CN114761861B - 导光元件及图像显示装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种在具有用于扩大射出光瞳的中间衍射元件的导光元件中，光的利用效率高且能够抑制所显示的影像变暗的导光元件及图像显示装置。导光元件具有导光板、入射衍射元件、中间衍射元件及射出衍射元件，入射衍射元件、中间衍射元件及射出衍射元件具有液晶层，所述液晶层使用包含液晶化合物的组合物而形成，并且具有源自液晶化合物的光学轴的朝向沿面内的至少一个方向连续旋转的同时发生变化的液晶取向图案，在用SEM观察的液晶层的截面上，源自液晶相的明部及暗部相对于液晶层的主表面倾斜，在将从明部到明部或从暗部到暗部的间隔设为1/2节距时，入射衍射元件的节距Pin及中间衍射元件的节距Pe满足Pin＜Pe。
Description
技术领域
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。
背景技术
近年来，如非专利文献1中所记载的实际观察到的场景中叠加显示虚拟的影像及各种信息等的AR(Augmented Reality(增强现实))玻璃被实用化。AR玻璃也称为智能玻璃、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玻璃将由显示器(光学引擎)显示的影像入射到导光板的其中一端而传播，并从另一端射出，从而在使用人员实际观察到的场景中叠加显示虚拟的影像。
在AR玻璃中，使用入射衍射元件使来自显示器的光(投影光)衍射(折射)并入射到导光板的其中一个端部。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个端部被射出衍射元件衍射，并从导光板射出到由使用人员观察的位置上。
在这种AR玻璃等中所使用的导光元件中，设为如下结构，即，在导光板上配置中间衍射元件，将被入射衍射元件衍射而入射到导光板内的光由中间衍射元件衍射而进一步在导光板内传播，并通过射出衍射元件衍射而从导光板射出，从而扩大射出光瞳(参考专利文献1)。
以往技术文献
专利文献
专利文献1：日本特表2008-546020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
根据本发明人等的研究，可知在为了扩大射出光瞳而配置中间衍射元件的情况下，存在光的利用效率变低且所显示的影像变暗的问题。
本发明的课题在于解决这种现有技术的问题点，并且提供一种在具有用于扩大射出光瞳的中间衍射元件的导光元件中，光的利用效率高且能够抑制所显示的影像变暗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]一种导光元件，其具有：
导光板；及
设置于导光板上的入射衍射元件、中间衍射元件及射出衍射元件，
入射衍射元件、中间衍射元件及射出衍射元件具有液晶层，所述液晶层使用包含液晶化合物的组合物而形成，并且具有源自液晶化合物的光学轴的朝向沿面内的至少一个方向连续旋转的同时发生变化的液晶取向图案，
在用扫描型电子显微镜观察的液晶层的截面上，源自液晶相的明部及暗部相对于液晶层的主表面倾斜，
在将从明部到明部或从暗部到暗部的、明部或暗部所形成的线在法线方向上的间隔设为1/2节距时，
若将入射衍射元件中的节距设为Pin且将中间衍射元件中的节距设为Pe，则满足
Pin＜Pe。
[2]根据[1]所述的导光元件，其中，若将射出衍射元件中的节距设为Pout，则满足
Pout＜Pe。
[3]根据[1]或[2]所述的导光元件，其中，在将在液晶取向图案中源自液晶化合物的光学轴的朝向沿面内方向旋转180°的长度设为衍射结构的一个周期时，
若将入射衍射元件的衍射结构的一个周期设为Λin、将中间衍射元件的衍射结构的一个周期设为Λe、将射出衍射元件的衍射结构的一个周期设为Λout，则满足
Λe≤Λin
Λe≤Λout。
[4]根据[1]至[3]中的任一个所述的导光元件，其中，液晶层为将胆甾醇型液晶相固定而成的胆甾醇型液晶层。
[5]根据[1]至[4]中任一项所述的导光元件，其中，在液晶层中，在从液晶层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，在慢轴面内及快轴面内中的任一个中，面内延迟最小的方向从法线方向倾斜。
[6]根据[1]至[5]中的任一个所述的导光元件，其中，入射衍射元件、中间衍射元件及射出衍射元件的衍射结构的周期为0.1μm以上且1μm以下。
[7]一种图像显示装置，其具有：
[1]至[6]中任一项所述的导光元件；及
显示元件，向导光元件的入射衍射元件照射图像。
发明效果
根据本发明，能够提供一种在具有用于扩大射出光瞳的中间衍射元件的导光元件中，光的利用效率高且能够抑制所显示的影像变暗的导光元件及使用该导光元件的图像显示装置。
附图说明
图1是概念性地示出使用本发明的导光元件的图像显示装置的一例的主视图。
图2是概念性地示出图1所示的图像显示装置的俯视图。
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是概念性地示出用作衍射元件的液晶层的平面图。
图5是图4所示的液晶层的概念图。
图6是概念性地示出图4所示的液晶层的截面SEM图像的图。
图7是用于说明图4所示的液晶层的作用的概念图。
图8是用于说明本发明的导光元件中的衍射元件的配置的主视图。
图9是概念性地示出本发明的导光元件的另一例的主视图。
图10是概念性地示出本发明的导光元件的另一例的俯视图。
图11是概念性地示出用作衍射元件的液晶层的另一例的图。
图12是概念性地示出用作衍射元件的液晶层的另一例的图。
图13是对取向膜进行曝光的曝光装置的一例的概念图。
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导光元件及图像显示装置进行详细说明。
在本说明书中，使用“～”表示的数值范围是指将记载于“～”前后的数值作为下限值及上限值而包含的范围。
在本说明书中，“(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。
在本说明书中，可见光为电磁波中以肉眼观察的波长的光，并且表示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。
[导光元件及图像显示装置]
本发明的导光元件为如下导光元件，其具有：
导光板；及
设置于导光板上的入射衍射元件、中间衍射元件及射出衍射元件，
入射衍射元件、中间衍射元件及射出衍射元件具有液晶层，所述液晶层使用包含液晶化合物的组合物而形成，并且具有源自液晶化合物的光学轴的朝向沿面内的至少一个方向连续旋转的同时发生变化的液晶取向图案，
在用扫描型电子显微镜观察的液晶层的截面上，源自液晶相的明部及暗部相对于液晶层的主表面倾斜，
在将从明部到明部或从暗部到暗部的、明部或暗部所形成的线在法线方向上的间隔设为1/2节距时，
若将入射衍射元件中的节距设为Pin且将中间衍射元件中的节距设为Pe，则满足
Pin＜Pe。
并且，若将射出衍射元件中的节距设为Pout，则本发明的导光元件优选为
Pout＜Pe。
本发明的图像显示装置为如下图像显示装置，其具有：
上述导光元件；及
显示元件，向导光元件的入射衍射元件照射图像。
在图1及图2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是主视图，并且是从由使用人员U观察侧的面观察图像显示装置10的图。图2是俯视图，并且是从图1的纸面的上方观察图像显示装置10的图。图3是侧视图，并且是从图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，本发明的导光元件除了AR玻璃以外，也能够用于透明屏幕、照明装置(包括液晶显示器的背光等)及传感器等光学元件中。并且，本发明的图像显示装置也能够用于使用这些光学元件的图像显示装置中。
图1～图3所示的图像显示装置10具有：显示元件12；及导光元件14，具有导光板16以及设置于导光板16上的入射衍射元件18、中间衍射元件20及射出衍射元件24。另外，在图1中，省略显示元件12的图示。
在图1～图3所示的图像显示装置10中，入射衍射元件18、中间衍射元件20及射出衍射元件24配置于导光板16的主表面的面方向上的不同位置上。在图1所示的例中，中间衍射元件20配置于入射衍射元件18的图1中的左侧，射出衍射元件24配置于中间衍射元件20的图1中的下侧。另外，主表面为片状物(板状物、膜等)的最大面。
图像显示装置10通过入射衍射元件18衍射由显示元件12显示的图像(与图像对应的光)并入射到导光板16上。此时，入射衍射元件18向被衍射的光的行进方向朝向中间衍射元件20的方向衍射光。在图1所示的例中，入射衍射元件18使所入射的光朝向图1中的左方向衍射。
基于入射衍射元件18的衍射光在导光板16内全反射而传播，并入射到中间衍射元件20上。中间衍射元件20以使所入射的光的行进方向朝向射出衍射元件24的方式衍射光。在图1所示的例中，中间衍射元件20使所入射的光朝向图1中的下方向衍射。
被中间衍射元件20衍射的光在导光板16内全反射而传播，并入射到射出衍射元件24上。射出衍射元件24衍射所入射的光以使其偏离在导光板16内全反射的角度。在图1所示的例中，射出衍射元件24使所入射的光朝向与图1中的纸面垂直的方向衍射。即，如图2所示，射出衍射元件24使所入射的光朝向与导光板的主表面大致垂直的方向衍射。
被射出衍射元件24衍射的光从导光板16射出，并朝向使用人员U射出。由此，图像显示装置10能够显示由显示元件12照射的图像。
其中，导光元件14具有中间衍射元件20，因此在通过中间衍射元件20衍射光时，在中间衍射元件的多个部位衍射光的一部分，从而能够扩大射出光瞳。
其中，在本发明的导光元件中，入射衍射元件、中间衍射元件及射出衍射元件具有使用包含液晶化合物的组合物而形成的液晶层，其中，液晶层具有源自液晶化合物的光学轴的朝向沿面内的至少一个方向连续旋转的同时发生变化的液晶取向图案，在用扫描型电子显微镜(SEM)观察的液晶层的截面上，源自液晶相的明部及暗部相对于液晶层的主表面倾斜，在将从明部到明部或从暗部到暗部的、明部或暗部所形成的线在法线方向上的间隔设为1/2节距时，若将入射衍射元件中的节距设为Pin且将中间衍射元件中的节距设为Pe，则满足Pin＜Pe。
另外，源自液晶化合物40的光学轴40A为在液晶化合物40中折射率最高的轴、所谓的慢轴。例如，在液晶化合物40为棒状液晶化合物的情况下，光学轴40A沿棒形状的长轴方向。在以下说明中，也将源自液晶化合物40的光学轴40A称为“液晶化合物40的光学轴40A”或“光学轴40A”。
使用图4～图6对具有液晶层的衍射元件进行说明。
图4是表示液晶层34的主表面的面内的液晶化合物的取向状态的示意图。并且，图5是表示与主表面垂直的截面上的液晶相的状态的截面示意图。在以下，将液晶层34的主表面设为X-Y面且将与该X-Y面垂直的截面设为X-Z面而进行说明。即，图4对应于液晶层34的X-Y面的示意图，图5对应于液晶层34的X-Z面的示意图。
在图5所示的例中，衍射元件具有支撑体30、取向膜32及液晶层34。
图4～图6所示的液晶层为液晶化合物被胆甾醇型取向的胆甾醇型液晶层的例。并且，图4～图6所示的液晶层为液晶化合物是棒状液晶化合物时的例。
如图5中概念性所示，与将通常的胆甾醇型液晶相固定而成的胆甾醇型液晶层相同地，液晶层34具有液晶化合物40以螺旋状回转并堆叠而成的螺旋结构，将液晶化合物40以螺旋状旋转(360°旋转)一次并堆叠而成的结构设为螺旋1节距，以螺旋状回转的液晶化合物40具有多个节距层叠而成的结构。
众所周知，将胆甾醇型液晶相固定而成的胆甾醇型液晶层具有波长选择反射性。
虽在后面进行详细叙述，但是胆甾醇型液晶层的选择性的反射波长区域取决于上述螺旋1节距的长度(图6所示的节距P)。
因此，具有这种液晶层的衍射元件具有波长选择性，并衍射规定波长的光。因此，关于由衍射元件反射(衍射)的光的波长，只要调整液晶层的螺旋节距P来适当设定液晶层的选择性的反射波长区域即可。
如图4所示，在液晶层34的X-Y面上，液晶化合物40沿X-Y面内的彼此平行的多个排列轴D排列，并且在各排列轴D上，液晶化合物40的光学轴40A的朝向向沿排列轴D的面内的一个方向连续旋转的同时发生变化。其中，为了说明，设为排列轴D朝向X方向。并且，在Y方向上，光学轴40A的朝向相等的液晶化合物40以等间隔取向。
另外，“液晶化合物40的光学轴40A的朝向向沿排列轴D1的面内的一个方向连续旋转的同时发生变化”是指液晶化合物40的光学轴40A与排列轴D所形成的角度根据排列轴D方向的位置而不同，光学轴40A与排列轴D所形成的角度沿排列轴D从θ逐渐变化至θ+180°或θ-180°。即，如图4所示，沿排列轴D排列的多个液晶化合物40的光学轴40A沿排列轴D各旋转规定角度的同时发生变化。
另外，在排列轴D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。
并且，在本说明书中，在液晶化合物40为棒状液晶化合物的情况下，液晶化合物40的光学轴40A是指棒状液晶化合物的分子长轴。另一方面，在液晶化合物40为圆盘状液晶化合物的情况下，液晶化合物40的光学轴40A是指与相对于圆盘状液晶化合物的圆盘面的法线方向平行的轴。
在液晶层34中，在这种液晶化合物40的液晶取向图案中，在面内光学轴40A连续旋转而发生变化的排列轴D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一个周期的长度Λ。
即，将相对于排列轴D方向的角度相等的2个液晶化合物40的排列轴D方向的中心之间的距离设为一个周期的长度Λ。具体而言，如图4所示，将排列轴D方向与光学轴40A的方向一致的2个液晶化合物40的排列轴D方向的中心之间的距离设为一个周期的长度Λ。在以下说明中，也将该一个周期的长度Λ称为“一个周期Λ”。
液晶层34的液晶取向图案在排列轴D方向即光学轴40A的朝向连续旋转而发生变化的一个方向上重复该一个周期Λ。
另一方面，形成液晶层34的液晶化合物40在与排列轴D方向正交的方向(在图4中为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。
换言之，形成液晶层34的液晶化合物40在Y方向上，液晶化合物40的光学轴40A与箭头X方向所形成的角度相等。
若用SEM观察图5所示的液晶层34的X-Z面，则观察到如图6所示的明部42和暗部44交替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。在这种SEM截面上，相邻的明部42至明部42或暗部44至暗部44的、明部42或暗部44所形成的线在法线方向上的间隔对应于1/2节距。即，如在图6中由P表示，2个明部42和2个暗部44对应于螺旋1节距量(螺旋的卷数1次量)。
以下，对基于液晶层的衍射的作用进行说明。
在以往的胆甾醇型液晶层中，源自胆甾醇型液晶相的螺旋轴与主表面(X-Y面)垂直，其反射面为与主表面(X-Y面)平行的面。并且，液晶化合物的光学轴相对于主表面(X-Y面)不倾斜。换言之，光学轴与主表面(X-Y面)平行。因此，若用SEM观察以往的胆甾醇型液晶层的X-Z面，则明部和暗部交替排列的排列方向与主表面(X-Y面)垂直。
胆甾醇型液晶相为镜面反射性，因此例如在光从法线方向入射到胆甾醇型液晶层上的情况下，光在法线方向上被反射。
相对于此，液晶层34使所入射的光相对于镜面反射向排列轴D方向倾斜而反射。液晶层34为在面内具有光学轴40A沿排列轴D方向(规定的一个方向)连续旋转的同时发生变化的液晶取向图案的层。以下，参考图7进行说明。
作为一例，液晶层34设为选择性地反射红色光的右旋圆偏振光RR的胆甾醇型液晶层。因此，若光入射到液晶层34上，则液晶层34仅反射红色光的右旋圆偏振光RR而使除此以外的光透射。
其中，在液晶层34中，液晶化合物40的光学轴40A沿排列轴D方向(一个方向)旋转的同时发生变化。并且，形成于液晶层34上的液晶取向图案为沿排列轴D方向周期性的图案。因此，如图7中概念性所示，入射到液晶层34上的红色光的右旋圆偏振光RR向与液晶取向图案的周期对应的方向反射(衍射)，被反射的红色光的右旋圆偏振光RR向相对于XY面(胆甾醇型液晶层的主表面)向排列轴D方向倾斜的方向反射(衍射)。
作为该结果，在将液晶层34适用于导光元件等中的情况下，能够用作如下衍射元件：能够以在导光板内全反射的角度反射(衍射)从与导光板的主表面垂直的方向所入射的光，并且能够将在导光板内全反射并被引导的光向与导光板的主表面垂直的方向反射(衍射)。
在液晶层34中，通过适当设定作为光学轴40A旋转的一个方向的排列轴D方向，能够调节光的反射方向(衍射角度)。
并且，在反射相同波长且相同的回转方向的圆偏振光的情况下，通过使朝向排列轴D方向的液晶化合物40的光学轴40A的旋转方向反转，能够使圆偏振光的反射方向反转。
例如，在图4及图5中，朝向排列轴D方向的光学轴40A的旋转方向为顺时针方向且某个圆偏振光向排列轴D方向倾斜而反射，但是通过将其设为逆时针方向，某个圆偏振光向与排列轴D方向相反的方向倾斜而反射。
而且，在具有相同的液晶取向图案的液晶层中，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而反射方向反转。
例如，在螺旋的回转方向为右扭转的情况下，选择性地反射右旋圆偏振光，并且通过具有光学轴40A沿排列轴D方向向顺时针方向旋转的液晶取向图案以使右旋圆偏振光向排列轴D方向倾斜而反射。
并且，例如在螺旋的回转方向为左扭转的情况下，选择性地反射左旋圆偏振光，具有光学轴40A沿排列轴D方向向顺时针方向旋转的液晶取向图案的液晶层使左旋圆偏振光向与排列轴D方向相反的方向倾斜而反射。
在液晶层中，在液晶化合物的液晶取向图案中，液晶化合物的光学轴旋转180°的长度为衍射结构的一个周期Λ，液晶化合物的光学轴旋转的同时发生变化的一个方向(排列轴D方向)为衍射结构的周期方向。
在具有液晶取向图案的液晶层中，一个周期Λ越短，反射光相对于入射光的角度越大。即，一个周期Λ越短，越能够使反射光相对于入射光大幅度倾斜而反射。
如上所述，在本发明的导光元件中，作为入射衍射元件18、中间衍射元件20及射出衍射元件24，具有上述液晶层，所述液晶层具有液晶取向图案，并且在SEM的截面上观察的明部及暗部倾斜。入射衍射元件18、中间衍射元件20及射出衍射元件24反射(衍射)相同波长的光，但是在本发明的导光元件中，与入射衍射元件18中的节距Pin相比，中间衍射元件20中的节距Pe大。并且，优选为，与射出衍射元件24中的节距Pout相比，中间衍射元件20中的节距Pe大。
在图8中示出用于说明导光元件中的衍射元件的配置的概念性主视图。
如上所述，在光从与主表面垂直的方向入射的情况下，液晶层通过向沿液晶取向图案的排列轴D方向的方向反射光而衍射光。因此，如图8所示，入射衍射元件18以使所衍射的光朝向中间衍射元件20的方向并使排列轴Din的方向朝向中间衍射元件20的方向的方式配置。在图8中，入射衍射元件18的排列轴Din以与左右方向平行的方式配置。
另一方面，在液晶层向与主表面垂直的方向反射光的情况下，光需要从沿液晶取向图案的排列轴D方向的方向入射。因此，射出衍射元件24以使从中间衍射元件20侧被引导至导光板16内而入射的光朝向从导光板16射出的方向并使排列轴Dout的方向朝向中间衍射元件20的方向的方式配置。在图8中，射出衍射元件24的排列轴Dout以与上下方向平行的方式配置。
相对于此，中间衍射元件20以使在导光板16内全反射而被引导的光在面方向上的行进方向发生变化的方式衍射光。在图8所示的例中，中间衍射元件20衍射向图中的左方向行进的光以使其向图中的下方向行进。因此，如图8所示，中间衍射元件20的排列轴De的方向以与入射光的行进方向以规定角度交叉的方式配置。由此，中间衍射元件20以使被衍射的光的行进方向成为与中间衍射元件20的排列轴De的方向交叉的方向的方式衍射光。因此，中间衍射元件20的排列轴De的方向以与入射衍射元件18的排列轴Din的方向及射出衍射元件24的排列轴Dout的方向交叉的方式配置。
相对于中间衍射元件20的排列轴De的垂线与入射衍射元件18的排列轴Din所形成的角和相对于中间衍射元件20的排列轴De的垂线与射出衍射元件24的排列轴Dout所形成的角大致一致(图8中的ρ)。若将该角度ρ设为旋转角，则旋转角ρ能够通过调整中间衍射元件20的衍射结构的一个周期Λe来设定。例如，在中间衍射元件20的衍射结构的一个周期Λe与入射衍射元件18的衍射结构的一个周期Λin及射出衍射元件24的衍射结构的一个周期Λout大致相同的情况下，旋转角ρ成为约60°(参考图9)，中间衍射元件20的衍射结构的一个周期Λe越小于入射衍射元件18的衍射结构的一个周期Λin及射出衍射元件24的衍射结构的一个周期Λout，旋转角ρ变得越小。
其中，根据本发明人等的研究，可知在设为在导光板上配置中间衍射元件以改变在导光板内行进的光在面内的行进方向的结构的情况下，存在光的利用效率变低且所显示的影像变暗的问题。具体而言，光从在面方向上相对于排列轴Din倾斜的方向入射到中间衍射元件上，并向倾斜方向射出光。因此，可知由中间衍射元件以高效率反射的光的波长从以中间衍射元件中的液晶层的螺旋的节距Pe设定的选择反射波长偏离，相对于所入射的光的波长的反射效率变低。具体而言，由中间衍射元件以高效率反射的光的波长进行短波位移而相对于比以节距Pe设定的选择反射波长短的波长的光的反射效率变高，相对于以节距Pe设定的选择反射波长的光的反射效率变低。由此，产生导光元件的光利用效率变低且所显示的影像变暗的问题。
相对于此，在本发明的导光元件中，与入射衍射元件中的节距Pin及射出衍射元件中的节距Pout相比，中间衍射元件中的节距Pe大。即，以成为比入射衍射元件及射出衍射元件的选择反射波长长的选择反射波长的方式设定中间衍射元件中的节距Pe。如上所述，在中间衍射元件中，通过短波位移，相对于比以节距Pe设定的选择反射波长短的波长的光的反射效率变高。因此，通过使中间衍射元件中的节距Pe大于入射衍射元件中的节距Pin，与中间衍射元件中的节距Pe与入射衍射元件中的节距Pin相同的情况相比，能够提高相对于入射衍射元件及射出衍射元件的选择反射波长的光的反射效率。由此，能够提高光的利用效率，能够抑制所显示的影像变暗。
关于中间衍射元件的节距Pe，只要根据入射衍射元件的节距Pin及射出衍射元件的节距Pout、即反射(衍射)的光的波长、中间衍射元件的衍射结构的一个周期Λe的长度、旋转角ρ等适当设定即可。
从反射相同波长的光的观点考虑，射出衍射元件的节距Pout优选与入射衍射元件的节距Pin基本相同，但是也可以不同。
中间衍射元件的节距Pe相对于入射衍射元件的节距Pin优选为1.03倍～1.5倍，更优选为1.05倍～1.4倍，进一步优选为1.1倍～1.3倍。
旋转角ρ的范围并无特别限制，但是从导光元件的尺寸等观点考虑，优选为20°～80°，更优选为30°～65°，进一步优选为40～50°。
关于入射衍射元件的衍射结构的一个周期Λin、中间衍射元件的衍射结构的一个周期Λe及射出衍射元件的衍射结构的一个周期Λout，只要根据入射光的波长、各衍射元件的位置关系等适当设定即可。
入射衍射元件的衍射结构的一个周期Λin、中间衍射元件的衍射结构的一个周期Λe及射出衍射元件的衍射结构的一个周期Λout优选为0.1μm～1μm，更优选为0.13μm～0.8μm，进一步优选为0.15μm～0.7μm。并且，从使光在导光板上全反射而传播的观点考虑，入射衍射元件的衍射结构的一个周期Λin、中间衍射元件的衍射结构的一个周期Λe及射出衍射元件的衍射结构的一个周期Λout进一步优选为入射光的波长λ以下。
并且，入射衍射元件的衍射结构的一个周期Λin、中间衍射元件的衍射结构的一个周期Λe及射出衍射元件的衍射结构的一个周期Λout优选满足Λe≤Λin及Λe≤Λout。
通过使各衍射元件的衍射结构的一个周期满足上述范围，能够使旋转角ρ更小，由此能够有效地扩大射出光瞳，能够减小导光元件尺寸。
其中，在上述导光元件中，入射衍射元件、中间衍射元件及射出衍射元件分别作为具有1层液晶层的衍射元件进行了说明，但是本发明并不限制于此。即，液晶层使用的各衍射元件可以具有2层以上的液晶层。即，各衍射元件可以设为具有多层上述液晶层的层叠体。
在将衍射元件设为具有多层液晶层的层叠体的情况下，多个液晶层能够设为用SEM观察的液晶层的截面上的明部与暗部的形成周期、即节距P不同的结构。即，衍射元件可以设为多个液晶层选择性地反射分别不同波长的光的结构。
例如，衍射元件可以具有选择性地反射红色光的液晶层和选择性地反射绿色光的液晶层这2层液晶层，也可以具有选择性地反射红色光的液晶层、选择性地反射绿色光的液晶层及选择性地反射蓝色光的液晶层这3层液晶层。
在将衍射元件设为具有多层液晶层的层叠体的情况下，优选设为各液晶层中的液晶取向图案的一个周期Λ不同的结构。并且，多个液晶层优选液晶层的截面上的明部与暗部的形成周期、即节距P不同，并且液晶取向图案中的面内方向的一个周期Λ不同，节距P的长度的顺序与一个周期Λ的长度的顺序一致。
例如，在入射衍射元件具有第1液晶层、第2液晶层及第3液晶层的情况下，在将第1液晶层的液晶取向图案中的一个周期设为Λ1、将第2液晶层的液晶取向图案中的一个周期设为Λ2、将第3液晶层的液晶取向图案中的一个周期设为Λ3，并将第1液晶层的节距设为P1、将第2液晶层的节距设为P2、将第3液晶层的节距设为P3时，优选满足Λ1＜Λ2＜Λ3，并且满足P1＜P2＜P3。对中间衍射元件及射出衍射元件也相同。
在衍射元件具有多个液晶层的情况下，通过使各液晶层的一个周期Λ和节距P具有上述关系，能够向相同的方向反射由各液晶层反射的光。
另外，在衍射元件具有多个液晶层的结构的情况下，例如通过设为各液晶层分别反射红色光、绿色光及蓝色光这3种颜色的光的结构，导光元件能够引导彩色图像。
并且，例如，衍射元件可以为具有选择反射中心波长不同的3层液晶层，并反射选自红色光、绿色光及蓝色光等可见光的1种颜色或2种颜色和红外线和/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，衍射元件可以具有2层或4层以上的选择反射中心波长不同的液晶层。并且，衍射元件可以为除了红色光、绿色光及蓝色光等可见光以外，还反射红外线和/或紫外线等除了可见光以外的光的结构，或者也可以为各液晶层反射红外线和/或紫外线等除了可见光以外的光的结构。
并且，在图像显示装置中，也能够利用组合2个以上的本发明的导光元件的结构。
作为一例，如图10中概念性所示，可以例示出具有导光元件14a及导光元件14b这2个导光元件的结构的图像显示装置10b。在该结构中，作为一例，一个导光元件14a具有导光板16a和设置于导光板16a上的入射衍射元件18a、中间衍射元件20a及射出衍射元件24a，另一个导光元件14b具有导光板16b和设置于导光板16b上的入射衍射元件18b、中间衍射元件20b及射出衍射元件24b。
例如，在图像显示装置10b中，设为导光元件14a的各衍射元件具有反射绿色光的液晶层且导光元件14b的各衍射元件具有反射蓝色光的液晶层和反射红色光的液晶层的结构。通过设为这种结构，图像显示装置10b能够分别引导红色光、绿色光及蓝色光。
在使用这2个导光元件的结构中，可以为反射选自红色光、绿色光及蓝色光的2种颜色的结构和反射选自红色光、绿色光及蓝色光的1种颜色或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。
或者，例如也可以具有红色图像用导光元件、绿色图像用导光元件及蓝色图像用导光元件这3个导光元件。即，图像显示装置可以设为针对每种颜色具有导光元件的结构。
在使用2个导光板的结构的情况下，图像显示装置具有第1导光板和第2导光板，并且具备具有设置于第1导光板上的第1液晶层和第3液晶层的第1导光元件及设置于第2导光板上的第2液晶层，在将第1液晶层的液晶取向图案中的一个周期设为Λ1、将第2液晶层的液晶取向图案中的一个周期设为Λ2、将第3液晶层的液晶取向图案中的一个周期设为Λ3时，优选满足Λ1＜Λ2＜Λ3。
在这种情况下，在将第1液晶层的节距设为P1、将第2液晶层的节距设为P2、将第3液晶层的节距设为P3时，优选满足P1＜P2＜P3。
例如，第1导光元件具有反射蓝色光的第1液晶层和反射红色光的第3液晶层，第2导光元件具有反射绿色光的第2液晶层，通过使各液晶层的液晶取向图案中的一个周期满足Λ1＜Λ2＜Λ3，能够向大致相同的方向反射蓝色光、绿色光及红色光。
并且，虽省略图示，但是入射衍射元件18、中间衍射元件20及射出衍射元件24通过贴合层贴合于导光板上。
在本发明中，只要为贴合成为贴合对象的物体彼此的层，则贴合层能够利用由公知的各种材料形成的层。作为贴合层，可以为贴合时具有流动性而之后成为固体的由粘结剂形成的层，也可以为贴合时为凝胶状(橡胶状)的柔软的固体而之后凝胶状的状态也没有变化的由粘合剂形成的层，还可以为由具有粘结剂和粘合剂这两个特征的材料形成的层。因此，贴合层只要使用光学透明粘结剂(OCA(Optical Clear Adhesive))、光学透明双面胶带及紫外线固化型树脂等在光学装置及光学元件等中用于贴合片状物的公知的层即可。
或者，可以层叠入射衍射元件18、中间衍射元件20及射出衍射元件24和导光板16并用框体或夹具等保持而不是由贴合层贴合来构成本发明的导光元件。
而且，可以在导光板16上直接形成入射衍射元件18、中间衍射元件20及射出衍射元件24。
以下，对各构成要件进行说明。
[显示元件]
显示元件12显示由使用人员U观察的图像(影像)，并将图像照射到入射衍射元件18上。因此，显示元件12配置成所照射的图像入射到入射衍射元件18上。在图1～图3所示的例中，显示元件12与入射衍射元件18对置而配置。
在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AR玻璃等中所使用的公知的显示元件(显示装置、投影仪)。作为显示元件12，作为一例，可以例示出具有显示器和投影透镜的显示元件。
在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AR玻璃等中所使用的公知的显示器。
作为显示器，作为一例，可以例示出液晶显示器(包括LCOS：Liquid Crystal OnSilicon，硅基液晶等)、有机电致发光显示器及使用了DLP(Digital Light Processing，数字光处理)、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems：微机电系统)反射镜的扫面方式显示器等。
另外，在各衍射元件具有不同的选择反射波长的多个液晶层的情况下，显示器可以使用利用由各液晶层反射的波长的光显示多色图像的显示器。
并且，如图10所示，在具有多个导光元件的情况下，也可以使用利用由各导光元件的各衍射元件所具有的液晶层反射的波长的光显示多色图像的显示器。
在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AR玻璃等中所使用的公知的投影透镜(准直透镜)。
其中，在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，但是优选为偏振光、尤其优选为圆偏振光。
在显示元件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，显示元件12例如优选具有由线性起偏器和λ/4板形成的圆偏振片。并且，在显示器照射直线偏振光的图像的情况下，显示元件12例如优选具有λ/4板。
另外，由显示元件12照射的光可以为其他偏振光(例如，直线偏振光等)。
[导光板]
在导光元件14中，导光板16为反射入射到内部的光并引导(传播)的公知的导光板。
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光单元等中所使用的公知的导光板。
[衍射元件]
入射衍射元件18、中间衍射元件20及射出衍射元件24除了液晶层的节距P及衍射结构的一个周期Λ、导光板上的配置位置等不同以外，具有基本相同的结构，因此在以下说明中，在不需要区分入射衍射元件18、中间衍射元件20及射出衍射元件24的情况下，也统称为衍射元件。
如上所述，衍射元件具有液晶层，所述液晶层使用包含液晶化合物的组合物而形成，并且具有源自液晶化合物的光学轴的朝向沿面内的至少一个方向连续旋转的同时发生变化的液晶取向图案，在用SEM观察的截面上，源自液晶相的明部及暗部相对于主表面倾斜。
对液晶层的结构如上所述。另外，在图5所示的例中，设为在液晶层34的X-Z面上，液晶化合物40使其光学轴40A相对于主表面(X-Y面)平行取向的结构，但是并不限定于此。例如，如图11所示，也可以为在液晶层34的X-Z面上，液晶化合物40使其光学轴40A相对于主表面(X-Y面)倾斜取向的结构。
并且，在图11所示的例中，在液晶层34的X-Z面上，液晶化合物40相对于主表面(X-Y面)的倾斜角度(倾斜角)在厚度方向(Z方向)上相同，但是并不限定于此。在液晶层34中，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12所示的例为如下结构：在液晶层的、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)，并且液晶化合物40的倾斜角随着从取向膜32侧的界面沿厚度方向分开而变大，之后使液晶化合物以规定的倾斜角取向直至另一个界面(空气界面)侧。
如此，在液晶层中，可以为在上下界面的其中一个界面上液晶化合物的光学轴具有预倾角的结构，也可以为在两个界面上具有预倾角的结构。并且，在两个界面上，预倾角也可以不同。
如此，通过使液晶化合物具有倾斜角(倾斜)，在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)所形成的平均角度(平均倾斜角)优选为5～80°，更优选为10～50°。另外，关于平均倾斜角，能够通过用偏振光显微镜观察液晶层34的X-Z面来测定。其中，在液晶层34的X-Z面上，液晶化合物40优选使其光学轴40A相对于主表面(X-Y面)向相同的方向倾斜取向。
另外，上述倾斜角为如下值：在用偏振光显微镜观察胆甾醇型液晶层截面时，在任意5处以上的位置上测定液晶化合物40的光学轴40A与主表面所形成的角度，并将其算术平均而获得的值。
垂直入射到衍射元件(液晶层)上的光在液晶层内沿倾斜方向施加弯曲力并倾斜行进。若光在液晶层内行进，则产生与原本设定成相对于垂直入射可以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。
在使液晶化合物倾斜的情况下，与不倾斜的情况相比，存在相对于光所衍射的方位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。
通过根据目标衍射的方位来设定倾斜角的方位，能够抑制与该方位中的原本的衍射条件的偏离，作为结果，认为在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，倾斜角优选根据液晶层的界面的处理来控制。在支撑体侧的界面上，通过对取向膜进行预倾斜处理，能够控制液晶化合物的倾斜角。例如，在形成取向膜时对取向膜从正面曝光紫外线之后从斜侧进行曝光，从而能够在形成于取向膜上的液晶层中的液晶化合物中产生预倾角。在这种情况下，相对于第2次的照射方向向可以观察到液晶化合物的单轴侧的方向进行预倾斜。但是，与第2次的照射方向垂直的方向的方位上的液晶化合物不进行预倾斜，因此在面内存在进行预倾斜的区域及不进行预倾斜的区域。这是因为，在使光向目标方位衍射时，在其方向上最有助于提高双折射，因此适合提高衍射效率。
而且，也能够向液晶层中或取向膜加入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。
其中，在用SEM观察的液晶层的截面上，源自胆甾醇型液晶相的明部及暗部相对于主表面倾斜。在液晶层中，优选在从法线方向及相对于法线倾斜的方向测定面内延迟Re时，在慢轴面内及快轴面内中的任一个中，面内延迟Re最小的方向从法线方向倾斜。具体而言，优选面内延迟Re最小的方向与法线所形成的测定角的绝对值为5°以上。换言之，优选液晶层的液晶化合物相对于主表面倾斜，并且倾斜方向与液晶层的明部及暗部大致一致。另外，法线方向为与主表面正交的方向。
通过使液晶层具有这种结构，与液晶化合物和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。
在液晶层的液晶化合物相对于主表面倾斜，并且倾斜方向与明部及暗部大致一致的结构中，对应于反射面的明部及暗部与液晶化合物的光学轴一致。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，能够更加提高反射光相对于入射光的光量。
在液晶层的快轴面或慢轴面上，液晶层的光学轴倾斜角的绝对值优选为5°以上，更优选为15°以上，进一步优选为20°以上。
通过将光学轴倾斜角的绝对值设为15°以上，更优选使液晶化合物的方向与明部及暗部一致，从能够提高衍射效率的观点而言较为优选。
在图5所示的例中，衍射元件设为具有支撑体30、取向膜32及液晶层34的结构，但是并不限定于此。例如，衍射元件可以设为贴合于导光板16上之后，剥离支撑体30而仅具有取向膜32及液晶层34的结构。或者，衍射元件例如可以设为贴合于导光板16上之后，剥离支撑体30及取向膜32而仅具有液晶层34的结构。
＜支撑体＞
支撑体30支撑取向膜32及液晶层34。
只要能够支撑取向膜32及液晶层34，则支撑体30能够利用各种片状物(膜、板状物)。
另外，支撑体30优选相对于相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，只要根据衍射元件的用途及支撑体30的形成材料等适当设定能够保持取向膜32及液晶层34的厚度即可。
支撑体30的厚度优选为1～2000μm，更优选为3～500μm，进一步优选为5～250μm。
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，可以例示出由玻璃、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、丙烯酸及聚烯烃等形成的支撑体30。作为多层时的支撑体30的例，可以例示出包括前述单层的支撑体中的任一个等作为基板，并且在该基板的表面上设置其他层的支撑体等。
＜取向膜＞
在衍射元件中，在支撑体30的表面上形成取向膜32。
取向膜32为在形成液晶层34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。
如上所述，在本发明中，液晶层34具有源自液晶化合物40的光学轴40A(参考图4)的朝向沿面内的一个方向连续旋转的同时发生变化的液晶取向图案。因此，取向膜32形成为液晶层34能够形成该液晶取向图案。
在以下说明中，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，可以例示出由聚合物等有机化合物形成的摩擦处理膜、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)膜累积而成的膜等。
基于摩擦处理的取向膜32能够通过用纸或布向规定方向摩擦多次聚合物层的表面而形成。
作为取向膜32中所使用的材料，优选为聚酰亚胺、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2005-97377号公报、日本特开2005-99228号公报及日本特开2005-128503号公报中所记载的取向膜32等的形成中所使用的材料。
取向膜32优选利用向光取向性的原材料照射偏振光或非偏振光而形成取向膜32的所谓的光取向膜。即，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。
关于偏振光的照射，能够从相对于光取向膜的垂直方向或倾斜方向进行，关于非偏振光的照射，能够从相对于光取向膜的倾斜方向进行。
作为能够用于本发明的取向膜中所使用的光取向材料，例如可以例示出日本特开2006-285197号公报、日本特开2007-76839号公报、日本特开2007-138138号公报、日本特开2007-94071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2014-12823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作为优选例。
其中，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，只要根据取向膜32的形成材料适当设定可以获得所需要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的形成材料对应的公知的方法。作为一例，可以例示出将取向膜32涂布于支撑体30的表面上并使其干燥之后，通过激光束曝光取向膜32而形成取向图案的方法。
在图13中概念性地示出对取向膜32进行曝光而形成取向图案的曝光装置的一例。
图13所示的曝光装置60具备：具备了激光器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上交叉并使其干涉，将其干涉光照射到取向膜32上来进行曝光。
通过此时的干涉，照射到取向膜32上的光的偏振状态以干涉条纹状周期性地发生变化。由此，可以获得具有取向状态周期性地发生变化的取向图案的取向膜(以下，也称为图案取向膜)。
在曝光装置60中，通过改变2个光线MA及MB的交叉角α，能够调节取向图案的周期。即，在曝光装置60中，通过调节交叉角α，在源自液晶化合物40的光学轴40A沿一个方向连续旋转的取向图案中，能够调节将光学轴40A所旋转的一个方向上的光学轴40A旋转180°的一个周期的长度。
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32上形成液晶层，能够形成具有源自前述液晶化合物40的光学轴40A沿一个方向连续旋转的液晶取向图案的液晶层34。
并且，能够通过将λ/4板72A及72B的光学轴分别旋转90°来使光学轴40A的旋转方向反转。
如上所述，图案取向膜具有取向图案，所述取向图案使液晶化合物取向，以成为形成于图案取向膜上的液晶层中的液晶化合物的光学轴的朝向沿面内的至少一个方向连续旋转的同时发生变化的液晶取向图案。若将图案取向膜沿使液晶化合物取向的朝向的轴设为取向轴，则可以说图案取向膜具有取向轴的朝向沿面内的至少一个方向连续旋转的同时发生变化的取向图案。图案取向膜的取向轴能够通过测定吸收各向异性性来检测。例如，在使直线偏振光旋转的同时照射到图案取向膜上并测定了透射图案取向膜的光的光量时，光量成为最大或最小的朝向沿面内的一个方向逐渐变化而被观察。
另外，在本发明中，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、用激光束等对支撑体30进行加工的方法等在支撑体30上形成取向图案，从而也能够设为液晶层具有源自液晶化合物40的光学轴40A的朝向沿面内的至少一个方向连续旋转的同时发生变化的液晶取向图案的结构。即，在本发明中，也可以使支撑体30作为取向膜而发挥作用。
《液晶层的形成方法》
液晶层能够将液晶化合物取向为规定的取向状态而成的液晶相固定成层状而形成。例如，在胆甾醇型液晶层的情况下，能够将胆甾醇型液晶相固定成层状而形成。
将液晶相固定而成的结构只要为保持成为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：在将聚合性液晶化合物设为规定的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、固化而形成不具有流动性的层，同时改变成不会因外场或外力而使取向形态发生变化的状态。
另外，在将液晶相固定而成的结构中，只要保持液晶相的光学性质即可，在液晶层中，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。
作为液晶层的形成中所使用的材料，作为一例，可以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，液晶层的形成中所使用的液晶组合物可以进一步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。
作为棒状聚合性液晶化合物的例，可以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。
关于聚合性液晶化合物，通过将聚合性基团导入到液晶化合物而获得。在聚合性基团的例中，包含不饱和聚合性基团、环氧基及吖丙啶基，优选为不饱和聚合性基团，更优选为烯键式不饱和聚合性基团。能够通过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95/22586号、国际公开第95/24455号、国际公开第97/00600号、国际公开第98/23580号、国际公开第98/52905号、日本特开平1-272551号公报、日本特开平6-16616号公报、日本特开平7-110469号公报、日本特开平11-80081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。而且，作为上述高分子液晶化合物，能够使用将呈现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。
表面活性剂优选为能够作为取向控制剂发挥作用的化合物，所述取向控制剂有助于稳定或快速地取向胆甾醇型液晶相。作为表面活性剂，例如可以举出硅氧烷系表面活性剂及氟系表面活性剂，可以优选例示出氟系表面活性剂。
作为表面活性剂的具体例，可以举出日本特开2014-119605号公报的[0082]～[0090]段中所记载的化合物、日本特开2012-203237号公报的[0031]～[0034]段中所记载的化合物、日本特开2005-99248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]～[0078]段及[0082]～[0085]段中所例示的化合物以及日本特开2007-272185号公报的[0018]～[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，优选为日本特开2014-119605号公报的[0082]～[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转方向或螺旋节距不同，因此手性试剂只要根据目的选择即可。
作为手性试剂，并无特别限制，能够使用公知的化合物(例如，记载于液晶器件手册、第3章4-3项、TN(twisted nematic，扭曲向列)、STN(Super Twisted Nematic，超扭曲向列)用手性试剂、199页、日本学术振兴会第142委员会编、1989中)、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。在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。在手性试剂和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而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。
在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而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，优选为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2002-80478号公报、日本特开2002-80851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--
在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通过紫外线照射而能够引发聚合反应的光聚合引发剂。
在光聚合引发剂的例中，可以举出α-羰基化合物(记载于美国专利第2367661号、美国专利第2367670号的各说明书中)、偶姻醚(记载于美国专利第2448828号说明书中)、α-烃取代芳香族偶姻化合物(记载于美国专利第2722512号说明书中)、多核醌化合物(记载于美国专利第3046127号、美国专利第2951758号的各说明书中)、三芳基咪唑二聚物和对氨基苯基酮的组合(记载于美国专利第3549367号说明书中)、吖啶及吩嗪化合物(记载于日本特开昭60-105667号公报、美国专利第4239850号说明书中)以及噁二唑化合物(记载于美国专利第4212970号说明书中)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且提高耐久性，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，例如可以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，则容易获得提高交联密度的效果，从而更加提高液晶相的稳定性。
--其他添加剂--
在液晶组合物中，根据需要在不降低光学性能等的范围内能够进一步添加聚合抑制剂、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。
在形成液晶层时，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，但是优选为有机溶剂。
有机溶剂并无限制，能够根据目的适当选择，例如可以举出酮类、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。在这些之中，在考虑对环境的负担的情况下，优选为酮类。
在形成液晶层时，优选将液晶组合物涂布于液晶层的形成面上，将液晶化合物取向为所期望的液晶相的状态之后，将液晶化合物固化而形成液晶层。
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上，将液晶化合物取向为胆甾醇型液晶相的状态之后，将液晶化合物固化而形成将胆甾醇型液晶相固定而成的液晶层。
关于液晶组合物的涂布，能够利用所有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均匀地涂布于片状物上的公知的方法。
所涂布的液晶组合物根据需要进行干燥和/或加热，之后使其固化而形成液晶层。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一步进行聚合。聚合可以为热聚合及基于光照射的光聚合中的任一个，但是优选为光聚合。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在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。
液晶层的厚度并无限制，只要根据衍射元件的用途、液晶层中所要求的光的反射率及液晶层的形成材料等适当设定可以获得所需要的光的反射率的厚度即可。
在上述说明中，将液晶层设为液晶化合物被胆甾醇型取向的胆甾醇型液晶层，但是并不限定于此。例如，液晶层可以为液晶化合物没有沿厚度方向以螺旋状胆甾醇型取向并具有液晶化合物以小于360°的扭转角扭转而旋转的区域的结构。
以上，对本发明的导光元件及图像显示装置进行了详细说明，但是本发明并不限定于上述例，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更具体的说明。以下实施例所示的材料、试剂、使用量、物质量、比例、处理内容及处理步骤等，只要不脱离本发明的主旨，则能够适当变更。因此，本发明的范围不应被以下所示的具体例做限定性解释。
[实施例1]
＜入射衍射元件A1的制作＞
(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13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。
在曝光装置中，使用射出波长(325nm)的激光束的装置作为激光器。将基于干涉光的曝光量设为1000mJ/cm2。另外，关于通过2个激光束的干涉而形成的取向图案的一个周期(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。
(液晶层的形成)
作为形成入射衍射元件A1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]
在取向膜P-1上涂布上述组合物A-1，将涂膜在热板上加热至80℃，之后在80℃下且在氮气环境下使用高压汞灯以300mJ/cm2的照射量向涂膜照射波长365nm的紫外线，以使液晶化合物的取向固定化，从而形成了入射衍射元件A1的液晶层。
用扫描型电子显微镜(SEM(Scanning Electron Microscope))确认了涂布层的截面的结果，相对于主表面的法线方向(厚度方向)的节距数为8节距。并且，相对于主表面的明部及暗部所倾斜的面的节距Pin为0.31μm。在此所述的明部及暗部为用SEM观察胆甾醇型液晶层的截面时可以观察到的源自胆甾醇型液晶相的明部及暗部。
用偏振光显微镜确认了入射衍射元件A1的液晶层成为如图4所示的周期性取向表面的情况。另外，用SEM确认了涂布层的截面的结果，在入射衍射元件A1的液晶层的液晶取向图案中，液晶化合物的光学轴旋转180°的一个周期Λin为0.32μm。
(中间衍射元件A1的制作)
在取向膜的曝光中，将形成液晶层的组合物中的手性试剂的量变更为4.87质量份，并调整了膜厚，除此以外，以与入射衍射元件A1相同的方式制作了中间衍射元件A1。
中间衍射元件A1的液晶层的厚度方向的节距数为2节距，液晶层的节距Pe为0.39μm。并且，在液晶取向图案中，液晶化合物的光学轴旋转180°的一个周期Λe为0.32μm。
(射出衍射元件A1的制作)
射出衍射元件A1调整了膜厚，除此以外，以与入射衍射元件A1相同的方式进行了制作。
(导光元件A1的制作)
作为导光板，使用了大小55mm×60mm、厚度1mm、材质：玻璃的导光板。
入射衍射元件A1切割成直径6mm的大小来使用。中间衍射元件A1切割成15mm(最大)×30mm的大小来使用。射出衍射元件A1切割成25mm×30mm的大小来使用。
另外，在切割各衍射元件时，调节切割的方向和衍射结构的周期方向以在将各衍射元件配置于导光板上时使衍射结构的周期方向成为规定的方向并进行切割。
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。
各衍射元件的配置设为如图9所示的配置。中间衍射元件A1和入射衍射元件A1在左右方向上分开1mm而配置。并且，射出衍射元件A1和中间衍射元件A1在上下方向上分开6mm而配置。
通过以上，制作了导光元件A1。在该导光元件A1中，入射衍射元件A1的衍射结构的周期方向(排列轴Din的方向)与射出衍射元件A1的衍射结构的周期方向(排列轴Dout的方向)所形成的角度为120°。即，相对于中间衍射元件A1的排列轴De的垂线与入射衍射元件A1的排列轴Din所形成的旋转角ρ及相对于中间衍射元件A1的排列轴De的垂线与射出衍射元件A1的排列轴Dout所形成的旋转角ρ为60°。
[比较例1]
以与入射衍射元件A1相同的方式制作了中间衍射元件B1，除此以外，以与实施例1相同的方式制作了导光元件B1。
即，中间衍射元件B1的液晶层的节距Pe为0.31μm。并且，在液晶取向图案中，液晶化合物的光学轴旋转180°的一个周期Λe为0.32μm。
[实施例2]
(入射衍射元件A2的制作)
在取向膜的曝光中，将改变2个光的交叉角(交叉角α)而形成于取向膜上的取向图案的一个周期设为不同，将形成液晶层的组合物中的手性试剂的量变更为5.27质量份，并调整了膜厚，除此以外，以与实施例1的入射衍射元件A1相同的方式制作了入射衍射元件A2。
入射衍射元件A2的液晶层的厚度方向的节距数为8节距，在液晶取向图案中，液晶化合物的光学轴旋转180°的一个周期Λin为0.39μm。液晶层的节距Pin为0.36μm。
(中间衍射元件A2的制作)
在取向膜的曝光中，将改变2个光的交叉角(交叉角α)而形成于取向膜上的取向图案的一个周期设为不同，将形成液晶层的组合物中的手性试剂的量变更为4.22质量份，并调整了膜厚，除此以外，以与入射衍射元件A2相同的方式制作了中间衍射元件A2。
液晶层的厚度方向的节距数为2节距，在液晶取向图案中，液晶化合物的光学轴旋转180°的一个周期Λe为0.39μm。液晶层的节距Pe为0.45μm。
(射出衍射元件A2的制作)
射出衍射元件A2调整了膜厚，除此以外，以与入射衍射元件A2相同的方式进行了制作。
(导光元件A2的制作)
使用入射衍射元件A2来代替入射衍射元件A1，使用中间衍射元件A2来代替中间衍射元件A1，使用射出衍射元件A2来代替射出衍射元件A1，除此以外，以与实施例1相同的方式制作了导光元件A2。
[比较例2]
以与入射衍射元件A2相同的方式制作了中间衍射元件B2，除此以外，以与实施例2相同的方式制作了导光元件B2。
即，中间衍射元件B2的液晶层的节距Pe为0.36μm。并且，在液晶取向图案中，液晶化合物的光学轴旋转180°的一个周期Λe为0.39μm。
[实施例3]
(入射衍射元件A3的制作)
在取向膜的曝光中，将改变2个光的交叉角(交叉角α)而形成于取向膜上的取向图案的一个周期设为不同，将形成液晶层的组合物中的手性试剂的量变更为4.42质量份，并调整了膜厚，除此以外，以与实施例1的入射衍射元件A1相同的方式制作了入射衍射元件A3。
入射衍射元件A3的液晶层的厚度方向的节距数为8节距，在液晶取向图案中，液晶化合物的光学轴旋转180°的一个周期Λin为0.45μm。液晶层的节距Pin为0.43μm。
(中间衍射元件A3的制作)
在取向膜的曝光中，将改变2个光的交叉角(交叉角α)而形成于取向膜上的取向图案的一个周期设为不同，将形成液晶层的组合物中的手性试剂的量变更为3.44质量份，并调整了膜厚，除此以外，以与入射衍射元件A3相同的方式制作了中间衍射元件A3。
液晶层的厚度方向的节距数为2节距，在液晶取向图案中，液晶化合物的光学轴旋转180°的一个周期Λe为0.45μm。液晶层的节距Pe为0.54μm。
(射出衍射元件A3的制作)
射出衍射元件A3调整了膜厚，除此以外，以与入射衍射元件A3相同的方式进行了制作。
(导光元件A3的制作)
使用入射衍射元件A3来代替入射衍射元件A1，使用中间衍射元件A3来代替中间衍射元件A1，使用射出衍射元件A3来代替射出衍射元件A1，除此以外，以与实施例1相同的方式制作了导光元件A3。
[比较例3]
以与入射衍射元件A3相同的方式制作了中间衍射元件B3，除此以外，以与实施例3相同的方式制作了导光元件B3。
即，中间衍射元件B3的液晶层的节距Pe为0.43μm。并且，在液晶取向图案中，液晶化合物的光学轴旋转180°的一个周期Λe为0.45μm。
[实施例4]
(中间衍射元件A4的制作)
在取向膜的曝光中，将改变2个光的交叉角(交叉角α)而形成于取向膜上的取向图案的一个周期设为不同，将形成液晶层的组合物中的手性试剂的量变更为5.57质量份，并调整了膜厚，除此以外，以与入射衍射元件A1相同的方式制作了中间衍射元件A4。
液晶层的厚度方向的节距数为2节距，在液晶取向图案中，液晶化合物的光学轴旋转180°的一个周期Λe为0.23μm。液晶层的节距Pe为0.34μm。
(导光元件A4的制作)
使用中间衍射元件A4来代替中间衍射元件A1，并变更了衍射元件的配置，除此以外，以与实施例1相同的方式制作了导光元件A4。
衍射元件的配置设为如图8所示的配置。即，以使旋转角ρ成为45°的方式配置了入射衍射元件、中间衍射元件及射出衍射元件。
[比较例4]
使用以下中间衍射元件B4来代替中间衍射元件A4，除此以外，以与实施例4相同的方式制作了导光元件B4。
(中间衍射元件B4的制作)
在取向膜的曝光中，将改变2个光的交叉角(交叉角α)而形成于取向膜上的取向图案的一个周期设为不同，将形成液晶层的组合物中的手性试剂的量变更为6.10质量份，并调整了膜厚，除此以外，以与中间衍射元件A4相同的方式制作了中间衍射元件B4。
液晶层的厚度方向的节距数为2节距，在液晶取向图案中，液晶化合物的光学轴旋转180°的一个周期Λe为0.23μm。液晶层的节距Pe为0.31μm。
[实施例5]
(中间衍射元件A5的制作)
在取向膜的曝光中，将改变2个光的交叉角(交叉角α)而形成于取向膜上的取向图案的一个周期设为不同，将形成液晶层的组合物中的手性试剂的量变更为4.64质量份，并调整了膜厚，除此以外，以与入射衍射元件A1相同的方式制作了中间衍射元件A5。另外，没有形成第2层液晶层。
液晶层的厚度方向的节距数为2节距，在液晶取向图案中，液晶化合物的光学轴旋转180°的一个周期Λe为0.28μm。液晶层的节距Pe为0.41μm。
(导光元件A5的制作)
使用中间衍射元件A5来代替中间衍射元件A1，并变更了衍射元件的配置，除此以外，以与实施例1相同的方式制作了导光元件A5。
衍射元件的配置设为如图8所示的配置。即，以使旋转角ρ成为45°的方式配置了入射衍射元件、中间衍射元件及射出衍射元件。
[比较例5]
使用以下中间衍射元件B5来代替中间衍射元件A5，除此以外，以与实施例5相同的方式制作了导光元件B5。
(中间衍射元件B5的制作)
在取向膜的曝光中，将改变2个光的交叉角(交叉角α)而形成于取向膜上的取向图案的一个周期设为不同，将形成液晶层的组合物中的手性试剂的量变更为5.27质量份，并调整了膜厚，除此以外，以与中间衍射元件A5相同的方式制作了中间衍射元件B5。
液晶层的厚度方向的节距数为2节距，在液晶取向图案中，液晶化合物的光学轴旋转180°的一个周期Λe为0.28μm。液晶层的节距Pe为0.36μm。
[实施例6]
(中间衍射元件A6的制作)
在取向膜的曝光中，将改变2个光的交叉角(交叉角α)而形成于取向膜上的取向图案的一个周期设为不同，将形成液晶层的组合物中的手性试剂的量变更为3.94质量份，并调整了膜厚，除此以外，以与入射衍射元件A1相同的方式制作了中间衍射元件A6。
液晶层的厚度方向的节距数为2节距，在液晶取向图案中，液晶化合物的光学轴旋转180°的一个周期Λe为0.32μm。液晶层的节距Pe为0.48μm。
(导光元件A6的制作)
使用中间衍射元件A6来代替中间衍射元件A1，并变更了衍射元件的配置，除此以外，以与实施例1相同的方式制作了导光元件A6。
衍射元件的配置设为如图8所示的配置。即，以使旋转角ρ成为45°的方式配置了入射衍射元件、中间衍射元件及射出衍射元件。
[比较例6]
使用以下中间衍射元件B6来代替中间衍射元件A6，除此以外，以与实施例6相同的方式制作了导光元件B6。
(中间衍射元件B6的制作)
在取向膜的曝光中，将改变2个光的交叉角(交叉角α)而形成于取向膜上的取向图案的一个周期设为不同，将形成液晶层的组合物中的手性试剂的量变更为4.42质量份，并调整了膜厚，除此以外，以与中间衍射元件A6相同的方式制作了中间衍射元件B6。
液晶层的厚度方向的节距数为2节距，在液晶取向图案中，液晶化合物的光学轴旋转180°的一个周期Λe为0.32μm。液晶层的节距Pe为0.43μm。
[评价]
通过以下方法对所制作的各导光元件的所显示的影像的亮度进行了评价。另外，使用波长450nm的光对实施例1、实施例4及比较例1、比较例4进行了评价。使用波长532nm的光对实施例2、实施例5及比较例2、比较例5进行了评价。使用波长635nm的光对实施例3、实施例6及比较例3、比较例6进行了评价。使用彩色图像对实施例7进行了评价。
将各实施例及比较例的结构示于下述表中。
[表1]
评价的结果，可知本发明的导光元件的实施例1～实施例6分别与相对应的比较例相比，所显示的图像明亮。
[实施例7]
将实施例1中所制作的导光元件A1、实施例2中所制作的导光元件A2及实施例3中所制作的导光元件A3以使各自的入射衍射元件及射出衍射元件在面方向上重叠的方式层叠，并以朝向入射衍射元件照射图像的方式配置显示元件，从而制作了图像显示装置。
[比较例7]
将比较例1中所制作的导光元件B1、比较例2中所制作的导光元件B2及比较例3中所制作的导光元件B3以使各自的入射衍射元件及射出衍射元件在面方向上重叠的方式层叠，并以朝向入射衍射元件照射图像的方式配置显示元件，从而制作了图像显示装置。
[评价]
通过与上述相同的方法对所制作的图像显示装置的所显示的影像的亮度进行了评价。另外，使用波长450nm、波长532nm、波长635nm的光进行了评价。其结果，可知与比较例7相比，实施例7在波长450nm、波长532nm、波长635nm中的任一波长下所显示的图像均明亮。
[实施例8]
将实施例5中所制作的导光元件A1、实施例4及实施例6中所制作的衍射元件层叠而成的导光元件A2以使各自的入射衍射元件及射出衍射元件在面方向上重叠的方式层叠，并以朝向入射衍射元件照射图像的方式配置显示元件，从而制作了图像显示装置。另外，在导光元件A2上，按导光板、实施例4中所制作的衍射元件、实施例6中所制作的衍射元件的顺序配置元件，从而制作了导光元件A2。并且，从入射光的一侧按导光板A1、导光板A2的顺序进行了配置。
[比较例8]
将比较例5中所制作的导光元件B1、比较例4及比较例6中所制作的衍射元件层叠而成的导光元件B2以使各自的入射衍射元件及射出衍射元件在面方向上重叠的方式层叠，并以朝向入射衍射元件照射图像的方式配置显示元件，从而制作了图像显示装置。另外，在导光元件B2上，按导光板、比较例4中所制作的衍射元件、比较例6中所制作的衍射元件的顺序配置元件，从而制作了导光元件B2。并且，从入射光的一侧按导光板B1、导光板B2的顺序进行了配置。
[评价]
通过与上述相同的方法对所制作的图像显示装置的所显示的影像的亮度进行了评价。另外，使用波长450nm、波长532nm、波长635nm的光进行了评价。其结果，可知与比较例8相比，实施例8在波长450nm、波长532nm、波长635nm中的任一波长下所显示的图像均明亮。
根据以上结果，可以明确本发明的效果。
产业上的可利用性
能够优选用于AR玻璃等利用引导的各种光学装置。
符号说明
10、10b-图像显示装置，12-显示元件，14、14a、14b-导光元件，16-导光板，18、18a、18b-入射衍射元件，20、20a、20b-中间衍射元件，24、24a、24b-射出衍射元件，30-支撑体，32-取向膜，34-液晶层，40-液晶化合物，40A-光学轴，42-明部，44-暗部，60-曝光装置，62-激光器，64-光源，65-λ/2板，68-偏振光束分离器，70A、70B-反射镜，72A、72B-λ/4板，RR-红色的右旋圆偏振光，M-激光束，MA、MB-光线，PO-直线偏振光，PR-右旋圆偏振光，PL-左旋圆偏振光，α-交叉角，Q-绝对相位，E、E1、E2-等相位面，U-使用人员，D、Din、De、Dout-排列轴，Λ、Λin、Λe、Λout-一个周期，P、Pin、Pe、Pout-节距，ρ-旋转角。
Claims (7)
1.一种导光元件，其具有：
导光板；及
设置于所述导光板上的入射衍射元件、中间衍射元件及射出衍射元件，
所述入射衍射元件、所述中间衍射元件及所述射出衍射元件具有液晶层，所述液晶层使用包含液晶化合物的组合物而形成，并且具有源自所述液晶化合物的光学轴的朝向沿面内的至少一个方向连续旋转的同时发生变化的液晶取向图案，
在用扫描型电子显微镜观察的所述液晶层的截面上，源自液晶相的明部及暗部相对于所述液晶层的主表面倾斜，
在将从所述明部到明部或从所述暗部到暗部的、所述明部或所述暗部所形成的线在法线方向上的间隔设为1/2节距时，
若将所述入射衍射元件中的所述节距设为Pin且将所述中间衍射元件中的所述节距设为Pe，则满足
Pin＜Pe。
2.根据权利要求1所述的导光元件，其中，
若将所述射出衍射元件中的所述节距设为Pout，则满足
Pout＜Pe。
3.根据权利要求1或2所述的导光元件，其中，
在将在所述液晶取向图案中源自所述液晶化合物的光学轴的朝向沿面内方向旋转180°的长度设为衍射结构的一个周期时，
若将所述入射衍射元件的衍射结构的一个周期设为Λin、将所述中间衍射元件的衍射结构的一个周期设为Λe、将所述射出衍射元件的衍射结构的一个周期设为Λout，则满足
Λe≤Λin
Λe≤Λout。
4.根据权利要求1或2所述的导光元件，其中，
所述液晶层为将胆甾醇型液晶相固定而成的胆甾醇型液晶层。
5.根据权利要求1或2所述的导光元件，其中，
在所述液晶层中，在从所述液晶层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，在慢轴面内及快轴面内中的任一个中，面内延迟最小的方向从所述法线方向倾斜。
6.根据权利要求1或2所述的导光元件，其中，
所述入射衍射元件、所述中间衍射元件及所述射出衍射元件的衍射结构的周期为0.1μm以上且1μm以下。
7.一种图像显示装置，其具有：
权利要求1至6中任一项所述的导光元件；及
显示元件，向所述导光元件的所述入射衍射元件照射图像。
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