JP6739647B2 - ウェアラブルディスプレイデバイス - Google Patents

Description

本発明は、画素格子の視認を防ぐウェアラブルディスプレイデバイスに関する。

近年、ヘッドマウントディスプレイ等のウェアラブルディスプレイデバイスの普及が進んでいる。このようなウェアラブルディスプレイデバイスは、虚像を利用した拡大光学系を採用し、ユーザの眼の至近距離に画像を表示する装置である。また、ウェアラブルディスプレイデバイスでは、ユーザの眼前に視野角の広い画像を表示させるために、ディスプレイパネルに表示される画像を拡大するための接眼レンズ等が用いられる。

このように、ウェアラブルディスプレイデバイスにおいて、接眼レンズ等を用いてディスプレイパネルに表示される画像を拡大した場合には、画像と共にディスプレイパネルに含まれる画素格子も拡大されることとなり、ディスプレイパネルの画素格子がユーザに視認される結果、画像の質が低下する場合がある。特許文献１では、ディスプレイパネルと接眼レンズとの間にマイクロレンズアレイシートを配置することにより、ディスプレイパネルからの光を拡散させて、画素格子がユーザに視認されることを防いでいる。

特開２０１６−１３９１１２号公報

しかしながら、特許文献１の技術では、ディスプレイパネルから出射される光を、マイクロレンズアレイを用いて拡散させるため、マイクロレンズアレイの境界面において２次以上の高次の回折光が発生する。その結果、ディスプレイパネルから複数の画素を介して出射された光が互いに混ざり合い、画像のシャープネスが損なわれるという問題があった。

本発明は、このような従来の問題点を解消するためになされたもので、ディスプレイパネルの画素格子がユーザに視認されることを防ぐと共に、ユーザにより視認される画像のシャープネスを良好に保つウェアラブルディスプレイデバイスを提供することを目的とする。

本発明のウェアラブルディスプレイデバイスは、複数の画素を有するディスプレイパネルと、ディスプレイパネルの複数の画素を介して出射された光を拡大するための接眼レンズと、ディスプレイパネルと接眼レンズとの間に配置された光学素子とを備え、光学素子は、液晶化合物を含む組成物の硬化層からなる光学異方性層を有し、光学異方性層は、液晶化合物由来の光軸の向きが光学異方性層の面内の少なくとも一方向に沿って連続的に回転しながら変化している液晶配向パターンを有することを特徴とするものである。

波長５５０ｎｍにおける液晶化合物の屈折率異方性に伴う屈折率差をΔｎ₅₅₀とし、光学異方性層の厚さをｄとしたときに、下記式（１）を満たすことが好ましい。
５０ｎｍ≦Δｎ₅₅₀×ｄ≦３５０ｎｍ・・・（１）
また、波長４５０ｎｍにおける液晶化合物の屈折率異方性に伴う屈折率差をΔｎ₄₅₀とし、波長５５０ｎｍにおける液晶化合物の屈折率異方性に伴う屈折率差をΔｎ₅₅₀とし、光学異方性層の厚さをｄとしたときに、下記式（２）を満たすことが好ましい。
（Δｎ₄₅₀×ｄ）／（Δｎ₅₅₀×ｄ）＜１．００・・・（２）

また、液晶化合物が棒状液晶化合物であることが好ましい。
もしくは、液晶化合物が円盤状液晶化合物であってもよい。

また、光軸の向きが連続的に回転しながら変化している一方向と、ディスプレイパネルの複数の画素の配列方向とが平行であることが好ましい。

本発明のウェアラブルディスプレイデバイスは、ディスプレイパネルと接眼レンズとの間に配置された光学素子を備え、光学素子が液晶化合物を含む組成物を用いて形成された光学異方性層を有し、光学異方性層が液晶化合物由来の光軸の向きが光学異方性層の面内の少なくとも一方向に沿って連続的に回転しながら変化している液晶配向パターンを有しているため、ディスプレイパネルの画素格子がユーザに視認されることを防ぐと共に、ユーザにより視認される画像のシャープネスを良好に保つことができる。

本発明の実施の形態１に係るウェアラブルディスプレイデバイスの簡略化した構成を示す図である。 本発明の実施の形態１におけるディスプレイパネルと光学素子の部分側面断面図である。 本発明の実施の形態１における光学素子の部分側面断面図である。 本発明の実施の形態１における光学素子の部分平面図である。 本発明の実施の形態１における光学素子に左円偏光が入射した場合の透過光の挙動を示す図である。 本発明の実施の形態１における光学素子に右円偏光が入射した場合の透過光の挙動を示す図である。 本発明の実施の形態１における光学素子に自然光が入射した場合の透過光の挙動を示す図である。 本発明の実施の形態１においてディスプレイパネルから光学素子へ光を出射した場合のディスプレイパネルと光学素子の部分側面断面図である。 本発明の実施の形態２におけるディスプレイパネルの部分平面図である。 本発明の実施の形態２における光学素子の部分分解平面図である。 本発明の実施の形態２における光学素子の第１の光学異方性層に自然光が入射した場合の透過光の挙動を示す図である。 本発明の実施の形態２における光学素子の第２の光学異方性層に第１の光学異方性層の透過光が入射した場合の透過光の挙動を示す図である。 本発明の実施の形態３における光学素子の部分平面図である。 本発明の実施の形態３における液晶配向パターンである。 本発明の実施の形態４における光学素子の部分側面断面図である。 本発明の実施の形態４における光学素子の部分平面図である。 配向膜に対して干渉光を照射する露光装置の概略構成図である。 配向膜に対して干渉光を照射する他の露光装置の概略構成図である。

以下、本発明のウェアラブルディスプレイデバイスの実施形態について図面を参照して説明する。なお、各図面においては、視認しやすくするため、構成要素の縮尺は実際のものとは適宜異ならせてある。

図１に、本発明の実施の形態１に係るウェアラブルディスプレイデバイス１の簡略化した構成を示す。ウェアラブルディスプレイデバイス１は、画像を表示するためのディスプレイパネル１１、ディスプレイパネル１１から出射された光を集光するための接眼レンズ３１、および、ディスプレイパネル１１と接眼レンズ３１との間に配置された光学素子２１を有している。ユーザがウェアラブルディスプレイデバイス１を使用する際には、ユーザの眼２の至近に接眼レンズ３１が配置される。そのため、ディスプレイパネル１１に表示され、接眼レンズ３１により拡大された画像が、ユーザに視認される。

図２に、ディスプレイパネル１１と光学素子２１の部分側面断面図を示す。図２に示すように、ディスプレイパネル１１は、複数の画素１２と、互いに隣接する複数の画素１２の間に配置された画素格子１３とを有している。複数の画素１２は、複数の赤画素１２Ｒ、複数の緑画素１２Ｇおよび複数の青画素１２Ｂを含んでおり、ディスプレイパネル１１は、これらの複数の画素１２を介し、光学素子２１に向けて光を出射する。
ここで、説明のために、光学素子２１からディスプレイパネル１１に向かう方向を＋Ｚ方向、Ｚ方向に垂直な平面をＸＹ面とし、ディスプレイパネル１１と光学素子２１はＸＹ面に平行に配置されているとする。図２には、ディスプレイパネル１１の複数の赤画素１２Ｒと複数の緑画素１２Ｇと複数の青画素１２Ｂとが、この順序でＸ方向に繰り返し配列されている様子が示されている。

図３に、光学素子２１の部分側面断面図を示す。図３に示すように、光学素子２１は、プラスチックフィルム等の透明な支持体２２と、厚さｄを有する光学異方性層２３により構成されている。光学異方性層２３は、面内レタデーションの値をλ／４に設定した場合に、一般的なλ／４板としての機能、すなわち、光学異方性層２３に入射した光に含まれる互いに直交する２つの直線偏光成分に１／４波長すなわち９０°の位相差を与える機能を有している。また、光学異方性層２３は、面内レタデーションの値をλ／２に設定した場合に、一般的なλ／２板としての機能、すなわち、光学異方性層２３に入射した光に含まれる互いに直交する２つの直線偏光成分に半波長すなわち１８０°の位相差を与える機能を有している。また、光学異方性層２３は、液晶化合物である複数の棒状液晶化合物２４を含む組成物を用いて形成されたものであり、これら複数の棒状液晶化合物２４は、それぞれ、光学異方性層２３においてＸＹ面と平行な面内に配向している。
また、光学異方性層２３は、棒状液晶化合物２４に由来する光軸２４Ａ（以下、「棒状液晶化合物の光軸２４Ａ」ともいう）を有している。この光軸２４Ａは、棒状液晶化合物２４の棒形状の長軸方向に沿っており、棒状液晶化合物２４において屈折率が最も高くなる軸、いわゆる遅相軸である。

図４に、光学素子２１の部分平面図を示す。図４に示すように、光学異方性層２３の複数の棒状液晶化合物２４は、ＸＹ面内の互いに平行な複数の配列軸Ａに沿って配置されており、それぞれの配列軸Ａ上において、複数の棒状液晶化合物２４の光軸２４Ａの向きは、配列軸Ａに沿った一方向に連続的に回転しながら変化している。ここで、説明のため、配列軸ＡがＸ方向に向いているとする。また、Ｙ方向においては、光軸２４Ａの向きが等しい複数の棒状液晶化合物２４が等間隔で配置されている。
また、棒状液晶化合物２４の光軸２４Ａの向きが配列軸Ａに沿った一方向に連続的に回転しながら変化しているとは、配列軸Ａに沿って配列されている複数の棒状液晶化合物２４の光軸２４Ａと配列軸Ａとのなす角度が、配列軸Ａ方向の位置により異なっており、配列軸Ａに沿って光軸２４Ａと配列軸Ａとのなす角度がθからθ＋１８０°あるいはθ−１８０°まで徐々に変化していることを意味する。この際に、複数の棒状液晶化合物２４の光軸２４Ａは、図４に示すように、配列軸Ａに沿って一定の角度ずつ回転しながら変化することができる。配列軸Ａに沿って互いに隣接する棒状液晶化合物２４の光軸２４Ａの角度の差は、４５°以下であることが望ましく、より小さい角度であることがさらに望ましい。

また、複数の棒状液晶化合物２４の光軸２４Ａの向きが配列軸Ａに沿って回転しながら変化していることにより、光学異方性層２３に、液晶配向パターンＡＰ１が形成されている。液晶配向パターンＡＰ１は、配列軸Ａに沿った繰り返しパターンであり、そのピッチＰは、棒状液晶化合物２４の光軸２４Ａと配列軸Ａとのなす角度がθからθ＋１８０°となるまでの距離により定義される。このピッチＰの長さは、一般的に用いられる可視光用の回折格子のピッチと同程度であり、具体的には、４５μｍ以下であることが好ましく、３０μｍ以下であることがより好ましく、１５μｍ以下が特に好ましい。

また、図４に示すように、光学異方性層２３において、Ｙ方向に沿って一列に配置された複数の光軸２４Ａを含む領域を領域Ｒとする。領域Ｒに含まれる複数の光軸２４Ａは、互いに同一の方向を向いている。この場合に、それぞれの領域Ｒにおける面内レタデーションの値は、設計波長に対して１／４波長の場合はλ／４、半波長の場合はλ／２である。これらの面内レタデーションは、領域Ｒの屈折率異方性に伴う屈折率差Δｎと光学異方性層２３の厚さｄとの積により算出される。ここで、光学異方性層２３における領域Ｒの屈折率異方性に伴う屈折率差とは、領域Ｒの面内における遅相軸の方向の屈折率と、遅相軸の方向に直交する方向の屈折率との差により定義される屈折率差である。すなわち、領域Ｒの屈折率異方性に伴う屈折率差Δｎは、光軸２４Ａの方向の棒状液晶化合物２４の屈折率と、領域Ｒの面内において光軸２４Ａに垂直な方向の棒状液晶化合物２４の屈折率との差に等しい。

次に、実施の形態１における光学素子２１の光学異方性層２３に光が入射した場合の、透過光の挙動について説明する。図５に示すように、光学異方性層２３の面内レタデーションの値がλ／２のとき、光学素子２１の光学異方性層２３に左円偏光Ｐ_Lの入射光Ｌ₁が入射すると、入射光Ｌ₁は、光学異方性層２３を通過することにより、１８０°の位相差が与えられて、右円偏光Ｐ_Rの透過光Ｌ₂に変換される。また、入射光Ｌ₁は、光学異方性層２３を通過する際に、それぞれの棒状液晶化合物２４に由来する光軸２４Ａの向きに応じて絶対位相が変化する。このとき、光軸２４Ａは、配列軸Ａに沿って回転しながら変化しているため、光軸２４Ａの向きにより、入射光Ｌ₁の絶対位相の変化量が異なる。さらに、光学異方性層２３に形成された液晶配向パターンＡＰ１は、Ｘ方向に周期的なパターンであるため、光学異方性層２３を通過した入射光Ｌ₁には、図５に示すように、それぞれの光軸２４Ａの向きに対応したＸ方向に周期的な絶対位相Ｑ１が与えられる。これにより、ＸＹ面に対してＺ方向に傾いた等位相面Ｅ１が形成される。そのため、入射光Ｌ₁は、等位相面Ｅ１に対して垂直な方向に向かって傾くように屈曲され、入射光Ｌ₁の進行方向とは異なる方向に進行する。このように、左円偏光Ｐ_Lの入射光Ｌ₁は、Ｚ方向に対して一定の角度だけ傾いた右円偏光Ｐ_Rの透過光Ｌ₂に変換される。
なお、光学異方性層２３に形成された液晶配向パターンＡＰ１のピッチＰを変化させることにより、透過光Ｌ_２のＺ方向に対する傾きを変化させることができる。より詳細には、液晶配向パターンＡＰ１のピッチＰを小さくするほど、互いに隣接した棒状液晶化合物２４を通過した光同士が強く干渉するため、透過光Ｌ₂を大きく屈曲させることができる。
光学異方性層２３の面内レタデーションの値がλ／４のときには、上述した透過光Ｌ₂に加え、図５に点線で示すように、入射光Ｌ₁と同じ左円偏光Ｐ_Lの透過光Ｌ₃が入射光Ｌ₁の進行方向と同じ方向に進行する。

また、図６に示すように、光学異方性層２３の面内レタデーションの値がλ／２のとき、光学素子２１の光学異方性層２３に右円偏光Ｐ_Rの入射光Ｌ₁₁が入射すると、入射光Ｌ₁₁は、光学異方性層２３を通過することにより、１８０°の位相差が与えられて、左円偏光Ｐ_Lの透過光Ｌ₁₂に変換される。また、入射光Ｌ₁₁は、光学異方性層２３を通過する際に、それぞれの棒状液晶化合物２４に由来する光軸２４Ａの向きに応じて絶対位相が変化する。このとき、光軸２４Ａは、配列軸Ａに沿って回転しながら変化しているため、光軸２４Ａの向きにより、入射光Ｌ₁₁の絶対位相の変化量が異なる。さらに、光学異方性層２３に形成された液晶配向パターンＡＰ１は、Ｘ方向に周期的なパターンであるため、光学異方性層２３を通過した入射光Ｌ₁₁は、図６に示すように、それぞれの光軸２４Ａの向きに対応したＸ方向に周期的な絶対位相Ｑ２が与えられる。これにより、ＸＹ面に対してＺ方向に傾いた等位相面Ｅ２が形成される。そのため、入射光Ｌ₁₁は、等位相面Ｅ２に対して垂直な方向に向かって傾くように屈曲され、入射光Ｌ₁₁の進行方向とは異なる方向に進行する。このように、入射光Ｌ₁₁は、Ｚ方向に対して一定の角度だけ傾いた左円偏光Ｐ_Lの透過光Ｌ₁₂に変換される。
また、光学異方性層２３に入射する光が右円偏光Ｐ_Rの入射光Ｌ₁₁である場合も、光学異方性層２３に左円偏光Ｐ_Lの入射光Ｌ₁が入射した場合と同様に、液晶配向パターンＡＰ１のピッチＰを小さくするほど、透過光Ｌ₁₂を大きく屈曲させることができる。
光学異方性層２３の面内レタデーションの値がλ／４のとき、上述した透過光Ｌ₁₂に加え、図６に点線で示すように、入射光Ｌ₁₁と同じ右円偏光Ｐ_Rの透過光Ｌ₁₃が入射光Ｌ₁₁の進行方向と同じ方向に進行する。

図７に示すように、光学異方性層２３の面内レタデーションの値がλ／２のとき、光学素子２１の光学異方性層２３に自然光である入射光Ｌ₂₁が入射した場合には、入射光Ｌ₂₁に含まれる左円偏光成分が右円偏光Ｐ_Rの透過光Ｌ₂₂に変換されると共に、入射光Ｌ₂₁に含まれる右円偏光成分が左円偏光Ｐ_Lの透過光Ｌ₂₃に変換される。このように、光学素子２１の光学異方性層２３に自然光である入射光Ｌ₂₁が入射した場合には、入射光Ｌ₂₁をそれぞれ異なる方向に進行する２つの透過光Ｌ₂₂およびＬ₂₃に分けることができる。
光学異方性層２３の面内レタデーションの値がλ／４のとき、上述した透過光Ｌ₂₂およびＬ₂₃に加え、図７に点線で示すように、入射光Ｌ₂₁と同じ自然光の透過光Ｌ₂₄が入射光Ｌ₂₁の進行方向と同じ方向に進行する。

光学素子２１を実施の形態１に係るウェアラブルディスプレイデバイス１に使用した場合には、例えば、光学異方性層２３の面内レタデーションの値がλ／４のとき、図８に示すように、青画素１２Ｂを介したディスプレイパネル１１からの自然光である入射光Ｌ₃₁に含まれる左円偏光成分が光学素子２１により右円偏光の透過光Ｌ₃₂に変換されると共に、右円偏光成分が左円偏光の透過光Ｌ₃₃に変換され、さらに、入射光Ｌ₃₁の進行方向と同じ方向に進行する透過光Ｌ₃₄が光学素子２１から出射される。
透過光Ｌ₃₂およびＬ₃₃は、それぞれ、入射光Ｌ₃₁とは異なる方向に進行するため、図８に示すように、例えば、透過光Ｌ₃₃は、ユーザにより、入射光Ｌ₃₁を出射した青画素１２Ｂに隣接する画素格子１３を介して出射された光であるかのように視認される。その結果、ディスプレイパネル１１に表示された画像が接眼レンズ３１により拡大されたときに、入射光Ｌ₃₁を出射した青画素１２Ｂに隣接する画素格子１３がユーザに視認されることを防ぐことができる。さらに、複数の赤画素１２Ｒ、複数の緑画素１２Ｇおよび複数の青画素１２Ｂ等の複数の画素１２を介して出射された入射光も同様に、光学素子２１により、それぞれの入射光とは異なる方向に進行する。その結果、ディスプレイパネル１１に表示された画像が接眼レンズ３１により拡大されたときに、複数の画素１２の間に配置されている画素格子１３がユーザに視認されることを防ぐことができる。

また、光学素子２１は、光学異方性層２３の液晶配向パターンＡＰ１のピッチＰにより定められた角度だけ透過光Ｌ₃₂およびＬ₃₃を屈曲して進行させることができる。そのため、液晶配向パターンＡＰ１のピッチＰを調整することにより、光学素子２１を通過した光の屈曲度を調整することができ、ディスプレイパネル１１から複数の異なる画素１２を介して出射された光の混ざり合いを容易に抑制することができる。これにより、実施の形態１に係るウェアラブルディスプレイデバイス１のユーザにより、ディスプレイパネル１１に表示された画像が視認される際に、画像のシャープネスを良好に保つことができる。

ここで、図８に示すように、ディスプレイパネル１１において互いに隣接する同一色の画素１２間の画素ピッチをＤＰ、ディスプレイパネル１１の画素格子１３と光学素子２１間の距離をＤＬとする。光学異方性層２３の液晶配向パターンＡＰ１のピッチＰは、光学異方性層２３の面内レタデーションの値がλ／４のとき、
０．７λ/ｓｉｎ（ａｒｃｔａｎ（ＤＰ／２ＤＬ））
≦Ｐ≦１．６λ/ｓｉｎ（ａｒｃｔａｎ（ＤＰ／２ＤＬ））
を満たしていることが好ましく、
０．８λ/ｓｉｎ（ａｒｃｔａｎ（ＤＰ／２ＤＬ））
≦Ｐ≦１．３λ/ｓｉｎ（ａｒｃｔａｎ（ＤＰ／２ＤＬ））
を満たしていることがより好ましい。
光学異方性層２３の面内レタデーションの値がλ／２のとき、光学異方性層２３の液晶配向パターンＡＰ１のピッチＰは、
０．７λ/ｓｉｎ（ａｒｃｔａｎ（ＤＰ／４ＤＬ））
≦Ｐ≦１．６λ/ｓｉｎ（ａｒｃｔａｎ（ＤＰ／４ＤＬ））
を満たしていることが好ましく、
０．８λ/ｓｉｎ（ａｒｃｔａｎ（ＤＰ／４ＤＬ））
≦Ｐ≦１．３λ/ｓｉｎ（ａｒｃｔａｎ（ＤＰ／４ＤＬ））
を満たしていることがより好ましい。ここでλは設計波長である。
光学異方性層２３の液晶配向パターンＡＰ１のピッチＰは、ディスプレイパネル１１において互いに隣接する同一色の画素１２間の画素ピッチＤＰ、ディスプレイパネル１１の画素格子１３と光学素子２１間の距離ＤＬに応じて適宜設定することができる。

以上のように、実施の形態１に係るウェアラブルディスプレイデバイス１では、光学素子２１の光学異方性層２３において、複数の棒状液晶化合物２４に由来する光軸２４ＡがＸＹ面内の一方向に沿って回転しながら変化する。そのため、ディスプレイパネル１１から複数の画素１２を介して出射された光に含まれる円偏光は、光学素子２１を通過することにより屈曲されて進行する。したがって、ユーザがウェアラブルディスプレイデバイス１を使用した際に、ディスプレイパネル１１に表示された画像が接眼レンズ３１により拡大されたときに、ディスプレイパネル１１において複数の画素１２の間に配置された画素格子１３がユーザに視認されることを防ぐことができると共に、画像のシャープネスを良好に保つことができる。

なお、実施の形態１に係るウェアラブルディスプレイデバイス１は、ディスプレイパネル１１、光学素子２１および接眼レンズ３１を有しているものであれば、いかなる態様であってもよい。例えば、ウェアラブルディスプレイデバイス１としては、ヘッドマウントディスプレイ、ヘッドアップディスプレイおよび眼鏡型のウェアラブルディスプレイデバイスを挙げることができる。

また、光学素子２１の光学異方性層２３において、複数の領域Ｒの面内レタデーションの値は、設計波長の１／４波長から半波長であることが望ましいが、波長が５５０ｎｍである入射光に対する光学異方性層２３の複数の領域Ｒの面内レタデーションＲｅ（５５０）＝Δｎ₅₅₀×ｄが下記式（１）に規定される範囲内であれば、実施の形態１に係るウェアラブルディスプレイデバイス１の効果を十分に得ることができる。ここで、Δｎ₅₅₀は、入射光の波長が５５０ｎｍである場合の、領域Ｒの屈折率異方性に伴う屈折率差であり、ｄは、光学異方性層２３の厚さである。
５０ｎｍ≦Δｎ₅₅₀×ｄ≦３５０ｎｍ・・・（１）
すなわち、光学異方性層２３の複数の領域Ｒの面内レタデーションＲｅ（５５０）＝Δｎ₅₅₀×ｄが式（１）を満たしていれば、光学異方性層２３に入射した光の十分な量の円偏光成分を、Ｚ方向に対して傾いた方向に進行する円偏光に変換することができる。そのため、ディスプレイパネル１１において複数の画素１２の間に配置された画素格子１３がユーザに視認されることを防ぐことができると共に、画像のシャープネスを良好に保つことができる。

さらに、波長が４５０ｎｍの入射光に対する光学異方性層２３の領域Ｒのそれぞれの面内レタデーションＲｅ（４５０）＝Δｎ₄₅₀×ｄと、波長が５５０ｎｍの入射光に対する光学異方性層２３の領域Ｒのそれぞれの面内レタデーションＲｅ（５５０）＝Δｎ₅₅₀×ｄは、下記式（２）を満たすことが望ましい。ここで、Δｎ₄₅₀は、入射光の波長が４５０ｎｍである場合の、領域Ｒの屈折率異方性に伴う屈折率差である。
（Δｎ₄₅₀×ｄ）／（Δｎ₅₅₀×ｄ）＜１．００・・・（２）
式（２）は、光学異方性層２３に含まれる棒状液晶化合物２４が逆分散性を有していることを表している。すなわち、式（２）が満たされることにより、光学異方性層２３は、広帯域の波長の入射光に対応することができる。そのため、画素格子１３がユーザに視認されることをより効率的に防ぐことができる。

また、画素格子１３がユーザに視認されることを効率的に防ぐために、光学素子２１の光学異方性層２３において複数の棒状液晶化合物２４の光軸２４Ａが連続的に回転しながら変化している方向、すなわち、配列軸Ａの方向が、複数の画素１２の配列方向と平行であることが望ましい。これにより、ディスプレイパネル１１の複数の画素１２を介して出射された光の円偏光成分を、光学素子２１により屈曲される方向と複数の画素１２および画素格子１３の配列方向に一致させることができるため、画素格子１３がユーザに視認されることをより効率的に防ぐことができる。

また、モアレがユーザに視認されることを防ぐために、光学素子２１の光学異方性層２３において複数の棒状液晶化合物２４の光軸２４Ａが連続的に回転しながら変化している方向、すなわち、配列軸Ａの方向を、複数の画素１２の配列方向に対して傾斜した方向にすることもできる。

また、ディスプレイパネル１１の複数の画素１２は、赤画素１２Ｒ、緑画素１２Ｇおよび青画素１２Ｂを含むが、これら３種類の画素１２Ｒ、１２Ｇおよび１２Ｂを介してディスプレイパネル１１から出射される光は、それぞれ、異なる輝度を有することがある。例えば、緑画素１２Ｇを介してディスプレイパネル１１から出射された光は、赤画素１２Ｒおよび青画素１２Ｂを介して出射された光よりも輝度が高く、白く見えることがある。このような場合には、図示しないが、ディスプレイパネル１１と光学素子２１との間に、それぞれの画素１２Ｒ、１２Ｇおよび１２Ｂに対応した円偏光板を配置することができる。これにより、赤画素１２Ｒ、緑画素１２Ｇおよび青画素１２Ｂに入射する光を、円偏光板を用いて予め右円偏光および左円偏光のいずれかに変換することにより、光学素子２１に入射する赤色光、緑色光および青色光が屈曲する方向を定めることができる。そのため、赤色光、緑色光および青色光の屈曲する方向を調整することにより、赤画素１２Ｒ、緑画素１２Ｇおよび青画素１２Ｂを介して出射された光の輝度を均一にすることができる。

また、図示しないが、赤画素１２Ｒ、緑画素１２Ｇおよび青画素１２Ｂを介して出射された光の輝度を均一にする方法として、光学異方性層２３の液晶配向パターンＡＰ１のピッチＰを、それぞれの画素１２Ｒ、１２Ｇおよび１２Ｂ毎に変化させて光学異方性層２３における光の屈曲度を調整することが挙げられる。この場合には、赤画素１２Ｒ、緑画素１２Ｇおよび青画素１２Ｂを介して出射された光のうち、屈曲度を大きくしたい光に対しては、対応する画素の上に配置された光学異方性層２３中の液晶配向パターンＡＰ１のピッチＰを小さくし、また、屈曲度を小さくしたい光に対しては、対応する画素の上に配置された光学異方性層２３中の液晶配向パターンＡＰ１のピッチＰを大きくすることができる。これにより、例えば、赤画素１２Ｒ、緑画素１２Ｇおよび青画素１２Ｂを介して出射された光の混合度合を調節することができるため、赤画素１２Ｒ、緑画素１２Ｇおよび青画素１２Ｂを介して出射された光の輝度を均一にすることができる。
ここで、ディスプレイパネル１１の複数の画素１２が赤画素１２Ｒ、緑画素１２Ｇおよび青画素１２Ｂを含む場合には、赤画素１２Ｒの上に配置された光学異方性層２３中の液晶配向パターンＡＰ１のピッチの平均値Ｐｈ（Ｒ）、緑画素１２Ｇの上に配置された光学異方性層２３中の液晶配向パターンＡＰ１のピッチの平均値Ｐｈ（Ｇ）、および、青画素１２Ｂの上に配置された光学異方性層２３中の液晶配向パターンＡＰ１のピッチの平均値Ｐｈ（Ｂ）は、下記式（３）を満たすことが望ましい。
Ｐｈ（Ｂ）＜Ｐｈ（Ｇ）＜Ｐｈ（Ｒ）・・・（３）
式（３）が満たされることにより、赤画素１２Ｒ、緑画素１２Ｇおよび青画素１２Ｂを介して出射された光の輝度を均一にすることができる。

実施の形態２
図９に、実施の形態２におけるディスプレイパネル４１の平面図を示す。図９に示すように、実施の形態２におけるディスプレイパネル４１は、Ｘ方向およびＹ方向に配列された複数の画素４２と、複数の画素４２の間に格子状に配置された画素格子４３を有している。また、複数の画素４２は、複数の赤画素４２Ｒ、複数の緑画素４２Ｇおよび複数の青画素４２Ｂを含んでいる。このようなディスプレイパネル４１を有するウェアラブルディスプレイデバイスにおいて、画素格子４３がユーザに視認されることを防ぐためには、例えば、図１０に示すように、実施の形態１における光学素子２１の光学異方性層２３と同一の２枚の第１の光学異方性層５３および第２の光学異方性層６３を互いに９０°回転させるように重ね合わせた光学素子を用いればよい。図１０には、第１の光学異方性層５３における配列軸Ａ₁がＸ方向を向いており、第２の光学異方性層６３における配列軸Ａ₂がＹ方向を向いていることが示されている。以下では、説明のために、第１の光学異方性層５３は、第２の光学異方性層６３よりもディスプレイパネル４１側に配置されているとする。

このような、２つの光学異方性層５３および６３を有する光学素子に光が入射したときの透過光の挙動を説明する。図１１は、実施の形態２における第１の光学異方性層５３および第２の光学異方性層６３をＸＺ面に平行な面で切断した部分断面図である。また、図１２は、実施の形態２における第１の光学異方性層５３および第２の光学異方性層６３をＹＺ面に平行な面で切断した部分断面図である。
図１１に示すように、第１の光学異方性層５３の面内レタデーションの値がλ／４のとき、第１の光学異方性層５３に、例えば自然光の入射光Ｌ₄₁が入射した場合には、実施の形態１における光学異方性層２３と同様に、第１の光学異方性層５３により、入射光Ｌ₄₁に含まれる左円偏光成分が右円偏光Ｐ_Rの透過光Ｌ₄₂に変換されると共に、入射光Ｌ₄₁に含まれる右円偏光成分が左円偏光Ｐ_Lの透過光Ｌ₄₃に変換され、さらに、入射光Ｌ₄₁の進行方向と同じ方向に進行する透過光Ｌ₄₄が第１の光学異方性層５３から出射される。第１の光学異方性層５３の複数の棒状液晶化合物５４の光軸５４Ａは、Ｘ方向に沿って回転しながら変化しているため、透過光Ｌ₄₂および透過光Ｌ₄₃は、Ｘ方向に傾くように屈曲されて進行する。さらに、第２の光学異方性層６３の面内レタデーションの値がλ／４のとき、入射光Ｌ₄₁と同じ方向に進行した透過光Ｌ₄₄が第２の光学異方性層６３に入射すると、図１２に示すように、透過光Ｌ₄₄は、右円偏光Ｐ_Rの透過光Ｌ₄₅および左円偏光Ｐ_Lの透過光Ｌ₄₆に変換され、さらに、透過光Ｌ₄₄の進行方向と同じ方向に進行する透過光Ｌ₄₇が第２の光学異方性層６３から出射される。第２の光学異方性層６３の複数の棒状液晶化合物６４の光軸６４Ａは、Ｙ方向に沿って回転しながら変化しているため、透過光Ｌ₄₅およびＬ₄₆は、Ｙ方向に傾くように屈曲されて進行する。
また、図示しないが、第１の光学異方性層５３から出射された右円偏光Ｐ_Rの透過光Ｌ₄₂は、第２の光学異方性層６３を透過することにより、左円偏光の透過光に変換されて、Ｙ方向にさらに傾くように屈曲されて進行する。また、第１の光学異方性層５３から出射された左円偏光Ｐ_Lの透過光Ｌ₄₃も同様に、右円偏光の透過光に変換されて、Ｙ方向にさらに傾くように屈曲されて進行する。

図示しないが、第１の光学異方性層５３および第２の光学異方性層６３の面内レタデーションの値がいずれもλ／２のとき、第１の光学異方性層５３に自然光の入射光が入射した場合には、まず、第１の光学異方性層５３により入射光に含まれる右円偏光成分が左円偏光の透過光に変換されると共に、入射光に含まれる左円偏光成分が右円偏光の透過光に変換される。これらの透過光は、Ｘ方向に傾くように互いに逆向きに屈曲されて進行する。また、第１の光学異方性層５３から出射された右円偏光の透過光および左円偏光の透過光は、第２の光学異方性層６３の面内レタデーションの値がλ／４のときと同様に、それぞれ、左円偏光の透過光および右円偏光の透過光に変換されると共に、Ｙ方向にさらに傾くように屈曲されて進行する。

以上のように、ウェアラブルディスプレイデバイスに第１の光学異方性層５３および第２の光学異方性層６３を有する光学素子を用いることにより、ディスプレイパネル４１の複数の画素４２を介して出射された光の円偏光成分をＸ方向およびＹ方向の双方に屈曲させて進行させることができる。そのため、Ｘ方向およびＹ方向に配置された格子状の画素格子４３がユーザに視認されることを防ぐことができる。

なお、ディスプレイパネルの画素格子の形状に合わせて、実施の形態１における光学異方性層２３と同一の光学異方性層の数を変更することができる。その際に、複数の光学異方性層のＸＹ面内における回転角度を適宜変更することができる。例えば、図示しないが、ディスプレイパネルが有する画素格子が六方格子を形成しており、画素格子の隙間に複数の画素が配置されている場合には、３枚の光学異方性層を、ＸＹ面内において互いに６０°ずつ、同一の回転方向に回転させて組み合わせることができる。これにより、それぞれの光学異方性層の複数の棒状液晶化合物の光軸が回転しながら変化している方向を複数の画素の配列方向と平行にすることができる。そのため、ユーザがウェアラブルディスプレイデバイスを使用した際に、画素格子がユーザに視認されることを効率的に防ぐことができる。

実施の形態３
図１３に、実施の形態３における光学素子７１の部分平面図を示す。実施の形態３における光学素子７１の光学異方性層７３は、Ｘ方向およびＹ方向に配列された複数の光学要素Ｎにより構成されている。これらの複数の光学要素Ｎは、図１４に示すように、複数の棒状液晶化合物７４を含んでおり、複数の棒状液晶化合物７４の光軸７４Ａは、それぞれの光学要素Ｎにおいて、図１４に示す液晶配向パターンＡＰ２を形成している。実施の形態３における液晶配向パターンＡＰ２において、棒状液晶化合物７４の光軸７４Ａの向きは、液晶配向パターンＡＰ２の中心から外側の多方向、例えば、配列軸Ａ₃、Ａ₄、Ａ₅…に沿って徐々に回転しながら変化している。この液晶配向パターンＡＰ２を有する光学要素Ｎを通過した円偏光は、棒状液晶化合物７４の光軸７４Ａの向きが異なる個々の局所的な領域において、それぞれ、絶対位相が変化する。この際に、それぞれの絶対位相の変化量は、円偏光が通過した棒状液晶化合物７４の光軸７４Ａの向きに応じて異なる。

このような放射状に光軸が回転変化する液晶配向パターンを備えれば、光学異方性層７３に入射した光の円偏光成分を発散光および集束光として透過させることができる。すなわち、光学異方性層７３中の液晶配向パターンＡＰ２によって凹レンズおよび凸レンズとしての機能を実現できる。すなわち、実施の形態３における光学素子７１の光学要素Ｎに円偏光成分を通過させることにより、光学要素Ｎを透過した円偏光をＸＹ面内の全ての方向に傾くように屈曲させて進行させることができる。そのため、ウェアラブルディスプレイデバイスに実施の形態３における光学素子７１を用いることにより、ディスプレイパネルの画素格子が任意の形状を有している場合であっても、画素格子がユーザに視認されることを防ぐことができる。

ここで、図１３に示すように、互いに隣接する光学要素Ｎ間のピッチを配列ピッチＮＰとする。光学要素の配列ピッチＮＰは図示しないディスプレイパネルの画素ピッチに合わせることが好ましい。図示しないが、このディスプレイパネルの画素ピッチをＤＰとすると、光学要素Ｎの配列ピッチＮＰは０．７ＤＰから１．３ＤＰであることが好ましく、０．８ＤＰから１．２ＤＰであることがより好ましい。
ディスプレイパネルにおける画素格子と光学素子７３間の距離をＤＬとすると、光学要素Ｎの面内中心からの距離ｘにおける点（同一光学要素Ｎ内の点）の液晶配向パターンＡＰ２の平均ピッチＰ２は、光学異方性層７３の面内レタデーションの値がλ／４のとき、
０．７λ/ｓｉｎ（ａｒｃｔａｎ（ｘ／ＤＬ））
≦Ｐ２≦１．６λ/ｓｉｎ（ａｒｃｔａｎ（ｘ／ＤＬ））
を満たしていることが好ましく、
０．８λ/ｓｉｎ（ａｒｃｔａｎ（ｘ／ＤＬ））
≦Ｐ２≦１．３λ/ｓｉｎ（ａｒｃｔａｎ（ｘ／ＤＬ））
を満たしていることがより好ましい。
光学異方性層７３の面内レタデーションの値がλ／２のとき、液晶配向パターンＡＰ２の平均ピッチＰ２は、
０．７λ/ｓｉｎ（ａｒｃｔａｎ（ｘ／２ＤＬ））
≦Ｐ２≦１．６λ/ｓｉｎ（ａｒｃｔａｎ（ｘ／２ＤＬ））
を満たしていることが好ましく、
０．８λ/ｓｉｎ（ａｒｃｔａｎ（ｘ／２ＤＬ））
≦Ｐ２≦１．３λ/ｓｉｎ（ａｒｃｔａｎ（ｘ／２ＤＬ））
を満たしていることがより好ましい。ここでλは設計波長である。
光学異方性層７３の液晶配向パターンＡＰ２のピッチＰ２は、ディスプレイパネルの画素ピッチＤＰ、および、ディスプレイパネルにおける画素格子と光学素子７３間の距離ＤＬに応じて適宜設定することができる。

実施の形態４
実施の形態１〜３における光学異方性層２３、５３、６３および７３は、棒状液晶化合物２４、５４、６４および７４を含んでいるが、本発明の光学異方性層は、棒状液晶化合物の代わりに、円盤状液晶化合物を含んでいてもよい。
図１５は、実施の形態４の光学素子８１の構成を示す側面断面図である。図１５に示すように、実施の形態４における光学素子８１は、光学異方性層が円盤状液晶化合物８４を含むことを除いて実施の形態１における光学素子２１と同一である。すなわち、実施の形態４の光学素子８１は、基材８２と、基材８２上に形成された光学異方性層８３を有し、光学異方性層８３は、複数の円盤状液晶化合物８４を含んでいる。
光学異方性層８３に含まれる複数の円盤状液晶化合物８４は、それぞれ、Ｚ方向に立ち上がっており、円盤状液晶化合物８４の光軸８４Ａは、円盤面に垂直な軸、いわゆる進相軸として定義される。

図１６に、実施の形態４における光学素子８１の部分平面図を示す。図１６に示されるように、円盤状液晶化合物８４の光軸８４Ａは、配列軸Ａに沿って連続的に回転しながら変化している。すなわち、配列軸Ａと対する円盤状液晶化合物８４の光軸８４Ａとのなす角が、配列軸Ａに沿って徐々に変化している。これにより、実施の形態４における光学異方性層８３に、実施の形態１における光学異方性層２３と同様に、ピッチＰを有する液晶配向パターンＡＰ３が形成されている。
そのため、実施の形態４における光学素子８１は、実施の形態１における光学素子２１と同様の作用を有している。すなわち、図示しないが、光学素子８１の光学異方性層８３に入射する光のうち円偏光成分を、入射の方向とは異なる方向に傾くように屈曲して進行させることができ、図示しない画素格子がユーザに視認されることを防ぐことができる。

以下、本発明の光学素子の詳細について説明する。

＜支持体＞
支持体としては、透明支持体が好ましく、ポリメチルメタクリレート等のポリアクリル系樹脂フィルム、セルローストリアセテート等のセルロース系樹脂フィルム、およびシクロオレフィンポリマー系フィルム（例えば、商品名「アートン」、ＪＳＲ社製、商品名「ゼオノア」、日本ゼオン社製）等を挙げることができる。支持体は、可撓性のフィルムに限らず、ガラス基板等の非可撓性の基板であってもよい。

＜光学異方性層＞
光学異方性層は、棒状液晶化合物もしくは円盤状液晶化合物を含む液晶組成物の硬化層からなり、棒状液晶化合物の光軸もしくは円盤状液晶化合物の光軸が上記のように配向された液晶配向パターンを有している。支持体上に配向膜を形成し、その配向膜上に液晶組成物を塗布、硬化することにより、液晶組成物の硬化層からなる光学異方性層を得ることができる。なお、いわゆるλ／４板およびλ／２板として機能するのは光学異方性層であるが、本発明は、支持体および配向膜を一体的に備えた積層体がλ／４板およびλ／２板として機能する態様を含む。
また、光学異方性層を形成するための液晶組成物は、棒状液晶化合物または円盤状液晶化合物を含有し、さらに、レベリング剤、配向制御剤、重合開始剤および配向助剤などのその他の成分を含有していてもよい。

また、光学異方性層は、入射光の波長に対して広帯域であることが望ましく、複屈折率が逆分散となる液晶材料を用いて構成されていることが好ましい。また、液晶に捩れ成分を付与することにより、また、異なる位相差層を積層することにより、入射光の波長に対して光学異方性層を実質的に広帯域にすることも好ましい。例えば、光学異方性層において、捩れ方向が異なる２層の液晶を積層することによって広帯域のパターン化されたλ／２板を実現する方法が特開２０１４−０８９４７６号公報等に示されており、本発明において好ましく使用することができる。

―棒状液晶化合物―
棒状液晶化合物としては、アゾメチン類、アゾキシ類、シアノビフェニル類、シアノフェニルエステル類、安息香酸エステル類、シクロヘキサンカルボン酸フェニルエステル類、シアノフェニルシクロヘキサン類、シアノ置換フェニルピリミジン類、アルコキシ置換フェニルピリミジン類、フェニルジオキサン類、トラン類およびアルケニルシクロヘキシルベンゾニトリル類が好ましく用いられる。以上のような低分子液晶性分子だけではなく、高分子液晶性分子も用いることができる。

棒状液晶化合物を重合によって配向を固定することがより好ましく、重合性棒状液晶化合物としては、Ｍａｋｒｏｍｏｌ． Ｃｈｅｍ．， １９０巻、２２５５頁（１９８９年）、Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ５巻、１０７頁（１９９３年）、米国特許４６８３３２７号公報、同５６２２６４８号公報、同５７７０１０７号公報、ＷＯ９５／２２５８６号公報、同９５／２４４５５号公報、同９７／００６００号公報、同９８／２３５８０号公報、同９８／５２９０５号公報、特開平１−２７２５５１号公報、同６−１６６１６号公報、同７−１１０４６９号公報、同１１−８００８１号公報、および特願２００１−６４６２７号公報などに記載の化合物を用いることができる。さらに棒状液晶化合物としては、例えば、特表平１１−５１３０１９号公報や特開２００７−２７９６８８号公報に記載のものも好ましく用いることができる。

―円盤状液晶化合物―
円盤状液晶化合物としては、例えば、特開２００７−１０８７３２号公報や特開２０１０−２４４０３８号公報に記載のものを好ましく用いることができる。

＜光学異方性層形成用の配向膜＞
光学異方性層形成用の配向膜としては、例えば、ポリマー等の有機化合物からなるラビング処理膜や無機化合物の斜方蒸着膜、マイクログルーブを有する膜、あるいはω−トリコサン酸やジオクタデシルメチルアンモニウムクロライド、ステアリル酸メチルの如き有機化合物のラングミュア・ブロジェット法によるＬＢ（Langmuir-Blodgett：ラングミュア・ブロジェット）膜を累積させた膜などがあげられる。
配向膜としては、ポリマー層の表面をラビング処理して形成されたものを用いることができる。ラビング処理は、ポリマー層の表面を紙や布で一定方向に数回こすることにより実施される。配向層に使用するポリマーの種類は、ポリイミド、ポリビニルアルコール、特開平９−１５２５０９号公報に記載された重合性基を有するポリマー、特開２００５−９７３７７号公報、特開２００５−９９２２８号公報、および特開２００５−１２８５０３号公報記載の直交配向膜等を好ましく使用することができる。なお、本発明で言う直交配向膜とは、本発明の重合性棒状液晶化合物の分子の長軸を、直交配向膜のラビング方向と実質的に直交するように配向させる配向膜を意味する。配向層の厚さは配向機能を提供できれば厚い必要はなく、０．０１〜５μｍであることが好ましく、０．０５〜２μｍであることがさらに好ましい。
また、光配向性の素材に偏光または非偏光を照射して配向膜とした、いわゆる光配向膜も用いることもできる。すなわち、支持体上に、光配光材料を塗布して光配向膜を作製してもよい。偏光の照射は、光配向膜に対して、垂直方向または斜め方向から行うことができ、非偏光の照射は、光配向膜に対して、斜め方向から行うことができる。

本発明に利用可能な光配向膜に用いられる光配向材料としては、例えば、特開２００６−２８５１９７号公報、特開２００７−７６８３９号公報、特開２００７−１３８１３８号公報、特開２００７−９４０７１号公報、特開２００７−１２１７２１号公報、特開２００７−１４０４６５号公報、特開２００７−１５６４３９号公報、特開２００７−１３３１８４号公報、特開２００９−１０９８３１号公報、特許第３８８３８４８号、特許第４１５１７４６号に記載のアゾ化合物、特開２００２−２２９０３９号公報に記載の芳香族エステル化合物、特開２００２−２６５５４１号公報、特開２００２−３１７０１３号公報に記載の光配向性単位を有するマレイミドおよび／またはアルケニル置換ナジイミド化合物、特許第４２０５１９５号、特許第４２０５１９８号に記載の光架橋性シラン誘導体、特表２００３−５２０８７８号公報、特表２００４−５２９２２０号公報、特許第４１６２８５０号に記載の光架橋性ポリイミド、ポリアミド、またはエステル、特開平９−１１８７１７号公報、特表平１０−５０６４２０号公報、特表２００３−５０５５６１号公報、ＷＯ２０１０／１５０７４８号公報、特開２０１３−１７７５６１号公報、特開２０１４−１２８２３号公報に記載の光二量化可能な化合物、特にシンナメート化合物、カルコン化合物、クマリン化合物が好ましい例として挙げられる。特に好ましくは、アゾ化合物、光架橋性ポリイミド、ポリアミド、エステル、シンナメート化合物、カルコン化合物である。
本発明においては、光配向膜を用いることが好ましい。

配向膜を支持体上に塗布して乾燥させた後、配向膜をレーザ露光して配向パターンを形成する。配向膜の露光装置の模式図を図１７に示す。露光装置９０は、半導体レーザ９１を備えた光源９２と、半導体レーザ９１からのレーザ光Ｍを２つに分離するビームスプリッター９３と、分離された２つの光線ＭＡ、ＭＢの光路上にそれぞれ配置されたミラー９４Ａおよび９４Ｂとλ／４板９５Ａおよび９５Ｂを備える。λ／４板９５Ａおよび９５Ｂは互いに直交する光学軸を備えており、λ／４板９５Ａは、直線偏光Ｐ_Oを右円偏光Ｐ_Rに、λ／４板９５Ｂは直線偏光Ｐ_Oを左円偏光Ｐ_Lに変換する。

配向膜１０１を備えた支持体１００が露光部に配置され、２つの光線ＭＡ、ＭＢを配向膜１０１上において交差させて干渉させ、その干渉光を配向膜１０１に照射して露光する。この際の干渉により、配向膜１０１に照射される光の偏光状態が干渉縞状に周期的に変化するものとなる。これにより、配向膜１０１において、配向状態が周期的に変化する配向パターンが得られる。露光装置９０において、２つの光線ＭＡおよびＭＢの交差角αを変化させることにより、配向パターンのピッチを変化させることができる。配向状態が周期的に変化した配向パターンを有する配向膜上に光学異方性層を形成することにより、この周期に応じた液晶配向パターンを備えた光学異方性層を形成することができる。

また、配向膜をレーザ露光する際に、図１８に示す露光装置１１０を用いることもできる。露光装置１１０は、半導体レーザ１１１を備えた光源１１２と、半導体レーザからのレーザ光Ｍを分離された２つの光線ＭＰおよびＭＳに分離する第１の偏光ビームスプリッター１１３と、光線ＭＰおよびＭＳの光路上にそれぞれ配置されたミラー１１４Ａおよび１１４Ｂと、光線ＭＳの光路上に配置されたレンズ１１５と、第２の偏光ビームスプリッター１１６と、λ／４板１１７とを備える。第１の偏光ビームスプリッター１１３によりレーザ光Ｍが分離された光線ＭＰはＰ偏光Ｐ_Pの光線であり、光線ＭＳはＳ偏光Ｐ_Sの光線である。また、図示しないが、λ／４板１１７に入射したＰ偏光ＭＰおよびＳ偏光ＭＳは、互いに逆回りの円偏光に変換される。
配向膜１０１を備えた支持体１００が露光部に配置され、λ／４板１１７から出射された２つの光線を配向膜１０１上において交差させて干渉させ、その干渉光を配向膜１０１に照射して露光する。この際に、図１７に示す露光装置９０と同様に、配向膜１０１に照射される光の偏光状態が干渉縞状に周期的に変化するものとなり、配向膜１０１において、配向状態が周期的に変化する配向パターンが得られる。露光装置１１０において、レンズ１１５のｆナンバー（レンズ１１５における焦点距離と有効口径の比）および焦点距離、ならびに、レンズ１１５と配向膜１０１との間の距離を変化させることにより、配向パターンのピッチを変化させることができる。

＜光学異方性層の形成＞
光学異方性層は、配向膜上に液晶組成物を多層塗布することにより形成してもよい。多層塗布とは、配向膜の上に液晶組成物を塗布し、加熱し、さらに冷却した後に紫外線硬化を行って１層目の液晶固定化層を作製した後、２層目以降はその液晶固定化層に重ね塗りして塗布を行い、同様に加熱し、冷却後に紫外線硬化を行うことを繰り返すことをいう。光学異方性層を上記のように多層塗布して形成することにより、光学異方性層の総厚が厚くなった場合でも配向膜の配向方向を、光学異方性層の下面から上面にわたって反映させることができる。

なお、上記のようにして得られた支持体と光学異方性層を接着層により貼り合わせることにより、支持体と光学異方性層が積層されてなる光学素子を得ることができる。

接着層に用いられる粘着剤の例としては、ポリエステル系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリウレタン系樹脂、シリコーン系樹脂、アクリル系樹脂等の樹脂を挙げることができる。これらは単独または２種以上混合して使用してもよい。特に、アクリル系樹脂は、耐水性、耐熱性、耐光性等の信頼性に優れ、接着力、透明性が良く、さらに、屈折率を液晶ディスプレイに適合するように調整し易い等の観点から好ましい。

以下、本発明の光学素子の実施例および比較例について説明する。

≪実施例１≫
支持体上に光学異方性層を形成し、光学素子を作製した。

［光学異方性層の作製］
（支持体の鹸化）
支持体として、市販されているトリアセチルセルロースフィルム「Ｚ−ＴＡＣ」（富士フイルム社製）を用いた。支持体を、温度６０℃の誘電式加熱ロールを通過させて、支持体表面温度を４０℃に昇温した。その後、支持体の片面に、バーコーターを用いて下記に示すアルカリ溶液を塗布量１４ｍＬ／ｍ²で塗布し、支持体を１１０℃に加熱し、さらに、（株）ノリタケカンパニーリミテド製のスチーム式遠赤外ヒーターの下を、１０秒間搬送した。続いて、同じくバーコーターを用いて、支持体表面上に純水を３ｍＬ／ｍ²塗布した。次いで、得られた支持体に対して、ファウンテンコーターによる水洗およびエアナイフによる水切りを３回繰り返した後に、７０℃の乾燥ゾーンを１０秒間搬送して支持体を乾燥させ、アルカリ鹸化処理した支持体を得た。

＜アルカリ溶液＞
―――――――――――――――――――――――――――――――――
水酸化カリウム ４．７０質量部
水 １５．８０質量部
イソプロパノール ６３．７０質量部
界面活性剤
ＳＦ−１：Ｃ₁₄Ｈ₂₉Ｏ（ＣＨ₂ＣＨ₂Ｏ）₂ＯＨ １．０ 質量部
プロピレングリコール １４．８ 質量部
―――――――――――――――――――――――――――――――――

（下塗り層の形成）
下記の下塗り層形成用塗布液を＃８のワイヤーバーで連続的に上記アルカリ鹸化処理した支持体上に塗布した。塗膜が形成された支持体を６０℃の温風で６０秒間、さらに１００℃の温風で１２０秒間乾燥し、下塗り層を形成した。

＜塗り層形成用塗布液＞
―――――――――――――――――――――――――――――――――
下記変性ポリビニルアルコール ２．４０質量部
イソプロピルアルコール １．６０質量部
メタノール ３６．００質量部
水 ６０．００質量部
―――――――――――――――――――――――――――――――――

―変性ポリビニルアルコール―

（配向膜Ｐ−１の形成）
上記の下塗り層を形成した支持体上に下記の配向膜Ｐ−１形成用塗布液を＃２のワイヤーバーで連続的に塗布した。この配向膜Ｐ−１形成用塗布液の塗膜が形成された支持体を６０℃の温風で６０秒間乾燥し、配向膜Ｐ−１を形成した。

＜配向膜Ｐ−１形成用塗布液＞
―――――――――――――――――――――――――――――――――
下記光配向用素材 １．００質量部
水 １６．００質量部
ブトキシエタノール ４２．００質量部
プロピレングリコールモノメチルエーテル ４２．００質量部
―――――――――――――――――――――――――――――――――

−光配向用素材−

（配向膜Ｐ−１の露光）
図１７に示した露光装置９０を用いて配向膜を露光した。露光装置９０において、半導体レーザ９１として波長４０５ｎｍのレーザ光を出射するものを用いた。干渉光による露光量を１００ｍＪ／ｃｍ²とした。なお、２つのレーザ光の干渉により形成されるパターンの１８０°回転ピッチは２つの光の交差角αを変化させることにより制御した。

（光学異方性層Ｏ−１の形成）
光学異方性層として、逆分散液晶化合物からなる層を形成した。光学異方性層は、下記の組成物Ａ−１を配向膜Ｐ−１上に多層塗布することにより形成した。多層塗布とは、まず配向膜の上に１層目の組成物Ａ−１を塗布、加熱、冷却後に紫外線硬化を行って液晶固定化層を作製した後、２層目以降はその液晶固定化層に重ね塗りして塗布を行い、１層目と同様に加熱、冷却後に紫外線硬化を行うことを繰り返すことを指す。多層塗布により形成することにより、液晶層の総厚が厚くなった時でも配向膜の配向方向が液晶層の下面から上面にわたって反映される。

１層目は、配向膜Ｐ−１上に下記の組成物Ａ−１を塗布した塗膜をホットプレート上で１１０℃に加熱し、その後、６０℃に冷却した後、窒素雰囲気下で高圧水銀灯を用いて波長３６５ｎｍの紫外線を１００ｍＪ／ｃｍ²射量で塗膜に照射することにより、液晶化合物の配向を固定化した。このときの１層目の液晶層の膜厚は０．２μｍであった。

２層目以降は、１層目の液晶層に組成物Ａ−１を重ね塗りして、１層目の液晶層を作製した条件と同一の条件で加熱、冷却および紫外線硬化を行って液晶固定化層を作製した。このようにして、総厚が所望の膜厚になるまで重ね塗りを繰り返し、光学異方性層Ｏ−１を得た。最終的に液晶のＲｅ（５５０）が１３８ｎｍになり、かつ周期的な配向表面になっていることを偏光顕微鏡で確認した。ここで、Ｒｅ（５５０）とは、光学異方性層Ｏ−１における、波長５５０ｎｍの入射光に対する液晶化合物の屈折率異方性に伴う面内レタデーションであり、波長５５０ｎｍにおける液晶化合物の屈折率異方性に伴う屈折率差Ａｎ₅₅₀と、光学異方性層Ｏ−１の厚さｄとの積に該当する。また、光学異方性層Ｏ−１は、（Δｎ₄₅₀×ｄ）／（Δｎ₅₅₀×ｄ）＜１．００の関係を満たしていた。

＜組成物Ａ−１＞
―――――――――――――――――――――――――――――――――
下記液晶化合物Ｌ−１ ４２．００質量部
下記液晶化合物Ｌ−２ ４２．００質量部
下記液晶化合物Ｌ−３ １６．００質量部
下記重合開始剤ＰＩ−１ ０．５０質量部
下記レベリング剤Ｔ−１ ０．５０質量部
メチルエチルケトン １７６．００質量部
シクロペンタノン ４４．００質量部
―――――――――――――――――――――――――――――――――

−液晶化合物Ｌ−１−

−液晶化合物Ｌ−２−

−液晶化合物Ｌ−３−

−重合開始剤ＰＩ−１−

−レベリング剤Ｔ−１−

≪実施例２≫
実施例１と同様にして支持体上に光学異方性層Ｏ−１を形成したシートを２枚作製した。作製した２枚のシートの光学異方性層を形成した面が互いに内側になるようにし、互いのシートが面内で直交するように配置して綜研化学株式会社製のＳＫダイン（登録商標）を用いて貼合した。

≪実施例３≫
実施例１と同様にして支持体上に光学異方性層Ｏ−１を形成したシートを３枚作製した。作製した３枚のシートが互いに面内のなす角度が６０°になるように配置して綜研化学株式会社製のＳＫダイン（登録商標）を用いて貼合した。なお、１枚目のシートの光学異方性層上に２枚目のシートの光学異方性層を貼合した後、２枚目シートの支持体層をはく離後、３枚目のシートの光学異方性層を貼合した。

≪実施例４≫
実施例１において配向膜Ｐ−１の露光方法を下記のように変更した以外は実施例１と同一の方法を用いて光学異方性層Ｂ−１を形成した。

（配向膜Ｐ−１の露光）
図１８に示した露光装置１１０を用いて配向膜を露光した。露光装置１１０において、半導体レーザ１１１として波長４０５ｎｍのレーザ光を出射するものを用いた。干渉光による露光量を１００ｍＪ／ｃｍ^２とした。また、四角形状の穴の開いたマスクを用い、穴以外の箇所は露光されないようにして露光を実施した。マスクをずらし、隣接箇所を露光する工程を繰り返し、配向膜Ｐ−１の露光を行った。なお、２つのレーザ光の干渉により形成されるパターンの回転ピッチはレンズのｆナンバー、焦点距離、レンズと配向膜Ｐ−１面間の距離を変化させることによって制御した。

≪実施例５≫
実施例２における光学異方性層Ｏ−１の代わりに、順分散性を有する液晶組成物の硬化層からなる光学異方性層Ｏ−２を用いた。光学異方性層Ｏ−２の作製の際に、実施例１における光学異方性層Ｏ−１の作製工程において、組成物Ａ−１に代えて、下記の組成物Ａ−２を用いた。実施例５における配向膜Ｐ−１への組成物Ａ−２の多層塗布の方法は、ホットプレート上での加熱温度を９０℃とした以外は、実施例１と同一とした。

＜組成物Ａ−２＞
―――――――――――――――――――――――――――――――――
上記液晶化合物Ｌ−４ １００．００質量部
重合開始剤（Ｉｒｇａｃｕｒｅ（登録商標）９０７、ＢＡＳＦ製）
３．００質量部
光増感剤（ＫＡＹＡＣＵＲＥ ＤＥＴＸ−Ｓ、日本化薬製）
１．００質量部
レベリング剤Ｔ−１ ０．５０質量部
メチルエチルケトン ２１１．００質量部
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−液晶化合物Ｌ−４−

≪実施例６≫
液晶の面内レタデーションＲｅ（５５０）が２７５ｎｍとなるようにした以外は、実施例２の光学素子の作製方法と同一の方法により、光学異方性層Ｏ−１を作製した。

［評価］
作製した光学素子の評価を以下の通り行った。

株式会社ソニー・インタラクティブエンタテインメント製のヘッドマウントディスプレイ（プレイステーションＶＲ）を分解し、その画像表示部に貼合されていたシート（マイクロレンズアレイ）を除去した後、画像表示部に実施例１〜実施例６の光学素子を、それぞれ、貼合した。その際、光学素子の支持体側の面を、粘着剤を介して表示部に貼合した。分解したヘッドマウントディスプレイを再度組み立てて画像表示部に画像を表示させ、接眼レンズ越しに画像を観察して、以下の評価を行った。

＜画素格子の視認性評価＞
画像表示部へ表示する画像を白色のベタ画像とし、目視により画素格子を観察し、以下の４段階で官能評価を行った。また、評価に用いたヘッドマウントディスプレイは、格子状形状の画素格子を有しているため、ヘッドマウントディスプレイを装着した際に視認される画像の垂直方向および水平方向において、それぞれ、画素格子の視認性評価を行った。画素格子が視認されないことが好ましい。
Ａ：格子が視認されない
Ｂ：格子が視認されるが軽微
Ｃ：格子が視認されるが許容範囲内
Ｄ：格子がはっきり視認される

＜画像鮮明性評価＞
ヘッドマウントディスプレイの画像表示部に黒い背景と１画素の幅を有する白線を表示させて、目視で白線のぼけ度合を観察し、以下の４段階で官能評価を行った。
Ａ：白線のぼけが視認されない
Ｂ：白線のぼけが視認されるが軽微
Ｃ：白線のぼけが視認されるが許容範囲内
Ｄ：白線のぼけが目立つ

≪比較例１≫
株式会社ソニー・インタラクティブエンタテインメント製のヘッドマウントディスプレイ（プレイステーションＶＲ）を分解し、その画像表示部に貼合されていたシート（マイクロレンズアレイ）を除去した状態で、ヘッドマウントディスプレイを再度組み立てた。このヘッドマウントディスプレイの画像表示部に画像を表示させ、接眼レンズ越しに画像を観察して上記の評価を行った。

≪比較例２≫
株式会社ソニー・インタラクティブエンタテインメント製のヘッドマウントディスプレイ（プレイステーションＶＲ）において、画像表示部に貼合されているシート（マイクロレンズアレイ）を除去せずに画像を表示させ、接眼レンズ越しに画像を観察して上記の評価を行った。

実施例１〜実施例６、比較例１および比較例２の評価結果を下表に示す。なお、表１において、光学異方性層（図４参照）のタイプＡとは、実施の形態１における液晶配向パターンＡＰ１を有する光学異方性層であり、光学異方性層のタイプＢとは、実施の形態３における液晶配向パターンＡＰ２を有する光学異方性層（図１３および図１４参照）である。

表１において、タイプＢの光学異方性層を有する実施例４における液晶配向パターンのピッチは、光学要素Ｎの面内中心から光学要素Ｎの配列ピッチＮＰの１／４の距離だけ離れた位置における液晶配向パターンの平均ピッチを記載した。

表１に示すように、実施例２〜実施例６は、画素格子の視認性評価および画像鮮明性評価がいずれも「Ｂ」以上であり、ヘッドマウントディスプレイに表示される画像の鮮明性を保ちつつ、画素格子がユーザに視認されることを防ぐことができた。特に、実施例２、実施例４および実施例６は、全ての評価項目において「Ａ」であり、画像の鮮明性に優れ、かつ、画素格子がユーザに視認されることを防ぐことができた。
一方、実施例１において水平方向の画素格子の視認性評価と画像鮮明性評価は共に「Ａ」であったが、垂直方向の画素格子の視認性評価は「Ｃ」であった。また、比較例１において画像鮮明性評価は「Ａ」であったが、画素格子の視認性評価は水平方向および垂直方向で「Ｄ」であった。比較例２において画素格子の視認性評価は、水平方向および垂直方向で「Ａ」であったが、画像鮮明性評価は「Ｃ」であった。

全ての評価結果が「Ａ」であった実施例２、実施例４および実施例６では、光学異方性層において液晶化合物に由来する光軸の向きが連続的に回転しながら変化している方向と、画素格子の周期方向、すなわち、画素の配列方向とが互いに平行であるため、光学異方性層により屈曲されたディスプレイパネルからの入射光が、画素の配列方向に傾くように屈曲して進行したと考えられる。そのため、画素格子がユーザに視認されることを効率的に防ぐことができ、画素格子の視認性評価が「Ａ」となったと考えられる。また、実施例２〜実施例４および実施例６における光学異方性層を通過した光は、２次以上の高次の回折光に相当する散乱光とはならないため、ヘッドマウントディスプレイにおいて互いに隣接する画素から出射された光同士が必要以上に混ざり合わないと考えられる。そのため、ヘッドマウントディスプレイの画像表示部に表示される画像において、ユーザにより白線のぼけが視認されず、画像鮮明性評価が「Ａ」となったと考えられる。

実施例１では、光学異方性層において液晶化合物に由来する光軸の向きが連続的に回転しながら変化している方向が一方向のみであるため、垂直方向における画素格子の視認性評価が「Ｃ」となった。しかしながら、水平方向の画素格子においては、実施例２、実施例４および実施例６と同様の理由により、視認性評価が「Ａ」となった。また、画像鮮明性評価も「Ａ」となっており、これにより、実施例１の光学素子は、実用上問題のない優れた光学素子であるといえる。

また、実施例３では、３枚の光学異方性層が互いに６０°回転するように重なっていることにより、光学異方性層において液晶化合物に由来する光軸の向きが連続的に回転しながら変化している方向が互いに直交していないため、ディスプレイパネルにおける複数の画素の配列方向のうち一方向と、光軸の向きが連続的に回転しながら変化している方向とが平行とならず、垂直方向における画素格子の視認性評価が「Ｂ」となったと考えられる。しかしながら、水平方向の画素格子においては、実施例２、実施例４および実施例６と同様の理由により、視認性評価が「Ａ」となった。また、画像鮮明性評価も「Ａ」となっており、これにより、実施例３の光学素子は、実用上問題のない優れた光学素子であるといえる。

また、実施例５では、光学異方性層に順分散性の液晶化合物を用いて構成されているため、逆分散性の液晶化合物を用いて構成された光学異方性層と比較して、可視光の波長に対応する帯域が狭くなる。そのため、光学異方性層により屈曲されるディスプレイパネルからの入射光が、逆分散性の液晶化合物を用いて構成された光学異方性層よりも少なくなり、画素格子の視認性評価が、水平方向および垂直方向共に「Ｂ」となったと考えられる。しかしながら、実施例５の光学素子は、画素格子がユーザに視認されること視認を十分に防いでおり、また、画像鮮明性評価も「Ａ」であるため、優れた光学素子であるといえる。

比較例１は、ディスプレイパネルと接眼レンズとの間に光学素子を有さないため、画素を介してディスプレイパネルから出射された光が直接、接眼レンズに入射する。そのため、複数の画素を介してディスプレイパネルから出射された光が互いに混ざり合い難く、画像鮮明性評価が「Ａ」になったと考えらえる。しかしながら、画素格子に対応する部分についても、そのまま接眼レンズにより拡大されるため、画素格子がユーザに視認される。そのため、画素格子の視認性評価は、水平方向および垂直方向共に「Ｄ」となっており、比較例１では、実用上好ましくないといえる。

比較例２は、ディスプレイパネルと接眼レンズとの間にマイクロレンズアレイが配置されている。そのため、複数の画素を介してディスプレイパネルから出射された光は、マイクロレンズアレイにより、複数の画素の配列方向に拡散されたと考えられる。そのため、画素格子の視認性評価は、水平方向および垂直方向共に「Ａ」となったと考えられる。しかしながら、ディスプレイパネルから出射された光がマイクロレンズアレイを通過することにより、それぞれのマイクロレンズの境界面において、２次以上の高次の回折光が発生するため、複数の画素を介して出射された光が、混ざり合い易い。これにより、ヘッドマウントディスプレイに表示された白線のぼけが目立ち、画像鮮明性評価が「Ｃ」となっており、実用上好ましくないといえる。

以上の結果から、本発明のウェアラブルディスプレイデバイスによれば、ディスプレイパネルに表示される画像のシャープネスを保ちつつ、ユーザによる画素格子の視認を防ぐことが達成されたことがわかる。

１ ウェアラブルディスプレイデバイス、１１，４１ ディスプレイパネル、１２，４２ 画素、１２Ｂ，４２Ｂ 青画素、１２Ｇ，４２Ｇ 緑画素、１２Ｒ，４２Ｒ 赤画素、１３，４３ 画素格子、２１，７１，８１ 光学素子、２２，８２，１００ 支持体、２３，５３，６３，７３，８３ 光学異方性層、２４，５４，６４，７４ 棒状液晶化合物、２４Ａ，５４Ａ，６４Ａ，７４Ａ，８４Ａ 光軸、３１ 接眼レンズ、８４ 円盤状液晶化合物、９０ 露光装置、９１，１１１ 半導体レーザ、９２，１１２ 光源、９３ ビームスプリッター、９４Ａ，９４Ｂ，１１４Ａ，１１４Ｂ ミラー、９５Ａ，９５Ｂ，１１７ λ／４板、１０１ 配向膜、１１３ 第１の偏光ビームスプリッター、１１５ レンズ、１１６ 第２の偏光ビームスプリッター、Ａ，Ａ₁，Ａ₂，Ａ₃，Ａ₄，Ａ₅ 配列軸、ＡＰ１，ＡＰ２，ＡＰ３ 液晶配向パターン、ｄ 厚さ、ＤＬ 距離、ＤＰ 画素ピッチ、Ｅ１，Ｅ２ 等位相面、Ｌ_１，Ｌ₁₁，Ｌ₂₁，Ｌ₃₁，Ｌ₄₁ 入射光、Ｌ₂，Ｌ₃，Ｌ₁₂，Ｌ₁₃，Ｌ₂₂，Ｌ₂₃，Ｌ₂₄，Ｌ₃₂，Ｌ₃₃，Ｌ₃₄，Ｌ₄₂，Ｌ₄₃Ｌ₄₃，Ｌ₄₄，Ｌ₄₅，Ｌ₄₆，Ｌ₄₇ 透過光、Ｍ レーザ光、ＭＡ，ＭＢ，ＭＰ，ＭＳ 光線、Ｎ 光学要素、ＮＰ 配列ピッチ、Ｐ ピッチ、Ｐ_L 左円偏光、Ｐ_R 右円偏光、Ｐ_O 直線偏光、Ｐ_P Ｐ偏光、Ｐ_S Ｓ偏光、Ｑ１，Ｑ２ 絶対位相、Ｒ 領域、α 交差角。

Claims (6)

1. 複数の画素と、互いに隣接する前記複数の画素の間に配置された画素格子とを有するディスプレイパネルと、
   前記ディスプレイパネルから前記複数の画素を介して出射された光を集光するための接眼レンズと、
   前記ディスプレイパネルと前記接眼レンズとの間に配置された光学素子とを備え、
   前記光学素子は、液晶化合物を含む組成物の硬化層からなる光学異方性層を有し、
   前記光学異方性層は、前記液晶化合物由来の光軸の向きが前記光学異方性層の面内の少なくとも一方向に沿って連続的に回転しながら変化している液晶配向パターンを有することを特徴とするウェアラブルディスプレイデバイス。
2. 波長５５０ｎｍにおける前記液晶化合物の屈折率異方性に伴う屈折率差をΔｎ₅₅₀とし、前記光学異方性層の厚さをｄとしたときに、下記式（１）を満たす請求項１に記載のウェアラブルディスプレイデバイス。
   ５０ｎｍ≦Δｎ₅₅₀×ｄ≦３５０ｎｍ・・・（１）
3. 波長４５０ｎｍにおける前記液晶化合物の屈折率異方性に伴う屈折率差をΔｎ₄₅₀とし、波長５５０ｎｍにおける前記液晶化合物の屈折率異方性に伴う屈折率差をΔｎ₅₅₀とし、前記光学異方性層の厚さをｄとしたときに、下記式（２）を満たす請求項１または２に記載のウェアラブルディスプレイデバイス。
   （Δｎ₄₅₀×ｄ）／（Δｎ₅₅₀×ｄ）＜１．００・・・（２）
4. 前記液晶化合物が棒状液晶化合物である請求項１〜３のいずれか一項に記載のウェアラブルディスプレイデバイス。
5. 前記液晶化合物が円盤状液晶化合物である請求項１〜３のいずれか一項に記載のウェアラブルディスプレイデバイス。
6. 前記光軸の向きが連続的に回転しながら変化している前記一方向と、前記ディスプレイパネルの前記複数の画素の配列方向とが平行である請求項１〜５のいずれか一項に記載のウェアラブルディスプレイデバイス。