JP7199521B2 - 導光素子および画像表示装置 - Google Patents
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Description
本発明は、光を伝搬する導光素子、および、この導光素子を用いる画像表示装置に関する。
近年、非特許文献１に記載されるような、実際に見ている光景に、仮想の映像および各種の情報等を重ねて表示する、ＡＲ（Augmented Reality（拡張現実））グラスが実用化されている。ＡＲグラスは、スマートグラス、ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ（Head Mounted Display））、および、ＡＲメガネ等とも呼ばれている。
非特許文献１に示されるように、ＡＲグラスは、一例として、ディスプレイ（光学エンジン）が表示した映像を、導光板の一端に入射して伝播し、他端から出射することにより、使用者が実際に見ている光景に、仮想の映像を重ねて表示する。
ＡＲグラスでは、回折素子を用いて、ディスプレイからの光（投影光）を回折（屈折）させて導光板の一方の端部に入射する。これにより、角度を付けて導光板に光を導入して、導光板内で光を全反射して伝播させる。導光板を伝播した光は、導光板の他方の端部において同じく回折素子によって回折されて、導光板から、使用者による観察位置に出射される。
ＡＲグラスでは、回折素子を用いて、ディスプレイからの光（投影光）を回折（屈折）させて導光板の一方の端部に入射する。これにより、角度を付けて導光板に光を導入して、導光板内で光を全反射して伝播させる。導光板を伝播した光は、導光板の他方の端部において同じく回折素子によって回折されて、導光板から、使用者による観察位置に出射される。
ＡＲグラスにおいて、例えば、Ｒ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）の三色の光の波長の光からなる映像をディスプレイから照射して、それぞれの光を回折させて導光板内に導光して回折素子によって導光板から、使用者による観察位置に出射させて、三色の光の画像を重畳して表示することで、カラー画像を表示することができる（特許文献１参照）。
Bernard C. Kress et al., Towards the Ultimate Mixed Reality Experience: HoloLens Display Architecture Choices, SID 2017 DIGEST, pp.127-131
本発明者らの検討によれば、カラー画像を表示するために、各色に対応する出射側の回折素子を重ねた配置した場合に、多重像が発生するという問題が生じることがわかった。
具体的には、ＡＲグラスにおいて、例えば、ＲＧＢそれぞれの光からなる映像を重畳してカラー表示する場合に、例えば、Ｇ光は、Ｇ光を回折するためのＧ回折素子により回折されるとともに、Ｒ光を回折するＲ回折素子、および／または、Ｂ光を回折するためのＢ回折素子でも一部が回折されてしまう。その際、Ｇ回折素子と、Ｒ回折素子およびＢ回折素子とは、回折構造の周期が異なっている。ここで、周知のとおり、回折素子による回折角度は、回折素子の回折構造の周期、および、光の波長に依る。
そのため、Ｇ回折素子によって回折されたＧ光と、Ｒ回折素子によって回折されたＧ光と、Ｂ回折素子によって回折されたＧ光とはそれぞれ異なる角度に回折される。同様に、Ｒ光およびＢ光についても、対応する回折素子以外ではない回折素子によって一部が異なる角度に回折される。これによって多重像が視認されてしまう。
具体的には、ＡＲグラスにおいて、例えば、ＲＧＢそれぞれの光からなる映像を重畳してカラー表示する場合に、例えば、Ｇ光は、Ｇ光を回折するためのＧ回折素子により回折されるとともに、Ｒ光を回折するＲ回折素子、および／または、Ｂ光を回折するためのＢ回折素子でも一部が回折されてしまう。その際、Ｇ回折素子と、Ｒ回折素子およびＢ回折素子とは、回折構造の周期が異なっている。ここで、周知のとおり、回折素子による回折角度は、回折素子の回折構造の周期、および、光の波長に依る。
そのため、Ｇ回折素子によって回折されたＧ光と、Ｒ回折素子によって回折されたＧ光と、Ｂ回折素子によって回折されたＧ光とはそれぞれ異なる角度に回折される。同様に、Ｒ光およびＢ光についても、対応する回折素子以外ではない回折素子によって一部が異なる角度に回折される。これによって多重像が視認されてしまう。
本発明の課題は、このような従来技術の問題点を解決することにあり、多重像の発生を抑制できる導光素子、および、この導光素子を用いる画像表示装置を提供することにある。
この課題を解決するために、本発明は、以下の構成を有する。
［１］ 導光板と、導光板に設けられる第１入射回折素子、第２入射回折素子、第１出射回折素子および第２出射回折素子とを有し、
第１入射回折素子および第２入射回折素子は、入射した光を互いに異なる方向に回折して、導光板に入射させるものであり、
第１出射回折素子は、第１入射回折素子によって回折され、導光板内を伝搬された光を導光板から出射させるものであり、
第２出射回折素子は、第２入射回折素子によって回折され、導光板内を伝搬された光を導光板から出射させるものであり、
第１入射回折素子の回折構造の周期と第２入射回折素子の回折構造の周期とが異なり、
第１出射回折素子の回折構造の周期と、第２出射回折素子の回折構造の周期とが異なり、
第１出射回折素子と第２出射回折素子とは、導光板の主面の面方向において重複する位置に配置されており、
第１出射回折素子の回折構造の周期方向と、第２出射回折素子の回折構造の周期方向とが交差している導光素子。
［２］ さらに、導光板に設けられる第１中間回折素子および第２中間回折素子を有し、
第１中間回折素子は、第１入射回折素子によって回折され、導光板内を伝搬された光を、第１出射回折素子に向けて回折し、
第２中間回折素子は、第２入射回折素子によって回折され、導光板内を伝搬された光を、第２出射回折素子に向けて回折し、
第１中間回折素子の回折構造の周期と、第２中間回折素子の回折構造の周期とが異なる［１］に記載の導光素子。
［３］ 第１中間回折素子および第２中間回折素子はそれぞれ、表面レリーフ型回折素子、体積ホログラム型回折素子、および、偏光回折素子のいずれかである［２］に記載の導光素子。
［４］ 第１入射回折素子の回折構造の周期をΛi1とし、第２入射回折素子の回折構造の周期をΛi2とし、第１中間回折素子の回折構造の周期をΛe1とし、第２中間回折素子の回折構造の周期をΛe2とし、第１出射回折素子の回折構造の周期をΛo1とし、第２出射回折素子の回折構造の周期をΛo2とすると、
Λe1≦Λi1
Λe1≦Λo1
Λe2≦Λi2
Λe2≦Λo2
を満たす［２］または［３］に記載の導光素子。
［５］ 第１入射回折素子、第２入射回折素子、第１出射回折素子および第２出射回折素子はそれぞれ、表面レリーフ型回折素子、体積ホログラム型回折素子、および、偏光回折素子のいずれかである［１］～［４］のいずれかに記載の導光素子。
［６］ 偏光回折素子が、液晶化合物を含む組成物を用いて形成され、液晶化合物由来の光学軸の向きが面内の少なくとも一方向に沿って連続的に回転しながら変化している液晶配向パターンを有する、液晶回折素子である［３］または［５］に記載の導光素子。
［７］ 液晶回折素子が、液晶化合物の光学軸の向きが厚さ方向で捩じれ回転している領域を有する［６］に記載の導光素子。
［８］ 液晶回折素子が、コレステリック液晶相を固定してなるコレステリック液晶層を有する［６］または［７］に記載の導光素子。
［９］ 液晶回折素子は、液晶化合物の光学軸が、液晶回折素子の主面に対して傾斜している構成を有する［６］～［８］のいずれかに記載の導光素子。
［１０］ 液晶回折素子は、液晶回折素子の主面の法線方向および法線に対して傾斜した方向から面内レタデーションを測定した際に、遅相軸面内および進相軸面内のいずれかにおいて、面内レタデーションが最小となる方向が法線方向から傾斜している［６］～［９］のいずれかに記載の導光素子。
［１１］ 第１入射回折素子と第２入射回折素子とが、積層されている［１］～［１０］のいずれかに記載の導光素子。
［１２］ 第１入射回折素子と第２入射回折素子とが、導光板の面方向の異なる位置に配列されている［１］～［１０］のいずれかに記載の導光素子。
［１３］ 第１出射回折素子と第２出射回折素子とが、積層されている［１］～［１２］のいずれかに記載の導光素子。
［１４］ 第１入射回折素子、第２入射回折素子、第１出射回折素子および第２出射回折素子の回折構造の周期が１μｍ以下である［１］～［１３］のいずれかに記載の導光素子。
［１５］ 導光板に設けられる第３入射回折素子および第３出射回折素子を有し、
第３入射回折素子は第１入射回折素子とは、入射した光を互いに異なる方向に回折して、導光板に入射させるものであり、
第３出射回折素子は、第３入射回折素子によって回折され、導光板内を伝搬された光を導光板から出射させるものであり、
第３入射回折素子の回折構造の周期は、第１入射回折素子および第２入射回折素子の回折構造の周期と異なり、
第３出射回折素子の回折構造の周期は、第１出射回折素子および第２出射回折素子の回折構造の周期と異なり、
第３出射回折素子は、第１出射回折素子および第２出射回折素子と、導光板の主面の面方向において重複する位置に配置されており、
第３出射回折素子の回折構造の周期方向と、第１出射回折素子の回折構造の周期方向とが交差している［１］～［１４］のいずれかに記載の導光素子。
［１６］ 第１入射回折素子の回折構造の周期をΛi1とし、第２入射回折素子の回折構造の周期をΛi2、第３入射回折素子の回折構造の周期をΛi3とすると、
Λi3≦Λi1≦Λi2
を満たす［１５］に記載の導光素子。
［１７］ ［１］～［１６］のいずれかに記載の導光素子と、
導光素子の第１入射回折素子および第２入射回折素子に画像を照射する表示素子と、を有する画像表示装置。
［１８］ 表示素子が、円偏光を照射する［１７］に記載の画像表示装置。
［１９］ 導光素子の第１入射回折素子に画像を照射する第１表示素子と、
導光素子の第２入射回折素子に画像を照射する第２表示素子と、を有し、
第１表示素子が照射する光の中心波長と、第２表示素子が照射する光の中心波長とが互いに異なる［１７］または［１８］に記載の画像表示装置。
［１］ 導光板と、導光板に設けられる第１入射回折素子、第２入射回折素子、第１出射回折素子および第２出射回折素子とを有し、
第１入射回折素子および第２入射回折素子は、入射した光を互いに異なる方向に回折して、導光板に入射させるものであり、
第１出射回折素子は、第１入射回折素子によって回折され、導光板内を伝搬された光を導光板から出射させるものであり、
第２出射回折素子は、第２入射回折素子によって回折され、導光板内を伝搬された光を導光板から出射させるものであり、
第１入射回折素子の回折構造の周期と第２入射回折素子の回折構造の周期とが異なり、
第１出射回折素子の回折構造の周期と、第２出射回折素子の回折構造の周期とが異なり、
第１出射回折素子と第２出射回折素子とは、導光板の主面の面方向において重複する位置に配置されており、
第１出射回折素子の回折構造の周期方向と、第２出射回折素子の回折構造の周期方向とが交差している導光素子。
［２］ さらに、導光板に設けられる第１中間回折素子および第２中間回折素子を有し、
第１中間回折素子は、第１入射回折素子によって回折され、導光板内を伝搬された光を、第１出射回折素子に向けて回折し、
第２中間回折素子は、第２入射回折素子によって回折され、導光板内を伝搬された光を、第２出射回折素子に向けて回折し、
第１中間回折素子の回折構造の周期と、第２中間回折素子の回折構造の周期とが異なる［１］に記載の導光素子。
［３］ 第１中間回折素子および第２中間回折素子はそれぞれ、表面レリーフ型回折素子、体積ホログラム型回折素子、および、偏光回折素子のいずれかである［２］に記載の導光素子。
［４］ 第１入射回折素子の回折構造の周期をΛi1とし、第２入射回折素子の回折構造の周期をΛi2とし、第１中間回折素子の回折構造の周期をΛe1とし、第２中間回折素子の回折構造の周期をΛe2とし、第１出射回折素子の回折構造の周期をΛo1とし、第２出射回折素子の回折構造の周期をΛo2とすると、
Λe1≦Λi1
Λe1≦Λo1
Λe2≦Λi2
Λe2≦Λo2
を満たす［２］または［３］に記載の導光素子。
［５］ 第１入射回折素子、第２入射回折素子、第１出射回折素子および第２出射回折素子はそれぞれ、表面レリーフ型回折素子、体積ホログラム型回折素子、および、偏光回折素子のいずれかである［１］～［４］のいずれかに記載の導光素子。
［６］ 偏光回折素子が、液晶化合物を含む組成物を用いて形成され、液晶化合物由来の光学軸の向きが面内の少なくとも一方向に沿って連続的に回転しながら変化している液晶配向パターンを有する、液晶回折素子である［３］または［５］に記載の導光素子。
［７］ 液晶回折素子が、液晶化合物の光学軸の向きが厚さ方向で捩じれ回転している領域を有する［６］に記載の導光素子。
［８］ 液晶回折素子が、コレステリック液晶相を固定してなるコレステリック液晶層を有する［６］または［７］に記載の導光素子。
［９］ 液晶回折素子は、液晶化合物の光学軸が、液晶回折素子の主面に対して傾斜している構成を有する［６］～［８］のいずれかに記載の導光素子。
［１０］ 液晶回折素子は、液晶回折素子の主面の法線方向および法線に対して傾斜した方向から面内レタデーションを測定した際に、遅相軸面内および進相軸面内のいずれかにおいて、面内レタデーションが最小となる方向が法線方向から傾斜している［６］～［９］のいずれかに記載の導光素子。
［１１］ 第１入射回折素子と第２入射回折素子とが、積層されている［１］～［１０］のいずれかに記載の導光素子。
［１２］ 第１入射回折素子と第２入射回折素子とが、導光板の面方向の異なる位置に配列されている［１］～［１０］のいずれかに記載の導光素子。
［１３］ 第１出射回折素子と第２出射回折素子とが、積層されている［１］～［１２］のいずれかに記載の導光素子。
［１４］ 第１入射回折素子、第２入射回折素子、第１出射回折素子および第２出射回折素子の回折構造の周期が１μｍ以下である［１］～［１３］のいずれかに記載の導光素子。
［１５］ 導光板に設けられる第３入射回折素子および第３出射回折素子を有し、
第３入射回折素子は第１入射回折素子とは、入射した光を互いに異なる方向に回折して、導光板に入射させるものであり、
第３出射回折素子は、第３入射回折素子によって回折され、導光板内を伝搬された光を導光板から出射させるものであり、
第３入射回折素子の回折構造の周期は、第１入射回折素子および第２入射回折素子の回折構造の周期と異なり、
第３出射回折素子の回折構造の周期は、第１出射回折素子および第２出射回折素子の回折構造の周期と異なり、
第３出射回折素子は、第１出射回折素子および第２出射回折素子と、導光板の主面の面方向において重複する位置に配置されており、
第３出射回折素子の回折構造の周期方向と、第１出射回折素子の回折構造の周期方向とが交差している［１］～［１４］のいずれかに記載の導光素子。
［１６］ 第１入射回折素子の回折構造の周期をΛi1とし、第２入射回折素子の回折構造の周期をΛi2、第３入射回折素子の回折構造の周期をΛi3とすると、
Λi3≦Λi1≦Λi2
を満たす［１５］に記載の導光素子。
［１７］ ［１］～［１６］のいずれかに記載の導光素子と、
導光素子の第１入射回折素子および第２入射回折素子に画像を照射する表示素子と、を有する画像表示装置。
［１８］ 表示素子が、円偏光を照射する［１７］に記載の画像表示装置。
［１９］ 導光素子の第１入射回折素子に画像を照射する第１表示素子と、
導光素子の第２入射回折素子に画像を照射する第２表示素子と、を有し、
第１表示素子が照射する光の中心波長と、第２表示素子が照射する光の中心波長とが互いに異なる［１７］または［１８］に記載の画像表示装置。
本発明によれば、多重像の発生を抑制できる導光素子、および、この導光素子を用いる画像表示装置を提供することができる。
以下、本発明の導光素子および画像表示装置について、添付の図面に示される好適実施例を基に詳細に説明する。
本明細書において「～」を用いて表される数値範囲は、「～」の前後に記載される数値を下限値および上限値として含む範囲を意味する。
本明細書において、「（メタ）アクリレート」は、「アクリレートおよびメタクリレートのいずれか一方または双方」の意味で使用される。
本明細書において、「（メタ）アクリレート」は、「アクリレートおよびメタクリレートのいずれか一方または双方」の意味で使用される。
本明細書において、可視光は、電磁波のうち、ヒトの目で見える波長の光であり、３８０～７８０ｎｍの波長域の光を示す。非可視光は、３８０ｎｍ未満の波長域および７８０ｎｍを超える波長域の光である。
またこれに限定されるものではないが、可視光のうち、４２０～４９０ｎｍの波長域の光は青色光であり、４９５～５７０ｎｍの波長域の光は緑色光であり、６２０～７５０ｎｍの波長域の光は赤色光である。
またこれに限定されるものではないが、可視光のうち、４２０～４９０ｎｍの波長域の光は青色光であり、４９５～５７０ｎｍの波長域の光は緑色光であり、６２０～７５０ｎｍの波長域の光は赤色光である。
［導光素子および画像表示装置］
本発明の導光素子は、
導光板と、導光板に設けられる第１入射回折素子、第２入射回折素子、第１出射回折素子および第２出射回折素子とを有し、
第１入射回折素子および第２入射回折素子は、入射した光を互いに異なる方向に回折して、導光板に入射させるものであり、
第１出射回折素子は、第１入射回折素子によって回折され、導光板内を伝搬された光を導光板から出射させるものであり、
第２出射回折素子は、第２入射回折素子によって回折され、導光板内を伝搬された光を導光板から出射させるものであり、
第１入射回折素子の回折構造の周期と第２入射回折素子の回折構造の周期とが異なり、
第１出射回折素子の回折構造の周期と、第２出射回折素子の回折構造の周期とが異なり、
第１出射回折素子と第２出射回折素子とは、導光板の主面の面方向において重複する位置に配置されており、
第１出射回折素子の回折構造の周期方向と、第２出射回折素子の回折構造の周期方向とが交差している導光素子である。
本発明の導光素子は、
導光板と、導光板に設けられる第１入射回折素子、第２入射回折素子、第１出射回折素子および第２出射回折素子とを有し、
第１入射回折素子および第２入射回折素子は、入射した光を互いに異なる方向に回折して、導光板に入射させるものであり、
第１出射回折素子は、第１入射回折素子によって回折され、導光板内を伝搬された光を導光板から出射させるものであり、
第２出射回折素子は、第２入射回折素子によって回折され、導光板内を伝搬された光を導光板から出射させるものであり、
第１入射回折素子の回折構造の周期と第２入射回折素子の回折構造の周期とが異なり、
第１出射回折素子の回折構造の周期と、第２出射回折素子の回折構造の周期とが異なり、
第１出射回折素子と第２出射回折素子とは、導光板の主面の面方向において重複する位置に配置されており、
第１出射回折素子の回折構造の周期方向と、第２出射回折素子の回折構造の周期方向とが交差している導光素子である。
さらに、本発明の導光素子は、
導光板に設けられる第１中間回折素子および第２中間回折素子を有し、
第１中間回折素子は、第１入射回折素子によって回折され、導光板内を伝搬された光を、第１出射回折素子に向けて回折し、
第２中間回折素子は、第２入射回折素子によって回折され、導光板内を伝搬された光を、第２出射回折素子に向けて回折し、
第１中間回折素子の回折構造の周期と、第２中間回折素子の回折構造の周期とが異なる導光素子であることが好ましい。
導光板に設けられる第１中間回折素子および第２中間回折素子を有し、
第１中間回折素子は、第１入射回折素子によって回折され、導光板内を伝搬された光を、第１出射回折素子に向けて回折し、
第２中間回折素子は、第２入射回折素子によって回折され、導光板内を伝搬された光を、第２出射回折素子に向けて回折し、
第１中間回折素子の回折構造の周期と、第２中間回折素子の回折構造の周期とが異なる導光素子であることが好ましい。
本発明の画像表示装置は、
上述の導光素子と、
導光素子の第１入射回折素子および第２入射回折素子に画像を照射する表示素子と、を有する画像表示装置である。
本発明の画像表示装置は、二色以上の画像を表示するものである。
上述の導光素子と、
導光素子の第１入射回折素子および第２入射回折素子に画像を照射する表示素子と、を有する画像表示装置である。
本発明の画像表示装置は、二色以上の画像を表示するものである。
図１～図３に、本発明の導光素子を用いる本発明の画像表示装置の一例を概念的に示す。なお、図１は正面図であり、画像表示装置１０を使用者Ｕによる観察側とは逆側の面から見た図である。図２は下面図であり、画像表示装置１０を図１の紙面の下方向から見た図である。図３は側面図であり、画像表示装置１０を図１の紙面右手側から見た図である。
図１に示す画像表示装置１０は、好適な一例として、ＡＲグラスとして利用されるものである。なお、本発明の導光素子は、ＡＲグラス以外にも、透明スクリーン、照明装置(液晶ディスプレイのバックライトなどを含む)、および、センサー等の光学素子にも利用可能である。また、本発明の画像表示装置は、これらの光学素子を用いる画像表示装置にも利用可能である。
図１～図３に示す画像表示装置１０は、表示素子１２と、導光板１６、導光板１６に設けられる、第１入射回折素子１８ａ、第２入射回折素子１８ｂ、第１中間回折素子２０ａ、第２中間回折素子２０ｂ、第１出射回折素子２４ａ、および、第２出射回折素子２４ｂを有する導光素子１４とを有する。なお、図１において表示素子１２の図示を省略している。
画像表示装置１０は、表示素子１２が表示した画像（画像に対応する光）を、所定の波長領域ごとに第１入射回折素子１８ａおよび第２入射回折素子１８ｂによって互いに異なる方向にそれぞれ回折して、導光板１６に入射する。第１入射回折素子１８ａによる回折光は、導光板１６内を全反射して伝搬し、回折光は第１中間回折素子２０ａに入射する。第１中間回折素子２０ａに入射した光は、第１出射回折素子２４ａに向けて回折され、導光板１６内を全反射して伝搬し、第１出射回折素子２４ａに入射して、第１出射回折素子２４ａによって回折されて、導光板１６から出射される。また、第２入射回折素子１８ｂによる回折光は、導光板１６内を全反射して伝搬し、回折光は第２中間回折素子２０ｂに入射する。第２中間回折素子２０ｂに入射した光は、第２出射回折素子２４ｂに向けて回折され、導光板１６内を全反射して伝搬し、第２出射回折素子２４ｂに入射して、第２出射回折素子２４ｂによって回折されて、導光板１６から出射される。
第１出射回折素子２４ａおよび第２出射回折素子２４ｂは、導光板１６の主面の面方向（以下、単に「面方向」ともいう）に重複して配置されているため、第１出射回折素子２４ａおよび第２出射回折素子２４ｂによって回折されて出射される光は、同じ位置で導光板１６から出射して、使用者Ｕによる観察に供される。これにより、２色のカラー表示を行うことができる。
画像表示装置１０は、表示素子１２が表示した画像（画像に対応する光）を、所定の波長領域ごとに第１入射回折素子１８ａおよび第２入射回折素子１８ｂによって互いに異なる方向にそれぞれ回折して、導光板１６に入射する。第１入射回折素子１８ａによる回折光は、導光板１６内を全反射して伝搬し、回折光は第１中間回折素子２０ａに入射する。第１中間回折素子２０ａに入射した光は、第１出射回折素子２４ａに向けて回折され、導光板１６内を全反射して伝搬し、第１出射回折素子２４ａに入射して、第１出射回折素子２４ａによって回折されて、導光板１６から出射される。また、第２入射回折素子１８ｂによる回折光は、導光板１６内を全反射して伝搬し、回折光は第２中間回折素子２０ｂに入射する。第２中間回折素子２０ｂに入射した光は、第２出射回折素子２４ｂに向けて回折され、導光板１６内を全反射して伝搬し、第２出射回折素子２４ｂに入射して、第２出射回折素子２４ｂによって回折されて、導光板１６から出射される。
第１出射回折素子２４ａおよび第２出射回折素子２４ｂは、導光板１６の主面の面方向（以下、単に「面方向」ともいう）に重複して配置されているため、第１出射回折素子２４ａおよび第２出射回折素子２４ｂによって回折されて出射される光は、同じ位置で導光板１６から出射して、使用者Ｕによる観察に供される。これにより、２色のカラー表示を行うことができる。
本発明の導光素子は、第１中間回折素子２０ａおよび第２中間回折素子２０ｂ、ならびに、第１出射回折素子２４ａおよび第２出射回折素子２４ｂによって光を回折する際に、回折素子の複数個所で光の一部を回折する構成とすることで視域を拡大（射出瞳拡大）することができる。
［表示素子］
表示素子１２は、使用者Ｕが観察する画像（映像）を表示して、画像を第１入射回折素子１８ａおよび第２入射回折素子１８ｂに照射するものである。従って、表示素子１２は照射する画像が第１入射回折素子１８ａおよび第２入射回折素子１８ｂに入射するように配置される。図１～図３に示す例では、表示素子１２は、第１入射回折素子１８ａおよび第２入射回折素子１８ｂに対面して配置されている。
表示素子１２は、使用者Ｕが観察する画像（映像）を表示して、画像を第１入射回折素子１８ａおよび第２入射回折素子１８ｂに照射するものである。従って、表示素子１２は照射する画像が第１入射回折素子１８ａおよび第２入射回折素子１８ｂに入射するように配置される。図１～図３に示す例では、表示素子１２は、第１入射回折素子１８ａおよび第２入射回折素子１８ｂに対面して配置されている。
本発明の画像表示装置１０において、表示素子１２には制限はなく、ＡＲグラス等に用いられる公知の表示素子（表示装置、プロジェクター）が、各種、利用可能である。表示素子１２としては、一例として、ディスプレイと投映レンズとを有する表示素子が例示される。
本発明の画像表示装置１０において、ディスプレイには、制限はなく、例えば、ＡＲグラス等に用いられる公知のディスプレイが、各種、利用可能である。
ディスプレイとしては、一例として、液晶ディスプレイ（ＬＣＯＳ：Liquid Crystal On Siliconなどを含む）、有機エレクトロルミネッセンスディスプレイ、および、ＤＬＰ（Digital Light Processing）、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）ミラーを用いたスキャニング方式ディスプレイ等が例示される。
ディスプレイとしては、一例として、液晶ディスプレイ（ＬＣＯＳ：Liquid Crystal On Siliconなどを含む）、有機エレクトロルミネッセンスディスプレイ、および、ＤＬＰ（Digital Light Processing）、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）ミラーを用いたスキャニング方式ディスプレイ等が例示される。
なお、ディスプレイは、図１～図３に示すように、第１入射回折素子１８ａおよび第２入射回折素子１８ｂが導光板の面方向の重複する位置に配置されている場合には、第１入射回折素子１８ａが回折する波長の光と第２入射回折素子１８ｂが回折する波長の光とを用いて二色画像を表示するディスプレイが用いられる。
また、後述する図６に示すように、第１入射回折素子１８ａおよび第２入射回折素子１８ｂが面方向の重複しない位置に配置されている場合には、第１入射回折素子１８ａに単色画像を照射するディスプレイ（第１表示素子）と、第２入射回折素子１８ｂに単色画像を照射するディスプレイ（第２表示素子）との２種のディスプレイが用いられる。２つのディスプレイが照射する画像の色（光の中心波長）は互いに異なるものとする。
また、後述する図６に示すように、第１入射回折素子１８ａおよび第２入射回折素子１８ｂが面方向の重複しない位置に配置されている場合には、第１入射回折素子１８ａに単色画像を照射するディスプレイ（第１表示素子）と、第２入射回折素子１８ｂに単色画像を照射するディスプレイ（第２表示素子）との２種のディスプレイが用いられる。２つのディスプレイが照射する画像の色（光の中心波長）は互いに異なるものとする。
この点に関しては、他の構成の場合も同様で、入射回折素子が面方向に複数重複して配置される場合には、各入射回折素子に応じた複数の波長の光を用いた多色の画像を表示するディスプレイが用いられる。また、入射回折素子が面方向に重複しない位置に複数配置される場合には、それぞれの入射回折素子に対応した波長の光の画像を表示する複数のディスプレイが用いられる。
また、入射回折素子が面方向に重複しない位置に複数配置される場合には、多色画像を表示するディスプレイから照射された光を各波長ごとに分光してそれぞれの入射回折素子に入射させる構成としてもよい。
また、入射回折素子が面方向に重複しない位置に複数配置される場合には、多色画像を表示するディスプレイから照射された光を各波長ごとに分光してそれぞれの入射回折素子に入射させる構成としてもよい。
本発明の画像表示装置１０に用いられる表示素子１２おいて、投映レンズも、ＡＲグラス等に用いられる公知の投映レンズ（コリメートレンズ）である。
ここで、本発明の画像表示装置１０においては、表示素子１２による表示画像すなわち表示素子１２が照射する光には、制限はないが、無偏光（自然光）または円偏光が好ましい。
表示素子１２が円偏光を照射する際に、ディスプレイが無偏光の画像を照射する場合には、表示素子１２は、例えば直線偏光子とλ／４板とからなる円偏光板を有するのが好ましい。また、ディスプレイが直線偏光の画像を照射する場合には、表示素子１２は、例えばλ／４板を有するのが好ましい。
なお、表示素子１２が照射する光は、他の偏光（例えば直線偏光等）であってもよい。
表示素子１２が円偏光を照射する際に、ディスプレイが無偏光の画像を照射する場合には、表示素子１２は、例えば直線偏光子とλ／４板とからなる円偏光板を有するのが好ましい。また、ディスプレイが直線偏光の画像を照射する場合には、表示素子１２は、例えばλ／４板を有するのが好ましい。
なお、表示素子１２が照射する光は、他の偏光（例えば直線偏光等）であってもよい。
［導光板］
導光素子１４において、導光板１６は、内部に入射した光を反射して導光（伝搬）する、公知の導光板である。
導光板１６には、制限はなく、ＡＲグラスおよび液晶ディスプレイのバックライトユイット等で用いられている公知の導光板が、各種、利用可能である。
導光素子１４において、導光板１６は、内部に入射した光を反射して導光（伝搬）する、公知の導光板である。
導光板１６には、制限はなく、ＡＲグラスおよび液晶ディスプレイのバックライトユイット等で用いられている公知の導光板が、各種、利用可能である。
［回折素子］
導光素子１４は、導光板１６の主面に、第１入射回折素子１８ａおよび第２入射回折素子１８ｂ、第１中間回折素子２０ａおよび第２中間回折素子２０ｂ、ならびに、第１出射回折素子２４ａおよび第２出射回折素子２４ｂを有する。主面とは、シート状物（板状物、フィルム等）の最大面である。なお、図示例においては、第１入射回折素子１８ａ、第２入射回折素子１８ｂ、第１中間回折素子２０ａ、第２中間回折素子２０ｂ、第１出射回折素子２４ａおよび第２出射回折素子２４ｂは、導光板１６の同一の主面に設けられているが、各回折素子は、導光板１６の主面であれば、異なる主面に設けられてもよい。
導光素子１４は、導光板１６の主面に、第１入射回折素子１８ａおよび第２入射回折素子１８ｂ、第１中間回折素子２０ａおよび第２中間回折素子２０ｂ、ならびに、第１出射回折素子２４ａおよび第２出射回折素子２４ｂを有する。主面とは、シート状物（板状物、フィルム等）の最大面である。なお、図示例においては、第１入射回折素子１８ａ、第２入射回折素子１８ｂ、第１中間回折素子２０ａ、第２中間回折素子２０ｂ、第１出射回折素子２４ａおよび第２出射回折素子２４ｂは、導光板１６の同一の主面に設けられているが、各回折素子は、導光板１６の主面であれば、異なる主面に設けられてもよい。
第１入射回折素子１８ａ、第２入射回折素子１８ｂ、第１中間回折素子２０ａ、第２中間回折素子２０ｂ、第１出射回折素子２４ａおよび第２出射回折素子２４ｂとしては、各種の回折素子を用いることができる。なお、以下の説明において、第１入射回折素子１８ａ、第２入射回折素子１８ｂ、第１中間回折素子２０ａ、第２中間回折素子２０ｂ、第１出射回折素子２４ａおよび第２出射回折素子２４ｂを区別する必要がない場合には、まとめて回折素子ともいう。
これらの回折素子としては、表面レリーフ型回折素子、体積ホログラム型回折素子、および、偏光回折素子のいずれかであることが好ましい。
偏光回折素子としては、液晶化合物を含む組成物を用いて形成された液晶回折素子であることが好ましい。また、液晶回折素子としては、コレステリック液晶相を固定してなるコレステリック液晶層を有することも好ましい。
各回折素子については後に詳述する。
偏光回折素子としては、液晶化合物を含む組成物を用いて形成された液晶回折素子であることが好ましい。また、液晶回折素子としては、コレステリック液晶相を固定してなるコレステリック液晶層を有することも好ましい。
各回折素子については後に詳述する。
回折素子は、例えば、表面レリーフ型回折素子の場合には、直線状の凹凸が交互に配列された繰り返しパターンを有する回折構造によって光を回折する。その際の回折角度は、光の波長、および、回折構造のパターンの周期等によって決まる。そのため、光の波長ごとに回折構造の周期が異なる回折素子を用いる必要がある。
例えば、表示素子が、Ｒ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）の三色の光を照射する場合に、同一の回折構造周期を有する回折素子を用いて回折を行うと、Ｒ、Ｇ、Ｂそれぞれの波長の光の回折角度が異なるものとなるため、導光板１６へ入射し、導光板１６内を導光（全反射）する光の入射角度範囲がＲ、Ｇ、Ｂでそれぞれ異なるものとなり、Ｒ、Ｇ、Ｂが導光板１６内で全反射する共通の入射角度範囲が狭くなるため、出射回折素子で回折されて出射させた際に、ＲＧＢの三色の画像が重畳して見える範囲が狭くなる等の問題が生じる。
そのため、ＲＧＢの三色の画像が適正に重畳してカラー画像として観察されるようにするために、画像表示装置において、表示素子１２から、波長の異なる光を照射して多色画像（カラー画像）を表示する際に、ＲＧＢの各光に対応して、回折素子の回折構造の周期を変えて、ＲＧＢの各光が略同じ角度で回折させるようにする必要がある。
（入射回折素子）
第１入射回折素子１８ａおよび第２入射回折素子１８ｂは、表示素子１２が照射した光を回折して導光板１６内に入射させるものである。なお、以下の説明において、第１入射回折素子１８ａと第２入射回折素子１８ｂとを区別する必要がない場合には、まとめて入射回折素子ともいう。
第１入射回折素子１８ａおよび第２入射回折素子１８ｂは、表示素子１２が照射した光を回折して導光板１６内に入射させるものである。なお、以下の説明において、第１入射回折素子１８ａと第２入射回折素子１８ｂとを区別する必要がない場合には、まとめて入射回折素子ともいう。
図１に示す例では、第１入射回折素子１８ａおよび第２入射回折素子１８ｂは、導光板１６の主面の、図１中の上方、左右方向の略中央位置に配置されている。第１入射回折素子１８ａと第２入射回折素子１８ｂとは面方向に重複して配置されている。なお、第１入射回折素子１８ａと第２入射回折素子１８ｂとを面方向に重複して配置する場合には、図４に示すように、第１入射回折素子１８ａと第２入射回折素子１８ｂとを積層して配置してもよいし、図５に示すように、第１入射回折素子１８ａと第２入射回折素子１８ｂとをそれぞれ導光板１６の異なる主面に配置してもよい。
第１入射回折素子１８ａと第２入射回折素子１８ｂとは、それぞれ異なる波長の光を回折するものである。従って、第１入射回折素子１８ａの回折構造の周期と第２入射回折素子１８ｂの回折構造の周期とは互いに異なる。
第１入射回折素子１８ａと第２入射回折素子１８ｂとは、表示素子１２が照射する光の互いに異なる波長を、異なる方向に回折する。図１に示す例では、第１入射回折素子１８ａは入射した光を第１中間回折素子２０ａが配置された左方向に回折する。従って、第１入射回折素子１８ａの回折構造は図１にＳ１Ａで示すように、パターンが左右方向に配列された構成を有する。
一方、第２入射回折素子１８ｂは入射した光を第２中間回折素子２０ｂが配置された右方向に回折する。従って、第２入射回折素子１８ｂの回折構造は図１にＳ１Ｂで示すように、パターンが左右方向に配列された構成を有する。
なお、図１に示す例では、第１入射回折素子１８ａが有する回折構造のパターン（Ｓ１Ａ）、および、第２入射回折素子１８ｂが有する回折構造のパターン（Ｓ１Ｂ）は、それぞれ一部を示したものであり、実際には、入射回折素子の全面にわたって、回折構造のパターンが形成されている。この点については中間回折素子および出射回折素子についても同様である。
一方、第２入射回折素子１８ｂは入射した光を第２中間回折素子２０ｂが配置された右方向に回折する。従って、第２入射回折素子１８ｂの回折構造は図１にＳ１Ｂで示すように、パターンが左右方向に配列された構成を有する。
なお、図１に示す例では、第１入射回折素子１８ａが有する回折構造のパターン（Ｓ１Ａ）、および、第２入射回折素子１８ｂが有する回折構造のパターン（Ｓ１Ｂ）は、それぞれ一部を示したものであり、実際には、入射回折素子の全面にわたって、回折構造のパターンが形成されている。この点については中間回折素子および出射回折素子についても同様である。
なお、図１に示す例のように、第１入射回折素子１８ａと第２入射回折素子１８ｂとを面方向に重複する位置に配置する場合には、第１入射回折素子１８ａおよび第２入射回折素子１８ｂは、特定の波長のみを回折する波長選択性を有することが好ましい。第１入射回折素子１８ａおよび第２入射回折素子１８ｂは、波長選択性を有さなくてもよい。
（中間回折素子）
第１中間回折素子２０ａは、第１入射回折素子１８ａによって回折され、導光板１６内を伝搬された光を、第１出射回折素子２４ａに向けて回折するものである。
第２中間回折素子２０ｂは、第２入射回折素子１８ｂによって回折され、導光板１６内を伝搬された光を、第２出射回折素子２４ｂに向けて回折するものである。
なお、以下の説明において、第１中間回折素子２０ａと第２中間回折素子２０ｂとを区別する必要がない場合には、まとめて中間回折素子ともいう。
第１中間回折素子２０ａは、第１入射回折素子１８ａによって回折され、導光板１６内を伝搬された光を、第１出射回折素子２４ａに向けて回折するものである。
第２中間回折素子２０ｂは、第２入射回折素子１８ｂによって回折され、導光板１６内を伝搬された光を、第２出射回折素子２４ｂに向けて回折するものである。
なお、以下の説明において、第１中間回折素子２０ａと第２中間回折素子２０ｂとを区別する必要がない場合には、まとめて中間回折素子ともいう。
図１に示す例では、第１中間回折素子２０ａは、導光板１６の主面の、第１入射回折素子１８ａおよび第２入射回折素子１８ｂの図１中の左側の位置に配置されている。また、第２中間回折素子２０ｂは、導光板１６の主面の、第１入射回折素子１８ａおよび第２入射回折素子１８ｂの図１中の右側の位置に配置されている。
第１中間回折素子２０ａと第２中間回折素子２０ｂとは、それぞれ異なる波長の光を回折するものである。従って、第１中間回折素子２０ａの回折構造の周期と第２中間回折素子２０ｂの回折構造の周期とは互いに異なる。
図１に示す例では、第１中間回折素子２０ａは第１入射回折素子１８ａで回折され導光板１６内を導光した光を第１出射回折素子２４ａが配置された右下方向に回折する。従って、第１中間回折素子２０ａの回折構造は図１にＳ２Ａで示すように、パターンが斜め方向（パターンの配列方向が右下向き）に配列された構成を有する。
第２中間回折素子２０ｂは第２入射回折素子１８ｂで回折され導光板１６内を導光した光を第２出射回折素子２４ｂが配置された左下方向に回折する。従って、第２中間回折素子２０ｂの回折構造は図１にＳ２Ｂで示すように、パターンが斜め方向（パターンの配列方向が左下向き）に配列された構成を有する。
第２中間回折素子２０ｂは第２入射回折素子１８ｂで回折され導光板１６内を導光した光を第２出射回折素子２４ｂが配置された左下方向に回折する。従って、第２中間回折素子２０ｂの回折構造は図１にＳ２Ｂで示すように、パターンが斜め方向（パターンの配列方向が左下向き）に配列された構成を有する。
（出射回折素子）
第１出射回折素子２４ａは、第１入射回折素子１８ａおよび第１中間回折素子２０ａによって回折され、導光板１６内を伝搬された光を導光板１６から出射させるものである。
第２出射回折素子２４ｂは、第２入射回折素子１８ｂおよび第２中間回折素子２０ｂによって回折され、導光板１６内を伝搬された光を導光板１６から出射させるものである。
なお、以下の説明において、第１出射回折素子２４ａと第２出射回折素子２４ｂとを区別する必要がない場合には、まとめて出射回折素子ともいう。
第１出射回折素子２４ａは、第１入射回折素子１８ａおよび第１中間回折素子２０ａによって回折され、導光板１６内を伝搬された光を導光板１６から出射させるものである。
第２出射回折素子２４ｂは、第２入射回折素子１８ｂおよび第２中間回折素子２０ｂによって回折され、導光板１６内を伝搬された光を導光板１６から出射させるものである。
なお、以下の説明において、第１出射回折素子２４ａと第２出射回折素子２４ｂとを区別する必要がない場合には、まとめて出射回折素子ともいう。
図１に示す例では、第１出射回折素子２４ａおよび第２出射回折素子２４ｂは、導光板１６の主面の、第１入射回折素子１８ａおよび第２入射回折素子１８ｂの図１中の下側の位置に配置されている。第１出射回折素子２４ａと第２出射回折素子２４ｂとは面方向に重複して配置されている。なお、第１出射回折素子２４ａと第２出射回折素子２４ｂとを面方向に重複して配置する場合には、前述の入射回折素子の場合と同様に、第１出射回折素子２４ａと第２出射回折素子２４ｂとを積層して配置してもよいし、第１出射回折素子２４ａと第２出射回折素子２４ｂとをそれぞれ導光板１６の異なる主面に配置してもよい。
第１出射回折素子２４ａと第２出射回折素子２４ｂとは、それぞれ異なる波長の光を回折するものである。従って、第１出射回折素子２４ａの回折構造の周期と第２出射回折素子２４ｂの回折構造の周期とは互いに異なる。
図１に示す例では、第１出射回折素子２４ａは第１中間回折素子２０ａが回折し導光板１６内を導光した光を図１の紙面に垂直な方向に回折する。従って、第１出射回折素子２４ａの回折構造は図１にＳ３Ａで示すように、パターンが斜め方向（パターンの配列方向が右下向き）に配列された構成を有する。
第２出射回折素子２４ｂは第２中間回折素子２０ｂが回折し導光板１６内を導光した光を図１の紙面に垂直な方向に回折する。従って、第２出射回折素子２４ｂの回折構造は図１にＳ３Ｂで示すように、パターンが斜め方向（パターンの配列方向が左下向き）に配列された構成を有する。
第２出射回折素子２４ｂは第２中間回折素子２０ｂが回折し導光板１６内を導光した光を図１の紙面に垂直な方向に回折する。従って、第２出射回折素子２４ｂの回折構造は図１にＳ３Ｂで示すように、パターンが斜め方向（パターンの配列方向が左下向き）に配列された構成を有する。
ここで、図１に示すとおり、本発明の導光素子１４において、第１出射回折素子２４ａの回折構造におけるパターンの配列方向（以下、周期方向ともいう）と、第２出射回折素子２４ｂの回折構造の周期方向とは交差している。これにより、多重像の発生を抑制することができる。
この点について以下説明する。
この点について以下説明する。
ＡＲグラス等に用いられる導光素子において、例えば、ＲＧＢ三色の映像をディスプレイから照射して、それぞれの光を回折させて導光板内に導光して回折素子によって導光板から、使用者による観察位置に出射させて、三色の画像を重畳して表示することで、カラー画像を表示する際に、ＲＧＢ各色に対応する出射側の回折素子を重ねた配置した場合には、図２３に示すように、例えば、Ｇ光は、Ｇ光を回折するためのＧ回折素子２０４により回折されるとともに、Ｒ光を回折するＲ回折素子２０６、および／または、Ｂ光を回折するためのＢ回折素子２０８でも一部が回折されてしまう。その際、Ｇ回折素子２０４、Ｒ回折素子２０６およびＢ回折素子２０８は、それぞれ回折構造の周期が異なっている。そのため、Ｇ回折素子２０４によって回折されたＧ光と、Ｒ回折素子２０６によって回折されたＧ光と、Ｂ回折素子２０８によって回折されたＧ光とはそれぞれ異なる角度に回折されてしまう。これによって多重像が視認されてしまう。
これに対して、本発明の導光素子では、第１出射回折素子２４ａの回折構造の周期方向と、第２出射回折素子２４ｂの回折構造の周期方向とを交差して配置するため、例えば、第１出射回折素子２４ａによって回折される波長の光は、第２出射回折素子２４ｂの回折構造に対して回折されにくい方向から入射する。そのため、第１出射回折素子２４ａによって回折される波長の光が、第２出射回折素子２４ｂによって回折されることを抑制でき、多重像が発生することを抑制できる。同様に、第２出射回折素子２４ｂによって回折される波長の光は、第１出射回折素子２４ａの回折構造に対して回折されにくい方向から入射する。そのため、第２出射回折素子２４ｂによって回折される波長の光が、第１出射回折素子２４ａによって回折されることを抑制でき、多重像が発生することを抑制できる。
なお、多重像の発生をより好適に抑制できる観点から、第１出射回折素子２４ａの回折構造の周期方向と、第２出射回折素子２４ｂの回折構造の周期方向とのなす角度（交差角）は、３０°～１８０°が好ましく、６０°～１８０°がより好ましく、８０°～１８０°がさらに好ましい。
ここで、出射回折素子の回折構造の周期方向は、出射回折素子を導光板上に配置し、出射回折素子の法線方向から光を入射したときに、導光板内に回折した光の回折光強度が大きい方の回折構造の周期方向を０°周期方向、回折強度が小さい方の回折構造の周期方向を１８０°周期方向とする。回折構造の周期方向同士のなす角は、第１出射回折素子２４ａの回折構造の０°周期方向と、第２出射回折素子２４ｂの回折構造の０°周期方向とのなす角とする。
ここで、出射回折素子の回折構造の周期方向は、出射回折素子を導光板上に配置し、出射回折素子の法線方向から光を入射したときに、導光板内に回折した光の回折光強度が大きい方の回折構造の周期方向を０°周期方向、回折強度が小さい方の回折構造の周期方向を１８０°周期方向とする。回折構造の周期方向同士のなす角は、第１出射回折素子２４ａの回折構造の０°周期方向と、第２出射回折素子２４ｂの回折構造の０°周期方向とのなす角とする。
なお、図示は省略するが、第１入射回折素子１８ａ、第２入射回折素子１８ｂ、第１中間回折素子２０ａ、第２中間回折素子２０ｂ、第１出射回折素子２４ａおよび第２出射回折素子２４ｂは、貼合層によって導光板に貼り合わされている。
本発明において、貼合層は、貼り合わせの対象となる物同士を貼り合わせられる層であれば、公知の各種の材料からなる層が利用可能である。貼合層としては、貼り合わせる際には流動性を有し、その後、固体になる、接着剤からなる層でも、貼り合わせる際にゲル状（ゴム状）の柔らかい固体で、その後もゲル状の状態が変化しない、粘着剤からなる層でも、接着剤と粘着剤との両方の特徴を持った材料からなる層でもよい。従って、貼合層は、光学透明接着剤（ＯＣＡ（Optical Clear Adhesive））、光学透明両面テープ、および、紫外線硬化型樹脂等の、光学装置および光学素子等でシート状物の貼り合わせに用いられる公知の層を用いればよい。
本発明において、貼合層は、貼り合わせの対象となる物同士を貼り合わせられる層であれば、公知の各種の材料からなる層が利用可能である。貼合層としては、貼り合わせる際には流動性を有し、その後、固体になる、接着剤からなる層でも、貼り合わせる際にゲル状（ゴム状）の柔らかい固体で、その後もゲル状の状態が変化しない、粘着剤からなる層でも、接着剤と粘着剤との両方の特徴を持った材料からなる層でもよい。従って、貼合層は、光学透明接着剤（ＯＣＡ（Optical Clear Adhesive））、光学透明両面テープ、および、紫外線硬化型樹脂等の、光学装置および光学素子等でシート状物の貼り合わせに用いられる公知の層を用いればよい。
あるいは、貼合層で貼り合わせるのではなく、第１入射回折素子１８ａ、第２入射回折素子１８ｂ、第１中間回折素子２０ａ、第２中間回折素子２０ｂ、第１出射回折素子２４ａおよび第２出射回折素子２４ｂと導光板１６とを積層して、枠体または治具等で保持して、本発明の導光素子を構成してもよい。
さらに、導光板１６上に直接、第１入射回折素子１８ａ、第２入射回折素子１８ｂ、第１中間回折素子２０ａ、第２中間回折素子２０ｂ、第１出射回折素子２４ａおよび第２出射回折素子２４ｂを形成してもよい。
また、第１入射回折素子の回折構造の周期をΛi1とし、前記第２入射回折素子の回折構造の周期をΛi2とし、前記第１中間回折素子の回折構造の周期をΛe1とし、前記第２中間回折素子の回折構造の周期をΛe2とし、前記第１出射回折素子の回折構造の周期をΛo1とし、前記第２出射回折素子の回折構造の周期をΛo2とすると、Λe1≦Λi1、Λe1≦Λo1、Λe2≦Λi2、Λe2≦Λo2を満たすことが好ましい。すなわち、中間回折素子の回折構造の周期は、入射回折素子および出射回折素子よりも小さいことが好ましい。
中間回折素子の回折構造の周期は、入射回折素子および出射回折素子よりも小さくすることで、好適に入射回折素子から中間回折素子を経て出射回折素子まで光を伝搬でき、導光板から使用者へ適切に光を出射することができる。
中間回折素子の回折構造の周期は、入射回折素子および出射回折素子よりも小さくすることで、好適に入射回折素子から中間回折素子を経て出射回折素子まで光を伝搬でき、導光板から使用者へ適切に光を出射することができる。
なお、入射回折素子の回折構造の周期、中間回折素子の回折構造の周期、および、出射回折素子の回折構造の周期には、制限はなく、各回折素子の位置関係等に応じて、適宜、設定すればよい。
第１入射回折素子１８ａ、第２入射回折素子１８ｂ、第１出射回折素子２４ａおよび第２出射回折素子２４ｂの回折構造の周期は１μｍ以下が好ましく、０．８μｍ以下がより好ましく、導光板１６を全反射で伝播させる観点から、入射する光の波長λ以下がさらに好ましい。
第１入射回折素子１８ａ、第２入射回折素子１８ｂ、第１出射回折素子２４ａおよび第２出射回折素子２４ｂの回折構造の周期は１μｍ以下が好ましく、０．８μｍ以下がより好ましく、導光板１６を全反射で伝播させる観点から、入射する光の波長λ以下がさらに好ましい。
ここで、図１に示す例では、第１入射回折素子１８ａと第２入射回折素子１８ｂとは、面方向に重複して配置される構成としたがこれに限定はされない。例えば、図６に示す例のように、第１入射回折素子１８ａと第２入射回折素子１８ｂとが面方向に重複しない位置に配置される構成としてもよい。
図６に示す例において、第１入射回折素子１８ａは、導光板１６の主面の、図１中の上方、左右方向の略中央の左側の位置に配置されている。第２入射回折素子１８ｂは、導光板１６の主面の、図１中の上方、左右方向の略中央の右側の位置に配置されている。
第１中間回折素子２０ａと第２中間回折素子２０ｂ、および、第１出射回折素子２４ａと第２出射回折素子２４ｂの配置は基本的に図１と同様である。
図６に示す例において、第１入射回折素子１８ａは、導光板１６の主面の、図１中の上方、左右方向の略中央の左側の位置に配置されている。第２入射回折素子１８ｂは、導光板１６の主面の、図１中の上方、左右方向の略中央の右側の位置に配置されている。
第１中間回折素子２０ａと第２中間回折素子２０ｂ、および、第１出射回折素子２４ａと第２出射回折素子２４ｂの配置は基本的に図１と同様である。
図６に示す構成の場合には、画像表示装置は、前述のとおり、第１入射回折素子１８ａに、第１入射回折素子１８ａで回折される波長の光からなる単色画像を照射する表示素子と、第２入射回折素子１８ｂに、第２入射回折素子１８ｂで回折される波長の光からなる単色画像を照射する表示素子との２種の表示素子を有する構成とするのが好ましい。
また、図６に示すように第１入射回折素子１８ａと第２入射回折素子１８ｂとが面方向に重複しない位置に配置される構成の場合には、第１入射回折素子１８ａおよび第２入射回折素子１８ｂとして、波長選択性を有さない回折素子も好適に用いることができる。
また、図１に示す例では、入射回折素子、中間回折素子および出射回折素子をそれぞれ２種有する構成としたが、これに限定はされず、それぞれ３種以上の回折素子を有する構成としてもよい。
例えば、図７に示す例では、導光素子１４ｂは、導光板１６の主面に、第１入射回折素子１８ａ、第２入射回折素子１８ｂおよび第３入射回折素子１８ｃ、第１中間回折素子２０ａ、第２中間回折素子２０ｂおよび第３中間回折素子２０ｃ、ならびに、第１出射回折素子２４ａ、第２出射回折素子２４ｂおよび第３出射回折素子２４ｃを有する。
図７において、第１入射回折素子１８ａ、第２入射回折素子１８ｂ、第１中間回折素子２０ａ、第２中間回折素子２０ｂ、第１出射回折素子２４ａ、および、第２出射回折素子２４ｂについては図１の構成および配置と同様の構成である。
例えば、図７に示す例では、導光素子１４ｂは、導光板１６の主面に、第１入射回折素子１８ａ、第２入射回折素子１８ｂおよび第３入射回折素子１８ｃ、第１中間回折素子２０ａ、第２中間回折素子２０ｂおよび第３中間回折素子２０ｃ、ならびに、第１出射回折素子２４ａ、第２出射回折素子２４ｂおよび第３出射回折素子２４ｃを有する。
図７において、第１入射回折素子１８ａ、第２入射回折素子１８ｂ、第１中間回折素子２０ａ、第２中間回折素子２０ｂ、第１出射回折素子２４ａ、および、第２出射回折素子２４ｂについては図１の構成および配置と同様の構成である。
図７において、第３入射回折素子１８ｃは、第２入射回折素子１８ｂと面方向の同じ位置に配置されている。また、第３中間回折素子２０ｃは、第２中間回折素子２０ｂと面方向の同じ位置に配置されている。また、第３出射回折素子２４ｃは、第１出射回折素子２４ａおよび第２出射回折素子２４ｂと面方向の同じ位置に配置されている。
第３入射回折素子１８ｃは、第１入射回折素子１８ａおよび第２入射回折素子１８ｂとは異なる波長の光を回折するものである。従って、第３入射回折素子１８ｃの回折構造の周期は、第１入射回折素子１８ａおよび第２入射回折素子１８ｂの回折構造の周期と異なる。
また、第３入射回折素子１８ｃは、面方向の配置位置が第２入射回折素子１８ｂと重複しており、第２入射回折素子１８ｂと同じ方向（第３中間回折素子２０ｃの方向）に光を回折する。すなわち、第３入射回折素子１ｃは、第１入射回折素子１８ａとは異なる方向に光を回折する。
図７に示す例では、第３入射回折素子１８ｃは入射した光を第３中間回折素子２０ｃが配置された右方向に回折する。従って、第３入射回折素子１８ｃの回折構造は図７にＳ１Ｃで示すように、パターンが左右方向に配列された構成を有する。
第３中間回折素子２０ｃは、第１中間回折素子２０ａおよび第２中間回折素子２０ｂとは異なる波長の光を回折するものである。従って、第３中間回折素子２０ｃの回折構造の周期は、第１中間回折素子２０ａおよび第２中間回折素子２０ｂの回折構造の周期と異なる。
また、第３中間回折素子２０ｃは、面方向の配置位置が第２中間回折素子２０ｂと重複しており、第２中間回折素子２０ｂと同じ方向（第３出射回折素子２４ｃの方向）に光を回折する。
図７に示す例では、第３中間回折素子２０ｃは第３入射回折素子１８ｃで回折され導光板１６内を導光した光を第３出射回折素子２４ｃが配置された左下方向に回折する。従って、第３中間回折素子２０ｃの回折構造は図７にＳ２Ｃで示すように、パターンが斜め方向（パターンの配列方向が左下向き）に配列された構成を有する。
第３出射回折素子２４ｃは、第１出射回折素子２４ａおよび第２出射回折素子２４ｂとは異なる波長の光を回折するものである。従って、第３出射回折素子２４ｃの回折構造の周期は、第１出射回折素子２４ａおよび第２出射回折素子２４ｂの回折構造の周期と異なる。
また、第３出射回折素子２４ｃは、面方向の配置位置が第１出射回折素子２４ａおよび第２出射回折素子２４ｂと重複している。
図７に示す例では、第３出射回折素子２４ｃは第３中間回折素子２０ｃが回折し導光板１６内を導光した光を図７の紙面に垂直な方向に回折する。従って、第３出射回折素子２４ｃの回折構造は図７にＳ３Ｃで示すように、パターンが斜め方向（パターンの配列方向が左下向き）に配列された構成を有する。
図７に示す導光素子１４ｂを有する画像表示装置は、表示素子が表示した画像（画像に対応する光）を、所定の波長領域ごとに第１入射回折素子１８ａ、第２入射回折素子１８ｂおよび第３入射回折素子１８ｃによってそれぞれ回折して、導光板１６に入射する。第１入射回折素子１８ａによる回折光は、導光板１６内を全反射して伝搬し、回折光は第１中間回折素子２０ａに入射する。第１中間回折素子２０ａに入射した光は、第１出射回折素子２４ａに向けて回折され、導光板１６内を全反射して伝搬し、第１出射回折素子２４ａに入射して、第１出射回折素子２４ａによって回折されて、導光板１６から出射される。また、第２入射回折素子１８ｂによる回折光は、導光板１６内を全反射して伝搬し、回折光は第２中間回折素子２０ｂに入射する。第２中間回折素子２０ｂに入射した光は、第２出射回折素子２４ｂに向けて回折され、導光板１６内を全反射して伝搬し、第２出射回折素子２４ｂに入射して、第２出射回折素子２４ｂによって回折されて、導光板１６から出射される。また、第３入射回折素子１８ｃによる回折光は、導光板１６内を全反射して伝搬し、回折光は第３中間回折素子２０ｃに入射する。第３中間回折素子２０ｃに入射した光は、第３出射回折素子２４ｃに向けて回折され、導光板１６内を全反射して伝搬し、第３出射回折素子２４ｃに入射して、第３出射回折素子２４ｃによって回折されて、導光板１６から出射される。
第１出射回折素子２４ａ、第２出射回折素子２４ｂおよび第３出射回折素子２４ｃは、面方向に重複して配置されているため、第１出射回折素子２４ａ、第２出射回折素子２４ｂおよび第３出射回折素子２４ｃによって回折されて出射される光は、同じ位置で導光板１６から出射して、使用者Ｕによる観察に供される。これにより、３色のカラー表示を行うことができる。
第１出射回折素子２４ａ、第２出射回折素子２４ｂおよび第３出射回折素子２４ｃは、面方向に重複して配置されているため、第１出射回折素子２４ａ、第２出射回折素子２４ｂおよび第３出射回折素子２４ｃによって回折されて出射される光は、同じ位置で導光板１６から出射して、使用者Ｕによる観察に供される。これにより、３色のカラー表示を行うことができる。
このような構成の場合にも、第３出射回折素子２４ｃの回折構造の周期方向は、第１出射回折素子２４ａの回折構造の周期方向とは交差しているため、第１出射回折素子２４ａによって回折される波長の光が、第３出射回折素子２４ｃによって回折されることを抑制でき、また、第３出射回折素子２４ｃによって回折される波長の光が、第１出射回折素子２４ａによって回折されることを抑制でき、多重像が発生することを抑制できる。
ここで、図７に示す例では、第２入射回折素子１８ｂと第３入射回折素子１８ｃ、ならびに、第２中間回折素子２０ｂと第３中間回折素子２０ｃとは、面方向の配置位置が重複しているため、第３出射回折素子２４ｃの回折構造の周期方向は、第２出射回折素子２４ｂの回折構造の周期方向と略一致している。そのため、第２出射回折素子２４ｂによって回折される波長の光が第３出射回折素子２４ｃによって回折され多重像が発生するおそれがある。また、第３出射回折素子２４ｃによって回折される波長の光が第２出射回折素子２４ｂによって回折され多重像が発生するおそれがある。
図７に示す構成において多重像の発生を抑制する観点から、第２出射回折素子２４ｂによって回折される光の波長と、第３出射回折素子２４ｃによって回折される光の波長との差が大きいことが好ましい。従って、三色の画像を表示する場合には、中間の波長の光を第１出射回折素子２４ａで回折し、短波長側および長波長側の光をそれぞれ第２出射回折素子２４ｂまたは第３出射回折素子２４ｃによって回折する構成とするのが好ましい。
以上の観点から、第１出射回折素子の回折構造の周期をΛo1とし、第２出射回折素子の回折構造の周期をΛo2、第３出射回折素子の回折構造の周期をΛo3とすると、Λo3≦Λo1≦Λo2を満たすことが好ましい。従って、第１入射回折素子の回折構造の周期をΛi1とし、第２入射回折素子の回折構造の周期をΛi2、第３入射回折素子の回折構造の周期をΛi3とすると、Λi3≦Λi1≦Λi2を満たすことが好ましい。
以上の観点から、第１出射回折素子の回折構造の周期をΛo1とし、第２出射回折素子の回折構造の周期をΛo2、第３出射回折素子の回折構造の周期をΛo3とすると、Λo3≦Λo1≦Λo2を満たすことが好ましい。従って、第１入射回折素子の回折構造の周期をΛi1とし、第２入射回折素子の回折構造の周期をΛi2、第３入射回折素子の回折構造の周期をΛi3とすると、Λi3≦Λi1≦Λi2を満たすことが好ましい。
また、図７に示す構成において多重像の発生を抑制する観点から、第２入射回折素子１８ｂ、第３入射回折素子１８ｃ、第２中間回折素子２０ｂ、第３中間回折素子２０ｃ、第２出射回折素子２４ｂおよび第３出射回折素子２４ｃはそれぞれ、波長選択性を有する構成とすることも好ましい。
また、図７に示す例においては、第１入射回折素子１８ａ、第２入射回折素子１８ｂおよび第３入射回折素子１８ｃは、面方向に重複して配置される構成としたがこれに限定はされない。例えば、図８に示す例のように、第１入射回折素子１８ａと第２入射回折素子１８ｂおよび第３入射回折素子１８ｃとが面方向に重複しない位置に配置される構成としてもよい。すなわち、第２入射回折素子１８ｂと第３入射回折素子１８ｃのみが面方向に重複する構成としてもよい。
図８に示す例において、第１入射回折素子１８ａは、導光板１６の主面の、図８中の上方、左右方向の略中央の左側の位置に配置されている。第２入射回折素子１８ｂおよび第３入射回折素子１８ｃは、導光板１６の主面の、図８中の上方、左右方向の略中央の右側の位置に配置されている。図８の構成は入射回折素子の配置が異なる以外は、図７と同様の構成である。
図８に示す例において、第１入射回折素子１８ａは、導光板１６の主面の、図８中の上方、左右方向の略中央の左側の位置に配置されている。第２入射回折素子１８ｂおよび第３入射回折素子１８ｃは、導光板１６の主面の、図８中の上方、左右方向の略中央の右側の位置に配置されている。図８の構成は入射回折素子の配置が異なる以外は、図７と同様の構成である。
また、図８に示す例では、第２入射回折素子１８ｂと第３入射回折素子１８ｃ、ならびに、第２中間回折素子２０ｂと第３中間回折素子２０ｃが面方向に重複して配置される構成としたが、これに限定はされない。例えば、図９に示すように、第２入射回折素子１８ｂと第３入射回折素子１８ｃ、ならびに、第２中間回折素子２０ｂと第３中間回折素子２０ｃが重複しないように、図９中上下方向の異なる位置に配置される構成としてもよい。
この構成の場合も、第２中間回折素子２０ｂから出射回折素子に向かう方向と、第３中間回折素子２０ｃから出射回折素子に向かう方向とは略一致しているため、第３出射回折素子２４ｃの回折構造の周期方向は、第２出射回折素子２４ｂの回折構造の周期方向と略一致している。そのため、上記と同様に、短波長側および長波長側の光をそれぞれ第２出射回折素子２４ｂまたは第３出射回折素子２４ｃによって回折する構成とするのが好ましい。あるいは、第２出射回折素子２４ｂおよび第３出射回折素子２４ｃはそれぞれ、波長選択性を有する構成とすることも好ましい。
あるいは、図１０に示す例のように、第３入射回折素子１８ｃおよび第３中間回折素子２０ｃを、出射回折素子の図１０中の下方に配置する構成としてもよい。図１０において、第３入射回折素子１８ｃは、導光板１６の主面の、図１０中下方、左右方向の略中央位置に配置されている。第３中間回折素子２０ｃは、導光板１６の主面の、第３入射回折素子１８ｃの図１０中の左側の位置に配置されている。
この構成の場合、第２中間回折素子２０ｂから出射回折素子に向かう方向と、第３中間回折素子２０ｃから出射回折素子に向かう方向とは逆方向であるが、回折像の周期方向は略一致している。そのため、上記と同様に、短波長側および長波長側の光をそれぞれ第２出射回折素子２４ｂまたは第３出射回折素子２４ｃによって回折する構成とするのが好ましい。あるいは、第２出射回折素子２４ｂおよび第３出射回折素子２４ｃはそれぞれ、波長選択性を有する構成とすることも好ましい。
また、図１等に示す例では、中間回折素子を有する構成としたが、本発明の導光素子は、これに限定はされない。導光素子が、中間回折素子を有さず、入射回折素子が回折し導光板内を導光された光を出射回折素子が回折して導光板から光を出射する構成としてもよい。
図１１に示す導光素子は、導光板１６、導光板１６に設けられる、第１入射回折素子１８ａ、第２入射回折素子１８ｂ、第１出射回折素子２４ａ、および、第２出射回折素子２４ｂを有する。
第１入射回折素子１８ａおよび第２入射回折素子１８ｂは、表示素子が照射した光を回折して導光板１６内に入射させるものである。
第１入射回折素子１８ａは、導光板１６の主面の、図１１中の上方、左側に配置されている。第２入射回折素子１８ｂは、導光板１６の主面の、図１１中の上方、右側に配置されている。すなわち、第１入射回折素子１８ａと第２入射回折素子１８ｂとは、面方向の異なる位置に配置されている。
第１入射回折素子１８ａは、導光板１６の主面の、図１１中の上方、左側に配置されている。第２入射回折素子１８ｂは、導光板１６の主面の、図１１中の上方、右側に配置されている。すなわち、第１入射回折素子１８ａと第２入射回折素子１８ｂとは、面方向の異なる位置に配置されている。
第１入射回折素子１８ａと第２入射回折素子１８ｂとは、表示素子が照射する光の互いに異なる波長を、異なる方向に回折する。図１１に示す例では、第１入射回折素子１８ａは入射した光を出射回折素子が配置された右下方向に回折する。従って、第１入射回折素子１８ａの回折構造は図１１にＳ１Ａで示すように、パターンが右下方向に配列された構成を有する。第２入射回折素子１８ｂは入射した光を出射回折素子が配置された左下方向に回折する。従って、第２入射回折素子１８ｂの回折構造は図１１にＳ１Ｂで示すように、パターンが左下方向に配列された構成を有する。
第１出射回折素子２４ａは、第１入射回折素子１８ａによって回折され、導光板１６内を伝搬された光を導光板１６から出射させるものである。
第２出射回折素子２４ｂは、第２入射回折素子１８ｂによって回折され、導光板１６内を伝搬された光を導光板１６から出射させるものである。
第２出射回折素子２４ｂは、第２入射回折素子１８ｂによって回折され、導光板１６内を伝搬された光を導光板１６から出射させるものである。
第１出射回折素子２４ａおよび第２出射回折素子２４ｂは、導光板１６の主面の、第１入射回折素子１８ａおよび第２入射回折素子１８ｂの図１１中の下側の位置に配置されている。第１出射回折素子２４ａと第２出射回折素子２４ｂとは面方向に重複して配置されている。
図１１に示す例では、第１出射回折素子２４ａは第１入射回折素子１８ａが回折し導光板１６内を導光した光を図１１の紙面に垂直な方向に回折する。従って、第１出射回折素子２４ａの回折構造は図１１にＳ３Ａで示すように、パターンが斜め方向（パターンの配列方向が右下向き）に配列された構成を有する。
第２出射回折素子２４ｂは第２入射回折素子１８ｂが回折し導光板１６内を導光した光を図１１の紙面に垂直な方向に回折する。従って、第２出射回折素子２４ｂの回折構造は図１１にＳ３Ｂで示すように、パターンが斜め方向（パターンの配列方向が左下向き）に配列された構成を有する。
すなわち、第１出射回折素子２４ａの回折構造の周期方向と、第２出射回折素子２４ｂの回折構造の周期方向とは交差している。これにより、図１等に示す中間回折素子を有する場合と同様に、多重像の発生を抑制することができる。
第２出射回折素子２４ｂは第２入射回折素子１８ｂが回折し導光板１６内を導光した光を図１１の紙面に垂直な方向に回折する。従って、第２出射回折素子２４ｂの回折構造は図１１にＳ３Ｂで示すように、パターンが斜め方向（パターンの配列方向が左下向き）に配列された構成を有する。
すなわち、第１出射回折素子２４ａの回折構造の周期方向と、第２出射回折素子２４ｂの回折構造の周期方向とは交差している。これにより、図１等に示す中間回折素子を有する場合と同様に、多重像の発生を抑制することができる。
第１出射回折素子２４ａの回折構造の周期方向と、第２出射回折素子２４ｂの回折構造の周期方向とを交差させて配置する際には、面方向の同じ位置に配置されている第１出射回折素子２４ａおよび第２出射回折素子２４ｂに異なる方向から光を入射させる必要がある。従って、中間回折素子を有さず、入射回折素子の位置から直接、出射回折素子に向けて光を導光する構成の場合には、第１入射回折素子１８ａと第２入射回折素子１８ｂとを面方向の異なる位置に配置する。
ここで、図１１に示す例では、入射回折素子および出射回折素子をそれぞれ２種有する構成としたが、これに限定はされず、それぞれ３種以上の回折素子を有する構成としてもよい。
例えば、図１２に示す例では、導光素子は、導光板１６の主面に、第１入射回折素子１８ａ、第２入射回折素子１８ｂおよび第３入射回折素子１８ｃ、ならびに、第１出射回折素子２４ａ、第２出射回折素子２４ｂおよび第３出射回折素子２４ｃを有する。
図１２において、第１入射回折素子１８ａ、第２入射回折素子１８ｂ、第１出射回折素子２４ａ、および、第２出射回折素子２４ｂについては図１１の構成および配置と同様の構成である。
例えば、図１２に示す例では、導光素子は、導光板１６の主面に、第１入射回折素子１８ａ、第２入射回折素子１８ｂおよび第３入射回折素子１８ｃ、ならびに、第１出射回折素子２４ａ、第２出射回折素子２４ｂおよび第３出射回折素子２４ｃを有する。
図１２において、第１入射回折素子１８ａ、第２入射回折素子１８ｂ、第１出射回折素子２４ａ、および、第２出射回折素子２４ｂについては図１１の構成および配置と同様の構成である。
図１２において、第３入射回折素子１８ｃは、第２入射回折素子１８ｂと面方向の同じ位置に配置されている。また、第３出射回折素子２４ｃは、第１出射回折素子２４ａおよび第２出射回折素子２４ｂと面方向の同じ位置に配置されている。
第３入射回折素子１８ｃは、第１入射回折素子１８ａおよび第２入射回折素子１８ｂとは異なる波長の光を回折するものである。従って、第３入射回折素子１８ｃの回折構造の周期は、第１入射回折素子１８ａおよび第２入射回折素子１８ｂの回折構造の周期と異なる。
また、第３入射回折素子１８ｃは、面方向の配置位置が第２入射回折素子１８ｂと重複しており、第２入射回折素子１８ｂと同じ方向に光を回折する。すなわち、第３入射回折素子１ｃは、第１入射回折素子１８ａとは異なる方向に光を回折する。
第３出射回折素子２４ｃは、第１出射回折素子２４ａおよび第２出射回折素子２４ｂとは異なる波長の光を回折するものである。従って、第３出射回折素子２４ｃの回折構造の周期は、第１出射回折素子２４ａおよび第２出射回折素子２４ｂの回折構造の周期と異なる。
また、第３出射回折素子２４ｃは、面方向の配置位置が第１出射回折素子２４ａおよび第２出射回折素子２４ｂと重複している。
図１２に示す例では、第３出射回折素子２４ｃは第３入射回折素子１８ｃが回折し導光板１６内を導光した光を図１２の紙面に垂直な方向に回折する。従って、第３出射回折素子２４ｃの回折構造は図１２にＳ３Ｃで示すように、パターンが斜め方向（パターンの配列方向が左下向き）に配列された構成を有する。
図１２に示す導光素子を有する画像表示装置は、表示素子が表示した画像（画像に対応する光）を、所定の波長領域ごとに第１入射回折素子１８ａ、第２入射回折素子１８ｂおよび第３入射回折素子１８ｃによってそれぞれ回折して、導光板１６に入射する。第１入射回折素子１８ａによる回折光は、導光板１６内を全反射して伝搬し、回折光は第１出射回折素子２４ａに入射する。第１出射回折素子２４ａに入射した光は、第１出射回折素子２４ａによって回折されて、導光板１６から出射される。また、第２入射回折素子１８ｂによる回折光は、導光板１６内を全反射して伝搬し、回折光は第２出射回折素子２４ｂに入射する。第２出射回折素子２４ｂに入射した光は、第２出射回折素子２４ｂによって回折されて、導光板１６から出射される。また、第３入射回折素子１８ｃによる回折光は、導光板１６内を全反射して伝搬し、回折光は第３出射回折素子２４ｃに入射する。第３出射回折素子２４ｃに入射した光は、第３出射回折素子２４ｃによって回折されて、導光板１６から出射される。
第１出射回折素子２４ａ、第２出射回折素子２４ｂおよび第３出射回折素子２４ｃは、面方向に重複して配置されているため、第１出射回折素子２４ａ、第２出射回折素子２４ｂおよび第３出射回折素子２４ｃによって回折されて出射される光は、同じ位置で導光板１６から出射して、使用者Ｕによる観察に供される。これにより、３色のカラー表示を行うことができる。
第１出射回折素子２４ａ、第２出射回折素子２４ｂおよび第３出射回折素子２４ｃは、面方向に重複して配置されているため、第１出射回折素子２４ａ、第２出射回折素子２４ｂおよび第３出射回折素子２４ｃによって回折されて出射される光は、同じ位置で導光板１６から出射して、使用者Ｕによる観察に供される。これにより、３色のカラー表示を行うことができる。
このような構成の場合にも、第３出射回折素子２４ｃの回折構造の周期方向は、第１出射回折素子２４ａの回折構造の周期方向とは交差しているため、第１出射回折素子２４ａによって回折される波長の光が、第３出射回折素子２４ｃによって回折されることを抑制でき、また、第３出射回折素子２４ｃによって回折される波長の光が、第１出射回折素子２４ａによって回折されることを抑制でき、多重像が発生することを抑制できる。
なお、この構成の場合、第２入射回折素子１８ｂから出射回折素子に向かう方向と、第３入射回折素子１８ｃから出射回折素子に向かう方向とは略一致しているため、第３出射回折素子２４ｃの回折構造の周期方向は、第２出射回折素子２４ｂの回折構造の周期方向と略一致している。そのため、上記と同様に、短波長側および長波長側の光をそれぞれ第２出射回折素子２４ｂまたは第３出射回折素子２４ｃによって回折する構成とするのが好ましい。あるいは、第２出射回折素子２４ｂおよび第３出射回折素子２４ｃはそれぞれ、波長選択性を有する構成とすることも好ましい。
［回折素子］
前述のとおり、回折素子としては表面レリーフ型回折素子、体積ホログラム型回折素子、および、偏光回折素子のいずれかであることが好ましい。また、回折素子としては透過型の回折素子であってもよいし、反射型の回折素子であってもよい。
以下、各回折素子の構成について説明する。
前述のとおり、回折素子としては表面レリーフ型回折素子、体積ホログラム型回折素子、および、偏光回折素子のいずれかであることが好ましい。また、回折素子としては透過型の回折素子であってもよいし、反射型の回折素子であってもよい。
以下、各回折素子の構成について説明する。
〔表面レリーフ型回折素子〕
表面レリーフ型回折素子としては公知の表面レリーフ型回折素子を用いることができる。図１３に例示するＤ１のように、表面レリーフ型回折素子は、表面に直線状の微細な凹凸が交互に所定の周期で平行に並んで構成されたものである。回折構造の周期、材質および凸部の高さなどは回折する波長域によって適宜設定すればよい。
また、表面レリーフ型回折素子は、樹脂等からなるフィルム状物の表面に回折構造（凹凸構造）を形成したものであってもよいし、導光板の表面に直接、回折構造（凹凸構造）を形成したものであってもよい。
表面レリーフ型回折素子としては公知の表面レリーフ型回折素子を用いることができる。図１３に例示するＤ１のように、表面レリーフ型回折素子は、表面に直線状の微細な凹凸が交互に所定の周期で平行に並んで構成されたものである。回折構造の周期、材質および凸部の高さなどは回折する波長域によって適宜設定すればよい。
また、表面レリーフ型回折素子は、樹脂等からなるフィルム状物の表面に回折構造（凹凸構造）を形成したものであってもよいし、導光板の表面に直接、回折構造（凹凸構造）を形成したものであってもよい。
表面レリーフ型回折素子において、表面に形成される凹凸構造が回折構造であり、凹凸構造の周期が回折構造の周期であり、図１３中、矢印Ｘで示す、凹凸構造の配列方向が回折構造の周期方向である。
〔体積ホログラム型回折素子〕
体積ホログラム型回折素子としては公知の体積ホログラム型回折素子を用いることができる。図１４に例示するＤ２のように、体積ホログラム型回折素子は、屈折率が高い直線状の領域１１０と屈折率が低い直線状の領域１１２が交互に所定の周期で平行に並んで構成されたものである。回折構造の周期、材質および各領域の屈折率などは回折する波長域によって適宜設定すればよい。
体積ホログラム型回折素子としては公知の体積ホログラム型回折素子を用いることができる。図１４に例示するＤ２のように、体積ホログラム型回折素子は、屈折率が高い直線状の領域１１０と屈折率が低い直線状の領域１１２が交互に所定の周期で平行に並んで構成されたものである。回折構造の周期、材質および各領域の屈折率などは回折する波長域によって適宜設定すればよい。
体積ホログラム型回折素子において、屈折率が高い直線状の領域１１０と屈折率が低い直線状の領域１１２が交互に形成された構造が回折構造であり、領域１１０と領域１１２との配列の周期が回折構造の周期であり、図１４に矢印Ｘで示す、領域１１０と領域１１２との配列方向が回折構造の周期方向である。
〔偏光回折素子〕
偏光回折素子としては公知の偏光回折素子を用いることができる。偏光回折素子は微細領域で偏光状態を制御することによって、入射する光の偏光状態に応じて出射光の回折方向や偏光状態、回折光強度を制御する回折素子である。偏光回折素子として、例えば、「Erez Hasman et al., Polarization dependent focusing lens by useof quantized Pancharatnm-Berry phase diffractive optics, Applied Physics Letters, Volume 82, Number 3 pp.328-330」に記載の構造複屈折を用いて回折構造を形成した偏光回折素子、特許第５２７６８４７号に記載の複屈折材料を用いて回折構造を形成した偏光回折素子等が例示される。
偏光回折素子としては、液晶化合物を含む組成物を用いて形成され、液晶化合物由来の光学軸の向きが面内の少なくとも一方向に沿って連続的に回転しながら変化している液晶配向パターンを有する、液晶回折素子が例示される。
偏光回折素子としては公知の偏光回折素子を用いることができる。偏光回折素子は微細領域で偏光状態を制御することによって、入射する光の偏光状態に応じて出射光の回折方向や偏光状態、回折光強度を制御する回折素子である。偏光回折素子として、例えば、「Erez Hasman et al., Polarization dependent focusing lens by useof quantized Pancharatnm-Berry phase diffractive optics, Applied Physics Letters, Volume 82, Number 3 pp.328-330」に記載の構造複屈折を用いて回折構造を形成した偏光回折素子、特許第５２７６８４７号に記載の複屈折材料を用いて回折構造を形成した偏光回折素子等が例示される。
偏光回折素子としては、液晶化合物を含む組成物を用いて形成され、液晶化合物由来の光学軸の向きが面内の少なくとも一方向に沿って連続的に回転しながら変化している液晶配向パターンを有する、液晶回折素子が例示される。
（液晶回折素子Ａ）
液晶回折素子の一例を図１５および図１６を用いて説明する。
図１５および図１６に示す液晶回折素子２９は、コレステリック液晶相を固定してなり、液晶化合物由来の光学軸の向きが面内の少なくとも一方向に沿って連続的に回転しながら変化している液晶配向パターンを有するパターンコレステリック液晶層である。
液晶回折素子の一例を図１５および図１６を用いて説明する。
図１５および図１６に示す液晶回折素子２９は、コレステリック液晶相を固定してなり、液晶化合物由来の光学軸の向きが面内の少なくとも一方向に沿って連続的に回転しながら変化している液晶配向パターンを有するパターンコレステリック液晶層である。
図１５に示す例では、液晶回折素子２９は、支持体３０と、配向膜３２と、パターンコレステリック液晶層３４と、を有する。
なお、図１５に示す例の液晶回折素子２９は、支持体３０と、配向膜３２と、パターンコレステリック液晶層３４とを有するが、本発明は、これに制限はされない。液晶回折素子は、例えば、導光板１６に貼り合わせた後に、支持体３０を剥離した、配向膜３２およびパターンコレステリック液晶層３４のみを有するものでもよい。または、液晶回折素子は、例えば、導光板１６に貼り合わせた後に、支持体３０および配向膜３２を剥離した、パターンコレステリック液晶層３４のみを有するものでもよい。
なお、図１５に示す例の液晶回折素子２９は、支持体３０と、配向膜３２と、パターンコレステリック液晶層３４とを有するが、本発明は、これに制限はされない。液晶回折素子は、例えば、導光板１６に貼り合わせた後に、支持体３０を剥離した、配向膜３２およびパターンコレステリック液晶層３４のみを有するものでもよい。または、液晶回折素子は、例えば、導光板１６に貼り合わせた後に、支持体３０および配向膜３２を剥離した、パターンコレステリック液晶層３４のみを有するものでもよい。
＜支持体＞
支持体３０は、配向膜３２、および、パターンコレステリック液晶層３４を支持するものである。
支持体３０は、配向膜３２、パターンコレステリック液晶層３４を支持できるものであれば、各種のシート状物（フィルム、板状物）が利用可能である。
なお、支持体３０は、対応する光に対する透過率が５０％以上であるのが好ましく、７０％以上であるのがより好ましく、８５％以上であるのがさらに好ましい。
支持体３０は、配向膜３２、および、パターンコレステリック液晶層３４を支持するものである。
支持体３０は、配向膜３２、パターンコレステリック液晶層３４を支持できるものであれば、各種のシート状物（フィルム、板状物）が利用可能である。
なお、支持体３０は、対応する光に対する透過率が５０％以上であるのが好ましく、７０％以上であるのがより好ましく、８５％以上であるのがさらに好ましい。
支持体３０の厚さには、制限はなく、液晶回折素子の用途および支持体３０の形成材料等に応じて、配向膜３２、パターンコレステリック液晶層３４を保持できる厚さを、適宜、設定すればよい。
支持体３０の厚さは、１～２０００μｍが好ましく、３～５００μｍがより好ましく、５～２５０μｍがさらに好ましい。
支持体３０の厚さは、１～２０００μｍが好ましく、３～５００μｍがより好ましく、５～２５０μｍがさらに好ましい。
支持体３０は単層であっても、多層であってもよい。
単層である場合の支持体３０としては、ガラス、トリアセチルセルロース（ＴＡＣ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリカーボネート、ポリ塩化ビニル、アクリル、および、ポリオレフィン等からなる支持体３０が例示される。多層である場合の支持体３０の例としては、前述の単層の支持体のいずれかなどを基板として含み、この基板の表面に他の層を設けたもの等が例示される。
単層である場合の支持体３０としては、ガラス、トリアセチルセルロース（ＴＡＣ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリカーボネート、ポリ塩化ビニル、アクリル、および、ポリオレフィン等からなる支持体３０が例示される。多層である場合の支持体３０の例としては、前述の単層の支持体のいずれかなどを基板として含み、この基板の表面に他の層を設けたもの等が例示される。
＜配向膜＞
液晶回折素子２９において、支持体３０の表面には配向膜３２が形成される。
配向膜３２は、パターンコレステリック液晶層３４を形成する際に、液晶化合物４０を所定の液晶配向パターンに配向するための配向膜である。
後述するが、本発明において、パターンコレステリック液晶層３４は、液晶化合物４０に由来する光学軸４０Ａ（図１６参照）の向きが、面内の一方向に沿って連続的に回転しながら変化している液晶配向パターンを有する。従って、配向膜３２は、パターンコレステリック液晶層３４が、この液晶配向パターンを形成できるように、形成される。
以下の説明では、『光学軸４０Ａの向きが回転』を単に『光学軸４０Ａが回転』とも言う。
液晶回折素子２９において、支持体３０の表面には配向膜３２が形成される。
配向膜３２は、パターンコレステリック液晶層３４を形成する際に、液晶化合物４０を所定の液晶配向パターンに配向するための配向膜である。
後述するが、本発明において、パターンコレステリック液晶層３４は、液晶化合物４０に由来する光学軸４０Ａ（図１６参照）の向きが、面内の一方向に沿って連続的に回転しながら変化している液晶配向パターンを有する。従って、配向膜３２は、パターンコレステリック液晶層３４が、この液晶配向パターンを形成できるように、形成される。
以下の説明では、『光学軸４０Ａの向きが回転』を単に『光学軸４０Ａが回転』とも言う。
配向膜３２は、公知の各種のものが利用可能である。
例えば、ポリマーなどの有機化合物からなるラビング処理膜、無機化合物の斜方蒸着膜、マイクログルーブを有する膜、ならびに、ω－トリコサン酸、ジオクタデシルメチルアンモニウムクロライドおよびステアリル酸メチルなどの有機化合物のラングミュア・ブロジェット法によるＬＢ（Langmuir-Blodgett：ラングミュア・ブロジェット）膜を累積させた膜、等が例示される。
例えば、ポリマーなどの有機化合物からなるラビング処理膜、無機化合物の斜方蒸着膜、マイクログルーブを有する膜、ならびに、ω－トリコサン酸、ジオクタデシルメチルアンモニウムクロライドおよびステアリル酸メチルなどの有機化合物のラングミュア・ブロジェット法によるＬＢ（Langmuir-Blodgett：ラングミュア・ブロジェット）膜を累積させた膜、等が例示される。
ラビング処理による配向膜３２は、ポリマー層の表面を紙または布で一定方向に数回こすることにより形成できる。
配向膜３２に使用する材料としては、ポリイミド、ポリビニルアルコール、特開平９－１５２５０９号公報に記載された重合性基を有するポリマー、特開２００５－９７３７７号公報、特開２００５－９９２２８号公報、および、特開２００５－１２８５０３号公報記載の配向膜３２等の形成に用いられる材料が好ましい。
配向膜３２に使用する材料としては、ポリイミド、ポリビニルアルコール、特開平９－１５２５０９号公報に記載された重合性基を有するポリマー、特開２００５－９７３７７号公報、特開２００５－９９２２８号公報、および、特開２００５－１２８５０３号公報記載の配向膜３２等の形成に用いられる材料が好ましい。
液晶回折素子２９においては、配向膜３２は、光配向性の素材に偏光または非偏光を照射して配向膜３２とした、いわゆる光配向膜が好適に利用される。すなわち、液晶回折素子２９においては、配向膜３２として、支持体３０上に、光配向材料を塗布して形成した光配向膜が、好適に利用される。
偏光の照射は、光配向膜に対して、垂直方向または斜め方向から行うことができ、非偏光の照射は、光配向膜に対して、斜め方向から行うことができる。
偏光の照射は、光配向膜に対して、垂直方向または斜め方向から行うことができ、非偏光の照射は、光配向膜に対して、斜め方向から行うことができる。
本発明に利用可能な配向膜に用いられる光配向材料としては、例えば、特開２００６－２８５１９７号公報、特開２００７－７６８３９号公報、特開２００７－１３８１３８号公報、特開２００７－９４０７１号公報、特開２００７－１２１７２１号公報、特開２００７－１４０４６５号公報、特開２００７－１５６４３９号公報、特開２００７－１３３１８４号公報、特開２００９－１０９８３１号公報、特許第３８８３８４８号公報および特許第４１５１７４６号公報に記載のアゾ化合物、特開２００２－２２９０３９号公報に記載の芳香族エステル化合物、特開２００２－２６５５４１号公報および特開２００２－３１７０１３号公報に記載の光配向性単位を有するマレイミドおよび／またはアルケニル置換ナジイミド化合物、特許第４２０５１９５号および特許第４２０５１９８号に記載の光架橋性シラン誘導体、特表２００３－５２０８７８号公報、特表２００４－５２９２２０号公報および特許第４１６２８５０号に記載の光架橋性ポリイミド、光架橋性ポリアミドおよび光架橋性ポリエステル、ならびに、特開平９－１１８７１７号公報、特表平１０－５０６４２０号公報、特表２００３－５０５５６１号公報、国際公開第２０１０／１５０７４８号、特開２０１３－１７７５６１号公報および特開２０１４－１２８２３号公報に記載の光二量化可能な化合物、特にシンナメート化合物、カルコン化合物およびクマリン化合物等が、好ましい例として例示される。
中でも、アゾ化合物、光架橋性ポリイミド、光架橋性ポリアミド、光架橋性ポリエステル、シンナメート化合物、および、カルコン化合物は、好適に利用される。
中でも、アゾ化合物、光架橋性ポリイミド、光架橋性ポリアミド、光架橋性ポリエステル、シンナメート化合物、および、カルコン化合物は、好適に利用される。
配向膜３２の厚さには、制限はなく、配向膜３２の形成材料に応じて、必要な配向機能を得られる厚さを、適宜、設定すればよい。
配向膜３２の厚さは、０．０１～５μｍが好ましく、０．０５～２μｍがより好ましい。
配向膜３２の厚さは、０．０１～５μｍが好ましく、０．０５～２μｍがより好ましい。
配向膜３２の形成方法には、制限はなく、配向膜３２の形成材料に応じた公知の方法が、各種、利用可能である。一例として、配向膜３２を支持体３０の表面に塗布して乾燥させた後、配向膜３２をレーザ光によって露光して、配向パターンを形成する方法が例示される。
図２２に、配向膜３２を露光して、配向パターンを形成する露光装置の一例を概念的に示す。
図２２に示す露光装置６０は、レーザ６２を備えた光源６４と、レーザ６２が出射したレーザ光Ｍの偏光方向を変えるλ／２板６５と、レーザ６２が出射したレーザ光Ｍを光線ＭＡおよびＭＢの２つに分離する偏光ビームスプリッター６８と、分離された２つの光線ＭＡおよびＭＢの光路上にそれぞれ配置されたミラー７０Ａおよび７０Ｂと、λ／４板７２Ａおよび７２Ｂと、を備える。
なお、光源６４は直線偏光Ｐ0を出射する。λ／４板７２Ａは、直線偏光Ｐ0（光線ＭＡ）を右円偏光ＰRに、λ／４板７２Ｂは直線偏光Ｐ0（光線ＭＢ）を左円偏光ＰLに、それぞれ変換する。
図２２に示す露光装置６０は、レーザ６２を備えた光源６４と、レーザ６２が出射したレーザ光Ｍの偏光方向を変えるλ／２板６５と、レーザ６２が出射したレーザ光Ｍを光線ＭＡおよびＭＢの２つに分離する偏光ビームスプリッター６８と、分離された２つの光線ＭＡおよびＭＢの光路上にそれぞれ配置されたミラー７０Ａおよび７０Ｂと、λ／４板７２Ａおよび７２Ｂと、を備える。
なお、光源６４は直線偏光Ｐ0を出射する。λ／４板７２Ａは、直線偏光Ｐ0（光線ＭＡ）を右円偏光ＰRに、λ／４板７２Ｂは直線偏光Ｐ0（光線ＭＢ）を左円偏光ＰLに、それぞれ変換する。
配向パターンを形成される前の配向膜３２を有する支持体３０が露光部に配置され、２つの光線ＭＡと光線ＭＢとを配向膜３２上において交差させて干渉させ、その干渉光を配向膜３２に照射して露光する。
この際の干渉により、配向膜３２に照射される光の偏光状態が干渉縞状に周期的に変化するものとなる。これにより、配向状態が周期的に変化する配向パターンを有する配向膜（以下、パターン配向膜ともいう）が得られる。
露光装置６０においては、２つの光線ＭＡおよびＭＢの交差角αを変化させることにより、配向パターンの周期を調節できる。すなわち、露光装置６０においては、交差角αを調節することにより、液晶化合物４０に由来する光学軸４０Ａが一方向に沿って連続的に回転する配向パターンにおいて、光学軸４０Ａが回転する１方向における、光学軸４０Ａが１８０°回転する１周期の長さを調節できる。
このような配向状態が周期的に変化した配向パターンを有する配向膜３２上に、コレステリック液晶層を形成することにより、後述するように、液晶化合物４０に由来する光学軸４０Ａが一方向に沿って連続的に回転する液晶配向パターンを有する、パターンコレステリック液晶層３４を形成できる。
また、λ／４板７２Ａおよび７２Ｂの光学軸を、それぞれ、９０°回転することにより、光学軸４０Ａの回転方向を逆にすることができる。
この際の干渉により、配向膜３２に照射される光の偏光状態が干渉縞状に周期的に変化するものとなる。これにより、配向状態が周期的に変化する配向パターンを有する配向膜（以下、パターン配向膜ともいう）が得られる。
露光装置６０においては、２つの光線ＭＡおよびＭＢの交差角αを変化させることにより、配向パターンの周期を調節できる。すなわち、露光装置６０においては、交差角αを調節することにより、液晶化合物４０に由来する光学軸４０Ａが一方向に沿って連続的に回転する配向パターンにおいて、光学軸４０Ａが回転する１方向における、光学軸４０Ａが１８０°回転する１周期の長さを調節できる。
このような配向状態が周期的に変化した配向パターンを有する配向膜３２上に、コレステリック液晶層を形成することにより、後述するように、液晶化合物４０に由来する光学軸４０Ａが一方向に沿って連続的に回転する液晶配向パターンを有する、パターンコレステリック液晶層３４を形成できる。
また、λ／４板７２Ａおよび７２Ｂの光学軸を、それぞれ、９０°回転することにより、光学軸４０Ａの回転方向を逆にすることができる。
上述のとおり、パターン配向膜は、パターン配向膜の上に形成されるパターンコレステリック液晶層中の液晶化合物の光学軸の向きが面内の少なくとも一方向に沿って連続的に回転しながら変化している液晶配向パターンとなるように、液晶化合物を配向させる配向パターンを有する。パターン配向膜が、液晶化合物を配向させる向きに沿った軸を配向軸とすると、パターン配向膜は、配向軸の向きが面内の少なくとも一方向に沿って連続的に回転しながら変化している配向パターンを有するといえる。パターン配向膜の配向軸は、吸収異方性を測定することで検出することができる。例えば、パターン配向膜に直線偏光を回転させながら照射して、パターン配向膜を透過する光の光量を測定した際に、光量が最大または最小となる向きが、面内の一方向に沿って漸次変化して観測される。
なお、本発明において、配向膜３２は、好ましい態様として設けられるものであり、必須の構成要件ではない。
例えば、支持体３０をラビング処理する方法、支持体３０をレーザ光などで加工する方法等によって、支持体３０に配向パターンを形成することにより、パターンコレステリック液晶層が、液晶化合物４０に由来する光学軸４０Ａの向きが面内の少なくとも一方向に沿って連続的に回転しながら変化している液晶配向パターンを有する構成とすることも、可能である。すなわち、本発明においては、支持体３０を配向膜として作用させてもよい。
例えば、支持体３０をラビング処理する方法、支持体３０をレーザ光などで加工する方法等によって、支持体３０に配向パターンを形成することにより、パターンコレステリック液晶層が、液晶化合物４０に由来する光学軸４０Ａの向きが面内の少なくとも一方向に沿って連続的に回転しながら変化している液晶配向パターンを有する構成とすることも、可能である。すなわち、本発明においては、支持体３０を配向膜として作用させてもよい。
＜パターンコレステリック液晶層＞
液晶回折素子２９において、配向膜３２の表面には、パターンコレステリック液晶層３４が形成される。
上述したように、パターンコレステリック液晶層は、共に、コレステリック液晶相を固定してなる、コレステリック液晶層であり、液晶化合物由来の光学軸の向きが面内の少なくとも一方向に沿って連続的に回転しながら変化している液晶配向パターンを有するコレステリック液晶層である。
液晶回折素子２９において、配向膜３２の表面には、パターンコレステリック液晶層３４が形成される。
上述したように、パターンコレステリック液晶層は、共に、コレステリック液晶相を固定してなる、コレステリック液晶層であり、液晶化合物由来の光学軸の向きが面内の少なくとも一方向に沿って連続的に回転しながら変化している液晶配向パターンを有するコレステリック液晶層である。
パターンコレステリック液晶層３４は、図１５に概念的に示すように、通常のコレステリック液晶相を固定してなるコレステリック液晶層と同様に、液晶化合物４０が螺旋状に旋回して積み重ねられた螺旋構造を有し、液晶化合物４０が螺旋状に１回転（３６０°回転）して積み重ねられた構成を螺旋１ピッチとして、螺旋状に旋回する液晶化合物４０が、複数ピッチ、積層された構造を有する。
周知のように、コレステリック液晶相を固定してなるコレステリック液晶層は、波長選択反射性を有する。
後に詳述するが、コレステリック液晶層の選択的な反射波長域は、上述した螺旋１ピッチの厚さ方向の長さ（図１５に示すピッチＰ）に依存する。
後に詳述するが、コレステリック液晶層の選択的な反射波長域は、上述した螺旋１ピッチの厚さ方向の長さ（図１５に示すピッチＰ）に依存する。
従って、液晶回折素子に波長選択性を持たせ、回折素子ごとに異なる波長の光を回折する構成とする場合には、各液晶回折素子ごとに、パターンコレステリック液晶層の螺旋ピッチＰを調整して、コレステリック液晶層の選択的な反射波長域を適宜設定すればよい。
＜＜コレステリック液晶相＞＞
コレステリック液晶相は、特定の波長において選択反射性を示すことが知られている。
一般的なコレステリック液晶相において、選択反射の中心波長（選択反射中心波長）λは、コレステリック液晶相における螺旋のピッチＰに依存し、コレステリック液晶相の平均屈折率ｎとλ＝ｎ×Ｐの関係に従う。そのため、この螺旋ピッチを調節することによって、選択反射中心波長を調節することができる。
コレステリック液晶相の選択反射中心波長は、ピッチＰが長いほど、長波長になる。
なお、螺旋のピッチＰとは、上述したように、コレステリック液晶相の螺旋構造１ピッチ分（螺旋の周期）であり、言い換えれば、螺旋の巻き数１回分であり、すなわち、コレステリック液晶相を構成する液晶化合物のダイレクター（棒状液晶であれば長軸方向）が３６０°回転する螺旋軸方向の長さである。
コレステリック液晶相は、特定の波長において選択反射性を示すことが知られている。
一般的なコレステリック液晶相において、選択反射の中心波長（選択反射中心波長）λは、コレステリック液晶相における螺旋のピッチＰに依存し、コレステリック液晶相の平均屈折率ｎとλ＝ｎ×Ｐの関係に従う。そのため、この螺旋ピッチを調節することによって、選択反射中心波長を調節することができる。
コレステリック液晶相の選択反射中心波長は、ピッチＰが長いほど、長波長になる。
なお、螺旋のピッチＰとは、上述したように、コレステリック液晶相の螺旋構造１ピッチ分（螺旋の周期）であり、言い換えれば、螺旋の巻き数１回分であり、すなわち、コレステリック液晶相を構成する液晶化合物のダイレクター（棒状液晶であれば長軸方向）が３６０°回転する螺旋軸方向の長さである。
コレステリック液晶相の螺旋ピッチは、コレステリック液晶層を形成する際に、液晶化合物と共に用いるキラル剤の種類、および、キラル剤の添加濃度に依存する。従って、これらを調節することによって、所望の螺旋ピッチを得ることができる。
なお、ピッチの調節については富士フイルム研究報告Ｎｏ．５０（２００５年）ｐ．６０－６３に詳細な記載がある。螺旋のセンスおよびピッチの測定法については「液晶化学実験入門」日本液晶学会編 シグマ出版２００７年出版、４６頁、および、「液晶便覧」液晶便覧編集委員会 丸善 １９６頁に記載される方法を用いることができる。
なお、ピッチの調節については富士フイルム研究報告Ｎｏ．５０（２００５年）ｐ．６０－６３に詳細な記載がある。螺旋のセンスおよびピッチの測定法については「液晶化学実験入門」日本液晶学会編 シグマ出版２００７年出版、４６頁、および、「液晶便覧」液晶便覧編集委員会 丸善 １９６頁に記載される方法を用いることができる。
コレステリック液晶相は、特定の波長において左右いずれかの円偏光に対して選択反射性を示す。反射光が右円偏光であるか左円偏光であるかは、コレステリック液晶相の螺旋の捩れ方向（センス）による。コレステリック液晶相による円偏光の選択反射は、コレステリック液晶層の螺旋の捩れ方向が右の場合は右円偏光を反射し、螺旋の捩れ方向が左の場合は左円偏光を反射する。
なお、コレステリック液晶相の旋回の方向は、コレステリック液晶層を形成する液晶化合物の種類および／または添加されるキラル剤の種類によって調節できる。
なお、コレステリック液晶相の旋回の方向は、コレステリック液晶層を形成する液晶化合物の種類および／または添加されるキラル剤の種類によって調節できる。
また、選択反射を示す選択反射波長域（円偏光反射波長域）の半値幅Δλ（ｎｍ）は、コレステリック液晶相のΔｎと螺旋のピッチＰとに依存し、Δλ＝Δｎ×Ｐの関係に従う。そのため、選択反射波長域（選択的な反射波長域）の幅の制御は、Δｎを調節して行うことができる。Δｎは、コレステリック液晶層を形成する液晶化合物の種類およびその混合比率、ならびに、配向固定時の温度により調節できる。
反射波長域の半値幅は、回折素子の用途に応じて調節され、例えば１０～５００ｎｍであればよく、好ましくは２０～３００ｎｍであり、より好ましくは３０～１００ｎｍである。
反射波長域の半値幅は、回折素子の用途に応じて調節され、例えば１０～５００ｎｍであればよく、好ましくは２０～３００ｎｍであり、より好ましくは３０～１００ｎｍである。
＜＜パターンコレステリック液晶層の形成方法＞＞
パターンコレステリック液晶層は、コレステリック液晶相を層状に固定して形成できる。
コレステリック液晶相を固定した構造は、コレステリック液晶相となっている液晶化合物の配向が保持されている構造であればよく、典型的には、重合性液晶化合物をコレステリック液晶相の配向状態としたうえで、紫外線照射、加熱等によって重合、硬化し、流動性が無い層を形成して、同時に、外場または外力によって配向形態に変化を生じさせることない状態に変化した構造が好ましい。
なお、コレステリック液晶相を固定した構造においては、コレステリック液晶相の光学的性質が保持されていれば十分であり、パターンコレステリック液晶層において、液晶化合物４０は液晶性を示さなくてもよい。例えば、重合性液晶化合物は、硬化反応により高分子量化して、液晶性を失っていてもよい。
パターンコレステリック液晶層は、コレステリック液晶相を層状に固定して形成できる。
コレステリック液晶相を固定した構造は、コレステリック液晶相となっている液晶化合物の配向が保持されている構造であればよく、典型的には、重合性液晶化合物をコレステリック液晶相の配向状態としたうえで、紫外線照射、加熱等によって重合、硬化し、流動性が無い層を形成して、同時に、外場または外力によって配向形態に変化を生じさせることない状態に変化した構造が好ましい。
なお、コレステリック液晶相を固定した構造においては、コレステリック液晶相の光学的性質が保持されていれば十分であり、パターンコレステリック液晶層において、液晶化合物４０は液晶性を示さなくてもよい。例えば、重合性液晶化合物は、硬化反応により高分子量化して、液晶性を失っていてもよい。
コレステリック液晶相を固定してなるパターンコレステリック液晶層の形成に用いる材料としては、一例として、液晶化合物を含む液晶組成物が挙げられる。液晶化合物は重合性液晶化合物であるのが好ましい。
また、パターンコレステリック液晶層の形成に用いる液晶組成物は、さらに界面活性剤およびキラル剤を含んでいてもよい。
また、パターンコレステリック液晶層の形成に用いる液晶組成物は、さらに界面活性剤およびキラル剤を含んでいてもよい。
－－重合性液晶化合物－－
重合性液晶化合物は、棒状液晶化合物であっても、円盤状液晶化合物であってもよい。
コレステリック液晶相を形成する棒状の重合性液晶化合物の例としては、棒状ネマチック液晶化合物が挙げられる。棒状ネマチック液晶化合物としては、アゾメチン類、アゾキシ類、シアノビフェニル類、シアノフェニルエステル類、安息香酸エステル類、シクロヘキサンカルボン酸フェニルエステル類、シアノフェニルシクロヘキサン類、シアノ置換フェニルピリミジン類、アルコキシ置換フェニルピリミジン類、フェニルジオキサン類、トラン類、および、アルケニルシクロヘキシルベンゾニトリル類等が好ましく用いられる。低分子液晶化合物だけではなく、高分子液晶化合物も用いることができる。
重合性液晶化合物は、棒状液晶化合物であっても、円盤状液晶化合物であってもよい。
コレステリック液晶相を形成する棒状の重合性液晶化合物の例としては、棒状ネマチック液晶化合物が挙げられる。棒状ネマチック液晶化合物としては、アゾメチン類、アゾキシ類、シアノビフェニル類、シアノフェニルエステル類、安息香酸エステル類、シクロヘキサンカルボン酸フェニルエステル類、シアノフェニルシクロヘキサン類、シアノ置換フェニルピリミジン類、アルコキシ置換フェニルピリミジン類、フェニルジオキサン類、トラン類、および、アルケニルシクロヘキシルベンゾニトリル類等が好ましく用いられる。低分子液晶化合物だけではなく、高分子液晶化合物も用いることができる。
重合性液晶化合物は、重合性基を液晶化合物に導入することで得られる。重合性基の例には、不飽和重合性基、エポキシ基、およびアジリジニル基が含まれ、不飽和重合性基が好ましく、エチレン性不飽和重合性基がより好ましい。重合性基は種々の方法で、液晶化合物の分子中に導入できる。重合性液晶化合物が有する重合性基の個数は、好ましくは１～６個、より好ましくは１～３個である。
重合性液晶化合物の例は、Ｍａｋｒｏｍｏｌ．Ｃｈｅｍ．，１９０巻、２２５５頁（１９８９年）、Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ５巻、１０７頁（１９９３年）、米国特許第４６８３３２７号明細書、米国特許第５６２２６４８号明細書、米国特許第５７７０１０７号明細書、国際公開第９５／２２５８６号、国際公開第９５／２４４５５号、国際公開第９７／００６００号、国際公開第９８／２３５８０号、国際公開第９８／５２９０５号、特開平１－２７２５５１号公報、特開平６－１６６１６号公報、特開平７－１１０４６９号公報、特開平１１－８００８１号公報、および、特開２００１－３２８９７３号公報等に記載の化合物が含まれる。２種類以上の重合性液晶化合物を併用してもよい。２種類以上の重合性液晶化合物を併用すると、配向温度を低下させることができる。
重合性液晶化合物の例は、Ｍａｋｒｏｍｏｌ．Ｃｈｅｍ．，１９０巻、２２５５頁（１９８９年）、Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ５巻、１０７頁（１９９３年）、米国特許第４６８３３２７号明細書、米国特許第５６２２６４８号明細書、米国特許第５７７０１０７号明細書、国際公開第９５／２２５８６号、国際公開第９５／２４４５５号、国際公開第９７／００６００号、国際公開第９８／２３５８０号、国際公開第９８／５２９０５号、特開平１－２７２５５１号公報、特開平６－１６６１６号公報、特開平７－１１０４６９号公報、特開平１１－８００８１号公報、および、特開２００１－３２８９７３号公報等に記載の化合物が含まれる。２種類以上の重合性液晶化合物を併用してもよい。２種類以上の重合性液晶化合物を併用すると、配向温度を低下させることができる。
また、上記以外の重合性液晶化合物としては、特開昭５７－１６５４８０号公報に開示されているようなコレステリック相を有する環式オルガノポリシロキサン化合物等を用いることができる。さらに、前述の高分子液晶化合物としては、液晶を呈するメソゲン基を主鎖、側鎖、あるいは主鎖および側鎖の両方の位置に導入した高分子、コレステリル基を側鎖に導入した高分子コレステリック液晶、特開平９－１３３８１０号公報に開示されているような液晶性高分子、および、特開平１１－２９３２５２号公報に開示されているような液晶性高分子等を用いることができる。
－－円盤状液晶化合物－－
円盤状液晶化合物としては、例えば、特開２００７－１０８７３２号公報や特開２０１０－２４４０３８号公報に記載のものを好ましく用いることができる。
円盤状液晶化合物としては、例えば、特開２００７－１０８７３２号公報や特開２０１０－２４４０３８号公報に記載のものを好ましく用いることができる。
また、液晶組成物中の重合性液晶化合物の添加量は、液晶組成物の固形分質量（溶媒を除いた質量）に対して、７５～９９．９質量％であるのが好ましく、８０～９９質量％であるのがより好ましく、８５～９０質量％であるのがさらに好ましい。
－－界面活性剤－－
パターンコレステリック液晶層を形成する際に用いる液晶組成物は、界面活性剤を含有してもよい。
界面活性剤は、安定的に、または迅速に、コレステリック液晶相の配向に寄与する配向制御剤として機能できる化合物が好ましい。界面活性剤としては、例えば、シリコ－ン系界面活性剤およびフッ素系界面活性剤が挙げられ、フッ素系界面活性剤が好ましく例示される。
パターンコレステリック液晶層を形成する際に用いる液晶組成物は、界面活性剤を含有してもよい。
界面活性剤は、安定的に、または迅速に、コレステリック液晶相の配向に寄与する配向制御剤として機能できる化合物が好ましい。界面活性剤としては、例えば、シリコ－ン系界面活性剤およびフッ素系界面活性剤が挙げられ、フッ素系界面活性剤が好ましく例示される。
界面活性剤の具体例としては、特開２０１４－１１９６０５号公報の段落［００８２］～［００９０］に記載の化合物、特開２０１２－２０３２３７号公報の段落［００３１］～［００３４］に記載の化合物、特開２００５－９９２４８号公報の段落［００９２］および［００９３］中に例示されている化合物、特開２００２－１２９１６２号公報の段落［００７６］～［００７８］および段落［００８２］～［００８５］中に例示されている化合物、ならびに、特開２００７－２７２１８５号公報の段落［００１８］～［００４３］等に記載のフッ素（メタ）アクリレート系ポリマー、などが挙げられる。
なお、界面活性剤は、１種を単独で用いてもよいし、２種以上を併用してもよい。
フッ素系界面活性剤として、特開２０１４－１１９６０５号公報の段落［００８２］～［００９０］に記載の化合物が好ましい。
なお、界面活性剤は、１種を単独で用いてもよいし、２種以上を併用してもよい。
フッ素系界面活性剤として、特開２０１４－１１９６０５号公報の段落［００８２］～［００９０］に記載の化合物が好ましい。
液晶組成物中における、界面活性剤の添加量は、液晶化合物の全質量に対して０．０１～１０質量％が好ましく、０．０１～５質量％がより好ましく、０．０２～１質量％がさらに好ましい。
－－キラル剤（光学活性化合物）－－
キラル剤（キラル剤）はコレステリック液晶相の螺旋構造を誘起する機能を有する。キラル剤は、化合物によって誘起する螺旋の捩れ方向または螺旋ピッチが異なるため、目的に応じて選択すればよい。
キラル剤としては、特に制限はなく、公知の化合物（例えば、液晶デバイスハンドブック、第３章４－３項、ＴＮ（twisted nematic）、ＳＴＮ（Super Twisted Nematic）用キラル剤、１９９頁、日本学術振興会第１４２委員会編、１９８９に記載）、イソソルビド、および、イソマンニド誘導体等を用いることができる。
キラル剤は、一般に不斉炭素原子を含むが、不斉炭素原子を含まない軸性不斉化合物または面性不斉化合物もキラル剤として用いることができる。軸性不斉化合物または面性不斉化合物の例には、ビナフチル、ヘリセン、パラシクロファン、および、これらの誘導体が含まれる。キラル剤は、重合性基を有していてもよい。キラル剤と液晶化合物とがいずれも重合性基を有する場合は、重合性キラル剤と重合性液晶化合物との重合反応により、重合性液晶化合物から誘導される繰り返し単位と、キラル剤から誘導される繰り返し単位とを有するポリマーを形成することができる。この態様では、重合性キラル剤が有する重合性基は、重合性液晶化合物が有する重合性基と、同種の基であるのが好ましい。従って、キラル剤の重合性基も、不飽和重合性基、エポキシ基またはアジリジニル基であるのが好ましく、不飽和重合性基であるのがより好ましく、エチレン性不飽和重合性基であるのがさらに好ましい。
また、キラル剤は、液晶化合物であってもよい。
キラル剤（キラル剤）はコレステリック液晶相の螺旋構造を誘起する機能を有する。キラル剤は、化合物によって誘起する螺旋の捩れ方向または螺旋ピッチが異なるため、目的に応じて選択すればよい。
キラル剤としては、特に制限はなく、公知の化合物（例えば、液晶デバイスハンドブック、第３章４－３項、ＴＮ（twisted nematic）、ＳＴＮ（Super Twisted Nematic）用キラル剤、１９９頁、日本学術振興会第１４２委員会編、１９８９に記載）、イソソルビド、および、イソマンニド誘導体等を用いることができる。
キラル剤は、一般に不斉炭素原子を含むが、不斉炭素原子を含まない軸性不斉化合物または面性不斉化合物もキラル剤として用いることができる。軸性不斉化合物または面性不斉化合物の例には、ビナフチル、ヘリセン、パラシクロファン、および、これらの誘導体が含まれる。キラル剤は、重合性基を有していてもよい。キラル剤と液晶化合物とがいずれも重合性基を有する場合は、重合性キラル剤と重合性液晶化合物との重合反応により、重合性液晶化合物から誘導される繰り返し単位と、キラル剤から誘導される繰り返し単位とを有するポリマーを形成することができる。この態様では、重合性キラル剤が有する重合性基は、重合性液晶化合物が有する重合性基と、同種の基であるのが好ましい。従って、キラル剤の重合性基も、不飽和重合性基、エポキシ基またはアジリジニル基であるのが好ましく、不飽和重合性基であるのがより好ましく、エチレン性不飽和重合性基であるのがさらに好ましい。
また、キラル剤は、液晶化合物であってもよい。
キラル剤が光異性化基を有する場合には、塗布、配向後に活性光線などのフォトマスク照射によって、発光波長に対応した所望の反射波長のパターンを形成することができるので好ましい。光異性化基としては、フォトクロッミック性を示す化合物の異性化部位、アゾ基、アゾキシ基、または、シンナモイル基が好ましい。具体的な化合物として、特開２００２－８０４７８号公報、特開２００２－８０８５１号公報、特開２００２－１７９６６８号公報、特開２００２－１７９６６９号公報、特開２００２－１７９６７０号公報、特開２００２－１７９６８１号公報、特開２００２－１７９６８２号公報、特開２００２－３３８５７５号公報、特開２００２－３３８６６８号公報、特開２００３－３１３１８９号公報、および、特開２００３－３１３２９２号公報等に記載の化合物を用いることができる。
液晶組成物における、キラル剤の含有量は、液晶化合物の含有モル量に対して０．０１～２００モル％が好ましく、１～３０モル％がより好ましい。
－－重合開始剤－－
液晶組成物が重合性化合物を含む場合は、重合開始剤を含有しているのが好ましい。紫外線照射により重合反応を進行させる態様では、使用する重合開始剤は、紫外線照射によって重合反応を開始可能な光重合開始剤であるのが好ましい。
光重合開始剤の例には、α－カルボニル化合物（米国特許第２３６７６６１号、米国特許第２３６７６７０号の各明細書記載）、アシロインエーテル（米国特許第２４４８８２８号明細書記載）、α－炭化水素置換芳香族アシロイン化合物（米国特許第２７２２５１２号明細書記載）、多核キノン化合物（米国特許第３０４６１２７号、米国特許第２９５１７５８号の各明細書記載）、トリアリールイミダゾールダイマーとｐ－アミノフェニルケトンとの組み合わせ（米国特許第３５４９３６７号明細書記載）、アクリジンおよびフェナジン化合物（特開昭６０－１０５６６７号公報、米国特許第４２３９８５０号明細書記載）、ならびに、オキサジアゾール化合物（米国特許第４２１２９７０号明細書記載）等が挙げられる。
液晶組成物中の光重合開始剤の含有量は、液晶化合物の含有量に対して０．１～２０質量％であるのが好ましく、０．５～１２質量％であるのがさらに好ましい。
液晶組成物が重合性化合物を含む場合は、重合開始剤を含有しているのが好ましい。紫外線照射により重合反応を進行させる態様では、使用する重合開始剤は、紫外線照射によって重合反応を開始可能な光重合開始剤であるのが好ましい。
光重合開始剤の例には、α－カルボニル化合物（米国特許第２３６７６６１号、米国特許第２３６７６７０号の各明細書記載）、アシロインエーテル（米国特許第２４４８８２８号明細書記載）、α－炭化水素置換芳香族アシロイン化合物（米国特許第２７２２５１２号明細書記載）、多核キノン化合物（米国特許第３０４６１２７号、米国特許第２９５１７５８号の各明細書記載）、トリアリールイミダゾールダイマーとｐ－アミノフェニルケトンとの組み合わせ（米国特許第３５４９３６７号明細書記載）、アクリジンおよびフェナジン化合物（特開昭６０－１０５６６７号公報、米国特許第４２３９８５０号明細書記載）、ならびに、オキサジアゾール化合物（米国特許第４２１２９７０号明細書記載）等が挙げられる。
液晶組成物中の光重合開始剤の含有量は、液晶化合物の含有量に対して０．１～２０質量％であるのが好ましく、０．５～１２質量％であるのがさらに好ましい。
－－架橋剤－－
液晶組成物は、硬化後の膜強度向上、耐久性向上のため、任意に架橋剤を含有していてもよい。架橋剤としては、紫外線、熱、および、湿気等で硬化するものが好適に使用できる。
架橋剤としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えばトリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレートおよびペンタエリスリトールトリ（メタ）アクリレート等の多官能アクリレート化合物；グリシジル（メタ）アクリレートおよびエチレングリコールジグリシジルエーテル等のエポキシ化合物；２，２－ビスヒドロキシメチルブタノール－トリス［３－（１－アジリジニル）プロピオネート］および４，４－ビス（エチレンイミノカルボニルアミノ）ジフェニルメタン等のアジリジン化合物；ヘキサメチレンジイソシアネートおよびビウレット型イソシアネート等のイソシアネート化合物；オキサゾリン基を側鎖に有するポリオキサゾリン化合物；ならびに、ビニルトリメトキシシラン、Ｎ－（２－アミノエチル）３－アミノプロピルトリメトキシシラン等のアルコキシシラン化合物などが挙げられる。また、架橋剤の反応性に応じて公知の触媒を用いることができ、膜強度および耐久性向上に加えて生産性を向上させることができる。これらは、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。
架橋剤の含有量は、液晶組成物の固形分質量に対して、３～２０質量％が好ましく、５～１５質量％がより好ましい。架橋剤の含有量が上記範囲内であれば、架橋密度向上の効果が得られやすく、コレステリック液晶相の安定性がより向上する。
液晶組成物は、硬化後の膜強度向上、耐久性向上のため、任意に架橋剤を含有していてもよい。架橋剤としては、紫外線、熱、および、湿気等で硬化するものが好適に使用できる。
架橋剤としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えばトリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレートおよびペンタエリスリトールトリ（メタ）アクリレート等の多官能アクリレート化合物；グリシジル（メタ）アクリレートおよびエチレングリコールジグリシジルエーテル等のエポキシ化合物；２，２－ビスヒドロキシメチルブタノール－トリス［３－（１－アジリジニル）プロピオネート］および４，４－ビス（エチレンイミノカルボニルアミノ）ジフェニルメタン等のアジリジン化合物；ヘキサメチレンジイソシアネートおよびビウレット型イソシアネート等のイソシアネート化合物；オキサゾリン基を側鎖に有するポリオキサゾリン化合物；ならびに、ビニルトリメトキシシラン、Ｎ－（２－アミノエチル）３－アミノプロピルトリメトキシシラン等のアルコキシシラン化合物などが挙げられる。また、架橋剤の反応性に応じて公知の触媒を用いることができ、膜強度および耐久性向上に加えて生産性を向上させることができる。これらは、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。
架橋剤の含有量は、液晶組成物の固形分質量に対して、３～２０質量％が好ましく、５～１５質量％がより好ましい。架橋剤の含有量が上記範囲内であれば、架橋密度向上の効果が得られやすく、コレステリック液晶相の安定性がより向上する。
－－その他の添加剤－－
液晶組成物中には、必要に応じて、さらに重合禁止剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、光安定化剤、色材、および、金属酸化物微粒子等を、光学的性能等を低下させない範囲で添加することができる。
液晶組成物中には、必要に応じて、さらに重合禁止剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、光安定化剤、色材、および、金属酸化物微粒子等を、光学的性能等を低下させない範囲で添加することができる。
液晶組成物は、パターンコレステリック液晶層を形成する際には、液体として用いられるのが好ましい。
液晶組成物は溶媒を含んでいてもよい。溶媒には、制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、有機溶媒が好ましい。
有機溶媒には、制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ケトン類、アルキルハライド類、アミド類、スルホキシド類、ヘテロ環化合物、炭化水素類、エステル類、および、エーテル類などが挙げられる。これらは、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。これらの中でも、環境への負荷を考慮した場合にはケトン類が好ましい。
液晶組成物は溶媒を含んでいてもよい。溶媒には、制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、有機溶媒が好ましい。
有機溶媒には、制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ケトン類、アルキルハライド類、アミド類、スルホキシド類、ヘテロ環化合物、炭化水素類、エステル類、および、エーテル類などが挙げられる。これらは、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。これらの中でも、環境への負荷を考慮した場合にはケトン類が好ましい。
パターンコレステリック液晶層を形成する際には、パターンコレステリック液晶層の形成面に液晶組成物を塗布して、液晶化合物をコレステリック液晶相の状態に配向した後、液晶化合物を硬化して、パターンコレステリック液晶層とするのが好ましい。
すなわち、配向膜３２上にパターンコレステリック液晶層を形成する場合には、配向膜３２に液晶組成物を塗布して、液晶化合物をコレステリック液晶相の状態に配向した後、液晶化合物を硬化して、コレステリック液晶相を固定してなるパターンコレステリック液晶層を形成するのが好ましい。
液晶組成物の塗布は、インクジェットおよびスクロール印刷等の印刷法、ならびに、スピンコート、バーコートおよびスプレー塗布等のシート状物に液体を一様に塗布できる公知の方法が全て利用可能である。
すなわち、配向膜３２上にパターンコレステリック液晶層を形成する場合には、配向膜３２に液晶組成物を塗布して、液晶化合物をコレステリック液晶相の状態に配向した後、液晶化合物を硬化して、コレステリック液晶相を固定してなるパターンコレステリック液晶層を形成するのが好ましい。
液晶組成物の塗布は、インクジェットおよびスクロール印刷等の印刷法、ならびに、スピンコート、バーコートおよびスプレー塗布等のシート状物に液体を一様に塗布できる公知の方法が全て利用可能である。
塗布された液晶組成物は、必要に応じて乾燥および／または加熱され、その後、硬化され、パターンコレステリック液晶層を形成する。この乾燥および／または加熱の工程で、液晶組成物中の液晶化合物がコレステリック液晶相に配向すればよい。加熱を行う場合、加熱温度は、２００℃以下が好ましく、１３０℃以下がより好ましい。
配向させた液晶化合物は、必要に応じて、さらに重合される。重合は、熱重合、および、光照射による光重合のいずれでもよいが、光重合が好ましい。光照射は、紫外線を用いるのが好ましい。照射エネルギーは、２０ｍＪ／ｃｍ2～５０Ｊ／ｃｍ2が好ましく、５０～１５００ｍＪ／ｃｍ2がより好ましい。光重合反応を促進するため、加熱条件下または窒素雰囲気下で光照射を実施してもよい。照射する紫外線の波長は２５０～４３０ｎｍが好ましい。
パターンコレステリック液晶層の厚さには、制限はなく、液晶回折素子２９の用途、パターンコレステリック液晶層に要求される光の反射率、および、パターンコレステリック液晶層の形成材料等に応じて、必要な光の反射率が得られる厚さを、適宜、設定すればよい。
＜＜パターンコレステリック液晶層の液晶配向パターン＞＞
前述のように、液晶回折素子２９において、パターンコレステリック液晶層は、コレステリック液晶相を形成する液晶化合物４０に由来する光学軸４０Ａの向きが、パターンコレステリック液晶層の面内において、一方向に連続的に回転しながら変化する液晶配向パターンを有する。
なお、液晶化合物４０に由来する光学軸４０Ａとは、液晶化合物４０において屈折率が最も高くなる軸、いわゆる遅相軸である。例えば、液晶化合物４０が棒状液晶化合物である場合には、光学軸４０Ａは、棒形状の長軸方向に沿っている。以下の説明では、液晶化合物４０に由来する光学軸４０Ａを、『液晶化合物４０の光学軸４０Ａ』または『光学軸４０Ａ』ともいう。
前述のように、液晶回折素子２９において、パターンコレステリック液晶層は、コレステリック液晶相を形成する液晶化合物４０に由来する光学軸４０Ａの向きが、パターンコレステリック液晶層の面内において、一方向に連続的に回転しながら変化する液晶配向パターンを有する。
なお、液晶化合物４０に由来する光学軸４０Ａとは、液晶化合物４０において屈折率が最も高くなる軸、いわゆる遅相軸である。例えば、液晶化合物４０が棒状液晶化合物である場合には、光学軸４０Ａは、棒形状の長軸方向に沿っている。以下の説明では、液晶化合物４０に由来する光学軸４０Ａを、『液晶化合物４０の光学軸４０Ａ』または『光学軸４０Ａ』ともいう。
図１６に、パターンコレステリック液晶層３４の平面図を概念的に示す。
なお、平面図とは、図１６において液晶回折素子２９を上方から見た図であり、すなわち、液晶回折素子２９を厚さ方向（＝各層（膜）の積層方向）から見た図である。
また、図１６では、液晶回折素子２９（パターンコレステリック液晶層３４）の構成を明確に示すために、液晶化合物４０は配向膜３２の表面の液晶化合物４０のみを示している。
なお、平面図とは、図１６において液晶回折素子２９を上方から見た図であり、すなわち、液晶回折素子２９を厚さ方向（＝各層（膜）の積層方向）から見た図である。
また、図１６では、液晶回折素子２９（パターンコレステリック液晶層３４）の構成を明確に示すために、液晶化合物４０は配向膜３２の表面の液晶化合物４０のみを示している。
図１６に示すように、配向膜３２の表面において、パターンコレステリック液晶層３４を構成する液晶化合物４０は、下層の配向膜３２に形成された配向パターンに応じて、液晶回折素子２９の面内において、矢印Ｘ１で示す所定の一方向に沿って、光学軸４０Ａの向きが連続的に回転しながら変化する液晶配向パターンを有する。図示例においては、液晶化合物４０の光学軸４０Ａが、矢印Ｘ１方向に沿って、時計方向に連続的に回転しながら変化する、液晶配向パターンを有する。
パターンコレステリック液晶層３４を構成する液晶化合物４０は、矢印Ｘ１、および、この一方向（矢印Ｘ１方向）と直交する方向に、二次元的に配列された状態になっている。
以下の説明では、矢印Ｘ１方向と直交する方向を、便宜的にＹ方向とする。すなわち、矢印Ｙ方向とは、液晶化合物４０の光学軸４０Ａの向きが、パターンコレステリック液晶層の面内において、連続的に回転しながら変化する一方向と直交する方向である。従って、図１５および後述する図１７では、Ｙ方向は、紙面に直交する方向となる。
パターンコレステリック液晶層３４を構成する液晶化合物４０は、矢印Ｘ１、および、この一方向（矢印Ｘ１方向）と直交する方向に、二次元的に配列された状態になっている。
以下の説明では、矢印Ｘ１方向と直交する方向を、便宜的にＹ方向とする。すなわち、矢印Ｙ方向とは、液晶化合物４０の光学軸４０Ａの向きが、パターンコレステリック液晶層の面内において、連続的に回転しながら変化する一方向と直交する方向である。従って、図１５および後述する図１７では、Ｙ方向は、紙面に直交する方向となる。
液晶化合物４０の光学軸４０Ａの向きが矢印Ｘ１方向（所定の一方向）に連続的に回転しながら変化しているとは、具体的には、矢印Ｘ１方向に沿って配列されている液晶化合物４０の光学軸４０Ａと、矢印Ｘ１方向とが成す角度が、矢印Ｘ１方向の位置によって異なっており、矢印Ｘ１方向に沿って、光学軸４０Ａと矢印Ｘ１方向とが成す角度がθからθ＋１８０°あるいはθ－１８０°まで、順次、変化していることを意味する。
なお、矢印Ｘ１方向に互いに隣接する液晶化合物４０の光学軸４０Ａの角度の差は、４５°以下であるのが好ましく、１５°以下であるのがより好ましく、より小さい角度であるのがさらに好ましい。
なお、矢印Ｘ１方向に互いに隣接する液晶化合物４０の光学軸４０Ａの角度の差は、４５°以下であるのが好ましく、１５°以下であるのがより好ましく、より小さい角度であるのがさらに好ましい。
一方、パターンコレステリック液晶層３４を形成する液晶化合物４０は、矢印Ｘ１方向と直交するＹ方向、すなわち、光学軸４０Ａが連続的に回転する一方向と直交するＹ方向では、光学軸４０Ａの向きが等しい。
言い換えれば、パターンコレステリック液晶層３４を形成する液晶化合物４０は、Ｙ方向では、液晶化合物４０の光学軸４０Ａと矢印Ｘ１方向とが成す角度が等しい。
言い換えれば、パターンコレステリック液晶層３４を形成する液晶化合物４０は、Ｙ方向では、液晶化合物４０の光学軸４０Ａと矢印Ｘ１方向とが成す角度が等しい。
パターンコレステリック液晶層３４においては、このような液晶化合物４０の液晶配向パターンにおいて、面内で光学軸４０Ａが連続的に回転して変化する矢印Ｘ１方向において、液晶化合物４０の光学軸４０Ａが１８０°回転する長さ（距離）を、液晶配向パターンにおける１周期の長さΛとする。
すなわち、矢印Ｘ１方向に対する角度が等しい２つの液晶化合物４０の、矢印Ｘ１方向の中心間の距離を、１周期の長さΛとする。具体的には、図１６に示すように、矢印Ｘ１方向と光学軸４０Ａの方向とが一致する２つの液晶化合物４０の、矢印Ｘ１方向の中心間の距離を、１周期の長さΛとする。以下の説明では、この１周期の長さΛを『１周期Λ』とも言う。
パターンコレステリック液晶層３４の液晶配向パターンは、この１周期Λを、矢印Ｘ１方向すなわち光学軸４０Ａの向きが連続的に回転して変化する一方向に繰り返す。
すなわち、矢印Ｘ１方向に対する角度が等しい２つの液晶化合物４０の、矢印Ｘ１方向の中心間の距離を、１周期の長さΛとする。具体的には、図１６に示すように、矢印Ｘ１方向と光学軸４０Ａの方向とが一致する２つの液晶化合物４０の、矢印Ｘ１方向の中心間の距離を、１周期の長さΛとする。以下の説明では、この１周期の長さΛを『１周期Λ』とも言う。
パターンコレステリック液晶層３４の液晶配向パターンは、この１周期Λを、矢印Ｘ１方向すなわち光学軸４０Ａの向きが連続的に回転して変化する一方向に繰り返す。
コレステリック液晶相を固定してなるパターンコレステリック液晶層は、通常、入射した光（円偏光）を鏡面反射する。
これに対して、パターンコレステリック液晶層３４は、入射した光を、鏡面反射に対して矢印Ｘ１方向に傾けて反射する。パターンコレステリック液晶層３４は、面内において、矢印Ｘ１方向（所定の一方向）に沿って光学軸４０Ａが連続的に回転しながら変化する、液晶配向パターンを有するものである。以下、図１７を参照して説明する。
これに対して、パターンコレステリック液晶層３４は、入射した光を、鏡面反射に対して矢印Ｘ１方向に傾けて反射する。パターンコレステリック液晶層３４は、面内において、矢印Ｘ１方向（所定の一方向）に沿って光学軸４０Ａが連続的に回転しながら変化する、液晶配向パターンを有するものである。以下、図１７を参照して説明する。
一例として、パターンコレステリック液晶層３４は、赤色光の右円偏光ＲRを選択的に反射するパターンコレステリック液晶層であるとする。従って、パターンコレステリック液晶層３４に光が入射すると、パターンコレステリック液晶層３４は、赤色光の右円偏光ＲRのみを反射し、それ以外の光を透過する。
パターンコレステリック液晶層３４に入射した赤色光の右円偏光ＲRは、パターンコレステリック液晶層によって反射される際に、各液晶化合物４０の光学軸４０Ａの向きに応じて絶対位相が変化する。
ここで、パターンコレステリック液晶層３４では、液晶化合物４０の光学軸４０Ａが矢印Ｘ１方向（一方向）に沿って回転しながら変化している。そのため、光学軸４０Ａの向きによって、入射した赤色光の右円偏光ＲRの絶対位相の変化量が異なる。
さらに、パターンコレステリック液晶層３４に形成された液晶配向パターンは、矢印Ｘ１方向に周期的なパターンである。そのため、パターンコレステリック液晶層３４に入射した赤色光の右円偏光ＲRには、図１７に概念的に示すように、それぞれの光学軸４０Ａの向きに対応した矢印Ｘ１方向に周期的な絶対位相Ｑが与えられる。
また、液晶化合物４０の光学軸４０Ａの矢印Ｘ１方向に対する向きは、矢印Ｘ１方向と直交するＹ方向の液晶化合物４０の配列では、均一である。
これによりパターンコレステリック液晶層３４では、赤色光の右円偏光ＲRに対して、ＸＹ面に対して矢印Ｘ１方向に傾いた等位相面Ｅが形成される。
そのため、赤色光の右円偏光ＲRは、等位相面Ｅの法線方向に反射され、反射された赤色光の右円偏光ＲRは、ＸＹ面（コレステリック液晶層の主面）に対して矢印Ｘ１方向に傾いた方向に反射される。
ここで、パターンコレステリック液晶層３４では、液晶化合物４０の光学軸４０Ａが矢印Ｘ１方向（一方向）に沿って回転しながら変化している。そのため、光学軸４０Ａの向きによって、入射した赤色光の右円偏光ＲRの絶対位相の変化量が異なる。
さらに、パターンコレステリック液晶層３４に形成された液晶配向パターンは、矢印Ｘ１方向に周期的なパターンである。そのため、パターンコレステリック液晶層３４に入射した赤色光の右円偏光ＲRには、図１７に概念的に示すように、それぞれの光学軸４０Ａの向きに対応した矢印Ｘ１方向に周期的な絶対位相Ｑが与えられる。
また、液晶化合物４０の光学軸４０Ａの矢印Ｘ１方向に対する向きは、矢印Ｘ１方向と直交するＹ方向の液晶化合物４０の配列では、均一である。
これによりパターンコレステリック液晶層３４では、赤色光の右円偏光ＲRに対して、ＸＹ面に対して矢印Ｘ１方向に傾いた等位相面Ｅが形成される。
そのため、赤色光の右円偏光ＲRは、等位相面Ｅの法線方向に反射され、反射された赤色光の右円偏光ＲRは、ＸＹ面（コレステリック液晶層の主面）に対して矢印Ｘ１方向に傾いた方向に反射される。
従って、光学軸４０Ａが回転する一方向である矢印Ｘ１方向を、適宜、設定することで、赤色光の右円偏光ＲＲの反射方向を調節できる。
すなわち、矢印Ｘ１方向を逆方向にすれば、赤色光の右円偏光ＲＲの反射方向も図１６および図１７とは逆方向になる。
すなわち、矢印Ｘ１方向を逆方向にすれば、赤色光の右円偏光ＲＲの反射方向も図１６および図１７とは逆方向になる。
また、矢印Ｘ１方向に向かう液晶化合物４０の光学軸４０Ａの回転方向を逆にすることで、赤色光の右円偏光ＲRの反射方向を逆にできる。
すなわち、図１６および図１７においては、矢印Ｘ１方向に向かう光学軸４０Ａの回転方向は時計回りで、赤色光の右円偏光ＲRは矢印Ｘ１方向に傾けて反射されるが、これを反時計回りとすることで、赤色光の右円偏光ＲRは矢印Ｘ１方向と逆方向に傾けて反射される。
すなわち、図１６および図１７においては、矢印Ｘ１方向に向かう光学軸４０Ａの回転方向は時計回りで、赤色光の右円偏光ＲRは矢印Ｘ１方向に傾けて反射されるが、これを反時計回りとすることで、赤色光の右円偏光ＲRは矢印Ｘ１方向と逆方向に傾けて反射される。
さらに、同じ液晶配向パターンを有するパターンコレステリック液晶層では、液晶化合物４０の螺旋の旋回方向すなわち反射する円偏光の旋回方向によって、反射方向が逆になる。
図１７に示すパターンコレステリック液晶層３４は、螺旋の旋回方向が右捩じれで、右円偏光を選択的に反射するものであり、矢印Ｘ１方向に沿って光学軸４０Ａが時計回りに回転する液晶配向パターンを有することにより、右円偏光を矢印Ｘ１方向に傾けて反射する。
従って、螺旋の旋回方向が左捩じれで、左円偏光を選択的に反射するものであり、矢印Ｘ１方向に沿って光学軸４０Ａが時計回りに回転する液晶配向パターンを有するパターンコレステリック液晶層は、左円偏光を矢印Ｘ１方向と逆方向に傾けて反射する。
図１７に示すパターンコレステリック液晶層３４は、螺旋の旋回方向が右捩じれで、右円偏光を選択的に反射するものであり、矢印Ｘ１方向に沿って光学軸４０Ａが時計回りに回転する液晶配向パターンを有することにより、右円偏光を矢印Ｘ１方向に傾けて反射する。
従って、螺旋の旋回方向が左捩じれで、左円偏光を選択的に反射するものであり、矢印Ｘ１方向に沿って光学軸４０Ａが時計回りに回転する液晶配向パターンを有するパターンコレステリック液晶層は、左円偏光を矢印Ｘ１方向と逆方向に傾けて反射する。
液晶回折素子において、液晶化合物の光学軸が面内の一方向に沿って回転しながら変化している液晶化合物の液晶配向パターンが回折構造であり、液晶化合物の液晶配向パターンにおいて、液晶化合物の光学軸が１８０°回転する長さが回折構造の周期であり、液晶化合物の光学軸が回転しながら変化している一方向が回折構造の周期方向である。
液晶配向パターンを有するパターンコレステリック液晶層では、１周期Λが短いほど、上述した入射光に対する反射光の角度が大きくなる。すなわち、１周期Λが短いほど、入射光に対して、反射光を大きく傾けて反射できる。
（液晶回折素子Ｂ）
以上の例は、液晶回折素子としてパターンコレステリック液晶層を用いているが、本発明に用いる液晶回折素子は、液晶化合物４０に由来する光学軸４０Ａが、面内の少ないとも１方向に沿って連続的に回転している液晶配向パターンを有するものであれば、各種の液晶回折素子が利用可能である。
本発明においては、面内の少なくとも１方向に沿って連続的に回転している液晶配向パターンを有し、かつ、厚さ方向には液晶化合物がコレステリック液晶相を形成していない液晶回折素子も、利用可能である。なお、液晶回折素子において、液晶化合物がコレステリック液晶相とはならない程度に厚さ方向に捩じれ回転した構成を有していてもよい。
以上の例は、液晶回折素子としてパターンコレステリック液晶層を用いているが、本発明に用いる液晶回折素子は、液晶化合物４０に由来する光学軸４０Ａが、面内の少ないとも１方向に沿って連続的に回転している液晶配向パターンを有するものであれば、各種の液晶回折素子が利用可能である。
本発明においては、面内の少なくとも１方向に沿って連続的に回転している液晶配向パターンを有し、かつ、厚さ方向には液晶化合物がコレステリック液晶相を形成していない液晶回折素子も、利用可能である。なお、液晶回折素子において、液晶化合物がコレステリック液晶相とはならない程度に厚さ方向に捩じれ回転した構成を有していてもよい。
図１８および図１９に、他の液晶回折素子を例示して、その一例を説明する。
図１８および図１９に示す液晶回折素子３５は、支持体３０と、配向膜３２と、パターン液晶層３６とを有する。
図１９に示すように、液晶回折素子３５のパターン液晶層３６も、パターンコレステリック液晶層３４と同様、液晶化合物４０の光学軸４０Ａが、矢印Ｘ１方向に沿って連続的に回転する液晶配向パターンを有する。なお、図１９も、上述した図１６と同様、配向膜３２の表面の液晶化合物のみを示している。
液晶回折素子３５では、パターン液晶層３６を形成する液晶化合物４０が厚さ方向に螺旋状に捩じれ回転しておらず、光学軸４０Ａは、面方向の同じ場所に位置する。このような液晶層は、上述したパターンコレステリック液晶層の形成において、液晶組成物にキラル剤を添加しないことで形成できる。
図１８および図１９に示す液晶回折素子３５は、支持体３０と、配向膜３２と、パターン液晶層３６とを有する。
図１９に示すように、液晶回折素子３５のパターン液晶層３６も、パターンコレステリック液晶層３４と同様、液晶化合物４０の光学軸４０Ａが、矢印Ｘ１方向に沿って連続的に回転する液晶配向パターンを有する。なお、図１９も、上述した図１６と同様、配向膜３２の表面の液晶化合物のみを示している。
液晶回折素子３５では、パターン液晶層３６を形成する液晶化合物４０が厚さ方向に螺旋状に捩じれ回転しておらず、光学軸４０Ａは、面方向の同じ場所に位置する。このような液晶層は、上述したパターンコレステリック液晶層の形成において、液晶組成物にキラル剤を添加しないことで形成できる。
上述したように、パターン液晶層３６は、面内において、液晶化合物４０に由来する光学軸４０Ａの向きが、矢印Ｘ方向すなわち矢印Ｘで示す一方向に沿って連続的に回転しながら変化する液晶配向パターンを有する。
一方、パターン液晶層３６を形成する液晶化合物４０は、矢印Ｘ１方向と直交するＹ方向、すなわち光学軸４０Ａが連続的に回転する一方向と直交するＹ方向では、光学軸４０Ａの向きが等しい液晶化合物４０が等間隔で配列されている。
言い換えれば、パターン液晶層３６を形成する液晶化合物４０において、Ｙ方向に配列される液晶化合物４０同士では、光学軸４０Ａの向きと矢印Ｘ１方向とが成す角度が等しい。
一方、パターン液晶層３６を形成する液晶化合物４０は、矢印Ｘ１方向と直交するＹ方向、すなわち光学軸４０Ａが連続的に回転する一方向と直交するＹ方向では、光学軸４０Ａの向きが等しい液晶化合物４０が等間隔で配列されている。
言い換えれば、パターン液晶層３６を形成する液晶化合物４０において、Ｙ方向に配列される液晶化合物４０同士では、光学軸４０Ａの向きと矢印Ｘ１方向とが成す角度が等しい。
パターン液晶層３６において、Ｙ方向に配列される液晶化合物は、光学軸４０Ａと矢印Ｘ方向（液晶化合物４０の光学軸の向きが回転する１方向）とが成す角度が等しい。この光学軸４０Ａと矢印Ｘ方向とが成す角度が等しい液晶化合物４０が、Ｙ方向に配置された領域を、領域Ｒとする。
この場合に、それぞれの領域Ｒにおける面内レタデーション（Ｒｅ）の値は、半波長すなわちλ／２であるのが好ましい。これらの面内レタデーションは、領域Ｒの屈折率異方性に伴う屈折率差Δｎと光学異方性層の厚さとの積により算出される。ここで、光学異方性層における領域Ｒの屈折率異方性に伴う屈折率差とは、領域Ｒの面内における遅相軸の方向の屈折率と、遅相軸の方向に直交する方向の屈折率との差により定義される屈折率差である。すなわち、領域Ｒの屈折率異方性に伴う屈折率差Δｎは、光学軸４０Ａの方向の液晶化合物４０の屈折率と、領域Ｒの面内において光学軸４０Ａに垂直な方向の液晶化合物４０の屈折率との差に等しい。つまり、屈折率差Δｎは、液晶化合物４０の屈折率差に等しい。
この場合に、それぞれの領域Ｒにおける面内レタデーション（Ｒｅ）の値は、半波長すなわちλ／２であるのが好ましい。これらの面内レタデーションは、領域Ｒの屈折率異方性に伴う屈折率差Δｎと光学異方性層の厚さとの積により算出される。ここで、光学異方性層における領域Ｒの屈折率異方性に伴う屈折率差とは、領域Ｒの面内における遅相軸の方向の屈折率と、遅相軸の方向に直交する方向の屈折率との差により定義される屈折率差である。すなわち、領域Ｒの屈折率異方性に伴う屈折率差Δｎは、光学軸４０Ａの方向の液晶化合物４０の屈折率と、領域Ｒの面内において光学軸４０Ａに垂直な方向の液晶化合物４０の屈折率との差に等しい。つまり、屈折率差Δｎは、液晶化合物４０の屈折率差に等しい。
このようなパターン液晶層３６に円偏光が入射すると、光は、屈折され、かつ、円偏光の方向が変換される。
この作用を、図２０および図２１に概念的に示す。なお、パターン液晶層３６は、液晶化合物の屈折率差と光学異方性層の厚さとの積の値がλ／２であるとする。
図２０に示すように、パターン液晶層３６の液晶化合物の屈折率差と光学異方性層の厚さとの積の値がλ／２の場合に、パターン液晶層３６に左円偏光である入射光Ｌ1が入射すると、入射光Ｌ1は、パターン液晶層３６を通過することにより１８０°の位相差が与えられて、透過光Ｌ2は、右円偏光に変換される。
また、入射光Ｌ1は、パターン液晶層３６を通過する際に、それぞれの液晶化合物４０の光学軸４０Ａの向きに応じて絶対位相が変化する。このとき、光学軸４０Ａの向きは、矢印Ｘ方向に沿って回転しながら変化しているため、光学軸４０Ａの向きに応じて、入射光Ｌ1の絶対位相の変化量が異なる。さらに、パターン液晶層３６に形成された液晶配向パターンは、矢印Ｘ方向に周期的なパターンであるため、パターン液晶層３６を通過した入射光Ｌ1には、図２０に示すように、それぞれの光学軸４０Ａの向きに対応した矢印Ｘ方向に周期的な絶対位相Ｑ１が与えられる。これにより、矢印Ｘ方向に対して逆の方向に傾いた等位相面Ｅ１が形成される。
そのため、透過光Ｌ2は、等位相面Ｅ１に対して垂直な方向に向かって傾くように屈折され、入射光Ｌ1の進行方向とは異なる方向に進行する。このように、左円偏光の入射光Ｌ1は、入射方向に対して矢印Ｘ方向に一定の角度だけ傾いた、右円偏光の透過光Ｌ2に変換される。
この作用を、図２０および図２１に概念的に示す。なお、パターン液晶層３６は、液晶化合物の屈折率差と光学異方性層の厚さとの積の値がλ／２であるとする。
図２０に示すように、パターン液晶層３６の液晶化合物の屈折率差と光学異方性層の厚さとの積の値がλ／２の場合に、パターン液晶層３６に左円偏光である入射光Ｌ1が入射すると、入射光Ｌ1は、パターン液晶層３６を通過することにより１８０°の位相差が与えられて、透過光Ｌ2は、右円偏光に変換される。
また、入射光Ｌ1は、パターン液晶層３６を通過する際に、それぞれの液晶化合物４０の光学軸４０Ａの向きに応じて絶対位相が変化する。このとき、光学軸４０Ａの向きは、矢印Ｘ方向に沿って回転しながら変化しているため、光学軸４０Ａの向きに応じて、入射光Ｌ1の絶対位相の変化量が異なる。さらに、パターン液晶層３６に形成された液晶配向パターンは、矢印Ｘ方向に周期的なパターンであるため、パターン液晶層３６を通過した入射光Ｌ1には、図２０に示すように、それぞれの光学軸４０Ａの向きに対応した矢印Ｘ方向に周期的な絶対位相Ｑ１が与えられる。これにより、矢印Ｘ方向に対して逆の方向に傾いた等位相面Ｅ１が形成される。
そのため、透過光Ｌ2は、等位相面Ｅ１に対して垂直な方向に向かって傾くように屈折され、入射光Ｌ1の進行方向とは異なる方向に進行する。このように、左円偏光の入射光Ｌ1は、入射方向に対して矢印Ｘ方向に一定の角度だけ傾いた、右円偏光の透過光Ｌ2に変換される。
一方、図２１に示すように、パターン液晶層３６の液晶化合物の屈折率差と光学異方性層の厚さとの積の値がλ／２のとき、パターン液晶層３６に右円偏光の入射光Ｌ4が入射すると、入射光Ｌ4は、パターン液晶層３６を通過することにより、１８０°の位相差が与えられて、左円偏光の透過光Ｌ5に変換される。
また、入射光Ｌ4は、パターン液晶層３６を通過する際に、それぞれの液晶化合物４０の光学軸４０Ａの向きに応じて絶対位相が変化する。このとき、光学軸４０Ａの向きは、矢印Ｘ方向に沿って回転しながら変化しているため、光学軸４０Ａの向きに応じて、入射光Ｌ4の絶対位相の変化量が異なる。さらに、パターン液晶層３６に形成された液晶配向パターンは、矢印Ｘ方向に周期的なパターンであるため、パターン液晶層３６を通過した入射光Ｌ4は、図２１に示すように、それぞれの光学軸４０Ａの向きに対応した矢印Ｘ方向に周期的な絶対位相Ｑ２が与えられる。
ここで、入射光Ｌ4は、右円偏光であるので、光学軸４０Ａの向きに対応した矢印Ｘ方向に周期的な絶対位相Ｑ２は、左円偏光である入射光Ｌ1とは逆になる。その結果、入射光Ｌ4では、入射光Ｌ1とは逆に矢印Ｘ方向に傾斜した等位相面Ｅ２が形成される。
そのため、入射光Ｌ4は、等位相面Ｅ２に対して垂直な方向に向かって傾くように屈折され、入射光Ｌ4の進行方向とは異なる方向に進行する。このように、入射光Ｌ4は、入射方向に対して矢印Ｘ方向とは逆の方向に一定の角度だけ傾いた左円偏光の透過光Ｌ5に変換される。
また、入射光Ｌ4は、パターン液晶層３６を通過する際に、それぞれの液晶化合物４０の光学軸４０Ａの向きに応じて絶対位相が変化する。このとき、光学軸４０Ａの向きは、矢印Ｘ方向に沿って回転しながら変化しているため、光学軸４０Ａの向きに応じて、入射光Ｌ4の絶対位相の変化量が異なる。さらに、パターン液晶層３６に形成された液晶配向パターンは、矢印Ｘ方向に周期的なパターンであるため、パターン液晶層３６を通過した入射光Ｌ4は、図２１に示すように、それぞれの光学軸４０Ａの向きに対応した矢印Ｘ方向に周期的な絶対位相Ｑ２が与えられる。
ここで、入射光Ｌ4は、右円偏光であるので、光学軸４０Ａの向きに対応した矢印Ｘ方向に周期的な絶対位相Ｑ２は、左円偏光である入射光Ｌ1とは逆になる。その結果、入射光Ｌ4では、入射光Ｌ1とは逆に矢印Ｘ方向に傾斜した等位相面Ｅ２が形成される。
そのため、入射光Ｌ4は、等位相面Ｅ２に対して垂直な方向に向かって傾くように屈折され、入射光Ｌ4の進行方向とは異なる方向に進行する。このように、入射光Ｌ4は、入射方向に対して矢印Ｘ方向とは逆の方向に一定の角度だけ傾いた左円偏光の透過光Ｌ5に変換される。
パターンコレステリック液晶層３４と同様、パターン液晶層３６も、形成された液晶配向パターンの１周期Λを変化させることにより、透過光Ｌ2およびＬ5の屈折の角度を調節できる。具体的には、パターン液晶層３６も、液晶配向パターンの１周期Λが短いほど、互いに隣接した液晶化合物４０を通過した光同士が強く干渉するため、透過光Ｌ2およびＬ5を大きく屈折させることができる。
また、矢印Ｘ１方向に沿って回転する、液晶化合物４０の光学軸４０Ａの回転方向を逆方向にすることにより、透過光の屈折の方向を、逆方向にできる。すなわち、図１８～図２１に示す例では、矢印Ｘ方向に向かう光学軸４０Ａの回転方向は時計回りであるが、この回転方向を反時計回りにすることで、透過光の屈折の方向を、逆方向にできる。
また、矢印Ｘ１方向に沿って回転する、液晶化合物４０の光学軸４０Ａの回転方向を逆方向にすることにより、透過光の屈折の方向を、逆方向にできる。すなわち、図１８～図２１に示す例では、矢印Ｘ方向に向かう光学軸４０Ａの回転方向は時計回りであるが、この回転方向を反時計回りにすることで、透過光の屈折の方向を、逆方向にできる。
なお、回折効率の観点から、このような、入射光を透過回折する液晶回折素子を用いる場合も、液晶化合物が捩れて回転（捩れ角が３６０°未満）している領域を有する液晶回折素子を用いるのが好ましい。
ここで、図１５に示すパターンコレステリック液晶層３４および図１８に示すパターン液晶層３６はそれぞれ、液晶化合物の光学軸が液晶層（液晶回折素子）の主面に平行な構成を示したがこれに限定はされない。
例えば、図２４に示すパターンコレステリック液晶層３４ｂのように、前述のパターンコレステリック液晶層において、液晶化合物の光学軸が液晶層（液晶回折素子）の主面に傾斜していてもよい。また、図２５に示すパターン液晶層３６ｂのように、前述のパターン液晶層において、液晶化合物の光学軸が液晶層（液晶回折素子）の主面に傾斜していてもよい。なお、これらの液晶層は、液晶化合物に由来する光学軸の向きが、面内の一方向に沿って連続的に回転しながら変化している液晶配向パターンを有する点は前述のパターンコレステリック液晶層３４およびパターン液晶層３６と同様である。すなわち、パターンコレステリック液晶層３４ｂの平面図およびパターン液晶層３６ｂの平面図は、図１６と同様である。
以下の説明において、液晶化合物の光学軸が液晶層（液晶回折素子）の主面に傾斜している構成を、プレチルト角を有するともいう。
以下の説明において、液晶化合物の光学軸が液晶層（液晶回折素子）の主面に傾斜している構成を、プレチルト角を有するともいう。
液晶層においては、上下界面の一方の界面において、液晶化合物の光学軸がプレチルト角を有している構成であってもよく、両方の界面でプレチルト角を有する構成であってもよい。また、両界面でプレチルト角が異なっていてもよい。
液晶層が表面でプレチルト角を有すると、さらに表面から離れたバルクの部分でも表面の影響を受けてチルト角を有する。このように液晶化合物がプレチルト（傾斜）することにより、光が回折する際に実効的な液晶化合物の複屈折率が高くなり、回折効率を高めることができる。
プレチルト角は、液晶層をミクロトームで割断し、断面の偏光顕微鏡観察によって測定することができる。
液晶層が表面でプレチルト角を有すると、さらに表面から離れたバルクの部分でも表面の影響を受けてチルト角を有する。このように液晶化合物がプレチルト（傾斜）することにより、光が回折する際に実効的な液晶化合物の複屈折率が高くなり、回折効率を高めることができる。
プレチルト角は、液晶層をミクロトームで割断し、断面の偏光顕微鏡観察によって測定することができる。
本発明において、液晶回折素子（液晶層）に垂直に入射した光は、液晶層内において斜め方向に、屈曲力が加わり斜めに進む。液晶層内において光が進むと、本来垂直入射に対して所望の回折角が得られるように設定されている回折周期等の条件とのずれが生じるために、回折ロスが生じる。
液晶化合物をチルトさせた場合、チルトさせない場合と比較して、光が回折する方位に対してより高い複屈折率が生じる方位が存在する。この方向では実効的な異常光屈折率が大きくなるため、異常光屈折率と常光屈折率の差である複屈折率が高くなる。
狙った回折する方位に合わせて、プレチルト角の方位を設定することによって、その方位での本来の回折条件とのずれを抑制することができ、結果としてプレチルト角を持たせた液晶化合物を用いた場合の方が、より高い回折効率を得ることができると考えられる。
液晶化合物をチルトさせた場合、チルトさせない場合と比較して、光が回折する方位に対してより高い複屈折率が生じる方位が存在する。この方向では実効的な異常光屈折率が大きくなるため、異常光屈折率と常光屈折率の差である複屈折率が高くなる。
狙った回折する方位に合わせて、プレチルト角の方位を設定することによって、その方位での本来の回折条件とのずれを抑制することができ、結果としてプレチルト角を持たせた液晶化合物を用いた場合の方が、より高い回折効率を得ることができると考えられる。
また、プレチルト角は液晶層の界面の処理によって制御されることが望ましい。支持体側の界面においては、配向膜にプレチルト処理をおこなうことにより液晶化合物のプレチルト角を制御することが出来る。例えば、配向膜の形成の際に配向膜に紫外線を正面から露光した後に斜めから露光することにより、配向膜上に形成する液晶層中の液晶化合物にプレチルト角を生じさせることが出来る。この場合には、２回目の照射方向に対して液晶化合物の単軸側が見える方向にプレチルトする。但し２回目の照射方向に対して垂直方向の方位の液晶化合物はプレチルトしないため、面内でプレチルトする領域とプレチルトしない領域が存在する。このことは、狙った方位に光を回折させるときにその方向に最も複屈折を高めることに寄与するので回折効率を高めるのに適している。
さらに、液晶層中または配向膜中にプレチルト角を助長する添加剤を加えることも出来る。この場合、回折効率を更に高める因子として添加剤を利用できる。
この添加剤は空気側の界面のプレチルト角の制御にも利用できる。
さらに、液晶層中または配向膜中にプレチルト角を助長する添加剤を加えることも出来る。この場合、回折効率を更に高める因子として添加剤を利用できる。
この添加剤は空気側の界面のプレチルト角の制御にも利用できる。
ここで、パターンコレステリック液晶層の場合には、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：Scanning Electron Microscope）で観察した断面において、コレステリック液晶相に由来する明部および暗部が、主面に対して傾斜している。パターンコレステリック液晶層は、法線方向および法線に対して傾斜した方向から面内レタデーションＲｅを測定した際に、遅相軸面内および進相軸面内のいずれかにおいて、面内レタデーションＲｅが最小となる方向が法線と成す測定角の絶対値が５°以上であることが好ましい。言い換えると、パターンコレステリック液晶層の液晶化合物が主面に対して傾斜し、かつ、傾斜方向がコレステリック液晶相の明線および暗線に略一致していることが好ましい。なお、法線方向とは、主面に対して直交する方向である。
パターンコレステリック液晶層がこのような構成を有することにより、図１５に示すように液晶化合物が主面に平行であるパターンコレステリック液晶層に比して、高い回折効率で円偏光を回折できる。
パターンコレステリック液晶層がこのような構成を有することにより、図１５に示すように液晶化合物が主面に平行であるパターンコレステリック液晶層に比して、高い回折効率で円偏光を回折できる。
パターンコレステリック液晶層の液晶化合物が主面に対して傾斜し、かつ、傾斜方向がコレステリック液晶相の明線および暗線に略一致している構成では、反射面に相当する明部および暗部と、液晶化合物の光学軸とが一致している。そのため、光の反射（回折）に対する液晶化合物の作用が大きくなり、回折効率を向上できる。その結果、入射光に対する反射光の光量をより向上できる。
パターンコレステリック液晶層の進相軸面または遅相軸面において、パターンコレステリック液晶層の光学軸傾斜角の絶対値は５°以上であるが、１５°以上が好ましく、２０°以上がより好ましい。
光学軸傾斜角の絶対値を１５°以上とすることにより、より好適に、液晶化合物の方向を明部および暗部に一致させ、回折効率を向上できる点で好ましい。
光学軸傾斜角の絶対値を１５°以上とすることにより、より好適に、液晶化合物の方向を明部および暗部に一致させ、回折効率を向上できる点で好ましい。
本発明の導光素子において、各回折素子として表面レリーフ型回折素子、体積ホログラム型回折素子、および、偏光回折素子のいずれを用いてもよい。また、異なる種類の回折素子を組み合わせて用いてもよい。例えば、入射回折素子として表面レリーフ型回折素子を用い、中間回折素子および出射回折素子として偏光回折素子（液晶回折素子）を用いてもよい。第１入射回折素子と第２入射回折素子とで異なる種類の回折素子を用いてもよい。同様に、第１中間回折素子と第２中間回折素子、および、第１出射回折素子と第２出射回折素子とで異なる種類の回折素子を用いてもよい。
本発明の導光素子および画像表示装置は、視認の改善のため、射出瞳を拡大する回折光学方法を用いてもよい。
具体的には複数個の回折要素（回折素子）を使用する光学的方法、すなわち内結合、中間および外結合回折要素を備えた回折光学方法を用いることができる。本方法は特表２００８－５４６０２０号公報に詳しく記載がある。
具体的には複数個の回折要素（回折素子）を使用する光学的方法、すなわち内結合、中間および外結合回折要素を備えた回折光学方法を用いることができる。本方法は特表２００８－５４６０２０号公報に詳しく記載がある。
以上、本発明の導光素子および画像表示装置について詳細に説明したが、本発明は上述の例に限定はされず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変更を行ってもよいのは、もちろんである。
以下に実施例を挙げて本発明の特徴をさらに具体的に説明する。以下の実施例に示す材料、試薬、使用量、物質量、割合、処理内容、および、処理手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更することができる。したがって、本発明の範囲は以下に示す具体例により限定的に解釈されるべきものではない。
［実施例１］
＜入射回折素子Ｇの作製＞
（配向膜の形成）
支持体としてガラス基板を用意した。支持体上に、下記の配向膜形成用塗布液をスピンコートで塗布した。この配向膜形成用塗布液の塗膜が形成された支持体を６０℃のホットプレート上で６０秒間乾燥し、配向膜を形成した。
＜入射回折素子Ｇの作製＞
（配向膜の形成）
支持体としてガラス基板を用意した。支持体上に、下記の配向膜形成用塗布液をスピンコートで塗布した。この配向膜形成用塗布液の塗膜が形成された支持体を６０℃のホットプレート上で６０秒間乾燥し、配向膜を形成した。
配向膜形成用塗布液
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下記光配向用素材 １．００質量部
水 １６．００質量部
ブトキシエタノール ４２．００質量部
プロピレングリコールモノメチルエーテル ４２．００質量部
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下記光配向用素材 １．００質量部
水 １６．００質量部
ブトキシエタノール ４２．００質量部
プロピレングリコールモノメチルエーテル ４２．００質量部
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－光配向用素材－
（配向膜の露光）
図２２に示す露光装置を用いて配向膜を露光して、配向パターンを有する配向膜Ｐ－１を形成した。
露光装置において、レーザとして波長（３２５ｎｍ）のレーザ光を出射するものを用いた。干渉光による露光量を１０００ｍＪ／ｃｍ2とした。なお、２つのレーザ光およびの干渉により形成される配向パターンの１周期（光学軸が１８０°回転する長さ）は、２つの光の交差角（交差角α）を変化させることによって制御した。
図２２に示す露光装置を用いて配向膜を露光して、配向パターンを有する配向膜Ｐ－１を形成した。
露光装置において、レーザとして波長（３２５ｎｍ）のレーザ光を出射するものを用いた。干渉光による露光量を１０００ｍＪ／ｃｍ2とした。なお、２つのレーザ光およびの干渉により形成される配向パターンの１周期（光学軸が１８０°回転する長さ）は、２つの光の交差角（交差角α）を変化させることによって制御した。
（パターンコレステリック液晶層の形成）
第１入射回折素子を形成する液晶組成物として、下記の組成物Ａ－１を調製した。この組成物Ａ－１は、右円偏光を反射するコレステリック液晶層（コレステリック液晶相）を形成する、液晶組成物である。
組成物Ａ－１
――――――――――――――――――――――――――――――――――
棒状液晶化合物Ｌ－１ １００．００質量部
重合開始剤（ＢＡＳＦ製、Ｉｒｇａｃｕｒｅ（登録商標）９０７）
３．００質量部
光増感剤（日本化薬製、ＫＡＹＡＣＵＲＥ ＤＥＴＸ－Ｓ）
１．００質量部
キラル剤Ｃｈ－１ ４．８７質量部
メチルエチルケトン ２０４．００質量部
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第１入射回折素子を形成する液晶組成物として、下記の組成物Ａ－１を調製した。この組成物Ａ－１は、右円偏光を反射するコレステリック液晶層（コレステリック液晶相）を形成する、液晶組成物である。
組成物Ａ－１
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棒状液晶化合物Ｌ－１ １００．００質量部
重合開始剤（ＢＡＳＦ製、Ｉｒｇａｃｕｒｅ（登録商標）９０７）
３．００質量部
光増感剤（日本化薬製、ＫＡＹＡＣＵＲＥ ＤＥＴＸ－Ｓ）
１．００質量部
キラル剤Ｃｈ－１ ４．８７質量部
メチルエチルケトン ２０４．００質量部
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棒状液晶化合物Ｌ－１
キラル剤Ｃｈ－１
配向膜Ｐ－１上に上記の組成物Ａ－１を塗布して、塗膜をホットプレート上で８０℃に加熱し、その後、８０℃にて、窒素雰囲気下で高圧水銀灯を用いて波長３６５ｎｍの紫外線を３００ｍＪ／ｃｍ2の照射量で塗膜に照射することにより、液晶化合物の配向を固定化し、第１入射回折素子のパターンコレステリック液晶層（１層目）を形成した。
塗布層の断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ（Scanning Electron Microscope））で確認したところ、主面に対する法線方向（厚さ方向）の厚み面ピッチは８ピッチであった。厚み面ピッチは、明部から明部、または暗部から暗部の主面に対する法線方向の間隔を１／２面ピッチとした。また、主面に対する明部および暗部の傾いている面の傾斜面ピッチは０．３９μｍであった。傾斜面ピッチは、明部から明部、または、暗部から暗部の傾斜面に対する法線方向の間隔を１／２面ピッチとした。ここで言う明部および暗部とは、コレステリック液晶層の断面をＳＥＭで観察した際に見られる、コレステリック液晶相に由来する明部および暗部である。
入射回折素子Ｇのパターンコレステリック液晶層は、図１６に示すような周期的な配向表面になっていることを偏光顕微鏡で確認した。なお、塗布層の断面をＳＥＭで確認したところ、入射回折素子Ｇのパターンコレステリック液晶層（１層目）の液晶配向パターンにおいて、液晶化合物の光学軸が１８０°回転する１周期は、０．４３μｍであった。
組成物Ａ－１において、キラル剤Ｃｈ－１を４．３１質量部に変更し、膜厚を調整した以外は同様にして、パターンコレステリック液晶層（１層目）上にパターンコレステリック液晶層（２層目）を形成した。
パターンコレステリック液晶層（２層目）を光学軸の回転方向に沿う方向切削し、断面をＳＥＭで確認したところ、厚み面ピッチは８ピッチ、傾斜面ピッチは０．４４μｍであった。なお、入射回折素子Ｇのパターンコレステリック液晶層（２層目）の液晶配向パターンにおいて、液晶化合物の光学軸が１８０°回転する１周期は、０．４３μｍであった。
（入射回折素子Ｒの作製）
配向膜の露光において、２つの光の交差角（交差角α）を変えて配向膜に形成される配向パターンの１周期を異なるものとし、パターンコレステリック液晶層（１層目）を形成する組成物におけるキラル剤の量を４．１２質量部に変更し、パターンコレステリック液晶層（２層目）を形成する組成物におけるキラル剤の量を３．５２質量部に変更し、膜厚を調整した以外は、入射回折素子Ｇと同様にして入射回折素子Ｒを作製した。
配向膜の露光において、２つの光の交差角（交差角α）を変えて配向膜に形成される配向パターンの１周期を異なるものとし、パターンコレステリック液晶層（１層目）を形成する組成物におけるキラル剤の量を４．１２質量部に変更し、パターンコレステリック液晶層（２層目）を形成する組成物におけるキラル剤の量を３．５２質量部に変更し、膜厚を調整した以外は、入射回折素子Ｇと同様にして入射回折素子Ｒを作製した。
入射回折素子Ｒのパターンコレステリック液晶層（１層目）およびパターンコレステリック液晶層（２層目）の厚み面ピッチは８ピッチ、液晶配向パターンにおいて、液晶化合物の光学軸が１８０°回転する１周期は、０．５１μｍであった。パターンコレステリック液晶層（１層目）の傾斜面ピッチは０．４６μｍ、パターンコレステリック液晶層（２層目）の傾斜面ピッチは０．５３μｍであった。
（中間回折素子Ｇの作製）
配向膜の露光において、２つの光の交差角（交差角α）を変えて配向膜に形成される配向パターンの１周期を異なるものとし、パターンコレステリック液晶層（１層目）を形成する組成物におけるキラル剤の量を４．７５質量部に変更し、膜厚を調整した以外は、入射回折素子Ｇと同様にして中間回折素子Ｇを作製した。なお、２層目のパターンコレステリック液晶層は形成しなかった。
配向膜の露光において、２つの光の交差角（交差角α）を変えて配向膜に形成される配向パターンの１周期を異なるものとし、パターンコレステリック液晶層（１層目）を形成する組成物におけるキラル剤の量を４．７５質量部に変更し、膜厚を調整した以外は、入射回折素子Ｇと同様にして中間回折素子Ｇを作製した。なお、２層目のパターンコレステリック液晶層は形成しなかった。
中間回折素子Ｇのパターンコレステリック液晶層（１層目）の厚み面ピッチは２ピッチ、液晶配向パターンにおいて、液晶化合物の光学軸が１８０°回転する１周期は、０．２３μｍであった。パターンコレステリック液晶層（１層目）の傾斜面ピッチは０．４０μｍであった。
（中間回折素子Ｒの作製）
配向膜の露光において、２つの光の交差角（交差角α）を変えて配向膜に形成される配向パターンの１周期を異なるものとし、パターンコレステリック液晶層（１層目）を形成する組成物におけるキラル剤の量を４．４２質量部に変更し、膜厚を調整した以外は、入射回折素子Ｒと同様にして中間回折素子Ｒを作製した。なお、２層目のパターンコレステリック液晶層は形成しなかった。
配向膜の露光において、２つの光の交差角（交差角α）を変えて配向膜に形成される配向パターンの１周期を異なるものとし、パターンコレステリック液晶層（１層目）を形成する組成物におけるキラル剤の量を４．４２質量部に変更し、膜厚を調整した以外は、入射回折素子Ｒと同様にして中間回折素子Ｒを作製した。なお、２層目のパターンコレステリック液晶層は形成しなかった。
中間回折素子Ｒのパターンコレステリック液晶層（１層目）の厚み面ピッチは２ピッチ、液晶配向パターンにおいて、液晶化合物の光学軸が１８０°回転する１周期は、０．２８μｍであった。パターンコレステリック液晶層（１層目）の傾斜面ピッチは０．４３μｍであった。
（出射回折素子の作製）
出射回折素子Ｇおよび出射回折素子Ｒは、膜厚を調整した以外は、それぞれ入射回折素子Ｇおよび入射回折素子Ｒと同様にして作製した。
出射回折素子Ｇおよび出射回折素子Ｒは、膜厚を調整した以外は、それぞれ入射回折素子Ｇおよび入射回折素子Ｒと同様にして作製した。
各パターンコレステリック液晶層（１層目）およびパターンコレステリック液晶層（２層目）の厚み面ピッチは２ピッチであった。
（導光素子の作製）
導光板として、大きさ６０ｍｍ×７０ｍｍ、厚み１ｍｍ、材質：ガラスの導光板を用いた。第１入射回折素子として入射回折素子Ｇを用い、第２入射回折素子として入射回折素子Ｒを用い、第１中間回折素子として中間回折素子Ｇを用い、第２中間回折素子として中間回折素子Ｒを用い、第１出射回折素子として出射回折素子Ｇを用い、第２出射回折素子として出射回折素子Ｒを用いた。
入射回折素子は、直径６ｍｍの大きさに切り出して用いた。中間回折素子は、１５ｍｍ（最大）×２５ｍｍの大きさに切り出して用いた。出射回折素子は、２０ｍｍ×２５ｍｍの大きさに切り出して用いた。
なお、各回折素子を切り出す際には、各回折素子を導光板上に配置した際に回折構造の周期方向が所定の方向となるように、切り出す方向と回折構造の周期方向とを調整して切り出した。
導光板として、大きさ６０ｍｍ×７０ｍｍ、厚み１ｍｍ、材質：ガラスの導光板を用いた。第１入射回折素子として入射回折素子Ｇを用い、第２入射回折素子として入射回折素子Ｒを用い、第１中間回折素子として中間回折素子Ｇを用い、第２中間回折素子として中間回折素子Ｒを用い、第１出射回折素子として出射回折素子Ｇを用い、第２出射回折素子として出射回折素子Ｒを用いた。
入射回折素子は、直径６ｍｍの大きさに切り出して用いた。中間回折素子は、１５ｍｍ（最大）×２５ｍｍの大きさに切り出して用いた。出射回折素子は、２０ｍｍ×２５ｍｍの大きさに切り出して用いた。
なお、各回折素子を切り出す際には、各回折素子を導光板上に配置した際に回折構造の周期方向が所定の方向となるように、切り出す方向と回折構造の周期方向とを調整して切り出した。
導光板の一方の主面に、作製した各回折素子を接着剤を用いて貼り合わせた。
各回折素子の配置は、図１に示すような配置とした。すなわち、第１入射回折素子と第２入射回折素子は積層して配置した。また、第１出射回折素子と第２出射回折素子は積層して配置した。
中間回折素子と入射回折素子とは左右方向に１ｍｍ離間して配置した。また、出射回折素子と入射回折素子とは上下方向に８ｍｍ離間して配置した。
なお、出射回折素子と入射回折素子は導光板の互いに異なる主面に配置した。
以上により、導光素子を作製した。この導光素子において、第１出射回折素子の回折構造の周期方向と、第２出射回折素子の回折構造の周期方向とのなす角度は９０°である。
また、以降の実施例、比較例では適宜回折素子の配置を調整した。
各回折素子の配置は、図１に示すような配置とした。すなわち、第１入射回折素子と第２入射回折素子は積層して配置した。また、第１出射回折素子と第２出射回折素子は積層して配置した。
中間回折素子と入射回折素子とは左右方向に１ｍｍ離間して配置した。また、出射回折素子と入射回折素子とは上下方向に８ｍｍ離間して配置した。
なお、出射回折素子と入射回折素子は導光板の互いに異なる主面に配置した。
以上により、導光素子を作製した。この導光素子において、第１出射回折素子の回折構造の周期方向と、第２出射回折素子の回折構造の周期方向とのなす角度は９０°である。
また、以降の実施例、比較例では適宜回折素子の配置を調整した。
［実施例２］
図６に示すように、第１入射回折素子と第２入射回折素子とを面方向に離間して配置する構成とした以外は、実施例１と同様にして導光素子を作製した。
図６に示すように、第１入射回折素子と第２入射回折素子とを面方向に離間して配置する構成とした以外は、実施例１と同様にして導光素子を作製した。
［比較例１］
第２中間回折素子を第１中間回折素子に積層して配置し、第１入射回折素子の回折方向が左右逆方向となるように配置し、第２出射回折素子の回折構造の周期方向が９０°回転するように配置した以外は、実施例１と同様にして導光素子を作製した。すなわち、第１出射回折素子の回折構造の周期方向と、第２出射回折素子の回折構造の周期方向とのなす角度は０°である。
第２中間回折素子を第１中間回折素子に積層して配置し、第１入射回折素子の回折方向が左右逆方向となるように配置し、第２出射回折素子の回折構造の周期方向が９０°回転するように配置した以外は、実施例１と同様にして導光素子を作製した。すなわち、第１出射回折素子の回折構造の周期方向と、第２出射回折素子の回折構造の周期方向とのなす角度は０°である。
［実施例３、４および比較例２］
（入射回折素子Ｂの作製）
配向膜の露光において、２つの光の交差角（交差角α）を変えて配向膜に形成される配向パターンの１周期を異なるものとし、パターンコレステリック液晶層（１層目）を形成する組成物におけるキラル剤の量を５．７３質量部に変更し、パターンコレステリック液晶層（２層目）を形成する組成物におけるキラル剤の量を５．００質量部に変更し、膜厚を調整した以外は、入射回折素子Ｇと同様にして入射回折素子Ｂを作製した。
（入射回折素子Ｂの作製）
配向膜の露光において、２つの光の交差角（交差角α）を変えて配向膜に形成される配向パターンの１周期を異なるものとし、パターンコレステリック液晶層（１層目）を形成する組成物におけるキラル剤の量を５．７３質量部に変更し、パターンコレステリック液晶層（２層目）を形成する組成物におけるキラル剤の量を５．００質量部に変更し、膜厚を調整した以外は、入射回折素子Ｇと同様にして入射回折素子Ｂを作製した。
入射回折素子Ｂのパターンコレステリック液晶層（１層目）およびパターンコレステリック液晶層（２層目）の厚み面ピッチは８ピッチ、液晶配向パターンにおいて、液晶化合物の光学軸が１８０°回転する１周期は、０．３６μｍであった。パターンコレステリック液晶層（１層目）の傾斜面ピッチは０．３３μｍ、パターンコレステリック液晶層（２層目）の傾斜面ピッチは０．３８μｍであった。
（中間回折素子Ｂの作製）
配向膜の露光において、２つの光の交差角（交差角α）を変えて配向膜に形成される配向パターンの１周期を異なるものとし、パターンコレステリック液晶層（１層目）を形成する組成物におけるキラル剤の量を５．５７質量部に変更し、膜厚を調整した以外は、入射回折素子Ｇと同様にして中間回折素子Ｂを作製した。なお、２層目のパターンコレステリック液晶層は形成しなかった。
配向膜の露光において、２つの光の交差角（交差角α）を変えて配向膜に形成される配向パターンの１周期を異なるものとし、パターンコレステリック液晶層（１層目）を形成する組成物におけるキラル剤の量を５．５７質量部に変更し、膜厚を調整した以外は、入射回折素子Ｇと同様にして中間回折素子Ｂを作製した。なお、２層目のパターンコレステリック液晶層は形成しなかった。
パターンコレステリック液晶層（１層目）の厚み面ピッチは２ピッチ、液晶配向パターンにおいて、液晶化合物の光学軸が１８０°回転する１周期は、０．１９μｍであった。パターンコレステリック液晶層（１層目）の傾斜面ピッチは０．３４μｍであった。
（出射回折素子Ｂの作製）
出射回折素子Ｂは、膜厚を調整した以外は、入射回折素子Ｂと同様にして作製した。
出射回折素子Ｂは、膜厚を調整した以外は、入射回折素子Ｂと同様にして作製した。
出射回折素子Ｂのパターンコレステリック液晶層（１層目）およびパターンコレステリック液晶層（２層目）の厚み面ピッチは２ピッチであった。
（導光素子の作製）
第２入射回折素子として、入射回折素子Ｒに代えて入射回折素子Ｂを用い、第２中間回折素子として、中間回折素子Ｒに代えて中間回折素子Ｂを用い、第２出射回折素子として、出射回折素子Ｒに代えて出射回折素子Ｂを用いた以外はそれぞれ実施例１、２および比較例１と同様にして導光素子を作製した。
第２入射回折素子として、入射回折素子Ｒに代えて入射回折素子Ｂを用い、第２中間回折素子として、中間回折素子Ｒに代えて中間回折素子Ｂを用い、第２出射回折素子として、出射回折素子Ｒに代えて出射回折素子Ｂを用いた以外はそれぞれ実施例１、２および比較例１と同様にして導光素子を作製した。
［実施例５、６および比較例３］
第２入射回折素子の上に第３入射回折素子を積層し、第２中間回折素子の上に第３中間回折素子を積層し、第１および第２出射回折素子の上に第３出射回折素子を積層した以外は、実施例１、２および比較例１と同様にして導光素子を作製した。
すなわち、実施例５は図７に示すような構成とし、実施例６は図８に示すような構成とした。
第３入射回折素子として入射回折素子Ｂを用い、第３中間回折素子として中間回折素子Ｂを用い、第３出射回折素子として出射回折素子Ｂを用いた。
第２入射回折素子の上に第３入射回折素子を積層し、第２中間回折素子の上に第３中間回折素子を積層し、第１および第２出射回折素子の上に第３出射回折素子を積層した以外は、実施例１、２および比較例１と同様にして導光素子を作製した。
すなわち、実施例５は図７に示すような構成とし、実施例６は図８に示すような構成とした。
第３入射回折素子として入射回折素子Ｂを用い、第３中間回折素子として中間回折素子Ｂを用い、第３出射回折素子として出射回折素子Ｂを用いた。
［実施例７］
配向膜の露光において、２つの光の交差角（交差角α）を変えて配向膜に形成される配向パターンの１周期を異なるものとし、パターンコレステリック液晶層（１層目）を形成する組成物におけるキラル剤の量を４．５２質量部に変更し、膜厚を調整した以外は、実施例１と同様にして第１中間回折素子（中間回折素子Ｇ）を作製した。
配向膜の露光において、２つの光の交差角（交差角α）を変えて配向膜に形成される配向パターンの１周期を異なるものとし、パターンコレステリック液晶層（１層目）を形成する組成物におけるキラル剤の量を４．５２質量部に変更し、膜厚を調整した以外は、実施例１と同様にして第１中間回折素子（中間回折素子Ｇ）を作製した。
中間回折素子Ｇにおけるパターンコレステリック液晶層（１層目）の厚み面ピッチは２ピッチ、液晶配向パターンにおいて、液晶化合物の光学軸が１８０°回転する１周期は、０．２５μｍであった。パターンコレステリック液晶層（１層目）の傾斜面ピッチは０．４２μｍであった。
配向膜の露光において、２つの光の交差角（交差角α）を変えて配向膜に形成される配向パターンの１周期を異なるものとし、パターンコレステリック液晶層（１層目）を形成する組成物におけるキラル剤の量を４．２１質量部に変更し、膜厚を調整した以外は、実施例１と同様にして第２中間回折素子（中間回折素子Ｒ）を作製した。
中間回折素子Ｒにおけるパターンコレステリック液晶層（１層目）の厚み面ピッチは２ピッチ、液晶配向パターンにおいて、液晶化合物の光学軸が１８０°回転する１周期は、０．２９μｍであった。パターンコレステリック液晶層（１層目）の傾斜面ピッチは０．４５μｍであった。
第１中間回折素子、第２中間回折素子、第１出射回折素子および第２出射回折素子を切り出すときに、回折構造の周期方向に対する切り出す向きを変えて切り出し、導光素子の上に配置した際の、第１出射回折素子の回折構造の周期方向と、第２出射回折素子の回折構造の周期方向とのなす角度を６０°となるようにした以外は実施例１と同様にして導光素子を作製した。
［実施例８］
配向膜の露光において、２つの光の交差角（交差角α）を変えて配向膜に形成される配向パターンの１周期を異なるものとし、パターンコレステリック液晶層（１層目）を形成する組成物におけるキラル剤の量を４．３１質量部に変更し、膜厚を調整した以外は、実施例１と同様にして第１中間回折素子（中間回折素子Ｇ）を作製した。
配向膜の露光において、２つの光の交差角（交差角α）を変えて配向膜に形成される配向パターンの１周期を異なるものとし、パターンコレステリック液晶層（１層目）を形成する組成物におけるキラル剤の量を４．３１質量部に変更し、膜厚を調整した以外は、実施例１と同様にして第１中間回折素子（中間回折素子Ｇ）を作製した。
中間回折素子Ｇにおけるパターンコレステリック液晶層（１層目）の厚み面ピッチは２ピッチ、液晶配向パターンにおいて、液晶化合物の光学軸が１８０°回転する１周期は、０．２７μｍであった。パターンコレステリック液晶層（１層目）の傾斜面ピッチは０．４４μｍであった。
配向膜の露光において、２つの光の交差角（交差角α）を変えて配向膜に形成される配向パターンの１周期を異なるものとし、パターンコレステリック液晶層（１層目）を形成する組成物におけるキラル剤の量を４．０３質量部に変更し、膜厚を調整した以外は、実施例１と同様にして第２中間回折素子（中間回折素子Ｒ）を作製した。
中間回折素子Ｒにおけるパターンコレステリック液晶層（１層目）の厚み面ピッチは２ピッチ、液晶配向パターンにおいて、液晶化合物の光学軸が１８０°回転する１周期は、０．３２μｍであった。パターンコレステリック液晶層（１層目）の傾斜面ピッチは０．４７μｍであった。
第１中間回折素子、第２中間回折素子、第１出射回折素子および第２出射回折素子を切り出すときに、回折構造の周期方向に対する切り出す向きを変えて切り出し、導光素子の上に配置した際の、第１出射回折素子の回折構造の周期方向と、第２出射回折素子の回折構造の周期方向とのなす角度を３０°となるようにした以外は実施例１と同様にして導光素子を作製した。
［実施例９］
配向膜の露光において、２つの光の交差角（交差角α）を変えて配向膜に形成される配向パターンの１周期を異なるものとし、パターンコレステリック液晶層（１層目）を形成する組成物におけるキラル剤の量を４．８７質量部に変更し、膜厚を調整した以外は、実施例１と同様にして第１中間回折素子（中間回折素子Ｇ）を作製した。
配向膜の露光において、２つの光の交差角（交差角α）を変えて配向膜に形成される配向パターンの１周期を異なるものとし、パターンコレステリック液晶層（１層目）を形成する組成物におけるキラル剤の量を４．８７質量部に変更し、膜厚を調整した以外は、実施例１と同様にして第１中間回折素子（中間回折素子Ｇ）を作製した。
中間回折素子Ｇにおけるパターンコレステリック液晶層（１層目）の厚み面ピッチは２ピッチ、液晶配向パターンにおいて、液晶化合物の光学軸が１８０°回転する１周期は、０．２２μｍであった。パターンコレステリック液晶層（１層目）の傾斜面ピッチは０．３９μｍであった。
配向膜の露光において、２つの光の交差角（交差角α）を変えて配向膜に形成される配向パターンの１周期を異なるものとし、パターンコレステリック液晶層（１層目）を形成する組成物におけるキラル剤の量を４．５２質量部に変更し、膜厚を調整した以外は、実施例１と同様にして第２中間回折素子（中間回折素子Ｒ）を作製した。
中間回折素子Ｒにおけるパターンコレステリック液晶層（１層目）の厚み面ピッチは２ピッチ、液晶配向パターンにおいて、液晶化合物の光学軸が１８０°回転する１周期は、０．２６μｍであった。パターンコレステリック液晶層（１層目）の傾斜面ピッチは０．４２μｍであった。
第１中間回折素子、第２中間回折素子、第１出射回折素子および第２出射回折素子を切り出すときに、回折構造の周期方向に対する切り出す向きを変えて切り出し、導光素子の上に配置した際の、第１出射回折素子の回折構造の周期方向と、第２出射回折素子の回折構造の周期方向とのなす角度を１２０°となるようにした以外は実施例１と同様にして導光素子を作製した。
［評価］
作製した各導光素子について、以下の方法で多重像の発生の有無を評価した。
Ｖｕｚｉｘ社のＢｌａｄｅに用いられているプロジェクションディスプレイを、入射回折素子に向けて画像を照射するように配置して画像表示装置を作製した。なお、プロジェクションディスプレイと入射回折素子間に円偏光板を配置し、入射回折素子に対して右円偏光の画像を投影した。また、第１入射回折素子と第２入射回折素子を積層した構成の導光板に対してはプロジェクションディスプレイを１機用い、第１入射回折素子と第２入射回折素子とを面方向に離間して配置した構成の導光板に対してはプロジェクションディスプレイを２機用いた。
作製した画像表示装置を用いて画像を表示して、多重像を評価した。
・多重像の発生がほとんど視認されなかった場合をＡ、
・多重像の発生がわずかに視認されるが、軽微な場合をＢ、
・多重像の発生が弱く視認されるが、許容内の場合をＣ、
・多重像の発生が視認され、目立つ場合をＤ、
と評価した。
結果を下記の表に示す。
作製した各導光素子について、以下の方法で多重像の発生の有無を評価した。
Ｖｕｚｉｘ社のＢｌａｄｅに用いられているプロジェクションディスプレイを、入射回折素子に向けて画像を照射するように配置して画像表示装置を作製した。なお、プロジェクションディスプレイと入射回折素子間に円偏光板を配置し、入射回折素子に対して右円偏光の画像を投影した。また、第１入射回折素子と第２入射回折素子を積層した構成の導光板に対してはプロジェクションディスプレイを１機用い、第１入射回折素子と第２入射回折素子とを面方向に離間して配置した構成の導光板に対してはプロジェクションディスプレイを２機用いた。
作製した画像表示装置を用いて画像を表示して、多重像を評価した。
・多重像の発生がほとんど視認されなかった場合をＡ、
・多重像の発生がわずかに視認されるが、軽微な場合をＢ、
・多重像の発生が弱く視認されるが、許容内の場合をＣ、
・多重像の発生が視認され、目立つ場合をＤ、
と評価した。
結果を下記の表に示す。
表１から、第１出射回折素子の回折構造の周期方向と、第２出射回折素子の回折構造の周期方向とが交差している本発明の導光素子の実施例１～９は、第１出射回折素子の回折構造の周期方向と、第２出射回折素子の回折構造の周期方向とが交差していない比較例に比べて、多重像の発生が抑制されていることがわかる。
また、実施例１、７～９の対比から、第１出射回折素子の回折構造の周期方向と、第２出射回折素子の回折構造の周期方向との交差角は、６０°以上が好ましく、９０°以上がより好ましいことがわかる。
以上の結果より、本発明の効果は明らかである。
また、実施例１、７～９の対比から、第１出射回折素子の回折構造の周期方向と、第２出射回折素子の回折構造の周期方向との交差角は、６０°以上が好ましく、９０°以上がより好ましいことがわかる。
以上の結果より、本発明の効果は明らかである。
ＡＲグラスなど、導光を利用する各種の光学装置に好適に利用可能である。
１０ 画像表示装置
１２ 表示素子
１４、１４ｂ 導光素子
１６ 導光板
１８ａ 第１入射回折素子
１８ｂ 第２入射回折素子
１８ｃ 第３入射回折素子
２０ａ 第１中間回折素子
２０ｂ 第２中間回折素子
２０ｃ 第３中間回折素子
２４ａ 第１出射回折素子
２４ｂ 第２出射回折素子
２４ｃ 第３出射回折素子
２９、３５ 液晶回折素子
３０ 支持体
３２ 配向膜
３４、３４ｂ パターンコレステリック液晶層
３６、３６ｂ パターン液晶層
４０ 液晶化合物
４０Ａ 光学軸
６０ 露光装置
６２ レーザ
６４ 光源
６５ λ／２板
６８ 偏光ビームスプリッター
７０Ａ，７０Ｂ ミラー
７２Ａ，７２Ｂ λ／４板
ＲR 赤色の右円偏光
Ｍ レーザ光
ＭＡ，ＭＢ 光線
ＰO 直線偏光
ＰR 右円偏光
ＰL 左円偏光
Ｑ 絶対位相
Ｅ，Ｅ１，Ｅ２ 等位相面
Ｌ１，Ｌ４ 入射光
Ｌ２，Ｌ５ 透過光
Ｕ 使用者
１２ 表示素子
１４、１４ｂ 導光素子
１６ 導光板
１８ａ 第１入射回折素子
１８ｂ 第２入射回折素子
１８ｃ 第３入射回折素子
２０ａ 第１中間回折素子
２０ｂ 第２中間回折素子
２０ｃ 第３中間回折素子
２４ａ 第１出射回折素子
２４ｂ 第２出射回折素子
２４ｃ 第３出射回折素子
２９、３５ 液晶回折素子
３０ 支持体
３２ 配向膜
３４、３４ｂ パターンコレステリック液晶層
３６、３６ｂ パターン液晶層
４０ 液晶化合物
４０Ａ 光学軸
６０ 露光装置
６２ レーザ
６４ 光源
６５ λ／２板
６８ 偏光ビームスプリッター
７０Ａ，７０Ｂ ミラー
７２Ａ，７２Ｂ λ／４板
ＲR 赤色の右円偏光
Ｍ レーザ光
ＭＡ，ＭＢ 光線
ＰO 直線偏光
ＰR 右円偏光
ＰL 左円偏光
Ｑ 絶対位相
Ｅ，Ｅ１，Ｅ２ 等位相面
Ｌ１，Ｌ４ 入射光
Ｌ２，Ｌ５ 透過光
Ｕ 使用者
Claims (19)
- 導光板と、前記導光板に設けられる第１入射回折素子、第２入射回折素子、第１出射回折素子および第２出射回折素子とを有し、
前記第１入射回折素子および前記第２入射回折素子は、入射した光を互いに異なる方向に回折して、前記導光板に入射させるものであり、
前記第１出射回折素子は、前記第１入射回折素子によって回折され、前記導光板内を伝搬された光を前記導光板から出射させるものであり、
前記第２出射回折素子は、前記第２入射回折素子によって回折され、前記導光板内を伝搬された光を前記導光板から出射させるものであり、
前記第１入射回折素子の回折構造の周期と前記第２入射回折素子の回折構造の周期とが異なり、
前記第１出射回折素子の回折構造の周期と、前記第２出射回折素子の回折構造の周期とが異なり、
前記第１出射回折素子と前記第２出射回折素子とは、前記導光板の主面の面方向において重複する位置に配置されており、
前記第１出射回折素子の回折構造の周期方向と、前記第２出射回折素子の回折構造の周期方向とが交差している導光素子。 - さらに、前記導光板に設けられる第１中間回折素子および第２中間回折素子を有し、
前記第１中間回折素子は、前記第１入射回折素子によって回折され、前記導光板内を伝搬された光を、前記第１出射回折素子に向けて回折し、
前記第２中間回折素子は、前記第２入射回折素子によって回折され、前記導光板内を伝搬された光を、前記第２出射回折素子に向けて回折し、
前記第１中間回折素子の回折構造の周期と、前記第２中間回折素子の回折構造の周期とが異なる請求項１に記載の導光素子。 - 前記第１中間回折素子および前記第２中間回折素子はそれぞれ、表面レリーフ型回折素子、体積ホログラム型回折素子、および、偏光回折素子のいずれかである請求項２に記載の導光素子。
- 前記第１入射回折素子の回折構造の周期をΛi1とし、前記第２入射回折素子の回折構造の周期をΛi2とし、前記第１中間回折素子の回折構造の周期をΛe1とし、前記第２中間回折素子の回折構造の周期をΛe2とし、前記第１出射回折素子の回折構造の周期をΛo1とし、前記第２出射回折素子の回折構造の周期をΛo2とすると、
Λe1≦Λi1
Λe1≦Λo1
Λe2≦Λi2
Λe2≦Λo2
を満たす請求項２または３に記載の導光素子。 - 前記第１入射回折素子、前記第２入射回折素子、前記第１出射回折素子および前記第２出射回折素子はそれぞれ、表面レリーフ型回折素子、体積ホログラム型回折素子、および、偏光回折素子のいずれかである請求項１～４のいずれか一項に記載の導光素子。
- 前記偏光回折素子が、液晶化合物を含む組成物を用いて形成され、前記液晶化合物由来の光学軸の向きが面内の少なくとも一方向に沿って連続的に回転しながら変化している液晶配向パターンを有する、液晶回折素子である請求項３または５に記載の導光素子。
- 前記液晶回折素子が、前記液晶化合物の光学軸の向きが厚さ方向で捩じれ回転している領域を有する請求項６に記載の導光素子。
- 前記液晶回折素子が、コレステリック液晶相を固定してなるコレステリック液晶層を有する請求項６または７に記載の導光素子。
- 前記液晶回折素子は、前記液晶化合物の光学軸が、前記液晶回折素子の主面に対して傾斜している構成を有する請求項６～８のいずれか一項に記載の導光素子。
- 前記液晶回折素子は、前記液晶回折素子の主面の法線方向および法線に対して傾斜した方向から面内レタデーションを測定した際に、遅相軸面内および進相軸面内のいずれかにおいて、面内レタデーションが最小となる方向が前記法線方向から傾斜している請求項６～９のいずれか一項に記載の導光素子。
- 前記第１入射回折素子と前記第２入射回折素子とが、積層されている請求項１～１０のいずれか一項に記載の導光素子。
- 前記第１入射回折素子と前記第２入射回折素子とが、前記導光板の面方向の異なる位置に配列されている請求項１～１０のいずれか一項に記載の導光素子。
- 前記第１出射回折素子と前記第２出射回折素子とが、積層されている請求項１～１２のいずれか一項に記載の導光素子。
- 前記第１入射回折素子、前記第２入射回折素子、前記第１出射回折素子および前記第２出射回折素子の回折構造の周期が１μｍ以下である請求項１～１３のいずれか一項に記載の導光素子。
- 前記導光板に設けられる第３入射回折素子および第３出射回折素子を有し、
前記第３入射回折素子と前記第１入射回折素子とは、入射した光を互いに異なる方向に回折して、前記導光板に入射させるものであり、
前記第３出射回折素子は、前記第３入射回折素子によって回折され、前記導光板内を伝搬された光を前記導光板から出射させるものであり、
前記第３入射回折素子の回折構造の周期は、前記第１入射回折素子および前記第２入射回折素子の回折構造の周期と異なり、
前記第３出射回折素子の回折構造の周期は、前記第１出射回折素子および前記第２出射回折素子の回折構造の周期とは異なり、
前記第３出射回折素子は、前記第１出射回折素子および前記第２出射回折素子と、前記導光板の主面の面方向において重複する位置に配置されており、
前記第３出射回折素子の回折構造の周期方向と、前記第１出射回折素子の回折構造の周期方向とが交差している請求項１～１４のいずれか一項に記載の導光素子。 - 前記第１入射回折素子の回折構造の周期をΛi1とし、前記第２入射回折素子の回折構造の周期をΛi2、前記第３入射回折素子の回折構造の周期をΛi3とすると、
Λi3≦Λi1≦Λi2
を満たす請求項１５に記載の導光素子。 - 請求項１～１６のいずれか一項に記載の導光素子と、
前記導光素子の前記第１入射回折素子および前記第２入射回折素子に画像を照射する表示素子と、を有する画像表示装置。 - 前記表示素子が、円偏光を照射する請求項１７に記載の画像表示装置。
- 前記導光素子の前記第１入射回折素子に画像を照射する第１表示素子と、
前記導光素子の前記第２入射回折素子に画像を照射する第２表示素子と、を有し、
前記第１表示素子が照射する光の中心波長と、前記第２表示素子が照射する光の中心波長とが互いに異なる請求項１７または１８に記載の画像表示装置。
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