CN111527428A

CN111527428A - 光学元件、导光元件及图像显示装置

Info

Publication number: CN111527428A
Application number: CN201880084263.1A
Authority: CN
Inventors: 佐藤宽; 斋藤之人; 筱田克己
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2017-12-27
Filing date: 2018-12-27
Publication date: 2020-08-11
Anticipated expiration: 2038-12-27
Also published as: US20200326579A1; JPWO2019131966A1; JP7030847B2; WO2019131966A1; US11435629B2; CN111527428B

Abstract

本发明的课题在于提供一种反射的波长依赖性较少的光学元件、使用该光学元件的导光元件及使用该导光元件的图像显示装置。本发明通过如下而解决了课题：一种光学元件，其具有多个选择反射中心波长互不相同的胆甾醇型液晶层，胆甾醇型液晶层具有来自于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，在将光学轴的朝向所旋转的一个方向上的光学轴旋转180°的长度设为1个周期时，胆甾醇型液晶层的选择反射中心波长的长度的顺序与1个周期的长度的顺序一致。

Description

光学元件、导光元件及图像显示装置

技术领域

本发明涉及一种反射光的光学元件、使用该光学元件的导光元件及使用该导光元件的图像显示装置。

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(Augmented Reality(增强现实))眼镜。AR眼镜也称为智能眼镜、头戴式显示器(HMD(Head Mounted Display))及AR眼镜等。

如非专利文献1所示，作为一例，AR眼镜将由显示器(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，由此由使用人员在实际看到的场景中叠加虚拟的影像而显示。

在AR眼镜中，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。

作为用于AR眼镜的导光板，作为一例已知有在专利文献1中所记载的导光板(导波路)。

该导光板具有反射光而导波的前表面及后表面，并且具有设置于前表面或后表面的第1部分及设置于前表面或后表面的第2部分。第1部分具有通过来自第1部分的反射使光的相位仅改变第1量的结构。并且，相同表面的第2部分具有通过来自第2部分的反射使光的相位仅改变与第1量不同的第2量的与第1部分不同的结构。另外，该导光板中，第1部分具有仅与第2部分偏移第2量与第1量之差实质上一致的距离的结构。

以往技术文献

专利文献

专利文献1：美国专利第2016/0231568号公报

非专利文献

非专利文献1：Bernard C.Kress et al.,Towards the Ultimate Mixed RealityExperience(走向终极混合现实体验):HoloLens Display Architecture Choices,SID2017DIGEST,pp.127-131

发明内容

发明要解决的技术课题

如专利文献1的[0060]中所记载，基于衍射元件的光的衍射的角度依赖于光的波长。即，通过衍射元件衍射的光的行进方向根据光的波长而不同。

因此，若通过1个衍射元件使不同波长的光衍射而导入到导光板并且从导光板射出，则例如只要为由红色图像、绿色图像及蓝色图像构成的彩色图像，就会导致红色图像、绿色图像及蓝色图像的位置不同，即产生所谓的色偏移。

为了解决该问题，在非专利文献1中所记载的AR眼镜中，分别对应于红色图像、绿色图像及蓝色图像在两端制作设置有衍射元件(表面浮雕格子(Surface Relief Grating(SRG)))的长尺寸的导光板，层叠3片设置有衍射元件的导光板，在各个导光板上将由显示器显示的各颜色的投影像导波到基于使用人员的观察位置以显示彩色图像。

由此，在AR眼镜中，使红色图像、绿色图像及蓝色图像的位置一致，并且显示没有色偏移的彩色图像。

如此，在以往的AR眼镜中，为了将由显示器显示的图像导波到基于使用人员的观察位置，需要构成为层叠3片设置有衍射元件的导光板，因此导致导光板整体变厚并且变重，进而还导致装置的结构变得复杂。

本发明的目的在于解决这种以往技术的问题，还在于提供一种反射角度的波长依赖性较小例如能够将从相同方向入射的红色光、绿色光及蓝色光反射到几乎相同的方向的光学元件、使用该光学元件的导光元件及使用该导光元件的图像显示装置。

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]一种光学元件，其层叠多层固定胆甾醇型液晶相而成的胆甾醇型液晶层而成，其特征在于，具有：

多个选择反射中心波长互不相同的胆甾醇型液晶层，

胆甾醇型液晶层具有来自于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，

进一步地，在将胆甾醇型液晶层的液晶取向图案的来自于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来自于液晶化合物的光学轴的朝向旋转180°的长度设为1个周期时，选择反射中心波长互不相同的多个胆甾醇型液晶层中，选择反射中心波长的长度的顺序与1个周期的长度的顺序一致。

[2]根据[1]所述的光学元件，其中，

选择反射中心波长互不相同的多个胆甾醇型液晶层，以选择反射中心波长朝向胆甾醇型液晶层的层叠方向依次变长的方式层叠。

[3]根据[1]或[2]所述的光学元件，其中，

液晶取向图案中的1个周期的长度为50μm以下。

[4]根据[1]至[3]中任一项所述的光学元件，其具有选择反射中心波长相同且所反射的圆偏振光的方向互不相同的胆甾醇型液晶层。

[5]根据[4]所述的光学元件，其中，

选择反射中心波长相同且所反射的圆偏振光的方向互不相同的胆甾醇型液晶层中，液晶取向图案中的来自于液晶化合物的光学轴的朝向的连续旋转方向互不相同。

[6]根据[1]至[5]中任一项所述的光学元件，其中，

胆甾醇型液晶层的至少1层在面内具有液晶取向图案中的1个周期的长度不同的区域。

[7]根据[6]所述的光学元件，其中，

胆甾醇型液晶层的液晶取向图案的1个周期朝向来自于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减小。

[8]根据[1]至[7]中任一项所述的光学元件，其中，

胆甾醇型液晶层的液晶取向图案为同心圆状图案,所述同心圆状图案具有来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从内侧朝向外侧的同心圆状。

[9]根据[1]至[8]中任一项所述的光学元件，其具有3层以上选择反射中心波长不同的胆甾醇型液晶层。

[10]根据[9]所述的光学元件，其至少具有在红色光的波长区域具有选择反射中心波长的胆甾醇型液晶层、在绿色光的波长区域具有选择反射中心波长的胆甾醇型液晶层及在蓝色光的波长区域具有选择反射中心波长的胆甾醇型液晶层。

[11]根据[1]至[10]中任一项所述的光学元件，其中，

在至少1组胆甾醇型液晶层之间具有取向膜，胆甾醇型液晶层之间的取向膜的至少一个中，至少一个表面与胆甾醇型液晶层接触。

[12]根据[11]所述的光学元件，其中，

在胆甾醇型液晶层之间的取向膜的至少一个中，两个表面与胆甾醇型液晶层接触。

[13]一种导光元件，其具有[1]至[12]中任一项所述的光学元件及导光板。

[14]根据[13]所述的导光元件，其中，所分开的2个光学元件设置于导光板上。

[15]根据[13]所述的导光元件，其中，

所分开的3个以上的光学元件设置于导光板上。

[16]根据[15]所述的导光元件，其中，

作为光学元件，具有向导光板入射光的第1光学元件、从导光板射出光的第3光学元件及将由第1光学元件反射的光反射到第3光学元件的第2光学元件，

在第1光学元件、第2光学元件及第3光学元件中，光学元件所具有的胆甾醇型液晶层中的选择反射中心波长最长的胆甾醇型液晶层的液晶取向图案中的1个周期的长度中，第2光学元件最短。

[17]根据图像显示装置，其具有[13]至[16]中任一项所述的导光元件；及向导光元件的光学元件照射图像的显示元件。

[18]根据[17]所述的图像显示装置，其中，

显示元件向导光元件的光学元件照射圆偏振光。

发明效果

本发明的光学元件的反射角度的波长依赖性较小并且能够将从相同方向入射的例如红色光、绿色光及蓝色光反射到几乎相同的方向。并且，使用该光学元件的本发明的导光元件能够通过1片导光板无色偏移地引导并且射出波长不同的多种光。另外，使用该导光元件的本发明的图像显示装置能够以广视角显示无色偏移的图像。

附图说明

图1是概念性地示出本发明的光学元件的一例的图。

图2是用于说明图1所示的光学元件的胆甾醇型液晶层的概念图。

图3是图1所示的光学元件的胆甾醇型液晶层的俯视图。

图4是用于说明图1所示的光学元件的胆甾醇型液晶层的作用的概念图。

图5是对图1所示的光学元件的取向膜进行曝光的曝光装置的一例的概念图。

图6是本发明的光学元件的胆甾醇型液晶层的另一例的俯视图。

图7是对本发明的光学元件的取向膜进行曝光的曝光装置的另一例的概念图。

图8是用于说明使用具备图1所示的光学元件的本发明的导光元件的AR眼镜的概念图。

图9是概念性地示出具备图1所示的光学元件的本发明的导光元件的另一例的图。

图10是用于说明实施例中的反射角度的测定方法的概念图。

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光学元件、导光元件及图像显示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，“相同”包括技术领域中通常允许的误差范围。并且，本说明书中，“全部”、“均”及“所有表面”等时，除了100％的情况以外，包括技术领域中通常允许的误差范围，包括例如99％以上、95％以上或90％以上的情况。

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380～780n m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。

本说明书中，将成为对象的物体(部件)中的透射率的极小值设为Tmin(％)时，选择反射中心波长是指表示由下述式表示的半值透射率：T1/2(％)的2个波长的平均值。

求出半值透射率的式：T1/2＝100-(100-Tmin)÷2

并且，多个层的选择反射中心波长“相等”并不是指严格相等，允许在没有光学影响的范围的误差。具体而言，多个物体的选择反射中心波长“相等”是指各个物体彼此的选择反射中心波长之差为20nm以下，该差优选为15nm以下，更优选为10nm以下。

本发明的光学元件为反射所入射的光的光反射元件，具有层叠多个固定胆甾醇型液晶相而成的胆甾醇型液晶层的结构，并且具有多个选择反射中心波长不同的胆甾醇型液晶层。

并且，胆甾醇型液晶层具有来自于液晶化合物的光学轴的朝向连续朝向面内的一个方向旋转的液晶取向图案。

另外，胆甾醇型液晶层中，选择反射中心波长的顺序与液晶取向图案中的光学轴的旋转周期的顺序一致。即，本发明的光学元件中，越是选择反射中心波长长的胆甾醇型液晶层，液晶取向图案中的光学轴的旋转周期越长，越是选择反射中心波长短的胆甾醇型液晶层，液晶取向图案中的光学轴的旋转周期越短。

虽在后面进行详述，本发明的光学元件具有这种结构，由此能够将反射角度的波长依赖性较小并且从相同方向入射的波长不同的光反射到几乎相同的方向。

图1中概念性地示出本发明的光学元件的一例。

图示例的光学元件10具有选择性地反射红色光的R反射层12、选择性地反射绿色光的G反射层14及选择性地反射蓝色光的B反射层16。

如上所述，本发明的光学元件具有层叠多个选择反射中心波长不同的胆甾醇型液晶层的结构。R反射层12具有支撑体20、R取向膜24R及R反射胆甾醇型液晶层26R。G反射层14具有支撑体20、G取向膜24G及G反射胆甾醇型液晶层26G。另外，B反射层16具有支撑体20、B取向膜24B及B反射胆甾醇型液晶层26B。

虽省略图示，R反射层12与G反射层14及G反射层14与B反射层16通过设置于层间的贴合层而被贴合。

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(Optical Clear Adhesive))、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，也可以未通过贴合层进行贴合，而是层叠R反射层12、G反射层14及B反射层16，通过框体或夹具等保持而构成本发明的光学元件。

并且，图示例的光学元件10中，在每个反射层上具有支撑体20，但是本发明的光学元件中，也可以在每个反射层上不设置支撑体20。

例如，本发明的光学元件中，可以构成为在R反射层12(R反射胆甾醇型液晶层26R)的表面形成G取向膜24G并且在其上形成G反射胆甾醇型液晶层26G，另外，在G反射胆甾醇型液晶层26G的表面形成B取向膜24B并且在其上形成B反射胆甾醇型液晶层26B。

或者，可以从上述结构剥离R反射层12的支撑体20，仅由取向膜及胆甾醇型液晶层或胆甾醇型液晶层构成本发明的光学元件。

即，在图1所示的光学元件10中，胆甾醇型液晶层仅与取向膜的1个表面(一个界面)接触，但是本发明并不限制于此。本发明的光学元件可以为至少1层的取向膜与两个表面(两个界面)接触并且具有胆甾醇型液晶层的结构。换言之，在本发明的光学元件中，胆甾醇型液晶层的至少1层可以与两个表面接触并且具有取向膜。即，本发明的光学元件可以为直接在胆甾醇型液晶层的表面形成取向膜，并且在该取向膜的表面形成胆甾醇型液晶层的结构。

关于在这种取向膜的两个表面具有胆甾醇型液晶层的结构、即直接在胆甾醇型液晶层的表面具有取向膜的结构，能够通过公知的方法制作。作为一例，可例示通过如下来制作的方法：通过涂布法在胆甾醇型液晶层的表面形成光取向膜，通过曝光在光取向膜形成取向图案，通过涂布法在该光取向膜的表面形成胆甾醇型液晶层。关于基于涂布法的光取向膜及胆甾醇型液晶层的形成以及光取向膜的曝光，在后面进行详述。

即，只要本发明的光学元件具有选择反射中心波长互不相同的多个胆甾醇型液晶层并且选择反射中心波长不同的各胆甾醇型液晶层具有朝向一个方向使来自于液晶化合物的光学轴的朝向旋转的液晶取向图案，另外，选择反射中心波长及液晶取向图案的光学轴的旋转周期满足规定的关系，则能够利用各种层结构。

＜支撑体＞

R反射层12、G反射层14及B反射层16中，支撑体20支撑R取向膜24R、G取向膜24G及B取向膜24B以及R反射胆甾醇型液晶层26R、G反射胆甾醇型液晶层26G及B反射胆甾醇型液晶层26B。

在以下的说明中，不需要区分R取向膜24R、G取向膜24G及B取向膜24B的情况下，也将R取向膜24R、G取向膜24G及B取向膜24B统称为“取向膜”。并且，在以下的说明中，不需要区分R反射胆甾醇型液晶层26R、G反射胆甾醇型液晶层26G及B反射胆甾醇型液晶层26B的情况下，也将R反射胆甾醇型液晶层26R、G反射胆甾醇型液晶层26G及B反射胆甾醇型液晶层26B统称为“胆甾醇型液晶层”。

只要支撑体20能够支撑取向膜及胆甾醇型液晶层，则能够利用各种片状物(薄膜、板状物)。

另外，支撑体20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20的厚度并无限制，根据光学元件10的用途及支撑体20的形成材料等适当设定能够保持取向膜及胆甾醇型液晶层的厚度即可。

支撑体20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20可以为单层，也可以为多层。

作为单层时的支撑体20，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20。作为多层时的支撑体20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＞

R反射层12中，在支撑体20的表面上形成有R取向膜24R。G反射层14中，在支撑体20的表面上形成有G取向膜24G。B反射层16中，在支撑体20的表面上形成有B取向膜24B。

R取向膜24R为形成R反射层12的R反射胆甾醇型液晶层26R时用于将液晶化合物30取向为规定的液晶取向图案的取向膜。G取向膜24G为形成G反射层14的G反射胆甾醇型液晶层26G时用于将液晶化合物30取向为规定的液晶取向图案的取向膜。B取向膜24B为形成B反射层16的B反射胆甾醇型液晶层26B时用于将液晶化合物30取向为规定的液晶取向图案的取向膜。

虽进行后述，本发明的光学元件10中，胆甾醇型液晶层具有来自于液晶化合物30的光学轴30A(参考图3)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。

另外，在液晶取向图案中的光学轴30A的朝向连续旋转的同时产生变化的一个方向上，将光学轴30A的朝向旋转180°的长度设为1个周期Λ(光学轴的旋转周期)时，胆甾醇型液晶层中，选择反射中心波长的长度的顺序与1个周期的长度的顺序一致。即，光学元件10中，各胆甾醇型液晶层的选择反射中心波长为“R反射胆甾醇型液晶层26R＞G反射胆甾醇型液晶层26G＞B反射胆甾醇型液晶层26B”，因此各胆甾醇型液晶层的液晶取向图案的1个周期Λ的长度也成为“R反射胆甾醇型液晶层26R＞G反射胆甾醇型液晶层26G＞B反射胆甾醇型液晶层26B”。

因此，各反射层的取向膜以各胆甾醇型液晶层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30A的朝向旋转”简称为“光学轴30A旋转”。

取向膜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能够通过在规定方向上通过纸或布数次摩擦聚合物层的表面来形成。

作为取向膜中所使用的材料，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、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号公报中所记载的取向膜等的形成中所使用的材料。

本发明的光学元件10中，取向膜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的所谓的光取向膜。即，本发明的光学元件10中，作为取向膜，优选利用在支撑体20上涂布光取向材料而形成的光取向膜。

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光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。

取向膜的厚度并无限制，根据取向膜的形成材料适当设定可得到所需的取向功能的厚度即可。

取向膜的厚度优选为0.01～5μm，更优选为0.05～2μm。

取向膜的形成方法并无限制，与取向膜的形成材料相对应的公知的方法能够利用各种。作为一例，可例示将取向膜涂布于支撑体20的表面使其干燥之后，通过激光束曝光取向膜，从而形成取向图案的方法。

图5中概念性地示出曝光取向膜来形成取向图案的曝光装置的一例。另外，图5所示的例为形成R反射层12的R取向膜24R的例，但是也能够通过相同的曝光装置在G反射层14的G取向膜24G及B反射层16的B取向膜24B同样地形成取向图案。

图5所示的曝光装置60具备：具备激光器62的光源64；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，虽省略图示，光源64射出直线偏振光P_O。λ/4板72A将直线偏振光P_O(光线MA)转换成右旋圆偏振光P_R，λ/4板72B将直线偏振光P_O(光线MB)转换成左旋圆偏振光P_L。

在此所使用的λ/4板72A及72B为与所照射的光的波长对应的λ/4板即可。曝光装置60照射激光束M，因此例如只要激光束M的中心波长为325nm，则使用对325nm的波长的光发挥作用的λ/4板即可。

具有形成取向图案之前的R取向膜24R的支撑体20配置于曝光部，使2个光线MA与光线MB在R取向膜24R上交叉使其干涉，将其干涉光照射到R取向膜24R来进行曝光。

通过此时的干涉，照射到R取向膜24R的光的偏振状态成为以干涉条纹状周期性地发生变化的状态。由此，R取向膜24R中，可得到取向状态周期性地发生变化的取向图案。

曝光装置60中，能够通过使2个光线MA及MB的交叉角α发生变化，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30的光学轴30A朝向一个方向连续旋转的取向图案中，能够调节将光学轴30A所旋转的1方向上的光学轴30A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发生变化的取向图案的取向膜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30的光学轴30A朝向一个方向连续旋转的液晶取向图案的R反射胆甾醇型液晶层26R。

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30A的旋转方向反转。

另外，本发明的光学元件中，取向膜为以优选的方式设置的取向膜，并且不是必须的构成要件。

例如，能够通过对支撑体20进行摩擦处理的方法、通过激光束等加工支撑体20的方法等在支撑体20上形成取向图案，由此R反射胆甾醇型液晶层26R等也能够设为具有来自于液晶化合物30的光学轴30A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。

＜胆甾醇型液晶层＞

R反射层12中，在R取向膜24R的表面上形成有R反射胆甾醇型液晶层26R。G反射层14中，在G取向膜24G的表面上形成有G反射胆甾醇型液晶层26G。另外，B反射层16中，在B取向膜24B的表面上形成有B反射胆甾醇型液晶层26B。

另外，图1中，为了简化附图并且明确地示出光学元件10的结构，R反射胆甾醇型液晶层26R、G反射胆甾醇型液晶层26G及B反射胆甾醇型液晶层26B均仅概念性地示出取向膜的表面的液晶化合物30(液晶化合物分子)。但是，在R反射胆甾醇型液晶层26R、G反射胆甾醇型液晶层26G及B反射胆甾醇型液晶层26B中，如图2中例示R反射胆甾醇型液晶层26R而概念性地示出，与固定通常的胆甾醇型液晶相而成的胆甾醇型液晶层同样地，具有液晶化合物30以螺旋状旋转而堆叠的螺旋结构，将液晶化合物30以螺旋状旋转(360°旋转)1次而堆叠的结构设为螺旋1个间距，以螺旋状旋转的液晶化合物30具有多个间距层叠的结构。

R反射胆甾醇型液晶层26R、G反射胆甾醇型液晶层26G及B反射胆甾醇型液晶层26B具有波长选择反射性。

R反射胆甾醇型液晶层26R反射红色光的右旋圆偏振光R_R而透射除此以外的光，并且为在红色光的波长区域具有选择反射中心波长的胆甾醇型液晶层。

G反射胆甾醇型液晶层26G反射绿色光的右旋圆偏振光G_R而透射除此以外的光，并且为在绿色光的波长区域具有选择反射中心波长的胆甾醇型液晶层。

B反射胆甾醇型液晶层26B反射蓝色光的右旋圆偏振光B_R而透射除此以外的光，并且为在蓝色光的波长区域具有选择反射中心波长的胆甾醇型液晶层。

如上所述，R反射胆甾醇型液晶层26R、G反射胆甾醇型液晶层26G及B反射胆甾醇型液晶层26B为固定胆甾醇型液晶相而成的层。

即，R反射胆甾醇型液晶层26R、G反射胆甾醇型液晶层26G及B反射胆甾醇型液晶层26B均为由具有胆甾醇型结构的液晶化合物30(液晶材料)构成的层。

＜＜胆甾醇型液晶相＞＞

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，胆甾醇型液晶相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。

因此，图示例的光学元件10中，胆甾醇型液晶层为右扭曲的固定胆甾醇型液晶相而成的层。

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。

并且，表示选择反射的选择反射带(圆偏振反射带)的半峰宽度Δλ(nm)依赖于胆甾醇型液晶相的Δn与螺旋的间距P，并且遵循Δλ＝Δn×P的关系。因此，能够调节Δn来进行选择反射带的宽度的控制。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。

反射波长带的半峰宽度根据光学元件10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(R反射胆甾醇型液晶层26R、G反射胆甾醇型液晶层26G及B反射胆甾醇型液晶层26B)能够将胆甾醇型液晶相固定成层状而形成。

固定胆甾醇型液晶相而成的结构只要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，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的基础上，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发生变化的状态。

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30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)、AdvancedMaterials 5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。

表面活性剂优选作为取向控制剂发挥功能的化合物，该化合物有助于稳定或快速地形成平面取向的胆甾醇型液晶相。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(手性剂)具有诱导胆甾醇型液晶相的螺旋结构的功能。由于通过化合物诱导的螺旋的扭曲方向或螺旋间距不同，因此手性试剂根据目的选择即可。

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(twisted nematic，扭曲向列)、STN(Super Twisted Nematic，超扭曲向列)用手性剂、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。

在形成胆甾醇型液晶层(R反射胆甾醇型液晶层26R、G反射胆甾醇型液晶层26G及B反射胆甾醇型液晶层26B)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，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，根据光学元件10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＞＞

如前述，本发明的光学元件10中，胆甾醇型液晶层(R反射胆甾醇型液晶层26R、G反射胆甾醇型液晶层26G及B反射胆甾醇型液晶层26B)具有来自于形成胆甾醇型液晶相的液晶化合物30的光学轴30A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发生变化的液晶取向图案。

另外，来自于液晶化合物30的光学轴30A为在液晶化合物30中折射率变得最高的轴、所谓的慢轴。例如，液晶化合物30为棒状液晶化合物的情况下，光学轴30A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30的光学轴30A称为“液晶化合物30的光学轴30A”或“光学轴30A”。

图3中概念性地示出R反射胆甾醇型液晶层26R的俯视图。

另外，俯视图为图1中从上方观察光学元件10的图，即为从厚度方向观察光学元件10的图。光学元件10的厚度方向换言之为各层(膜)的层叠方向。

并且，在图3中，为了明确地表示本发明的光学元件10的结构，与图1同样地，液晶化合物30仅表示R取向膜24R的表面的液晶化合物30。

另外，在图3中，作为代表例说明R反射胆甾醇型液晶层26R，但是除了后述的液晶取向图案的1个周期的长度Λ不同以外，G反射胆甾醇型液晶层26G及B反射胆甾醇型液晶层26B也具有基本上相同的结构及作用效果。

如图3所示，R取向膜24R的表面中，构成R反射胆甾醇型液晶层26R的液晶化合物30成为根据底层的R取向膜24R中所形成的取向图案在由箭头X表示的规定的一个方向及与该一个方向(箭头X方向)正交的方向上二维顺序的状态。

在以下的说明中，为了方便起见，将与箭头X方向正交的方向设为Y方向。即，在图1、图2及后述的图4中，Y方向成为与纸面正交的方向。

并且，形成R反射胆甾醇型液晶层26R的液晶化合物30具有光学轴30A的朝向在R反射胆甾醇型液晶层26R的面内沿着箭头X方向连续旋转的同时发生变化的液晶取向图案。图示例中，液晶化合物30的光学轴30A具有沿着箭头X方向在时针方向连续旋转的同时发生变化的液晶取向图案。

液晶化合物30的光学轴30A的朝向在箭头X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X方向顺序的液晶化合物30的光学轴30A与箭头X方向所成的角度根据箭头X方向的位置不同，沿着箭头X方向光学轴30A与箭头X方向所成的角度依次从θ到θ+180°或者θ-180°为止发生变化。

另外，在箭头X方向彼此相邻的液晶化合物30的光学轴30A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R反射胆甾醇型液晶层26R的液晶化合物30中，在与箭头X方向正交的Y方向，即与光学轴30A连续旋转的一个方向正交的Y方向上与光学轴30A的朝向相等。

换言之，形成R反射胆甾醇型液晶层26R的液晶化合物30中，在Y方向上，液晶化合物30的光学轴30A与箭头X方向所成的角度相等。

本发明的光学元件10中，这种液晶化合物30的液晶取向图案中，在面内光学轴30A连续旋转而发生变化的箭头X方向上，将液晶化合物30的光学轴30A旋转180°的长度(距离)设为液晶取向图案中的1个周期的长度Λ(Λ_R)。

即，将相对于箭头X方向的角度相等的2个液晶化合物30的箭头X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3所示，将箭头X方向与光学轴30A的方向一致的2个液晶化合物30的箭头X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”。

并且，在以下的说明中，为了识别各胆甾醇型液晶层中的1个周期Λ，也将R反射胆甾醇型液晶层26R中的1个周期Λ称为“Λ_R”，也将G反射胆甾醇型液晶层26G中的1个周期Λ称为“Λ_G”，也将B反射胆甾醇型液晶层26B中的1个周期Λ称为“Λ_B”。

本发明的光学元件10中，胆甾醇型液晶层的液晶取向图案在箭头X方向即光学轴30A的朝向连续旋转而发生变化的一个方向上重复该1个周期Λ。

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。

相对于此，R反射胆甾醇型液晶层26R在相对于入射光在箭头X方向具有角度的方向上反射所入射的光。R反射胆甾醇型液晶层26R为在面内具有沿着箭头X方向(规定的一个方向)光学轴30A连续旋转的同时产生变化的液晶取向图案的层。以下，参考图4进行说明。

如前述，R反射胆甾醇型液晶层26R为选择性地反射红色光的右旋圆偏振光R_R的胆甾醇型液晶层。因此，若光入射到R反射层12，则R反射胆甾醇型液晶层26R仅反射红色光的右旋圆偏振光R_R，并且透射除此以外的光。

入射到R反射胆甾醇型液晶层26R的红色光的右旋圆偏振光R_R通过R反射胆甾醇型液晶层26R反射时，绝对相位根据各液晶化合物30的光学轴30A的朝向发生变化。

在此，在R反射胆甾醇型液晶层26R中，液晶化合物30的光学轴30A沿着箭头X方向(一个方向)旋转的同时发生变化。因此，所入射的红色光的右旋圆偏振光R_R的绝对相位的变化量根据光学轴30A的朝向而不同。

另外，R反射胆甾醇型液晶层26R中所形成的液晶取向图案为在箭头X方向上周期性的图案。因此，如图4中概念性地所示，入射到R反射胆甾醇型液晶层26R的红色光的右旋圆偏振光R_R上赋予有在与各个光学轴30A的朝向对应的箭头X方向上周期性的绝对相位Q。

并且，在与箭头X方向正交的Y方向的液晶化合物30的顺序中，液晶化合物30的光学轴30A的相对于箭头X方向的朝向是均匀的。

由此，在R反射胆甾醇型液晶层26R中，在红色光的右旋圆偏振光R_R中形成相对于XY面在箭头X方向上倾斜的等相位面E。

因此，在等相位面E的法线方向上反射红色光的右旋圆偏振光R_R，相对于XY面(R反射胆甾醇型液晶层26R的主表面)在箭头X方向上倾斜的方向上反射所反射的红色光的右旋圆偏振光R_R。

在此，基于液晶化合物30的光学轴30A朝向一个方向(箭头X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，如图1所示的光学元件，反射红色光、绿色光及蓝色光的情况下，反射角度在红色光、绿色光及蓝色光下不同。具体而言，液晶取向图案的间距Λ相同并且以胆甾醇型反射层的反射中心波长为红色、绿色及蓝色时进行比较时，相对于入射光的反射光的角度为红色光时最大，次之为绿色光时较大，为蓝色光时最小。

因此，例如，AR眼镜的导光板中，作为用于光入射及射出到导光板的衍射元件，使用基于液晶取向图案的1个周期Λ相同且反射中心波长不同的胆甾醇型液晶层的反射元件的情况下，在全色图像中观察到导致在红色光、绿色光及蓝色光下反射方向不同并且红色图像、绿色图像及蓝色图像不一致的具有所谓的色偏移的图像。

如非专利文献1中所记载，可以设为分别与红色图像、绿色图像及蓝色图像对应而设置导光板并且层叠3片导光板的结构，由此能够消除色偏移。但是，在该结构中，导致导光板整体变厚并且变重，进而导致结构也变得复杂。

在此，基于液晶化合物30的光学轴30A朝向箭头X方向(一个方向)连续旋转的胆甾醇型液晶层的光的反射角度在箭头X方向上根据光学轴30A旋转180°的液晶取向图案的1个周期的长度Λ，即1个周期Λ而不同。具体而言，1个周期Λ越短，相对于入射光的反射光的角度变得越大。

本发明通过得到这些见解而完成，选择反射中心波长互不相同的多个胆甾醇型液晶层中，胆甾醇型液晶层的选择反射中心波长的顺序与1个周期Λ的顺序一致。

即，若将R反射胆甾醇型液晶层26R的选择反射中心波长设为λ_R、将G反射胆甾醇型液晶层26G的选择反射中心波长设为λ_G及将B反射胆甾醇型液晶层26B的选择反射中心波长设为λ_B，则在图示例的光学元件10中，选择反射中心波长为“λ_R＞λ_G＞λ_B”，因此如图1所示，各胆甾醇型液晶层的液晶取向图案的1个周期Λ成为“1个周期Λ_R＞1个周期Λ_G＞1个周期Λ_B”。

如前述，光的波长越长，相对于基于液晶化合物30的光学轴30A所旋转的胆甾醇型液晶层的光的入射方向的反射角度越大。另一方面，1个周期Λ越短，相对于基于液晶化合物30的光学轴30A所旋转的胆甾醇型液晶层的光的入射方向的反射角度变得越大。

因此，选择反射中心波长不同的多个胆甾醇型液晶层中，根据选择反射中心波长的顺序与1个周期Λ的顺序一致的本发明的光学元件10，使光的反射角度的波长依赖性大幅降低，并且能够在大致相同的方向上反射波长不同的光。因此，将本发明的光学元件10用作例如AR眼镜中光入射到导光板的入射部件及光从导光板射出的射出部件，由此不会在1片导光板上产生色偏移，而是传送红色图像、绿色图像及蓝色图像，并且能够向使用人员显示适当的图像。

另外，本发明的光学元件10通过胆甾醇型液晶层反射光，因此通过液晶取向图案中的1个周期Λ的调节，能够以高自由度调节光的反射角度。

本发明的光学元件10中，只要胆甾醇型液晶层的选择反射中心波长与液晶取向图案的1个周期Λ在选择反射中心波长不同的多个胆甾醇型液晶层中顺序一致，则没有限制。

在此，在胆甾醇型液晶层的层叠方向上，从任一个表面观察本发明的光学元件10时，

将第1层的胆甾醇型液晶层的选择反射中心波长设为λ₁；

将第n层(n为2以上的整数)的胆甾醇型液晶层的选择反射中心波长设为λ_n；

将第1层的胆甾醇型液晶层的液晶取向图案中的1个周期Λ设为Λ₁；

将第n层的胆甾醇型液晶层的液晶取向图案中的1个周期Λ设为Λ_n时，优选满足下述式(1)。

0.8×[(λ_n/λ₁)Λ₁]≤Λ_n≤1.2×[(λ_n/λ₁)Λ₁]……式(1)

并且，本发明的光学元件更优选满足下述式(2)。

0.9×[(λ_n/λ₁)Λ₁]≤Λ_n≤1.1×[(λ_n/λ₁)Λ₁]……式(2)

另外，本发明的光学元件进一步优选满足下述式(3)。

0.95×[(λ_n/λ₁)Λ₁]≤Λ_n≤1.05×[(λ_n/λ₁)Λ₁]……式(3)

各胆甾醇型液晶层的选择反射中心波长λ与液晶取向图案中的1个周期Λ满足式(1)，由此能够更加适当地使各波长的光的反射角度一致，并且能够更加减小光的反射角度的波长依赖性。

本发明的光学元件10中，胆甾醇型液晶层的层叠顺序并无限制。

在此，本发明中，如图1的光学元件10，优选层叠胆甾醇型液晶层，以使选择反射中心波长朝向胆甾醇型液晶层的层叠方向依次变长。

在基于胆甾醇型液晶层的光的反射中，根据入射光的角度，产生所选择反射的光的波长移动到短波长侧的所谓的蓝移(短波位移)。相对于此，以选择反射中心波长的顺序层叠胆甾醇型液晶层，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。

本发明的光学元件10中，胆甾醇型液晶层的取向图案中的1个周期Λ也没有限制，根据光学元件10的用途等适当设定即可。

在此，作为一例，本发明的光学元件10在AR眼镜中优选利用于反射由显示器显示的光而导入到导光板的衍射元件及反射由导光板传播的光以从导光板射出到基于使用人员的观察位置的衍射元件。

此时，为了通过导光板使光进行全反射，需要相对于入射光以一定程度的较大的角度反射光而导入到导光板。并且，为了确实地射出由导光板传播的光，也需要相对于入射光以一定程度的较大的角度反射光。

并且，如前述，基于胆甾醇型液晶层的光的反射角度，通过使液晶取向图案中的1个周期Λ变短，能够增大相对于入射光的反射角度。

若考虑这一点，则胆甾醇型液晶层的液晶取向图案中的1个周期Λ优选为50μm以下，更优选为10μm以下。通过导光板将光全反射而使用的情况下，胆甾醇型液晶层的液晶取向图案中的1个周期Λ优选为1μm以下，更优选所入射的光的波长为λμm以下。

另外，若考虑液晶取向图案的精度等，则胆甾醇型液晶层的液晶取向图案中的1个周期Λ优选设为0.1μm以上。

图1所示的光学元件10中，所有的胆甾醇型液晶层的选择反射中心波长不同，但是本发明并不限制于此。

即，本发明的光学元件可以具有选择反射中心波长相同(大致相同)且所反射的圆偏振光的方向(螺旋结构的旋向)不同的胆甾醇型液晶层。

例如，只要为图示例的光学元件10，则进而还可以具有在红色光的波长区域具有选择反射中心波长并且反射左旋圆偏振光的第2R反射胆甾醇型液晶层、在绿色光的波长区域具有选择反射中心波长并且反射左旋圆偏振光的第2G反射胆甾醇型液晶层及在蓝色光的波长区域具有选择反射中心波长并且反射左旋圆偏振光的第2B反射胆甾醇型液晶层中的至少1层的胆甾醇型液晶层。

如此，通过具有选择反射中心波长相同且所反射的圆偏振的方向不同的胆甾醇型液晶层，提高各颜色的光的反射率。

在此，选择反射中心波长相同且所反射的圆偏振光的方向不同的胆甾醇型液晶层优选液晶取向图案中的液晶化合物30的光学轴30A的旋转方向互不相同。

例如，如图3所示，反射红色光的右旋圆偏振光的R反射胆甾醇型液晶层26R中的液晶化合物30的光学轴30A的旋转方向为顺时针的情况下，反射红色光的左旋圆偏振光的第2R反射胆甾醇型液晶层中的液晶化合物30的光学轴30A的旋转方向优选为逆时针。

在液晶化合物30的光学轴30A沿着箭头X方向(一个方向)连续旋转的胆甾醇型液晶层中，圆偏振光的方向不同的情况并且光学轴30A的旋转方向相同的情况下，圆偏振光的反射方向在反射右旋圆偏振光的胆甾醇型液晶层与反射左旋圆偏振光的胆甾醇型液晶层上相反。

相对于此，选择反射中心波长相同且所反射的圆偏振的方向不同的胆甾醇型液晶层中，通过使液晶取向图案中的液晶化合物30的光学轴30A的旋转方向彼此相反，能够使圆偏振光的反射方向在反射右旋圆偏振光的胆甾醇型液晶层与反射左旋圆偏振光的胆甾醇型液晶层上相同。

并且，如此，本发明的光学元件具有选择反射中心波长相同且所反射的圆偏振光的方向不同的胆甾醇型液晶层的情况下，选择反射中心波长相同的胆甾醇型液晶层优选胆甾醇型液晶层的液晶取向图案中的1个周期Λ相等。

图1～图3所示的光学元件中，胆甾醇型液晶层的液晶取向图案中的液晶化合物30的光学轴30A仅沿着箭头X方向连续而旋转。

但是，本发明并不限定于此，胆甾醇型液晶层中，只要液晶化合物30的光学轴30A沿着一个方向连续而旋转，则能够利用各种结构。

作为一例，如图6的俯视图中概念性地所示，例示有液晶取向图案为同心圆状图案的胆甾醇型液晶层34，所述同心圆状图案具有液晶化合物30的光学轴的朝向连续旋转的同时产生变化的一个方向从内侧朝向外侧的同心圆状。

或者，也能够利用不是同心圆状且液晶化合物30的光学轴的朝向连续旋转的同时产生变化的一个方向从胆甾醇型液晶层34的中心以放射状设置的液晶取向图案。

另外，图6中，也与图3同样地，仅示出取向膜的表面的液晶化合物30，但是胆甾醇型液晶层34中，如图2所示，具有从该取向膜的表面的液晶化合物30以螺旋状旋转液晶化合物30而堆叠而成的螺旋结构的层，为如前述。

另外，在图6中，仅示出1层胆甾醇型液晶层34，但是本发明的光学元件具有多个选择反射中心波长互不相同的胆甾醇型液晶层，为如前述。因此，包含具有这种同心圆状的液晶取向图案的胆甾醇型液晶层的情况下，作为一例，如图1所示的光学元件，具有层叠选择性地反射红色光的R反射胆甾醇型液晶层、选择性地反射绿色光的G反射胆甾醇型液晶层及选择性地反射蓝色光的B反射胆甾醇型液晶层而成的结构。并且，选择反射中心波长不同的多个胆甾醇型液晶层中，选择反射中心波长的顺序与液晶取向图案中的1个周期Λ的顺序一致也如前述。

图6所示的胆甾醇型液晶层34中，液晶化合物30的光学轴(省略图示)为液晶化合物30的长度方向。

在胆甾醇型液晶层34中，液晶化合物30的光学轴的朝向沿着从胆甾醇型液晶层34的中心朝向外侧的多个方向，例如用箭头A₁表示的方向、用箭头A₂表示的方向、用箭头A₃表示的方向……连续旋转的同时产生变化。

并且，作为优选的方式，可举出如图6所示，从胆甾醇型液晶层34的中心以放射状在相同的方向上旋转的同时发生变化。图6中所示的方式为逆时针的取向。图6中的箭头A1、A2及A3的各箭头中，光轴的旋转方向随着从中心朝向外侧而成为逆时针。

入射到具有该液晶取向图案的胆甾醇型液晶层34的圆偏振光中，绝对相位分别在液晶化合物30的光学轴的朝向不同的各个局部区域内发生变化。此时，每个绝对相位的变化量根据入射圆偏振光的液晶化合物30的光学轴的朝向而不同。

这种同心圆状的液晶取向图案、即具有光学轴以放射状连续旋转而发生变化的液晶取向图案的胆甾醇型液晶层34中，能够根据液晶化合物30的光学轴的旋转方向及所反射的圆偏振的方向将入射光作为发散光或聚焦光而反射。

即，通过将胆甾醇型液晶层的液晶取向图案设为同心圆状，本发明的光学元件例如作为凹面镜或凸面镜而发挥功能。

在此，将胆甾醇型液晶层的液晶取向图案设为同心圆状，并且将光学元件作为凹面镜而发挥作用的情况下，优选液晶取向图案中使光学轴旋转180°的1个周期Λ从胆甾醇型液晶层34的中心朝向光学轴连续旋转的1个方向的外方向逐渐减小。

如前述，液晶取向图案中的1个周期Λ越短，相对于入射方向的光的反射角度变得越大。因此，通过使液晶取向图案中的1个周期Λ从胆甾醇型液晶层34的中心朝向光学轴连续旋转的1个方向的外方向逐渐减小，能够更加聚焦光，并且能够提高作为凹面镜的性能。

本发明中，将光学元件作为凸面镜发挥作用的情况下，优选使液晶取向图案中的光学轴的连续旋转方向从胆甾醇型液晶层34的中心向反方向旋转。

并且，通过使光学轴旋转180°的1个周期Λ从胆甾醇型液晶层34的中心朝向光学轴连续旋转的1个方向的外方向逐渐减小，能够更加发散基于胆甾醇型液晶层的光，并且能够提高作为凸面镜的性能。

本发明中，将光学元件作为凸面镜而发挥作用的情况下，优选使由胆甾醇型液晶层反射的圆偏振光的方向(螺旋结构的旋向)与凹面镜的情况相反，即使胆甾醇型液晶层以螺旋状回转的方向相反。

另外，使胆甾醇型液晶层的以螺旋状回转的方向相反的基础上，使液晶取向图案中光学轴的连续旋转方向从胆甾醇型液晶层34的中心向反方向旋转，由此能够使光学元件作为凹面镜而发挥作用。

本发明中，使光学元件作为凸面镜或凹面镜而发挥作用的情况下，优选满足下述式(4)。

Φ(r)＝(π/λ)[(r²+f²)^1/2-f]……式(4)

在此，r为距同心圆的中心的距离，并且由式“r＝(x²+y²)^1/2”表示。x及y表示面内的位置，(x、y)＝(0、0)表示同心圆的中心。Φ(r)表示距中心的距离r中的光学轴的角度，λ表示胆甾醇型液晶层的选择反射中心波长，f表示作为目的的焦距。

另外，本发明中，根据光学元件的用途，相反地，也可以将同心圆状的液晶取向图案中的1个周期Λ从胆甾醇型液晶层34的中心朝向光学轴连续旋转的1个方向的外方向逐渐加长。

另外，例如根据欲在反射光设置光量分布的情况等、光学元件的用途，未将1个周期Λ朝向光学轴连续旋转的1个方向逐渐变更，也能够利用于在光学轴连续旋转的1个方向上局部具有1个周期Λ不同的区域的结构。

另外，本发明的光学元件也可以具有1个周期Λ为在所有表面均匀的胆甾醇型液晶层及1个周期Λ为具有不同的区域的胆甾醇型液晶层。关于这一点，如后述的图1所示，光学轴仅在一个方向上连续旋转的结构也相同。

图7中概念性地示出在取向膜形成这种同心圆状取向图案的曝光装置的一例。取向膜例如为R取向膜24R、G取向膜24G及B取向膜24B。

曝光装置80具有：具备激光器82的光源84；将来自激光器82的激光束M分成S偏振光MS与P偏振光MP的偏振光束分离器86；配置于P偏振光MP的光路的反射镜90A及配置于S偏振光MS的光路的反射镜90B；配置于S偏振光MS的光路的透镜92；偏振光束分离器94；及λ/4板96。

由偏振光束分离器86分割的P偏振光MP通过反射镜90A反射而入射到偏振光束分离器94。另一方面，由偏振光束分离器86分割的S偏振光MS通过反射镜90B反射并且通过透镜92聚光而入射到偏振光束分离器94。

P偏振光MP及S偏振光MS由偏振光束分离器94合波，通过λ/4板96成为与偏振方向相对应的右旋圆偏振光及左旋圆偏振光，以入射到支撑体20上的取向膜24。

在此，通过右旋圆偏振光与左旋圆偏振光的干涉，照射到取向膜24的光的偏振状态成为以干涉条纹状周期性地发生变化的状态。从同心圆的内侧朝向外侧，左旋圆偏振光与右旋圆偏振光的交叉角发生变化，因此可得到节距从内侧朝向外侧发生变化的曝光图案。由此，取向膜24中，可得到取向状态周期性地发生变化的同心圆状取向图案。

该曝光装置80中，液晶化合物30的光学轴连续旋转180°的液晶取向图案的1个周期的长度Λ能够通过使透镜92的光焦度(透镜92的焦比)、透镜92的焦距及透镜92与取向膜14的距离等发生变化来控制。

并且，通过调节透镜92的光焦度，能够在光轴连续旋转的一个方向上改变液晶取向图案的1个周期的长度Λ。具体而言，通过与平行光干涉的通过透镜92扩散的光的扩散角，能够在光轴连续旋转的一个方向上改变液晶取向图案的1个周期的长度Λ。更具体而言，若透镜92的光焦度减弱，则为了接近平行光，液晶取向图案的1个周期的长度Λ从内侧朝向外侧逐渐变短，并且焦比变大。相反地，若增加透镜92的光焦度，则液晶取向图案的1个周期的长度Λ从内侧朝向外侧急剧变短，并且焦比变小。

如此，关于在光学轴连续旋转的1个方向上变更光学轴旋转180°的1个周期Λ的结构，也能够利用于图1～3所示的液晶化合物30的光学轴30A仅在箭头X方向的一个方向上连续旋转而发生变化的结构。

例如，通过使液晶取向图案的1个周期Λ朝向箭头X方向逐渐变短，能够得到以聚光的方式反射光的光学元件。

并且，通过在液晶取向图案中使光学轴旋转180°的方向相反，能够得到以仅在箭头X方向扩散的方式反射光的光学元件。即使使胆甾醇型液晶层所反射的圆偏振光的方向(螺旋结构的旋向)相反，也能够得到以仅在箭头X方向扩散的方式反射光的光学元件。另外，使胆甾醇型液晶层所反射的圆偏振光的方向相反的基础上，使液晶取向图案中光学轴旋转180°的方向相反，由此能够得到以聚光的方式反射光的光学元件。

另外，例如根据欲在反射光设置光量分布的情况等、光学元件的用途，也能够利用不使1个周期Λ朝向箭头X方向逐渐变更，而在箭头X方向上局部具有1个周期Λ不同的区域的结构。例如，作为局部变更1个周期Λ的方法，能够利用任意改变所聚集的激光束的偏振方向的同时对光取向膜进行扫描曝光来图案化的方法等。

本发明的光学元件以不是镜面反射的角度反射光的各种用途，能够利用于光学装置中的光路变更部件、聚光元件、规定方向上的光扩散元件、衍射元件等。

作为优选的一例，如图8概念性地所示，例示有分开2个本发明的光学元件10而设置于导光板42并且设为本发明的导光元件的结构。关于这种本发明的导光元件，例如将本发明的光学元件用作上述的AR眼镜的衍射元件，由此通过一个光学元件10将由显示器40照射的光(投影像)以充分进行全反射的角度(临界角以上的角度)导入到导光板42，通过另一个光学元件10以与射出所传播的光对应的角度反射由导光板42内传播的光，由此能够从导光板42射出到基于AR眼镜的使用人员U的观察位置。

即，图8所示的装置为使用显示器40(显示元件)及本发明的导光元件的本发明的图像显示装置。

如前述，本发明的光学元件的反射角度的波长依赖性较小，因此能够在相同的方向上反射由显示器40照射的红色光、绿色光及蓝色光。因此，即使通过1片导光板42传送红色图像、绿色图像及蓝色图像，也能够将没有色偏移的全色图像从导光板射出到基于AR眼镜的使用人员U的观察位置。因此，根据使用本发明的光学元件10的本发明的导光元件，能够使AR眼镜的导光板整体变薄、变轻，并且简化AR眼镜的结构。

并且，根据使用本发明的光学元件的本发明的导光元件及图像显示装置，利用于AR眼镜等时，能够扩大视角(FOV(Field of View))。

为了引导入射到导光板42的光，需要以大于临界角的角度反射光。如上述，具有光学轴30A朝向一个方向连续旋转的液晶取向图案的胆甾醇型液晶层调节液晶取向图案的1个周期Λ，由此能够调节由显示器40照射的光入射于导光板上的入射角度，因此能够以成为临界角的方式使光入射到导光板。在此，如上述，在具有该液晶取向图案的胆甾醇型液晶层中，反射角度根据波长而不同，光的波长越长，越以更大的角度与入射方向倾斜而被反射。因此，若根据临界角设定液晶取向图案的1个周期Λ，则根据光的波长及入射于导光板42上的入射角度而成为临界角以下，并且导致产生不进行引导的光。

其结果，利用于AR眼镜等时，只要为全色图像，则在红色光、绿色光及蓝色光中共用的视角变窄，并且导致显示图像的视角变窄。

相对于此，根据使用本发明的光学元件10的本发明的导光元件及图像显示装置，通过使光学元件10中的胆甾醇型液晶层的选择反射中心波长与液晶取向图案的1个周期Λ的顺序一致，反射角度的波长依赖性减小。其结果，根据本发明，能够结合红色光、绿色光及蓝色光进行引导，因此利用于AR眼镜等时，能够在红色光、绿色光及蓝色光中共用的视角变宽，以扩大显示图像的视角。

另外，如图8所示，本发明的导光元件并不限制于在导光板42上设置彼此分开的2个本发明的光学元件的结构，也可以为了向导光板42上导入光或为了从导光板42射出光而仅在导光板设置1个本发明的光学元件的结构。

本发明的图像显示装置中，显示器40并无限制，例如能够利用各种用于AR眼镜等的公知的显示器。

作为显示器的一例，例示有液晶显示器、有机电致发光显示器及DLP(DigitalLight Processing，数字光处理)等。液晶显示器中也包括LCOS(Liquid Crystal OnSilicon，硅基液晶)等。

另外，显示器40可以显示二色图像，也可以显示红色、绿色及蓝色的全色图像，但是根据本发明，即使是如全色图像的多色图像，如上述也能够适当地对应。

并且，并不限制于导光板42，能够利用各种用于AR眼镜及边缘光型液晶显示器等的导光板等公知的导光板。

另外，使用这些光学元件(液晶衍射光栅及倾斜胆甾醇型镜面反射元件等)的情况下，优选使由显示器40照射的光圆偏振化。即，本发明的图像显示装置中，优选显示元件将圆偏振光照射到本发明的光学元件10。通过使由显示器40照射的光圆偏振化，能够提高衍射效率或反射效率。

由显示器40照射的光的圆偏振化中，由显示器40照射的光为无偏振光的情况下，通过经由线性起偏器及λ/4板照射由显示器40照射的光进行即可。并且，由显示器40照射的光为直线偏振光的情况下，通过经由λ/4板照射由显示器40照射的光，进行由显示器40照射的光的圆偏振化即可。

此时，λ/4板的Re(550)优选为100～180nm，更优选为110～170nm，进一步优选为120～160nm。

Re(λ)表示波长λ中的面内的延迟，Rth(λ)表示波长λ中的厚度方向的延迟。具体而言，Re(λ)、Rth(λ)为由以下式定义的值。括号内的λ为测定波长[nm]，例如能够使用通过Axometry(Axometric公司制)测定的值。

Re(λ)＝(nx-ny)×d

Rth(λ)＝((nx+ny)/2-nz)×d

上述式中，nx为慢轴方向的折射率，ny为快轴方向的折射率，nz为膜厚方向的折射率，d为膜厚[nm]。

并且，若考虑到由显示器40照射的光也相对于用于圆偏振化的λ/4板的法线方向从倾斜方向入射，则用于使由显示器40照射的光圆偏振化的λ/4板的Rth(λ)优选为-70～70nm，更优选为-50～50nm，进一步优选为-30～30nm。

与取向膜的形成中所使用的λ/4板不同，用于使由显示器40照射的光圆偏振化的λ/4板的情况下，由于人实际上看到光，因此优选考虑到色调。

为了确保色调的均匀性，优选用于使由显示器40照射的光圆偏振化的λ/4板的波长色散为逆分散。具体而言，在450～550nm的范围内，关于以下各波长中的Re(λ)的比的值，

优选为0.74≤Re(450)/Re(550)≤0.91，

更优选为0.75≤Re(450)/Re(550)≤0.89，

进一步优选为0.78≤Re(450)/Re(550)≤0.87。

并且，针对Rth(λ)，关于以下各波长中的Rth(λ)的比的值，

优选为0.74≤Rth(450)/Rth(550)≤0.91，

更优选为0.75≤Rth(450)/Rth(550)≤0.89，

进一步优选为0.78≤Rth(450)/Rth(550)≤0.87。

另外，在550～650nm的范围内，关于以下各波长中的Re(λ)的比的值，

优选为0.102≤Re(650)/Re(550)≤0.126，

更优选为0.106≤Re(650)/Re(550)≤0.123，

进一步优选为0.112≤Re(650)/Re(550)≤0.120。

并且，针对Rth(λ)，关于以下各波长中的Rth(λ)的比的值，

优选为0.102≤Rth(650)/Rth(550)≤0.126，

更优选为0.106≤Rth(650)/Rth(550)≤0.123，

进一步优选为0.112≤Rth(650)/Rth(550)≤0.120。

并且，本发明的导光元件也可以具有3个以上的本发明的光学元件。

作为一例，例示有图9所示的导光元件(图像显示装置)。关于图9所示的导光元件，使作为衍射元件的第1光学元件10A、第2光学元件10B及第3光学元件10C这3个本发明的光学元件在导光板42上分开而设置于导光板42上。

另外，图9是在与导光板42的主表面正交的方向上从光学元件的安装圆侧观察导光元件的图。主表面是指片状物(薄膜、板状物)的最大面。

第1光学元件10A、第2光学元件10B及第3光学元件10C，除了光学轴30A朝向一个方向连续旋转的一个方向即箭头X方向的朝向不同以外，具有基本上与上述的光学元件10相同的结构。

在图9所示的导光元件中，省略图示的显示器40的图像照射到第1光学元件10A。第1光学元件10A相对于入射方向倾斜而反射所入射的光，并且以充分进行全反射的角度(临界角以上的角度)入射到导光板42。

在此，第1光学元件10A朝向第2光学元件10B反射光。通过第1光学元件10A入射到导光板42的光朝向第2光学元件10B传播。第2光学元件10B同样地相对于入射方向倾斜而朝向第3光学元件10C反射所入射的光。

另外，第3光学元件10C同样地相对于入射方向倾斜而反射所入射的光，由此以临界角以下从导光板42射出光，供于基于省略图示的使用人员U对图像的观察。

如此，分开3个以上的本发明的光学元件而设置于导光板，作为成为入射部的衍射元件即第1光学元件10A使入射到导光板42的光经由作为在中间的衍射元件即第2光学元件10B传播到作为成为出射部的衍射元件即第3光学元件10C，由此使朝向使用人员U即观察区域射出的光的范围广角度化，从而能够扩大视角。

如此，具有第1光学元件10A、第2光学元件10B及第3光学元件10C的导光元件中，对于各光学元件中的液晶取向图案的1个周期Λ没有限制。即，各光学元件中的液晶取向图案的1个周期Λ根据各光学元件的位置及形状等适当设定成为能够使光从第1光学元件10A准确地传播到第3光学元件10C的反射角度的液晶取向图案的1个周期Λ即可。

在此，第1光学元件10A、第2光学元件10B及第3光学元件10C中，对与波长最长的光对应的胆甾醇型液晶层、即图示例中为R反射胆甾醇型液晶层26R进行比较时，优选第2光学元件10B的液晶取向图案的1个周期Λ最短。即，将第1光学元件10A设为Λ1，将第2光学元件10B设为Λ2，将第3光学元件10C设为Λ3时，优选使R反射胆甾醇型液晶层26R的1个周期Λ满足“Λ2＜Λ1”及“Λ2＜Λ3”。

换言之，与成为向导光板42上的光入射部的衍射元件即第1光学元件10A及成为来自导光板42的光出射部即第3衍射元件10C相比，优选使在中间的衍射元件即第2衍射元件10B中的液晶取向图案的1个周期变短，从而相对于光的入射方向大幅倾斜而反射光。

通过具有这种结构，能够更准确地使光从第1光学元件10A传播到第3光学元件10C，并且能够从导光板适当地使光射出到使用人员U，因此优选。

作为优选的方式，上述的本发明的导光元件(图像显示装置)均仅具有1片导光板，但是本发明并不限制于此。

即，本发明的导光元件例如可以具有红色图像用及蓝色图像用导光板与绿色图像用导光板这2片导光板或也可以与以往的AR眼镜同样地具有红色图像用导光板、绿色图像用导光板及蓝色图像用导光板这3片导光板。

并且，使用多片导光板的情况下，层叠配置导光板时，从导光板主表面方向观察，即使配置于各导光板的光学元件不在同一面内，也能够得到相同的效果。

以上的例中，将本发明的光学元件利用于具有3层的胆甾醇型液晶层的反射红色光、绿色光及蓝色光这3色的光的光学元件，但是本发明并不限定于此，能够利用各种结构。

例如，本发明的光学元件可以为同样地具有选择反射中心波长不同的3层的胆甾醇型液晶层，并且反射选自红色光、绿色光及蓝色光等可见光的1色或2色、红外线和/或紫外线的结构，也可以为仅反射除了可见光以外的光的结构。或者，本发明的光学元件可以为具有4层或5层或6层以上的选择反射中心波长不同的胆甾醇型液晶层，并且除了红色光、绿色光及蓝色光以外，还反射红外线和/或紫外线的结构，也可以为仅反射除了可见光以外的光的结构。或者，本发明的光学元件可以为具有2层选择反射中心波长不同的胆甾醇型液晶层，并且反射选自红色光、绿色光及蓝色光的2色的结构、或反射选自红色光、绿色光及蓝色光的1色及红外线或紫外线的结构，也可以为仅反射除了可见光以外的光的结构。

以上，对本发明的光学元件、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实施例限定地解释。

[实施例1]

＜B反射层的制作＞

(支撑体及支撑体的皂化处理)

作为支撑体，准备了市售的三乙酰纤维素薄膜(FUJIFILM Co.,Ltd.制、Z-TAC)。

使支撑体通过温度60℃的介电加热辊，将支撑体的表面温度升温到40℃。

之后，使用棒式涂布机，以涂布量14mL(升)/m²将下述所示的碱溶液涂布于支撑体的一面，将支撑体加热到110℃，另外，在蒸汽式远红外加热器(NORITAKE CO.,LIMITED制)下输送了10秒钟。

接着，同样地使用棒式涂布机，将3mL/m²纯水涂布于支撑体的碱溶液涂布面。继而，重复3次通过喷注式涂布机的水洗及通过气刀的脱水之后，在70℃的干燥区输送10秒钟使其干燥，从而对支撑体的表面进行了碱皂化处理。

碱溶液

(底涂层的形成)

用#8的线棒，将下述底涂层形成用涂布液连续涂布于支撑体的碱皂化处理面。将形成有涂膜的支撑体在60℃的暖风下干燥60秒钟，进而在100℃的暖风下干燥120秒钟，从而形成了底涂层。

底涂层形成用涂布液

[化学式1]

改性聚乙烯醇

(取向膜的形成)

通过#2的线棒将下述的取向膜形成用涂布液连续涂布于形成有底涂层的支撑体上。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2]

(取向膜的曝光)

使用图5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100mJ/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。

(B反射胆甾醇型液晶层的形成)

作为形成胆甾醇型液晶层的液晶组合物，制备了下述组合物A-1。该组合物A-1为形成选择反射中心波长为450nm并且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3]

手性试剂Ch-1

[化学式4]

流平剂T-1

[化学式5]

B反射胆甾醇型液晶层通过在取向膜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，取向膜的取向方向也可从液晶层的下表面反映到上表面。

首先，在第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100mJ/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B反射胆甾醇型液晶层，从而制作了B反射层。用SEM(Scanning ElectronMicroscope，扫描电子显微镜)确认了涂布层的截面的结果，B反射层的胆甾醇型液晶相为8个节距。

利用偏振光显微镜确认了B反射胆甾醇型液晶层成为如图3所示的周期性取向表面。另外，该B反射胆甾醇型液晶层的液晶取向图案中，来自于液晶化合物的光学轴旋转180°的1个周期为2.6μm。

＜G反射层的制作＞

变更通过图5所示的曝光装置对取向膜进行曝光时的2个光的交叉角，除此以外，以与取向膜P-1相同的方式形成了具有取向图案的取向膜P-2。

并且，将手性试剂Ch-1的添加量变更为5.68质量份，除此以外，以与组合物A-1相同的方式制备了形成胆甾醇型液晶层的组合物A-2。该组合物A-2为形成选择反射中心波长为530nm并且反射右旋圆偏振光的胆甾醇型液晶层的液晶组合物。

在取向膜P-2上涂布多层组合物A-2，除此以外，以与B反射胆甾醇型液晶层相同的方式形成G反射胆甾醇型液晶层，从而制作了G反射层。

利用偏振光显微镜确认了G反射胆甾醇型液晶层成为如图3所示的周期性取向表面。另外，该G反射胆甾醇型液晶层的液晶取向图案中，来自于液晶化合物的光学轴旋转180°的1个周期为3.1μm。

＜R反射层的制作＞

变更通过图5所示的曝光装置对取向膜进行曝光时的2个光的交叉角，除此以外，以与取向膜P-1相同的方式形成了具有取向图案的取向膜P-3。

并且，将手性试剂Ch-1的添加量变更为4.69质量份，除此以外，以与组合物A-1相同的方式制备了形成胆甾醇型液晶层的组合物A-3。该组合物A-3为形成选择反射中心波长为635nm并且反射右旋圆偏振光的胆甾醇型液晶层的液晶组合物。

在取向膜P-3上涂布多层组合物A-3，除此以外，以与B反射胆甾醇型液晶层相同的方式形成R反射胆甾醇型液晶层，从而制作了R反射层。

利用偏振光显微镜确认了R反射胆甾醇型液晶层成为如图3所示的周期性取向表面。另外，该R反射胆甾醇型液晶层的液晶取向图案中，来自于液晶化合物的光学轴旋转180°的1个周期为3.7μm。

＜光学元件的制作＞

与图1所示的光学元件同样地，以R反射层、G反射层及B反射层的顺序，用粘结剂(Soken Chemical&Engineering Co.,Ltd.制、SK Dyne2057)贴合所制作的B反射层、G反射层及R反射层，从而制作了光学元件。另外，贴合时剥离支撑体及取向膜之后，贴合了下一层。

[实施例2]

变更通过图5所示的曝光装置对取向膜进行曝光时的2个光的交叉角，除此以外，以与实施例1相同的方式制作了B反射层、G反射层及R反射层。

另外，以与实施例1相同的方式进行确认的结果，B反射胆甾醇型液晶层的液晶取向图案中的来自于液晶化合物的光学轴旋转180°的1个周期为0.9μm，

G反射胆甾醇型液晶层的液晶取向图案中的来自于液晶化合物的光学轴旋转180°的1个周期为1.1μm，

R反射胆甾醇型液晶层的液晶取向图案中的来自于液晶化合物的光学轴旋转180°的1个周期为1.3μm。

使用该B反射层、G反射层及R反射层，以与实施例1相同的方式制作了光学元件。

[实施例3]

＜B反射层的制作＞

变更通过图5所示的曝光装置对取向膜进行曝光时的2个光的交叉角，除此以外，以与取向膜P-1相同的方式形成了具有取向图案的取向膜P-4。

作为形成胆甾醇型液晶层的液晶组合物，制备了下述组合物B-1。该组合物B-1为形成选择反射中心波长为450nm并且反射右旋圆偏振光的胆甾醇型液晶层的液晶组合物。

组合物B-1

液晶化合物L-2

[化学式6]

液晶化合物L-3

[化学式7]

-手性试剂Ch-2-

[化学式8]

在取向膜P-4上涂布多层组合物B-1，除此以外，以与实施例1的B反射胆甾醇型液晶层相同的方式形成B反射胆甾醇型液晶层，从而制作了B反射层。

利用偏振光显微镜确认了R反射胆甾醇型液晶层成为如图3所示的周期性取向表面。另外，该B反射胆甾醇型液晶层的液晶取向图案中，来自于液晶化合物的光学轴旋转180°的1个周期0.9μm。

＜G反射层的制作＞

变更通过图5所示的曝光装置对取向膜进行曝光时的2个光的交叉角，除此以外，以与取向膜P-1相同的方式形成了具有取向图案的取向膜P-5。

并且，将手性试剂Ch-2的添加量变更为4.25质量份，除此以外，以与组合物B-1相同的方式制备了形成胆甾醇型液晶层的组合物B-2。该组合物B-2为形成选择反射中心波长为530nm并且反射右旋圆偏振光的胆甾醇型液晶层的液晶组合物。

在取向膜P-5上涂布多层组合物B-2，除此以外，以与实施例1的B反射胆甾醇型液晶层相同的方式形成G反射胆甾醇型液晶层，从而制作了G反射层。

利用偏振光显微镜确认了G反射胆甾醇型液晶层成为如图3所示的周期性取向表面。另外，该G反射胆甾醇型液晶层的液晶取向图案中，来自于液晶化合物的光学轴旋转180°的1个周期为1.1μm。

＜R反射层的制作＞

变更通过图5所示的曝光装置对取向膜进行曝光时的2个光的交叉角，除此以外，以与取向膜P-1相同的方式形成了具有取向图案的取向膜P-6。

并且，将手性试剂Ch-2的添加量变更为3.55质量份，除此以外，以与组合物B-1相同的方式制备了形成胆甾醇型液晶层的组合物B-3。该组合物B-3为形成选择反射中心波长为635nm并且反射右旋圆偏振光的胆甾醇型液晶层的液晶组合物。

在取向膜P-6上涂布多层组合物B-3，除此以外，以与实施例1的B反射胆甾醇型液晶层相同的方式形成R反射胆甾醇型液晶层，从而制作了R反射层。

利用偏振光显微镜确认了R反射胆甾醇型液晶层成为如图3所示的周期性取向表面。另外，该R反射胆甾醇型液晶层的液晶取向图案中，来自于液晶化合物的光学轴旋转180°的1个周期为1.3μm。

＜光学元件的制作＞

使用该B反射层、G反射层及R反射层，以与实施例1相同的方式形成了光学元件。

[比较例1]

变更通过图5所示的曝光装置对取向膜进行曝光时的2个光的交叉角，除此以外，以与实施例1相同的方式制作B反射层、G反射层及R反射层，从而制作了光学元件。

另外，本例中，对取向膜进行曝光时的2个光的交叉角在B反射层、G反射层及R反射层所有区域中均匀。

所形成的胆甾醇型液晶层的液晶取向图案中，来自于液晶化合物的光学轴旋转180°的1个周期均为3.1μm。

[比较例2]

变更通过图5所示的曝光装置对取向膜进行曝光时的2个光的交叉角，除此以外，以与实施例2相同的方式制作B反射层、G反射层及R反射层，从而制作了光学元件。

另外，本例中，使取向膜进行曝光时的2个光的交叉角在B反射层、G反射层及R反射层的所有区域中均匀。

所形成的胆甾醇型液晶层的液晶取向图案中，来自于液晶化合物的光学轴旋转180°的1个周期均为1.1μm。

[比较例3]

变更通过图5所示的曝光装置对取向膜进行曝光时的2个光的交叉角，除此以外，以与实施例3相同的方式制作B反射层、G反射层及R反射层，从而制作了光学元件。

[实施例4]

＜B反射层的制作＞

作为对取向膜进行曝光的曝光装置，使用了图7所示的曝光装置，除此以外，以与取向膜P-1相同的方式形成了取向膜P-7。另外，通过使用图7所示的曝光装置，取向图案的1个周期朝向外方向逐渐减小。

在取向膜P-7上涂布多层组合物A-1，除此以外，以与实施例1的B反射胆甾醇型液晶层相同的方式形成B反射胆甾醇型液晶层，从而制作了B反射层。

利用偏振光显微镜确认了R反射胆甾醇型液晶层成为如图6所示的同心圆状(放射状)的周期性取向表面。另外，该B反射胆甾醇型液晶层的液晶取向图案中，来自于液晶化合物的光学轴旋转180°的1个周期是在中心部的1个周期为300μm，从中心距离2.5mm处的1个周期为9.0μm，从中心距离5.0mm处的1个周期为4.5μm，朝向外方向减小1个周期的液晶取向图案。

表1中记载有从中心距离5.0mm处的1个周期。关于这一点，其他G反射层及R反射层也相同。

＜G反射层的制作＞

图7所示的曝光装置中，变更透镜的焦距及透镜与取向膜的距离，除此以外，以与取向膜P-7相同的方式形成了取向膜P-8。

在取向膜P-8上涂布多层组合物A-2，除此以外，以与实施例1的B反射胆甾醇型液晶层相同的方式形成G反射胆甾醇型液晶层，从而制作了G反射层。

利用偏振光显微镜确认了R反射胆甾醇型液晶层成为如图6所示的同心圆状(放射状)的周期性取向表面。另外，该R反射胆甾醇型液晶层的液晶取向图案中，来自于液晶化合物的光学轴旋转180°的1个周期是在中心部的1个周期为326μm，从中心距离2.5mm处的1个周期为10.6μm，从中心距离5.0mm处的1个周期为5.3μm，朝向外方向减小1个周期的液晶取向图案。

＜R反射层的制作＞

图7所示的曝光装置中，变更透镜的焦距及透镜与取向膜的距离，除此以外，以与取向膜P-7相同的方式形成了取向膜P-9。

在取向膜P-9上涂布多层组合物A-3，除此以外，以与实施例1的B反射胆甾醇型液晶层相同的方式形成R反射胆甾醇型液晶层，从而制作了R反射层。

利用偏振光显微镜确认了R反射胆甾醇型液晶层成为如图6所示的同心圆状(放射线状)的周期性取向表面。另外，该R反射胆甾醇型液晶层的液晶取向图案中，来自于液晶化合物的光学轴旋转180°的1个周期是中心部的1个周期为356μm，从中心距离2.5mm处的1个周期为12.7μm，从中心距离5.0mm处的1个周期为6.4μm，朝向外方向减小1个周期的液晶取向图案。

＜光学元件的制作＞

[比较例4]

变更通过图7所示的曝光装置对取向膜进行曝光时的透镜的焦距及透镜与取向膜的距离，除此以外，以与实施例4相同的方式制作B反射层、G反射层及R反射层，从而制作了光学元件。

另外，本例中，使曝光装置的透镜的焦距在B反射层、G反射层及R反射层的所有区域中均匀。

所形成的胆甾醇型液晶层的液晶取向图案中，来自于液晶化合物的光学轴旋转180°的1个周期是均在中心部的1个周期为326μm，从中心距离2.5mm处的1个周期为10.6μm，从中心距离5.0mm处的1个周期为5.3μm，朝向外方向减小周期的液晶取向图案且相同。

[实施例5]

另外，以与实施例1相同的方式进行确认的结果，B反射胆甾醇型液晶层的液晶取向图案中的来自于液晶化合物的光学轴旋转180°的1个周期为2.7μm，

G反射胆甾醇型液晶层的液晶取向图案中的来自于液晶化合物的光学轴旋转180°的1个周期为3.1μm，

R反射胆甾醇型液晶层的液晶取向图案中的来自于液晶化合物的光学轴旋转180°的1个周期为3.5μm。

[实施例6]

另外，以与实施例1相同的方式进行确认的结果，B反射胆甾醇型液晶层的液晶取向图案中的来自于液晶化合物的光学轴旋转180°的1个周期为2.8μm，

R反射胆甾醇型液晶层的液晶取向图案中的来自于液晶化合物的光学轴旋转180°的1个周期为3.3μm。

[实施例7]

另外，以与实施例1相同的方式进行确认的结果，B反射胆甾醇型液晶层的液晶取向图案中的来自于液晶化合物的光学轴旋转180°的1个周期为2.9μm，

R反射胆甾醇型液晶层的液晶取向图案中的来自于液晶化合物的光学轴旋转180°的1个周期为3.2μm。

[实施例8]

另外，以与实施例1相同的方式进行确认的结果，B反射胆甾醇型液晶层的液晶取向图案中的来自于液晶化合物的光学轴旋转180°的1个周期为1.0μm，

R反射胆甾醇型液晶层的液晶取向图案中的来自于液晶化合物的光学轴旋转180°的1个周期为1.2μm。

[实施例9]

(取向膜的形成)

通过旋涂将实施例1的取向膜形成用涂布液涂布于玻璃基板上。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。

(取向膜的曝光)

将通过图5所示的曝光装置对取向膜进行曝光时的曝光量变更为300mJ/cm²，并且变更2个光的交叉角，除此以外，以与实施例1相同的方式进行了取向膜的曝光。

(B反射胆甾醇型液晶层的形成)

实施例1的B反射胆甾醇型液晶层的形成中，将甲基乙基酮的量变更为2660质量份，通过旋涂涂布了涂布液。将紫外线照射时的温度变更为80℃，将照射量变更为300mJ/cm²，除此以外，以与实施例1相同的方式形成了第1层B反射层。第1层液晶层的膜厚为0.15μm。

第2层之后，反复涂布于该液晶层，以与先前相同的条件加热、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B反射胆甾醇型液晶层，从而制作了B反射层。

用SEM(Scanning Electron Microscope)确认了涂布层的截面的结果，B反射层的胆甾醇型液晶相为8个节距，该B反射胆甾醇型液晶层的液晶取向图案中，来自于液晶化合物的光学轴旋转180°的1个周期为0.34μm。

(G反射胆甾醇型液晶层的形成)

将甲基乙基酮旋涂于所制作的B反射胆甾醇型液晶层之后，以与上述相同的方式在B反射胆甾醇型液晶层上形成取向膜，变更通过图5所示的曝光装置对取向膜进行曝光时的2个光的交叉角，除此以外，以与B反射胆甾醇型液晶层的制作相同的方式对取向膜进行了曝光。

B反射胆甾醇型液晶层的形成中，将手性试剂Ch-1的量变更为5.68质量份，除此以外，以与B反射胆甾醇型液晶层相同的方式制作了G反射胆甾醇型液晶层。G反射层的胆甾醇型液晶相为8个节距，该G反射胆甾醇型液晶层的液晶取向图案中，来自于液晶化合物的光学轴旋转180°的1个周期为0.41μm。

(R反射胆甾醇型液晶层的形成)

将甲基乙基酮旋涂于所制作的G反射胆甾醇型液晶层之后，以与上述相同的方式在B反射胆甾醇型液晶层上形成取向膜，变更通过图5所示的曝光装置对取向膜进行曝光时的2个光的交叉角，除此以外，以与B反射胆甾醇型液晶层的制作相同的方式对取向膜进行了曝光。

B反射胆甾醇型液晶层的形成中，将手性试剂Ch-1的量变更为4.69质量份，除此以外，以与B反射胆甾醇型液晶层相同的方式制作了R反射胆甾醇型液晶层。R反射层的胆甾醇型液晶相为8个节距，该R反射胆甾醇型液晶层的液晶取向图案中，来自于液晶化合物的光学轴旋转180°的1个周期为0.49μm。

如此，制作了光学元件。

[比较例5]

变更通过图5所示的曝光装置对取向膜进行曝光时的2个光的交叉角，除此以外，以与实施例9相同的方式制作了B反射层、G反射层及R反射层。

另外，以与实施例9相同的方式进行确认的结果，B反射胆甾醇型液晶层的液晶取向图案中的来自于液晶化合物的光学轴旋转180°的1个周期为0.41μm，

G反射胆甾醇型液晶层的液晶取向图案中的来自于液晶化合物的光学轴旋转180°的1个周期为0.41μm，

R反射胆甾醇型液晶层的液晶取向图案中的来自于液晶化合物的光学轴旋转180°的1个周期为0.42μm。

使用该B反射层、G反射层及R反射层，以与实施例9相同的方式制作了光学元件。

[实施例10]

另外，以与实施例9相同的方式进行确认的结果，B反射胆甾醇型液晶层的液晶取向图案中的来自于液晶化合物的光学轴旋转180°的1个周期为0.44μm，

G反射胆甾醇型液晶层的液晶取向图案中的来自于液晶化合物的光学轴旋转180°的1个周期为0.52μm，

R反射胆甾醇型液晶层的液晶取向图案中的来自于液晶化合物的光学轴旋转180°的1个周期为0.63μm。

[比较例6]

另外，以与实施例9相同的方式进行确认的结果，B反射胆甾醇型液晶层的液晶取向图案中的来自于液晶化合物的光学轴旋转180°的1个周期为0.52μm，

R反射胆甾醇型液晶层的液晶取向图案中的来自于液晶化合物的光学轴旋转180°的1个周期为0.52μm。

[反射的波长依赖性的评价]

测定了从正面(相对于法线的角度0°的方向)使光入射到所制作的光学元件时的红色光、绿色光及蓝色光的反射光相对于入射光的角度(反射角度)。

具体而言，从距离法线方向100cm的位置使在红色光(635nm)、绿色光(530nm)及蓝色光(450nm)具有输出的中心波长的激光束垂直入射到所制作的光学元件上，通过配置在距离100cm处的屏幕捕获反射光，从而计算出了反射角度。

从红色光、绿色光及蓝色光的平均反射角度θ_ave，与红色光、绿色光及蓝色光中的最大反射角度θ_max及最小反射角度θ_min，通过下述式计算出了反射的波长依赖性PE[％]。PE越小，反射的波长依赖性越低。

PE[％]＝[(θ_max-θ_min)/θ_ave]×100

将PE为10％以下的情况评价为A，

将PE超过10％且20％以下的情况评价为B，

将PE超过20％且30％以下的情况评价为C，

将PE超过30％的情况评价为D。

另外，实施例4及比较例4中，将激光束垂直地入射到从所制作的光学元件中的液晶取向图案的同心圆的中心距离5.0mm处的点上，同样地计算出了波长依赖性PE[％]。

并且，在实施例9～10及比较例5～6中，由于光在支撑体主表面全反射，因此如图10，将所制作的光学元件贴合到端面倾斜的导光板来进行了评价。分别从所测定的反射角度，使用斯涅尔定律计算出了反射光在导光板内的反射角度。作为导光板，使用了折射率1.52的玻璃。

将结果示于下述表中。

[表1]

该表中，反射中心波长为胆甾醇型液晶层的选择反射中心波长

如上述表所示，关于胆甾醇型液晶层的选择反射中心波长的顺序与胆甾醇型液晶层中的液晶取向图案的1个周期的顺序一致的本发明的光学元件，反射角度的波长依赖性较小并且能够以几乎相同的角度反射红色光、绿色光及蓝色光。

其中，来自于液晶化合物的光学轴旋转180°的1个周期满足表示该1个周期的优选的范围的式(1)的实施例6及实施例8中，反射角度的波长依赖性更小。尤其，来自于液晶化合物的光学轴旋转180°的1个周期满足该1个周期的更优选的式(2)的实施例5、满足进一步优选的式(3)的实施例1～4中，反射角度的波长依赖性进而小。另外，实施例1～4与实施例5为相同的A评价，但是满足式(3)的实施例1～4中，若PE(反射的波长依赖性)均为5％以下，则非常小而反射角度的波长依赖性尤其小。

并且，如实施例9及实施例10所示，关于本发明的光学元件，即使是来自于液晶化合物的光学轴旋转180°的1个周期为1μm以下的微细的液晶取向图案，也能够优选地使反射角度的波长依赖性减小。

相对于此，关于胆甾醇型液晶层的选择反射中心波长的顺序与胆甾醇型液晶层中的液晶取向图案的1个周期的顺序不一致的比较例的光学元件，反射的波长依赖性较大，从而无法在向同方向反射红色光、绿色光及蓝色光。

[实施例11]

将手性试剂变更为Ch-3，将添加量变更为11.30质量份，除此以外，以与实施例1相同的方式形成反射选择反射中心波长为635nm的左旋圆偏振光的R反射胆甾醇型液晶层，从而制作了第2R反射层。

将第2R反射层添加到实施例1的光学元件的结果，示出与实施例1相同的反射的波长依赖性的评价，进而，与实施例1相比，红色光的反射更优异。

另外，层叠反射右旋圆偏振光的R反射层与反射左旋圆偏振光的第2R反射层时，以液晶取向图案中的光学轴朝向的连续旋转方向互不相同的方式进行了贴合。

-手性试剂Ch-3-

[化学式9]

[实施例12]

变更手性试剂的添加量，除此以外，以与实施例9相同的方式制作了具有选择反射中心波长为530nm的反射左旋圆偏振光的G反射胆甾醇型液晶层的第2G反射层及具有选择反射中心波长为450nm的反射左旋圆偏振光的B反射胆甾醇型液晶层的第2B反射层。在此，手性试剂的添加量分别为9.50质量份(G反射层)及7.87质量份(B反射层)。

将与实施例9相同的第2R反射层以及第2G反射层、第2B反射层添加到实施例1的光学元件的结果，示出与实施例1相同的反射的波长依赖性的评价，进而，与实施例1相比，红色光、绿色光及蓝色光的反射更优异。

另外，以液晶取向图案中的光学轴朝向的连续旋转方向互不相同的方式，对反射右旋圆偏振光的反射层与反射左旋圆偏振光的反射层进行了贴合。

以上的结果表明本发明的效果明显。

产业上的可利用性

在AR眼镜的导光板上使光入射及射出的衍射元件等，能够优选地利用于光学装置中反射光的各种用途中。

符号说明

10-光学元件，12-R反射层，14-G反射层，16-B反射层，20-支撑体，24B-B取向膜，24G-G取向膜，24R-R取向膜，26B-B反射胆甾醇型液晶层，26G-G反射胆甾醇型液晶层，26R-R反射胆甾醇型液晶层，30-液晶化合物，30A-光学轴，34-胆甾醇型液晶层，40-显示器，42-导光板，60、80-曝光装置，62、82-激光器，64、84-光源，68、86、94-偏振光束分离器，70A、70B、90A、90B-反射镜，72A、72B、96-λ/4板，92-透镜，B_R-蓝色光的右旋圆偏振光，G_R-绿色光的右旋圆偏振光，R_R-红色光的右旋圆偏振光，M-激光束，MA、MB-光线，MP-P偏振光，MS-S偏振光，P_O-直线偏振光，P_R-右旋圆偏振光，P_L-左旋圆偏振光，Q-绝对相位，E-等相位面，U-使用人员。

Claims

1.一种光学元件，其特征在于，其将固定胆甾醇型液晶相而成的胆甾醇型液晶层多层层叠而成，

具有选择反射中心波长互不相同的多个所述胆甾醇型液晶层，

所述胆甾醇型液晶层具有来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，

进一步地，在将所述胆甾醇型液晶层的所述液晶取向图案的来自所述液晶化合物的光学轴的朝向连续旋转的同时产生变化的所述一个方向上的来自所述液晶化合物的光学轴的朝向旋转180°的长度设为1个周期时，所述选择反射中心波长互不相同的多个所述胆甾醇型液晶层中，所述选择反射中心波长的长度的顺序与所述1个周期的长度的顺序一致。

2.根据权利要求1所述的光学元件，其中，

所述选择反射中心波长互不相同的多个所述胆甾醇型液晶层以所述选择反射中心波长朝向所述胆甾醇型液晶层的层叠方向依次变长的方式层叠。

3.根据权利要求1或2所述的光学元件，其中，

所述液晶取向图案中的所述1个周期的长度为50μm以下。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的光学元件，其中，所述光学元件具有选择反射中心波长相同且所反射的圆偏振光的方向互不相同的所述胆甾醇型液晶层。

5.根据权利要求4所述的光学元件，其中，

所述选择反射中心波长相同且所反射的圆偏振光的方向互不相同的所述胆甾醇型液晶层中，所述液晶取向图案中的来自所述液晶化合物的光学轴的朝向的连续旋转方向互不相同。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的光学元件，其中，

所述胆甾醇型液晶层的至少1层在面内具有所述液晶取向图案中的所述1个周期的长度不同的区域。

7.根据权利要求6所述的光学元件，其中，

所述胆甾醇型液晶层的所述液晶取向图案的所述1个周期朝向来自所述液晶化合物的光学轴的朝向连续旋转的同时产生变化的所述一个方向减小。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的光学元件，其中，

所述胆甾醇型液晶层的所述液晶取向图案为同心圆状图案，所述同心圆状图案具有来自所述液晶化合物的光学轴的朝向连续旋转的同时产生变化的所述一个方向从内侧朝向外侧的同心圆状。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的光学元件，其中，所述光学元件具有3层以上的选择反射中心波长不同的所述胆甾醇型液晶层。

10.根据权利要求9所述的光学元件，其中，所述光学元件至少具有在红色光的波长区域具有选择反射中心波长的所述胆甾醇型液晶层、在绿色光的波长区域具有选择反射中心波长的所述胆甾醇型液晶层、及在蓝色光的波长区域具有选择反射中心波长的所述胆甾醇型液晶层。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的光学元件，其中，

在至少1组所述胆甾醇型液晶层之间具有取向膜，所述胆甾醇型液晶层之间的所述取向膜的至少一个中，至少一个表面与所述胆甾醇型液晶层接触。

12.根据权利要求11所述的光学元件，其中，

在所述胆甾醇型液晶层之间的所述取向膜的至少一个中，两个表面与所述胆甾醇型液晶层接触。

13.一种导光元件，其具有权利要求1至12中任一项所述的光学元件及导光板。

14.根据权利要求13所述的导光元件，其中，

分开的2个所述光学元件设置于所述导光板上。

15.根据权利要求13所述的导光元件，其中，

分开的3个以上的所述光学元件设置于所述导光板上。

16.根据权利要求15所述的导光元件，其中，

作为所述光学元件，具有使光向所述导光板入射的第1光学元件、使光从所述导光板射出的第3光学元件、及将由所述第1光学元件反射的光反射到所述第3光学元件中的第2光学元件，

在所述第1光学元件、所述第2光学元件及所述第3光学元件中，关于所述光学元件所具有的所述胆甾醇型液晶层中的选择反射中心波长最长的所述胆甾醇型液晶层的所述液晶取向图案中的1个周期的长度，所述第2光学元件最短。

17.一种图像显示装置，其具有：权利要求13至16中任一项所述的导光元件；及向所述导光元件的所述光学元件照射图像的显示元件。

18.根据权利要求17所述的图像显示装置，其中，

所述显示元件向所述导光元件的所述光学元件照射圆偏振光。