CN116261682A - 光学元件 - Google Patents
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Abstract
本发明的课题在于提供一种能够在AR眼镜等中显示没有模糊的清晰的图像的光学元件。光学元件具有基板和设置于基板上且将液晶化合物取向而成的液晶层层叠多个而获得的层叠体，液晶层具有源自液晶化合物的光学轴的朝向一边沿面内的至少一个方向连续旋转一边发生变化的液晶取向图案，在液晶层中的至少1层中，对在用扫描电子显微镜观察10个截面时所获得的最大膜厚与最小膜厚之差进行算术平均而获得的值为0.1μm以下。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用于AR眼镜等的光学元件。
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图像及各种信息等的AR(Augmented Reality(增强现实))眼镜被实用化。AR眼镜还称为智能眼镜、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)显示的图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图像。
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)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传播。在导光板内传播的光在导光板的另一个端部同样地被衍射元件衍射而从导光板射出，并照射(投影)到由使用人员观察的位置上。
作为能够利用于AR眼镜中的使光入射到导光板并使光从导光板射出的衍射元件的一例，可以例示出专利文献1中所记载的使用将胆甾醇型液晶相固定而成的胆甾醇型液晶层的反射结构体。
该反射结构体具备分别沿规定方向延伸的多个螺旋状结构体。并且，该反射结构体具有与规定方向交叉且光入射的第1入射面和与该规定方向交叉且反射从第1入射面入射的光的反射面，第1入射面包含多个螺旋状结构体中的每一个的两个端部中的其中一个端部。并且，多个螺旋状结构体中的每一个包含沿规定方向连接的多个结构单元，该多个结构单元包含以螺旋状回转并堆叠的多个要件。并且，多个结构单元的每一个具有第1端部和第2端部，沿规定方向彼此相邻的结构单元中的其中一个结构单元的第2端部构成另一个结构单元的第1端部，并且位于多个螺旋状结构体中所包含的多个第1端部的要件的取向方向一致。而且，反射面包含多个螺旋状结构体中的每一个中所包含的至少1个第1端部，并且与第1入射面不平行。
总而言之，在专利文献1中所记载的胆甾醇型液晶层(反射结构体)具有源自液晶化合物的光学轴的朝向一边沿面内的至少一个方向连续旋转一边发生变化的液晶取向图案。在专利文献1中所记载的胆甾醇型液晶层由于具有这种液晶取向图案，因此具有与第1入射面不平行的反射面。
通常的胆甾醇型液晶层镜面反射所入射的光。
相对于此，在专利文献1中所记载的胆甾醇型液晶层不是镜面反射，而是衍射所入射的光以使其相对于镜面反射在规定方向上具有角度而反射。例如，根据在专利文献1中所记载的胆甾醇型液晶层，不是将从法线方向入射的光向法线方向反射，而是衍射光以使其相对于法线方向倾斜而反射。
因此，通过将该胆甾醇型液晶层用作向导光板的入射用的衍射元件，能够使由显示器显示的图像衍射并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。
并且，通过将胆甾醇型液晶层用作从导光板的射出用的衍射元件，能够使通过导光板传播的光衍射并从导光板射出。
以往技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2016/194961号
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 Architect ure Choices,SID2017DIGEST,pp.127-131
发明内容
发明要解决的技术课题
如上所述，根据在专利文献1中所记载的使用胆甾醇型液晶层的反射结构体，能够通过胆甾醇型液晶层衍射所入射的圆偏振光以使圆偏振光相对于入射方向倾斜而反射。
众所周知，胆甾醇型液晶层根据液晶化合物的螺旋结构的螺旋节距选择性地反射规定的波长区域的光。因此，例如通过与红色光、绿色光及蓝色光对应地层叠使用选择性地反射各色的光的胆甾醇型液晶层，也能够对应于显示全色图像的AR眼镜。
其中，根据本发明人等的研究，在使用液晶层的衍射元件中，在层叠了多个液晶层的情况下，有时在液晶层的面内方向上衍射角度产生偏差。
在将在面内方向上衍射角度具有偏差的衍射元件用于AR眼镜中的情况下，在显示图像上产生模糊。
本发明的目的在于解决这种现有技术的问题点，并且在于提供一种光学元件，其在基板上层叠了多层液晶层，并且抑制面内方向上的液晶层的衍射角度的偏差，从而例如能够在利用于AR眼镜等时不产生图像模糊而显示清晰的图像。
用于解决技术课题的手段
为了解决该课题，本发明的光学元件的制造方法具有以下结构。
[1]一种光学元件，其具有基板和设置于基板上且将液晶化合物取向而成的液晶层层叠多个而获得的层叠体，
构成层叠体的液晶层具有源自液晶化合物的光学轴的朝向一边沿面内的至少一个方向连续旋转一边发生变化的液晶取向图案，
构成层叠体的液晶层中的至少1层满足以下所示的膜厚分布要件。
膜厚分布要件为如下：
通过在液晶层的面内方向上连续地移动观察位置来进行用扫描电子显微镜以10000倍观察液晶层的厚度方向上的截面的操作，从而获取20张液晶层的面内方向上的200μm的范围内的图像，并在液晶层的任意10个截面上进行获取液晶层的面内方向上的200μm的范围内的最大膜厚与最小膜厚之差的操作，对所获取的10个截面上的最大膜厚与最小膜厚之差进行算术平均而获得的值为0.1μm以下。
[2]根据[1]所述的光学元件，其中，构成层叠体的液晶层中位于层叠方向上的端部的液晶层满足膜厚分布要件。
[3]根据[2]所述的光学元件，其中，构成层叠体的液晶层中最靠基板侧的液晶层满足膜厚分布要件。
[4]根据[1]至[3]中任一项所述的光学元件，其中，构成层叠体的液晶层中除了距基板最远的液晶层以外的液晶层满足膜厚分布要件。
[5]根据[1]至[4]中任一项所述的光学元件，其中，构成层叠体的所有液晶层满足膜厚分布要件。
[6]根据[1]至[5]中任一项所述的光学元件，其中，构成层叠体的液晶层为将胆甾醇型液晶相固定而成的胆甾醇型液晶层。
[7]根据[1]至[6]中任一项所述的光学元件，其中，基板为导光板，并具有使光入射到导光板的入射部及使光从导光板射出的射出部，
入射部及射出部中的至少一个使用层叠体构成。
[8]根据[7]所述的光学元件，其中，入射部使用层叠体构成。
[9]根据[8]所述的光学元件，其中，射出部使用层叠体构成。
发明效果
根据本发明，能够提供一种例如能够在AR眼镜等中显示没有图像模糊的清晰的图像的光学元件。
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是用于说明胆甾醇型液晶层的概念图。
图3是概念性地示出图2所示的胆甾醇型液晶层的俯视图。
图4是概念性地示出图3所示的胆甾醇型液晶层的截面SEM图像的图。
图5是用于说明图3所示的胆甾醇型液晶层的作用的概念图。
图6是概念性地示出胆甾醇型液晶层的其他例的图。
图7是概念性地示出胆甾醇型液晶层的另一例的图。
图8是对光取向膜进行曝光的曝光装置的一例的概念图。
图9是用于说明层叠体的作用的概念图。
图10是用于说明膜厚分布要件的概念图。
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，“相同”包含技术领域中通常允许的误差范围。并且，在本说明书中，在称为“全部”、“均”及“整体”等的情况下，除了100％的情况以外，还包含技术领域中通常允许的误差范围，例如包含99％以上、95％以上或90％以上的情况。
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。不可见光为小于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，红外线(红外光)为超过780nm且1mm以下的波长区域的光，其中，近红外区域为超过780nm且2000nm以下的波长区域的光。
而且，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。
在图1中概念性地示出本发明的光学元件的一例。
如图1所示，光学元件10具有导光板12、入射部14及射出部16。入射部14设置于导光板12的一个主表面的其中一个端部附近，射出部16设置于导光板12的同一个主表面的另一个端部附近。主表面为片状物(板状物、膜、层)的最大面。
作为一例，图示例的光学元件10用于上述AR眼镜等，并对应于由红色图像R、绿色图像G及蓝色图像B构成的全色图像的显示。
作为一例，使用光学元件10的AR眼镜将由未图示的显示器(光学引擎)显示的由红色图像R、绿色图像G及蓝色图像B构成的图像(影像)透过导光板12而入射到入射部14。入射部14通过衍射并反射所入射的光(图像)，以能够全反射的角度入射到导光板12。
在导光板12内重复进行全反射而传播(导光)的光入射到射出部16。射出部16通过衍射并反射所入射的光，使红色图像R、绿色图像G及蓝色图像B从导光板12射出，从而在使用人员U实际观察到的场景中叠加显示虚拟的图像。
入射部14具有R入射液晶层14R、G入射液晶层14G及B入射液晶层14B。
作为优选方式，R入射液晶层14R、G入射液晶层14G及B入射液晶层14B均为由具有规定的液晶取向图案的胆甾醇型液晶层构成的反射型液晶衍射元件。R入射液晶层14R选择性地衍射并反射红色(R)光，G入射液晶层14G选择性地衍射并反射绿色(G)光，B入射液晶层14B选择性地衍射并反射蓝色(B)光。
另一方面，射出部16具有R射出液晶层16R、G射出液晶层16G及B射出液晶层16B。
作为优选方式，R射出液晶层16R、G射出液晶层16G及B射出液晶层16B均为由具有规定的液晶取向图案的胆甾醇型液晶层构成的反射型液晶衍射元件。R射出液晶层16R选择性地衍射并反射红色光，G射出液晶层16G选择性地衍射并反射绿色光，B射出液晶层16B选择性地衍射并反射蓝色光。
众所周知，胆甾醇型液晶层选择性地反射规定的波长区域的右旋或左旋的圆偏振光，除此以外的光透过。因此，使用人员U能够经由导光板12及射出部16观察射出部16的对面侧的背景。
导光板12为本发明中的基板。并且，入射部14及射出部16均为设置于基板上且本发明的光学元件中的多个液晶层层叠而获得的层叠体。
因此，在入射部14中，R射出液晶层16R、G射出液晶层16G及B射出液晶层16B中的至少一层满足规定的膜厚分布要件。并且，在射出部16中，R射出液晶层16R、G射出液晶层16G及B射出液晶层16B中的至少一层满足后述规定的膜厚分布要件。
另外，在本发明的光学元件中，入射部14及射出部16并不限于该结构。即，入射部14及射出部16只要具有多层胆甾醇型液晶层，则可以具有2层胆甾醇型液晶层，也可以具有4层以上的胆甾醇型液晶层。
因此，本发明的光学元件并不限于如图示例那样对应于3种颜色的全色图像，例如可以对应于红色和蓝色、红色和绿色等2种颜色的彩色图像，也可以对应于具有4种颜色以上的颜色的彩色图像，也可以对应于红外线等不可见光。
并且，入射部14及射出部16所具有的胆甾醇型液晶层也并不限于选择性地反射红色光的胆甾醇型液晶层、选择性地反射绿色光的液晶层及选择性地射出蓝色光的液晶层。
入射部14及射出部16所具有的胆甾醇型液晶层例如可以为选择性地反射红色光及绿色光的胆甾醇型液晶层、选择性地反射绿色光及蓝色光的胆甾醇型液晶层、选择性地反射红外线的胆甾醇型液晶层及选择性地反射紫外线的胆甾醇型液晶层等。
即，在本发明的光学元件中，入射部14及射出部16、即多个液晶层层叠而获得的层叠体具有2层以上的液晶层，并且只要至少1层满足上述膜厚分布要件，则能够利用各种层结构。
但是，无论为何种层结构，入射部14及射出部16基本上均具有选择性地反射相同颜色(波长区域)的光的液晶层。
以下，对构成本发明的光学元件10的各构成要件进行说明。
[导光板]
导光板12为反射入射到内部的光而传播(引导)的公知的导光板。
导光板12并无限制，能够利用各种AR眼镜及液晶显示器的背光单元等中所使用的公知的导光板。
[入射部及射出部]
入射部14具有R入射液晶层14R、G入射液晶层14G及B入射液晶层14B。
如上所述，作为优选方式，各入射液晶层为将胆甾醇型液晶相固定而成且具有规定的液晶取向图案的胆甾醇型液晶层，并且为选择性地反射右旋圆偏振光或左旋圆偏振光的反射型液晶衍射元件。
另外，由R入射液晶层14R、G入射液晶层14G及B入射液晶层14B选择性地反射的圆偏振光的回转方向即胆甾醇型液晶相中的液晶化合物的螺旋的扭转方向可以相同，也可以不同。
另一方面，射出部16具有R射出液晶层16R、G射出液晶层16G及B射出液晶层16B。
如上所述，作为优选方式，各射出液晶层为将胆甾醇型液晶相固定而成且具有规定的液晶取向图案的胆甾醇型液晶层，并且为选择性地反射右旋圆偏振光或左旋圆偏振光的反射型液晶衍射元件。
由R射出液晶层16R、G射出液晶层16G及B射出液晶层16B选择性地反射的圆偏振光的回转方向即胆甾醇型液晶相中的液晶化合物的螺旋的扭转方向可以相同，也可以不同。
R入射液晶层14R、G入射液晶层14G及B入射液晶层14B以及R射出液晶层16R、G射出液晶层16G及B入射液晶层14B除了选择性地反射的光的波长区域和/或选择性地反射的圆偏振光的回转方向不同以外，基本上具有相同的结构。
因此，在以下说明中，在不需要区分各液晶层的情况下，将这些液晶层也统称为“液晶层”。
(液晶层)
使用图2～图4对液晶层进行说明。
关于具有规定的液晶取向图案的胆甾醇型液晶层34，作为一例，如图2中概念性所示，在支撑体30上形成光取向膜32，并在该光取向膜32上形成胆甾醇型液晶层34。该胆甾醇型液晶层34成为构成入射部14及射出部16的、作为反射型液晶衍射元件而发挥作用的入射液晶层及射出液晶层。
虽进行后述，但是在本发明的光学元件中，胆甾醇型液晶层34基本上从光取向膜32剥离，作为液晶层(入射液晶层或射出液晶层)转印并层叠于作为基板的导光板12或下层的液晶层上。
图3是表示胆甾醇型液晶层34的主表面的面内的液晶化合物的取向状态的示意图。
在以下说明中，将胆甾醇型液晶层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2对应于胆甾醇型液晶层34的X-Z面的示意图，图3对应于胆甾醇型液晶层34的X-Y面的示意图。
如图2～图4所示，胆甾醇型液晶层34为液晶化合物被胆甾醇型取向的层。并且，图2～图4为构成胆甾醇型液晶层34的液晶化合物为棒状液晶化合物时的例。
＜支撑体＞
支撑体30支撑光取向膜32及胆甾醇型液晶层34。
只要能够支撑光取向膜32、胆甾醇型液晶层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过率为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，只要根据液晶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光取向膜32、胆甾醇型液晶层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。
其中，从能够形成表面的平滑性高的光取向膜32等的观点而言，玻璃适当用作支撑体30。
＜光取向膜＞
在液晶衍射元件中，在支撑体30的表面上形成光取向膜32。
光取向膜32为在形成胆甾醇型液晶层34时用于将液晶化合物40取向为规定的液晶取向图案的光取向膜。
虽进行后述，但是在本发明中，胆甾醇型液晶层34具有源自液晶化合物40的光学轴40A(参考图3)的朝向一边沿面内的一个方向连续旋转一边发生变化的液晶取向图案。因此，光取向膜32以使胆甾醇型液晶层34能够形成该液晶取向图案的方式形成取向图案。
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”。
在本发明中，光取向膜32包含光取向材料。即，光取向膜32为向光取向性的原材料照射偏振光或非偏振光而形成光取向膜的所谓的光取向膜。
光取向膜32是将包含光取向材料的组合物涂布于支撑体30上而形成的，之后通过干涉曝光形成使胆甾醇型液晶层34的源自液晶化合物40的光学轴40A(参考图3)的朝向一边沿面内的一个方向连续旋转一边发生变化的取向图案。
作为能够用于本发明的光取向膜中所使用的光取向材料，例如可以例示出日本特开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号公报及日本专利第4205198号公报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。
光取向膜32的厚度并无限制，只要根据光取向膜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。
光取向膜32的厚度优选为0.01～5μm，更优选为0.05～2μm。
光取向膜32的形成方法并无限制，能够利用各种与光取向膜32的形成材料对应的公知的方法。
作为一例，可以例示出如下方法：制备含有用于形成光取向膜32的光取向材料的组合物，将该组合物涂布于支撑体30的表面上并使其干燥之后，通过激光束对光取向膜32进行干涉曝光，从而形成取向图案。
在图8中概念性地示出对光取向膜32进行干涉曝光而形成取向图案的曝光装置的一例。
图8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片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片72A及72B。
另外，光源64射出直线偏振光P0。λ/4片72A将直线偏振光P0(光线MA)转换成右旋圆偏振光PR，λ/4片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光取向膜32的支撑体30配置于曝光部，使2个光线MA及光线MB在光取向膜32上交叉并使其干涉，将其干涉光照射到光取向膜32上来进行曝光。
通过此时的干涉，照射到光取向膜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光取向膜。在以下说明中，将具有该取向图案的光取向膜还称为“图案光取向膜”。
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光取向膜32上形成胆甾醇型液晶层，如后述，能够形成具有源自液晶化合物40的光学轴40A沿一个方向连续旋转的液晶取向图案的胆甾醇型液晶层34。
并且，能够通过将λ/4片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，图案光取向膜具有取向图案，所述取向图案使液晶化合物取向，以成为形成于图案光取向膜上的液晶层中的液晶化合物的光学轴的朝向一边沿面内的至少一个方向连续旋转一边发生变化的液晶取向图案。
若将图案光取向膜沿使液晶化合物取向的朝向的轴设为取向轴，则可以说图案光取向膜具有取向轴的朝向一边沿面内的至少一个方向连续旋转一边发生变化的取向图案。图案光取向膜的取向轴能够通过测定吸收各向异性来检测。例如，在一边使直线偏振光旋转一边照射到图案光取向膜上并测定了透过图案光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。
＜胆甾醇型液晶层(入射液晶层/射出液晶层)＞
胆甾醇型液晶层34形成于光取向膜32的表面上。
胆甾醇型液晶层34为将胆甾醇型液晶相固定而成的胆甾醇型液晶层，并且为具有源自液晶化合物的光学轴的朝向一边沿面内的至少一个方向连续旋转一边发生变化的液晶取向图案的胆甾醇型液晶层。
如图2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，胆甾醇型液晶层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(螺旋节距P)，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。
已知胆甾醇型液晶相显示选择性地反射特定的波长区域的光的选择反射性。
在胆甾醇型液晶相中，选择反射的中心波长(选择反射中心波长λ)取决于胆甾醇型液晶相中的螺旋1节距(螺旋节距P)的长度，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即选择反射波长区域。关于胆甾醇型液晶相的选择反射中心波长，螺旋节距P越长，波长越长。
在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40一起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，在FUJIFILM研究报告No.50(2005年)p.60-63中有详细的记载。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。
并且，表示选择反射的波长区域(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与螺旋节距P，并且遵循Δλ＝Δn×P的关系。因此，关于选择反射波长区域的宽度的控制，能够调节Δn来进行。关于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光学元件(液晶衍射元件)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。
众所周知，胆甾醇型液晶相在特定的波长区域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还是为左旋圆偏振光取决于胆甾醇型液晶相的螺旋的扭转方向(旋向)。在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转方向为右方向时反射右旋圆偏振光，螺旋的扭转方向为左方向时反射左旋圆偏振光。
因此，例如在入射部14中，在R入射液晶层14R、G入射液晶层14G及B入射液晶层14B选择性地反射右旋圆偏振光的情况下，成为这些液晶层的胆甾醇型液晶层34的胆甾醇型液晶相的螺旋的扭转方向为右方向。
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。
如图3所示，在胆甾醇型液晶层34的X-Y面中，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。在各自的排列轴D上，液晶化合物40的光学轴40A的朝向一边向沿排列轴D的面内的一个方向连续旋转一边发生变化。其中，作为一例，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的朝向一边向沿排列轴D的面内的一个方向连续旋转一边发生变化”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3所示，沿排列轴D排列的多个液晶化合物40的光学轴40A一边沿排列轴D各旋转规定角度一边发生变化。
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。
在胆甾醇型液晶层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3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”。
胆甾醇型液晶层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。在液晶衍射元件中，该一个周期Λ成为衍射结构的周期。
另一方面，形成胆甾醇型液晶层34的液晶化合物40在与排列轴D方向正交的方向(在图3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，形成胆甾醇型液晶层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。
在用SEM(Scanning Electron Microscope、扫描电子显微镜)观察胆甾醇型液晶层的厚度方向上的截面时，观察到由胆甾醇型液晶相引起而明部和暗部交替排列的条纹图案。胆甾醇型液晶层的厚度方向上的截面为与主表面正交的方向上的截面，并且为各层(膜)的层叠方向上的截面。
在不具有液晶取向图案的通常的胆甾醇型液晶层中，该明部和暗部的条纹图案与主表面平行。
相对于此，在用SEM观察图2所示的具有液晶取向图案的胆甾醇型液晶层34的厚度方向上的截面即X-Z面时，如图4中概念性所示，观察到交替排列的明部42和暗部44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4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)即螺旋节距P。
以下，对基于这种具有液晶取向图案的胆甾醇型液晶层34的衍射的作用进行说明。
在不具有液晶取向图案的通常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，在用SEM观察通常的胆甾醇型液晶层的厚度方向上的截面(X-Z面)时，如上所述，交替排列的明部和暗部与主表面(X-Y面)平行，即，明部和暗部交替的排列方向与主表面垂直。
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。
另一方面，如上所述，胆甾醇型液晶层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)一边连续旋转一边发生变化的液晶取向图案的层。
这种具有液晶取向图案的胆甾醇型液晶层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。以下，参考图5进行说明。
作为一例，胆甾醇型液晶层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，若光入射到胆甾醇型液晶层34上，则胆甾醇型液晶层34仅反射红色光的右旋圆偏振光RR而使除此以外的光透过。
其中，在胆甾醇型液晶层34中，液晶化合物40的光学轴40A沿排列轴D方向(一个方向)一边旋转一边发生变化。
形成于胆甾醇型液晶层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5中概念性所示，入射到胆甾醇型液晶层34的红色光的右旋圆偏振光RR不镜面反射而向与液晶取向图案的周期对应的方向衍射，并向相对于XY面(胆甾醇型液晶层的主表面)向排列轴D方向倾斜的方向衍射并反射。
因此，通过将作为反射型液晶衍射元件的胆甾醇型液晶层34用作入射部14的入射液晶层，能够使从与导光板12的主表面垂直的方向入射的光以在导光板内全反射的角度衍射并反射而入射到导光板12。
并且，通过将胆甾醇型液晶层34用作射出部16的射出液晶层，能够使在导光板12内全反射而传播的光向与导光板12的主表面垂直的方向衍射并反射而从导光板12射出。
在胆甾醇型液晶层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的方向，能够调节光的衍射方向即反射方向。
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2及图3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。
因此，构成入射部14的R入射液晶层14R、G入射液晶层14G及B入射液晶层14B根据选择性地反射的圆偏振光的回转方向即螺旋的回转方向来设定排列轴D的方向及液晶取向图案中的光学轴40A的旋转方向，以使所入射的光适当朝向射出部16。
另一方面，构成射出部16的R射出液晶层16R、G射出液晶层16G及B射出液晶层16B根据选择性地反射的圆偏振光的回转方向即螺旋的回转方向来设定排列轴D的方向及液晶取向图案中的光学轴40A的旋转方向，以使所入射的光适当地射出到由使用人员U观察的位置上。
在该液晶衍射元件中，在液晶层中的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°的长度即一个周期Λ为衍射结构的周期(一个周期)。并且，在液晶层中，液晶化合物的光学轴一边旋转一边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。
在本发明的光学元件10中，衍射元件的一个周期Λ的长度并无限制，只要根据向导光板12的入射角度、用于从导光板12射出的光的衍射的大小等适当设定即可。
一个周期Λ的长度优选为0.1～10μm，更优选为0.15～2μm，进一步优选为0.2～1μm。
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的镜面反射大幅度倾斜而反射。
并且，在具有该液晶取向图案的液晶层中，关于光的反射角度(衍射角)，根据反射光的波长而角度不同。具体而言，越是长波长的光，反射光相对于入射光的镜面反射倾斜得越大而反射。
因此，在本发明的光学元件中，多个液晶层(胆甾醇型液晶层)层叠而获得的层叠体优选由各液晶层选择性地反射的光的波长与一个周期Λ的排列一致。
具体而言，在光学元件10中，构成入射部14的R入射液晶层14R、G入射液晶层14G及B入射液晶层14B选择性地反射的光的波长按R入射液晶层14R、G入射液晶层14G及B入射液晶层14B的顺序变短。因此，优选一个周期Λ也按R入射液晶层14R、G入射液晶层14G及B入射液晶层14B的顺序缩短。
另一方面，构成射出部16的R射出液晶层16R、G射出液晶层16G及B射出液晶层16B选择性地反射的光的波长按R射出液晶层16R、G射出液晶层16G及B射出液晶层16B的顺序变短。因此，优选一个周期Λ也按R射出液晶层16R、G射出液晶层16G及B射出液晶层16B的顺序缩短。
关于这一点，即使在入射部14及射出部16所具有的液晶层为2层的情况及4层以上的情况下，也相同。
通过设为这种结构，使红色图像R、绿色图像G及蓝色图像B由入射部14向导光板12的入射方向一致。而且，根据该结构，能够使从射出部16射出的红色图像R、绿色图像G及蓝色图像B的射出方向成为相同方向。
其结果，能够将没有颜色偏移的彩色图像从导光板12射出到AR眼镜的使用人员U观察的位置上。
图2所示的例为如下结构：在胆甾醇型液晶层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。
然而，本发明并不限于此。例如，如图6中概念性所示，也可以为在胆甾醇型液晶层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6所示的例中，在胆甾醇型液晶层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，但是本发明并不限定于此。在胆甾醇型液晶层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7所示的例为如下结构：在液晶层的、光取向膜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的倾斜角随着从光取向膜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，在胆甾醇型液晶层34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5～45°，更优选为12～22°。另外，关于平均倾斜角，能够通过用偏振光显微镜观察胆甾醇型液晶层34的X-Z面来测定。其中，在胆甾醇型液晶层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。
垂直入射到胆甾醇型液晶层34(衍射元件)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，倾斜角优选为根据胆甾醇型液晶层34的界面的处理来控制。
在支撑体侧的界面上，通过对光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，在形成光取向膜时对光取向膜从正面曝光紫外线之后从斜侧进行曝光，从而能够在形成于光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光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，在通过SEM观察的胆甾醇型液晶层34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。
＜入射液晶层及射出液晶层的膜厚分布要件＞
构成入射部14的R入射液晶层14R、G入射液晶层14G及B入射液晶层14B由上述作为反射型液晶衍射元件的胆甾醇型液晶层34形成。
相同地，构成射出部16的R射出液晶层16R、G射出液晶层16G及B射出液晶层16B也由上述作为反射型液晶衍射元件的胆甾醇型液晶层34形成。
其中，在本发明的光学元件10中，入射部14及射出部16中的至少1层的液晶层的膜厚均匀性高。具体而言，入射部14及射出部16中的至少1层的液晶层满足以下所示的膜厚分布要件。
在本发明中，膜厚分布要件如下。
关于膜厚分布要件的判定，通过用SEM(Scanning Electron Microscope(扫描电子显微镜))以10000倍观察液晶层(胆甾醇型液晶层)的厚度方向上的截面来进行。
其中，在确定液晶层中的面内方向时，若使激光束以各种入射角度及方位方向入射到液晶层，则入射光被衍射，从而判断出射出光的导光方向。由此，能够确定液晶层中的源自液晶化合物的光学轴的朝向一边连续旋转一边发生变化的液晶取向图案的面内方向。在本发明中，关于膜厚分布要件的判定，通过观察与该液晶取向图案的面内方向平行的方向上的截面来进行。
通过在液晶层的面内方向上连续地移动观察位置来进行用该SEM以10000倍进行的液晶层的截面的观察，从而获取20张液晶层的面内方向上的200μm的范围内的图像(参考图10)。
使用如此获取的图像来获取液晶层的面内方向上的200μm的范围内的液晶层的最大膜厚与最小膜厚之差。
在任意10个截面上进行该操作。
对如此获取的10个截面上的最大膜厚与最小膜厚之差进行算术平均。
在通过该算术平均所获得的值为0.1μm以下的情况下，该液晶层满足本发明中的膜厚分布要件。通过该算术平均所获得的值优选为0.07μm以下，更优选为0.03μm以下。
图示例的光学元件10用作AR眼镜，作为优选的一例，在入射部14及射出部16中使用作为反射型液晶衍射元件的胆甾醇型液晶层34。由此，如上所述，由显示器显示的图像由入射部14入射到导光板12并全反射而传播，并由射出部16从导光板12射出，从而能够射出到由使用人员U观察的位置。
并且，胆甾醇型液晶层34选择性地反射特定的波长区域的特定的回转方向的圆偏振光，除此以外的光透过。因此，通过层叠选择性地反射的波长区域(选择反射中心波长)不同的液晶层，能够对应于如图示例那样基于红色图像R、绿色图像G及蓝色图像B的全色图像，或者也能够对应于2种颜色的彩色图像等。
其中，根据本发明人等的研究，若在AR眼镜等中将层叠了上述具有液晶取向图案的胆甾醇型液晶层34等作为液晶衍射元件而发挥作用的液晶层的光学元件用作使光入射/射出到导光板的衍射元件，则显示图像有时会变得模糊。
本发明人等对该图像的模糊的原因重复进行了深入研究。其结果，发现了在层叠了上述具有液晶取向图案的胆甾醇型液晶层34等作为液晶衍射元件而发挥作用的液晶层的光学元件中，有时在液晶层的面内衍射角度产生分布。
若在液晶层的面内衍射角度产生分布，则例如在AR眼镜等中，在由使用人员U观察的位置上，图像未照射到适当的位置上而显示图像变得模糊。尤其，在入射部中产生这种衍射角度的分布的情况下，图像的模糊变大。
本发明人等对该原因重复进行了深入研究。其结果，发现了图像的模糊即衍射角度的分布的原因在于下层的液晶层、即所层叠的液晶层中距基板更近的液晶层的膜厚不均匀(膜厚的偏差)。而且，本发明人等发现了该衍射角度的分布的原因在于如下层的液晶层的凸起那样的缓慢的膜厚不均匀，而不在于下层的液晶层的细微的凹凸。
如图9中概念性所示，在基板S上依次层叠了由上述具有液晶取向图案的胆甾醇型液晶层34构成的反射层B、反射层G及反射层R。
此时，如图9的左侧所示，在所有反射层没有膜厚不均匀的情况下，反射层B、反射层G及反射层R均能够在整个面上以相同的衍射角度反射光。
相对于此，如图9的右侧所示，例如在最接近基板S的反射层B存在膜厚不均匀的情况下，层叠于其上(与基板S相反的一侧)的反射层G与反射层B的界面倾斜。其结果，反射层G在面内液晶化合物的胆甾醇型液晶相的取向(胆甾醇型取向)的角度发生变化。而且，层叠于反射层G上的反射层R也存在与反射层G的界面倾斜的区域，因此相同地，在面内液晶化合物的胆甾醇型液晶相的取向的角度发生变化。
其结果，如图9的右侧所示，在反射层G(反射层R)中，在面内衍射角度产生分布，其结果，图像产生模糊。
相对于此，在本发明的光学元件10中，构成入射部14的入射液晶层中的至少1层及构成射出部16的射出液晶层中的至少1层满足膜厚分布要件，例如对如上述获取的10个截面上的200μm的范围内的最大膜厚与最小膜厚之差进行算术平均而获得的值为0.1μm以下等。满足该膜厚分布要件的液晶层的如凸起那样的缓慢的膜厚不均匀极小。
其结果，如图9的左侧所示，在各液晶层中，面内的衍射角度的分布极小，在用作AR眼镜的情况下，能够防止在各色的图像中产生模糊。
在本发明的光学元件中，入射部14只要R入射液晶层14R、G入射液晶层14G及B入射液晶层14B中的至少1层满足膜厚分布要件即可。
并且，射出部16只要R射出液晶层16R、G射出液晶层16G及B射出液晶层16B中的至少1层满足膜厚分布要件即可。
其中，由具有膜厚不均匀引起的衍射角度的分布不是在具有膜厚不均匀的液晶层本身产生，而是在层叠于具有膜厚不均匀的液晶层上的液晶层产生。另外，下为基板侧，上为其相反的一侧。
即，由具有膜厚不均匀引起的衍射角度的分布在相对于具有膜厚不均匀的液晶层位于远离基板的一侧的液晶层产生。
若考虑这一点，则优选所层叠的液晶层中至少位于层叠方向上的端部的液晶层满足膜厚分布要件，更优选至少最靠基板侧的液晶层满足膜厚分布要件。
即，若为图示例，则入射部14优选至少B入射液晶层14B满足膜厚分布要件。并且，射出部16优选至少B射出液晶层16B满足膜厚分布要件。
并且，根据相同的理由，至少除了距基板最远的液晶层以外的液晶层、即至少除了最上层的液晶层以外的液晶层更优选满足膜厚分布要件。
即，若为图示例的光学元件10，则入射部14更优选至少B入射液晶层14B及G入射液晶层14G满足膜厚分布要件。并且，射出部16更优选至少B射出液晶层16B及G射出液晶层16G满足膜厚分布要件。
而且，在本发明的光学元件中，最优选构成层叠体的所有液晶层满足膜厚分布要件。
即，若为图示例的光学元件10，则入射部14最优选R入射液晶层14R、G入射液晶层14G及B入射液晶层14B满足膜厚分布要件。并且，射出部16最优选R射出液晶层16R、G射出液晶层16G及B射出液晶层16B满足膜厚分布要件。
另外，在图示例的光学元件10中，作为优选方式，入射部14及射出部16均为所层叠的液晶层具有规定的液晶取向图案且至少1层满足膜厚分布要件的、本发明的光学元件中的层叠体。然而，本发明并不限于此。
例如，在作为基板的导光板12上具有入射部14及射出部16的本发明的光学元件可以仅入射部14为本发明的光学元件中的层叠体，也可以仅射出部16为本发明中的层叠体。在导光板12上具有入射部14及射出部16的图示例的光学元件10中，优选至少入射部14为本发明中的层叠体。而且，在导光板12上具有入射部14及射出部16的本发明的光学元件10中，如图示例，更优选入射部14及射出部16为本发明中的层叠体。
＜＜胆甾醇型液晶层的形成方法＞＞
作为一例，成为构成入射部14的入射液晶层14R、G入射液晶层14G及B入射液晶层14B以及构成射出部16的R射出液晶层16R、G射出液晶层16G及B射出液晶层16B的胆甾醇型液晶层34能够将液晶化合物以规定的取向状态取向而成的液晶相以层状固定而形成。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。
将胆甾醇型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而发挥作用的化合物，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(Chiral agent)具有引起胆甾醇型液晶相的螺旋结构的功能。由于通过化合物引起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(Supe r 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。
--溶剂--
在形成胆甾醇型液晶层34时，液晶组合物优选用作液体。
因此，液晶组合物优选包含溶剂。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。
其中，为了形成满足上述膜厚分布要件的胆甾醇型液晶层34，优选提高所涂布的液晶组合物的干燥和/或加热(取向)的温度，并且延长时间。
若考虑这一点，则溶剂优选使用沸点相对高的溶剂。具体而言，优选为沸点为95℃以上的溶剂，更优选为110℃以上的溶剂。另外，溶剂可以为通过在沸点低的溶剂中混合沸点高的溶剂以达到上述沸点的混合溶剂。
作为所利用的溶剂，具体而言，可以例示出环戊酮、环己酮、甲基异丁基酮、甲苯及甲基乙基酮与环戊酮的混合溶剂等。
在形成胆甾醇型液晶层34时，优选将上述液晶组合物涂布于胆甾醇型液晶层34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，在光取向膜32上形成胆甾醇型液晶层34的情况下，优选将液晶组合物涂布于光取向膜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及加热，之后使其固化而形成液晶层。在该干燥及加热的工序中，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。
其中，为了形成满足上述膜厚分布要件的胆甾醇型液晶层34，优选在相对高温下进行所涂布的液晶组合物的加热(取向)。即，通过提高加热温度，能够使液晶组合物的涂膜的表面均匀化(流平)，其结果，能够形成满足上述膜厚分布要件的胆甾醇型液晶层34。
然而，若加热温度过高，则液晶层不会取向为胆甾醇型液晶相，而成为各向同性层。
若考虑这一点，则此时的加热温度优选为90～200℃，更优选为90～130℃，进一步优选为90～120℃。
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。
胆甾醇型液晶层34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胆甾醇型液晶层34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。
＜其他液晶层(光学各向异性层)＞
在图示例的光学元件中，在入射部14的入射液晶层及射出部16的射出液晶层中利用使用了胆甾醇型液晶层34的反射型液晶衍射元件，但是本发明并不限于此。
作为一例，也能够利用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液晶取向图案且液晶化合物在厚度方向上没有形成胆甾醇型液晶相的、作为透过型液晶衍射元件而发挥作用的液晶层。另外，在液晶衍射元件中，可以具有沿厚度方向扭转旋转至液晶化合物不会成为胆甾醇型液晶相的程度的结构。
并且，在本发明中，在入射部14及射出部16中，可以使用不同的液晶衍射元件。例如，在入射部14中，可以利用使用胆甾醇型液晶层34的反射型液晶衍射元件，在射出部16中，可以利用上述透过型液晶衍射元件。
[入射部及射出部的制作方法]
关于入射部14及射出部16，能够通过公知的各种方法来制作。优选通过使用以下所示的转印的方法来形成。
另外，入射部14及射出部16基本上能够以相同的方式形成，因此在以下说明中，以入射部14为代表例进行说明。
首先，如上所述，将包含成为光取向膜32的光取向材料的涂布液涂布于支撑体30上并进行干燥。之后，通过图8所示的曝光装置60进行曝光而形成取向图案，从而形成光取向膜32。
另一方面，将液晶化合物40及手性试剂等添加到溶剂中，从而制备用于形成胆甾醇型液晶层34的液晶组合物。此时，为了形成满足膜厚分布要件的胆甾醇型液晶层34，如上所述，优选使用沸点高的溶剂。
而且，将上述液晶组合物涂布于光取向膜32上，对涂膜进行干燥及加热，进一步照射紫外线，从而形成作为胆甾醇型液晶层34的R入射液晶层14R。此时，如上所述，通过提高加热温度，能够形成满足膜厚分布要件的R入射液晶层14R。
相同地，在支撑体30上形成光取向膜32，并在光取向膜32上形成作为胆甾醇型液晶层34的G入射液晶层14G。
而且，相同地，在支撑体30上形成光取向膜32，并在光取向膜32上形成作为胆甾醇型液晶层34的B入射液晶层14B。
此时，如上所述，光取向膜32的取向图案中的一个周期、即液晶层的液晶取向图案中的一个周期的长度优选设为R入射液晶层14R＞G入射液晶层14G＞B入射液晶层14B。
首先，在带弱粘合层的伪支撑体上贴附B入射液晶层14B。接着，在B入射液晶层14B与光取向膜32的界面处剥离。
在成为导光板12的玻璃上贴附B入射液晶层14B之后，剥离伪支撑体，从而在导光板12的表面上形成B入射液晶层14B。
此时，可以在转印之前，在B入射液晶层14B的光取向膜32侧的表面上形成SiOx层等作为粘接层。粘接层的厚度优选为100nm以下。关于粘接层，其他入射液晶层也相同。
相同地，在带弱粘合层的伪支撑体上贴附G入射液晶层14G，并在G入射液晶层14G与光取向膜32的界面处剥离。接着，在预先转印到导光板12上的B入射液晶层14B上层叠G入射液晶层14G，并剥离伪支撑体，从而在B入射液晶层14B的表面上形成G入射液晶层14G。
而且，相同地，在带弱粘合层的伪支撑体上贴附R入射液晶层14R，并在R入射液晶层14R与光取向膜32的界面处剥离。接着，在预先转印到导光板12上的G入射液晶层14G上层叠R入射液晶层14R，并剥离伪支撑体，从而在G入射液晶层14G的表面上形成R入射液晶层14R。
由此，在导光板12的表面上形成层叠了B入射液晶层14B、G入射液晶层14G及R入射液晶层14R这3层液晶层(胆甾醇型液晶层)的入射部14。
以上，对本发明的光学元件进行了详细说明，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]
(光取向膜的形成)
作为支撑体，准备了玻璃基板。通过旋涂将下述光取向膜形成用涂布液涂布于支撑体上。将形成有该光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，从而形成了光取向膜。
光取向膜形成用涂布液
-光取向用原材料-
[化学式1]
(光取向膜的曝光)
使用图8所示的曝光装置对光取向膜进行曝光，从而形成了具有取向图案的光取向膜。
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3000mJ/cm2。另外，2个激光束的交叉角(交叉角α)设为42.3°。
(R液晶层1的形成)
作为形成R液晶层1(R入射液晶层及R射出液晶层)的液晶组合物，制备了下述组合物A-1。该组合物A-1为形成胆甾醇型液晶相中的螺旋1节距(螺旋节距P)的长度为410nm且选择性地反射红色(R)光的右旋圆偏振光的胆甾醇型液晶层的液晶组合物。组合物A-1中的固体成分浓度为35wt％。
组合物A-1
棒状液晶化合物L-1
[化学式2]
聚合引发剂I-1
[化学式3]
手性试剂Ch-1
[化学式4]
R液晶层1通过将组合物A-1涂布于光取向膜上来形成。
具体而言，通过旋涂将组合物A-1涂布于光取向膜上，并在120℃的热板上对涂膜加热了120秒钟。之后，在氮气环境下，使用高压汞灯以500mJ/cm2的照射量向涂膜照射波长365nm的紫外线，以将液晶化合物的取向固定化，从而形成了R液晶层1。所获得的R液晶层1的膜厚为5.2μm。
用偏振光显微镜确认了R液晶层1成为如图3所示的周期性的取向表面的情况。另外，用SEM确认了涂布层的截面的结果，在R液晶层1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Λ为0.45μm。
并且，通过在面内方向上连续地移动观察位置来进行将所形成的R液晶层1的厚度方向上的截面放大10000倍并用SEM观察的操作，从而获取了20张面内方向上的200μm的范围内的图像。根据该图像，获取了面内方向上的200μm的范围内的最大膜厚与最小膜厚之差。
在R液晶层1的任意10个截面上进行该操作。
对如此获取的R液晶层1的10个截面上的最大膜厚与最小膜厚之差进行了算术平均。其结果，R液晶层1的最大膜厚与最小膜厚之差的算术平均为0.05μm。因此，该R液晶层1满足上述膜厚分布要件。
(G液晶层1用的光取向膜的形成及曝光)
以与R液晶层1用的光取向膜的形成相同的方式，在玻璃制支撑体的表面上形成了光取向膜。
相对于所形成的光取向膜，将2个激光束的交叉角(交叉角α)设为49.2°，除此以外，与上述相同地，使用图8所示的曝光装置对光取向膜进行曝光，从而形成了具有取向图案的光取向膜。
(G液晶层1(G入射液晶层及G射出液晶层)的形成)
将组合物A-1的手性试剂的添加量变更为5.3质量份，将甲基乙基酮的量变更为120.58质量份，将环戊酮的量变更为80.38质量份，除此以外，以与组合物A-1相同的方式制备了组合物A-2。该组合物A-2为形成胆甾醇型液晶相中的螺旋1节距(螺旋节距P)的长度为360nm且选择性地反射绿色(G)光的右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-2，除此以外，以与R液晶层1的形成相同的方式形成了G液晶层1。与R液晶层1相同地测定了G液晶层1的膜厚的结果，为4.6um。并且，在G液晶层1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Λ为0.39μm。
关于所制作的G液晶层1，通过与R液晶层1相同的方法对10个截面上的200μm的范围内的最大膜厚与最小膜厚之差进行了算术平均。其结果，G液晶层1的最大膜厚与最小膜厚之差的算术平均为0.04μm。因此，该G液晶层1满足上述膜厚分布要件。
(B液晶层1用的光取向膜的形成及曝光)
以与R液晶层1用的光取向膜的形成相同的方式，在玻璃制支撑体的表面上形成了光取向膜。
相对于所形成的光取向膜，将2个激光束的交叉角(交叉角α)设为61.0°，除此以外，与上述相同地，使用图8所示的曝光装置对光取向膜进行曝光，从而形成了具有取向图案的光取向膜。
(B液晶层1(B入射液晶层及B射出液晶层)的形成)
将组合物A-1的手性试剂的添加量变更为6.3质量份，将甲基乙基酮的量变更为202.99质量份，除此以外，以与组合物A-1相同的方式制备了组合物A-3。该组合物A-3为形成胆甾醇型液晶相中的螺旋1节距(螺旋节距P)的长度为300nm且选择性地反射蓝色(B)光的右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-3，除此以外，以与R液晶层1的形成相同的方式形成了B液晶层1。与R液晶层相同地测定了B液晶层1的膜厚的结果，为3.8μm。并且，在B液晶层1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Λ为0.32μm。
关于所制作的B液晶层1，通过与R液晶层1相同的方法对10个截面上的200μm的范围内的最大膜厚与最小膜厚之差进行了算术平均。其结果，B液晶层1的最大膜厚与最小膜厚之差的算术平均为0.04μm。因此，该B液晶层1满足上述膜厚分布要件。
[光学元件1的制作]
(导光板的准备)
准备了厚度1mm的玻璃作为导光板用。
(B液晶层1的剥离)
准备了2张B液晶层1作为入射液晶层用及射出液晶层用。将转印用带弱粘合层的伪支撑体(PANAC CO.,LTD.制、pana protect ST50)贴合于B液晶层1上，并在B液晶层1与光取向膜的界面处进行了剥离。
(B液晶层1在玻璃上的贴合)
在所剥离的B液晶层1的取向膜侧的表面上形成了厚度50nm以下的SiOx层。关于SiOx层的形成，使用ULVAC,Inc.制(型号ULEYES)的蒸镀装置来进行。使用SiO2粉体作为此时的蒸镀源。
在成为导光板的玻璃上贴合成为入射液晶层及射出液晶层的B液晶层1的SiOx层侧之后，剥离了伪支撑体。
(G液晶层1的剥离)
准备了2张G液晶层1作为入射液晶层用及射出液晶层用。将转印用带弱粘合层的伪支撑体(PANAC CO.,LTD.制、pana protect ST50)贴合于G液晶层1上，并在G液晶层与光取向膜的界面处进行了剥离。
(G液晶层1在B液晶层1上的贴合)
在所剥离的G液晶层1的取向膜侧的表面上形成了厚度50nm以下的SiOx层。关于SiOx层的形成，使用ULVAC,Inc.制(型号ULEYES)的蒸镀装置来进行。使用SiO2粉体作为此时的蒸镀源。并且，与上述相同地，在贴合于导光板上的B液晶层1的表面上也形成了SiOx层。
在贴合于导光板上的B液晶层1上贴合成为入射液晶层及射出液晶层的G液晶层1的SiOx层侧之后，剥离了伪支撑体。
(R液晶层1的剥离)
准备了2张R液晶层1作为入射用及射出用。将转印用带弱粘合层的伪支撑体(PANAC CO.,LTD.制、pana protect ST50)贴合于R液晶层1上，并在R液晶层1与光取向膜的界面处进行了剥离。
(R液晶层1在G液晶层1上的贴合(光学元件的制作))
在所剥离的R液晶层1的取向膜侧的表面上形成了厚度50nm以下的SiOx层。关于SiOx层的形成，使用ULVAC,Inc.制(型号ULEYES)的蒸镀装置来进行。使用SiO2粉体作为此时的蒸镀源。并且，与上述相同地，在贴合于导光板上的G液晶层1的表面上也形成了SiOx层。
在贴合于导光板上的G液晶层1上贴合成为入射液晶层及射出液晶层的R液晶层1的SiOx层侧之后，剥离了伪支撑体。
由此，制作了在导光板的主表面上设置有层叠了B入射液晶层、G入射液晶层及R入射液晶层的入射部及层叠了B射出液晶层、G射出液晶层及R射出液晶层的射出部的、如图1所示的光学元件1。在本例中，所有液晶层满足上述膜厚分布要件。
另外，通过对层叠的一侧的胆甾醇型液晶层和层叠的一侧的伪支撑体预先标注表示周期方向的标记，并将其设为贴合时的标记，使各液晶层中的液晶化合物的周期方向(排列轴的方向)一致。
[比较例]
(R液晶层2的形成)
将组合物A-1的甲基乙基酮的量变更为199.83质量份，将环戊酮的量变更为0质量份，除此以外，以与组合物A-1相同的方式制备了组合物A-4。该组合物A-4为形成胆甾醇型液晶相中的螺旋1节距(螺旋节距P)的长度为410nm且选择性地反射红色(R)光的右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，将涂膜的加热温度设为70℃，除此以外，以与R液晶层1的形成相同的方式形成了R液晶层2。与R液晶层1相同地测定了R液晶层2的膜厚的结果，为5.2um。并且，在R液晶层2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Λ为0.45μm。
关于所制作的R液晶层2，通过与R液晶层1相同的方法对10个截面上的200μm的范围内的最大膜厚与最小膜厚之差进行了算术平均。其结果，R液晶层2的最大膜厚与最小膜厚之差的算术平均为0.20μm。因此，该R液晶层2不满足上述膜厚分布要件。
(G液晶层2的形成)
将组合物A-2的甲基乙基酮的量变更为200.98质量份，将环戊酮的量变更为0质量份，除此以外，以与组合物A-2相同的方式制备了组合物A-5。该组合物A-5为形成胆甾醇型液晶相中的螺旋1节距(螺旋节距P)的长度为360nm且选择性地反射绿色(G)光的右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-5，将涂膜的加热温度设为70℃，除此以外，以与R液晶层1的形成相同的方式形成了G液晶层2。与R液晶层1相同地测定了G液晶层2的膜厚的结果，为4.6um。并且，在G液晶层2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Λ为0.39μm。
关于所制作的G液晶层2，通过与R液晶层1相同的方法对10个截面上的200μm的范围内的最大膜厚与最小膜厚之差进行了算术平均。其结果，G液晶层2的最大膜厚与最小膜厚之差的算术平均为0.16μm。因此，该G液晶层2不满足上述膜厚分布要件。
(B液晶层2的形成)
将组合物A-3的甲基乙基酮的量变更为202.99质量份，将环戊酮的量变更为0质量份，除此以外，以与组合物A-3相同的方式制备了组合物A-6。该组合物A-6为形成胆甾醇型液晶相中的螺旋1节距(螺旋节距P)的长度为300nm且选择性地反射蓝色(B)光的右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-5，将涂膜的加热温度设为70℃，除此以外，以与R液晶层1的形成相同的方式形成了B液晶层2。与R液晶层1相同地测定了B液晶层2的膜厚的结果，为3.8um。并且，在B液晶层2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Λ为0.32μm。
关于所制作的B液晶层2，通过与R液晶层1相同的方法对10个截面上的200μm的范围内的最大膜厚与最小膜厚之差进行了算术平均。其结果，B液晶层2的最大膜厚与最小膜厚之差的算术平均为0.14μm。因此，该R液晶层2不满足上述膜厚分布要件。
[光学元件2的制作]
使用B液晶层2来代替B液晶层1，使用G液晶层2来代替G液晶层1，使用R液晶层2来代替R液晶层1，除此以外，以与光学元件1相同的方式制作了在导光板上设置了入射部和射出部的光学元件2。在本例中，所有液晶层不满足上述膜厚分布要件。
[评价]
使用所制作的光学元件，如图1所示，使用LCOS方式的投影仪在入射部投影由红色图像R、绿色图像G及蓝色图像B构成的图像，并在由使用人员U观察的位置上进行了肉眼评价。
其结果，在使用了所有液晶层满足上述膜厚分布要件的实施例的光学元件1的情况下，图像清晰可见，文字清晰读取。相对于此，在使用了所有液晶层不满足上述膜厚分布要件的比较例1的光学元件的情况下，图像变得模糊，文字读取稍微有点困难。
根据以上结果，可以明确本发明的效果。
产业上的可利用性
能够适当用于使光入射及射出到AR眼镜的导光板的衍射元件等在光学装置中使光折射的各种用途中。
符号说明
10-光学元件，12-导光板，14-入射部，14R-R入射液晶层，14G-G入射液晶层，14B-B入射液晶层，16-射出部，16R-R射出液晶层，16G-G射出液晶层，16B-B射出液晶层，30-支撑体，32-光取向膜，34-胆甾醇型液晶层，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，R-红色图像，G-绿色图像，B-蓝色图像，RR-红色光的右旋圆偏振光，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，U-使用人员，D-排列轴，Λ-一个周期(衍射结构的周期)，P-节距。
Claims (9)
1.一种光学元件，其具有基板和设置于所述基板上且将液晶化合物取向而成的液晶层层叠多个而获得的层叠体，
构成所述层叠体的所述液晶层具有源自所述液晶化合物的光学轴的朝向一边沿面内的至少一个方向连续旋转一边发生变化的液晶取向图案，
构成所述层叠体的所述液晶层中的至少1层满足以下所示的膜厚分布要件，
膜厚分布要件为如下：
通过在所述液晶层的面内方向上连续地移动观察位置来进行用扫描电子显微镜以10000倍观察所述液晶层的厚度方向上的截面的操作，从而获取20张所述液晶层的面内方向上的200μm的范围内的图像，并在所述液晶层的任意10个截面上进行获取所述液晶层的面内方向上的200μm的范围内的最大膜厚与最小膜厚之差的操作，对所获取的10个截面上的所述最大膜厚与最小膜厚之差进行算术平均而获得的值为0.1μm以下。
2.根据权利要求1所述的光学元件，其中，
构成所述层叠体的所述液晶层中，位于层叠方向上的端部的所述液晶层满足所述膜厚分布要件。
3.根据权利要求2所述的光学元件，其中，
构成所述层叠体的所述液晶层中最靠所述基板侧的所述液晶层满足所述膜厚分布要件。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的光学元件，其中，
构成所述层叠体的所述液晶层中，除了距基板最远的所述液晶层以外的所述液晶层满足所述膜厚分布要件。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的光学元件，其中，
构成所述层叠体的所有所述液晶层满足所述膜厚分布要件。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的光学元件，其中，
构成所述层叠体的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。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的光学元件，其中，
所述基板为导光板，具有使光入射到所述导光板的入射部及使光从所述导光板射出的射出部，
所述入射部及所述射出部中的至少一个使用所述层叠体构成。
8.根据权利要求7所述的光学元件，其中，
所述入射部使用所述层叠体构成。
9.根据权利要求8所述的光学元件，其中，
所述射出部使用所述层叠体构成。
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