学軸が回転する１方向が３５°となるように配置した（図１参照）。
なお、第２Ａ回折素子および第２Ｂ回折素子は、液晶化合物の光学軸が時計回りに回転する１方向を下方（第３回折素子）に向けて配置した。【０１９４】
さらに、中央下部(第１回折素子から１０ｍｍ下)の位置に、感熱性接着剤によって第３回折素子を貼着した。この際に、第１回折素子における液晶化合物の光学軸が回転する１方向に対して、第３Ａ回折素子は、液晶化合物の光学軸が回転する１方向が１１０°、第３Ｂ回折素子は、液晶化合物の光学軸が回転する１方向が７０°となるように配置した。なお、第３Ａ回折素子および第３Ｂ回折素子は、液晶化合物の光学軸が回転する１方向が右側（第２Ｂ回折素子側）に向かうように配置した（図１参照）。
これにより、導光板に、第１回折素子、第２回折素子および第３回折素子を設けた、導光素子を作製した。【０１９５】
第１Ａ回折素子に対して右円偏光の画像を、第１Ｂ回折素子に対して左円偏光の画像を出射するディスプレイを用意した。このディスプレイは、反射型液晶表示素子に投射光源と凸レンズとを組み合わせた投射型液晶表示素子である。反射型液晶表示素子の出射光の直線偏光をλ／４板により右円偏光および左円偏光に変換している。
このディスプレイを、第１回折素子に向けて画像を照射するように配置して、画像表示装置を作製した。【０１９６】
［比較例］
第１Ａ回折素子、第２Ｂ回折素子、第３Ａ回折素子を有さない以外は、同様の画像表示装置を作製した。なお、入射光は右円偏光とした。【０１９７】
［評価］
作製した画像表示装置を用いて画像を表示して、視野角を評価した。なお、評価においては緑色の画像を用いた。
その結果、比較例の視野角に対し、実施例は視野角を拡大できることを確認した。【０１９８】
［実施例２］
（第１回折素子）
＜配向膜の形成＞
図１５に示す露光装置によって配向膜を露光する際の２つの光の交差角を変更した以外は、参考例１と同様にして、支持体の上に配向膜Ｐ−１ＡＢを形成した。【０１９９】
＜第１Ａ回折素子Ｂ＞
第１Ａ回折素子Ｂを形成する液晶組成物として、下記の組成物ＡＢ−１を調製した。この組成物ＡＢ−１は、右円偏光を反射するコレステリック液晶層（コレステリック液晶相）を形成する、液晶組成物である。
組成物ＡＢ−１
―――――――――――――――――――――――――――――――――
棒状液晶化合物Ｌ−１                          １００．００質量部
重合開始剤（日本化薬製、ＫＡＹＡＣＵＲＥ  ＤＥＴＸ−Ｓ）
１．００質量部
キラル剤Ｃｈ−１                                  ５．００質量部
キラル剤Ｃｈ−２                                  １．００質量部
メチルエチルケトン                            ２０３．００質量部
―――――――――――――――――――――――――――――――――【０２００】
配向膜Ｐ−１ＡＢ上に、上記の液晶組成物ＡＢ−１を、スピンコータを用いて塗布した。
液晶組成物ＡＢ−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。その後、８０℃にて、大気雰囲気下で第１露光工程として、高圧水銀灯を用いて、３００ｎｍのロングバスフィルタ、および、３５０ｎｍのショートパスフィルタを介して露光を行った。第１露光工程は、波長３１５ｎｍで測定される光の照射量が１０ｍＪ／ｃｍ2となるように行った。さらに、８０℃にて、窒素雰囲気下で高圧水銀灯を用いて波長３６５ｎｍの紫外線を６００ｍＪ／ｃｍ2の照射量で塗膜に照射することにより（第２露光工程）、液晶組成物ＡＢ−１を硬化して液晶化合物の配向を固定化し、コレステリック液晶層を形成した。
これにより、支持体、配向膜およびコレステリック液晶層を有する液晶回折素子を作製した。【０２０１】
コレステリック液晶層は、図６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。
コレステリック液晶層を光学軸の回転方向に沿う方向切削し、断面をＳＥＭで観察した。その結果、配向膜側から配向膜と離間する側に向かって、厚さ方向に傾斜面ピッチＰが連続的に増大し、かつ、傾斜角θhpも連続的に増大する形状が見られた。なお、傾斜角θhp（明部／暗部の傾斜角θhp）とは、上述のように、明部および暗部がコレステリック液晶層の主面に対して成す角度である。【０２０２】
断面をＳＥＭで観察した結果、コレステリック液晶相は８ピッチであった。また、主面に対する明部および暗部の傾いている面の傾斜面ピッチ（厚さ方向の平均値）は０．３２μｍであった。また、コレステリック液晶層液晶配向パターンにおいて、液晶化合物の光学軸が１８０°回転する１周期は、０．２９μｍであった。【０２０３】
Ａｘｏｍｅｔｒｉｃｓ社製の「Ａｘｏｓｃａｎ」を用いて、測定光の入射角度を変更して、進相軸面内および遅相軸面内における面内レタデーションＲｅ（面内Ｒｅ）を測定した。測定波長は７５０ｎｍとした。また、測定光の入射角度は７０°〜７０°の範囲とした。
その結果、コレステリック液晶層の面内レタデーションが最小となる方向が法線に対し傾斜していた。この結果は、各液晶分子の長軸方向が、コレステリック液晶層の主面に対して傾斜した配向状態をとっていることを示唆している。【０２０４】
＜第１Ａ回折素子Ｇ＞
図１５に示す露光装置によって配向膜を露光する際の２つの光の交差角を変更した以外は、第１Ａ回折素子Ｂと同様にして、支持体の上に配向膜Ｐ−１ＡＧを形成した。
また、第１Ａ回折素子Ｂを形成する組成物ＡＢ−１において、キラル剤Ｃｈ−１の量を３．９０質量部に変更した以外は、同様に組成物ＡＧ−１を調製した。
この組成物ＡＧ−１を用いた以外は、第１Ａ回折素子Ｂと同様にして、第１Ａ回折素子Ｇを形成した。塗布層の断面をＳＥＭで確認したところ、コレステリック液晶相は８ピッチであった。また、主面に対する明部および暗部の傾いている面の傾斜面ピッチ（厚さ方向の平均値）は０．３７μｍであった。
第１Ａ回折素子Ｇは、図６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、コレステリック液晶層の液晶配向パターンにおいて、液晶化合物の光学軸が１８０°回転する１周期は、０．３４μｍであった。【０２０５】
＜第１Ａ回折素子Ｒ＞
図１５に示す露光装置によって配向膜を露光する際の２つの光の交差角を変更した以外は、第１Ａ回折素子Ｂと同様にして、支持体の上に配向膜Ｐ−１ＡＲを形成した。
また、第１Ａ回折素子Ｂを形成する組成物ＡＢ−１において、キラル剤Ｃｈ−１の量を３．１０質量部に変更した以外は、同様に組成物ＡＧ−１を調製した。
この組成物ＡＧ−１を用いた以外は、第１Ａ回折素子Ｂと同様にして、第１Ａ回折素子Ｇを形成した。塗布層の断面をＳＥＭで確認したところ、コレステリック液晶相は８ピッチであった。また、主面に対する明部および暗部の傾いている面の傾斜面ピッチ（厚さ方向の平均値）は０．４５μｍであった。
第１Ａ回折素子Ｇは、図６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、コレステリック液晶層の液晶配向パターンにおいて、液晶化合物の光学軸が１８０°回転する１周期は、０．４０μｍであった。【０２０６】
（第２回折素子）
図１５に示す露光装置によって配向膜を露光する際の２つの光の交差角を変更した以外は、第１Ａ回折素子Ｂと同様にして、支持体の上に配向膜を形成した。
また、第１Ａ回折素子Ｂを形成する組成物ＡＢ−１において、キラル剤Ｃｈ−１の量およびメチルエチルケトンの量を適宜変更した以外は、同様に液晶組成物を調製した。
この液晶組成物を用いた以外は、第１Ａ回折素子Ｂと同様にして、第２回折素子を形成した。なお、第２回折素子の形成では、第１露光工程は行わずに、第２露光工程による液晶層の硬化を実施し、コレステリック液晶層を形成した。
＜第２Ａ回折素子Ｂ＞
作製したコレステリック液晶相は２ピッチであった。また、主面に対する明部および暗部の傾いている面の傾斜面ピッチ（厚さ方向の平均値）は０．３４μｍであった。また、コレステリック液晶層の液晶配向パターンにおいて、液晶化合物の光学軸が１８０°回転する１周期は、０．２１μｍであった。
＜第２Ａ回折素子Ｇ＞
作製したコレステリック液晶相は２ピッチであった。また、主面に対する明部および暗部の傾いている面の傾斜面ピッチ（厚さ方向の平均値）は０．４０μｍであった。また、コレステリック液晶層の液晶配向パターンにおいて、液晶化合物の光学軸が１８０°回転する１周期は、０．２４μｍであった。
＜第２Ａ回折素子Ｒ＞
作製したコレステリック液晶相は２ピッチであった。また、主面に対する明部および暗部の傾いている面の傾斜面ピッチ（厚さ方向の平均値）は０．４８μｍであった。また、コレステリック液晶層の液晶配向パターンにおいて、液晶化合物の光学軸が１８０°回転する１周期は、０．２８μｍであった。【０２０７】
（第３回折素子）
図１５に示す露光装置によって配向膜を露光する際の２つの光の交差角を変更した以外は、第１Ａ回折素子Ｂと同様にして、支持体の上に配向膜を形成した。
また、第１Ａ回折素子Ｂを形成する組成物ＡＢ−１において、キラル剤Ｃｈ−１の量およびメチルエチルケトンの量を適宜変更した以外は、同様に液晶組成物を調製した。
この液晶組成物を用いた以外は、第１Ａ回折素子Ｂと同様にして、第３回折素子を形成した。なお、第３回折素子の形成では、第１露光工程は行わずに、第２露光工程による液晶層の硬化を実施し、コレステリック液晶層を形成した。
＜第３Ａ回折素子Ｂ＞
作製したコレステリック液晶相は２ピッチであった。また、主面に対する明部および暗部の傾いている面の傾斜面ピッチ（厚さ方向の平均値）は０．３２μｍであった。また、コレステリック液晶層の液晶配向パターンにおいて、液晶化合物の光学軸が１８０°回転する１周期は、０．２９μｍであった。
＜第３Ａ回折素子Ｇ＞
作製したコレステリック液晶相は２ピッチであった。また、主面に対する明部および暗部の傾いている面の傾斜面ピッチ（厚さ方向の平均値）は０．３７μｍであった。また、コレステリック液晶層の液晶配向パターンにおいて、液晶化合物の光学軸が１８０°回転する１周期は、０．３４μｍであった。
＜第３Ａ回折素子Ｒ＞
作製したコレステリック液晶相は２ピッチであった。また、主面に対する明部および暗部の傾いている面の傾斜面ピッチ（厚さ方向の平均値）は０．４５μｍであった。また、コレステリック液晶層の液晶配向パターンにおいて、液晶化合物の光学軸が１８０°回転する１周期は、０．４０μｍであった。【０２０８】
なお、第１Ｂ回折素子、第２Ｂ回折素子および第３Ｂ回折素子は、上記で作製した第１Ａ回折素子、第２Ａ回折素子、第３Ａ回折素子を用いた。【０２０９】
（導光素子の作製）
導光板として、大きさ６０ｍｍ×７０ｍｍ、厚さ１ｍｍの、ガラス製の導光板を用いた。第１Ａおよび第１Ｂ入射回折素子として第１Ａ回折素子Ｂ、第１Ａ回折素子Ｇおよび第１Ａ回折素子Ｒを用い、第２Ａおよび第２Ｂ中間回折素子として第２Ａ回折素子Ｂ、第２Ａ回折素子Ｇおよび第２Ａ回折素子Ｒを用い、第３Ａおよび第３Ｂ出射回折素子として第３Ａ回折素子Ｂ、第３Ａ回折素子Ｇおよび第３Ａ回折素子Ｒを用いた。
入射回折素子は、直径６ｍｍの大きさに切り出して用いた。中間回折素子は、１５ｍｍ（最大）×２５ｍｍの大きさに切り出して用いた。出射回折素子は、２０ｍｍ×２５ｍｍの大きさに切り出して用いた。
なお、各回折素子を切り出す際には、各回折素子を導光板上に配置した際に回折構造の周期方向が所定の方向となるように、切り出す方向と回折構造の周期方向とを調整して切り出した。【０２１０】
導光板の一方の主面に、作製した各回折素子を接着剤を用いて貼り合わせた。
各回折素子の配置は、第１Ａ入射回折素子は、導光板の主面の上側中央左に配置し、第１Ｂ入射回折素子は、導光板の主面の上側中央右に配置し、また、第１Ａ入射回折素子の左側に第２Ａ中間回折素子を配置し、第１Ｂ入射回折素子の右側に第２Ｂ中間回折素子を配置した。
また、導光板の主面の中央位置に第３Ａおよび第３Ｂ出射回折素子を積層して配置した。出射回折素子と入射回折素子とは上下方向に１３ｍｍ離間して配置した。
第１Ａ入射回折素子と第１Ｂ入射回折素子とは左右方向に１ｍｍ離間して配置した。第１Ａ入射回折素子と第２Ａ中間回折素子とは左右方向に１ｍｍ離間して配置した。第１Ｂ入射回折素子と第２Ｂ中間回折素子とは左右方向に１ｍｍ離間して配置した。【０２１１】
また、第１Ａ入射回折素子は、回折光が左向き（第２Ａ中間回折素子側）に回折するように配置し、第１Ｂ入射回折素子は、回折光が右向き（第２Ｂ中間回折素子側）になるように配置した。
各中間回折素子は、入射した光を出射回折素子の方向に回折するように、回折素子の周期方向を調整して配置した。
また、第３Ａ出射回折素子の液晶化合物の光学軸が一方向に沿って連続的に回転する液晶配向パターンの周期方向と第３Ｂ出射回折素子の液晶配向パターンの周期方向とのなす角度は９０°となるように配置した。なお、第１Ａ入射回折素子、第１Ｂ入射回折素子、第２Ａ中間回折素子および第２Ｂ中間回折素子の液晶配向パターンの周期方向を第３Ａおよび第３Ｂ出射回折素子に合うように調整して配置した。【０２１２】
また、第１Ａおよび第１Ｂ入射回折素子は、導光板側から、第１回折素子Ｂ、第１回折素子Ｇおよび第１回折素子Ｒの順で積層した。第２Ａおよび第２Ｂ中間回折素子は導光板側から、第２回折素子Ｂ、第２回折素子Ｇおよび第２回折素子Ｒの順で積層した。第３Ａおよび第３Ｂ出射回折素子は導光板側から、第３回折素子Ｂ、第３回折素子Ｇおよび第３回折素子Ｒの順で積層した。
以上により、導光素子を作製した。【０２１３】
［比較例２］
実施例２において、第１Ａ入射回折素子の形成で、第１露光工程は行わずに、第２露光工程による液晶層の硬化のみを実施した以外は同様にして、コレステリック液晶層を形成した。第１Ａ入射回折素子の傾斜面ピッチは厚さ方向でほぼ同一であった。
また、第１Ｂ入射回折素子、第２Ｂ中間回折素子、および、第３Ｂ出射回折素子を有さない以外は、実施例２と同様にして導光素子を作製した。【０２１４】
［実施例３］
実施例２と同様にして、第１回折素子、第２回折素子および第３回折素子を作製した。【０２１５】
（導光素子の作製）
第１導光板に、第１Ａおよび第１Ｂ回折素子Ｇ、第２Ａおよび第２Ｂ回折素子Ｇ、第３Ａおよび第３Ｂ回折素子Ｇを配置した。
第２導光板に、第１Ａおよび第１Ｂ回折素子Ｂ、第２Ａおよび第２Ｂ回折素子Ｂ、ならびに、第３Ａおよび第３Ｂ回折素子Ｂと、第１Ａおよび第１Ｂ回折素子Ｒ、第２Ａおよび第２Ｂ回折素子Ｒ、ならびに、第３Ａおよび第３Ｂ回折素子Ｒとを配置して導光素子を作製した以外は、実施例２と同様にして導光素子を作製した。
なお、第２導光板には、第１Ａおよび第１Ｂ入射回折素子は、導光板側から、第１回折素子Ｂおよび第１回折素子Ｒの順で積層し、第２Ａおよび第２Ｂ中間回折素子は、導光板側から、第２回折素子Ｂおよび第２回折素子Ｒの順で積層し、第３Ａおよび第３Ｂ出射回折素子は、導光板側から、第３回折素子Ｂおよび第３回折素子Ｒの順で回折素子を積層した。
さらに、第１導光板側から光が入射するように第１導光板および第２導光板を重ねて配置した。【０２１６】
［比較例３］
実施例３において、第１Ａ入射回折素子の形成で、第１露光工程は行わずに、第２露光工程による液晶層の硬化のみを実施した以外は同様にして、コレステリック液晶層を形成した。第１Ａ入射回折素子の傾斜面ピッチは厚さ方向でほぼ同一であった。
また、第１Ｂ入射回折素子、第２Ｂ中間回折素子、第３Ｂ出射回折素子を有さない以外は、実施例３と同様にして導光素子を作製した。【０２１７】
［実施例４］
（第１回折素子）
＜配向膜の形成＞
図１５に示す露光装置によって配向膜を露光する際の２つの光の交差角を変更した以外は、参考例１と同様にして、支持体の上に配向膜Ｐ−１ＡＳを形成した。【０２１８】
＜第１Ａ回折素子Ｓ＞
第１Ａ回折素子Ｓを形成する液晶組成物として、下記の組成物ＡＳ−１を調製した。この組成物ＡＳ−１は、右円偏光を反射するコレステリック液晶層（コレステリック液晶相）を形成する、液晶組成物である。
組成物ＡＳ−１
―――――――――――――――――――――――――――――――――
棒状液晶化合物Ｌ−１                          １００．００質量部
重合開始剤（日本化薬製、ＫＡＹＡＣＵＲＥ  ＤＥＴＸ−Ｓ）
１．００質量部
キラル剤Ｃｈ−３                                  ４．００質量部
メチルエチルケトン                            １４２．００質量部
―――――――――――――――――――――――――――――――――【０２１９】
キラル剤Ｃｈ−３
【化６】
2020122128.tif 000009
【０２２０】
配向膜Ｐ−１ＡＳ上に、上記の液晶組成物ＡＳ−１を、スピンコータを用いて塗布した。
液晶組成物ＡＳ−１の塗膜をホットプレート上で１００℃にて３分間（１８０ｓｅｃ）加熱した。その後、１００℃にて、窒素雰囲気下で第１露光工程として、高圧水銀灯を用いて、３００ｎｍのロングバスフィルタ、および３５０ｎｍのショートパスフィルタを介して露光を行った。第１露光工程は、波長３１５ｎｍで測定される光の照射量が９ｍＪ／ｃｍ2となるように行った。さらに、１００℃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（第２露光工程）、液晶組成物ＡＳ−１を硬化して液晶化合物の配向を固定化し、コレステリック液晶層を形成した。
これにより、支持体、配向膜およびコレステリック液晶層を有する液晶回折素子を作製した。【０２２１】
コレステリック液晶層は、図６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。
コレステリック液晶層を光学軸の回転方向に沿う方向切削し、断面をＳＥＭで観察した。その結果、配向膜側から配向膜と離間する側に向かって、厚さ方向に傾斜面ピッチＰが連続的に増大し、かつ、傾斜角θhpも連続的に増大する形状が見られた。なお、傾斜角θhp（明部／暗部の傾斜角θhp）とは、上述のように、明部および暗部がコレステリック液晶層の主面に対して成す角度である。【０２２２】
断面をＳＥＭで観察した結果、コレステリック液晶相は８ピッチであった。また、主面に対する明部および暗部の傾いている面の傾斜面ピッチ（厚さ方向の平均値）は０．３５μｍであった。また、コレステリック液晶層液晶配向パターンにおいて、液晶化合物の光学軸が１８０°回転する１周期は、０．２９μｍであった。【０２２３】
Ａｘｏｍｅｔｒｉｃｓ社製の「Ａｘｏｓｃａｎ」を用いて、測定光の入射角度を変更して、進相軸面内および遅相軸面内における面内レタデーションＲｅ（面内Ｒｅ）を測定した。測定波長は７５０ｎｍとした。また、測定光の入射角度は７０°〜７０°の範囲とした。
その結果、コレステリック液晶層の面内レタデーションが最小となる方向が法線に対し傾斜していた。この結果は、各液晶分子の長軸方向が、コレステリック液晶層の主面に対して傾斜した配向状態をとっていることを示唆している。
＜第１Ａ回折素子Ｌ＞
図１５に示す露光装置によって配向膜を露光する際の２つの光の交差角を変更した以外は、第１Ａ回折素子Ｓと同様にして、支持体の上に配向膜Ｐ−１ＡＬを形成した。
また、第１Ａ回折素子Ｓを形成する組成物ＡＳ−１において、キラル剤Ｃｈ−３の量を３．４０質量部に変更した以外は、同様に組成物ＡＬ−１を調製した。
この組成物ＡＬ−１を用いた以外は、第１Ａ回折素子Ｓと同様にして、第１Ａ回折素子Ｌを形成した。塗布層の断面をＳＥＭで確認したところ、コレステリック液晶相は８ピッチであった。また、主面に対する明部および暗部の傾いている面の傾斜面ピッチ（厚さ方向の平均値）は０．４０μｍであった。
第１Ａ回折素子Ｇは、図６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、コレステリック液晶層の液晶配向パターンにおいて、液晶化合物の光学軸が１８０°回転する１周期は、０．４２μｍであった。【０２２４】
＜第２Ａ回折素子Ｓ＞
図１５に示す露光装置によって配向膜を露光する際の２つの光の交差角を変更した以外は、第１Ａ回折素子Ｓと同様にして、支持体の上に配向膜を形成した。
また、第１Ａ回折素子Ｓを形成する組成物ＡＳ−１において、メチルエチルケトンの量を適宜変更した以外は、同様に液晶組成物を調製した。
この液晶組成物を用いた以外は、第１Ａ回折素子Ｓと同様にして、第２Ａ回折素子Ｓを形成した。【０２２５】
作製したコレステリック液晶相は２ピッチであった。また、主面に対する明部および暗部の傾いている面の傾斜面ピッチ（厚さ方向の平均値）は０．３５μｍであった。また、コレステリック液晶層の液晶配向パターンにおいて、液晶化合物の光学軸が１８０°回転する１周期は、０．２１μｍであった。【０２２６】
＜第２Ａ回折素子Ｌ＞
図１５に示す露光装置によって配向膜を露光する際の２つの光の交差角を変更した以外は、第１Ａ回折素子Ｌと同様にして、支持体の上に配向膜を形成した。
また、第１Ａ回折素子Ｌを形成する液晶組成物において、メチルエチルケトンの量を適宜変更した以外は、同様に液晶組成物を調製した。
この液晶組成物を用いた以外は、第１Ａ回折素子Ｌと同様にして、第２Ａ回折素子Ｌを形成した。【０２２７】
作製したコレステリック液晶相は２ピッチであった。また、主面に対する明部および暗部の傾いている面の傾斜面ピッチ（厚さ方向の平均値）は０．４０μｍであった。また、コレステリック液晶層の液晶配向パターンにおいて、液晶化合物の光学軸が１８０°回転する１周期は、０．３０μｍであった。【０２２８】
＜第３Ａ回折素子Ｓ＞
図１５に示す露光装置によって配向膜を露光する際の２つの光の交差角を変更した以外は、第１Ａ回折素子Ｓと同様にして、支持体の上に配向膜を形成した。
また、第１Ａ回折素子Ｓを形成する組成物ＡＳ−１において、メチルエチルケトンの量を適宜変更した以外は、同様に液晶組成物を調製した。
この液晶組成物を用いた以外は、第１Ａ回折素子Ｓと同様にして、第３Ａ回折素子Ｓを形成した。【０２２９】
作製したコレステリック液晶相は２ピッチであった。また、主面に対する明部および暗部の傾いている面の傾斜面ピッチ（厚さ方向の平均値）は０．３５μｍであった。また、コレステリック液晶層の液晶配向パターンにおいて、液晶化合物の光学軸が１８０°回転する１周期は、０．２９μｍであった。【０２３０】
＜第３Ａ回折素子Ｌ＞
図１５に示す露光装置によって配向膜を露光する際の２つの光の交差角を変更した以外は、第１Ａ回折素子Ｌと同様にして、支持体の上に配向膜を形成した。
また、第１Ａ回折素子Ｌを形成する液晶組成物において、メチルエチルケトンの量を適宜変更した以外は、同様に液晶組成物を調製した。
この液晶組成物を用いた以外は、第１Ａ回折素子Ｌと同様にして、第３Ａ回折素子Ｌを形成した。【０２３１】
作製したコレステリック液晶相は２ピッチであった。また、主面に対する明部および暗部の傾いている面の傾斜面ピッチ（厚さ方向の平均値）は０．４０μｍであった。また、コレステリック液晶層の液晶配向パターンにおいて、液晶化合物の光学軸が１８０°回転する１周期は、０．４２μｍであった。【０２３２】
なお、第１Ｂ回折素子、第２Ｂ回折素子および第３Ｂ回折素子は、上記で作製した第１Ａ回折素子、第２Ａ回折素子、第３Ａ回折素子を用いた。【０２３３】
（導光素子の作製）
第１導光板に、第１Ａおよび第１Ｂ回折素子Ｓ、第２Ａおよび第２Ｂ回折素子Ｓ、ならびに、第３Ａおよび第３Ｂ回折素子Ｓを配置した。
第２導光板に、第１Ａおよび第１Ｂ回折素子Ｌ、第２Ａおよび第２Ｂ回折素子Ｌ、ならびに、第３Ａおよび第３Ｂ回折素子Ｌを配置して導光素子を作製した以外は、実施例３と同様にして導光素子を作製した。
さらに、第１導光板側から光が入射するように第１導光板および第２導光板を重ねて配置した。【０２３４】
実施例２〜実施例４において、第１Ａおよび第１Ｂ入射回折素子に対して右円偏光の画像を出射するディスプレイを用意した。このディスプレイは、反射型液晶表示素子に投射光源と凸レンズとを組み合わせた投射型液晶表示素子である。反射型液晶表示素子の出射光の直線偏光をλ／４板により右円偏光に変換している。
このディスプレイを、第１回折素子に向けて画像を照射するように配置して、画像表示装置を作製した。
比較例２〜比較例３は、第１Ａ入射回折素子に対して右円偏光の画像を出射するディスプレイを用意した以外は同様にして、画像表示装置を作製した。【０２３５】
［視野角の評価１］
作製した画像表示装置を用いて画像を表示して、視野角を評価した。なお、評価においては緑色の画像を用いた。
その結果、比較例の視野角に対し、実施例は視野角を拡大できることを確認した。【０２３６】
［視野角の評価２］
さらに、各導光素子に光を照射して、視野角を評価した。
光源として、波長４５０ｎｍ、波長５３２ｎｍおよび波長６３５ｎｍの光を用いて評価した。
光源から出射した光を直線偏光子およびλ／４板を透過させて右円偏光の光とした。この光を実施例２〜実施例４は導光素子の第１Ａおよび第１Ｂ入射回折素子に入射させて出射回折素子から出射した光の光量をパワーメータで測定した。比較例２〜比較例３は、導光素子の第１Ａ入射回折素子に入射させて出射回折素子から出射した光の光量をパワーメータで測定した。なお、測定箇所は出射回折素子の中央からの出射光を測定した。
また、導光板主面に対する法線方向を０°としたときに、入射回折素子への光の入射角は−３０°から３０°まで２．５°刻みで変化させた（水平方向）。
パワーメータの有効口径が２ｍｍΦとなるようにピンホールを配置し、出射光がピンホールの中心を透過するようにして光量を測定し評価を行った。出射光量が最も大きくなる出射角度の光量に対し、３０％以上の出射光量となる角度範囲を視野角として評価した。各波長で評価を行い、評価に用いた全ての波長で前述の条件を満たす角度範囲を視野角とした。【０２３７】
その結果、実施例２は比較例２に対し、視野角が１．５倍以上に拡大しており、かつ、広い角度範囲で明るい出射光量を得た。また、実施例３および実施例４は比較例３に対し、視野角が１．５倍以上に拡大しており、かつ、広い角度範囲で明るい出射光量を得た。
以上の結果より、本発明の効果は明らかである。
【産業上の利用可能性】
【０２３８】
ＡＲグラスなど、導光を利用する各種の光学装置に好適に利用可能である。
【符号の説明】
【０２３９】
１０  画像表示装置
１２  表示素子
１６  導光板
１８  第１回折素子
１８ａ−２  第１Ａ回折素子
１８Ｒ  Ｒ第１回折素子
１８Ｇ  Ｇ第１回折素子
１８Ｂ  Ｂ第１回折素子
１８ａＲ  第１Ａ回折素子
１８ｂＲ  第１Ｂ回折素子
１８ａＧ  第１Ａ回折素子
１８ｂＧ  第１Ｂ回折素子
１８ａＢ  第１Ａ回折素子
１８ｂＢ  第１Ｂ回折素子
２０ａ  第２Ａ回折素子
２０ｂ  第２Ｂ回折素子
２４ａ  第３Ａ回折素子
２４ｂ  第３Ｂ回折素子
３０  支持体
３２，３２Ｒ，３２Ｇ，３２Ｂ  配向膜
３４  （コレステリック）液晶層
４０  液晶化合物
４０Ａ  光学軸
６０  露光装置
６２  レーザ
６４  光源
６８  偏光ビームスプリッター
７０Ａ，７０Ｂ  ミラー
７２Ａ，７２Ｂ，８４  λ／４板
８２  直線偏光子
９０  光検出器
１０２  直線偏光子
１０４  λ／４板
ＢR  青色の右円偏光
ＧR  緑色の右円偏光
ＲR  赤色の右円偏光
Ｍ  レーザ光
ＭＡ，ＭＢ  光線
ＭＰ  Ｐ偏光
ＭＳ  Ｓ偏光
ＰO  直線偏光
ＰR  右円偏光
ＰL  左円偏光
Ｑ，Ｑ１，Ｑ２  絶対位相
Ｅ，Ｅ１，Ｅ２  等位相面
Ｌ１，Ｌ４  入射光
Ｌ２，Ｌ５  透過光
Ｕ  使用者
Ｇ  導光板
Ｓ  サンプル（第１回折素子）
【図１】
2020122128.tif 000010
【図２】
2020122128.tif 000011
【図３】
2020122128.tif 000012
【図４】
2020122128.tif 000013
【図５】
2020122128.tif 000014
【図６】
2020122128.tif 000015
【図７】
2020122128.tif 000016
【図８】
2020122128.tif 000017
【図９】
2020122128.tif 000018
【図１０】
2020122128.tif 000019
【図１１】
2020122128.tif 000020
【図１２】
2020122128.tif 000021
【図１３】
2020122128.tif 000022
【図１４】
2020122128.tif 000023
【図１５】
2020122128.tif 000024
【図１６】
2020122128.tif 000025
【図１７】
2020122128.tif 000026
【図１８】
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【図１９】
2020122128.tif 000028
【手続補正書】
【提出日】令和3年6月4日(2021.6.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導光板と、前記導光板に設けられる第１回折素子、第２回折素子および第３回折素子とを有し、
前記第１回折素子は、入射した光を異なる２以上の方向に回折して、前記導光板に入射させるものであり、前記第２回折素子は、前記第１回折素子によって回折され、前記導光板内を伝搬された光を、前記第３回折素子に向けて回折する、離間して設けられる複数の回折素子を有し、前記第３回折素子は、前記導光板から光を出射させるものであり、
前記第１回折素子および第３回折素子の少なくとも一方が、液晶化合物を含む組成物を用いて形成され、前記液晶化合物由来の光学軸の向きが面内の少なくとも一方向に沿って連続的に回転しながら変化している液晶配向パターンを有する、液晶回折素子である、導光素子。
【請求項２】
前記第１回折素子が、積層され、互いに異なる方向に光を回折する、第１Ａ回折素子と第１Ｂ回折素子とを有する、請求項１に記載の導光素子。
【請求項３】
前記第１回折素子が、前記導光板の面方向の異なる位置に配列され、互いに異なる方向に光を回折する、第１Ａ回折素子と第１Ｂ回折素子とを有する、請求項１に記載の導光素子。
【請求項４】
前記第１回折素子が液晶回折素子であり、前記第１Ａ回折素子および前記第１Ｂ回折素子は、前記液晶化合物の光学軸の向きが厚さ方向に螺旋状に捩じれ回転している領域を有し、
前記第１Ａ回折素子と第１Ｂ回折素子とで、前記厚さ方向への螺旋の捩れ回転の方向が逆であり、かつ、前記液晶配向パターンにおいて、少なくとも一方向に沿って連続的に回転する前記液晶化合物由来の光学軸の向きの回転方向が同方向である、請求項２または３に記載の導光素子。
【請求項５】
前記第１回折素子が液晶回折素子であり、前記第１Ａ回折素子および前記第１Ｂ回折素子は、前記液晶化合物の光学軸の向きが厚さ方向に螺旋状に捩じれ回転している領域を有し、
前記第１Ａ回折素子と第１Ｂ回折素子とで、前記厚さ方向への螺旋の捩れ回転の方向が同じであり、かつ、前記液晶配向パターンにおいて、少なくとも一方向に沿って連続的に回転する前記液晶化合物由来の光学軸の向きの回転方向が異なる、請求項２または３に記載の導光素子。
【請求項６】
前記第３回折素子が、積層される、第３Ａ回折素子と第３Ｂ回折素子とを有する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の導光素子。
【請求項７】
前記第３回折素子が液晶回折素子であり、かつ、第３Ａ回折素子および第３Ｂ回折素子を有し、
前記第３Ａ回折素子と前記第３Ｂ回折素子とは、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連続的に回転する一方向が、交差する、請求項１〜６のいずれか１項に記載の導光素子。
【請求項８】
前記第３回折素子が液晶回折素子であり、前記液晶化合物の光学軸の向きが螺旋状に捩じれ回転している領域を有する、請求項１〜７のいずれか１項に記載の導光素子。
【請求項９】
前記第１回折素子および前記第３回折素子が液晶回折素子であり、
第１回折素子と第３回折素子とは、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連続的に回転する一方向が、交差する、請求項１〜８のいずれか１項に記載の導光素子。
【請求項１０】
前記第１回折素子、第２回折素子および前記第３回折素子が液晶回折素子で、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連続的に回転する一方向が交差しており、
前記液晶配向パターンの、前記液晶化合物由来の光学軸の向きが連続的に回転しながら変化する一方向における、前記液晶化合物由来の光学軸の向きが１８０°回転する長さを１周期とした際に、前記第２回折素子の前記１周期は、前記第１回折素子および前記第３回折素子の１周期よりも短い、請求項１〜９のいずれか１項に記載の導光素子。
【請求項１１】
前記液晶回折素子が、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を有する、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の導光素子。
【請求項１２】
前記液晶回折素子は、前記液晶回折素子の主面の法線方向および法線に対して傾斜した方向から面内レタデーションを測定した際に、遅相軸面内および進相軸面内のいずれかにおいて、面内レタデーションが最小となる方向が前記法線方向から傾斜している請求項１〜１１のいずれか１項に記載の導光素子。
【請求項１３】
走査型電子顕微鏡によって観察される前記コレステリック液晶層の断面において、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、前記明部から前記明部、または、前記暗部から前記暗部の、前記明部または前記暗部が成す線の法線方向における間隔を１／２傾斜面ピッチとした際に、前記コレステリック液晶層の傾斜面ピッチが厚さ方向の位置によって異なる領域を有する、請求項１１または１２に記載の導光素子。
【請求項１４】
厚さ方向の一方向に向かって、前記傾斜面ピッチが連続的に増大または減少する領域を有する、請求項１３に記載の導光素子。
【請求項１５】
走査型電子顕微鏡によって観察される前記コレステリック液晶層の断面において、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、前記明部または前記暗部が成す線が前記コレステリック液晶層の主面に対する傾斜角をθhpとした際に、前記傾斜角θhpが厚さ方向の位置によって異なる領域を有する、請求項１１〜１４のいずれか１項に記載の導光素子。
【請求項１６】
厚さ方向の一方向に向かって、前記傾斜角θhpが連続的に増大または減少する領域を有する、請求項１５に記載の導光素子。
【請求項１７】
前記液晶回折素子における前記液晶配向パターンの、前記液晶化合物由来の光学軸の向きが連続的に回転しながら変化する前記一方向における、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１周期とした際に、前記１周期が１μｍ以下である、請求項１〜１６のいずれか１項に記載の導光素子。
【請求項１８】
前記第１回折素子、第２回折素子および前記第３回折素子が、液晶回折素子であり、かつ、それぞれが、青色画像に対応する青色回折層、緑色画像に対応する緑色回折層および赤色画像に対応する赤色回折層を有し、
前記液晶配向パターンの、前記液晶化合物由来の光学軸の向きが連続的に回転しながら変化する一方向における、前記液晶化合物由来の光学軸の向きが１８０°回転する長さを１周期とした際に、前記１周期が、赤色回折層が最も長く、青色回折層が最も短い、請求項１〜１７のいずれか１項に記載の導光素子。
【請求項１９】
前記青色回折層、前記緑色回折層および前記赤色回折層が、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を有し、
前記青色回折層、前記緑色回折層および前記赤色回折層は、前記コレステリック液晶層における前記１周期の順列と、前記コレステリック液晶層の選択反射中心波長の順列とが、一致している、請求項１８に記載の導光素子。
【請求項２０】
前記青色回折層、前記緑色回折層および前記赤色回折層が、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を有し、
前記青色回折層、前記緑色回折層および前記赤色回折層の前記液晶配向パターンの１周期を、それぞれ、ΛB、ΛG、および、ΛRとし、
前記青色回折層、前記緑色回折層および前記赤色回折層の傾斜面ピッチを、それぞれ、ＰｔB、ＰｔG、および、ＰｔRとした際に、
ΛB＜ΛG＜ΛR、および、ＰｔB＜ＰｔG＜ＰｔR
を満たす請求項１８または１９に記載の導光素子。
【請求項２１】
前記第１回折素子、前記第２回折素子および前記第３回折素子が、液晶回折素子であり、かつ、それぞれが、可視光の波長帯域を２つの波長帯域に分けたときに、２つの波長帯域の短波側の画像に対応する短波側回折層および長波側の画像に対応する長波側回折層を有し、
前記液晶配向パターンの、前記液晶化合物由来の光学軸の向きが連続的に回転しながら変化する一方向における、前記液晶化合物由来の光学軸の向きが１８０°回転する長さを１周期とした際に、前記１周期が、長波側回折層が短波側回折層よりも長い、請求項１〜１７のいずれか１項に記載の導光素子。
【請求項２２】
前記長波側回折層および前記短波側回折層が、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を有し、
前記長波側回折層および前記短波側回折層は、前記コレステリック液晶層における前記１周期の順列と、前記コレステリック液晶層の選択反射中心波長の順列とが、一致している、請求項２１に記載の導光素子。
【請求項２３】
前記長波側回折層および前記短波側回折層が、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を有し、
前記長波側回折層および前記短波側回折層の前記液晶配向パターンの１周期を、それぞれ、ΛS、および、ΛLとし、
前記長波側回折層および前記短波側回折層の傾斜面ピッチを、それぞれ、ＰｔS、および、ＰｔLとした際に、
ΛS＜ΛL、および、ＰｔS＜ＰｔL
を満たす請求項２１または請求項２２に記載の導光素子。
【請求項２４】
請求項１〜２３のいずれか１項に記載の導光素子と、前記導光素子の前記第１回折素子に画像を照射する表示素子とを有する画像表示装置。
【請求項２５】
前記表示素子が、前記第１回折素子に円偏光を照射する、請求項２４に記載の画像表示装置。
【請求項２６】
請求項１〜１７のいずれか１項に記載の導光素子と、前記導光素子の前記第１回折素子に赤外光を照射する光源と、を有するセンシング装置。
【請求項２７】
前記センシング装置の前記光源が、前記第１回折素子に円偏光を照射する、請求項２６に記載のセンシング装置。
【国際調査報告】
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