导光元件、图像显示装置及传感装置的制作方法
本发明涉及一种传播光的导光元件及使用该导光元件的图像显示装置以及传感装置。
背景技术：
近年来，如非专利文献1中所记载的实际看到的场景中实用化叠加虚拟的影像及各种信息等而显示的ar(augmentedreality(增强现实))玻璃。ar玻璃也称为智能玻璃、头戴式显示器(hmd(headmounteddisplay))及ar眼镜等。
如非专利文献1所示，作为一例，ar玻璃将由显示器(光学引擎)显示的影像入射到导光板的一端而传送并且从另一端射出，由此在使用人员实际看到的场景中叠加虚拟的影像而显示。
在ar玻璃中，使用衍射元件使来自显示器的光(投影光)衍射(折射)而入射到导光板的一个端部。由此，以一定角度向导光板导入光，并且使光在导光板内全反射而传播。在导光板传播的光在导光板的另一端部通过相同的衍射元件被衍射，并且从导光板射出到基于使用人员的观察位置。
ar玻璃中要求显示图像的区域即视角(fov(fieldofview))宽。
与此对应，进行了各种提案。例如，在专利文献1中公开有一种光导波路，作为能够扩大ar玻璃的fov的光导波路，在导光板(光导波路的块状基板)上设置有输入耦合器、在导光板的面方向上分开设置的第1中间构成要件及第2中间构成要件以及输出耦合器。
在该光导波路中，显示器所显示的图像照射到输入耦合器。输入耦合器朝向第1中间构成要件衍射图像(与图像对应的光)的一部分，朝向第2中间构成要件衍射图像的一部分。第1中间构成要件及第2中间构成要件一同朝向输出耦合器衍射由导波路传播的图像。输出耦合器通过结合由导波路传播的图像而衍射，从导光板射出图像。
专利文献1中所记载的光导波路如上述通过朝向分开而配置的第1中间构成要件及第2中间构成要件衍射图像来扩大fov。
以往技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2017/180403号
非专利文献
非专利文献1：bernardc.kressetal.,towardstheultimatemixedrealityexperience(走向终极混合现实体验):hololensdisplayarchitecturechoices,sid2017digest,pp.127-131
技术实现要素：
发明要解决的技术课题
专利文献1中所记载的光导波路中，输入耦合器、第1中间构成要件及第2中间构成要件以及输出耦合器均为衍射光栅(衍射元件)。
在专利文献1中所记载的光导波路中，作为衍射光栅使用表面浮雕格子。表面浮雕格子在表面具有周期结构(周期性变化)，例如为在表面设置有周期性槽(格子线)等的衍射光栅。
能够通过将专利文献1中所记载的光导波路利用于ar玻璃来扩大fov。
但是，在专利文献1中所记载的光导波路中，作为衍射光栅使用表面浮雕格子，因此光的利用效率低，例如在利用于ar玻璃等的情况下，与由显示装置显示的图像相比，使用人员所观察的图像变暗。
本发明的目的在于解决这种以往技术的课题，提供一种能够以高光利用效率射出入射的光并且能够通过利用于ar玻璃等扩大fov的导光元件及使用该导光元件的图像显示装置以及传感装置。
用于解决技术课题的手段
为了解决该课题，本发明具有以下结构。
[1]一种导光元件，其具有导光板、设置于导光板的第1衍射元件、第2衍射元件及第3衍射元件，
第1衍射元件使入射的光沿不同的2以上的方向衍射而入射到导光板，第2衍射元件具有使通过第1衍射元件衍射而在导光板内传播的光朝向第3衍射元件衍射的分开设置的多个衍射元件，第3衍射元件使光从导光板射出，
第1衍射元件及第3衍射元件中的至少一个为液晶衍射元件，所述液晶衍射元件使用包含液晶化合物的组合物形成且具有源自液晶化合物的光学轴的朝向沿着面内的至少一个方向连续旋转的同时产生变化的液晶取向图案。
[2]根据[1]所述的导光元件，其中，
第1衍射元件具有层叠而沿互不相同的方向衍射光的第1a衍射元件及第1b衍射元件。
[3]根据[1]所述的导光元件，其中，
第1衍射元件具有在导光板的面方向的互不相同的位置上排列而沿互不相同的方向衍射光的第1a衍射元件及第1b衍射元件。
[4]根据[2]或[3]所述的导光元件，其中，
第1衍射元件为液晶衍射元件，第1a衍射元件及第1b衍射元件具有液晶化合物的光学轴的朝向沿厚度方向以螺旋状扭转旋转的区域，
在第1a衍射元件及第1b衍射元件中，厚度方向上的螺旋的扭转旋转的方向相反，并且液晶取向图案中，沿着至少一个方向连续旋转的源自液晶化合物的光学轴的朝向的旋转方向为相同方向。
[5]根据[2]或[3]所述的导光元件，其中，
第1衍射元件为液晶衍射元件，第1a衍射元件及第1b衍射元件具有液晶化合物的光学轴的朝向沿厚度方向以螺旋状扭转旋转的区域，
在第1a衍射元件及第1b衍射元件中，厚度方向上的螺旋的扭转旋转的方向相同，并且液晶取向图案中，沿着至少一个方向连续旋转的源自液晶化合物的光学轴的朝向的旋转方向不同。
[6]根据[1]至[5]中任一项所述的导光元件，其中，
第3衍射元件具有层叠的第3a衍射元件及第3b衍射元件。
[7]根据[1]至[6]中任一项所述的导光元件，其中，
第3衍射元件为液晶衍射元件，并且具有第3a衍射元件及第3b衍射元件，
第3a衍射元件及第3b衍射元件在液晶取向图案中，源自液晶化合物的光学轴的朝向连续旋转的一个方向相交。
[8]根据[1]至[7]中任一项所述的导光元件，其中，
第3衍射元件为液晶衍射元件，具有液晶化合物的光学轴的朝向以螺旋状扭转旋转的区域。
[9]根据[1]至[8]中任一项所述的导光元件，其中，第1衍射元件及第3衍射元件为液晶衍射元件，
第1衍射元件及第3衍射元件在液晶取向图案中，源自液晶化合物的光学轴的朝向连续旋转的一个方向相交。
[10]根据[1]至[9]中任一项所述的导光元件，其中，
第1衍射元件、第2衍射元件及第3衍射元件为液晶衍射元件，并且液晶取向图案中源自液晶化合物的光学轴的朝向连续旋转的一个方向相交，
将液晶取向图案的源自液晶化合物的光学轴的朝向连续旋转的同时产生变化的一个方向上的源自液晶化合物的光学轴的朝向旋转180°的长度设为1周期时，第2衍射元件的1周期比第1衍射元件及第3衍射元件的1周期短。
[11]根据[1]至[10]中任一项所述的导光元件，其中，
液晶衍射元件具有固定胆甾醇型液晶相而成的胆甾醇型液晶层。
[12]根据[1]至[11]中任一项所述的导光元件，其中，
液晶衍射元件中，从液晶衍射元件的主表面的法线方向及相对于法线倾斜的方向测定面内延迟时，慢轴面内及快轴面内的任一个中，面内延迟成为最小的方向从所述法线方向倾斜。
[13]根据[1]至[12]中任一项所述的导光元件，其中，
通过扫描型电子显微镜观察的液晶层的截面中，源自液晶相的明部及暗部相对于液晶层的主表面倾斜，将从明部至明部或从暗部至暗部的明部或暗部所成的线的法线方向上的间隔设为1/2倾斜面节距时，具有液晶层的倾斜面节距根据厚度方向的位置而不同的区域。
[14]根据[13]所述的导光元件，其具有倾斜面节距朝向厚度方向的一个方向连续增大或减小的区域。
[15]根据[1]至[14]中任一项所述的导光元件，其中，
通过扫描型电子显微镜观察的液晶层的截面中，源自液晶相的明部及暗部相对于液晶层的主表面倾斜，将明部或暗部所成的线相对于液晶层的主表面的倾角设为θhp时，具有倾角θhp根据厚度方向的位置而不同的区域。
[16]根据[15]所述的导光元件，其具有倾角θhp朝向厚度方向的一个方向连续增大或减小的区域。
[17]根据[1]至[16]中任一项所述的导光元件，其中，
将液晶衍射元件中的液晶取向图案的源自液晶化合物的光学轴的朝向连续旋转的同时产生变化的一个方向上的源自液晶化合物的光学轴的朝向旋转180°的长度设为1周期时，1周期为1μm以下。
[18]根据[1]至[17]中任一项所述的导光元件，其中，
第1衍射元件、第2衍射元件及第3衍射元件为液晶衍射元件，并且分别具有与蓝色图像对应的蓝色衍射层、与绿色图像对应的绿色衍射层及与红色图像对应的红色衍射层，
将液晶取向图案的源自液晶化合物的光学轴的朝向连续旋转的同时产生变化的一个方向上的源自液晶化合物的光学轴的朝向旋转180°的长度设为1周期时，1周期中，红色衍射层最长，蓝色衍射层最短。
[19]根据[18]所述的导光元件，其中，
蓝色衍射层、绿色衍射层及红色衍射层具有固定胆甾醇型液晶相而成的胆甾醇型液晶层，
蓝色衍射层、绿色衍射层及红色衍射层中，胆甾醇型液晶层中的1周期的排列与胆甾醇型液晶层的选择反射中心波长的排列一致。
[20]根据[18]或[19]所述的导光元件，其中
蓝色衍射层、绿色衍射层及红色衍射层具有固定胆甾醇型液晶相而成的胆甾醇型液晶层，
分别将蓝色衍射层、绿色衍射层及红色衍射层的液晶取向图案的1周期设为λb、λg及λr，
分别将蓝色衍射层、绿色衍射层及红色衍射层的倾斜面节距设为ptb、ptg及ptr时，满足λb＜λg＜λr及ptb＜ptg＜ptr。
[21]根据[1]至[17]中任一项所述的导光元件，其中，
第1衍射元件、第2衍射元件及第3衍射元件为液晶衍射元件，并且将可见光的波长带分成2个波长带时，分别具有与2个波长带的短波侧的图像对应的短波侧衍射层及与长波侧的图像对应的长波侧衍射层，
将液晶取向图案的源自液晶化合物的光学轴的朝向连续旋转的同时产生变化的一个方向上的源自液晶化合物的光学轴的朝向旋转180°的长度设为1周期时，1周期中，长波侧衍射层比短波侧衍射层长。
[22]如[21]所述的导光元件，其中，
长波侧衍射层及短波侧衍射层具有固定胆甾醇型液晶相而成的胆甾醇型液晶层，
长波侧衍射层及短波侧衍射层中，胆甾醇型液晶层中的1周期的排列与胆甾醇型液晶层的选择反射中心波长的排列一致。
[23]根据[21]或[22]所述的导光元件，其中，
长波侧衍射层及短波侧衍射层具有固定胆甾醇型液晶相而成的胆甾醇型液晶层，
分别将长波侧衍射层及短波侧衍射层的液晶取向图案的1周期设为λs及λl，
分别将长波侧衍射层及短波侧衍射层的倾斜面节距设为pts及ptl时，满足λs＜λl及pts＜ptl。
[24]根据图像显示装置，其具有：[1]至[23]中任一项所述的导光元件；及向导光元件的第1衍射元件照射图像的显示元件。
[25]根据[24]所述的图像显示装置，其中，
显示元件向第1衍射元件照射圆偏振光。
[26]一种传感装置，其具有：
[1]至[17]中任一项所述的导光元件；及向导光元件的第1衍射元件照射红外光的光源。
[27]根据[26]所述的传感装置，其中，
传感装置的光源向第1衍射元件照射圆偏振光。
发明效果
本发明的导光元件能够以高光利用效率射出入射的光。并且，使用该导光元件的本发明的图像显示装置例如通过利用于ar玻璃等能够显示广视角中的图像。
附图说明
图1是概念性地示出使用本发明的导光元件的本发明的图像显示装置的一例的俯视图。
图2是概念性地示出图1所示的图像显示装置的主视图。
图3是概念性地示出图1所示的图像显示装置的侧视图。
图4是概念性地示出第1衍射元件的一例的图。
图5是用于说明第1衍射元件的概念图。
图6是第1a衍射元件的俯视图。
图7是用于说明第1a衍射元件的作用的概念图。
图8是用于说明第1衍射元件的作用的概念图。
图9是用于说明第1衍射元件的另一例的作用的概念图。
图10是概念性地示出第1衍射元件的另一例的图。
图11是概念性地示出第1a衍射元件的另一例的图。
图12是图11所示的第1a衍射元件的俯视图。
图13是用于说明图11所示的第1a衍射元件的作用的概念图。
图14是用于说明图11所示的第1a衍射元件的作用的概念图。
图15是曝光图3所示的衍射元件的取向膜的曝光装置的另一例的概念图。
图16是用于说明实施例中的衍射效率的测定方法的概念图。
图17是概念性地示出图6所示的第1a衍射元件中的液晶层的截面sem(扫描型电子显微镜)图像的图。
图18是概念性地示出用作第1a衍射元件的液晶层的另一例的图。
图19是概念性地示出用作第1a衍射元件的液晶层的另一例的图。
具体实施方式
以下，根据附图所示的优选实施例对本发明的导光元件、图像显示装置及传感装置进行详细的说明。
在本说明书中，用“～”表示的数值范围是指将在“～”的前后记载的数值作为下限值以及上限值包含的范围。
本说明书中，“(甲基)丙烯酸酯”以“丙烯酸酯及甲基丙烯酸酯中的一者或两者”的含义而使用。
本说明书中，可见光为电磁波中以肉眼观察的波长的光，表示380～780nm的波长区域的光。非可见光为小于380nm的波长区域及超过780nm的波长区域的光。
并且，并不限定于此，在可见光中，420～490nm的波长区域的光为蓝色光，495～570nm的波长区域的光为绿色光，620～750nm的波长区域的光为红色光。
图1～3中概念性地示出使用本发明的导光元件的本发明的图像显示装置的一例。另外，图1为俯视图，从与基于使用人员u的观察侧相反的一侧的面观察图像显示装置10的图。图2为主视图，从图1的纸面的下方向观察图像显示装置10的图。图3为侧视图，从图1的纸面右手侧观察图像显示装置10的图。
作为优选的一例，图1所示的图像显示装置10用作ar玻璃。另外，本发明的衍射元件及导光元件除了ar玻璃以外，还能够利用于透明屏幕、平视显示器、照明装置及传感器等光学元件中。另外，照明装置中包含液晶显示器的背面光等。并且，本发明的图像显示装置还能够利用于使用这些光学元件的图像显示装置中。
图1所示的图像显示装置10具有显示元件12、导光板16、设置于导光板16的第1衍射元件18、沿导光板16的面方向分开而配置的第2a衍射元件20a及第2b衍射元件20b以及第3衍射元件24。
虽在后面叙述，但是图像显示装置10通过第1衍射元件18沿不同的2个方向衍射由显示元件12显示的图像(与图像对应的光)，并且使其入射到导光板16。基于第1衍射元件18的衍射光在导光板16内全反射而传播，其中一个衍射光入射到第2a衍射元件20a，另一个衍射光入射到第2b衍射元件20b。入射到第2a衍射元件20a及第2b衍射元件20b的光一同朝向第3衍射元件24衍射，在导光板16内全反射而传播，并且入射到第3衍射元件24，通过第3衍射元件24衍射，从导光板16射出，用于使用人员u的观察。
[显示元件]
显示元件12显示由使用人员u观察的图像(影像)，向第1衍射元件18照射图像。
本发明的图像显示装置10中，显示元件12并无限制，能够利用各种用于ar玻璃等的公知的显示元件(显示装置、投影仪)。作为显示元件12，作为一例可例示具有显示器及投影透镜的显示元件。
本发明的图像显示装置10中，显示器并无限制，例如能够利用各种用于ar玻璃等的公知的显示器。
作为显示器，作为一例可例示液晶显示器(包含lcos：硅基液晶等)、有机电致发光显示器、使用dlp(digitallightprocessing，数字光处理)及mems(microelectromechanicalsystems：微机电系统)反射镜的扫面方式显示器等。
另外，显示器可以为显示单色图像(monochromeimage)的显示器，可以为显示二色图像的显示器，也可以为显示彩色图像的显示器。图示例的图像显示装置10作为一例可以为显示红色单色图像的装置，显示器显示红色单色图像。
本发明的图像显示装置10中所使用的显示元件12中，投影透镜也为用于ar玻璃等的公知的投影透镜(聚光透镜)。
在此，本发明的图像显示装置10中，基于显示元件12的显示图像即由显示元件12照射的光并无限制，优选无偏振光(自然光)或圆偏振光。
显示元件12照射圆偏振光时，在显示器照射无偏振光的图像的情况下，优选显示元件12具有例如由线性起偏器及λ/4板构成的圆偏振片。并且，在显示器照射直线偏振光的图像的情况下，优选显示元件12具有例如λ/4板。
另外，由显示元件12照射的光例如可以为直线偏振光等其他偏振。
[导光板]
图像显示装置10中，导光板16为反射入射到内部的光而使其引导(传播)的公知的导光板。本发明的导光元件由该导光板16、第1衍射元件18、第2a衍射元件20a及第2b衍射元件20b以及第3衍射元件24构成。
导光板16并无限制，能够利用各种ar玻璃及液晶显示器的背面光单元等中所使用的公知的导光板。
[衍射元件]
图像显示装置10在导光板16的主表面上具有第1衍射元件18、第2a衍射元件20a及第2b衍射元件20b以及第3衍射元件24。主表面是指片状物(板状物、薄膜、层等)的最大面。另外，图示例中，第1衍射元件18、第2a衍射元件20a及第2b衍射元件20b以及第3衍射元件24设置于导光板16的同一个主表面，但是各衍射元件只要为导光板16的主表面，则也可以设置于不同的主表面。
第1衍射元件18层叠有第1a衍射元件18a及第1b衍射元件18b。第2a衍射元件20a及第2b衍射元件20b构成本发明中的第2衍射元件。并且，第3衍射元件24层叠有第3a衍射元件24a及第3b衍射元件24b。
虽省略图示，但是第1衍射元件18、第2a衍射元件20a及第2b衍射元件20b以及第3衍射元件24通过贴合层贴合于导光板。
本发明中，贴合层只要为对成为贴合的对象的物体彼此进行贴合的层，就能够利用由公知的各种材料构成的层。作为贴合层，可以为贴合时具有流动性并且之后成为固体的由粘结剂构成的层，也可以为贴合时为凝胶状(橡胶状)的柔软的固体并且之后凝胶状的状态没有变化的由粘合剂构成的层，还可以为由具有粘结剂与粘合剂这两个特征的材料构成的层。因此，贴合层为用于通过光学透明粘结剂(oca(opticalclearadhesive))、光学透明双面胶带及紫外线固化型树脂等光学装置及光学元件等贴合片状物的公知的层即可。
或者，不是由贴合层贴合，而是层叠第1衍射元件18、第2a衍射元件20a及第2b衍射元件20b以及第3衍射元件24及导光板16，用框体或夹具等保持，也可以构成本发明的导光元件。
另外，也可以直接在导光板16上形成第1衍射元件18、第2a衍射元件20a及第2b衍射元件20b以及第3衍射元件24。
第1衍射元件18的第1a衍射元件18a及第1b衍射元件18b以及第3衍射元件24的第3a衍射元件24a及第3b衍射元件24b为固定胆甾醇型液晶相而成的胆甾醇型液晶层。
并且，第2a衍射元件20a及第2b衍射元件20b也具有相同的胆甾醇型液晶层。
图4中概念性地示出第1衍射元件18。如图4所示，第1衍射元件18具有支撑体30、取向膜32、作为胆甾醇型液晶层的第1a衍射元件18a及第1b衍射元件18b。
图示例的图像显示装置10(导光元件)中，第3衍射元件24也具有基本上与图3所示的第1衍射元件18相同的层结构。并且，第2a衍射元件20a及第2b衍射元件20b仅具有1层胆甾醇型液晶层，除此以外，具有基本上与图3所示的第1衍射元件18相同的层结构。
因此，以下的说明以第1衍射元件18为代表例进行说明，但是第2a衍射元件20a及第2b衍射元件20b以及第3衍射元件24的构成及作用效果等基本上与第1衍射元件18相同。
另外，图1～3中，为了简化附图，第1衍射元件18、第2a衍射元件20a及第2b衍射元件20b以及第3衍射元件24中，省略支撑体30及取向膜32。
另外，图示例的第1衍射元件18具有支撑体30、取向膜32、第1a衍射元件18a及第1b衍射元件18b，但是本发明并不限于此。
本发明的图像显示装置(导光元件)中，第1衍射元件例如也可以仅具有将第1衍射元件18贴合于导光板16之后剥离支撑体30的取向膜32、第1a衍射元件18a及第1b衍射元件18b。或者，第1衍射元件18例如也可以仅具有将第1衍射元件18贴合于导光板16之后剥离支撑体30及取向膜32的第1a衍射元件18a及第1b衍射元件18b。
＜支撑体＞
第1衍射元件18中，支撑体30支撑取向膜32、第1a衍射元件18a及第1b衍射元件18b。
在以下的说明中，在无需区分第1a衍射元件18a及第1b衍射元件18b的情况下，也将第1a衍射元件18a及第1b衍射元件18b统称为“胆甾醇型液晶层”。
只要支撑体30能够支撑取向膜32及胆甾醇型液晶层，则能够利用各种片状物(薄膜、板状物)。
另外，支撑体30优选相对于对应的光的透射率为50％以上，更优选为70％以上，进一步优选为85％以上。
支撑体30的厚度并无限制，根据第1衍射元件18的用途及支撑体30的形成材料等适当设定能够保持取向膜32及胆甾醇型液晶层的厚度即可。
支撑体30的厚度优选为1～1000μm，更优选为3～250μm，进一步优选为5～150μm。
支撑体30可以为单层，也可以为多层。
作为单层时的支撑体30，可例示由玻璃、三乙酰纤维素(tac)、聚对苯二甲酸乙二酯(pet)、聚碳酸酯、聚氯乙烯、丙烯酸及聚烯烃等构成的支撑体30。作为多层时的支撑体30的例，可例示包含前述单层的支撑体中的任一种等作为基板，并且在该基板的表面设置有其他层的支撑体等。
＜取向膜＞
第1衍射元件18中，在支撑体30的表面上形成取向膜32。
取向膜32为形成第1衍射元件18的第1a衍射元件18a时用于将液晶化合物40取向为规定的液晶取向图案的取向膜。
虽在后面叙述，但是本发明的第1衍射元件18中，作为胆甾醇型液晶层的第1a衍射元件18a具有源自液晶化合物40的光学轴40a(参考图6)的朝向沿着面内的一个方向连续旋转的同时产生变化的液晶取向图案。因此，取向膜32以第1a衍射元件18a能够形成该液晶取向图案的方式形成。
在以下的说明中，也将“光学轴40a的朝向旋转”简称为“光学轴40a旋转”。
取向膜32能够利用公知的各种取向膜。
例如，可例示由聚合物等有机化合物构成的摩擦处理膜、无机化合物的倾斜蒸镀膜、具有微槽的膜以及使ω-二十三烷酸、双十八烷基甲基氯化铵及硬脂酸甲酯等有机化合物的基于朗缪尔-布洛杰特法的lb(langmuir-blodgett：朗缪尔-布洛杰特)膜累计的膜等。
基于摩擦处理的取向膜32能够通过在规定方向上通过纸或布多次摩擦聚合物层的表面来形成。
作为取向膜32中所使用的材料，优选聚酰亚胺、聚乙烯醇、日本特开平9-152509号公报中所记载的具有聚合性基团的聚合物以及日本特开2005-097377号公报、日本特开2005-099228号公报及日本特开2005-128503号公报中所记载的用于形成取向膜等的材料等。
第1衍射元件18中，取向膜32优选利用对光取向性的原材料照射偏振或非偏振而成为取向膜32的所谓的光取向膜。即，本发明的第1衍射元件18中，作为取向膜，优选利用在支撑体30上涂布光取向材料而形成的光取向膜32。
能够从垂直方向或倾斜方向对光取向膜进行偏振光的照射，且能够从倾斜方向对光取向膜进行非偏振光的照射。
作为能够用于本发明的取向膜中所使用的光取向材料，例如作为优选的例，可例示日本特开2006-285197号公报、日本特开2007-076839号公报、日本特开2007-138138号公报、日本特开2007-094071号公报、日本特开2007-121721号公报、日本特开2007-140465号公报、日本特开2007-156439号公报、日本特开2007-133184号公报、日本特开2009-109831号公报、日本专利第3883848号公报及日本专利第4151746号公报中所记载的偶氮化合物、日本特开2002-229039号公报中所记载的芳香族酯化合物、日本特开2002-265541号公报及日本特开2002-317013号公报中所记载的具有光取向性单元的马来酰亚胺和/或经烯基取代的纳迪克酰亚胺化合物、日本专利第4205195号及日本专利第4205198号中所记载的光交联性硅烷衍生物、日本特表2003-520878号公报、日本特表2004-529220号公报及日本专利第4162850号中所记载的光交联性聚酰亚胺、光交联性聚酰胺及光交联性聚酯以及日本特开平9-118717号公报、日本特表平10-506420号公报、日本特表2003-505561号公报、国际公开第2010/150748号、日本特开2013-177561号公报及日本特开2014-012823号公报中所记载的能够光二聚化的化合物、尤其肉桂酸酯化合物、查耳酮化合物及香豆素化合物等。
其中，可优选利用偶氮化合物、光交联性聚酰亚胺、光交联性聚酰胺、光交联性聚酯、肉桂酸酯化合物及查耳酮化合物。
取向膜32的厚度并无限制，根据取向膜32的形成材料适当设定可得到所需的取向功能的厚度即可。
取向膜32的厚度优选为0.01～5μm，更优选为0.05～2μm。
取向膜32的形成方法并无限制，能够利用各种与取向膜32的形成材料相对应的公知的方法。作为一例，可例示将取向膜32涂布于支撑体30的表面使其干燥之后，通过激光束曝光取向膜32，从而形成取向图案的方法。
图15中概念性地示出曝光取向膜32形成取向图案的曝光装置的一例。
图15所示的曝光装置60具备：具备激光器62的光源64；改变由激光器62射出的激光束m的偏振方向的λ/2板65；将由激光器62射出的激光束m分离成光线ma及mb这2个的偏振光束分离器68；分别配置于所分离的2个光线ma及mb的光路上的反射镜70a及70b；及λ/4板72a及72b。
另外，光源64射出直线偏振光p0。λ/4板72a将直线偏振光p0(光线ma)转换成右旋圆偏振光pr，λ/4板72b将直线偏振光p0(光线mb)转换成左旋圆偏振光pl。
具有形成取向图案之前的取向膜32的支撑体30配置于曝光部，使2个光线ma及光线mb在取向膜32上相交使其干涉，将其干涉光照射到取向膜32使其曝光。
通过此时的干涉，照射到取向膜32的光的偏振状态成为以干涉条纹状周期性地产生变化的状态。由此，取向膜32中，可得到取向状态周期性地产生变化的取向图案。
曝光装置60中，能够通过使2个光线ma及mb的交叉角α产生变化，调节取向图案的周期。即，曝光装置60中，通过调节交叉角α，来自于液晶化合物40的光学轴40a沿着一个方向连续旋转的取向图案中，能够调节将光学轴40a所旋转的1个方向上的光学轴40a旋转180°的1个周期的长度。
通过在具有这种取向状态周期性地产生变化的取向图案的取向膜32上形成胆甾醇型液晶层，如后述，能够形成具有来自于液晶化合物40的光学轴40a沿着一个方向连续旋转的液晶取向图案的胆甾醇型液晶层。
并且，能够通过分别将λ/4板72a及72b的光学轴旋转90°，使光学轴40a的旋转方向反转。
另外，本发明的光学元件中，取向膜32以优选的方式设置，并不是必须的构成要件。
例如，能够通过对支撑体30进行摩擦处理的方法、通过激光束等加工支撑体30的方法等在支撑体30上形成取向图案，由此胆甾醇型液晶层也能够设为具有来自于液晶化合物40的光学轴40a的朝向沿着面内的至少一个方向连续旋转的同时产生变化的液晶取向图案的结构。即，本发明中，也可以将支撑体30作为取向膜而发挥作用。
＜胆甾醇型液晶层＞
第1衍射元件18中，在取向膜32的表面上形成第1a衍射元件18a。另外，第1衍射元件18中，在第1a衍射元件18a的表面上形成第1b衍射元件18b。
如上述，第1a衍射元件18a及第1b衍射元件18b均为固定胆甾醇型液晶相而成的胆甾醇型液晶层。
另外，图4中，为了简化附图并且明确示出第1衍射元件18的构成，第1a衍射元件18a及第1b衍射元件18b仅概念性地示出取向膜32的表面及第1a衍射元件18a的表面的液晶化合物40(液晶化合物分子)。但是，第1a衍射元件18a及第1b衍射元件18b如图5中例示第1a衍射元件18a而概念性地所示，通常与固定胆甾醇型液晶相而成的胆甾醇型液晶层相同地具有液晶化合物40以螺旋状旋转而堆叠的螺旋结构，将液晶化合物40以螺旋状旋转(360°旋转)依次而堆叠的结构设为螺旋1个节距，以螺旋状回转的液晶化合物40具有多个节距层叠的结构。
众所周知，固定胆甾醇型液晶相而成的胆甾醇型液晶层具有波长选择反射性。
虽在后面进行详述，但是胆甾醇型液晶层的选择性反射波长区域取决于上述的螺旋1个节距的厚度方向的长度。液晶化合物40相对于胆甾醇型液晶层的主表面(x-y面)，其光学轴40a平行地取向的情况下，螺旋1个节距的厚度方向的长度为图5所示的节距p。第1衍射元件18中，第1a衍射元件18a及第1b衍射元件18b的节距p相同。因此，图示例的第1衍射元件18中，第1a衍射元件18a及第1b衍射元件18b具有相同的选择反射中心波长。
如上述，第1a衍射元件18a及第1b衍射元件18b为固定胆甾醇型液晶相而成的胆甾醇型液晶层。
即，第1a衍射元件18a及第1b衍射元件18b均为由具有胆甾醇型结构的液晶化合物40(液晶材料)构成的层。
＜＜胆甾醇型液晶相＞＞
已知胆甾醇型液晶相在特定的波长下显示选择反射性。
通常的胆甾醇型液晶相中，选择反射中心波长(选择反射中心波长)λ取决于胆甾醇型液晶相中的螺旋的节距p，并遵循胆甾醇型液晶相的平均折射率n与λ＝n×p的关系。因此，通过调节该螺旋节距，能够调节选择反射中心波长。
胆甾醇型液晶相的选择反射中心波长中，节距p越长，波长越长。
另外，如上述，螺旋的节距p为胆甾醇型液晶相的螺旋结构1个节距量(螺旋的周期)，换句话说为螺旋的绕数1次量，即，构成胆甾醇型液晶相的液晶化合物的指向矢旋转360°的螺旋轴方向的长度。液晶化合物的指向矢例如为棒状液晶，则与长轴方向一致。
形成胆甾醇型液晶层时，胆甾醇型液晶相的螺旋节距取决于与液晶化合物一同使用的手性试剂的种类及手性试剂的添加浓度。因此，通过调节这些，能够获得所期望的螺旋节距。
另外，关于节距的调节，fujifilm研究报告no.50(2005年)p.60-63中具有详细的记载。关于螺旋的旋向及节距的测定法，能够使用液晶化学实验入门”日本液晶学会编西格玛(sigma)出版2007年出版、46页及“液晶便览”液晶便览编辑委员会丸善196页中所记载的方法。
胆甾醇型液晶相在特定的波长下对左右中的任一个圆偏振光显示选择反射性。反射光为右旋圆偏振光或者为左旋圆偏振光取决于胆甾醇型液晶相的螺旋的扭曲方向(旋向)。基于胆甾醇型液晶相的圆偏振光的选择反射中，胆甾醇型液晶层的螺旋的扭曲方向为右方向时反射右旋圆偏振光，螺旋的扭曲方向为左方向时反射左旋圆偏振光。
另外，胆甾醇型液晶相的回转的方向能够通过形成胆甾醇型液晶层的液晶化合物的种类和/或所添加的手性试剂的种类来调节。
图示例的图像显示装置10中，第1衍射元件18的第1a衍射元件18a及第1b衍射元件18b的胆甾醇型液晶相的螺旋的扭曲方向不同。因此，第1a衍射元件18a及第1b衍射元件18b的反射的圆偏振光的回转方向不同。作为一例，第1a衍射元件18a反射红色光的右旋圆偏振光，第1b衍射元件18b反射红色光的左旋圆偏振光。
关于该方面，第3衍射元件24的第3a衍射元件24a及第3b衍射元件24b也相同，第3a衍射元件24a反射红色光的右旋圆偏振光，第3b衍射元件24b反射红色光的左旋圆偏振光。
并且，第2a衍射元件20a的胆甾醇型液晶层反射右旋圆偏振光，第2b衍射元件20b的胆甾醇型液晶层反射左旋圆偏振光。
并且，表示选择反射的选择反射波长区域(圆偏振光反射波长区域)的半峰宽度δλ(nm)取决于胆甾醇型液晶相的δn与螺旋的节距p，并且遵循δλ＝δn×p的关系。因此，能够调节δn来进行选择反射波长区域(选择性反射波长区域)的宽度的控制。δn能够根据形成胆甾醇型液晶层的液晶化合物的种类及其混合比率以及取向固定时的温度来调节。
反射波长区域的半峰宽度根据衍射元件的用途调节，例如只要为10～500nm即可，优选为20～300nm，更优选为30～100nm。
＜＜胆甾醇型液晶层的形成方法＞＞
胆甾醇型液晶层(第1a衍射元件18a及第1b衍射元件18b)能够以层状固定胆甾醇型液晶相来形成。
固定胆甾醇型液晶相而成的结构为保持成为胆甾醇型液晶相的液晶化合物的取向的结构即可。固定胆甾醇型液晶相而成的结构典型地优选如下结构：将聚合性液晶化合物设为胆甾醇型液晶相的取向状态基础上，通过紫外线照射、加热等进行聚合、固化，形成不具有流动性的层，同时改变成不会因外场或外力使取向形态产生变化的状态。
另外，固定胆甾醇型液晶相而成的结构中，只要保持胆甾醇型液晶相的光学的性质就很充分，胆甾醇型液晶层中，液晶化合物40可以不显示液晶性。例如，聚合性液晶化合物可以通过固化反应进行高分子量化而失去液晶性。
作为固定胆甾醇型液晶相而成的胆甾醇型液晶层的形成中所使用的材料，作为一例，可举出包含液晶化合物的液晶组合物。液晶化合物优选为聚合性液晶化合物。
并且，胆甾醇型液晶层的形成中所使用的液晶组合物还可以包含表面活性剂及手性试剂。
--聚合性液晶化合物--
聚合性液晶化合物可以为棒状液晶化合物，也可以为圆盘状液晶化合物。
作为形成胆甾醇型液晶相的棒状聚合性液晶化合物的例，可举出棒状向列相液晶化合物。作为棒状向列相液晶化合物，优选使用甲亚胺类、氧化偶氮类、氰基联苯类、氰基苯酯类、苯甲酸酯类、环己烷羧酸苯酯类、氰基苯基环己烷类、氰基取代苯基嘧啶类、烷氧基取代苯基嘧啶类、苯基二噁烷类、二苯乙炔类及链烯基环己基苯甲腈类等。不仅能够使用低分子液晶化合物，而且也能够使用高分子液晶化合物。
通过将聚合性基团导入到液晶化合物而得到聚合性液晶化合物。聚合性基团的例中包含不饱和聚合性基团、环氧基及吖丙啶基，优选不饱和聚合性基团，更优选烯键式不饱和聚合性基团。能够以各种方法将聚合性基团导入到液晶化合物的分子中。聚合性液晶化合物所具有的聚合性基团的个数优选为1～6个、更优选为1～3个。
聚合性液晶化合物的例包含makromol.chem.，190卷、2255页(1989年)、advancedmaterials5卷、107页(1993年)、美国专利第4683327号说明书、美国专利第5622648号说明书、美国专利第5770107号说明书、国际公开第95/022586号、国际公开第95/024455号、国际公开第97/00600号、国际公开第98/023580号、国际公开第98/052905号、日本特开平1-272551号公报、日本特开平6-016616号公报、日本特开平7-110469号公报、日本特开平11-080081号公报及日本特开2001-328973号公报等中所记载的化合物。可以同时使用2种以上的聚合性液晶化合物。若同时使用2种以上的聚合性液晶化合物，则能够降低取向温度。
并且，作为除了上述以外的聚合性液晶化合物，能够使用如日本特开昭57-165480号公报中所公开的具有胆甾醇相的环式有机聚硅氧烷化合物等。另外，作为上述高分子液晶化合物，能够使用将显示液晶的介晶基团导入到主链、侧链或者主链及侧链这两个位置的高分子、将胆甾醇基团导入到侧链的高分子胆甾醇型液晶、如日本特开平9-133810号公报中所公开的液晶性高分子及如日本特开平11-293252号公报中所公开的液晶性高分子等。
--圆盘状液晶化合物--
作为圆盘状液晶化合物，例如能够优选使用日本特开2007-108732号公报或日本特开2010-244038号公报中所记载的圆盘状液晶化合物。
并且，液晶组合物中的聚合性液晶化合物的添加量相对于液晶组合物的固体成分质量(去除了溶剂的质量)优选为75～99.9质量％，更优选为80～99质量％，进一步优选为85～90质量％。
--表面活性剂--
形成胆甾醇型液晶层时所使用的液晶组合物可以含有表面活性剂。
表面活性剂优选能够作为取向控制剂发挥作用的化合物，所述化合物有助于稳定或快速取向胆甾醇型液晶相。作为表面活性剂，例如可举出硅氧烷系表面活性剂及氟系表面活性剂，可优选例示氟系表面活性剂。
作为表面活性剂的具体例，可举出日本特开2014-119605号公报的[0082]至[0090]段中所记载的化合物、日本特开2012-203237号公报的[0031]至[0034]段中所记载的化合物、日本特开2005-099248号公报的[0092]及[0093]段中所例示的化合物、日本特开2002-129162号公报的[0076]至[0078]段及[0082]至[0085]段中所例示的化合物以及日本特开2007-272185号公报的[0018]至[0043]段等中所记载的氟(甲基)丙烯酸酯类聚合物等。
另外，表面活性剂可以单独使用1种，也可以同时使用2种以上。
作为氟系表面活性剂，优选日本特开2014-119605号公报的[0082]至[0090]段中所记载的化合物。
液晶组合物中的表面活性剂的添加量相对于液晶化合物的总质量，优选为0.01～10质量％，更优选为0.01～5质量％，进一步优选为0.02～1质量％。
--手性试剂(光学活性化合物)--
手性试剂具有诱导胆甾醇型液晶相的螺旋结构的作用。由于通过化合物诱导的螺旋的扭曲方向或螺旋节距不同，因此手性试剂根据目的选择即可。
作为手性试剂并无特别限制，能够使用公知的化合物(例如，液晶器件手册、第3章4-3项、tn(twistednematic，扭曲向列)、stn(supertwistednematic，超扭曲向列)用手性试剂、199页、日本学术振兴会第142委员会编、1989中所记载)、异山梨醇及异甘露糖醇衍生物等。
手性试剂通常包含不对称碳原子，但是不包含不对称碳原子的轴向不对称化合物或表面不对称化合物也能够用作手性试剂。轴向不对称化合物或表面不对称化合物的例中包含联萘、螺烯、对二甲苯二聚体及它们的衍生物。手性试剂也可以具有聚合性基团。手性试剂与液晶化合物均具有聚合性基团的情况下，能够通过聚合性手性试剂与聚合性液晶化合物的聚合反应，形成具有从聚合性液晶化合物衍生的重复单元及从手性试剂衍生的重复单元的聚合物。在该方式中，聚合性手性试剂所具有的聚合性基团优选为与聚合性液晶化合物所具有的聚合性基团相同的基团。因此，手性试剂的聚合性基团也优选为不饱和聚合性基团、环氧基或吖丙啶基，更优选为不饱和聚合性基团，进一步优选为烯键式不饱和聚合性基团。
并且，手性试剂也可以为液晶化合物。
手性试剂具有光异构化基的情况下，优选能够在涂布、取向之后通过活化光线等的光掩模照射形成与发光波长对应的所期望的反射波长的图案。作为光异构化基，优选显示光变色性的化合物的异构化部位、偶氮基、氧化偶氮基、或肉桂酰基。作为具体的化合物，能够使用日本特开2002-080478号公报、日本特开2002-080851号公报、日本特开2002-179668号公报、日本特开2002-179669号公报、日本特开2002-179670号公报、日本特开2002-179681号公报、日本特开2002-179682号公报、日本特开2002-338575号公报、日本特开2002-338668号公报、日本特开2003-313189号公报及日本特开2003-313292号公报等中所记载的化合物。
液晶组合物中的手性试剂的含量相对于液晶化合物的含有摩尔量，优选为0.01～200摩尔％，更优选为1～30摩尔％。
--聚合引发剂--
液晶组合物包含聚合性化合物的情况下，优选含有聚合引发剂。在通过紫外线照射进行聚合反应的方式中，所使用的聚合引发剂优选为能够通过紫外线照射引发聚合反应的光聚合引发剂。
光聚合引发剂的例中可举出α-羰基化合物(美国专利第2367661号、美国专利第2367670号的各说明书中记载)、偶姻醚(美国专利第2448828号说明书中记载)、α-烃取代芳香族偶姻化合物(美国专利第2722512号说明书中记载)、多核醌化合物(美国专利第3046127号、美国专利第2951758号的各说明书中记载)、三芳基咪唑二聚物与对氨基苯基酮的组合(美国专利第3549367号说明书中记载)、吖啶及吩嗪化合物(日本特开昭60-105667号公报、美国专利第4239850号说明书中记载)以及噁二唑化合物(美国专利第4212970号说明书中记载)等。
液晶组合物中的光聚合引发剂的含量相对于液晶化合物的含量，优选为0.1～20质量％，进一步优选为0.5～12质量％。
--交联剂--
为了提高固化后的膜强度、提高耐久性，液晶组合物可以任意含有交联剂。作为交联剂，能够优选使用通过紫外线、热及湿气等固化的交联剂。
作为交联剂并无特别限制，能够根据目的适当选择，例如可举出三羟甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯及季戊四醇三(甲基)丙烯酸酯等多官能丙烯酸酯化合物；(甲基)丙烯酸缩水甘油酯及乙二醇二缩水甘油醚等环氧化合物；2,2-双羟基甲基丁醇-三[3-(1-吖丙啶基)丙酸酯]及4,4-双(亚乙基亚氨基羰基氨基)二苯基甲烷等吖丙啶化合物；六亚甲基二异氰酸酯及缩二脲型异氰酸酯等异氰酸酯化合物；在侧链上具有噁唑啉基的聚噁唑啉化合物；以及乙烯基三甲氧基硅烷、n-(2-氨基乙基)3-氨基丙基三甲氧基硅烷等烷氧基硅烷化合物等。并且，能够根据交联剂的反应性使用公知的催化剂，除了提高膜强度及耐久性以外，还能够提高生产率。这些可以单独使用1种，也可以同时使用2种以上。
交联剂的含量相对于液晶组合物的固体成分质量，优选为3～20质量％，更优选为5～15质量％。只要交联剂的含量在上述范围内，则容易得到提高交联密度的效果，并且更加提高胆甾醇型液晶相的稳定性。
--其他添加剂--
液晶组合物中根据需要在不降低光学性能等的范围内还能够添加聚合抑制剂、抗氧化剂、紫外线吸收剂、光稳定剂、色料及金属氧化物微粒等。
形成胆甾醇型液晶层(第1a衍射元件18a及第1b衍射元件18b)时，液晶组合物优选用作液体。
液晶组合物可以包含溶剂。溶剂并无限制，能够根据目的适当选择，但是优选有机溶剂。
有机溶剂并无限制，能够根据目的适当选择，例如可举出酮类、卤代烷类、酰胺类、亚砜类、杂环化合物、烃类、酯类及醚类等。这些可以单独使用1种，也可以同时使用2种以上。它们之中，考虑对环境的负担的情况下，优选酮类。
形成胆甾醇型液晶层时，优选将液晶组合物涂布于胆甾醇型液晶层的形成面，将液晶化合物取向为胆甾醇型液晶相的状态之后，固化液晶化合物来形成胆甾醇型液晶层。
即，在取向膜32上形成胆甾醇型液晶层的情况下，优选将液晶组合物涂布于取向膜32，将液晶化合物取向为胆甾醇型液晶相的状态之后，固化液晶化合物，形成固定胆甾醇型液晶相而成的胆甾醇型液晶层。
液晶组合物的涂布能够利用所有的喷墨及滚动印刷等印刷法以及旋涂、棒涂及喷雾涂布等能够将液体同样地涂布于片状物的公知的方法。
所涂布的液晶组合物根据需要进行干燥和/或加热，之后使其固化来形成胆甾醇型液晶层。在该干燥和/或加热的工序中，只要液晶组合物中的液晶化合物取向为胆甾醇型液晶相即可。在进行加热的情况下，加热温度优选为200℃以下，更优选为130℃以下。
所取向的液晶化合物根据需要进而进行聚合。聚合可以为基于热聚合及光照射的光聚合中的任一种，但是优选光聚合。光照射优选使用紫外线。照射能量优选为20mj/cm2～50j/cm2，更优选为50～1500mj/cm2。为了促进光聚合反应，也可以在加热条件下或氮气环境下实施光照射。所照射的紫外线的波长优选为250～430nm。
胆甾醇型液晶层的厚度并无限制，根据第1衍射元件18的用途、胆甾醇型液晶层中所要求的光的反射率及胆甾醇型液晶层的形成材料等，适当设定可得到必要的光的反射率的厚度即可。
＜＜胆甾醇型液晶层的液晶取向图案＞＞
如上述，第1衍射元件18中，胆甾醇型液晶层(第1a衍射元件18a及第1b衍射元件18b)具有形成胆甾醇型液晶相的源自液晶化合物40的光学轴40a的朝向在胆甾醇型液晶层的面内沿一个方向连续旋转的同时产生变化的液晶取向图案。
另外，来自于液晶化合物40的光学轴40a为在液晶化合物40中折射率变得最高的轴、所谓的慢轴。例如，液晶化合物40为棒状液晶化合物的情况下，光学轴40a沿着棒形状长轴方向。在以下的说明中，也将来自于液晶化合物40的光学轴40a称为“液晶化合物40的光学轴40a”或“光学轴40a”。
图6中概念性地示出第1a衍射元件18a的俯视图。
另外，俯视图为在与图1相同的方向观察的图，图2～图4中，从上方观察第1衍射元件18的图，即从厚度方向观察第1衍射元件18的图。第1衍射元件18的厚度方向为第1衍射元件18的各层(膜)的层叠方向。
并且，在图6中，为了明确示出本发明的第1衍射元件18的结构，与图4同样地，液晶化合物40仅示出取向膜32的表面的液晶化合物40。
另外，在图6中，以第1a衍射元件18a为代表例进行说明，但是作为胆甾醇型液晶层的第1b衍射元件18b、第2a衍射元件20a及第2b衍射元件20b的胆甾醇型液晶层以及作为胆甾醇型液晶层的第3a衍射元件24a及第3b衍射元件24b也具有基本上与第1a衍射元件18a相同的结构，并且表现出相同的作用效果。
如图6所示，取向膜32的表面中，构成作为胆甾醇型液晶层的第1a衍射元件18a的液晶化合物40具有根据形成于底层的取向膜32的取向图案，在第1a衍射元件18a的面内，光学轴40a的朝向沿着由箭头x1表示的规定的一个方向连续旋转的同时产生变化的液晶取向图案。图示例中，液晶化合物40的光学轴40a具有沿着箭头x1方向在时针方向连续旋转的同时产生变化的液晶取向图案。
构成第1a衍射元件18a的液晶化合物40成为在箭头x1及与该一个方向(箭头x1方向)正交的方向上二维排列的状态。
在以下的说明中，为了方便起见，将与箭头x1方向正交的方向设为y方向。即，箭头y方向为液晶化合物40的光学轴40a的朝向与在胆甾醇型液晶层的面内连续旋转的同时产生变化的一个方向正交的方向。因此，在图4、图5及后述的图7中，y方向成为与纸面正交的方向。
若通过如上述的涂布法在胆甾醇型液晶层上形成胆甾醇型液晶层，则上层的胆甾醇型液晶层的液晶取向图案遵循(跟随)成为形成面的底层的胆甾醇型液晶层的表面中的液晶取向图案。
因此，作为形成于第1a衍射元件18a上的胆甾醇型液晶层的第1b衍射元件18b具有与第1a衍射元件18a相同的液晶取向图案。
液晶化合物40的光学轴40a的朝向在箭头x1方向(规定的一个方向)连续旋转的同时产生变化，具体而言，是指沿着箭头x1方向排列的液晶化合物40的光学轴40a与箭头x1方向所成的角度根据箭头x1方向的位置不同，沿着箭头x1方向光学轴40a与箭头x1方向所成的角度依次从θ到θ+180°或者θ-180°为止产生变化。
另外，在箭头x1方向彼此相邻的液晶化合物40的光学轴40a的角度之差优选为45°以下，更优选为15°以下，进一步优选为更小的角度。
另一方面，形成第1a衍射元件18a的液晶化合物40在与箭头x1方向正交的y方向、即与光学轴40a连续旋转的一个方向正交的y方向上与光学轴40a的朝向相等。
换句话说，形成第1a衍射元件18a的液晶化合物40中，在y方向上，液晶化合物40的光学轴40a与箭头x1方向所成的角度相等。
第1a衍射元件18a中，这种液晶化合物40的液晶取向图案中，在面内光学轴40a连续旋转而变化的箭头x1方向上，将液晶化合物40的光学轴40a旋转180°的长度(距离)设为液晶取向图案中的1周期的长度λ。
即，将相对于箭头x1方向的角度相等的2个液晶化合物40的箭头x1方向的中心之间的距离设为1个周期的长度λ。具体而言，如图6(图7)所示，将箭头x1方向与光学轴40a的方向一致的2个液晶化合物40的箭头x1方向的中心之间的距离设为1个周期的长度λ。在以下的说明中，也将该1个周期的长度λ称为“1个周期λ”。
第1a衍射元件18a中，胆甾醇型液晶层的液晶取向图案在箭头x1方向即光学轴40a的朝向连续旋转而产生变化的一个方向上重复该1个周期λ。
如图5所示的第1a衍射元件18a，若用sem(scanningelectronmicroscope(扫描型电子显微镜))观察具有源自液晶化合物40的光学轴40a的朝向连续旋转而变化的液晶取向图案的胆甾醇型液晶层34的x-z面，则观察到如图17中概念性地示出明部42及暗部44交替地排列的排列方向以规定角度相对于主表面(x-y面)倾斜的条纹图案。
在以下的说明中，也将胆甾醇型液晶层34称为液晶层34。
这种sem截面中，从相邻的明部42至明部42或从暗部44至暗部44的、明部42或暗部44所成的线的法线方向上的间隔相当于1/2倾斜面节距。液晶化合物40相对于液晶层34的主表面(x-y面)，其光学轴40a平行地取向的情况下，如上述那样螺旋1个节距量为图5所示的节距p。另一方面，液晶化合物40相对于液晶层34的主表面倾斜的情况下，尤其相对于液晶层34的主表面的液晶化合物40的倾角等于明部42或暗部44所成的线与液晶层34的主表面所成的角的情况下，如图17中由p表示，2个明部42和2个暗部44相当于螺旋1个节距量(螺旋的绕数1次量)。
在此，在图5所示的例中，液晶层34的x-z面中，液晶化合物40构成为相对于主表面(x-y面)其光学轴40a平行地取向，但是本发明并不限于此。例如，如图18所示，液晶层34的x-z面中，也可以构成为液晶化合物40的光学轴40a相对于主表面(x-y面)倾斜而取向。
并且，在图18所示的例中，液晶层34的x-z面中，相对于液晶化合物40的主表面(x-y面)的倾斜角度(倾斜角)设为与厚度方向(z方向)相同，但是本发明并不限定于此。液晶层34中，也可以具有液晶化合物40的倾斜角在厚度方向上不同的区域。
例如，图19所示的例中，构成为，液晶层34的取向膜32侧的界面上液晶化合物40的光学轴40a与主表面平行(预倾角为0°)，随着从取向膜32侧的界面在厚度方向上分开，液晶化合物40的倾斜角变大，之后液晶化合物以规定的倾斜角取向直至另一界面(空气界面)侧。
如此，液晶层34中，可以为上下界面的一个界面中液晶化合物40的光学轴40a具有预倾角的结构，也可以为在两个界面上具有预倾角的结构。并且，两个界面上，预倾角也可以不同。
如此，液晶化合物40具有(倾斜)倾斜角，由此衍射光时有效的液晶化合物的双折射率变高，能够提高衍射效率。
液晶化合物40的光学轴40a与主表面(x-y面)所成的平均角度(平均倾角)优选为5～80°，更优选为10～50°。另外，平均倾角能够通过偏振光显微镜观察液晶层34的x-z面来测定。其中，液晶层34的x-z面中，优选液晶化合物40相对于主表面(x-y面)其光学轴40a沿同一个方向倾斜取向。
另外，上述倾斜角为在胆甾醇型液晶层截面的偏振光显微镜观察中，在任意5个部位以上测定液晶化合物40的光学轴40a与主表面所成的角度，并且将这些进行算术平均的值。
垂直入射于衍射元件(液晶层)的光在液晶层34内沿斜方向施加弯曲力进入斜侧。若在液晶层34内进入光，则产生与设定成相对于垂直入射获得所期望的衍射角的衍射周期等条件的偏离，因此产生衍射损耗。
与未倾斜的情况相比，在使液晶化合物40倾斜的情况下，相对于光进行衍射的方位存在产生更高的双折射率的方位。在该方向上有效的异常光折射率变大，因此作为异常光折射率与寻常光折射率之差的双折射率变高。
根据进行目标衍射的方位，设定倾斜角的方位，由此能够抑制与其方位中的原本的衍射条件的偏离，作为结果，认为使用具有倾斜角的液晶化合物的情况下，能够获得更高的衍射效率。
并且，优选倾斜角根据液晶层34的界面的处理来控制。在支撑体侧的界面中，对取向膜进行预倾斜处理，由此能够控制液晶化合物40的倾斜角。例如，形成取向膜时从正面对取向膜曝光紫外线之后从斜侧曝光，由此能够在形成于取向膜上的液晶层34中的液晶化合物40产生预倾角。在这种情况下，相对于第2次的照射方向沿可见液晶化合物40的单轴侧的方向进行预倾斜。但是，垂直方向的方位的液晶化合物40相对于第2次的照射方向未进行预倾斜，因此在面内存在进行预倾斜的区域及未进行预倾斜的区域。这是因为，使光沿目标方位衍射时在其方向上最有助于提高双折射，因此适合提高衍射效率。
另外，也能够加入在液晶层34中或取向膜中促进预倾角的添加剂。在这种情况下，作为进一步提高衍射效率的因子能够利用添加剂。
该添加剂也能够用于控制空气侧的界面的预倾角。
在此，通过sem观察液晶层34的截面中，源自源自胆甾醇型液晶相的明部42及暗部44相对于主表面倾斜。液晶层34优选从法线方向及相对于法线倾斜的方向测定面内延迟re时，慢轴面内及快轴面中的任一个中，面内延迟re成为最小的方向从法线方向倾斜。具体而言，优选面内延迟re成为最小的方向与法线所成的测定角的绝对值为5°以上。换句话说，优选液晶层34的液晶化合物40相对于主表面倾斜并且倾斜方向与液晶层34的明部42及暗部44大致一致。另外，法线方向为相对于主表面正交的方向。
通过液晶层34具有这种结构，与液晶化合物40在主表面平行的液晶层相比，能够以高衍射效率衍射圆偏振光。
液晶层34的液晶化合物40相对于主表面倾斜并且倾斜方向与明部42及暗部44大致一致的结构中，相当于反射面的明部及暗部与液晶化合物40的光学轴40a一致。因此，相对于光的反射(衍射)的液晶化合物的作用变大，能够提高衍射效率。其结果，能够更提高相对于入射光的反射光的光量。
液晶层34的快轴面或慢轴面中，优选液晶层34的光学轴倾角的绝对值为5°以上，更优选为15°以上，进一步优选为20°以上。
通过将光学轴倾角的绝对值设为15°以上，更优选使液晶化合物40的方向与明部及暗部一致，从能够提高衍射效率的方面考虑优选。
固定胆甾醇型液晶相而成的胆甾醇型液晶层通常对所入射的光(圆偏振光)进行镜面反射。
相比之下，第1a衍射元件18a使入射的光相对于镜面反射沿箭头x1方向倾斜而反射。第1a衍射元件18a具有在面内沿着箭头x1方向(规定的一个方向)光学轴40a连续旋转的同时产生变化的液晶取向图案。以下，参考图7进行说明。
作为一例，设为第1a衍射元件18a为选择性反射红色光的右旋圆偏振光rr的胆甾醇型液晶层。因此，若光入射于第1a衍射元件18a，则第1a衍射元件18a仅反射红色光的右旋圆偏振光rr，并且透过除此以外的光。
在第1a衍射元件18a中，液晶化合物40的光学轴40a沿着箭头x1方向(一个方向)旋转的同时产生变化。
形成于第1a衍射元件18a的液晶取向图案为沿箭头x1方向周期性的图案。因此，入射于第1a衍射元件18a的红色光的右旋圆偏振光rr如图7概念性地示出，在与液晶取向图案的周期对应的方向上反射(衍射)，所反射的红色光的右旋圆偏振光rr在相对于xy面沿箭头x1方向倾斜的方向上反射(衍射)。xy面为胆甾醇型液晶层的主表面。
因此，通过适当设定作为光学轴40a旋转的一个方向的箭头x1方向，能够调节红色光的右旋圆偏振光rr的反射(衍射)方向。
即，若将箭头x1方向设为相反方向，则红色光的右旋圆偏振光rr的反射方向也与图6及图7相反。
并且，通过将朝向箭头x1方向的液晶化合物40的光学轴40a的旋转方向设为反转，能够使红色光的右旋圆偏振光rr的反射方向反转。
即，图4～图7中，朝向箭头x1方向的光学轴40a的旋转方向为顺时针且红色光的右旋圆偏振光rr沿箭头x1方向倾斜而反射，但是通过将其设为逆时针，红色光的右旋圆偏振光rr沿着与箭头x1方向相反的方向倾斜而反射。
另外，在具有相同的液晶取向图案的胆甾醇型液晶层中，根据液晶化合物40的螺旋的回转方向即反射的圆偏振光的回转方向，反射方向变得相反。
图7所示的第1a衍射元件18a中，螺旋的回转方向右扭转而选择性反射右旋圆偏振光，通过具有沿着箭头x1方向光学轴40a以顺时针旋转的液晶取向图案，使右旋圆偏振光沿箭头x1方向倾斜而反射。
因此，螺旋的回转方向左扭转而选择性反射左旋圆偏振光，具有沿着箭头x1方向光学轴40a以顺时针旋转的液晶取向图案的胆甾醇型液晶层使左旋圆偏振光沿与箭头x1方向相反的方向倾斜而反射。
本发明的第1衍射元件18中，在第1a衍射元件18a上设置第1b衍射元件18b。
如上述，第1a衍射元件18a及第1b衍射元件18b在面方向上具有相同的液晶取向图案。即，第1b衍射元件18b具有与第1a衍射元件18a相同地沿着箭头x1方向光学轴40a以顺时针旋转的液晶取向图案。并且，第1b衍射元件18b中，螺旋的回转方向与第1a衍射元件18a相反的左扭转且选择性反射左旋圆偏振光。
因此，第1b衍射元件18b中，使入射的红色光的左旋圆偏振光与第1a衍射元件18a相反地与箭头x1方向相反的方向倾斜而反射。
因此，如图8中概念性地示出，由显示元件12照射的光中的红色光的右旋圆偏振光(rr)透过导光板16及第1b衍射元件18b，入射于第1a衍射元件18a。入射于第1a衍射元件18a的红色的右旋圆偏振光如上述沿箭头x1方向倾斜而反射，再入射于导光板16。再入射于导光板16的红色的右旋圆偏振光通过第1a衍射元件18a沿箭头x1方向倾斜，因此在导光板16内全反射而如图8中以虚线表示那样在箭头x1方向上传播(引导)。
另一方面，由显示元件12照射的光中的红色光的左旋圆偏振光透过导光板16，入射于第1b衍射元件18b。
入射于第1b衍射元件18b的红色的左旋圆偏振光沿与箭头x1方向相反的方向倾斜而反射，再入射于导光板16。再入射于导光板16的红色的左旋圆偏振光通过第1b衍射元件18b沿与箭头x1方向相反的方向倾斜，因此在导光板16内全反射而如图8中以单点划线表示那样在与箭头x1方向相反的方向上传播。
如图1～图3所示，在第1衍射元件18的箭头x1方向侧设置第2a衍射元件20a，在与第1衍射元件18的箭头x1方向相反的方向侧设置第2b衍射元件20b。
如上述，第2a衍射元件20a及第2b衍射元件20b均具有液晶化合物40的光学轴40a沿着一个方向连续旋转的液晶取向图案并且具有与第1a衍射元件18a相同的胆甾醇型液晶层。第2a衍射元件20a选择性反射红色的右旋圆偏振光，第2b衍射元件20b选择性反射红色的左旋圆偏振光。
并且，在与第1衍射元件18的箭头x1方向正交(或相交)的方向上设置层叠第3a衍射元件24a及第3b衍射元件24b而成的第3衍射元件24。第3a衍射元件24a及第3b衍射元件24b均为具有液晶化合物40的光学轴40a沿着一个方向连续旋转的液晶取向图案的与第1a衍射元件18a相同的胆甾醇型液晶层。第3a衍射元件24a选择性反射红色的右旋圆偏振光，第3b衍射元件24b选择性反射红色的左旋圆偏振光。
第2a衍射元件20a的胆甾醇型液晶层具有沿着箭头x2a方向液晶化合物40的光学轴40a以顺时针旋转的液晶取向图案。第2a衍射元件20a的胆甾醇型液晶层通过第1衍射元件18a反射而在导光板16内传播，将在第2a衍射元件20a的胆甾醇型液晶层从与箭头x2a方向相交的方向入射的红色的右旋圆偏振光沿与第2a衍射元件20a在胆甾醇型液晶层中的入射方向不同的与箭头x2a方向相交的方向倾斜而反射，在第3衍射元件24方向上传播。
第2b衍射元件20b的胆甾醇型液晶层具有沿着箭头x2b方向液晶化合物40的光学轴40a以顺时针旋转的液晶取向图案。第2b衍射元件20b的胆甾醇型液晶层通过第1衍射元件18b反射而在导光板16内传播，将在第2b衍射元件20b的胆甾醇型液晶层从与箭头x2b方向相交的方向入射的红色的左旋圆偏振光沿与第2b衍射元件20b的胆甾醇型液晶层中的入射方向不同的与箭头x2b方向相交的方向倾斜而反射，在第3衍射元件24方向上传播。
第3a衍射元件24a具有沿着箭头x3a方向液晶化合物40的光学轴40a以顺时针旋转的液晶取向图案。因此，第3a衍射元件24a将入射的红色的右旋圆偏振光沿箭头x3a方向倾斜而反射。
另外，第3b衍射元件24b具有沿着箭头x3b方向液晶化合物40的光学轴40a以顺时针旋转的液晶取向图案。因此，第3b衍射元件24b将入射的红色的左旋圆偏振光沿与箭头x3b方向相反的方向倾斜而反射。
第2a衍射元件20a设置于第1衍射元件18的箭头x1方向侧，第2b衍射元件20b设置于与第1衍射元件18的箭头x1方向相反的方向侧。
并且，第2a衍射元件20a及第2b衍射元件20b均使入射的光朝向第3衍射元件24衍射。
因此，如上述，由显示元件12显示并且入射于第1衍射元件18的红色光(与图像对应的红色光)中的沿箭头x1方向倾斜而反射的右旋圆偏振光(空心箭头)在导光板16内传播而入射于第2a衍射元件20a，通过第2a衍射元件20a沿与箭头x2a方向相交的方向反射(衍射)。通过第2a衍射元件20a沿与箭头x2a方向相交的方向反射的红色的右旋圆偏振光在导光板16内传播而入射于第3a衍射元件24a，通过第3a衍射元件24a沿箭头x3a方向倾斜而反射(衍射)，由此导光板16在界面中的入射角成为临界角以下，从导光板16射出，如图2及图3所示，用于使用人员u的观察。
另一方面，由显示元件12显示而入射于第1衍射元件18的红色光中的沿与箭头x1方向相交的方向倾斜而反射的左旋圆偏振光(空心箭头)导光板16内传播而入射于第2b衍射元件20b，通过第2b衍射元件20b沿与箭头x2b方向相交的方向倾斜而反射。通过第2b衍射元件20b沿箭头x2b方向倾斜而反射的红色的左旋圆偏振光在导光板16内传播而入射于第3b衍射元件24b，通过第3b衍射元件24b沿与箭头x3b方向相反的方向倾斜而反射，由此导光板16在界面中的入射角成为临界角以下，从导光板16射出，如图2及图3所示，用于使用人员u的观察。
如上述，根据利用本发明的导光元件的本发明的图像显示装置，通过第1衍射元件18使与图像对应的光沿不同的2个方向衍射，由此入射于导光板16而使其传播，使在不同的路径传播的光通过分开而配置的第2a衍射元件20a及通过第2b衍射元件20b朝向第3衍射元件24衍射，通过基于第3衍射元件24的衍射从导光板射出，用于使用人员u的观察。因此，如图2所示，相对于从显示元件12的入射范围，能够扩大朝向使用人员u的射出范围，并且通过利用于ar玻璃等，能够扩大fov。
并且，将作为导光板16中的入射部的第1衍射元件18及作为从导光板16的射出部的第3衍射元件24中的至少一个、优选两者、更优选第1衍射元件18、第2衍射元件及第3衍射元件24中的全部，与使用表面浮雕格子等的情况相比，通过使用液晶衍射元件，能够提高光的利用效率，能够防止相对于基于显示元件12的显示图像的亮度下降而显示高亮度的图像。
另外，本发明中，作为第1衍射元件18及第3衍射元件24中的一个以及第2衍射光栅，利用除了液晶衍射元件以外的衍射元件的情况下，作为衍射元件，能够全部利用表面浮雕格子及全息图衍射元件等公知的衍射元件(衍射光栅)。
图示例的图像显示装置10中，作为优选的实施方式，在第3衍射元件24的第3a衍射元件24a及第3b衍射元件24b中，液晶化合物40的光学轴40a所旋转的一个方向相交。即，在第3衍射元件24的第3a衍射元件24a及第3b衍射元件24b中，箭头x3a方向与箭头x3b方向相交。
通过具有这种结构，通过基于第3衍射元件24的衍射，从能够将从不同方向传播的光适当地设为临界角以下，并且能够适当地进行从导光板16射出光的观点而言优选。
并且，图示例的图像显示装置10中，作为优选的实施方式，在第1衍射元件18及第3衍射元件24中，液晶化合物40的光学轴40a所旋转的一个方向相交。即，第1衍射元件18的箭头x1方向与第3a衍射元件24a的箭头x3a方向及第3b衍射元件24b的箭头x3b方向相交。
通过具有这种结构，从能够适当地使光从第1衍射元件18传播到第3衍射元件24，能够适当地进行从导光板16射出光的观点而言优选。
如上述，第1衍射元件18、第2衍射元件及第3衍射元件24中所使用的胆甾醇型液晶层具有在面内液晶化合物40的光学轴40a沿着一个方向连续旋转的液晶取向图案。并且，如图4、图6及图7所示，该液晶取向图案中，将光学轴40a旋转180°的长度设为1周期λ。
在具有该液晶取向图案的胆甾醇型液晶层中，1周期λ越短，相对于上述的入射光的反射光的角度变得越大。即，1周期λ越短，相对于入射光越能够使反射光较大地倾斜而反射。
例如，将第1衍射元件18(第1a衍射元件18a及第1b衍射元件18b)的1周期设为λ1，将第2衍射元件(第2a衍射元件20a及第2b衍射元件20b)的1周期设为λ2，将第3衍射元件24(第3a衍射元件24a及第3b衍射元件24b)的1周期设为λ3时，λ1＜λ2＜λ3的情况下，第1衍射元件18使反射光倾斜至最大而反射反射光，基于第3衍射元件24的反射方向的斜率最小。
并且，如图1所示，在图像显示装置10中，在第1衍射元件18、第2衍射元件及第3衍射元件24中，液晶化合物40的光学轴40a所旋转的一个方向相交。即，第1衍射元件18的箭头x1方向、第2a衍射元件的箭头x2a方向及第3a衍射元件24a的箭头x3a方向相交，第1衍射元件18的箭头x1方向、第2b衍射元件的箭头x2b方向及箭头x3b方向相交。
本发明中，全部由液晶衍射元件形成第1衍射元件18、第2衍射元件及第3衍射元件24，在图像显示装置10中，在第1衍射元件18、第2衍射元件及第3衍射元件24中，优选液晶化合物40的光学轴40a所旋转的一个方向相交，并且第2衍射元件的1周期λ2小于第1衍射元件18的1周期λ1及第3衍射元件24的1周期λ3。即，优选满足λ2＜λ1及λ2＜λ3，并且基于第2衍射元件的反射光的斜率大于基于第1衍射元件18及第3衍射元件24的反射光的斜率。
通过具有这种结构，从能够适当地使光从第1衍射元件18传播到第3衍射元件24，实现光的利用效率的提高的观点而言优选。
另外，第1衍射元件18的1周期λ1、第2衍射元件的1周期λ2及第3衍射元件24的1周期λ3并无限制，根据各衍射元件的位置关系等，适当设定即可。
第1衍射元件18的1周期λ1、第2衍射元件的1周期λ2及第3衍射元件24的1周期λ3优选为1μm以下，更优选为0.8μm以下，从在导光板16以全反射传播的观点考虑，进一步优选为入射的光的波长λ以下。
并且，第1衍射元件18、第2衍射元件(第2a衍射元件20a及第2b衍射元件20b)以及第3衍射元件24的位置关系、各衍射元件中的液晶化合物40的光学轴40a所旋转的一个方向、即箭头x1、箭头x2a及箭头x2b以及箭头x3a及箭头x3b的方向也并无限制。
即，各衍射元件的位置关系及衍射元件中的液晶化合物40的光学轴40a所旋转的一个方向以从第1衍射元件18经由第2a衍射元件20a及第2b衍射元件20b至第3衍射元件24通过各衍射元件的衍射能够准确地传播光的方式适当设定即可。
图像显示装置10中，第1衍射元件18的第1a衍射元件18a及第1b衍射元件18b中，螺旋的回转方向即与反射的圆偏振光的回转方向相反且液晶化合物40的光学轴40a所旋转的一个方向为相同方向(箭头x1方向)，但是本发明并不限于此。
例如，第1衍射元件18的第1a衍射元件18a及第1b衍射元件18b中，可以将螺旋的回转方向即反射的圆偏振光的回转方向设为相同的方向，也可以将液晶化合物40的光学轴40a所旋转(顺时针)的一个方向设为相反方向。即，第1衍射元件18的第1a衍射元件18a及第1b衍射元件18b中，可以将反射的圆偏振光的回转方向设为相同的方向，也可以将液晶化合物40的光学轴40a所旋转的一个方向设为箭头x1方向及与箭头x1方向相反的方向。换句话说，在第1a衍射元件18a及第1b衍射元件18b中，可以将螺旋的回转方向即反射的圆偏振光的回转方向设为相同的方向，也可以将朝向箭头x1方向的液晶化合物40的光学轴40a的旋转方向设为顺时针和逆时针。
若液晶化合物40的光学轴40a所旋转的一个方向为相反，则基于胆甾醇型液晶层的圆偏振光的反射方向也相反。
作为一例，第1a衍射元件18a及第1b衍射元件18b均反射右旋圆偏振光，光学轴40a所旋转的一个方向设为第1a衍射元件18a为箭头x1方向、第1b衍射元件18b为与箭头x1方向相反的方向。在这种情况下，由显示元件12显示而透过导光板16的红色的右旋圆偏振光首先通过第1b衍射元件18b沿与箭头x1方向相反的方向倾斜而反射，不会通过第1b衍射元件18b反射而透过的红色的右旋圆偏振光通过第1a衍射元件18a沿箭头x1方向倾斜而反射。
另外，第1衍射元件18的第1a衍射元件18a及第1b衍射元件18b所反射的圆偏振光的回转方向相等的情况下，优选第2衍射元件的胆甾醇型液晶层及第3衍射元件24的第3a衍射元件24a及第3b衍射元件24b的螺旋的回转方向即反射的圆偏振光的回转方向也与第1衍射元件18一致。
另外，第1衍射元件18的第1a衍射元件18a及第1b衍射元件18b所反射的圆偏振光的回转方向相等的情况下，优选显示元件12照射圆偏振光。
并且，在第1a衍射元件18a及第1b衍射元件18b中，光学轴40a所旋转的一个方向不同的情况下，第1a衍射元件18a与第1b衍射元件18b的光学轴40a所旋转的一个方向并不限于如上述的相反方向。即，在第1a衍射元件18a及第1b衍射元件18b中，光学轴40a所旋转的一个方向不同的情况下，第1a衍射元件18a与第1b衍射元件18b的光学轴40a所旋转的一个方向可以相交。
并且，第1衍射元件可以沿不同的3方向以上衍射入射的光。在这种情况下，优选根据基于第1衍射元件的光的衍射方向的数，设置相同数量的第2衍射元件。
并且，图像显示装置10中，使第1a衍射元件18a与第2a衍射元件20a及第3a衍射元件24a的螺旋的回转方向即反射的圆偏振光的回转方向一致，但是本发明并不限于此。相同地，图像显示装置10中，使第1b衍射元件18b与第2b衍射元件20b及第3b衍射元件24b的螺旋的回转方向即反射的圆偏振光的回转方向一致，但是本发明并不限于此。
在导光板16内传播(全反射)光时，在全反射的前后前偏振状态产生变化，因此第1a衍射元件18a与第2a衍射元件20a及第3a衍射元件24a的螺旋的回转方向即反射的圆偏振光的回转方向可以不同，相同地，第1b衍射元件18b与第2b衍射元件20b及第3b衍射元件24b的螺旋的回转方向即反射的圆偏振光的回转方向可以不同。
在图1～图3所示的例中，第1衍射元件18的第1a衍射元件18a及第1b衍射元件18b层叠，但是本发明并不限于此。
即，本发明的图像显示装置(导光元件)中，第1衍射元件18的第1a衍射元件18a及第1b衍射元件18b如图9中概念性地示出，可以设置于导光板16的面方向互不相同的位置。此时，第1a衍射元件18a及第1b衍射元件18b可以接触而设置，也可以分开而设置。
关于该方面，具有第3a衍射元件24a及第3b衍射元件24b的第3衍射元件24也相同。
并且，将第1衍射元件18的第1a衍射元件18a及第1b衍射元件18b设置于导光板16的面方向互不相同的位置的结构，也可例示如上述第1a衍射元件18a及第1b衍射元件18b的螺旋的回转方向即反射的圆偏振光的回转方向相反，并且液晶化合物40的光学轴40a所旋转的一个方向为相同的方向(箭头x1方向)的结构。
另外，作为将第1衍射元件18的第1a衍射元件18a及第1b衍射元件18b设置于导光板16的面方向互不相同的位置的结构中的不同结构，也能够利用如上述将第1a衍射元件18a及第1b衍射元件18b的螺旋的回转方向即反射的圆偏振光的回转方向设为相同的方向且液晶化合物40的光学轴40a所旋转(顺时针)的一个方向为相反方向的结构。即，第1a衍射元件18a及第1b衍射元件18b也能够利用将反射的圆偏振光的回转方向设为相同的方向且液晶化合物40的光学轴40a所旋转的一个方向为箭头x1方向及与箭头x1方向相反的方向的结构。
将第1衍射元件18的第1a衍射元件18a及第1b衍射元件18b设置于导光板16的面方向互不相同的位置的结构中，如图9中概念性地示出，与上述的例相同地，通过第1衍射元件18例如将由显示元件12照射的入射光沿箭头x1方向及与箭头x1方向相反的方向衍射而入射于导光板，使在不同的2方向上传播的红色的圆偏振光从第2a衍射元件20a及第2b衍射元件20b传播到第3衍射元件24，从导光板16射出，由此能够扩大ar玻璃等的fov。另外，在图9所示的例中，设置2台显示装置，可以使从不同的显示装置照射的光入射于第1a衍射元件18a及第1b衍射元件18b。
图像显示装置10与单色图像(在图示例中为红色图像)的显示对应，且具有各一个第1衍射元件18、第2衍射元件(第2a衍射元件20a及第2b衍射元件20b)以及第3衍射元件24，但是本发明并不限于此。
即，本发明的图像显示装置(导光元件)与彩色图像对应，分别具有2个以上第1衍射元件、第2衍射元件及第3衍射元件。
图10中例示第1衍射元件，并且示出其一例。
另外，关于以下的说明，第2衍射元件及第3衍射元件也相同。
图10所示的概念性第1衍射元件50具有r第1衍射元件18r、g第1衍射元件18g及b第1衍射元件18b这3个衍射元件。
r第1衍射元件18r与红色光对应，并且具有支撑体30、取向膜32r、反射红色的右旋圆偏振光的第1a衍射元件18ar及反射红色的左旋圆偏振光的第1b衍射元件18br。
g第1衍射元件18g与绿色光对应，并且具有支撑体30、取向膜32g、反射绿色的右旋圆偏振光的第1a衍射元件18ag及反射绿色的左旋圆偏振光的第1b衍射元件18bg。
b第1衍射元件18b与蓝色光对应，并且具有支撑体30、取向膜32b、反射蓝色的右旋圆偏振光的第1a衍射元件18ab及反射蓝色的左旋圆偏振光的第1b衍射元件18bb。
r第1衍射元件18r、g第1衍射元件18g及b第1衍射元件18b中，支撑体、取向膜、衍射元件(胆甾醇型液晶层)均与上述的第1衍射元件18中的支撑体30、取向膜32、第1a衍射元件18a及第1b衍射元件18b相同。但是，各衍射元件即胆甾醇型液晶层具有与选择性反射的光的波长区域相对应的螺旋的节距p。
在此，r第1衍射元件18r、g第1衍射元件18g及b第1衍射元件18b中，衍射元件(胆甾醇型液晶层)的选择反射中心波长的长度的排列与胆甾醇型液晶层的液晶取向图案中的1周期λ的长度的排列相等。
即，第1衍射元件50中，与红色光的反射对应的r第1衍射元件18r的选择反射中心波长最长，与绿色光的反射对应的g第1衍射元件18g的选择反射中心波长第二长，与蓝色光的反射对应的b第1衍射元件18b的选择反射中心波长最短。
相应地，r第1衍射元件18r、g第1衍射元件18g及b第1衍射元件18b中，r第1衍射元件18r的胆甾醇型液晶层的1周期λr最长，g第1衍射元件18g的胆甾醇型液晶层的1周期λg第二长，b第1衍射元件18b的胆甾醇型液晶层的1周期λb最短。
在此，基于液晶化合物40的光学轴40a沿着一个方向(箭头x1方向)连续旋转的胆甾醇型液晶层的光的反射角度中，角度根据所反射的光的波长而不同。具体而言，光的波长越长，相对于入射光的反射光的角度变得越大。因此，r第1衍射元件18r所反射的红色光的相对于入射光的反射光的角度最大，g第1衍射元件18g所反射的绿色光的相对于入射光的反射光的角度第二大，b第1衍射元件18b所反射的蓝色光的相对于入射光的反射光的角度最小。
另一方面，如上述，沿着一个方向具有液晶化合物40的光学轴40a所旋转的液晶取向图案的胆甾醇型液晶层中，液晶取向图案中，光学轴40a旋转180°的1周期λ越短，相对于入射光的反射光的角度变得越大。
因此，r第1衍射元件18r、g第1衍射元件18g及b第1衍射元件18b中，衍射元件(胆甾醇型液晶层)中的选择反射中心波长的长度的排列与液晶取向图案中的1周期λ的长度(λr、λg及λb)的排列相等，由此如图10中例示红色的右旋圆偏振光rr、绿色的右旋圆偏振光gr及蓝色的右旋圆偏振光br而示出，大幅降低第1衍射元件50所反射的光的反射角度的波长依赖性，使波长不同的光能够沿几乎相同的方向反射。
该结果，通过红色光、绿色光及蓝色光显示全色图像的情况下，也可以在不会产生各波长中的反射角度偏差而在导光板内引导，能够显示视角宽的全色图像。
如上述，通过sem观察图17所示的胆甾醇型液晶层34的x-z面时，观察到明部42与暗部44交替地排列的排列方向相对于主表面(x-y面)以规定角度倾斜的条纹图案。这种sem截面中，从相邻的明部42至明部42或从暗部44至暗部44的、明部42或暗部44所成的线的法线方向上的间隔相当于1/2倾斜面节距。
r第1衍射元件18r、g第1衍射元件18g及b第1衍射元件18b中，分别将衍射元件(胆甾醇型液晶层)中的倾斜面节距设为ptr、ptg及ptb时，优选与上述的液晶取向图案的1周期λ一同满足λb＜λg＜λr及ptb＜ptg＜ptr。
通过满足上述关系，如图10中例示红色的右旋圆偏振光rr、绿色的右旋圆偏振光gr及蓝色的右旋圆偏振光br而示出，大幅降低第1衍射元件50所反射的光的反射角度的波长依赖性，能够使波长不同的光几乎沿相同的方向反射，并且能够有效地反射第1衍射元件50所反射的波长不同的光。
另外，如此层叠选择性反射的波长区域不同的衍射元件时，层叠顺序并无限制。
层叠选择性反射的波长区域不同的衍射元件时，优选以选择性反射的波长区域的波长依次变长的方式层叠衍射元件。由此，将选择反射中心波长短的一侧设为光入射侧，能够减少基于蓝移的影响。
本发明中，具有多个第1衍射元件18的情况下，具有图8所示的r第1衍射元件18r、g第1衍射元件18g及b第1衍射元件18b的结构并无限制。
例如，可以具有适当地从r第1衍射元件18r、g第1衍射元件18g及b第1衍射元件18b选择的2层。另外，变更r第1衍射元件18r、g第1衍射元件18g及b第1衍射元件18b中的1个以上或者除了r第1衍射元件18r、g第1衍射元件18g及b第1衍射元件18b以外也可以具有选择性反射紫外线的反射层叠体和/或选择性反射红外线的反射层叠体。
或者，将可见光的波长带分成2个波长带时，也可以具有选择性反射2个波长带的短波侧的光的s第1衍射元件18s及选择性反射长波侧的光的l第1l衍射元件18l。另外，变更s第1衍射元件18s及l第1l衍射元件18l或者除了s第1衍射元件18s及l第1l衍射元件18l以外也可以具有选择性反射紫外线的反射层叠体和/或选择性反射红外线的反射层叠体。
本发明中，具有多个第1衍射元件的情况下，如图10所示的例，层叠第1衍射元件的结构并无限制。
例如，也可以为在导光板的面方向互不相同的位置设置有r第1衍射元件18r、g第1衍射元件18g及b第1衍射元件18b的结构。或者，也能够利用设置r图像用导光板、g图像用导光板及b图像用导光板且在每个导光板上设置所对应的颜色的衍射元件而层叠导光板的结构。并且，也能够利用设置有r图像用及b图像用导光板及g图像用导光板且如在每个导光板上设置所对应的颜色的衍射元件的层叠2色用导光板及单色用导光板的结构。
也包括使用除了后述的胆甾醇型液晶层以外的液晶衍射元件的情况，即使为任一结构，也优选液晶取向图案中的1周期λ中与红色光对应的液晶元件最长且与蓝色光对应的液晶衍射元件最短。
并且，本发明中，具有多个第1衍射元件的情况下，例如也可以为在导光板的面方向互不相同的位置设置有s第1衍射元件18s及l第1衍射元件18l的结构。或者，也能够利用设置短波侧图像用导光板及长波侧图像用导光板且在每个导光板上设置所对应的颜色的衍射元件而层叠导光板的结构。
也包括使用除了后述的胆甾醇型液晶层以外的液晶衍射元件的情况，即使为任一结构，也优选液晶取向图案中的1周期λ中与长波侧的光对应的液晶元件最长且与短波侧的光对应的液晶衍射元件最短。
因此，s第1衍射元件18s及l第1衍射元件18l中，衍射元件(胆甾醇型液晶层(液晶层34))中的选择反射中心波长的长度的排列与液晶取向图案中的1周期λ的长度(λs及λl)的排列相等，由此大幅降低由第1衍射元件50反射短波长侧的右旋圆偏振光sr及长波长侧的右旋圆偏振光lr的光的反射角度的波长依赖性，使波长不同的光能够沿几乎相同的方向反射。
其结果，通过短波长侧的光及长波长侧的光显示全色图像的情况下，也可以在不会产生各波长中的反射角度偏差而在导光板内引导，能够显示视角宽的全色图像。
并且，sem截面中，s第1衍射元件18s及l第1衍射元件18l中，分别将衍射元件(胆甾醇型液晶层)中的倾斜面节距设为pts、ptl时，优选满足λs＜λl及pts＜ptl。
通过满足上述关系，大幅降低第1衍射元件50反射短波长侧的右旋圆偏振光sr及长波长侧的右旋圆偏振光lr的光的反射角度的波长依赖性，能够使波长不同的光沿几乎相同的方向反射，并且能够有效反射由第1衍射元件50反射的波长不同的光。
本发明中，通过sem观察胆甾醇型液晶层(液晶层34)的x-z面时，将从相邻的明部42至明部42或从暗部44至暗部44的明部42或暗部44所成的线的法线方向上的间隔设为1/2倾斜面节距时，优选使用具有胆甾醇型液晶层的倾斜面节距根据厚度方向的位置而不同的区域的胆甾醇型液晶层。
通过使用具有胆甾醇型液晶层的倾斜面节距根据厚度方向的位置而不同的区域的胆甾醇型液晶层，能够有效反射以不同的角度入射的光。
例如，使红色光以不同的角度入射于r第1衍射元件18r的情况下，通过所入射的角度选择性反射的光的波长区域产生变化，因此有时光根据所入射的角度，反射的光的衍射效率下降。通过使用具有胆甾醇型液晶层的倾斜面节距根据厚度方向的位置而不同的区域的胆甾醇型液晶层，能够扩大选择性反射的光的波长区域，即能够有效反射以不同的角度入射的光，并且能够显示视角广且明亮的图像。
另外，通过使用具有朝向胆甾醇型液晶层的厚度方向的一个方向倾斜面节距连续增大或减小的区域的胆甾醇型液晶层，能够有效反射相对于各种入射角度的光。
并且，将通过sem观察胆甾醇型液晶层的截面时的明部或暗部所成的线相对于所述液晶层的主表面的倾角设为θhp时，通过使用具有所述倾角θhp根据厚度方向的位置而不同的区域的胆甾醇型液晶层，能够有效反射以不同的角度入射的光。
通过使用具有朝向胆甾醇型液晶层的厚度方向的一个方向倾角θhp连续增大或减小的区域的胆甾醇型液晶层，能够有效反射相对于各种入射角度的光。
以上的例中，对选择性反射红色光的r第1衍射元件18r进行了叙述，但是关于选择性反射绿色光的g第1衍射元件18g及选择性反射蓝色光的b第1衍射元件18b也相同，将可见光的波长带分成2个波长带时，设置有选择性反射2个波长带的短波侧的光的s第1衍射元件18s及选择性反射长波长侧的光的l第1衍射元件18l的结构也相同。
并且，具有选择性反射红色光的r第1衍射元件18r、选择性反射绿色光的g第1衍射元件18g及选择性反射蓝色光的b第1衍射元件18b的结构中，使用具有胆甾醇型液晶层的倾斜面节距根据厚度方向的位置而不同的区域的胆甾醇型液晶层的情况下，分别将r第1衍射元件18r、g第1衍射元件18g及b第1衍射元件18b的厚度方向上的胆甾醇型液晶层的倾斜面节距的平均值设为ptra、ptga、ptba时，优选与上述的液晶取向图案的1周期λ一同满足λb＜λg＜λr及ptba＜ptga＜ptra。
通过满足上述关系，能够有效反射第1衍射元件18反射红色的右旋圆偏振光rr、绿色的右旋圆偏振光gr及蓝色的右旋圆偏振光br的波长不同的光。
相同地，将可见光的波长带分成2个波长带时，具有选择性反射2个波长带的短波侧的光的s第1衍射元件18s及选择性反射长波长侧的光的l第1衍射元件18l的结构中，使用具有胆甾醇型液晶层的倾斜面节距根据厚度方向的位置而不同的区域的胆甾醇型液晶层的情况下，分别将s第1衍射元件18s及l第1衍射元件18l的厚度方向上的胆甾醇型液晶层的倾斜面节距的平均值设为ptsa、ptla时，优选与上述的液晶取向图案的1周期λ一同满足λs＜λl及ptsa＜ptla。
通过满足上述关系，能够有效反射第1衍射元件18反射短波长侧的右旋圆偏振光sr及长波长侧的右旋圆偏振光lr的波长不同的光。
并且，本发明中，通过sem(扫描型电子显微镜)观察胆甾醇型液晶层(液晶层34)的x-z面时，将从相邻的明部42至明部42或从暗部44至暗部44的明部42或暗部44所成的线的法线方向上的间隔设为1/2倾斜面节距时，也能够优选使用层叠胆甾醇型液晶层的倾斜面节距不同的层的结构。
通过使用层叠胆甾醇型液晶层的倾斜面节距不同的层的结构，能够有效反射以不同的角度入射的光。
例如，使红色光以不同的角度入射于r第1衍射元件18r的情况下，通过所入射的角度选择性反射的光的波长区域产生变化，因此有时光根据所入射的角度，反射的光的衍射效率下降。通过使用层叠胆甾醇型液晶层的倾斜面节距不同的层的结构，能够扩大选择性反射的光的波长区域，即能够有效反射以不同的角度入射的光，并且能够显示视角广且明亮的图像。
以上的例中，对选择性反射红色光的r第1衍射元件18r进行了叙述，但是关于选择性反射绿色光的g第1衍射元件18g及选择性反射蓝色光的b第1衍射元件18b也相同，将可见光的波长带分成2个波长带时，设置有选择性反射2个波长带的短波侧的光的s第1衍射元件18s及选择性反射长波长侧的光的l第1衍射元件18l的结构也相同。
在上述本发明的导光元件中，例示将导光元件用于图像显示装置的例，但是本发明的导光元件并不限于此，能够用作传感器等光学元件。
利用本发明的导光元件的传感器(传感装置)具有本发明的导光元件及向本发明的导光元件的第1衍射元件照射红外光的光源。
作为一例，在本发明的导光元件中设置选择性反射红外线的胆甾醇型液晶层而使用的情况下，能够用作眼睛跟踪传感器用光学元件。
从照射红外线的光源入射于第1衍射元件18的红外线中的沿箭头x1方向倾斜而反射的光在导光板16内传播而入射于第2a衍射元件20a，通过第2a衍射元件20a反射(衍射)，在导光板16内传播而入射于第3a衍射元件24a，反射(衍射)到第3a衍射元件24a，由此导光板16在界面中的入射角成为临界角以下，从导光板16射出，用于使用人员u的观察。
通过使用人员u的瞳孔反射的光再次入射于导光板16内，反射(衍射)到第3a衍射元件24a，由此沿着与上述的路径反向，从第1衍射元件18射出。
通过红外传感器检测从第1衍射元件18射出的光，由此能够进行眼睛跟踪。从第1衍射元件18射出的光沿与通过光束分离器等从光源照射的红外线不同的方向传播，可以通过红外传感器检测。
此时，照射红外线的光源优选照射直线偏振光的光源与λ/4板的组合等向第1衍射元件照射圆偏振光。
以上的例中，第1衍射元件、第2衍射元件及第3衍射元件作为液晶衍射元件使用胆甾醇型液晶层。但是，本发明并不限于此，本发明中所使用的液晶衍射元件只要具有源自液晶化合物40的光学轴40a沿着面内的至少1方向连续旋转的液晶取向图案，则能够利用各种液晶衍射元件。
并且，本发明中，也能够利用具有沿着面内的至少1方向连续旋转的液晶取向图案并且在厚度方向上液晶化合物并非以螺旋状扭转旋转的液晶衍射元件。
图11中例示作为与第1衍射元件18的第1a衍射元件18a对应的衍射元件的第1a衍射元件18a-2，对其一例进行说明。
如图12所示，第1a衍射元件18a-2也与第1a衍射元件18a相同地具有液晶化合物40的光学轴40a沿着箭头x1方向连续旋转的液晶取向图案。另外，图12也与上述的图6相同地仅示出取向膜32的表面的液晶化合物。
在第1a衍射元件18a-2中，形成衍射元件(液晶层)的液晶化合物40没有沿厚度方向以螺旋状扭转旋转，光学轴40a位于面方向相同的位置。这种液晶层在形成上述的胆甾醇型液晶层时，能够不向液晶组合物添加手性试剂来形成。
如上述，第1a衍射元件18a-2具有在面内源自液晶化合物40的光学轴40a的朝向沿着箭头x方向即以箭头x表示的一个方向连续旋转的同时产生变化的液晶取向图案。
另一方面，形成第1a衍射元件18a-2的液晶化合物40中，在与箭头x1方向正交的y方向、即与光学轴40a连续旋转的一个方向正交的y方向上以光学轴40a的朝向相等的液晶化合物40以等间隔排列。
换句话说，形成第1a衍射元件18a-2的液晶化合物40中，在y方向上排列的液晶化合物40彼此中，光学轴40a的朝向与箭头x1方向所成的角度相等。
第1a衍射元件18a-2中，在y方向上排列的液晶化合物中，光学轴40a与箭头x方向(液晶化合物40的光学轴的朝向所旋转的1方向)所成的角度相等。将该光学轴40a与箭头x方向所成的角度相等的液晶化合物40配置于y方向上的区域设为区域r。
此时，优选每个区域r中的面内延迟(re)的值为半波长即λ/2。这些面内延迟通过伴随区域r的折射率各向异性的折射率差δn与光学各向异性层的厚度之积计算。在此，随着光学各向异性层中的区域r的折射率各向异性的折射率差为通过区域r的面内的慢轴的方向的折射率与和慢轴的方向正交的方向的折射率之差来定义的折射率差。即，随着区域r的折射率各向异性的折射率差δn等于光学轴40a的方向的液晶化合物40的折射率与区域r的面内的与光学轴40a垂直的方向的液晶化合物40的折射率之差。即，折射率差δn等于液晶化合物40的折射率差。
若向这种第1a衍射元件18a-2入射圆偏振光，则光被折射并且圆偏振光的方向改变。
图13及图14中概念性地示出该作用。另外，第1a衍射元件18a-2中，将液晶化合物的折射率差与光学各向异性层的厚度之积的值设为λ/2。
如图13所示，第1a衍射元件18a-2的液晶化合物的折射率差与光学各向异性层的厚度的积的值为λ/2的情况下，若向第1a衍射元件18a-2入射作为左旋圆偏振光的入射光l1，则入射光l1通过贯穿第1a衍射元件18a-2来赋予180°的相位差，透过光l2转换成右旋圆偏振光。
并且，形成于第1a衍射元件18a-2的液晶取向图案为沿箭头x1方向周期性的图案，因此透过光l2向与入射光l1的进行方向不同的方向进行。如此，左旋圆偏振光的入射光l1转换成相对于入射方向沿箭头x方向仅倾斜规定的角度的右旋圆偏振光的透过光l2。
另一方面，如图14所示，第1a衍射元件18a-2的液晶化合物的折射率差与光学各向异性层的厚度的积的值为λ/2时，若向第1a衍射元件18a-2入射右旋圆偏振光的入射光l4，则入射光l4通过贯穿第1a衍射元件18a-2赋予180°的相位差，转换成左旋圆偏振光的透过光l5。
并且，形成于第1a衍射元件18a-2的液晶取向图案为沿箭头x方向周期性的图案，入射光l4为右旋圆偏振光，因此与作为左旋圆偏振光的入射光l1的情况相反的方向且沿与入射光l4的进行方向不同的方向进行。如此，入射光l4转换成相对于入射方向沿与箭头x方向相反的方向仅倾斜规定的角度的左旋圆偏振光的透过光l5。
与第1a衍射元件18a等相同地，第1a衍射元件18a-2也通过改变所形成的液晶取向图案的1周期λ，能够调节透过光l2及l5的折射的角度。具体而言，第1a衍射元件18a-2中，液晶取向图案的1周期λ越短，通过彼此相邻的液晶化合物40的光彼此的干涉强，因此能够使透过光l2及l5折射得更大。
并且，通过将沿着箭头x1方向旋转的液晶化合物40的光学轴40a的旋转方向设为相反的方向，能够使透过光的折射的方向设为相反的方向。即，在图11～图14所示的例中，朝向箭头x方向的光学轴40a的旋转方向为顺时针，但是通过将该旋转方向设为逆时针，能够将透过光的折射的方向设为相反的方向。
因此，将如第1a衍射元件18a-2的衍射元件利用于第1衍射元件和/或第3衍射元件，设置于导光板16的显示元件12侧，由此通过与作为上述的衍射元件而使用胆甾醇型液晶层的图像显示装置10相同的作用效果，能够扩大ar玻璃等的fov，并且也能够提高光的利用效率。
另外，如第1a衍射元件18a-2，具有液晶化合物40并非以螺旋状旋转的液晶层的衍射元件中，可优选利用如图9所示的将衍射元件设置于导光板16的面方向互不相同的位置的方式。
另外，从衍射效率的观点考虑，使用这种透过衍射入射光的液晶衍射元件的情况下，优选使用具有液晶化合物扭转而旋转(扭曲角小于360°)的区域的具有液晶的液晶衍射元件。
为了改善视觉辨认，本发明的导光元件及图像显示装置也可以使用扩大射出光瞳孔的衍射光学方法。
具体而言，能够使用利用多个衍射要素(衍射元件)的光学的方法、即具备内结合、中间及外结合衍射要素的衍射光学方法。本方法详细记载于日本特表2008-546020号公报中。
以上，对本发明的导光元件及图像显示装置进行了详细的说明，但是本发明并不限定于上述的例，在不脱离本发明的宗旨的范围内，当然可以进行各种改善或变更。
实施例
以下举出实施例对本发明的特征进行进一步具体说明。以下的实施例所示的材料、试剂、使用量、物质量、比例、处理内容及处理顺序等只要不脱离本发明的主旨则能够适当进行变更。因此，本发明的范围不应被以下所示的具体例限定地解释。
[参考例1]
(取向膜的形成)
作为支撑体，准备了玻璃基板。通过旋涂将下述取向膜形成用涂布液涂布于支撑体上。将形成有该取向膜形成用涂布液的涂膜的支撑体在60℃的热板上干燥60秒钟，从而形成了取向膜。
取向膜形成用涂布液
-光取向用原材料-
[化学式1]
(取向膜的曝光)
使用图15所示的曝光装置对取向膜进行曝光，从而形成了具有取向图案的取向膜p-1。
曝光装置中，作为激光器，使用射出波长(325nm)的激光束的装置。将基于干涉光的曝光量设为300mj/cm2。另外，由2个激光束及其干涉形成的取向图案的1个周期(光学轴旋转180°的长度)通过改变2个光的交叉角(交叉角α)来控制。
(第1a衍射元件的形成)
作为形成第1a衍射元件的液晶组合物，制备了下述组合物a-1。该组合物a-1为形成反射右旋圆偏振光的胆甾醇型液晶层(胆甾醇型液晶相)的液晶组合物。
组合物a-1
棒状液晶化合物l-1
[化学式2]
手性试剂ch-1
[化学式3]
流平剂t-1
[化学式4]
第1a衍射元件通过在取向膜p-1上涂布多层组合物a-1来形成。多层涂布是指，首先将第1层组合物a-1涂布于取向膜上，加热、冷却之后进行紫外线固化来制作液晶固定化层之后，第2层之后反复涂布于其液晶固定化层来进行涂布，同样地重复加热、冷却之后进行紫外线固化。通过多层涂布形成，由此即使液晶层的总厚度变厚时，取向膜32的取向方向也可从液晶层的下表面反映到上表面。
首先，第1层中，将下述组合物a-1涂布于取向膜p-1上，在热板上将涂膜加热到95℃。之后，冷却到25℃之后，在氮气环境下使用高压汞灯以300mj/cm2的照射量使波长365nm的紫外线照射到涂膜，由此固化液晶化合物的取向。此时的第1层液晶层的膜厚为0.2μm。
第2层之后，反复涂布于该液晶层，在与上面相同的条件下加热、冷却之后进行紫外线固化，从而制作了液晶固定化层。如此，重复反复涂布直至总厚度成为所期望的膜厚为止，形成了第1a衍射元件。通过扫描型电子显微镜(sem(scanningelectronmicroscope))确认了涂布层的截面的结果，胆甾醇型液晶相为8个节距。并且，相对于主表面的明部及暗部所倾斜的面的倾斜面节距为0.40μm。倾斜面节距中，相对于从明部至明部或从暗部至暗部的倾斜面的法线方向的间隔设为1/2面节距。在此所述的明部及暗部为通过sem观察胆甾醇型液晶层的截面时可见的源自胆甾醇型液晶相的明部及暗部。
通过偏振光显微镜确认了第1a衍射元件成为如图6所示的周期性取向表面。另外，通过sem确认了涂布层的截面的结果，第1a衍射元件的液晶取向图案中，液晶化合物的光学轴旋转180°的1周期为0.525μm。
(第1b衍射元件的形成)
形成第1a衍射元件的组合物a-1中，作为手性试剂使用下述手性试剂ch-2，将手性试剂的量变更为9.50质量份，除此以外，以相同的方式制备了组合物a-2。该组合物a-2为形成反射左旋圆偏振光的胆甾醇型液晶层(胆甾醇型液晶相)的液晶组合物。
手性试剂ch-2
[化学式5]
使用所制备的组合物a-2，以与第1a衍射元件相同的方式在第1a衍射元件的上方形成有第1b衍射元件。通过sem确认了涂布层的截面的结果，胆甾醇型液晶相为8个节距。并且，相对于主表面的明部及暗部所倾斜的面的倾斜面节距为0.40μm。
通过偏振光显微镜确认了第1b衍射元件成为如图6所示的周期性取向表面。另外，第1b衍射元件的液晶取向图案中，液晶化合物的光学轴旋转180°的1周期为0.525μm。
由此，制作了液晶化合物的光学轴所旋转的一个方向相同、螺旋的扭转方向为右且作为选择性反射右旋圆偏振光的胆甾醇型液晶层的第1a衍射元件和螺旋的扭转方向为左且作为选择性反射左旋圆偏振光的胆甾醇型液晶层的第1b衍射元件层叠的第1衍射元件(参考图8)。
[参考例2]
在参考例1中的第1a衍射元件上旋涂甲基乙基酮，以与第1a衍射元件的形成相同的方式在第1a衍射元件上形成有取向膜。取向膜的曝光中，相对于形成第1a衍射元件时，分别将图15所示的曝光装置的λ/4板72a及72b的光学轴旋转90°，以相同的方式曝光取向膜，形成了取向图案，除此以外，以相同的方式进行了取向膜的曝光。以与第1a衍射元件相同的方式在取向膜上形成胆甾醇型液晶层，形成了第1b衍射元件。
由此，制作了液晶化合物的光学轴所旋转的一个方向相反、螺旋的扭转方向为右且作为选择性反射右旋圆偏振光的胆甾醇型液晶层的第1a衍射元件和螺旋扭转方向为右且作为选择性反射左旋圆偏振光的胆甾醇型液晶层的第1b衍射元件层叠的第1衍射元件(参考图8)。
[参考例3]
以与参考例1相同的方式制作了第1a衍射元件。
在形成第1a衍射元件的胆甾醇型液晶层时，将组合物a-1变更为参考例1的第1b衍射元件的组合物，除此以外，以与第1a衍射元件相同的方式形成了第1b衍射元件。以所形成的第1a衍射元件及第1b衍射元件彼此相邻的方式使用粘结剂(adhesive)(sokenchemical&engineeringco.,ltd.制造、skdyne2057)贴合于不同玻璃基板上。此时，液晶化合物的光学轴所旋转的一个方向成为相同。
由此，制作了液晶化合物的光学轴所旋转的一个方向相同、螺旋的扭转方向为右且作为选择性反射右旋圆偏振光的胆甾醇型液晶层的第1a衍射元件和螺旋的扭转方向为左且作为选择性反射左旋圆偏振光的胆甾醇型液晶层的第1b衍射元件相邻而具有的第1衍射元件(参考图9)。
[参考例4]
以与参考例1相同的方式形成了取向膜。
将该取向膜的一半掩膜而遮光，使用图15所示的曝光装置曝光取向膜，以与参考例1相同的方式形成了取向图案。
接着，将形成有取向图案的区域掩膜而遮光，分别将图15所示的曝光装置的λ/4板72a及72b的光学轴旋转90°，以相同的方式曝光剩余一半的取向膜，形成取向图案，形成了取向膜p-2。
以与参考例1的第1a衍射元件相同的方式，在该取向膜p-2上形成了衍射元件(胆甾醇型液晶层)。
由此，制作了液晶化合物的光学轴所旋转的一个方向为相反方向、螺旋的扭转方向为右且作为选择性反射右旋圆偏振光的胆甾醇型液晶层的第1a衍射元件和螺旋的扭转方向为右且作为选择性反射右旋圆偏振光的胆甾醇型液晶层的第1b衍射元件相邻而具有的第1衍射元件(参考图9)。
[参考例5]
(取向膜的形成)
变更通过图15所示的曝光装置曝光取向膜时的2个光的交叉角，除此以外，以与参考例1相同的方式在支撑体上形成了取向膜p-3。
(第1a衍射元件的形成)
形成参考例1的第1a衍射元件的组合物a-1中，将手性试剂的量变更为6.77质量份，除此以外，以相同的方式制备了组合物a-3。该组合物a-3为形成反射右旋圆偏振光的胆甾醇型液晶层(胆甾醇型液晶相)的液晶组合物。
使用该组合物a-3，除此以外，以与参考例1的第1a衍射元件相同的方式在取向膜p-3的表面上形成了第1a衍射元件。通过sem确认了涂布层的截面的结果，胆甾醇型液晶相为8个节距。并且，相对于主表面的明部及暗部所倾斜的面的倾斜面节距为0.34μm。
通过偏振光显微镜确认了第1a衍射元件成为如图5所示的周期性取向表面。另外，通过sem确认了涂布层的截面的结果，第1a衍射元件的液晶取向图案中，液晶化合物的光学轴旋转180°的1周期为0.445μm。
(第1b衍射元件的形成)
形成第1b衍射元件的组合物a-2中，将手性试剂的量变更为11.30质量份，除此以外，以相同的方式制备了组合物a-4。该组合物a-4为形成反射左旋圆偏振光的胆甾醇型液晶层的液晶组合物。
使用该组合物a-4，除此以外，以与参考例1的第1b衍射元件相同的方式在第1a衍射元件的表面上形成了第2b衍射元件。通过sem确认了涂布层的截面的结果，胆甾醇型液晶相为8个节距。并且，相对于主表面的明部及暗部所倾斜的面的倾斜面节距为0.34μm。
通过偏振光显微镜确认了第1b衍射元件成为如图5所示的周期性取向表面。另外，第2胆甾醇型液晶层的液晶取向图案中，液晶化合物的光学轴旋转180°的1周期为0.445μm。
由此，制作了液晶化合物的光学轴所旋转的一个方向相同、螺旋的扭转方向为右且作为选择性反射右旋圆偏振光的胆甾醇型液晶层的第1a衍射元件和螺旋的扭转方向为左且作为选择性反射左旋圆偏振光的胆甾醇型液晶层的第1b衍射元件层叠的如图8所示的第1衍射元件(参考图8)。
[参考例6]
(取向膜的形成)
变更通过图15所示的曝光装置曝光取向膜时的2个光的交叉角，除此以外，以与实施例1相同的方式在支撑体上形成了取向膜p-4。
(第1a衍射元件的形成)
形成参考例1的第1a衍射元件的组合物a-1中，将手性试剂的量变更为4.69质量份，除此以外，以相同的方式制备了组合物a-5。该组合物a-3为形成反射右旋圆偏振光的胆甾醇型液晶层(胆甾醇型液晶相)的液晶组合物。
使用该组合物a-5，除此以外，以与参考例1的第1a衍射元件相同的方式在取向膜p-4的表面上形成了第1a衍射元件。通过sem确认了涂布层的截面的结果，胆甾醇型液晶相为8个节距。并且，相对于主表面的明部及暗部所倾斜的面的倾斜面节距为0.48μm。
通过偏振光显微镜确认了第1a衍射元件成为如图6所示的周期性取向表面。另外，通过sem确认了涂布层的截面的结果，第1a衍射元件的液晶取向图案中，液晶化合物的光学轴旋转180°的1周期为0.63μm。
(第1b衍射元件的形成)
形成第1a衍射元件的组合物a-2中，将手性试剂的量变更为7.87质量份，除此以外，以相同的方式制备了组合物a-6。该组合物a-6为形成反射左旋圆偏振光的胆甾醇型液晶层的液晶组合物。
使用该组合物a-6，除此以外，以与参考例1的第1b衍射元件相同的方式在第1a衍射元件的表面上形成了第1b衍射元件。通过sem确认了涂布层的截面的结果，胆甾醇型液晶相为8个节距。并且，相对于主表面的明部及暗部所倾斜的面的倾斜面节距为0.48μm。
通过偏振光显微镜确认了第1b衍射元件成为如图6所示的周期性取向表面。另外，第2胆甾醇型液晶层的液晶取向图案中，液晶化合物的光学轴旋转180°的1周期为0.63μm。
由此，制作了液晶化合物的光学轴所旋转的一个方向相同、螺旋的扭转方向为右且作为选择性反射右旋圆偏振光的胆甾醇型液晶层的第1a衍射元件和螺旋的扭转方向为左且作为选择性反射左旋圆偏振光的胆甾醇型液晶层的第1b衍射元件层叠的第1衍射元件(参考图8)。
[参考例7]
分析hololens(microsoft公司)，将用于影像入射部的表面浮雕衍射元件用作第1衍射元件。
[衍射效率的评价]
关于所制作的第1衍射元件，通过以下方法测定了衍射效率。
如图16所示，在两端面倾斜(θ＝45°)的导光板g粘接所制作的第1衍射元件s。导光板g使用折射率1.52的玻璃。
使激光器l透过线性起偏器102及λ/4板104，相对于导光板g垂直入射，测定了从导光板g的倾斜面射出的衍射光lr。
使用测定器测定衍射光lr的强度，将与作为入射光的激光器l的强度li的比(lr/li×100[％])作为衍射效率而进行了评价。另外，使用菲涅耳式，去除入射时的导光板g的表面中的反射率ri、从导光板g的射出时的导光板g的表面中的反射率ro的影响，作为第1衍射元件的反射率rd。
反射率rd＝lr/l/(1-ri)/(1-ro)
另外，菲涅耳式中的反射率使用s波与p波的反射率的平均值。
参考例1～4及参考例7使用波长532nm的激光器l，参考例5使用波长450nm的激光器l，参考例6使用波长635nm的激光器l。另外，参考例1、3、5、6及7中，分别入射右旋圆偏振光及左旋圆偏振光进行了评价，参考例2及4中入射右旋圆偏振光进行了评价。
并且，参考例1～6中，为了沿2方向引导入射光，分别评价2方向的光，将其平均值作为衍射效率进行了评价。
并且，在参考例7中所使用的hololens中，使用3片导光板，因此分别测定各导光板的衍射元件中的衍射效率，计算层叠时的衍射效率，作为第1衍射元件的衍射效率进行了评价。
衍射效率为80％以上的情况评价为a，
衍射效率为70％以上且小于80％的情况评价为b，
衍射效率为60％以上且小于70％的情况评价为c，
衍射效率小于60％的情况评价为d。
[引导方向]
上述的衍射效率的评价中，检测出引导方向。
将结果示于下述表中。
[表1]
如表1所示，本发明的导光元件中所使用的参考例1～6的第1衍射元件能够沿不同的2个方向引导光，并且所入射的光的衍射效率也高。因此，本发明的导光板及图像显示装置用于ar玻璃等时，能够以高光利用效率显示高亮度的图像。
相比之下，使用表面浮雕格子的参考例7的第1衍射元件中，引导方向为1方向且入射光的衍射效率也低，用于ar玻璃等时，与基于显示元件的图像相比，显示图像的亮度降低。
[实施例1]
(第1衍射元件)
以与参考例1相同的方式制作了第1衍射元件。第1衍射元件设为10×10mm的矩形。
如上述，该第1衍射元件为如下：液晶化合物的光学轴旋转180°的1周期为0.525μm，相对于主表面的明部及暗部所倾斜的面的倾斜面节距为0.40μm，液晶化合物的光学轴所旋转的一个方向相同、螺旋的扭转方向为右且作为选择性反射右旋圆偏振光的胆甾醇型液晶层的第1a衍射元件和螺旋的扭转方向为左且作为选择性反射左旋圆偏振光的胆甾醇型液晶层的第1b衍射元件层叠的如图8所示的第1衍射元件。
(第2衍射元件)
＜取向膜的形成＞
变更通过图15所示的曝光装置曝光取向膜时的2个光的交叉角，除此以外，以与参考例1相同的方式在支撑体的表面形成了取向膜p-5。
＜第2a衍射元件＞
使用组合物a-1以与参考例1的第1a衍射元件相同的方式在取向膜p-5的表面上形成胆甾醇型液晶层，制作了第2a衍射元件。第2a衍射元件设为10×20mm的矩形。
通过sem确认了涂布层的截面的结果，第1a衍射元件的液晶取向图案中，液晶化合物的光学轴旋转180°的1周期为0.32μm。
第2a衍射元件的胆甾醇型液晶层为相对于主表面的明部及暗部所倾斜的面的倾斜面节距为0.40μm、螺旋的扭转方向为右且作为选择性反射右旋圆偏振光的胆甾醇型液晶层。另外，以胆甾醇型液晶相成为2个节距的方式调节了膜厚。
＜第2b衍射元件＞
使用组合物a-2以与参考例1的第1b衍射元件相同的方式在取向膜p-5的表面上形成胆甾醇型液晶层，制作了第2b衍射元件。第2b衍射元件设为10×20mm的矩形。
通过sem确认了涂布层的截面的结果，第1a衍射元件的液晶取向图案中，液晶化合物的光学轴旋转180°的1周期为0.32μm。
第2b衍射元件的胆甾醇型液晶层为相对于主表面的明部及暗部所倾斜的面的倾斜面节距为0.40μm、螺旋的扭转方向为左且作为选择性反射左旋圆偏振光的胆甾醇型液晶层。另外，以胆甾醇型液晶相成为2个节距的方式调节了膜厚。
(第3衍射元件)
使用组合物a-1以与参考例1的第1a衍射元件相同的方式在与参考例1相同的取向膜p-1的表面上形成胆甾醇型液晶层，形成了第3a衍射元件。因此，该第3a衍射元件为液晶化合物的光学轴旋转180°的1周期为0.525μm、相对于主表面的明部及暗部所倾斜的面的倾斜面节距为0.40μm、反射右旋圆偏振光的衍射元件。另外，以胆甾醇型液晶相成为2个节距的方式调节了膜厚。
另一方面，使用组合物a-2以与参考例1的第1b衍射元件相同的方式在与参考例1相同的取向膜p-1的表面上形成胆甾醇型液晶层，形成了第3b衍射元件。因此，该第3b衍射元件为液晶化合物的光学轴旋转180°的1周期为0.525μm、相对于主表面的明部及暗部所倾斜的面的倾斜面节距为0.40μm、反射左旋圆偏振光的衍射元件。另外，以胆甾醇型液晶相成为2个节距的方式调节了膜厚。
第3a衍射元件和第3b衍射元件对置，通过热敏性粘结剂(adhesive)贴附。此时，第3a衍射元件中的液晶化合物的光学轴所旋转的一个方向和第3b衍射元件中的液晶化合物的光学轴所旋转的一个方向以40°的角度相交。并且，第3a衍射元件及第3b衍射元件以液晶化合物的光学轴所旋转的一个方向朝向与第1衍射元件中的液晶化合物的光学轴所旋转的一个方向相同的方向的方式层叠。
接着，剥离了第3b衍射元件的支撑体及取向膜。由此，制作了螺旋的扭转方向为右且作为选择性反射右旋圆偏振光的胆甾醇型液晶层的第3a衍射元件和螺旋的扭转方向为左且作为选择性反射左旋圆偏振光的胆甾醇型液晶层的第3b衍射元件层叠的第3衍射元件(参考图8)。另外，第3衍射元件设为30×50mm的矩形。
以玻璃制准备了80×80mm的矩形的导光板。
通过热敏性粘结剂将第1衍射元件贴附于该导光板的中央上部(从中心至20mm上的位置)。
并且，通过热敏性粘结剂将第2a衍射元件贴附于导光板的第1衍射元件的左侧(距离5mm的位置)的位置，通过热敏性粘结剂将第2b衍射元件贴附于导光板的第1衍射元件的右侧(距离5mm的位置)的位置。
此时，相对于第1衍射元件中的液晶化合物的光学轴所旋转的1方向，第2a衍射元件配置成液晶化合物的光学轴所旋转的1方向成为145°，第2b衍射元件配置成液晶化合物的光学轴所旋转的1方向成为35°(参考图1)。
另外，第2a衍射元件及第2b衍射元件将液晶化合物的光学轴以顺时针旋转的1方向朝向下方(第3衍射元件)而配置。
另外，通过热敏性粘结剂将第3衍射元件贴附于中央下部(从第1衍射元件至10mm下)的位置。此时，相对于第1衍射元件中的液晶化合物的光学轴所旋转的1方向，第3a衍射元件配置成液晶化合物的光学轴所旋转的1方向成为110°，第3b衍射元件配置成液晶化合物的光学轴所旋转的1方向成为70°。另外，第3a衍射元件及第3b衍射元件配置成将液晶化合物的光学轴所旋转的1方向朝向右侧(第2b衍射元件侧)(参考图1)。
由此，制作了在导光板上设置有第1衍射元件、第2衍射元件及第3衍射元件的导光元件。
准备了相对于第1a衍射元件射出右旋圆偏振光的图像且相对于第1b衍射元件射出左旋圆偏振光的图像的显示器。该显示器为在反射型液晶显示元件上组合投射光源及凸透镜而成的投射型液晶显示元件。通过λ/4板将反射型液晶显示元件的射出光的直线偏振光转换成右旋圆偏振光及左旋圆偏振光。
将该显示器配置成朝向第1衍射元件照射图像，制作了图像显示装置。
[比较例]
不具有第1a衍射元件、第2b衍射元件、第3a衍射元件，除此以外，以与相同的方式制作了图像显示装置。另外，入射光设为右旋圆偏振光。
[评价]
使用所制作的图像显示装置显示图像，评价了视角。另外，评价中使用了绿色的图像。
该结果，确认了相对于比较例的视角，实施例中能够扩大视角。
[实施例2]
(第1衍射元件)
＜取向膜的形成＞
变更通过图15所示的曝光装置曝光取向膜时的2个光的交叉角，除此以外，以与参考例1相同的方式在支撑体上形成了取向膜p-1ab。
＜第1a衍射元件b＞
作为形成第1a衍射元件b的液晶组合物，制备了下述组合物ab-1。该组合物ab-1为形成反射右旋圆偏振光的胆甾醇型液晶层(胆甾醇型液晶相)的液晶组合物。
组合物ab-1
使用旋涂机将上述液晶组合物ab-1涂布于取向膜p-1ab上。
在热板上在80℃下将液晶组合物ab-1的涂膜加热3分钟(180sec)。之后，在80℃下大气环境下作为第1曝光工序，使用高压汞灯，经由300nm的长波滤光片及350nm的短波滤光片进行了曝光。进行了第1曝光工序，以使在波长315nm内测定的光的照射量成为10mj/cm2。另外，在80℃下氮气环境气体下使用高压汞灯以600mj/cm2的照射量向涂膜照射波长365nm的紫外线(第2曝光工序)，由此固化液晶组合物ab-1而使液晶化合物的取向固定化，形成了胆甾醇型液晶层。
由此，制作了具有支撑体、取向膜及胆甾醇型液晶层的液晶衍射元件。
通过偏振光显微镜确认了胆甾醇型液晶层成为如图6所示的周期性取向表面。
沿着光学轴的旋转方向的方向切削胆甾醇型液晶层，通过sem观察了截面。其结果，观察到如下形状：从取向膜侧朝向与取向膜分开的一侧，沿厚度方向倾斜面节距p连续增大，并且倾角θhp也连续增大。另外，倾角θhp(明部/暗部的倾角θhp)为如上述明部及暗部相对于胆甾醇型液晶层的主表面所成的角度。
通过sem观察截面的结果，胆甾醇型液晶相为8个节距。并且，相对于主表面的明部及暗部所倾斜的面的倾斜面节距(厚度方向的平均值)为0.32μm。并且，胆甾醇型液晶层液晶取向图案中，液晶化合物的光学轴旋转180°的1周期为0.29μm。
使用axometrics公司制造的“axoscan”，变更测定光的入射角度，测定了快轴面内及慢轴面内的面内延迟re(面内re)。测定波长设为750nm。并且，测定光的入射角度在70°～70°的范围内。
其结果，胆甾醇型液晶层的面内延迟成为最小的方向相对于法线倾斜。该结果标明，成为各液晶分子的长轴方向相对于胆甾醇型液晶层的主表面倾斜的取向状态。
＜第1a衍射元件g＞
变更通过图15所示的曝光装置曝光取向膜时的2个光的交叉角，除此以外，以与第1a衍射元件b相同的方式在支撑体上形成了取向膜p-1ag。
并且，形成第1a衍射元件b的组合物ab-1中，将手性试剂ch-1的量变更为3.90质量份，除此以外，以相同的方式制备了组合物ag-1。
使用该组合物ag-1，除此以外，以与第1a衍射元件b相同的方式形成了第1a衍射元件g。通过sem确认了涂布层的截面的结果，胆甾醇型液晶相为8个节距。并且，相对于主表面的明部及暗部所倾斜的面的倾斜面节距(厚度方向的平均值)为0.37μm。
通过偏振光显微镜确认了第1a衍射元件g成为如图6所示的周期性取向表面。另外，胆甾醇型液晶层的液晶取向图案中，液晶化合物的光学轴旋转180°的1周期为0.34μm。
＜第1a衍射元件r＞
变更通过图15所示的曝光装置曝光取向膜时的2个光的交叉角，除此以外，以与第1a衍射元件b相同的方式在支撑体上形成了取向膜p-1ar。
并且，形成第1a衍射元件b的组合物ab-1中，将手性试剂ch-1的量变更为3.10质量份，除此以外，以相同的方式制备了组合物ag-1。
使用该组合物ag-1，除此以外，以与第1a衍射元件b相同的方式形成了第1a衍射元件g。通过sem确认了涂布层的截面的结果，胆甾醇型液晶相为8个节距。并且，相对于主表面的明部及暗部所倾斜的面的倾斜面节距(厚度方向的平均值)为0.45μm。
通过偏振光显微镜确认了第1a衍射元件g成为如图6所示的周期性取向表面。另外，胆甾醇型液晶层的液晶取向图案中，液晶化合物的光学轴旋转180°的1周期为0.40μm。
(第2衍射元件)
变更通过图15所示的曝光装置曝光取向膜时的2个光的交叉角，除此以外，以与第1a衍射元件b相同的方式在支撑体上形成了取向膜。
并且，形成第1a衍射元件b的组合物ab-1中，适当变更手性试剂ch-1的量及甲基乙基酮的量，除此以外，以相同的方式制备了液晶组合物。
使用该液晶组合物，除此以外，以与第1a衍射元件b相同的方式形成了第2衍射元件。另外，在第2衍射元件的形成中，不进行第1曝光工序，而使实施基于第2曝光工序的液晶层的固化，形成了胆甾醇型液晶层。
＜第2a衍射元件b＞
所制作的胆甾醇型液晶相为2个节距。并且，相对于主表面的明部及暗部所倾斜的面的倾斜面节距(厚度方向的平均值)为0.34μm。并且，胆甾醇型液晶层的液晶取向图案中，液晶化合物的光学轴旋转180°的1周期为0.21μm。
＜第2a衍射元件g＞
所制作的胆甾醇型液晶相为2个节距。并且，相对于主表面的明部及暗部所倾斜的面的倾斜面节距(厚度方向的平均值)为0.40μm。并且，胆甾醇型液晶层的液晶取向图案中，液晶化合物的光学轴旋转180°的1周期为0.24μm。
＜第2a衍射元件r＞
所制作的胆甾醇型液晶相为2个节距。并且，相对于主表面的明部及暗部所倾斜的面的倾斜面节距(厚度方向的平均值)为0.48μm。并且，胆甾醇型液晶层的液晶取向图案中，液晶化合物的光学轴旋转180°的1周期为0.28μm。
(第3衍射元件)
变更通过图15所示的曝光装置曝光取向膜时的2个光的交叉角，除此以外，以与第1a衍射元件b相同的方式在支撑体上形成了取向膜。
并且，形成第1a衍射元件b的组合物ab-1中，适当变更手性试剂ch-1的量及甲基乙基酮的量，除此以外，以相同的方式制备了液晶组合物。
使用该液晶组合物，除此以外，以与第1a衍射元件b相同的方式形成了第3衍射元件。另外，在第3衍射元件的形成中，不进行第1曝光工序，而实施基于第2曝光工序的液晶层的固化，形成了胆甾醇型液晶层。
＜第3a衍射元件b＞
所制作的胆甾醇型液晶相为2个节距。并且，相对于主表面的明部及暗部所倾斜的面的倾斜面节距(厚度方向的平均值)为0.32μm。并且，胆甾醇型液晶层的液晶取向图案中，液晶化合物的光学轴旋转180°的1周期为0.29μm。
＜第3a衍射元件g＞
所制作的胆甾醇型液晶相为2个节距。并且，相对于主表面的明部及暗部所倾斜的面的倾斜面节距(厚度方向的平均值)为0.37μm。并且，胆甾醇型液晶层的液晶取向图案中，液晶化合物的光学轴旋转180°的1周期为0.34μm。
＜第3a衍射元件r＞
所制作的胆甾醇型液晶相为2个节距。并且，相对于主表面的明部及暗部所倾斜的面的倾斜面节距(厚度方向的平均值)为0.45μm。并且，胆甾醇型液晶层的液晶取向图案中，液晶化合物的光学轴旋转180°的1周期为0.40μm。
另外，第1b衍射元件、第2b衍射元件及第3b衍射元件使用了在上述中制作的第1a衍射元件、第2a衍射元件、第3a衍射元件。
(导光元件的制作)
作为导光板，使用了大小60mm×70mm、厚度1mm的玻璃制的导光板。作为第1a及第1b入射衍射元件，使用了第1a衍射元件b、第1a衍射元件g及第1a衍射元件r，作为第2a及第2b中间衍射元件，使用了第2a衍射元件b、第2a衍射元件g及第2a衍射元件r，作为第3a及第3b射出衍射元件，使用了第3a衍射元件b、第3a衍射元件g及第3a衍射元件r。
入射衍射元件剪切成直径6mm的大小而使用。中间衍射元件剪切成15mm(最大)×25mm的大小而使用。射出衍射元件剪切成20mm×25mm的大小而使用。
另外，剪切各衍射元件时，将各衍射元件配置于导光板上时，以衍射结构的周期方向成为规定的方向的方式，调节剪切的方向及衍射结构的周期方向而剪切。
使用粘结剂将所制作的各衍射元件贴合于导光板的一个主表面上。
各衍射元件的配置中，第1a入射衍射元件配置于导光板的主表面的上侧中央左，第1b入射衍射元件配置于导光板的主表面的上侧中央右，并且在第1a入射衍射元件的左侧配置第2a中间衍射元件，在第1b入射衍射元件的右侧配置第2b中间衍射元件。
并且，在导光板的主表面的中央位置上层叠第3a及第3b射出衍射元件而配置。射出衍射元件及入射衍射元件在上下方向上分开13mm而配置。
第1a入射衍射元件及第1b入射衍射元件在左右方向上分开1mm而配置。第1a入射衍射元件及第2a中间衍射元件在左右方向上分开1mm而配置。第1b入射衍射元件及第2b中间衍射元件在左右方向上分开1mm而配置。
并且，第1a入射衍射元件配置成衍射光沿左朝向(第2a中间衍射元件侧)衍射，第1b入射衍射元件配置成衍射光沿右朝向(第2b中间衍射元件侧)。
各中间衍射元件以使入射的光沿射出衍射元件的方向衍射的方式调节衍射元件的周期方向而配置。
并且，配置成第3a射出衍射元件的液晶化合物的光学轴沿着一个方向连续旋转的液晶取向图案的周期方向与第3b射出衍射元件的液晶取向图案的周期方向所成的角度成为90°。另外，将第1a入射衍射元件、第1b入射衍射元件、第2a中间衍射元件及第2b中间衍射元件的液晶取向图案的周期方向调节成与第3a及第3b射出衍射元件匹配而配置。
并且，第1a及第1b入射衍射元件从导光板侧以第1衍射元件b、第1衍射元件g及第1衍射元件r的顺序层叠。第2a及第2b中间衍射元件从导光板侧以第2衍射元件b、第2衍射元件g及第2衍射元件r的顺序层叠。第3a及第3b射出衍射元件从导光板侧以第3衍射元件b、第3衍射元件g及第3衍射元件r的顺序层叠。
通过以上，制作了导光元件。
[比较例2]
实施例2中，形成第1a入射衍射元件，且不进行第1曝光工序，仅实施基于第2曝光工序的液晶层的固化，除此以外，以相同的方式形成了胆甾醇型液晶层。第1a入射衍射元件的倾斜面节距在厚度方向上大致相同。
并且，不具有第1b入射衍射元件、第2b中间衍射元件及第3b射出衍射元件，除此以外，以与实施例2相同的方式制作了导光元件。
[实施例3]
以与实施例2相同的方式制作了第1衍射元件、第2衍射元件及第3衍射元件。
(导光元件的制作)
在第1导光板上配置有第1a及第1b衍射元件g、第2a及第2b衍射元件g、第3a及第3b衍射元件g。
在第2导光板上配置第1a及第1b衍射元件b、第2a及第2b衍射元件b以及第3a及第3b衍射元件b、第1a及第1b衍射元件r、第2a及第2b衍射元件r以及第3a及第3b衍射元件r而制作了导光元件，除此以外，以与实施例2相同的方式制作了导光元件。
另外，在第2导光板上，第1a及第1b入射衍射元件从导光板侧以第1衍射元件b及第1衍射元件r的顺序层叠，第2a及第2b中间衍射元件从导光板侧以第2衍射元件b及第2衍射元件r的顺序层叠，第3a及第3b射出衍射元件从导光板侧以第3衍射元件b及第3衍射元件r的顺序层叠衍射元件。
另外，以光从第1导光板侧入射的方式重叠第1导光板及第2导光板而配置。
[比较例3]
实施例3中，形成第1a入射衍射元件，且不进行第1曝光工序，仅实施基于第2曝光工序的液晶层的固化，除此以外，以相同的方式形成了胆甾醇型液晶层。第1a入射衍射元件的倾斜面节距在厚度方向上大致相同。
并且，不具有第1b入射衍射元件、第2b中间衍射元件、第3b射出衍射元件，除此以外，以与实施例3相同的方式制作了导光元件。
[实施例4]
(第1衍射元件)
＜取向膜的形成＞
变更通过图15所示的曝光装置曝光取向膜时的2个光的交叉角，除此以外，以与参考例1相同的方式在支撑体上形成了取向膜p-1as。
＜第1a衍射元件s＞
作为形成第1a衍射元件s的液晶组合物，制备了下述组合物as-1。该组合物as-1为形成反射右旋圆偏振光的胆甾醇型液晶层(胆甾醇型液晶相)的液晶组合物。
组合物as-1
手性试剂ch-3
[化学式6]
使用旋涂机将上述液晶组合物as-1涂布于取向膜p-1as上。
在热板上在100℃下将液晶组合物as-1的涂膜加热3分钟(180sec)。之后，在100℃下氮气环境下作为第1曝光工序，使用高压汞灯，经由300nm的长波滤光片及350nm的短波滤光片进行了曝光。进行了第1曝光工序，以使在波长315nm内测定的光的照射量成为9mj/cm2。另外，在100℃下氮气环境气体下使用高压汞灯以1000mj/cm2的照射量向涂膜照射波长365nm的紫外线(第2曝光工序)，由此固化液晶组合物as-1而使液晶化合物的取向固定化，形成了胆甾醇型液晶层。
由此，制作了具有支撑体、取向膜及胆甾醇型液晶层的液晶衍射元件。
通过偏振光显微镜确认了胆甾醇型液晶层成为如图6所示的周期性取向表面。
沿着光学轴的旋转方向的方向切削胆甾醇型液晶层，通过sem观察了截面。其结果，观察到如下形状：从取向膜侧朝向与取向膜分开的一侧，沿厚度方向倾斜面节距p连续增大，并且倾角θhp也连续增大。另外，倾角θhp(明部/暗部的倾角θhp)为如上述明部及暗部相对于胆甾醇型液晶层的主表面所成的角度。
通过sem观察截面的结果，胆甾醇型液晶相为8个节距。并且，相对于主表面的明部及暗部所倾斜的面的倾斜面节距(厚度方向的平均值)为0.35μm。并且，胆甾醇型液晶层液晶取向图案中，液晶化合物的光学轴旋转180°的1周期为0.29μm。
使用axometrics公司制造的“axoscan”，变更测定光的入射角度，测定了快轴面内及慢轴面内的面内延迟re(面内re)。测定波长设为750nm。并且，测定光的入射角度在70°～70°的范围内。
其结果，胆甾醇型液晶层的面内延迟成为最小的方向相对于法线倾斜。该结果标明，成为各液晶分子的长轴方向相对于胆甾醇型液晶层的主表面倾斜的取向状态。
＜第1a衍射元件l＞
变更通过图15所示的曝光装置曝光取向膜时的2个光的交叉角，除此以外，以与第1a衍射元件s相同的方式在支撑体上形成了取向膜p-1al。
并且，形成第1a衍射元件s的组合物as-1中，将手性试剂ch-3的量变更为3.40质量份，除此以外，以相同的方式制备了组合物al-1。
使用该组合物al-1，除此以外，以与第1a衍射元件s相同的方式形成了第1a衍射元件l。通过sem确认了涂布层的截面的结果，胆甾醇型液晶相为8个节距。并且，相对于主表面的明部及暗部所倾斜的面的倾斜面节距(厚度方向的平均值)为0.40μm。
通过偏振光显微镜确认了第1a衍射元件g成为如图6所示的周期性取向表面。另外，胆甾醇型液晶层的液晶取向图案中，液晶化合物的光学轴旋转180°的1周期为0.42μm。
＜第2a衍射元件s＞
变更通过图15所示的曝光装置曝光取向膜时的2个光的交叉角，除此以外，以与第1a衍射元件s相同的方式在支撑体上形成了取向膜。
并且，形成第1a衍射元件s的组合物as-1中，适当地变更甲基乙基酮的量，除此以外，以相同的方式制备了液晶组合物。
使用该液晶组合物，除此以外，以与第1a衍射元件s相同的方式形成了第2a衍射元件s。
所制作的胆甾醇型液晶相为2个节距。并且，相对于主表面的明部及暗部所倾斜的面的倾斜面节距(厚度方向的平均值)为0.35μm。并且，胆甾醇型液晶层的液晶取向图案中，液晶化合物的光学轴旋转180°的1周期为0.21μm。
＜第2a衍射元件l＞
变更通过图15所示的曝光装置曝光取向膜时的2个光的交叉角，除此以外，以与第1a衍射元件l相同的方式在支撑体上形成了取向膜。
并且，形成第1a衍射元件l的液晶组合物中，适当地变更甲基乙基酮的量，除此以外，以相同的方式制备了液晶组合物。
使用该液晶组合物，除此以外，以与第1a衍射元件l相同的方式形成了第2a衍射元件l。
所制作的胆甾醇型液晶相为2个节距。并且，相对于主表面的明部及暗部所倾斜的面的倾斜面节距(厚度方向的平均值)为0.40μm。并且，胆甾醇型液晶层的液晶取向图案中，液晶化合物的光学轴旋转180°的1周期为0.30μm。
＜第3a衍射元件s＞
变更通过图15所示的曝光装置曝光取向膜时的2个光的交叉角，除此以外，以与第1a衍射元件s相同的方式在支撑体上形成了取向膜。
并且，形成第1a衍射元件s的组合物as-1中，适当地变更甲基乙基酮的量，除此以外，以相同的方式制备了液晶组合物。
使用该液晶组合物，除此以外，以与第1a衍射元件s相同的方式形成了第3a衍射元件s。
所制作的胆甾醇型液晶相为2个节距。并且，相对于主表面的明部及暗部所倾斜的面的倾斜面节距(厚度方向的平均值)为0.35μm。并且，胆甾醇型液晶层的液晶取向图案中，液晶化合物的光学轴旋转180°的1周期为0.29μm。
＜第3a衍射元件l＞
变更通过图15所示的曝光装置曝光取向膜时的2个光的交叉角，除此以外，以与第1a衍射元件l相同的方式在支撑体上形成了取向膜。
并且，形成第1a衍射元件l的液晶组合物中，适当地变更甲基乙基酮的量，除此以外，以相同的方式制备了液晶组合物。
使用该液晶组合物，除此以外，以与第1a衍射元件l相同的方式形成了第3a衍射元件l。
所制作的胆甾醇型液晶相为2个节距。并且，相对于主表面的明部及暗部所倾斜的面的倾斜面节距(厚度方向的平均值)为0.40μm。并且，胆甾醇型液晶层的液晶取向图案中，液晶化合物的光学轴旋转180°的1周期为0.42μm。
另外，第1b衍射元件、第2b衍射元件及第3b衍射元件使用了在上述中制作的第1a衍射元件、第2a衍射元件、第3a衍射元件。
(导光元件的制作)
在第1导光板上配置有第1a及第1b衍射元件s、第2a及第2b衍射元件s以及第3a及第3b衍射元件s。
在第2导光板上配置有第1a及第1b衍射元件l、第2a及第2b衍射元件l以及第3a及第3b衍射元件l而制作了导光元件，除此以外，以与实施例3相同的方式制作了导光元件。
另外，以光从第1导光板侧入射的方式重叠第1导光板及第2导光板而配置。
实施例2～实施例4中，准备了向第1a及第1b入射衍射元件射出右旋圆偏振光的图像的显示器。该显示器为在反射型液晶显示元件上组合投射光源及凸透镜而成的投射型液晶显示元件。通过λ/4板将反射型液晶显示元件的射出光的直线偏振光转换成右旋圆偏振光。
将该显示器配置成朝向第1衍射元件照射图像，制作了图像显示装置。
比较例2～比较例3中，准备了向第1a入射衍射元件射出右旋圆偏振光的图像的显示器，除此以外，以相同的方式制作了图像显示装置。
[视角的评价1]
使用所制作的图像显示装置显示图像，评价了视角。另外，评价中使用了绿色的图像。
该结果，确认了相对于比较例的视角，实施例中能够扩大视角。
[视角的评价2]
另外，向各导光元件照射光，评价了视角。
作为光源，使用波长450nm、波长532nm及波长635nm的光进行了评价。
使从光源射出的光透过线性起偏器及λ/4板而设为右旋圆偏振光的光。在实施例2～实施例4中，通过功率计测定了使该光入射于导光元件的第1a及第1b入射衍射元件而从射出衍射元件射出的光的光量。比较例2～比较例3中，通过功率计测定了入射于导光元件的第1a入射衍射元件而从射出衍射元件射出的光的光量。另外，在测定部位测定了来自射出衍射元件的中央的射出光。
并且，将相对于导光板主表面的法线方向设为0°时，入射衍射元件中的光的入射角以2.5°刻度从-30°变更至30°(水平方向)。
配置气孔，以使功率计的有效口径成为2mmφ，以射出光透过气孔的中心的方式测定光量而进行了评价。将相对于射出光量变得最大的射出角度的光量成为30％以上的射出光量的角度范围设为视角而进行了评价。在各波长下进行评价，将在用于评价的所有波长下满足上述条件的角度范围设为视角。
其结果，实施例2与比较例2相比，视角扩大至1.5倍以上，并且在宽角度范围内获得了明亮的射出光量。并且，实施例3及实施例4与比较例3相比，视角扩大至1.5倍以上，并且在宽的角度范围内获得了明亮的射出光量。
以上的结果表明本发明的效果明显。
产业上的可利用性
能够优选利用于ar玻璃等、利用引导的各种光学装置。
符号说明
10-图像显示装置，12-显示元件，16-导光板，18-第1衍射元件，18a-2-第1a衍射元件，18r-r第1衍射元件，18g-g第1衍射元件，18b-b第1衍射元件，18ar-第1a衍射元件，18br-第1b衍射元件，18ag-第1a衍射元件，18bg-第1b衍射元件，18ab-第1a衍射元件，18bb-第1b衍射元件，20a-第2a衍射元件，20b-第2b衍射元件，24a-第3a衍射元件，24b-第3b衍射元件，30-支撑体，32、32r、32g、32b-取向膜，34-(胆甾醇型)液晶层，40-液晶化合物，40a-光学轴，60-曝光装置，62-激光器，64-光源，68-偏振光束分离器，70a、70b-反射镜，72a、72b、84-λ/4板，82-线性起偏器，90-光电检测器，102-线性起偏器，104-λ/4板，br-蓝色的右旋圆偏振光，gr-绿色的右旋圆偏振光，rr-红色的右旋圆偏振光，m-激光束，ma、mb-光线，mp-p偏振光，ms-s偏振光，po-直线偏振光，pr-右旋圆偏振光，pl-左旋圆偏振光，q、q1、q2-绝对相位，e、e1、e2-等相位面，l1、l4-入射光，l2、l5-透过光，u-使用人员，g-导光板，s-样品(第1衍射元件)。
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