CN114902115B - 图像显示装置及ar玻璃 - Google Patents

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Abstract

本发明的课题在于提供一种虚拟影像的利用效率高且能够在实际图像上叠加显示亮度均匀性优异的虚拟影像的图像显示装置及利用该图像显示装置的AR玻璃。通过图像显示装置来解决课题，所述图像显示装置具有：显示元件；1层以上的胆甾醇型液晶层，反射显示元件的显示图像；及透明反射元件，将由胆甾醇型液晶层反射的图像朝向胆甾醇型液晶层反射，胆甾醇型液晶层的至少1层存在在厚度方向上面节距发生变化的区域。

Description

图像显示装置及AR玻璃
技术领域
本发明涉及一种AR玻璃等中所使用的图像显示装置及使用该图像显示装置的AR玻璃。
背景技术
近年来，如AR(Augmented Reality(增强现实))玻璃及平视显示器(HUD(Head upDisplay))等显示在实际观察到的场景(实际场景)中叠加显示各种影像及各种信息等虚拟影像的增强现实的显示装置被实用化。
另外，AR玻璃还称为智能玻璃及AR眼镜等。
在图12中概念性地示出显示这种增强现实的图像显示装置的一例。
该图像显示装置100具有显示虚拟影像A(成为虚拟影像A的图像)的显示元件102、透镜104、光束分离器106及曲线半反射镜108。
在图像显示装置100中，由显示元件102显示(投影)的虚拟影像A被透镜104聚光，被光束分离器106反射到曲线半反射镜108上，并被曲线半反射镜108反射，从而被使用人员U观察。
另一方面，实际场景R透射曲线半反射镜108及光束分离器106，从而被使用人员U观察。
因此，在图像显示装置100中，使用人员U能够观察到虚拟影像A与实际场景R叠加的状态的增强现实。
其中，显示增强现实的以往的图像显示装置具有由显示元件102显示的虚拟影像A的利用效率低等问题点。
如上所述，由显示元件102显示的虚拟影像A被光束分离器106反射，被曲线半反射镜108反射，并透射光束分离器106，从而被使用人员U观察。因此，虚拟影像A在由光束分离器106进行反射时被减半，之后透射光束分离器106时也被减半。即，在图像显示装置100中，由显示元件102显示的虚拟影像A被光束分离器106减光为1/4。
另外，虚拟影像A也被曲线半反射镜108减光。通过提高曲线半反射镜108对虚拟影像A的反射率，能够降低曲线半反射镜108对虚拟影像A的减光量。
然而，在这种情况下，实际场景R的曲线半反射镜108的透射率变低，因此实际场景R变暗。
相对于此，在专利文献1中，记载有在图12所示的图像显示装置100中，使用将胆甾醇型液晶相固定而成的胆甾醇型液晶层(胆甾醇型液晶元件)来代替光束分离器106。
专利文献1中所记载的显示装置(光学准直装置)通过使用胆甾醇型液晶层来提高由显示元件102显示的虚拟影像A的利用效率(图像传输性)。
众所周知，胆甾醇型液晶层(胆甾醇型液晶相)选择性地反射特定的波长带的右旋圆偏振光或左旋圆偏振光。
相对于此，在专利文献1中所记载的图像显示装置中，显示元件102组合液晶显示器等射出直线偏振光的显示部件和λ/4片来显示右旋圆偏振光或左旋圆偏振光的虚拟影像A。
作为一例，虚拟影像A设为右旋圆偏振光，并且胆甾醇型液晶层选择性地反射右旋圆偏振光。
作为右旋圆偏振光的虚拟影像A被代替光束分离器106设置的胆甾醇型液晶层反射。
同样地，被胆甾醇型液晶层反射的作为右旋圆偏振光的虚拟影像A被曲线半反射镜108朝向胆甾醇型液晶层反射。其中，通过由该曲线半反射镜108进行反射，作为右旋圆偏振光的虚拟影像A被转换成左旋圆偏振光。
被曲线半反射镜108反射的左旋圆偏振光的虚拟影像A再次入射到胆甾醇型液晶层上。其中，胆甾醇型液晶层选择性地反射右旋圆偏振光。因此，作为左旋圆偏振光的虚拟影像A不会被胆甾醇型液晶层反射，理想的是100％透射。
因此，在使用胆甾醇型液晶层来代替光束分离器106的专利文献1中所记载的图像显示装置中，理想的是能够在胆甾醇型液晶层中虚拟影像A完全不会被减光的状态下照射到由使用人员U观察的位置上。
另外，在该图像显示装置中，在实际场景R中，选择性的反射波长带的右旋圆偏振光被胆甾醇型液晶层反射，但是除此以外的光成分透射。因此，在该图像显示装置中，与图12所示的图像显示装置100同样地，使用人员U也能够观察到虚拟影像A与实际场景R叠加而成的虚拟现实的图像。
以往技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平8-136856号公报
发明内容
发明要解决的技术课题
其中，已知在胆甾醇型液晶层中，在光从倾斜方向入射的情况下，产生选择性的反射波长带向短波长侧移动的所谓的蓝移(短波位移)。具体而言，光从倾斜方向入射表示光从相对于胆甾醇型液晶层的主表面的法线具有角度的方向入射。
即，在光从倾斜方向入射到胆甾醇型液晶层上的情况下，即使为胆甾醇型液晶层的反射波长带的光，由于相对于法线的入射角度，也不会因蓝移而被反射。
在显示将虚拟影像与实际场景叠加而成的增强现实的图像显示装置中，不得不将虚拟影像从倾斜方向入射胆甾醇型液晶层上，因此蓝移的影响大。
并且，在使用胆甾醇型液晶层来显示增强现实的图像显示装置中，关于虚拟影像向胆甾醇型液晶层的光的入射角度，例如若显示元件为液晶显示器等，则根据显示画面中的位置而不同，并且在基于光扫描的显示元件的情况下，根据扫描方向的位置而不同。
因此，如专利文献1所示，在使用胆甾醇型液晶层来显示增强现实的图像显示装置中，由于胆甾醇型液晶层的蓝移而虚拟影像的反射率部分降低，从而虚拟影像的亮度变得不均匀。
本发明的目的在于解决这种以往技术的问题点，并且在于提供一种在显示将虚拟影像与实际场景叠加而成的增强现实的图像显示装置中，通过使用胆甾醇型液晶层来提高由显示元件显示的虚拟影像的利用效率，并且虚拟影像的亮度均匀性优异的图像显示装置及使用该图像显示装置的AR玻璃。
用于解决技术课题的手段
为了解决该课题，本发明具有以下结构。
[1]一种图像显示装置，其特征在于，具有：
显示元件；
胆甾醇型液晶层，反射由显示元件显示的图像且将胆甾醇型液晶相固定而成；及
透明反射元件，将由胆甾醇型液晶层反射的显示元件的图像朝向胆甾醇型液晶层反射，
图像显示装置具有1层以上的胆甾醇型液晶层，并且胆甾醇型液晶层的至少1层具有节距梯度结构，所述节距梯度结构为在通过扫描型电子显微镜观察的胆甾醇型液晶层的截面中存在源自胆甾醇型液晶相的明部及暗部的间隔即面节距发生变化的区域的结构。
[2]根据[1]所述的图像显示装置，其中，胆甾醇型液晶层具有源自液晶化合物的光学轴的朝向沿面内的至少一个方向一边连续旋转一边发生变化的液晶取向图案。
[3]根据[1]或[2]所述的图像显示装置，其具有选择反射中心波长相互不同的多个胆甾醇型液晶层。
[4]根据[2]或[3]所述的图像显示装置，其中，选择反射中心波长相互不同的多个胆甾醇型液晶层具有源自液晶化合物的光学轴的朝向沿面内的至少一个方向一边连续旋转一边发生变化的液晶取向图案，
在将液晶取向图案的、源自液晶化合物的光学轴的朝向一边连续旋转一边发生变化的一个方向上的、源自液晶化合物的光学轴的朝向旋转180°的长度设为一个周期时，在选择反射中心波长相互不同的多个胆甾醇型液晶层中，选择反射中心波长的长度的顺序与一个周期的长度的顺序一致。
[5]根据[1]至[4]中任一项所述的图像显示装置，其中，所有胆甾醇型液晶层均具有节距梯度结构。
[6]根据[1]至[5]中任一项所述的图像显示装置，其中，具有节距梯度结构的胆甾醇型液晶层的选择性的反射波长带为80nm以上。
[7]根据[6]所述的图像显示装置，其仅具有1层胆甾醇型液晶层。
[8]根据[1]至[7]中任一项所述的图像显示装置，其在显示元件与胆甾醇型液晶层之间具有相位差片。
[9]根据[8]所述的图像显示装置，其中，相位差片为λ/4波片。
[10]一种AR玻璃，其具有[1]至[9]中任一项所述的图像显示装置。
发明效果
根据本发明，在显示将虚拟影像与实际场景叠加而成的增强现实的图像显示装置中，能够提高由显示元件显示的虚拟影像的利用效率，并且能够显示亮度均匀性优异的虚拟影像。
附图说明
图1是概念性地示出本发明的图像显示装置的一例的图。
图2是概念性地示出胆甾醇型液晶元件的图。
图3是概念性地示出胆甾醇型液晶元件的另一例的图。
图4是概念性地示出图3所示的胆甾醇型液晶层的平面图。
图5是概念性地示出图3所示的胆甾醇型液晶层的截面的扫描型电子显微镜图像的图。
图6是用于说明图3所示的胆甾醇型液晶层的作用的概念图。
图7是概念性地示出胆甾醇型液晶元件的另一例的图。
图8是概念性地示出胆甾醇型液晶元件的另一例的图。
图9是概念性地示出对取向膜进行曝光的曝光装置的一例的图。
图10是概念性地示出本发明的图像显示装置的另一例的图。
图11是概念性地示出透明反射元件的一例的图。
图12是概念性地示出以往的图像显示装置的一例的图。
具体实施方式
以下，根据附图所示的优选实施例对本发明的图像显示装置及AR玻璃进行详细说明。
在本说明书中，使用“～”表示的数值范围是指将记载于“～”前后的数值作为下限值及上限值而包含的范围。
在本说明书中，“(甲基)丙烯酸酯”以“丙烯酸酯及甲基丙烯酸酯中的一者或两者”的含义而使用。
在本说明书中，“相同”包含技术领域中通常允许的误差范围。并且，在本说明书中，在称为“全部”、“均”及“整体”等的情况下，除了100％的情况以外，还包含技术领域中通常允许的误差范围，例如包含99％以上、95％以上或90％以上的情况。
在本说明书中，可见光为电磁波中以肉眼观察的波长的光，并且表示380～780nm的波长带的光。非可见光为小于380nm的波长带及超过780nm的波长带的光。
并且，并不限定于此，在可见光中，420～490nm的波长带的光为蓝色光，495～570nm的波长带的光为绿色光，620～750nm的波长带的光为红色光。
在图1中概念性地示出本发明的图像显示装置的一例。
本发明的图像显示装置为显示将虚拟影像A与实际场景R叠加而成的增强现实的、AR玻璃、HUD及头戴式显示器(HMD(Head Mounted Display))等中所使用的图像显示装置。
图1所示的图像显示装置10具有显示元件12、透镜14、相位差片16、胆甾醇型液晶元件18及曲线半反射镜20。
在图像显示装置10中，实际场景R透射曲线半反射镜20及胆甾醇型液晶元件18，从而被使用人员U观察。
另一方面，在后面进行详细叙述，由显示元件12显示的虚拟影像A(投影像)被透镜14聚光，被相位差片16转换成规定的圆偏振光，并被胆甾醇型液晶元件18朝向曲线半反射镜20反射。接着，虚拟影像A被曲线半反射镜20朝向胆甾醇型液晶元件18反射，并且转换成相反的圆偏振光，透射胆甾醇型液晶元件18，从而被使用人员U观察。
由此，图像显示装置10的使用人员U观察到将虚拟影像A与实际场景R叠加而成的增强现实。
作为一例，图示例的图像显示装置10为AR玻璃。因此，曲线半反射镜20为AR玻璃中的眼镜透镜。并且，在装配AR玻璃的状态下，显示元件12从上方显示(投影(projection))虚拟影像A。
以下，对构成本发明的图像显示装置的各构成要件进行说明。
[显示元件]
在本发明的图像显示装置10中，显示元件12显示(投影)虚拟影像A。换言之，显示元件12显示(投影)成为虚拟影像A的图像。
在本发明中，显示元件12并无限制，能够利用各种AR玻璃等中所使用的公知的显示元件(显示装置、投影仪)。
因此，显示元件12中所使用的显示器并无限制，例如能够利用各种AR玻璃及HUD等中所使用的公知的显示元件12。作为显示元件12，作为一例，可以例示出液晶显示器(LCD(Liquid Crystal Display))、有机电致发光显示器(OLED(Organic Light EmittingDiode：有机电致发光二极管))、LCOS(Liquid Crystal On Silicon：硅上液晶)显示器、使用激光光源和MEMS(Mic ro Electro Mechanical Systems：微机电系统)元件的扫描型显示器及DLP(Di gital Light Processing：数字光处理)显示器等。
在本发明的图像显示装置10中，显示元件12优选显示直线偏振光的虚拟影像A。
因此，在使用如LCD那样显示直线偏振光的图像的显示器作为显示器的情况下，能够仅由显示器构成显示元件12。
相对于此，在使用OLED等显示无偏振光的图像的显示器作为显示器的情况下，优选由显示器和起偏器组合而构成显示元件12，从而由显示元件12显示直线偏振光的图像。
起偏器并无限制，能够利用各种公知的起偏器。因此，起偏器可以使用碘系起偏器、使用二色性染料的染料系起偏器、多烯系起偏器及使用了通过UV吸收而偏振化的原材料的起偏器等中的任一种。
[透镜]
透镜14为对由显示元件12显示的虚拟影像A进行聚光的公知的聚光透镜。
[相位差片]
相位差片16将由显示元件12显示且由透镜14聚光的直线偏振光的虚拟影像A转换成与胆甾醇型液晶元件18对应的规定的圆偏振光的虚拟影像A。在图示例的图像显示装置10中，相位差片16将直线偏振光的虚拟影像A转换成右旋圆偏振光的虚拟影像A。
相位差片16优选为λ/4片(1/4波片)。
众所周知，胆甾醇型液晶相选择性地反射右旋圆偏振光或左旋圆偏振光。因此，通过使用λ/4片作为相位差片16，能够将直线偏振光的虚拟影像A优选转换成右旋圆偏振光的虚拟影像A，从而提高由显示元件12显示的虚拟影像A的利用效率。
相位差片16能够利用公知的相位差片，例如能够使用聚合物、液晶化合物的固化层及结构双折射层等各种公知的相位差片。
相位差片16优选设为层叠多个相位差片并有效地发挥目标作用的相位差片。若为λ/4片，则优选使用层叠多个相位差片并有效地作为λ/4片而发挥作用的相位差片。例如，国际公开第2013/137464号中所记载的、将λ/2片和λ/4片组合而宽带化的λ/4片能够应对宽带的波长的入射光，从而能够优选使用。
而且，相位差片16优选具有逆波长分散性。通过使相位差片16具有逆波长分散性，能够应对宽带的波长的入射光。
相位差片16根据由显示元件12显示的图像的直线偏振光的偏振方向调节慢轴的方向并配置，以使该直线偏振光成为所期望的回转方向的圆偏振光。
另外，在图1中示出在透镜14的下游配置了相位差片16的例，但是相位差片16可以配置于透镜14的上游，也可以将显示元件12和相位差片16配置成一体。
[胆甾醇型液晶元件]
在图2中概念性地示出胆甾醇型液晶元件18的一例。胆甾醇型液晶元件18具有支撑体24、取向膜26及胆甾醇型液晶层28。
胆甾醇型液晶层28是将胆甾醇型液晶相固定而成的。众所周知，胆甾醇型液晶相具有液晶化合物以螺旋状回转并堆叠而成的螺旋结构，并选择性地反射规定的波长带的右旋圆偏振光或左旋圆偏振光而使除此以外的光透射。
作为一例，图示例的胆甾醇型液晶层28选择性地反射绿色的右旋圆偏振光而使除此以外的光透射。因此，在图像显示装置10中，显示元件12优选显示绿色的单色图像。
在本发明的图像显示装置10中，胆甾醇型液晶层28具有节距梯度结构，所述节距梯度结构为在通过扫描型电子显微镜(SEM：Scanning Electron Micr oscope)观察的截面上存在在厚度方向上源自胆甾醇型液晶相的明部及暗部的间隔即面节距发生变化的区域的结构。
另外，图2所示的胆甾醇型液晶元件18具有支撑体24、取向膜26及胆甾醇型液晶层28，但是本发明并不限于此。
例如，胆甾醇型液晶元件18也可以在形成胆甾醇型液晶层28之后，剥离支撑体24，从而仅具有取向膜26及胆甾醇型液晶层28。或者，胆甾醇型液晶元件18也可以在形成胆甾醇型液晶层28之后，剥离支撑体24及取向膜26，从而仅具有胆甾醇型液晶层28。
＜支撑体＞
支撑体24支撑取向膜26及胆甾醇型液晶层28。
只要能够支撑取向膜26及胆甾醇型液晶层28，则支撑体24能够利用各种片状物(膜、板状物、层)。
另外，支撑体24优选相对于相对应的光的透射率为50％以上，更优选为70％以上，进一步优选为85％以上。
支撑体24的厚度并无限制，只要根据胆甾醇型液晶元件18的用途及支撑体24的形成材料等适当设定能够保持取向膜26、胆甾醇型液晶层28的厚度即可。
支撑体24的厚度优选为1～2000μm，更优选为3～500μm，进一步优选为5～250μm。
支撑体24可以为单层，也可以为多层。
作为单层时的支撑体24，可以例示出由玻璃、三乙酰纤维素(TAC)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚碳酸酯、聚氯乙烯、丙烯酸及聚烯烃等形成的支撑体24。作为多层时的支撑体24的例，可以例示出包括前述单层的支撑体中的任一个等作为基板，并且在该基板的表面上设置其他层的支撑体等。
＜取向膜＞
在图示例的胆甾醇型液晶元件18中，在支撑体24的表面上形成取向膜26。
在形成胆甾醇型液晶层28时，取向膜26为用于将构成胆甾醇型液晶层28的液晶化合物取向为所期望的取向状态(液晶取向图案)的取向膜。
取向膜26能够利用公知的各种取向膜。
例如，可以例示出由聚合物等有机化合物形成的摩擦处理膜、无机化合物的倾斜蒸镀膜、具有微槽的膜以及使ω-二十三烷酸、双十八烷基甲基氯化铵及硬脂酸甲酯等有机化合物的基于朗缪尔-布洛杰特法的LB(Langmuir-Blodgett：朗缪尔-布洛杰特)膜累积而成的膜等。
基于摩擦处理的取向膜26能够通过用纸或布向规定方向摩擦多次聚合物层的表面而形成。
作为取向膜26中所使用的材料，优选为聚酰亚胺、聚乙烯醇、日本特开平9-152509号公报中所记载的具有聚合性基团的聚合物、日本特开2005-097377号公报、日本特开2005-099228号公报及日本特开2005-128503号公报中所记载的取向膜26等的形成中所使用的材料。
在胆甾醇型液晶元件18中，取向膜26也能够利用向光取向性的原材料照射偏振光或非偏振光而形成取向膜26的所谓的光取向膜。即，在胆甾醇型液晶元件18中，作为取向膜26，也能够利用在支撑体24上涂布光取向材料而形成的光取向膜。
关于光取向膜，在形成后述具有源自液晶化合物的光学轴的朝向沿面内的一个方向一边连续旋转一边发生变化的液晶取向图案的胆甾醇型液晶层的情况下，尤其优选利用。
关于偏振光的照射，能够从相对于光取向膜的垂直方向或倾斜方向进行，关于非偏振光的照射，能够从相对于光取向膜的倾斜方向进行。
作为能够用于本发明的取向膜中所使用的光取向材料，例如可以例示出日本特开2006-285197号公报、日本特开2007-076839号公报、日本特开2007-138138号公报、日本特开2007-094071号公报、日本特开2007-121721号公报、日本特开2007-140465号公报、日本特开2007-156439号公报、日本特开2007-133184号公报、日本特开2009-109831号公报、日本专利第3883848号公报及日本专利第4151746号公报中所记载的偶氮化合物、日本特开2002-229039号公报中所记载的芳香族酯化合物、日本特开2002-265541号公报及日本特开2002-317013号公报中所记载的具有光取向性单元的马来酰亚胺和/或经烯基取代的纳迪克酰亚胺化合物、日本专利第4205195号公报及日本专利第4205198号公报中所记载的光交联性硅烷衍生物、日本特表2003-520878号公报、日本特表2004-529220号公报及日本专利第4162850号公报中所记载的光交联性聚酰亚胺、光交联性聚酰胺及光交联性聚酯以及日本特开平9-118717号公报、日本特表平10-506420号公报、日本特表2003-505561号公报、国际公开第2010/150748号、日本特开2013-177561号公报及日本特开2014-12823号公报中所记载能够光二聚化的化合物、尤其肉桂酸酯化合物、查耳酮化合物及香豆素化合物等作为优选例。
其中，优选利用偶氮化合物、光交联性聚酰亚胺、光交联性聚酰胺、光交联性聚酯、肉桂酸酯化合物及查耳酮化合物。
取向膜26的厚度并无限制，只要根据取向膜26的形成材料适当设定可以获得所需要的取向功能的厚度即可。
取向膜26的厚度优选为0.01～5μm，更优选为0.05～2μm。
另外，在本发明中，取向膜26以优选方式设置，并不是必须的构成要件。
例如，可以通过对支撑体24进行摩擦处理的方法、用激光束对支撑体24等进行加工的方法等在支撑体24上形成取向图案，以使支撑体24作为取向膜而发挥作用。
＜胆甾醇型液晶层＞
在胆甾醇型液晶元件18中，在取向膜26的表面上形成胆甾醇型液晶层28。
如上所述，胆甾醇型液晶层28为将胆甾醇型液晶相固定而成的胆甾醇型液晶层。
已知胆甾醇型液晶相在特定的波长下显示选择反射性。
在通常的胆甾醇型液晶相中，选择反射的中心波长(选择反射中心波长)λ取决于胆甾醇型液晶相中的螺旋节距，并遵循胆甾醇型液晶相的平均折射率n与“λ＝n×螺旋节距”的关系。因此，通过调节该螺旋节距，能够调节选择反射中心波长。
关于胆甾醇型液晶相的选择反射中心波长，螺旋节距越长，波长越长。
另外，所谓螺旋节距，即是胆甾醇型液晶相的螺旋结构1节距量(螺旋的周期)。换言之，所谓螺旋节距是螺旋的卷数1次量，即是构成胆甾醇型液晶相的液晶化合物的指向矢旋转360°的螺旋轴方向的长度(参考图3)。例如，若为棒状液晶化合物，则液晶化合物的指向矢为长轴方向。
在形成胆甾醇型液晶层时，胆甾醇型液晶相的螺旋节距取决于与液晶化合物一起使用的手性试剂的种类及手性试剂的添加浓度。因此，通过调节这些，能够获得所期望的螺旋节距。
另外，关于螺旋节距的调节，在FUJIFILM研究报告No.50(2005年)p.60-63中有详细的记载。关于螺旋的旋向及螺旋节距的测定法，能够使用液晶化学实验入门”日本液晶学会编西格玛(Sigma)出版2007年出版、46页及“液晶便览”液晶便览编辑委员会丸善196页中所记载的方法。
并且，胆甾醇型液晶相在特定的波长下对左右中的任一个圆偏振光显示选择反射性。反射光为右旋圆偏振光还是为左旋圆偏振光取决于胆甾醇型液晶相的螺旋的扭转方向(旋向)。在基于胆甾醇型液晶相的圆偏振光的选择反射中，胆甾醇型液晶层的螺旋的扭转方向为右方向时反射右旋圆偏振光，螺旋的扭转方向为左方向时反射左旋圆偏振光。
另外，胆甾醇型液晶相的回转的方向能够通过形成胆甾醇型液晶层的液晶化合物的种类和/或所添加的手性试剂的种类来调节。
并且，在通过扫描型电子显微镜(SEM：Scanning Electron Microscope)观察的胆甾醇型液晶层28的截面上，观察到源自胆甾醇型液晶相所具有的螺旋结构而在厚度方向(在图2中为上下方向)上交替层叠明部42(明线)及暗部44(暗线)而获得的条纹图案。
该明部42及暗部44的间隔(面节距P)基本上取决于胆甾醇型液晶层的螺旋节距。
其中，在本发明的图像显示装置10中，胆甾醇型液晶层28具有节距梯度结构，所述节距梯度结构在通过SEM观察的截面上，在厚度方向即图2的上下方向上源自胆甾醇型液晶相的明部及暗部的间隔即面节距P发生变化。
在图示例中，在胆甾醇型液晶层28中，面节距P朝向图中上方逐渐变大。即，在胆甾醇型液晶层28中，选择反射中心波长即选择性地反射的光的波长带的波长朝向上方逐渐变长。
在以下说明中，在胆甾醇型液晶层中，将在厚度方向上面节距P发生变化的节距梯度结构还称为PG结构(Pitch Gradient结构)。
另外，在本发明的图像显示装置10中，作为一例，胆甾醇型液晶层28的PG结构为在厚度方向上的整个区域中面节距P发生变化的结构。或者，在本发明的图像显示装置10中，胆甾醇型液晶层28的PG结构可以为在除了厚度方向上的上侧的一部分或支撑体24侧的一部分以外的区域中面节距P发生变化的结构。或者，在本发明的图像显示装置10中，胆甾醇型液晶层28的PG结构可以为在除了厚度方向上的上部的一部分及支撑体侧的一部分以外的区域中面节距P发生变化的结构。厚度方向上的上部为与支撑体24相反的一侧。
即，在本发明的图像显示装置10中，胆甾醇型液晶层28只要能够显示目标波长带中的选择性的反射性，则可以在厚度方向上的任何区域中面节距P发生变化。
关于具有PG结构的胆甾醇型液晶层，能够通过如下来形成：使用通过光的照射而产生返回异构化、二聚化以及异构化及二聚化等以使螺旋扭转力(HT P：Helical TwistingPower)发生变化的手性试剂，在形成胆甾醇型液晶层的液晶组合物的固化前或在液晶组合物的固化时，照射使手性试剂的HTP发生变化的波长的光。
例如，使用通过光的照射而HTP变小的手性试剂，从而通过光的照射而手性试剂的HTP降低。
其中，所照射的光被胆甾醇型液晶层的形成材料吸收。因此，例如在从上方即与支撑体24相反的一侧照射了光的情况下，光的照射量从上方朝向下方逐渐变少。即，手性试剂的HTP的降低量从上方朝向下方逐渐变小。因此，在HTP大幅度降低的上方中，螺旋的引起小，因此螺旋节距变长，其结果，面节距P变长。相对于此，在HTP的降低小的下方中，手性试剂通过原本具有的HTP引起螺旋，因此螺旋节距变短，其结果，面节距P变短。
即，在这种情况下，胆甾醇型液晶层在上方选择性地反射长波长的光，在下方选择性地反射与上方相比短波长的光。因此，通过使用在厚度方向上螺旋节距即面节距P发生变化的PG结构的胆甾醇型液晶层，能够选择性地反射宽波长带的光。
在胆甾醇型液晶层中，明部42和暗部44反复2次的量对应于螺旋节距。因此，在通过SEM观察的截面上，相邻的明部42至明部42或暗部44至暗部44的、明部42或暗部44所形成的线在法线方向(正交方向)上的间隔对应于面节距P的1/2节距。
即，关于面节距P，只要将明部42至明部42或暗部44至暗部44的线在法线方向上的间隔设为1/2节距进行测定即可。
另外，在如图示例的通常的胆甾醇型液晶层中，面节距P与胆甾醇型液晶相中的螺旋结构1节距量的螺旋节距一致。
胆甾醇型液晶层28的厚度并无限制，只要根据图像显示装置10的用途等适当设定在目标选择性的反射波长带中能够表现出胆甾醇型液晶层28所需要的反射率的厚度即可。
胆甾醇型液晶层28的厚度优选为0.1～50μm，更优选为0.2～30μm，进一步优选为0.3～20μm。
在本发明的图像显示装置10中，由胆甾醇型液晶元件18的胆甾醇型液晶层28选择性地反射的波长带并无限制，只要根据图像显示装置的用途等适当设定即可。
即，图示例的胆甾醇型液晶层28选择性地反射绿色光，但是本发明并不限于此，胆甾醇型液晶层28可以选择性地反射红色光，也可以选择性地反射蓝色光。
并且，图示例的胆甾醇型液晶元件18仅具有1层胆甾醇型液晶层28，但是本发明并不限于此。即，在本发明中，胆甾醇型液晶元件18可以具有多个胆甾醇型液晶层。
例如，胆甾醇型液晶元件18可以具有选择性地反射红色光的胆甾醇型液晶层和选择性地反射绿色光的胆甾醇型液晶层这2层胆甾醇型液晶层。或者，胆甾醇型液晶元件18可以具有选择性地反射绿色光的胆甾醇型液晶层和选择性地反射蓝色光的胆甾醇型液晶层这2层胆甾醇型液晶层。而且，胆甾醇型液晶元件18可以具有选择性地反射红色光的胆甾醇型液晶层、选择性地反射绿色光的胆甾醇型液晶层及选择性地反射蓝色光的胆甾醇型液晶层这3层胆甾醇型液晶层。
另外，在胆甾醇型液晶元件18具有选择性的反射波长带不同的多个胆甾醇型液晶层的情况下，由各胆甾醇型液晶层反射的圆偏振光回转方向可以相同，也可以不同。
并且，在胆甾醇型液晶元件18具有多个胆甾醇型液晶层的情况下，只要至少1层具有PG结构即可，但是优选所有胆甾醇型液晶层具有PG结构。
若在胆甾醇型液晶层上形成胆甾醇型液晶层，则上层的胆甾醇型液晶层沿用下层的胆甾醇型液晶层的表面上的取向状态。
因此，在胆甾醇型液晶元件18具有多个胆甾醇型液晶层的情况下，在下层的胆甾醇型液晶层和上层的胆甾醇型液晶层的取向状态可以相同时，不需要在每个胆甾醇型液晶层上设置取向膜26而直接在胆甾醇型液晶层上形成胆甾醇型液晶层即可。
但是，在后述具有源自液晶化合物的光学轴的朝向沿面内的一个方向一边连续旋转一边发生变化的液晶取向图案的胆甾醇型液晶层的情况下，优选根据基于胆甾醇型液晶层的选择性的波长带来改变液晶取向图案中的光学轴的旋转周期(衍射结构的周期)的长度。因此，在这种情况下，优选在每1层的胆甾醇型液晶层上形成取向膜26。
另外，在胆甾醇型液晶元件18具有多个胆甾醇型液晶层的情况下，显示元件12也优选相应地使用以2种颜色进行图像显示或以3种颜色进行全色图像的显示的显示元件。
换言之，在显示元件12以2种颜色进行图像显示或以3种颜色进行全色图像的显示的情况下，胆甾醇型液晶元件18也优选相应地具有2层或3层的胆甾醇型液晶层。
在图2所示的胆甾醇型液晶元件18中，胆甾醇型液晶层28的PG结构中的面节距P均朝向上方逐渐变长，但是本发明并不限于此。
即，胆甾醇型液晶层28的PG结构中的面节距P可以朝向支撑体24逐渐变长。
如上所述，胆甾醇型液晶层28通过具有PG结构，相对于不具有PG结构的通常的胆甾醇型液晶层，能够实现宽的反射波长带。
在本发明的图像显示装置中，通过使用PG结构的胆甾醇型液晶层28，能够提高由显示元件12显示的虚拟影像的利用效率，并且能够遍及显示元件12(显示器)的显示的整个表面而显示亮度均匀性高的虚拟影像A。
众所周知，在光从相对于法线具有角度的方向入射的情况下，胆甾醇型液晶层产生反射波长带向短波长侧移动的所谓的蓝移(短波位移)。
另外，法线方向为与片状物(膜、板状物、层)的主表面正交的方向。并且，主表面为片状物的最大面。
因此，在光从倾斜方向入射到胆甾醇型液晶层上的情况下，即使为胆甾醇型液晶层根据螺旋节距原本反射的区域的光，由于相对于法线的入射角度，也不会因蓝移而被反射。
在如AR玻璃及HUD那样显示将虚拟影像与实际场景叠加而成的增强现实的图像显示装置中，不得不将虚拟影像从倾斜方向入射到胆甾醇型液晶层上。因此，在使用胆甾醇型液晶层来显示增强现实的图像显示装置中，由蓝移引起的影响大。
并且，在使用胆甾醇型液晶层来显示增强现实的图像显示装置中，关于虚拟影像向胆甾醇型液晶层的光的入射角度，若为显示元件的液晶显示器等，则根据显示画面中的位置而不同，并且在基于光扫描的显示器的情况下，根据扫描方向的位置而不同。
因此，如专利文献1所示，在使用通常的胆甾醇型液晶层来显示虚拟影像的图像显示装置中，由于胆甾醇型液晶层的蓝移而反射率部分降低，从而虚拟影像的亮度部分降低。
相对于此，在本发明的图像显示装置10中，胆甾醇型液晶层28具有PG结构。因此，胆甾醇型液晶层28的选择反射波长带宽，即使在由于倾斜入射而产生蓝移的情况下，也能够优选反射由显示元件12显示(投影)的绿色的虚拟影像A。
因此，根据本发明的图像显示装置10，如在后面进行详细叙述，使用胆甾醇型液晶层28，能够效率良好地显示虚拟影像A，并且能够显示亮度均匀性高的虚拟影像A。
胆甾醇型液晶层28的反射波长带并无限制，但是优选为80nm以上，更优选为100nm以上，进一步优选为150nm以上，尤其优选为200nm以上。
通过将胆甾醇型液晶层28的选择性的反射波长带设为80nm以上，能够充分体现具有上述PG结构的优点，从而能够更稳定地显示亮度均匀性高的虚拟影像A。
另外，关于胆甾醇型液晶层的选择性的反射波长带的测定，只要通过如下来进行即可：假设在图像显示装置中的配置，将胆甾醇型液晶层28相对于光源(显示元件12)倾斜配置，用分光器测定从光源射出并被胆甾醇型液晶层28反射的光。作为一例，胆甾醇型液晶层28只要以使来自光源的光的射出方向与相对于胆甾醇型液晶层的主表面的法线方向所形成的角度成为45°的方式配置即可。
＜液晶组合物＞
关于具有这种PG结构的胆甾醇型液晶层28，能够使用含有液晶化合物及手性试剂的液晶组合物来形成。
(液晶化合物)
胆甾醇型液晶层的形成中所使用的液晶化合物优选具有2个以上的聚合性基团。即，胆甾醇型液晶层的形成中所使用的液晶化合物优选为聚合性液晶化合物。并且，胆甾醇型液晶层的形成中所使用的液晶化合物优选在300～400nm下的平均摩尔吸光系数小于5000。
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，但是优选为棒状液晶化合物。
作为形成胆甾醇型液晶结构的棒状液晶化合物，可以例示出棒状向列相液晶化合物。作为棒状向列相液晶化合物，优选使用甲亚胺类、氧化偶氮类、氰基联苯类、氰基苯酯类、苯甲酸酯类、环己烷羧酸苯酯类、氰基苯基环己烷类、氰基取代苯基嘧啶类、烷氧基取代苯基嘧啶类、苯基二噁烷类、二苯乙炔类及链烯基环己基苯甲腈类等。不仅能够使用低分子液晶化合物，而且也能够使用高分子液晶化合物。
在聚合性基团的例中，包含不饱和聚合性基团、环氧基及吖丙啶基，优选为不饱和聚合性基团，更优选为烯键式不饱和聚合性基团。能够通过各种方法将聚合性基团导入到液晶化合物的分子中。液晶化合物所具有的聚合性基团的个数在1分子中优选为1～6个，更优选为1～3个。
作为液晶化合物，可以例示出Makromol.Chem.，190卷、2255页(1989年)、AdvancedMaterials 5卷、107页(1993年)、美国专利第4683327号、美国专利第5622648号及美国专利第5770107号的各说明书、国际公开第1995/022586号、国际公开第1995/024455号、国际公开第1997/000600号、国际公开第1998/023580号、国际公开第1998/052905号、国际公开第2016/194327号及国际公开第2016/052367号公报、日本特开平1-272551号公报、日本特开平6-016616号公报、日本特开平7-110469号公报及日本特开平11-080081号公报以及日本特开2001-328973号公报等中所记载的各化合物。
在液晶组合物即胆甾醇型液晶层中可以同时使用2种以上的液晶化合物。若同时使用2种以上的液晶化合物，则有时能够降低取向温度。
并且，液晶组合物中的液晶化合物的添加量并无限制，但是相对于液晶组合物的固体成分质量(去除了溶剂的质量)优选为80～99.9质量％，更优选为85～99.5质量％，进一步优选为90～99质量％。
(手性试剂(Chiral agent)：光学活性化合物)
胆甾醇型液晶层的形成中所使用的手性试剂只要为通过光的照射而HTP发生变化的手性试剂，则能够利用公知的各种手性试剂。其中，优选利用波长313nm下的摩尔吸光系数为30000以上的手性试剂。
手性试剂具有引起胆甾醇型液晶相的螺旋结构的功能。由于通过化合物引起的螺旋的旋向或螺旋节距不同，因此手性化合物只要根据目的选择即可。
作为手性试剂，可以使用公知的化合物，但是优选具有肉桂酰基。作为手性试剂的例，可以例示出液晶器件手册(第3章4-3项、TN、STN用手性试剂、199页、Japan Society forthe Promotion of Science第142委员会编、1989)以及日本特开2003-287623号公报、日本特开2002-302487号公报、日本特开2002-080478号公报、日本特开2002-080851号公报、日本特开2010-181852号公报及日本特开2014-034581号公报等中所记载的化合物。
手性试剂通常包含不对称碳原子，但是不包含不对称碳原子的轴向不对称化合物或表面不对称化合物也能够用作手性试剂。在轴向不对称化合物或表面不对称化合物的例中，包含联萘、螺烯、对二甲苯二聚体及它们的衍生物等。手性试剂也可以具有聚合性基团。
在手性试剂和液晶化合物均具有聚合性基团的情况下，能够通过聚合性手性试剂与聚合性液晶化合物的聚合反应而形成具有从聚合性液晶化合物衍生的重复单元及从手性试剂衍生的重复单元的聚合物。在该方式中，聚合性手性试剂所具有的聚合性基团优选为与聚合性液晶化合物所具有的聚合性基团相同的基团。因此，手性试剂的聚合性基团也优选为不饱和聚合性基团、环氧基或吖丙啶基，进一步优选为不饱和聚合性基团，尤其优选为烯键式不饱和聚合性基团。
并且，手性试剂也可以为液晶化合物。
作为手性试剂，可以优选使用异山梨醇衍生物、异甘露糖醇衍生物及联萘衍生物等。关于异山梨醇衍生物，可以使用BASF公司制造的LC-756等的市售品。
液晶组合物中的手性试剂的含量优选为液晶化合物量的0.01～200摩尔％，更优选为1～30摩尔％。
(聚合引发剂)
液晶组合物优选含有聚合引发剂。在通过紫外线照射进行聚合反应的方式中，所使用的聚合引发剂优选为通过紫外线照射而能够引发聚合反应的光聚合引发剂。
作为光聚合引发剂的例，可以举出α-羰基化合物(记载于美国专利第2367661号、美国专利第2367670号的各说明书中)、偶姻醚(记载于美国专利第2448828号说明书中)、α-烃取代芳香族偶姻化合物(记载于美国专利第2722512号说明书中)、多核醌化合物(记载于美国专利第3046127号、美国专利第2951758号的各说明书中)、三芳基咪唑二聚体和对氨基苯基酮的组合(记载于美国专利第3549367号说明书中)、吖啶及吩嗪化合物(记载于日本特开昭60-105667号公报、美国专利第4239850号说明书中)、酰基膦氧化合物(记载于日本特公昭63-040799号公报、日本特公平5-029234号公报、日本特开平10-095788号公报、日本特开平10-029997号公报、日本特开2001-233842号公报、日本特开2000-080068号公报、日本特开2006-342166号公报、日本特开2013-114249号公报、日本特开2014-137466号公报、日本专利4223071号公报、日本特开2010-262028号公报、日本特表2014-500852号公报中)、肟化合物(记载于日本特开2000-066385号公报、日本专利第4454067号公报中)以及噁二唑化合物(记载于美国专利第4212970号说明书中)等。聚合引发剂例如也能够参考日本特开2012-208494号公报的0500～0547段的记载。
作为能够利用的聚合引发剂，也可以例示出酰基膦氧化合物及肟化合物。
作为酰基膦氧化合物，例如能够使用市售品的IRGACURE810(BASF公司制、化合物名称：双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)-苯基氧化膦)。作为肟化合物，例如能够使用IRGACUREOXE01(BASF公司制)、IRGACURE OXE02(BASF公司制)、TR-PBG-304(常州强力电子新材料股份有限公司制)、AD EKA ARKLS NCI-831、ADEKA ARKLS NCI-930(ADEKA CORPORATION制)及ADEKA ARKLS NCI-831(ADEKA CORPORATION制)等市售品。
聚合引发剂可以仅使用1种，也可以同时使用2种以上。
在形成胆甾醇型液晶层28时，在进行用于使手性试剂的HTP发生变化的光照射之后，进行用于将反射层固化的光照射的情况下，优选使用在用于使手性试剂的HTP发生变化的光照射下难以进行聚合的光聚合引发剂。在这种情况下，液晶组合物中的光聚合引发剂的含量相对于液晶化合物的含量优选为0.05～3质量％，更优选为0.3～1.5质量％。并且，在同时进行用于使手性试剂的HTP发生变化的光照射和用于将胆甾醇型液晶层28固化的光照射的情况下，液晶组合物中的光聚合引发剂的含量相对于液晶化合物的含量优选为0.01～0.3质量％，更优选为0.01～0.2质量％。
(交联剂)
为了提高固化后的膜强度且提高耐久性，液晶组合物可以任意含有交联剂。作为交联剂，能够优选使用通过紫外线、热及湿气等固化的交联剂。
交联剂并无限制，能够根据目的适当选择。例如可以例示出三羟甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯及季戊四醇三(甲基)丙烯酸酯等多官能丙烯酸酯化合物；(甲基)丙烯酸缩水甘油酯及乙二醇二缩水甘油醚等环氧化合物；2,2-双羟基甲基丁醇-三[3-(1-吖丙啶基)丙酸酯]及4,4-双(亚乙基亚氨基羰基氨基)二苯基甲烷等吖丙啶化合物；六亚甲基二异氰酸酯及缩二脲型异氰酸酯等异氰酸酯化合物；在侧链上具有噁唑啉基的聚噁唑啉化合物；以及乙烯基三甲氧基硅烷及N-(2-氨基乙基)3-氨基丙基三甲氧基硅烷等烷氧基硅烷化合物等。
并且，能够根据交联剂的反应性使用公知的催化剂，除了提高膜强度及耐久性以外，还能够提高生产率。催化剂可以单独使用1种，也可以同时使用2种以上。
液晶组合物中的交联剂的含量相对于液晶组合物的固体成分优选为3～20质量％，更优选为5～15质量％。
(取向控制剂)
在液晶组合物中可以添加有助于稳定地或迅速地形成平面取向的胆甾醇型液晶结构的取向控制剂。
作为取向控制剂，例如可以例示出日本特开2007-272185号公报的[0018]至[0043]段等中所记载的氟(甲基)丙烯酸酯系聚合物及日本特开2012-203237号公报的[0031]至[0034]段等中所记载的式(I)～(IV)所表示的化合物等。
取向控制剂可以单独使用1种，也可以同时使用2种以上。
液晶组合物中的取向控制剂的添加量相对于液晶化合物的总质量优选为0.01～10质量％，更优选为0.01～5质量％，进一步优选为0.02～1质量％。
(表面活性剂)
液晶组合物可以包含表面活性剂。
表面活性剂优选为能够作为有助于稳定地或迅速地形成平面取向的胆甾醇型结构的取向控制剂而发挥作用的化合物。作为表面活性剂，例如可以举出硅氧烷系表面活性剂及氟系表面活性剂，优选为氟系表面活性剂。
作为表面活性剂的具体例，可以例示出日本特开2014-119605号公报的[0082]～[0090]段中所记载的化合物、日本特开2012-203237号公报的[0031]～[0034]段中所记载的化合物、日本特开2005-099248号公报的[0092]及[0093]段中所例示的化合物、日本特开2002-129162号公报的[0076]～[0078]段及[0082]～[0085]段中所例示的化合物以及日本特开2007-272185号公报的[0018]～[0043]段等中所记载的氟(甲基)丙烯酸酯类聚合物等。
(其他添加剂)
另外，液晶组合物可以含有选自聚合性单体等各种添加剂中的至少1种。并且，在液晶组合物中，根据需要在不降低光学性能的范围内能够进一步添加聚合抑制剂、抗氧化剂、紫外线吸收剂、光稳定剂、色料及金属氧化物微粒等。
(溶剂)
液晶组合物的制备中所使用的溶剂并无限制，只要根据添加到组合物中的液晶化合物等适当选择即可。
作为溶剂，优选使用有机溶剂。有机溶剂并无限制，能够根据添加到组合物中的液晶化合物等适当选择，例如可以例示出酮类、卤代烷类、酰胺类、亚砜类、杂环化合物、烃类、酯类及醚类等。在这些之中，在考虑对环境的负担的情况下，尤其优选为酮类。
溶剂可以单独使用1种，也可以同时使用2种以上。
＜胆甾醇型液晶层的形成＞
关于胆甾醇型液晶层28，能够通过如下来形成：将使液晶化合物、手性试剂及聚合引发剂、进一步根据需要添加的表面活性剂等溶解于溶剂中而获得的液晶组合物涂布于取向膜26上，并使其干燥而获得涂膜，向该涂膜照射活化光线以将液晶组合物固化。由此，能够形成具有胆甾醇型规则性被固定化的胆甾醇型液晶结构的胆甾醇型液晶层28。
在液晶组合物固化之前或在液晶组合物固化的同时，照射使手性试剂的HTP发生变化的光，从而能够形成具有PG结构的胆甾醇型液晶层28。
另外，将胆甾醇型液晶相固定而成的结构只要为保持成为液晶相的液晶化合物的取向的结构即可。典型地优选如下结构：在将聚合性液晶化合物设为规定的液晶相的取向状态的基础上，通过紫外线照射及加热等进行聚合、固化而形成不具有流动性的层，同时改变成不会因外场或外力而使取向形态发生变化的状态。
另外，在将液晶相固定而成的结构中，只要保持液晶相的光学性质即可，在液晶层中，液晶化合物40可以不显示液晶性。例如，聚合性液晶化合物可以通过固化反应进行高分子量化而失去液晶性。
(涂布及取向)
液晶组合物的涂布方法并无限制，只要根据涂布组合物的性状以及取向膜26及支撑体24的形成材料等适当选择即可。
作为液晶组合物的涂布方法，例如可以例示出绕线棒涂布法、帘涂法、挤压涂布法、直接凹版涂布法、逆向凹版涂布法、模涂法、旋涂法、浸涂法、喷涂法及滑动涂布法等。
并且，可以通过转印另外涂设于支撑体上的液晶组合物来将液晶组合物涂布于取向膜26(胆甾醇型液晶层28)上。并且，也能够喷射液晶组合物。作为喷射方法，可以例示出喷墨法。
通过加热所涂布的液晶组合物以使液晶分子取向。加热温度优选为200℃以下，更优选为130℃以下。通过该取向处理，可以获得液晶化合物扭转取向以具有螺旋轴的结构。
(液晶组合物的固化)
接着，通过使取向后的液晶化合物聚合以将液晶组合物固化，从而形成胆甾醇型液晶层28。多官能性液晶化合物的聚合可以为热聚合及光聚合中的任一个，但是优选为光聚合。
关于用于液晶组合物的固化的光照射，优选通过紫外线照射来进行。紫外线的照度优选为15～1500mW/cm2，更优选为100～600mW/cm2。并且，紫外线的照射能量优选为20mJ/cm2～50J/cm2，更优选为100～1500mJ/cm2。
所照射的紫外线的波长只要根据液晶组合物所含有的液晶化合物等适当选择即可。在液晶组合物的固化中，优选使用在200～430nm下具有发光的光源，更优选使用在300～430nm下具有发光的光源。并且，在照射紫外线时，从防止所使用的原材料的分解及副反应等的观点而言，为了将波长300nm以下的光的透射率抑制在20％以下，也可以使用短波长截止滤光片等。
在形成具有PG结构的胆甾醇型液晶层28时，在液晶组合物固化之前，照射使手性试剂的HTP发生变化的光。或者，在形成具有PG结构的胆甾醇型液晶层28时，可以同时进行用于使手性试剂的HTP发生变化的光照射和用于将液晶组合物固化的光照射。
其中，如上所述，关于PG结构，通过如下而获得：在形成胆甾醇型液晶层28时，照射手性试剂吸收的波长的光来改变厚度方向上的光的照射量即HT P的变化量。因此，形成胆甾醇型液晶层时的光的照射量的差在厚度方向上越大，越能够扩大选择性的反射波长带。
在形成胆甾醇型液晶层28时，为了促进手性试剂的HTP的变化，可以加热进行紫外线的照射。用于促进手性试剂的HTP的变化的紫外线照射时的氧浓度并无限制。因此，该紫外线照射可以在氧气环境下进行，也可以在低氧环境下进行。而且，用于促进液晶化合物的光聚合反应的紫外线的照射优选在加热下和/或在低氧环境下进行。
紫外线照射时的温度优选维持在呈现胆甾醇型液晶相的温度范围内，以使胆甾醇型液晶层不会紊乱。具体而言，紫外线照射时的温度优选为25～140℃，更优选为30～100℃。
并且，紫外线照射时的低氧环境只要通过利用氮气置换等公知的方法降低环境中的氧浓度来形成即可。氧浓度优选为5000ppm以下，更优选为100ppm以下，进一步优选为50ppm以下。
从稳定性的观点考虑，将液晶组合物固化之后的聚合反应速率优选为高，优选为50％以上，更优选为60％以上。关于聚合反应速率，能够通过使用IR吸收光谱测定聚合性官能团的消耗比例来求出。
[曲线半反射镜]
由胆甾醇型液晶元件18(胆甾醇型液晶层28)反射的虚拟影像A入射到曲线半反射镜20上。曲线半反射镜20为本发明中的透明反射元件。
曲线半反射镜20将由胆甾醇型液晶元件18(胆甾醇型液晶层28)反射的虚拟影像A进行聚光而朝向胆甾醇型液晶层28反射并射出到由使用人员U观察的位置上。并且，实际场景R透射曲线半反射镜20及胆甾醇型液晶元件18而到达由使用人员U观察的位置上。
由此，使用人员U能够观察到将虚拟影像A与实际场景R叠加而成的增强现实。
在图示例中，作为优选方式，曲线半反射镜20具有对虚拟影像A进行聚光并反射的反射透镜功能。然而，本发明并不限于此，可以使用通常的半反射镜来代替曲线半反射镜20。
另外，曲线半反射镜20及半反射镜能够利用各种公知的半反射镜。
在图像显示装置10中，在欲使虚拟影像A变亮的情况下，只要提高曲线半反射镜20的反射率即可。相反，在欲使实际场景R变亮的情况下，只要降低曲线半反射镜20的反射率即可。
虽进行后述，但是本发明的图像显示装置10使用胆甾醇型液晶层28，因此由显示元件12显示的虚拟影像A的利用效率高。因此，即使在降低曲线半反射镜20的反射率以使实际图像变亮的情况下，使用人员U也能够观察到足够亮的虚拟影像A。
在本发明的图像显示装置10中，透明反射元件并不限于曲线半反射镜及半反射镜，也能够利用衍射元件。
并且，作为透明反射元件，也能够利用后述具有液晶取向图案的、作为反射型衍射元件而发挥作用的胆甾醇型液晶层。关于使用胆甾醇型液晶层的透明反射元件，在后面进行详细叙述。
[图像显示装置的作用]
以下，通过说明图像显示装置10的作用，对本发明进行更详细的说明。
如上所述，图像显示装置10的显示元件12显示(投影)绿色光的直线偏振光右旋圆偏振光的图像作为虚拟影像A。
由显示元件12显示的直线偏振光的虚拟影像A被透镜14聚光，并被相位差片16转换成右旋圆偏振光。
被相位差片16转换的右旋圆偏振光的虚拟影像A被胆甾醇型液晶元件18的胆甾醇型液晶层28朝向曲线半反射镜20反射。
入射到曲线半反射镜20上的右旋圆偏振光的虚拟影像A被曲线半反射镜20聚光并反射而返回至胆甾醇型液晶元件18。通过该反射，右旋圆偏振光的虚拟影像A被转换成左旋圆偏振光。
左旋圆偏振光的虚拟影像A入射到胆甾醇型液晶元件18上。其中，胆甾醇型液晶元件18的胆甾醇型液晶层28选择性地反射绿色的右旋圆偏振光而使除此以外的光透射。
因此，左旋圆偏振光的虚拟影像A不被胆甾醇型液晶层28反射而透射胆甾醇型液晶元件18，并照射到由使用人员U观察的位置上。
另一方面，在图像显示装置10中，实际场景R透射曲线半反射镜20，进一步除了由胆甾醇型液晶层28选择性地反射的绿色光的右旋圆偏振光以外的光透射胆甾醇型液晶元件18，从而被使用人员U观察。
由此，图像显示装置10的使用人员U能够观察到将虚拟影像A与实际场景R叠加而成的增强现实。
如上所述，在图12所示的以往的图像显示装置100中，由显示元件102显示的虚拟影像A在被光束分离器106反射时光量减半。另外，虚拟影像A在被曲线半反射镜108反射并透射光束分离器106时，光量进一步减半。另外，虚拟影像A也被曲线半反射镜108减少光量。
相对于此，在本发明的图像显示装置10中，理想的是能够几乎消除胆甾醇型液晶元件18对虚拟影像A的光量降低。因此，根据本发明的图像显示装置10，能够大幅度提高由显示元件12显示的虚拟影像A的利用效率。其结果，例如即使提高曲线半反射镜20的透射率以使实际场景R变亮，也能够显示足够亮的虚拟影像A。另外，在本发明的图像显示装置10中，胆甾醇型液晶层28具有PG结构，因此即使由于虚拟影像A的倾斜入射而胆甾醇型液晶层28产生蓝移，如上所述，也能够优选反射由显示元件12显示的虚拟影像A，从而能够显示亮度均匀性良好的虚拟影像A。
[胆甾醇型液晶层的另一例]
在图3中概念性地示出能够用于本发明的图像显示装置10中的胆甾醇型液晶层的另一例。
图2所示的胆甾醇型液晶层28除了具有PG结构以外为通常的胆甾醇型液晶层，对所入射的选择反射波长带的光进行镜面反射。
相对于此，图3所示的胆甾醇型液晶元件30的胆甾醇型液晶层34为具有PG结构且具有规定的液晶取向图案的胆甾醇型液晶层。规定的液晶取向图案为源自液晶化合物的光学轴的朝向沿面内的至少一个方向一边连续旋转一边发生变化的液晶取向图案。
另外，作为优选方式，该胆甾醇型液晶层34也在从相对于法线倾斜的方向(例如60°)入射光时的选择性的反射波长带为80nm以上。
并且，与图2所示的胆甾醇型液晶层28同样地，图3所示的胆甾醇型液晶元件30也具有支撑体24和取向膜26，并且在取向膜26上形成胆甾醇型液晶层34。
该胆甾醇型液晶层34不是对所入射的选择反射波长带的光进行镜面反射，而是衍射入射光而向与镜面反射不同的方向反射。例如，在光从法线方向入射的情况下，向相对于法线具有角度的方向反射，而不是向返回至法线方向的方向反射。即，该胆甾醇型液晶层34为反射型衍射元件(反射型液晶衍射元件)。
以下，关于胆甾醇型液晶层34，除了图3以外，还参考图4及图5进行说明。另外，如上所述，胆甾醇型液晶层34也具有PG结构。因此，作为一例，面节距P(倾斜面节距)朝向上方即与支撑体24分开的方向逐渐变长。
在以下说明中，将胆甾醇型液晶层34的主表面设为X-Y面且将与该X-Y面垂直的截面设为X-Z面而进行说明。即，图3对应于胆甾醇型液晶层34的X-Z面的示意图，图4对应于胆甾醇型液晶层34的X-Y面的示意图。
如图3～图5中概念性所示，胆甾醇型液晶层34也为液晶化合物被胆甾醇型取向的层。并且，图3～图5为构成胆甾醇型液晶层的液晶化合物为棒状液晶化合物时的例。
如图4所示，在胆甾醇型液晶层34的X-Y面上，液晶化合物40沿X-Y面内的彼此平行的多个排列轴D排列，并且在各排列轴D上，液晶化合物40的光学轴40A的朝向向沿排列轴D的面内的一个方向一边连续旋转一边发生变化。其中，为了说明，设为排列轴D朝向X方向。并且，在Y方向上，光学轴40A的朝向相等的液晶化合物40以等间隔取向。
另外，“液晶化合物40的光学轴40A的朝向向沿排列轴D的面内的一个方向一边连续旋转一边发生变化”是指液晶化合物40的光学轴40A与排列轴D所形成的角度根据排列轴D方向的位置而不同，光学轴40A与排列轴D所形成的角度沿排列轴D从θ逐渐变化至θ+180°或θ-180°。即，如图4所示，沿排列轴D排列的多个液晶化合物40的光学轴40A一边沿排列轴D各旋转规定角度一边发生变化。
另外，在排列轴D方向彼此相邻的液晶化合物40的光学轴40A的角度之差优选为45°以下，更优选为15°以下，进一步优选为更小的角度。
并且，在本说明书中，在液晶化合物40为棒状液晶化合物的情况下，液晶化合物40的光学轴40A是指棒状液晶化合物的分子长轴。另一方面，在液晶化合物40为圆盘状液晶化合物的情况下，液晶化合物40的光学轴40A是指与相对于圆盘状液晶化合物的圆盘面的法线方向平行的轴。
在胆甾醇型液晶层34中，在这种液晶化合物40的液晶取向图案中，在面内光学轴40A连续旋转而发生变化的排列轴D方向上，将液晶化合物40的光学轴40A旋转180°的长度(距离)设为液晶取向图案中的一个周期的长度Λ。
即，将相对于排列轴D方向的角度相等的2个液晶化合物40的排列轴D方向的中心之间的距离设为一个周期的长度Λ。具体而言，如图4所示，将排列轴D方向与光学轴40A的方向一致的2个液晶化合物40的排列轴D方向的中心之间的距离设为一个周期的长度Λ。在以下说明中，也将该一个周期的长度Λ称为“一个周期Λ”。
胆甾醇型液晶层34的液晶取向图案在排列轴D方向即光学轴40A的朝向连续旋转而发生变化的一个方向上重复该一个周期Λ。在胆甾醇型液晶元件30中，该一个周期Λ成为衍射元件中的衍射结构的周期。
另一方面，形成胆甾醇型液晶层34的液晶化合物40在与排列轴D方向正交的方向(在图4中为Y方向)即与光学轴40A连续旋转的一个方向正交的Y方向上与光学轴40A的朝向相等。
换言之，形成胆甾醇型液晶层34的液晶化合物40在Y方向上，液晶化合物40的光学轴40A与排列轴D(X方向)所形成的角度相等。
若通过SEM观察图3所示的胆甾醇型液晶层34的X-Z面，则观察到如图5所示的明部42和暗部44交替排列的排列方向相对于主表面(X-Y面)以规定角度倾斜的条纹图案。在这种SEM截面上，以规定角度倾斜的条纹图案中的相邻的明部42至明部42或暗部44至暗部44的、明部42或暗部44所形成的线在法线方向(正交方向)上的间隔对应于面节距P的1/2。
即，在图3～图5所示的明部42及暗部44相对于主表面倾斜的结构中，关于面节距P(倾斜面节距P)，只要将相邻的明部42至明部42或暗部44至暗部44的线在法线方向上的间隔设为1/2节距进行测定即可。
在胆甾醇型液晶元件30中，为了形成具有这种液晶取向图案的胆甾醇型液晶层34，取向膜26需要具有与该液晶取向图案对应的取向图案。
作为具有这种取向图案的取向膜26的形成方法，可以例示出将上述光取向材料用作取向膜26，将取向膜26涂布于支撑体24的表面上并使其干燥之后，通过激光束对取向膜26进行曝光而形成取向图案的方法。
在图9中概念性地示出对取向膜26进行曝光而形成取向图案的曝光装置的一例。
图9所示的曝光装置60具备：具备了激光器62的光源64；改变由激光器62射出的激光束M的偏振方向的λ/2片65；将由激光器62射出的激光束M分离成光线MA及MB这2个的偏振光束分离器68；分别配置于所分离的2个光线MA及MB的光路上的反射镜70A及70B；及λ/4片72A及72B。
另外，光源64射出直线偏振光P0。λ/4片72A将直线偏振光P0(光线MA)转换成右旋圆偏振光PR，λ/4片72B将直线偏振光P0(光线MB)转换成左旋圆偏振光PL。
具有形成取向图案之前的取向膜26的支撑体24配置于曝光部，使2个光线MA及光线MB在取向膜26上交叉并使其干涉，将其干涉光照射到取向膜26上来进行曝光。
通过此时的干涉，照射到取向膜26上的光的偏振状态以干涉条纹状周期性地发生变化。由此，可以获得具有取向状态周期性地发生变化的取向图案的取向膜。在以下说明中，将具有该取向图案的取向膜还称为“图案取向膜”。
在曝光装置60中，通过改变2个光线MA及MB的交叉角α，能够调节取向图案的周期。即，在曝光装置60中，通过调节交叉角α，在源自液晶化合物40的光学轴40A沿一个方向连续旋转的取向图案中，能够调节将光学轴40A所旋转的一个方向上的光学轴40A旋转180°的一个周期的长度。
通过在具有这种取向状态周期性地发生变化的取向图案的取向膜26上形成胆甾醇型液晶层，如后述，能够形成具有源自液晶化合物40的光学轴40A沿一个方向连续旋转的液晶取向图案的胆甾醇型液晶层34。
并且，能够通过将λ/4片72A及72B的光学轴分别旋转90°来使光学轴40A的旋转方向反转。
如上所述，图案取向膜具有取向图案，所述取向图案使液晶化合物40取向，以成为形成于图案取向膜上的胆甾醇型液晶层中的液晶化合物40的光学轴40A的朝向沿面内的至少一个方向一边连续旋转一边发生变化的液晶取向图案。
若将图案取向膜沿使液晶化合物取向的朝向的轴设为取向轴，则可以说图案取向膜具有取向轴的朝向沿面内的至少一个方向一边连续旋转一边发生变化的取向图案。图案取向膜的取向轴能够通过测定吸收各向异性来检测。例如，在使直线偏振光一边旋转一边照射到图案取向膜上并测定了透射图案取向膜的光的光量时，光量成为最大或最小的朝向沿面内的一个方向逐渐变化而被观察。
以下，对基于具有这种液晶取向图案的胆甾醇型液晶层34的衍射的作用进行说明。
在以往的胆甾醇型液晶层中，源自胆甾醇型液晶相的螺旋轴与主表面(X-Y面)垂直，其反射面为与主表面(X-Y面)平行的面。并且，液晶化合物的光学轴相对于主表面(X-Y面)不倾斜。换言之，光学轴与主表面(X-Y面)平行。因此，在图2中也示出，若通过SEM观察以往的胆甾醇型液晶层的X-Z面，则明部和暗部交替排列的排列方向与主表面(X-Y面)垂直。
胆甾醇型液晶相为镜面反射性，因此例如在光从法线方向入射到胆甾醇型液晶层上的情况下，光在法线方向上被反射。
相对于此，胆甾醇型液晶层34使所入射的光相对于镜面反射向排列轴D方向倾斜而反射。胆甾醇型液晶层34为在面内具有光学轴40A沿排列轴D方向(规定的一个方向)一边连续旋转一边发生变化的液晶取向图案的层。以下，参考图6的概念图进行说明。
作为一例，胆甾醇型液晶层34设为与上述同样地选择性地反射绿色光的右旋圆偏振光GR的胆甾醇型液晶层。因此，若光入射到胆甾醇型液晶层34上，则胆甾醇型液晶层34仅反射绿色光的右旋圆偏振光GR而使除此以外的光透射。
其中，在胆甾醇型液晶层34中，液晶化合物40的光学轴40A沿排列轴D方向(一个方向)一边旋转一边发生变化。
形成于胆甾醇型液晶层34上的液晶取向图案为沿排列轴D方向周期性的图案。因此，如图6中概念性所示，入射到胆甾醇型液晶层34上的绿色光的右旋圆偏振光GR向与液晶取向图案的周期对应的方向反射(衍射)，被反射的绿色光的右旋圆偏振光GR向相对于XY面(胆甾醇型液晶层的主表面)向排列轴D方向倾斜的方向反射(衍射)。
作为该结果，如后述，通过使用具有胆甾醇型液晶层34的胆甾醇型液晶元件30，能够大幅度缩小胆甾醇型液晶元件30的配置空间，从而能够实现图像显示装置10的小型化(薄型化)。
在胆甾醇型液晶层34中，通过适当设定作为光学轴40A旋转的一个方向的排列轴D的方向，能够调节光的反射方向(衍射角度)。
并且，在反射相同波长且相同的回转方向的圆偏振光的情况下，通过使朝向排列轴D方向的液晶化合物40的光学轴40A的旋转方向反转，能够使圆偏振光的反射方向反转。
例如，在图3及图4中，朝向排列轴D方向的光学轴40A的旋转方向为顺时针方向且某个圆偏振光向排列轴D方向倾斜而反射，但是通过将其设为逆时针方向，某个圆偏振光向与排列轴D方向相反的方向倾斜而反射。
而且，在具有相同的液晶取向图案的胆甾醇型液晶层中，根据液晶化合物40的螺旋的回转方向即反射的圆偏振光的回转方向而反射方向反转。
例如，在螺旋的回转方向为右扭转的情况下，选择性地反射右旋圆偏振光，并且通过具有光学轴40A沿排列轴D方向向顺时针方向旋转的液晶取向图案以使右旋圆偏振光向排列轴D方向倾斜而反射。
并且，例如在螺旋的回转方向为左扭转的情况下，选择性地反射左旋圆偏振光，具有光学轴40A沿排列轴D方向向顺时针方向旋转的液晶取向图案的液晶层使左旋圆偏振光向与排列轴D方向相反的方向倾斜而反射。
因此，胆甾醇型液晶元件30的胆甾醇型液晶层34根据选择性地反射的圆偏振光的回转方向即螺旋的回转方向设定排列轴D的方向及液晶取向图案中的光学轴40A的旋转方向，以使所入射的光适当地朝向曲线半反射镜20。
图2所示的不具有液晶取向图案的胆甾醇型液晶层28对所入射的光进行镜面反射。因此，如图1所示，为了使虚拟影像A入射到曲线半反射镜20上，具有该胆甾醇型液晶层的胆甾醇型液晶元件18需要以相对于来自显示元件12的虚拟影像A的入射方向具有45°左右的角度的方式配置。即，胆甾醇型液晶元件18需要以使法线相对于光的入射方向及反射方向成为45°的方式配置。
相对于此，作为反射型衍射元件的胆甾醇型液晶层34能够衍射并反射入射光。因此，如图10中概念性所示的图像显示装置10A，能够使胆甾醇型液晶元件18的法线与虚拟影像A的入射方向所形成的角度大于45°。另外，虚拟影像A的入射方向通常为透镜14的光轴的方向。
其结果，如图10所示，大幅度缩小胆甾醇型液晶元件18的配置所需要的空间，从而能够使图像显示装置10A小型化(薄型化)。
另外，在图2所示的例中，以使显示元件12的法线方向及透镜14的光轴的方向与曲线半反射镜20的光轴方向正交的方式配置。因此，不具有液晶取向图案的胆甾醇型液晶层28(胆甾醇型液晶元件18)以使法线相对于光的入射方向及反射方向成为45°的方式配置。在以使显示元件12的法线方向及透镜14的光轴的方向与曲线半反射镜20的光轴方向倾斜而交叉的方式配置的情况下，不具有液晶取向图案的胆甾醇型液晶层28可以以使法线相对于光的入射方向及反射方向成为与45°不同的角度的方式配置。即使在这种情况下，通过使用反射型衍射元件的胆甾醇型液晶层34来缩小胆甾醇型液晶元件18的配置所需要的空间，从而能够使图像显示装置10A小型化(薄型化)。
如上所述，具有这种液晶取向图案的胆甾醇型液晶层34(胆甾醇型液晶元件18)作为反射型衍射元件而发挥作用。
在具有液晶取向图案的胆甾醇型液晶层34中，液晶化合物40的光学轴40A旋转180°的长度即一个周期Λ为作为衍射元件的衍射结构的周期(一个周期)。并且，在胆甾醇型液晶层34中，液晶化合物40的光学轴40A一边旋转一边发生变化的一个方向(排列轴D方向)为衍射结构的周期方向。
在本发明中，衍射元件的一个周期Λ的长度并无限制，只要根据向曲线半反射镜20的入射方向等适当设定即可。
胆甾醇型液晶层34的一个周期的长度优选为0.1～10μm，更优选为0.2～3μm。胆甾醇型液晶层34的一个周期的长度优选根据入射光的波长λ适当设定。
在具有液晶取向图案的胆甾醇型液晶层34中，一个周期Λ越短，反射光相对于入射光的衍射角度越大。即，一个周期Λ越短，反射光相对于镜面反射的角度的差异越大。
并且，在具有该液晶取向图案的胆甾醇型液晶层34中，关于光的反射角度(衍射角)，根据反射光的波长而角度不同。具体而言，波长越长的光，反射光相对于入射光的衍射角度越大。
因此，如上所述，在胆甾醇型液晶元件30具有多层具有该液晶取向图案的胆甾醇型液晶层34的情况下，在多层胆甾醇型液晶层34中，优选选择反射中心波长的顺序与一个周期Λ的顺序一致。
例如设为胆甾醇型液晶元件30具有选择性地反射红色光的胆甾醇型液晶层、选择性地反射绿色光的胆甾醇型液晶层及选择性地反射蓝色光的胆甾醇型液晶层这3层胆甾醇型液晶层34。
在这种情况下，选择性地反射红色光的胆甾醇型液晶层的选择反射中心波长最长，选择性地反射绿色光的胆甾醇型液晶层的选择反射中心波长第二长，选择性地反射蓝色光的胆甾醇型液晶层的选择反射中心波长最短。
因此，此时，关于各胆甾醇型液晶层的液晶取向图案中的一个周期Λ，优选选择性地反射选择反射中心波长最长的红色光的胆甾醇型液晶层的一个周期Λ最长，选择性地反射选择反射中心波长第二长的绿色光的胆甾醇型液晶层的一个周期Λ第二长，选择性地反射选择反射中心波长最短的蓝色光的胆甾醇型液晶层的一个周期Λ最短。
通过设为这种结构，能够使胆甾醇型液晶元件30朝向曲线半反射镜20反射的各色虚拟影像A的反射方向成为相同方向。
其结果，能够将没有颜色偏移的彩色图像作为虚拟影像A射出到由使用人员U观察的位置上。
图3所示的例为如下结构：在胆甾醇型液晶层34的X-Z面上，液晶化合物40使其光学轴40A相对于主表面(X-Y面)平行取向。
然而，本发明并不限于此。例如，如图7中概念性所示，也可以为在胆甾醇型液晶层34的X-Z面上，液晶化合物40使其光学轴40A相对于主表面(X-Y面)倾斜取向的结构。
并且，在图7所示的例中，在胆甾醇型液晶层34的X-Z面上，液晶化合物40相对于主表面(X-Y面)的倾斜角度(倾斜角)在厚度方向(Z方向)上相同，但是本发明并不限定于此。在胆甾醇型液晶层34中，可以具有液晶化合物40的倾斜角在厚度方向上不同的区域。
例如，图8所示的例为如下结构：在液晶层的、取向膜26侧的界面上，液晶化合物40的光学轴40A与主表面平行(预倾角为0)，并且液晶化合物40的倾斜角随着从取向膜26侧的界面沿厚度方向分开而变大，之后使液晶化合物以规定的倾斜角取向直至另一个界面(空气界面)侧。
如此，在胆甾醇型液晶层34中，可以为在上下界面的其中一个界面上液晶化合物的光学轴具有预倾角的结构，也可以为在两个界面上具有预倾角的结构。并且，在两个界面上，预倾角也可以不同。
如此，通过使液晶化合物具有倾斜角(倾斜)，在衍射光时有效的液晶化合物的双折射率变高，能够提高衍射效率。
液晶化合物40的光学轴40A与主表面(X-Y面)所形成的平均角度(平均倾斜角)优选为5～80°，更优选为10～50°。另外，关于平均倾斜角，能够通过用偏振光显微镜观察胆甾醇型液晶层34的X-Z面来测定。其中，在胆甾醇型液晶层34的X-Z面上，液晶化合物40优选使其光学轴40A相对于主表面(X-Y面)向相同的方向倾斜取向。
另外，上述倾斜角为如下值：在用偏振光显微镜观察胆甾醇型液晶层的截面时，在任意5处以上的位置上测定液晶化合物40的光学轴40A与主表面所形成的角度，并将其算术平均而获得的值。
垂直入射到胆甾醇型液晶层34(衍射元件)上的光在液晶层内沿倾斜方向施加弯曲力并倾斜行进。若光在液晶层内行进，则产生与原本设定成相对于垂直入射可以获得所期望的衍射角的衍射周期等条件的偏离，因此产生衍射损耗。
在使液晶化合物倾斜的情况下，与不倾斜的情况相比，存在相对于光所衍射的方位产生更高的双折射率的方位。在该方向上有效的异常光折射率变大，因此作为异常光折射率与寻常光折射率之差的双折射率变高。
根据目标衍射方位来设定倾斜角的方位，从而能够抑制该方位上的与原本的衍射条件的偏差。其结果，认为在使用了具有倾斜角的液晶化合物时能够获得更高的衍射效率。
并且，倾斜角优选为根据胆甾醇型液晶层34的界面的处理来控制。
在支撑体侧的界面上，通过对取向膜进行预倾斜处理，能够控制液晶化合物的倾斜角。例如，在形成取向膜时对取向膜从正面曝光紫外线之后从斜侧进行曝光，从而能够在形成于取向膜上的液晶层中的液晶化合物中产生预倾角。在这种情况下，相对于第2次的照射方向向可以观察到液晶化合物的单轴侧的方向进行预倾斜。但是，与第2次的照射方向垂直的方向的方位上的液晶化合物不进行预倾斜，因此在面内存在进行预倾斜的区域及不进行预倾斜的区域。这是因为，在使光向目标方位衍射时，在其方向上最有助于提高双折射，因此适合提高衍射效率。
而且，也能够向液晶层中或取向膜加入促进预倾角的添加剂。在这种情况下，作为进一步提高衍射效率的因子，能够利用添加剂。
该添加剂也能够用于控制空气侧的界面的预倾角。
其中，在通过SEM观察的胆甾醇型液晶层34的截面上，源自胆甾醇型液晶相的明部及暗部相对于主表面倾斜。在液晶层中，优选在从法线方向及相对于法线倾斜的方向测定面内延迟Re时，在慢轴面内及快轴面内中的任一个中，面内延迟Re最小的方向从法线方向倾斜。具体而言，优选面内延迟Re最小的方向与法线所形成的测定角的绝对值为5°以上。换言之，优选液晶层的液晶化合物相对于主表面倾斜，并且倾斜方向与液晶层的明部及暗部大致一致。
通过使胆甾醇型液晶层34具有这种结构，与液晶化合物和主表面平行的液晶层相比，能够以高衍射效率衍射圆偏振光。
在胆甾醇型液晶层34的液晶化合物40相对于主表面倾斜，并且倾斜方向与明部及暗部大致一致的结构中，对应于反射面的明部及暗部与液晶化合物40的光学轴一致。因此，相对于光的反射(衍射)的液晶化合物的作用变大，能够提高衍射效率。其结果，能够更加提高反射光相对于入射光的光量。
在胆甾醇型液晶层34的快轴面或慢轴面上，胆甾醇型液晶层34的光学轴倾斜角的绝对值优选为5°以上，更优选为10°以上，进一步优选为15°以上。
通过将光学轴倾斜角的绝对值设为10°以上，更优选使液晶化合物40的方向与明部及暗部一致，从能够提高衍射效率的观点而言较为优选。
关于具有这种液晶取向图案及PG结构的胆甾醇型液晶层34，能够通过如下来形成：在以上述方式形成了取向图案的取向膜26上以与上述相同的方式形成胆甾醇型液晶层。
如上所述，具有这种液晶取向图案的胆甾醇型液晶层也能够用作本发明中的透明反射元件来代替曲线半反射镜20。
作为一例，可以例示出如图11的平面图中概念性所示的、具有以使液晶化合物40的光轴的朝向一边连续旋转一边发生变化的一个方向从内侧朝向外侧的同心圆状具有液晶取向图案的、同心圆状的液晶取向图案的胆甾醇型液晶层的透明反射元件20A。
另外，与图4同样地，图11也仅示出取向膜的表面上的液晶化合物40。然而，如图3所示，该胆甾醇型液晶层也具有由该取向膜的表面上的液晶化合物40以螺旋状回转并堆叠液晶化合物40而成的螺旋结构的内容如上所述。但是，用作透明反射元件20A(透明反射元件)的胆甾醇型液晶层可以不具有PG结构。
在透明反射元件20A中所使用的胆甾醇型液晶层中，液晶化合物40的光轴的朝向沿从胆甾醇型液晶层的中心朝向外侧的多个方向、例如由箭头A1表示的方向、由箭头A2表示的方向、由箭头A3表示的方向……一边连续旋转一边发生变化。
并且，沿箭头A1、A2及A3的光轴的旋转方向以胆甾醇型液晶层的中心为界进行反转。
这种具有同心圆状的液晶取向图案、即光轴以放射状连续旋转而发生变化的液晶取向图案的胆甾醇型液晶层根据液晶化合物40的光轴的旋转方向及反射的圆偏振光的方向，能够将入射光作为聚焦光进行反射。
并且，胆甾醇型液晶层除了选择性地反射的波长带及回转方向的光以外进行透射。
即，具备具有该同心圆状的液晶取向图案的胆甾醇型液晶层的透明反射元件20A发挥作为在反射波长下具有选择性的透光性凹面镜的功能，因此通过代替曲线半反射镜20使用，能够构成本发明的图像显示装置。
[图像显示装置的另一个方式]
上述图像显示装置为如下装置：胆甾醇型液晶层的PG结构中的面节距P的变化比较小，例如1层的胆甾醇型液晶层与红色光、绿色光及蓝色光中的任一种颜色的光对应。
然而，本发明并不限于此，上述图像显示装置也可以为如下装置：PG结构中的面节距P的变化大，并且1层的胆甾醇型液晶层例如与红色光及绿色光、绿色光及蓝色光以及红色光、绿色光及蓝色光等多种颜色的波长带(多种颜色量的波长带的宽度)对应。
在以下说明中，将与多种颜色的波长带对应的胆甾醇型液晶层还称为宽反射波长带的胆甾醇型液晶层。
即，宽反射波长带的胆甾醇型液晶层在PG结构中的面节距P的变化(换言之，面节距P的差)非常大，并且选择性的反射波长带非常宽。因此，宽反射波长带的胆甾醇型液晶层为1层，并且能够选择性地反射红色光、绿色光及蓝色光的右旋圆偏振光或左旋圆偏振光。
并且，从红色光至蓝色光的可见光的波长带均能够反射，因此由显示元件12显示的虚拟影像A倾斜入射，即使产生胆甾醇型液晶层的蓝移，也能够优选反射虚拟影像A。因此，即使在使用了宽反射波长带的胆甾醇型液晶层的情况下，也能够显示亮度均匀性高的虚拟影像A。
另外，关于选择性的反射波长带的宽度，能够通过调节形成PG结构时的厚度方向上的光的照射量的差的方法等上述方法来调节。
作为使用宽反射波长带的胆甾醇型液晶层的本发明的图像显示装置，作为一例，可以例示出在胆甾醇型液晶元件18中，使用该宽反射波长带的胆甾醇型液晶层来代替胆甾醇型液晶层28，除此以外，与图1所示的图像显示装置10完全相同的结构的图像显示装置。
另外，如上所述，宽反射波长带的胆甾醇型液晶层为1层，并且能够反射整个可见光区域的右旋圆偏振光或左旋圆偏振光。因此，作为显示元件12，优选使用显示基于红色图像、绿色图像及蓝色图像的、全色图像的显示元件(显示器)。
并且，使用宽反射波长带的胆甾醇型液晶层的本发明的图像显示装置的胆甾醇型液晶层优选仅为1层。
另外，宽反射波长带的胆甾醇型液晶层对使用多层并无限制，使用宽反射波长带的胆甾醇型液晶层的本发明的图像显示装置可以具有2层以上的胆甾醇型液晶层。
以上，对本发明的图像显示装置及AR玻璃进行了详细说明，但是本发明并不限定于上述例，在不脱离本发明的宗旨的范围内，当然可以进行各种改善或变更。
实施例
以下举出实施例对本发明的特征进行更具体的说明。以下实施例所示的材料、试剂、使用量、物质量、比例、处理内容及处理步骤等，只要不脱离本发明的主旨，则能够适当变更。因此，本发明的范围不应被以下所示的具体例做限定性解释。
[比较例1]
(取向膜的形成)
作为支撑体，准备了玻璃基板。通过旋涂将下述取向膜形成用涂布液涂布于支撑体上。将形成有该取向膜形成用涂布液的涂膜的支撑体在60℃的热板上干燥60秒钟，从而形成了取向膜。
取向膜形成用涂布液
-光取向用原材料-
[化学式1]
(取向膜的曝光)
向所获得的取向膜P-1照射(50mJ/cm2、使用超高压汞灯)偏振光紫外线，从而进行了取向膜P-1的曝光。
(胆甾醇型液晶层的形成)
作为形成胆甾醇型液晶层的液晶组合物，制备了下述组合物A-1。该组合物A-1为形成反射右旋圆偏振光的胆甾醇型液晶层(胆甾醇型液晶相)的液晶组合物。
组合物A-1
棒状液晶化合物L-1
[化学式2]
手性试剂Ch-1
[化学式3]
流平剂T-1
[化学式4]
在取向膜P-1上涂布了上述组合物A-1。
将组合物A-1的涂膜在80℃的热板上加热了3分钟(180sec)。之后，在80℃下，在氮气环境下，使用高压汞灯以600mJ/cm2的照射量向涂膜照射波长365nm的紫外线，以将组合物A-1固化而使液晶化合物的取向固定化，从而形成了胆甾醇型液晶层。
通过SEM观察胆甾醇型液晶层的截面。
其结果，明部和暗部与胆甾醇型液晶层的主表面平行，并且厚度方向上的明部和暗部的间隔即面节距几乎恒定。从明部及暗部测定的胆甾醇型液晶相的面节距为0.4μm。另外，关于面节距，将明部至明部或暗部至暗部的线在法线方向上的间隔设为1/2节距进行了测定。
如上所述，在此所述的明部及暗部为通过SEM观察胆甾醇型液晶层的截面时可以观察到的源自胆甾醇型液晶相的明部及暗部。
[实施例1]
以与比较例1相同的方式在支撑体上形成取向膜P-1，并进行了曝光。
(胆甾醇型液晶层的形成)
作为形成胆甾醇型液晶层的液晶组合物，制备了下述组合物A-2。该组合物A-2为形成反射右旋圆偏振光的胆甾醇型液晶层(胆甾醇型液晶相)的液晶组合物。
组合物A-2
手性试剂Ch-2
[化学式5]
在取向膜P-1上涂布了上述组合物A-2。
将组合物A-2的涂膜在80℃的热板上加热了3分钟。
之后，在80℃下，在大气环境下，使用高压汞灯，经由300nm的长波通滤光片及350nm的短波通滤光片进行了用于使手性试剂的HTP发生变化的第一次曝光。第一次曝光以在波长315nm下进行测定的光的照射量成为10mJ/cm2的方式进行。
而且，在80℃下，在氮气环境下，使用高压汞灯以600mJ/cm2的照射量向涂膜照射波长365nm的紫外线，从而进行了用于将液晶组合物固化的第二次曝光。由此，将组合物A-2固化而使液晶化合物的取向固定化，从而形成了胆甾醇型液晶层。
通过SEM观察胆甾醇型液晶层的截面。
其结果，观察到明部和暗部与胆甾醇型液晶层的主表面平行，并且厚度方向上的明部和暗部的间隔即面节距从取向膜侧朝向与取向膜分开的一侧沿厚度方向连续增大的状态。并且，面节距的平均值为0.4μm。
[实施例2]
以与比较例1相同的方式在支撑体上形成取向膜P-1，并进行了曝光。
(胆甾醇型液晶层的形成)
作为形成胆甾醇型液晶层的液晶组合物，制备了下述组合物A-3。该组合物A-3为形成反射右旋圆偏振光的胆甾醇型液晶层(胆甾醇型液晶相)的液晶组合物。
组合物A-3
手性试剂Ch-3
[化学式6]
在取向膜P-1上涂布了上述组合物A-3。
将组合物A-3的涂膜在100℃的热板上加热了3分钟。
之后，在100℃下，在氮气环境下，使用高压汞灯，经由300nm的长波通滤光片及350nm的短波通滤光片进行了用于使手性试剂的HTP发生变化的第一次曝光。第一次曝光以在波长315nm下进行测定的光的照射量成为9mJ/cm2的方式进行。
而且，在100℃下，在氮气环境下，使用高压汞灯以1000mJ/cm2的照射量向涂膜照射波长365nm的紫外线，从而进行了用于将液晶组合物固化的第二次曝光。由此，将组合物A-3固化而使液晶化合物的取向固定化，从而形成了胆甾醇型液晶层。
通过SEM观察胆甾醇型液晶层的截面。
其结果，观察到明部和暗部与胆甾醇型液晶层的主表面平行，并且厚度方向上的明部和暗部的间隔即面节距从取向膜侧朝向与取向膜分开的一侧沿厚度方向连续增大的状态。另外，与实施例1相比，从取向膜侧朝向与取向膜分开的一侧的面节距的变化大。并且，面节距的平均值为0.4μm。
[实施例3]
以与比较例1相同的方式在支撑体上形成了取向膜P-1。
(取向膜的曝光)
使用图9所示的曝光装置对取向膜进行曝光，从而形成了具有取向图案的取向膜PG-1。
在曝光装置中，使用射出波长(325nm)的激光束的装置作为激光器。将基于干涉光的曝光量设为300mJ/cm2。另外，关于通过2个激光束的干涉而形成的取向图案的一个周期(光学轴旋转180°的长度)，通过改变2个光的交叉角(交叉角α)来控制。
(胆甾醇型液晶层的形成)
在实施例1中，在形成胆甾醇型液晶层的组合物A-2中，将手性试剂Ch-1的量变更为3.9质量份，除此以外，以相同的方式制备了组合物A-4。
使用该组合物A-4，除此以外，以与实施例1相同的方式形成了胆甾醇型液晶层。
用偏振光显微镜确认了胆甾醇型液晶层具有如图4所示的液晶化合物的光学轴朝向一个方向旋转的周期性的液晶取向图案。
将胆甾醇型液晶层沿着沿液晶化合物的光学轴的旋转方向的方向进行切割，并通过SEM观察截面。
其结果，明部和暗部相对于胆甾醇型液晶相的主表面倾斜。并且，观察到从取向膜侧朝向与取向膜分开的一侧，明部与暗部的间隔即倾斜的面节距在厚度方向上连续增大，并且明部和暗部的倾斜角也连续增大的形状。另外，关于相对于主表面倾斜的明部及暗部的面节距，将明部至明部或暗部至暗部的倾斜面在法线方向上的间隔设为1/2节距。倾斜角(明部/暗部的倾斜角)为明部及暗部相对于胆甾醇型液晶层的主表面所形成的角度。
通过SEM观察截面的结果，相对于主表面倾斜的明部及暗部的面节距(倾斜面节距)的厚度方向上的平均值为0.37μm。并且，在胆甾醇型液晶层的液晶取向图案中，液晶化合物的光学轴旋转180°的一个周期为0.61μm。
[评价]
(反射波长带)
使用可变角度分光光度计(MURAKAMI COLOR RESEARCH LABORAT ORY CO.,LTD.制、GSP-1B型)，并通过上述方法测定了胆甾醇型液晶层的反射波长带。
另外，关于反射波长带的测定，在比较例1、实施例1及实施例2中，从胆甾醇型液晶层相对于法线倾斜了45°的方向入射光来进行，在实施例3中，从胆甾醇型液晶层相对于法线倾斜了60°的方向入射光来进行。另外，在实施例3中，根据波长而反射角度不同，因此改变光接收部的角度进行了测定。
(亮度的均匀性)
使用所制作的胆甾醇型液晶层(胆甾醇型液晶元件)，制作了如图1所示的图像显示装置。
关于显示元件(光源)，使用波长532nm的激光器，在光源的前表面配置圆偏振片，将右旋圆偏振光的光入射到胆甾醇型液晶层上。
在比较例1、实施例1及实施例2中，胆甾醇型液晶层以使透镜的光轴与胆甾醇型液晶层的法线所形成的角度成为45°的方式配置，在实施例3中，胆甾醇型液晶层以使透镜的光轴与胆甾醇型液晶层的法线所形成的角度成为60°的方式配置。
使从显示元件向胆甾醇型液晶元件的入射光的光路以与透镜的光轴一致的状态为中心在±20°的范围内发生变化而入射光，并用功率计测定了来自曲面镜的反射光。即，在比较例1、实施例1及实施例2中，在胆甾醇型液晶层相对于法线25～65°的范围内入射光，在实施例3中，在胆甾醇型液晶层相对于法线40～80°的范围内入射光。
根据功率计的测定结果，通过来自曲面镜的反射光量相对于在±20°的范围内的入射角的平均值来评价了亮度均匀性。
其结果，实施例2的亮度均匀性最高(评价A)，其次是实施例1及实施例3的亮度均匀性高(评价B)，比较例的亮度均匀性最低(评价C)。
另外，实施例1和实施例3的亮度均匀性的评价等同，但是实施例3以使法线相对于透镜的光轴成为60°的方式配置胆甾醇型液晶层，因此能够使装置整体薄型化。
将结果示于下述表中。
[表1]
根据以上结果，可以明确本发明的效果。
产业上的可利用性
能够优选利用AR玻璃及HUD等显示增强现实的图像显示装置。
符号说明
10、10A、100-图像显示装置，12、102-显示元件，14、104-透镜，16-相位差片，18、30-胆甾醇型液晶元件，20、108-曲线半反射镜，20A-透明反射元件，24-支撑体，26-取向膜，28、34-胆甾醇型液晶层40-液晶化合物，40A-光学轴，42-明部，44-暗部，60-曝光装置，62-激光器，64-光源，65-λ/2片，68-偏振光束分离器，70A、70B-反射镜，72A、72B-λ/4片，106-光束分离器，A-虚拟影像，R-实际场景，GR-绿色光的右旋圆偏振光，M-激光束，MA、MB-光线，PO-直线偏振光，PR-右旋圆偏振光，PL-左旋圆偏振光，U-使用人员，D-排列轴，Λ-一个周期(衍射结构的周期)，P-面节距。

Claims (9)

1.一种图像显示装置，其特征在于，具有：
显示元件；
胆甾醇型液晶层，其是将胆甾醇型液晶相固定而成的，反射由所述显示元件显示的图像；及
透明反射元件，将由所述胆甾醇型液晶层反射的所述显示元件的图像朝向所述胆甾醇型液晶层反射，
所述图像显示装置具有1层以上的所述胆甾醇型液晶层，并且所述胆甾醇型液晶层的至少1层具有节距梯度结构，所述节距梯度结构为在通过扫描型电子显微镜观察的所述胆甾醇型液晶层的截面中存在源自所述胆甾醇型液晶相的明部及暗部的间隔即面节距发生变化的区域的结构，
所述胆甾醇型液晶层具有源自液晶化合物的光学轴的朝向沿面内的至少一个方向一边连续旋转一边发生变化的液晶取向图案，
进而，所述胆甾醇型液晶层中，所述明部和所述暗部相对于所述胆甾醇型液晶层的主表面倾斜，朝向所述胆甾醇型液晶层的厚度方向，所述面节距连续增大，并且所述明部和所述暗部的倾斜角也连续增大。
2.根据权利要求1所述的图像显示装置，其中，所述图像显示装置具有选择反射中心波长相互不同的多个所述胆甾醇型液晶层。
3.根据权利要求2所述的图像显示装置，其中，
在将所述液晶取向图案的、源自所述液晶化合物的光学轴的朝向一边连续旋转一边发生变化的所述一个方向上的、源自所述液晶化合物的光学轴的朝向旋转180°的长度设为一个周期时，在所述选择反射中心波长相互不同的多个所述胆甾醇型液晶层中，所述选择反射中心波长的长度的顺序与所述一个周期的长度的顺序一致。
4.根据权利要求1或2所述的图像显示装置，其中，
所有所述胆甾醇型液晶层均具有所述节距梯度结构。
5.根据权利要求1或2所述的图像显示装置，其中，
具有所述节距梯度结构的胆甾醇型液晶层的选择性的反射波长带为80nm以上。
6.根据权利要求5所述的图像显示装置，其中，所述图像显示装置仅具有1层所述胆甾醇型液晶层。
7.根据权利要求1或2所述的图像显示装置，其中，所述图像显示装置在所述显示元件与所述胆甾醇型液晶层之间具有相位差片。
8.根据权利要求7所述的图像显示装置，其中，
所述相位差片为λ/4波片。
9.一种AR玻璃，其具有权利要求1至8中任一项所述的图像显示装置。
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