CN118176448A - 光学元件及图像显示装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种透射光的衍射效率高的光学元件及使用该光学元件而成的图像显示装置。一种光学元件，其至少包括：使用含有液晶化合物的液晶组合物而形成的第1光学各向异性层；及使用含有液晶化合物的液晶组合物而形成的第2光学各向异性层，其中，第1光学各向异性层及第2光学各向异性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，第1光学各向异性层的双折射Δn1与第2光学各向异性层的双折射Δn2满足式(1)的关系，第1光学各向异性层的厚度T1与第2光学各向异性层的厚度T2满足式(2)的关系，所述光学元件使透射光衍射。式(1)Δn1＞Δn2；式(2)0.002≤T2/T1≤0.3。
Description
技术领域
本发明涉及一种光学元件及图像显示装置。
背景技术
控制光的方向的光学元件(衍射元件)用于许多光学器件或者系统中。控制光的方向的光学元件用于例如液晶显示装置的背光、在实际看到的场景上重叠显示虚拟的影像及各种信息等的AR(AugmentedReality(增强现实))眼镜及VR(VirtualReality(虚拟现实))等头戴式显示器(HMD(HeadMountedDisplay))、投影仪、光束转向器以及用于进行物体的检测及物体距离的测量等的传感器等各种光学器件中。
在这种光学器件中，由于正在进行装置的薄型化及小型化，因此期望所使用的光学元件的薄型化及小型化。作为薄型且小型的光学元件，提出了使用由含有液晶化合物的液晶组合物构成的光学各向异性层。
例如，在专利文献1中记载了一种偏振衍射光栅，其包括对偏振敏感的光取向层和配置于光取向层上的液晶组合物，其中，与偏振光全息图对应的各向异性取向图案配置于光取向层内，使液晶组合物被取向为取向图案。该偏振衍射光栅所具有的取向图案沿平面内的至少1个直线周期性地变化，通过利用使取向图案在这样的面内变化的光学各向异性层，能够实现薄型且控制所入射的光的透射方向的光学元件。
以往技术文献
专利文献
专利文献1：日本特表2008-532085号公报
发明内容
发明要解决的技术课题
根据本发明人等的研究，发现存在如下问题：在面内改变液晶取向图案而使光衍射的光学元件中，若衍射角度变大，则衍射效率下降，即衍射光的强度变弱。
本发明的课题在于解决这种现有技术的问题，并提供一种透射光的衍射效率高的光学元件及使用该光学元件而成的图像显示装置。
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，其至少包括：
使用含有液晶化合物的液晶组合物而形成的第1光学各向异性层；及
使用含有液晶化合物的液晶组合物而形成的第2光学各向异性层，
第1光学各向异性层及第2光学各向异性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，
第1光学各向异性层的双折射Δn1与第2光学各向异性层的双折射Δn2满足式(1)的关系，
第1光学各向异性层的厚度T1与第2光学各向异性层的厚度T2满足式(2)的关系，
所述光学元件使透射光衍射。
式(1)Δn1＞Δn2
式(2)0.002≤T2/T1≤0.3
[2]根据[1]所述的光学元件，其中，
双折射Δn1为0.21以上且0.50以下，
双折射Δn2为0.05以上且0.20以下。
[3]根据[1]或[2]所述的光学元件，其还包括：
使用含有液晶化合物的液晶组合物而形成的第3光学各向异性层，
第3光学各向异性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，
以第2光学各向异性层、第1光学各向异性层、第3光学各向异性层的顺序依次层叠，
第3光学各向异性层的双折射Δn3与所述双折射Δn1满足式(3)的关系，
第3光学各向异性层的厚度T3与厚度T1满足式(4)的关系。
式(3)Δn1＞Δn3
式(4)0.002≤T3/T1≤0.3
[4]根据[3]所述的光学元件，其中，
双折射Δn3为0.05以上且0.20以下。
[5]根据[3]或[4]所述的光学元件，其中，
双折射Δn1、双折射Δn2及双折射Δn3满足式(5)及式(6)的关系。
式(5)0.1≤Δn1-Δn2≤0.25
式(6)0.1≤Δn1-Δn3≤0.25
[6]根据[1]至[5]中任一项所述的光学元件，其中，
厚度T1为1μm～3μm。
[7]根据[1]至[6]中任一项所述的光学元件，其中，
液晶化合物为二苯乙炔型液晶化合物。
[8]根据[1]至[7]中任一项所述的光学元件，其中，液晶化合物为硫杂二苯乙炔(Thiotolane)型液晶化合物。
[9]根据[1]至[8]中任一项所述的光学元件，其中，
第1光学各向异性层在面内具有液晶化合物的光学轴沿厚度方向扭曲的区域，
区域中的厚度方向的扭曲角为10°～360°。
[10]根据[3]至[9]中任一项所述的光学元件，其中，
第1光学各向异性层～第3光学各向异性层的液晶取向图案从内侧朝向外侧以放射状具有源自液晶化合物的光学轴的朝向连续旋转的同时发生变化的一个方向。
[11]一种图像显示装置，其包括[1]至[10]中任一项所述的光学元件。
[12]根据[11]所述的图像显示装置，其为头戴式显示器。
发明效果
根据本发明，能够提供一种透射光的衍射效率高的光学元件及使用该光学元件而的图像显示装置。
附图说明
图1是表示本发明的光学元件的一例的示意图。
图2是概念性地示出图1所示的光学元件的结构的局部放大图。
图3是图2所示的光学元件的俯视图。
图4是用于说明光学元件的作用的图。
图5是用于说明光学元件的作用的图。
图6是表示本发明的光学元件的另一例的示意图。
图7是表示本发明的光学元件所具有的光学各向异性层的另一例的概念图。
图8是表示形成取向图案的曝光装置的一例的图。
图9是概念性地表示本发明的光学元件的另一例的俯视图。
图10是表示形成取向图案的曝光装置的另一例的图。
图11是用于说明实施例中的光强度的测量方法的图。
图12是用于说明实施例中的光强度的测量方法的图。
图13是表示本发明的光学元件所具有的光学各向异性层的另一例的概念图。
具体实施方式
以下，对本发明详细地进行说明。另外，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括的范围。
并且，在本说明书中，“(甲基)丙烯酸酯”是表示丙烯酸及甲基丙烯酸酯这两者的标记，“(甲基)丙烯酰基”是表示丙烯酰基及甲基丙烯酰基这两者的标记，“(甲基)丙烯酸”是表示丙烯酸及甲基丙烯酸这两者的标记。
在本发明中，可见光是电磁波中以人眼观察的波长的光，是380～780nm的波长区域的光。紫外光是10nm以上且小于380nm的波长区域的光，红外光是超过780nm的波长区域的光。
并且，在可见光中，420～490nm的波长区域的光是蓝色(B)光，495～570nm的波长区域的光是绿色(G)光，620～750nm的波长区域的光是红色(R)光。
[光学元件]
本发明的光学元件至少包括：
使用含有液晶化合物的液晶组合物而形成的第1光学各向异性层；及
使用含有液晶化合物的液晶组合物而形成的第2光学各向异性层，
第1光学各向异性层及第2光学各向异性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，
第1光学各向异性层的双折射Δn1与第2光学各向异性层的双折射Δn2满足式(1)的关系，
第1光学各向异性层的厚度T1与第2光学各向异性层的厚度T2满足式(2)的关系，
所述光学元件使透射光衍射。
·式(1)Δn1＞Δn2
·式(2)0.002≤T2/T1≤0.3
图1中概念性地示出本发明的光学元件的一例。
图1所示的光学元件10具有第1光学各向异性层12和第2光学各向异性层13。
第1光学各向异性层12及第2光学各向异性层分别为由含有胆甾醇型液晶化合物的液晶组合物形成的光学各向异性层。并且，如后述的图2及图3所示，第1光学各向异性层及第2光学各向异性层具有源自液晶化合物的光学轴的朝向向面内的一个方向连续旋转的液晶取向图案。虽然将在后面详细叙述，但具有源自液晶化合物的光学轴的朝向向面内的一个方向连续旋转的液晶取向图案的光学各向异性层作为使透射光衍射的衍射元件发挥作用。即，本发明的光学元件作为使透射光衍射的衍射元件发挥作用。
在此，在本发明的光学元件中，第1光学各向异性层12的双折射Δn1与第2光学各向异性层13的双折射Δn2满足下述式(1)的关系。
·式(1)Δn1＞Δn2
并且，第1光学各向异性层的厚度T1与第2光学各向异性层的厚度T2满足下述式(2)的关系。
·式(2)0.002≤T2/T1≤0.3
即，本发明的光学元件具有如下结构：其具备具有高双折射Δn1的第1光学各向异性层12；及具有低双折射Δn2的第2光学各向异性层13，并且双折射Δn1高的第1光学各向异性层12的厚度比双折射Δn2低的第2光学各向异性层13的厚度厚。
如上所述，发现存在如下问题：在面内改变液晶取向图案而使光衍射的光学元件(光学各向异性层)中，若衍射角度变大，则衍射效率下降，即衍射光的强度变弱。
从衍射效率的方面考虑，光学各向异性层的双折射(折射率差)Δn越高越有利，但若使双折射Δn过大，则在光学各向异性层与外部的界面处的双折射Δn的变化变大，从而导致在界面处反射的光量变大。其结果，发现光的透射率下降，导致衍射效率下降。
相对于此，本发明的光学元件通过具备具有高双折射Δn1的第1光学各向异性层和具有低双折射Δn2的第2光学各向异性层，能够抑制从双折射Δn2低的第2光学各向异性层侧入射的光在界面处的反射，并且通过双折射Δn1高的第1光学各向异性层以高衍射效率衍射光，作为光学元件能够抑制光的透射率的下降，从而提高透射光的衍射效率。此时，通过使第1光学各向异性层12的厚度比第2光学各向异性层13的厚度厚，有助于使第1光学各向异性层12的衍射效率变大，因此能够发挥第1光学各向异性层12的高衍射效率，从而能够提高作为光学元件的衍射效率。
在此，在图1所示的例子中，将光学元件10设为具有第1光学各向异性层12和第2光学各向异性层的结构，但并不限定于此，如图2所示的光学元件10b那样，也可以设为还具有第3光学各向异性层14的结构。
图2所示的光学元件10b依次具有第2光学各向异性层13、第1光学各向异性层12及第3光学各向异性层14。
第3光学各向异性层14是使用含有液晶化合物的液晶组合物而形成的光学各向异性层，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。
在具有这种第3光学各向异性层14的结构的情况下，第1光学各向异性层12的双折射Δn1与第3光学各向异性层14的双折射Δn3满足下述式(3)的关系。
·式(3)Δn1＞Δn3
并且，第1光学各向异性层的厚度T1与第3光学各向异性层的厚度T3满足下述式(4)的关系。
·式(4)0.002≤T3/T1≤0.3
即，光学元件10b具有如下结构：其具备具有高双折射Δn1的第1光学各向异性层12、具有低双折射Δn2的第2光学各向异性层13及具有低双折射Δn3的第3光学各向异性层14，并且双折射Δn1高的第1光学各向异性层12的厚度比双折射Δn2低的第2光学各向异性层13及双折射Δn3低的第3光学各向异性层14的厚度厚。即，光学元件10b具有如下结构：用双折射Δn低且薄的光学各向异性层在厚度方向上夹持具有高双折射Δn1且厚的第1光学各向异性层12。
如此，即使在设为在第1光学各向异性层12的与配置有第2光学各向异性层13的一侧相反的一侧的面上具有第3光学各向异性层14的结构的情况下，也能够抑制从双折射Δn2低的第2光学各向异性层侧入射的光或者从双折射Δn3低的第3光学各向异性层侧入射的光在界面处的反射，并且通过双折射Δn1高的第1光学各向异性层以高衍射效率衍射光，作为光学元件，能够抑制光的透射率的下降，从而提高透射光的衍射效率。此时，通过使第1光学各向异性层12的厚度比第2光学各向异性层13及第3光学各向异性层14的厚度厚，有助于使第1光学各向异性层12的衍射效率变大，因此能够发挥第1光学各向异性层12的高衍射效率，从而能够提高作为光学元件的衍射效率。
另外，第2光学各向异性层13和第3光学各向异性层14的双折射Δn及厚度T等的结构可以相同，也可以不同。
在此，从衍射效率的观点出发，第1光学各向异性层12的双折射Δn1优选0.21以上且0.50以下，更优选0.30以上且0.45以下，进一步优选0.35以上且0.40以下。
并且，从抑制界面处的反射的观点出发，第2光学各向异性层13的双折射Δn2优选0.05以上且0.20以下，更优选0.08以上且0.17以下，进一步优选0.10以上且0.15以下。同样地，第3光学各向异性层14的双折射Δn3优选0.05以上且0.20以下，更优选0.08以上且0.17以下，进一步优选0.10以上且0.15以下。
并且，从衍射效率及抑制界面处的反射的观点出发，第1光学各向异性层12的双折射Δn1、第2光学各向异性层13的双折射Δn2及第3光学各向异性层14的双折射Δn3优选满足下述式(5)及下述式(6)的关系。
·式(5)0.1≤Δn1-Δn2≤0.25
·式(6)0.1≤Δn1-Δn3≤0.25
第1光学各向异性层12的双折射Δn1与第2光学各向异性层13的双折射Δn2之差(Δn1-Δn2)更优选0.12～0.23，进一步优选0.15～0.20。同样地，第1光学各向异性层12的双折射Δn1与第3光学各向异性层14的双折射Δn3之差(Δn1-Δn3)更优选0.12～0.23，进一步优选0.15～0.20。
并且，从衍射效率及抑制界面处的反射的观点出发，第1光学各向异性层的厚度T1与第2光学各向异性层的厚度T2之比(T2/T1)优选0.01～0.1，更优选0.02～0.05。同样地，第1光学各向异性层的厚度T1与第3光学各向异性层的厚度T3之比(T3/T1)优选0.01～0.1，更优选0.02～0.05。
并且，从衍射效率的观点出发，第1光学各向异性层12的厚度T1优选1μm～3μm，更优选1.5μm～2.7μm，进一步优选2.0μm～2.5μm。
并且，从衍射效率及抑制界面处的反射的观点出发，第2光学各向异性层13的厚度T2优选0.02μm～1.0μm，更优选0.03μm～0.5μm，进一步优选0.05μm～0.1μm。同样地，第3光学各向异性层14的厚度T3优选0.02μm～1.0μm，更优选0.03μm～0.5μm，进一步优选0.05μm～0.1μm。
＜＜Δn的测量方法＞＞
本说明书中的Δn(Δn1、Δn2、Δn3)能够如下测量。
将构成各层的液晶组合物另外涂布于单轴取向性的取向膜上，使其单轴取向并固化之后，通过双折射测量仪求出Δn×d。而且，通过用截面切割法及干涉膜厚仪等来测量截面的厚度d，能够计算Δn。由此，能够求出各自的Δn1、Δn2、Δn3及T1、T2、T3。
以下，对光学各向异性层进行详细叙述。另外，在以下说明中，在无需区分第1光学各向异性层～第3光学各向异性层的情况下，一并作为光学各向异性层进行说明。
＜光学各向异性层＞
使用图3及图4对光学各向异性层进行说明。
图3及图4所示的例子为固定使液晶化合物取向的液晶相而成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的光学各向异性层。
如在图3中概念性地示出，在光学各向异性层中，液晶化合物40在厚度方向上并非以螺旋状扭曲及旋转，并且位于面方向的相同位置的液晶化合物40被取向为该光学轴40A的朝向成为相同的朝向。
＜＜光学各向异性层的液晶取向图案＞＞
光学各向异性层具有源自液晶化合物40的光学轴40A的朝向在光学各向异性层的面内在一个方向上连续旋转的同时发生变化的液晶取向图案。
另外，源自液晶化合物40的光学轴40A是在液晶化合物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”。
在图4中概念性地示出光学各向异性层的俯视图。
另外，俯视图是指在图3中从上方观察光学各向异性层的图，即为从厚度方向(＝各层(膜)的层叠方向)观察光学各向异性层的图。
并且，在图4中，为了明确地示出光学各向异性层的结构，对于液晶化合物40仅示出表面的液晶化合物40。
如图4所示，在表面上，构成光学各向异性层的液晶化合物40具有如下液晶取向图案：在光学各向异性层的面内，光学轴40A的朝向沿箭头D(以下，称为排列轴D)所示的规定的一个方向一方向
旋转的同时发生变化。在图示例中，具有液晶化合物40的光学轴40A沿排列轴D方向以顺时针方向连续旋转的同时发生变化的液晶取向图案。
构成光学各向异性层的液晶化合物40呈在排列轴D及与该一个方向(排列轴D方向)正交的方向上二维排列的状态。
在以下说明中，为了方便起见，将与排列轴D方向正交的方向设为Y方向。即，箭头Y方向是液晶化合物40的光学轴40A的朝向在光学各向异性层的面内与连续旋转的同时发生变化的一个方向正交的方向。因此，在图1～图3及后述的图5～图7中，Y方向成为与纸面正交的方向。
液晶化合物40的光学轴40A的朝向沿排列轴D方向(规定的一个方向)连续旋转的同时发生变化具体而言是指，沿排列轴D方向排列的液晶化合物40的光学轴40A与排列轴D方向所成的角度根据排列轴D方向的位置而不同，沿排列轴D方向，光学轴40A与排列轴D方向所成的角度从θ依次变化至θ+180°或者θ-180°。
另外，在排列轴D方向上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，在本发明中，设为液晶化合物朝向在排列轴D方向上彼此相邻的液晶化合物40的光学轴40A所成的角度变小的方向进行旋转。因此，在图3及图4所示的光学各向异性层中，液晶化合物40的光学轴40A沿排列轴D的箭头方向向右(顺时针方向)旋转。
另一方面，形成光学各向异性层的液晶化合物40在与排列轴D方向正交的Y方向(即，与光学轴40A连续旋转的一个方向正交的Y方向)上与光学轴40A的朝向相同。
换言之，形成光学各向异性层的液晶化合物40在Y方向上，液晶化合物40的光学轴40A与排列轴D方向所成的角度相等。
在光学各向异性层中，在Y方向上排列的液晶化合物中，光学轴40A与排列轴D方向(液晶化合物40的光学轴的朝向旋转的一个方向)所成的角度相等。将该光学轴40A与排列轴D方向所成的角度相等的液晶化合物40配置于Y方向上的区域设为区域R。
此时，各自的区域R中的面内延迟(Re)的值优选为半波长即λ/2。关于这些面内延迟，通过区域R的折射率各向异性所伴随的折射率差Δn与光学各向异性层的厚度之积来计算。在此，光学各向异性层中的区域R的折射率各向异性所伴随的折射率差是通过区域R的面内的慢轴方向的折射率和与慢轴方向正交的方向的折射率之差来定义的折射率差。即，区域R的折射率各向异性所伴随的折射率差Δn等于光学轴40A的方向的液晶化合物40的折射率与在区域R的面内与光学轴40A垂直的方向的液晶化合物40的折射率之差。即，折射率差Δn等于液晶化合物40的折射率差。
在光学各向异性层中，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1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1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1个周期的长度Λ称为“1个周期Λ”。
光学各向异性层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1个周期Λ。
若圆偏振光入射到这种光学各向异性层上，则光被折射，并且圆偏振光的方向被转换。
在图5及图6中概念性地示出该作用。另外，在光学各向异性层中，设为液晶化合物的折射率差与光学各向异性层的厚度的乘积的值为λ/2。
如图5所示，在光学各向异性层的液晶化合物的折射率差与光学各向异性层的厚度的乘积的值为λ/2的情况下，若作为左旋圆偏振光的入射光L1入射到光学各向异性层上，则入射光L1通过光学各向异性层而被赋予180°的相位差，从而透射光L2被转换为右旋圆偏振光。
并且，形成于光学各向异性层上的液晶取向图案在排列轴D方向上是周期性图案，因此透射光L2向与入射光L1的行进方向不同的方向行进。如此，左旋圆偏振光的入射光L1被转换为相对于入射方向向排列轴D方向仅倾斜规定角度的右旋圆偏振光的透射光L2。在图5所示的例子中，透射光L2被衍射，以向右下方向行进。
另一方面，如图6所示，在光学各向异性层的液晶化合物的折射率差与光学各向异性层的厚度的乘积的值为λ/2时，若右旋圆偏振光的入射光L4入射到光学各向异性层上，则入射光L4通过光学各向异性层而被赋予180°的相位差，从而被转换为左旋圆偏振光的透射光L5。
并且，形成于光学各向异性层上的液晶取向图案在排列轴D方向上是周期性图案，因此透射光L5向与入射光L4的行进方向不同的方向行进。此时，透射光L5向与透射光L2不同的方向即相对于入射方向与排列轴D的箭头方向相反的方向行进。如此，入射光L4被转换为相对于入射方向向与排列轴D方向相反的方向仅倾斜规定角度的左旋圆偏振光的透射光L5。在图6所示的例子中，透射光L5被衍射，以向左下方向行进。
如上所述，光学各向异性层能够根据所形成的液晶取向图案的1个周期Λ的长度来调节透射光L2及L5的折射角度。具体而言，关于光学各向异性层，液晶取向图案的1个周期Λ越短，通过了相互相邻的液晶化合物40的光彼此的干涉越强，因此能够使透射光L2及L5折射得更大。
并且，通过将沿排列轴D方向旋转的液晶化合物40的光学轴40A的旋转方向设为相反的方向，能够将透射光的折射的方向设为相反的方向。即，在图5～图6所示的例子中，朝向排列轴D方向的光学轴40A的旋转方向为顺时针方向，但通过将该旋转方向设为逆时针方向，能够将透射光的折射的方向设为相反的方向。具体而言，在图5及图6中，当朝向排列轴D方向的光学轴40A的旋转方向为逆时针方向时，从图中上侧入射到光学各向异性层的左旋圆偏振光通过光学各向异性层而将透射光转换为右旋圆偏振光，并且使其被衍射为向图中左下方向行进。并且，从图中上侧入射到光学各向异性层的右旋圆偏振光通过光学各向异性层而将透射光转换为左旋圆偏振光，并且使其被衍射为向图中右下方向行进。
另外，在本发明的光学元件中，第1光学各向异性层、第2光学各向异性层及第3光学各向异性层具有相同的液晶取向图案，存在于面方向的相同的位置的液晶化合物40的光学轴朝向相同的方向。
＜＜光学各向异性层的形成方法＞＞
光学各向异性层能够如下形成：将含有液晶化合物的液晶组合物涂布于用于使液晶化合物以规定的液晶取向图案取向的取向膜上，并形成取向为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的液晶相，并将其以层状固定。
(支撑体)
作为支撑取向膜及光学各向异性层的支撑体，只要能够支撑取向膜及光学各向异性层，则能够利用各种片状物(薄膜、板状物)。
另外，支撑体相对于衍射的光的透射率优选为50％以上，更优选为70％以上，进一步优选为85％以上。
支撑体的厚度并无限制，只要根据光学元件的用途及支撑体的形成材料等适当地设定能够支撑取向膜及光学各向异性层的厚度即可。
支撑体的厚度优选1～1000μm，更优选3～250μm，进一步优选5～150μm。
支撑体可以为单层，也可以为多层。
作为单层时的支撑体，可以例示由玻璃、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。作为多层时的支撑体的例子，可以例示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设置有其他层的支撑体等。
(取向膜)
在支撑体的表面形成有取向膜。
取向膜是在形成光学各向异性层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，光学各向异性层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，取向膜形成为使光学各向异性层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”。
取向膜能够利用公知的各种取向膜。
例如，可以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)膜累积而成的膜等。
通过摩擦处理形成的取向膜能够通过用纸或布在规定方向上多次摩擦聚合物层的表面而形成。
作为取向膜中使用的材料，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2005-97377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等的形成中使用的材料。
取向膜优选利用向光取向性的材料照射偏振光或非偏振光而形成取向膜的所谓的光取向膜。即，作为取向膜，优选利用在支撑体上涂布光取向材料而形成的光取向膜。
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使用的光取向材料，例如，可以例示日本特开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、特别是肉桂酸酯化合物、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。
取向膜的厚度并无限制，只要根据取向膜的形成材料适当地设定可以获得所需要的取向功能的厚度即可。
取向膜的厚度优选0.01～5μm，更优选0.05～2μm。
取向膜的形成方法并无限制，能够利用各种与取向膜的形成材料相对应的公知的方法。作为一例，可以例示将取向膜涂布于支撑体的表面并使其干燥之后，通过激光束曝光取向膜而形成取向图案的方法。
图7中概念性地示出对取向膜进行曝光而形成取向图案的曝光装置的一例。
图7所示的曝光装置60具备：设置有激光器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个光线的光束分离器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，在取向膜32上使2个光线MA及光线MB交叉并使其干涉，然后将该干涉光照射到取向膜32上进行曝光。
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32上形成光学各向异性层，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光学各向异性层。
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，图案取向膜具有如下取向图案：使液晶化合物取向，以成为形成于图案取向膜上的光学各向异性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量吸收各向异性来检测。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量了透射图案取向膜的光的光量时，观察到光量成为最大或最小的朝向沿面内的一个方向逐渐变化。
另外，在本发明中，取向膜以优选方式设置，并不是必须的构成要件。
例如，能够通过对支撑体进行摩擦处理的方法、用激光束等对支撑体进行加工的方法等来在支撑体上形成取向图案，从而也能够设为光学各向异性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，也可以使支撑体作为取向膜而发挥作用。
(光学各向异性层的形成)
光学各向异性层能够以层状固定液晶相来形成，该液晶相取向为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。
将液晶相固定而成的结构只要是保持呈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沿液晶取向图案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，在光学各向异性层中，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。
作为在固定液晶相而成的光学各向异性层的形成中所使用的材料，作为一例，可以举出含有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，光学各向异性层的形成中所使用的液晶组合物还可以含有表面活性剂、聚合引发剂等。
--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。
作为形成光学各向异性层的棒状的聚合性液晶化合物的例子，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，还能够使用高分子液晶化合物。
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。在聚合性基团的例子中包括不饱和聚合性基团、环氧基及氮丙啶基，优选不饱和聚合性基团，更优选烯属不饱和聚合性基团。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1～6个，更优选1～3个。
聚合性液晶化合物的例子包括Makromol.Chem.，190卷、2255页(1989年)、Advanced Materials 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。可以并用2种以上的聚合性液晶化合物。若并用2种以上的聚合性液晶化合物，则能够使取向温度下降。
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。此外，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，相对于液晶组合物的固体成分质量(去除溶剂后的质量)，液晶组合物中的聚合性液晶化合物的添加量优选为75～99.9质量％，更优选为80～99质量％，进一步优选为85～90质量％。
液晶化合物的种类只要能够以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图案进行取向且能够设为满足本发明中所规定的Δn的范围的结构，则不受特别限定，但从高Δn和减少着色的观点出发，能够优选使用二苯乙炔型液晶化合物及硫杂二苯乙炔型液晶化合物。作为二苯乙炔型液晶化合物，优选WO2019182129A1中所记载的化合物。
并且，为了实现更高的Δn，优选由下述通式(I)表示的化合物。
[化学式1]
通式(I)中，
P1及P2分别独立地表示氢原子、-CN、-NCS或聚合性基团。
Sp1及Sp2分别独立地表示单键或二价连接基团。其中，Sp1及Sp2并不表示含有选自由芳香族烃环基、芳香族杂环基及脂肪族烃环基组成的组中的至少一种基团的二价连接基团。
Z1、Z2及Z3分别独立地表示单键、-O-、-S-、-CHR-、-CHRCHR-、-OCHR-、-CHRO-、-SO-、-SO2-、-COO-、-OCO-、-CO-S-、-S-CO-、-O-CO-O-、-CO-NR-、-NR-CO-、-SCHR-、-CHRS-、-SO-CHR-、-CHR-SO-、-SO2-CHR-、-CHR-SO2-、-CF2O-、-OCF2-、-CF2S-、-SCF2-、-OCHRCHRO-、-SCHRCHRS-、-SO-CHRCHR-SO-、-SO2-CHRCHR-SO2-、-CH＝CH-COO-、-CH＝CH-OCO-、-COO-CH＝CH-、-OCO-CH＝CH-、-COO-CHRCHR-、-OCO-CHRCHR-、-CHRCHR-COO-、-CHRCHR-OCO-、-COO-CHR-、-OCO-CHR-、-CHR-COO-、-CHR-OCO-、-CR＝CR-、-CR＝N-、-N＝CR-、-N＝N-、-CR＝N-N＝CR-、-CF＝CF-或-C≡C-。R表示氢原子或碳原子数1～10的烷基。存在多个R时，可以相同，也可以不同。当Z1及Z2分别存在多个时，可以相同，也可以不同。存在多个的Z3可以相同，也可以不同。其中，连接于Sp2的Z3表示单键。
X1及X2分别独立地表示单键或-S-。存在多个的X1及X2分别可以相同，也可以不同。其中，存在多个的X1及存在多个的X2中，至少任一个表示-S-。
k表示2～4的整数。
m及n分别独立地表示0～3的整数。存在多个的m可以相同，也可以不同。
A1、A2、A3及A4分别独立地表示由下述通式(B-1)～(B-7)中的任一个表示的基团或表示将由下述通式(B-1)～(B-7)中的任一个表示的基团连接2个或3个而成的基团。存在多个的A2及A3分别可以相同，也可以不同。当A1及A4分别存在多个时，可以相同，也可以不同。
[化学式2]
通式(B-1)～(B-7)中，
W1～W18分别独立地表示CR1或N，R1表示氢原子或下述取代基L。
Y1～Y6分别独立地表示NR2、O或S，R2表示氢原子或下述取代基L。
G1～G4分别独立地表示CR3R4、NR5、O或S，R3～R5分别独立地表示氢原子或下述取代基L。
M1及M2分别独立地表示CR6或N，R6表示氢原子或下述取代基L。
*表示键合位置。
取代基L为碳原子数1～10的烷基、碳原子数1～10的烷氧基、碳原子数1～10的烷基氨基、碳原子数1～10的烷硫基、碳原子数1～10的烷酰基、碳原子数1～10的烷酰氧基、碳原子数1～10的烷酰氨基、碳原子数1～10的烷酰硫基、碳原子数2～10的烷氧基羰基、碳原子数2～10的烷基氨基羰基、碳原子数2～10的烷硫基羰基、羟基、氨基、巯基、羧基、磺基、酰胺基、氰基、硝基、卤素原子或聚合性基团。其中，在作为取代基L而记载的上述基团具有-CH2-的情况下，将上述基团中所含的-CH2-中的至少一个取代为-O-、-CO-、-CH＝CH-或-C≡C-而成的基团也包括在取代基L中。并且，在作为取代基L而记载的上述基团具有氢原子的情况下，将上述基团中所含的氢原子中的至少一个取代为选自由氟原子及聚合性基团组成的组中的至少一个而成的基团也包括在取代基L中。
--表面活性剂--
形成光学各向异性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液晶化合物稳定或快速地取向。作为表面活性剂，例如，可以举出硅酮系表面活性剂及氟系表面活性剂，可以优选例示氟系表面活性剂。
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]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2005-99248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]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)丙烯酸酯系聚合物等。
另外，表面活性剂可以单独使用1种，也可以并用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]～[0090]段中所记载的化合物。
相对于液晶化合物的总质量，液晶组合物中的表面活性剂的添加量优选0.01～10质量％，更优选0.01～5质量％，进一步优选0.02～1质量％。
--聚合引发剂--
在液晶组合物含有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来引发聚合反应的光聚合引发剂。
在光聚合引发剂的例子中，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)、三芳基咪唑二聚体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。
相对于液晶化合物的含量，液晶组合物中的光聚合引发剂的含量优选为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，能够优选使用利用紫外线、热及湿气等固化的交联剂。
作为交联剂并无特别限制，能够根据目的适当地选择，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，除了能够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，也可以并用2种以上。
相对于液晶组合物的固体成分质量，交联剂的含量优选3～20质量％，更优选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，从而进一步提高液晶相的稳定性。
--其他添加剂--
在不降低光学性能等的范围内，根据需要，在液晶组合物中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、色材及金属氧化物微粒等。
在形成光学各向异性层时(涂布于取向膜上时)，优选将液晶组合物用作液体。
液晶组合物可以含有溶剂。溶剂并无限制，能够根据目的适当地选择，但优选有机溶剂。
有机溶剂并无限制，能够根据目的适当地选择，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，也可以并用2种以上。在这些之中，考虑到对环境的负担时，优选酮类。
在形成光学各向异性层时，优选在光学各向异性层的形成面上涂布液晶组合物，并将液晶化合物取向为以规定的液晶取向图案取向的液晶相状态之后，使液晶化合物固化以形成光学各向异性层。
即，在取向膜上形成光学各向异性层的情况下，优选在取向膜上涂布液晶组合物，并将液晶化合物取向为规定的液晶取向图案之后，使液晶化合物固化以形成固定液晶相而成的光学各向异性层。
关于液晶组合物的涂布，能够利用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所有公知的方法。
根据需要，对所涂布的液晶组合物进行干燥和/或加热，然后使其固化以形成光学各向异性层。在该干燥和/或加热工序中，液晶组合物中的液晶化合物取向为规定的液晶取向图案即可。在进行加热的情况下，加热温度优选200℃以下，更优选130℃以下。
根据需要，对所取向的液晶化合物进一步进行聚合。聚合可以为热聚合及利用光照射的光聚合中的任一种，但优选光聚合。光照射优选使用紫外线。照射能量优选20mJ/cm2～50J/cm2，更优选50～1500mJ/cm2。为了促进光聚合反应，也可以在加热条件下或氮环境下实施光照射。所照射的紫外线的波长优选250～430nm。
光学各向异性层也可以通过反复进行这种从涂布至聚合的多重涂布而形成为所期望的厚度。
另外，光学各向异性层也可以以层叠于支撑体及取向膜上的状态来层叠。或者，光学各向异性层也可以例如在剥离了支撑体之后，仅层叠有取向膜及光学各向异性层的状态下层叠。或者，光学各向异性层也可以例如在剥离了支撑体及取向膜之后，仅有光学各向异性层的状态下层叠。
在此，双折射Δn不同的第1光学各向异性层、第2光学各向异性层及第3光学各向异性层只要使用不同的液晶化合物来形成即可。即，第1光学各向异性层使用含有双折射Δn大的液晶化合物的液晶组合物来形成，第2光学各向异性层及第3光学各向异性层使用含有双折射Δn小的液晶化合物的液晶组合物来形成即可。或者，例如，使用能够通过温度控制Δn的液晶材料，并通过温度梯度在厚度方向上形成Δn分布，由此能够形成第1光学各向异性层～第3光学各向异性层。此时，能够优选使用日本特开2009-175208公报中所记载的液晶化合物。
并且，如本发明的光学元件那样，例如，在其为具有3层光学各向异性层的结构的情况下，首先，在取向膜上形成第3光学各向异性层，接着，直接在第3光学各向异性层上形成第1光学各向异性层，接着，直接在第1光学各向异性层上形成第2光学各向异性层即可。此时，第1光学各向异性层取向为与第3光学各向异性层相同的液晶取向图案，并且第2光学各向异性层取向为与第1光学各向异性层相同的液晶取向图案。
在此，在图3所示的光学各向异性层中，厚度方向上排列的液晶化合物的光学轴取向为在相同的方向上对齐，但并不限定于此。光学各向异性层可以在面内具有液晶化合物的光学轴沿厚度方向扭曲的区域。此时，具有厚度方向的扭曲的区域中的厚度方向整个区域内的扭曲角为10°～360°。
图8是概念性地表示本发明的光学元件所具有的第1光学各向异性层的另一例的图。
图8所示的第1光学各向异性层12b在厚度方向上，除了液晶化合物扭曲取向以外，具有与图3及图4所示的光学各向异性层相同的结构。即，若从厚度方向观察图8所示的第1光学各向异性层12b，则与图4所示的例子同样地，在第1光学各向异性层12b的面内，具有光学轴40A的朝向沿排列轴D连续旋转的同时发生变化的液晶取向图案。
图8所示的第1光学各向异性层12b具有液晶化合物40在厚度方向上回转而层叠的扭曲结构，并且从存在于第1光学各向异性层12的一个主表面侧的液晶化合物40到存在于另一个主表面侧的液晶化合物40为止的合计旋转角为360°以下。
如此，若光学各向异性层在面内具有光学轴40A的朝向沿排列轴D连续旋转的同时发生变化的液晶取向图案，并且液晶化合物40在厚度方向上具有扭曲结构，则在与排列轴D平行的截面中，光学各向异性层成为在厚度方向上连接朝向相同方向的液晶化合物40的线段相对于光学各向异性层的主表面倾斜的结构，在用扫描型电子显微镜(SEM)观察了沿排列轴D在厚度方向上切割光学各向异性层而得的截面的图像中，光学各向异性层成为所观察到的亮部及暗部的条纹图案相对于主表面倾斜的结构。由此，能够提高光学元件的衍射效率。
如此，为了将光学各向异性层设为液晶化合物在厚度方向上扭曲取向的结构，只要在用于形成光学各向异性层的液晶组合物中含有手性试剂即可。
--手性试剂(光学活性化合物)--
手性试剂(手性剂)具有诱导液晶相的螺旋结构的功能。手性试剂由于通过化合物诱导的螺旋的扭曲方向及螺旋扭转力(Helical twisting power：HTP)不同，因此根据目的选择即可。
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。
手性试剂通常含有不对称碳原子，但不含不对称碳原子的轴手性化合物或平面手性化合物也能够用作手性试剂。在轴手性化合物或平面手性化合物的例子中，包括联萘、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来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种类的基团。因此，手性试剂的聚合性基团也优选为不饱和聚合性基团、环氧基或氮丙啶基，更优选为不饱和聚合性基团，进一步优选为烯属不饱和聚合性基团。
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团的情况下，在涂布、取向之后通过活化光线等的光掩模照射能够形成与发光波长对应的所期望的扭曲取向，因此优选。作为光异构化基团，优选显示光致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。
相对于液晶化合物的含有摩尔量，液晶组合物中的手性试剂的含量优选0.01～200摩尔％，更优选1～30摩尔％。
另外，在上述说明中，设为第1光学各向异性层在厚度方向上具有扭曲的结构，但也可以设为第2光学各向异性层和/或第3光学各向异性层在厚度方向上具有扭曲的结构，也可以设为所有光学各向异性层在厚度方向上具有扭曲的结构。如上所述，由于有助于光的衍射的是第1光学各向异性层，因此通过设为第1光学各向异性层在厚度方向上具有扭曲的结构，能够进一步提高衍射效率。
并且，第1光学各向异性层可以为在厚度方向上具有扭曲状态(扭曲角度及扭曲方向)不同的区域的结构。在这种结构的情况下，关于光学各向异性层，用扫描型电子显微镜观察液晶化合物的光学轴的朝向沿连续旋转的同时发生变化的一个方向在厚度方向上切割而得的截面的图像中，观察到具有从一个主表面延伸至另一个主表面的亮部及暗部，暗部具有1个或者2个以上的角度拐点。
在图13中示出这种光学各向异性层的一例。另外，在图13中，将亮部42和暗部44与光学各向异性层12dc的截面重叠而示出。在以下说明中，将用SEM观察沿光学轴旋转的一个方向在厚度方向上切割而得的截面的图像也简称为『截面SEM图像』。
图13所示的光学各向异性层12d在截面SEM图像中，暗部44具有两处角度变化的拐点。即，也可以说，光学各向异性层12d根据暗部44的拐点在厚度方向上具有区域37a、区域37b及区域37c这3个区域。
光学各向异性层12d在厚度方向的任何位置均具有如下液晶取向图案：在面内方向上，源自液晶化合物40的光学轴朝向图中左方向顺时针旋转。并且，液晶取向图案的1个周期在厚度方向上恒定。
并且，如图13所示，液晶化合物40在厚度方向的下侧区域37c中，以在厚度方向上从图中上侧朝向下侧顺时针(右向旋转)扭曲为螺旋状的方式进行扭曲取向。
在厚度方向的正中间的区域37b中，液晶化合物40在厚度方向上并未扭曲，在厚度方向上层叠的液晶化合物40的光学轴朝向相同的方向。即，存在于面内方向的相同位置的液晶化合物40的光学轴朝向相同的方向。
在厚度方向的上侧区域37a中，液晶化合物40以在厚度方向上从图中上侧朝向下侧逆时针(左向旋转)扭曲为螺旋状的方式进行扭曲取向。
即，在图13所示的光学各向异性层12d的区域37a、区域37b及区域37c中的液晶化合物40的厚度方向的扭曲的状态分别不同。
在具有源自液晶化合物的光学轴朝向一个方向连续旋转的液晶取向图案的光学各向异性层中，观察到光学各向异性层的截面SEM图像中的亮部及暗部连接相同朝向的液晶化合物。
作为一例，在图13中，示出观察到暗部44以将光学轴朝向与纸面正交的方向的液晶化合物40连接。
在厚度方向的最下部区域37c中，暗部44朝向图中左上方倾斜。在正中间区域37b中，暗部44沿厚度方向延伸。在最上部区域37a中，暗部44朝向图中右上方倾斜。
即，图13所示的光学各向异性层12d具有暗部44的角度变化的2个角度拐点。并且，在最上部区域37a中，暗部44朝向右上方倾斜，在最下部区域37b中，暗部44朝向左上方倾斜。即，在区域37a及区域37c中，暗部44的倾斜方向不同。
此外，在图13所示的光学各向异性层12d中，暗部44具有1处倾斜方向向相反方向折回的拐点。
具体而言，光学各向异性层12d的暗部44在区域37a中的倾斜方向与在区域37b中的倾斜方向是相反方向。因此，位于区域37a与区域37b的界面的拐点是倾斜方向向相反方向折回的拐点。即，光学各向异性层12d具有1处倾斜方向向相反方向折回的拐点。
并且，作为一例，光学各向异性层12d的区域37a与区域37c的厚度相等，并且，如上所述，液晶化合物40的厚度方向的扭曲状态分别不同。因此，如图1所示，截面SEM图像中的亮部42及暗部44大致呈C字状。
因此，在光学各向异性层12d中，暗部44的形状与厚度方向的中心线对称。
本发明的光学元件在这种光学各向异性层12d，即，在截面SEM图像中，具有从一个表面延伸至另一个表面的亮部42及暗部44，暗部44具有1个或2个以上的角度拐点，由此能够减小衍射效率的波长依赖性，无论波长如何均能够以相同的衍射效率衍射光。
另外，在图13所示的例子中，将暗部44设为具有2个角度拐点的结构，但并不限定于此，可以为暗部44具有1个角度拐点的结构，也可以为具有3个以上的角度拐点的结构。例如，在光学各向异性层的暗部44为具有1个角度拐点的结构的情况下，可以由图13所示的区域37a及区域37c构成，也可以为由区域37a及区域37b构成的结构，也可以为由区域37b及区域37c构成的结构。或者，例如，在光学各向异性层的暗部44为具有3个角度拐点的结构的情况下，交替地各具有2个图13所示的区域37a和区域37c的结构即可。
并且，在图4所示的例子中，光学各向异性层的液晶取向图案中，排列轴D沿面内的一个方向存在，液晶化合物40的光学轴40A沿排列轴D方向在一个方向上连续旋转。
然而，本发明并不限于此，只要在光学各向异性层中液晶化合物40的光学轴40A沿一个方向连续旋转，则能够利用各种结构。
例如，如在图9的俯视图中概念性地示出，第1光学各向异性层12c、第2光学各向异性层13c及第3光学各向异性层14c(以下，统称为光学各向异性层12c)可以为以放射状具有液晶取向图案的结构。在图9所示的光学各向异性层12c中，液晶化合物40的光学轴的朝向沿从光学各向异性层12c的中心朝向外侧的多个方向(例如，由箭头A1表示的方向、由箭头A2表示的方向、由箭头A3表示的方向……)连续旋转的同时发生变化。即，箭头A1、A2及A3为排列轴。
并且，如图9所示，液晶化合物40的光学轴从光学各向异性层12c的中心朝向外侧沿相同方向旋转的同时发生变化。图9中所示的方式为逆时针方向的取向。沿图9中的箭头A1、A2及A3的各箭头旋转变化的光学轴的旋转方向，随着从中心朝向外侧成为逆时针方向。
如此，在液晶取向图案为放射状的图案中，连接光学轴朝向相同方向的液晶化合物的线为圆形，并且圆形的线段形成同心圆状的图案。
如此，具有放射状的液晶取向图案的光学各向异性层12c在使入射的光沿各排列轴(A1～A3等)以方位方向朝向中心侧的方式衍射的情况下，能够聚集透射光。或者，在使入射的光沿各排列轴(A1～A3)以方位方向朝向外侧的方式衍射的情况下，能够使透射光扩散。使透射光沿中心侧衍射还是朝向外侧衍射这取决于入射的光的偏振状态及液晶取向图案中的光学轴的旋转方向。
如此，在本发明中，通过将光学各向异性层的液晶取向图案设为这种放射状的图案，能够作为聚集光或发散光的透镜。
在将光学元件用作透镜的情况下，优选设为衍射角度从光学元件的中心朝向外侧逐渐变大的结构。由此，光学元件能够更适当地聚光或发散光。
并且，在图10示出形成如图9所示的放射状的液晶取向图案的曝光装置的例子。
图10所示的曝光装置80具有：设置有激光器82的光源84、将来自激光器82的激光束M分割为S偏振MS和P偏振MP的偏振光束分离器86、配置于P偏振MP的光路的反射镜90A及配置于S偏振MS的光路的反射镜90B、配置于S偏振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MP被反射镜90A反射，并入射到偏振光束分离器94。另一方面，被偏振光束分离器86分割的S偏振MS被反射镜90B反射，被透镜92聚集而入射到偏振光束分离器94。
P偏振MP及S偏振MS被偏振光束分离器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，并入射到支撑体30上的取向膜32。
在此，通过右旋圆偏振光和左旋圆偏振光的干涉，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。由于左旋圆偏振光与右旋圆偏振光的交叉角随着从同心圆的内侧朝向外侧而发生变化，因此可获得周期从内侧朝向外侧发生变化的曝光图案。由此，在取向膜32中，可获得取向状态周期性地发生变化的放射状取向图案。
在该曝光装置80中，液晶化合物40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能够通过改变透镜92的折射力(透镜92的F值)、透镜92的焦距及透镜92与取向膜32的距离等来控制。
并且，通过调节透镜92的折射力(透镜92的F值)，在光学轴连续旋转的一个方向上能够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，能够在光学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，若减弱透镜92的折射力，则接近平行光，因此液晶取向图案的1个周期的长度Λ从内侧朝向外侧逐渐变短，F值变大。相反，若增强透镜92的折射力，则液晶取向图案的1个周期的长度Λ从内侧朝向外侧突然变短，F值变小。
[图像显示装置]
本发明的图像显示装置为包括上述的光学元件的图像显示装置。
具体而言，作为图像显示装置，可以举出AR(AugmentedReality(增强现实))眼镜及VR(VirtualReality(虚拟现实))等头戴式显示器、液晶显示装置以及投影仪等。
例如，在图像显示装置为AR眼镜的情况下，除了具有上述的具有光学元件的导光元件以外，只要具有与公知的AR眼镜相同的结构即可，例如，能够具有投射影像的显示元件、投影透镜、λ/4板、线性偏振片等。
作为显示元件，作为一例，可以例示液晶显示器(包括LCOS：Liquid Crystal OnSilicon(硅基液晶)等)、有机电致发光显示器、DLP(Digital Light Processing：数字光处理)、及使用了MEMS(Micro Electro Mechanical Systems：微机电系统)反射镜的扫描方式显示器等。
另外，显示元件可以为显示单色图像(Monochrome image)的显示器，也可以为显示二色图像的显示器，也可以为显示彩色图像的显示器。
投影透镜也可以是在AR眼镜等中使用的公知的投影透镜(聚光透镜)。
并且，当显示元件照射无偏振光的图像时，优选图像显示装置还具有由线性偏振片和λ/4板构成的圆偏振片。并且，当显示元件照射直线偏振光的图像时，优选图像显示装置例如具有λ/4板。
另外，显示器所照射的光也可以为例如直线偏振光等其他偏振光。
实施例
以下，举出实施例及比较例，对本发明的特征进一步具体地进行说明。以下实施例所示的材料、使用量、比例、处理内容及处理步骤等只要不脱离本发明的主旨，则能够适当地进行变更。因此，本发明的范围不应被以下所示的具体例限定性地解释。
[实施例1]
(取向膜的形成)
用#2的线棒将下述取向膜形成用涂布液连续涂布于厚度1.1mm的玻璃基板上。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。
取向膜形成用涂布液
光取向用材料A
[化学式3]
(取向膜的曝光)
使用图7所示的曝光装置对取向膜进行曝光，以形成了具有取向图案的取向膜P-1。
在曝光装置中，作为激光器使用了射出波长(355nm)的激光束的装置。将基于干涉光的曝光量设为100mJ/cm2。
(第2光学各向异性层的形成)
作为形成第2光学各向异性层的液晶组合物，制备了下述组合物A-1。
组合物A-1
液晶化合物L-1
[化学式4]
手性试剂A
[化学式5]
流平剂T-1
[化学式6]
首先，在第2光学各向异性层中，将下述组合物A-1涂布于取向膜P-1上，并在热板上将涂膜加热到70℃，之后，将其冷却到25℃之后，在氮环境下使用高压汞灯以100mJ/cm2的照射量对涂膜照射波长365nm的紫外线，由此使液晶化合物的取向固定化。液晶层的膜厚为0.05μm。
(第1光学各向异性层的形成)
将扭曲角不同的第1-X、第1-Y、第1-Z这3种层分割而制作了第1光学各向异性层。
作为形成第1-X、第1-Y、第1-Z的光学各向异性层的液晶组合物，分别制备了下述组合物B-1、B-2及B-3。
组合物B-1
液晶化合物L-2
[化学式7]
手性试剂C-3
[化学式8]
手性试剂C-4
[化学式9]
组合物B-2
组合物B-3
首先，通过在第2光学各向异性层上多层涂布组合物B-1而形成了第1区域(第1-X的光学各向异性层)。多层涂布是指反复进行如下处理：首先在形成面上涂布第1层组合物B-1，加热、冷却后进行紫外线固化而制作液晶固定化层之后，第2层以后在该液晶固定化层上重叠涂布来进行涂布，并同样地加热、冷却后进行紫外线固化。通过多层涂布来形成，即使当光学各向异性层的总厚变厚时，取向膜的取向方向也会从光学各向异性层的下表面到上表面得以反映。
首先，在第2光学各向异性层上涂布上述组合物B-1，并且在热板上将涂膜加热至80℃，然后，用LED-UV曝光机对涂膜照射了波长365nm的紫外线。然后，将在热板上加热至80℃的涂膜在氮环境下使用高压汞灯以300mJ/cm2的照射量对涂膜照射波长365nm的紫外线，由此使液晶化合物的取向固定化，从而形成了第1-X的光学各向异性层的第1层液晶固定化层。
第2层以后，在该液晶固定化层上重叠涂布组合物，在与上述相同的条件下制作了液晶固定化层。如此，反复进行重叠涂布直至总厚达到所期望的膜厚，从而形成了第1光学各向异性层的第1区域(第1-X的光学各向异性层)。
第1区域(第1-X的光学各向异性层)的液晶的Δn550×厚度(Re(550))最终达到160nm，并且通过偏振光显微镜确认到液晶化合物的光学轴旋转180°的1个周期成为1.8μm的周期性取向状态。并且，第1-X的光学各向异性层的厚度方向的扭曲角为左向旋转80°(-80°)。
接着，通过在第1-X的光学各向异性层上多层涂布组合物B-2而形成了第1-Y的光学各向异性层。
在第1-X的光学各向异性层上涂布组合物B-2之后，从第1-X的光学各向异性层的制作步骤开始，变更向涂膜照射的紫外线的照射量，以使总厚达到所期望的膜厚，除此以外，以相同的方式，形成了第1-Y的光学各向异性层的第1层液晶固定化层。
第2层以后，在该液晶固定化层上重叠涂布组合物，在与上述相同的条件下制作了液晶固定化层。如此，反复进行重叠涂布直至总厚达到所期望的膜厚，从而形成了第1-Y的光学各向异性层。
该第1-Y的光学各向异性层的最终使液晶的Δn550×厚度(Re(550))最终达到342nm，通过偏振光显微镜确认到液晶化合物的光学轴旋转180°的1个周期成为1.8μm的周期性取向状态。并且，第1-Y光学各向异性层的厚度方向的扭曲角为右向旋转4°(+4°)。
接着，通过在第1-Y的光学各向异性层上多层涂布组合物B-3而形成了第1-Z的光学各向异性层。
在第1-Y的光学各向异性层上涂布组合物B-3之后，从第1-X的光学各向异性层的制作步骤开始，变更向涂膜照射的紫外线的照射量，以使总厚达到所期望的膜厚，除此以外，以相同的方式，形成了第1-Z的光学各向异性层的第1层液晶固定化层。
第2层以后，在该液晶固定化层上重叠涂布组合物，在与上述相同的条件下制作了液晶固定化层。如此，反复进行重叠涂布直至总厚达到所期望的膜厚，从而形成了第1-Z的光学各向异性层。
该第1-Z区域的液晶的Δn550×厚度(Re(550))最终达到160nm，通过偏振光显微镜确认到液晶化合物的光学轴旋转180°的1个周期成为1.8μm的周期性取向状态。并且，光学各向异性层的厚度方向的扭曲角为右向旋转80°(扭曲角80°)。
如上所述，形成了第1-Z的光学各向异性层，并形成了具有在厚度方向上扭曲角不同的3个区域的第1光学各向异性层。
(第3光学各向异性层的形成)
作为形成第3光学各向异性层的液晶组合物，制备了下述组合物C-1。
组合物C-1
液晶化合物L-3
[化学式10]
将组合物C-1涂布于第1光学各向异性层上，并与第2光学各向异性层同样地进行加热、固化而形成厚度0.05μm的第3光学各向异性层，从而制作了具有第1光学各向异性层～第3光学各向异性层的光学元件。
通过上述方法测量第1光学各向异性层～第3光学各向异性层的双折射Δn及厚度T的结果，第1光学各向异性层的双折射Δn1为0.25，厚度T1为2.65μm，第2光学各向异性层的双折射Δn2为0.15，厚度T2为0.05μm，第3光学各向异性层的双折射Δn3为0.10，厚度T3为0.05μm。即，满足Δn1＞Δn2及Δn1＞Δn3，并且T2/T1为0.019，T3/T1为0.019，分别满足0.002以上且0.3以下。
另外，用于形成第1光学各向异性层的液晶化合物L-1为二苯乙炔型液晶化合物。
〔实施例2～4、比较例1～2〕
如表1所示变更了形成各光学各向异性层的液晶组合物，如表2所示变更了各光学各向异性层的结构，除此以外，以与实施例1相同的方式，形成了液晶化合物的光学轴旋转180°的1个周期为1.8μm的具有周期性取向状态的实施例2～4及比较例1～2的光学元件。将各实施例及比较例中所使用的液晶组合物的配方示于表3中。
[表1]
[表2]
[表3]
液晶化合物L-4
[化学式11]
[实施例5]
通过使用图10所示的曝光装置，将取向膜曝光成液晶取向图案的排列轴为放射状且液晶取向图案的1个周期向外逐渐变短，并如表1所示变更了形成各光学各向异性层的液晶组合物，并且如表2所示变更了各光学各向异性层的结构，从而形成了各光学各向异性层。由此，形成了具有距中心约2mm的距离处的1个周期为10μm、距中心15mm的距离处的1个周期为1.8μm的同心圆图案的光学元件。
[评价]
＜光强度的测量＞
通过图11所示的方法测量了相对光强度。
如图12所示，分别测量了从正面(相对于法线的角度为0°的方向)、相对于法线的角度为10°、相对于法线的角度为-10°对所制作的光学元件入射了光时的透射光相对于入射光的相对光强度。另外，使相对于法线的角度为10°、-10°的光，在液晶化合物的光学轴旋转的方向上即沿排列轴的方向上倾斜。
具体而言，使在530nm处具有输出中心波长的激光束L从光源100从所制作的光学元件S的玻璃面侧垂直入射。利用配置于100cm距离处的屏幕捕捉透射光，并对1次衍射光计算了透射角θ。接着，用光检测器102测量了以透射角θ透射的透射光Lt的光强度。然后，计算了透射光Lt的光强度与光L的光强度之比。在光的入射角度为-10°、0°、+10°这3个点上进行上述测量，并计算3个点的平均值作为衍射效率。另外，使光垂直入射到与激光束的波长对应的圆偏振片而使其成为圆偏振光之后，向所制作的光学元件入射光，并进行了评价。并且，在具有同心圆图案的实施例5中，测量了距同心圆的中心15mm的位置处的衍射效率。
将结果示于表4中。
[表4]
从表4可知，相对于比较例，本发明的实施例1～5可获得高衍射效率。
并且，可知，在比较例1中，由于在表面侧不具有双折射低的第2光学各向异性层及第3光学各向异性层，因此在表面上的反射变大，衍射效率变低。并且，可知，在比较例2中，由于双折射低的第2光学各向异性层及第3光学各向异性层的厚度厚，因此作为整体的衍射效率变低。
并且，从实施例1与实施例2的对比可知，优选在两面具有双折射低的光学各向异性层。
并且，从实施例1与实施例3的对比可知，作为液晶化合物，优选使用硫杂二苯乙炔型液晶化合物。
并且，从实施例1与实施例4的对比可知，第1光学各向异性层的双折射Δn1优选为0.21以上。
从以上结果可知，本发明的效果明显。
符号说明
10、10b-光学元件，12、12b、12c、12d-第1光学各向异性层，13、13c-第2光学各向异性层，14、14c-第3光学各向异性层，30-支撑体，32-取向膜，37a、37b、37c-区域，40-液晶化合物，40A-光学轴，42-亮部，44-暗部，60、80-曝光装置，62、82-激光器，64、84-光源，65-λ/2板，68-光束分离器，70A、70B、90A、90B-反射镜，72A、72B-λ/4板，86、94-偏振光束分离器，92-透镜，94-λ/4板，100-光源，102-光检测器，D、A1、A2、A3-排列轴，R-区域，Λ-1个周期，L1、L2-入射光，L4、L5-射出光，M-激光束，MA、MB-光线，P0-直线偏振光，PR-右旋圆偏振光，PL-左旋圆偏振光，α-交叉角，MS-S偏振光，MP-P偏振光。
Claims (12)
1.一种光学元件，其至少包括：
使用含有液晶化合物的液晶组合物而形成的第1光学各向异性层；及
使用含有液晶化合物的液晶组合物而形成的第2光学各向异性层，
所述第1光学各向异性层及所述第2光学各向异性层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，
所述第1光学各向异性层的双折射Δn1与所述第2光学各向异性层的双折射Δn2满足式(1)的关系，
所述第1光学各向异性层的厚度T1与所述第2光学各向异性层的厚度T2满足式(2)的关系，
所述光学元件使透射光衍射，
式(1) Δn1＞Δn2
式(2) 0.002≤T2/T1≤0.3。
2.根据权利要求1所述的光学元件，其中，
所述双折射Δn1为0.21以上且0.50以下，
所述双折射Δn2为0.05以上且0.20以下。
3.根据权利要求1所述的光学元件，其中，还包括：
使用含有液晶化合物的液晶组合物而形成的第3光学各向异性层，
所述第3光学各向异性层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，
以所述第2光学各向异性层、所述第1光学各向异性层、所述第3光学各向异性层的顺序依次层叠，
所述第3光学各向异性层的双折射Δn3与所述双折射Δn1满足式(3)的关系，
所述第3光学各向异性层的厚度T3与所述厚度T1满足式(4)的关系，
式(3) Δn1＞Δn3；
式(4) 0.002≤T3/T1≤0.3。
4.根据权利要求3所述的光学元件，其中，
所述双折射Δn3为0.05以上且0.20以下。
5.根据权利要求3所述的光学元件，其中，
所述双折射Δn1、所述双折射Δn2及所述双折射Δn3满足式(5)及式(6)的关系，
式(5) 0.1≤Δn1-Δn2≤0.25；
式(6) 0.1≤Δn1-Δn3≤0.25。
6.根据权利要求1所述的光学元件，其中，
所述厚度T1为1μm～3μm。
7.根据权利要求1所述的光学元件，其中，
所述液晶化合物为二苯乙炔型液晶化合物。
8.根据权利要求1所述的光学元件，其中，
所述液晶化合物为硫杂二苯乙炔型液晶化合物。
9.根据权利要求1所述的光学元件，其中，
所述第1光学各向异性层在面内具有所述液晶化合物的光学轴沿厚度方向扭曲的区域，
所述区域中的厚度方向的扭曲角为10°～360°。
10.根据权利要求3所述的光学元件，其中，
所述第1光学各向异性层～第3光学各向异性层的所述液晶取向图案从内侧朝向外侧以放射状具有源自所述液晶化合物的光学轴的朝向连续旋转的同时发生变化的所述一个方向。
11.一种图像显示装置，其包括权利要求1至10中任一项所述的光学元件。
12.根据权利要求11所述的图像显示装置，其为头戴式显示器。
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