JP7476228B2 - 光学部材および画像表示装置 - Google Patents
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Description
ARグラスでは、回折素子を用いて、ディスプレイからの光(投影光)を回折(屈折)させて導光板の一方の端部に入射する。これにより、角度を付けて導光板に光を導入して、導光板内で光を伝播させる。導光板を伝播した光は、導光板の他方の端部において同じく回折素子によって回折されて、導光板から、使用者による観察位置に出射される。
しかしながら、本発明者らの検討によれば、カラー画像を表示するために、各色に対応する出射側の回折素子を重ねた配置した場合に、多重像が発生するという問題が生じることがわかった。
ここで、上述のとおり、回折素子による回折角度は、回折素子の回折構造の周期、および、光の波長に依存する。
そのため、G回折素子によって回折された緑色光と、R回折素子によって回折された緑色光と、B回折素子によって回折された緑色光とはそれぞれ異なる角度に回折される。同様に、赤色光および青色光についても、対応する回折素子以外の回折素子によって一部が異なる角度に回折される。これによって多重像が発生して、視認されてしまう。
[1] 導光板、第1入射回折素子および第2入射回折素子、ならびに、第1出射回折素子および第2出射回折素子を有する導光素子と、
第1出射回折素子によって回折された光、または、第2出射回折素子によって回折された光の偏光状態を変更する、特定の波長域の偏光に対して位相差層として機能する波長選択性位相差層と、
偏光子と、を有し、
第1出射回折素子および第2出射回折素子は、共に偏光回折素子で、それぞれの回折光が互いに逆の性質の偏光であり、
第1出射回折素子および第2出射回折素子と、波長選択性位相差層と、偏光子とは、導光板の主面内で重複して設けられ、かつ、
波長選択性位相差層は、導光素子と偏光子との間に設けられることを特徴とする光学部材。
[2] 波長選択性位相差層が導光素子と離間して配置される構成、および、偏光子が波長選択性位相差層と離間して配置される構成の、少なくとも一方の構成を満たす、[1]に記載の光学部材。
[3] 第1入射回折素子と第2入射回折素子とで、回折構造の周期が異なり、かつ、
第1出射回折素子と第2出射回折素子とで、回折構造の周期が異なる、[1]または[2]に記載の光学部材。
[4] 第1出射回折素子および第2出射回折素子が、液晶化合物を含む組成物を用いて形成された、液晶化合物由来の光学軸の向きが面内の少なくとも一方向に沿って連続的に回転しながら変化している液晶配向パターンを有する液晶回折層を有する、[1]~[3]のいずれかに記載の光学部材。
[5] 第1出射回折素子および第2出射回折素子の液晶回折層が、液晶化合物の光学軸の向きが、厚さ方向で螺旋状に捩じれ回転している領域を有し、
第1出射回折素子の液晶回折層と第2出射回折素子の液晶回折層とで、光学軸の捩じれの回転方向が異なる、[4]に記載の光学部材。
[6] 第1出射回折素子および第2出射回折素子の液晶回折層が、コレステリック液晶相を固定してなるコレステリック液晶層を有し、
第1出射回折素子の液晶回折層と第2出射回折素子の液晶回折層とで、コレステリック液晶相における光学軸の捩じれの回転方向が異なる、[4]または[5]に記載の光学部材。
[7] 第1出射回折素子および第2出射回折素子の液晶回折層は、主面の法線方向および法線に対して傾斜した方向から面内レタデーションを測定した際に、遅相軸面内および進相軸面内のいずれかにおいて、面内レタデーションが最小となる方向が法線方向から傾斜している[4]~[6]のいずれかに記載の光学部材。
[8] 波長選択性位相差層が、特定の波長域の偏光に対して1/2波長板として機能する、[1]~[7]のいずれかに記載の光学部材。
[9] 導光素子と偏光子の間に位相差層を有する、[1]~[8]のいずれかに記載の光学部材。
[10] 位相差層が1/4波長板である、[9]に記載の光学部材。
[11] 位相差層が逆波長分散性を有する、[9]または[10]に記載の光学部材。
[12] 第1入射回折素子および第2出射回折素子、ならびに、第1出射回折素子および第2出射回折素子は、回折構造の周期が0.1~10μmである、[1]~[11]のいずれかに記載の光学部材。
[13] 第1出射回折素子と第2出射回折素子とが積層されている、[1]~[12]のいずれかに記載の光学部材。
[14] 第1入射回折素子と第2入射回折素子とが積層されている、[1]~[13]のいずれかに記載の光学部材。
[15] 第1入射回折素子と第2入射回折素子とが、導光板の主面の異なる位置に配置されている、[1]~[14]のいずれかに記載の光学部材。
[16] [1]~[15]のいずれかに記載の光学部材と、
光学部材の導光素子の第1入射回折素子および第2入射回折素子に画像を照射する表示素子と、を有する画像表示装置。
本明細書において、「(メタ)アクリレート」は、「アクリレートおよびメタクリレートのいずれか一方または双方」の意味で使用される。
本明細書において、「同一」は、技術分野で一般的に許容される誤差範囲を含むものとする。また、本明細書において、「全部」、「いずれも」および「全面」などというとき、100%である場合のほか、技術分野で一般的に許容される誤差範囲を含み、例えば99%以上、95%以上、または90%以上である場合を含むものとする。
またこれに限定されるものではないが、可視光のうち、420~490nmの波長域の光は青色光であり、495~570nmの波長域の光は緑色光であり、620~750nmの波長域の光は赤色光である。
本明細書において、Re(λ)は、AxoScan(Axometrics社製)において、波長λで測定した値である。AxoScanにて平均屈折率((nx+ny+nz)/3)と膜厚(d(μm))を入力することにより、
遅相軸方向(°)
Re(λ)=R0(λ)
が算出される。
なお、R0(λ)は、AxoScanで算出される数値として表示されるものであるが、Re(λ)を意味している。
波長選択性位相差層は、第1出射回折素子によって回折された光、または、第2出射回折素子によって回折された光の偏光状態を変更するものである。
逆の性質の偏光とは、具体的には、ある偏光に対して、ポアンカレ球の裏側に位置する偏光である。言い換えると、第1の偏光と第2の偏光との関係は、ポアンカレ球面上のある偏光状態の第1の点と、ポアンカレ球の中心を挟んで、第1の点と対向する位置にあるポアンカレ球面上のある偏光状態の第2の点との関係に該当する。
具体的には、逆の性質の偏光とは、円偏光であれば、右円偏光と左円偏光であり、直線偏光であれば、互いに直交する直線偏光であり、例えば、P偏光とS偏光、垂直線偏光と水平直線偏光、および、45°直線偏光と-45°直線偏光等である。
さらに、波長選択性位相差層は、導光素子と偏光子との間に設けられる。
なお、主面とは、シート状物(板状物、フィルム、層)の最大面である。また、法線方向とは、シート状物の主面と直交する方向である。
図1に示すように、光学部材10は、導光板12と、入射回折部14と、出射回折部16と、位相差層18と、波長選択性位相差層20と、偏光子24とを有する。
入射回折部14は、導光板12の一方の主面の一方の端部近傍に設けられ、出射回折部16は、導光板12の同主面の他方の端部近傍に設けられる。位相差層18、波長選択性位相差層20および偏光子24は、導光板12の他方の主面に、導光板12の主面内で出射回折部16と重複するように設けられる。
他方、出射回折部16は、赤色光を選択的に回折するR出射回折素子16Rと、緑色光を選択的に回折するG出射回折素子16Gと、青色光を選択的に回折するB出射回折素子16Bとを有する。
導光板12と、入射回折素子を有する入射回折部14と、出射回折素子を有する出射回折部16とで、本発明における導光素子が構成される。
貼合層としては、十分な光透過性を有するものであれば、貼り合わせる際には流動性を有し、その後、固体になる、接着剤からなる層でも、貼り合わせる際にゲル状(ゴム状)の柔らかい固体で、その後もゲル状の状態が変化しない、粘着剤からなる層でも、接着剤と粘着剤との両方の特徴を持った材料からなる層でもよい。従って、貼合層は、光学透明接着剤(OCA(Optical Clear Adhesive))、光学透明両面テープ、および、紫外線硬化型樹脂等の、光学装置および光学部材等でシート状物の貼り合わせに用いられる公知の層を用いればよい。
あるいは、貼合層で貼り合わせるのではなく、枠体または治具等で各部材を保持して、本発明の光学部材を構成してもよい。
図示例の光学部材10において、図示しない表示素子が表示したカラー画像の赤色画像R、緑色画像Gおよび青色画像Bは、導光板12を透過して、それぞれ、入射回折部14のR入射回折素子14R、G入射回折素子14GおよびB入射回折素子14Bで回折されて反射され、導光板12に入射する。
導光板12に入射した赤色画像R、緑色画像Gおよび青色画像Bは、導光板12内で全反射を繰り返して伝播され、出射回折部16に入射する。
出射回折部16に入射した赤色画像R、緑色画像Gおよび青色画像Bは、それぞれ、出射回折部16のR出射回折素子16R、G出射回折素子16GおよびB出射回折素子16Bで回折して反射され、導光板12を透過して、位相差層18、波長選択性位相差層20および偏光子24を透過して、使用者Uによる観察位置に出射され、カラー画像として観察される。
本発明の画像表示装置において、表示素子(図示省略)には制限はなく、ARグラス等に用いられる公知の表示素子(表示装置、プロジェクター)が、各種、利用可能である。表示素子としては、一例として、ディスプレイと投映レンズとを有する表示素子が例示される。
ディスプレイとしては、一例として、液晶ディスプレイ、有機エレクトロルミネッセンスディスプレイ、および、DLP(Digital Light Processing)、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)ミラーを用いたスキャニング方式ディスプレイ等が例示される。なお、本発明において、液晶ディスプレイには、LCOS(Liquid Crystal On Silicon)なども含む。
また、後述するように、入射回折部14において入射回折素子が面方向の重複しない位置に配置されている場合には、各入射回折素子が回折する波長の単色画像を照射する複数のディスプレイが用いられる。また、入射回折素子が面方向に重複しない位置に複数配置される場合には、多色画像を表示するディスプレイから照射された光を各波長ごとに分光してそれぞれの入射回折素子に入射させる構成としてもよい。
表示素子が円偏光を照射する際に、ディスプレイが無偏光の画像を照射する場合には、表示素子は、例えば直線偏光子とλ/4板とからなる円偏光板を有するのが好ましい。また、ディスプレイが直線偏光の画像を照射する場合には、表示素子は、例えばλ/4板を有するのが好ましい。
なお、表示素子が照射する光は、他の偏光(例えば直線偏光等)であってもよい。
導光板12は、内部に入射した光を反射して伝播(導光)する、公知の導光板である。
導光板12には、制限はなく、ARグラスおよび液晶ディスプレイのバックライトユニット等で用いられている公知の導光板が、各種、利用可能である。
入射回折部14は、R入射回折素子14R、G入射回折素子14GおよびB入射回折素子14Bを有する。R入射回折素子14RおよびB入射回折素子14Bは、本発明における第1入射回折素子であり、G入射回折素子14Gは、本発明における第2入射回折素子である。
好ましい態様として、R入射回折素子14R、G入射回折素子14GおよびB入射回折素子14Bは、いずれも、反射型の偏光回折素子である。具体的には、各入射回折素子は、好ましい態様として、入射光を回折する液晶回折層としてコレステリック液晶層を有するものであり、右円偏光または左円偏光を選択的に反射する。
R入射回折素子14R、G入射回折素子14GおよびB入射回折素子14Bが選択的に反射する円偏光の旋回方向すなわちコレステリック液晶相における液晶化合物の螺旋の捩れ方向は、同じでも異なってもよい。なお、第1入射回折素子であるR入射回折素子14RおよびB入射回折素子14Bは、同じ旋回方向の円偏光を選択的に反射し、第2入射回折素子であるG入射回折素子14Gは、R入射回折素子14R等とは逆の旋回方向の円偏光を選択的に反射するのが好ましい。また、入射回折素子と、対応する後述する出射回折素子とで、選択的に反射する円偏光の旋回方向は、同じでも異なってもよい。
本例においては、一例として、R入射回折素子14R、G入射回折素子14GおよびB入射回折素子14Bは、いずれも、右円偏光を選択的に反射するものとする。
従って、R出射回折素子16R、G出射回折素子16GおよびB出射回折素子16Bは、いずれも、偏光回折素子で、R出射回折素子16RおよびB出射回折素子16Bと、G出射回折素子16Gとは、回折する偏光の性質が互いに逆である。具体的には、各出射回折素子は、好ましい態様として、入射光を回折する液晶回折層としてコレステリック液晶層を有するものであり、R出射回折素子16Rは右円偏光を選択的に反射し、G出射回折素子16Gは左円偏光を選択的に反射し、B出射回折素子16Bは右円偏光を選択的に反射する。
例えば、入射回折部14および出射回折部16は、共に、赤色光および緑色光に対応する2つの回折素子を有するものであってもよく、緑色光および青色光に対応する2つの回折素子を有するものであってもよい。入射回折部14および出射回折部16が、2つの回折素子を有する場合には、いずれが第1入射回折素子でも第2入射回折素子でもよく、また、いずれが第1出射回折素子でも第2出射回折素子でもよい。
従って、出射回折素子による回折光の偏光が逆の性質であれば、赤色光および青色光を回折する回折素子が第2出射回折素子で、緑色光を回折する回折素子が第1出射回折素子であってもよい。また、後述する波長選択性位相差層26は、第1出射回折素子が回折した光のみに作用するものでも、第2出射回折素子が回折した光のみに作用するものでもよい。
但し、第1入射回折素子と第1出射回折素子、加えて、後述する第1中間回折素子は、同じ波長域(色)の光を選択的に回折する。同様に、第2入射回折素子と第2出射回折素子、加えて、後述する第2中間回折素子は、同じ波長域の光を選択的に回折する。
従って、以下の説明では、各回折素子を区別する必要が無い場合には、これらの回折素子をまとめて『液晶回折素子』ともいう。
液晶回折素子について図2~図4を用いて説明する。
図2は、液晶回折素子の層構成を概念的に示す図である。図2に概念的に示すように、液晶回折素子は、支持体30と、配向膜32と、回折素子としての作用を発現するの液晶回折層であるコレステリック液晶層34とを有する。
図3は、コレステリック液晶層34の主面の面内における液晶化合物の配向状態を示す模式図である。
以下の説明では、コレステリック液晶層34の主面をX-Y面とし、このX-Y面に対して垂直な断面をX-Z面として説明する。つまり、図2は、コレステリック液晶層34のX-Z面の模式図に相当し、図3は、コレステリック液晶層34のX-Y面の模式図に相当する。
図2~図4に示すように、コレステリック液晶層34は、液晶化合物がコレステリック配向された層である。また、図2~図4は、コレステリック液晶層を構成する液晶化合物が、棒状液晶化合物の場合の例である。
以下の説明では、コレステリック液晶層を、単に液晶層ともいう。
支持体30は、配向膜32、および、液晶層34を支持するものである。
支持体30は、配向膜32、液晶層34を支持できるものであれば、各種のシート状物(フィルム、板状物)が利用可能である。
なお、支持体30は、対応する光に対する透過率が50%以上であるのが好ましく、70%以上であるのがより好ましく、85%以上であるのがさらに好ましい。
支持体30の厚さは、1~2000μmが好ましく、3~500μmがより好ましく、5~250μmがさらに好ましい。
単層である場合の支持体30としては、ガラス、トリアセチルセルロース(TAC)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリカーボネート、ポリ塩化ビニル、アクリル、および、ポリオレフィン等からなる支持体30が例示される。多層である場合の支持体30の例としては、前述の単層の支持体のいずれかなどを基板として含み、この基板の表面に他の層を設けたもの等が例示される。
液晶回折素子において、支持体30の表面には配向膜32が形成される。
配向膜32は、液晶層34を形成する際に、液晶化合物40を所定の液晶配向パターンに配向するための配向膜である。
後述するが、本発明において、液晶層34は、液晶化合物40に由来する光学軸40A(図3参照)の向きが、面内の一方向に沿って連続的に回転しながら変化している液晶配向パターンを有する。従って、配向膜32は、液晶層34が、この液晶配向パターンを形成できるように、形成される。
以下の説明では、『光学軸40Aの向きが回転』を単に『光学軸40Aが回転』とも言う。
例えば、ポリマーなどの有機化合物からなるラビング処理膜、無機化合物の斜方蒸着膜、マイクログルーブを有する膜、ならびに、ω-トリコサン酸、ジオクタデシルメチルアンモニウムクロライドおよびステアリル酸メチルなどの有機化合物のラングミュア・ブロジェット法によるLB(Langmuir-Blodgett:ラングミュア・ブロジェット)膜を累積させた膜、等が例示される。
配向膜32に使用する材料としては、ポリイミド、ポリビニルアルコール、特開平9-152509号公報に記載された重合性基を有するポリマー、特開2005-097377号公報、特開2005-099228号公報、および、特開2005-128503号公報記載の配向膜32等の形成に用いられる材料が好ましい。
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。
中でも、アゾ化合物、光架橋性ポリイミド、光架橋性ポリアミド、光架橋性ポリエステル、シンナメート化合物、および、カルコン化合物は、好適に利用される。
配向膜32の厚さは、0.01~5μmが好ましく、0.05~2μmがより好ましい。
図8に示す露光装置60は、レーザ62を備えた光源64と、レーザ62が出射したレーザ光Mの偏光方向を変えるλ/2板65と、レーザ62が出射したレーザ光Mを光線MAおよびMBの2つに分離する偏光ビームスプリッター68と、分離された2つの光線MAおよびMBの光路上にそれぞれ配置されたミラー70Aおよび70Bと、λ/4板72Aおよび72Bと、を備える。
なお、光源64は直線偏光P0を出射する。λ/4板72Aは、直線偏光P0(光線MA)を右円偏光PRに、λ/4板72Bは直線偏光P0(光線MB)を左円偏光PLに、それぞれ変換する。
この際の干渉により、配向膜32に照射される光の偏光状態が干渉縞状に周期的に変化するものとなる。これにより、配向状態が周期的に変化する配向パターンを有する配向膜が得られる。以下の説明では、この配向パターンを有する配向膜を『パターン配向膜』ともいう。
露光装置60においては、2つの光線MAおよびMBの交差角αを変化させることにより、配向パターンの周期を調節できる。すなわち、露光装置60においては、交差角αを調節することにより、液晶化合物40に由来する光学軸40Aが一方向に沿って連続的に回転する配向パターンにおいて、光学軸40Aが回転する1方向における、光学軸40Aが180°回転する1周期の長さを調節できる。
このような配向状態が周期的に変化した配向パターンを有する配向膜32上に、コレステリック液晶層を形成することにより、後述するように、液晶化合物40に由来する光学軸40Aが一方向に沿って連続的に回転する液晶配向パターンを有する、液晶層34を形成できる。
また、λ/4板72Aおよび72Bの光学軸を、それぞれ、90°回転することにより、光学軸40Aの回転方向を逆にすることができる。
パターン配向膜が、液晶化合物を配向させる向きに沿った軸を配向軸とすると、パターン配向膜は、配向軸の向きが面内の少なくとも一方向に沿って連続的に回転しながら変化している配向パターンを有するといえる。パターン配向膜の配向軸は、吸収異方性を測定することで検出することができる。例えば、パターン配向膜に直線偏光を回転させながら照射して、パターン配向膜を透過する光の光量を測定した際に、光量が最大または最小となる向きが、面内の一方向に沿って漸次変化して観測される。
例えば、支持体30をラビング処理する方法、支持体30をレーザ光などで加工する方法等によって、支持体30に配向パターンを形成することにより、液晶層が、液晶化合物40に由来する光学軸40Aの向きが面内の少なくとも一方向に沿って連続的に回転しながら変化している液晶配向パターンを有する構成とすることも、可能である。すなわち、本発明においては、支持体30を配向膜として作用させてもよい。
液晶回折素子において、配向膜32の表面には、液晶層34が形成される。
液晶層34は、コレステリック液晶相を固定してなる、コレステリック液晶層であり、液晶化合物由来の光学軸の向きが面内の少なくとも一方向に沿って連続的に回転しながら変化している液晶配向パターンを有するコレステリック液晶層である。
従って、出射回折部16において、右円偏光を選択的に反射するR出射回折素子16RおよびB出射回折素子16Bを構成する液晶層34は、コレステリック液晶相の螺旋の捩れ方向が右方向である。これに対して、左円偏光を選択的に反射するG入射回折素子14Gは、コレステリック液晶相の螺旋の捩れ方向が右方向である。
なお、コレステリック液晶相の旋回の方向は、コレステリック液晶層を形成する液晶化合物の種類および/または添加されるキラル剤の種類によって調節できる。
従って、回折素子が反射(回折)する光の波長は、例えば液晶層の螺旋のピッチPを調整して、液晶層の選択的な反射波長域を適宜設定すればよい。
反射波長域の半値幅は、光学部材10の用途に応じて調節され、例えば10~500nmであればよく、好ましくは20~300nmであり、より好ましくは30~100nmである。
なお、「液晶化合物40の光学軸40Aの向きが配列軸Dに沿った面内の一方向に連続的に回転しながら変化している」とは、液晶化合物40の光学軸40Aと配列軸Dとのなす角度が、配列軸D方向の位置により異なっており、配列軸Dに沿って光学軸40Aと配列軸Dとのなす角度がθからθ+180°あるいはθ-180°まで徐々に変化していることを意味する。つまり、配列軸Dに沿って配列する複数の液晶化合物40は、図3に示すように、光学軸40Aが配列軸Dに沿って一定の角度ずつ回転しながら変化する。
なお、配列軸D方向に互いに隣接する液晶化合物40の光学軸40Aの角度の差は、45°以下が好ましく、15°以下がより好ましく、より小さい角度であるのがさらに好ましい。
また、本明細書において、液晶化合物40が棒状液晶化合物である場合、液晶化合物40の光学軸40Aは、棒状液晶化合物の分子長軸を意図する。一方、液晶化合物40が円盤状液晶化合物である場合、液晶化合物40の光学軸40Aは、円盤状液晶化合物の円盤面に対する法線方向に平行な軸を意図する。
すなわち、配列軸D方向に対する角度が等しい2つの液晶化合物40の、配列軸D方向の中心間の距離を、1周期の長さΛとする。具体的には、図3に示すように、配列軸D方向と光学軸40Aの方向とが一致する2つの液晶化合物40の、配列軸D方向の中心間の距離を、1周期の長さΛとする。以下の説明では、この1周期の長さΛを『1周期Λ』とも言う。
液晶層34の液晶配向パターンは、この1周期Λを、配列軸D方向すなわち光学軸40Aの向きが連続的に回転して変化する一方向に繰り返す。液晶回折素子においては、この1周期Λが、回折構造の周期となる。
言い換えれば、液晶層34を形成する液晶化合物40は、Y方向では、液晶化合物40の光学軸40Aと配列軸D(X方向)とが成す角度が等しい。
従来のコレステリック液晶層において、コレステリック液晶相由来の螺旋軸は、主面(X-Y面)に対して垂直であり、その反射面は主面(X-Y面)と平行な面である。また、液晶化合物の光学軸は、主面(X-Y面)に対して傾斜していない。言い換えると、光学軸は主面(X-Y面)に対して平行である。したがって、従来のコレステリック液晶層のX-Z面をSEMにて観察すると、明部と暗部とが交互に配列された配列方向は主面(X-Y面)と垂直となる。
コレステリック液晶相は鏡面反射性であるため、例えば、コレステリック液晶層に法線方向から光が入射される場合、法線方向に光が反射される。
液晶層34に形成された液晶配向パターンは、配列軸D方向に周期的なパターンである。そのため、液晶層34に入射した赤色光の右円偏光RRは、図5に概念的に示すように、液晶配向パターンの周期に応じた方向に反射(回折)され、反射された赤色光の右円偏光RRは、XY面(コレステリック液晶層の主面)に対して配列軸D方向に傾いた方向に反射(回折)される。
例えば、図2および図3においては、配列軸D方向に向かう光学軸40Aの回転方向は時計回りで、ある円偏光が配列軸D方向に傾けて反射されるが、これを反時計回りとすることで、ある円偏光が配列軸D方向とは逆方向に傾けて反射される。
例えば、螺旋の旋回方向が右捩じれの場合、右円偏光を選択的に反射するものであり、配列軸D方向に沿って光学軸40Aが時計回りに回転する液晶配向パターンを有することにより、右円偏光を配列軸D方向に傾けて反射する。
また、例えば、螺旋の旋回方向が左捩じれの場合、左円偏光を選択的に反射するものであり、配列軸D方向に沿って光学軸40Aが時計回りに回転する液晶配向パターンを有する液晶層は、左円偏光を配列軸D方向と逆方向に傾けて反射する。
他方、出射回折部16を構成するR出射回折素子16R、G出射回折素子16GおよびB出射回折素子16Bは、選択的に反射する円偏光の旋回方向すなわち螺旋の旋回方向に応じて、入射した光が適正に使用者Uによる観察位置に出射されるように、配列軸Dの方向および液晶配向パターンにおける光学軸40Aの回転方向を設定する。
本発明の光学部材10において、回折素子の1周期Λの長さには、制限はなく、導光板12への入射角度、導光板12から出射させるための光の回折の大きさ等に応じて、適宜、設定すればよい。
回折素子の1周期の長さ、特に、出射回折素子の1周期Λの長さは、0.1~10μmが好ましく、0.1~1μmがより好ましく、導光板12を全反射で伝播させる観点から、入射する光の波長λ以下がさらに好ましい。
また、この液晶配向パターンを有する液晶層では、光の反射角度(回折角)は、反射する光の波長によって、角度が異なる。具体的には、長波長の光ほど、入射光に対する反射光の角度が大きくなる。
この点に関しては、入射回折部14および出射回折部16が、回折素子を2つしか有さない場合も、同様である。また、この点に関しては、回折素子が反射型の液晶回折素子ではない場合も、同様である。
従って、R入射回折素子14Rの選択反射中心波長をλinR、G入射回折素子14Gの選択反射中心波長をλinG、B入射回折素子14Bの選択反射中心波長をλinBとすると、『λinR>λinG>λinB』となる。
これに応じて、R入射回折素子14R、G入射回折素子14GおよびB入射回折素子14Bにおける液晶配向パターンの1周期Λも、R入射回折素子14R、G入射回折素子14GおよびB入射回折素子14Bの順で短くする。
すなわち、R入射回折素子14Rの液晶配向パターンの1周期ΛをΛinR、G入射回折素子14Gの液晶配向パターンの1周期ΛをΛinG、B入射回折素子14Bの液晶配向パターンの1周期ΛをΛinBとすると、『ΛinR>ΛinG>ΛinB』とするのが好ましい。
従って、R出射回折素子16Rの選択反射中心波長をλoutR、G出射回折素子16Gの選択反射中心波長をλoutG、B出射回折素子16Bの選択反射中心波長をλoutBとすると、『λoutR>λoutG>λoutB』となる。
これに応じて、R出射回折素子16R、G出射回折素子16GおよびB出射回折素子16Bにおける液晶配向パターンの1周期Λも、R出射回折素子16R、G出射回折素子16GおよびB出射回折素子16Bの順で短くする。
すなわち、R出射回折素子16Rの液晶配向パターンの1周期ΛをΛoutR、G出射回折素子16Gの液晶配向パターンの1周期ΛをΛoutG、B出射回折素子16Bの液晶配向パターンの1周期ΛをΛoutBとすると、『ΛoutR>ΛoutG>ΛoutB』とするのが好ましい。
しかしながら、本発明は、これに制限はされない。例えば、図6に概念的に示すように、液晶層34のX-Z面において、液晶化合物40が、主面(X-Y面)に対して、その光学軸40Aが傾斜して配向している構成であってもよい。
例えば、図7に示す例は、液晶層の、配向膜32側の界面において液晶化合物40の光学軸40Aが主面に平行であり(プレチルト角が0であり)、配向膜32側の界面から厚さ方向に離間するにしたがって、液晶化合物40のチルト角が大きくなって、その後、他方の界面(空気界面)側まで一定のチルト角で液晶化合物が配向されている構成である。
このように液晶化合物がチルト角を有して(傾斜して)いることにより、光が回折する際に実効的な液晶化合物の複屈折率が高くなり、回折効率を高めることができる。
なお、上記チルト角は、コレステリック液晶層断面の偏光顕微鏡観察において、液晶化合物40の光学軸40Aと主面とのなす角度を任意の5か所以上で測定して、それらを算術平均した値である。
液晶化合物をチルトさせた場合、チルトさせない場合と比較して、光が回折する方位に対してより高い複屈折率が生じる方位が存在する。この方向では実効的な異常光屈折率が大きくなるため、異常光屈折率と常光屈折率の差である複屈折率が高くなる。
狙った回折する方位に合わせて、チルト角の方位を設定することによって、その方位での本来の回折条件とのずれを抑制することができ、結果としてチルト角を持たせた液晶化合物を用いた場合の方が、より高い回折効率を得ることができると考えられる。
支持体側の界面においては、配向膜にプレチルト処理をおこなうことにより液晶化合物のチルト角を制御することが出来る。例えば、配向膜の形成の際に配向膜に紫外線を正面から露光した後に斜めから露光することにより、配向膜上に形成する液晶層中の液晶化合物にプレチルト角を生じさせることが出来る。この場合には、2回目の照射方向に対して液晶化合物の単軸側が見える方向にプレチルトする。ただし、2回目の照射方向に対して垂直方向の方位の液晶化合物はプレチルトしないため、面内でプレチルトする領域とプレチルトしない領域が存在する。このことは、狙った方位に光を回折させるときにその方向に最も複屈折を高めることに寄与するので回折効率を高めるのに適している。
さらに、液晶層中または配向膜中にプレチルト角を助長する添加剤を加えることも出来る。この場合、回折効率を更に高める因子として添加剤を利用できる。
この添加剤は空気側の界面のプレチルト角の制御にも利用できる。
液晶層がこのような構成を有することにより、液晶化合物が主面に平行である液晶層に比して、高い回折効率で円偏光を回折できる。
光学軸傾斜角の絶対値を15°以上とすることにより、より好適に、液晶化合物の方向を明部および暗部に一致させ、回折効率を向上できる点で好ましい。
液晶層34は、液晶化合物が所定の配向状態に配向されてなる液晶相を層状に固定して形成できる。例えば、コレステリック液晶層の場合には、コレステリック液晶相を層状に固定して形成できる。
コレステリック液晶相を固定した構造は、液晶相となっている液晶化合物の配向が保持されている構造であればよく、典型的には、重合性液晶化合物を所定の液晶相の配向状態としたうえで、紫外線照射、加熱等によって重合、硬化し、流動性が無い層を形成して、同時に、外場または外力によって配向形態に変化を生じさせることない状態に変化した構造が好ましい。
なお、液晶相を固定した構造においては、液晶相の光学的性質が保持されていれば十分であり、液晶層において、液晶化合物40は液晶性を示さなくてもよい。例えば、重合性液晶化合物は、硬化反応により高分子量化して、液晶性を失っていてもよい。
また、液晶層の形成に用いる液晶組成物は、さらに界面活性剤およびキラル剤を含んでいてもよい。
重合性液晶化合物は、棒状液晶化合物であっても、円盤状液晶化合物であってもよい。
棒状の重合性液晶化合物の例としては、棒状ネマチック液晶化合物が挙げられる。棒状ネマチック液晶化合物としては、アゾメチン類、アゾキシ類、シアノビフェニル類、シアノフェニルエステル類、安息香酸エステル類、シクロヘキサンカルボン酸フェニルエステル類、シアノフェニルシクロヘキサン類、シアノ置換フェニルピリミジン類、アルコキシ置換フェニルピリミジン類、フェニルジオキサン類、トラン類、および、アルケニルシクロヘキシルベンゾニトリル類等が好ましく用いられる。低分子液晶化合物だけではなく、高分子液晶化合物も用いることができる。
重合性液晶化合物の例は、Makromol.Chem.,190巻、2255頁(1989年)、Advanced Materials 5巻、107頁(1993年)、米国特許第4683327号明細書、米国特許第5622648号明細書、米国特許第5770107号明細書、国際公開第95/022586号、国際公開第95/024455号、国際公開第97/000600号、国際公開第98/023580号、国際公開第98/052905号、特開平1-272551号公報、特開平6-016616号公報、特開平7-110469号公報、特開平11-080081号公報、および、特開2001-328973号公報等に記載の化合物が含まれる。2種類以上の重合性液晶化合物を併用してもよい。2種類以上の重合性液晶化合物を併用すると、配向温度を低下させることができる。
円盤状液晶化合物としては、例えば、特開2007-108732号公報および特開2010-244038号公報等に記載のものを好ましく用いることができる。
液晶層を形成する際に用いる液晶組成物は、界面活性剤を含有してもよい。
界面活性剤は、安定的に、または迅速に、コレステリック液晶相の配向に寄与する配向制御剤として機能できる化合物が好ましい。界面活性剤としては、例えば、シリコ-ン系界面活性剤およびフッ素系界面活性剤が挙げられ、中でもフッ素系界面活性剤が好ましく例示される。
なお、界面活性剤は、1種を単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
フッ素系界面活性剤として、特開2014-119605号公報の段落[0082]~[0090]に記載の化合物が好ましい。
キラル剤(カイラル剤)はコレステリック液晶相の螺旋構造を誘起する機能を有する。キラル剤は、化合物によって誘起する螺旋の捩れ方向または螺旋ピッチが異なるため、目的に応じて選択すればよい。
キラル剤としては、特に制限はなく、公知の化合物(例えば、液晶デバイスハンドブック、第3章4-3項、TN(twisted nematic)、STN(Super Twisted Nematic)用キラル剤、199頁、日本学術振興会第142委員会編、1989に記載)、イソソルビド、および、イソマンニド誘導体等を用いることができる。
キラル剤は、一般に不斉炭素原子を含むが、不斉炭素原子を含まない軸性不斉化合物または面性不斉化合物もキラル剤として用いることができる。軸性不斉化合物または面性不斉化合物の例には、ビナフチル、ヘリセン、パラシクロファン、および、これらの誘導体が含まれる。キラル剤は、重合性基を有していてもよい。キラル剤および液晶化合物がいずれも重合性基を有する場合は、重合性キラル剤と重合性液晶化合物との重合反応により、重合性液晶化合物から誘導される繰り返し単位と、キラル剤から誘導される繰り返し単位とを有するポリマーを形成することができる。この態様では、重合性キラル剤が有する重合性基は、重合性液晶化合物が有する重合性基と、同種の基であるのが好ましい。従って、キラル剤の重合性基も、不飽和重合性基、エポキシ基またはアジリジニル基であるのが好ましく、不飽和重合性基であるのがより好ましく、エチレン性不飽和重合性基であるのがさらに好ましい。
また、キラル剤は、液晶化合物であってもよい。
液晶組成物が重合性化合物を含む場合は、重合開始剤を含有しているのが好ましい。紫外線照射により重合反応を進行させる態様では、使用する重合開始剤は、紫外線照射によって重合反応を開始可能な光重合開始剤であるのが好ましい。
光重合開始剤の例には、α-カルボニル化合物(米国特許第2367661号、米国特許第2367670号の各明細書記載)、アシロインエーテル(米国特許第2448828号明細書記載)、α-炭化水素置換芳香族アシロイン化合物(米国特許第2722512号明細書記載)、多核キノン化合物(米国特許第3046127号、米国特許第2951758号の各明細書記載)、トリアリールイミダゾールダイマーとp-アミノフェニルケトンとの組み合わせ(米国特許第3549367号明細書記載)、アクリジンおよびフェナジン化合物(特開昭60-105667号公報、米国特許第4239850号明細書記載)、ならびに、オキサジアゾール化合物(米国特許第4212970号明細書記載)等が挙げられる。
液晶組成物中の光重合開始剤の含有量は、液晶化合物の含有量に対して0.1~20質量%が好ましく、0.5~12質量%がより好ましい。
液晶組成物は、硬化後の膜強度向上、耐久性向上のため、任意に架橋剤を含有していてもよい。架橋剤としては、紫外線、熱、および、湿気等で硬化するものが好適に使用できる。
架橋剤としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えばトリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレートおよびペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート等の多官能アクリレート化合物;グリシジル(メタ)アクリレートおよびエチレングリコールジグリシジルエーテル等のエポキシ化合物;2,2-ビスヒドロキシメチルブタノール-トリス[3-(1-アジリジニル)プロピオネート]および4,4-ビス(エチレンイミノカルボニルアミノ)ジフェニルメタン等のアジリジン化合物;ヘキサメチレンジイソシアネートおよびビウレット型イソシアネート等のイソシアネート化合物;オキサゾリン基を側鎖に有するポリオキサゾリン化合物;ならびに、ビニルトリメトキシシラン、N-(2-アミノエチル)3-アミノプロピルトリメトキシシラン等のアルコキシシラン化合物などが挙げられる。また、架橋剤の反応性に応じて公知の触媒を用いることができ、膜強度および耐久性向上に加えて生産性を向上させることができる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
架橋剤の含有量は、液晶組成物の固形分質量に対して、3~20質量%が好ましく、5~15質量%がより好ましい。架橋剤の含有量が上記範囲内であれば、架橋密度向上の効果が得られやすく、液晶相の安定性がより向上する。
液晶組成物中には、必要に応じて、さらに重合禁止剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、光安定化剤、色材、および、金属酸化物微粒子等を、光学的性能等を低下させない範囲で添加することができる。
液晶組成物は溶媒を含んでいてもよい。溶媒には、制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、有機溶媒が好ましい。
有機溶媒には、制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。有機溶媒としては、例えば、ケトン類、アルキルハライド類、アミド類、スルホキシド類、ヘテロ環化合物、炭化水素類、エステル類、および、エーテル類などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。これらの中でも、環境への負荷を考慮した場合にはケトン類が好ましい。
すなわち、配向膜32上にコレステリック液晶層を形成する場合には、配向膜32に液晶組成物を塗布して、液晶化合物をコレステリック液晶相の状態に配向した後、液晶化合物を硬化して、コレステリック液晶相を固定してなる液晶層を形成するのが好ましい。
液晶組成物の塗布は、インクジェットおよびスクロール印刷等の印刷法、ならびに、スピンコート、バーコートおよびスプレー塗布等のシート状物に液体を一様に塗布できる公知の方法が全て利用可能である。
図示例の光学部材は、入射回折部14および出射回折部16に、コレステリック液晶層である液晶層34を用いた反射型の液晶回折素子を用いているが、本発明は、これに制限はされない。
一例として、面内の少なくとも1方向に沿って連続的に回転している液晶配向パターンを有し、かつ、厚さ方向には液晶化合物がコレステリック液晶相を形成していない液晶回折素子も、利用可能である。なお、液晶回折素子において、液晶化合物がコレステリック液晶相とはならない程度に厚さ方向に捩じれ回転した構成を有していてもよい。
図9および図10に示す液晶回折素子は、支持体30と、配向膜32と、液晶層36とを有する。支持体30および配向膜32は、上述の物と同様である。
図10に示す液晶回折素子の液晶層36も、(コレステリック)液晶層34と同様、液晶化合物40の光学軸40Aが、配列軸Dに沿って連続的に回転する液晶配向パターンを有する。なお、図10も、上述した図3と同様、配向膜32の表面の液晶化合物のみを示している。
図9に示す液晶回折素子では、液晶層36を形成する液晶化合物40が厚さ方向に螺旋状に捩じれ回転しておらず、光学軸40Aは、面方向の同じ場所に位置する。このような液晶層は、上述した液晶層の形成において、液晶組成物にキラル剤を添加しないことで形成できる。
一方、液晶層36を形成する液晶化合物40は、X方向と直交するY方向、すなわち光学軸40Aが連続的に回転する一方向である配列軸Dと直交するY方向では、光学軸40Aの向きが等しい液晶化合物40が等間隔で配列されている。
言い換えれば、液晶層36を形成する液晶化合物40において、Y方向に配列される液晶化合物40同士では、光学軸40Aの向きと配列軸D方向とが成す角度が等しい。
この場合に、それぞれの領域Rにおける面内レタデーション(Re)の値は、半波長すなわちλ/2であるのが好ましい。これらの面内レタデーションは、領域Rの屈折率異方性に伴う屈折率差Δnと光学異方性層の厚さとの積により算出される。ここで、光学異方性層における領域Rの屈折率異方性に伴う屈折率差とは、領域Rの面内における遅相軸の方向の屈折率と、遅相軸の方向に直交する方向の屈折率との差により定義される屈折率差である。すなわち、領域Rの屈折率異方性に伴う屈折率差Δnは、光学軸40Aの方向の液晶化合物40の屈折率と、領域Rの面内において光学軸40Aに垂直な方向の液晶化合物40の屈折率との差に等しい。つまり、屈折率差Δnは、液晶化合物40の屈折率差に等しい。
この作用を、図11および図12に概念的に示す。なお、液晶層36は、液晶化合物の屈折率差と光学異方性層の厚さとの積の値がλ/2であるとする。
図11に示すように、液晶層36の液晶化合物の屈折率差と光学異方性層の厚さとの積の値がλ/2の場合に、液晶層36に左円偏光である入射光L1が入射すると、入射光L1は、液晶層36を通過することにより180°の位相差が与えられて、透過光L2は、右円偏光に変換される。
また、液晶層36に形成された液晶配向パターンは、配列軸D方向に周期的なパターンであるため、透過光L2は、入射光L1の進行方向とは異なる方向に進行する。このように、左円偏光の入射光L1は、入射方向に対して配列軸D方向に一定の角度だけ傾いた、右円偏光の透過光L2に変換される。
また、液晶層36に形成された液晶配向パターンは、配列軸D方向に周期的なパターンであるため、透過光L5は、入射光L4の進行方向とは異なる方向に進行する。このとき、透過光L5は透過光L2と異なる方向、つまり、入射方向に対して配列軸D方向とは逆の方向に進行する。このように、入射光L4は、入射方向に対して配列軸D方向とは逆の方向に一定の角度だけ傾いた左円偏光の透過光L5に変換される。
また、配列軸D方向に沿って回転する、液晶化合物40の光学軸40Aの回転方向を逆方向にすることにより、透過光の屈折の方向を、逆方向にできる。すなわち、図9~図12に示す例では、配列軸D方向に向かう光学軸40Aの回転方向は時計回りであるが、この回転方向を反時計回りにすることで、透過光の屈折の方向を、逆方向にできる。
例えば、入射回折部14では、液晶層36を有する透過型の液晶回折素子を用い、出射回折部16では、液晶層34を有する反射型の液晶回折素子を用いてもよい。
回折素子は、例えば、体積ホログラム型回折素子を用いてもよい。また、液晶部分と液晶高分子部分とを交互に有する、波長選択性を有して直線偏光を反射する反射型の回折素子も利用可能である。
すなわち、本発明においては、第1出射回折素子、第2出射回折素子、波長選択性位相差層26および偏光子24が、導光板12の主面内で重複していれば、回折素子の配置位置は、各種の構成が利用可能である。例えば、R出射回折素子16R、G出射回折素子16GおよびB出射回折素子16Bを、導光板12の主面の異なる位置に配置してもよい。または、R出射回折素子16RとB出射回折素子16Bとを積層して、この積層体と、G出射回折素子16Gとを、導光板12の主面の異なる位置に配置してもよい。
しかしながら、光学部材10の大きさ等を考慮すると、R出射回折素子16R、G出射回折素子16GおよびB出射回折素子16Bを積層して設けるのが好ましい。
例えば、R入射回折素子14R、G入射回折素子14GおよびB入射回折素子14Bを、導光板12の主面の異なる位置に配置してもよい。または、R入射回折素子14RとB入射回折素子14Bとを積層して、この積層体と、G入射回折素子14Gとを、導光板12の主面の異なる位置に配置してもよい。
光学部材10の小型化等の点では、R入射回折素子14R、G入射回折素子14GおよびB入射回折素子14Bを積層した方が有利である。他方、画像入射側における、意図しない回折素子での画像の反射など、不適正な反射等を防止できる点で、画質的には、R入射回折素子14R、G入射回折素子14GおよびB入射回折素子14Bを導光板12の主面の異なる位置に配置した方が有利である。
上述のように、光学部材10において、出射回折部16のR出射回折素子16R、G出射回折素子16GおよびB出射回折素子16Bで回折して反射された画像は、導光板12を透過して、位相差層18に入射される。
位相差層18は、好ましくはλ/4板(1/4波長板)である。上述のように、出射回折部16を構成する回折素子は、コレステリック液晶層(液晶層34)を用いる反射型の偏光回折素子であり、円偏光を反射する。従って、導光板12から出射した赤色画像R、緑色画像Gおよび青色画像Bは、位相差層18を透過して直線偏光に変換される。
位相差層18は、複数の位相差板を積層し、実効的に目的とする作用を発現する位相差層とするのも好ましい。λ/4板であれば、複数の位相差板を積層し、実効的にλ/4板として機能する位相差層を用いるのも好ましい。例えば、国際公開第2013/137464号に記載される、λ/2板とλ/4板とを組み合わせて広帯域化したλ/4板は、広帯域の波長の入射光に対応でき、好ましく用いることができる。
さらに、位相差層18は、逆波長分散性を有するのが好ましい。位相差層18が逆波長分散性を有していることにより、広帯域の波長の入射光に対応できる。
位相差層18(λ/4板)で直線偏光に変換された赤色画像R、緑色画像Gおよび青色画像Bは、次いで、波長選択性位相差層20に入射する。
波長選択性位相差層20は、特定の波長域の偏光に対して位相差層として機能する層である。図示例の光学部材10において、波長選択性位相差層は、緑色光に対して選択的にλ/2板(λ/2位相差層)として機能するものであり、それ以外の光には何も作用せずに透過させる。
従って、図示例の光学部材10においては、波長選択性位相差層20は、緑色光すなわち第2出射回折素子であるG出射回折素子16Gによって反射され、位相差層18によって直線偏光に変換された緑色画像Gのみ、偏光方向を90°旋回させ、それ以外の赤色画像Rおよび青色画像Bは、偏光状態を保ったまま、透過(素抜け)させる。
一例として、波長選択性位相差層は、特表2000-510961号公報およびSID 99 DIGEST, pp.1072-1075等に記載される波長選択性位相差層を用いることができる。
この波長選択性位相差層は、複数の位相差板(位相差層)を異なる遅相軸角度(遅相軸方位)で積層することにより、特定の波長域の直線偏光を、逆の直線偏光に変換するものである。なお、複数の位相差板は、全ての遅相軸の角度が互いに異なる構成に制限はされず、少なくとも1層の遅相軸角度が、他の位相差板と異なっていればよい。
位相差板は、少なくとも1層は、順分散性を有しているのが好ましい。少なくとも1層の位相差板が順分散性を有していることにより、複数の位相差板を異なる遅相軸角度で積層することで、特定の波長域のみに作用するλ/2板を実現することができる。
一方、特表2000-510961号公報およびSID 99 DIGEST, pp.1072-1075に記載される波長選択性位相差層は、直線偏光を選択的に逆の直線偏光に変換する。
波長選択性位相差層20を透過した赤色画像R、緑色画像Gおよび青色画像Bは、次いで、偏光子24に入射する。
偏光子24は、好ましい一例として、吸収型の直線偏光子であり、透過軸が、位相差層18で変換された赤色画像Rおよび青色画像Bの直線偏光の方向と一致している。
従って、位相差層18(λ/4板)の遅相軸の方向、および、偏光子24の透過軸の方向は、位相差層18で変換された赤色画像Rおよび青色画像Bの直線偏光を透過できるように、設定される。
ヨウ素系偏光子および染料系偏光子は、一般にポリビニルアルコール系フィルムを用いて製造する。偏光子の製造方法は、例えば、特開2011-128584号公報の記載を参酌することができる。あるいは、二色性染料に液晶性化合物を混合し配向させた偏光子を用いることも可能である。また、染料自体が液晶性を有するような二色性染料を配向させた偏光子、液晶性を有する二色性染料と非液晶性の二色性染料を混合して配向させた偏光子、および、両者の混合物にさらに別の液晶性化合物を混合して配向させた偏光子等を用いても良い。これらの偏光子は、配向後に熱または光で固定化したものを用いても良い。またこれらの偏光子は、塗布によって形成される層であってもよい。
UV吸収で偏光化する素材を用いた偏光子としては、UV吸収によって偏光度と濃度が同時に高くなる素材を用いてもよい。このようなUV吸収で偏光化する素材を用いた偏光子を用いることで、UV非照射時は偏光子が偏光能力を発揮しないために常に透過表示状態となる。これに対して、UVを照射して、本発明の積層体がUV吸収した場合には、UV吸収で偏光化する素材を用いた偏光子が偏光能力を発揮し、その結果として遮光表示状態に切り替えることができるような積層体を作製する事も可能となる。UV吸収で偏光化する素材を用いた偏光子としては、例えばトランジションズ オプティカル社製の偏光レンズなどを挙げることができる。
上述したように、光学部材10において、図示しない表示素子から投影された赤色画像R、緑色画像Gおよび青色画像Bは、導光板12を透過して入射回折部14に入射し、赤色画像Rは、R入射回折素子14Rによって右円偏光が回折されて反射され、緑色画像Gは、G入射回折素子14Gによって右円偏光が回折されて反射され、青色画像Bは、B入射回折素子14Bによって右円偏光が回折されて反射され、それぞれ、導光板12に入射する。
導光板12に入射した赤色画像R、緑色画像Gおよび青色画像Bは、導光板12内で全反射を繰り返して伝播され、出射回折部16に入射する。なお、導光板12による全反射を繰り返すことで、各色の画像の円偏光は崩れ、楕円偏光等の様々な偏光が混ざった状態となる。
出射回折部16に入射した各色の画像のうち、赤色画像Rは、R出射回折素子16Rによって右円偏光が回折されて反射され、緑色画像Gは、G出射回折素子16Gによって左円偏光が回折されて反射され、青色画像Bは、B出射回折素子16Bによって右円偏光が回折されて反射され、導光板12を透過する。
すなわち、ARグラス等に用いられる光学部材において、赤色画像R、緑色画像Gおよび青色画像Bからなるカラー画像を表示素子から照射して、それぞれの光を回折させて導光板12内に入射して、伝播させて、積層したR出射回折素子16R、G出射回折素子16GおよびB出射回折素子16Bで回折して出射される場合には、意図しない回折素子によって画像が回折、反射されてしまう場合がある。
例えば、図15に概念的に示すように、緑色画像Gであれば、本来、緑色画像Gを反射するためのG出射回折素子16Gのみならず、一部が、赤色画像Rを反射するR出射回折素子16R、および/または、青色画像Bを反射するためのB出射回折素子16Bでも反射されてしまう(破線)。
この際において、上述したように、R出射回折素子16R、G出射回折素子16GおよびB出射回折素子16Bは、それぞれが回折する画像の波長域に応じて、1周期Λ(回折構造の周期)が異なっている。そのため、G出射回折素子16Gによって適正に反射された緑色画像Gと、R出射回折素子16Rによって反射された緑色画像Gと、B出射回折素子16Bによって反射された緑色画像Gとは、それぞれ、異なる角度に反射される。その結果、多重像が発生し、使用者に視認されてしまう。
この多重像は、回折素子が選択的に反射(回折)する回折光の波長が近い場合に、生じやすい。すなわち、図示例の場合であれば、緑色画像Gと赤色画像Rとの間、および、緑色画像Gと青色画像Bとの間で生じやすい。
以下、図13の概念図を参照して説明する。
具体的には、R出射回折素子16Rは右円偏光を、G出射回折素子16Gは左円偏光を、B出射回折素子16Bは右円偏光を、それぞれ、選択的に反射する。従って、R出射回折素子16Rで反射された適正な赤色画像R、および、B出射回折素子16Bで反射された適正な青色画像Bは、図13の左側に示すように右偏光である。また、G出射回折素子16Gで反射された適正な緑色画像Gは、図13の左側に示すように左円偏光である。
上述したように、波長選択性位相差層20は、緑色光のみに対してλ/2板として作用し、それ以外の波長域の光は、何も作用せずに透過する。
従って、赤色画像Rおよび青色画像Bは、紙面と直交する方向の直線偏光のまま、波長選択性位相差層20を透過する。これに対して、緑色光である緑色画像Gは、波長選択性位相差層によって偏光方向を90°回転され、赤色画像Rおよび青色画像Bと同様の紙面と直交する方向の直線偏光に変換される。
これにより、適正な画像は、全ての色の画像が、紙面に直交する直線偏光となる。
従って、適正な画像、すなわち、R出射回折素子16Rで反射された赤色画像RおよびB出射回折素子16Bで反射された青色画像B、ならびに、G出射回折素子16Gで反射された緑色画像Gは、いずれも、偏光子24を通過して、使用者Uによる観察位置に出射される。
すなわち、図13の右側に示すように、多重像となる赤色画像Rfおよび青色画像Bfは、G出射回折素子16Gによって左円偏光が反射される。また、多重像となる緑色画像Gfは、R出射回折素子16RおよびB出射回折素子16Bによって右円偏光が反射される。
なお、赤色画像Rと青色画像Bとは、波長が離れている。そのため、R出射回折素子16Rによる青色画像Bfの反射、および、B出射回折素子16Bによる赤色画像Rfの反射は、無視できる量である。
ここで、多重像となる画像は、適正な画像と円偏光の旋回方向が逆であるので、図13の右側に示すように、赤色画像Rfおよび青色画像Bfは、紙面と平行な直線偏光になり、緑色画像Gfは、紙面と直交する直線偏光になる。
これにより、多重像となる画像は、全ての色の画像が、図13にの紙面に平行な直線偏光となる。
従って、多重像となる画像、すなわち、R出射回折素子16RおよびB出射回折素子16Bで反射された緑色画像Gf、ならびに、G出射回折素子16Gで反射された赤色画像Rfおよび青色画像Bfは、いずれも、偏光子24によって遮光され、使用者Uによる観察位置には、照射されない。
すなわち、本発明の光学部材10によれば、例えば、ARグラスとして使用した際に、適正な回折素子で回折された適正な画像は、使用者Uによる観察位置に照射されて、使用者によって観察される。これに対して、意図しない不適正な回折素子で回折された多重像となる画像は、使用者Uによる観察位置には出射されないので、使用者Uによって多重像が観察されることはない。
しかしながら、本発明は、これに制限はされず、適正な出射回折素子によって反射された適正な画像が位相差層18によって直線偏光に変換され、さらに、この直線偏光が波長選択性位相差層20によって90°回転された直線偏光が、偏光子24を透過するように、位相差層18の遅相軸の方向と、偏光子24の吸収軸の方向とを設定してもよい。
ただし、位相差層18を有さない場合には、円偏光が偏光子24に入射するので、偏光子24による多重像となる画像の遮光効果が低減してしまう。従って、より好適に多重像の視認を防止できる点で、光学部材10は位相差層18を有するのが好ましい。
なお、出射回折部16における出射回折素子の回折光が直線偏光である場合には、位相差層18は不要である。
また、出射回折部16における出射回折素子の回折光が円偏光および直線偏光ではない場合には、位相差層18の位相差を適切に設定して多重像となる画像を抑制することができる。
本発明の光学部材10においては、偏光子24と導光板12(導光素子)との間に、波長選択性位相差層20が設けられ、好ましい態様として波長選択性位相差層20と導光板12との間に位相差層18が設けられる。このような本発明の光学部材においては、導光板12と位相差層18とが離間しているのが好ましい。また、導光板12と位相差層18とが積層されている場合には、位相差層18と波長選択性位相差層20とが離間しているのが好ましい。また、導光板12と位相差層18と波長選択性位相差層20とが積層されている場合には、波長選択性位相差層20と偏光子24とが離間しているのが好ましい。
また、位相差層18を有さない場合には、導光板12と波長選択性位相差層20とが離間しているのが好ましい。また、導光板12と波長選択性位相差層20とが積層されている場合には、波長選択性位相差層20と偏光子24とが離間しているのが好ましい。
導光板12に積層される部材と、偏光子24とが積層されていると、導光板12で伝播された画像(光)が、偏光子24に至って、吸収されてしまう。その結果、導光板12に接触する部材と、偏光子24とが接触していると、使用者Uの観察位置に出射される画像の光量が低下してしまう。
これに対して、導光板12に積層される部材と、偏光子24とが離間していれば、導光板12で伝播された画像が偏光子24に至ることを防止できるので、偏光子24に起因する使用者Uの観察位置に出射される画像の光量低下を防止できる。
なお、図14は、光学部材を導光板の主面と直交する方向から見た図である。すなわち、図14は、光学部材を、図1における図中上方からみた図である。
R中間回折素子は、1周期Λが異なる以外は、R入射回折素子14Rと同様のものであり、赤色光の右円偏光を選択的に反射する回折素子である。G中間回折素子は、1周期Λが異なる以外は、G入射回折素子14Gと同様のものであり、緑色光の右円偏光を選択的に反射する回折素子である。B中間回折素子は、1周期Λが異なる以外は、B入射回折素子14Bと同様のものであり、青色光の右円偏光を選択的に反射する回折素子である。
なお、R中間回折素子、G中間回折素子およびB中間回折素子が選択的に反射する円偏光は、同じでも、互いに異なってもよく、例えば、出射回折素子と同じであってもよい。
導光板12に入射した各色の画像は、導光板12内を全反射して、入射回折部14から中間回折部52に伝播され、中間回折部52のR中間回折素子、G中間回折素子およびB中間回折素子によって、出射回折部16に向かって反射(回折)される。
中間回折部52で回折された各色の画像は、導光板12内を全反射して、中間回折部52から出射回折部16に伝播して、出射回折部16に入射して、R出射回折素子16R、G出射回折素子16GおよびB出射回折素子16Bによって反射(回折)され、導光板12から出射する。
これに対して、出射回折部16において、意図しない出射回折素子で回折された多重像になる画像は、上述したように、偏光子24によって遮光され、他方、使用者Uによる観察位置には出射されず、多重像が使用者Uに観察されることはない。
すなわち、R中間回折素子の液晶配向パターンの1周期ΛをΛmidR、G中間回折素子の液晶配向パターンの1周期ΛをΛmidG、B中間回折素子の液晶配向パターンの1周期ΛをΛmidBとすると、『ΛmidR>ΛmidG>ΛmidB』とするのが好ましい。
また、中間回折部(中間回折素子)を有する光学部材は、特表2006-546020号公報に示される構成など、公知の構成が、各種、利用可能である。
(配向膜の形成)
支持体としてガラス基板を用意した。支持体上に、下記の配向膜形成用塗布液をスピンコートで塗布した。この配向膜形成用塗布液の塗膜が形成された支持体を60℃のホットプレート上で60秒間乾燥し、配向膜を形成した。
――――――――――――――――――――――――――――――――
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
――――――――――――――――――――――――――――――――
図8に示す露光装置を用いて配向膜を露光して、配向パターンを有する配向膜P-1を形成した。
露光装置において、レーザとして波長(325nm)のレーザ光を出射するものを用いた。干渉光による露光量を1000mJ/cm2とした。なお、2つのレーザ光およびの干渉により形成される配向パターンの1周期(光学軸が180°回転する長さ)は、2つの光の交差角(交差角α)を変化させることによって制御した。
G入射回折素子の液晶層を形成する液晶組成物として、下記の組成物A-1を調製した。この組成物A-1は、右円偏光を選択的に反射するコレステリック液晶層(コレステリック液晶相)を形成する、液晶組成物である。
組成物A-1
――――――――――――――――――――――――――――――――
棒状液晶化合物L-1 100.00質量部
重合開始剤(BASF製、Irgacure(登録商標)907)
3.00質量部
光増感剤(日本化薬製、KAYACURE DETX-S)
1.00質量部
キラル剤Ch-1 4.87質量部
メチルエチルケトン 204.00質量部
――――――――――――――――――――――――――――――――
また、主面に対する明部および暗部の傾いている面のピッチPは0.36μmであった。ピッチPは、明部から明部、または、暗部から暗部の傾斜面に対する法線方向の間隔を1/2ピッチとした。ここで言う明部および暗部とは、コレステリック液晶層の断面をSEMで観察した際に見られる、コレステリック液晶相に由来する明部および暗部である。
G入射回折素子は、本発明における第2入射回折素子である。
配向膜の露光において、2つの光の交差角(交差角α)を変えて配向膜に形成される配向パターンの1周期を異なるものとし、液晶層を形成する組成物におけるキラル剤の量を4.12質量部に変更し、かつ、膜厚を調整した以外は、G入射回折素子と同様にしてR入射回折素子を作製した。
G入射回折素子と同様に確認したところ、液晶層のピッチ数は8ピッチ、液晶配向パターンにおける液晶化合物の光学軸が180°回転する1周期(ΛinR)は0.45μm、ピッチPは0.43μmであった。
R入射回折素子は、本発明における第1入射回折素子である。
配向膜の露光において、2つの光の交差角(交差角α)を変えて配向膜に形成される配向パターンの1周期を異なるものとし、液晶層を形成する組成物におけるキラル剤の量を6.10質量部に変更し、かつ、膜厚を調整した以外は、G入射回折素子と同様にしてB入射回折素子を作製した。
G入射回折素子と同様に確認したところ、液晶層のピッチ数は8ピッチ、液晶配向パターンにおける液晶化合物の光学軸が180°回転する1周期(ΛinB)は0.32μm、ピッチPは0.31μmであった。
B入射回折素子は、本発明における第1入射回折素子である。
下記のキラル剤Ch-2を用い、キラル剤の添加量を8.20質量部とした以外は、組成物A-1と同様に組成物A-2を調製した。
この組成物A-2は、左円偏光を選択的に反射するコレステリック液晶層(コレステリック液晶相)を形成する、液晶組成物である。
キラル剤Ch-2
G入射回折素子と同様に確認したところ、液晶層のピッチ数は2ピッチ、液晶配向パターンにおける液晶化合物の光学軸が180°回転する1周期(ΛoutG)は0.39μm、ピッチPは0.36μmであった。
G出射回折素子は、本発明における第2出射回折素子である。
液晶組成物の塗布量を調節して、液晶層の膜厚を調節した以外は、R入射回折素子およびG入射回折素子と同様にして、R出射回折素子およびG出射回折素子を作製した。
G入射回折素子と同様に確認したところ、R出射回折素子およびG出射回折素子における液晶層のピッチ数は、2ピッチであった。
R出射回折素子およびB出射回折素子は、本発明における第1出射回折素子である。
配向膜の露光において、2つの光の交差角(交差角α)を変えて配向膜に形成される配向パターンの1周期を異なるものとし、液晶層を形成する組成物におけるキラル剤の量を4.64質量部に変更し、かつ、液晶組成物の塗布量を調節して、液晶層の膜厚を調節した以外は、G入射回折素子と同様にしてG中間回折素子を作製した。
G入射回折素子と同様に確認したところ、液晶層のピッチ数は2ピッチ、液晶配向パターンにおける液晶化合物の光学軸が180°回転する1周期(ΛmidG)は0.28μm、ピッチPは0.41μmであった。
G中間回折素子は、本発明における第2中間回折素子である。
配向膜の露光において、2つの光の交差角(交差角α)を変えて配向膜に形成される配向パターンの1周期を異なるものとし、液晶層を形成する組成物におけるキラル剤の量を3.94質量部に変更し、かつ、液晶組成物の塗布量を調節して、液晶層の膜厚を調節した以外は、R入射回折素子と同様にしてR中間回折素子を作製した。
G入射回折素子と同様に確認したところ、液晶層のピッチ数は2ピッチ、液晶配向パターンにおける液晶化合物の光学軸が180°回転する1周期(ΛmidR)は0.32μm、ピッチPは0.48μmであった。
R中間回折素子は、本発明における第1中間回折素子である。
配向膜の露光において、2つの光の交差角(交差角α)を変えて配向膜に形成される配向パターンの1周期を異なるものとし、液晶層を形成する組成物におけるキラル剤の量を5.57質量部に変更し、かつ、液晶組成物の塗布量を調節して、液晶層の膜厚を調節した以外は、B入射回折素子と同様にしてB中間回折素子を作製した。
G入射回折素子と同様に確認したところ、液晶層のピッチ数は2ピッチ、液晶配向パターンにおける液晶化合物の光学軸が180°回転する1周期(ΛmidB)は0.23μm、ピッチPは0.34μmであった。
B中間回折素子は、本発明における第1中間回折素子である。
(配向膜の形成)
実施例1と同様にして配向膜を形成した。
(配向膜の露光)
得られた配向膜に偏光紫外線を照射(50mJ/cm2、超高圧水銀ランプ使用)することで、配向膜の露光を行った。
(λ/4板の形成)
λ/4を形成する液晶組成物として、下記の組成物C-1を調製した。
組成物C-1
――――――――――――――――――――――――――――――――
液晶化合物L-2 42.00質量部
液晶化合物L-3 42.00質量部
液晶化合物L-4 16.00質量部
重合開始剤PI-1 0.50質量部
レベリング剤G-1 0.20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
――――――――――――――――――――――――――――――――
λ/4板は、上記の組成物C-1を配向膜上に塗布することにより形成した。塗布した塗膜をホットプレート上で70℃に加熱し、その後、65℃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500mJ/cm2の照射量で塗膜に照射することにより、液晶化合物の配向を固定化した。
これにより、λ/4板を得た。得られたλ/4板のRe(530)は133nmであった。
(配向膜の形成)
実施例1と同様にして配向膜を形成した。
得られた配向膜に偏光紫外線を照射(50mJ/cm2、超高圧水銀ランプ使用)することで、配向膜の露光を行った。
λを形成する液晶組成物として、下記の組成物C-2を調製した。
組成物C-2
――――――――――――――――――――――――――――――――
液晶化合物L-1 100.00質量部
重合開始剤(BASF製、Irgacure(登録商標)907)
3.00質量部
光増感剤(日本化薬製、KAYACURE DETX-S)
1.00質量部
レベリング剤G-1 0.20質量部
メチルエチルケトン 243.00質量部
――――――――――――――――――――――――――――――――
得られたλ板の波長λ=725nmにおけるRe(725)は725nmであった。
λ板の作製において、液晶化合物の塗膜の膜厚を変更した以外は同様にして、2λ板を得た。
得られた2λ板の波長λ=725nmにおけるRe(725)は1450nmであった。
下記の表1に記載の層構成になるようにλ板、および、2λ板を積層して貼着した。なお、積層時は、支持体および配向膜を剥離してから、順次積層した。
これにより、緑色光のみにλ/2板として作用し、それ以外の光を透過する、波長選択性位相差層を作製した。
市販の直線偏光子を用いた。
導光板として、大きさ60mm×70mm、厚さ1mmのガラス板を用意した。
R入射回折素子およびG入射回折素子を直径6mmの円形に切り出した。また、R出射回折素子およびG出射回折素子を20mm×25mmの大きさに切り出した。
なお、各回折素子を切り出す際には、各回折素子を導光板上に配置した際に回折構造の周期方向が所定の方向となるように、切り出す方向と回折構造の周期方向とを調整して切り出した。
他方、切り出したR出射回折素子およびG出射回折素子を、接着剤を用いて積層して貼着することにより、出射回折部を形成した。形成した出射回折部を導光板の入射回折部と6mm離間する位置に貼着した。貼着は、G出射回折素子を導光板側にして行った。
入射回折素子は、回折素子の周期方向(配列軸Dの方向)が入射回折素子へ入射した光の回折光が出射回折素子方向へ伝播する方向に調整して、貼着した。また、出射回折素子は、回折素子の周期方向(配列軸Dの方向)が入射回折素子の周期方向と平行であり、入射回折素子で回折されて、導光板内を伝播した光を回折し、導光板外へ出射する方向に調整して、貼着した。
また、入射回折部、出射回折部および中間回折部において、積層する回折素子は、回折構造の周期方向(配列軸Dの方向)を一致させた。
導光板の出射回折部とは逆の面側に、出射回折部と中心を一致して、位相差層、波長選択性位相差層および偏光子を、この順番で積層して貼着して、光学部材を作製した。
なお、波長選択性位相差層は、表1における層数の値が小さい方が、導光板側になるようにした。また、位相差層と偏光子は、位相差層の遅相軸と偏光子の透過軸とが成す角度が45°となるように、積層した。
位相差層を有さない以外は、実施例1と同様にして、光学部材を作製した。
[比較例1]
位相差層、波長選択性位相差層および偏光子を有さない以外は、実施例1と同様にして、光学部材を作製した。
R入射回折素子に変えてB入射回折素子を用いて入射回折部を形成し、R出射回折素子に変えてB出射回折素子を用いて出射回折部を形成した以外は、実施例1と同様にして、光学部材を作製した。
導光板への貼着は、全て、青色光に対応する回折素子を導光板側にして行った。
位相差層を有さない以外は、実施例2と同様にして、光学部材を作製した。
[比較例2]
位相差層、波長選択性位相差層および偏光子を有さない以外は、実施例2と同様にして、光学部材を作製した。
R入射回折素子およびG入射回折素子に加えて、B入射回折素子を用いて入射回折部を形成し、R出射回折素子およびG出射回折素子に加えて、B出射回折素子を用いて出射入射回折部を形成した以外は、実施例1と同様にして、光学部材を作製した。
各回折部における回折素子の積層順は、導光板側から、青色光に対応する回折素子、緑色光に対応する回折素子および赤色光に対応する回折素子の順番とした。
位相差層を有さない以外は、実施例2と同様にして、光学部材を作製した。
[比較例3]
位相差層、波長選択性位相差層および偏光子を有さない以外は、実施例2と同様にして、光学部材を作製した。
R中間回折素子およびG中間回折素子を、15(最大)×25mmの大きさに切り出した。各回折素子を切り出す際には、各回折素子を導光板上に配置した際に回折構造の周期方向が所定の方向となるように、切り出す方向と回折構造の周期方向とを調整して切り出した。
切り出したR中間回折素子とG中間回折素子とを、接着剤を用いて、積層して貼着することにより、中間回折部を形成した。
入射回折部と中間回折部とは、左右方向(導光板の長手方向)に1mm離間して配置した。中間回折部と出射回折部とは、上下方向(導光板の短手方向)に8mm離間して配置した。
入射回折素子における回折構造の周期方向(配列軸Dの方向)と、出射回折素子における回折構造の周期方向(配列軸Dの方向)とが成す角度は90°とした。また、中間回折素子の回折構造の周期方向(配列軸Dの方向)に対する垂線に対して、入射回折素子における回折構造の周期方向が成す角度、および、出射回折素子の回折構造の周期方向が成す角度は、共に、45°とした。
位相差層を有さない以外は、実施例4と同様にして、光学部材を作製した。
[比較例4]
位相差層、波長選択性位相差層および偏光子を有さない以外は、実施例1と同様にして、光学部材を作製した。
R入射回折素子に変えてB入射回折素子を用いて入射回折部を形成し、R出射回折素子に変えてB出射回折素子を用いて出射回折部を形成し、R中間回折素子に変えてB中間回折素子を用いて中間回折部を形成した以外は、実施例4と同様にして、光学部材を作製した。
導光板への貼着は、全て、青色光に対応する回折素子を導光板側にして行った。
位相差層を有さない以外は、実施例5と同様にして、光学部材を作製した。
[比較例5]
位相差層、波長選択性位相差層および偏光子を有さない以外は、実施例5と同様にして、光学部材を作製した。
R入射回折素子およびG入射回折素子に加えて、B入射回折素子を用いて入射回折部を形成し、R出射回折素子およびG出射回折素子に加えて、B出射回折素子を用いて出射入射回折部を形成し、R中間回折素子およびG中間回折素子に加えて、B中間回折素子を用いて中間回折部を形成した以外は、実施例4と同様にして、光学部材を作製した。
各回折部における回折素子の積層順は、導光板側から、青色光に対応する回折素子、緑色光に対応する回折素子および赤色光に対応する回折素子の順番とした。
位相差層を有さない以外は、実施例6と同様にして、光学部材を作製した。
[比較例6]
位相差層、波長選択性位相差層および偏光子を有さない以外は、実施例6と同様にして、光学部材を作製した。
作製した各光学部材について、多重像を評価した。
LCOSに投射光源と凸レンズとを組み合わせたプロジェクションディスプレイを用意した。プロジェクションディスプレイを、入射回折部に向けて画像を照射するように配置して画像表示装置を作製した。なお、プロジェクションディスプレイと入射回折部との間に円偏光板を配置し、入射回折部に対して右円偏光の画像を投影した。
作製した画像表示装置を用いて画像を表示して、多重像を以下の基準で評価した。
A:多重像の発生がほとんど視認されなかった
B:多重像の発生が弱く視認されるが、許容内であった
C:多重像の発生が視認され、目立っていた
結果を下記の表に示す。
特に、実施例1、実施例2、実施例3、実施例4、実施例5および実施例6に示されるように、導光板と波長選択性位相差層との間に位相差層を有することにより、より好適に、多重像を抑制できる。
以上の結果より、本発明の効果は明らかである。
12 導光板
14 入射回折部
14R R入射回折素子
14G G入射回折素子
14B B入射回折素子
16 出射回折部
16R R出射回折素子
16G G出射回折素子
16B B出射回折素子
18 位相差層
20 波長選択性位相差層
24 偏光子
30 支持体
32 配向膜
34、36 液晶層
40 液晶化合物
40A 光学軸
42 明部
44 暗部
52 中間回折部
60 露光装置
62 レーザ
64 光源
65 λ/2板
68 偏光ビームスプリッター
70A,70B ミラー
72A,72B λ/4板
RR 赤色の右円偏光
M レーザ光
MA,MB 光線
PO 直線偏光
PR 右円偏光
PL 左円偏光
L1,L4 入射光
L2,L5 透過光
U 使用者
D 配列軸
Λ 1周期(回折構造の周期)
P ピッチ
Claims (16)
- 導光板、第1入射回折素子および第2入射回折素子、ならびに、第1出射回折素子および第2出射回折素子を有する導光素子と、
前記第1出射回折素子によって回折された光、または、前記第2出射回折素子によって回折された光の偏光状態を変更する、可視光における特定の波長域の偏光に対して位相差層として機能し、それ以外の波長域の偏光に対しては位相差層として機能しない波長選択性位相差層と、
偏光子と、を有し、
前記第1出射回折素子および前記第2出射回折素子は、共に偏光回折素子で、それぞれの回折光が互いに逆の性質の偏光であり、
前記第1出射回折素子および前記第2出射回折素子と、前記波長選択性位相差層と、前記偏光子とは、前記導光板の主面内で重複して設けられ、かつ、
前記波長選択性位相差層は、前記導光素子と前記偏光子との間に設けられることを特徴とする光学部材。 - 前記波長選択性位相差層が前記導光素子と離間して配置される構成、および、前記偏光子が前記波長選択性位相差層と離間して配置される構成の、少なくとも一方の構成を満たす、請求項1に記載の光学部材。
- 前記第1入射回折素子と前記第2入射回折素子とで、回折構造の周期が異なり、かつ、
前記第1出射回折素子と前記第2出射回折素子とで、回折構造の周期が異なる、請求項1または2に記載の光学部材。 - 前記第1出射回折素子および第2出射回折素子が、液晶化合物を含む組成物を用いて形成された、前記液晶化合物由来の光学軸の向きが面内の少なくとも一方向に沿って連続的に回転しながら変化している液晶配向パターンを有する液晶回折層を有する、請求項1~3のいずれか1項に記載の光学部材。
- 前記第1出射回折素子および前記第2出射回折素子の前記液晶回折層が、前記液晶化合物の光学軸の向きが、厚さ方向で螺旋状に捩じれ回転している領域を有し、
前記第1出射回折素子の前記液晶回折層と前記第2出射回折素子の前記液晶回折層とで、光学軸の捩じれの回転方向が異なる、請求項4に記載の光学部材。 - 前記第1出射回折素子および前記第2出射回折素子の前記液晶回折層が、コレステリック液晶相を固定してなるコレステリック液晶層を有し、
前記第1出射回折素子の前記液晶回折層と前記第2出射回折素子の前記液晶回折層とで、前記コレステリック液晶相における光学軸の捩じれの回転方向が異なる、請求項4または5に記載の光学部材。 - 前記第1出射回折素子および前記第2出射回折素子の前記液晶回折層は、主面の法線方向および法線に対して傾斜した方向から面内レタデーションを測定した際に、遅相軸面内および進相軸面内のいずれかにおいて、面内レタデーションが最小となる方向が前記法線方向から傾斜している請求項4~6のいずれか1項に記載の光学部材。
- 前記波長選択性位相差層が、前記特定の波長域の偏光に対して1/2波長板として機能する、請求項1~7のいずれか1項に記載の光学部材。
- 前記導光素子と前記波長選択性位相差層との間に位相差層を有する、請求項1~8のいずれか1項に記載の光学部材。
- 前記位相差層が1/4波長板である、請求項9に記載の光学部材。
- 前記位相差層が逆波長分散性を有する、請求項9または10に記載の光学部材。
- 前記第1入射回折素子および前記第2入射回折素子、ならびに、前記第1出射回折素子および前記第2出射回折素子は、回折構造の周期が0.1~10μmである、請求項1~11のいずれか1項に記載の光学部材。
- 前記第1出射回折素子と前記第2出射回折素子とが積層されている、請求項1~12のいずれか1項に記載の光学部材。
- 前記第1入射回折素子と前記第2入射回折素子とが積層されている、請求項1~13のいずれか1項に記載の光学部材。
- 前記第1入射回折素子と前記第2入射回折素子とが、前記導光板の主面の異なる位置に配置されている、請求項1~14のいずれか1項に記載の光学部材。
- 請求項1~15のいずれか1項に記載の光学部材と、
前記光学部材の前記導光素子の前記第1入射回折素子および第2入射回折素子に画像を照射する表示素子と、を有する画像表示装置。
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