WO2021106542A1 - 導光素子および画像表示装置 - Google Patents

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WO2021106542A1
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diffraction
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light guide
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佐藤　寛
克己 篠田
齊藤　之人
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富士フイルム株式会社
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    • G02B2027/0174—Head mounted characterised by optical features holographic

Definitions

  • the present invention relates to a light guide element that propagates light and an image display device that uses this light guide element.
  • AR glasses In recent years, AR (Augmented Reality) glasses have been put into practical use, which superimpose virtual images and various information on the scene actually viewed as described in Non-Patent Document 1. There is. AR glasses are also called smart glasses, head-mounted displays (HMD (Head Mounted Display)), AR glasses, and the like.
  • HMD Head Mounted Display
  • Non-Patent Document 1 As shown in Non-Patent Document 1, as an example, in the AR glass, the image displayed by the display (optical engine) is incident on one end of the light guide plate and propagated, and then emitted from the other end, so that the user can use the AR glass. A virtual image is superimposed on the actual scene.
  • a diffraction element is used to diffract (refract) the light (projected light) from the display and incident it on one end of the light guide plate.
  • light is introduced into the light guide plate at an angle, and the light is totally reflected and propagated in the light guide plate.
  • the light propagating through the light guide plate is also diffracted by the diffraction element at the other end of the light guide plate, and is emitted from the light guide plate to the observation position by the user.
  • Patent Document 1 describes that a part of an incident image is diffracted in a different direction to divide the image into two systems, and each route in the light guide plate is different. It is described that the viewing angle is increased by guiding the light with a light guide and integrating the light when the light is emitted by the emission diffraction element.
  • an image consisting of light having three color wavelengths of R (red), G (green), and B (blue) is irradiated from the display, and each light is diffracted to obtain a light guide plate.
  • a color image can be displayed by guiding the light inside and emitting it from the light guide plate by a diffractive element to an observation position by the user and superimposing and displaying an image of three-color light (Patent Document 1). reference).
  • the period of the diffraction structure is different between the G diffraction element and the R diffraction element and the B diffraction element.
  • the diffraction angle by the diffraction element depends on the period of the diffraction structure of the diffraction element and the wavelength of light. Therefore, the G light diffracted by the G diffractive element, the G light diffracted by the R diffractive element, and the G light diffracted by the B diffractive element are diffracted at different angles. Similarly, some of the R light and the B light are diffracted at different angles by a diffraction element other than the corresponding diffraction element. As a result, the multiple image is visually recognized.
  • An object of the present invention is to solve the problems of the prior art, to provide a light guide element capable of suppressing the generation of multiple images and widening the viewing angle, and an image display device using the light guide element. To provide.
  • the first A incident diffraction element, the first B incident diffraction element, the first A exit diffraction element, and the first B exit diffraction element diffract light in the same wavelength range.
  • the second A incident diffraction element, the second B incident diffraction element, the second A exit diffraction element, and the second B exit diffraction element diffract the light in the same wavelength range.
  • the first A incident diffraction element and the second A incident diffraction element diffract the incident light in different directions and cause the incident light to enter the light guide plate.
  • the first B incident diffraction element and the second B incident diffraction element diffract the incident light in different directions and cause the incident light to enter the light guide plate.
  • the first A exit diffraction element is one that diffracts the light by the first A incident diffraction element and emits the light propagated in the light guide plate from the light guide plate.
  • the first B exit diffraction element is one that diffracts the light by the first B incident diffraction element and emits the light propagated in the light guide plate from the light guide plate.
  • the second A exit diffraction element is one that diffracts the light by the second A incident diffraction element and emits the light propagated in the light guide plate from the light guide plate.
  • the second B exit diffraction element is one that diffracts the light by the second B incident diffraction element and emits the light propagated in the light guide plate from the light guide plate.
  • the period of the diffraction structure of the first B incident diffraction element and the period of the diffraction structure of the second A incident diffraction element and the second B incident diffraction element are different.
  • the period of the diffraction structure of the first A output diffraction element and the period of the diffraction structure of the second A output diffraction element and the second B output diffraction element are different.
  • the period of the diffraction structure of the first B emission diffraction element and the period of the diffraction structure of the second A emission diffraction element and the second B emission diffraction element are different.
  • the first A emission diffraction element, the first B emission diffraction element, the second A emission diffraction element, and the second B emission diffraction element are arranged at overlapping positions in the surface direction of the main surface of the light guide plate.
  • the periodic direction of the diffraction structure of the first A emission diffraction element intersects with the periodic direction of the diffraction structure of the second A emission diffraction element and the periodic direction of the diffraction structure of the second B emission diffraction element.
  • a light guide element in which the periodic direction of the diffraction structure of the first B emission diffraction element intersects the periodic direction of the diffraction structure of the second A emission diffraction element and the periodic direction of the diffraction structure of the second B emission diffraction element.
  • it has a first A intermediate diffraction element, a first B intermediate diffraction element, a second A intermediate diffraction element, and a second B intermediate diffraction element provided on the light guide plate.
  • the first A intermediate diffraction element is diffracted by the first A incident diffraction element, and the light propagated in the light guide plate is diffracted toward the first A exit diffraction element.
  • the first B intermediate diffraction element is diffracted by the first B incident diffraction element, and the light propagated in the light guide plate is diffracted toward the first B exit diffraction element.
  • the second A intermediate diffraction element is diffracted by the second A incident diffraction element, and the light propagated in the light guide plate is diffracted toward the second A exit diffraction element.
  • the second B intermediate diffraction element is diffracted by the second B incident diffraction element, and the light propagated in the light guide plate is diffracted toward the second B exit diffraction element.
  • the period of the diffraction structure of the first A intermediate diffraction element and the period of the diffraction structure of the second A intermediate diffraction element and the second B intermediate diffraction element are different.
  • the first A intermediate diffraction element, a first B intermediate diffraction element, a second A intermediate diffraction element, and a second B intermediate diffraction element are either a volume hologram type diffraction element or a polarization diffraction element, respectively, as described in [2].
  • the liquid crystal diffraction element is either in the slow phase axial plane or in the phase advance axial plane.
  • the light guide element according to any one of [5] to [8], wherein the direction in which the in-plane retardation is minimized is inclined from the normal direction.
  • Any of [1] to [9] in which the period of the diffraction structure of the first A exit diffraction element, the first B exit diffraction element, the second A exit diffraction element, and the second B exit diffraction element is 0.1 ⁇ m to 10 ⁇ m.
  • the light guide plate has a third A incident diffraction element, a third B incident diffraction element, a third A exit diffraction element, and a third B exit diffraction element.
  • the 3A incident diffraction element, the 3B incident diffraction element, the 3A exit diffraction element, and the 3B exit diffraction element diffract the light in the same wavelength range.
  • the third A incident diffraction element is different from the second A incident diffraction element in that the incident light is diffracted in different directions and incident on the light guide plate.
  • the third B incident diffraction element is different from the second B incident diffraction element in that the incident light is diffracted in different directions and incident on the light guide plate.
  • the third A exit diffraction element is one that diffracts the light by the third A incident diffraction element and emits the light propagated in the light guide plate from the light guide plate.
  • the third B exit diffraction element is one that diffracts the light by the third B incident diffraction element and emits the light propagated in the light guide plate from the light guide plate.
  • the period of the diffraction structure of the third A incident diffraction element and the third B incident diffraction element is the period of the diffraction structure of the first A incident diffraction element and the first B incident diffraction element, and the diffraction of the second A incident diffraction element and the second B incident diffraction element.
  • the period of the diffraction structure of the third A output diffraction element and the third B output diffraction element is the period of the diffraction structure of the first A output diffraction element and the first B output diffraction element, and the diffraction of the second A output diffraction element and the second B output diffraction element.
  • the third A emission diffraction element and the third B emission diffraction element are arranged at positions overlapping with the second A emission diffraction element and the second B emission diffraction element in the surface direction of the main surface of the light guide plate.
  • the periodic direction of the diffraction structure of the third A emission diffraction element intersects with the periodic direction of the diffraction structure of the second A emission diffraction element and the second B emission diffraction element.
  • Optical element. [14]
  • the period of the diffraction structure of the 1st A incident diffraction element and the 1st B incident diffraction element is set to ⁇ in 1 .
  • the period of the diffraction structure of the second A incident diffraction element and the second B incident diffraction element is set to ⁇ in 2 .
  • the period of the diffraction structure of the 3A incident diffraction element and the 3B incident diffraction element is set to ⁇ in3 .
  • ⁇ out1 be the period of the diffraction structure of the 1st A exit diffraction element and the 1st B exit diffraction element.
  • ⁇ out2 be the period of the diffraction structure of the 2nd A exit diffraction element and the 2B exit diffraction element.
  • the light guide plate is provided with a first A intermediate diffraction element, a first B intermediate diffraction element, a second A intermediate diffraction element, a second B intermediate diffraction element, a third A intermediate diffraction element, and a third B intermediate diffraction element.
  • the third A intermediate diffraction element is diffracted by the third A incident diffraction element, and the light propagated in the light guide plate is diffracted toward the third A exit diffraction element.
  • the third B intermediate diffraction element is diffracted by the third B incident diffraction element, and the light propagated in the light guide plate is diffracted toward the third B exit diffraction element.
  • the period of the diffraction structure of the third A intermediate diffraction element and the period of the diffraction structure of the second A intermediate diffraction element and the second B intermediate diffraction element are different.
  • the period of the diffraction structure of the 1st A intermediate diffraction element and the 1st B intermediate diffraction element is set to ⁇ mid1 .
  • the period of the diffraction structure of the second A intermediate diffraction element and the second B intermediate diffraction element is set to ⁇ mid2 .
  • the third A incident diffraction element, the third B incident diffraction element, the third A exit diffraction element, and the third B exit diffraction element are either a volume hologram type diffraction element or a polarization diffraction element, respectively [13] to [ 17]
  • the pitch of the 2nd A incident diffraction element and the 2nd B incident diffraction element is set to P in 2 .
  • the pitch of the 3A incident diffraction element and the 3B incident diffraction element is set to P in3 .
  • the pitch of the 2nd A exit diffraction element and the 2nd B exit diffraction element is set to P out2 .
  • the light guide element according to any one of [13] to [23] and It has a first A incident diffraction element, a first B incident diffraction element, a second A incident diffraction element, a second B incident diffraction element, a third A incident diffraction element, and a display element that irradiates an image on the third B incident diffraction element.
  • Image display device has a first A incident diffraction element, a first B incident diffraction element, a second A incident diffraction element, a second B incident diffraction element, a third A incident diffraction element, and a display element that irradiates an image on the third B incident diffraction element.
  • the present invention it is possible to provide a light guide element capable of suppressing the generation of multiple images and widening the viewing angle, and an image display device using this light guide element.
  • FIG. 1 It is a front view which conceptually shows an example of the image display device which uses the light guide element of this invention. It is a top view which conceptually shows the image display device shown in FIG. It is a side view which conceptually shows the image display device shown in FIG. It is a conceptual diagram for demonstrating the operation of the image display apparatus shown in FIG. It is a conceptual diagram for demonstrating the operation of the image display apparatus shown in FIG. It is a front view which conceptually shows an example of the image display device which uses another example of the light guide element of this invention. It is a top view which conceptually shows the image display device shown in FIG. It is a side view which conceptually shows the image display device shown in FIG. It is a conceptual diagram for demonstrating the operation of the image display apparatus shown in FIG.
  • FIG. It is a conceptual diagram for demonstrating the operation of the image display apparatus shown in FIG. It is a front view which conceptually shows an example of the image display device which uses another example of the light guide element of this invention. It is a top view which conceptually shows the image display device shown in FIG. It is a side view which conceptually shows the image display device shown in FIG. It is a conceptual diagram for demonstrating the operation of the image display apparatus shown in FIG. It is a conceptual diagram for demonstrating the operation of the image display apparatus shown in FIG. It is a front view which conceptually shows a volume hologram type diffraction element. It is a top view which conceptually shows the liquid crystal phase used as a diffraction element. It is sectional drawing of the liquid crystal layer shown in FIG.
  • FIG. 24 It is a figure which conceptually shows the cross-sectional SEM (scanning electron microscope) image of the liquid crystal layer shown in FIG. It is a conceptual diagram for demonstrating the operation of the liquid crystal layer shown in FIG. It is a figure which conceptually shows another example of the liquid crystal layer used as a diffraction element. It is a figure which conceptually shows another example of the liquid crystal layer used as a diffraction element. It is a conceptual diagram of an example of an exposure apparatus which exposes an alignment film. It is a figure which conceptually shows another example of the liquid crystal layer used for a diffraction element. It is a top view of the liquid crystal layer shown in FIG. 24. It is a conceptual diagram for demonstrating the operation of the liquid crystal layer shown in FIG. 24. It is a conceptual diagram for demonstrating the operation of the liquid crystal layer shown in FIG. 24. It is a figure for demonstrating the occurrence of a multiple image.
  • SEM scanning electron microscope
  • visible light is light having a wavelength visible to the human eye among electromagnetic waves, and indicates light in the wavelength range of 380 to 780 nm.
  • Invisible light is light in a wavelength range of less than 380 nm and a wavelength range of more than 780 nm.
  • the light in the wavelength range of 420 to 490 nm is blue light
  • the light in the wavelength range of 495 to 570 nm is green light
  • the light in the wavelength range of 620 to 750 nm is 620 to 750 nm.
  • the light of is red light.
  • the light guide element of the present invention The light guide plate and the first A incident diffraction element, the first B incident diffraction element, the second A incident diffraction element, the second B incident diffraction element, the first A exit diffraction element, the first B exit diffraction element, and the second A exit diffraction element provided on the light guide plate. And has a second B exit diffraction element, The first A incident diffraction element, the first B incident diffraction element, the first A exit diffraction element, and the first B exit diffraction element diffract light in the same wavelength range.
  • the second A incident diffraction element, the second B incident diffraction element, the second A exit diffraction element, and the second B exit diffraction element diffract the light in the same wavelength range.
  • the first A incident diffraction element and the second A incident diffraction element diffract the incident light in different directions and cause the incident light to enter the light guide plate.
  • the first B incident diffraction element and the second B incident diffraction element diffract the incident light in different directions and cause the incident light to enter the light guide plate.
  • the first A exit diffraction element is one that diffracts the light by the first A incident diffraction element and emits the light propagated in the light guide plate from the light guide plate.
  • the first B exit diffraction element is one that diffracts the light by the first B incident diffraction element and emits the light propagated in the light guide plate from the light guide plate.
  • the second A exit diffraction element is one that diffracts the light by the second A incident diffraction element and emits the light propagated in the light guide plate from the light guide plate.
  • the second B exit diffraction element is one that diffracts the light by the second B incident diffraction element and emits the light propagated in the light guide plate from the light guide plate.
  • the period of the diffraction structure of the first B incident diffraction element and the period of the diffraction structure of the second A incident diffraction element and the second B incident diffraction element are different.
  • the period of the diffraction structure of the first A output diffraction element and the period of the diffraction structure of the second A output diffraction element and the second B output diffraction element are different.
  • the period of the diffraction structure of the first B emission diffraction element and the period of the diffraction structure of the second A emission diffraction element and the second B emission diffraction element are different.
  • the first A emission diffraction element, the first B emission diffraction element, the second A emission diffraction element, and the second B emission diffraction element are arranged at overlapping positions in the surface direction of the main surface of the light guide plate.
  • the periodic direction of the diffraction structure of the first A emission diffraction element intersects with the periodic direction of the diffraction structure of the second A emission diffraction element and the periodic direction of the diffraction structure of the second B emission diffraction element.
  • the image display device of the present invention With the above-mentioned light guide element It is an image display device including a first incident diffraction element of a light guide element and a display element for irradiating an image on the second incident diffraction element.
  • the image display device of the present invention displays an image of two or more colors.
  • FIG. 1 is a front view, which is a view of the image display device 10a as viewed from the side of the observation side by the user U.
  • FIG. 2 is a top view, and is a view of the image display device 10a viewed from above on the paper surface of FIG.
  • FIG. 3 is a side view, and is a view of the image display device 10a as viewed from the right-hand side of the paper surface of FIG.
  • the image display device 10a shown in FIG. 1 is used as an AR glass as a suitable example.
  • the light guide element of the present invention can also be used for optical elements such as transparent screens, lighting devices (including backlights of liquid crystal displays), and sensors. Further, the image display device of the present invention can also be used for an image display device using these optical elements.
  • the image display device 10a shown in FIGS. 1 to 3 includes a plurality of display elements 12, a light guide plate 16, and a first A incident diffraction element 17A, a first B incident diffraction element 17B, and a second A incident diffraction element provided on the light guide plate 16. It has 18A, a second B incident diffraction element 18B, a first A exit diffraction element 23A, a first B exit diffraction element 23B, a second A exit diffraction element 24A, and a light guide element 14a having a second B exit diffraction element 24B. Note that the display element 12 is not shown in FIG.
  • the image display device 10a superimposes and displays a two-color image of blue and green.
  • the image display device 10a includes a display element 12B 1 and a display element 12B 2 (not shown) that irradiate a blue image (image light), and a display element 12G 1 and a display element that irradiate a green image. It has 12G 2 and. That is, the display element 12B 1 and the display element 12B 2 irradiate light (image) in the same wavelength range, and the display element 12G 1 and the display element 12G 2 irradiate light (image) in the same wavelength range. It is a thing.
  • the display element 12B 1 faces the first A incident diffraction element 17A with the light guide plate 16 sandwiched so that the first A incident diffraction element 17A is irradiated with an image. Have been placed.
  • the display element 12B 2 is arranged so that the irradiation surface faces the first B incident diffraction element 17B with the light guide plate 16 interposed therebetween so as to irradiate the image on the first B incident diffraction element 17B.
  • the display element 12G 1 is arranged so that the irradiation surface of the second A incident diffraction element 18A faces the second A incident diffraction element 18A with the light guide plate 16 interposed therebetween so as to irradiate the image on the second A incident diffraction element 18A.
  • the display element 12G 2 is arranged so that the irradiation surface of the second B incident diffraction element 18B faces the second B incident diffraction element 18B with the light guide plate 16 interposed therebetween so as to irradiate the image on the second B incident diffraction element 18B.
  • the first A emission diffraction element 23A, the first B emission diffraction element 23B, and the second A emission diffraction element 24A are located at the center position of one main surface of the light guide plate 16.
  • the second B emission diffraction element 24B is laminated and arranged.
  • the first A exit diffraction element 23A, the first B exit diffraction element 23B, the second A exit diffraction element 24A, and the second B exit diffraction element 24B are collectively referred to as an exit diffraction element. Further, in FIG.
  • the first A incident diffraction element 17A is arranged on the upper right side of the exit diffraction element
  • the first B incident diffraction element 17B is arranged on the lower left side of the exit diffraction element
  • the second A incident is arranged on the upper left side of the exit diffraction element.
  • the diffraction element 18A is arranged
  • the second B incident diffraction element 18B is arranged on the lower right side of the exit diffraction element.
  • the exit diffraction element is arranged on the line connecting the first A incident diffraction element 17A and the first B incident diffraction element 17B, and the second A incident diffraction element 18A and the second B incident diffraction element 18B are connected.
  • the exit diffraction element is arranged on the line.
  • the first A incident diffraction element 17A diffracts the blue image B 1 irradiated by the display element 12B 1 at an angle that totally reflects inside the light guide plate 16.
  • the blue image B 1 diffracted by the first A incident diffraction element 17A is guided through the light guide plate 16 and incident on the first A exit diffraction element 23A, and is diffracted by the first A exit diffraction element 23A to be diffracted by the first A exit diffraction element 23A. Emitted from 16. That is, the first A exit diffraction element 23A is diffracted by the first A incident diffraction element 17A, and the light propagated in the light guide plate 16 is diffracted and emitted from the light guide plate 16.
  • the first B incident diffraction element 17B diffracts the blue image B 2 irradiated by the display element 12B 2 at an angle that totally reflects inside the light guide plate 16.
  • the blue image B 2 diffracted by the first B incident diffraction element 17B is guided through the light guide plate 16 and incident on the first B exit diffraction element 23B, and is diffracted by the first B exit diffraction element 23B to be diffracted by the first B exit diffraction element 23B. Emitted from 16. That is, the first B exit diffraction element 23B is diffracted by the first B incident diffraction element 17B, and the light propagated in the light guide plate 16 is diffracted and emitted from the light guide plate 16.
  • the 2A input diffraction element 18A is a display device 12G 1 images G 1 green irradiated is diffracted to the angle of total reflection within the light guide plate 16.
  • the green image G 1 diffracted by the second A incident diffraction element 18A is guided through the light guide plate 16 and incident on the second A exit diffraction element 24A, and is diffracted by the second A exit diffraction element 24A to be diffracted by the light guide plate. Emitted from 16. That is, the second A exit diffraction element 24A is diffracted by the second A incident diffraction element 18A, and the light propagated in the light guide plate 16 is diffracted and emitted from the light guide plate 16.
  • the 2B input diffraction element 18B is a display element 12G 2 image G 2 green irradiated is diffracted to the angle of total reflection within the light guide plate 16.
  • the green image G 2 diffracted by the second B incident diffraction element 18B is guided through the light guide plate 16 and enters the second B exit diffraction element 24B, and is diffracted by the second B exit diffraction element 24B to be diffracted by the light guide plate. Emitted from 16. That is, the second B exit diffraction element 24B is diffracted by the second B incident diffraction element 18B, and the light propagated in the light guide plate 16 is diffracted and emitted from the light guide plate 16.
  • the first A exit diffraction element 23A, the first B exit diffraction element 23B, the second A exit diffraction element 24A, and the second B exit diffraction element 24B are arranged overlapping in the surface direction of the main surface of the light guide plate 16, the first A The image diffracted by the exit diffraction element 23A, the first B exit diffraction element 23B, the second A exit diffraction element 24A, and the second B exit diffraction element 24B is emitted from the light guide plate 16 in substantially the same plane, and is emitted by the user. Used for observation by U.
  • the blue image irradiated by the display element 12B 1 and the display element 12B 2 and the green image irradiated by the display element 12G 1 and the display element 12G 2 are superimposed and directed toward the user U as a two-color image. Is displayed.
  • the first A incident diffraction element 17A and the first A exit diffraction element 23A, and the first B incident diffraction element 17B and the first B exit diffraction element 23B both diffract a blue image. That is, it diffracts light in the same wavelength range.
  • the first A incident diffraction element 17A and the first B incident diffraction element 17B are arranged at different positions in the surface direction of the main surface of the light guide plate 16, and diffract the incident light in different directions. To do. Specifically, the first A incident diffraction element 17A diffracts light in the lower left direction in FIG. 1, and the first B incident diffraction element 17B diffracts light in the upper right direction in FIG.
  • the traveling direction of the light diffracted by the first A incident diffraction element 17A (direction of arrow B 1 ) and the traveling direction of the light diffracted by the first B incident diffraction element 17B (direction of arrow B 2 ).
  • the blue image irradiated by the display element 12B 1 and the display element 12B 2 is guided in the light guide plate 16 by two different systems, and the emission is laminated at the same position. It is diffracted by a diffraction element and emitted from the light guide plate 16.
  • the image display device 10a displays the image B 1 and the image B 2 together as one image. This makes it possible to increase the viewing angle of the blue image.
  • the incident angle of the light with respect to the normal at the interface between the light guide plate and the air must be smaller than the critical angle. Therefore, when the image is guided in the light guide plate by one system, the field of view of the image emitted is limited by this critical angle.
  • the viewing angle can be widened by adopting a configuration in which the light guide plate 16 is guided by two different systems and displaying the images guided by the respective systems together as one image.
  • the second A incident diffraction element 18A and the second A exit diffraction element 24A, and the second B incident diffraction element 18B and the second B exit diffraction element 24B both diffract a green image. That is, it diffracts light in the same wavelength range.
  • the second A incident diffraction element 18A and the second B incident diffraction element 18B are arranged at different positions in the surface direction of the main surface of the light guide plate 16, and diffract the incident light in different directions. To do. Specifically, the second A incident diffraction element 18A diffracts light in the lower right direction in FIG. 1, and the second B incident diffraction element 18B diffracts light in the upper left direction in FIG.
  • the traveling direction of the light diffracted by the second A incident diffracting element 18A (direction of arrow G 1 ) and the traveling direction of the light diffracted by the second B incident diffracting element 18B (direction of arrow G 2 ).
  • the green image irradiated by the display element 12G 1 and the display element 12G 2 is guided in the light guide plate 16 by two different systems, and the emission is laminated at the same position. It is diffracted by a diffraction element and emitted from the light guide plate 16.
  • the image display device 10a displays the image G 1 and the image G 2 together as one image. This makes it possible to increase the viewing angle of the green image.
  • the diffraction angle by the diffraction element differs depending on the wavelength of light when the period of the diffraction structure is the same. Therefore, in order to diffract light of different wavelengths at the same angle and emit it in the same direction, it is necessary to adjust the period of the diffraction structure of the diffraction element according to the wavelength of the diffracted light. Therefore, the period of the diffraction structure of the first A incident diffraction element 17A is different from the period of the diffraction structure of the second A incident diffraction element 18A and the period of the diffraction structure of the second B incident diffraction element 18B, and the period of the first B incident diffraction is different.
  • the period of the diffraction structure of the element 17B is different from the period of the diffraction structure of the second A incident diffraction element 18A and the period of the diffraction structure of the second B incident diffraction element 18B. Further, the period of the diffraction structure of the first A emission diffraction element 23A is different from the period of the diffraction structure of the second A emission diffraction element 24A and the period of the diffraction structure of the second B emission diffraction element 24B, and the period of the first B emission diffraction is different. The period of the diffraction structure of the element 23B is different from the period of the diffraction structure of the second A emission diffraction element 24A and the period of the diffraction structure of the second B emission diffraction element 24B.
  • the period of the diffraction structure of the first A incident diffraction element 17A and the period of the diffraction structure of the first B incident diffraction element 17B may be the same or different. Further, the period of the diffraction structure of the second A incident diffraction element 18A and the period of the diffraction structure of the second B incident diffraction element 18B may be the same or different. Further, the period of the diffraction structure of the first A emission diffraction element 23A and the period of the diffraction structure of the first B emission diffraction element 23B may be the same or different.
  • the period of the diffraction structure of the second A emitting diffraction element 24A and the period of the diffraction structure of the second B emitting diffraction element 24B may be the same or different. It is preferable that the period of the diffraction structure of the first A incident diffraction element 17A and the period of the diffraction structure of the first B incident diffraction element 17B are the same, and the period of the diffraction structure of the second A incident diffraction element 18A and the second B incident diffraction. It is preferable that the period of the diffraction structure of the element 18B is the same.
  • the period of the diffraction structure of the first A emission diffraction element 23A and the period of the diffraction structure of the first B emission diffraction element 23B are the same, and the period of the diffraction structure of the second A emission diffraction element 24A and the second B It is preferable that the period of the diffraction structure of the emission diffraction element 24B is the same.
  • the periodic direction of the diffraction structure of the first A exit diffraction element 23A intersects the periodic direction of the diffraction structure of the second A exit diffraction element 24A and the periodic direction of the diffraction structure of the second B exit diffraction element 24B.
  • the periodic direction of the diffraction structure of the first B exit diffraction element 23B intersects with the periodic direction of the diffraction structure of the second A exit diffraction element 24A and the periodic direction of the diffraction structure of the second B exit diffraction element 24B.
  • FIG. 4 shows the relationship between the traveling direction of the blue image B 1 incident from the first A incident diffraction element 17A and the diffraction structure of the first A emitting diffraction element 23A that diffracts the blue image B 1 and emits it from the light guide plate 16. as well as the relationship between the diffraction structure of the 2A outgoing diffraction element 24A that is emitted from the 2A input diffraction element 18A traveling direction and the light guide plate 16 diffracts the image G 1 of the green green image G 1 incident from It is a figure which represents typically. Further, FIG.
  • FIGS. 4 and 5 show the traveling direction of the blue image B 2 incident from the first B incident diffraction element 17B and the diffraction structure of the first B exit diffraction element 23B that diffracts the blue image B 2 and emits it from the light guide plate 16.
  • the liquid crystal layer used as the diffraction element has a liquid crystal orientation pattern in which the orientation of the optical axis derived from the liquid crystal compound changes while continuously rotating along at least one direction in the plane.
  • the direction in which the direction of the optical axis derived from the liquid crystal compound changes while continuously rotating in FIG. 4, array axis D 1a , array axis D 2a , in FIG. 5, array axis D 1b).
  • Arrangement axis D 2b corresponds to the periodic direction of the diffraction structure.
  • the first A incident diffraction element 17A diffracts the incident blue image B 1 toward the lower left direction. Therefore, the first A emitting diffraction element 23A diffracts the blue image B 1 traveling in the lower left direction in the front direction (the direction perpendicular to the main surface of the light guide plate 16), so that the periodic direction (arrangement axis) of the diffraction structure thereof.
  • the direction of D 1a is arranged so as to be parallel to the traveling direction (traveling direction in the plane direction) of the blue image B 1 when it is incident on the first A emitting diffraction element 23A. Further, as shown in FIG.
  • the second A incident diffraction element 18A diffracts the incident green image G 1 toward the lower right direction. Therefore, in order to diffract the green image G 1 traveling in the lower right direction in the front direction of the second A emission diffraction element 24A, the periodic direction of the diffraction structure (direction of the array axis D 2a ) is the second A emission diffraction. It is arranged so as to be parallel to the traveling direction of the green image G 1 when it is incident on the element 24A.
  • the first B incident diffraction element 17B diffracts the incident blue image B 2 toward the upper right direction. Therefore, in order to diffract the blue image B 2 traveling in the upper right direction in the front direction of the first B exit diffraction element 23B, the periodic direction of the diffraction structure (direction of the array axis D 1b ) is the first B exit diffraction element. It is arranged so as to be parallel to the traveling direction of the blue image B 2 when it is incident on 23B. Further, as shown in FIG. 5, the second B incident diffraction element 18B diffracts the incident green image G 2 toward the upper left direction.
  • the periodic direction of the diffraction structure (direction of the array axis D 2b ) is the second B exit diffraction element. It is arranged so as to be parallel to the traveling direction of the green image G 2 when it is incident on 24B.
  • the periodic direction of the periodic structure of the first A exit diffraction element 23A (direction of the array axis D 1a ), the periodic direction of the periodic structure of the second A exit diffraction element 24A (direction of the array axis D 2a ), and the second B emission. It intersects the periodic direction of the periodic structure of the diffraction element 24B (the direction of the array axis D 2b ). Further, the periodic direction of the periodic structure of the first B exit diffraction element 23B (direction of the array axis D 1b ), the periodic direction of the periodic structure of the second A output diffraction element 24A (direction of the array axis D 2a ), and the second B emission.
  • the periodic direction of the periodic structure of the first A emitting diffraction element 23A (direction of the arrangement axis D 1a ) and the periodic direction of the periodic structure of the first B emitting diffraction element 23B (arrangement axis D 1b).
  • (Direction of) is parallel to the periodic direction of the periodic structure of the second A exit diffraction element 24A (direction of the arrangement axis D 2a ) and the periodic direction of the periodic structure of the second B exit diffraction element 24B (arrangement axis D 2b).
  • Direction is parallel.
  • a light guide element used for AR glass or the like for example, an image of three colors of RGB is irradiated from a display, each light is diffracted and guided into the light guide plate, and the light guide plate is used by the diffraction element.
  • the diffractive elements on the emitting side corresponding to each RGB color are overlapped and displayed.
  • the G light is diffracted by the G diffracting element 204 for diffracting the G light
  • the R diffracting element 206 for diffracting the R light and / or the B light is diffracted.
  • the B diffractive element 208 for this purpose, a part of the light is diffracted.
  • the G diffraction element 204, the R diffraction element 206, and the B diffraction element 208 have different periods of diffraction structure. Therefore, the G light diffracted by the G diffraction element 204, the G light diffracted by the R diffraction element 206, and the G light diffracted by the B diffraction element 208 are diffracted at different angles. This causes a problem that the multiple image is visually recognized.
  • the periodic direction of the diffraction structure of the first A exit diffraction element 23A, the periodic direction of the diffraction structure of the second A exit diffraction element 24A, and the diffraction structure of the second B exit diffraction element 24B Arranged so as to intersect the periodic direction, the periodic direction of the diffraction structure of the first B exit diffraction element 23B, the periodic direction of the diffraction structure of the second A exit diffraction element 24A, and the period of the diffraction structure of the second B exit diffraction element 24B. Place it so that it intersects the direction.
  • the light having a wavelength to be diffracted by the first A exit diffraction element 23A is incident on the diffraction structure of the second A exit diffraction element 24A and the diffraction structure of the second B exit diffraction element 24B from a direction in which it is difficult to be diffracted. Therefore, it is possible to suppress that the light having a wavelength to be diffracted by the first A exit diffraction element 23A is diffracted by the second A exit diffraction element 24A and the second B exit diffraction element 24B, and it is possible to suppress the generation of multiple images.
  • the light having a wavelength to be diffracted by the first B exit diffraction element 23B is incident on the diffraction structure of the second A exit diffraction element 24A and the diffraction structure of the second B exit diffraction element 24B from a direction in which it is difficult to be diffracted. Therefore, it is possible to suppress that the light having a wavelength to be diffracted by the first B exit diffraction element 23B is diffracted by the second A exit diffraction element 24A and the second B exit diffraction element 24B, and it is possible to suppress the generation of multiple images.
  • the light having a wavelength to be diffracted by the second A emitting diffraction element 24A is incident on the diffraction structure of the first A emitting diffraction element 23A and the diffraction structure of the first B emitting diffraction element 23B from a direction in which it is difficult to be diffracted. Therefore, it is possible to suppress that the light having a wavelength to be diffracted by the second A exit diffraction element 24A is diffracted by the first A exit diffraction element 23A and the first B exit diffraction element 23B, and it is possible to suppress the generation of multiple images.
  • the light having a wavelength to be diffracted by the second B exit diffraction element 24B is incident on the diffraction structure of the first A exit diffraction element 23A and the diffraction structure of the first B exit diffraction element 23B from a direction in which it is difficult to be diffracted. Therefore, it is possible to suppress that the light having a wavelength to be diffracted by the second B exit diffraction element 24B is diffracted by the first A exit diffraction element 23A and the first B exit diffraction element 23B, and it is possible to suppress the generation of multiple images.
  • the light guide element and the image display device of the present invention can suppress the generation of multiple images while widening the viewing angle.
  • the image display device displays a two-color image of blue and green, but the present invention is not limited to this, and a two-color image of another color (wavelength) may be used.
  • it may be a two-color image of green and red, or it may be a two-color image of blue and red.
  • the periodic direction of the diffraction structure of the first A exit diffraction element 23A, the periodic direction of the diffraction structure of the first B exit diffraction element 23B, and the second A emission diffraction element 24A is preferably 40 ° to 140 °, more preferably 60 ° to 120 °, and 80 ° to 100 °. Is even more preferable. This point is the same in the case of the configuration having an intermediate diffraction element described later and the configuration of displaying an image of three or more colors.
  • the periodic direction of the diffraction structure of the emission diffraction element is such that when the emission diffraction element is arranged on the light guide plate and light is incident from the normal direction of the emission diffraction element, the diffracted light of the light diffracted in the light guide plate.
  • the periodic direction of the diffraction structure having the higher intensity is defined as the 0 ° periodic direction
  • the periodic direction of the diffraction structure having the smaller diffraction intensity is defined as the 180 ° periodic direction.
  • the angle formed by the periodic directions of the diffraction structures is the angle formed by the 0 ° periodic direction of the diffraction structure of the first A emitting diffraction element 23A and the 0 ° periodic direction of the diffraction structure of the second A emitting diffraction element 24B.
  • the second A exit diffraction element 24A and the second B exit diffraction element 24B are bonded to the light guide plate by a bonding layer.
  • the bonding layer a layer made of various known materials can be used as long as it is a layer capable of bonding objects to be bonded to each other.
  • the bonding layer has fluidity when bonded, and then becomes a solid.
  • a layer made of an adhesive is a soft solid gel-like (rubber-like) when bonded, and is subsequently gel-like. It may be a layer made of a pressure-sensitive adhesive whose state does not change, or a layer made of a material having the characteristics of both an adhesive and a pressure-sensitive adhesive. Therefore, the bonding layer is used for bonding sheet-like objects such as optical transparent adhesives (OCA (Optical Clear Adhesive)), optical transparent double-sided tape, and ultraviolet curable resins in optical devices and optical elements. A known layer may be used.
  • OCA optical Clear Adhesive
  • a known layer may be used.
  • each diffractive element and the light guide plate 16 may be laminated and held by a frame or a jig to form the light guide element of the present invention.
  • each diffraction element may be formed directly on the light guide plate 16.
  • the method of bonding to the light guide plate will be described later with respect to the first A intermediate diffraction element 20A, the first B intermediate diffraction element 20B, the second A intermediate diffraction element 21A, the second B intermediate diffraction element 21B, the third A incident diffraction element 19A, and the third B.
  • the first A incident diffraction element 17A, the first B incident diffraction element 17B, the first A emission diffraction element 23A and the first B emission diffraction element 23B diffract.
  • the first A incident The period of the diffraction structure of the diffraction element 17A and the first B incident diffraction element 17B is ⁇ in 1
  • the period of the diffraction structure of the second A incident diffraction element 18A and the second B incident diffraction element 18B is ⁇ in 2
  • the period of the diffraction structure of the diffraction element 23B and the period of the diffraction structure of the second A exit diffraction element 24A and the second B exit diffraction element 24B are not limited and are appropriately set according to the positional relationship of each diffraction element and the like. do it.
  • the period of the diffraction structure of these diffraction elements is preferably 0.1 ⁇ m to 10 ⁇ m, more preferably 0.1 ⁇ m to 1 ⁇ m, further preferably 0.1 ⁇ m to 0.8 ⁇ m, and from the viewpoint of propagating the light guide plate 16 by total reflection. ,
  • the wavelength of the incident light ⁇ or less is particularly preferable.
  • the first A intermediate diffraction element 20A, the first B intermediate diffraction element 20B, the second A intermediate diffraction element 21A, the second B intermediate diffraction element 21B, the third A incident diffraction element 19A, and the third B incident diffraction element 19B which will be described later.
  • the configuration includes the incident diffraction element and the exit diffraction element, but the configuration may further include an intermediate diffraction element.
  • the light guide element has an intermediate diffraction element, when the light is diffracted by the intermediate diffraction element, a part of the light is diffracted at a plurality of places of the diffraction element, so that the ejection pupil can be enlarged.
  • FIG. 6 is a front view, which is a view of the image display device 10b as viewed from the side of the observation side by the user U.
  • FIG. 7 is a top view, and is a view of the image display device 10b as viewed from above on the paper surface of FIG.
  • FIG. 8 is a side view, and is a view of the image display device 10b as viewed from the right hand side of the paper surface of FIG.
  • the image display device 10b shown in FIGS. 6 to 8 includes a plurality of display elements 12, a light guide plate 16, and a first A incident diffraction element 17A, a first B incident diffraction element 17B, and a second A incident diffraction element provided on the light guide plate 16.
  • the image display device 10b superimposes and displays a two-color image of blue and green.
  • the image display device 10b shown in FIGS. 6 to 8 has the first A intermediate diffraction element 20A, the first B intermediate diffraction element 20B, the second A intermediate diffraction element 21A, and the second B intermediate diffraction element 21B, except that the image display apparatus 10b has the first A intermediate diffraction element 20A, the first B intermediate diffraction element 20B, and the second B intermediate diffraction element 21B. Since it has the same configuration as the image display device 10a shown in FIG. 3, the same parts are designated by the same reference numerals, and different points will be mainly described in the following description.
  • the first A emission diffraction element 23A, the first B emission diffraction element 23B, and the second A emission diffraction element 24A are located at the center position of one main surface of the light guide plate 16.
  • the second B emission diffraction element 24B is laminated and arranged.
  • the first A incident diffraction element 17A is arranged on the right side of the upper center of the exit diffraction element, and the second A incident diffraction element 18A is arranged on the left side.
  • first B incident diffraction element 17B is arranged on the left side of the lower center of the exit diffraction element, and the second B incident diffraction element 18B is arranged on the right side.
  • first A intermediate diffraction element 20A is arranged on the right side of the first A incident diffraction element 17A
  • the second A intermediate diffraction element 21A is arranged on the left side of the second A incident diffraction element 18A.
  • first B intermediate diffraction element 20B is arranged on the left side of the first B incident diffraction element 17B
  • the second B intermediate diffraction element 21B is arranged on the left side of the second B incident diffraction element 18B.
  • the exit diffraction element is arranged on the line connecting the first A intermediate diffraction element 20A and the first B intermediate diffraction element 20B, and the second A intermediate diffraction element 21A and the second B intermediate diffraction element 21B are connected.
  • the exit diffraction element is arranged on the line.
  • the display element 12B 1 is arranged so as to face the first A incident diffraction element 17A with the light guide plate 16 interposed therebetween.
  • the display element 12B 2 is arranged so as to face the first B incident diffraction element 17B with the light guide plate 16 interposed therebetween.
  • the display element 12G 1 is arranged so as to face the second A incident diffraction element 18A with the light guide plate 16 interposed therebetween.
  • the display element 12G 2 is arranged so as to face the second B incident diffraction element 18B with the light guide plate 16 interposed therebetween.
  • the first A incident diffraction element 17A diffracts the blue image B 1 irradiated by the display element 12B 1 toward the first A intermediate diffraction element 20A (to the right in FIG. 6) in the periodic direction of the diffraction structure.
  • the orientation of the is adjusted and arranged.
  • the 2A input diffraction element 18A is an image G 1 a green display element 12G 1 was irradiated, (in FIG. 6 to the left) the 2A toward the intermediate diffraction element 21A side to diffract, the period direction of the diffraction structure
  • the orientation of the is adjusted and arranged.
  • the first B incident diffraction element 17B diffracts the blue image B 2 irradiated by the display element 12B 2 toward the first B intermediate diffraction element 20B side (to the left in FIG. 6) in the periodic direction of the diffraction structure.
  • the orientation of the is adjusted and arranged.
  • the 2B input diffraction element 18B is an image G 2 a green display element 12G 2 was irradiated, (in the right direction in FIG. 6) the 2B toward the intermediate diffraction element 21B side to diffract, the period direction of the diffraction structure
  • the orientation of the is adjusted and arranged.
  • the first A intermediate diffraction element 20A diffracts the light diffracted by the first A incident diffraction element 17A and propagated in the light guide plate 16 toward the first A exit diffraction element 23A. That is, the first A intermediate diffraction element 20A diffracts light having the same wavelength as that of the first A incident diffraction element 17A and the first A exit diffraction element 23A.
  • the first B intermediate diffraction element 20B diffracts the light diffracted by the first B incident diffraction element 17B and propagated in the light guide plate 16 toward the first B exit diffraction element 23B.
  • the first B intermediate diffraction element 20B diffracts light having the same wavelength as that of the first B incident diffraction element 17B and the first B exit diffraction element 23B.
  • the second A intermediate diffraction element 21A diffracts the light diffracted by the second A incident diffraction element 18A and propagated in the light guide plate 16 toward the second A exit diffraction element 24A. That is, the second A intermediate diffraction element 21A diffracts light having the same wavelength as that of the second A incident diffraction element 18A and the second A exit diffraction element 24A.
  • the second B intermediate diffraction element 21B diffracts the light diffracted by the second B incident diffraction element 18B and propagated in the light guide plate 16 toward the second B exit diffraction element 24B. That is, the second B intermediate diffraction element 21B diffracts light having the same wavelength as that of the second B incident diffraction element 18B and the second B exit diffraction element 24B.
  • the first A incident diffraction element 17A When the blue image B 1 is irradiated from the display element 12B 1 , the first A incident diffraction element 17A totally reflects the blue image B 1 in the direction of the first A intermediate diffraction element 20A in the light guide plate 16. Diffract to the angle.
  • the blue image B 1 diffracted by the first A incident diffraction element 17A is guided through the light guide plate 16 and incident on the first A intermediate diffraction element 20A.
  • the 1A intermediate diffractive element 20A diffracts image B 1 of the blue as the traveling direction of the image B 1 of the incident blue is directed to a 1A outgoing diffraction element 23A.
  • the first A intermediate diffraction element 20A diffracts the incident blue image B 1 toward the lower left direction in FIG.
  • the blue image B 1 diffracted by the first A intermediate diffraction element 20A is totally reflected in the light guide plate 16 and propagates, and is incident on the first A exit diffraction element 23A.
  • the first A emission diffraction element 23A diffracts the incident blue image B 1 so as to deviate from the angle totally reflected inside the light guide plate 16.
  • the first A emission diffraction element 23A diffracts the incident blue image B 1 in a direction substantially perpendicular to the main surface of the light guide plate 16.
  • the blue image B 1 diffracted by the first A emission diffraction element 23A is emitted from the light guide plate 16 and is emitted toward the user U.
  • the first B incident diffraction element 17B When the blue image B 2 is irradiated from the display element 12B 2 , the first B incident diffraction element 17B totally reflects the blue image B 2 in the direction of the first B intermediate diffraction element 20B in the light guide plate 16. Diffract to the angle.
  • the blue image B 2 diffracted by the first B incident diffraction element 17B is guided through the light guide plate 16 and incident on the first B intermediate diffraction element 20B.
  • the 1B intermediate diffractive element 20B diffracts the blue image B 2 as the traveling direction of the image B 2 of incident blue is directed to a 1B outgoing diffraction element 23B.
  • the first B intermediate diffraction element 20B diffracts the incident blue image B 2 toward the upper right direction in FIG.
  • the blue image B 2 diffracted by the first B intermediate diffraction element 20B is totally reflected inside the light guide plate 16 and propagates, and is incident on the first B exit diffraction element 23B.
  • the first B emission diffraction element 23B diffracts the incident blue image B 2 so as to deviate from the angle totally reflected inside the light guide plate 16.
  • the first B emitting diffraction element 23B diffracts the incident blue image B 2 in a direction substantially perpendicular to the main surface of the light guide plate 16.
  • the blue image B 2 diffracted by the first B emission diffraction element 23B is emitted from the light guide plate 16 and is emitted toward the user U.
  • the second A intermediate diffraction element 21A diffracts the incident green image G 1 toward the lower right direction in FIG.
  • Image G 1 of the green diffracted by the 2A intermediate diffractive element 21A is in the light guide plate 16 propagates totally reflected, and is incident to the 2A outgoing diffraction element 24A.
  • the second A emission diffraction element 24A diffracts the incident green image G 1 so as to deviate from the angle totally reflected inside the light guide plate 16.
  • the second A emitting diffraction element 24A diffracts the incident green image G 1 in a direction substantially perpendicular to the main surface of the light guide plate 16.
  • the green image G 1 diffracted by the second A emission diffraction element 24A is emitted from the light guide plate 16 and is emitted toward the user U.
  • the second B intermediate diffraction element 21B diffracts the incident green image G 2 toward the upper left direction in FIG.
  • the green image G 2 diffracted by the second B intermediate diffraction element 21B is totally reflected and propagated in the light guide plate 16 and is incident on the second B exit diffraction element 24B.
  • the second B emission diffraction element 24B diffracts the incident green image G 2 so as to deviate from the angle totally reflected inside the light guide plate 16.
  • the second B exit diffraction element 24B diffracts the incident green image G 2 in a direction substantially perpendicular to the main surface of the light guide plate 16.
  • the green image G 2 diffracted by the second B emission diffraction element 24B is emitted from the light guide plate 16 and is emitted toward the user U.
  • the first A exit diffraction element 23A, the first B exit diffraction element 23B, the second A exit diffraction element 24A, and the second B exit diffraction element 24B are arranged overlapping in the surface direction of the main surface of the light guide plate 16, the first A The image diffracted by the exit diffraction element 23A, the first B exit diffraction element 23B, the second A exit diffraction element 24A, and the second B exit diffraction element 24B is emitted from the light guide plate 16 in substantially the same plane, and is emitted by the user. Used for observation by U.
  • the blue image irradiated by the display element 12B 1 and the display element 12B 2 and the green image irradiated by the display element 12G 1 and the display element 12G 2 are superimposed and directed toward the user U as a two-color image. Is displayed.
  • the first A incident diffraction element 17A, the first A intermediate diffraction element 20A and the first A exit diffraction element 23A, and the first B incident diffraction element 17B, the first B intermediate diffraction element 20B and the first B exit diffraction element 23B all produce a blue image. It diffracts. That is, it diffracts light in the same wavelength range. As shown in FIG.
  • the direction of travel of the light diffracted by the 1B intermediate diffraction element 20B when it is incident on the first B exit diffraction element 23B is 180 ° different (parallel and opposite to each other).
  • the blue image irradiated by the display element 12B 1 and the display element 12B 2 is guided in the light guide plate 16 by two different systems, and the emission is laminated at the same position. It is diffracted by a diffraction element and emitted from the light guide plate 16.
  • the image display device 10b displays the image B 1 and the image B 2 together as one image. This makes it possible to increase the viewing angle of the blue image.
  • the second A incident diffraction element 18A, the second A intermediate diffraction element 21A and the second A exit diffraction element 24A, and the second B incident diffraction element 18B, the second B intermediate diffraction element 21B and the second B exit diffraction element 24B all produce a green image. It diffracts. That is, it diffracts light in the same wavelength range. As shown in FIG.
  • the traveling direction of the light diffracted by the 2B intermediate diffraction element 21B when incident on the second B exit diffraction element 24B is 180 ° different (parallel and opposite to each other).
  • the green image irradiated by the display element 12G 1 and the display element 12G 2 is guided in the light guide plate 16 by two different systems, and the emission is laminated at the same position. It is diffracted by a diffraction element and emitted from the light guide plate 16.
  • the image display device 10b displays the image G 1 and the image G 2 together as one image. This makes it possible to increase the viewing angle of the green image.
  • the first A intermediate diffraction element 20A and the first B intermediate diffraction element 20B and the second A intermediate diffraction element 21A and the second B intermediate diffraction element 21B have different wavelengths of light to be diffracted, the first A intermediate diffraction element 20A and the first B The period of the diffraction structure of the intermediate diffraction element 20B is different from the period of the diffraction structure of the second A intermediate diffraction element 21A and the second B intermediate diffraction element 21B.
  • the periodic direction of the diffraction structure of the first A exit diffraction element 23A, the periodic direction of the diffraction structure of the second A exit diffraction element 24A, and the diffraction of the second B exit diffraction element 24B intersects, and the periodic direction of the diffraction structure of the first B exit diffraction element 23B, the periodic direction of the diffraction structure of the second A exit diffraction element 24A, and the diffraction structure of the second B exit diffraction element 24B. It intersects the periodic direction. This point will be described with reference to FIGS. 9 and 10.
  • the emit from the 1A enters the input diffraction element 17A, the 1A intermediate diffractive element 20A traveling direction and the light guide plate 16 diffracts the image B 1 of the blue image B 1 of the blue diffracted by relationship between diffractive structure 1A outgoing diffraction element 23A, and enters from the 2A input diffraction element 18A, and is green in the traveling direction of the image G 1 diffracted by the 2A intermediate diffractive element 21A an image G 1 of the green
  • FIG. 10 shows typically the relationship with the diffraction structure of the 2A exit diffractive element 24A which diffracts and emits from a light guide plate 16. Further, FIG.
  • FIGS. 9 and 10 exemplify a diffraction element having a liquid crystal layer as an emission diffraction element, as in FIGS. 4 and 5.
  • the first A incident diffraction element 17A diffracts the incident blue image B 1 in the right direction and causes the incident blue image B 1 to enter the first A intermediate diffraction element 20A.
  • the first A intermediate diffraction element 20A diffracts the incident blue image B 1 toward the lower left direction. Therefore, the first A emitting diffraction element 23A diffracts the blue image B 1 traveling in the lower left direction in the front direction (the direction perpendicular to the main surface of the light guide plate 16), so that the periodic direction (arrangement axis) of the diffraction structure thereof.
  • the direction of D 1a is arranged so as to be parallel to the traveling direction (traveling direction in the plane direction) of the blue image B 1 when it is incident on the first A emitting diffraction element 23A. Further, as shown in FIG. 9, the second A incident diffraction element 18A diffracts the incident green image G 1 toward the left and causes it to enter the second A intermediate diffraction element 21A. The second A intermediate diffraction element 21A diffracts the incident green image G 1 toward the lower right direction.
  • the periodic direction of the diffraction structure (direction of the array axis D 2a ) is the second A emission diffraction. It is arranged so as to be parallel to the traveling direction of the green image G 1 when it is incident on the element 24A.
  • the first B incident diffraction element 17B diffracts the incident blue image B 2 toward the left and causes it to enter the first B intermediate diffraction element 20B.
  • the first B intermediate diffraction element 20B diffracts the incident blue image B 2 toward the upper right. Therefore, in order to diffract the blue image B 2 traveling in the upper right direction in the front direction of the first B exit diffraction element 23B, the periodic direction of the diffraction structure (direction of the array axis D 1b ) is the first B exit diffraction element. It is arranged so as to be parallel to the traveling direction of the blue image B 2 when it is incident on 23B. Further, as shown in FIG.
  • the second B incident diffraction element 18B diffracts the incident green image G 2 toward the right direction and causes the incident green image G 2 to enter the second B intermediate diffraction element 21B.
  • the second B intermediate diffraction element 21B diffracts the incident green image G 2 toward the upper left. Therefore, in order to diffract the green image G 2 traveling in the upper left direction in the front direction of the second B exit diffraction element 24B, the periodic direction of the diffraction structure (direction of the array axis D 2b ) is the second B exit diffraction element. It is arranged so as to be parallel to the traveling direction of the green image G 2 when it is incident on 24B.
  • the periodic direction of the periodic structure of the first A exit diffraction element 23A (direction of the array axis D 1a ), the periodic direction of the periodic structure of the second A exit diffraction element 24A (direction of the array axis D 2a ), and the second B emission. It intersects the periodic direction of the periodic structure of the diffraction element 24B (the direction of the array axis D 2b ). Further, the periodic direction of the periodic structure of the first B exit diffraction element 23B (direction of the array axis D 1b ), the periodic direction of the periodic structure of the second A output diffraction element 24A (direction of the array axis D 2a ), and the second B emission.
  • the light guide element and the image display device of the present invention can suppress the generation of multiple images while widening the viewing angle.
  • the image display device is not limited to displaying a two-color image of blue and green, and may be a two-color image of another color (wavelength). ..
  • it may be a two-color image of green and red, or it may be a two-color image of blue and red.
  • the wavelength of the light diffracted by the first A incident diffraction element 17A, the first B incident diffraction element 17B, the first A intermediate diffraction element 20A, the first B intermediate diffraction element 20B, the first A exit diffraction element 23A and the first B exit diffraction element 23B is , 2A incident diffraction element 18A, 2B incident diffraction element 18B, 2A intermediate diffraction element 21A, 2B intermediate diffraction element 21B, 2A exit diffraction element 24A and 2B exit diffraction element 24B
  • the period of the diffraction structure of the first A intermediate diffraction element 20A and the first B intermediate diffraction element 20B is ⁇ mid1
  • the period of the diffraction structure of the second A intermediate diffraction element 21A and the second B intermediate diffraction element 21B is ⁇ mid2. Then , it is preferable to satisfy ⁇ mid1 ⁇ mid2.
  • the first A incident diffraction element 17A and the second A incident diffraction element 18A are arranged at different positions in the surface direction of the main surface of the light guide plate, but the first A incident diffraction element 17A and the first The 2A incident diffraction element 18A may be laminated and arranged. Also in this case, the first A incident diffraction element 17A and the second A incident diffraction element 18A are arranged by appropriately adjusting the periodic direction of the diffraction structure so as to diffract the incident light in different directions. Similarly, the first B incident diffraction element 17B and the second B incident diffraction element 18B may be laminated and arranged. Also in this case, the first B incident diffraction element 17B and the second B incident diffraction element 18B are arranged by appropriately adjusting the periodic direction of the diffraction structure so as to diffract the incident light in different directions.
  • FIGS. 6 to 8 an example of an image display device for displaying a two-color image is shown, but the image display device of the present invention is not limited to this, and an image of three or more colors can be displayed. It may be configured to be displayed.
  • 11 to 13 conceptually show an image display device having another example of the light guide element of the present invention.
  • FIG. 11 is a front view, which is a view of the image display device 10c as viewed from the side of the observation side by the user U.
  • FIG. 12 is a top view, and is a view of the image display device 10c as viewed from above on the paper surface of FIG.
  • FIG. 13 is a side view, and is a view of the image display device 10c as viewed from the right hand side of the paper surface of FIG.
  • the image display device 10c shown in FIGS. 11 to 13 includes a plurality of display elements 12, a light guide plate 16, and a first A incident diffraction element 17A, a first B incident diffraction element 17B, and a second A incident diffraction element provided on the light guide plate 16.
  • the image display device 10c superimposes and displays a three-color image of blue, green, and red.
  • the image display device 10c shown in FIGS. 11 to 13 includes a third A incident diffraction element 19A, a third B incident diffraction element 19B, a third A intermediate diffraction element 22A, a third B intermediate diffraction element 22B, and a third A exit diffraction element 25A.
  • a display device 12 RBs 1 instead of the display device 12B 1, except having a display device 12 RBs 2 instead of the display device 12B 2, 6 to 8 Since it has the same configuration as the image display device 10b, the same parts are designated by the same reference numerals, and the following description mainly describes different points.
  • the first A exit diffraction element 23A, the first B exit diffraction element 23B, and the second A exit diffraction element 24A are located at the center position of one main surface of the light guide plate 16.
  • the second B emission diffraction element 24B, the third A emission diffraction element 25A, and the third B emission diffraction element 25B are laminated and arranged.
  • the first A incident diffraction element 17A and the third A incident diffraction element 19A are laminated and arranged on the right side of the upper center of the exit diffraction element, and the second A incident diffraction element 18A is arranged on the left side.
  • first B incident diffraction element 17B and the third B incident diffraction element 19B are laminated and arranged on the left side of the lower center of the exit diffraction element, and the second B incident diffraction element 18B is arranged on the right side.
  • first A intermediate diffraction element 20A and the third A intermediate diffraction element 22A are laminated and arranged on the right side of the first A incident diffraction element 17A and the third A incident diffraction element 19A, and the second A intermediate is arranged on the left side of the second A incident diffraction element 18A.
  • the diffraction element 21A is arranged.
  • first B intermediate diffraction element 20B and the third B intermediate diffraction element 22B are laminated and arranged on the left side of the first B incident diffraction element 17B and the third B incident diffraction element 19B, and the second B intermediate is arranged on the left side of the second B incident diffraction element 18B.
  • the diffraction element 21B is arranged. As shown in FIG. 11, the exit diffraction element is arranged on the line connecting the first A intermediate diffraction element 20A and the third A intermediate diffraction element 22A and the first B intermediate diffraction element 20B and the third B intermediate diffraction element 22B, and the second A The exit diffraction element is arranged on the line connecting the intermediate diffraction element 21A and the second B intermediate diffraction element 21B.
  • the display element 12RB 1 is arranged so as to face the first A incident diffraction element 17A and the third A incident diffraction element 19A with the light guide plate 16 interposed therebetween.
  • the display element 12RB 2 is arranged so as to face the first B incident diffraction element 17B and the third B incident diffraction element 19B with the light guide plate 16 interposed therebetween.
  • the display element 12G 1 is arranged so as to face the second A incident diffraction element 18A with the light guide plate 16 interposed therebetween.
  • the display element 12G 2 is arranged so as to face the second B incident diffraction element 18B with the light guide plate 16 interposed therebetween.
  • the 3A incident diffraction element 19A, the 3B incident diffraction element 19B, the 3A intermediate diffraction element 22A, the 3B intermediate diffraction element 22B, the 3A exit diffraction element 25A, and the 3B exit diffraction element 25B emit light of the same wavelength. It diffracts. Further, the 3A incident diffraction element 19A, the 3B incident diffraction element 19B, the 3A intermediate diffraction element 22A, the 3B intermediate diffraction element 22B, the 3A exit diffraction element 25A, and the 3B exit diffraction element 25B are the first A incident.
  • the third A incident diffraction element 19A diffracts the incident light in different directions from the second A incident diffraction element 18A and causes the incident light to enter the light guide plate 16. Further, the third B incident diffraction element 19B diffracts the incident light in different directions from the second B incident diffraction element 18B and causes the incident light to enter the light guide plate 16.
  • the third A intermediate diffraction element 22A is diffracted by the third A incident diffraction element 19A and diffracts the light propagated in the light guide plate 16 toward the third A exit diffraction element 25A. Further, the 3B intermediate diffraction element 22B is diffracted by the 3B incident diffraction element 19B and diffracts the light propagated in the light guide plate 16 toward the 3B exit diffraction element 25B.
  • the third A exit diffraction element 25A is diffracted by the third A incident diffraction element 19A and incident on the light guide plate 16, and the light diffracted by the third A intermediate diffraction element 22A is diffracted and emitted from the light guide plate 16.
  • the third B exit diffraction element 25B is diffracted by the third B incident diffraction element 19B and incident on the light guide plate 16, and the light diffracted by the third B intermediate diffraction element 22B is diffracted and emitted from the light guide plate 16. ..
  • the blue component (image B 1 ) is not easily diffracted by the third A incident diffraction element 19A, and is diffracted by the first A incident diffraction element 17A.
  • the first A incident diffraction element 17A diffracts the blue image B 1 toward the direction of the first A intermediate diffraction element 20A at an angle that totally reflects inside the light guide plate 16.
  • the blue image B 1 diffracted by the first A incident diffraction element 17A is guided through the light guide plate 16 and incident on the first A intermediate diffraction element 20A.
  • the 1A intermediate diffractive element 20A diffracts image B 1 of the blue as the traveling direction of the image B 1 of the incident blue is directed to a 1A outgoing diffraction element 23A.
  • the first A intermediate diffraction element 20A diffracts the incident blue image B 1 toward the lower left direction in FIG.
  • the blue image B 1 diffracted by the first A intermediate diffraction element 20A is totally reflected in the light guide plate 16 and propagates, and is incident on the first A exit diffraction element 23A.
  • the first A emission diffraction element 23A diffracts the incident blue image B 1 so as to deviate from the angle totally reflected inside the light guide plate 16.
  • the first A emission diffraction element 23A diffracts the incident blue image B 1 in a direction substantially perpendicular to the main surface of the light guide plate 16.
  • the blue image B 1 diffracted by the first A emission diffraction element 23A is emitted from the light guide plate 16 and is emitted toward the user U.
  • the 1A intermediate diffractive element 20A is laminated with the 3A intermediate diffractive element 22A, also, the 1A outgoing diffraction element 23A has been laminated with the 3A outgoing diffraction element 25A, the blue image B 1 represents, It is not diffracted by the third A intermediate diffraction element 22A and the third A exit diffraction element 25A, but is diffracted by the first A intermediate diffraction element 20A and the first A exit diffraction element 23A.
  • the red component (image R 1 ) of the image emitted from the display element 12RB 1 is difficult to be diffracted by the first A incident diffraction element 17A, and is diffracted by the third A incident diffraction element 19A.
  • the 3A input diffraction element 19A is a red image R 1, in the direction of the 3A intermediate diffractive element 22A, the light guide plate 16 diffracts the total reflection angle. Image R 1 red diffracted to the 3A input diffraction element 19A is incident in the light guide plate 16 to the 3A intermediate diffractive element 22A is guided.
  • the 3A intermediate diffractive element 22A diffracts image R 1 of red as the traveling direction of the image R 1 of the incident red towards the 3A emission diffractive element 25A.
  • the 3A intermediate diffractive element 22A diffracts toward the image R 1 of the incident red and to the left in FIG. 11.
  • Image R 1 red diffracted by the 3A intermediate diffractive element 22A is in the light guide plate 16 propagates totally reflected, and is incident on the 3A emission diffractive element 25A.
  • the third A emission diffraction element 25A diffracts the incident red image R 1 so as to deviate from the angle of total internal reflection in the light guide plate 16. In the examples shown in FIGS.
  • the third A emission diffraction element 25A diffracts the incident red image R 1 in a direction substantially perpendicular to the main surface of the light guide plate 16.
  • Image R 1 red diffracted by the 3A emission diffractive element 25A is emitted from the light guide plate 16, it is emitted toward the user U.
  • the 3A intermediate diffractive element 22A is laminated and the 1A intermediate diffractive element 20A, also, the 3A emission diffractive element 25A has been laminated with the 1A outgoing diffraction element 23A, red image R 1 is It is not diffracted by the first A intermediate diffraction element 20A and the first A exit diffraction element 23A, but is diffracted by the third A intermediate diffraction element 22A and the third A exit diffraction element 25A.
  • the blue component (image B 2 ) is not easily diffracted by the third B incident diffraction element 19B, and is diffracted by the first B incident diffraction element 17B.
  • the first B incident diffraction element 17B diffracts the blue image B 2 toward the direction of the first B intermediate diffraction element 20B at an angle that totally reflects inside the light guide plate 16.
  • the blue image B 2 diffracted by the first B incident diffraction element 17B is guided through the light guide plate 16 and incident on the first B intermediate diffraction element 20B.
  • the 1B intermediate diffractive element 20B diffracts the blue image B 2 as the traveling direction of the image B 2 of incident blue is directed to a 1B outgoing diffraction element 23B.
  • the first B intermediate diffraction element 20B diffracts the incident blue image B 2 toward the upper right direction in FIG.
  • the blue image B 2 diffracted by the first B intermediate diffraction element 20B is totally reflected inside the light guide plate 16 and propagates, and is incident on the first B exit diffraction element 23B.
  • the first B emission diffraction element 23B diffracts the incident blue image B 2 so as to deviate from the angle totally reflected inside the light guide plate 16.
  • the first B emitting diffraction element 23B diffracts the incident blue image B 2 in a direction substantially perpendicular to the main surface of the light guide plate 16.
  • the blue image B 2 diffracted by the first B emission diffraction element 23B is emitted from the light guide plate 16 and is emitted toward the user U.
  • the 1B intermediate diffractive element 20B is laminated with the 3B intermediate diffraction element 22B, also, the 1B emitted diffraction element 23B has been laminated with the 3B outgoing diffraction element 25B, the blue image B 2 is It is not diffracted by the third B intermediate diffraction element 22B and the third B exit diffraction element 25B, but is diffracted by the first B intermediate diffraction element 20B and the first B exit diffraction element 23B.
  • the red component (image R 2 ) of the image emitted from the display element 12RB 2 is difficult to be diffracted by the first B incident diffraction element 17B, and is diffracted by the third B incident diffraction element 19B.
  • the third B incident diffraction element 19B diffracts the red image R 2 at an angle that totally reflects inside the light guide plate 16 toward the third B intermediate diffraction element 22B.
  • Image R 2 red diffracted in the 3B input diffraction element 19B enters the light guide plate 16 to the 3B intermediate diffraction element 22B is guided.
  • the 3B intermediate diffraction element 22B diffracts red image R 2 as the traveling direction of the image R 2 of incident red towards the 3B outgoing diffraction element 25B.
  • the third B intermediate diffraction element 22B diffracts the incident red image R 2 toward the upper right direction in FIG.
  • Image R 2 red diffracted by the 3B intermediate diffractive element 22B is in the light guide plate 16 propagates totally reflected, and is incident on the 3B outgoing diffraction element 25B.
  • the third B emission diffraction element 25B diffracts the incident red image R 2 so as to deviate from the angle totally reflected inside the light guide plate 16.
  • the third B exit diffraction element 25B diffracts the incident red image R 2 in a direction substantially perpendicular to the main surface of the light guide plate 16.
  • the red image R 2 diffracted by the third B emission diffraction element 25B is emitted from the light guide plate 16 and is emitted toward the user U.
  • the 3B intermediate diffraction element 22B is stacked and the 1B intermediate diffraction element 20B, also, the 3B outgoing diffraction element 25B has been laminated and the 1B outgoing diffraction element 23B, the red image R 2 is It is not diffracted by the first B intermediate diffraction element 20B and the first B exit diffraction element 23B, but is diffracted by the third B intermediate diffraction element 22B and the third B exit diffraction element 25B.
  • the green image G 2 in which the display element 12G 1 image G 1 and the display element 12G 2 green is irradiated to the irradiation, for the path when guided by the light guide element 14c, in FIGS. 6-8 This is the same as the light guide path by the light guide element 14b shown.
  • the 3A incident diffraction element 19A, the 3A intermediate diffraction element 22A and the 3A exit diffraction element 25A, and the 3B incident diffraction element 19B, the 3B intermediate diffraction element 22B and the 3B exit diffraction element 25B all produce a red image. It diffracts. That is, it diffracts light in the same wavelength range. As shown in FIG.
  • the traveling direction of the light diffracted by the 3B intermediate diffraction element 22B when incident on the third B exit diffraction element 25B is 180 ° different (parallel and opposite to each other).
  • the red component (red image) of the image irradiated by the display element 12RB 1 and the display element 12RB 2 is guided in the light guide plate 16 by two different systems and is the same. It is diffracted by the emission diffraction element laminated at the position and emitted from the light guide plate 16.
  • the image display device 10c displays the image R 1 and the image R 2 together as one image. This makes it possible to increase the viewing angle of the red image.
  • the periodic direction of the diffraction structure of the first A emission diffraction element 23A and the diffraction structure of the second A emission diffraction element 24A similarly to the image display device 10b shown in FIG. 6, the periodic direction of the diffraction structure of the first A emission diffraction element 23A and the diffraction structure of the second A emission diffraction element 24A.
  • the periodic direction of the second B exit diffractive element 24B intersects with the periodic direction of the diffractive structure of the second B exit diffractive element 24B, and the periodic direction of the diffractive structure of the first B exit diffractive element 23B and the period of the diffractive structure of the second A exit diffractive element 24A.
  • the direction and the periodic direction of the diffraction structure of the second B exit diffractive element 24B intersect.
  • the periodic direction of the diffraction structure of the third A exit diffraction element 25A, the periodic direction of the diffraction structure of the second A exit diffraction element 24A, and the diffraction of the second B exit diffraction element 24B intersects, and the periodic direction of the diffraction structure of the third B exit diffraction element 25B, the periodic direction of the diffraction structure of the second A exit diffraction element 24A, and the diffraction structure of the second B exit diffraction element 24B. It intersects the periodic direction. This point will be described with reference to FIGS. 14 and 15.
  • Figure 14 is a is emitted from the 1A enters the input diffraction element 17A, the 1A intermediate diffractive element 20A traveling direction and the light guide plate 16 diffracts the image B 1 of the blue image B 1 of the blue diffracted by relationship between diffractive structure 1A outgoing diffraction element 23A, incident from the 2A input diffraction element 18A, the traveling direction of the image G 1 of the green which is diffracted and diffracted images G 1 in the green at the 2A intermediate diffractive element 21A relationship between the diffraction structure of the 2A outgoing diffraction element 24A that is emitted from the light guide plate 16 Te, and enters from the 3A input diffraction element 19A, the 3A traveling direction of the intermediate diffractive element red diffracted by 22A image R 1 and is a diagram schematically showing the relationship between the diffraction structure of the 3A emission diffractive element 25A to emit image R 1 of the red from the light guide plate 16 and diffraction.
  • FIG. 15 is incident from the 1B input diffraction element 17B, emitted from the 1B intermediate diffraction element 20B traveling direction and the light guide plate 16 by the diffraction images B 2 of the blue image B 2 blue diffracted by relationship between the diffraction structure of the 1B outgoing diffraction element 23B to be made incident from the 2B input diffraction element 18B, and the 2B traveling direction of the intermediate diffractive element green diffracted by 21B image G 2 image G 2 in the green
  • FIGS. 14 and 15 exemplify a diffraction element having a liquid crystal layer as an emission diffraction element, as in FIGS. 4 and 5.
  • the periodic direction of the diffraction structure of the first A emission diffraction element 23A (direction of the arrangement axis D 1a ), the periodic direction of the diffraction structure of the second A emission diffraction element 24A (direction of the arrangement axis D 2a ), and the first The periodic direction of the diffraction structure of the 1B exit diffraction element 23B (direction of the array axis D 1b ) and the periodic direction of the diffraction structure of the second B output diffraction element 24B (direction of the array axis D 2b ) are shown in FIGS. 9 and 10. It is the same as the example shown.
  • the 3A input diffraction element 19A is an image R 1 of the incident red diffracted toward the right direction, is incident on the 3A intermediate diffractive element 22A.
  • the third A intermediate diffraction element 22A diffracts the incident red image R 1 toward the lower left direction. Therefore, the 3A emission diffractive element 25A in order to diffract the red image R 1 traveling in the lower left direction in the front direction (direction perpendicular to the main surface of the light guide plate 16), the periodic direction (alignment axis of the diffractive structure direction D 3a) is arranged so as to be parallel to the red traveling direction of the image R 1 as they enter the second 3A outgoing diffraction element 25A (the traveling direction in the plane direction).
  • the third B incident diffraction element 19B diffracts the incident red image R 2 toward the left and causes it to enter the third B intermediate diffraction element 22B.
  • the third B intermediate diffraction element 22B diffracts the incident red image R 2 toward the upper right. Therefore, in order to diffract the red image R 2 traveling in the upper right direction in the front direction of the third B exit diffraction element 25B, the periodic direction of the diffraction structure (direction of the array axis D 3b ) is the third B exit diffraction element. It is arranged so as to be parallel to the traveling direction of the red image R 2 when it is incident on 25B.
  • the periodic direction of the periodic structure of the first A exit diffraction element 23A (direction of the array axis D 1a ), the periodic direction of the periodic structure of the second A exit diffraction element 24A (direction of the array axis D 2a ), and the second B emission. It intersects the periodic direction of the periodic structure of the diffraction element 24B (the direction of the array axis D 2b ). Further, the periodic direction of the periodic structure of the first B exit diffraction element 23B (direction of the array axis D 1b ), the periodic direction of the periodic structure of the second A output diffraction element 24A (direction of the array axis D 2a ), and the second B emission.
  • the periodic direction of the periodic structure of the diffraction element 24B (the direction of the array axis D 2b ). Further, the periodic direction of the periodic structure of the third A exit diffraction element 25A (direction of the array axis D 3a ), the periodic direction of the periodic structure of the second A exit diffraction element 24A (direction of the array axis D 2a ), and the second B emission. It intersects the periodic direction of the periodic structure of the diffraction element 24B (the direction of the array axis D 2b ).
  • the periodic direction of the periodic structure of the third B exit diffraction element 25B (direction of the array axis D 3b ), the periodic direction of the periodic structure of the second A output diffraction element 24A (direction of the array axis D 2a ), and the second B emission. It intersects the periodic direction of the periodic structure of the diffraction element 24B (the direction of the array axis D 2b ).
  • the light having a wavelength to be diffracted by the second A exit diffraction element 24A is diffracted by the first A exit diffraction element 23A and the first B exit diffraction element 23B and the third A exit diffraction element 25A and the third B exit diffraction element 25B.
  • the image display device is not limited to displaying a three-color image of blue, green, and red, and is a three-color image of another color (wavelength). You may. Further, an image of four or more colors may be displayed.
  • the periodic direction of the periodic structure of the first A exit diffraction element 23A (direction of the array axis D 1a ) and the periodic direction of the periodic structure of the third A exit diffraction element 25A (direction of the array axis D 3a ).
  • the periodic direction of the periodic structure of the first B exit diffraction element 23B (direction of the array axis D 1b ) and the periodic direction of the periodic structure of the third B exit diffraction element 25B (direction of the array axis D 3b ).
  • the wavelength of the light diffracted by the first A exit diffracting element 23A and the first B exit diffracting element 23B is different from the wavelength of the light diffracted by the third A exit diffracting element 25A and the third B exit diffracting element 25B. Therefore, the light having a wavelength to be diffracted by the first A exit diffraction element 23A or the first B exit diffraction element 23B is less likely to be diffracted by the third A exit diffraction element 25A and the third B exit diffraction element 25B, and the third A exit diffraction element.
  • Light having a wavelength to be diffracted by the 25A or the third B exit diffraction element 25B is less likely to be diffracted by the first A exit diffraction element 23A and the first B exit diffraction element 23B. Therefore, it is possible to suppress the generation of multiple images.
  • the light having the shortest wavelength is diffracted by the first A incident diffraction element 17A, the first B incident diffraction element 17B, the first A emission diffraction element 23A, and the first B emission diffraction element 23B.
  • the light having an intermediate wavelength is diffracted by the second A incident diffraction element 18A, the second B incident diffraction element 18B, the second A exit diffraction element 24A and the second B exit diffraction element 24B, and the light having the longest wavelength is diffracted by the third A incident diffraction element.
  • the element 19A, the third B incident diffraction element 19B, the third A exit diffraction element 25A, and the third B exit diffraction element 25B perform diffraction.
  • the wavelength of the light diffracted by the 1A exit diffractometer 23A and the first B exit diffractometer 23B is ⁇ 1
  • the wavelength of the light diffracted by the 2nd A emitting diffusing element 24A and the 2nd B emitting diffusing element 24B is ⁇ 2
  • the first A incident diffractometer 17A and the first B incident diffractometer Period of the diffraction structure of 17B ⁇ in 1 , period of the diffraction structure of the second A incident diffraction element 18A and the second B incident diffraction element 18B ⁇ in 2 , period of the diffraction structure of the third A incident diffraction element 19A and the third B incident diffraction element 19B ⁇ in 3 Preferably satisfies ⁇ in1 ⁇ in 2 ⁇ in 3.
  • the first A incident diffraction element 17A, the third A incident diffraction element 19A, and the second A incident diffraction element 18A are arranged at different positions in the surface direction of the main surface of the light guide plate, but the first A The incident diffraction element 17A, the third A incident diffraction element 19A, and the second A incident diffraction element 18A may be laminated and arranged. Also in this case, the first A incident diffraction element 17A, the third A incident diffraction element 19A, and the second A incident diffraction element 18A appropriately adjust the periodic direction of the diffraction structure so as to diffract the incident light in different directions. Is placed.
  • first B incident diffraction element 17B, the third B incident diffraction element 19B, and the second B incident diffraction element 18B may be laminated and arranged. Also in this case, the first B incident diffraction element 17B, the third B incident diffraction element 19B, and the second B incident diffraction element 18B appropriately adjust the periodic direction of the diffraction structure so as to diffract the incident light in different directions. Is placed.
  • the first A incident diffraction element 17A and the third A incident diffraction element 19A are laminated and arranged, but the present invention is not limited to this, and the first A incident diffraction element 17A and the third A incident diffraction element are not limited to this.
  • 19A and 19A may be arranged at different positions in the surface direction of the main surface of the light guide plate 16. Further, the first A incident diffraction element 17A and the third A incident diffraction element 19A are configured to diffract light in the same direction, but the present invention is not limited to this, and the first A incident diffraction element 17A and the third A incident diffraction element 19A May be configured to diffract light in different directions.
  • first B incident diffraction element 17B and the third B incident diffraction element 19B may be arranged at different positions in the surface direction of the main surface of the light guide plate 16. Further, the first B incident diffraction element 17B and the third B incident diffraction element 19B are configured to diffract light in the same direction, but the present invention is not limited to this, and the first B incident diffraction element 17B and the third B incident diffraction element 19B May be configured to diffract light in different directions.
  • the first A intermediate diffraction element 20A and the third A intermediate diffraction element 22A are laminated and arranged, but the present invention is not limited to this, and the first A intermediate diffraction element 20A and the third A intermediate diffraction element are not limited to this.
  • the 22A and the light guide plate 16 may be arranged at different positions in the surface direction of the main surface of the light guide plate 16.
  • the first B intermediate diffraction element 20B and the third B intermediate diffraction element 22B may be arranged at different positions in the surface direction of the main surface of the light guide plate 16.
  • the periodic direction of the periodic structure of the first A emitting diffraction element 23A (direction of the arrangement axis D 1a ) and the periodic direction of the periodic structure of the first B emitting diffraction element 23B (direction of the arrangement axis D 1b ).
  • the configuration is parallel to the periodic direction of the periodic structure of the third A emitting diffraction element 25A (direction of the arrangement axis D 3a ) and the periodic direction of the periodic structure of the third B exit diffraction element 25B (direction of the arrangement axis D 3b).
  • the present invention is not limited to this, and the periodic direction of the periodic structure of the first A emitting diffraction element 23A (direction of the arrangement axis D 1a ) and the periodic direction of the periodic structure of the first B emitting diffraction element 23B (direction of the arrangement axis D 1b ). Even if the periodic direction of the periodic structure of the third A exit diffractometer 25A (direction of the array axis D 3a ) and the periodic direction of the periodic structure of the third B exit diffractometer 25B (direction of the array axis D 3b ) intersect. Good.
  • the display element 12 displays an image (video) observed by the user U and irradiates the corresponding incident diffraction element with the image. Is what you do. Therefore, the display element 12 is arranged so that the image to be irradiated is incident on the incident diffraction element.
  • the display element 12 is not limited, and various known display elements (display devices, projectors) used for AR glasses and the like can be used.
  • display element 12 a display element having a display and a projection lens is exemplified.
  • the display is not limited, and various known displays used for, for example, AR glasses can be used.
  • the display include a liquid crystal display (LCOS: including Liquid Crystal On Silicon), an organic electroluminescence display, and a scanning display using a DLP (Digital Light Processing) or MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) mirror. Is exemplified.
  • the display is a display that displays a multicolor image using light having a wavelength diffracted by each incident diffraction element. Used. Further, when a plurality of incident diffraction elements are arranged at positions that do not overlap in the plane direction, a plurality of displays that irradiate a monochromatic image having a wavelength diffracted by each incident diffraction element are used. Further, when a plurality of incident diffraction elements are arranged at positions that do not overlap in the plane direction, the light emitted from the display displaying the multicolor image is separated for each wavelength and incident on each incident diffraction element. May be.
  • the projection lens is also a known projection lens (colimating lens) used for AR glasses and the like.
  • the display image by the display element 12 that is, the light emitted by the display element 12 is not limited, but unpolarized light (natural light) or circularly polarized light is preferable.
  • the display element 12 irradiates a circularly polarized light and the display irradiates an unpolarized image
  • the display element 12 preferably has, for example, a circularly polarizing plate composed of a linear polarizing element and a ⁇ / 4 plate. ..
  • the display element 12 when the display illuminates a linearly polarized image, the display element 12 preferably has, for example, a ⁇ / 4 plate.
  • the light emitted by the display element 12 may be other polarized light (for example, linearly polarized light).
  • the light guide plate 16 is a known light guide plate that reflects light incident on the inside to guide (propagate) the light.
  • the light guide plate 16 is not limited, and various known light guide plates used in AR glasses, backlight units of liquid crystal displays, and the like can be used.
  • [Diffraction element] First A incident diffraction element 17A, first B incident diffraction element 17B, first A intermediate diffraction element 20A, first B intermediate diffraction element 20B, first A exit diffraction element 23A, first B exit diffraction element 23B, second A incident diffraction element 18A, first 2B incident diffraction element 18B, 2A intermediate diffraction element 21A, 2B intermediate diffraction element 21B, 2A exit diffraction element 24A, 2B exit diffraction element 24B, 3A incident diffraction element 19A, 3B incident diffraction element 19B, 3A
  • Various diffraction elements can be used as the intermediate diffraction element 22A, the third B intermediate diffraction element 22B, the third A exit diffraction element 25A, and the third B exit diffraction element 25B. In the following description, when it is not necessary to distinguish between these diffraction elements, they are also collectively referred to as a
  • the polarization diffraction element is preferably a liquid crystal diffraction element formed by using a composition containing a liquid crystal compound. Further, it is also preferable that the liquid crystal diffraction element has a cholesteric liquid crystal layer in which the cholesteric liquid crystal phase is fixed.
  • volume hologram type diffraction element As the volume hologram type diffraction element, a known volume hologram type diffraction element can be used. As illustrated in FIG. 16, the volume hologram type diffraction element 108 is configured by alternately arranging a linear region 110 having a high refractive index and a linear region 112 having a low refractive index in parallel at a predetermined period. Is. The period of the diffraction structure, the material, the refractive index of each region, and the like may be appropriately set according to the wavelength range to be diffracted.
  • the structure in which the linear region 110 having a high refractive index and the linear region 112 having a low refractive index are alternately formed is a diffraction structure, and the period of the arrangement of the region 110 and the region 112 is It is the period of the diffraction structure, and the arrangement direction of the region 110 and the region 112 shown by the arrow X in FIG. 16 is the periodic direction of the diffraction structure.
  • the polarization diffraction element As the polarization diffraction element, a known polarization diffraction element can be used.
  • the polarized light diffracting element is a diffraction element that controls the diffraction direction, the polarized state, and the diffracted light intensity of the emitted light according to the polarized state of the incident light by controlling the polarized state in a fine region.
  • a polarized diffraction element for example, the structural double refraction described in "Erez Hasman et al., Polarization dependent focusing lens by use of quantized Pancharatnm-Berry phase diffractive optics, Applied Physics Letters, Volume 82, Number 3 pp.328-330"
  • Examples thereof include a polarized diffraction element having a diffraction structure formed by using the same, a polarized diffraction element having a diffraction structure formed by using the compound refraction material described in Patent No. 5276847, and the like.
  • the polarization diffraction element is formed by using a composition containing a liquid crystal compound, and has a liquid crystal orientation pattern in which the direction of the optical axis derived from the liquid crystal compound changes while continuously rotating along at least one direction in the plane.
  • a liquid crystal diffraction element having.
  • FIG. 17 is a schematic view showing the orientation state of the liquid crystal compound in the plane of the main surface of the liquid crystal layer 34.
  • FIG. 18 is a schematic cross-sectional view showing a state of the liquid crystal phase in a cross section perpendicular to the main surface.
  • the main surface of the liquid crystal layer 34 will be referred to as an XY plane, and the cross section perpendicular to the XY plane will be referred to as an XY plane. That is, FIG. 17 corresponds to a schematic view of the XY plane of the liquid crystal layer 34, and FIG.
  • the diffraction element has a support 30, an alignment film 32, and a liquid crystal layer 34.
  • the liquid crystal layer shown in FIGS. 17 to 18 is an example of a cholesteric liquid crystal layer in which the liquid crystal compound is cholesterically oriented. Further, it is an example when the liquid crystal compound is a rod-shaped liquid crystal compound.
  • the liquid crystal diffraction element has a support 30, an alignment film 32, and a liquid crystal layer 34.
  • the liquid crystal diffraction element of the example shown in FIG. 18 has a support 30, an alignment film 32, and a liquid crystal layer 34, but the present invention is not limited thereto.
  • the liquid crystal diffraction element may have, for example, only the alignment film 32 and the liquid crystal layer 34 from which the support 30 has been peeled off after being attached to the light guide plate 16.
  • the liquid crystal diffraction element may have, for example, only the liquid crystal layer 34 from which the support 30 and the alignment film 32 have been peeled off after being attached to the light guide plate 16.
  • the support 30 supports the alignment film 32 and the liquid crystal layer 34.
  • various sheet-like materials films, plate-like materials
  • the support 30 has a transmittance of 50% or more, more preferably 70% or more, and further preferably 85% or more with respect to the corresponding light.
  • the thickness of the support 30 is not limited, and the thickness capable of holding the alignment film 32 and the liquid crystal layer 34 may be appropriately set according to the application of the liquid crystal diffraction element, the material for forming the support 30, and the like. ..
  • the thickness of the support 30 is preferably 1 to 2000 ⁇ m, more preferably 3 to 500 ⁇ m, and even more preferably 5 to 250 ⁇ m.
  • the support 30 may be single-layered or multi-layered.
  • Examples of the support 30 in the case of a single layer include a support 30 made of glass, triacetyl cellulose (TAC), polyethylene terephthalate (PET), polycarbonate, polyvinyl chloride, acrylic, polyolefin or the like.
  • Examples of the support 30 in the case of a multi-layer structure include those including any of the above-mentioned single-layer supports as a substrate and providing another layer on the surface of the substrate.
  • an alignment film 32 is formed on the surface of the support 30.
  • the alignment film 32 is an alignment film for orienting the liquid crystal compound 40 in a predetermined liquid crystal alignment pattern when forming the liquid crystal layer 34.
  • the liquid crystal layer 34 is a liquid crystal in which the orientation of the optical axis 40A (see FIG. 17) derived from the liquid crystal compound 40 is continuously rotated along one direction in the plane. It has an orientation pattern. Therefore, the alignment film 32 is formed so that the liquid crystal layer 34 can form this liquid crystal alignment pattern.
  • “the direction of the optic axis 40A rotates” is also simply referred to as "the optical axis 40A rotates”.
  • a rubbing-treated film made of an organic compound such as a polymer an oblique vapor-deposited film of an inorganic compound, a film having a microgroove, and Langmuir of an organic compound such as ⁇ -tricosanoic acid, dioctadecylmethylammonium chloride and methyl stearylate.
  • An example is a film obtained by accumulating LB (Langmuir-Blodgett) films produced by the Brodget method.
  • the alignment film 32 by the rubbing treatment can be formed by rubbing the surface of the polymer layer with paper or cloth several times in a certain direction.
  • Materials used for the alignment film 32 include polyimide, polyvinyl alcohol, polymers having a polymerizable group described in JP-A-9-152509, JP-A-2005-97377, JP-A-2005-99228, and JP-A-2005-99228. , JP-A-2005-128503, the material used for forming the alignment film 32 and the like described in JP-A-2005-128503 is preferable.
  • a so-called photo-alignment film in which a photo-alignable material is irradiated with polarized light or non-polarized light to form an alignment film 32 is preferably used. That is, in the liquid crystal diffraction element 29, as the alignment film 32, a photoalignment film formed by applying a photoalignment material on the support 30 is preferably used. Polarized light irradiation can be performed from a vertical direction or an oblique direction with respect to the photoalignment film, and non-polarized light irradiation can be performed from an oblique direction with respect to the photoalignment film.
  • Examples of the photoalignment material used for the alignment film that can be used in the present invention include JP-A-2006-285197, JP-A-2007-76839, JP-A-2007-138138, and JP-A-2007-94071. , JP-A-2007-121721, JP-A-2007-140465, JP-A-2007-156439, JP-A-2007-133184, JP-A-2009-109831, Patent No. 3883848 and Patent No. 4151746.
  • the azo compound described in JP-A the aromatic ester compound described in JP-A-2002-229039, the maleimide having the photoorientation unit described in JP-A-2002-265541 and JP-A-2002-317013, and / Alternatively, an alkenyl-substituted nadiimide compound, a photobridgeable silane derivative described in Japanese Patent No. 4205195 and Patent No. 4205198, a photocrossbable property described in JP-A-2003-520878, JP-A-2004-522220 and Patent No. 4162850.
  • Photodimerizable compounds described in Japanese Patent Application Laid-Open No. -177561 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2014-12823, particularly cinnamate compounds, chalcone compounds, coumarin compounds and the like are exemplified as preferable examples.
  • azo compounds, photocrosslinkable polyimides, photocrosslinkable polyamides, photocrosslinkable polyesters, synnamate compounds, and chalcone compounds are preferably used.
  • the thickness of the alignment film 32 is not limited, and the thickness at which the required alignment function can be obtained may be appropriately set according to the material for forming the alignment film 32.
  • the thickness of the alignment film 32 is preferably 0.01 to 5 ⁇ m, more preferably 0.05 to 2 ⁇ m.
  • the method for forming the alignment film 32 there is no limitation on the method for forming the alignment film 32, and various known methods depending on the material for forming the alignment film 32 can be used. As an example, a method in which the alignment film 32 is applied to the surface of the support 30 and dried, and then the alignment film 32 is exposed with a laser beam to form an alignment pattern is exemplified.
  • FIG. 23 conceptually shows an example of an exposure apparatus that exposes the alignment film 32 to form an alignment pattern.
  • the exposure apparatus 60 shown in FIG. 23 uses a light source 64 provided with a laser 62, a ⁇ / 2 plate 65 for changing the polarization direction of the laser beam M emitted by the laser 62, and a light beam MA and the laser beam M emitted by the laser 62. It includes a polarizing beam splitter 68 that separates the MB into two, mirrors 70A and 70B arranged on the optical paths of the two separated rays MA and MB, respectively, and ⁇ / 4 plates 72A and 72B.
  • the light source 64 emits linearly polarized light P 0 .
  • lambda / 4 plate 72A is linearly polarized light P 0 (the ray MA) to the right circularly polarized light P R
  • lambda / 4 plate 72B is linearly polarized light P 0 (the rays MB) to the left circularly polarized light P L, converts respectively.
  • the support 30 having the alignment film 32 before the alignment pattern is formed is arranged in the exposed portion, and the two light rays MA and the light rays MB are crossed and interfered with each other on the alignment film 32, and the interference light is made to interfere with the alignment film 32. Is exposed to light. Due to the interference at this time, the polarization state of the light applied to the alignment film 32 periodically changes in the form of interference fringes. As a result, an alignment film having an orientation pattern in which the orientation state changes periodically (hereinafter, also referred to as a pattern alignment film) can be obtained. In the exposure apparatus 60, the period of the orientation pattern can be adjusted by changing the intersection angle ⁇ of the two rays MA and MB.
  • the optical axis 40A rotates in one direction.
  • the length of one cycle in which the optic axis 40A rotates 180 ° can be adjusted.
  • the optical axis 40A derived from the liquid crystal compound 40 is aligned in one direction, as will be described later.
  • the liquid crystal layer 34 having a continuously rotating liquid crystal orientation pattern can be formed. Further, the rotation direction of the optical shaft 40A can be reversed by rotating the optical axes of the ⁇ / 4 plates 72A and 72B by 90 °, respectively.
  • the pattern alignment film is a liquid crystal in which the direction of the optical axis of the liquid crystal compound in the liquid crystal layer formed on the pattern alignment film changes while continuously rotating along at least one direction in the plane. It has an orientation pattern that orients the liquid crystal compound so that it becomes an orientation pattern. Assuming that the axis of the pattern alignment film is the axis along the direction in which the liquid crystal compound is oriented, the direction of the alignment axis of the pattern alignment film changes while continuously rotating along at least one direction in the plane. It can be said that it has an orientation pattern.
  • the orientation axis of the pattern alignment film can be detected by measuring the absorption anisotropy. For example, when the pattern alignment film is irradiated with rotating linearly polarized light and the amount of light transmitted through the pattern alignment film is measured, the direction in which the amount of light becomes maximum or minimum gradually changes along one direction in the plane. It changes and is observed.
  • the alignment film 32 is provided as a preferred embodiment and is not an essential constituent requirement.
  • the liquid crystal layer has an optical axis 40A derived from the liquid crystal compound 40. It is also possible to have a configuration having a liquid crystal orientation pattern in which the orientation of the liquid crystal is changed while continuously rotating along at least one direction in the plane. That is, in the present invention, the support 30 may act as an alignment film.
  • the liquid crystal layer 34 is formed on the surface of the alignment film 32.
  • the liquid crystal layer is a cholesteric liquid crystal layer in which the cholesteric liquid crystal phase is fixed, and the direction of the optical axis derived from the liquid crystal compound changes while continuously rotating along at least one direction in the plane. It is a cholesteric liquid crystal layer having a liquid crystal orientation pattern.
  • the liquid crystal layer 34 has a spiral structure in which liquid crystal compounds 40 are spirally swirled and stacked, similar to the cholesteric liquid crystal layer formed by fixing a normal cholesteric liquid crystal phase.
  • the liquid crystal compound 40 spirally swirling once has a structure in which the liquid crystal compounds 40 are stacked at a plurality of pitches, with the configuration in which the liquid crystal compounds 40 are spirally rotated once (rotated 360 °) and stacked as one spiral pitch.
  • the cholesteric liquid crystal layer in which the cholesteric liquid crystal phase is fixed has wavelength selective reflectivity.
  • the selective reflection wavelength range of the cholesteric liquid crystal layer depends on the length of one spiral pitch described above (pitch P shown in FIG. 19).
  • the diffraction element having such a liquid crystal layer has wavelength selectivity and diffracts light having a predetermined wavelength. Therefore, the wavelength of the light reflected (diffracted) by the diffraction element may be appropriately set in the selective reflection wavelength range of the liquid crystal layer by adjusting the spiral pitch P of the liquid crystal layer.
  • the liquid crystal compounds 40 are arranged along a plurality of array axes D parallel to each other in the XY plane, and are arranged on the respective array axes D.
  • the orientation of the optical axis 40A of the liquid crystal compound 40 changes while continuously rotating in one direction in the plane along the array axis D.
  • the array axis D is oriented in the X direction.
  • the liquid crystal compounds 40 having the same orientation of the optic axis 40A are oriented at equal intervals.
  • the direction of the optical axis 40A of the liquid crystal compound 40 changes while continuously rotating in one direction in the plane along the array axis D
  • the optical axis 40A and the array axis D of the liquid crystal compound 40 change.
  • the angle between the two differs depending on the position in the direction of the array axis D, and the angle formed by the optic axis 40A and the array axis D gradually changes from ⁇ to ⁇ + 180 ° or ⁇ -180 ° along the array axis D. It means that you are. That is, as shown in FIG. 17, the plurality of liquid crystal compounds 40 arranged along the array axis D change while the optical axis 40A rotates by a constant angle along the array axis D.
  • the difference in angle between the optical axes 40A of the liquid crystal compounds 40 adjacent to each other in the array axis D direction is preferably 45 ° or less, more preferably 15 ° or less, and further preferably a smaller angle. preferable.
  • the optical axis 40A of the liquid crystal compound 40 is intended to be the molecular major axis of the rod-shaped liquid crystal compound.
  • the optical axis 40A of the liquid crystal compound 40 is intended to be an axis parallel to the normal direction of the disk-shaped liquid crystal compound with respect to the disk surface.
  • the optic axis 40A of the liquid crystal compound 40 rotates 180 ° in the arrangement axis D direction in which the optic axis 40A continuously rotates and changes in the plane.
  • the length (distance) to be performed be the length ⁇ of one cycle in the liquid crystal alignment pattern. That is, the distance between the centers of the two liquid crystal compounds 40 having the same angle with respect to the array axis D direction in the array axis D direction is defined as the length ⁇ of one cycle.
  • the distance between the centers of the two liquid crystal compounds 40 in which the direction of the arrangement axis D and the direction of the optical axis 40A coincide with each other in the direction of the arrangement axis D is the length ⁇ of one cycle. And. In the following description, the length ⁇ of this one cycle is also referred to as "one cycle ⁇ ".
  • the liquid crystal alignment pattern of the liquid crystal layer 34 repeats this one cycle ⁇ in one direction in which the direction of the array axis D, that is, the direction of the optic axis 40A continuously rotates and changes.
  • the liquid crystal compound 40 forming the liquid crystal layer 34 is in the direction orthogonal to the arrangement axis D direction (Y direction in FIG. 17), that is, in the Y direction orthogonal to one direction in which the optical axis 40A continuously rotates.
  • the directions of the optical axes 40A are equal.
  • the liquid crystal compound 40 forming the liquid crystal layer 34 has the same angle formed by the optical axis 40A of the liquid crystal compound 40 and the arrow X direction in the Y direction.
  • the arrangement direction in which the bright portions 42 and the dark portions 44 are alternately arranged as shown in FIG. 19 is the main surface.
  • a striped pattern inclined at a predetermined angle with respect to (XY plane) is observed.
  • the distance between the adjacent bright portion 42 to the bright portion 42 or the dark portion 44 to the dark portion 44 in the normal direction of the line formed by the bright portion 42 or the dark portion 44 corresponds to 1/2 pitch. That is, as shown by P in FIG. 19, two bright portions 42 and two dark portions 44 correspond to one pitch of the spiral (one winding number of the spiral).
  • the spiral axis derived from the cholesteric liquid crystal phase is perpendicular to the main surface (XY plane), and its reflecting surface is a plane parallel to the main surface (XY plane).
  • the optical axis of the liquid crystal compound is not inclined with respect to the main surface (XY plane).
  • the optic axis is parallel to the main plane (XY plane). Therefore, when the XX plane of the conventional cholesteric liquid crystal layer is observed by SEM, the arrangement direction in which the bright portion and the dark portion are alternately arranged is perpendicular to the main plane (XY plane). Since the cholesteric liquid crystal phase is specularly reflective, for example, when light is incident on the cholesteric liquid crystal layer from the normal direction, the light is reflected in the normal direction.
  • the liquid crystal layer 34 reflects the incident light at an angle in the array axis D direction with respect to specular reflection.
  • the liquid crystal layer 34 has a liquid crystal orientation pattern in which the optical axis 40A changes while continuously rotating along the arrangement axis D direction (a predetermined one direction) in the plane.
  • the liquid crystal layer 34 as a cholesteric liquid crystal layer that selectively reflects right-circularly polarized light R R of the red light. Therefore, when light is incident on the liquid crystal layer 34, liquid crystal layer 34 reflects only right circularly polarized light R R of the red light, and transmits light of other wavelengths.
  • the optical axis 40A of the liquid crystal compound 40 changes while rotating along the array axis D direction (one direction).
  • the liquid crystal alignment pattern formed on the liquid crystal layer 34 is a periodic pattern in the arrangement axis D direction. Therefore, the right circularly polarized light R R of the red light incident on the liquid crystal layer 34, as conceptually shown in FIG. 20, is reflected in the direction corresponding to the period of the liquid crystal orientation pattern (diffraction), the reflected red light right circularly polarized light R R is reflected (diffracted) in a direction inclined to the array axis direction D with respect to the XY plane (major surface of the cholesteric liquid crystal layer).
  • liquid crystal layer 34 when the liquid crystal layer 34 is applied to a light guide element or the like, light incident from a direction perpendicular to the main surface of the light guide plate can be reflected (diffused) at an angle totally reflected inside the light guide plate.
  • the light that is totally reflected inside the light guide plate and guided can be used as a diffraction element that can reflect (diffuse) the light in the direction perpendicular to the main surface of the light guide plate.
  • the light reflection direction (diffraction angle) can be adjusted by appropriately setting the array axis D direction, which is one direction in which the optic axis 40A rotates.
  • the reflection direction of the circularly polarized light can be reversed by reversing the rotation direction of the optical axis 40A of the liquid crystal compound 40 toward the arrangement axis D direction. ..
  • the rotation direction of the optical axis 40A toward the arrangement axis D direction is clockwise, and a certain circularly polarized light is reflected by tilting it in the arrangement axis D direction, which is counterclockwise. Therefore, a certain circularly polarized light is reflected by tilting in the direction opposite to the direction of the array axis D.
  • the reflection direction is reversed depending on the spiral turning direction of the liquid crystal compound 40, that is, the turning direction of the reflected circularly polarized light.
  • the spiral turning direction of the liquid crystal compound 40 that is, the turning direction of the reflected circularly polarized light.
  • the optical axis 40A has a liquid crystal alignment pattern that rotates clockwise along the arrangement axis D direction to the right. Circularly polarized light is reflected by tilting it in the direction of the array axis D.
  • the left circularly polarized light is selectively reflected, and the liquid crystal layer has a liquid crystal orientation pattern in which the optical axis 40A rotates clockwise along the arrangement axis D direction. Reflects the left circularly polarized light tilted in the direction opposite to the arrangement axis D direction.
  • the length of rotation of the optic axis of the liquid crystal compound by 180 ° is one cycle ⁇ of the diffraction structure, and the optical axis of the liquid crystal compound changes in one direction while rotating (
  • the arrangement axis D direction) is the periodic direction of the diffraction structure.
  • the shorter one cycle ⁇ the larger the angle of the reflected light with respect to the incident light. That is, the shorter one cycle ⁇ is, the more the reflected light can be tilted and reflected with respect to the incident light.
  • the first A incident diffraction element 17A, the first B incident diffraction element 17B, the first A intermediate diffraction element 20A, the first B intermediate diffraction element 20B, and the first A when such a liquid crystal diffraction element is used as the diffraction element, as described above, the first A incident diffraction element 17A, the first B incident diffraction element 17B, the first A intermediate diffraction element 20A, the first B intermediate diffraction element 20B, and the first A.
  • the wavelength of the light diffracted by the exit diffractive element 23A and the first B exit diffractive element 23B is ⁇ 1
  • the wavelength of the light diffracted by the second A exit diffractive element 24A and the second B exit diffractive element 24B is ⁇ 2
  • the third A incident diffractive element 19A, the third B incident diffractive element 19B, the third A intermediate diffractive element 22A, and the third B intermediate diffractive element is
  • the third A exit diffractive element 25A and the third B exit diffractive element 25B to ⁇ 3 and ⁇ 1 ⁇ 2 ⁇ 3
  • the first A incident diffraction element 17A and the first B incident The pitch of the spiral structure of the liquid crystal layer in the diffraction element 17B is P in 1
  • the pitch of the spiral structure of the liquid crystal layer in the second A incident diffraction element 18A and the second B incident diffraction element 18B is P in 2
  • the third A incident diffraction element 19A and the third When the pitch of the helical structure of the liquid crystal layer in 3B input diffraction element 19B and P in3, preferably with P in1 ⁇ P in2 ⁇ P in3 .
  • the pitch of the spiral structure of the liquid crystal layer in the first A intermediate diffraction element 20A and the first B intermediate diffraction element 20B is set to P mid1
  • the pitch of the spiral structure of the liquid crystal layer in the second A intermediate diffraction element 21A and the second B intermediate diffraction element 21B is set to P mid1.
  • P mid2 when the pitch of the helical structure of the liquid crystal layer in the 3A intermediate diffractive element 22A and the 3B intermediate diffraction element 22B and P mid3, preferably with P mid1 ⁇ P mid2 ⁇ P mid3 .
  • the pitch of the spiral structure of the liquid crystal layer in the first A exit diffraction element 23A and the first B exit diffraction element 23B is set to P out 1
  • the pitch of the spiral structure of the liquid crystal layer in the second A exit diffraction element 24A and the second B exit diffraction element 24B is set to P out1.
  • P out2 when the pitch of the helical structure of the liquid crystal layer in the 3A emission diffraction element 25A and the 3B outgoing diffraction element 25B and P out3, preferably with P out1 ⁇ P out2 ⁇ P out3 .
  • the liquid crystal diffraction element having such a liquid crystal layer has circular polarization selectivity that selectively reflects right circularly polarized light or left circularly polarized light depending on the rotation direction of the spiral twist of the cholesteric liquid crystal phase. ..
  • the direction of rotation of the torsion may be the same, or at least one of them may have a different direction of rotation of the spiral torsion of the cholesteric liquid crystal phase. That is, the turning directions of the reflected circularly polarized light may be the same or different.
  • the rotation directions of the spiral twists of the cholesteric liquid crystal phases of the third A exit diffraction element 25A and the second A exit diffraction element 24A, and the third B exit diffraction element 25B and the second B exit diffraction element 24B may be the same. , At least one of them may have a different rotation direction of the spiral twist of the cholesteric liquid crystal phase.
  • At least one of the first A exit diffraction element 23A and the second A exit diffraction element 24A, and the first B exit diffraction element 23B and the second B exit diffraction element 24B It can be preferably used that the rotation directions of the spiral twists of the cholesteric liquid crystal phase are different. Similarly, at least one of the third A exit diffraction element 25A and the second A exit diffraction element 24A, and the third B exit diffraction element 25B and the second B exit diffraction element 24B have different rotation directions of the spiral twist of the cholesteric liquid crystal phase. Can be preferably used.
  • the first A incident diffraction element 17A and the first A exit diffraction element 23A and the first B incident diffraction element 17B and the first B exit diffraction element 23B are different even if the rotation direction of the spiral twist of the cholesteric liquid crystal phase is the same. You may. That is, the turning direction of the circularly polarized light that the display element 12 irradiates the first A incident diffraction element 17A and the turning direction of the circularly polarized light that irradiates the first B incident diffraction element 17B may be the same or different.
  • the second A incident diffraction element 18A and the second A exit diffraction element 24A and the second B incident diffraction element 18B and the second B exit diffraction element 24B are different even if the rotation direction of the spiral twist of the cholesteric liquid crystal phase is the same. You may be.
  • the 3A incident diffraction element 19A and the 3A exit diffraction element 25A and the 3B incident diffraction element 19B and the 3B exit diffraction element 25B are different even if the rotation direction of the spiral twist of the cholesteric liquid crystal phase is the same. You may be.
  • the liquid crystal compound 40 in the XX plane of the liquid crystal layer 34, has a configuration in which the optical axis 40A is oriented parallel to the main plane (XY plane).
  • the liquid crystal compound 40 in the XX plane of the liquid crystal layer 34, is oriented with its optical axis 40A inclined with respect to the main plane (XY plane). There may be.
  • the inclination angle (tilt angle) with respect to the main plane (XY plane) of the liquid crystal compound 40 is uniform in the thickness direction (Z direction).
  • the liquid crystal layer 34 may have regions in which the tilt angles of the liquid crystal compounds 40 are different in the thickness direction.
  • the optical axis 40A of the liquid crystal compound 40 is parallel to the main surface (the pretilt angle is 0) at the interface on the alignment film 32 side of the liquid crystal layer, and from the interface on the alignment film 32 side.
  • the tilt angle of the liquid crystal compound 40 increases as the distance from the liquid crystal compound 40 increases, and then the liquid crystal compound is oriented at a constant tilt angle to the other interface (air interface) side.
  • the optical axis of the liquid crystal compound may have a pretilt angle at one interface of the upper and lower interfaces, or may have a pretilt angle at both interfaces. Good. Further, the pretilt angle may be different at both interfaces. Since the liquid crystal compound has a tilt angle (tilt) in this way, the birefringence of the liquid crystal compound that is effective when light is diffracted becomes high, and the diffraction efficiency can be improved.
  • the average angle (average tilt angle) formed by the optical axis 40A of the liquid crystal compound 40 and the main surface (XY plane) is preferably 5 to 80 °, more preferably 10 to 50 °.
  • the average tilt angle can be measured by observing the XX plane of the liquid crystal layer 34 with a polarizing microscope. Above all, on the XX plane of the liquid crystal layer 34, it is preferable that the optical axis 40A of the liquid crystal compound 40 is inclined or oriented in the same direction with respect to the main plane (XY plane).
  • the tilt angle is a value obtained by measuring the angle formed by the optical axis 40A of the liquid crystal compound 40 and the main surface at any five or more points in the polarization microscope observation of the cross section of the cholesteric liquid crystal layer and arithmetically averaging them. is there.
  • liquid crystal layer Light vertically incident on the diffraction element (liquid crystal layer) travels diagonally in the liquid crystal layer due to the application of bending force.
  • a diffraction loss occurs because the deviation from the conditions such as the diffraction period originally set so as to obtain a desired diffraction angle with respect to the vertical incident occurs.
  • the liquid crystal compound is tilted, there is an orientation in which a higher birefringence is generated with respect to the orientation in which the light is diffracted, as compared with the case where the liquid crystal compound is not tilted.
  • the effective abnormal light refractive index becomes large, so that the birefringence, which is the difference between the abnormal light refractive index and the normal light refractive index, becomes high.
  • the direction of the tilt angle according to the target diffraction direction, it is possible to suppress the deviation from the original diffraction condition in that direction, and as a result, a liquid crystal compound having a tilt angle was used. In this case, it is considered that higher diffraction efficiency can be obtained.
  • the tilt angle is controlled by the treatment of the interface of the liquid crystal layer.
  • the tilt angle of the liquid crystal compound can be controlled by performing a pre-tilt treatment on the alignment film. For example, when the alignment film is formed, the alignment film is exposed to ultraviolet rays from the front and then obliquely exposed to cause a pretilt angle in the liquid crystal compound in the liquid crystal layer formed on the alignment film. In this case, the liquid crystal compound is pre-tilted in a direction in which the uniaxial side of the liquid crystal compound can be seen with respect to the second irradiation direction.
  • liquid crystal compound in the direction perpendicular to the second irradiation direction does not pre-tilt, there are an in-plane pre-tilt region and a non-pre-tilt region. This contributes to increasing the birefringence most in that direction when the light is diffracted in the target direction, and is therefore suitable for increasing the diffraction efficiency.
  • an additive that promotes the pretilt angle can be added in the liquid crystal layer or the alignment film. In this case, an additive can be used as a factor for further increasing the diffraction efficiency. This additive can also be used to control the pretilt angle of the interface on the air side.
  • the bright part and the dark part derived from the cholesteric liquid crystal phase are inclined with respect to the main surface.
  • the liquid crystal layer has the minimum in-plane retardation Re in either the slow-phase axial plane or the advancing axial plane.
  • the direction is inclined from the normal direction.
  • the absolute value of the measurement angle formed by the normal in the direction in which the in-plane retardation Re is minimized is 5 ° or more.
  • the liquid crystal compound of the liquid crystal layer is inclined with respect to the main surface, and the inclination direction substantially coincides with the bright part and the dark part of the liquid crystal layer.
  • the normal direction is a direction orthogonal to the main surface. Since the liquid crystal layer has such a configuration, circularly polarized light can be diffracted with higher diffraction efficiency than the liquid crystal layer in which the liquid crystal compound is parallel to the main surface.
  • the liquid crystal compound of the liquid crystal layer is inclined with respect to the main surface and the inclination direction substantially coincides with the bright part and the dark part
  • the bright part and the dark part corresponding to the reflecting surface and the optical axis of the liquid crystal compound are aligned. Match. Therefore, the action of the liquid crystal compound on the reflection (diffraction) of light is increased, and the diffraction efficiency can be improved. As a result, the amount of reflected light with respect to the incident light can be further improved.
  • the absolute value of the optical axis tilt angle of the liquid crystal layer is preferably 5 ° or more, more preferably 15 ° or more, still more preferably 20 ° or more.
  • the absolute value of the optical axis tilt angle is preferably 5 ° or more, more preferably 15 ° or more, still more preferably 20 ° or more.
  • the liquid crystal layer can be formed by fixing the liquid crystal phase in which the liquid crystal compound is oriented in a predetermined orientation state in a layered manner.
  • the cholesteric liquid crystal phase can be fixed and formed in layers.
  • the structure in which the liquid crystal phase is fixed may be a structure in which the orientation of the liquid crystal compound serving as the liquid crystal phase is maintained, and typically, the polymerizable liquid crystal compound is placed in a predetermined liquid crystal phase orientation state. It is preferable that the structure is polymerized and cured by irradiation with ultraviolet rays, heating, etc.
  • the structure is changed to a state in which the orientation form is not changed by an external field or an external force.
  • the liquid crystal phase is fixed, it is sufficient that the optical properties of the liquid crystal phase are maintained, and the liquid crystal compound 40 does not have to exhibit liquid crystal properties in the liquid crystal layer.
  • the polymerizable liquid crystal compound may lose its liquid crystal property by increasing its molecular weight by a curing reaction.
  • liquid crystal composition containing a liquid crystal compound can be mentioned.
  • the liquid crystal compound is preferably a polymerizable liquid crystal compound.
  • the liquid crystal composition used for forming the liquid crystal layer may further contain a surfactant and a chiral agent.
  • the polymerizable liquid crystal compound may be a rod-shaped liquid crystal compound or a disk-shaped liquid crystal compound.
  • the rod-shaped polymerizable liquid crystal compound include a rod-shaped nematic liquid crystal compound.
  • rod-shaped nematic liquid crystal compounds include azomethines, azoxys, cyanobiphenyls, cyanophenyl esters, benzoic acid esters, cyclohexanecarboxylic acid phenyl esters, cyanophenylcyclohexanes, cyano-substituted phenylpyrimidins, and alkoxy-substituted phenylpyrimidins.
  • Phenyldioxans, trans, alkenylcyclohexylbenzonitriles and the like are preferably used. Not only low molecular weight liquid crystal compounds but also high molecular weight liquid crystal compounds can be used.
  • the polymerizable liquid crystal compound is obtained by introducing a polymerizable group into the liquid crystal compound.
  • the polymerizable group include an unsaturated polymerizable group, an epoxy group, and an aziridinyl group, and an unsaturated polymerizable group is preferable, and an ethylenically unsaturated polymerizable group is more preferable.
  • the polymerizable group can be introduced into the molecule of the liquid crystal compound by various methods.
  • the number of polymerizable groups contained in the polymerizable liquid crystal compound is preferably 1 to 6, more preferably 1 to 3.
  • Examples of polymerizable liquid crystal compounds include Makromol. Chem. , 190, 2255 (1989), Advanced Materials 5, 107 (1993), US Pat. No.
  • a cyclic organopolysiloxane compound having a cholesteric phase as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 57-165480 can be used.
  • a polymer liquid crystal compound a polymer having a mesogen group exhibiting a liquid crystal introduced at the main chain, a side chain, or both the main chain and the side chain, and a polymer cholesteric having a cholesteryl group introduced into the side chain.
  • Liquid crystals, liquid crystal polymers as disclosed in JP-A-9-133810, liquid crystal polymers as disclosed in JP-A-11-293252, and the like can be used.
  • disk-shaped liquid crystal compound As the disk-shaped liquid crystal compound, for example, those described in JP-A-2007-108732 and JP-A-2010-244038 can be preferably used.
  • the amount of the polymerizable liquid crystal compound added to the liquid crystal composition is preferably 75 to 99.9% by mass, preferably 80 to 99% by mass, based on the solid content mass (mass excluding the solvent) of the liquid crystal composition. It is more preferably mass%, and even more preferably 85-90 mass%.
  • the liquid crystal composition used when forming the liquid crystal layer may contain a surfactant.
  • the surfactant is preferably a compound capable of stably or rapidly functioning as an orientation control agent that contributes to the orientation of the cholesteric liquid crystal phase.
  • examples of the surfactant include silicone-based surfactants and fluorine-based surfactants, and fluorine-based surfactants are preferably exemplified.
  • the surfactant include the compounds described in paragraphs [2002] to [0090] of JP2014-119605A, and the compounds described in paragraphs [0031] to [0034] of JP2012-203237A. , The compounds exemplified in paragraphs [0092] and [093] of JP-A-2005-999248, paragraphs [0076] to [0078] and paragraphs [0083] to [0085] of JP-A-2002-129162. Examples thereof include the compounds exemplified therein, and the fluorine (meth) acrylate-based polymers described in paragraphs [0018] to [0043] of JP-A-2007-272185.
  • the surfactant one type may be used alone, or two or more types may be used in combination.
  • the fluorine-based surfactant the compounds described in paragraphs [2002] to [0090] of JP2014-119605 are preferable.
  • the amount of the surfactant added to the liquid crystal composition is preferably 0.01 to 10% by mass, more preferably 0.01 to 5% by mass, and 0.02 to 1% by mass with respect to the total mass of the liquid crystal compound. Is even more preferable.
  • the chiral agent has a function of inducing a helical structure of a cholesteric liquid crystal phase. Since the twist direction or spiral pitch of the spiral induced by the compound differs depending on the compound, the chiral agent may be selected according to the purpose.
  • the chiral agent is not particularly limited, and is a known compound (for example, Liquid Crystal Device Handbook, Chapter 3, Section 4-3, TN (twisted nematic), STN (Super Twisted Nematic) chiral agent, page 199, Japan Society for the Promotion of Science. (Described in 1989, edited by the 142nd Committee of the Society), isosorbide, isomannide derivatives and the like can be used.
  • the chiral agent generally contains an asymmetric carbon atom, but an axial asymmetric compound or a surface asymmetric compound that does not contain an asymmetric carbon atom can also be used as the chiral agent.
  • axial or surface asymmetric compounds include binaphthyl, helicene, paracyclophane, and derivatives thereof.
  • the chiral agent may have a polymerizable group. When both the chiral agent and the liquid crystal compound have a polymerizable group, the repeating unit derived from the polymerizable liquid crystal compound and the repeating unit derived from the chiral agent are derived by the polymerization reaction between the polymerizable chiral agent and the polymerizable liquid crystal compound. Polymers with repeating units can be formed.
  • the polymerizable group of the polymerizable chiral agent is preferably a group of the same type as the polymerizable group of the polymerizable liquid crystal compound. Therefore, the polymerizable group of the chiral agent is preferably an unsaturated polymerizable group, an epoxy group or an aziridinyl group, more preferably an unsaturated polymerizable group, and preferably an ethylenically unsaturated polymerizable group. More preferred. Moreover, the chiral agent may be a liquid crystal compound.
  • the chiral auxiliary has a photoisomeric group
  • a pattern of a desired reflection wavelength corresponding to the emission wavelength can be formed by irradiation with a photomask such as active light after coating and orientation.
  • a photomask such as active light after coating and orientation.
  • an isomerization site of a compound exhibiting photochromic properties an azo group, an azoxy group, or a cinnamoyl group is preferable.
  • Specific compounds include JP-A-2002-80478, JP-A-2002-80851, JP-A-2002-179668, JP-A-2002-179669, JP-A-2002-179670, and JP-A-2002.
  • the content of the chiral agent in the liquid crystal composition is preferably 0.01 to 200 mol%, more preferably 1 to 30 mol%, based on the molar content of the liquid crystal compound.
  • the liquid crystal composition contains a polymerizable compound, it preferably contains a polymerization initiator.
  • the polymerization initiator used is preferably a photopolymerization initiator capable of initiating the polymerization reaction by irradiation with ultraviolet rays.
  • photopolymerization initiators include ⁇ -carbonyl compounds (described in U.S. Pat. No. 2,376,661 and U.S. Pat. No. 2,376,670), acidoin ethers (described in U.S. Pat. No. 2,448,828), and ⁇ -hydrogen.
  • Substituted aromatic acidoine compounds (described in US Pat. No. 2722512), polynuclear quinone compounds (described in US Pat. Nos. 3046127 and US Pat. No. 2951758), triarylimidazole dimers and p-aminophenyl ketone. Combinations (described in US Pat. No. 3,549,677), aclysine and phenazine compounds (Japanese Patent Laid-Open No. 60-105667, described in US Pat. No. 4,239,850), and oxadiazole compounds (US Pat. No. 421,970). Description) and the like.
  • the content of the photopolymerization initiator in the liquid crystal composition is preferably 0.1 to 20% by mass, more preferably 0.5 to 12% by mass, based on the content of the liquid crystal compound.
  • the liquid crystal composition may optionally contain a cross-linking agent in order to improve the film strength and durability after curing.
  • a cross-linking agent those that are cured by ultraviolet rays, heat, humidity and the like can be preferably used.
  • the cross-linking agent is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. For example, a polyfunctional acrylate compound such as trimethylolpropantri (meth) acrylate and pentaerythritol tri (meth) acrylate; glycidyl (meth) acrylate.
  • epoxy compounds such as ethylene glycol diglycidyl ether; aziridine compounds such as 2,2-bishydroxymethylbutanol-tris [3- (1-aziridinyl) propionate] and 4,4-bis (ethyleneiminocarbonylamino) diphenylmethane; hexa Isocyanate compounds such as methylene diisocyanate and biuret type isocyanate; polyoxazoline compounds having an oxazoline group in the side chain; and alkoxysilane compounds such as vinyltrimethoxysilane and N- (2-aminoethyl) 3-aminopropyltrimethoxysilane. Can be mentioned.
  • a known catalyst can be used depending on the reactivity of the cross-linking agent, and the productivity can be improved in addition to the improvement of the film strength and durability. These may be used alone or in combination of two or more.
  • the content of the cross-linking agent is preferably 3 to 20% by mass, more preferably 5 to 15% by mass, based on the solid content mass of the liquid crystal composition. When the content of the cross-linking agent is within the above range, the effect of improving the cross-linking density can be easily obtained, and the stability of the liquid crystal phase is further improved.
  • a polymerization inhibitor an antioxidant, an ultraviolet absorber, a light stabilizer, a coloring material, metal oxide fine particles, etc. are added to the liquid crystal composition within a range that does not deteriorate the optical performance and the like. Can be added with.
  • the liquid crystal composition is preferably used as a liquid when forming a liquid crystal layer.
  • the liquid crystal composition may contain a solvent.
  • the solvent is not limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose, but an organic solvent is preferable.
  • the organic solvent is not limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose.
  • a liquid crystal composition is applied to the forming surface of the liquid crystal layer, the liquid crystal compound is oriented to a desired liquid crystal phase state, and then the liquid crystal compound is cured to form a liquid crystal layer.
  • the liquid crystal composition is applied to the alignment film 32, the liquid crystal compound is oriented in the state of the cholesteric liquid crystal phase, and then the liquid crystal compound is cured to form cholesteric. It is preferable to form a liquid crystal layer in which the liquid crystal phase is fixed.
  • printing methods such as inkjet and scroll printing, and known methods such as spin coating, bar coating and spray coating that can uniformly apply the liquid to a sheet-like material can be used.
  • the applied liquid crystal composition is dried and / or heated as needed and then cured to form a liquid crystal layer.
  • the liquid crystal compound in the liquid crystal composition may be oriented to the cholesteric liquid crystal phase.
  • the heating temperature is preferably 200 ° C. or lower, more preferably 130 ° C. or lower.
  • the oriented liquid crystal compound is further polymerized, if necessary.
  • the polymerization may be either thermal polymerization or photopolymerization by light irradiation, but photopolymerization is preferable.
  • the irradiation energy is preferably 20mJ / cm 2 ⁇ 50J / cm 2, more preferably 50 ⁇ 1500mJ / cm 2.
  • light irradiation may be carried out under heating conditions or a nitrogen atmosphere.
  • the wavelength of the ultraviolet rays to be irradiated is preferably 250 to 430 nm.
  • the thickness of the liquid crystal layer is not limited, and the required light reflectance can be obtained depending on the application of the diffraction element, the light reflectance required for the liquid crystal layer, the material for forming the liquid crystal layer, and the like. It may be set as appropriate.
  • liquid crystal diffraction element B a liquid crystal layer in which the liquid crystal compound is cholesterically oriented is used as the liquid crystal diffraction element, but the liquid crystal diffraction element used in the present invention has an optical axis 40A derived from the liquid crystal compound 40 at least 1 in the plane.
  • Various liquid crystal diffraction elements can be used as long as they have a liquid crystal orientation pattern that continuously rotates along the direction.
  • the liquid crystal diffraction element may have a configuration in which the liquid crystal compound is twisted and rotated in the thickness direction to the extent that the liquid crystal compound does not become a cholesteric liquid crystal phase.
  • the liquid crystal diffraction element shown in FIGS. 24 and 25 includes a support 30, an alignment film 32, and a liquid crystal layer 36. Similar to the liquid crystal layer 34, the liquid crystal layer 36 of the liquid crystal diffraction element shown in FIG. 25 also has a liquid crystal orientation pattern in which the optical axis 40A of the liquid crystal compound 40 continuously rotates along the direction of the arrow X1. Note that FIG. 25 also shows only the liquid crystal compound on the surface of the alignment film 32, as in FIG. 17 described above. In the liquid crystal diffraction element shown in FIG.
  • the liquid crystal compound 40 forming the liquid crystal layer 36 is not spirally twisted and rotated in the thickness direction, and the optic axis 40A is located at the same position in the plane direction.
  • Such a liquid crystal layer can be formed by not adding a chiral agent to the liquid crystal composition in the above-mentioned formation of the liquid crystal layer.
  • the liquid crystal layer 36 has a liquid crystal orientation in which the direction of the optical axis 40A derived from the liquid crystal compound 40 changes while continuously rotating in the direction of arrow X, that is, in one direction indicated by arrow X.
  • the liquid crystal compound 40 forming the liquid crystal layer 36 is a liquid crystal compound having the same direction of the optical axis 40A in the Y direction orthogonal to the arrow X1 direction, that is, in the Y direction orthogonal to one direction in which the optical axis 40A continuously rotates. 40 are arranged at equal intervals. In other words, in the liquid crystal compounds 40 forming the liquid crystal layer 36, the angles formed by the direction of the optical axis 40A and the direction of the arrow X1 are equal between the liquid crystal compounds 40 arranged in the Y direction.
  • the liquid crystal compounds arranged in the Y direction have the same angle formed by the optical axis 40A and the arrow X direction (one direction in which the direction of the optical axis of the liquid crystal compound 40 rotates).
  • the region where the liquid crystal compound 40 having the same angle formed by the optical axis 40A and the arrow X direction is arranged in the Y direction is defined as the region R.
  • the value of the in-plane retardation (Re) in each region R is preferably half wavelength, that is, ⁇ / 2.
  • the difference in refractive index due to the refractive index anisotropy of the region R in the optically anisotropic layer is the refractive index in the direction of the slow axis in the plane of the region R and the direction orthogonal to the direction of the slow axis. It is a refractive index difference defined by the difference from the refractive index of. That is, the refractive index difference ⁇ n due to the refractive index anisotropy of the region R is the refractive index of the liquid crystal compound 40 in the direction of the optical axis 40A and the liquid crystal compound 40 in the plane of the region R in the direction perpendicular to the optical axis 40A. Equal to the difference from the refractive index. That is, the refractive index difference ⁇ n is equal to the refractive index difference of the liquid crystal compound 40.
  • the incident light L 1 When 1 is incident, the incident light L 1 is given a phase difference of 180 ° by passing through the liquid crystal layer 36, and the transmitted light L 2 is converted into right-handed circularly polarized light. Further, since the liquid crystal alignment pattern formed on the liquid crystal layer 36 is a periodic pattern in the arrangement axis D direction, the transmitted light L 2 travels in a direction different from the traveling direction of the incident light L 1. In this way, the incident light L 1 polarized in the left circle is converted into the transmitted light L 2 polarized in the right circle, which is tilted by a certain angle in the direction of the array axis D with respect to the incident direction.
  • the incident light L of right circularly polarized light L in the liquid crystal layer 36 when the value of the product of the difference in the refractive index of the liquid crystal compound in the liquid crystal layer 36 and the thickness of the optically anisotropic layer is ⁇ / 2, the incident light L of right circularly polarized light L in the liquid crystal layer 36.
  • the incident light L 4 passes through the liquid crystal layer 36, is given a phase difference of 180 °, and is converted into left circularly polarized transmitted light L 5.
  • the liquid crystal alignment pattern formed on the liquid crystal layer 36 is a periodic pattern in the arrangement axis D direction, the transmitted light L 5 travels in a direction different from the traveling direction of the incident light L 4.
  • the transmitted light L 5 travels in a direction different from that of the transmitted light L 2 , that is, in a direction opposite to the incident direction in the array axis D direction.
  • the incident light L 4 is converted into the transmitted light L 5 of left circularly polarized light tilted by a certain angle in the direction opposite to the direction of the array axis D with respect to the incident direction.
  • the liquid crystal layer 36 can also adjust the refraction angles of the transmitted lights L 2 and L 5 by changing one cycle ⁇ of the formed liquid crystal orientation pattern. Specifically, as the liquid crystal layer 36 also has a shorter one cycle ⁇ of the liquid crystal orientation pattern, the light passing through the liquid crystal compounds 40 adjacent to each other strongly interferes with each other, so that the transmitted lights L 2 and L 5 are greatly refracted. Can be done. Further, by reversing the rotation direction of the optical axis 40A of the liquid crystal compound 40, which rotates along the arrow D direction, the refraction direction of the transmitted light can be reversed. That is, in the examples shown in FIGS. 24 to 27, the rotation direction of the optical shaft 40A in the direction of arrow D is clockwise, but by making this rotation direction counterclockwise, the direction of refraction of transmitted light can be changed. Can be done in the opposite direction.
  • the liquid crystal diffraction element having a region in which the liquid crystal compound is twisted and rotated (twist angle is less than 360 °) is used. It is preferable to use it.
  • a liquid crystal diffraction element having a region in which the liquid crystal compound twists and rotates can be preferably used from the viewpoint of diffraction efficiency.
  • liquid crystal diffraction elements having different twisting and rotating angles of the liquid crystal compound are laminated and used, or the liquid crystal diffraction elements having different directions of twisting and rotating the liquid crystal compound are laminated and used. ..
  • either a volume hologram type diffraction element or a polarization diffraction element may be used as each diffraction element.
  • different types of diffraction elements may be used in combination.
  • a volume hologram type diffraction element may be used as the incident diffraction element
  • a polarization diffraction element liquid crystal diffraction element
  • different types of diffraction elements may be used for the first A incident diffraction element and the second A incident diffraction element.
  • different types of diffraction elements may be used between the first A intermediate diffraction element and the second A intermediate diffraction element, and the first A exit diffraction element and the second A exit diffraction element.
  • the light guide element and the image display device of the present invention may use a diffraction optical method for enlarging the exit pupil in order to improve visibility.
  • a diffraction optical method for enlarging the exit pupil in order to improve visibility.
  • an optical method using a plurality of diffraction elements that is, a diffraction optical method including an inner coupling, an intermediate and an outer coupling diffraction element can be used. This method is described in detail in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-546020.
  • the present invention is not limited to the above-mentioned examples, and various improvements and changes may be made without departing from the gist of the present invention. Of course, it's good.
  • Example 1-1 ⁇ Manufacturing of incident diffraction element G> (Formation of alignment film) A glass substrate was prepared as a support. The following coating liquid for forming an alignment film was applied onto the support by spin coating. The support on which the coating film of the coating film for forming the alignment film was formed was dried on a hot plate at 60 ° C. for 60 seconds to form the alignment film.
  • Coating liquid for forming an alignment film ⁇ The following materials for photo-alignment 1.00 parts by mass Water 16.00 parts by mass Butoxyethanol 42.00 parts by mass Propylene glycol monomethyl ether 42.00 parts by mass ⁇ ⁇
  • the alignment film was exposed using the exposure apparatus shown in FIG. 23 to form an alignment film P-1 having an alignment pattern.
  • a laser that emits laser light having a wavelength (325 nm) was used.
  • the exposure amount due to the interference light was set to 1000 mJ / cm 2 .
  • One cycle (the length of rotation of the optic axis by 180 °) of the orientation pattern formed by the interference between the two laser beams was controlled by changing the intersection angle (intersection angle ⁇ ) of the two lights.
  • composition A-1 (Formation of liquid crystal layer) The following composition A-1 was prepared as the liquid crystal composition forming the first incident diffraction element G.
  • This composition A-1 is a liquid crystal composition that forms a cholesteric liquid crystal layer (cholesteric liquid crystal phase) that reflects right-handed circularly polarized light.
  • composition A-1 is applied onto the alignment film P-1, the coating film is heated to 80 ° C. on a hot plate, and then the wavelength is 365 nm using a high-pressure mercury lamp at 80 ° C. under a nitrogen atmosphere.
  • the coating film By irradiating the coating film with an irradiation amount of 300 mJ / cm 2 , the orientation of the liquid crystal compound was fixed and the liquid crystal layer of the first incident diffraction element was formed.
  • the number of pitches in the normal direction (thickness direction) with respect to the main surface was 8 pitches.
  • the pitch the distance in the normal direction from the bright part to the bright part or from the dark part to the main surface of the dark part was set to 1/2 pitch.
  • the pitch P of the inclined surface of the bright part and the dark part with respect to the main surface was 0.36 ⁇ m.
  • the pitch P the interval in the normal direction from the bright portion to the bright portion or from the dark portion to the inclined surface of the dark portion was set to 1/2 pitch.
  • the bright and dark areas referred to here are bright and dark areas derived from the cholesteric liquid crystal phase, which are seen when the cross section of the cholesteric liquid crystal layer is observed by SEM.
  • the intersection angle (diffraction angle ⁇ ) of the two lights is changed so that one cycle of the alignment pattern formed on the alignment film is different, and the amount of the chiral auxiliary in the composition forming the liquid crystal layer is 4.
  • the incident diffraction element R was manufactured in the same manner as the incident diffraction element G except that the film thickness was adjusted to .42 parts by mass.
  • the number of pitches of the liquid crystal layer of the incident diffraction element R was 8 pitches, and in the liquid crystal alignment pattern, one cycle in which the optical axis of the liquid crystal compound was rotated by 180 ° was 0.45 ⁇ m.
  • the pitch P of the liquid crystal layer was 0.43 ⁇ m.
  • the emission diffraction element G and the emission diffraction element R were manufactured in the same manner as the incident diffraction element G and the incident diffraction element R, respectively, except that the film thickness was adjusted.
  • the number of pitches of each liquid crystal layer was 2 pitches.
  • a light guide plate having a size of 60 mm ⁇ 70 mm, a thickness of 1 mm, and a material: glass was used as the light guide plate.
  • An incident diffraction element G is used as the first A and first B incident diffraction elements
  • an incident diffraction element R is used as the second A and second B incident diffraction elements
  • an exit diffraction element G is used as the first A and first B exit diffraction elements
  • the second A the emission diffraction element R was used as the second B emission diffraction element.
  • the incident diffraction element was cut out to a size of 6 mm in diameter and used.
  • the emission diffraction element was cut out to a size of 25 mm ⁇ 30 mm and used.
  • the cutting direction and the periodic direction of the diffraction structure are adjusted so that the periodic direction of the diffraction structure becomes a predetermined direction when each diffraction element is arranged on the light guide plate. Cut out.
  • Each of the produced diffraction elements was bonded to one main surface of the light guide plate using an adhesive.
  • the arrangement of each diffraction element was as shown in FIG. That is, the first A incident diffraction element is arranged on the upper right side of the main surface of the light guide plate, the first B incident diffraction element is arranged on the lower left side of the main surface of the light guide plate, and the second A incident diffraction element is on the light guide plate.
  • the second B incident diffraction element is arranged on the upper left side of the main surface, is arranged on the lower right side of the main surface of the light guide plate, and emits the first A, the first B, the second A, and the second B at the center position of the main surface of the light guide plate.
  • Diffractive elements were laminated and arranged.
  • the outgoing diffraction element and the incident diffraction element were arranged at a distance of 6 mm in the vertical direction.
  • the first A incident diffraction element and the second A incident diffraction element were arranged at a distance of 20 mm in the left-right direction.
  • the first B incident diffraction element and the second B incident diffraction element were arranged at a distance of 20 mm in the left-right direction.
  • the first A incident diffraction element is arranged so that the periodic direction of the diffraction structure (direction of the array axis D) is downward left
  • the first B incident diffraction element is arranged so that the periodic direction of the diffraction structure is upward right.
  • the second A incident diffraction element was arranged so that the periodic direction of the diffraction structure was downward right, and the second B incident diffraction element was arranged so that the periodic direction of the diffraction structure was upward left.
  • the first A incident diffraction element and the first B incident diffraction element are arranged so that the periodic directions of the diffraction structures differ by 180 °, and the second A incident diffraction element and the second B incident diffraction element are arranged so that the periodic directions of the diffraction structures differ by 180 °. did.
  • the first A emission diffraction element is arranged so that the periodic direction of the diffraction structure (direction of the array axis D) faces downward left
  • the first B exit diffraction element is arranged so that the periodic direction of the diffraction structure faces upper right.
  • the second A emission diffraction element was arranged so that the periodic direction of the diffraction structure was downward right
  • the second B emission diffraction element was arranged so that the periodic direction of the diffraction structure was upward left.
  • the periodic directions of the diffraction structures of the first A exit diffractive element and the first B exit diffractive element differ by 180 °
  • the periodic directions of the diffraction structures of the second A exit diffractive element and the second B exit diffractive element differ by 180 °.
  • the angle formed by the periodic direction of the diffraction structure of the first A and the first B emission diffraction elements and the periodic direction of the diffraction structure of the second A and the second B emission diffraction elements was arranged so as to be 90 °. From the above, the light guide element was manufactured. Further, in the following Examples and Comparative Examples, the arrangement of the diffraction elements was adjusted as appropriate.
  • Example 1-2 Arrangement position and orientation of each diffraction element so that the angle formed by the periodic direction of the diffraction structure of the first A and 1B exit diffraction elements and the periodic direction of the diffraction structure of the second A and 2B emission diffraction elements is 70 °.
  • a light guide element was produced in the same manner as in Example 1-1, except that the above was adjusted.
  • the second A incident diffraction element is laminated on the first A incident diffraction element, and the orientation of the second A exit diffraction element so that the periodic direction of the diffraction structure of the second A exit diffraction element coincides with the periodic direction of the diffraction structure of the first A exit diffraction element.
  • the light guide element is provided in the same manner as in Example 1-1, except that the first B incident diffraction element, the second B incident diffraction element, the first B exit diffraction element, and the second B exit diffraction element are not provided.
  • the angle formed by the periodic direction of the diffraction structure of the first A emitting diffraction element and the periodic direction of the diffraction structure of the second A emitting diffraction element is 0 °.
  • Example 2-1 and 2-2 and Comparative Example 2 The following incident diffraction element B is used as the first A and first B incident diffraction elements, the following emission diffraction element B is used as the first A and first B emission diffraction elements, and the incident diffraction element G is used as the second A and second B incident diffraction elements.
  • a light guide element was produced in the same manner as in Examples 1-1 and 1-2 and Comparative Example 1, respectively, except that the emission diffraction element G was used as the second A and second B emission diffraction elements.
  • the intersection angle (diffraction angle ⁇ ) of the two lights is changed so that one cycle of the alignment pattern formed on the alignment film is different, and the amount of the chiral auxiliary in the composition forming the liquid crystal layer is 6.
  • the incident diffraction element B was produced in the same manner as the incident diffraction element G except that the thickness was changed to 10 parts by mass and the film thickness was adjusted.
  • the number of pitches of the liquid crystal layer of the incident diffraction element B was 8 pitches, and in the liquid crystal alignment pattern, one cycle in which the optical axis of the liquid crystal compound was rotated by 180 ° was 0.32 ⁇ m.
  • the pitch P of the liquid crystal layer was 0.31 ⁇ m.
  • the exit diffraction element B was manufactured in the same manner as the incident diffraction element B except that the film thickness was adjusted.
  • the number of pitches of the liquid crystal layer of the emission diffraction element B was 2 pitches.
  • Examples 3-1 and 3-2 and Comparative Example 3 The incident diffraction element R as the third A incident diffraction element is laminated on the incident diffraction element B which is the first A incident diffraction element, and as the third B incident diffraction element on the incident diffraction element B which is the first B incident diffraction element. Except that the incident diffraction element R was laminated and two emission diffraction elements R were laminated as the third A emission diffraction element and the third B emission diffraction element on the first A, first B, second A and second B emission diffraction elements. A light guide element was produced in the same manner as in Examples 2-1 and 2-2 and Comparative Example 2, respectively.
  • the periodic directions of the diffraction structures of the third A incident diffraction element and the third B incident diffraction element were arranged so as to coincide with the periodic directions of the diffraction structures of the first A incident diffraction element and the first B incident diffraction element, respectively. Further, the periodic directions of the diffraction structures of the third A exit diffraction element and the third B exit diffraction element are arranged so as to coincide with the periodic directions of the diffraction structures of the first A exit diffraction element and the first B exit diffraction element, respectively.
  • Example 3-1 the angle formed by the periodic direction of the diffraction structure of the third A and third B emission diffraction elements and the periodic direction of the diffraction structure of the second A and second B emission diffraction elements is 90 °. Further, in the third embodiment, the angle formed by the periodic direction of the diffraction structure of the third A and the third B emission diffraction element and the periodic direction of the diffraction structure of the second A and the second B emission diffraction element is 70 °.
  • the angle formed by the periodic direction of the diffraction structure of the third A and the third B emission diffraction elements and the periodic direction of the diffraction structure of the second A and the second B emission diffraction elements is 0 °.
  • Example 4-1 A light guide element having an intermediate diffraction element as shown in FIG. 6 was manufactured as follows.
  • the number of pitches of the liquid crystal layer of the intermediate diffraction element G was 2 pitches, and in the liquid crystal alignment pattern, one cycle in which the optical axis of the liquid crystal compound was rotated by 180 ° was 0.28 ⁇ m.
  • the pitch P of the liquid crystal layer was 0.41 ⁇ m.
  • the number of pitches of the liquid crystal layer of the intermediate diffraction element R was 2 pitches, and in the liquid crystal alignment pattern, one cycle in which the optical axis of the liquid crystal compound was rotated by 180 ° was 0.32 ⁇ m.
  • the pitch P of the liquid crystal layer was 0.48 ⁇ m.
  • a light guide plate As the light guide plate, a light guide plate having a size of 60 mm ⁇ 70 mm, a thickness of 1 mm, and a material: glass was used.
  • An incident diffraction element G is used as the first A and 1B incident diffraction elements
  • an incident diffraction element R is used as the second A and second B incident diffraction elements
  • an intermediate diffraction element G is used as the first A and 1B intermediate diffraction elements
  • the second A Second A.
  • An intermediate diffraction element R was used as the second B intermediate diffraction element, an exit diffraction element G was used as the first A and first B exit diffraction elements, and an exit diffraction element R was used as the second A and second B exit diffraction elements.
  • the incident diffraction element was cut out to a size of 6 mm in diameter and used.
  • the intermediate diffraction element was cut out to a size of 12 mm (maximum) ⁇ 22 mm and used.
  • the emission diffraction element was cut out to a size of 25 mm ⁇ 30 mm and used.
  • Each of the produced diffraction elements was bonded to one main surface of the light guide plate using an adhesive.
  • the arrangement of each diffraction element was as shown in FIG. That is, the first A incident diffraction element is arranged on the upper center right of the main surface of the light guide plate, the first B incident diffraction element is arranged on the lower center left of the main surface of the light guide plate, and the second A incident diffraction element is arranged.
  • the second B incident diffraction element is arranged on the lower center right of the main surface of the light guide plate, and the first A intermediate diffraction element is arranged on the right side of the first A incident diffraction element.
  • the second A intermediate diffraction element is arranged on the left side of the second A incident diffraction element
  • the first B intermediate diffraction element is arranged on the left side of the first B incident diffraction element
  • the second B intermediate diffraction element is arranged on the right side of the second B incident diffraction element.
  • the first A, the first B, the second A and the second B emission diffraction elements were laminated and arranged at the center position of the main surface of the light guide plate.
  • the outgoing diffraction element and the incident diffraction element were arranged at a distance of 6 mm in the vertical direction.
  • the first A incident diffraction element and the second A incident diffraction element were arranged at a distance of 1 mm in the left-right direction.
  • the first B incident diffraction element and the second B incident diffraction element were arranged at a distance of 1 mm in the left-right direction.
  • the first A incident diffraction element and the first A intermediate diffraction element were arranged at a distance of 1 mm in the left-right direction.
  • the second A incident diffraction element and the second A intermediate diffraction element were arranged at a distance of 1 mm in the left-right direction.
  • the first B incident diffraction element and the first B intermediate diffraction element were arranged at a distance of 1 mm in the left-right direction.
  • the second B incident diffraction element and the second B intermediate diffraction element were arranged at a distance of 1 mm in the left-right direction.
  • first A incident diffraction element is arranged so that the periodic direction of the diffraction element (direction of the array axis D) is to the right, and the first B incident diffraction element is arranged so that the periodic direction of the diffraction element is to the left.
  • the second A incident diffraction element was arranged so that the periodic direction of the diffraction element was leftward, and the second B incident diffraction element was arranged so that the periodic direction of the diffraction element was rightward.
  • Each intermediate diffraction element is arranged by adjusting the periodic direction of the diffraction element so as to diffract the incident light in the direction of the exit diffraction element.
  • the first A exit diffraction element is arranged so that the periodic direction of the diffraction element (direction of the array axis D) faces downward left
  • the first B exit diffraction element is arranged so that the periodic direction of the diffraction element faces upper right.
  • the second A emission diffraction element was arranged so that the periodic direction of the diffraction element was downward to the right
  • the second B emission diffraction element was arranged so that the periodic direction of the diffraction element was to the upper left.
  • the first A exit diffraction element and the first B exit diffraction element are arranged so that the periodic directions of the diffraction elements differ by 180 °
  • the second A exit diffraction element and the second B exit diffraction element are arranged so that the periodic directions of the diffraction elements differ by 180 °. did.
  • the angle formed by the periodic direction of the diffraction structure of the first A and the first B emission diffraction elements and the periodic direction of the diffraction structure of the second A and the second B emission diffraction elements was arranged so as to be 90 °. From the above, the light guide element was manufactured.
  • Example 4-2 Arrangement position and orientation of each diffraction element so that the angle formed by the periodic direction of the diffraction structure of the first A and 1B exit diffraction elements and the periodic direction of the diffraction structure of the second A and 2B emission diffraction elements is 70 °.
  • a light guide element was produced in the same manner as in Example 4-1 except that the above was adjusted.
  • the direction of the second A exit diffraction element is changed so as to coincide with the periodic direction of the above, and the first B incident diffraction element, the second B incident diffraction element, the first B intermediate diffraction element, the second B intermediate diffraction element, the first B exit diffraction element, and the first A light guide element was produced in the same manner as in Example 4-1 except that the configuration did not include the 2B emission diffraction element. That is, the angle formed by the periodic direction of the diffraction structure of the first A and first B emission diffraction elements and the periodic direction of the diffraction structure of the second A and second B emission diffraction elements is 0 °.
  • An incident diffraction element B is used as the first A and first B incident diffraction elements, the following intermediate diffraction element B is used as the first A and first B intermediate diffraction elements, and an exit diffraction element B is used as the first A and first B exit diffraction elements.
  • the incident diffraction element G is used as the second A and second B incident diffraction elements, the intermediate diffraction element G is used as the second A and second B intermediate diffraction elements, the exit diffraction element G is used as the second A and second B exit diffraction elements, and the third A.
  • the incident diffraction element R is used as the third B incident diffraction element
  • the intermediate diffraction element R is used as the third A and third B intermediate diffraction elements
  • the exit diffraction element R is used as the third A and third B exit diffraction elements, respectively.
  • a light guide element was produced in the same manner as in Examples 4-1 and 4-2 and Comparative Example 4. That is, the incident diffraction element B as the first A incident diffraction element and the incident diffraction element R as the third A incident diffraction element are laminated, and the incident diffraction element B as the first B incident diffraction element and the incident diffraction element B as the third B incident diffraction element are used.
  • the incident diffraction element R is laminated, the intermediate diffraction element B as the first A intermediate diffraction element, and the intermediate diffraction element R as the third A intermediate diffraction element are laminated, and the intermediate diffraction element B as the first B intermediate diffraction element is laminated.
  • the intermediate diffraction element R as the third B intermediate diffraction element is laminated, and the first A, the first B, the second A, the second B, the third A, and the third B exit diffraction element are two emission diffraction elements B and the exit diffraction element G, respectively. And the exit diffraction element R was laminated.
  • the number of pitches of the liquid crystal layer was 2 pitches, and in the liquid crystal alignment pattern, one cycle in which the optical axis of the liquid crystal compound was rotated by 180 ° was 0.23 ⁇ m.
  • the pitch P of the liquid crystal layer was 0.34 ⁇ m.
  • a projection display that combines a projection light source and a convex lens with LCOS (Liquid crystal on silicon) was prepared.
  • An image display device was produced by arranging a projection display so as to irradiate an image toward an incident diffraction element.
  • a circular polarizing plate was placed between the projection display and the incident diffraction element, and an image of right-handed circularly polarized light was projected onto the incident diffraction element.
  • a plurality of projection displays were used depending on the arrangement of the incident diffraction elements.
  • each projection display is assumed to irradiate an image of a color (wavelength) corresponding to the corresponding incident diffraction element.
  • the first A and the first B incident diffraction elements are irradiated with the same image
  • the second A and the second B incident diffraction elements are irradiated with the same image
  • the third A and the third B incident diffraction elements are the same.
  • the configuration is such that the image is irradiated.
  • the image was displayed using the produced image display device, and the multiple image was evaluated according to the following criteria. ⁇ A: The occurrence of multiple images was hardly visible.
  • ⁇ B The occurrence of multiple images was slightly visible but slight.
  • ⁇ C The occurrence of multiple images was weakly visible, but within the permissible range.
  • the viewing angle was evaluated by irradiating each light guide element with light.
  • Examples 1-1, 1-2, 4-1 and 4-2 and Comparative Examples 1 and 4 were evaluated using light having a wavelength of 532 nm and a wavelength of 635 nm.
  • Examples 2-1 and 2-2 and Comparative Example 2 were evaluated using light having a wavelength of 450 nm and a wavelength of 532 nm.
  • Examples 3-1, 3-2, 5-1 and 5-2 and Comparative Examples 3 and 5 were evaluated using light having a wavelength of 450 nm, a wavelength of 532 nm and a wavelength of 635 nm.
  • the light emitted from the light source was passed through a linear polarizer and a ⁇ / 4 plate to obtain right-handed circularly polarized light. This light was incident on the incident diffraction element of the light guide element, and the amount of light emitted from the exit diffraction element was measured with a power meter. At the measurement point, the emission light from the center of the emission diffraction element was measured. Further, when the normal direction with respect to the main surface of the light guide plate was set to 0 °, the angle of incidence of light on the incident diffraction element was changed from ⁇ 30 ° to 30 ° in steps of 2.5 ° (horizontal direction).
  • the pinholes were arranged so that the effective aperture of the power meter was 2 mm ⁇ , and the amount of light was measured and evaluated so that the emitted light transmitted through the center of the pinholes.
  • the angle range in which the amount of emitted light is 30% or more with respect to the amount of emitted light at the emission angle at which the amount of emitted light is the largest was evaluated as the viewing angle.
  • the evaluation was performed at each wavelength, and the viewing angle was defined as an angle range satisfying the above conditions for all the wavelengths used for the evaluation.
  • Each of the light guide elements produced above was irradiated with light, and the viewing angle was evaluated according to the following criteria.
  • -A The viewing angle is 1.5 times or more and less than 1.5 times that of the corresponding comparative example.
  • -B The viewing angle is 1.3 times or more and less than 1.5 times that of the corresponding comparative example.
  • -C The corresponding comparative example On the other hand, the viewing angle is 1.1 times or more and less than 1.3 times.
  • D The viewing angle is less than 1.1 times compared to the corresponding comparative example. The results are shown in the table below.
  • phase plane L 1, L 4 incident light L 2, L 5 transmitted light U user D, D 1a, D 1b, D 2a, D 2b, D 3a, D 3b array axis ⁇ , ⁇ in1, ⁇ in2, ⁇ in3, ⁇ mid1, ⁇ mid2, ⁇ mid3, ⁇ out1 , ⁇ out2, ⁇ out3 period of the diffraction structure P, P in1, P in2, P in3, P mid1, P mid2, P mid3, P out1, P out2, P out3 pitch

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Abstract

多重像の発生を抑制でき、広視野角化できる導光素子、および、この導光素子を用いる画像表示装置を提供する。導光板と、第１Ａ、第１Ｂ、第２Ａおよび第２Ｂ入射回折素子、ならびに、第１Ａ、第１Ｂ、第２Ａおよび第２Ｂ出射回折素子とを有し、第１Ａおよび第２Ａ入射回折素子、ならびに、第１Ｂおよび第２Ｂ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、第１Ａおよび第１Ｂ入射回折素子の回折構造の周期と、第２Ａおよび第２Ｂ入射回折素子の回折構造の周期とが異なり、第１Ａおよび第１Ｂ出射回折素子の回折構造の周期と、第２Ａおよび第２Ｂ出射回折素子の回折構造の周期とが異なり、出射回折素子は、導光板の主面の重複する位置に配置されており、第１Ａおよび第１Ｂ出射回折素子の回折構造の周期方向と、第２Ａおよび第２Ｂ出射回折素子の回折構造の周期方向とが交差している。

Description

導光素子および画像表示装置
　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。
　このようなＡＲグラスに用いられる導光素子において、特許文献１には、入射された画像の一部を別の方向に回折させて画像を２系統に分割して、それぞれ導光板内を異なる経路で導光させ、出射回折素子によって出射する際に統合することで視野角を大きくすることが記載されている。
　また、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）。
国際公開第２０１７／１８０４０３号
Bernard C. Kress et al., Towards the Ultimate Mixed Reality Experience: HoloLens Display Architecture Choices, SID 2017 DIGEST, pp.127-131
　ここで、ＡＲグラス等において、カラー画像を表示する場合には、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色に対応する導光素子を用いる必要がある。３枚の導光素子を有する構成とした場合には全体の厚さが厚くなるが、ＡＲグラス等においては、薄型化、軽量化が求められており、導光素子の枚数を削減することが求められている。そのため、１つの導光素子で、複数の色の光を導光する構成とすることが考えられる。
　しかしながら、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、近い波長の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の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、広視野角化できる導光素子、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１Ａ入射回折素子、第１Ｂ入射回折素子、第２Ａ入射回折素子、第２Ｂ入射回折素子、第１Ａ出射回折素子、第１Ｂ出射回折素子、第２Ａ出射回折素子および第２Ｂ出射回折素子とを有し、
　第１Ａ入射回折素子、第１Ｂ入射回折素子、第１Ａ出射回折素子、および、第１Ｂ出射回折素子は、同じ波長域の光を回折するものであり、
　第２Ａ入射回折素子、第２Ｂ入射回折素子、第２Ａ出射回折素子、および、第２Ｂ出射回折素子は、同じ波長域の光を回折するものであり、
　第１Ａ入射回折素子および第２Ａ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１Ｂ入射回折素子および第２Ｂ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１Ａ出射回折素子は、第１Ａ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１Ｂ出射回折素子は、第１Ｂ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２Ａ出射回折素子は、第２Ａ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２Ｂ出射回折素子は、第２Ｂ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１Ａ入射回折素子の回折構造の周期と、第２Ａ入射回折素子および第２Ｂ入射回折素子の回折構造の周期とが異なり、
　第１Ｂ入射回折素子の回折構造の周期と、第２Ａ入射回折素子および第２Ｂ入射回折素子の回折構造の周期とが異なり、
　第１Ａ出射回折素子の回折構造の周期と、第２Ａ出射回折素子および第２Ｂ出射回折素子の回折構造の周期とが異なり、
　第１Ｂ出射回折素子の回折構造の周期と、第２Ａ出射回折素子および第２Ｂ出射回折素子の回折構造の周期とが異なり、
　第１Ａ出射回折素子、第１Ｂ出射回折素子、第２Ａ出射回折素子、および、第２Ｂ出射回折素子は、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１Ａ出射回折素子の回折構造の周期方向と、第２Ａ出射回折素子の回折構造の周期方向および第２Ｂ出射回折素子の回折構造の周期方向とが交差しており、
　第１Ｂ出射回折素子の回折構造の周期方向と、第２Ａ出射回折素子の回折構造の周期方向および第２Ｂ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１Ａ中間回折素子、第１Ｂ中間回折素子、第２Ａ中間回折素子および第２Ｂ中間回折素子を有し、
　第１Ａ中間回折素子は、第１Ａ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１Ａ出射回折素子に向けて回折し、
　第１Ｂ中間回折素子は、第１Ｂ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１Ｂ出射回折素子に向けて回折し、
　第２Ａ中間回折素子は、第２Ａ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２Ａ出射回折素子に向けて回折し、
　第２Ｂ中間回折素子は、第２Ｂ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２Ｂ出射回折素子に向けて回折し、
　第１Ａ中間回折素子の回折構造の周期と、第２Ａ中間回折素子および第２Ｂ中間回折素子の回折構造の周期とが異なり、
　第１Ｂ中間回折素子の回折構造の周期と、第２Ａ中間回折素子および第２Ｂ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１Ａ中間回折素子、第１Ｂ中間回折素子、第２Ａ中間回折素子および第２Ｂ中間回折素子はそれぞれ、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１Ａ入射回折素子、第１Ｂ入射回折素子、第２Ａ入射回折素子、第２Ｂ入射回折素子、第１Ａ出射回折素子、第１Ｂ出射回折素子、第２Ａ出射回折素子および第２Ｂ出射回折素子はそれぞれ、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］～［３］のいずれかに記載の導光素子。
　［５］　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［４］に記載の導光素子。
　［６］　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［５］に記載の導光素子。
　［７］　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［５］または［６］に記載の導光素子。
　［８］　第１Ａ出射回折素子と第２Ａ出射回折素子、および、第１Ｂ出射回折素子と第２Ｂ出射回折素子の少なくとも一方は、コレステリック液晶相の螺旋の捩れの回転方向が異なる［７］に記載の導光素子。
　［９］　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［５］～［８］のいずれかに記載の導光素子。
　［１０］　第１Ａ出射回折素子、第１Ｂ出射回折素子、第２Ａ出射回折素子および第２Ｂ出射回折素子の回折構造の周期が０．１μｍ～１０μｍである［１］～［９］のいずれかに記載の導光素子。
　［１１］　第１Ａ入射回折素子と第１Ｂ入射回折素子、および、第２Ａ入射回折素子と第２Ｂ入射回折素子の少なくとも一方が積層されている［１］～［１０］のいずれかに記載の導光素子。
　［１２］　第１Ａ入射回折素子、第１Ｂ入射回折素子、第２Ａ入射回折素子および第２Ｂ入射回折素子が、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］　さらに、導光板に設けられる第３Ａ入射回折素子、第３Ｂ入射回折素子、第３Ａ出射回折素子および第３Ｂ出射回折素子を有し、
　第３Ａ入射回折素子、第３Ｂ入射回折素子、第３Ａ出射回折素子、および、第３Ｂ出射回折素子は、同じ波長域の光を回折するものであり、
　第３Ａ入射回折素子は第２Ａ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３Ｂ入射回折素子は第２Ｂ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３Ａ出射回折素子は、第３Ａ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３Ｂ出射回折素子は、第３Ｂ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３Ａ入射回折素子および第３Ｂ入射回折素子の回折構造の周期は、第１Ａ入射回折素子および第１Ｂ入射回折素子の回折構造の周期、ならびに、第２Ａ入射回折素子および第２Ｂ入射回折素子の回折構造の周期と異なり、
　第３Ａ出射回折素子および第３Ｂ出射回折素子の回折構造の周期は、第１Ａ出射回折素子および第１Ｂ出射回折素子の回折構造の周期、ならびに、第２Ａ出射回折素子および第２Ｂ出射回折素子の回折構造の周期と異なり、
　第３Ａ出射回折素子および第３Ｂ出射回折素子は、第２Ａ出射回折素子および第２Ｂ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３Ａ出射回折素子の回折構造の周期方向と、第２Ａ出射回折素子および第２Ｂ出射回折素子の回折構造の周期方向とが交差しており、
　第３Ｂ出射回折素子の回折構造の周期方向と、第２Ａ出射回折素子および第２Ｂ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］～［１２］のいずれかに記載の導光素子。
　［１４］　第１Ａ入射回折素子および第１Ｂ入射回折素子の回折構造の周期をΛin1とし、
　第２Ａ入射回折素子および第２Ｂ入射回折素子の回折構造の周期をΛin2とし、
　第３Ａ入射回折素子および第３Ｂ入射回折素子の回折構造の周期をΛin3とし、
　第１Ａ出射回折素子および第１Ｂ出射回折素子の回折構造の周期をΛout1とし、
　第２Ａ出射回折素子および第２Ｂ出射回折素子の回折構造の周期をΛout2とし、
　第３Ａ出射回折素子および第３Ｂ出射回折素子の回折構造の周期をΛout3とすると、
　　Λin1＜Λin2＜Λin3
　　Λout1＜Λout2＜Λout3
を満たす［１３］に記載の導光素子。
　［１５］　さらに、導光板に設けられる、第１Ａ中間回折素子、第１Ｂ中間回折素子、第２Ａ中間回折素子、第２Ｂ中間回折素子、第３Ａ中間回折素子、および、第３Ｂ中間回折素子を有し、
　第３Ａ中間回折素子は、第３Ａ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３Ａ出射回折素子に向けて回折し、
　第３Ｂ中間回折素子は、第３Ｂ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３Ｂ出射回折素子に向けて回折し、
　第３Ａ中間回折素子の回折構造の周期と、第２Ａ中間回折素子および第２Ｂ中間回折素子の回折構造の周期とが異なり、
　第３Ｂ中間回折素子の回折構造の周期と、第２Ａ中間回折素子および第２Ｂ中間回折素子の回折構造の周期とが異なる［１３］または［１４］に記載の導光素子。
　［１６］　第１Ａ中間回折素子および第１Ｂ中間回折素子の回折構造の周期をΛmid1とし、
　第２Ａ中間回折素子および第２Ｂ中間回折素子の回折構造の周期をΛmid2とし、
　第３Ａ中間回折素子および第３Ｂ中間回折素子の回折構造の周期をΛmid3とすると、
　　Λmid1＜Λmid2＜Λmid3
を満たす［１５］に記載の導光素子。
　［１７］　第３Ａ中間回折素子、および、第３Ｂ中間回折素子はそれぞれ、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［１５］または［１６］に記載の導光素子。
　［１８］　第３Ａ入射回折素子、第３Ｂ入射回折素子、第３Ａ出射回折素子および第３Ｂ出射回折素子はそれぞれ、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［１３］～［１７］のいずれかに記載の導光素子。
　［１９］　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層を有する液晶回折素子である［１７］または［１８］に記載の導光素子。
　［２０］　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［１９］に記載の導光素子。
　［２１］　第３Ａ出射回折素子と第２Ａ出射回折素子、および、第３Ｂ出射回折素子と第２Ｂ出射回折素子の少なくとも一方は、コレステリック液晶相の螺旋の捩れの回転方向が異なる［２０］に記載の導光素子。
　［２２］　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［２０］または［２１］に記載の導光素子。
　［２３］　走査型電子顕微鏡によって観察される液晶層の断面において、液晶相に由来する明部および暗部の、明部から明部、または、暗部から暗部の、明部または暗部が成す線の法線方向における間隔を１／２ピッチとした際に、
　第１Ａ入射回折素子および第１Ｂ入射回折素子におけるピッチをＰin1とし、
　第２Ａ入射回折素子および第２Ｂ入射回折素子におけるピッチをＰin2とし、
　第３Ａ入射回折素子および第３Ｂ入射回折素子におけるピッチをＰin3とし、
　第１Ａ出射回折素子および第１Ｂ出射回折素子におけるピッチをＰout1とし、
　第２Ａ出射回折素子および第２Ｂ出射回折素子におけるピッチをＰout2とし、
　第３Ａ出射回折素子および第３Ｂ出射回折素子におけるピッチをＰout3とすると、
　　Ｐin1＜Ｐin2＜Ｐin3、
　　Ｐout1＜Ｐout2＜Ｐout3
を満たす［２０］～［２２］のいずれかに記載の導光素子。
　［２４］　［１］～［２３］のいずれかに記載の導光素子と、
　導光素子の第１Ａ入射回折素子、第１Ｂ入射回折素子、第２Ａ入射回折素子および第２Ｂ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。
　［２５］　［１３］～［２３］のいずれかに記載の導光素子と、
　導光素子の第１Ａ入射回折素子、第１Ｂ入射回折素子、第２Ａ入射回折素子、第２Ｂ入射回折素子、第３Ａ入射回折素子および第３Ｂ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。
　本発明によれば、多重像の発生を抑制でき、広視野角化できる導光素子、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。
本発明の導光素子を用いる画像表示装置の一例を概念的に示す正面図である。 図１に示す画像表示装置を概念的に示す上面図である。 図１に示す画像表示装置を概念的に示す側面図である。 図１に示す画像表示装置の作用を説明するための概念図である。 図１に示す画像表示装置の作用を説明するための概念図である。 本発明の導光素子の他の一例を用いる画像表示装置の一例を概念的に示す正面図である。 図６に示す画像表示装置を概念的に示す上面図である。 図６に示す画像表示装置を概念的に示す側面図である。 図６に示す画像表示装置の作用を説明するための概念図である。 図６に示す画像表示装置の作用を説明するための概念図である。 本発明の導光素子の他の一例を用いる画像表示装置の一例を概念的に示す正面図である。 図１１に示す画像表示装置を概念的に示す上面図である。 図１１に示す画像表示装置を概念的に示す側面図である。 図１１に示す画像表示装置の作用を説明するための概念図である。 図１１に示す画像表示装置の作用を説明するための概念図である。 体積ホログラム型回折素子を概念的に示す正面図である。 回折素子として用いられる液晶相を概念的に示す平面図である。 図１７に示す液晶層の断面図である。 図１７に示す液晶層の断面ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）画像を概念的に示す図である。 図１７に示す液晶層の作用を説明するための概念図である。 回折素子として用いられる液晶層の他の例を概念的に示す図である。 回折素子として用いられる液晶層の他の例を概念的に示す図である。 配向膜を露光する露光装置の一例の概念図である。 回折素子に用いられる液晶層の別の例を概念的に示す図である。 図２４に示す液晶層の平面図である。 図２４に示す液晶層の作用を説明するための概念図である。 図２４に示す液晶層の作用を説明するための概念図である。 多重像の発生を説明するための図である。
　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、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。
［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１Ａ入射回折素子、第１Ｂ入射回折素子、第２Ａ入射回折素子、第２Ｂ入射回折素子、第１Ａ出射回折素子、第１Ｂ出射回折素子、第２Ａ出射回折素子および第２Ｂ出射回折素子とを有し、
　第１Ａ入射回折素子、第１Ｂ入射回折素子、第１Ａ出射回折素子、および、第１Ｂ出射回折素子は、同じ波長域の光を回折するものであり、
　第２Ａ入射回折素子、第２Ｂ入射回折素子、第２Ａ出射回折素子、および、第２Ｂ出射回折素子は、同じ波長域の光を回折するものであり、
　第１Ａ入射回折素子および第２Ａ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１Ｂ入射回折素子および第２Ｂ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１Ａ出射回折素子は、第１Ａ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１Ｂ出射回折素子は、第１Ｂ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２Ａ出射回折素子は、第２Ａ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２Ｂ出射回折素子は、第２Ｂ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１Ａ入射回折素子の回折構造の周期と、第２Ａ入射回折素子および第２Ｂ入射回折素子の回折構造の周期とが異なり、
　第１Ｂ入射回折素子の回折構造の周期と、第２Ａ入射回折素子および第２Ｂ入射回折素子の回折構造の周期とが異なり、
　第１Ａ出射回折素子の回折構造の周期と、第２Ａ出射回折素子および第２Ｂ出射回折素子の回折構造の周期とが異なり、
　第１Ｂ出射回折素子の回折構造の周期と、第２Ａ出射回折素子および第２Ｂ出射回折素子の回折構造の周期とが異なり、
　第１Ａ出射回折素子、第１Ｂ出射回折素子、第２Ａ出射回折素子、および、第２Ｂ出射回折素子は、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１Ａ出射回折素子の回折構造の周期方向と、第２Ａ出射回折素子の回折構造の周期方向および第２Ｂ出射回折素子の回折構造の周期方向とが交差しており、
　第１Ｂ出射回折素子の回折構造の周期方向と、第２Ａ出射回折素子の回折構造の周期方向および第２Ｂ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。
　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１０ａを使用者Ｕによる観察側の面から見た図である。図２は上面図であり、画像表示装置１０ａを図１の紙面の上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１０ａ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１０ａ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１０ａは、複数の表示素子１２と、導光板１６、導光板１６に設けられる、第１Ａ入射回折素子１７Ａ、第１Ｂ入射回折素子１７Ｂ、第２Ａ入射回折素子１８Ａ、第２Ｂ入射回折素子１８Ｂ、第１Ａ出射回折素子２３Ａ、第１Ｂ出射回折素子２３Ｂ、第２Ａ出射回折素子２４Ａ、および、第２Ｂ出射回折素子２４Ｂを有する導光素子１４ａ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１０ａは、一例として、青色と緑色の二色画像を重畳して表示するものである。
　画像表示装置１０ａは、表示素子１２として、青色の画像（画像光）を照射する表示素子１２Ｂ1および表示素子１２Ｂ2（図示せず）と、緑色の画像を照射する表示素子１２Ｇ1および表示素子１２Ｇ2とを有する。すなわち、表示素子１２Ｂ1と表示素子１２Ｂ2とは同じ波長域の光（画像）を照射するものであり、表示素子１２Ｇ1と表示素子１２Ｇ2とは同じ波長域の光（画像）を照射するものである。
　図２および図３に示すように、表示素子１２Ｂ1は、第１Ａ入射回折素子１７Ａに画像を照射するように、照射面を、導光板１６を挟んで第１Ａ入射回折素子１７Ａに対面して配置されている。表示素子１２Ｂ2は、第１Ｂ入射回折素子１７Ｂに画像を照射するように、照射面を、導光板１６を挟んで第１Ｂ入射回折素子１７Ｂに対面して配置されている。表示素子１２Ｇ1は、第２Ａ入射回折素子１８Ａに画像を照射するように、照射面を、導光板１６を挟んで第２Ａ入射回折素子１８Ａに対面して配置されている。表示素子１２Ｇ2は、第２Ｂ入射回折素子１８Ｂに画像を照射するように、照射面を、導光板１６を挟んで第２Ｂ入射回折素子１８Ｂに対面して配置されている。
　図１～図３に示すように、導光素子１４ａにおいて、導光板１６の一方の主面の中央位置に、第１Ａ出射回折素子２３Ａ、第１Ｂ出射回折素子２３Ｂ、第２Ａ出射回折素子２４Ａ、および、第２Ｂ出射回折素子２４Ｂが積層されて配置されている。以下、第１Ａ出射回折素子２３Ａ、第１Ｂ出射回折素子２３Ｂ、第２Ａ出射回折素子２４Ａ、および、第２Ｂ出射回折素子２４Ｂをまとめて出射回折素子ともいう。
　また、図１中、出射回折素子の右上側に第１Ａ入射回折素子１７Ａが配置され、出射回折素子の左下側に第１Ｂ入射回折素子１７Ｂが配置され、出射回折素子の左上側に第２Ａ入射回折素子１８Ａが配置され、出射回折素子の右下側に第２Ｂ入射回折素子１８Ｂが配置されている。
　図１に示すように、第１Ａ入射回折素子１７Ａと第１Ｂ入射回折素子１７Ｂとを結ぶ線上に出射回折素子が配置され、また、第２Ａ入射回折素子１８Ａと第２Ｂ入射回折素子１８Ｂとを結ぶ線上に出射回折素子が配置される。
　第１Ａ入射回折素子１７Ａは、表示素子１２Ｂ1が照射した青色の画像Ｂ1を、導光板１６内を全反射する角度に回折する。第１Ａ入射回折素子１７Ａにより回折された青色の画像Ｂ1は、導光板１６内を導光されて第１Ａ出射回折素子２３Ａに入射して、第１Ａ出射回折素子２３Ａによって回折されて、導光板１６から出射される。すなわち、第１Ａ出射回折素子２３Ａは、第１Ａ入射回折素子１７Ａによって回折され、導光板１６内を伝搬された光を回折して導光板１６から出射させるものである。
　第１Ｂ入射回折素子１７Ｂは、表示素子１２Ｂ2が照射した青色の画像Ｂ2を、導光板１６内を全反射する角度に回折する。第１Ｂ入射回折素子１７Ｂにより回折された青色の画像Ｂ2は、導光板１６内を導光されて第１Ｂ出射回折素子２３Ｂに入射して、第１Ｂ出射回折素子２３Ｂによって回折されて、導光板１６から出射される。すなわち、第１Ｂ出射回折素子２３Ｂは、第１Ｂ入射回折素子１７Ｂによって回折され、導光板１６内を伝搬された光を回折して導光板１６から出射させるものである。
　第２Ａ入射回折素子１８Ａは、表示素子１２Ｇ1が照射した緑色の画像Ｇ1を、導光板１６内を全反射する角度に回折する。第２Ａ入射回折素子１８Ａにより回折された緑色の画像Ｇ1は、導光板１６内を導光されて第２Ａ出射回折素子２４Ａに入射して、第２Ａ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。すなわち、第２Ａ出射回折素子２４Ａは、第２Ａ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回折して導光板１６から出射させるものである。
　第２Ｂ入射回折素子１８Ｂは、表示素子１２Ｇ2が照射した緑色の画像Ｇ2を、導光板１６内を全反射する角度に回折する。第２Ｂ入射回折素子１８Ｂにより回折された緑色の画像Ｇ2は、導光板１６内を導光されて第２Ｂ出射回折素子２４Ｂに入射して、第２Ｂ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。すなわち、第２Ｂ出射回折素子２４Ｂは、第２Ｂ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回折して導光板１６から出射させるものである。
　第１Ａ出射回折素子２３Ａ、第１Ｂ出射回折素子２３Ｂ、第２Ａ出射回折素子２４Ａおよび第２Ｂ出射回折素子２４Ｂは、導光板１６の主面の面方向に重複して配置されているため、第１Ａ出射回折素子２３Ａ、第１Ｂ出射回折素子２３Ｂ、第２Ａ出射回折素子２４Ａおよび第２Ｂ出射回折素子２４Ｂによって回折されて出射される画像は、略同じ面内で導光板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、表示素子１２Ｂ1および表示素子１２Ｂ2が照射した青色の画像と、表示素子１２Ｇ1および表示素子１２Ｇ2が照射した緑色の画像とが重畳して二色画像として使用者Ｕに向けて表示される。
　第１Ａ入射回折素子１７Ａおよび第１Ａ出射回折素子２３Ａ、ならびに、第１Ｂ入射回折素子１７Ｂおよび第１Ｂ出射回折素子２３Ｂは、ともに青色の画像を回折するものである。すなわち、同じ波長域の光を回折するものである。
　図１に示すように、第１Ａ入射回折素子１７Ａと第１Ｂ入射回折素子１７Ｂとは、導光板１６の主面の面方向の異なる位置に配置されており、入射した光を互いに異なる方向に回折する。具体的には、第１Ａ入射回折素子１７Ａは、図１中左下方向に光を回折し、第１Ｂ入射回折素子１７Ｂは、図１中右上方向に光を回折する。図１に示す例では、第１Ａ入射回折素子１７Ａにより回折された光の進行方向（矢印Ｂ1の方向）と、第１Ｂ入射回折素子１７Ｂにより回折された光の進行方向（矢印Ｂ2の方向）とは、１８０°異なる方向である。すなわち、第１Ａ入射回折素子１７Ａにより回折された光の進行方向と、第１Ｂ入射回折素子１７Ｂにより回折された光の進行方向とは、平行で互いに逆向きである。
　従って、図示例の画像表示装置１０ａにおいては、表示素子１２Ｂ1および表示素子１２Ｂ2が照射した青色の画像は、異なる２系統で導光板１６内を導光されて、同じ位置に積層された出射回折素子で回折されて導光板１６から出射される。画像表示装置１０ａは、画像Ｂ1と画像Ｂ2とを合わせて１つの画像として表示する。これによって、青色の画像の視野角を大きくすることができる。
　導光板内を導光される光が導光板から出射されるには、導光板と空気との界面の法線に対する光の入射角が、臨界角より小さくなる必要がある。そのため、画像を１系統で導光板内を導光する場合には、この臨界角によって出射される画像の視野が制限される。
　これに対して、異なる２系統で導光板１６内を導光する構成とし、それぞれの系統で導光された画像を合わせて１つの画像として表示することで、視野角を広げることができる。
　第２Ａ入射回折素子１８Ａおよび第２Ａ出射回折素子２４Ａ、ならびに、第２Ｂ入射回折素子１８Ｂおよび第２Ｂ出射回折素子２４Ｂは、ともに緑色の画像を回折するものである。すなわち、同じ波長域の光を回折するものである。
　図１に示すように、第２Ａ入射回折素子１８Ａと第２Ｂ入射回折素子１８Ｂとは、導光板１６の主面の面方向の異なる位置に配置されており、入射した光を互いに異なる方向に回折する。具体的には、第２Ａ入射回折素子１８Ａは、図１中右下方向に光を回折し、第２Ｂ入射回折素子１８Ｂは、図１中左上方向に光を回折する。図１に示す例では、第２Ａ入射回折素子１８Ａにより回折された光の進行方向（矢印Ｇ1の方向）と、第２Ｂ入射回折素子１８Ｂにより回折された光の進行方向（矢印Ｇ2の方向）とは、１８０°異なる方向である。すなわち、第２Ａ入射回折素子１８Ａにより回折された光の進行方向と、第２Ｂ入射回折素子１８Ｂにより回折された光の進行方向とは、平行で互いに逆向きである。
　従って、図示例の画像表示装置１０ａにおいては、表示素子１２Ｇ1および表示素子１２Ｇ2が照射した緑色の画像は、異なる２系統で導光板１６内を導光されて、同じ位置に積層された出射回折素子で回折されて導光板１６から出射される。画像表示装置１０ａは、画像Ｇ1と画像Ｇ2とを合わせて１つの画像として表示する。これによって、緑色の画像の視野角を大きくすることができる。
　ここで、回折素子による回折角度は、回折構造の周期が同じ場合には、光の波長によって異なるものとなる。従って、異なる波長の光を同じ角度に回折して同じ方向に出射させるためには、回折する光の波長に応じて回折素子の回折構造の周期を調整する必要がある。従って、第１Ａ入射回折素子１７Ａの回折構造の周期は、第２Ａ入射回折素子１８Ａの回折構造の周期および第２Ｂ入射回折素子１８Ｂの回折構造の周期とは異なっており、また、第１Ｂ入射回折素子１７Ｂの回折構造の周期は、第２Ａ入射回折素子１８Ａの回折構造の周期および第２Ｂ入射回折素子１８Ｂの回折構造の周期とは異なっている。また、第１Ａ出射回折素子２３Ａの回折構造の周期は、第２Ａ出射回折素子２４Ａの回折構造の周期および第２Ｂ出射回折素子２４Ｂの回折構造の周期とは異なっており、また、第１Ｂ出射回折素子２３Ｂの回折構造の周期は、第２Ａ出射回折素子２４Ａの回折構造の周期および第２Ｂ出射回折素子２４Ｂの回折構造の周期とは異なっている。
　なお、第１Ａ入射回折素子１７Ａの回折構造の周期と第１Ｂ入射回折素子１７Ｂの回折構造の周期とは同じであっても異なっていてもよい。また、第２Ａ入射回折素子１８Ａの回折構造の周期と第２Ｂ入射回折素子１８Ｂの回折構造の周期とは同じであっても異なっていてもよい。また、第１Ａ出射回折素子２３Ａの回折構造の周期と第１Ｂ出射回折素子２３Ｂの回折構造の周期とは同じであっても異なっていてもよい。また、第２Ａ出射回折素子２４Ａの回折構造の周期と第２Ｂ出射回折素子２４Ｂの回折構造の周期とは同じであっても異なっていてもよい。
　第１Ａ入射回折素子１７Ａの回折構造の周期と第１Ｂ入射回折素子１７Ｂの回折構造の周期とは同じである方が好ましく、また、第２Ａ入射回折素子１８Ａの回折構造の周期と第２Ｂ入射回折素子１８Ｂの回折構造の周期とは同じである方が好ましい。また、第１Ａ出射回折素子２３Ａの回折構造の周期と第１Ｂ出射回折素子２３Ｂの回折構造の周期とは同じである方が好ましく、また、第２Ａ出射回折素子２４Ａの回折構造の周期と第２Ｂ出射回折素子２４Ｂの回折構造の周期とは同じである方が好ましい。
　ここで、本発明においては、第１Ａ出射回折素子２３Ａの回折構造の周期方向と、第２Ａ出射回折素子２４Ａの回折構造の周期方向および第２Ｂ出射回折素子２４Ｂの回折構造の周期方向とが交差しており、かつ、第１Ｂ出射回折素子２３Ｂの回折構造の周期方向と、第２Ａ出射回折素子２４Ａの回折構造の周期方向および第２Ｂ出射回折素子２４Ｂの回折構造の周期方向とが交差している。
　この点について図４および図５を用いて説明する。
　図４は、第１Ａ入射回折素子１７Ａから入射した青色の画像Ｂ1の進行方向とこの青色の画像Ｂ1を回折して導光板１６から出射させる第１Ａ出射回折素子２３Ａの回折構造との関係、ならびに、第２Ａ入射回折素子１８Ａから入射した緑色の画像Ｇ1の進行方向とこの緑色の画像Ｇ1を回折して導光板１６から出射させる第２Ａ出射回折素子２４Ａの回折構造との関係を模式的に表す図である。また、図５は、第１Ｂ入射回折素子１７Ｂから入射した青色の画像Ｂ2の進行方向とこの青色の画像Ｂ2を回折して導光板１６から出射させる第１Ｂ出射回折素子２３Ｂの回折構造との関係、ならびに、第２Ｂ入射回折素子１８Ｂから入射した緑色の画像Ｇ2の進行方向とこの緑色の画像Ｇ2を回折して導光板１６から出射させる第２Ｂ出射回折素子２４Ｂの回折構造との関係を模式的に表す図である。
　なお、図４および図５では、出射回折素子として液晶層を有する回折素子を例示している。後に詳述するが、回折素子として用いられる液晶層は、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している。このような液晶層において、液晶化合物由来の光学軸の向きが連続的に回転しながら変化している方向（図４中、配列軸Ｄ1a、配列軸Ｄ2a、図５中、配列軸Ｄ1b、配列軸Ｄ2b）が回折構造の周期方向に相当する。
　図４に示すように、第１Ａ入射回折素子１７Ａは、入射した青色の画像Ｂ1を左下方向に向けて回折する。従って、第１Ａ出射回折素子２３Ａは、左下方向に進行する青色の画像Ｂ1を正面方向（導光板１６の主面に垂直な方向）に回折するために、その回折構造の周期方向（配列軸Ｄ1aの方向）が、第１Ａ出射回折素子２３Ａに入射する際の青色の画像Ｂ1の進行方向（面方向における進行方向）と平行になるように配置される。
　また、図４に示すように、第２Ａ入射回折素子１８Ａは、入射した緑色の画像Ｇ1を右下方向に向けて回折する。従って、第２Ａ出射回折素子２４Ａは、右下方向に進行する緑色の画像Ｇ1を正面方向に回折するために、その回折構造の周期方向（配列軸Ｄ2aの方向）が、第２Ａ出射回折素子２４Ａに入射する際の緑色の画像Ｇ1の進行方向と平行になるように配置される。
　また、図５に示すように、第１Ｂ入射回折素子１７Ｂは、入射した青色の画像Ｂ2を右上方向に向けて回折する。従って、第１Ｂ出射回折素子２３Ｂは、右上方向に進行する青色の画像Ｂ2を正面方向に回折するために、その回折構造の周期方向（配列軸Ｄ1bの方向）が、第１Ｂ出射回折素子２３Ｂに入射する際の青色の画像Ｂ2の進行方向と平行になるように配置される。
　また、図５に示すように、第２Ｂ入射回折素子１８Ｂは、入射した緑色の画像Ｇ2を左上方向に向けて回折する。従って、第２Ｂ出射回折素子２４Ｂは、左上方向に進行する緑色の画像Ｇ2を正面方向に回折するために、その回折構造の周期方向（配列軸Ｄ2bの方向）が、第２Ｂ出射回折素子２４Ｂに入射する際の緑色の画像Ｇ2の進行方向と平行になるように配置される。
　従って、第１Ａ出射回折素子２３Ａの周期構造の周期方向（配列軸Ｄ1aの方向）と、第２Ａ出射回折素子２４Ａの周期構造の周期方向（配列軸Ｄ2aの方向）、および、第２Ｂ出射回折素子２４Ｂの周期構造の周期方向（配列軸Ｄ2bの方向）とは、交差している。また、第１Ｂ出射回折素子２３Ｂの周期構造の周期方向（配列軸Ｄ1bの方向）と、第２Ａ出射回折素子２４Ａの周期構造の周期方向（配列軸Ｄ2aの方向）、および、第２Ｂ出射回折素子２４Ｂの周期構造の周期方向（配列軸Ｄ2bの方向）とは、交差している。
　なお、図示例においては、好ましい態様として、第１Ａ出射回折素子２３Ａの周期構造の周期方向（配列軸Ｄ1aの方向）と、第１Ｂ出射回折素子２３Ｂの周期構造の周期方向（配列軸Ｄ1bの方向）とは平行であり、また、第２Ａ出射回折素子２４Ａの周期構造の周期方向（配列軸Ｄ2aの方向）と、第２Ｂ出射回折素子２４Ｂの周期構造の周期方向（配列軸Ｄ2bの方向）とは平行である。
　前述のとおり、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２８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という問題が生じる。
　これに対して、本発明の導光素子では、第１Ａ出射回折素子２３Ａの回折構造の周期方向と、第２Ａ出射回折素子２４Ａの回折構造の周期方向および第２Ｂ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し、また、第１Ｂ出射回折素子２３Ｂの回折構造の周期方向と、第２Ａ出射回折素子２４Ａの回折構造の周期方向および第２Ｂ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。そのため、例えば、第１Ａ出射回折素子２３Ａによって回折されるべき波長の光は、第２Ａ出射回折素子２４Ａの回折構造および第２Ｂ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１Ａ出射回折素子２３Ａによって回折されるべき波長の光が、第２Ａ出射回折素子２４Ａおよび第２Ｂ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１Ｂ出射回折素子２３Ｂによって回折されるべき波長の光は、第２Ａ出射回折素子２４Ａの回折構造および第２Ｂ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１Ｂ出射回折素子２３Ｂによって回折されるべき波長の光が、第２Ａ出射回折素子２４Ａおよび第２Ｂ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２Ａ出射回折素子２４Ａによって回折されるべき波長の光は、第１Ａ出射回折素子２３Ａの回折構造および第１Ｂ出射回折素子２３Ｂ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２Ａ出射回折素子２４Ａによって回折されるべき波長の光が、第１Ａ出射回折素子２３Ａおよび第１Ｂ出射回折素子２３Ｂ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２Ｂ出射回折素子２４Ｂによって回折されるべき波長の光は、第１Ａ出射回折素子２３Ａの回折構造および第１Ｂ出射回折素子２３Ｂ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２Ｂ出射回折素子２４Ｂによって回折されるべき波長の光が、第１Ａ出射回折素子２３Ａおよび第１Ｂ出射回折素子２３Ｂ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。
　以上により、本発明の導光素子および画像表示装置は、広視野角化しつつ、多重像の発生を抑制できる。
　なお、図示例においては、画像表示装置は、青色と緑色の二色画像を表示するものとしたが、これに限定はされず、他の色（波長）の二色画像であってもよい。例えば、緑色と赤色の二色画像であってもよく、青色と赤色の二色画像であってもよい。
　ここで、多重像の発生をより好適に抑制できる観点から、第１Ａ出射回折素子２３Ａの回折構造の周期方向および第１Ｂ出射回折素子２３Ｂの回折構造の周期方向と、第２Ａ出射回折素子２４Ａの回折構造の周期方向および第２Ｂ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、４０°～１４０°が好ましく、６０°～１２０°がより好ましく、８０°～１００°がさらに好ましい。この点は後述する中間回折素子を有する構成、および、三色以上の画像を表示する構成の場合も同様である。
　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１Ａ出射回折素子２３Ａの回折構造の０°周期方向と、第２Ａ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１Ａ入射回折素子１７Ａ、第１Ｂ入射回折素子１７Ｂ、第２Ａ入射回折素子１８Ａ、第２Ｂ入射回折素子１８Ｂ、第１Ａ出射回折素子２３Ａ、第１Ｂ出射回折素子２３Ｂ、第２Ａ出射回折素子２４Ａおよび第２Ｂ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。
　あるいは、貼合層で貼り合わせるのではなく、各回折素子と導光板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。
　あるいは、導光板１６上に直接、各回折素子を形成してもよい。
　導光板への貼り合わせ方法については、後述する、第１Ａ中間回折素子２０Ａ、第１Ｂ中間回折素子２０Ｂ、第２Ａ中間回折素子２１Ａ、第２Ｂ中間回折素子２１Ｂ、第３Ａ入射回折素子１９Ａ、第３Ｂ入射回折素子１９Ｂ、第３Ａ中間回折素子２２Ａ、第３Ｂ中間回折素子２２Ｂ、第３Ａ出射回折素子２５Ａ、第３Ｂ出射回折素子２５Ｂも同様である。
　また、異なる波長の光を同じ角度に回折して同じ方向に出射させる観点から、第１Ａ入射回折素子１７Ａ、第１Ｂ入射回折素子１７Ｂ、第１Ａ出射回折素子２３Ａおよび第１Ｂ出射回折素子２３Ｂが回折する光の波長が、第２Ａ入射回折素子１８Ａ、第２Ｂ入射回折素子１８Ｂ、第２Ａ出射回折素子２４Ａおよび第２Ｂ出射回折素子２４Ｂが回折する光の波長よりも短いとしたときに、第１Ａ入射回折素子１７Ａおよび第１Ｂ入射回折素子１７Ｂの回折構造の周期をΛin1とし、第２Ａ入射回折素子１８Ａおよび第２Ｂ入射回折素子１８Ｂの回折構造の周期をΛin2とし、第１Ａ出射回折素子２３Ａおよび第１Ｂ出射回折素子２３Ｂの回折構造の周期をΛout1とし、第２Ａ出射回折素子２４Ａおよび第２Ｂ出射回折素子２４Ｂの回折構造の周期をΛout2とすると、Λin1＜Λin2、Λout1＜Λout2を満たすことが好ましい。
　なお、第１Ａ入射回折素子１７Ａおよび第１Ｂ入射回折素子１７Ｂの回折構造の周期、第２Ａ入射回折素子１８Ａおよび第２Ｂ入射回折素子１８Ｂの回折構造の周期、第１Ａ出射回折素子２３Ａおよび第１Ｂ出射回折素子２３Ｂの回折構造の周期、ならびに、第２Ａ出射回折素子２４Ａおよび第２Ｂ出射回折素子２４Ｂ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。
　これらの回折素子の回折構造の周期は、０．１μｍ～１０μｍが好ましく、０．１μｍ～１μｍがより好ましく、０．１μｍ～０．８μｍがさらに好ましく、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以下が特に好ましい。
　この点については、後述する、第１Ａ中間回折素子２０Ａ、第１Ｂ中間回折素子２０Ｂ、第２Ａ中間回折素子２１Ａ、第２Ｂ中間回折素子２１Ｂ、第３Ａ入射回折素子１９Ａ、第３Ｂ入射回折素子１９Ｂ、第３Ａ中間回折素子２２Ａ，第３Ｂ中間回折素子２２Ｂ、第３Ａ出射回折素子２５Ａおよび第３Ｂ出射回折素子２５Ｂそれぞれの回折構造の周期についても同様である。
　図１～図３に示す例においては、入射回折素子および出射回折素子を有する構成としたが、さらに中間回折素子を有する構成としてもよい。
　導光素子が中間回折素子を有する構成として、中間回折素子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射出瞳拡大をすることができる。
　図６～図８に、本発明の導光素子の他の一例を有する画像表示装置を概念的に示す。なお、図６は正面図であり、画像表示装置１０ｂを使用者Ｕによる観察側の面から見た図である。図７は上面図であり、画像表示装置１０ｂを図６の紙面の上方向から見た図である。図８は側面図であり、画像表示装置１０ｂを図６の紙面右手側から見た図である。
　図６～図８に示す画像表示装置１０ｂは、複数の表示素子１２と、導光板１６、導光板１６に設けられる、第１Ａ入射回折素子１７Ａ、第１Ｂ入射回折素子１７Ｂ、第２Ａ入射回折素子１８Ａ、第２Ｂ入射回折素子１８Ｂ、第１Ａ中間回折素子２０Ａ、第１Ｂ中間回折素子２０Ｂ、第２Ａ中間回折素子２１Ａ、第２Ｂ中間回折素子２１Ｂ、第１Ａ出射回折素子２３Ａ、第１Ｂ出射回折素子２３Ｂ、第２Ａ出射回折素子２４Ａ、および、第２Ｂ出射回折素子２４Ｂを有する導光素子１４ｂとを有する。なお、図６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１０ｂは、一例として、青色と緑色の二色画像を重畳して表示するものである。
　なお、図６～図８に示す画像表示装置１０ｂは、第１Ａ中間回折素子２０Ａ、第１Ｂ中間回折素子２０Ｂ、第２Ａ中間回折素子２１Ａおよび第２Ｂ中間回折素子２１Ｂを有する以外は、図１～図３に示す画像表示装置１０ａと同様の構成を有するので、同じ部位には同じ符号を付し、以下の説明では異なる点を主に行う。
　図６～図８に示すように、導光素子１４ｂにおいて、導光板１６の一方の主面の中央位置に、第１Ａ出射回折素子２３Ａ、第１Ｂ出射回折素子２３Ｂ、第２Ａ出射回折素子２４Ａ、および、第２Ｂ出射回折素子２４Ｂが積層されて配置されている。
　また、図６中、出射回折素子の上側中央の右側に第１Ａ入射回折素子１７Ａが配置され、左側に第２Ａ入射回折素子１８Ａが配置されている。また、出射回折素子の下側中央の左側に第１Ｂ入射回折素子１７Ｂが配置され、右側に第２Ｂ入射回折素子１８Ｂが配置されている。
　さらに、第１Ａ入射回折素子１７Ａの右側に第１Ａ中間回折素子２０Ａが配置され、第２Ａ入射回折素子１８Ａの左側に第２Ａ中間回折素子２１Ａが配置されている。また、第１Ｂ入射回折素子１７Ｂの左側に第１Ｂ中間回折素子２０Ｂが配置され、第２Ｂ入射回折素子１８Ｂの左側に第２Ｂ中間回折素子２１Ｂが配置されている。
　図６に示すように、第１Ａ中間回折素子２０Ａと第１Ｂ中間回折素子２０Ｂとを結ぶ線上に出射回折素子が配置され、また、第２Ａ中間回折素子２１Ａと第２Ｂ中間回折素子２１Ｂとを結ぶ線上に出射回折素子が配置される。
　また、図７および図８に示すように、表示素子１２Ｂ1は、導光板１６を挟んで第１Ａ入射回折素子１７Ａに対面して配置されている。表示素子１２Ｂ2は、導光板１６を挟んで第１Ｂ入射回折素子１７Ｂに対面して配置されている。表示素子１２Ｇ1は、導光板１６を挟んで第２Ａ入射回折素子１８Ａに対面して配置されている。表示素子１２Ｇ2は、導光板１６を挟んで第２Ｂ入射回折素子１８Ｂに対面して配置されている。
　第１Ａ入射回折素子１７Ａは、表示素子１２Ｂ1が照射した青色の画像Ｂ1を、第１Ａ中間回折素子２０Ａ側に向けて（図６中右方向に）回折するように、回折構造の周期方向の向きを調整されて配置されている。
　第２Ａ入射回折素子１８Ａは、表示素子１２Ｇ1が照射した緑色の画像Ｇ1を、第２Ａ中間回折素子２１Ａ側に向けて（図６中左方向に）回折するように、回折構造の周期方向の向きを調整されて配置されている。
　第１Ｂ入射回折素子１７Ｂは、表示素子１２Ｂ2が照射した青色の画像Ｂ2を、第１Ｂ中間回折素子２０Ｂ側に向けて（図６中左方向に）回折するように、回折構造の周期方向の向きを調整されて配置されている。
　第２Ｂ入射回折素子１８Ｂは、表示素子１２Ｇ2が照射した緑色の画像Ｇ2を、第２Ｂ中間回折素子２１Ｂ側に向けて（図６中右方向に）回折するように、回折構造の周期方向の向きを調整されて配置されている。
　第１Ａ中間回折素子２０Ａは、第１Ａ入射回折素子１７Ａによって回折され、導光板１６内を伝搬された光を、第１Ａ出射回折素子２３Ａに向けて回折するものである。すなわち、第１Ａ中間回折素子２０Ａは、第１Ａ入射回折素子１７Ａおよび第１Ａ出射回折素子２３Ａが回折する波長と同じ波長の光を回折する。
　第１Ｂ中間回折素子２０Ｂは、第１Ｂ入射回折素子１７Ｂによって回折され、導光板１６内を伝搬された光を、第１Ｂ出射回折素子２３Ｂに向けて回折するものである。すなわち、第１Ｂ中間回折素子２０Ｂは、第１Ｂ入射回折素子１７Ｂおよび第１Ｂ出射回折素子２３Ｂが回折する波長と同じ波長の光を回折する。
　第２Ａ中間回折素子２１Ａは、第２Ａ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２Ａ出射回折素子２４Ａに向けて回折するものである。すなわち、第２Ａ中間回折素子２１Ａは、第２Ａ入射回折素子１８Ａおよび第２Ａ出射回折素子２４Ａが回折する波長と同じ波長の光を回折する。
　第２Ｂ中間回折素子２１Ｂは、第２Ｂ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２Ｂ出射回折素子２４Ｂに向けて回折するものである。すなわち、第２Ｂ中間回折素子２１Ｂは、第２Ｂ入射回折素子１８Ｂおよび第２Ｂ出射回折素子２４Ｂが回折する波長と同じ波長の光を回折する。
　表示素子１２Ｂ1から青色の画像Ｂ1が照射されると、第１Ａ入射回折素子１７Ａは、青色の画像Ｂ1を、第１Ａ中間回折素子２０Ａの方向に向けて、導光板１６内を全反射する角度に回折する。第１Ａ入射回折素子１７Ａに回折された青色の画像Ｂ1は、導光板１６内を導光されて第１Ａ中間回折素子２０Ａに入射する。第１Ａ中間回折素子２０Ａは、入射した青色の画像Ｂ1の進行方向が第１Ａ出射回折素子２３Ａに向かうように青色の画像Ｂ1を回折する。図６に示す例では、第１Ａ中間回折素子２０Ａは、入射した青色の画像Ｂ1を図６中左下方向に向けて回折する。第１Ａ中間回折素子２０Ａにより回折された青色の画像Ｂ1は、導光板１６内を全反射して伝搬し、第１Ａ出射回折素子２３Ａに入射する。第１Ａ出射回折素子２３Ａは、入射した青色の画像Ｂ1を、導光板１６内を全反射する角度から外れるように回折する。図６～図８に示す例では、第１Ａ出射回折素子２３Ａは、入射した青色の画像Ｂ1を導光板１６の主面に略垂直な方向に向けて回折する。第１Ａ出射回折素子２３Ａによって回折された青色の画像Ｂ1は、導光板１６から出射されて、使用者Ｕに向けて出射される。
　表示素子１２Ｂ2から青色の画像Ｂ2が照射されると、第１Ｂ入射回折素子１７Ｂは、青色の画像Ｂ2を、第１Ｂ中間回折素子２０Ｂの方向に向けて、導光板１６内を全反射する角度に回折する。第１Ｂ入射回折素子１７Ｂに回折された青色の画像Ｂ2は、導光板１６内を導光されて第１Ｂ中間回折素子２０Ｂに入射する。第１Ｂ中間回折素子２０Ｂは、入射した青色の画像Ｂ2の進行方向が第１Ｂ出射回折素子２３Ｂに向かうように青色の画像Ｂ2を回折する。図６に示す例では、第１Ｂ中間回折素子２０Ｂは、入射した青色の画像Ｂ2を図６中右上方向に向けて回折する。第１Ｂ中間回折素子２０Ｂにより回折された青色の画像Ｂ2は、導光板１６内を全反射して伝搬し、第１Ｂ出射回折素子２３Ｂに入射する。第１Ｂ出射回折素子２３Ｂは、入射した青色の画像Ｂ2を、導光板１６内を全反射する角度から外れるように回折する。図６～図８に示す例では、第１Ｂ出射回折素子２３Ｂは、入射した青色の画像Ｂ2を導光板１６の主面に略垂直な方向に向けて回折する。第１Ｂ出射回折素子２３Ｂによって回折された青色の画像Ｂ2は、導光板１６から出射されて、使用者Ｕに向けて出射される。
　表示素子１２Ｇ1から緑色の画像Ｇ1が照射されると、第２Ａ入射回折素子１８Ａは、緑色の画像Ｇ1を、第２Ａ中間回折素子２１Ａの方向に向けて、導光板１６内を全反射する角度に回折する。第２Ａ入射回折素子１８Ａに回折された緑色の画像Ｇ1は、導光板１６内を導光されて第２Ａ中間回折素子２１Ａに入射する。第２Ａ中間回折素子２１Ａは、入射した緑色の画像Ｇ1の進行方向が第２Ａ出射回折素子２４Ａに向かうように緑色の画像Ｇ1を回折する。図６に示す例では、第２Ａ中間回折素子２１Ａは、入射した緑色の画像Ｇ1を図６中右下方向に向けて回折する。第２Ａ中間回折素子２１Ａにより回折された緑色の画像Ｇ1は、導光板１６内を全反射して伝搬し、第２Ａ出射回折素子２４Ａに入射する。第２Ａ出射回折素子２４Ａは、入射した緑色の画像Ｇ1を、導光板１６内を全反射する角度から外れるように回折する。図６～図８に示す例では、第２Ａ出射回折素子２４Ａは、入射した緑色の画像Ｇ1を導光板１６の主面に略垂直な方向に向けて回折する。第２Ａ出射回折素子２４Ａによって回折された緑色の画像Ｇ1は、導光板１６から出射されて、使用者Ｕに向けて出射される。
　表示素子１２Ｇ2から緑色の画像Ｇ2が照射されると、第２Ｂ入射回折素子１８Ｂは、緑色の画像Ｇ2を、第２Ｂ中間回折素子２１Ｂの方向に向けて、導光板１６内を全反射する角度に回折する。第２Ｂ入射回折素子１８Ｂに回折された緑色の画像Ｇ2は、導光板１６内を導光されて第２Ｂ中間回折素子２１Ｂに入射する。第２Ｂ中間回折素子２１Ｂは、入射した緑色の画像Ｇ2の進行方向が第２Ｂ出射回折素子２４Ｂに向かうように緑色の画像Ｇ2を回折する。図６に示す例では、第２Ｂ中間回折素子２１Ｂは、入射した緑色の画像Ｇ2を図６中左上方向に向けて回折する。第２Ｂ中間回折素子２１Ｂにより回折された緑色の画像Ｇ2は、導光板１６内を全反射して伝搬し、第２Ｂ出射回折素子２４Ｂに入射する。第２Ｂ出射回折素子２４Ｂは、入射した緑色の画像Ｇ2を、導光板１６内を全反射する角度から外れるように回折する。図６～図８に示す例では、第２Ｂ出射回折素子２４Ｂは、入射した緑色の画像Ｇ2を導光板１６の主面に略垂直な方向に向けて回折する。第２Ｂ出射回折素子２４Ｂによって回折された緑色の画像Ｇ2は、導光板１６から出射されて、使用者Ｕに向けて出射される。
　第１Ａ出射回折素子２３Ａ、第１Ｂ出射回折素子２３Ｂ、第２Ａ出射回折素子２４Ａおよび第２Ｂ出射回折素子２４Ｂは、導光板１６の主面の面方向に重複して配置されているため、第１Ａ出射回折素子２３Ａ、第１Ｂ出射回折素子２３Ｂ、第２Ａ出射回折素子２４Ａおよび第２Ｂ出射回折素子２４Ｂによって回折されて出射される画像は、略同じ面内で導光板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、表示素子１２Ｂ1および表示素子１２Ｂ2が照射した青色の画像と、表示素子１２Ｇ1および表示素子１２Ｇ2が照射した緑色の画像とが重畳して二色画像として使用者Ｕに向けて表示される。
　第１Ａ入射回折素子１７Ａ、第１Ａ中間回折素子２０Ａおよび第１Ａ出射回折素子２３Ａ、ならびに、第１Ｂ入射回折素子１７Ｂ、第１Ｂ中間回折素子２０Ｂおよび第１Ｂ出射回折素子２３Ｂは、ともに青色の画像を回折するものである。すなわち、同じ波長域の光を回折するものである。
　図６に示すように、第１Ａ入射回折素子１７Ａおよび第１Ａ中間回折素子２０Ａに回折された光の、第１Ａ出射回折素子２３Ａに入射する際の進行方向と、第１Ｂ入射回折素子１７Ｂおよび第１Ｂ中間回折素子２０Ｂに回折された光の、第１Ｂ出射回折素子２３Ｂに入射する際の進行方向とは、１８０°異なる方向（平行で互いに逆向き）である。
　従って、図示例の画像表示装置１０ｂにおいては、表示素子１２Ｂ1および表示素子１２Ｂ2が照射した青色の画像は、異なる２系統で導光板１６内を導光されて、同じ位置に積層された出射回折素子で回折されて導光板１６から出射される。画像表示装置１０ｂは、画像Ｂ1と画像Ｂ2とを合わせて１つの画像として表示する。これによって、青色の画像の視野角を大きくすることができる。
　第２Ａ入射回折素子１８Ａ、第２Ａ中間回折素子２１Ａおよび第２Ａ出射回折素子２４Ａ、ならびに、第２Ｂ入射回折素子１８Ｂ、第２Ｂ中間回折素子２１Ｂおよび第２Ｂ出射回折素子２４Ｂは、ともに緑色の画像を回折するものである。すなわち、同じ波長域の光を回折するものである。
　図６に示すように、第２Ａ入射回折素子１８Ａおよび第２Ａ中間回折素子２１Ａに回折された光の、第２Ａ出射回折素子２４Ａに入射する際の進行方向と、第２Ｂ入射回折素子１８Ｂおよび第２Ｂ中間回折素子２１Ｂに回折された光の、第２Ｂ出射回折素子２４Ｂに入射する際の進行方向とは、１８０°異なる方向（平行で互いに逆向き）である。
　従って、図示例の画像表示装置１０ｂにおいては、表示素子１２Ｇ1および表示素子１２Ｇ2が照射した緑色の画像は、異なる２系統で導光板１６内を導光されて、同じ位置に積層された出射回折素子で回折されて導光板１６から出射される。画像表示装置１０ｂは、画像Ｇ1と画像Ｇ2とを合わせて１つの画像として表示する。これによって、緑色の画像の視野角を大きくすることができる。
　また、第１Ａ中間回折素子２０Ａおよび第１Ｂ中間回折素子２０Ｂと、第２Ａ中間回折素子２１Ａおよび第２Ｂ中間回折素子２１Ｂは、回折する光の波長が異なるため、第１Ａ中間回折素子２０Ａおよび第１Ｂ中間回折素子２０Ｂの回折構造の周期と、第２Ａ中間回折素子２１Ａおよび第２Ｂ中間回折素子２１Ｂの回折構造の周期とは異なっている。
　ここで、画像表示装置１０ｂ（導光素子１４ｂ）において、第１Ａ出射回折素子２３Ａの回折構造の周期方向と、第２Ａ出射回折素子２４Ａの回折構造の周期方向および第２Ｂ出射回折素子２４Ｂの回折構造の周期方向とが交差しており、かつ、第１Ｂ出射回折素子２３Ｂの回折構造の周期方向と、第２Ａ出射回折素子２４Ａの回折構造の周期方向および第２Ｂ出射回折素子２４Ｂの回折構造の周期方向とが交差している。
　この点について図９および図１０を用いて説明する。
　図９は、第１Ａ入射回折素子１７Ａから入射し、第１Ａ中間回折素子２０Ａで回折された青色の画像Ｂ1の進行方向とこの青色の画像Ｂ1を回折して導光板１６から出射させる第１Ａ出射回折素子２３Ａの回折構造との関係、ならびに、第２Ａ入射回折素子１８Ａから入射し、第２Ａ中間回折素子２１Ａで回折された緑色の画像Ｇ1の進行方向とこの緑色の画像Ｇ1を回折して導光板１６から出射させる第２Ａ出射回折素子２４Ａの回折構造との関係を模式的に表す図である。また、図１０は、第１Ｂ入射回折素子１７Ｂから入射し、第１Ｂ中間回折素子２０Ｂで回折された青色の画像Ｂ2の進行方向とこの青色の画像Ｂ2を回折して導光板１６から出射させる第１Ｂ出射回折素子２３Ｂの回折構造との関係、ならびに、第２Ｂ入射回折素子１８Ｂから入射し、第２Ｂ中間回折素子２１Ｂで回折された緑色の画像Ｇ2の進行方向とこの緑色の画像Ｇ2を回折して導光板１６から出射させる第２Ｂ出射回折素子２４Ｂの回折構造との関係を模式的に表す図である。
　なお、図９および図１０では、図４および図５と同様に出射回折素子として液晶層を有する回折素子を例示している。
　図９に示すように、第１Ａ入射回折素子１７Ａは、入射した青色の画像Ｂ1を右方向に向けて回折し、第１Ａ中間回折素子２０Ａに入射させる。第１Ａ中間回折素子２０Ａは、入射した青色の画像Ｂ1を左下方向に向けて回折する。従って、第１Ａ出射回折素子２３Ａは、左下方向に進行する青色の画像Ｂ1を正面方向（導光板１６の主面に垂直な方向）に回折するために、その回折構造の周期方向（配列軸Ｄ1aの方向）が、第１Ａ出射回折素子２３Ａに入射する際の青色の画像Ｂ1の進行方向（面方向における進行方向）と平行になるように配置される。
　また、図９に示すように、第２Ａ入射回折素子１８Ａは、入射した緑色の画像Ｇ1を左方向に向けて回折し、第２Ａ中間回折素子２１Ａに入射させる。第２Ａ中間回折素子２１Ａは、入射した緑色の画像Ｇ1を右下方向に向けて回折する。従って、第２Ａ出射回折素子２４Ａは、右下方向に進行する緑色の画像Ｇ1を正面方向に回折するために、その回折構造の周期方向（配列軸Ｄ2aの方向）が、第２Ａ出射回折素子２４Ａに入射する際の緑色の画像Ｇ1の進行方向と平行になるように配置される。
　また、図１０に示すように、第１Ｂ入射回折素子１７Ｂは、入射した青色の画像Ｂ2を左方向に向けて回折し、第１Ｂ中間回折素子２０Ｂに入射させる。第１Ｂ中間回折素子２０Ｂは、入射した青色の画像Ｂ2を右上方向に向けて回折する。従って、第１Ｂ出射回折素子２３Ｂは、右上方向に進行する青色の画像Ｂ2を正面方向に回折するために、その回折構造の周期方向（配列軸Ｄ1bの方向）が、第１Ｂ出射回折素子２３Ｂに入射する際の青色の画像Ｂ2の進行方向と平行になるように配置される。
　また、図１０に示すように、第２Ｂ入射回折素子１８Ｂは、入射した緑色の画像Ｇ2を右方向に向けて回折し、第２Ｂ中間回折素子２１Ｂに入射させる。第２Ｂ中間回折素子２１Ｂは、入射した緑色の画像Ｇ2を左上方向に向けて回折する。従って、第２Ｂ出射回折素子２４Ｂは、左上方向に進行する緑色の画像Ｇ2を正面方向に回折するために、その回折構造の周期方向（配列軸Ｄ2bの方向）が、第２Ｂ出射回折素子２４Ｂに入射する際の緑色の画像Ｇ2の進行方向と平行になるように配置される。
　従って、第１Ａ出射回折素子２３Ａの周期構造の周期方向（配列軸Ｄ1aの方向）と、第２Ａ出射回折素子２４Ａの周期構造の周期方向（配列軸Ｄ2aの方向）、および、第２Ｂ出射回折素子２４Ｂの周期構造の周期方向（配列軸Ｄ2bの方向）とは、交差している。また、第１Ｂ出射回折素子２３Ｂの周期構造の周期方向（配列軸Ｄ1bの方向）と、第２Ａ出射回折素子２４Ａの周期構造の周期方向（配列軸Ｄ2aの方向）、および、第２Ｂ出射回折素子２４Ｂの周期構造の周期方向（配列軸Ｄ2bの方向）とは、交差している。
　これによって、第１Ａ出射回折素子２３Ａによって回折されるべき波長の光が、第２Ａ出射回折素子２４Ａおよび第２Ｂ出射回折素子２４Ｂによって回折されることを抑制できる。また、第１Ｂ出射回折素子２３Ｂによって回折されるべき波長の光が、第２Ａ出射回折素子２４Ａおよび第２Ｂ出射回折素子２４Ｂによって回折されることを抑制できる。また、第２Ａ出射回折素子２４Ａによって回折されるべき波長の光が、第１Ａ出射回折素子２３Ａおよび第１Ｂ出射回折素子２３Ｂによって回折されることを抑制できる。第２Ｂ出射回折素子２４Ｂによって回折されるべき波長の光が、第１Ａ出射回折素子２３Ａおよび第１Ｂ出射回折素子２３Ｂによって回折されることを抑制できる。従って、多重像が発生することを抑制できる。
　以上により、本発明の導光素子および画像表示装置は、広視野角化しつつ、多重像の発生を抑制できる。
　なお、中間回折素子を有する構成の場合にも、画像表示装置は、青色と緑色の二色画像を表示するものに限定はされず、他の色（波長）の二色画像であってもよい。例えば、緑色と赤色の二色画像であってもよく、青色と赤色の二色画像であってもよい。
　また、第１Ａ入射回折素子１７Ａ、第１Ｂ入射回折素子１７Ｂ、第１Ａ中間回折素子２０Ａ、第１Ｂ中間回折素子２０Ｂ、第１Ａ出射回折素子２３Ａおよび第１Ｂ出射回折素子２３Ｂが回折する光の波長が、第２Ａ入射回折素子１８Ａ、第２Ｂ入射回折素子１８Ｂ、第２Ａ中間回折素子２１Ａ、第２Ｂ中間回折素子２１Ｂ、第２Ａ出射回折素子２４Ａおよび第２Ｂ出射回折素子２４Ｂが回折する光の波長よりも短いとしたときに、第１Ａ中間回折素子２０Ａおよび第１Ｂ中間回折素子２０Ｂの回折構造の周期をΛmid1とし、第２Ａ中間回折素子２１Ａおよび第２Ｂ中間回折素子２１Ｂの回折構造の周期をΛmid2とすると、Λmid1＜Λmid2を満たすことが好ましい。
　ここで、図６に示す例では、第１Ａ入射回折素子１７Ａと第２Ａ入射回折素子１８Ａとは、導光板の主面の面方向の異なる位置に配置したが、第１Ａ入射回折素子１７Ａと第２Ａ入射回折素子１８Ａとを積層して配置してもよい。この場合にも、第１Ａ入射回折素子１７Ａと第２Ａ入射回折素子１８Ａとは、入射した光を互いに異なる方向に回折するように、回折構造の周期方向を適宜調整して配置される。同様に、第１Ｂ入射回折素子１７Ｂと第２Ｂ入射回折素子１８Ｂとを積層して配置してもよい。この場合にも、第１Ｂ入射回折素子１７Ｂと第２Ｂ入射回折素子１８Ｂとは、入射した光を互いに異なる方向に回折するように、回折構造の周期方向を適宜調整して配置される。
　ここで、図６～図８に示す例では、二色画像を表示する画像表示装置の例を示したが、本発明の画像表示装置は、これに限定はされず、三色以上の画像を表示する構成であってもよい。
　図１１～図１３に、本発明の導光素子の他の一例を有する画像表示装置を概念的に示す。なお、図１１は正面図であり、画像表示装置１０ｃを使用者Ｕによる観察側の面から見た図である。図１２は上面図であり、画像表示装置１０ｃを図１１の紙面の上方向から見た図である。図１３は側面図であり、画像表示装置１０ｃを図１１の紙面右手側から見た図である。
　図１１～図１３に示す画像表示装置１０ｃは、複数の表示素子１２と、導光板１６、導光板１６に設けられる、第１Ａ入射回折素子１７Ａ、第１Ｂ入射回折素子１７Ｂ、第２Ａ入射回折素子１８Ａ、第２Ｂ入射回折素子１８Ｂ、第３Ａ入射回折素子１９Ａ、第３Ｂ入射回折素子１９Ｂ、第１Ａ中間回折素子２０Ａ、第１Ｂ中間回折素子２０Ｂ、第２Ａ中間回折素子２１Ａ、第２Ｂ中間回折素子２１Ｂ、第３Ａ中間回折素子２２Ａ、第３Ｂ中間回折素子２２Ｂ、第１Ａ出射回折素子２３Ａ、第１Ｂ出射回折素子２３Ｂ、第２Ａ出射回折素子２４Ａ、第２Ｂ出射回折素子２４Ｂ、第３Ａ出射回折素子２５Ａ、および、第３Ｂ出射回折素子２５Ｂを有する導光素子１４ｃとを有する。なお、図１１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１０ｃは、一例として、青色と緑色と赤色の三色画像を重畳して表示するものである。
　なお、図１１～図１３に示す画像表示装置１０ｃは、第３Ａ入射回折素子１９Ａ、第３Ｂ入射回折素子１９Ｂ、第３Ａ中間回折素子２２Ａ、第３Ｂ中間回折素子２２Ｂ、第３Ａ出射回折素子２５Ａ、および、第３Ｂ出射回折素子２５Ｂを有し、表示素子１２Ｂ1に代えて表示素子１２ＲＢ1を有し、表示素子１２Ｂ2に代えて表示素子１２ＲＢ2を有する以外は、図６～図８に示す画像表示装置１０ｂと同様の構成を有するので、同じ部位には同じ符号を付し、以下の説明では異なる点を主に行う。
　図１１～図１３に示すように、導光素子１４ｃにおいて、導光板１６の一方の主面の中央位置に、第１Ａ出射回折素子２３Ａ、第１Ｂ出射回折素子２３Ｂ、第２Ａ出射回折素子２４Ａ、第２Ｂ出射回折素子２４Ｂ、第３Ａ出射回折素子２５Ａ、および、第３Ｂ出射回折素子２５Ｂが積層されて配置されている。
　また、図１１中、出射回折素子の上側中央の右側に第１Ａ入射回折素子１７Ａおよび第３Ａ入射回折素子１９Ａが積層して配置され、左側に第２Ａ入射回折素子１８Ａが配置されている。また、出射回折素子の下側中央の左側に第１Ｂ入射回折素子１７Ｂおよび第３Ｂ入射回折素子１９Ｂが積層して配置され、右側に第２Ｂ入射回折素子１８Ｂが配置されている。
　さらに、第１Ａ入射回折素子１７Ａおよび第３Ａ入射回折素子１９Ａの右側に第１Ａ中間回折素子２０Ａおよび第３Ａ中間回折素子２２Ａが積層して配置され、第２Ａ入射回折素子１８Ａの左側に第２Ａ中間回折素子２１Ａが配置されている。また、第１Ｂ入射回折素子１７Ｂおよび第３Ｂ入射回折素子１９Ｂの左側に第１Ｂ中間回折素子２０Ｂおよび第３Ｂ中間回折素子２２Ｂが積層して配置され、第２Ｂ入射回折素子１８Ｂの左側に第２Ｂ中間回折素子２１Ｂが配置されている。
　図１１に示すように、第１Ａ中間回折素子２０Ａおよび第３Ａ中間回折素子２２Ａと第１Ｂ中間回折素子２０Ｂおよび第３Ｂ中間回折素子２２Ｂとを結ぶ線上に出射回折素子が配置され、また、第２Ａ中間回折素子２１Ａと第２Ｂ中間回折素子２１Ｂとを結ぶ線上に出射回折素子が配置される。
　また、図１２および図１３に示すように、表示素子１２ＲＢ1は、導光板１６を挟んで第１Ａ入射回折素子１７Ａおよび第３Ａ入射回折素子１９Ａに対面して配置されている。表示素子１２ＲＢ2は、導光板１６を挟んで第１Ｂ入射回折素子１７Ｂおよび第３Ｂ入射回折素子１９Ｂに対面して配置されている。表示素子１２Ｇ1は、導光板１６を挟んで第２Ａ入射回折素子１８Ａに対面して配置されている。表示素子１２Ｇ2は、導光板１６を挟んで第２Ｂ入射回折素子１８Ｂに対面して配置されている。
　第３Ａ入射回折素子１９Ａ、第３Ｂ入射回折素子１９Ｂ、第３Ａ中間回折素子２２Ａ、第３Ｂ中間回折素子２２Ｂ、第３Ａ出射回折素子２５Ａ、および、第３Ｂ出射回折素子２５Ｂは、同じ波長の光を回折するものである。また、第３Ａ入射回折素子１９Ａ、第３Ｂ入射回折素子１９Ｂ、第３Ａ中間回折素子２２Ａ、第３Ｂ中間回折素子２２Ｂ、第３Ａ出射回折素子２５Ａ、および、第３Ｂ出射回折素子２５Ｂは、第１Ａ入射回折素子１７Ａ、第１Ｂ入射回折素子１７Ｂ、第１Ａ中間回折素子２０Ａ、第１Ｂ中間回折素子２０Ｂ、第１Ａ出射回折素子２３Ａ、および、第１Ｂ出射回折素子２３Ｂ、ならびに、第２Ａ入射回折素子１８Ａ、第２Ｂ入射回折素子１８Ｂ、第２Ａ中間回折素子２１Ａ、第２Ｂ中間回折素子２１Ｂ、第２Ａ出射回折素子２４Ａ、および、第２Ｂ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。
　回折する光の波長が異なるため、第３Ａ入射回折素子１９Ａおよび第３Ｂ入射回折素子１９Ｂの回折構造の周期と、第１Ａ入射回折素子１７Ａおよび第１Ｂ入射回折素子１７Ｂの回折構造の周期、ならびに、第２Ａ入射回折素子１８Ａおよび第２Ｂ入射回折素子１８Ｂの回折構造の周期とは互いに異なっている。
　同様に、第３Ａ中間回折素子２２Ａおよび第３Ｂ中間回折素子２２Ｂの回折構造の周期と、第１Ａ中間回折素子２０Ａおよび第１Ｂ中間回折素子２０Ｂの回折構造の周期、ならびに、第２Ａ中間回折素子２１Ａおよび第２Ｂ中間回折素子２１Ｂの回折構造の周期とは互いに異なっている。
　同様に、第３Ａ出射回折素子２５Ａおよび第３Ｂ出射回折素子２５Ｂの回折構造の周期と、第１Ａ出射回折素子２３Ａおよび第１Ｂ出射回折素子２３Ｂの回折構造の周期、ならびに、第２Ａ出射回折素子２４Ａおよび第２Ｂ出射回折素子２４Ｂの回折構造の周期とは互いに異なっている。
　第３Ａ入射回折素子１９Ａは、第２Ａ入射回折素子１８Ａとは、入射した光を互いに異なる方向に回折して、導光板１６に入射させる。また、第３Ｂ入射回折素子１９Ｂは、第２Ｂ入射回折素子１８Ｂとは、入射した光を互いに異なる方向に回折して、導光板１６に入射させる。
　第３Ａ中間回折素子２２Ａは、第３Ａ入射回折素子１９Ａによって回折され、導光板１６内を伝搬された光を第３Ａ出射回折素子２５Ａに向けて回折するものである。また、第３Ｂ中間回折素子２２Ｂは、第３Ｂ入射回折素子１９Ｂによって回折され、導光板１６内を伝搬された光を第３Ｂ出射回折素子２５Ｂに向けて回折するものである。
　第３Ａ出射回折素子２５Ａは、第３Ａ入射回折素子１９Ａによって回折されて導光板１６内に入射し、第３Ａ中間回折素子２２Ａによって回折された光を回折して導光板１６から出射させるものである。第３Ｂ出射回折素子２５Ｂは、第３Ｂ入射回折素子１９Ｂによって回折されて導光板１６内に入射し、第３Ｂ中間回折素子２２Ｂによって回折された光を回折して導光板１６から出射させるものである。
　表示素子１２ＲＢ1から画像が照射されると、青色の成分（画像Ｂ1）は、第３Ａ入射回折素子１９Ａでは回折されにくく、第１Ａ入射回折素子１７Ａによって回折される。第１Ａ入射回折素子１７Ａは、青色の画像Ｂ1を、第１Ａ中間回折素子２０Ａの方向に向けて、導光板１６内を全反射する角度に回折する。第１Ａ入射回折素子１７Ａに回折された青色の画像Ｂ1は、導光板１６内を導光されて第１Ａ中間回折素子２０Ａに入射する。第１Ａ中間回折素子２０Ａは、入射した青色の画像Ｂ1の進行方向が第１Ａ出射回折素子２３Ａに向かうように青色の画像Ｂ1を回折する。図１１に示す例では、第１Ａ中間回折素子２０Ａは、入射した青色の画像Ｂ1を図１１中左下方向に向けて回折する。第１Ａ中間回折素子２０Ａにより回折された青色の画像Ｂ1は、導光板１６内を全反射して伝搬し、第１Ａ出射回折素子２３Ａに入射する。第１Ａ出射回折素子２３Ａは、入射した青色の画像Ｂ1を、導光板１６内を全反射する角度から外れるように回折する。図１１～図１３に示す例では、第１Ａ出射回折素子２３Ａは、入射した青色の画像Ｂ1を導光板１６の主面に略垂直な方向に向けて回折する。第１Ａ出射回折素子２３Ａによって回折された青色の画像Ｂ1は、導光板１６から出射されて、使用者Ｕに向けて出射される。なお、第１Ａ中間回折素子２０Ａは、第３Ａ中間回折素子２２Ａと積層され、また、第１Ａ出射回折素子２３Ａは、第３Ａ出射回折素子２５Ａと積層されているが、青色の画像Ｂ1は、第３Ａ中間回折素子２２Ａおよび第３Ａ出射回折素子２５Ａによっては回折されず、第１Ａ中間回折素子２０Ａおよび第１Ａ出射回折素子２３Ａによって回折される。
　一方、表示素子１２ＲＢ1から照射された画像の赤色の成分（画像Ｒ1）は、第１Ａ入射回折素子１７Ａでは回折されにくく、第３Ａ入射回折素子１９Ａによって回折される。第３Ａ入射回折素子１９Ａは、赤色の画像Ｒ1を、第３Ａ中間回折素子２２Ａの方向に向けて、導光板１６内を全反射する角度に回折する。第３Ａ入射回折素子１９Ａに回折された赤色の画像Ｒ1は、導光板１６内を導光されて第３Ａ中間回折素子２２Ａに入射する。第３Ａ中間回折素子２２Ａは、入射した赤色の画像Ｒ1の進行方向が第３Ａ出射回折素子２５Ａに向かうように赤色の画像Ｒ1を回折する。図１１に示す例では、第３Ａ中間回折素子２２Ａは、入射した赤色の画像Ｒ1を図１１中左下方向に向けて回折する。第３Ａ中間回折素子２２Ａにより回折された赤色の画像Ｒ1は、導光板１６内を全反射して伝搬し、第３Ａ出射回折素子２５Ａに入射する。第３Ａ出射回折素子２５Ａは、入射した赤色の画像Ｒ1を、導光板１６内を全反射する角度から外れるように回折する。図１１～図１３に示す例では、第３Ａ出射回折素子２５Ａは、入射した赤色の画像Ｒ1を導光板１６の主面に略垂直な方向に向けて回折する。第３Ａ出射回折素子２５Ａによって回折された赤色の画像Ｒ1は、導光板１６から出射されて、使用者Ｕに向けて出射される。なお、第３Ａ中間回折素子２２Ａは、第１Ａ中間回折素子２０Ａと積層され、また、第３Ａ出射回折素子２５Ａは、第１Ａ出射回折素子２３Ａと積層されているが、赤色の画像Ｒ1は、第１Ａ中間回折素子２０Ａおよび第１Ａ出射回折素子２３Ａによっては回折されず、第３Ａ中間回折素子２２Ａおよび第３Ａ出射回折素子２５Ａによって回折される。
　表示素子１２ＲＢ2から画像が照射されると、青色の成分（画像Ｂ2）は、第３Ｂ入射回折素子１９Ｂでは回折されにくく、第１Ｂ入射回折素子１７Ｂによって回折される。第１Ｂ入射回折素子１７Ｂは、青色の画像Ｂ2を、第１Ｂ中間回折素子２０Ｂの方向に向けて、導光板１６内を全反射する角度に回折する。第１Ｂ入射回折素子１７Ｂに回折された青色の画像Ｂ2は、導光板１６内を導光されて第１Ｂ中間回折素子２０Ｂに入射する。第１Ｂ中間回折素子２０Ｂは、入射した青色の画像Ｂ2の進行方向が第１Ｂ出射回折素子２３Ｂに向かうように青色の画像Ｂ2を回折する。図１１に示す例では、第１Ｂ中間回折素子２０Ｂは、入射した青色の画像Ｂ2を図１１中右上方向に向けて回折する。第１Ｂ中間回折素子２０Ｂにより回折された青色の画像Ｂ2は、導光板１６内を全反射して伝搬し、第１Ｂ出射回折素子２３Ｂに入射する。第１Ｂ出射回折素子２３Ｂは、入射した青色の画像Ｂ2を、導光板１６内を全反射する角度から外れるように回折する。図１１～図１３に示す例では、第１Ｂ出射回折素子２３Ｂは、入射した青色の画像Ｂ2を導光板１６の主面に略垂直な方向に向けて回折する。第１Ｂ出射回折素子２３Ｂによって回折された青色の画像Ｂ2は、導光板１６から出射されて、使用者Ｕに向けて出射される。なお、第１Ｂ中間回折素子２０Ｂは、第３Ｂ中間回折素子２２Ｂと積層され、また、第１Ｂ出射回折素子２３Ｂは、第３Ｂ出射回折素子２５Ｂと積層されているが、青色の画像Ｂ2は、第３Ｂ中間回折素子２２Ｂおよび第３Ｂ出射回折素子２５Ｂによっては回折されず、第１Ｂ中間回折素子２０Ｂおよび第１Ｂ出射回折素子２３Ｂによって回折される。
　一方、表示素子１２ＲＢ2から照射された画像の赤色の成分（画像Ｒ2）は、第１Ｂ入射回折素子１７Ｂでは回折されにくく、第３Ｂ入射回折素子１９Ｂによって回折される。第３Ｂ入射回折素子１９Ｂは、赤色の画像Ｒ2を、第３Ｂ中間回折素子２２Ｂの方向に向けて、導光板１６内を全反射する角度に回折する。第３Ｂ入射回折素子１９Ｂに回折された赤色の画像Ｒ2は、導光板１６内を導光されて第３Ｂ中間回折素子２２Ｂに入射する。第３Ｂ中間回折素子２２Ｂは、入射した赤色の画像Ｒ2の進行方向が第３Ｂ出射回折素子２５Ｂに向かうように赤色の画像Ｒ2を回折する。図１１に示す例では、第３Ｂ中間回折素子２２Ｂは、入射した赤色の画像Ｒ2を図１１中右上方向に向けて回折する。第３Ｂ中間回折素子２２Ｂにより回折された赤色の画像Ｒ2は、導光板１６内を全反射して伝搬し、第３Ｂ出射回折素子２５Ｂに入射する。第３Ｂ出射回折素子２５Ｂは、入射した赤色の画像Ｒ2を、導光板１６内を全反射する角度から外れるように回折する。図１１～図１３に示す例では、第３Ｂ出射回折素子２５Ｂは、入射した赤色の画像Ｒ2を導光板１６の主面に略垂直な方向に向けて回折する。第３Ｂ出射回折素子２５Ｂによって回折された赤色の画像Ｒ2は、導光板１６から出射されて、使用者Ｕに向けて出射される。なお、第３Ｂ中間回折素子２２Ｂは、第１Ｂ中間回折素子２０Ｂと積層され、また、第３Ｂ出射回折素子２５Ｂは、第１Ｂ出射回折素子２３Ｂと積層されているが、赤色の画像Ｒ2は、第１Ｂ中間回折素子２０Ｂおよび第１Ｂ出射回折素子２３Ｂによっては回折されず、第３Ｂ中間回折素子２２Ｂおよび第３Ｂ出射回折素子２５Ｂによって回折される。
　なお、表示素子１２Ｇ1が照射する緑色の画像Ｇ1および表示素子１２Ｇ2が照射する緑色の画像Ｇ2の、導光素子１４ｃによる導光される際の経路については、図６～図８に示す導光素子１４ｂによる導光経路と同様である。
　第３Ａ入射回折素子１９Ａ、第３Ａ中間回折素子２２Ａおよび第３Ａ出射回折素子２５Ａ、ならびに、第３Ｂ入射回折素子１９Ｂ、第３Ｂ中間回折素子２２Ｂおよび第３Ｂ出射回折素子２５Ｂは、ともに赤色の画像を回折するものである。すなわち、同じ波長域の光を回折するものである。
　図１１に示すように、第３Ａ入射回折素子１９Ａおよび第３Ａ中間回折素子２２Ａに回折された光の、第３Ａ出射回折素子２５Ａに入射する際の進行方向と、第３Ｂ入射回折素子１９Ｂおよび第３Ｂ中間回折素子２２Ｂに回折された光の、第３Ｂ出射回折素子２５Ｂに入射する際の進行方向とは、１８０°異なる方向（平行で互いに逆向き）である。
　従って、図示例の画像表示装置１０ｃにおいては、表示素子１２ＲＢ1および表示素子１２ＲＢ2が照射した画像の赤色成分（赤色の画像）は、異なる２系統で導光板１６内を導光されて、同じ位置に積層された出射回折素子で回折されて導光板１６から出射される。画像表示装置１０ｃは、画像Ｒ1と画像Ｒ2とを合わせて１つの画像として表示する。これによって、赤色の画像の視野角を大きくすることができる。
　ここで、画像表示装置１０ｃ（導光素子１４ｃ）において、図６に示す画像表示装置１０ｂと同様に、第１Ａ出射回折素子２３Ａの回折構造の周期方向と、第２Ａ出射回折素子２４Ａの回折構造の周期方向および第２Ｂ出射回折素子２４Ｂの回折構造の周期方向とが交差しており、かつ、第１Ｂ出射回折素子２３Ｂの回折構造の周期方向と、第２Ａ出射回折素子２４Ａの回折構造の周期方向および第２Ｂ出射回折素子２４Ｂの回折構造の周期方向とが交差している。さらに、画像表示装置１０ｃ（導光素子１４ｃ）においては、第３Ａ出射回折素子２５Ａの回折構造の周期方向と、第２Ａ出射回折素子２４Ａの回折構造の周期方向および第２Ｂ出射回折素子２４Ｂの回折構造の周期方向とが交差しており、かつ、第３Ｂ出射回折素子２５Ｂの回折構造の周期方向と、第２Ａ出射回折素子２４Ａの回折構造の周期方向および第２Ｂ出射回折素子２４Ｂの回折構造の周期方向とが交差している。
　この点について図１４および図１５を用いて説明する。
　図１４は、第１Ａ入射回折素子１７Ａから入射し、第１Ａ中間回折素子２０Ａで回折された青色の画像Ｂ1の進行方向とこの青色の画像Ｂ1を回折して導光板１６から出射させる第１Ａ出射回折素子２３Ａの回折構造との関係、第２Ａ入射回折素子１８Ａから入射し、第２Ａ中間回折素子２１Ａで回折された緑色の画像Ｇ1の進行方向とこの緑色の画像Ｇ1を回折して導光板１６から出射させる第２Ａ出射回折素子２４Ａの回折構造との関係、ならびに、第３Ａ入射回折素子１９Ａから入射し、第３Ａ中間回折素子２２Ａで回折された赤色の画像Ｒ1の進行方向とこの赤色の画像Ｒ1を回折して導光板１６から出射させる第３Ａ出射回折素子２５Ａの回折構造との関係を模式的に表す図である。また、図１５は、第１Ｂ入射回折素子１７Ｂから入射し、第１Ｂ中間回折素子２０Ｂで回折された青色の画像Ｂ2の進行方向とこの青色の画像Ｂ2を回折して導光板１６から出射させる第１Ｂ出射回折素子２３Ｂの回折構造との関係、第２Ｂ入射回折素子１８Ｂから入射し、第２Ｂ中間回折素子２１Ｂで回折された緑色の画像Ｇ2の進行方向とこの緑色の画像Ｇ2を回折して導光板１６から出射させる第２Ｂ出射回折素子２４Ｂの回折構造との関係、ならびに、第３Ｂ入射回折素子１９Ｂから入射し、第３Ｂ中間回折素子２２Ｂで回折された赤色の画像Ｒ2の進行方向とこの赤色の画像Ｒ2を回折して導光板１６から出射させる第３Ｂ出射回折素子２５Ｂの回折構造との関係を模式的に表す図である。
　なお、図１４および図１５では、図４および図５と同様に出射回折素子として液晶層を有する回折素子を例示している。
　図１４および図１５において、第１Ａ出射回折素子２３Ａの回折構造の周期方向（配列軸Ｄ1aの方向）、第２Ａ出射回折素子２４Ａの回折構造の周期方向（配列軸Ｄ2aの方向）、第１Ｂ出射回折素子２３Ｂの回折構造の周期方向（配列軸Ｄ1bの方向）、および、第２Ｂ出射回折素子２４Ｂの回折構造の周期方向（配列軸Ｄ2bの方向）は、図９および図１０に示す例と同様である。
　図１４に示すように、第３Ａ入射回折素子１９Ａは、入射した赤色の画像Ｒ1を右方向に向けて回折し、第３Ａ中間回折素子２２Ａに入射させる。第３Ａ中間回折素子２２Ａは、入射した赤色の画像Ｒ1を左下方向に向けて回折する。従って、第３Ａ出射回折素子２５Ａは、左下方向に進行する赤色の画像Ｒ1を正面方向（導光板１６の主面に垂直な方向）に回折するために、その回折構造の周期方向（配列軸Ｄ3aの方向）が、第３Ａ出射回折素子２５Ａに入射する際の赤色の画像Ｒ1の進行方向（面方向における進行方向）と平行になるように配置される。
　また、図１５に示すように、第３Ｂ入射回折素子１９Ｂは、入射した赤色の画像Ｒ2を左方向に向けて回折し、第３Ｂ中間回折素子２２Ｂに入射させる。第３Ｂ中間回折素子２２Ｂは、入射した赤色の画像Ｒ2を右上方向に向けて回折する。従って、第３Ｂ出射回折素子２５Ｂは、右上方向に進行する赤色の画像Ｒ2を正面方向に回折するために、その回折構造の周期方向（配列軸Ｄ3bの方向）が、第３Ｂ出射回折素子２５Ｂに入射する際の赤色の画像Ｒ2の進行方向と平行になるように配置される。
　従って、第１Ａ出射回折素子２３Ａの周期構造の周期方向（配列軸Ｄ1aの方向）と、第２Ａ出射回折素子２４Ａの周期構造の周期方向（配列軸Ｄ2aの方向）、および、第２Ｂ出射回折素子２４Ｂの周期構造の周期方向（配列軸Ｄ2bの方向）とは、交差している。また、第１Ｂ出射回折素子２３Ｂの周期構造の周期方向（配列軸Ｄ1bの方向）と、第２Ａ出射回折素子２４Ａの周期構造の周期方向（配列軸Ｄ2aの方向）、および、第２Ｂ出射回折素子２４Ｂの周期構造の周期方向（配列軸Ｄ2bの方向）とは、交差している。また、第３Ａ出射回折素子２５Ａの周期構造の周期方向（配列軸Ｄ3aの方向）と、第２Ａ出射回折素子２４Ａの周期構造の周期方向（配列軸Ｄ2aの方向）、および、第２Ｂ出射回折素子２４Ｂの周期構造の周期方向（配列軸Ｄ2bの方向）とは、交差している。また、第３Ｂ出射回折素子２５Ｂの周期構造の周期方向（配列軸Ｄ3bの方向）と、第２Ａ出射回折素子２４Ａの周期構造の周期方向（配列軸Ｄ2aの方向）、および、第２Ｂ出射回折素子２４Ｂの周期構造の周期方向（配列軸Ｄ2bの方向）とは、交差している。
　なお、図示例においては、好ましい態様として、第３Ａ出射回折素子２５Ａの周期構造の周期方向（配列軸Ｄ3aの方向）と、第３Ｂ出射回折素子２５Ｂの周期構造の周期方向（配列軸Ｄ3bの方向）とは平行である。
　これによって、第１Ａ出射回折素子２３Ａによって回折されるべき波長の光が、第２Ａ出射回折素子２４Ａおよび第２Ｂ出射回折素子２４Ｂによって回折されることを抑制できる。また、第１Ｂ出射回折素子２３Ｂによって回折されるべき波長の光が、第２Ａ出射回折素子２４Ａおよび第２Ｂ出射回折素子２４Ｂによって回折されることを抑制できる。また、第２Ａ出射回折素子２４Ａによって回折されるべき波長の光が、第１Ａ出射回折素子２３Ａおよび第１Ｂ出射回折素子２３Ｂならびに第３Ａ出射回折素子２５Ａおよび第３Ｂ出射回折素子２５Ｂによって回折されることを抑制できる。第２Ｂ出射回折素子２４Ｂによって回折されるべき波長の光が、第１Ａ出射回折素子２３Ａおよび第１Ｂ出射回折素子２３Ｂならびに第３Ａ出射回折素子２５Ａおよび第３Ｂ出射回折素子２５Ｂによって回折されることを抑制できる。また、第３Ａ出射回折素子２５Ａによって回折されるべき波長の光が、第２Ａ出射回折素子２４Ａおよび第２Ｂ出射回折素子２４Ｂによって回折されることを抑制できる。また、第３Ｂ出射回折素子２５Ｂによって回折されるべき波長の光が、第２Ａ出射回折素子２４Ａおよび第２Ｂ出射回折素子２４Ｂによって回折されることを抑制できる。従って、多重像が発生することを抑制できる。
　なお、三色画像を表示する構成の場合にも、画像表示装置は、青色と緑色と赤色の三色画像を表示するものに限定はされず、他の色（波長）の三色画像であってもよい。また、四色以上の画像を表示する構成としてもよい。
　なお、図示例においては、第１Ａ出射回折素子２３Ａの周期構造の周期方向（配列軸Ｄ1aの方向）と、第３Ａ出射回折素子２５Ａの周期構造の周期方向（配列軸Ｄ3aの方向）とは平行であり、また、第１Ｂ出射回折素子２３Ｂの周期構造の周期方向（配列軸Ｄ1bの方向）と、第３Ｂ出射回折素子２５Ｂの周期構造の周期方向（配列軸Ｄ3bの方向）とは平行である。しかしながら、第１Ａ出射回折素子２３Ａおよび第１Ｂ出射回折素子２３Ｂが回折する光の波長と、第３Ａ出射回折素子２５Ａおよび第３Ｂ出射回折素子２５Ｂが回折する光の波長は離れている。そのため、第１Ａ出射回折素子２３Ａまたは第１Ｂ出射回折素子２３Ｂによって回折されるべき波長の光は、第３Ａ出射回折素子２５Ａおよび第３Ｂ出射回折素子２５Ｂによって回折されにくく、また、第３Ａ出射回折素子２５Ａまたは第３Ｂ出射回折素子２５Ｂによって回折されるべき波長の光は、第１Ａ出射回折素子２３Ａおよび第１Ｂ出射回折素子２３Ｂによって回折されにくい。従って、多重像が発生することを抑制できる。
　すなわち、三色画像を表示する場合には、例えば、最も波長が短い光を、第１Ａ入射回折素子１７Ａ、第１Ｂ入射回折素子１７Ｂ、第１Ａ出射回折素子２３Ａおよび第１Ｂ出射回折素子２３Ｂで回折し、中間の波長の光を第２Ａ入射回折素子１８Ａ、第２Ｂ入射回折素子１８Ｂ、第２Ａ出射回折素子２４Ａおよび第２Ｂ出射回折素子２４Ｂで回折し、最も波長が長い光を、第３Ａ入射回折素子１９Ａ、第３Ｂ入射回折素子１９Ｂ、第３Ａ出射回折素子２５Ａおよび第３Ｂ出射回折素子２５Ｂで回折する構成とするのが好ましい。
　また、異なる波長の光を同じ角度に回折して同じ方向に出射させる観点から、第１Ａ入射回折素子１７Ａ、第１Ｂ入射回折素子１７Ｂ、第１Ａ中間回折素子２０Ａ，第１Ｂ中間回折素子２０Ｂ、第１Ａ出射回折素子２３Ａおよび第１Ｂ出射回折素子２３Ｂが回折する光の波長をλ1とし、第２Ａ入射回折素子１８Ａ、第２Ｂ入射回折素子１８Ｂ、第２Ａ中間回折素子２１Ａ，第２Ｂ中間回折素子２１Ｂ、第２Ａ出射回折素子２４Ａおよび第２Ｂ出射回折素子２４Ｂが回折する光の波長をλ2とし、第３Ａ入射回折素子１９Ａ、第３Ｂ入射回折素子１９Ｂ、第３Ａ中間回折素子２２Ａ，第３Ｂ中間回折素子２２Ｂ、第３Ａ出射回折素子２５Ａおよび第３Ｂ出射回折素子２５Ｂが回折する光の波長をλ3として、λ1＜λ2＜λ3とすると、第１Ａ入射回折素子１７Ａおよび第１Ｂ入射回折素子１７Ｂの回折構造の周期Λin1、第２Ａ入射回折素子１８Ａおよび第２Ｂ入射回折素子１８Ｂの回折構造の周期Λin2、第３Ａ入射回折素子１９Ａおよび第３Ｂ入射回折素子１９Ｂの回折構造の周期Λin3は、Λin1＜Λin2＜Λin3を満たすことが好ましい。また、第１Ａ中間回折素子２０Ａおよび第１Ｂ中間回折素子２０Ｂの回折構造の周期Λmid1、第２Ａ中間回折素子２１Ａおよび第２Ｂ中間回折素子２１Ｂの回折構造の周期Λmid2、第３Ａ中間回折素子２２Ａおよび第３Ｂ中間回折素子２２Ｂの回折構造の周期Λmid3は、Λmid1＜Λmid2＜Λmid3を満たすことが好ましい。また、第１Ａ出射回折素子２３Ａおよび第１Ｂ出射回折素子２３Ｂの回折構造の周期Λout1、第２Ａ出射回折素子２４Ａおよび第２Ｂ出射回折素子２４Ｂの回折構造の周期Λout2、第３Ａ出射回折素子２５Ａおよび第３Ｂ出射回折素子２５Ｂの回折構造の周期Λout3は、Λout1＜Λout2＜Λout3を満たすことが好ましい。
　また、図１１に示す例では、第１Ａ入射回折素子１７Ａおよび第３Ａ入射回折素子１９Ａと第２Ａ入射回折素子１８Ａとは、導光板の主面の面方向の異なる位置に配置したが、第１Ａ入射回折素子１７Ａおよび第３Ａ入射回折素子１９Ａと第２Ａ入射回折素子１８Ａとを積層して配置してもよい。この場合にも、第１Ａ入射回折素子１７Ａおよび第３Ａ入射回折素子１９Ａと第２Ａ入射回折素子１８Ａとは、入射した光を互いに異なる方向に回折するように、回折構造の周期方向を適宜調整して配置される。同様に、第１Ｂ入射回折素子１７Ｂおよび第３Ｂ入射回折素子１９Ｂと第２Ｂ入射回折素子１８Ｂとを積層して配置してもよい。この場合にも、第１Ｂ入射回折素子１７Ｂおよび第３Ｂ入射回折素子１９Ｂと第２Ｂ入射回折素子１８Ｂとは、入射した光を互いに異なる方向に回折するように、回折構造の周期方向を適宜調整して配置される。
　また、図１１に示す例では、第１Ａ入射回折素子１７Ａと第３Ａ入射回折素子１９Ａとを積層して配置したが、これに限定はされず、第１Ａ入射回折素子１７Ａと第３Ａ入射回折素子１９Ａとを導光板１６の主面の面方向の異なる位置に配置してもよい。また、第１Ａ入射回折素子１７Ａと第３Ａ入射回折素子１９Ａとは同じ方向に光を回折する構成としたが、これに限定はされず、第１Ａ入射回折素子１７Ａと第３Ａ入射回折素子１９Ａとは互いに異なる方向に光を回折する構成としてもよい。同様に、第１Ｂ入射回折素子１７Ｂと第３Ｂ入射回折素子１９Ｂとは導光板１６の主面の面方向の異なる位置に配置してもよい。また、第１Ｂ入射回折素子１７Ｂと第３Ｂ入射回折素子１９Ｂとは同じ方向に光を回折する構成としたが、これに限定はされず、第１Ｂ入射回折素子１７Ｂと第３Ｂ入射回折素子１９Ｂとは互いに異なる方向に光を回折する構成としてもよい。
　また、図１１に示す例では、第１Ａ中間回折素子２０Ａと第３Ａ中間回折素子２２Ａとを積層して配置したが、これに限定はされず、第１Ａ中間回折素子２０Ａと第３Ａ中間回折素子２２Ａとを導光板１６の主面の面方向の異なる位置に配置してもよい。同様に、第１Ｂ中間回折素子２０Ｂと第３Ｂ中間回折素子２２Ｂとを導光板１６の主面の面方向の異なる位置に配置してもよい。
　また、図１１に示す例では、第１Ａ出射回折素子２３Ａの周期構造の周期方向（配列軸Ｄ1aの方向）および第１Ｂ出射回折素子２３Ｂの周期構造の周期方向（配列軸Ｄ1bの方向）と、第３Ａ出射回折素子２５Ａの周期構造の周期方向（配列軸Ｄ3aの方向）および第３Ｂ出射回折素子２５Ｂの周期構造の周期方向（配列軸Ｄ3bの方向）とは平行な構成としたが、これに限定はされず、第１Ａ出射回折素子２３Ａの周期構造の周期方向（配列軸Ｄ1aの方向）および第１Ｂ出射回折素子２３Ｂの周期構造の周期方向（配列軸Ｄ1bの方向）と、第３Ａ出射回折素子２５Ａの周期構造の周期方向（配列軸Ｄ3aの方向）および第３Ｂ出射回折素子２５Ｂの周期構造の周期方向（配列軸Ｄ3bの方向）とが交差していてもよい。
　以下、本発明の画像表示装置が有する各構成要素について説明する。
　［表示素子］
　表示素子１２（表示素子１２Ｂ1、１２Ｂ2、１２Ｇ1、１２Ｇ2、１２ＲＢ1、１２ＲＢ2）は、使用者Ｕが観察する画像（映像）を表示して、画像を対応する入射回折素子に照射するものである。従って、表示素子１２は照射する画像が入射回折素子に入射するように配置される。
　本発明の画像表示装置において、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。
　なお、複数の入射回折素子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、ディスプレイは、各入射回折素子が回折する波長の光を用いて多色画像を表示するディスプレイが用いられる。
　また、複数の入射回折素子が面方向の重複しない位置に配置されている場合には、各入射回折素子が回折する波長の単色画像を照射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。
　本発明の画像表示装置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。
　［導光板］
　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］
　第１Ａ入射回折素子１７Ａ、第１Ｂ入射回折素子１７Ｂ、第１Ａ中間回折素子２０Ａ，第１Ｂ中間回折素子２０Ｂ、第１Ａ出射回折素子２３Ａ、第１Ｂ出射回折素子２３Ｂ、第２Ａ入射回折素子１８Ａ、第２Ｂ入射回折素子１８Ｂ、第２Ａ中間回折素子２１Ａ，第２Ｂ中間回折素子２１Ｂ、第２Ａ出射回折素子２４Ａ、第２Ｂ出射回折素子２４Ｂ、第３Ａ入射回折素子１９Ａ、第３Ｂ入射回折素子１９Ｂ、第３Ａ中間回折素子２２Ａ，第３Ｂ中間回折素子２２Ｂ、第３Ａ出射回折素子２５Ａおよび第３Ｂ出射回折素子２５Ｂ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、これらの回折素子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、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。
　〔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１６に例示するように、体積ホログラム型回折素子１０８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１６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。
　（液晶回折素子Ａ）
　液晶回折素子について図１７～図１９を用いて説明する。
　図１７は、液晶層３４の主面の面内における液晶化合物の配向状態を示す模式図である。また、図１８は、主面に垂直な断面における液晶相の状態を示す断面模式図である。以下においては、液晶層３４の主面をＸ－Ｙ面とし、このＸ－Ｙ面に対して垂直な断面をＸ－Ｚ面として説明する。つまり、図１７は、液晶層３４のＸ－Ｙ面の模式図に相当し、図１８は、液晶層３４のＸ－Ｚ面の模式図に相当する。
　図１８に示す例では、回折素子は、支持体３０と、配向膜３２と、液晶層３４とを有する。
　図１７～図１８に示す液晶層は、液晶化合物がコレステリック配向されたコレステリック液晶層の例である。また、液晶化合物が棒状液晶化合物の場合の例である。
　図１８に示す例では、液晶回折素子は、支持体３０と、配向膜３２と、液晶層３４と、を有する。
　なお、図１８に示す例の液晶回折素子は、支持体３０と、配向膜３２と、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、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、液晶層３４を支持するものである。
　支持体３０は、配向膜３２、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、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。
　＜配向膜＞
　液晶回折素子において、支持体３０の表面には配向膜３２が形成される。
　配向膜３２は、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、液晶層３４は、液晶化合物４０に由来する光学軸４０Ａ（図１７参照）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、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。
　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。
　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。
　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。
　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２３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２３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、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、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。
　＜液晶層＞
　液晶回折素子において、配向膜３２の表面には、液晶層３４が形成される。
　上述したように、液晶層は、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。
　液晶層３４は、図１８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ピッチの長さ（図１９に示すピッチＰ）に依存する。
　従って、このような液晶層を有する回折素子は、波長選択性を有し、所定の波長の光を回折するものである。従って、回折素子が反射（回折）する光の波長は、液晶層の螺旋ピッチＰを調整して、液晶層の選択的な反射波長域を適宜設定すればよい。
　図１７に示すように、液晶層３４のＸ－Ｙ面において、液晶化合物４０は、Ｘ－Ｙ面内の互いに平行な複数の配列軸Ｄに沿って配列しており、それぞれの配列軸Ｄ上において、液晶化合物４０の光学軸４０Ａの向きは、配列軸Ｄに沿った面内の一方向に連続的に回転しながら変化している。ここで、説明のため、配列軸ＤがＸ方向に向いているとする。また、Ｙ方向においては、光学軸４０Ａの向きが等しい液晶化合物４０が等間隔で配向している。
　なお、「液晶化合物４０の光学軸４０Ａの向きが配列軸Ｄに沿った面内の一方向に連続的に回転しながら変化している」とは、液晶化合物４０の光学軸４０Ａと配列軸Ｄとのなす角度が、配列軸Ｄ方向の位置により異なっており、配列軸Ｄに沿って光学軸４０Ａと配列軸Ｄとのなす角度がθからθ＋１８０°あるいはθ－１８０°まで徐々に変化していることを意味する。つまり、配列軸Ｄに沿って配列する複数の液晶化合物４０は、図１７に示すように、光学軸４０Ａが配列軸Ｄに沿って一定の角度ずつ回転しながら変化する。
　なお、配列軸Ｄ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。
　また、本明細書において、液晶化合物４０が棒状液晶化合物である場合、液晶化合物４０の光学軸４０Ａは、棒状液晶化合物の分子長軸を意図する。一方、液晶化合物４０が円盤状液晶化合物である場合、液晶化合物４０の光学軸４０Ａは、円盤状液晶化合物の円盤面に対する法線方向に平行な軸を意図する。
　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配列軸Ｄ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、配列軸Ｄ方向に対する角度が等しい２つの液晶化合物４０の、配列軸Ｄ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１７に示すように、配列軸Ｄ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、配列軸Ｄ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。
　液晶層３４の液晶配向パターンは、この１周期Λを、配列軸Ｄ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。
　一方、液晶層３４を形成する液晶化合物４０は、配列軸Ｄ方向と直交する方向（図１７においては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、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Ｘ方向とが成す角度が等しい。
　図１８に示す液晶層３４のＸ－Ｚ面をＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）にて観察すると、図１９に示すような明部４２と暗部４４とが交互に配列された配列方向が、主面（Ｘ－Ｙ面）に対して所定角度で傾斜している縞模様が観察される。このようなＳＥＭ断面において、隣接する明部４２から明部４２、または、暗部４４から暗部４４の、明部４２または暗部４４が成す線の法線方向における間隔が１／２ピッチに相当する。すなわち、図１９中にＰで示すように、明部４２が２つと暗部４４が２つで螺旋１ピッチ分（螺旋の巻き数１回分）に相当する。
　以下、液晶層による回折の作用について説明する。
　従来のコレステリック液晶層において、コレステリック液晶相由来の螺旋軸は、主面（Ｘ－Ｙ面）に対して垂直であり、その反射面は主面（Ｘ－Ｙ面）と平行な面である。また、液晶化合物の光学軸は、主面（Ｘ－Ｙ面）に対して傾斜していない。言い換えると、光学軸は主面（Ｘ－Ｙ面）に対して平行である。したがって、従来のコレステリック液晶層のＸ－Ｚ面をＳＥＭにて観察すると、明部と暗部とが交互に配列された配列方向は主面（Ｘ－Ｙ面）と垂直となる。
　コレステリック液晶相は鏡面反射性であるため、例えば、コレステリック液晶層に法線方向から光が入射される場合、法線方向に光が反射される。
　これに対して、液晶層３４は、入射した光を、鏡面反射に対して配列軸Ｄ方向に傾けて反射する。液晶層３４は、面内において、配列軸Ｄ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２０を参照して説明する。
　一例として、液晶層３４は、赤色光の右円偏光ＲRを選択的に反射するコレステリック液晶層であるとする。従って、液晶層３４に光が入射すると、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。
　液晶層３４では、液晶化合物４０の光学軸４０Ａが配列軸Ｄ方向（一方向）に沿って回転しながら変化している。液晶層３４に形成された液晶配向パターンは、配列軸Ｄ方向に周期的なパターンである。そのため、液晶層３４に入射した赤色光の右円偏光ＲRは、図２０に概念的に示すように、液晶配向パターンの周期に応じた方向に反射（回折）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）に対して配列軸Ｄ方向に傾いた方向に反射（回折）される。
　この結果として、液晶層３４を導光素子等に適用した場合、導光板の主面に垂直な方向から入射した光を導光板内を全反射する角度に反射（回折）することができ、また、導光板内を全反射して導光された光を、導光板の主面に垂直な方向に反射（回折）することができる回折素子として用いることができる。
　液晶層３４において、光学軸４０Ａが回転する一方向である配列軸Ｄ方向を、適宜、設定することで、光の反射方向（回折角度）を調節できる。
　また、同じ波長で、同じ旋回方向の円偏光を反射する場合に、配列軸Ｄ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、円偏光の反射方向を逆にできる。
　例えば、図１７および図１８においては、配列軸Ｄ方向に向かう光学軸４０Ａの回転方向は時計回りで、ある円偏光が配列軸Ｄ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、ある円偏光が配列軸Ｄ方向とは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。
　例えば、螺旋の旋回方向が右捩じれの場合、右円偏光を選択的に反射するものであり、配列軸Ｄ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、右円偏光を配列軸Ｄ方向に傾けて反射する。
　また、例えば、螺旋の旋回方向が左捩じれの場合、左円偏光を選択的に反射するものであり、配列軸Ｄ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液晶層は、左円偏光を配列軸Ｄ方向と逆方向に傾けて反射する。
　液晶層において、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１周期Λ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（配列軸Ｄ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液晶層では、１周期Λが短いほど、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。
　ここで、回折素子としてこのような液晶回折素子を用いる場合、前述のとおり、第１Ａ入射回折素子１７Ａ、第１Ｂ入射回折素子１７Ｂ、第１Ａ中間回折素子２０Ａ、第１Ｂ中間回折素子２０Ｂ、第１Ａ出射回折素子２３Ａおよび第１Ｂ出射回折素子２３Ｂが回折する光の波長をλ1とし、第２Ａ入射回折素子１８Ａ、第２Ｂ入射回折素子１８Ｂ、第２Ａ中間回折素子２１Ａ、第２Ｂ中間回折素子２１Ｂ、第２Ａ出射回折素子２４Ａおよび第２Ｂ出射回折素子２４Ｂが回折する光の波長をλ2とし、第３Ａ入射回折素子１９Ａ、第３Ｂ入射回折素子１９Ｂ、第３Ａ中間回折素子２２Ａ、第３Ｂ中間回折素子２２Ｂ、第３Ａ出射回折素子２５Ａおよび第３Ｂ出射回折素子２５Ｂが回折する光の波長をλ3として、λ1＜λ2＜λ3とするためには、第１Ａ入射回折素子１７Ａおよび第１Ｂ入射回折素子１７Ｂにおける液晶層の螺旋構造のピッチをＰin1とし、第２Ａ入射回折素子１８Ａおよび第２Ｂ入射回折素子１８Ｂにおける液晶層の螺旋構造のピッチをＰin2とし、第３Ａ入射回折素子１９Ａおよび第３Ｂ入射回折素子１９Ｂにおける液晶層の螺旋構造のピッチをＰin3とすると、Ｐin1＜Ｐin2＜Ｐin3とするのが好ましい。また、第１Ａ中間回折素子２０Ａおよび第１Ｂ中間回折素子２０Ｂにおける液晶層の螺旋構造のピッチをＰmid1とし、第２Ａ中間回折素子２１Ａおよび第２Ｂ中間回折素子２１Ｂにおける液晶層の螺旋構造のピッチをＰmid2とし、第３Ａ中間回折素子２２Ａおよび第３Ｂ中間回折素子２２Ｂにおける液晶層の螺旋構造のピッチをＰmid3とすると、Ｐmid1＜Ｐmid2＜Ｐmid3とするのが好ましい。また、第１Ａ出射回折素子２３Ａおよび第１Ｂ出射回折素子２３Ｂにおける液晶層の螺旋構造のピッチをＰout1とし、第２Ａ出射回折素子２４Ａおよび第２Ｂ出射回折素子２４Ｂにおける液晶層の螺旋構造のピッチをＰout2とし、第３Ａ出射回折素子２５Ａおよび第３Ｂ出射回折素子２５Ｂにおける液晶層の螺旋構造のピッチをＰout3とすると、Ｐout1＜Ｐout2＜Ｐout3とするのが好ましい。
　また、前述のとおり、このような液晶層を有する液晶回折素子は、コレステリック液晶相の螺旋捩れの回転方向に応じて、右円偏光または左円偏光を選択的に反射する円偏光選択性を有する。回折素子としてこのような液晶回折素子を用いる場合には、第１Ａ出射回折素子２３Ａと第２Ａ出射回折素子２４Ａ、および、第１Ｂ出射回折素子２３Ｂと第２Ｂ出射回折素子２４Ｂのコレステリック液晶相の螺旋捩れの回転方向は同じであってもよいし、少なくとも一方が、コレステリック液晶相の螺旋捩れの回転方向が異なっていてもよい。すなわち、反射する円偏光の旋回方向が同じであってもよいし、異なっていてもよい。同様に、第３Ａ出射回折素子２５Ａと第２Ａ出射回折素子２４Ａ、および、第３Ｂ出射回折素子２５Ｂと第２Ｂ出射回折素子２４Ｂのコレステリック液晶相の螺旋捩れの回転方向は同じであってもよいし、少なくとも一方が、コレステリック液晶相の螺旋捩れの回転方向が異なっていてもよい。多重像の発生をより好適に抑制することができる観点から、第１Ａ出射回折素子２３Ａと第２Ａ出射回折素子２４Ａ、および、第１Ｂ出射回折素子２３Ｂと第２Ｂ出射回折素子２４Ｂの少なくとも一方は、コレステリック液晶相の螺旋捩れの回転方向が異なっているのを好適に用いることができる。同様に、第３Ａ出射回折素子２５Ａと第２Ａ出射回折素子２４Ａ、および、第３Ｂ出射回折素子２５Ｂと第２Ｂ出射回折素子２４Ｂの少なくとも一方は、コレステリック液晶相の螺旋捩れの回転方向が異なっているものを好適に用いることができる。
　また、第１Ａ入射回折素子１７Ａおよび第１Ａ出射回折素子２３Ａと、第１Ｂ入射回折素子１７Ｂおよび第１Ｂ出射回折素子２３Ｂとは、コレステリック液晶相の螺旋捩れの回転方向が同じであっても異なっていてもよい。すなわち、表示素子１２が第１Ａ入射回折素子１７Ａに照射する円偏光の旋回方向と、第１Ｂ入射回折素子１７Ｂに照射する円偏光の旋回方向とは同じであっても異なっていてもよい。同様に、第２Ａ入射回折素子１８Ａおよび第２Ａ出射回折素子２４Ａと、第２Ｂ入射回折素子１８Ｂおよび第２Ｂ出射回折素子２４Ｂとは、コレステリック液晶相の螺旋捩れの回転方向が同じであっても異なっていてもよい。同様に、第３Ａ入射回折素子１９Ａおよび第３Ａ出射回折素子２５Ａと、第３Ｂ入射回折素子１９Ｂおよび第３Ｂ出射回折素子２５Ｂとは、コレステリック液晶相の螺旋捩れの回転方向が同じであっても異なっていてもよい。
　ここで、図１８に示す例では、液晶層３４のＸ－Ｚ面において、液晶化合物４０が、主面（Ｘ－Ｙ面）に対して、その光学軸４０Ａが平行に配向している構成としたがこれに限定はされない。例えば、図２１に示すように、液晶層３４のＸ－Ｚ面において、液晶化合物４０が、主面（Ｘ－Ｙ面）に対して、その光学軸４０Ａが傾斜して配向している構成であってもよい。
　また、図２１に示す例では、液晶層３４のＸ－Ｚ面において、液晶化合物４０の主面（Ｘ－Ｙ面）に対する傾斜角度（チルト角）は厚さ方向（Ｚ方向）に一様としたが、これに限定はされない。液晶層３４において、液晶化合物４０のチルト角が厚さ方向で異なっている領域を有していてもよい。
　例えば、図２２に示す例は、液晶層の、配向膜３２側の界面において液晶化合物４０の光学軸４０Ａが主面に平行であり（プレチルト角が０であり）、配向膜３２側の界面から厚さ方向に離間するにしたがって、液晶化合物４０のチルト角が大きくなって、その後、他方の界面（空気界面）側まで一定のチルト角で液晶化合物が配向されている構成である。
　このように、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。
　このように液晶化合物がチルト角を有して（傾斜して）いることにより、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。
　液晶化合物４０の光学軸４０Ａと主面（Ｘ－Ｙ面）とのなす平均角度（平均チルト角）は、５～８０°が好ましく、１０～５０°がより好ましい。なお、平均チルト角は、液晶層３４のＸ－Ｚ面を偏光顕微鏡観察することにより測定できる。なかでも、液晶層３４のＸ－Ｚ面において、液晶化合物４０は、主面（Ｘ－Ｙ面）に対して、その光学軸４０Ａが同一の方向に傾斜配向することが好ましい。
　なお、上記チルト角は、コレステリック液晶層断面の偏光顕微鏡観察において、液晶化合物４０の光学軸４０Ａと主面とのなす角度を任意の５か所以上で測定して、それらを算術平均した値である。
　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、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、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。
　ここで、液晶層は、ＳＥＭ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。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方向から傾斜しているのが好ましい。具体的には、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、液晶層の液晶化合物が主面に対して傾斜し、かつ、傾斜方向が液晶層の明部および暗部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。
　液晶層がこのような構成を有することにより、液晶化合物が主面に平行である液晶層に比して、高い回折効率で円偏光を回折できる。
　液晶層の液晶化合物が主面に対して傾斜し、かつ、傾斜方向が明部および暗部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。
　液晶層の進相軸面または遅相軸面において、液晶層の光学軸傾斜角の絶対値は５°以上が好ましく、１５°以上がより好ましく、２０°以上がさらに好ましい。
　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。
　＜＜液晶層の形成方法＞＞
　液晶層は、液晶化合物が所定の配向状態に配向されてなる液晶相を層状に固定して形成できる。例えば、コレステリック液晶層の場合には、コレステリック液晶相を層状に固定して形成できる。
　液晶相を固定した構造は、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所定の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、液晶相を固定した構造においては、液晶相の光学的性質が保持されていれば十分であり、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。
　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、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。
　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。
　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。
　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－－
　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。
　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。
－－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、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。
　液晶組成物は、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。
　液晶層を形成する際には、液晶層の形成面に液晶組成物を塗布して、液晶化合物を所望の液晶相の状態に配向した後、液晶化合物を硬化して、液晶層とするのが好ましい。
　すなわち、配向膜３２上に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、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。
　液晶層の厚さには、制限はなく、回折素子の用途、液晶層に要求される光の反射率、および、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。
　（液晶回折素子Ｂ）
　以上の例は、液晶回折素子として液晶化合物がコレステリック配向された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２４および図２５に、他の液晶回折素子を例示して、その一例を説明する。
　図２４および図２５に示す液晶回折素子は、支持体３０と、配向膜３２と、液晶層３６とを有する。
　図２５に示す液晶回折素子の液晶層３６も、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２５も、上述した図１７と同様、配向膜３２の表面の液晶化合物のみを示している。
　図２４に示す液晶回折素子では、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、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、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、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。
　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。
　このような液晶層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２６および図２７に概念的に示す。なお、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２６に示すように、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、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、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、液晶層３６に形成された液晶配向パターンは、配列軸Ｄ方向に周期的なパターンであるため、透過光Ｌ2は、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、入射方向に対して配列軸Ｄ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２７に示すように、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、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、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、液晶層３６に形成された液晶配向パターンは、配列軸Ｄ方向に周期的なパターンであるため、透過光Ｌ5は、入射光Ｌ4の進行方向とは異なる方向に進行する。このとき、透過光Ｌ5は透過光Ｌ2と異なる方向、つまり、入射方向に対して配列軸Ｄ方向の逆の方向に進行する。このように、入射光Ｌ4は、入射方向に対して配列軸Ｄ方向の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。
　液晶層３４と同様、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、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Ｄ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２４～図２７に示す例では、矢印Ｄ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。特に、導光板内を全反射する角度に光を回折する場合、回折効率の観点から、液晶化合物が捩れて回転する領域を有する液晶回折素子を好適に用いることができる。また、液晶化合物が捩れて回転する角度が異なる液晶回折素子を積層して用いることや、液晶化合物が捩れて回転する方向が異なる液晶回折素子を積層して用いることは、回折効率の観点から好ましい。
　本発明の導光素子において、各回折素子として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体積ホログラム型回折素子を用い、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。例えば、第１Ａ入射回折素子と第２Ａ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１Ａ中間回折素子と第２Ａ中間回折素子、および、第１Ａ出射回折素子と第２Ａ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。
　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１－１］
＜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。
　　配向膜形成用塗布液
――――――――――――――――――――――――――――――――――
　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
――――――――――――――――――――――――――――――――――
－光配向用素材－
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
（配向膜の露光）
　図２３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。
（液晶層の形成）
　第１入射回折素子Ｇ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　　　　　　　　　　　　　　　　　　５．２７質量部
　メチルエチルケトン　　　　　　　　　　　　　　　２０４．００質量部
――――――――――――――――――――――――――――――――――
　　棒状液晶化合物Ｌ－１
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000002
　　キラル剤Ｃｈ－１
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000003
　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入射回折素子の液晶層を形成した。
　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）のピッチ数は８ピッチであった。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ピッチＰは０．３６μｍであった。ピッチＰ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の液晶層は、図１７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の液晶層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、０．３９μｍ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、液晶層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の液晶層のピッチ数は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、０．４５μｍであった。液晶層のピッチＰ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。
　各液晶層のピッチ数は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１Ａおよび第１Ｂ入射回折素子として入射回折素子Ｇを用い、第２Ａおよび第２Ｂ入射回折素子として入射回折素子Ｒを用い、第１Ａおよび第１Ｂ出射回折素子として出射回折素子Ｇを用い、第２Ａおよび第２Ｂ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。出射回折素子は、２５ｍｍ×３０ｍｍ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１Ａ入射回折素子は、導光板の主面の右上側に配置し、第１Ｂ入射回折素子は、導光板の主面の左下側に配置し、第２Ａ入射回折素子は、導光板の主面の左上側に配置し、第２Ｂ入射回折素子は、導光板の主面の右下側に配置し、導光板の主面の中央位置に第１Ａ、第１Ｂ、第２Ａおよび第２Ｂ出射回折素子を積層して配置した。出射回折素子と入射回折素子とは上下方向に６ｍｍ離間して配置した。第１Ａ入射回折素子と第２Ａ入射回折素子とは左右方向に２０ｍｍ離間して配置した。第１Ｂ入射回折素子と第２Ｂ入射回折素子とは左右方向に２０ｍｍ離間して配置した。
　また、第１Ａ入射回折素子は、回折構造の周期方向（配列軸Ｄの方向）が左下向きになるように配置し、第１Ｂ入射回折素子は、回折構造の周期方向が右上向きになるように配置し、第２Ａ入射回折素子は、回折構造の周期方向が右下向きになるように配置し、第２Ｂ入射回折素子は、回折構造の周期方向が左上向きになるように配置した。第１Ａ入射回折素子と第１Ｂ入射回折素子の回折構造の周期方向が１８０°異なるように配置し、第２Ａ入射回折素子と第２Ｂ入射回折素子の回折構造の周期方向が１８０°異なるように配置した。
　また、第１Ａ出射回折素子は、回折構造の周期方向（配列軸Ｄの方向）が左下向きになるように配置し、第１Ｂ出射回折素子は、回折構造の周期方向が右上向きになるように配置し、第２Ａ出射回折素子は、回折構造の周期方向が右下向きになるように配置し、第２Ｂ出射回折素子は、回折構造の周期方向が左上向きになるように配置した。第１Ａ出射回折素子と第１Ｂ出射回折素子の回折構造の周期方向が１８０°異なるように配置し、第２Ａ出射回折素子と第２Ｂ出射回折素子の回折構造の周期方向が１８０°異なるように配置した。また、第１Ａおよび第１Ｂ出射回折素子の回折構造の周期方向と、第２Ａおよび第２Ｂ出射回折素子の回折構造の周期方向とのなす角度は９０°となるように配置した。
　以上により、導光素子を作製した。
　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１－２］
　第１Ａおよび第１Ｂ出射回折素子の回折構造の周期方向と、第２Ａおよび第２Ｂ出射回折素子の回折構造の周期方向とのなす角度が７０°となるように、各回折素子の配置位置および向きを調整した以外は、実施例１－１と同様にして導光素子を作製した。
　［比較例１］
　第２Ａ入射回折素子を第１Ａ入射回折素子に積層し、第２Ａ出射回折素子の回折構造の周期方向が第１Ａ出射回折素子の回折構造の周期方向と一致するように第２Ａ出射回折素子の向きを変更し、第１Ｂ入射回折素子、第２Ｂ入射回折素子、第１Ｂ出射回折素子および第２Ｂ出射回折素子を有さない構成とした以外は、実施例１－１と同様にして導光素子を作製した。
　すなわち、第１Ａ出射回折素子の回折構造の周期方向と、第２Ａ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２－１、２－２および比較例２］
　第１Ａおよび第１Ｂ入射回折素子として下記の入射回折素子Ｂを用い、第１Ａおよび第１Ｂ出射回折素子として下記の出射回折素子Ｂを用い、第２Ａおよび第２Ｂ入射回折素子として入射回折素子Ｇを用い、第２Ａおよび第２Ｂ出射回折素子として出射回折素子Ｇを用いた以外はそれぞれ実施例１－１、１－２および比較例１と同様にして導光素子を作製した。
　（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、液晶層を形成する組成物におけるキラル剤の量を６．１０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の液晶層のピッチ数は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、０．３２μｍであった。液晶層のピッチＰは０．３１μｍ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の液晶層のピッチ数は２ピッチであった。
　［実施例３－１、３－２および比較例３］
　第１Ａ入射回折素子である入射回折素子Ｂの上に、第３Ａ入射回折素子として入射回折素子Ｒを積層し、第１Ｂ入射回折素子である入射回折素子Ｂの上に、第３Ｂ入射回折素子として入射回折素子Ｒを積層し、第１Ａ、第１Ｂ、第２Ａおよび第２Ｂ出射回折素子の上に第３Ａ出射回折素子および第３Ｂ出射回折素子として２枚の出射回折素子Ｒを積層した以外は、それぞれ実施例２－１、２－２および比較例２と同様にして導光素子を作製した。
　第３Ａ入射回折素子および第３Ｂ入射回折素子の回折構造の周期方向は、それぞれ第１Ａ入射回折素子、第１Ｂ入射回折素子の回折構造の周期方向と一致するように配置した。また、第３Ａ出射回折素子および第３Ｂ出射回折素子の回折構造の周期方向は、それぞれ第１Ａ出射回折素子、第１Ｂ出射回折素子の回折構造の周期方向と一致するように配置した。
　すなわち、実施例３－１において、第３Ａおよび第３Ｂ出射回折素子の回折構造の周期方向と、第２Ａおよび第２Ｂ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、実施例３－２において、第３Ａおよび第３Ｂ出射回折素子の回折構造の周期方向と、第２Ａおよび第２Ｂ出射回折素子の回折構造の周期方向とのなす角度は７０°である。また、比較例３において、第３Ａおよび第３Ｂ出射回折素子の回折構造の周期方向と、第２Ａおよび第２Ｂ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４－１］
　図６に示すような中間回折素子を有する導光素子を以下のようにして作製した。
　（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、液晶層を形成する組成物におけるキラル剤の量を４．６４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。
　中間回折素子Ｇの液晶層のピッチ数は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。液晶層のピッチＰは０．４１μｍ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、液晶層を形成する組成物におけるキラル剤の量を３．９４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。
　中間回折素子Ｒの液晶層のピッチ数は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。液晶層のピッチＰは０．４８μｍ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１Ａおよび第１Ｂ入射回折素子として入射回折素子Ｇを用い、第２Ａおよび第２Ｂ入射回折素子として入射回折素子Ｒを用い、第１Ａおよび第１Ｂ中間回折素子として中間回折素子Ｇを用い、第２Ａおよび第２Ｂ中間回折素子として中間回折素子Ｒを用い、第１Ａおよび第１Ｂ出射回折素子として出射回折素子Ｇを用い、第２Ａおよび第２Ｂ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、１２ｍｍ（最大）×２２ｍｍの大きさに切り出して用いた。出射回折素子は、２５ｍｍ×３０ｍｍ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６に示すような配置とした。すなわち、第１Ａ入射回折素子は、導光板の主面の上側中央右に配置し、第１Ｂ入射回折素子は、導光板の主面の下側中央左に配置し、第２Ａ入射回折素子は、導光板の主面の上側中央左に配置し、第２Ｂ入射回折素子は、導光板の主面の下側中央右に配置した、また、第１Ａ入射回折素子の右側に第１Ａ中間回折素子を配置し、第２Ａ入射回折素子の左側に第２Ａ中間回折素子を配置し、第１Ｂ入射回折素子の左側に第１Ｂ中間回折素子を配置し、第２Ｂ入射回折素子の右側に第２Ｂ中間回折素子を配置した。また、導光板の主面の中央位置に第１Ａ、第１Ｂ、第２Ａおよび第２Ｂ出射回折素子を積層して配置した。出射回折素子と入射回折素子とは上下方向に６ｍｍ離間して配置した。第１Ａ入射回折素子と第２Ａ入射回折素子とは左右方向に１ｍｍ離間して配置した。第１Ｂ入射回折素子と第２Ｂ入射回折素子とは左右方向に１ｍｍ離間して配置した。第１Ａ入射回折素子と第１Ａ中間回折素子とは左右方向に１ｍｍ離間して配置した。第２Ａ入射回折素子と第２Ａ中間回折素子とは左右方向に１ｍｍ離間して配置した。第１Ｂ入射回折素子と第１Ｂ中間回折素子とは左右方向に１ｍｍ離間して配置した。第２Ｂ入射回折素子と第２Ｂ中間回折素子とは左右方向に１ｍｍ離間して配置した。
　また、第１Ａ入射回折素子は、回折素子の周期方向（配列軸Ｄの方向）が右向きになるように配置し、第１Ｂ入射回折素子は、回折素子の周期方向が左向きになるように配置し、第２Ａ入射回折素子は、回折素子の周期方向が左向きになるように配置し、第２Ｂ入射回折素子は、回折素子の周期方向が右向きになるように配置した。
　各中間回折素子は、入射した光を出射回折素子の方向に回折するように、回折素子の周期方向を調整して配置した。
　また、第１Ａ出射回折素子は、回折素子の周期方向（配列軸Ｄの方向）が左下向きになるように配置し、第１Ｂ出射回折素子は、回折素子の周期方向が右上向きになるように配置し、第２Ａ出射回折素子は、回折素子の周期方向が右下向きになるように配置し、第２Ｂ出射回折素子は、回折素子の周期方向が左上向きになるように配置した。第１Ａ出射回折素子と第１Ｂ出射回折素子の回折素子の周期方向が１８０°異なるように配置し、第２Ａ出射回折素子と第２Ｂ出射回折素子の回折素子の周期方向が１８０°異なるように配置した。また、第１Ａおよび第１Ｂ出射回折素子の回折構造の周期方向と、第２Ａおよび第２Ｂ出射回折素子の回折構造の周期方向とのなす角度は９０°となるように配置した。
　以上により、導光素子を作製した。
　［実施例４－２］
　第１Ａおよび第１Ｂ出射回折素子の回折構造の周期方向と、第２Ａおよび第２Ｂ出射回折素子の回折構造の周期方向とのなす角度が７０°となるように、各回折素子の配置位置および向きを調整した以外は、実施例４－１と同様にして導光素子を作製した。
　［比較例４］
　第２Ａ入射回折素子を第１Ａ入射回折素子に積層し、第２Ａ中間回折素子を第１Ａ中間回折素子に積層し、第２Ａ出射回折素子の回折構造の周期方向が第１Ａ出射回折素子の回折構造の周期方向と一致するように第２Ａ出射回折素子の向きを変更し、第１Ｂ入射回折素子、第２Ｂ入射回折素子、第１Ｂ中間回折素子、第２Ｂ中間回折素子、第１Ｂ出射回折素子および第２Ｂ出射回折素子を有さない構成とした以外は、実施例４－１と同様にして導光素子を作製した。
　すなわち、第１Ａおよび第１Ｂ出射回折素子の回折構造の周期方向と、第２Ａおよび第２Ｂ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５－１、５－２および比較例５］
　第１Ａおよび第１Ｂ入射回折素子として入射回折素子Ｂを用い、第１Ａおよび第１Ｂ中間回折素子として下記の中間回折素子Ｂを用い、第１Ａおよび第１Ｂ出射回折素子として出射回折素子Ｂを用い、第２Ａおよび第２Ｂ入射回折素子として入射回折素子Ｇを用い、第２Ａおよび第２Ｂ中間回折素子として中間回折素子Ｇを用い、第２Ａおよび第２Ｂ出射回折素子として出射回折素子Ｇを用い、第３Ａおよび第３Ｂ入射回折素子として入射回折素子Ｒを用い、第３Ａおよび第３Ｂ中間回折素子として中間回折素子Ｒを用い、第３Ａおよび第３Ｂ出射回折素子として出射回折素子Ｒを用いた以外はそれぞれ実施例４－１、４－２および比較例４と同様にして導光素子を作製した。
　すなわち、第１Ａ入射回折素子としての入射回折素子Ｂと、第３Ａ入射回折素子としての入射回折素子Ｒを積層し、第１Ｂ入射回折素子としての入射回折素子Ｂと、第３Ｂ入射回折素子としての入射回折素子Ｒを積層し、第１Ａ中間回折素子としての中間回折素子Ｂと、第３Ａ中間回折素子としての中間回折素子Ｒを積層し、第１Ｂ中間回折素子としての中間回折素子Ｂの上に、第３Ｂ中間回折素子としての中間回折素子Ｒを積層し、第１Ａ、第１Ｂ、第２Ａ、第２Ｂ、第３Ａおよび第３Ｂ出射回折素子としてそれぞれ２枚の出射回折素子Ｂ、出射回折素子Ｇおよび出射回折素子Ｒを積層した。
　（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、液晶層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、中間回折素子Ｇと同様にして中間回折素子Ｂを作製した。
　液晶層のピッチ数は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。液晶層のピッチＰは０．３４μｍであった。
　［評価］
　作製した各導光素子について、多重像および視野角を評価した。
　（多重像）
　ＬＣＯＳ（Liquid crystal on silicon）に投射光源と凸レンズとを組み合わせたプロジェクションディスプレイを用意した。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、入射回折素子の配置に応じてプロジェクションディスプレイを複数用いた。なお、各プロジェクションディスプレイは、対応する入射回折素子に応じた色（波長）の画像を照射するものとした。また、各プロジェクションディスプレイは、第１Ａおよび第１Ｂ入射回折素子には同じ画像を照射し、第２Ａおよび第２Ｂ入射回折素子には同じ画像を照射し、第３Ａおよび第３Ｂ入射回折素子には同じ画像を照射する構成とした。
　作製した画像表示装置を用いて画像を表示して、多重像を以下の基準で評価した。
・Ａ：多重像の発生がほとんど視認されなかった
・Ｂ：多重像の発生がわずかに視認されるが、軽微なであった
・Ｃ：多重像の発生が弱く視認されるが、許容内であった
・Ｄ：多重像の発生が視認され、目立っていた
　（視野角）
　各導光素子に光を照射して、視野角を評価した。
　なお、実施例１－１、１－２、４－１、４－２および比較例１、４については、波長５３２ｎｍおよび波長６３５ｎｍの光を用いて評価した。実施例２－１、２－２および比較例２については、波長４５０ｎｍおよび波長５３２ｎｍの光を用いて評価した。実施例３－１、３－２、５－１、５－２および比較例３、５については、波長４５０ｎｍ、波長５３２ｎｍおよび波長６３５ｎｍの光を用いて評価した。
　光源から出射した光を直線偏光子およびλ／４板を透過させて右円偏光の光とした。この光を導光素子の入射回折素子に入射させて出射回折素子から出射した光の光量をパワーメータで測定した。なお、測定箇所は出射回折素子の中央からの出射光を測定した。また、導光板主面に対する法線方向を０°としたときに、入射回折素子への光の入射角は－３０°から３０°まで２．５°刻みで変化させた（水平方向）。パワーメータの有効口径が２ｍｍΦとなるようにピンホールを配置し、出射光がピンホールの中心を透過するようにして光量を測定し評価を行った。出射光量が最も大きくなる出射角度の光量に対し、３０％以上の出射光量となる角度範囲を視野角として評価した。なお、２波長以上の光を用いた場合は、各波長で評価を行い、評価に用いた全ての波長で前述の条件を満たす角度範囲を視野角とした。
　上記で作製した各導光素子に光を照射して、視野角を以下の基準で評価した。
・Ａ：対応する比較例に対し、視野角が１．５倍以上
・Ｂ：対応する比較例に対し、視野角が１．３倍以上、１．５倍未満
・Ｃ：対応する比較例に対し、視野角が１．１倍以上、１．３倍未満
・Ｄ：対応する比較例に対し、視野角が１．１倍未満
　結果を下記の表に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
　表１から、第１Ａおよび第１Ｂ出射回折素子の回折構造の周期方向と、第２Ａおよび第２Ｂ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は、第１Ａ出射回折素子の回折構造の周期方向と、第２Ａ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、本発明の実施例は、同じ画像を導光板内を異なる２つの経路（２系統）で導光して表示するので、視野角が広くなることがわかる。
　また、実施例１－１と実施例１－２、実施例２－１と実施例２－２、実施例３－１と実施例３－２、実施例４－１と実施例４－２、実施例５－１と実施例５－２のそれぞれの対比から、第１Ａおよび第１Ｂ出射回折素子の回折構造の周期方向と、第２Ａおよび第２Ｂ出射回折素子の回折構造の周期方向との交差角は、７０°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、１０ａ～１０ｃ　画像表示装置
　１２、１２Ｂ1、１２Ｇ1、１２Ｇ2、１２ＲＢ1　表示素子
　１４、１４ａ～１４ｃ　導光素子
　１６　導光板
　１７Ａ　第１Ａ入射回折素子
　１７Ｂ　第１Ｂ入射回折素子
　１８Ａ　第２Ａ入射回折素子
　１８Ｂ　第２Ｂ入射回折素子
　１９Ａ　第３Ａ入射回折素子
　１９Ｂ　第３Ｂ入射回折素子
　２０Ａ　第１Ａ中間回折素子
　２０Ｂ　第１Ｂ中間回折素子
　２１Ａ　第２Ａ中間回折素子
　２１Ｂ　第２Ｂ中間回折素子
　２２Ａ　第３Ａ中間回折素子
　２２Ｂ　第３Ｂ中間回折素子
　２３Ａ　第１Ａ出射回折素子
　２３Ｂ　第１Ｂ出射回折素子
　２４Ａ　第２Ａ出射回折素子
　２４Ｂ　第２Ｂ出射回折素子
　２５Ａ　第３Ａ出射回折素子
　２５Ｂ　第３Ｂ出射回折素子
　３０　支持体
　３２　配向膜
　３４、３６　液晶層
　４０　液晶化合物
　４０Ａ　光学軸
　４２　明部
　４４　暗部
　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
　１０８　体積ホログラム型回折素子
　１１０、１１２　領域
　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
　Ｄ、Ｄ1a、Ｄ1b、Ｄ2a、Ｄ2b、Ｄ3a、Ｄ3b　配列軸
　Λ、Λin1、Λin2、Λin3、Λmid1、Λmid2、Λmid3、Λout1、Λout2、Λout3　回折構造の周期
　Ｐ、Ｐin1、Ｐin2、Ｐin3、Ｐmid1、Ｐmid2、Ｐmid3、Ｐout1、Ｐout2、Ｐout3　ピッチ

Claims (25)

  1. 　導光板と、前記導光板に設けられる第１Ａ入射回折素子、第１Ｂ入射回折素子、第２Ａ入射回折素子、第２Ｂ入射回折素子、第１Ａ出射回折素子、第１Ｂ出射回折素子、第２Ａ出射回折素子および第２Ｂ出射回折素子とを有し、
    　前記第１Ａ入射回折素子、前記第１Ｂ入射回折素子、前記第１Ａ出射回折素子、および、前記第１Ｂ出射回折素子は、同じ波長域の光を回折するものであり、
    　前記第２Ａ入射回折素子、前記第２Ｂ入射回折素子、前記第２Ａ出射回折素子、および、前記第２Ｂ出射回折素子は、同じ波長域の光を回折するものであり、
    　前記第１Ａ入射回折素子および前記第２Ａ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１Ｂ入射回折素子および前記第２Ｂ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１Ａ出射回折素子は、前記第１Ａ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１Ｂ出射回折素子は、前記第１Ｂ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２Ａ出射回折素子は、前記第２Ａ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２Ｂ出射回折素子は、前記第２Ｂ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１Ａ入射回折素子の回折構造の周期と、前記第２Ａ入射回折素子および前記第２Ｂ入射回折素子の回折構造の周期とが異なり、
    　前記第１Ｂ入射回折素子の回折構造の周期と、前記第２Ａ入射回折素子および前記第２Ｂ入射回折素子の回折構造の周期とが異なり、
    　前記第１Ａ出射回折素子の回折構造の周期と、前記第２Ａ出射回折素子および前記第２Ｂ出射回折素子の回折構造の周期とが異なり、
    　前記第１Ｂ出射回折素子の回折構造の周期と、前記第２Ａ出射回折素子および前記第２Ｂ出射回折素子の回折構造の周期とが異なり、
    　前記第１Ａ出射回折素子、前記第１Ｂ出射回折素子、前記第２Ａ出射回折素子、および、前記第２Ｂ出射回折素子は、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１Ａ出射回折素子の回折構造の周期方向と、前記第２Ａ出射回折素子の回折構造の周期方向および前記第２Ｂ出射回折素子の回折構造の周期方向とが交差しており、
    　前記第１Ｂ出射回折素子の回折構造の周期方向と、前記第２Ａ出射回折素子の回折構造の周期方向および前記第２Ｂ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、前記導光板に設けられる第１Ａ中間回折素子、第１Ｂ中間回折素子、第２Ａ中間回折素子および第２Ｂ中間回折素子を有し、
    　前記第１Ａ中間回折素子は、前記第１Ａ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１Ａ出射回折素子に向けて回折し、
    　前記第１Ｂ中間回折素子は、前記第１Ｂ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１Ｂ出射回折素子に向けて回折し、
    　前記第２Ａ中間回折素子は、前記第２Ａ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２Ａ出射回折素子に向けて回折し、
    　前記第２Ｂ中間回折素子は、前記第２Ｂ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２Ｂ出射回折素子に向けて回折し、
    　前記第１Ａ中間回折素子の回折構造の周期と、前記第２Ａ中間回折素子および前記第２Ｂ中間回折素子の回折構造の周期とが異なり、
    　前記第１Ｂ中間回折素子の回折構造の周期と、前記第２Ａ中間回折素子および前記第２Ｂ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。
  3. 　前記第１Ａ中間回折素子、前記第１Ｂ中間回折素子、前記第２Ａ中間回折素子および前記第２Ｂ中間回折素子はそれぞれ、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。
  4. 　前記第１Ａ入射回折素子、前記第１Ｂ入射回折素子、前記第２Ａ入射回折素子、前記第２Ｂ入射回折素子、前記第１Ａ出射回折素子、前記第１Ｂ出射回折素子、前記第２Ａ出射回折素子および前記第２Ｂ出射回折素子はそれぞれ、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１～３のいずれか一項に記載の導光素子。
  5. 　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４に記載の導光素子。
  6. 　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５に記載の導光素子。
  7. 　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５または６に記載の導光素子。
  8. 　前記第１Ａ出射回折素子と前記第２Ａ出射回折素子、および、前記第１Ｂ出射回折素子と前記第２Ｂ出射回折素子の少なくとも一方は、コレステリック液晶相の螺旋の捩れの回転方向が異なる請求項７に記載の導光素子。
  9. 　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５～８のいずれか一項に記載の導光素子。
  10. 　前記第１Ａ出射回折素子、前記第１Ｂ出射回折素子、前記第２Ａ出射回折素子および前記第２Ｂ出射回折素子の回折構造の周期が０．１μｍ～１０μｍである請求項１～９のいずれか一項に記載の導光素子。
  11. 　前記第１Ａ入射回折素子と前記第１Ｂ入射回折素子、および、前記第２Ａ入射回折素子と前記第２Ｂ入射回折素子の少なくとも一方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。
  12. 　前記第１Ａ入射回折素子、前記第１Ｂ入射回折素子、前記第２Ａ入射回折素子および前記第２Ｂ入射回折素子が、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。
  13. 　さらに、前記導光板に設けられる第３Ａ入射回折素子、第３Ｂ入射回折素子、第３Ａ出射回折素子および第３Ｂ出射回折素子を有し、
    　前記第３Ａ入射回折素子、前記第３Ｂ入射回折素子、前記第３Ａ出射回折素子、および、前記第３Ｂ出射回折素子は、同じ波長域の光を回折するものであり、
    　前記第３Ａ入射回折素子は前記第２Ａ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３Ｂ入射回折素子は前記第２Ｂ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３Ａ出射回折素子は、前記第３Ａ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３Ｂ出射回折素子は、前記第３Ｂ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３Ａ入射回折素子および前記第３Ｂ入射回折素子の回折構造の周期は、前記第１Ａ入射回折素子および前記第１Ｂ入射回折素子の回折構造の周期、ならびに、前記第２Ａ入射回折素子および前記第２Ｂ入射回折素子の回折構造の周期と異なり、
    　前記第３Ａ出射回折素子および前記第３Ｂ出射回折素子の回折構造の周期は、前記第１Ａ出射回折素子および前記第１Ｂ出射回折素子の回折構造の周期、ならびに、前記第２Ａ出射回折素子および前記第２Ｂ出射回折素子の回折構造の周期と異なり、
    　前記第３Ａ出射回折素子および前記第３Ｂ出射回折素子は、前記第２Ａ出射回折素子および前記第２Ｂ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３Ａ出射回折素子の回折構造の周期方向と、前記第２Ａ出射回折素子および前記第２Ｂ出射回折素子の回折構造の周期方向とが交差しており、
    　前記第３Ｂ出射回折素子の回折構造の周期方向と、前記第２Ａ出射回折素子および前記第２Ｂ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１～１２のいずれか一項に記載の導光素子。
  14. 　前記第１Ａ入射回折素子および前記第１Ｂ入射回折素子の回折構造の周期をΛin1とし、
    　前記第２Ａ入射回折素子および前記第２Ｂ入射回折素子の回折構造の周期をΛin2とし、
    　前記第３Ａ入射回折素子および前記第３Ｂ入射回折素子の回折構造の周期をΛin3とし、
    　前記第１Ａ出射回折素子および前記第１Ｂ出射回折素子の回折構造の周期をΛout1とし、
    　前記第２Ａ出射回折素子および前記第２Ｂ出射回折素子の回折構造の周期をΛout2とし、
    　前記第３Ａ出射回折素子および前記第３Ｂ出射回折素子の回折構造の周期をΛout3とすると、
    　　Λin1＜Λin2＜Λin3
    　　Λout1＜Λout2＜Λout3
    を満たす請求項１３に記載の導光素子。
  15. 　さらに、前記導光板に設けられる、第１Ａ中間回折素子、第１Ｂ中間回折素子、第２Ａ中間回折素子、第２Ｂ中間回折素子、第３Ａ中間回折素子、および、第３Ｂ中間回折素子を有し、
    　前記第３Ａ中間回折素子は、前記第３Ａ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３Ａ出射回折素子に向けて回折し、
    　前記第３Ｂ中間回折素子は、前記第３Ｂ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３Ｂ出射回折素子に向けて回折し、
    　前記第３Ａ中間回折素子の回折構造の周期と、前記第２Ａ中間回折素子および前記第２Ｂ中間回折素子の回折構造の周期とが異なり、
    　前記第３Ｂ中間回折素子の回折構造の周期と、前記第２Ａ中間回折素子および前記第２Ｂ中間回折素子の回折構造の周期とが異なる請求項１３または１４に記載の導光素子。
  16. 　前記第１Ａ中間回折素子および前記第１Ｂ中間回折素子の回折構造の周期をΛmid1とし、
    　前記第２Ａ中間回折素子および前記第２Ｂ中間回折素子の回折構造の周期をΛmid2とし、
    　前記第３Ａ中間回折素子および前記第３Ｂ中間回折素子の回折構造の周期をΛmid3とすると、
    　　Λmid1＜Λmid2＜Λmid3
    を満たす請求項１５に記載の導光素子。
  17. 　前記第３Ａ中間回折素子、および、前記第３Ｂ中間回折素子はそれぞれ、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１５または１６に記載の導光素子。
  18. 　前記第３Ａ入射回折素子、前記第３Ｂ入射回折素子、前記第３Ａ出射回折素子および前記第３Ｂ出射回折素子はそれぞれ、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１３～１７のいずれか一項に記載の導光素子。
  19. 　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層を有する液晶回折素子である請求項１７または１８に記載の導光素子。
  20. 　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１９に記載の導光素子。
  21. 　前記第３Ａ出射回折素子と前記第２Ａ出射回折素子、および、前記第３Ｂ出射回折素子と前記第２Ｂ出射回折素子の少なくとも一方は、コレステリック液晶相の螺旋の捩れの回転方向が異なる請求項２０に記載の導光素子。
  22. 　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２０または２１に記載の導光素子。
  23. 　走査型電子顕微鏡によって観察される前記液晶層の断面において、液晶相に由来する明部および暗部の、前記明部から前記明部、または、前記暗部から前記暗部の、前記明部または前記暗部が成す線の法線方向における間隔を１／２ピッチとした際に、
    　前記第１Ａ入射回折素子および前記第１Ｂ入射回折素子におけるピッチをＰin1とし、
    　前記第２Ａ入射回折素子および前記第２Ｂ入射回折素子におけるピッチをＰin2とし、
    　前記第３Ａ入射回折素子および前記第３Ｂ入射回折素子におけるピッチをＰin3とし、
    　前記第１Ａ出射回折素子および前記第１Ｂ出射回折素子におけるピッチをＰout1とし、
    　前記第２Ａ出射回折素子および前記第２Ｂ出射回折素子におけるピッチをＰout2とし、
    　前記第３Ａ出射回折素子および前記第３Ｂ出射回折素子におけるピッチをＰout3とすると、
    　　Ｐin1＜Ｐin2＜Ｐin3、
    　　Ｐout1＜Ｐout2＜Ｐout3
    を満たす請求項２０～２２のいずれか一項に記載の導光素子。
  24. 　請求項１～２３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１Ａ入射回折素子、前記第１Ｂ入射回折素子、前記第２Ａ入射回折素子および前記第２Ｂ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。
  25. 　請求項１３～２３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１Ａ入射回折素子、前記第１Ｂ入射回折素子、前記第２Ａ入射回折素子、前記第２Ｂ入射回折素子、前記第３Ａ入射回折素子および前記第３Ｂ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。
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