JP7210758B2 - 光学フィルタ、光学装置、および、ヘッドマウントディスプレイ - Google Patents

Description

本発明は、光学フィルタ、光学装置、および、ヘッドマウントディスプレイに関する。

光学フィルタとして、表面に垂直な方向（正面方向）からの光を透過し、表面に対して傾斜している斜め方向からの光を遮蔽する光学フィルタが用いられている。このような光学フィルタにおいて、斜め方向からの光を遮蔽するために、斜め方向からの光の透過率を低くすると、正面方向の光の透過率も小さくなるという問題があった。

これに対して、例えば、特許文献１には、位相差膜の両面に偏光膜を有してなり、偏光膜が少なくとも偏光子を含み、かつ偏光子の吸収軸が偏光膜面に対し略垂直に配向している光学フィルムが記載されている。
特許文献１に記載の光学フィルムは、正面方向の光透過率は高く維持したまま、斜め方向の光の透過率を低くすることができる。

ところで、近年、背景に映像を重ねて投映するＡＲ(Ａｕｇｕｍｅｎｔｅｄ Ｒｅａｌｉｔｙ：拡張現実)グラス等のヘッドマウントディスプレイが登場している。ＡＲグラスは、例えば、画像表示素子と、導光板と、回折素子とを有し、画像表示素子が出射する映像光を導光板で導光し、導光された映像光を回折素子で回折して視認者に向けて映像を表示する構成を有する。導光板は透明であるため、ＡＲグラスは、背景に映像を重ねて投影することができる。

このようなＡＲグラスでは、特定の斜め方向から入射する外光が、回折素子によって視認者の方向に回折されてしまうため、外光が映り込んだ状態で視認者に視認されてしまうという問題があった。これに対して、正面方向からの光を透過し、斜め方向からの光を遮蔽する光学フィルタを用いて、特定の斜め方向から入射する外光の映り込みを抑制することが考えられる。特定の斜め方向とは、回折素子のピッチに垂直な方位のおける斜め光を指す。回折素子のピッチによって、視認される入射角度（回折素子の主面に対する斜めの入射角度）が変化するが、回折素子の法線に対して４０°から８０°の間から入射する外光が映り込み、視認されることが特に問題となる。

特開２００８－１６５２０１号公報

しかしながら、特許文献１に記載される光学フィルタをＡＲグラスに用いた場合には、正面方向の光透過率は高く維持できるものの、背景の視野（現実視野）が狭くなるという問題が生じることがわかった。

本発明の課題は、このような問題点を解決することにあり、正面方向の光透過率は高く、かつ、現実視野が広い光学フィルタ、光学装置、および、ヘッドマウントディスプレイを提供することにある。

本発明者らは、下記構成により、上記課題が解決できることを見出した。

［１］第１異方性吸収層、第１位相差層、および、第２異方性吸収層をこの順に含み、
第１異方性吸収層および第２異方性吸収層はそれぞれ、二色性色素を含み、二色性色素の吸収軸が主面に対して垂直であり、
第１位相差層は、層面の法線を含む少なくとも一方の入射面の入射光に対して、レターデーションの極角依存性が法線方向を中心に非対称性を持つ光学フィルタ。
［２］第１位相差層は屈折率楕円体の主軸が厚み方向において傾斜しているフィルムであって、
屈折率楕円体の平均チルト角が、第１異方性吸収層の主面に対して５°～８５°傾斜している［１］に記載の光学フィルタ。
［３］第１位相差層と第２異方性吸収層との間に、第２位相差層を含む［１］または［２］に記載の光学フィルタ。
［４］第１位相差層は、重合性液晶組成物から形成される［１］～［３］のいずれかに記載の光学フィルタ。
［５］重合性液晶組成物が、重合性の棒状液晶化合物を含む［４］に記載の光学フィルタ。
［６］第１異方性吸収層、および、第２異方性吸収層の少なくとも一方は、液晶化合物を垂直配向させた液晶層中に、二色性色素を垂直配向させたものである［１］～［５］のいずれかに記載の光学フィルタ。
［７］液晶層の配向状態が固定されている［６］に記載の光学フィルタ。
［８］［１］～［７］のいずれかに記載の光学フィルタを備える光学装置。
［９］［１］～［７］のいずれかに記載の光学フィルタ、
導光板、
回折素子、および、
画像表示素子を備えるヘッドマウントディスプレイ。

本発明によれば、正面方向の光透過率は高く、かつ、現実視野が広い光学フィルタ、光学装置、および、ヘッドマウントディスプレイを提供することができる。

本発明の光学フィルタの一例を示す模式図である。 位相差層の光学特性の定義を説明するための模式図である。 従来の光学フィルタの一例を示す模式図である。 方位角と透過率との関係を表すグラフである。 本発明の光学フィルタの他の一例を示す模式図である。 本発明の光学フィルタを有するヘッドマウントディスプレイの一例を示す模式図である。 従来のヘッドマウントディスプレイの一例を示す模式図である。 方位角と透過率との関係を表すグラフである。 方位角と透過率との関係を表すグラフである。 方位角と透過率との関係を表すグラフである。 方位角と透過率との関係を表すグラフである。 方位角と透過率との関係を表すグラフである。 方位角と透過率との関係を表すグラフである。 本発明の光学フィルタに光を透過させて種々の方向から撮影した写真である。 比較例１の光学フィルタに光を透過させて種々の方向から撮影した写真である。

以下、本発明について詳細に説明する。なお、本明細書において「～」を用いて表される数値範囲は、「～」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。

なお、本明細書において、Ｒｅ（λ）、Ｒｔｈ（λ）は、各々、波長λにおける面内のレターデーション（ｎｍ）、及び厚さ方向のレターデーション（ｎｍ）である。Ｒｅ（λ）は、Ａｘｏｍｅｔｒｉｃｓ社のＡｘｏＳｃａｎにおいて、波長λｎｍの光をフィルム法線方向に入射させて測定される。
測定されるフィルムが１軸又は２軸の屈折率楕円体で表されるものである場合には、以下の方法によりＲｔｈ（λ）は算出される。測定波長λｎｍの選択にあたっては、波長選択フィルターをマニュアルで交換するか、又は測定値をプログラム等で変換して測定するができる。
Ｒｔｈ（λ）はＲｅ（λ）を、面内の遅相軸（ＡｘｏＳｃａｎにより判断される）を傾斜軸（回転軸）として（遅相軸がない場合にはフィルム面内の任意の方向を回転軸とする）のフィルム法線方向に対して法線方向から片側６０度まで１０度ステップで各々その傾斜した方向から波長λｎｍの光を入射させて全部で７点測定し、その測定されたレターデーション値と、平均屈折率の仮定値及び入力された膜厚値とを基にＡｘｏＳｃａｎで算出される。
上記において、法線方向から面内の遅相軸を回転軸として、ある傾斜角度にレターデーションの値がゼロとなる方向をもつフィルムの場合には、その傾斜角度より大きい傾斜角度でのレターデーション値は、その符号を負に変更した後、ＡｘｏＳｃａｎで算出される。
なお、遅相軸を傾斜軸（回転軸）として（遅相軸がない場合には、フィルム面内の任意の方向を回転軸とする）、任意の傾斜した２方向からレターデーション値を測定し、その値と平均屈折率の仮定値及び入力された膜厚値を基に、以下の数式（Ｉ）及び式（ＩＩ）よりＲｔｈを算出することもできる。

式中、Ｒｅ（θ）は法線方向から角度θ傾斜した方向におけるレターデーション値をあらわす。
また、ｎｘは、面内における遅相軸方向の屈折率を表し、ｎｙは面内においてｎｘに直交する方向の屈折率を表し、ｎｚはｎｘ及びｎｙに直交する方向の屈折率を表し、ｄは膜厚を表す。

測定されるフィルムが１軸や２軸の屈折率楕円体で表現できないもの、いわゆる光学軸（ｏｐｔｉｃａｘｉｓ）がないフィルムの場合には、以下の方法により、Ｒｔｈ（λ）は算出される。
Ｒｔｈ（λ）は、Ｒｅ（λ）を、面内の遅相軸（ＡｘｏＳｃａｎにより判断される）を傾斜軸（回転軸）としてフィルム法線方向に対して－６０度から＋６０度まで１０度ステップで各々その傾斜した方向から波長λｎｍの光を入射させて１３点測定し、その測定されたレターデーション値と、平均屈折率の仮定値、及び入力された膜厚値を基にＡｘｏＳｃａｎで算出される。

本発明において、第１位相差層中、液晶化合物の分子は傾斜配向しており、平均チルト角が５°～８５°である。傾斜配向状態は大きく分けると、液晶性分子の傾斜角（チルト角）が上面界面近傍と下面界面近傍とで異なるハイブリッド配向と上面界面近傍と下面界面近傍とで略同一の一軸傾斜配向に分類できるが、本発明において、第１位相差層はいずれの傾斜配向状態であってもよい。ハイブリッド配向は、上面界面近傍と下面界面近傍とでチルト角の差が５°以上である。チルト角は、上面界面から下面界面方向に連続的に変化しているのが好ましい。ハイブリッド配向様式としては、ポリマーフィルムやガラス板等の基板の表面に第１位相差層を形成した場合に、基板に近い方の膜表面から遠い方の膜表面に向かって、チルト角が増大していく様式と、基板に近い方の膜表面から遠い方の膜表面に向かって、チルト角が減少していく様式があるが、いずれの様式であってもよい。
光学フィルターとしての遮光機能を発揮するためには、第１位相差層において、液晶化合物の分子の平均チルト角は、絶対値として５°～８５°であるのが好ましく、より好ましくは１０°～８０°、さらに好ましくは２０°～７０°である。
平均チルト角は、クリスタルローテーション法を応用して求めることができる。ハイブリッド配向光学異方性膜においては、液晶性分子のダイレクターが層の厚み方向のすべての場所において異なる角度を向いているため、第１位相差層を構造体として見た場合、光軸が存在しない。

第１位相差層は、ネマチック液晶を平均チルト角の範囲となるように傾斜配向させることによって作製することができる。上記条件を満たす限り、いかなる材料からなっていてもよいし、固定の態様についても限定されない。例えば低分子液晶を液晶状態において傾斜配向させた後、光架橋や熱架橋によって固定化することによって作製することができる。また、高分子液晶を液晶状態において傾斜配向させた後、冷却して固定化することによって作製することができる。
またスメクチック液晶を固定化して作製することもできる。スメクチック液晶を用いる場合は、まずスメクチック液晶を均一水平配向させた後、重合や光架橋や熱架橋によって固定することによってハイブリッド配向に配向転移させて形成する。このメカニズムは重合収縮によるスメクチック層間隔の縮がフォーカルコニック歪を引き起こし、これがスメクチック層を歪曲傾斜させることによってハイブリッド配向が得られると考えられる。そのため、傾斜角度の制御は重合収縮率や重合進行速度を制御することによって行うことができる。スメクチック液晶は配向揺らぎによる第１位相差層の散乱偏光解消が小さいために１００ｎｍ以上の比較的大きなレターデーションが必要な使用においてより好ましく用いることができる。なお、スメクチック相としては特に限定が無くＳｍＡ，ＳｍＢ，ＳｍＣや、より高次の相であってもよい。

上記の測定において、平均屈折率の仮定値は、ポリマーハンドブック（ＪＯＨＮＷＩＬＥＹ＆ＳＯＮＳ，ＩＮＣ）、各種光学補償フィルムのカタログの値を使用することができる。
また、平均屈折率の値が既知でないものについては、アッベ屈折計で測定することができる。主な光学補償フィルムの平均屈折率の値を以下に例示する：
セルロースアシレート（１．４８）、シクロオレフィンポリマー（１．５２）、ポリカーボネート（１．５９）、ポリメチルメタクリレート（１．４９）、ポリスチレン（１．５９）である。
これら平均屈折率の仮定値と膜厚を入力することで、ＡｘｏＳｃａｎは、ｎｘ、ｎｙ、ｎｚを算出する。この算出されたｎｘ、ｎｙ、ｎｚよりＮｚ＝（ｎｘ－ｎｚ）／（ｎｘ－ｎｙ）が更に算出される。
Ｒｅ、Ｒｔｈ及び屈折率の測定波長は特別な記述がない限り、可視光域のλ＝５５０ｎｍでの値である。
また、本明細書において、「主軸」とは、ＡｘｏＳｃａｎが算出した屈折率楕円体の主屈折率軸である。ｎｘ、ｎｙ、ｎｚにおいて、特に記載がない場合、フィルム厚さ方向の主屈折率ｎｚを意味する。

［光学フィルタ］
本発明の光学フィルタは、
第１異方性吸収層、第１位相差層、および、第２異方性吸収層をこの順に含み、
第１異方性吸収層および第２異方性吸収層はそれぞれ、二色性色素を含み、二色性色素の吸収軸が主面に対して垂直であり、
第１位相差層は、層面の法線を含む少なくとも一方の入射面の入射光に対して、レターデーションの極角依存性が法線方向を中心に非対称性を持つ光学フィルタである。

図１に、本発明の光学フィルタの一例を模式的に表す斜視図を示す。
図１に示す光学フィルタ１０は、第１異方性吸収層１２、第１位相差層１４、および、第２異方性吸収層１６をこの順に積層された構成を有する。なお、図１において、説明のため、各層を離間して示している。

第１異方性吸収層１２は、二色性色素１８を含み、二色性色素１８の吸収軸が主面（最大面）に対して垂直である。図１に示す例では、二色性色素１８は棒状であり、吸収軸となる長軸方向が主面に対して垂直である。
同様に、第２異方性吸収層１６は、二色性色素２２を含み、二色性色素２２の吸収軸が主面（最大面）に対して垂直である。図１に示す例では、二色性色素２２は棒状であり、吸収軸となる長軸方向が主面に対して垂直である。
なお、図１中、二色性色素１８および二色性色素２２は、その配向方向を示すため模式的に表している。

第１異方性吸収層１２および第２異方性吸収層１６は、二色性色素２２の吸収軸を主面に対し略垂直に配向させることによって、正面からは透過率が高い膜であるが、斜めに視点を傾けるほど縦波光を吸収するようになるので透過率が低い膜となる。
第１異方性吸収層１２および第２異方性吸収層１６は、吸収軸が表面に対し略垂直に配向しているともいうことができる。なお、異方性吸収層の吸収軸とは、異方性吸収層をあらゆる方向から観察して最も吸収率が小さくなる方向に平行な軸を意味する。

なお、「略垂直方向」とは、吸収軸が、偏光膜面に対し８０°～９０°の角度に配向していることを意味し、８５°～９０°に配向していることが好ましく、垂直（９０°）に配向していることがより好ましい。吸収軸の偏光膜面に対する角度が８０°未満であると、正面からの透過率が低くなってしまうことがある。

第１位相差層１４は、第１異方性吸収層１２と第２異方性吸収層１６との間に積層される。
第１位相差層１４は、他の層を積層される面（以下、層面ともいう）の法線を含む少なくとも一方の入射面の入射光に対して、レターデーションの極角依存性が法線方向（極角０°）を中心に非対称性を持つものである。

具体的には、波長５５０ｎｍにおいて、第１位相差層１４の面内遅相軸または進相軸を含む面内（入射面）において、法線からフィルム面方向に４０°傾いた方向から測定したレターデーションＲ［＋４０°］と法線から逆に４０°傾斜した方向から測定したレターデーションＲ［－４０°］の比が、１＜Ｒ［＋４０°］／Ｒ［－４０°］を満足する。より好ましくは、１．１＜Ｒ［＋４０°］／Ｒ［－４０°］である。但し、＋４０°及びそれに逆の－４０°の方向は、Ｒ［＋４０°］＞Ｒ［－４０°］となるように決定する。

図２は、Ｒ［＋４０°］及びＲ［－４０°］を測定する際の、位相差層の面内遅相軸、入射面、及び入射方向の関係の一例を示す模式図である。［＋４０°］及びＲ［－４０°］の測定は、入射方向１及び入射方向２のいずれであってもよく、Ｒ［＋４０°］＞Ｒ［－４０°］の関係を満足するように決定する。この様な特性を満足する第１位相差層の一例は、第１位相差層の屈折率楕円体の主軸が層面に対して平均チルト角θｔ（但し０°＜θｔ＜９０°を満足する）の方向にあり、即ち、主軸が層の厚み方向で傾斜しているフィルムである。平均チルト角度θｔは、５°≦θt≦８５°を満足するのが好ましく１０°≦θt≦８０°を満足するのがより好ましい。

層面の法線を含む少なくとも一方の入射面の入射光に対して、レターデーションの極角依存性が法線方向（極角０°）を中心に非対称性を持つ第１位相差層１４は、例えば、図１に示すように、液晶化合物２０を含んでおり、液晶化合物２０の長軸方向が第１位相差層１４の層面に対して角度θで傾斜するように、液晶化合物２０を配向させた構成を有する。

図１に示すように、層面の面方向の方位角を定義すると、図１に示す例では、液晶化合物２０は、その長軸方向が、方位角９０°、２７０°の方向に沿って配列されており、かつ、長軸方向が、９０°の方向に向かって立ち上がるように傾斜している。
図１に示す例の場合、方位角９０°、２７０°の方向が図２の面内遅相軸の方向に相当し、液晶化合物２０の長軸が配列されている方向（９０°、２７０°の方向）が、図２の入射面に相当する。

図１に示すように、液晶化合物２０が方位角９０°の方向に傾斜していると、法線から方位角９０°の方向に４０°傾斜した方向からの入射光は、液晶化合物２０の長軸方向に近い方向から入射することになる。一方、法線から方位角２７０°の方向に４０°傾斜した方向からの入射光は、液晶化合物２０の長軸方向に対して略直交する方向から入射することになる。そのため、法線から方位角９０°の方向に４０°傾斜した方向からの入射光に対するレターデーションと、法線から方位角２７０°の方向に４０°傾斜した方向からの入射光に対するレターデーションとは非対称性を持つ。
第１位相差層１４の構成については後に詳述する。

このような構成を有する光学フィルタ１０の作用について説明する。
光学フィルタ１０に、第１異方性吸収層１２の主面に垂直な方向（正面ともいう）から光が入射した場合、光は、第１異方性吸収層１２には吸収されず（吸収されにくく）、透過して第１位相差層１４に入射して位相差を与えられて第１位相差層１４を透過する。第１位相差層１４を透過した光は、第２異方性吸収層１６に入射する。第２異方性吸収層１６は、光の偏光状態にかかわらず、正面からの光を透過する。そのため、光学フィルタ１０は、正面方向からの光を、高い光透過率で透過する。

次に、第１異方性吸収層１２の主面に垂直な方向に対して、方位角９０°の方向に傾斜した方向から光学フィルタ１０に光が入射した場合を考える。
方位角９０°の斜め方向から第１異方性吸収層１２に入射した光は、方位角９０°、２７０°方向の成分が第１異方性吸収層１２によって吸収される。そのため、第１異方性吸収層を透過した光は方位角０°、１８０°方向の直線偏光となり、第１位相差層１４に入射する。第１位相差層１４に、方位角９０°の斜め方向から光が入射した場合、入射光は、液晶化合物２０の長軸方向に対して略平行する方向から入射することになるため、第１位相差層１４によって偏光状態を変えられることなく、第１位相差層１４を透過して第２異方性吸収層１６に入射する。第２異方性吸収層１６に、方位角９０°の斜め方向から光が入射した場合、方位角９０°、２７０°方向の成分が吸収されるが、入射した光は方位角０°、１８０°方向の直線偏光であるため、光は第２異方性吸収層１６に吸収されずに透過する。そのため、光学フィルタ１０は、方位角９０°の斜め方向からの光を、高い光透過率で透過する。

次に、第１異方性吸収層１２の主面に垂直な方向に対して、方位角２７０°の方向に傾斜した方向から光学フィルタ１０に光が入射した場合を考える。
方位角２７０°の斜め方向から第１異方性吸収層１２に入射した光は、方位角９０°、２７０°方向の成分が第１異方性吸収層１２によって吸収される。そのため、第１異方性吸収層を透過した光は方位角０°、１８０°方向の直線偏光となり、第１位相差層１４に入射する。第１位相差層１４に、方位角２７０°の斜め方向から光が入射した場合、入射光は、液晶化合物２０の長軸方向に対して略直交する方向から入射することになるが、入射した光の偏光方向と液晶化合物２０の長軸方向（遅相軸方向）とが略直交しているため、第１位相差層１４によって偏光状態を変えられることなく、方位角０°、１８０°方向の直線偏光のまま第１位相差層１４を透過して第２異方性吸収層１６に入射する。第２異方性吸収層１６に、方位角２７０°の斜め方向から光が入射した場合、方位角９０°、２７０°方向の成分が吸収されるが、入射した光は方位角０°、１８０°方向の直線偏光であるため、光は第２異方性吸収層１６に吸収されずに透過する。そのため、光学フィルタ１０は、方位角２７０°の斜め方向からの光を、高い光透過率で透過する。

次に、第１異方性吸収層１２の主面に垂直な方向に対して、方位角０°の方向に傾斜した方向から光学フィルタ１０に光が入射した場合を考える。なお、方位角１８０°の場合も基本的に同様である。
方位角０°の斜め方向から第１異方性吸収層１２に入射した光は、方位角０°、１８０°方向の成分が第１異方性吸収層１２によって吸収される。そのため、第１異方性吸収層を透過した光は方位角９０°、２７０°方向の直線偏光となり、第１位相差層１４に入射する。第１位相差層１４に、方位角０°の斜め方向から光が入射した場合、入射した光の偏光方向と液晶化合物２０の長軸方向（遅相軸方向）とが交差する。例えば、入射した光の偏光方向と液晶化合物２０の長軸方向（遅相軸方向）とが４５°で交差し、レターデーションが入射光の波長のλ／２に対応していると、方位角９０°、２７０°方向の直線偏光は、第１位相差層１４によって０°、１８０°方向の直線偏光に偏光状態を変えられて第１位相差層１４を透過する。第１位相差層１４を透過した光は、第２異方性吸収層１６に入射する。第２異方性吸収層１６に、方位角０°の斜め方向から光が入射した場合、方位角０°、１８０°方向の成分が吸収される。入射した光は方位角０°、１８０°方向の直線偏光であるため、光は第２異方性吸収層１６に吸収される。そのため、光学フィルタ１０は、方位角０°の斜め方向からの光を遮蔽する（光透過率が低くなる）。同様に、光学フィルタ１０は、方位角１８０°の斜め方向からの光を遮蔽する（光透過率が低くなる）。

なお、上記説明では、第１位相差層１４に入射した光の偏光方向と液晶化合物２０の長軸方向（遅相軸方向）とが４５°で交差し、レターデーションが入射光の波長のλ／２に対応しているものとして説明を行ったが、これに限定はされない。第１位相差層１４に入射した光の偏光方向と液晶化合物２０の長軸方向（遅相軸方向）とが４５°からずれている場合、あるいは、レターデーションが入射光の波長のλ／２からずれている場合は、第１位相差層１４に入射した偏光は、円偏光に変換されて第２異方性吸収層１６に入射する。第２異方性吸収層１６に、方位角０°または１８０°の斜め方向から光が入射した場合、方位角０°、１８０°方向の成分が吸収されるため、第２異方性吸収層１６に入射した光の一部の成分が吸収されて光透過率が低くなる。

このように、本発明の光学フィルタは、正面方向の光透過率は高くなり、また、方位方向の４方向のうち２方向における斜め方向の光透過率が高くなる。

これに対して、位相差層が、レターデーションの極角依存性が法線方向を中心に対称性を持つ、従来の構成について、図３を用いて説明する。図３に示す光学フィルタ１００は、第１異方性吸収層１２、位相差層１１４および第２異方性吸収層１６を有する。なお、第１異方性吸収層１２および第２異方性吸収層１６は、図１に示す光学フィルタ１０の第１異方性吸収層１２および第２異方性吸収層１６と同様の構成を有する。
図３に示すように、位相差層１１４は、液晶化合物１２０を含んでおり、液晶化合物１２０の長軸方向が第１位相差層１４の層面に対して平行になるように、液晶化合物２０を配向させた構成を有する。

このような光学フィルタ１００の作用について説明する。
光学フィルタ１００に、第１異方性吸収層１２の主面に垂直な方向（正面ともいう）から光が入射した場合、光は、第１異方性吸収層１２には吸収されず（吸収されにくく）、透過して位相差層１１４に入射して位相差を与えられて位相差層１１４を透過する。位相差層１１４を透過した光は、第２異方性吸収層１６に入射する。第２異方性吸収層１６は、光の偏光状態にかかわらず、正面からの光を透過する。そのため、光学フィルタ１００は、正面方向からの光を、高い光透過率で透過する。

次に、第１異方性吸収層１２の主面に垂直な方向に対して、方位角９０°（２７０°）の方向に傾斜した方向から光学フィルタ１０に光が入射した場合を考える。
方位角９０°の斜め方向から第１異方性吸収層１２に入射した光は、方位角９０°、２７０°方向の成分が第１異方性吸収層１２によって吸収される。そのため、第１異方性吸収層を透過した光は方位角０°、１８０°方向の直線偏光となり、第１位相差層１４に入射する。第１位相差層１４に、方位角９０°の斜め方向から光が入射した場合、入射光は、液晶化合物２０の長軸方向に対して略直交する方向から入射することになるが、入射した光の偏光方向と液晶化合物２０の長軸方向（遅相軸方向）とが略直交しているため、位相差層１１４によって偏光状態を変えられることなく、方位角０°、１８０°方向の直線偏光のまま位相差層１１４を透過して第２異方性吸収層１６に入射する。第２異方性吸収層１６に、方位角９０°の斜め方向から光が入射した場合、方位角９０°、２７０°方向の成分が吸収されるが、入射した光は方位角０°、１８０°方向の直線偏光であるため、光は第２異方性吸収層１６に吸収されずに透過する。そのため、光学フィルタ１００は、方位角９０°（２７０°）の斜め方向からの光を、高い光透過率で透過する。

次に、第１異方性吸収層１２の主面に垂直な方向に対して、方位角０°（１８０°）の方向に傾斜した方向から光学フィルタ１０に光が入射した場合を考える。
方位角０°の斜め方向から第１異方性吸収層１２に入射した光は、方位角０°、１８０°方向の成分が第１異方性吸収層１２によって吸収される。そのため、第１異方性吸収層を透過した光は方位角９０°、２７０°方向の直線偏光となり、位相差層１１４に入射する。位相差層１１４に、方位角０°の斜め方向から光が入射した場合、入射した光の偏光方向と液晶化合物２０の長軸方向（遅相軸方向）とが略平行になるため、位相差層１１４によって偏光状態を変えられることなく、方位角９０°、２７０°方向の直線偏光のまま位相差層１１４を透過して第２異方性吸収層１６に入射する。第２異方性吸収層１６に、方位角０°の斜め方向から光が入射した場合、方位角０°、１８０°方向の成分が吸収されるが、入射した光は方位角９０°、２７０°方向の直線偏光であるため、光は第２異方性吸収層１６に吸収されずに透過する。そのため、光学フィルタ１００は、方位角０°（１８０°）の斜め方向からの光を、高い光透過率で透過する。

次に、第１異方性吸収層１２の主面に垂直な方向に対して、方位角４５°（２２５°）の方向に傾斜した方向から光学フィルタ１０に光が入射した場合を考える。
方位角４５°の斜め方向から第１異方性吸収層１２に入射した光は、方位角４５°、２２５°方向の成分が第１異方性吸収層１２によって吸収される。そのため、第１異方性吸収層を透過した光は方位角１３５°、３１５°方向の直線偏光となり、位相差層１１４に入射する。位相差層１１４に、方位角４５°の斜め方向から光が入射した場合、入射した光の偏光方向と液晶化合物２０の長軸方向（遅相軸方向）とが略４５°になるため、レターデーションが入射光の波長のλ／２に対応していると、方位角１３５°、３１５°方向の直線偏光は、位相差層１１４によって４５°、２２５°方向の直線偏光に偏光状態を変えられて位相差層１１４を透過する。位相差層１１４を透過した光は、第２異方性吸収層１６に入射する。第２異方性吸収層１６に、方位角４５°の斜め方向から光が入射した場合、方位角４５°、２２５°方向の成分が吸収される。入射した光は方位角４５°、２２５°方向の直線偏光であるため、光は第２異方性吸収層１６に吸収される。そのため、光学フィルタ１００は、方位角４５°（２２５）の斜め方向からの光を遮蔽する（光透過率が低くなる）。
同様に、光学フィルタ１００は、方位角１３５°、３１５°の斜め方向からの光を遮蔽する（光透過率が低くなる）。

このように、図３に示す従来の光学フィルタは、正面方向の光透過率は高くなるが、方位方向の４方向における斜め方向の光透過率が低くなる。

図４に、本発明の光学フィルタ、従来の光学フィルタ、および、位相差層を有さない場合（第１異方性吸収層、および、第２異方性吸収層の構成）の光学フィルタそれぞれの、極角６０°の斜め方向における光の透過率と方位角との関係を表す模式的なグラフを示す。
図４に示すように、位相差層を有さない場合には、いずれの方位方向においても透過率が０にならず、斜め方向からの光を遮蔽することができない。また、従来の光学フィルタの場合には、透過率が０になる方位方向が４か所ある。これらの方向においては、斜め方向からの光を遮蔽することができるが、斜め方向からの光を透過する範囲が狭い。これに対して、本発明の光学フィルタの場合には、透過率が０になる方位方向が２方向ある。また、斜め方向からの光を透過する範囲も広い。

このように、本発明の光学フィルタは、斜め方向での透過率が低い方向を有し、かつ、斜め方向での透過率が高い方向の範囲が広いため、ＡＲグラスに用いた場合に、背景の視野（現実視野）を広く維持することができる。

なお、本発明の光学フィルタは、第１異方性吸収層１２、第１位相差層１４、および、第２異方性吸収層１６からなる構成に限定はされず、他の層を有していてもよい。
例えば、図５に示す例のように、第１位相差層１４と第２異方性吸収層１６との間に、第２位相差層１５を有していてもよい。

第２位相差層１５は、第１位相差層１４と同様に、層面の法線を含む少なくとも一方の入射面の入射光に対して、レターデーションの極角依存性が法線方向を中心に非対称性を持つ位相差層であってもよいし、位相差層１１４と同様に、レターデーションの極角依存性が法線方向を中心に対称性を持つ位相差層であってもよい。対称性を持つ位相差層の方が好ましい。

第２位相差層１５を有することで、透過率が０になる方位方向の幅を調整することができる。

第２位相差層１５を有する場合、第２位相差層１５の遅相軸方向は、第１位相差層１４の遅相軸方向と直交になるのが好ましい。

また、第１異方性吸収層１２、第１位相差層１４、および、第２異方性吸収層１６等の各層は直接積層されていてもよいし、接着層または粘着層を介して積層されていてもよい。

また、光学フィルタ１０は、第１異方性吸収層１２、第１位相差層１４、および、第２異方性吸収層１６等の各層はそれぞれの基板を含んでいてもよい。

［ヘッドマウントディスプレイ］
本発明のヘッドマウントディスプレイは、
上述した本発明の光学フィルタ、
導光板、
回折素子、および、
画像表示素子を備えるヘッドマウントディスプレイである。

図６に、本発明のヘッドマウントディスプレイの一例を模式的に表す斜視図を示す。
図６に示すヘッドマウントディスプレイ８０は、導光板８２と、入射回折素子９０と、出射回折素子９２と、光学フィルタ１０と、画像表示素子８６と、を有する。

導光板８２は、入射した光を内部で導光するものである。
図６に示すように、導光板８２の一方の端部側の表面（主面）には入射回折素子９０が配置されている。また、導光板８２の他方の端部側の表面には出射回折素子９２が配置されている。入射回折素子９０の配置位置は導光板８２の光の入射位置に対応し、出射回折素子９２の配置位置は、導光板８２の光の出射位置に対応する。また、入射回折素子９０および出射回折素子９２は、導光板８２の同じ表面に配置されている。
また、光学フィルタ１０は、導光板８２の出射回折素子９２に対面して、導光板８２の出射回折素子９２が配置される面とは反対側の面に配置されている。

導光板８２としては特に限定はなく、画像表示装置等で用いられている従来公知の導光板を用いることができる。

入射回折素子９０は画像表示素子８６から照射された光を、導光板８２内で全反射する角度に回折して導光板８２内に入射させる回折素子である。
入射回折素子９０としては限定はなく、レリーフ型の回折素子、液晶を用いた回折素子、体積ホログラム回折素子等のＡＲ表示デバイスで用いられている回折素子が各種利用可能である。

図６に示すように、画像表示素子８６は、入射回折素子９０に対面して配置される。また、出射回折素子９２が配置された表面側が使用者の観察位置となる。
画像表示素子８６には、制限はなく、例えば、ＡＲグラス等のＡＲ表示デバイスに用いられる公知のディスプレイが、各種、利用可能である。
画像表示素子８６としては、一例として、液晶ディスプレイ（ＬＣＯＳ：Liquid Crystal On Silicon等を含む）、有機エレクトロルミネッセンスディスプレイ、ＤＬＰ（Digital Light Processing）、ＭＥＭＳ（Micro-Electro-Mechanical Systems）型ディスプレイ、マイクロＬＥＤディスプレイ等が例示される。
なお、画像表示素子８６は、モノクロ画像を表示するものでも、二色画像を表示するものでも、カラー画像を表示するものでもよい。

出射回折素子９２は導光板８２内を導光された光を回折して導光板８２から出射させる回折素子である。
出射回折素子９２としては限定はなく、レリーフ型の回折素子、液晶を用いた回折素子、体積ホログラム回折素子等のＡＲ表示デバイスで用いられている回折素子が各種利用可能である。

このような構成のヘッドマウントディスプレイ８０において、画像表示素子８６が表示した光Ｉ₁は、矢印で示すように、入射回折素子９０に回折されて導光板８２内に入射する。導光板８２内に入射した光は、入射光の角度に対して、大きな角度で回折されているため、光の進行方向の、導光板８２の表面に対する角度が小さくなるため、導光板８２の両表面で全反射されて導光板８２内を長手方向に導光される。
導光板８２内を導光された光は、導光板８２の長手方向の他方の端部において、出射回折素子９２に入射する。その際、図６に示すように、光は出射回折素子９２に対して斜め方向から入射し、出射回折素子９２の表面に垂直方向へ回折される。

出射回折素子９２で回折された光は、導光板８２の外に出射される。すなわち、使用者による観察位置に光を出射する。

また、図６に示すように、正面方向からヘッドマウントディスプレイ８０に入射する外光（以下、正面光ともいう）Ｉ₀は、光学フィルタ１０を透過して、導光板８２に入射し、出射回折素子９２を透過して、使用者による観察位置に到達する。
これにより、ヘッドマウントディスプレイ８０は、画像表示素子８６が表示した映像を、導光版８２の一端に入射して伝播し、他端から出射することにより、使用者が実際に見ている光景に、仮想の映像を重ねて表示する。

ここで、図７に示すように、光学フィルタ１０を有さないヘッドマウントディスプレイ１８０に斜め方向から光（以下、斜め光ともいう）Ｉ_sが入射した場合は、斜め光Ｉ_sは、出射回折素子９２によって回折されて、映り込むという問題が発生する。特に、太陽光、および、照明光などの特定の方向からの光の映り込みが視認されやすく問題となる。
これに対して、図３に示す従来の光学フィルタを導光板に配置して、正面光Ｉ₀は透過し、斜め光Ｉ_sを遮蔽することで、斜め光Ｉ_sによる映り込みを抑制することが考えられる。

しかしながら、前述のとおり、従来の光学フィルタは、透過率が０になる方位方向が４か所あり、斜め方向からの光を透過する範囲が狭い。そのため、ヘッドマウントディスプレイ１８０に用いた場合には、種々の方向からの斜め光を遮蔽してしまい、背景の視野（現実視野）が狭くなるという問題が生じる。

これに対して、本発明の光学フィルタ１０は、前述のとおり、斜め方向での透過率が低い方向を２方向有し、かつ、斜め方向での透過率が高い方向の範囲が広い。そのため、ヘッドマウントディスプレイ８０に、斜め光Ｉ_sが入射する方向の光透過率が低くなるように光学フィルタ１０を配置することで、斜め光Ｉ_sを遮蔽して斜め光Ｉ_sによる映り込みを抑制し、かつ、それ以外の方向の光は透過して背景の視野（現実視野）を広く維持することができる。
図６に示す例では、光学フィルタ１０は、図１に示す方位方向０°、１８０°の方向を図中上下方向に合わせて配置される。これによって、斜め上方向から入射する太陽光、あるいは、照明光など強い外光による映り込みを抑制し、左右方向（図６の紙面に垂直な方向）の現実視野を広くすることができる。

ここで、図６に示す例では、入射回折素子９０および出射回折素子９２はそれぞれ、透過型の回折素子としたがこれに限定はされず、反射型の回折素子であってもよい。反射型の回折素子の場合には、入射回折素子９０は、導光板８２の、画像表示素子８６と対面する面とは反対側の面に配置される。また、出射回折素子９２は、導光板８２の、使用者と対面する面とは反対側の面に配置される。また、この場合も、光学フィルタ１０は、出射回折素子９２の、使用者側とは反対の面に配置されればい。
以下、各構成要素について詳細に説明する。

＜異方性吸収層＞
第１異方性吸収層１２および第２異方性吸収層１６はそれぞれ、二色性色素を含み、二色性色素の吸収軸が主面に対して垂直である。なお、第１異方性吸収層１２および第２異方性吸収層１６は基本的に同様の構成を有するため、以下の説明において、第１異方性吸収層１２および第２異方性吸収層１６を区別する必要がない場合にはまとめて、異方性吸収層ともいう。

異方性吸収層の吸収軸を主面に対し略垂直に配向させることによって、正面からは透過率が高く、斜めからは横波光しか通過しなくなるので透過率が低くなる。

ここで、異方性吸収層の吸収軸が水平基準面（主面）に対し略垂直方向に配向していることは、例えば、異方性吸収層の断面を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）で観察することにより確認することができる。

図１に示すように、異方性吸収層において、二色性色素はその吸収軸が、主面に対し垂直（略９０度）に配向している。

二色性色素を所望の配向とする技術は、二色性色素を利用した偏光子の作製技術や、ゲスト－ホスト液晶セルの作製技術などを参考にすることができる。例えば、特開２００２－９０５２６号公報に記載の二色性偏光素子の作製方法、及び特開２００２－９９３８８号公報に記載のゲストホスト型液晶表示装置の作製方法で利用されている技術を、本発明に用いられる異方性吸収層の作製にも利用することができる。

二色性色素は、その分子の形状が棒状であるものと、円盤状であるものとに分類することができる。本発明に用いられる異方性吸収層の作製にはいずれを使用してもよい。分子が棒状の二色性色素の例には、アゾ色素、アントラキノン色素、ペリレン色素等、メリシアニン色素が好ましく、例えば、アゾ色素としては、特開平１１－１７２２５２号公報に記載の例、アントラキノン色素としては、特開平８－６７８２２号公報に記載の例、ペリレン色素としては、特開昭６２－１２９３８０号公報等に記載の例、メリシアニン色素としては特開２００２－２４１７５８号公報に記載の例が挙げられる。これらは単独で使用してもよく、２種以上を併用してもよい。

分子が円盤状の二色性色素の例には、ＯＰＴＩＶＡ Ｉｎｃ．に代表されるリオトロピック液晶が挙げられ、“Ｅ－Ｔｙｐｅ偏光子”として用いられるものが知られている。例えば、特開２００２－９０５４７号公報に記載の材料が挙げられる。また、同様に円盤状に光を吸収する化学構造として紐状ミセル型の構造を利用したピスアゾ系二色性色素を用いた例もあり、特開２００２－９０５２６号公報に記載の材料が挙げられる。これらは単独で使用してもよく、２種以上を併用してもよい。

本発明においては、棒状の二色性色素を用いることが好ましい。

例えば、ゲストホスト型液晶セルの技術を利用して、ホスト液晶の配向に付随させて二色性色素の分子を、上記のような所望の配向にすることができる。具体的には、ゲストとなる二色性色素と、ホスト液晶となる棒状液晶性化合物とを混合し、ホスト液晶を配向させるとともに、その液晶分子の配向に沿って二色性色素の分子を配向させて、その配向状態を固定することで、本発明に用いられる異方性吸収層を作製することができる。

本発明に用いられる異方性吸収層の光吸収特性の使用環境による変動を防止するために、二色性色素の配向を、化学結合の形成によって固定するのが好ましい。例えば、ホスト液晶、二色性色素、又は所望により添加される重合性成分の重合を進行させることで、配向を固定することができる。

また、一対の基板に、二色性色素とホスト液晶とを少なくとも含む液晶層を有するゲストホスト型液晶セルそのものを、本発明に用いられる異方性吸収層として利用してもよい。ホスト液晶の配向（及びそれに付随する二色性色素分子の配向）は、基板内面に形成された配向膜によって制御することができ、電界等の外部刺激を与えない限り、その配向状態は維持され、本発明に用いられる異方性光吸収層の光吸収特性を一定にすることができる。

また、ポリマーフィルム中に二色性色素を浸透させて、ポリマーフィルム中のポリマー分子の配向に沿って二色性色素を配向させることで、本発明に用いられる異方性吸収層に要求される光吸収特性を満足するポリマーフィルムを作製することができる。具体的には、二色性色素の溶液をポリマーフィルムの表面に塗布して、フィルム中に浸透させて、作製することができる。二色性色素の配向は、ポリマーフィルム中のポリマー鎖の配向、その性質（ポリマー鎖又はそれが有する官能基等の化学的及び物理的性質）、塗布方法、などによって調整することができる。この方法の詳細については、特開２００２－９０５２６号公報に記載されている。

本発明において、二色性色素とは、光を吸収する機能を有する化合物と定義される。二色性色素としては、吸収極大及び吸収帯については、いかなるものであってもよいが、イエロー域（Ｙ）、マゼンタ域（Ｍ）、あるいはシアン域（Ｃ）に吸収極大を有する場合が好ましい。また、二色性色素は２種類以上を用いてもよく、Ｙ、Ｍ、Ｃに吸収極大を有する二色性色素の混合物を用いるのが好ましく、可視域（４００～７５０ｎｍ）の範囲を全て吸収するように二色性色素を混合して用いるのがより好ましい。ここで、イエロー域とは４３０～５００ｎｍの範囲、マゼンタ域とは５００～６００ｎｍの範囲、シアン域とは６００～７５０ｎｍの範囲である。

異方性吸収層の厚さは、０．１μｍ～１０μｍが好ましく、０．３μｍ～５μｍがより好ましく、０．５μｍ～３μｍがさらに好ましい。
異方性吸収層が薄いと、斜め入射により生じる回折光の遮断が不十分となり、異方性吸収層が厚いと、正面の外光の透過率が低くなる。

－異方性吸収層の製造方法－
異方性吸収層の製造方法としては、基材面（水平面）に対し二色性色素の長軸が垂直方向となるように配向させることができれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。例えば、（１）ゲスト－ホスト液晶法、（２）陽極酸化アルミナ法、などが挙げられる。

（１）のゲスト－ホスト液晶法は、表面に配向膜を有する基材上に、少なくとも紫外線硬化性液晶化合物と二色性色素とを含有する吸収層塗布液を塗布し、乾燥させて塗布層を形成し、塗布層を液晶相が発現する温度にまで加熱した状態で紫外線照射して、二色性色素の長軸が基材面に対し略垂直方向に配向している異方性吸収層を形成する方法である。

＜第１位相差層＞
第１位相差層は、層面の法線を含む少なくとも一方の入射面の入射光に対して、レターデーションの極角依存性が法線方向（極角０°）を中心に非対称性を持つものである。

第１位相差層は、重合性液晶化合物を含む重合性液晶組成物から形成されるのが好ましい。
液晶化合物としては、棒状液晶化合物であってもよいし、円盤状液晶化合物であってもよい。本発明においては、棒状液晶化合物を用いるのが好ましい。

重合性液晶組成物から形成される第１位相差層は、重合性液晶組成物を所望の配向状態にした後、硬化させて形成される。例えば、重合性液晶組成物を配向膜の配向処理面に塗布し、その配向処理の方向に沿って配向させて、その配向状態に固定することで作製できる。

配向膜としては、ポリマー等の有機化合物を含む層の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）膜を累積させた膜などが挙げられる。さらに光の照射で配向機能が生じる配向膜なども挙られる。

配向膜としては、ポリマーなどの有機化合物を含む層（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好ましく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（好ましくは支持体の長手方向）に数回こすることにより実施される。配向膜の形成に使用するポリマーとしては、ポリイミド、ポリビニルアルコール、特許第３９０７７３５号公報の段落番号［００７１］～［００９５］に記載の変性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等を用いることが好ましい。

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層とした、いわゆる光配向膜（光配向層）を用いることも好ましい態様である。
本発明においては、光配向膜を斜め方向から偏光照射する工程、または、斜め方向から非偏光照射する工程により配向規制力を付与することが好ましい。

配向膜の厚さは、配向機能を発揮することができれば特に限定されないが、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。

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、国際公開第２０１０/１５０７４８号、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、クマリン化合物が挙げられる。特に好ましい例としては、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、カルコン化合物が挙げられる。

また、第１位相差層の厚さ方向において、液晶化合物は一様に傾斜している構成であってもよいし、少なくとも一部の液晶化合物が傾斜配向している構成であってもよいが、本発明においては、一様に傾斜している構成が望ましい。
一部の液晶化合物が傾斜配向している一例として、第１位相差層は、液晶化合物が、いわゆるハイブリッド配向状態で固定されていてもよい。ハイブリッド配向では、液晶性化合物の長軸と層面との角度が、層の深さ方向で、且つ配向膜面からの距離の増加と共に増加または減少している。角度は、距離の増加と共に減少することが好ましい。さらに、角度の変化としては、連続的増加、連続的減少、間欠的増加、間欠的減少、連続的増加と連続的減少を含む変化、あるいは、増加及び減少を含む間欠的変化が可能である。間欠的変化は、厚さ方向の途中で当該角度が変化しない領域を含んでいる。本明細書では、「ハイブリッド配向」には、当該角度が変化しない領域を含んでいても、全体として増加または減少している配向状態も含むものとする。当該角度が連続的に変化しているハイブリッド配向が好ましい。

液晶化合物を、ハイブリッド配向させてその配向状態を固定した位相差層も、層面の法線を含む少なくとも一の入射面の入射光に対して、レターデーションの極角依存性が法線方向（極角０°）を中心に非対称性を持つ。

－液晶化合物－
第１位相差層の作製に利用可能な液晶化合物の例には、棒状液晶化合物及び円盤状液晶化合物の双方が含まれる。
棒状液晶性化合物としては、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、トラン類及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。これらの棒状液晶性化合物の固定は、棒状液晶性化合物の末端構造に重合性基を導入（後述の円盤状液晶と同様）し、この重合、硬化反応を利用して行われている。具体例としては、重合性ネマチック棒状液晶化合物を紫外線硬化した例が特開２００６－２０９０７３号公報に記載されている。また、上述の低分子液晶性化合物だけではなく、高分子液晶性化合物も用いることができる。高分子液晶性化合物は、以上のような低分子液晶性化合物に相当する側鎖を有するポリマーである。高分子液晶性化合物を用いた光学補償シートについては、特開平５－５３０１６号公報等に記載がある。

第１位相差層の作製に使用可能な円盤状（ディスコティック）液晶化合物の例には、Ｃ．Ｄｅｓｔｒａｄｅらの研究報告、Ｍｏｌ．Ｃｒｙｓｔ．７１巻、１１１頁（１９８１年）に記載されているベンゼン誘導体、Ｃ．Ｄｅｓｔｒａｄｅらの研究報告、Ｍｏｌ．Ｃｒｙｓｔ．１２２巻、１４１頁（１９８５年）、Ｐｈｙｓｉｃｓｌｅｔｔ，Ａ，７８巻、８２頁（１９９０）に記載されているトルキセン誘導体、Ｂ．Ｋｏｈｎｅらの研究報告、Ａｎｇｅｗ．Ｃｈｅｍ．９６巻、７０頁（１９８４年）に記載されたシクロヘキサン誘導体及びＪ．Ｍ．Ｌｅｈｎらの研究報告、Ｊ．Ｃｈｅｍ．Ｃｏｍｍｕｎ．，１７９４頁（１９８５年）、Ｊ．Ｚｈａｎｇらの研究報告、Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．１１６巻、２６５５頁（１９９４年）に記載されているアザクラウン系やフェニルアセチレン系マクロサイクルが含まれる。

円盤状液晶化合物の分子としては、分子中心の母核に対して、直鎖のアルキル基、アルコキシ基、置換ベンゾイルオキシ基が母核の側鎖として放射線状に置換した構造である液晶性を示す化合物も含まれる。分子または分子の集合体が、回転対称性を有し、一定の配向を付与できる化合物であることが好ましい。円盤状液晶化合物を含有する組成物から形成する位相差層は、最終的に位相差層に含まれる状態で液晶性を示す必要はない。例えば、熱や光で反応する基を有する低分子の円盤状液晶性分子を、加熱又は光照射により重合反応等させて、高分子量化すると、液晶性を失うが、かかる高分子量化された化合物を含む位相差層も、もちろん本発明に利用することができる。円盤状液晶化合物の好ましい例には、特開平８－５０２０６号公報に記載されている化合物が含まれる。また、円盤状液晶性分子の重合については、特開平８－２７２８４公報に記載がある。

円盤状液晶性分子を重合により固定するためには、円盤状液晶性分子の円盤状コアに、置換基として重合性基を結合させる必要がある。円盤状コアと重合性基は、連結基を介して結合する化合物が好ましく、これにより重合反応においても配向状態を保つことができる。例えば、特開２０００－１５５２１６号公報明細書中の段落番号［０１５１］～［０１６８］記載の化合物等が挙げられる。

第１位相差層の形成には、液晶化合物と共に、可塑剤、界面活性剤、重合性モノマー等の添加剤を併用してもよい。これらの添加剤は、塗工膜の均一性、膜の強度、液晶分子の配向性等を向上すること等、種々の目的で添加されるであろう。
重合性モノマーとしては、ラジカル重合性若しくはカチオン重合性の化合物が挙げられる。好ましくは、多官能性ラジカル重合性モノマーであり、上記の重合性基含有の液晶化合物と共重合性のものが好ましい。例えば、特開２００２－２９６４２３号公報明細書中の段落番号［００１８］～［００２０］記載のものが挙げられる。上記化合物の添加量は、液晶性化合物に対して一般に１～５０質量％の範囲にあり、５～３０質量％の範囲にあることが好ましい。
界面活性剤としては、従来公知の化合物が挙げられるが、特にフッ素系化合物が好ましい。具体的には、例えば特開２００１－３３０７２５号公報明細書中の段落番号［００２８］～［００５６］記載の化合物が挙げられる。
使用可能なポリマーの例としては、セルロースエステルを挙げることができる。セルロースエステルの好ましい例としては、特開２０００－１５５２１６号公報明細書中の段落番号［０１７８］記載のものが挙げられる。液晶性分子の配向を阻害しないように、上記ポリマーの添加量は、液晶性分子に対して０．１～１０質量％の範囲にあることが好ましく、０．１～８質量％の範囲にあることがより好ましい。
円盤状液晶性分子のディスコティックネマティック液晶相－固相転移温度は、７０～３００℃が好ましく、７０～１７０℃がより好ましい。

第１位相差層は、液晶性分子および必要に応じて後述の重合性開始剤や任意の成分を含む塗布液を、表面、好ましくは配向膜の表面、に塗布することで形成できる。
塗布液の調製に使用する溶媒としては、有機溶媒が好ましく用いられる。有機溶媒の例には、アミド（例、Ｎ，Ｎ－ジメチルホルムアミド）、スルホキシド（例、ジメチルスルホキシド）、ヘテロ環化合物（例、ピリジン）、炭化水素（例、ベンゼン、ヘキサン）、アルキルハライド（例、クロロホルム、ジクロロメタン、テトラクロロエタン）、エステル（例、酢酸メチル、酢酸ブチル）、ケトン（例、アセトン、メチルエチルケトン）、エーテル（例、テトラヒドロフラン、１，２－ジメトキシエタン）が含まれる。アルキルハライドおよびケトンが好ましい。二種類以上の有機溶媒を併用してもよい。
塗布液の塗布は、従来公知の方法により実施でき、の配向膜で記載の内容のものが挙げられる。

第１位相差層の厚さは、０．１μｍ～２０μｍであることが好ましく、０．５μｍ～１５μｍであることがさらに好ましく、１μｍ～１０μｍであることがよりさらに好ましい。

第１位相差層の面内レターデーションは、３０ｎｍ～３００ｎｍが好ましく、５０ｎｍ～２００ｎｍがより好ましく、７５ｎｍ～１５０ｎｍがさらに好ましい。

配向させた液晶性分子を、配向状態を維持して固定することができる。配向状態の固定は、重合反応により実施することが好ましい。重合反応には、熱重合開始剤を用いる熱重合反応と光重合開始剤を用いる光重合反応とが含まれる。光重合反応が好ましい。
光重合開始剤の例には、α－カルボニル化合物（米国特許２３６７６６１号、同２３６７６７０号の各明細書記載）、アシロインエーテル（米国特許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２７２２５１２号明細書記載）、多核キノン化合物（米国特許３０４６１２７号、同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４２３９８５０号明細書記載）およびオキサジアゾール化合物（米国特許４２１２９７０号明細書記載）が含まれる。

光重合開始剤の使用量は、塗布液の固形分の０．０１～２０質量％の範囲にあることが好ましく、０．５～５質量％の範囲にあることがさらに好ましい。
液晶性分子の重合のための光照射は、紫外線を用いることが好ましい。
照射エネルギーは、２０ｍＪ／ｃｍ²～５０Ｊ／ｃｍ²の範囲にあることが好ましく、２０～５０００ｍＪ／ｃｍ²の範囲にあることがより好ましく、１００～８００ｍＪ／ｃｍ²の範囲にあることがさらに好ましい。また、光重合反応を促進するため、加熱条件下で光照射を実施してもよい。

第１位相差層は、硬化性液晶組成物を所望の配向状態にした後、硬化させて形成される層であることが好ましい。例えば、重合性液晶を配向膜の配向処理面に塗布し、その配向処理の方向（ラビング軸、または偏光照射時の偏光方向、非偏光照射時の照射角度）に沿って配向させて、その配向状態に固定することで作製できる。一例として、棒状液晶分子を、均一に傾斜配向させて固定して形成される位相差層が挙げられる。傾斜配向では、棒状液晶性分子の長軸と層面との角度が０°より大きく９０°より小さい状態をとる。また別の例としては、ハイブリッド配向状態で固定して形成される位相差層があげられる。ハイブリッド配向では、棒状液晶性分子の長軸と層面との角度が、層の深さ方向で、且つ配向膜面からの距離の増加と共に増加または減少している。角度は、距離の増加と共に減少することが好ましい。さらに、角度の変化としては、連続的増加、連続的減少、間欠的増加、間欠的減少、連続的増加と連続的減少を含む変化、あるいは、増加及び減少を含む間欠的変化が可能である。間欠的変化は、厚さ方向の途中で当該角度が変化しない領域を含んでいる。本明細書では、「ハイブリッド配向」には、当該角度が変化しない領域を含んでいても、全体として増加または減少している配向状態も含むものとする。当該角度が連続的に変化しているハイブリッド配向が好ましい。

位相差層中の液晶性分子の長軸の平均方向は、一般に、位相差層の形成に利用する液晶又は配向膜の材料を選択することにより、またはラビング処理方法の条件を選択すること、または光配向膜に照射する偏光の偏光方向、または非偏光の照射角度によって調整することができる。また、位相差層中の表面側（空気側）の液晶性分子の長軸（円盤面）方向は、一般に、位相差層の形成に用いる液晶性分子と共に使用する添加剤（例えば、可塑剤、界面活性剤、重合性モノマー及びポリマーなど）の種類を選択することにより調整することができる。長軸の配向方向の変化の程度も、上記と同様に、液晶性分子と添加剤との選択により調整できる。

ここで、前述のとおり、第１位相差層は、屈折率楕円体の主軸が層面に対して平均チルト角θｔ（但し０°＜θｔ＜９０°を満足する）の方向にあり、即ち、主軸が層の厚み方向で傾斜しているフィルムであるのが好ましい。

なお、第１位相差層の主軸の層面に対する平均チルト角θｔは、クリスタルローテーション法を応用して求めることができる。又はハイブリッド配向光学異方性膜においては、液晶性分子のダイレクターが層の厚み方向のすべての場所において異なる角度を向いているため、光学異方性膜を構造体として見た場合、光軸が存在しない。
なお、以下の測定方法において許容される誤差は、本発明に用いられる第１位相差層の主軸の平均チルト角θｔについても許容されるであろう。
なお、測定波長は５５０ｎｍとする。
また、主軸の平均チルト角θｔのバラツキは、以下の方法により測定することができる。
第１位相差層の面内の一方向に１０点及び、一方向に直交する方向に１０点に等間隔でサンプリングを行い、上記方法で主軸の平均チルト角θｔを測定し、その最大値と最小値の差を、主軸の平均チルト角のバラツキとすることができる。
なお、遅相軸角度は、Ｒｅの測定によって決定することができ、そのバラツキも、第１位相差層の面内の一方向に１０点及び、一方向に直交する方向に１０点に等間隔に測定を行った際の最大値と最小値の差で決定することができる。

＜第２位相差層＞
第２位相差層としては、従来公知の位相差フィルムであってもよく、第１位相差層と同様の層面の法線を含む少なくとも一方の入射面の入射光に対して、レターデーションの極角依存性が法線方向を中心に非対称性を持つ位相差層であってもよい。

第２位相差層の面内レターデーションは、３０ｎｍ～３００ｎｍが好ましく、８０ｎｍ～２５０ｎｍがより好ましく、１００ｎｍ～１６０ｎｍがさらに好ましい。

第２位相差層の厚さは、０．１μｍ～５００μｍであることが好ましく、０．５μｍ～３００μｍであることがさらに好ましく、１μｍ～２００μｍであることがよりさらに好ましい。

＜光学装置＞
本発明の光学フィルタは、上述したヘッドマウントディスプレイに限定されず、各種の光学装置に用いることができる。
例えば、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ等の画像表示装置の全面に光学フィルタを配置することで、周囲からの覗き見防止の役割を果たす。また、照明光あるいは太陽光などの外光の侵入を大幅に低減して明室コントラストを改善することができる。

以下に実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明する。以下の実施例に示す材料、試薬、物質量とその割合、操作等は本発明の趣旨から逸脱しない限り適宜変更することができる。従って、本発明の範囲は以下の具体例に制限されるものではない。

＜配向膜の作製＞
（１） 配向膜１の作製
透明基材フィルムとして、市販のセルロースアシレート系フィルム、商品名 「フジタック ＴＧ４０ＵＬ」（富士フイルム社製）を準備し、ケン化処理により表面を親水化した後、下記の配向膜形成用組成物１を＃１２のバーを用いて塗布し、１１０℃２分間乾燥し、透明基材フィルム上に配向膜１を形成した。

（配向膜形成用組成物１の組成）
・下記変性ポリビニルアルコール ２．００質量部
・水 ７４．０８質量部
・メタノール ２３．７６質量部
・光重合開始剤
（イルガキュア２９５９、ＢＡＳＦ社製） ０．０６質量部

（変性ポリビニルアルコール）

（式中、繰り返し単位に付された数値は、各繰り返し単位のモル比率を表す。）

[実施例１]
＜異方性吸収層の作製＞
（１） 異方性吸収層１の作製
得られた配向膜上に、下記の着色組成物１をバーコーターを用いて塗布して、塗布膜を形成した。塗布膜を室温で３０秒間乾燥させた後、１４０℃まで加熱して３０秒間保持し、塗布膜を室温になるまで冷却した。次いで、塗布膜を８０℃まで再加熱して３０秒保持して後に室温まで冷却した。このようにして作製した層を異方性吸収層１とした。

（着色組成物１の組成）
・２色性色素化合物Ｄ１ １０．５９質量部
・２色性色素化合物Ｄ２ ８．７１質量部
・高分子化合物Ｐ１ ４４．１３質量部
・界面改良剤Ｆ１ ０．８０質量部
・界面改良剤Ｆ２ ０．８０質量部
・界面改良剤Ｆ３ ０．９６質量部
・テトラヒドロフラン ７９３．９質量部
・シクロペンタノン １４０．１質量部

上記の得られた異方性吸収層１の配向度、正面透過率を測定した結果、配向度０．９６、正面透過率６０％であった。膜厚は２μｍであった。

＜第１位相差層＞
ガラス基板（イーグルＸＧ：コーニング社製）の上に、以下の方法により棒状液晶組成物からなる位相差層を形成し、第１位相差層を作製した。

－配向膜の形成－
ガラス基板を洗浄乾燥し、これに下記組成の配向膜形成用塗布液をスピンコーターで塗布した。１００℃のホットプレート上で６０秒乾燥し、空気下にて１００ｍＷ／ｃｍ²の空冷メタルハライドランプ（アイグラフィックス（株）製）を用いて、２０００ｍＪ／ｃｍ²の紫外線をガラス基板の法線方向に対し、４５°傾斜した角度から非偏光を照射して、光配向をさせた配向膜Ａを形成した。

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配向膜形成用塗布液の組成
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下記光配向用素材 １質量部
水 １６質量部
２－ブトキシエタノール ４２質量部
ジプロピレングリコールモノメチルエーテル ４２質量部
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－棒状液晶組成物からなる位相差層の形成－
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光学異方性膜用塗布液Ｂの組成
──────────────────────────────────
下記液晶性化合物（ＲＡ） ８３質量部
下記液晶性化合物（ＲＢ） １５質量部
下記液晶性化合物（ＲＣ） ２質量部
光重合開始剤 ３．０質量部
（イルガキュア９０７、IGM Resins B.V.社製）
シクロヘキサノン １０９質量部
エチルメチルケトン ６５３質量部
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表面に配向膜Ａを形成した上記ガラス支持体上に光学異方性膜用塗布液Ｂを、スピンコーターを用いて塗布した。次いで、膜面温度９０℃で６０秒間加熱熟成した後に、窒素下にて５０ｍＷ／ｃｍ²の空冷メタルハライドランプ（アイグラフィックス（株）製）を用いて５００ｍJ／ｃｍ²の紫外線を照射して、その配向状態を固定化することにより光学異方性膜を形成した。形成された光学異方性膜は、ガラス基板の法線と配向膜作製時の傾斜方位を含む面に平行な方向を遅相軸として、棒状液晶化合物が配向していた。Ｒｅの光入射角度依存性および光軸の平均チルト角を測定したところ、波長５５０ｎｍにおいてＲｅが１２７ｎｍ、光軸の平均チルト角が４５°であった。

＜第２位相差層＞
ポリカーボネートフィルム（商品名：ピュアエース、帝人化成株式会社製）を加熱し、延伸することにより、複屈折率値（レターデーション値）を調整し第２位相差層を作製した。
第２位相差層の面内レターデーションＲｅは１３５ｎｍであった。また、厚さ方向レターデーションＲｔｈは６８ｎｍであった。

作製した第１異方性吸収層、第１位相差層、第２位相差層、および、第２異方性吸収層をこの順で、粘着剤（ＳＫ－２０５７、綜研化学社製を用いて遅相軸方位が直交するように積層し、光学フィルタを作製した。なお、第一の位相差層と第二の位相差層はそれぞれの遅相軸が直交するように積層した。

［比較例１］
第１位相差層を有さず、第２位相差層として下記の位相差層を用いた以外は実施例１と同様にして光学フィルタを作製した。

＜第２位相差層＞
ポリカーボネートフィルム（商品名：ピュアエース、帝人化成株式会社製）を加熱し、延伸することにより、複屈折率値（レターデーション値）を調整し第２位相差層を作製した。
第２位相差層の面内レターデーションＲｅは２７０ｎｍであった。また、厚さ方向レターデーションＲｔｈは１３５ｎｍであった。

［評価］
作製した実施例１および比較例１の光学フィルタに、極角６０°方向から入射する光の透過率を、方位角を変えながら測定した。測定はＡｘｏｍｅｔｒｉｃｓ社のＡｘｏＳｃａｎを用いた。入射光の波長は５５０ｎｍとした。

［シミュレーション］
実施例１および比較例１それぞれと同じ条件で、極角６０°方向から入射する光の透過率を、方位角を変えながらシミュレーションによって求めた。シミュレーションには、拡張ジョーンズマトリクスの手法を適用し、光学フィルタのみに単純化して計算を行なった。
実施例１の実験結果とシミュレーションの結果を図８に示し、比較例１の実験結果とシミュレーションの結果を図９に示す。

図９に示すように、比較例１の場合は極角６０°の斜め方向からの光に対して、透過率が低くなる方位方向が４方向あるのに対して、図８に示すように、実施例１の場合は、透過率が低くなる方位方向が２方向であることがわかる。透過率が下がる方位を、回折素子のピッチに垂直な面を含む方位とすることで、回折光の映り込みを防ぎながらも、その他の方位の外光視認性を確保することができる。比較例１の場合は、遮断したい方位以外の斜め光も遮断することで、外光視認性が確保できない。

また、図８および図９から、実験結果とシミュレーション結果はよく一致していることがわかる。従って、以下の実施例はシミュレーションを用いて行った。

また、作製した実施例１、および、比較例１の光学フィルタに裏面側から光を照射しつつ、正面方向、方位０°、９０°、１８０°、２７０°の斜め６０°方向から撮影した写真を図１４、および、図１５に示す。
図１４から、実施例１では正面方向、および、方位９０°、１８０°の斜め方向からは明るく見え、方位０°、２７０°の斜め方向からは暗く見えることがわかる。図１５から、比較例１では正面方向は明るく見え、方位０°、９０°、１８０°、２７０°の斜め方向からは暗く見えることがわかる。

［実施例２］
第２位相差層を有さず、第１位相差層の面内レターデーションＲｅを１１５ｎｍ、主軸の平均チルト角θｔを６０°とした以外は実施例１と同様にしてシミュレーションを行った。
結果を図１０に示す。

［実施例３］
第１位相差層と第２異方性吸収層との間に第２位相差層を有し、第２位相差層の面内レターデーションＲｅを１３５ｎｍ、厚さ方向レターデーションＲｔｈを６８ｎｍとし、第一の位相差層と第二の位相差層の遅相軸を直交した以外は実施例２と同様にしてシミュレーションを行った。
結果を図１１に示す。

図１０から、第２位相差層を有さない場合でも、極角６０°の斜め方向からの光に対して、透過率が低くなる方位方向が２方向であり、光を透過する範囲が広いことがわかる。
また、図１０と図１１との対比から、第２位相差層を含む構成とすることで、光を遮蔽する範囲を調整することができることがわかる。

［比較例２］
第２位相差層の面内レターデーションＲｅを、１３５ｎｍ、２００ｎｍ、２７０ｎｍ、４００ｎｍ、および、５００ｎｍに変更した以外は比較例１と同様にしてシミュレーションを行った。
結果を図１２に示す。

［実施例４］
第１位相差層の面内レターデーションを１１５ｎｍとし、第１位相差層の主軸の平均チルト角θｔを、０°、２０°、４０°、５０°、６０°、および、７０°に変更した以外は、実施例２と同様にしてシミュレーションを行った。
結果を図１３に示す。

図１２から、位相差層が、層面の法線を含む少なくとも一方の入射面の入射光に対して、レターデーションの極角依存性が法線方向を中心に非対称性を持たない比較例の構成の場合、すなわち、位相差層の遅相軸が層面に平行な場合には、面内レターデーションＲｅを変えても、斜め方向からの光に対して、透過率が変わるのみで、透過率が低くなる方位方向は４方向のままであることがわかる。

図１３から、第１位相差層の主軸が０°の場合（比較例）は、斜め方向からの光に対して、透過率が低くなる方位方向が４方向あるのに対して、第１位相差層の主軸が傾斜していることで、斜め方向からの光に対して、透過率が低くなる方位方向が２方向になることがわかる。

また、図１３から、第１位相差層の面内レターデーションが１１５ｎｍの場合には、第１位相差層の主軸の平均チルト角θｔは６０°で方位２方向での透過率がより低くなり、かつ、他の方位方向では透過率が高くなり、好ましいことがわかる。
以上の結果から本発明の効果は明らかである。

１０ 光学フィルタ
１２ 第１異方性吸収層
１４ 第１位相差層
１５ 第２位相差層
１６ 第２異方性吸収層
１８、２２ 二色性色素
２０ 液晶化合物
８０ ヘッドマウントディスプレイ
８２ 導光板
９０ 入射回折素子
９２ 出射回折素子
１００ 光学フィルタ
１１４ 位相差層
１２０ 液晶化合物
Ｉ_-0 正面光
Ｉ₁ 映像光
Ｉ_s 斜め光
θ 平均チルト角

Claims (9)

1. 第１異方性吸収層、第１位相差層、および、第２異方性吸収層をこの順に含み、
   前記第１異方性吸収層および前記第２異方性吸収層はそれぞれ、二色性色素を含み、前記二色性色素の吸収軸が主面に対して垂直であり、
   前記第１位相差層は、層面の法線を含む少なくとも一方の入射面の入射光に対して、レターデーションの極角依存性が法線方向を中心に非対称性を持つ光学フィルタ。
2. 前記第１位相差層は屈折率楕円体の主軸が厚み方向において傾斜しているフィルムであって、
   前記屈折率楕円体の平均チルト角が、前記第１異方性吸収層の主面に対して５°～８５°傾斜している請求項１に記載の光学フィルタ。
3. 前記第１位相差層と前記第２異方性吸収層との間に、第２位相差層を含む請求項１または２に記載の光学フィルタ。
4. 前記第１位相差層は、重合性液晶組成物から形成される請求項１～３のいずれか一項に記載の光学フィルタ。
5. 前記重合性液晶組成物が、重合性の棒状液晶化合物を含む請求項４に記載の光学フィルタ。
6. 前記第１異方性吸収層、および、前記第２異方性吸収層の少なくとも一方は、液晶化合物を垂直配向させた液晶層中に、前記二色性色素を垂直配向させたものである請求項１～５のいずれか一項に記載の光学フィルタ。
7. 前記液晶層の配向状態が固定されている請求項６に記載の光学フィルタ。
8. 請求項１～７のいずれか一項に記載の光学フィルタを備える光学装置。
9. 請求項１～７のいずれか一項に記載の光学フィルタ、
   導光板、
   回折素子、および、
   画像表示素子を備えるヘッドマウントディスプレイ。

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