JP2022063534A - 表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光の利用効率を向上することにある。【解決手段】本実施形態の表示装置は、直線偏光の表示光を出射するように構成された表示領域を有する表示パネルと、第１円偏光を透過し、前記第１円偏光とは逆回りの第２円偏光を反射する第１半透過素子と、前記表示パネルと前記第１半透過素子との間に配置された第１位相差板と、前記第１半透過素子から離間し、前記第１円偏光を反射し、前記第２円偏光を透過する第２半透過素子と、前記第１半透過素子と前記第２半透過素子との間に配置され、面内で互いに直交する方向の屈折率がほぼ同等であり、法線方向の屈折率が面内の屈折率とは異なる屈折率異方性を有する第２位相差板と、前記第２半透過素子に対向し、前記第２円偏光を集光するレンズ作用を有する第１素子と、を備えている。【選択図】図３

Description

本発明の実施形態は、表示装置に関する。

近年では、ユーザの頭部に装着されるヘッドマウントディスプレイを用いて、例えば仮想現実（ＶＲ：ＶｉｒｔｕａｌＲｅａｌｉｔｙ）を提供する技術が注目されている。ヘッドマウントディスプレイは、ユーザの眼前に設けられたディスプレイに画像が表示されるように構成されている。これにより、ヘッドマウントディスプレイを装着したユーザは、臨場感のある仮想現実空間を体験することができる。

特表２００３－５０４６６３号公報 特表２００３－５２９７９５号公報 特開２０１８－１０６１６０号公報 特開２０１９－５３１５２号公報 特開２０１９－１４８６２６号公報 特開２０１９－１４８６２７号公報

本実施形態の目的は、光の利用効率を向上することが可能な表示装置を提供することにある。

本実施形態の表示装置は、
直線偏光の表示光を出射するように構成された表示領域を有する表示パネルと、第１円偏光を透過し、前記第１円偏光とは逆回りの第２円偏光を反射する第１半透過素子と、前記表示パネルと前記第１半透過素子との間に配置された第１位相差板と、前記第１半透過素子から離間し、前記第１円偏光を反射し、前記第２円偏光を透過する第２半透過素子と、前記第１半透過素子と前記第２半透過素子との間に配置され、面内で互いに直交する方向の屈折率がほぼ同等であり、法線方向の屈折率が面内の屈折率とは異なる屈折率異方性を有する第２位相差板と、前記第２半透過素子に対向し、前記第２円偏光を集光するレンズ作用を有する第１素子と、を備えている。

図１は、本実施形態に係る表示装置を適用したヘッドマウントディスプレイ１の外観の一例を示す斜視図である。 図２は、図１に示したヘッドマウントディスプレイ１の構成の概要を説明するための図である。 図３は、表示装置ＤＳＰの第１構成例を示す断面図である。 図４は、図３に示した液晶素子１０の一例を示す断面図である。 図５は、図４に示した液晶層ＬＣ１における配向パターンの一例を示す平面図である。 図６は、図３に示した光学素子２０の一例を示す断面図である。 図７は、図３に示した光学素子２０の一例を示す断面図である。 図８は、図３に示した光学素子２０の変形例を示す断面図である。 図９は、表示装置ＤＳＰの光学作用を説明するための図である。 図１０は、第１部分Ｐ１１に到達する光路を説明するための図である。 図１１は、図１０に示した角度Θと反射面ＲＳ２の傾斜角度θ２との関係を説明するための図である。 図１２は、図３に示した表示装置ＤＳＰに適用可能な照明装置３の一構成例を示す平面図である。 図１３は、ヘッドマウントディスプレイ１の第１構成例を示す断面図である。 図１４は、図１３に示した第１光学素子２０Ｂ、第２光学素子２０Ｇ、及び、第３光学素子２０Ｒを説明するための図である。 図１５は、ヘッドマウントディスプレイ１の第２構成例を示す断面図である。 図１６は、ヘッドマウントディスプレイ１の第３構成例を示す断面図である。 図１７は、図１６に示したヘッドマウントディスプレイ１の光学作用を説明するための図である。 図１８は、ヘッドマウントディスプレイ１の第４構成例を示す断面図である。 図１９は、図１８に示したヘッドマウントディスプレイ１の光学作用を説明するための図である。 図２０は、ヘッドマウントディスプレイ１の第５構成例を示す断面図である。 図２１は、図２０に示したヘッドマウントディスプレイ１の光学作用を説明するための図である。 図２２は、表示装置ＤＳＰの第６構成例を示す断面図である。 図２３は、図２２に示した光学素子３０の一例を示す断面図である。 図２４は、図２２に示した表示装置ＤＳＰの光学作用を説明するための図である。 図２５は、ヘッドマウントディスプレイ１の第６構成例を示す断面図である。

以下、本実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、開示はあくまで一例に過ぎず、当業者において、発明の主旨を保っての適宜変更について容易に想到し得るものについては、当然に本発明の範囲に含有されるものである。また、図面は、説明をより明確にするため、実際の態様に比べて、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同一又は類似した機能を発揮する構成要素には同一の参照符号を付し、重複する詳細な説明を適宜省略することがある。

なお、図面には、必要に応じて理解を容易にするために、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、及び、Ｚ軸を記載する。Ｘ軸に沿った方向を第１方向Ｘと称し、Ｙ軸に沿った方向を第２方向Ｙと称し、Ｚ軸に沿った方向を第３方向Ｚと称する。Ｘ軸及びＹ軸によって規定される面をＸ－Ｙ平面と称し、Ｘ－Ｙ平面を見ることを平面視という。

図１は、本実施形態に係る表示装置を適用したヘッドマウントディスプレイ１の外観の一例を示す斜視図である。ヘッドマウントディスプレイ１は、例えば、右眼用の表示装置ＤＳＰＲと、左眼用の表示装置ＤＳＰＬと、を備えている。ユーザがヘッドマウントディスプレイ１を頭部に装着した状態では、表示装置ＤＳＰＲは当該ユーザの右眼の眼前に位置するように配置され、また、表示装置ＤＳＰＬは当該ユーザの左眼の眼前に位置するように配置されている。

図２は、図１に示したヘッドマウントディスプレイ１の構成の概要を説明するための図である。表示装置ＤＳＰＲは、表示装置ＤＳＰＬと実質的に同様に構成されている。

表示装置ＤＳＰＲは、表示パネル２Ｒと、照明装置３Ｒと、点線で示した光学システム４Ｒと、を備えている。照明装置３Ｒは、表示パネル２Ｒの背面に配置され、表示パネル２Ｒを照明するように構成されている。光学システム４Ｒは、表示パネル２Ｒの前面（あるいはユーザの右眼ＥＲと表示パネル２Ｒとの間）に配置され、表示パネル２Ｒからの表示光を右眼ＥＲに導くように構成されている。

表示パネル２Ｒは、例えば、液晶パネルである。表示パネル２Ｒは、照明装置３Ｒと光学システム４Ｒとの間に配置されている。表示パネル２Ｒには、例えば、ドライバＩＣチップ５Ｒ及びフレキシブルプリント回路基板６Ｒが接続されている。ドライバＩＣチップ５Ｒは、表示パネル２Ｒの駆動を制御する（特に、表示パネル２Ｒの表示動作を制御する）。

表示装置ＤＳＰＬは、表示パネル２Ｌと、照明装置３Ｌと、点線で示した光学システム４Ｌと、を備えている。照明装置３Ｌは、表示パネル２Ｌの背面に配置され、表示パネル２Ｌを照明するように構成されている。光学システム４Ｌは、表示パネル２Ｌの前面（あるいはユーザの左眼ＥＬと表示パネル２Ｌとの間）に配置され、表示パネル２Ｌからの表示光を左眼ＥＬに導くように構成されている。

表示パネル２Ｌは、例えば、液晶パネルである。表示パネル２Ｌは、照明装置３Ｌと光学システム４Ｌとの間に配置されている。表示パネル２Ｌには、例えば、ドライバＩＣチップ５Ｌ及びフレキシブルプリント回路基板６Ｌが接続されている。ドライバＩＣチップ５Ｌは、表示パネル２Ｌの駆動を制御する（特に、表示パネル２Ｌの表示動作を制御する）。

表示装置ＤＳＰＲを構成する表示パネル２Ｒ、照明装置３Ｒ、及び、光学システム４Ｒは、それぞれ表示装置ＤＳＰＬを構成する表示パネル２Ｌ、照明装置３Ｌ、及び、光学システム４Ｌと同様に構成されている。

本実施形態に係る表示装置ＤＳＰにおいては、表示パネル２Ｒ及び２Ｌは、液晶パネルに限らず、有機エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）素子、マイクロＬＥＤ、ミニＬＥＤなどの自発光型の発光素子を備えた表示パネルであってもよい。表示パネルが発光素子を備えた表示パネルである場合、照明装置３Ｒ及び３Ｌは省略される。

外部に設けられたホストコンピュータＨは、表示パネル２Ｌ及び２Ｒとそれぞれ接続されている。ホストコンピュータＨは、表示パネル２Ｌ及び２Ｒに表示される画像に対応した画像データを出力する。表示パネル２Ｌに表示される画像は、左眼用の画像（あるいはユーザの左眼ＥＬで視認される画像）である。また、表示パネル２Ｒに表示される画像は、右眼用の画像（あるいはユーザの右眼ＥＲで視認される画像）である。

例えば、ヘッドマウントディスプレイ１がＶＲ用として利用される場合、左眼用の画像及び右眼用の画像は、両目の視差を再現した互いに類似する画像である。表示パネル２Ｌに表示された左眼用の画像がユーザの左眼ＥＬで視認され、また、表示パネル２Ｒに表示された右眼用の画像がユーザの右眼ＥＲで視認された場合には、ユーザは仮想現実空間として立体的な空間（３次元空間）を把握することができる。

なお、表示パネル２Ｒ及び２Ｌは、左眼ＥＬの眼前及び右眼ＥＲの眼前に亘って延びた単一の表示パネルとして構成されていてもよい。また、照明装置３Ｒ及び３Ｌは、左眼ＥＬの眼前及び右眼ＥＲの眼前に亘って延びた単一の照明装置として構成されてもよい。

次に、本実施形態に係る表示装置ＤＳＰの第１構成例について説明する。

《第１構成例》
図３は、表示装置ＤＳＰの第１構成例を示す断面図である。
表示装置ＤＳＰは、表示パネル２と、光学システム４と、を備えている。なお、ここでは、表示パネル２の詳細の図示を省略するとともに、照明装置の図示を省略している。ここで説明する表示装置ＤＳＰは、上記の表示装置ＤＳＰＲ及びＤＳＰＬの各々に適用することができる。また、表示パネル２は、上記の表示パネル２Ｒ及び２Ｌの各々に適用することができる。また、光学システム４は、上記の光学システム４Ｒ及び４Ｌの各々に適用することができる。

表示パネル２は、Ｘ－Ｙ平面に亘って延在した平板状に形成されている。表示パネル２の詳細については後述するが、表示領域ＤＡにおいて直線偏光の表示光ＤＬを出射するように構成されている。例えば、表示パネル２は偏光板を備え、直線偏光の表示光ＤＬは偏光板を介して出射される。
ここで説明する第１構成例に限らず、他の構成例においても同様に、表示パネル２は、液晶パネルに限らない。表示パネル２が自発光型の発光素子を備えた表示パネルである場合、上記の通り照明装置３は省略される。また、この場合、発光素子から出射された表示光ＤＬは、偏光板を透過して直線偏光の表示光ＤＬに変換される。

光学システム４は、第１構造体４Ａ及び第２構造体４Ｂを備えている。第１構造体４Ａは、第２構造体４Ｂから離間している。図３に示す例では、第１構造体４Ａと第２構造体４Ｂとの間には、空気層４Ｃが設けられている。第１構造体４Ａは、表示パネル２と第２構造体４Ｂとの間（あるいは表示パネル２と空気層４Ｃとの間）に配置されている。

第１構造体４Ａは、第１位相差板Ｒ１と、第１半透過素子Ｈ１と、第２位相差板Ｒ２と、を備えている。第１位相差板Ｒ１は、１／４波長板であり、透過する光に対して１／４波長の位相差を付与するものである。

第１半透過素子Ｈ１は、後に詳述するが、コレステリック液晶を有する光学素子２０を備えている。光学素子２０は、特定波長の光のうち、第１円偏光を透過し、第１円偏光とは逆回りの第２円偏光を第２構造体４Ｂに向けて反射するものである。光学素子２０は、簡略化して示す反射面ＲＳ１を有している。表示パネル２と第１位相差板Ｒ１との境界（あるいはＸ－Ｙ平面と平行な面）を基準面ＲＦとしたとき、反射面ＲＳ１と基準面ＲＦとのなす角度θ１は、基準面ＲＦから時計周りに鋭角である。

第２位相差板Ｒ２は、Ｃプレート相当の屈折率異方性を有している。すなわち、第２位相差板Ｒ２の面内（Ｘ－Ｙ平面内）で互いに直交する方向の屈折率をそれぞれｎｘ及びｎｙとし、第２位相差板Ｒ２の法線方向あるいは厚さ方向（第３方向Ｚ）の屈折率をｎｚとしたとき、屈折率ｎｘ及び屈折率ｎｙはほぼ同等であり、屈折率ｎｚは面内の屈折率ｎｘとは異なる（ｎｘ＝ｎｙ≠ｎｚ）。つまり、第２位相差板Ｒ２の面内位相差は、ほぼゼロである。なお、第２位相差板Ｒ２の屈折率異方性は、ｎｘ＝ｎｙ＞ｎｚで表されるネガ型であってもよいし、ｎｘ＝ｎｙ＜ｎｚで表されるポジ型であってもよい。このような第２位相差板Ｒ２は、法線に沿った光路を通る光に対して位相差を付与せず、法線に対して斜め方向の光路を通る光に対して１／２波長の位相差を付与するものである。

第１位相差板Ｒ１、第１半透過素子Ｈ１、及び、第２位相差板Ｒ２は、Ｘ－Ｙ平面において、表示領域ＤＡよりも広い範囲に亘って延在している。但し、第１位相差板Ｒ１は、少なくとも表示領域ＤＡを覆っていればよい。また、第１位相差板Ｒ１、第１半透過素子Ｈ１、及び、第２位相差板Ｒ２は、この順に、第３方向Ｚに沿って積層されている。第１位相差板Ｒ１は表示パネル２に接し、第１半透過素子Ｈ１は第１位相差板Ｒ１に接し、第２位相差板Ｒ２は第１半透過素子Ｈ１に接している。第１位相差板Ｒ１は、表示パネル２と第１半透過素子Ｈ１との間に配置されている。第１半透過素子Ｈ１は、第１位相差板Ｒ１と第２位相差板Ｒ２との間に位置している。

第２構造体４Ｂは、第２半透過素子Ｈ２と、第１素子Ｌ１と、を備えている。

第２半透過素子Ｈ２は、後に詳述するが、コレステリック液晶を有する光学素子２０を備えている。光学素子２０は、特定波長の光のうち、第２円偏光を透過し、第１円偏光を第１構造体４Ａに向けて反射するものである。光学素子２０は、簡略化して示す反射面ＲＳ２を有している。表示パネル２と第１位相差板Ｒ１との境界（あるいはＸ－Ｙ平面と平行な面）を基準面ＲＦとしたとき、反射面ＲＳ２と基準面ＲＦとのなす角度θ２は、基準面ＲＦから時計周りに鋭角である。

第１素子Ｌ１は、後に詳述するが、液晶素子１０を備えている。液晶素子１０は、特定波長の光に対して１／２波長の位相差を付与するとともに、第２円偏光を集光するレンズ作用を有するものである。なお、ここでは、円偏光を集光するレンズ作用を有する素子の一例として、液晶素子１０を挙げたが、同等のレンズ作用を有するものであれば、液晶を利用した素子に限定されるものではない。

第２半透過素子Ｈ２及び第１素子Ｌ１は、Ｘ－Ｙ平面において、表示領域ＤＡよりも広い範囲に亘って延在している。また、第２半透過素子Ｈ２及び第１素子Ｌ１は、第３方向Ｚに沿って積層されている。第１素子Ｌ１は、第２半透過素子Ｈ２に接している。第２半透過素子Ｈ２は、第１半透過素子Ｈ１及び第２位相差板Ｒ２から離間しており、第３方向Ｚにおいて、空気層４Ｃを介して第２位相差板Ｒ２と対向している。第１半透過素子Ｈ１及び第２半透過素子Ｈ２は、第３方向Ｚにおいて、間隔をおいて対向しており、両者の間に第２位相差板Ｒ２及び空気層４Ｃが介在している。第２位相差板Ｒ２は、第１半透過素子Ｈ１と第２半透過素子Ｈ２との間に配置されている。第１素子Ｌ１は、第２半透過素子Ｈ２に対向している。

表示領域ＤＡは、第１端部Ｅ１と、第１端部Ｅ１とは反対側の第２端部Ｅ２と、を有している。第１半透過素子Ｈ１、第２位相差板Ｒ２、第２半透過素子Ｈ２、及び、第１素子Ｌ１は、第１端部Ｅ１よりも外側に延在した第１部分Ｐ１１と、第２端部Ｅ２よりも外側に延在した第２部分Ｐ１２と、を有している。図３に示す例では、第１部分Ｐ１１及び第２部分Ｐ１２は、第１方向Ｘに沿って延在している。第１部分Ｐ１１の第１方向Ｘに沿った幅Ｗ１は、第２部分Ｐ１２の第１方向Ｘに沿った幅Ｗ２より大きい（Ｗ１＞Ｗ２）。

図３において、第１部分Ｐ１１は表示領域ＤＡに対して右側に位置し、第２部分Ｐ１２は表示領域ＤＡに対して左側に位置している。第２半透過素子Ｈ２の反射面ＲＳ２は、図の右側（第１部分Ｐ１１が位置する側）の端部Ｅ１１と、図の左側（第２部分が位置する側）の端部Ｅ１２と、を有している。反射面ＲＳ２は、端部Ｅ１１が表示パネル２から離間する側に位置し、且つ、端部Ｅ１２が表示パネル２に近接する側に位置するように傾斜している。

表示パネル２及び第１位相差板Ｒ１は、空気層を介することなく互いに密着していることが望ましい。また、第１構造体４Ａを構成する第１位相差板Ｒ１、第１半透過素子Ｈ１、及び、第２位相差板Ｒ２は、空気層を介することなく互いに密着していることが望ましい。さらに、第２構造体４Ｂを構成する第２半透過素子Ｈ２及び第１素子Ｌ１は、空気層を介することなく互いに密着していることが望ましい。これにより、部材間の界面での不所望な反射あるいは屈折を抑制することができる。

なお、第１位相差板Ｒ１は、例えば、少なくとも緑波長の光に対して１／４波長の位相差を付与するものであるが、これに限らない。例えば、第１位相差板Ｒ１としては、赤波長、緑波長、及び、青波長の各々の光に対しても略１／４波長の位相差を付与する広帯域型の位相差板を適用することができる。このような広帯域型の位相差板としては、例えば、１／４波長板の遅相軸と１／２波長板の遅相軸とが所定の角度をなす状態で、１／４波長板と１／２波長板とを貼り合わせたものなどを適用することができる。これにより、第１位相差板Ｒ１における波長依存性を緩和することができる。

図４は、図３に示した液晶素子１０の一例を示す断面図である。液晶素子１０は、基板１１と、配向膜ＡＬ１１と、液晶層（第１液晶層）ＬＣ１と、配向膜ＡＬ１２と、基板１２と、を備えている。基板１１及び１２は、光を透過する透明基板であり、例えば、透明なガラス板または透明な合成樹脂板によって構成されている。

配向膜ＡＬ１１は、基板１１の内面１１Ａに配置されている。図４に示す例では、配向膜ＡＬ１１は、基板１１に接しているが、配向膜ＡＬ１１と基板１１との間に他の薄膜が介在していてもよい。
配向膜ＡＬ１２は、基板１２の内面１２Ａに配置されている。図４に示す例では、配向膜ＡＬ１２は、基板１２に接しているが、配向膜ＡＬ１２と基板１２との間に他の薄膜が介在していてもよい。配向膜ＡＬ１２は、第３方向Ｚにおいて、配向膜ＡＬ１１と対向している。
配向膜ＡＬ１１及びＡＬ１２は、例えば、ポリイミドによって形成され、いずれもＸ－Ｙ平面に沿った配向規制力を有する水平配向膜である。

液晶層ＬＣ１は、配向膜ＡＬ１１及びＡＬ１２の間に配置され、配向膜ＡＬ１１及びＡＬ１２に接している。液晶層ＬＣ１は、第３方向Ｚに沿った厚さｄ１を有している。液晶層ＬＣ１は、第３方向Ｚに沿った配向方向が揃ったネマティック液晶を有している。

すなわち、液晶層ＬＣ１は、複数の液晶構造体ＬＭＳ１を有している。１つの液晶構造体ＬＭＳ１に着目すると、液晶構造体ＬＭＳ１は、その一端側に位置する液晶分子ＬＭ１１と、その他端側に位置する液晶分子ＬＭ１２と、を有している。液晶分子ＬＭ１１は配向膜ＡＬ１１に近接し、液晶分子ＬＭ１２は配向膜ＡＬ１２に近接している。液晶分子ＬＭ１１の配向方向、及び、液晶分子ＬＭ１２の配向方向は、ほぼ一致している。また、液晶分子ＬＭ１１と液晶分子ＬＭ１２との間の他の液晶分子ＬＭ１の配向方向も、液晶分子ＬＭ１１の配向方向とほぼ一致している。なお、ここでの液晶分子ＬＭ１の配向方向とは、Ｘ－Ｙ平面における液晶分子の長軸の方向に相当する。

また、液晶層ＬＣ１において、第１方向Ｘに沿って隣接する複数の液晶構造体ＬＭＳ１は、互いに配向方向が異なっている。同様に、第２方向Ｙに沿って隣接する複数の液晶構造体ＬＭＳ１についても、互いに配向方向が異なっている。配向膜ＡＬ１１に沿って並んだ複数の液晶分子ＬＭ１１の配向方向、及び、配向膜ＡＬ１２に沿って並んだ複数の液晶分子ＬＭ１２の配向方向は、連続的（あるいは線形）に変化している。

このような液晶層ＬＣ１は、液晶分子ＬＭ１１及び液晶分子ＬＭ１２を含む液晶分子ＬＭ１の配向方向が固定された状態で硬化している。つまり、液晶分子ＬＭ１の配向方向は、電界に応じて制御されるものではない。このため、液晶素子１０は、配向制御のための電極を備えていない。

液晶層ＬＣ１の屈折率異方性あるいは複屈折性（液晶層ＬＣ１の異常光に対する屈折率ｎｅと常光に対する屈折率ｎｏとの差分）をΔｎとしたとき、液晶層ＬＣ１のリタデーション（位相差）Δｎ・ｄ１は、特定波長λの１／２に設定されている。

図５は、図４に示した液晶層ＬＣ１における配向パターンの一例を示す平面図である。図５には、液晶層ＬＣ１のＸ－Ｙ平面における空間位相の一例が示されている。ここに示す空間位相は、液晶構造体ＬＭＳ１に含まれる液晶分子ＬＭ１のうち、配向膜ＡＬ１１に近接する液晶分子ＬＭ１１の配向方向として示している。

図中の点線で示した同心円では、空間位相が揃っている。あるいは、隣接する２つの同心円で囲まれた環状領域では、液晶分子ＬＭ１１の配向方向が揃っている。但し、隣接する環状領域の液晶分子ＬＭ１１の配向方向は、互いに異なっている。

例えば、液晶層ＬＣ１は、平面視において、第１環状領域Ｃ１と、第２環状領域Ｃ２と、を有している。第２環状領域Ｃ２は、第１環状領域Ｃ１の外側に位置している。第１環状領域Ｃ１は、同一方向に配向した複数の第１液晶分子ＬＭ１１１によって構成されている。また、第２環状領域Ｃ２は、同一方向に配向した複数の第２液晶分子ＬＭ１１２によって構成されている。第１液晶分子ＬＭ１１１の配向方向は、第２液晶分子ＬＭ１１２の配向方向とは異なっている。

同様に、同心円の中心の領域から、径方向に沿って並んだ液晶分子ＬＭ１１の配向方向は、互いに異なり、連続的に変化している。つまり、図示したＸ－Ｙ平面内において、液晶層ＬＣ１の空間位相は、径方向に沿って異なり、連続的に変化している。

このような構成の液晶素子１０に特定波長λの第２円偏光が入射した場合、第２円偏光は、同心円の中心に向かって集光され、しかも、液晶素子１０の透過光は、第２円偏光とは逆回りの第１円偏光に変換される。

図６及び図７は、図３に示した光学素子２０の一例を示す断面図である。図６は第１方向Ｘ及び第３方向Ｚによって規定されるＸ－Ｚ断面を示し、図７は第２方向Ｙ及び第３方向Ｚによって規定されるＹ－Ｚ断面を示している。以下、主として図６を参照しながら説明する。

光学素子２０は、基板２１と、配向膜ＡＬ２１と、液晶層（第２液晶層）ＬＣ２と、配向膜ＡＬ２２と、基板２２と、を備えている。基板２１及び２２は、光を透過する透明基板であり、例えば、透明なガラス板または透明な合成樹脂板によって構成されている。

配向膜ＡＬ２１は、基板２１の内面２１Ａに配置されている。図６に示す例では、配向膜ＡＬ２１は、基板２１に接しているが、配向膜ＡＬ２１と基板２１との間に他の薄膜が介在していてもよい。
配向膜ＡＬ２２は、基板２２の内面２２Ａに配置されている。図６に示す例では、配向膜ＡＬ２２は、基板２２に接しているが、配向膜ＡＬ２２と基板２２との間に他の薄膜が介在していてもよい。配向膜ＡＬ２２は、第３方向Ｚにおいて、配向膜ＡＬ２１と対向している。
配向膜ＡＬ２１及びＡＬ２２は、例えば、ポリイミドによって形成され、いずれもＸ－Ｙ平面に沿った配向規制力を有する水平配向膜である。

液晶層ＬＣ２は、配向膜ＡＬ２１及びＡＬ２２の間に配置され、配向膜ＡＬ２１及びＡＬ２２に接している。液晶層ＬＣ２は、第３方向Ｚに沿った厚さｄ２を有している。液晶層ＬＣ２は、コレステリック液晶を有している。なお、図６では、図面の簡略化のため、１つの液晶分子ＬＭ２は、Ｘ－Ｙ平面内に位置する複数の液晶分子のうち、平均的配向方向を向いている液晶分子を代表して示している。

すなわち、液晶層ＬＣ２は、複数の液晶構造体ＬＭＳ２を有している。１つの液晶構造体ＬＭＳ２に着目すると、液晶構造体ＬＭＳ２は、その一端側に位置する液晶分子ＬＭ２１と、その他端側に位置する液晶分子ＬＭ２２と、を有している。液晶分子ＬＭ２１は配向膜ＡＬ２１に近接し、液晶分子ＬＭ２２は配向膜ＡＬ２２に近接している。液晶分子ＬＭ２１及び液晶分子ＬＭ２２を含む複数の液晶分子ＬＭ２は、旋回しながら第３方向Ｚに沿って螺旋状に積み重ねられ、コレステリック液晶を構成している。つまり、液晶構造体ＬＭＳ２は、コレステリック液晶に相当する。液晶構造体ＬＭＳ２は、螺旋ピッチＰを有している。螺旋ピッチＰは、螺旋の１周期（３６０度）を示す。例えば、液晶層ＬＣ２の厚さｄ２は、螺旋ピッチＰの数倍以上である。液晶構造体ＬＭＳ２の螺旋軸ＡＸは、液晶層ＬＣ２の法線方向つまり第３方向Ｚに平行である。

また、図６に示すように、液晶層ＬＣ２において、第１方向Ｘに沿って隣接する複数の液晶構造体ＬＭＳ２は、互いに配向方向が異なっている。配向膜ＡＬ２１に沿って並んだ複数の液晶分子ＬＭ２１の配向方向、及び、配向膜ＡＬ２２に沿って並んだ複数の液晶分子ＬＭ２２の配向方向は、連続的に変化している。

なお、図７に示すように、液晶層ＬＣ２において、第２方向Ｙに沿って隣接する複数の液晶構造体ＬＭＳ２は、互いに配向方向が揃っている。つまり、配向膜ＡＬ２１に沿って並んだ複数の液晶分子ＬＭ２１の配向方向は、ほぼ一致し、また、配向膜ＡＬ２２に沿って並んだ複数の液晶分子ＬＭ２２の配向方向は、ほぼ一致している。

液晶層ＬＣ２は、配向膜ＡＬ２１と配向膜ＡＬ２２との間に、一点鎖線で示すような複数の反射面ＲＳを有している。複数の反射面ＲＳは、互いに略平行である。反射面ＲＳは、ブラッグの法則に従って、入射光のうち、一部の円偏光を反射し、他の円偏光を透過する。ここでの反射面ＲＳは、液晶分子ＬＭ２の配向方向が揃った面、あるいは、空間位相が揃った面（等位相面）に相当する。

図６に示すＸ－Ｚ断面においては、反射面ＲＳは、液晶層ＬＣ２の主面ＬＳに対して傾斜している。ここでの主面ＬＳは、例えば、液晶層ＬＣ２と配向膜ＡＬ２１との境界であり、図３に示した基準面ＲＦと平行な面であり、また、Ｘ－Ｙ平面と平行な面である。
また、図７に示すＹ－Ｚ断面においては、反射面ＲＳは、液晶層ＬＣ２の主面ＬＳと平行である。つまり、複数の反射面ＲＳの各々は、図６及び図７に示すように、一定方向に延びる略平面形状を有している。

液晶構造体ＬＭＳ２は、特定波長λの光のうち、コレステリック液晶の旋回方向と同じ旋回方向の円偏光を反射する。例えば、コレステリック液晶の旋回方向が右回りの場合、特定波長λの光のうち、右回りの円偏光を反射し、左回りの円偏光を透過する。同様に、コレステリック液晶の旋回方向が左回りの場合、特定波長λの光のうち、左回りの円偏光を反射し、右回りの円偏光を透過する。

このような液晶層ＬＣ２は、液晶分子ＬＭ２１及び液晶分子ＬＭ２２を含む液晶分子ＬＭ２の配向方向が固定された状態で硬化している。つまり、液晶分子ＬＭ２の配向方向は、電界に応じて制御されるものではない。このため、光学素子２０は、配向制御のための電極を備えていない。

一般的に、垂直入射した光に対するコレステリック液晶の選択反射帯域Δλは、コレステリック液晶の螺旋ピッチＰ、異常光に対する屈折率ｎｅ、常光に対する屈折率ｎｏに基づいて、「ｎｏ＊Ｐ～ｎｅ＊Ｐ」で示される。このため、反射面ＲＳにおいて特定波長λの円偏光を効率よく反射するためには、特定波長λが選択反射波長帯Δλに含まれるように、螺旋ピッチＰ、屈折率ｎｅ及びｎｏが設定される。

図３に示した第１半透過素子Ｈ１の光学素子２０、及び、第２半透過素子Ｈ２の光学素子２０は、それぞれ、図６に示したコレステリック液晶に相当する液晶構造体ＬＭＳ２を含む液晶層ＬＣ２を有している。図３に示した第１半透過素子Ｈ１における反射面ＲＳ１及び第２半透過素子Ｈ２における反射面ＲＳ２は、それぞれ、図６に示した反射面ＲＳに相当し、液晶層ＬＣ２の主面ＬＳに対して傾斜している。

第１半透過素子Ｈ１及び第２半透過素子Ｈ２において、それぞれの液晶構造体（コレステリック液晶）ＬＭＳ２は、同一波長の円偏光を反射するべく、同等の螺旋ピッチを有している。また、第１半透過素子Ｈ１においては第２円偏光を反射し、第２半透過素子Ｈ２においては第１円偏光を反射するべく、第１半透過素子Ｈ１及び第２半透過素子Ｈ２において、それぞれの液晶構造体（コレステリック液晶）ＬＭＳ２は、互いに逆回りに旋回している。

図８は、図３に示した光学素子２０の変形例を示す断面図である。図８は、Ｘ－Ｚ断面を示している。図８に示す変形例は、図６等に示した例と比較して、液晶構造体ＬＭＳ２の螺旋軸ＡＸが液晶層ＬＣ２の法線方向（第３方向Ｚ）に対して傾斜している点で相違している。

液晶層ＬＣ２において、第１方向Ｘに沿って隣接する複数の液晶構造体ＬＭＳ２は、互いに配向方向が異なっている。配向膜ＡＬ２１に沿って並んだ複数の液晶分子ＬＭ２１の配向方向、及び、配向膜ＡＬ２２に沿って並んだ複数の液晶分子ＬＭ２２の配向方向は、連続的に変化している。

液晶層ＬＣ２は、配向膜ＡＬ２１と配向膜ＡＬ２２との間に、一点鎖線で示すような複数の反射面ＲＳを有している。複数の反射面ＲＳは、互いに略平行である。反射面ＲＳは、ブラッグの法則に従って、入射光のうち、一部の円偏光を反射し、他の円偏光を透過する。図８に示すＸ－Ｚ断面においては、反射面ＲＳは、液晶層ＬＣ２の主面ＬＳに対して傾斜している。なお、Ｙ－Ｚ断面においては、図７に示した例と同様に、反射面ＲＳは、主面ＬＳと平行である。

このような変形例においても、図６及び図７に示した例と同様の光学特性を実現できる。

図９は、表示装置ＤＳＰの光学作用を説明するための図である。

まず、表示パネル２は、第１直線偏光ＬＰ１の表示光ＤＬを出射する。ここでの第１直線偏光ＬＰ１とは、例えば紙面に垂直な方向に振動する直線偏光である。表示光ＤＬは、第１位相差板Ｒ１を透過する際に、１／４波長の位相差が付与される。これにより、表示光ＤＬは、第１位相差板Ｒ１を透過する際に、第１円偏光ＣＰ１に変換される。ここでの第１円偏光ＣＰ１とは、例えば左回りの円偏光である。

第１位相差板Ｒ１を透過した第１円偏光ＣＰ１は、第１半透過素子Ｈ１（光学素子２０）を透過する。

第１半透過素子Ｈ１を透過した第１円偏光ＣＰ１は、第２位相差板Ｒ２をほぼ垂直に透過する。図３を参照して説明したように、第２位相差板Ｒ２の面内位相差がゼロであるため、第２位相差板Ｒ２をほぼ垂直に透過する光の偏光状態は、維持される。つまり、第２位相差板Ｒ２をほぼ垂直に透過した光は、第１円偏光ＣＰ１である。

第２位相差板Ｒ２を透過した第１円偏光ＣＰ１は、第２半透過素子Ｈ２（光学素子２０）で反射される。このとき、図９において拡大して示すように、第２半透過素子Ｈ２に対してほぼ垂直に入射した第１円偏光ＣＰ１は、反射面ＲＳ２において、斜め方向に反射される。第１円偏光ＣＰ１の反射角度は、反射面ＲＳ２の傾斜角度θ２によって制御される。なお、第１円偏光ＣＰ１が反射面ＲＳ２で反射された際には、偏光状態が維持される。つまり、反射面ＲＳ２での反射光は、第１円偏光ＣＰ１である。

第２半透過素子Ｈ２で反射された第１円偏光ＣＰ１は、第２位相差板Ｒ２を斜めに透過する。図３を参照して説明したように、第２位相差板Ｒ２は、斜め方向に透過する光に対して１／２波長の位相差を付与する。このため、第２位相差板Ｒ２を斜め方向に透過した光は、第１円偏光ＣＰ１とは逆回りの第２円偏光ＣＰ２に変換される。ここでの第２円偏光ＣＰ２とは、例えば右回りの円偏光である。

第２位相差板Ｒ２を透過した第２円偏光ＣＰ２は、第１半透過素子Ｈ１（光学素子２０）で反射される。このとき、図９において拡大して示すように、第１半透過素子Ｈ１に対して斜め方向に入射した第２円偏光ＣＰ２は、反射面ＲＳ１において、第１半透過素子Ｈ１の法線方向に反射される。第２円偏光ＣＰ２の反射角度は、反射面ＲＳ１の傾斜角度θ１によって制御される。なお、第２円偏光ＣＰ２が反射面ＲＳ１で反射された際には、偏光状態が維持される。つまり、反射面ＲＳ１での反射光は、第２円偏光ＣＰ２である。

第１半透過素子Ｈ１で反射された第２円偏光ＣＰ２は、第２位相差板Ｒ２をほぼ垂直に透過し、偏光状態が維持される。第２位相差板Ｒ２を透過した第２円偏光ＣＰ２は、第２半透過素子Ｈ２を透過する。第２半透過素子Ｈ２を透過した第２円偏光ＣＰ２は、第１素子Ｌ１（液晶素子１０）において、第１円偏光ＣＰ１に変換されるとともにレンズ作用を受けてユーザの瞳Ｅに集光される。

このような表示装置ＤＳＰによれば、光学システム４は、第１半透過素子Ｈ１と第２半透過素子Ｈ２との間を３回通る光路を有している。つまり、光学システム４において、第１半透過素子Ｈ１と第２半透過素子Ｈ２との間の光学的な距離は、実際の第１半透過素子Ｈ１と第２半透過素子Ｈ２との間隔（あるいは空気層４Ｃの厚さ）の約３倍となる。表示パネル２は、レンズ作用を有する液晶素子１０の焦点よりも内側に設置されている。これにより、ユーザは、拡大された虚像を観察することができる。

このような第１構成例によれば、表示装置ＤＳＰを構成する各部材での吸収や各部材間での反射を無視すると、表示パネル２から出射された表示光ＤＬのほぼ１００％を瞳Ｅに集光することができ、光の利用効率を向上することができる。

また、ガラスや樹脂などで形成された光学部品を備える光学システムと比較して、第３方向Ｚに沿った厚さを薄くすることができ、しかも、軽量化を実現することができる。

なお、図９を参照して説明した第１円偏光ＣＰ１を第２円偏光ＣＰ２に置換してもよい。

ここで、図３に示した第１部分Ｐ１１の幅Ｗ１の規定方法の一例について図１０及び図１１を参照しながら説明する。

図１０は、第１部分Ｐ１１に到達する光路を説明するための図である。ここでは、特に、表示領域ＤＡの第１端部Ｅ１付近から出射された表示光ＤＬの光路について着目する。
表示光ＤＬは、第１位相差板Ｒ１、第１半透過素子Ｈ１、第２位相差板Ｒ２をほぼ垂直に透過し、第２半透過素子Ｈ２において斜め方向に反射された後に、第２位相差板Ｒ２及び第１半透過素子Ｈ１の第１部分Ｐ１１に到達する。このような光路において、第２半透過素子Ｈ２に入射する光の光路と、第２半透過素子Ｈ２で反射された光の光路とのなす角度をΘとする。また、第１半透過素子Ｈ１から第２半透過素子Ｈ２までの第３方向Ｚに沿った距離をｄとする。このとき、第１部分Ｐ１１の幅Ｗ１は、以下の通り規定される。
Ｗ１≧ｄ・ｔａｎΘ

図１１は、図１０に示した角度Θと反射面ＲＳ２の傾斜角度θ２との関係を説明するための図である。
第２半透過素子Ｈ２に対してほぼ垂直に入射した光が反射面ＲＳ２において正反射される場合、入射角及び反射角は、いずれも反射面ＲＳ２の傾斜角度θ２と等しい。図１０に示した角度Θは、第２半透過素子Ｈ２と空気層４Ｃとの界面で屈折する光の屈折角に相当する。
第２半透過素子Ｈ２の屈折率（あるいはコレステリック液晶の屈折率）をｎとし、空気層４Ｃの屈折率を１としたとき、屈折角Θは、以下の通り規定される。
Θ＝ｓｉｎ^－１（ｎ・ｓｉｎ（２・θ２））
図１２は、図３に示した表示装置ＤＳＰに適用可能な照明装置３の一構成例を示す平面図である。なお、図１２では、照明装置３の主要部のみを示している。

照明装置３は、導光板ＬＧと、複数の発光素子ＬＤと、を備えている。複数の発光素子ＬＤは、それぞれ導光板ＬＧの側面ＬＧＳと対向している。発光素子ＬＤは、青波長（第１波長）の光を出射する第１発光素子ＬＤＢと、緑波長（第２波長）の光を出射する第２発光素子ＬＤＧと、赤波長（第３波長）の光を出射する第３発光素子ＬＤＲと、を含んでいる。第１発光素子ＬＤＢ、第２発光素子ＬＤＧ、及び、第３発光素子ＬＤＲは、間隔をおいて並んでいる。

発光素子ＬＤからの出射光は、スペクトル幅が狭い（あるいは、色純度が高い）ことが望ましい。このため、発光素子ＬＤとしては、レーザー光源を適用することが望ましい。第１発光素子（第１レーザー光源）ＬＤＢから出射される青レーザー光の中心波長をλｂとし、第２発光素子（第２レーザー光源）ＬＤＧから出射される緑レーザー光の中心波長をλｇとし、第３発光素子（第３レーザー光源）ＬＤＲから出射される赤レーザー光の中心波長をλｒとする。

なお、照明装置３は、図７に示した構成に限らず、表示パネルの直下に発光素子ＬＤが配置される直下型の照明装置であってもよい。

図１３は、ヘッドマウントディスプレイ１の第１構成例を示す断面図である。ヘッドマウントディスプレイ１は、右眼用の表示装置ＤＳＰＲと、左眼用の表示装置ＤＳＰＬと、表示装置ＤＳＰＲ及びＤＳＬを保持するフレームＦＲと、を備えている。但し、ヘッドマウントディスプレイ１は、単一の表示パネル２、及び、単一の照明装置３を備えている。つまり、表示パネル２及び照明装置３は、表示装置ＤＳＰＲ及びＤＳＰＬに亘って配置されている。

照明装置３は、ここでは詳述しないが、図１２を参照して説明した照明装置３に相当し、中心波長λｂの青レーザー光を出射する第１発光素子ＬＤＢと、中心波長λｇの緑レーザー光を出射する第２発光素子ＬＤＧと、中心波長λｒの赤レーザー光を出射する第３発光素子ＬＤＲと、を備えている。

表示パネル２は、第１基板ＳＵＢ１と、第２基板ＳＵＢ２と、液晶層ＬＣと、第１偏光板ＰＬ１と、第２偏光板ＰＬ２と、を備えている。液晶層ＬＣは、第１基板ＳＵＢ１と第２基板ＳＵＢ２との間に保持され、シールＳＥによって封止されている。第１偏光板ＰＬ１は、照明装置３と第１基板ＳＵＢ１との間に配置されている。第２偏光板ＰＬ２は、第２基板ＳＵＢ２と光学システム４Ｒ及び４Ｌの第１位相差板Ｒ１との間に配置されている。

表示パネル２の表示領域ＤＡは、照明装置３からの照明光を選択的に変調するように構成されている。表示領域ＤＡは、表示装置ＤＳＰＲ及びＤＳＰＬに亘って対向している。例えば、表示領域ＤＡのうち、図の右側半分の領域は右眼用の画像を表示し、図の左側半分の領域は左眼用の画像を表示するように構成されている。表示領域ＤＡにおいて変調された照明光の一部は、第２偏光板ＰＬ２を透過し、右眼用の直線偏光の表示光ＤＬＲ及び左眼用の直線偏光の表示光ＤＬＬに変換される。

表示装置ＤＳＰＬにおける光学システム４Ｌは、第１位相差板Ｒ１と、第１半透過素子Ｈ１と、第２位相差板Ｒ２と、第２半透過素子Ｈ２と、第１素子Ｌ１と、を備えている。なお、第１位相差板Ｒ１及び第２位相差板Ｒ２は、表示装置ＤＳＰＲ及びＤＳＰＬに亘って配置されている。

第１半透過素子Ｈ１は、第１位相差板Ｒ１と第２位相差板Ｒ２との間に配置されている。第１半透過素子Ｈ１は、第１光学素子２０Ｂと、第２光学素子２０Ｇと、第３光学素子２０Ｒと、を備えている。第１光学素子２０Ｂ、第２光学素子２０Ｇ、及び、第３光学素子２０Ｒの各々は、反射面ＲＳ１を有している。反射面ＲＳ１と基準面ＲＦ（Ｘ－Ｙ平面）とのなす角度は、基準面ＲＦから反時計回りに鋭角である。

第１光学素子２０Ｂ、第２光学素子２０Ｇ、及び、第３光学素子２０Ｒは、第３方向Ｚに沿って積層されている。なお、第１光学素子２０Ｂ、第２光学素子２０Ｇ、及び、第３光学素子２０Ｒの積層順に関しては、図示した例に限らない。第１光学素子２０Ｂ、第２光学素子２０Ｇ、及び、第３光学素子２０Ｒは、図６及び図７などを参照して説明した光学素子２０と同等のものである。

但し、第１光学素子２０Ｂは、青波長（第１波長）λｂの第２円偏光を反射し、青波長λｂの第１円偏光を透過するように構成されている。つまり、第１光学素子２０Ｂに含まれる液晶構造体（第１コレステリック液晶）ＬＭＳ２１の第１螺旋ピッチＰ１は、図１４に示すように、照明装置３の第１発光素子ＬＤＢから出射される青レーザー光の中心波長λｂに対応するように最適化されている。

また、第２光学素子２０Ｇは、緑波長（第２波長）λｇの第２円偏光を反射し、緑波長λｇの第１円偏光を透過するように構成されている。つまり、第２光学素子２０Ｇに含まれる液晶構造体（第２コレステリック液晶）ＬＭＳ２２の第２螺旋ピッチＰ２は、図１４に示すように、照明装置３の第２発光素子ＬＤＧから出射される緑レーザー光の中心波長λｇに対応するように最適化されている。このため、第２光学素子２０Ｇにおける第２螺旋ピッチＰ２は、第１光学素子２０Ｂにおける第１螺旋ピッチＰ１より大きい。

さらに、第３光学素子２０Ｒは、赤波長（第３波長）λｒの第２円偏光を反射し、赤波長λｒの第１円偏光を透過するように構成されている。つまり、第３光学素子２０Ｒに含まれる液晶構造体（第３コレステリック液晶）ＬＭＳ２３の第３螺旋ピッチＰ３は、図１４に示すように、照明装置３の第３発光素子ＬＤＲから出射される赤レーザー光の中心波長λｒに対応するように最適化されている。このため、第３光学素子２０Ｒにおける第３螺旋ピッチＰ３は、第２光学素子２０Ｇにおける第２螺旋ピッチＰ２より大きい。

なお、図１４では、第１旋回方向に旋回したコレステリック液晶を拡大して模式的に示している。第１半透過素子Ｈ１における第１コレステリック液晶ＬＭＳ２１、第２コレステリック液晶ＬＭＳ２２、及び、第３コレステリック液晶ＬＭＳ２３は、すべて同一方向に旋回し、いずれも右回りの第２円偏光を反射するように構成されている。

第２半透過素子Ｈ２は、空気層４Ｃを介して、第２位相差板Ｒ２と対向している。第２半透過素子Ｈ２は、第１半透過素子Ｈ１と同様に、第１光学素子２０Ｂと、第２光学素子２０Ｇと、第３光学素子２０Ｒと、を備えている。第１光学素子２０Ｂ、第２光学素子２０Ｇ、及び、第３光学素子２０Ｒの各々は、反射面ＲＳ２を有している。反射面ＲＳ２と基準面ＲＦ（Ｘ－Ｙ平面）とのなす角度は、基準面から反時計回りに鋭角である。つまり、反射面ＲＳ２の向きは、反射面ＲＳ１の向きと同様である。

第２半透過素子Ｈ２においても、第１光学素子２０Ｂ、第２光学素子２０Ｇ、及び、第３光学素子２０Ｒは、第３方向Ｚに沿って積層されている。なお、第１光学素子２０Ｂ、第２光学素子２０Ｇ、及び、第３光学素子２０Ｒの積層順に関しては、図示した例に限らないが、第１半透過素子Ｈ１における積層順は第２半透過素子Ｈ２における積層順と同じである。

第２半透過素子Ｈ２における第１光学素子２０Ｂ、第２光学素子２０Ｇ、及び、第３光学素子２０Ｒは、第１半透過素子Ｈ１における第１光学素子２０Ｂ、第２光学素子２０Ｇ、及び、第３光学素子２０Ｒとそれぞれ同等である。

但し、第２半透過素子Ｈ２において、第１光学素子２０Ｂは、青波長（第１波長）λｂの第１円偏光を反射し、青波長λｂの第２円偏光を透過するように構成されている。つまり、図１４に示すように、第２半透過素子Ｈ２の第１光学素子２０Ｂは、第１旋回方向とは逆回りの第２旋回方向に旋回した液晶構造体（第１コレステリック液晶）ＬＭＳ２１を有している。第２半透過素子Ｈ２の液晶構造体ＬＭＳ２１の旋回方向は、第１半透過素子Ｈ１の液晶構造体ＬＭＳ２１の旋回方向とは逆である。
液晶構造体ＬＭＳ２１の第１螺旋ピッチＰ１は、図１４に示すように、照明装置３の第１発光素子ＬＤＢから出射される青レーザー光の中心波長λｂに対応するように最適化されている。第２半透過素子Ｈ２の液晶構造体ＬＭＳ２１の第１螺旋ピッチＰ１は、第１半透過素子Ｈ１の液晶構造体ＬＭＳ２１の第１螺旋ピッチＰ１と同等である。

第２光学素子２０Ｇは、緑波長（第２波長）λｇの第１円偏光を反射し、緑波長λｇの第２円偏光を透過するように構成されている。つまり、図１４に示すように、第２半透過素子Ｈ２の第２光学素子２０Ｇは、第２旋回方向に旋回した液晶構造体（第２コレステリック液晶）ＬＭＳ２２を有している。第２半透過素子Ｈ２の液晶構造体ＬＭＳ２２の旋回方向は、第１半透過素子Ｈ１の液晶構造体ＬＭＳ２２の旋回方向とは逆である。
液晶構造体ＬＭＳ２２の第２螺旋ピッチＰ２は、図１４に示すように、照明装置３の第２発光素子ＬＤＧから出射される緑レーザー光の中心波長λｇに対応するように最適化されている。このため、第２光学素子２０Ｇにおける第２螺旋ピッチＰ２は、第１光学素子２０Ｂにおける第１螺旋ピッチＰ１より大きい。第２半透過素子Ｈ２の液晶構造体ＬＭＳ２２の第２螺旋ピッチＰ２は、第１半透過素子Ｈ１の液晶構造体ＬＭＳ２２の第２螺旋ピッチＰ２と同等である。

第３光学素子２０Ｒは、赤波長（第３波長）λｒの第１円偏光を反射し、赤波長λｒの第２円偏光を透過するように構成されている。つまり、図１４に示すように、第２半透過素子Ｈ２の第３光学素子２０Ｒは、第２旋回方向に旋回した液晶構造体（第３コレステリック液晶）ＬＭＳ２３を有している。第２半透過素子Ｈ２の液晶構造体ＬＭＳ２３の旋回方向は、第１半透過素子Ｈ１の液晶構造体ＬＭＳ２３の旋回方向とは逆である。
液晶構造体ＬＭＳ２３の第３螺旋ピッチＰ３は、図１４に示すように、照明装置３の第３発光素子ＬＤＲから出射される赤レーザー光の中心波長λｒに対応するように最適化されている。このため、第３光学素子２０Ｒにおける第３螺旋ピッチＰ３は、第２光学素子２０Ｇにおける第２螺旋ピッチＰ２より大きい。第２半透過素子Ｈ２の液晶構造体ＬＭＳ２３の第３螺旋ピッチＰ３は、第１半透過素子Ｈ１の液晶構造体ＬＭＳ２３の第３螺旋ピッチＰ３と同等である。

なお、第２半透過素子Ｈ２における第１コレステリック液晶ＬＭＳ２１、第２コレステリック液晶ＬＭＳ２２、及び、第３コレステリック液晶ＬＭＳ２３は、すべて同一方向に旋回し、いずれも左回りの第１円偏光を反射するように構成されている。

このように、第１半透過素子Ｈ１及び第２半透過素子Ｈ２において、第１光学素子２０Ｂが反射する円偏光の波長λｂを第１波長とすると、第２光学素子２０Ｇは第１波長λｂよりも長波長の第２波長λｇの円偏光を反射するように構成され、第３光学素子２０Ｒは第２波長λｇよりも長波長の第３波長λｒの円偏光を反射するように構成されている。

第１素子Ｌ１は、液晶素子１０を備えている。液晶素子は、図４及び図５を参照して説明した液晶素子１０と同等のものである。

液晶素子１０は、例えば、緑波長（第２波長）λｇの光に対して１／２波長の位相差を付与するとともに、少なくとも緑波長λｇの第２円偏光を集光するレンズ作用を有するものである。つまり、液晶素子１０のリタデーションは、照明装置３の第２発光素子ＬＤＧから出射される緑レーザー光の中心波長λｇに対応するように最適化されている。

なお、本実施形態で適用される液晶素子１０は、緑波長λｇのみならず、青波長λｂ及び赤波長λｒの第２円偏光を集光するレンズ作用も有している。

表示装置ＤＳＰＲにおける光学システム４Ｒは、光学システム４Ｌと同様に構成され、第１位相差板Ｒ１と、第３半透過素子Ｈ３と、第２位相差板Ｒ２と、第４半透過素子Ｈ４と、第２素子Ｌ２と、を備えている。

第３半透過素子Ｈ３は、第３方向Ｚにおいて第１位相差板Ｒ１と第２位相差板Ｒ２との間に配置され、第１方向Ｘにおいて第１半透過素子Ｈ１に隣接している。第４半透過素子Ｈ４は、第３方向Ｚにおいて第２位相差板Ｒ２から離間し、第１方向Ｘにおいて第２半透過素子Ｈ２に隣接している。

第２素子Ｌ２は、第３方向Ｚにおいて第４半透過素子Ｈ４に接し、第１方向Ｘにおいて第１素子Ｌ１に隣接している。

第３半透過素子Ｈ３及び第４半透過素子Ｈ４の各々は、第１半透過素子Ｈ１と同様に、第１光学素子２０Ｂと、第２光学素子２０Ｇと、第３光学素子２０Ｒと、を備えている。

第３半透過素子Ｈ３における第１光学素子２０Ｂ、第２光学素子２０Ｇ、及び、第３光学素子２０Ｒは、第１半透過素子Ｈ１における第１光学素子２０Ｂ、第２光学素子２０Ｇ、及び、第３光学素子２０Ｒとそれぞれ同等であり、第１円偏光を透過し、第２円偏光を反射するように構成されている。但し、第１半透過素子Ｈ１と第３半透過素子Ｈ３とでは、反射面の向きが互いに異なる。
すなわち、第３半透過素子Ｈ３における第１光学素子２０Ｂ、第２光学素子２０Ｇ、及び、第３光学素子２０Ｒの各々は、反射面ＲＳ３を有している。反射面ＲＳ３と基準面ＲＦ（Ｘ－Ｙ平面）とのなす角度は、基準面ＲＦから時計回りに鋭角である。つまり、反射面ＲＳ３及び反射面ＲＳ１は、互いに向きが異なる。

第４半透過素子Ｈ４における第１光学素子２０Ｂ、第２光学素子２０Ｇ、及び、第３光学素子２０Ｒは、第２半透過素子Ｈ２における第１光学素子２０Ｂ、第２光学素子２０Ｇ、及び、第３光学素子２０Ｒとそれぞれ同等であり、第１円偏光を反射し、第２円偏光を透過するように構成されている。但し、第２半透過素子Ｈ２と第４半透過素子Ｈ４とでは、反射面の向きが互いに異なる。
すなわち、第４半透過素子Ｈ４における第１光学素子２０Ｂ、第２光学素子２０Ｇ、及び、第３光学素子２０Ｒの各々は、反射面ＲＳ４を有している。反射面ＲＳ４と基準面ＲＦ（Ｘ－Ｙ平面）とのなす角度は、基準面ＲＦから時計回りに鋭角である。つまり、反射面ＲＳ４及び反射面ＲＳ２は、互いに向きが異なる。また、反射面ＲＳ４の向きは、反射面ＲＳ３の向きと同様である。

第２素子Ｌ２は、第１素子Ｌ１と同様に、液晶素子１０を備えている。但し、第１素子Ｌ１によって集光される位置、及び、第２素子Ｌ２によって集光される位置は、互いに異なる。

このようなヘッドマウントディスプレイ１においては、表示装置ＤＳＰＬの表示光ＤＬＬは、第２半透過素子Ｈ２の反射面ＲＳ２で反射された後に第１半透過素子Ｈ１の反射面ＲＳ１で反射され、第１素子Ｌ１のレンズ作用によってユーザの左眼に集光される。但し、青波長λｂの表示光ＤＬＬは第１半透過素子Ｈ１及び第２半透過素子Ｈ２の第１光学素子２０Ｂにおいて反射された後に第１素子Ｌ１の液晶素子１０によって集光され、緑波長λｇの表示光ＤＬＬは第１半透過素子Ｈ１及び第２半透過素子Ｈ２の第２光学素子２０Ｇにおいて反射された後に第１素子Ｌ１の液晶素子１０によって集光され、赤波長λｒの表示光ＤＬＬは第１半透過素子Ｈ１及び第２半透過素子Ｈ２の第３光学素子２０Ｒにおいて反射された後に第１素子Ｌ１の液晶素子１０によって集光される。

また、表示装置ＤＳＰＲの表示光ＤＬＲは、第４半透過素子Ｈ４の反射面ＲＳ４で反射された後に第３半透過素子Ｈ３の反射面ＲＳ３で反射され、第２素子Ｌ２のレンズ作用によってユーザの右眼に集光される。但し、青波長λｂの表示光ＤＬＬは第３半透過素子Ｈ３及び第４半透過素子Ｈ４の第１光学素子２０Ｂにおいて反射された後に第２素子Ｌ２の液晶素子１０によって集光され、緑波長λｇの表示光ＤＬＬは第３半透過素子Ｈ３及び第４半透過素子Ｈ４の第２光学素子２０Ｇにおいて反射された後に第２素子Ｌ２の液晶素子１０によって集光され、赤波長λｒの表示光ＤＬＬは第３半透過素子Ｈ３及び第４半透過素子Ｈ４の第３光学素子２０Ｒにおいて反射された後に第２素子Ｌ２の液晶素子１０によって集光される。

このような第１構成例によれば、照明装置３はスペクトル幅が狭い光を出射するレーザー光源を備え、また、液晶素子１０及び光学素子２０はレーザー光源から出射される光の中心波長に合わせて最適化されている。これにより、各波長の光を効率よく集光することができ、また、色収差を低減することができ、鮮明な画像をユーザに視認させることができる。

次に、本実施形態の他の構成例について説明する。なお、以下の説明では、第１構成例と同一の構成については同一の参照符号を付して説明を省略する場合がある。

《第２構成例》
図１５は、ヘッドマウントディスプレイ１の第２構成例を示す断面図である。図１５に示す第２構成例は、図１３に示した第１構成例と比較して、ヘッドマウントディスプレイ１が右眼用の表示パネル２Ｒ及び照明装置３Ｒと、左眼用の表示パネル２Ｌ及び照明装置３Ｌと、を備えた点で相違している。

照明装置３Ｒ及び３Ｌの各々は、図１２を参照して説明した照明装置３に相当する。表示パネル２Ｒ及び２Ｌの各々は、表示領域ＤＡにおいて直線偏光の表示光ＤＬＲ及びＤＬＬを出射するように構成されている。表示パネル２Ｒ及び２Ｌは、第１方向Ｘにおいて、間隔をおいて並んでいる。光学システム４Ｌの第１部分Ｐ１１、及び、光学システム４Ｒの第１部分Ｐ１１は、表示パネル２Ｒと表示パネル２Ｌとの間に位置している。

図１５に示す光学システム４Ｌ及び４Ｒの主な構成は、図１３に示した光学システム４Ｌ及び４Ｒの構成と同等である。但し、第１半透過素子Ｈ１の反射面ＲＳ１、第２半透過素子Ｈ２の反射面ＲＳ２、第３半透過素子Ｈ３の反射面ＲＳ３、及び、第４半透過素子Ｈ４の反射面ＲＳ４に関しては、図１３に示した第１構成例と図１５に示す第２構成例とでは互いに向きが異なる。

図１５に示す第２構成例では、反射面ＲＳ１と基準面ＲＦ（あるいはＸ－Ｙ平面）とのなす角度、及び、反射面ＲＳ２と基準面ＲＦとのなす角度は、基準面ＲＦから時計回りに鋭角である。反射面ＲＳ３と基準面ＲＦとのなす角度、及び、反射面ＲＳ４と基準面ＲＦとのなす角度は、基準面ＲＦから反時計回りに鋭角である。

このような第２構成例においても、第１構成例と同様の効果が得られる。

《第３構成例》
図１６は、ヘッドマウントディスプレイ１の第３構成例を示す断面図である。図１６に示す第３構成例は、図１５に示した第２構成例と比較して、右眼用の表示パネル２Ｒ及び照明装置３Ｒが図の左側に配置され、左眼用の表示パネル２Ｌ及び照明装置３Ｌが図の右側に配置された点で相違している。表示パネル２Ｒは、表示領域ＤＡにおいて直線偏光の表示光ＤＬＲを出射するように構成されている。表示パネル２Ｌは、表示領域ＤＡにおいて直線偏光の表示光ＤＬＬを出射するように構成されている。

第１半透過素子Ｈ１の反射面ＲＳ１、及び、第３半透過素子Ｈ３の反射面ＲＳ３に関しては、図１５に示した第２構成例と図１６に示す第３構成例とでは、互いに向きが異なる。また、第２半透過素子Ｈ２の反射面ＲＳ２、及び、第４半透過素子Ｈ４の反射面ＲＳ４に関しては、図１５に示した第２構成例と図１６に示す第３構成例とでは、向きが同様である。

図１６に示す第３構成例では、反射面ＲＳ１と基準面ＲＦ（あるいはＸ－Ｙ平面）とのなす角度、及び、反射面ＲＳ４と基準面ＲＦとのなす角度は、基準面ＲＦから反時計回りに鋭角である。反射面ＲＳ２と基準面ＲＦとのなす角度、及び、反射面ＲＳ３と基準面ＲＦとのなす角度は、基準面ＲＦから時計回りに鋭角である。

反射面ＲＳ１及び反射面ＲＳ２は互いに向きが異なり、反射面ＲＳ１及び反射面ＲＳ３は互いに向きが異なる。反射面ＲＳ２及び反射面ＲＳ４は互いに向きが異なり、反射面ＲＳ３及び反射面ＲＳ４は互いに向きが異なる。

図１７は、図１６に示したヘッドマウントディスプレイ１の光学作用を説明するための図である。ここでは、右眼用の表示パネル２Ｒからの表示光ＤＬＲが右眼ＥＲに到達するまでの光路に着目して説明する。なお、光の偏光状態については、図９に示した通りであり、図１７への図示を省略する。

まず、表示パネル２Ｒは、表示光ＤＬＲを出射する。表示光ＤＬＲは、第１直線偏光ＬＰ１である。表示光ＤＬＲは、第１位相差板Ｒ１を透過する際に、第１円偏光ＣＰ１に変換される。第１位相差板Ｒ１を透過した第１円偏光ＣＰ１は、第１半透過素子Ｈ１（光学素子２０Ｂ、２０Ｇ、２０Ｒ）を透過する。

第１半透過素子Ｈ１を透過した第１円偏光ＣＰ１は、第２位相差板Ｒ２をほぼ垂直に透過した後に、第２半透過素子Ｈ２（光学素子２０Ｂ、２０Ｇ、２０Ｒ）で反射される。例えば、青波長λｂの表示光ＤＬＲは第１光学素子２０Ｂで反射され、緑波長λｇの表示光ＤＬＲは第２光学素子２０Ｇで反射され、赤波長λｒの表示光ＤＬＲは第３光学素子２０Ｒで反射される。第２半透過素子Ｈ２は、表示パネル２Ｌに重畳する第３半透過素子Ｈ３に向けて第１円偏光ＣＰ１を反射する。

第２半透過素子Ｈ２で反射された第１円偏光ＣＰ１は、第２位相差板Ｒ２を斜めに透過する際に、第２円偏光ＣＰ２に変換される。第２位相差板Ｒ２を透過した第２円偏光ＣＰ２は、第３半透過素子Ｈ３（光学素子２０Ｂ、２０Ｇ、２０Ｒ）で反射される。第３半透過素子Ｈ３は、表示パネル２Ｌに重畳する第４半透過素子Ｈ４に向けて第２円偏光ＣＰ２を反射する。

第３半透過素子Ｈ３で反射された第２円偏光ＣＰ２は、第２位相差板Ｒ２をほぼ垂直に透過した後に、第４半透過素子Ｈ４を透過する。第４半透過素子Ｈ４を透過した第２円偏光ＣＰ２は、第２素子Ｌ２（液晶素子１０）において、第１円偏光ＣＰ１に変換されるとともにレンズ作用を受けてユーザの右眼ＥＲに集光される。

左眼用の表示パネル２Ｌからの表示光ＤＬＬも同様にして左眼ＥＬに到達する。

このような第３構成例においても、第１構成例と同様の効果が得られる。

《第４構成例》
図１８は、ヘッドマウントディスプレイ１の第４構成例を示す断面図である。図１８に示す第４構成例は、図１６に示した第３構成例と比較して、第２位相差板Ｒ２が第１半透過素子Ｈ１と第３半透過素子Ｈ３との間、及び、第２半透過素子Ｈ２と第４半透過素子Ｈ４との間に亘って配置された点で相違している。

第２位相差板Ｒ２は、Ｙ－Ｚ平面に沿って延在した平板状に形成され、第１方向Ｘに沿った厚さを有している。つまり、第２位相差板Ｒ２は、Ｙ－Ｚ平面内で互いに直交する方向の屈折率がほぼ同等であり、第１方向Ｘの屈折率が面内の屈折率とは異なる屈折率異方性を有している。このような第２位相差板Ｒ２は、第１方向Ｘと平行な光路を通る光に対して位相差を付与せず、第１方向Ｘに対して斜め方向の光路を通る光に対して１／２波長の位相差を付与するものである。

第１半透過素子Ｈ１及び第２半透過素子Ｈ２は、第３方向Ｚにおいて、空気層４Ｃを介して対向している。第３半透過素子Ｈ３及び第４半透過素子Ｈ４は、第３方向Ｚにおいて、空気層４Ｃを介して対向している。第２位相差板Ｒ２は、図の右側の空気層４Ｃと、図の左側の空気層４Ｃとの間を仕切っている。

図１９は、図１８に示したヘッドマウントディスプレイ１の光学作用を説明するための図である。ここでは、右眼用の表示パネル２Ｒからの表示光ＤＬＲが右眼ＥＲに到達するまでの光路に着目して説明する。なお、光の偏光状態については、図９に示した通りであり、図１９への図示を省略する。

まず、表示パネル２Ｒは、表示光ＤＬＲを出射する。表示光ＤＬＲは、第１直線偏光ＬＰ１である。表示光ＤＬＲは、第１位相差板Ｒ１を透過する際に、第１円偏光ＣＰ１に変換される。第１位相差板Ｒ１を透過した第１円偏光ＣＰ１は、第１半透過素子Ｈ１（光学素子２０Ｂ、２０Ｇ、２０Ｒ）を透過する。

第１半透過素子Ｈ１を透過した第１円偏光ＣＰ１は、第２半透過素子Ｈ２（光学素子２０Ｂ、２０Ｇ、２０Ｒ）で反射される。第２半透過素子Ｈ２は、表示パネル２Ｌに重畳する第３半透過素子Ｈ３に向けて第１円偏光ＣＰ１を反射する。

第２半透過素子Ｈ２で反射された第１円偏光ＣＰ１は、第２位相差板Ｒ２を斜めに透過する際に、第２円偏光ＣＰ２に変換される。第２位相差板Ｒ２を透過した第２円偏光ＣＰ２は、第３半透過素子Ｈ３（光学素子２０Ｂ、２０Ｇ、２０Ｒ）で反射される。第３半透過素子Ｈ３は、表示パネル２Ｌに重畳する第４半透過素子Ｈ４に向けて第２円偏光ＣＰ２を反射する。

第３半透過素子Ｈ３で反射された第２円偏光ＣＰ２は、第４半透過素子Ｈ４を透過した後に、第２素子Ｌ２（液晶素子１０）において、第１円偏光ＣＰ１に変換されるとともにレンズ作用を受けてユーザの右眼ＥＲに集光される。

左眼用の表示パネル２Ｌからの表示光ＤＬＬも同様にして左眼ＥＬに到達する。

このような第４構成例においても、第１構成例と同様の効果が得られる。

《第５構成例》
図２０は、ヘッドマウントディスプレイ１の第５構成例を示す断面図である。図２０に示す第５構成例は、図１８に示した第４構成例と比較して、第２位相差板Ｒ２が反射体Ｒ１０に置換された点で相違している。

反射体Ｒ１０は、第１半透過素子Ｈ１と第３半透過素子Ｈ３との間、及び、第２半透過素子Ｈ２と第４半透過素子Ｈ４との間に亘って配置されている。反射体Ｒ１０は、第１半透過素子Ｈ１及び第２半透過素子Ｈ２に面した第１反射面Ｒ１１と、第３半透過素子Ｈ３及び第４半透過素子Ｈ４に面した第２反射面Ｒ１２と、を有している。これらの第１反射面Ｒ１１及び第２反射面Ｒ１２は、Ｙ－Ｚ平面に沿って延在している。反射体Ｒ１０は、図の右側の空気層４Ｃと、図の左側の空気層４Ｃとの間を仕切っている。

図２１は、図２０に示したヘッドマウントディスプレイ１の光学作用を説明するための図である。ここでは、右眼用の表示パネル２Ｒからの表示光ＤＬＲが右眼ＥＲに到達するまでの光路に着目して説明する。また、光路が煩雑なため、１つの光路のみを図示している。なお、光の偏光状態については、図９に示した通りであり、図２１への図示を省略する。

まず、表示パネル２Ｒは、表示光ＤＬＲを出射する。表示光ＤＬＲは、第１直線偏光ＬＰ１である。表示光ＤＬＲは、第１位相差板Ｒ１を透過する際に、第１円偏光ＣＰ１に変換される。第１位相差板Ｒ１を透過した第１円偏光ＣＰ１は、第３半透過素子Ｈ３（光学素子２０Ｂ、２０Ｇ、２０Ｒ）を透過する。

第３半透過素子Ｈ３を透過した第１円偏光ＣＰ１は、第４半透過素子Ｈ４（光学素子２０Ｂ、２０Ｇ、２０Ｒ）で反射される。第４半透過素子Ｈ４は、第２反射面Ｒ１２に向けて第１円偏光ＣＰ１を反射する。

第４半透過素子Ｈ４で反射された第１円偏光ＣＰ１は、第２反射面Ｒ１２で反射された後に、第２円偏光ＣＰ２に変換される。第２反射面Ｒ１２で反射された第２円偏光ＣＰ２は、第３半透過素子Ｈ３（光学素子２０Ｂ、２０Ｇ、２０Ｒ）で反射される。第３半透過素子Ｈ３は、第４半透過素子Ｈ４に向けて第２円偏光ＣＰ２を反射する。

第３半透過素子Ｈ３で反射された第２円偏光ＣＰ２は、第４半透過素子Ｈ４を透過した後に、第２素子Ｌ２（液晶素子１０）において、第１円偏光ＣＰ１に変換されるとともにレンズ作用を受けてユーザの右眼ＥＲに集光される。

左眼用の表示パネル２Ｌからの表示光ＤＬＬも同様にして左眼ＥＬに到達する。

このような第５構成例においても、第１構成例と同様の効果が得られる。

《第６構成例》
図２２は、表示装置ＤＳＰの第６構成例を示す断面図である。図２２に示す第６構成例は、図３に示した第１構成例と比較して、第１半透過素子Ｈ１が第２半透過素子Ｈ２と対向する凹状の反射面ＲＳ１を有するとともに、第１素子Ｌ１が省略された点で相違している。

表示装置ＤＳＰは、表示パネル２と、光学システム４と、を備えている。なお、ここでは、照明装置の図示を省略し、表示パネル２の詳細の図示を省略するが、表示パネル２は、表示領域ＤＡにおいて直線偏光の表示光ＤＬを出射するように構成されている。

光学システム４は、第１位相差板Ｒ１と、第１半透過素子Ｈ１と、第２位相差板Ｒ２と、第２半透過素子Ｈ２と、を備えている。第１位相差板Ｒ１及び第２位相差板Ｒ２の詳細については、第１構成例で説明した通りであり、第１位相差板Ｒ１は表示パネル２及び第１半透過素子Ｈ１に接し、第２位相差板Ｒ２は第１半透過素子Ｈ１に接している。

第１半透過素子Ｈ１は、第１位相差板Ｒ１と第２位相差板Ｒ２との間に配置され、後に詳述するが、コレステリック液晶を有する光学素子３０を備えている。光学素子３０は、特定波長の光のうち、第１円偏光を透過し、第２円偏光を第２半透過素子Ｈ２に向けて反射するとともに第２円偏光を集光するレンズ作用を有するものである。光学素子３０は、簡略化して示す反射面ＲＳ１を有している。

第２半透過素子Ｈ２は、第１構成例で説明したように、コレステリック液晶を有する光学素子２０を備えている。光学素子２０は、特定波長の光のうち、第２円偏光を透過し、第１円偏光を第１半透過素子Ｈ１に向けて反射するものである。光学素子２０は、簡略化して示す反射面ＲＳ２を有している。反射面ＲＳ２は、一定方向に延びる略平面形状を有している。反射面ＲＳ２とＸ－Ｙ平面とのなす角度は、Ｘ－Ｙ平面から時計周りに鋭角である。第２半透過素子Ｈ２は、第２位相差板Ｒ２から離間しており、第３方向Ｚにおいて、空気層４Ｃを介して第２位相差板Ｒ２と対向している。

図２３は、図２２に示した光学素子３０の一例を示す断面図である。
光学素子３０は、基板３１と、配向膜ＡＬ３１と、液晶層（第３液晶層）ＬＣ３と、配向膜ＡＬ３２と、基板３２と、を備えている。基板３１及び３２は、光を透過する透明基板であり、例えば、透明なガラス板または透明な合成樹脂板によって構成されている。

配向膜ＡＬ３１は、第３方向Ｚにおいて、配向膜ＡＬ３２と対向している。配向膜ＡＬ３１及びＡＬ３２は、例えば、ポリイミドによって形成され、いずれもＸ－Ｙ平面に沿った配向規制力を有する水平配向膜である。

液晶層ＬＣ３は、配向膜ＡＬ３１及びＡＬ３２の間に配置され、配向膜ＡＬ３１及びＡＬ３２に接している。液晶層ＬＣ３は、液晶構造体（コレステリック液晶）ＬＭＳ３を有している。なお、図２３では、図面の簡略化のため、１つの液晶分子ＬＭ３は、Ｘ－Ｙ平面内に位置する複数の液晶分子のうち、平均的配向方向を向いている液晶分子を代表して示している。複数の液晶分子ＬＭ３は、旋回しながら第３方向Ｚに沿って螺旋状に積み重ねられ、コレステリック液晶を構成している。

液晶層ＬＣ３は、配向膜ＡＬ３１と配向膜ＡＬ３２との間に、点線で示すような複数の反射面ＲＳを有している。反射面ＲＳは、ブラッグの法則に従って、入射光のうち、第１円偏光を透過し、第２円偏光を反射する。反射面ＲＳは、曲面であり、基板３２と対向する側あるいは図２２の第２半透過素子Ｈ２と対向する側に凹であり、基板３１と対向する側あるいは図２２の表示パネル２と対向する側に凸である。

このような液晶層ＬＣ３は、複数の液晶分子ＬＭ３の配向方向が固定された状態で硬化している。

図２２に示した第１半透過素子Ｈ１の光学素子３０は、図２３に示した液晶構造体（コレステリック液晶）ＬＭＳ３を含む液晶層ＬＣ３を有している。図２２に示した第１半透過素子Ｈ１における反射面ＲＳ１は、図２３に示した反射面ＲＳに相当する。

図２４は、図２２に示した表示装置ＤＳＰの光学作用を説明するための図である。

まず、表示パネル２は、第１直線偏光ＬＰ１の表示光ＤＬを出射する。表示光ＤＬは、第１位相差板Ｒ１を透過する際に、第１円偏光ＣＰ１に変換される。第１位相差板Ｒ１を透過した第１円偏光ＣＰ１は、第１半透過素子Ｈ１（光学素子３０）を透過する。

第１半透過素子Ｈ１を透過した第１円偏光ＣＰ１は、第２位相差板Ｒ２をほぼ垂直に透過した後に、第２半透過素子Ｈ２（光学素子２０）で反射される。第２半透過素子Ｈ２で反射された第１円偏光ＣＰ１は、第２位相差板Ｒ２を斜めに透過する際に、第２円偏光ＣＰ２に変換される。

第２位相差板Ｒ２を透過した第２円偏光ＣＰ２は、第１半透過素子Ｈ１（光学素子３０）で反射される。第１半透過素子Ｈ１で反射された第２円偏光ＣＰ２は、第２位相差板Ｒ２をほぼ垂直に透過した後に、第２半透過素子Ｈ２を透過するとともに、第１半透過素子Ｈ１のレンズ作用を受けてユーザの瞳Ｅに集光される。

このような表示装置ＤＳＰにおいても、第１構成例と同様の効果が得られる。加えて、第１素子を省略できるため、部品点数を削減することができる。

なお、図２４を参照して説明した第１円偏光ＣＰ１を第２円偏光ＣＰ２に置換してもよい。

図２５は、ヘッドマウントディスプレイ１の第６構成例を示す断面図である。図２５に示す第６構成例は、図１５に示した第２構成例と比較して、第１半透過素子Ｈ１を構成する第１光学素子３０Ｂ、第２光学素子３０Ｇ、及び、第３光学素子３０Ｒの各々が凹状の反射面ＲＳ１を有し、また、第３半透過素子Ｈ３を構成する第１光学素子３０Ｂ、第２光学素子３０Ｇ、及び、第３光学素子３０Ｒの各々が凹状の反射面ＲＳ３を有している点で相違している。

このようなヘッドマウントディスプレイ１においては、表示装置ＤＳＰＬの表示光ＤＬＬは、第２半透過素子Ｈ２の反射面ＲＳ２で反射された後に、第１半透過素子Ｈ１の反射面ＲＳ１で反射されるとともに、第１半透過素子Ｈ１のレンズ作用によってユーザの左眼に集光される。但し、青波長λｂの表示光ＤＬＬは第１半透過素子Ｈ１の第１光学素子３０Ｂ及び第２半透過素子Ｈ２の第１光学素子２０Ｂにおいて反射され、緑波長λｇの表示光ＤＬＬは第１半透過素子Ｈ１の第２光学素子３０Ｇ及び第２半透過素子Ｈ２の第２光学素子２０Ｇにおいて反射され、赤波長λｒの表示光ＤＬＬは第１半透過素子Ｈ１の第３光学素子３０Ｇ及び第２半透過素子Ｈ２の第３光学素子２０Ｒにおいて反射される。

また、表示装置ＤＳＰＲの表示光ＤＬＲは、第４半透過素子Ｈ４の反射面ＲＳ４で反射された後に、第３半透過素子Ｈ３の反射面ＲＳ３で反射されるとともに、第３半透過素子Ｈ３のレンズ作用によってユーザの右眼に集光される。但し、青波長λｂの表示光ＤＬＬは第３半透過素子Ｈ３の第１光学素子３０Ｂ及び第４半透過素子Ｈ４の第１光学素子２０Ｂにおいて反射され、緑波長λｇの表示光ＤＬＬは第３半透過素子Ｈ３の第２光学素子３０Ｇ及び第４半透過素子Ｈ４の第２光学素子２０Ｇにおいて反射され、赤波長λｒの表示光ＤＬＬは第３半透過素子Ｈ３の第３光学素子３０Ｒ及び第４半透過素子Ｈ４の第３光学素子２０Ｒにおいて反射される。

このような第６構成例においても、第１構成例と同様の効果が得られる。

以上説明したように、本実施形態によれば、光の利用効率を向上することが可能な表示装置を提供することができる。

なお、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

本明細書にて開示した構成から得られる表示装置の一例を以下に付記する。
（１）
直線偏光の表示光を出射するように構成された表示領域を有する表示パネルと、
第１円偏光を透過し、前記第１円偏光とは逆回りの第２円偏光を反射する第１半透過素子と、
前記第１半透過素子から離間し、前記第１円偏光を反射し、前記第２円偏光を透過する第２半透過素子と、
前記第２半透過素子に対向し、前記第２円偏光を集光するレンズ作用を有する第１素子と、
前記第１半透過素子に隣接し、前記第１円偏光を透過し、前記第２円偏光を反射する第３半透過素子と、
前記第３半透過素子から離間し、前記第２半透過素子に隣接し、前記第１円偏光を反射し、前記第２円偏光を透過する第４半透過素子と、
前記第４半透過素子に対向し、前記第２円偏光を集光するレンズ作用を有する第２素子と、
前記表示パネルと第１半透過素子との間、及び、前記表示パネルと前記第３半透過素子との間に亘って配置された第１位相差板と、
前記第１半透過素子と前記第３半透過素子との間、及び、前記第２半透過素子と前記第４半透過素子との間に亘って配置され、面内で互いに直交する方向の屈折率がほぼ同等であり、法線方向の屈折率が面内の屈折率とは異なる屈折率異方性を有する第２位相差板と、
を備えている、表示装置。

（２）
直線偏光の表示光を出射するように構成された表示領域を有する表示パネルと、
第１円偏光を透過し、前記第１円偏光とは逆回りの第２円偏光を反射する第１半透過素子と、
前記第１半透過素子から離間し、前記第１円偏光を反射し、前記第２円偏光を透過する第２半透過素子と、
前記第２半透過素子に対向し、前記第２円偏光を集光するレンズ作用を有する第１素子と、
前記第１半透過素子に隣接し、前記第１円偏光を透過し、前記第２円偏光を反射する第３半透過素子と、
前記第３半透過素子から離間し、前記第２半透過素子に隣接し、前記第１円偏光を反射し、前記第２円偏光を透過する第４半透過素子と、
前記第４半透過素子に対向し、前記第２円偏光を集光するレンズ作用を有する第２素子と、
前記表示パネルと前記第１半透過素子との間、及び、前記表示パネルと前記第３半透過素子との間に亘って配置された第１位相差板と、
前記第１半透過素子と前記第３半透過素子との間、及び、前記第２半透過素子と前記第４半透過素子との間に亘って配置され、前記第１半透過素子及び前記第２半透過素子に面した第１反射面と、前記第３半透過素子及び前記第４半透過素子に面した第２反射面と、を有する反射体と、
を備えている、表示装置。

（３）
直線偏光の表示光を出射するように構成された表示領域を有する表示パネルと、
第１円偏光を透過し、前記第１円偏光とは逆回りの第２円偏光を反射する第１半透過素子と、
前記表示パネルと前記第１半透過素子との間に配置された第１位相差板と、
前記第１半透過素子から離間し、前記第１円偏光を反射し、前記第２円偏光を透過する第２半透過素子と、
前記第１半透過素子と前記第２半透過素子との間に配置され、面内で互いに直交する方向の屈折率がほぼ同等であり、法線方向の屈折率が面内の屈折率とは異なる屈折率異方性を有する第２位相差板と、
を備え、
前記第１半透過素子は、前記第２半透過素子と対向する凹状の反射面を有している、表示装置。

１…ヘッドマウントディスプレイ ２…表示パネル ３…照明装置 ４…光学システム
ＤＳＰ…表示装置
Ｒ１…第１位相差板 Ｒ２…第２位相差板
Ｈ１…第１半透過素子 ＲＳ１…反射面 Ｈ２…第２半透過素子 ＲＳ２…反射面
Ｌ１…第１素子 Ｌ２…第２素子
１０…液晶素子 ２０…光学素子 ３０…光学素子
ＬＤ…発光素子

Claims (14)

1. 直線偏光の表示光を出射するように構成された表示領域を有する表示パネルと、
   第１円偏光を透過し、前記第１円偏光とは逆回りの第２円偏光を反射する第１半透過素子と、
   前記表示パネルと前記第１半透過素子との間に配置された第１位相差板と、
   前記第１半透過素子から離間し、前記第１円偏光を反射し、前記第２円偏光を透過する第２半透過素子と、
   前記第１半透過素子と前記第２半透過素子との間に配置され、面内で互いに直交する方向の屈折率がほぼ同等であり、法線方向の屈折率が面内の屈折率とは異なる屈折率異方性を有する第２位相差板と、
   前記第２半透過素子に対向し、前記第２円偏光を集光するレンズ作用を有する第１素子と、
   を備えている、表示装置。
2. 前記第１半透過素子及び前記第２半透過素子の各々は、第１波長の円偏光を反射する第１光学素子を備え、
   前記第１光学素子は、第１コレステリック液晶を含み、複数の液晶分子の配向方向が固定された状態で硬化した液晶層を有し、
   前記液晶層は、前記液晶分子の配向方向が揃った反射面を有し、
   前記反射面は、前記液晶層の主面に対して傾斜し、
   前記第１半透過素子の前記第１光学素子、及び、前記第２半透過素子の前記第１光学素子において、前記第１コレステリック液晶は、同等の第１螺旋ピッチを有し、互いに逆回りに旋回している、請求項１に記載の表示装置。
3. 前記第１半透過素子及び前記第２半透過素子の各々は、さらに、
   第２コレステリック液晶を有し、前記第１波長よりも長波長の第２波長の円偏光を反射する第２光学素子と、
   第３コレステリック液晶を有し、前記第２波長よりも長波長の第３波長の円偏光を反射する第３光学素子と、を備え、
   前記第１光学素子、前記第２光学素子、及び、前記第３光学素子は積層され、
   前記第２コレステリック液晶は、前記第１螺旋ピッチより大きい第２螺旋ピッチを有し、
   前記第３コレステリック液晶は、前記第２螺旋ピッチより大きい第３螺旋ピッチを有している、請求項２に記載の表示装置。
4. さらに、前記表示パネルの背面に配置された照明装置を備え、
   前記照明装置は、前記第１波長の光を出射する第１発光素子と、前記第２波長の光を出射する第２発光素子と、前記第３波長の光を出射する第３発光素子と、を備えている、請求項３に記載の表示装置。
5. 前記第１発光素子、前記第２発光素子、及び、前記第３発光素子は、それぞれレーザー光源である、請求項４に記載の表示装置。
6. 前記表示領域は、第１端部と、前記第１端部とは反対側の第２端部と、を有し、
   前記第１半透過素子、前記第２位相差板、前記第２半透過素子、及び、前記第１素子は、前記第１端部よりも外側に延在した第１部分と、前記第２端部よりも外側に延在した第２部分と、を有し、
   前記第１部分の幅は、前記第２部分の幅より大きい、請求項１に記載の表示装置。
7. 前記第１半透過素子及び前記第２半透過素子の各々は、反射面を有し、
   前記反射面は、前記第１部分が位置する側の端部が前記表示パネルから離間し、前記第２部分に位置する側の端部が前記表示パネルに近接するように傾斜している、請求項６に記載の表示装置。
8. さらに、
   前記第１位相差板と前記第２位相差板との間に配置され、前記第１半透過素子に隣接し、前記第１円偏光を透過し、前記第２円偏光を反射する第３半透過素子と、
   前記第２位相差板から離間し、前記第２半透過素子に隣接し、前記第１円偏光を反射し、前記第２円偏光を透過する第４半透過素子と、
   前記第４半透過素子に対向し、前記第１素子に隣接し、前記第２円偏光を集光するレンズ作用を有する第２素子と、
   を備え、
   前記第１半透過素子の反射面、及び、前記第３半透過素子の反射面は、互いに向きが異なり、
   前記第２半透過素子の反射面、及び、前記第４半透過素子の反射面は、互いに向きが異なり、
   前記第１素子によって集光される位置、及び、前記第２素子によって集光される位置は、互いに異なる、請求項１に記載の表示装置。
9. 前記表示パネルと前記第１位相差板との境界を基準面としたとき、
   前記第１半透過素子の反射面と前記基準面とのなす角度、及び、前記第２半透過素子の反射面と前記基準面とのなす角度は、前記基準面から反時計回りに鋭角であり、
   前記第３半透過素子の反射面と前記基準面とのなす角度、及び、前記第４半透過素子の反射面と前記基準面とのなす角度は、前記基準面から時計回りに鋭角である、請求項８に記載の表示装置。
10. 前記表示パネルと前記第１位相差板との境界を基準面としたとき、
    前記第１半透過素子の反射面と前記基準面とのなす角度、及び、前記第２半透過素子の反射面と前記基準面とのなす角度は、前記基準面から時計回りに鋭角であり、
    前記第３半透過素子の反射面と前記基準面とのなす角度、及び、前記第４半透過素子の反射面と前記基準面とのなす角度は、前記基準面から反時計回りに鋭角である、請求項８に記載の表示装置。
11. 前記表示パネルと前記第１位相差板との境界を基準面としたとき、
    前記第１半透過素子の反射面と前記基準面とのなす角度、及び、前記第４半透過素子の反射面と前記基準面とのなす角度は、前記基準面から反時計回りに鋭角であり、
    前記第２半透過素子の反射面と前記基準面とのなす角度、及び、前記第３半透過素子の反射面と前記基準面とのなす角度は、前記基準面から時計回りに鋭角である、請求項８に記載の表示装置。
12. 前記第１素子は、第１液晶分子及び第２液晶分子を含む複数の液晶分子の配向方向が固定された状態で硬化した液晶層を有し、
    前記液晶層は、平面視において、複数の前記第１液晶分子が同一方向に配向した第１環状領域と、前記第１環状領域の外側で複数の前記第２液晶分子が同一方向に配向した第２環状領域と、を有し、
    前記第１液晶分子の配向方向は、前記第２液晶分子の配向方向とは異なる、請求項１に記載の表示装置。
13. さらに、前記表示パネルの背面に配置された照明装置を備え、
    前記照明装置は、第１波長の光を出射する第１発光素子と、第２波長の光を出射する第２発光素子と、第３波長の光を出射する第３発光素子と、を備えている、請求項１２に記載の表示装置。
14. 前記第１発光素子、前記第２発光素子、及び、前記第３発光素子は、それぞれレーザー光源である、請求項１３に記載の表示装置。

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