CN114424098A - 滤光器、光学装置及头戴式显示器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种正面方向的透光率高且现实视野宽的滤光器、光学装置及头戴式显示器。所述滤光器依次包括第1各向异性吸收层、第1相位差层及第2各向异性吸收层，第1各向异性吸收层及第2各向异性吸收层分别包含二色性色素，二色性色素的吸收轴相对于主表面垂直，第1相位差层相对于包含层面的法线的至少一个入射面的入射光，延迟的极角依赖性以法线方向为中心具有不对称性。

Description

滤光器、光学装置及头戴式显示器
技术领域
本发明涉及一种滤光器、光学装置及头戴式显示器。
背景技术
作为滤光器，可以使用使来自与表面垂直的方向(正面方向)的光透射且屏蔽来自相对于表面倾斜的倾斜方向的光的滤光器。在这种滤光器中，存在如下问题：若为了屏蔽来自倾斜方向的光而降低来自倾斜方向的光的透射率，则正面方向的光的透射率也变小。
相对于此，例如，在专利文献1中，记载有一种光学薄膜，其在相位差膜的两面上具有偏振光膜，偏振光膜至少包括偏振器，并且偏振器的吸收轴相对于偏振光膜面大致垂直取向。
在专利文献1中所记载的光学薄膜能够在维持正面方向的高透光率的状态下，降低倾斜方向的光的透射率。
近年来，出现将影像重叠而投影在背景上的AR(Augumented Reality：增强现实)玻璃等的头戴式显示器。AR玻璃例如具有图像显示元件、导光板及衍射元件，并且具有由导光板导光图像显示元件所射出的影像光，由衍射元件衍射被导光的影像光以向视觉辨认者显示影像的结构。由于导光板是透明的，因此AR玻璃能够将影像重叠而投影在背景上。
在这种AR玻璃中，存在如下问题：从特定的倾斜方向入射的外光通过衍射元件向视觉辨认者的方向衍射，因此以外光映入的状态被视觉辨认者视觉辨认。相对于此，可以考虑使用使来自正面方向的光透射且屏蔽来自倾斜方向的光的滤光器来抑制从特定的倾斜方向入射的外光的映入。特定的倾斜方向是指与衍射元件的间距垂直的方位上的倾斜光。根据衍射元件的间距，被视觉辨认的入射角度(相对于衍射元件的主表面的倾斜的入射角度)发生变化，但是从相对于衍射元件的法线40°至80°之间入射的外光映入并被视觉辨认的情况尤其成为问题点。
以往技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2008-165201号公报
发明内容
发明要解决的技术课题
然而，可知在将专利文献1中所记载的滤光器用于AR玻璃中的情况下，产生虽然能够维持正面方向的高透光率，但是背景的视野(现实视野)变窄的问题。
本发明的课题在于解决这种问题点，并且提供一种正面方向的透光率高且现实视野宽的滤光器、光学装置及头戴式显示器。
用于解决技术课题的手段
本发明人等发现了能够通过下述结构来解决上述课题。
[1]一种滤光器，其依次包括第1各向异性吸收层、第1相位差层及第2各向异性吸收层，
第1各向异性吸收层及第2各向异性吸收层分别包含二色性色素，二色性色素的吸收轴相对于主表面垂直，
第1相位差层相对于包含层面的法线的至少一个入射面的入射光，延迟的极角依赖性以法线方向为中心具有不对称性。
[2]根据[1]所述的滤光器，其中，第1相位差层为折射率椭球体的主轴在厚度方向上倾斜的薄膜，
折射率椭球体的平均倾斜角相对于第1各向异性吸收层的主表面倾斜5°～85°。
[3]根据[1]或[2]所述的滤光器，其中，在第1相位差层与第2各向异性吸收层之间包括第2相位差层。
[4]根据[1]至[3]中任一项所述的滤光器，其中，第1相位差层由聚合性液晶组合物形成。
[5]根据[4]所述的滤光器，其中，聚合性液晶组合物包含聚合性的棒状液晶化合物。
[6]根据[1]至[5]中任一项所述的滤光器，其中，第1各向异性吸收层及第2各向异性吸收层中的至少一个使二色性色素在使液晶化合物垂直取向的液晶层中垂直取向。
[7]根据[6]所述的滤光器，其中，液晶层的取向状态被固定。
[8]一种光学装置，其具备[1]至[7]中任一项所述的滤光器。
[9]一种头戴式显示器，其具备：
[1]至[7]中任一项所述的滤光器；
导光板；
衍射元件；及
图像显示元件。
发明效果
根据本发明，能够提供一种正面方向的透光率高且现实视野宽的滤光器、光学装置及头戴式显示器。
附图说明
图1是表示本发明的滤光器的一例的示意图。
图2是用于说明相位差层的光学特性的定义的示意图。
图3是表示以往的滤光器的一例的示意图。
图4是表示方位角与透射率的关系的图表。
图5是表示本发明的滤光器的另一例的示意图。
图6是表示具有本发明的滤光器的头戴式显示器的一例的示意图。
图7是表示以往的头戴式显示器的一例的示意图。
图8是表示方位角与透射率的关系的图表。
图9是表示方位角与透射率的关系的图表。
图10是表示方位角与透射率的关系的图表。
图11是表示方位角与透射率的关系的图表。
图12是表示方位角与透射率的关系的图表。
图13是表示方位角与透射率的关系的图表。
图14是使光透射到本发明的滤光器并从各个方向拍摄的照片。
图15是使光透射到比较例1的滤光器并从各个方向拍摄的照片。
具体实施方式
以下，对本发明进行详细说明。另外，在本说明书中，用“～”表示的数值范围是指将“～”前后所记载的数值作为下限值及上限值而包含的范围。
另外，在本说明书中，Re(λ)、Rth(λ)分别为波长λ下的面内的延迟(nm)及厚度方向上的延迟(nm)。关于Re(λ)，在Axometrics公司的Axo Scan中，使波长λnm的光向薄膜法线方向入射并进行测定。
在所测定的薄膜由单轴或双轴的折射率椭球体表示的情况下，通过以下方法来计算Rth(λ)。在选择测定波长λnm时，能够手动更换波长选择滤光器或者通过程序等转换测定值并进行测定。
关于Rth(λ)，以面内的慢轴(用AxoScan进行判断)为倾斜轴(旋转轴)(在没有慢轴的情况下，以薄膜面内的任意方向为旋转轴)相对于薄膜法线方向从法线方向至单侧60度为止以10度步骤分别从其倾斜的方向入射波长λnm的光并全部测定7个点的Re(λ)，并根据其测定的延迟值和平均折射率的假定值及所输入的膜厚值，用AxoScan进行计算。
在上述中，在从法线方向以面内的慢轴为旋转轴在某个倾斜角度具有延迟的值成为零的方向的薄膜的情况下，大于该倾斜角度的倾斜角度中的延迟值在将其符号变更为负之后，用AxoScan进行计算。
另外，也能够以慢轴为倾斜轴(旋转轴)(在没有慢轴的情况下，以薄膜面内的任意方向为旋转轴)从任意的倾斜的2个方向测定延迟值，并根据该值和平均折射率的假定值及所输入的膜厚值，通过以下的数式(I)及数式(II)来计算Rth。
[数式1]
数式(I)
Figure BDA0003552994560000051
数式(II)
Rth＝{（nx+ny)/2-nz}×d
式中，Re(θ)表示从法线方向倾斜角度θ的方向上的延迟值。
并且，nx表示面内的慢轴方向的折射率，ny表示在面内与nx正交的方向的折射率，nz表示与nx及ny正交的方向的折射率，d表示膜厚。
在所测定的薄膜为无法由单轴或双轴的折射率椭球体表现的薄膜(没有所谓的光轴(opticaxis)的薄膜)的情况下，通过以下方法来计算Rth(λ)。
关于Rth(λ)，以面内的慢轴(用AxoScan进行判断)为倾斜轴(旋转轴)相对于薄膜法线方向从-60度至+60度为止以10度步骤分别从其倾斜的方向入射波长λnm的光并测定13个点的Re(λ)，并根据其测定的延迟值和平均折射率的假定值及所输入的膜厚值，用AxoScan进行计算。
在本发明中，在第1相位差层中，液晶化合物的分子倾斜取向，平均倾斜角为5°～85°。倾斜取向状态能够大致分类为液晶性分子的倾斜角(倾斜角)在上表面界面附近与下表面界面附近不同的混合取向和在上表面界面附近与下表面界面附近大致相同的一轴倾斜取向，但是在本发明中，第1相位差层可以为任一个倾斜取向状态。在混合取向中，在上表面界面附近与下表面界面附近的倾斜角之差为5°以上。倾斜角优选从上表面界面向下表面界面方向连续地发生变化。作为混合取向方式，在聚合物薄膜或玻璃板等在基板的表面上形成有第1相位差层的情况下，有从靠近基板的一侧膜表面朝向远离基板的一侧膜表面，倾斜角逐渐增大的方式和从靠近基板的一侧膜表面朝向远离基板的一侧膜表面，倾斜角逐渐减小的方式，可以为任一个方式。
为了发挥作为滤光器的遮光功能，在第1相位差层中，液晶化合物的分子的平均倾斜角作为绝对值优选为5°～85°，更优选为10°～80°，进一步优选为20°～70°。
平均倾斜角能够应用晶体旋转法来求出。在混合取向光学各向异性膜中，液晶性分子的指向矢在层的厚度方向上的所有位置上朝向不同的角度，因此在将第1相位差层视为结构体的情况下，不存在光轴。
第1相位差层能够通过使向列型液晶以成为平均倾斜角的范围的方式倾斜取向来制作。只要满足上述条件，则可以由任意材料形成，也并不限定于固定的方式。例如，能够使低分子液晶在液晶状态下倾斜取向之后，通过光交联或热交联使其固定化来制作。并且，能够使高分子液晶在液晶状态下倾斜取向之后，通过冷却使其固定化来制作。
并且，也能够使近晶型液晶固定化来制作。在使用近晶型液晶的情况下，首先使近晶型液晶均匀水平取向之后，通过聚合或光交联或热交联进行固定以取向转变成混合取向而形成。关于该机理，认为基于聚合收缩的近晶型层间隔的收缩引起焦锥应变，这使近晶型层扭曲倾斜而获得混合取向。因此，倾斜角度的控制能够通过控制聚合收缩率或聚合进行速度来进行。近晶型液晶由于由取向波动引起的第1相位差层的散射去极化小，因此能够更优选用于需要100n m以上的相对大的延迟的使用中。另外，作为近晶相，并无特别限定，可以为SmA、SmB、SmC或更高阶的相。
在上述测定中，平均折射率的假定值能够使用聚合物手册(JOHNWILEY&SONS，INC)、各种光学补偿薄膜的目录的值。
并且，关于平均折射率的值未知的薄膜，能够用阿贝折射仪进行测定。将主要的光学补偿薄膜的平均折射率的值例示于以下：
纤维素酰化物(1.48)、环烯烃聚合物(1.52)、聚碳酸酯(1.59)、聚甲基丙烯酸甲酯(1.49)、聚苯乙烯(1.59)。
通过输入这些平均折射率的假定值和膜厚，AxoScan计算nx、ny、nz。根据该计算出的nx、ny、nz进一步计算Nz＝(nx-nz)/(nx-ny)。
除非另有说明，则Re、Rth及折射率的测定波长为可见光区域的λ＝550nm下的值。
并且，在本说明书中，“主轴”为用AxoScan计算出的折射率椭球体的主折射率轴。在nx、ny、nz中，除非另有说明，则是指薄膜厚度方向的主折射率n z。
[滤光器]
本发明的滤光器为如下滤光器，即，
所述滤光器依次包括第1各向异性吸收层、第1相位差层及第2各向异性吸收层，
第1各向异性吸收层及第2各向异性吸收层分别包含二色性色素，二色性色素的吸收轴相对于主表面垂直，
第1相位差层相对于包含层面的法线的至少一个入射面的入射光，延迟的极角依赖性以法线方向为中心具有不对称性。
在图1中示出示意性地表示本发明的滤光器的一例的立体图。
图1所示的滤光器10具有依次层叠有第1各向异性吸收层12、第1相位差层14及第2各向异性吸收层16的结构。另外，在图1中，为了说明，分开示出各层。
第1各向异性吸收层12包含二色性色素18，二色性色素18的吸收轴相对于主表面(最大面)垂直。在图1所示的例子中，二色性色素18为棒状，成为吸收轴的长轴方向相对于主表面垂直。
相同地，第2各向异性吸收层16包含二色性色素22，二色性色素22的吸收轴相对于主表面(最大面)垂直。在图1所示的例子中，二色性色素22为棒状，成为吸收轴的长轴方向相对于主表面垂直。
另外，在图1中，为了表示二色性色素18及二色性色素22的取向方向而示意性地示出二色性色素18及二色性色素22。
第1各向异性吸收层12及第2各向异性吸收层16通过使二色性色素22的吸收轴相对于主表面大致垂直取向，从正面为透射率高的膜，但是越将视线向倾斜方向倾斜变得越吸收纵波光，因此成为透射率低的膜。
第1各向异性吸收层12及第2各向异性吸收层16也可以说吸收轴相对于表面大致垂直取向。另外，各向异性吸收层的吸收轴是指从所有方向观察各向异性吸收层时与吸收率最小的方向平行的轴。
另外，“大致垂直方向”是指吸收轴相对于偏振光膜面以80°～90°的角度取向，优选为以85°～90°取向，更优选为垂直(90°)取向。若吸收轴相对于偏振光膜面的角度小于80°，则来自正面的透射率变低。
第1相位差层14层叠于第1各向异性吸收层12与第2各向异性吸收层16之间。
第1相位差层14相对于包含层叠其他层的面(以下，也称为层面)的法线的至少一个入射面的入射光，延迟的极角依赖性以法线方向(极角0°)为中心具有不对称性。
具体而言，在波长550nm下，在第1相位差层14的面内慢轴或包含快轴的面内(入射面)，从法线向薄膜面方向倾斜40°的方向测定的延迟R[+40°]与从法线向相反方向倾斜40°的方向测定的延迟R[-40°]之比满足1＜R[+40°]/R[-40°]。更优选为1.1＜R[+40°]/R[-40°]。其中，+40°及与此相反的-40°的方向确定为成为R[+40°]＞R[-40°]。
图2是表示测定R[+40°]及R[-40°]时的、相位差层的面内慢轴、入射面及入射方向的关系的一例的示意图。关于[+40°]及R[-40°]的测定，可以为入射方向1及入射方向2中的任一个，并且确定为满足R[+40°]＞R[-40°]的关系。满足这种特性的第1相位差层的一例为第1相位差层的折射率椭球体的主轴相对于层面在平均倾斜角θt(其中，满足0°＜θt＜90°)的方向上，即，主轴在层的厚度方向上倾斜的薄膜。平均倾斜角度θt优选满足5°≤θt≤85°，更优选满足10°≤θt≤80°。
例如，如图1所示，相对于包含层面的法线的至少一个入射面的入射光，延迟的极角依赖性以法线方向(极角0°)为中心具有不对称性的第1相位差层14包含液晶化合物20，并且具有使液晶化合物20取向以使液晶化合物20的长轴方向相对于第1相位差层14的层面以角度θ倾斜的结构。
如图1所示，在定义层面的面方向的方位角时，在图1所示的例子中，液晶化合物20的长轴方向沿方位角90°、270°的方向排列，并且长轴方向倾斜成朝向90°的方向上升。
在图1所示的例子的情况下，方位角90°、270°的方向对应于图2的面内慢轴的方向，液晶化合物20的长轴排列的方向(90°、270°的方向)对应于图2的入射面。
如图1所示，在液晶化合物20向方位角90°的方向倾斜时，来自从法线向方位角90°的方向倾斜40°的方向的入射光从靠近液晶化合物20的长轴方向的方向入射。另一方面，来自从法线向方位角270°的方向倾斜40°的方向的入射光从相对于液晶化合物20的长轴方向大致正交的方向入射。因此，相对于来自从法线向方位角90°的方向倾斜40°的方向的入射光的延迟与相对于来自从法线向方位角270°的方向倾斜40°的方向的入射光的延迟具有不对称性。
对第1相位差层14的结构将在后面进行详细叙述。
对具有这种结构的滤光器10的作用进行说明。
在从与第1各向异性吸收层12的主表面垂直的方向(也称为正面)向滤光器10入射光的情况下，光未被第1各向异性吸收层12吸收(难以被吸收)而透射并入射到第1相位差层14以赋予相位差并透射第1相位差层14。透射了第1相位差层14的光入射到第2各向异性吸收层16。第2各向异性吸收层16与光的偏振光状态无关地使来自正面的光透射。因此，滤光器10以高透光率透射来自正面方向的光。
接着，考虑从以下方向向滤光器10入射光的情况，所述方向为相对于与第1各向异性吸收层12的主表面垂直的方向向方位角90°的方向倾斜的方向。
从方位角90°的倾斜方向入射到第1各向异性吸收层12的光在方位角90°、270°方向的成分被第1各向异性吸收层12吸收。因此，透射了第1各向异性吸收层的光成为方位角0°、180°方向的直线偏振光，并入射到第1相位差层14。在从方位角90°的倾斜方向向第1相位差层14入射光的情况下，入射光从相对于液晶化合物20的长轴方向大致平行的方向入射，因此不需要通过第1相位差层14改变偏振光状态而透射第1相位差层14并入射到第2各向异性吸收层16。在从方位角90°的倾斜方向向第2各向异性吸收层16入射光的情况下，方位角90°、270°方向的成分被吸收，但是由于所入射的光为方位角0°、180°方向的直线偏振光，因此光不被第2各向异性吸收层16吸收而透射。因此，滤光器10以高透光率透射来自方位角90°的倾斜方向的光。
接着，考虑从以下方向向滤光器10入射光的情况，所述方向为相对于与第1各向异性吸收层12的主表面垂直的方向向方位角270°的方向倾斜的方向。
从方位角270°的倾斜方向入射到第1各向异性吸收层12的光在方位角90°、270°方向的成分被第1各向异性吸收层12吸收。因此，透射了第1各向异性吸收层的光成为方位角0°、180°方向的直线偏振光，并入射到第1相位差层14。在从方位角270°的倾斜方向向第1相位差层14入射光的情况下，入射光从相对于液晶化合物20的长轴方向大致正交的方向入射，但是由于所入射的光的偏振方向与液晶化合物20的长轴方向(慢轴方向)大致正交，因此不需要通过第1相位差层14改变偏振光状态而以方位角0°、180°方向的直线偏振光的状态透射第1相位差层14并入射到第2各向异性吸收层16。在从方位角270°的倾斜方向向第2各向异性吸收层16入射光的情况下，方位角90°、270°方向的成分被吸收，但是由于所入射的光为方位角0°、180°方向的直线偏振光，因此光不被第2各向异性吸收层16吸收而透射。因此，滤光器10以高透光率透射来自方位角270°的倾斜方向的光。
接着，考虑从以下方向向滤光器10入射光的情况，所述方向为相对于与第1各向异性吸收层12的主表面垂直的方向向方位角0°的方向倾斜的方向。另外，方位角180°的情况也基本相同。
从方位角0°的倾斜方向入射到第1各向异性吸收层12的光在方位角0°、180°方向的成分被第1各向异性吸收层12吸收。因此，透射了第1各向异性吸收层的光成为方位角90°、270°方向的直线偏振光，并入射到第1相位差层14。在从方位角0°的倾斜方向向第1相位差层14入射光的情况下，所入射的光的偏振方向与液晶化合物20的长轴方向(慢轴方向)相交。例如，所入射的光的偏振方向与液晶化合物20的长轴方向(慢轴方向)以45°相交，若延迟与入射光的波长的λ/2对应，则方位角90°、270°方向的直线偏振光通过第1相位差层14将偏振光状态改变为0°、180°方向的直线偏振光而透射第1相位差层14。透射了第1相位差层14的光入射到第2各向异性吸收层16。在从方位角0°的倾斜方向向第2各向异性吸收层16入射光的情况下，方位角0°、180°方向的成分被吸收。由于所入射的光为方位角0°、180°方向的直线偏振光，因此光被第2各向异性吸收层16吸收。因此，滤光器10屏蔽来自方位角0°的倾斜方向的光(透光率变低)。相同地，滤光器10屏蔽来自方位角180°的倾斜方向的光(透光率变低)。
另外，在上述说明中，作为入射到第1相位差层14的光的偏振方向与液晶化合物20的长轴方向(慢轴方向)以45°相交，并且延迟与入射光的波长的λ/2对应的滤光器进行了说明，但是并不限定于此。在入射到第1相位差层14的光的偏振方向与液晶化合物20的长轴方向(慢轴方向)偏离45°的情况或者在延迟偏离入射光的波长的λ/2的情况下，入射到第1相位差层14的偏振光被转换成圆偏振光并入射到第2各向异性吸收层16。在从方位角0°或180°的倾斜方向向第2各向异性吸收层16入射光的情况下，方位角0°、180°方向的成分被吸收，因此入射到第2各向异性吸收层16的光的一部分的成分被吸收而透光率变低。
如此，在本发明的滤光器中，正面方向的透光率变高，并且方位方向的4个方向中2个方向中的倾斜方向的透光率变高。
相对于此，使用图3对相位差层的延迟的极角依赖性以法线方向为中心具有对称性的、以往的结构进行说明。图3所示的滤光器100具有第1各向异性吸收层12、相位差层114及第2各向异性吸收层16。另外，第1各向异性吸收层12及第2各向异性吸收层16具有与图1所示的滤光器10的第1各向异性吸收层12及第2各向异性吸收层16相同的结构。
如图3所示，相位差层114包含液晶化合物120，并且具有使液晶化合物20取向以使液晶化合物120的长轴方向相对于第1相位差层14的层面平行的结构。
对这种滤光器100的作用进行说明。
在从与第1各向异性吸收层12的主表面垂直的方向(也称为正面)向滤光器100入射光的情况下，光未被第1各向异性吸收层12吸收(难以被吸收)而透射并入射到相位差层114以赋予相位差并透射相位差层114。透射了相位差层114的光入射到第2各向异性吸收层16。第2各向异性吸收层16与光的偏振光状态无关地使来自正面的光透射。因此，滤光器100以高透光率透射来自正面方向的光。
接着，考虑从以下方向向滤光器10入射光的情况，所述方向为相对于与第1各向异性吸收层12的主表面垂直的方向向方位角90°(270°)的方向倾斜的方向。
从方位角90°的倾斜方向入射到第1各向异性吸收层12的光在方位角90°、270°方向的成分被第1各向异性吸收层12吸收。因此，透射了第1各向异性吸收层的光成为方位角0°、180°方向的直线偏振光，并入射到第1相位差层14。在从方位角90°的倾斜方向向第1相位差层14入射光的情况下，入射光从相对于液晶化合物20的长轴方向大致正交的方向入射，但是由于所入射的光的偏振方向与液晶化合物20的长轴方向(慢轴方向)大致正交，因此不需要通过相位差层114改变偏振光状态而以方位角0°、180°方向的直线偏振光的状态透射相位差层114并入射到第2各向异性吸收层16。在从方位角90°的倾斜方向向第2各向异性吸收层16入射光的情况下，方位角90°、270°方向的成分被吸收，但是由于所入射的光为方位角0°、180°方向的直线偏振光，因此光不被第2各向异性吸收层16吸收而透射。因此，滤光器100以高透光率透射来自方位角90°(270°)的倾斜方向的光。
接着，考虑从以下方向向滤光器10入射光的情况，所述方向为相对于与第1各向异性吸收层12的主表面垂直的方向向方位角0°(180°)的方向倾斜的方向。
从方位角0°的倾斜方向入射到第1各向异性吸收层12的光在方位角0°、180°方向的成分被第1各向异性吸收层12吸收。因此，透射了第1各向异性吸收层的光成为方位角90°、270°方向的直线偏振光，并入射到相位差层114。在从方位角0°的倾斜方向向相位差层114入射光的情况下，所入射的光的偏振方向与液晶化合物20的长轴方向(慢轴方向)大致平行，因此不需要通过相位差层114改变偏振光状态而以方位角90°、270°方向的直线偏振光的状态透射相位差层114并入射到第2各向异性吸收层16。在从方位角0°的倾斜方向向第2各向异性吸收层16入射光的情况下，方位角0°、180°方向的成分被吸收，但是由于所入射的光为方位角90°、270°方向的直线偏振光，因此光不被第2各向异性吸收层16吸收而透射。因此，滤光器100以高透光率透射来自方位角0°(180°)的倾斜方向的光。
接着，考虑从以下方向向滤光器10入射光的情况，所述方向为相对于与第1各向异性吸收层12的主表面垂直的方向向方位角45°(225°)的方向倾斜的方向。
从方位角45°的倾斜方向入射到第1各向异性吸收层12的光在方位角45°、225°方向的成分被第1各向异性吸收层12吸收。因此，透射了第1各向异性吸收层的光成为方位角135°、315°方向的直线偏振光，并入射到相位差层114。在从方位角45°的倾斜方向向相位差层114入射光的情况下，所入射的光的偏振方向与液晶化合物20的长轴方向(慢轴方向)大致成为45°，因此若延迟与入射光的波长的λ/2对应，则方位角135°、315°方向的直线偏振光通过相位差层114将偏振光状态改变为45°、225°方向的直线偏振光而透射相位差层114。透射了相位差层114的光入射到第2各向异性吸收层16。在从方位角45°的倾斜方向向第2各向异性吸收层16入射光的情况下，方位角45°、225°方向的成分被吸收。由于所入射的光为方位角45°、225°方向的直线偏振光，因此光被第2各向异性吸收层16吸收。因此，滤光器100屏蔽来自方位角45°(225)的倾斜方向的光(透光率变低)。
相同地，滤光器100屏蔽来自方位角135°、315°的倾斜方向的光(透光率变低)。
如此，在图3所示的以往的滤光器中，正面方向的透光率变高，但是方位方向的4个方向中的倾斜方向的透光率变低。
在图4中示出表示本发明的滤光器、以往的滤光器及不具有相位差层时(第1各向异性吸收层及第2各向异性吸收层的结构)的滤光器各自的、极角60°的倾斜方向上的光的透射率与方位角的关系的示意性图表。
如图4所示，在不具有相位差层的情况下，在任一个方位方向上，透射率均不会成为0而无法屏蔽来自倾斜方向的光。并且，在以往的滤光器的情况下，透射率成为0的方位方向有4处。在这些方向上，能够屏蔽来自倾斜方向的光，但是使来自倾斜方向的光透射的范围窄。相对于此，在本发明的滤光器的情况下，透射率成为0的方位方向有2个方向。并且，使来自倾斜方向的光透射的范围也宽。
如此，本发明的滤光器具有倾斜方向上的透射率低的方向，并且倾斜方向上的透射率高的方向的范围宽，因此在用于AR玻璃中的情况下，能够较宽地维持背景的视野(现实视野)。
另外，本发明的滤光器并不限定于由第1各向异性吸收层12、第1相位差层14及第2各向异性吸收层16构成的结构，也可以具有其他层。
例如，如图5所示的例子，可以在第1相位差层14与第2各向异性吸收层16之间具有第2相位差层15。
第2相位差层15可以与第1相位差层14相同地为相对于包含层面的法线的至少一个入射面的入射光，延迟的极角依赖性以法线方向为中心具有不对称性的相位差层，也可以与相位差层114相同地为延迟的极角依赖性以法线方向为中心具有对称性的相位差层。优选为具有对称性的相位差层。
通过具有第2相位差层15，能够调整透射率成为0的方位方向的宽度。
在具有第2相位差层15的情况下，第2相位差层15的慢轴方向优选与第1相位差层14的慢轴方向正交。
并且，第1各向异性吸收层12、第1相位差层14及第2各向异性吸收层16等各层可以直接层叠，也可以经由粘接层或粘合层层叠。
并且，在滤光器10中，第1各向异性吸收层12、第1相位差层14及第2各向异性吸收层16等各层可以包括各自的基板。
[头戴式显示器]
本发明的头戴式显示器具备：
上述本发明的滤光器；
导光板；
衍射元件；及
图像显示元件。
在图6中示出示意性地表示本发明的头戴式显示器的一例的立体图。
图6所示的头戴式显示器80具有导光板82、入射衍射元件90、射出衍射元件92、滤光器10及图像显示元件86。
导光板82在内部引导所入射的光。
如图6所示，在导光板82的一个端部侧的表面(主表面)上配置有入射衍射元件90。并且，在导光板82的另一个端部侧的表面上配置有射出衍射元件92。入射衍射元件90的配置位置与导光板82的光的入射位置对应，射出衍射元件92的配置位置与导光板82的光的射出位置对应。并且，入射衍射元件90及射出衍射元件92配置于导光板82的相同的表面上。
并且，滤光器10与导光板82的射出衍射元件92相对而配置于导光板82的与配置有射出衍射元件92的面相反的一侧的面上。
作为导光板82，并无特别限定，能够使用在图像显示装置等中所使用的以往公知的导光板。
入射衍射元件90为将从图像显示元件86照射的光以在导光板82内全反射的角度衍射并入射到导光板82内的衍射元件。
作为入射衍射元件90，并无限定，能够利用各种浮雕型衍射元件、使用了液晶的衍射元件、体积全息衍射元件等在AR显示装置中所使用的衍射元件。
如图6所示，图像显示元件86与入射衍射元件90相对而配置。并且，配置有射出衍射元件92的表面侧成为使用者的观察位置。
作为图像显示元件86，并无限制，例如能够利用各种AR玻璃等在AR显示装置中所使用的公知的显示器。
关于图像显示元件86，作为一例，可以例示液晶显示器(包含LCOS：Li quidCrystal On Silicon(硅基液晶)等)、有机电致发光显示器、DLP(Digit al LightProcessing：数字光处理)、MEMS(Micro-Electro-Mechanical System s：微机电系统)型显示器、微型LED显示器等。
另外，图像显示元件86可以显示单色图像，也可以显示双色图像，也可以显示彩色图像。
射出衍射元件92为衍射在导光板82内引导的光并从导光板82射出的衍射元件。
作为射出衍射元件92，并无限定，能够利用各种浮雕型衍射元件、使用了液晶的衍射元件、体积全息衍射元件等在AR显示装置中所使用的衍射元件。
在这种结构的头戴式显示器80中，由图像显示元件86显示的光I1如箭头所示被入射衍射元件90衍射并入射到导光板82内。入射到导光板82内的光相对于入射光的角度以较大的角度衍射，因此光的行进方向相对于导光板82的表面的角度变小而被导光板82的两个表面全反射以在导光板82内向长度方向引导。
在导光板82内引导的光在导光板82的长度方向的另一个端部入射到射出衍射元件92。此时，如图6所示，光从倾斜方向入射到射出衍射元件92，并向与射出衍射元件92的表面垂直的方向衍射。
由射出衍射元件92衍射的光向导光板82的外部射出。即，向由使用者观察的位置射出光。
并且，如图6所示，从正面方向入射到头戴式显示器80的外光(以下，也称为正面光)I0透射滤光器10并入射到导光板82，并透射射出衍射元件92以到达由使用者观察的位置。
由此，头戴式显示器80将由图像显示元件86显示的影像入射到导光板82的一端并传播，并从另一端射出，从而在使用者实际上观看的场景上重叠显示虚拟的影像。
其中，如图7所示，在从倾斜方向向不具有滤光器10的头戴式显示器180入射光(以下，也称为倾斜光)Is的情况下，产生倾斜光Is被射出衍射元件92衍射而映入的问题。尤其，太阳光及照明光等来自特定方向的光的映入容易被视觉辨认，因此成为问题点。
相对于此，可以考虑通过将图3所示的以往的滤光器配置于导光板上以使正面光I0透射且屏蔽倾斜光Is，抑制基于倾斜光Is的映入。
然而，如上所述，在以往的滤光器中，透射率成为0的方位方向有4处，使来自倾斜方向的光透射的范围窄。因此，在用于头戴式显示器180中的情况下，产生屏蔽来自各个方向的倾斜光，背景的视野(现实视野)变窄的问题。
相对于此，如上所述，本发明的滤光器10具有2个倾斜方向上的透射率低的方向，并且倾斜方向上的透射率高的方向的范围宽。因此，通过在头戴式显示器80上配置滤光器10以使倾斜光Is入射的方向的透光率变低，能够屏蔽倾斜光Is以抑制基于倾斜光Is的映入，并且除此以外的方向的光透射而较宽地维持背景的视野(现实视野)。
在图6所示的例子中，滤光器10将图1所示的方位方向0°、180°的方向与图中上下方向对齐而配置。由此，能够抑制基于从斜上方入射的太阳光或者照明光等强的外光的映入，并能够加宽左右方向(与图6的纸面垂直的方向)的现实视野。
其中，在图6所示的例子中，入射衍射元件90及射出衍射元件92分别为透射型衍射元件，但是并不限定于此，也可以为反射型衍射元件。在为反射型衍射元件的情况下，入射衍射元件90配置于导光板82的与和图像显示元件86相对的面相反的一侧的面上。并且，射出衍射元件92配置于导光板82的与和使用者相对的面相反的一侧的面上。并且，此时，滤光器10只要配置于射出衍射元件92的与使用者侧相反的一侧的面上即可。
以下，对各构成要件进行详细说明。
＜各向异性吸收层＞
第1各向异性吸收层12及第2各向异性吸收层16分别包含二色性色素，二色性色素的吸收轴相对于主表面垂直。另外，第1各向异性吸收层12及第2各向异性吸收层16具有基本相同的结构，因此在以下说明中，在不需要区分第1各向异性吸收层12及第2各向异性吸收层16的情况下，也统称为各向异性吸收层。
通过使各向异性吸收层的吸收轴相对于主表面大致垂直取向，从正面的透射率高，但是从倾斜方向只有横波光通过，因此透射率变低。
其中，关于各向异性吸收层的吸收轴相对于水平基准面(主表面)沿大致垂直方向取向，例如能够通过用透射型电子显微镜(TEM)观察各向异性吸收层的截面来确认。
如图1所示，在各向异性吸收层中，二色性色素的吸收轴相对于主表面垂直(大致90度)取向。
关于使二色性色素成为所期望的取向的技术，能够参考利用了二色性色素的偏振器的制作技术或宾主液晶单元的制作技术等。例如，也能够将日本特开2002-90526号公报中所记载的二色性偏振元件的制作方法及日本特开2002-99388号公报中所记载的宾主型液晶显示装置的制作方法中所利用的技术利用于本发明中所使用的各向异性吸收层的制作中。
二色性色素能够分类为其分子的形状为棒状二色性色素和圆盘状二色性色素。在本发明中所使用的各向异性吸收层的制作中，可以使用任一个。关于分子为棒状二色性色素的例子，优选为偶氮色素、蒽醌色素、苝色素等部花青色素，例如，作为偶氮色素，可以举出日本特开平11-172252号公报中所记载的例子，作为蒽醌色素，可以举出日本特开平8-67822号公报中所记载的例子，作为苝色素，可以举出日本特开昭62-129380号公报等中所记载的例子，作为部花青色素，可以举出日本特开2002-241758号公报中所记载的例子。这些可以单独使用，也可以同时使用2种以上。
关于分子为圆盘状二色性色素的例子，可以举出以OPTIVA Inc.为代表的溶致液晶，已知有用作“E-Type偏振器”的溶致液晶。例如，可以举出日本特开2002-90547号公报中所记载的材料。并且，相同地，也有使用了利用绳状胶束型结构作为以圆盘状吸收光的化学结构的双偶氮系二色性色素的例子，可以举出日本特开2002-90526号公报中所记载的材料。这些可以单独使用，也可以同时使用2种以上。
在本发明中，优选使用棒状二色性色素。
例如，利用宾主型液晶单元的技术，能够伴随主体液晶的取向而使二色性色素的分子成为如上所述的所期望的取向。具体而言，将成为客体的二色性色素与成为主体液晶的棒状液晶性化合物进行混合以使主体液晶取向，并且使二色性色素的分子沿其液晶分子的取向而取向，并固定其取向状态，从而能够制作在本发明中所使用的各向异性吸收层。
为了防止在本发明中所使用的各向异性吸收层的光吸收特性因使用环境而发生变动，优选通过形成化学键来固定二色性色素的取向。例如，通过进行主体液晶、二色性色素或根据需要添加的聚合性成分的聚合，能够固定取向。
并且，可以将在一对基板上具有至少包含二色性色素和主体液晶的液晶层的宾主型液晶单元其本身用作在本发明中所使用的各向异性吸收层。主体液晶的取向(及伴随主体液晶的取向的二色性色素分子的取向)能够通过形成于基板内面的取向膜来控制，只要不施加电场等外部刺激，则可以维持其取向状态，能够使在本发明中所使用的各向异性光吸收层的光吸收特性恒定。
并且，通过使二色性色素浸透到聚合物薄膜中以使二色性色素沿聚合物薄膜中的聚合物分子的取向而取向，能够制作满足对在本发明中所使用的各向异性吸收层要求的光吸收特性的聚合物薄膜。具体而言，能够将二色性色素的溶液涂布于聚合物薄膜的表面上以使其浸透到薄膜中来制作。关于二色性色素的取向，能够通过聚合物薄膜中的聚合物链的取向、其性质(聚合物链或其所具有的官能团等的化学及物理性质)、涂布方法等来调整。关于该方法的详细内容，在日本特开2002-90526号公报中有记载。
在本发明中，二色性色素被定义为具有吸收光的功能的化合物。作为二色性色素，关于吸收极大及吸收带，可以是任意的，但是优选在黄色区域(Y)、品红色区域(M)或者青色区域(C)具有吸收极大。并且，二色性色素可以使用2种以上，优选使用在Y、M、C具有吸收极大的二色性色素的混合物，更优选混合使用二色性色素以全部吸收可见光区域(400～750nm)的范围。其中，黄色区域为430～500nm的范围，品红色区域为500～600nm的范围，青色区域为600～750nm的范围。
各向异性吸收层的厚度优选为0.1μm～10μm，更优选为0.3μm～5μm，进一步优选为0.5μm～3μm。
若各向异性吸收层薄，则由倾斜入射而产生的衍射光的阻断变得不充分，若各向异性吸收层厚，则正面的外光的透射率变低。
-各向异性吸收层的制造方法-
作为各向异性吸收层的制造方法，只要能够以二色性色素的长轴相对于基材面(水平面)成为垂直方向的方式取向，则并无特别限制，能够根据目的适当选择。例如，可以举出(1)宾主液晶法、(2)阳极氧化铝法等。
(1)的宾主液晶法为如下方法：在表面上具有取向膜的基材上涂布至少含有紫外线固化性液晶化合物和二色性色素的吸收层涂布液，并使其干燥而形成涂布层，在将涂布层加热至显现液晶相的温度的状态下照射紫外线，从而形成二色性色素的长轴相对于基材面沿大致垂直方向取向的各向异性吸收层。
＜第1相位差层＞
第1相位差层相对于包含层面的法线的至少一个入射面的入射光，延迟的极角依赖性以法线方向(极角0°)为中心具有不对称性。
第1相位差层优选由包含聚合性液晶化合物的聚合性液晶组合物形成。
作为液晶化合物，可以为棒状液晶化合物，也可以为圆盘状液晶化合物。在本发明中，优选使用棒状液晶化合物。
由聚合性液晶组合物形成的第1相位差层在将聚合性液晶组合物设成所期望的取向状态之后，使其固化而形成。例如，能够通过将聚合性液晶组合物涂布于取向膜的取向处理面上以使其沿其取向处理的方向取向，并以其取向状态固定来制作。
作为取向膜，可以举出包含聚合物等有机化合物的层的摩擦处理膜或无机化合物的倾斜蒸镀膜、具有微槽的膜或者使如ω-二十三烷酸或双十八烷基甲基氯化铵、硬脂酸甲酯的有机化合物的基于朗缪尔-布洛杰特法的LB(Langmuir-Blodgett)膜累积而获得的膜等。而且，还可以举出通过光的照射而产生取向功能的取向膜等。
作为取向膜，能够优选使用对包含聚合物等有机化合物的层(聚合物层)的表面进行摩擦处理而形成的膜。摩擦处理通过用纸或布沿一定方向(优选为支承体的长度方向)摩擦数次聚合物层的表面来实施。作为用于形成取向膜的聚合物，优选使用聚酰亚胺、聚乙烯醇、日本专利第3907735号公报的[0071]～[0095]段中所记载的改性聚乙烯醇、日本特开平9-152509号公报中所记载的具有聚合性基团的聚合物等。
并且，使用向光取向性的材料照射偏振光或非偏振光而形成取向层的、所谓的光取向膜(光取向层)也为优选方式。
在本发明中，优选通过从倾斜方向照射偏振光的工序或从倾斜方向照射非偏振光的工序对光取向膜赋予取向限制力。
关于取向膜的厚度，只要能够发挥取向功能，则并无特别限定，优选为0.01～5μm，进一步优选为0.05～2μm。
作为光取向膜中所使用的光取向材料，例如可以举出日本特开2006-285197号公报、日本特开2007-76839号公报、日本特开2007-138138号公报、日本特开2007-94071号公报、日本特开2007-121721号公报、日本特开2007-140465号公报、日本特开2007-156439号公报、日本特开2007-133184号公报、日本特开2009-109831号公报、日本专利第3883848号、日本专利第4151746号中所记载的偶氮化合物、日本特开2002-229039号公报中所记载的芳香族酯化合物、日本特开2002-265541号公报、日本特开2002-317013号公报中所记载的具有光取向性单元的马来酰亚胺和/或经烯基取代的纳迪克酰亚胺化合物、日本专利第4205195号、日本专利第4205198号中所记载的光交联性硅烷衍生物、日本特表2003-520878号公报、日本特表2004-529220号公报、日本专利第4162850号中所记载的光交联性聚酰亚胺、聚酰胺或酯、日本特开平9-118717号公报、日本特表平10-506420号公报、日本特表2003-505561号公报、国际公开第2010/150748号、日本特开2013-177561号公报、日本特开2014-12823号公报中所记载的能够光二聚化的化合物、尤其肉桂酸酯化合物、查耳酮化合物、香豆素化合物。作为尤其优选的例子，可以举出偶氮化合物、光交联性聚酰亚胺、聚酰亚胺、酯、肉桂酸酯化合物、查耳酮化合物。
并且，在第1相位差层的厚度方向上，液晶化合物可以为均匀倾斜的结构，也可以为至少一部分的液晶化合物倾斜取向的结构，但是在本发明中，优选为均匀倾斜的结构。
作为一部分的液晶化合物倾斜取向的一例，在第1相位差层中液晶化合物可以以所谓的混合取向状态固定。在混合取向中，液晶性化合物的长轴与层面的角度在层的深度方向上随着距取向膜面的距离的增加而增加或减少。角度优选随着距离的增加而减少。而且，作为角度的变化，可以为连续增加、连续减少、间歇增加、间歇减少、包含连续增加和连续减少的变化或者包含增加及减少的间歇变化。间歇变化包括在厚度方向的中途该角度不发生变化的区域。在本说明书中，“混合取向”即使包括该角度不发生变化的区域，但是也包括整体增加或减少的取向状态。优选为该角度连续地发生变化的混合取向。
使液晶化合物混合取向并固定了其取向状态的相位差层也相对于包含层面的法线的至少一个入射面的入射光，延迟的极角依赖性以法线方向(极角0°)为中心具有不对称性。
-液晶化合物-
作为能够用于制作第1相位差层的液晶化合物的例子，可以包含棒状液晶化合物及圆盘状液晶化合物这两者。
作为棒状液晶性化合物，可以优选使用甲亚胺类、氧化偶氮类、氰基联苯类、氰基苯酯类、苯甲酸酯类、环己烷羧酸苯酯类、氰基苯基环己烷类、氰基取代苯基嘧啶类、烷氧基取代苯基嘧啶类、苯基二噁烷类、二苯乙炔类及链烯基环己基苄腈类。关于这些棒状液晶性化合物的固定，向棒状液晶性化合物的末端结构中导入聚合性基团(与后述圆盘状液晶相同)，并利用该聚合、固化反应来进行。作为具体例，在日本特开2006-209073号公报中记载有对聚合性向列型棒状液晶化合物进行紫外线固化的例子。并且，不仅能够使用上述低分子液晶性化合物，而且也能够使用高分子液晶性化合物。高分子液晶性化合物为具有对应于如上所述的低分子液晶性化合物的侧链的聚合物。关于使用了高分子液晶性化合物的光学补偿片，在日本特开平5-53016号公报等中有记载。
作为能够用于制作第1相位差层的圆盘状(盘状)液晶化合物的例子，可以包含C.Destrade等人的研究报告、Mol.Cryst.71卷、111页(1981年)中所记载的苯衍生物、C.Destrade等人的研究报告、Mol.Cryst.122卷、141页(1985年)、Physicslett，A，78卷、82页(1990)中所记载的三聚茚(Truxene)衍生物、B.Kohne等人的研究报告、Angew.Chem.96卷、70页(1984年)中所记载的环己烷衍生物及J.M.Lehn等人的研究报告、J.Chem.Commun.，1794页(1985年)、J.Zhang等人的研究报告、J.Am.Chem.Soc.116卷、2655页(1994年)中所记载的氮杂冠系或苯乙炔系大环。
作为圆盘状液晶化合物的分子，也包含相对于分子中心的母核，直链烷基、烷氧基、取代苯甲酰氧基作为母核的侧链以放射线状取代的结构的显示液晶性的化合物。分子或分子的集合体优选为具有旋转对称性且能够赋予一定的取向的化合物。由含有圆盘状液晶化合物的组合物形成的相位差层不需要在最终包含于相位差层中的状态下显示液晶性。例如，若通过加热或光照射对具有由热或光进行反应的基团的低分子的圆盘状液晶性分子进行聚合反应等以使其高分子量化，则会丧失液晶性，但是包含该高分子量化的化合物的相位差层当然也能够用于本发明中。作为圆盘状液晶化合物的优选例，可以包含日本特开平8-50206号公报中所记载的化合物。并且，关于圆盘状液晶性分子的聚合，在日本特开平8-27284公报中有记载。
为了通过聚合来固定圆盘状液晶性分子，需要使聚合性基团作为取代基与圆盘状液晶性分子的圆盘状核键合。圆盘状核与聚合性基团优选为经由连接基团键合的化合物，由此即使在聚合反应中也能够保持取向状态。例如，可以举出日本特开2000-155216号公报说明书中的[0151]～[0168]段中所记载的化合物等。
在形成第1相位差层时，可以与液晶化合物一起同时使用增塑剂、表面活性剂、聚合性单体等添加剂。这些添加剂可以以各种目的添加，如提高涂膜的均匀性、膜的强度、液晶分子的取向性等的目的等。
作为聚合性单体，可以举出自由基聚合性化合物或阳离子聚合性化合物。优选为多官能性自由基聚合性单体，优选为与上述含有聚合性基团的液晶化合物共聚的化合物。例如，可以举出日本特开2002-296423号公报说明书中的[0018]～[0020]段中所记载的化合物。上述化合物的添加量相对于液晶性化合物通常在1～50质量％的范围内，优选在5～30质量％的范围内。
作为表面活性剂，可以举出以往公知的化合物，尤其优选为氟系化合物。具体而言，例如可以举出日本特开2001-330725号公报说明书中的[0028]～[0056]段中所记载的化合物。
作为能够使用的聚合物的例子，可以举出纤维素酯。作为纤维素酯的优选例，可以举出日本特开2000-155216号公报说明书中的[0178]段中所记载的化合物。为了不阻碍液晶性分子的取向，上述聚合物的添加量相对于液晶性分子优选在0.1～10质量％的范围内，更优选在0.1～8质量％的范围内。
圆盘状液晶性分子的盘状向列液晶相-固相转变温度优选为70～300℃，更优选为70～170℃。
第1相位差层能够通过将包含液晶性分子及根据需要包含后述聚合性引发剂或任意成分的涂布液涂布于表面(优选为取向膜的表面)上而形成。
作为用于制备涂布液的溶剂，优选使用有机溶剂。作为有机溶剂的例子，可以包含酰胺(例如，N,N-二甲基甲酰胺)、亚砜(例如，二甲基亚砜)、杂环化合物(例如，吡啶)、烃(例如，苯、己烷)、卤代烷(例如，氯仿、二氯甲烷、四氯乙烷)、酯(例如，乙酸甲酯、乙酸丁酯)、酮(例如，丙酮、甲基乙基酮)、醚(例如，四氢呋喃、1,2-二甲氧基乙烷)。优选为卤代烷及酮。可以同时使用2种以上的有机溶剂。
涂布液的涂布能够通过以往公知的方法来实施，可以举出上述取向膜中所记载的内容的方法。
第1相位差层的厚度优选为0.1μm～20μm，进一步优选为0.5μm～15μm，更进一步优选为1μm～10μm。
第1相位差层的面内延迟优选为30nm～300nm，更优选为50nm～200nm，进一步优选为75nm～150nm。
能够维持取向状态并固定取向的液晶性分子。取向状态的固定优选通过聚合反应来实施。作为聚合反应，可以包含使用热聚合引发剂的热聚合反应和使用光聚合引发剂的光聚合反应。优选为光聚合反应。
作为光聚合引发剂的例子，可以包含α-羰基化合物(记载于美国专利2367661号、美国专利2367670号的各说明书中)、偶姻醚(记载于美国专利2448828号说明书中)、α-烃取代芳香族偶姻化合物(记载于美国专利2722512号说明书中)、多核醌化合物(记载于美国专利3046127号、美国专利2951758号的各说明书中)、三芳基咪唑二聚体和对氨基苯基酮的组合(记载于美国专利3549367号说明书中)、吖啶及吩嗪化合物(记载于日本特开昭60-105667号公报、美国专利4239850号说明书中)及噁二唑化合物(记载于美国专利4212970号说明书中)。
光聚合引发剂的使用量优选在涂布液的固体成分的0.01～20质量％的范围内，进一步优选在0.5～5质量％的范围内。
用于聚合液晶性分子的光照射优选使用紫外线。
照射能量优选在20mJ/cm2～50J/cm2的范围内，更优选在20～5000mJ/cm2的范围内，进一步优选在100～800mJ/cm2的范围内。并且，为了促进光聚合反应，可以在加热条件下实施光照射。
第1相位差层优选为将固化性液晶组合物设成所期望的取向状态之后，使其固化而形成的层。例如，能够通过将聚合性液晶涂布于取向膜的取向处理面上以使其沿其取向处理的方向(摩擦轴或照射偏振光时的偏振方向、照射非偏振光时的照射角度)取向，并以其取向状态固定来制作。作为一例，可以举出使棒状液晶分子均匀地倾斜取向并固定而形成的相位差层。在倾斜取向中，设成棒状液晶性分子的长轴与层面的角度大于0°且小于90°的状态。并且，作为另一例，可以举出以混合取向状态固定而形成的相位差层。在混合取向中，棒状液晶性分子的长轴与层面的角度在层的深度方向上随着距取向膜面的距离的增加而增加或减少。角度优选随着距离的增加而减少。而且，作为角度的变化，可以为连续增加、连续减少、间歇增加、间歇减少、包含连续增加和连续减少的变化或者包含增加及减少的间歇变化。间歇变化包括在厚度方向的中途该角度不发生变化的区域。在本说明书中，“混合取向”即使包括该角度不发生变化的区域，但是也包括整体增加或减少的取向状态。优选为该角度连续地发生变化的混合取向。
相位差层中的液晶性分子的长轴的平均方向通常能够通过选择用于形成相位差层的液晶或取向膜的材料，或通过选择摩擦处理方法的条件，或通过向光取向膜照射的偏振光的偏振方向或非偏振光的照射角度来调整。并且，相位差层中的表面侧(空气侧)的液晶性分子的长轴(圆盘面)方向通常能够通过选择与用于形成相位差层的液晶性分子一起使用的添加剂(例如，增塑剂、表面活性剂、聚合性单体及聚合物等)的种类来调整。长轴的取向方向的变化的程度也与上述相同地，能够通过选择液晶性分子和添加剂来调整。
其中，如上所述，第1相位差层优选为折射率椭球体的主轴相对于层面在平均倾斜角θt(其中，满足0°＜θt＜90°)的方向上，即，主轴在层的厚度方向上倾斜的薄膜。
另外，第1相位差层的主轴相对于层面的平均倾斜角θt能够应用晶体旋转法来求出。或者，在混合取向光学各向异性膜中，液晶性分子的指向矢在层的厚度方向上的所有位置上朝向不同的角度，因此在将光学各向异性膜视为结构体的情况下，不存在光轴。
另外，在以下的测定方法中被允许的误差针对在本发明中所使用的第1相位差层的主轴的平均倾斜角θt也被允许。
另外，测定波长设为550nm。
并且，主轴的平均倾斜角θt的偏差能够通过以下方法进行测定。
能够以等间隔在第1相位差层的面内的一方向上采样10个点及在与一方向正交的方向上采样10个点，通过上述方法测定主轴的平均倾斜角θt，并将其最大值与最小值之差设为主轴的平均倾斜角的偏差。
另外，慢轴角度能够通过Re的测定来确定，其偏差也能够通过以等间隔在第1相位差层的面内的一方向上测定10个点及在与一方向正交的方向上测定10个点时的最大值与最小值之差来确定。
＜第2相位差层＞
作为第2相位差层，可以为以往公知的相位差薄膜，也可以为相对于包含与第1相位差层相同的层面的法线的至少一个入射面的入射光，延迟的极角依赖性以法线方向为中心具有不对称性的相位差层。
第2相位差层的面内延迟优选为30nm～300nm，更优选为80nm～250nm，进一步优选为100nm～160nm。
第2相位差层的厚度优选为0.1μm～500μm，进一步优选为0.5μm～300μm，更进一步优选为1μm～200μm。
＜光学装置＞
本发明的滤光器并不限定于上述头戴式显示器，能够用于各种光学装置中。
例如，通过在液晶显示器、有机EL显示器等图像显示装置的整个面上配置滤光器，起到防止来自周围的窥视的作用。并且，大幅度减少照明光或者太阳光等外光的侵入而能够改善明室对比度。
实施例
以下举出实施例对本发明进一步进行具体说明。关于以下实施例所示的材料、试剂、物质量及其比例、操作等，在不脱离本发明的主旨的范围内能够进行适当变更。因此，本发明的范围并不限制于以下的具体例。
＜取向膜的制作＞
(1)取向膜1的制作
作为透明基材膜，准备市售的纤维素酰化物系薄膜、产品名称“FUJITAC TG40UL”(FUJIFILM Corporation制)，通过皂化处理以使表面亲水化之后，使用#12的棒涂布下述取向膜形成用组合物1，并在110℃下干燥2分钟，从而在透明基材膜上形成了取向膜1。
(取向膜形成用组合物1的组成)
Figure BDA0003552994560000251
(改性聚乙烯醇)
[化学式1]
Figure BDA0003552994560000261
(式中，对重复单元标注的数值表示各重复单元的摩尔比率。)
[实施例1]
＜各向异性吸收层的制作＞
(1)各向异性吸收层1的制作
使用棒涂布机将下述着色组合物1涂布于所获得的取向膜上，从而形成了涂布膜。将涂布膜在室温下干燥30秒钟之后，加热至140℃并保持30秒钟，将涂布膜冷却至室温。接着，将涂布膜再加热至80℃并保持30秒钟之后，冷却至室温。将以这种方式制作的层设为各向异性吸收层1。
(着色组合物1的组成)
Figure BDA0003552994560000262
[化学式2]
Figure BDA0003552994560000271
测定上述所获得的各向异性吸收层1的取向度、正面透射率的结果，取向度为0.96，正面透射率为60％。膜厚为2μm。
＜第1相位差层＞
通过以下方法在玻璃基板(EAGLE XG：Corning Incorporated Co.,Ltd.制)上形成由棒状液晶组合物形成的相位差层，从而制作了第1相位差层。
-取向膜的形成-
将玻璃基板进行清洗并干燥，并用旋涂机在该玻璃基板上涂布了下述组成的取向膜形成用涂布液。在100℃的热板上干燥60秒，在空气下，使用100m W/cm2的气冷金属卤化物灯(EYE GRAPHICS Co.,Ltd.制)，从相对于玻璃基板的法线方向倾斜45°的角度照射2000mJ/cm2的紫外线，从而形成了进行光取向的取向膜A。
Figure BDA0003552994560000272
Figure BDA0003552994560000281
[化学式3]
Figure BDA0003552994560000282
-由棒状液晶组合物形成的相位差层的形成-
Figure BDA0003552994560000283
[化学式4]
Figure BDA0003552994560000284
使用旋涂机将光学各向异性膜用涂布液B涂布于表面上形成有取向膜A的上述玻璃支承体上。接着，在膜面温度90℃下进行60秒钟的加热熟化之后，在氮气下，使用50mW/cm2的气冷金属卤化物灯(EYE GRAPHICS Co.,Ltd.制)照射500mJ/cm2的紫外线以使其取向状态固定化，从而形成了光学各向异性膜。所形成的光学各向异性膜以与包含玻璃基板的法线和制作取向膜时的倾斜方位的面平行的方向为慢轴，使棒状液晶化合物取向。测定Re的光入射角度依赖性及光轴的平均倾斜角的结果，在波长550nm下，Re为127nm，光轴的平均倾斜角为45°。
＜第2相位差层＞
通过对聚碳酸酯薄膜(产品名称：PURE-ACE、Teijin Chemicals Ltd.制)进行加热并延伸来调整双折射率值(延迟值)，从而制作了第2相位差层。
第2相位差层的面内延迟Re为135nm。并且，厚度方向延迟Rth为68nm。
使用粘合剂(SK-2057、Soken Chemical&Engineering Co.,Ltd.制)以慢轴方位正交的方式依次层叠所制作的第1各向异性吸收层、第1相位差层、第2相位差层及第2各向异性吸收层，从而制作了滤光器。另外，第1相位差层与第2相位差层以使各自的慢轴正交的方式层叠。
[比较例1]
不具有第1相位差层，并且使用下述相位差层作为第2相位差层，除此以外，以与实施例1相同的方式制作了滤光器。
＜第2相位差层＞
通过对聚碳酸酯薄膜(产品名称：PURE-ACE、Teijin Chemicals Ltd.制)进行加热并延伸来调整双折射率值(延迟值)，从而制作了第2相位差层。
第2相位差层的面内延迟Re为270nm。并且，厚度方向延迟Rth为135nm。
[评价]
一边改变方位角一边测定从极角60°方向向所制作的实施例1及比较例1的滤光器入射的光的透射率。测定使用了Axometrics公司的AxoScan。入射光的波长设为550nm。
[模拟]
在与实施例1及比较例1分别相同的条件下，一边改变方位角一边通过模拟来求出从极角60°方向入射的光的透射率。在模拟中适用扩展琼斯矩阵的手法，仅简化滤光器并进行计算。
将实施例1的实验结果和模拟的结果示于图8中，将比较例1的实验结果和模拟的结果示于图9中。
如图9所示，在比较例1的情况下，可知相对于来自极角60°的倾斜方向的光，透射率变低的方位方向有4个方向，而如图8所示，在实施例1的情况下，可知透射率变低的方位方向有2个方向。通过将透射率下降的方位设为包括与衍射元件的间距垂直的面的方位，能够防止衍射光的映入，并且确保其他方位的外光视觉辨认性。在比较例1的情况下，由于除了想要阻断的方位以外的倾斜光也被阻断，因此无法确保外光视觉辨认性。
并且，从图8及图9可知，实验结果和模拟结果非常一致。因此，使用模拟进行以下实施例。
并且，将在从背面侧向所制作的实施例1及比较例1的滤光器照射光的同时，从正面方向、方位0°、90°、180°、270°的倾斜60°方向拍摄的照片示于图14及图15中。
从图14可知，在实施例1中，从正面方向及方位90°、180°的倾斜方向看起来较亮，从方位0°、270°的倾斜方向看起来较暗。从图15可知，在比较例1中，从正面方向看起来较亮，从方位0°、90°、180°、270°的倾斜方向看起来较暗。
[实施例2]
不具有第2相位差层，并且将第1相位差层的面内延迟Re设为115nm，将主轴的平均倾斜角θt设为60°，除此以外，以与实施例1相同的方式进行了模拟。
将结果示于图10中。
[实施例3]
在第1相位差层与第2各向异性吸收层之间具有第2相位差层，将第2相位差层的面内延迟Re设为135nm，将厚度方向延迟Rth设为68nm，使第1相位差层与第2相位差层的慢轴正交，除此以外，以与实施例2相同的方式进行了模拟。
将结果示于图11中。
从图10可知，即使在不具有第2相位差层的情况下，相对于来自极角60°的倾斜方向的光，透射率变低的方位方向为2个方向，使光透射的范围宽。
并且，从图10与图11的对比可知，通过设为包括第2相位差层的结构，能够调整屏蔽光的范围。
[比较例2]
将第2相位差层的面内延迟Re变更为135nm、200nm、270nm、400nm及500nm，除此以外，以与比较例1相同的方式进行了模拟。
将结果示于图12中。
[实施例4]
将第1相位差层的面内延迟设为115nm，将第1相位差层的主轴的平均倾斜角θt变更为0°、20°、40°、50°、60°及70°，除此以外，以与实施例2相同的方式进行了模拟。
将结果示于图13中。
从图12可知，在相位差层相对于包含层面的法线的至少一个入射面的入射光，延迟的极角依赖性以法线方向为中心不具有不对称性的比较例的结构的情况即相位差层的慢轴与层面平行的情况下，即使改变面内延迟Re，相对于来自倾斜方向的光，也只有透射率发生变化而透射率变低的方位方向仍然为4个方向。
从图13可知，在第1相位差层的主轴为0°的情况下(比较例)，相对于来自倾斜方向的光，透射率变低的方位方向有4个方向，而通过使第1相位差层的主轴倾斜，相对于来自倾斜方向的光，透射率变低的方位方向成为2个方向。
并且，从图13可知，在第1相位差层的面内延迟为115nm的情况下，第1相位差层的主轴的平均倾斜角θt为60°且方位2个方向上的透射率变得更低，并且在其他方位方向上透射率变高，因此为优选。
根据以上结果，可以明确本发明的效果。
符号说明
10-滤光器，12-第1各向异性吸收层，14-第1相位差层，15-第2相位差层，16-第2各向异性吸收层，18、22-二色性色素，20-液晶化合物，80-头戴式显示器，82-导光板，90-入射衍射元件，92-射出衍射元件，100-滤光器，114-相位差层，120-液晶化合物，I0-正面光，I1-影像光，Is-倾斜光，θ-平均倾斜角。

Claims (9)

1.一种滤光器，其依次包括第1各向异性吸收层、第1相位差层及第2各向异性吸收层，
所述第1各向异性吸收层及所述第2各向异性吸收层分别包含二色性色素，所述二色性色素的吸收轴相对于主表面垂直，
所述第1相位差层相对于包含层面的法线的至少一个入射面的入射光，延迟的极角依赖性以法线方向为中心具有不对称性。
2.根据权利要求1所述的滤光器，其中，
所述第1相位差层为折射率椭球体的主轴在厚度方向上倾斜的薄膜，
所述折射率椭球体的平均倾斜角相对于所述第1各向异性吸收层的主表面倾斜5°～85°。
3.根据权利要求1或2所述的滤光器，其中，
在所述第1相位差层与所述第2各向异性吸收层之间包括第2相位差层。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的滤光器，其中，
所述第1相位差层由聚合性液晶组合物形成。
5.根据权利要求4所述的滤光器，其中，
所述聚合性液晶组合物包含聚合性的棒状液晶化合物。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的滤光器，其中，
所述第1各向异性吸收层及所述第2各向异性吸收层中的至少一个使所述二色性色素在使液晶化合物垂直取向的液晶层中垂直取向。
7.根据权利要求6所述的滤光器，其中，
所述液晶层的取向状态被固定。
8.一种光学装置，其具备权利要求1至7中任一项所述的滤光器。
9.一种头戴式显示器，其具备：
权利要求1至7中任一项所述的滤光器；
导光板；
衍射元件；及
图像显示元件。
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