WO2019131918A1 - 光学素子および導光素子 - Google Patents
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- G02F1/133528—Polarisers
- G02F1/133541—Circular polarisers
Definitions
- the present invention relates to an optical element for refracting transmitted light, and a light guide element using the optical element.
- AR Augmented Reality
- HMDs head mounted displays
- an AR glass causes an image displayed by a display (optical engine) to propagate by being incident on one end of a light guide plate and emitted from the other end by the user.
- a virtual image is superimposed and displayed on the scene actually viewed.
- light (projected light) from the display is diffracted (refracted) using a diffractive element, and is incident on one end of the light guide plate.
- light is introduced at an angle to the light guide plate to propagate the light in the light guide plate.
- the light propagated through the light guide plate is similarly diffracted by the diffraction element at the other end of the light guide plate, and is emitted from the light guide plate to a position for observation by the user.
- the light guide plate (waveguide) described in patent document 1 is known as an example.
- the light guide plate has a front surface and a rear surface for reflecting and guiding light, and has a first portion provided on the front surface or the rear surface and a second portion provided on the front surface or the rear surface.
- the first portion has a structure that changes the phase of light by a first amount by reflection from the first portion.
- the second portion of the same surface has a different structure than the first portion that changes the phase of light by a second amount different from the first amount due to the reflection from the second portion.
- the first portion has a configuration that is offset from the second portion by a distance substantially corresponding to the difference between the second amount and the first amount.
- the angle of diffraction of the light by a diffraction element is dependent on the wavelength of light. That is, the traveling direction of the light diffracted by the diffraction element differs depending on the wavelength of the light. Therefore, when light of different wavelengths is diffracted by one diffractive element and introduced into the light guide plate and emitted from the light guide plate, for example, if it is a color image consisting of a red image, a green image and a blue image, a red image The position of the green image and the blue image are different, so-called color misregistration occurs.
- diffractive elements surface relief grating (SRG) (SRG) are provided at both ends corresponding to each of a red image, a green image and a blue image. )
- SRG surface relief grating
- three light guide plates provided with diffraction elements are stacked, and the projected image of each color displayed by the display is displayed by the user with each light guide plate.
- the color image is displayed by being guided to the observation position.
- the positions of the red image, the green image, and the blue image are matched to display a color image without color shift.
- the object of the present invention is to solve the problems of the prior art, and the wavelength dependency of the angle of light to be transmitted is small, for example, red light, green light and blue light incident from the same direction,
- An object of the present invention is to provide an optical element which can be refracted and transmitted in almost the same direction, and a light guide element using the optical element.
- the optical element of the present invention has the following configuration.
- at least one optically anisotropic layer has a period different from that of the other optically anisotropic layer in an optical element.
- two adjacent optically anisotropic layers do not necessarily indicate a specific optically anisotropic layer, but a plurality of optical It is two adjacent optically anisotropic layers selected arbitrarily from the anisotropic layers.
- One layer of the wavelength selective retardation layer converts circularly polarized light of red light into circularly polarized light in the opposite turning direction
- the other layer of the wavelength selective retardation layer converts circularly polarized light of green light
- the optical element according to [9] which converts light into circularly polarized light in the opposite turning direction.
- the wavelength selective retardation layer is composed of a plurality of retardation layers, and at least one of the retardation layers has a different in-plane slow axis orientation from the other retardation layers in [1] to [11]
- the optical element as described in any one.
- the optical element according to [12], wherein at least one of the retardation layers in the wavelength selective retardation layer is a ⁇ / 4 plate.
- the optical element according to [13], wherein the ⁇ / 4 plate in the wavelength selective retardation layer has reverse wavelength dispersion, and at least one layer of the other retardation layers has forward wavelength dispersion.
- a light guide element comprising the optical element according to any one of [1] to [14] and a light guide plate.
- the light guide element according to [15], wherein two optical elements separated are provided in the light guide plate.
- the optical element of the present invention has a small wavelength dependency of the angle of refraction, and can, for example, refract and emit red light, green light and blue light incident from the same direction in almost the same direction. Further, the light guide element of the present invention using this optical element can guide and emit plural types of light having different wavelengths without color shift by one light guide plate.
- FIG. 1 is a view conceptually showing an example of the optical element of the present invention.
- FIG. 2 is a view conceptually showing an optically anisotropic layer of the optical element shown in FIG.
- FIG. 3 is a plan view of the optically anisotropic layer of the optical element shown in FIG.
- FIG. 4 is a conceptual view showing the function of the optically anisotropic layer of the optical element shown in FIG.
- FIG. 5 is a conceptual view showing the function of the optically anisotropic layer of the optical element shown in FIG.
- FIG. 6 is a conceptual view showing the operation of the optical element shown in FIG.
- FIG. 7 is a conceptual view showing the operation of the optical element shown in FIG.
- FIG. 8 is a view conceptually showing another example of the optical element of the present invention.
- FIG. 1 is a view conceptually showing an example of the optical element of the present invention.
- FIG. 2 is a view conceptually showing an optically anisotropic layer of the optical element shown in FIG.
- FIG. 9 is a conceptual view showing the operation of the optical element shown in FIG.
- FIG. 10 is a conceptual view showing the operation of the optical element shown in FIG.
- FIG. 11 is a view conceptually showing an example of an exposure apparatus which exposes the alignment film of the optical element shown in FIG.
- FIG. 12 is a plan view of another example of the optically anisotropic layer of the optical element of the present invention.
- FIG. 13 is a figure which shows notionally an example of the exposure apparatus which exposes the alignment film which forms the optically anisotropic layer shown in FIG.
- FIG. 14 is a figure which shows notionally an example of AR glass using an example of the light guide element of this invention.
- FIG. 15 is a figure which shows notionally another example of the optically anisotropic layer of the optical element of this invention.
- a numerical range represented using “to” means a range including the numerical values described before and after “to” as the lower limit value and the upper limit value.
- (meth) acrylate is used in the meaning of “either or both of acrylate and methacrylate”.
- identical is intended to include an error range generally accepted in the technical field. Further, in the present specification, the terms “all”, “all” and “entire” etc. include 100% as well as an error range generally accepted in the technical field, for example, 99% or more, The case of 95% or more, or 90% or more is included.
- visible light is light of wavelengths visible to human eyes among electromagnetic waves, and represents light in a wavelength range of 380 to 780 nm.
- Nonvisible light is light in a wavelength range of less than 380 nm and in a wavelength range of more than 780 nm.
- the light in the wavelength range of 420 to 490 nm is blue light
- the light in the wavelength range of 495 to 570 nm is green light
- the wavelength range of 620 to 750 nm Light is red light.
- the optical element of the present invention is a liquid crystal alignment formed by using a composition containing a liquid crystal compound, in which the orientation of the optical axis derived from the liquid crystal compound is continuously rotated along at least one in-plane direction.
- a plurality of optically anisotropic layers arranged in a thickness direction and having a pattern, and a wavelength selective retardation layer disposed between at least one pair of two optically anisotropic layers adjacent in the arrangement direction And.
- the thickness direction is a direction orthogonal to the main surface.
- the main surface is the largest surface of the sheet (film, plate).
- the wavelength selective retardation layer is to convert circularly polarized light in a specific wavelength range into circularly polarized light in the opposite turning direction.
- the wavelength selective retardation layer is to convert circularly polarized light of red light into circularly polarized light of the opposite turning direction
- right circularly polarized light of green light and right circularly polarized light of blue light are right circularly polarized light. It is polarized and transmits.
- the direction of the optical axis derived from the liquid crystal compound is in one direction in which the direction of the optical axis derived from the liquid crystal compound changes while continuously rotating.
- the optical element of the present invention has such a configuration, so that the wavelength dependence of the refraction angle of incident and transmitted light is small, and most of light of different wavelengths incident from the same direction It can emit in the same direction.
- FIG. 1 conceptually shows an example of the optical element of the present invention.
- the optical element 10 of the illustrated example is disposed between the first optically anisotropic member 12 and the second optically anisotropic member 14, and between the first optically anisotropic member 12 and the second optically anisotropic member 14.
- the optical element of the present invention is formed using a composition containing a liquid crystal compound and has a thickness of an optically anisotropic layer having a predetermined liquid crystal alignment pattern in which the optical axis derived from the liquid crystal compound rotates. It is arranged in the direction.
- the first optically anisotropic member 12 has a support 20, an alignment film 24A, and a first optically anisotropic layer 26A.
- the second optically anisotropic member 14 includes a support 20, an alignment film 24B, and a second optically anisotropic layer 26B.
- the wavelength selective retardation layer converts circularly polarized light in a specific wavelength range into circularly polarized light in the opposite turning direction, and transmits the other light as it is ( It is something to be missed.
- the wavelength selective retardation layer 18G converts the turning direction of the circularly polarized light of green light into the opposite turning direction, and transmits the other light in the circularly polarized light of the same turning direction.
- the first optically anisotropic member 12 and the wavelength selective retardation layer 18G, and the wavelength selective retardation layer 18G and the second optically anisotropic member 14 are attached to each other between the layers. It is bonded by multi-layer.
- the bonding layer materials made of various known materials can be used as long as the layers can be bonded to each other to be bonded.
- the bonding layer As a bonding layer, it has fluidity at the time of bonding, and then it becomes solid, and even a layer consisting of an adhesive is a gel-like (rubber-like) soft solid at the time of bonding, and is also gel-like thereafter It may be a layer consisting of a pressure-sensitive adhesive which does not change its state, or a layer consisting of a material having the characteristics of both an adhesive and a pressure-sensitive adhesive. Therefore, the bonding layer is used for bonding sheet materials with an optical device, an optical element, etc., such as an optical transparent adhesive (OCA (Optical Clear Adhesive)), an optical transparent double-sided tape, and an ultraviolet curable resin. A known one may be used.
- OCA optical Clear Adhesive
- the first optical anisotropic member 12, the wavelength selective retardation layer 18G, and the second optical anisotropic member 14 may be stacked to form a frame, a jig, or the like. , And may constitute the optical element of the present invention.
- the optical element of the present invention is limited to the configuration in which the first optically anisotropic member 12, the wavelength selective retardation layer 18G, and the second optically anisotropic member 14 are closely adhered as shown in the illustrated example. It is also possible to use a configuration in which one or more of these members are arranged in a separated state without being removed.
- the optical element 10 of the illustrated example has the support 20 on each of the optically anisotropic members
- the optical element of the present invention may not have the support 20 for each of the optically anisotropic members.
- the wavelength selective retardation layer 18G is formed on the surface of the second optically anisotropic member 14 (the second optically anisotropic layer 26B), and the alignment film 24A is formed thereon.
- the first optically anisotropic layer 26A may be formed thereon.
- the support 20 of the second optically anisotropic member 14 is peeled off, and only the wavelength selective retardation layer, the alignment film, and the optically anisotropic layer, or the alignment film is also peeled off,
- the optical element of the present invention may be composed of only the wavelength selective retardation layer and the optically anisotropic layer.
- a plurality of optically anisotropic layers are arrayed, and the wavelength between at least one pair of adjacent two optically anisotropic layers of the optically anisotropic layer to be arrayed is provided.
- a selective retardation layer, and the optically anisotropic layer has a liquid crystal alignment pattern in which the direction of the optical axis derived from the liquid crystal compound rotates in one direction, and further, at least one layer of optical anisotropy If the liquid crystal alignment pattern of the organic layer is different in one cycle described later, various layer configurations can be used.
- the optical element 10 of the present invention is provided with a wavelength selective retardation layer 18 G between the first optically anisotropic member 12 and the second optically anisotropic member 14.
- the first optically anisotropic member 12 includes the support 20, the alignment film 24A, and the first optically anisotropic layer 26A.
- the second optically anisotropic member 14 includes a support 20, an alignment film 24B, and a second optically anisotropic layer 26B.
- ⁇ Support >> In the first optically anisotropic member 12 and the second optically anisotropic member 14, the support 20 includes the alignment film 24A and the alignment film 24B, and the first optically anisotropic layer 26A and the second optically anisotropic layer.
- the alignment film 24A and the alignment film 24B are collectively referred to as an “alignment film”.
- the first optically anisotropic layer 26A and the second optically anisotropic layer 26B may be used.
- the layers 26B are collectively referred to as "optically anisotropic layer”.
- various sheet-like materials can be used as long as they can support the alignment film and the optically anisotropic layer.
- a transparent support is preferable, and a polyacrylic resin film such as polymethyl methacrylate, a cellulose resin film such as cellulose triacetate, and a cycloolefin polymer film (for example, trade name "Arton", manufactured by JSR Corporation) Trade names "Zeonor” (manufactured by Nippon Zeon Co., Ltd.), polyethylene terephthalate (PET), polycarbonate, polyvinyl chloride and the like can be mentioned.
- the support is not limited to a flexible film, and may be a non-flexible substrate such as a glass substrate.
- the thickness of the support 20 is not limited, and the thickness capable of holding the alignment film and the optically anisotropic layer can be appropriately set according to the application of the optical element 10, the forming material of the support 20, and the like. Good.
- the thickness of the support 20 is preferably 1 to 1000 ⁇ m, more preferably 3 to 250 ⁇ m, and still more preferably 5 to 150 ⁇ m.
- ⁇ Alignment film In the first optically anisotropic member 12, an alignment film 24A is formed on the surface of the support 20. In the second optically anisotropic member 14, an alignment film 24 ⁇ / b> B is formed on the surface of the support 20.
- the alignment film 24A is an alignment film for aligning the liquid crystal compound 30 in a predetermined liquid crystal alignment pattern when forming the first optical anisotropic layer 26A of the first optical anisotropic member 12.
- the alignment film 24B is an alignment film for aligning the liquid crystal compound 30 in a predetermined liquid crystal alignment pattern when forming the second optical anisotropic layer 26B of the second optical anisotropic member 14.
- the direction of the optical axis 30A (see FIG. 3) derived from the liquid crystal compound 30 is in one direction in the plane (arrow X direction described later) It has a liquid crystal alignment pattern which is changing while being continuously rotated along. Therefore, the alignment film of each optically anisotropic member is formed such that the optically anisotropic layer can form this liquid crystal alignment pattern.
- the direction in which the direction of the optical axis 30A rotates by 180 ° is one cycle (the optical axis in one direction in which the direction of the optical axis 30A changes while continuously rotating
- the length of one period of at least one optically anisotropic layer is different from that of the other optical anisotropy and the liquid crystal alignment pattern.
- one period (one period ⁇ A ) of the liquid crystal alignment pattern in the first optically anisotropic layer 26A is one period (one period of the liquid crystal alignment pattern in the second optically anisotropic layer 26B). ⁇ ⁇ B ) shorter than.
- the direction of the optical axis 30A rotates is also simply referred to as “the optical axis 30A rotates”.
- the alignment film various known films can be used. For example, rubbing-treated films of organic compounds such as polymers, orthorhombic films of inorganic compounds, films having microgrooves, and Langmuir ⁇ organic compounds of organic compounds such as ⁇ -trichosanic acid, dioctadecylmethyl ammonium chloride and methyl stearylate
- LB Liuir-Blodgett: Langmuir-Blodgett
- the alignment film by rubbing treatment can be formed by rubbing the surface of the polymer layer with paper or cloth several times in a certain direction.
- materials used for the alignment film polyimide, polyvinyl alcohol, polymers having a polymerizable group described in JP-A-9-152509, JP-A-2005-97377, JP-A-2005-99228, and Materials used for forming an alignment film and the like described in JP-A-2005-128503 are preferably exemplified.
- a so-called photo alignment film which is an alignment film, is preferably used by irradiating a light alignment material with polarized light or non-polarized light. That is, in the optical element 10 of the present invention, as the alignment film, a photo alignment film formed by applying a photo alignment material on the support 20 is suitably used. The irradiation of polarized light can be performed from the perpendicular direction or an oblique direction to the photo alignment film, and the irradiation of non-polarized light can be performed from an oblique direction to the photo alignment film.
- Unexamined-Japanese-Patent No. 2006-285197, 2007-76839, 2007-138138, 2007-94071 is mentioned, for example.
- the thickness of the alignment film is preferably 0.01 to 5 ⁇ m, and more preferably 0.05 to 2 ⁇ m.
- alignment film there is no restriction
- limiting in the formation method of alignment film The well-known method according to the formation material of alignment film can be utilized variously. As an example, after the alignment film is applied to the surface of the support 20 and dried, the alignment film is exposed to laser light to form an alignment pattern.
- FIG. 11 conceptually shows an example of an exposure apparatus which exposes the alignment film to form an alignment pattern.
- the exposure of the alignment film 24A of the first optically anisotropic member 12 is illustrated as an example, but the alignment film 24B of the second optically anisotropic member 14 is also the same exposure apparatus
- the alignment pattern can be formed similarly.
- An exposure apparatus 60 shown in FIG. 11 includes a light source 64 provided with a laser 62, a beam splitter 68 for splitting the laser beam M emitted by the laser 62 into two beams MA and MB, and two beams MA and It comprises mirrors 70A and 70B and ⁇ / 4 plates 72A and 72B disposed on the light path of the MB, respectively.
- the light source 64 includes a polarizing plate and emits linearly polarized light P 0 .
- the ⁇ / 4 plates 72A and 72B have optical axes orthogonal to each other.
- the ⁇ / 4 plate 72A converts the linearly polarized light P 0 (light beam MA) into right circularly polarized light P R
- the ⁇ / 4 plate 72B converts the linearly polarized light P 0 (light beam MB) into left circularly polarized light P L.
- the support 20 having the alignment film 24A before forming the alignment pattern is disposed in the exposure portion, and the two light beams MA and the light beam MB cross and interfere on the alignment film 24A, and the interference light is transmitted to the alignment film 24A.
- the interference at this time causes the polarization state of the light irradiated to the alignment film 24A to periodically change in the form of interference fringes.
- the alignment film 24A an alignment pattern in which the alignment state changes periodically is obtained.
- the period of the alignment pattern can be adjusted by changing the crossing angle ⁇ of the two light beams MA and MB.
- the optical axis 30A rotates in one direction.
- the length of one cycle (one cycle ⁇ ) in which the optical axis 30A rotates 180 ° can be adjusted.
- the optical axis 30A derived from the liquid crystal compound 30 is directed in one direction.
- the first optically anisotropic layer 26A having a liquid crystal alignment pattern that rotates continuously can be formed.
- the alignment film is provided as a preferable embodiment, and is not an essential component.
- the first optically anisotropic layer 26A or the like is a liquid crystal compound It is also possible to adopt a configuration having a liquid crystal alignment pattern in which the orientation of the optical axis 30A derived from 30 changes while continuously rotating along at least one direction in the plane.
- ⁇ Optically anisotropic layer In the first optically anisotropic member 12, a first optically anisotropic layer 26A is formed on the surface of the alignment film 24A. In the second optically anisotropic member 14, a second optically anisotropic layer 26B is formed on the surface of the alignment film 24B. In addition, in FIG. 1 (and FIGS. 4 to 6 described later), in order to simplify the drawing and clearly show the configuration of the optical element 10, the first optically anisotropic layer 26A and the second optical anisotropy are provided. The layers 26B both show only the liquid crystal compound 30 (liquid crystal compound molecules) on the surface of the alignment film.
- first optically anisotropic layer 26A and the second optically anisotropic layer 26B conceptually show the first optically anisotropic layer 26A in FIG. 2 by way of example, a composition containing an ordinary liquid crystal compound is used.
- an oriented liquid crystal compound 30 has a stacked structure.
- the optically anisotropic layer (the first optically anisotropic layer 26A and the second optically anisotropic layer 26B) is formed using a composition containing a liquid crystal compound. It is
- the optically anisotropic layer functions as a general ⁇ / 2 plate when the value of the in-plane retardation is set to ⁇ / 2, that is, orthogonal to each other included in the light incident on the optically anisotropic layer. It has a function of giving a half wavelength, ie, 180 ° phase difference to two linearly polarized light components.
- the optically anisotropic layer has a liquid crystal alignment pattern in which the direction of the optical axis derived from the liquid crystal compound changes while continuously rotating in one direction indicated by the arrow X in the plane of the optically anisotropic layer.
- the optical axis 30A derived from the liquid crystal compound 30 is an axis at which the refractive index is the highest in the liquid crystal compound 30, that is, a so-called slow axis.
- the optical axis 30A is along the long axis direction of the bar shape.
- “one direction indicated by arrow X” is also simply referred to as “arrow X direction”.
- the optical axis 30A derived from the liquid crystal compound 30 is also referred to as "optical axis 30A of the liquid crystal compound 30" or “optical axis 30A".
- the liquid crystal compound 30 is two-dimensionally aligned in a plane parallel to the arrow X direction and the Y direction orthogonal to the arrow X direction in the optically anisotropic layer, respectively.
- the Y direction is a direction orthogonal to the paper surface.
- FIG. 3 conceptually shows a plan view of the first optically anisotropic layer 26A.
- the plan view is a view of the optical element 10 as viewed from above in FIG. 1, that is, a view of the optical element 10 as viewed in the thickness direction.
- the thickness direction of the optical element 10 is, in other words, the stacking direction of each layer (film).
- the liquid crystal compound 30 has shown only the liquid crystal compound 30 of the surface of alignment film 24A similarly to FIG.
- the first optically anisotropic layer 26A has a structure in which the liquid crystal compound 30 is stacked from the liquid crystal compound 30 on the surface of the alignment film 24A in the thickness direction, as shown in FIG. , As mentioned above.
- the first optically anisotropic layer 26A is described as a representative example, but the second optically anisotropic layer 26B also differs in the length of one period (one period ⁇ ) of the liquid crystal alignment pattern described later. Basically, the configuration and effects are the same except for the above.
- the rotation direction of the direction of the optical axis 30A is opposite to each other between the first optically anisotropic layer 26A and the second optically anisotropic layer 26B. That is, when the rotation of the direction of the optical axis 30A in the first optically anisotropic layer 26A is clockwise, the rotation of the direction of the optical axis 30A in the second optically anisotropic layer is counterclockwise.
- the orientation of the optical axis 30A derived from the liquid crystal compound 30 changes while continuously rotating along the arrow X direction in the plane of the first optically anisotropic layer 26A. It has a liquid crystal alignment pattern.
- the liquid crystal compound arranged along the arrow X direction that the direction of the optical axis 30A of the liquid crystal compound 30 changes while being continuously rotated in the arrow X direction (predetermined one direction)
- the angle formed by the optical axis 30A of 30 and the arrow X direction differs depending on the position in the arrow X direction, and the angle formed by the optical axis 30A and the arrow X direction along the arrow X direction is ⁇ to ⁇ + 180 ° It means that it changes sequentially up to ⁇ -180 °.
- the difference between the angles of the optical axes 30A of the liquid crystal compounds 30 adjacent to each other in the arrow X direction is preferably 45 ° or less, more preferably 15 ° or less, and still more preferably a smaller angle. .
- the liquid crystal compound 30 forming the first optically anisotropic layer 26A in the Y direction orthogonal to the arrow X direction, that is, in the Y direction orthogonal to one direction in which the optical axis 30A rotates continuously, The liquid crystal compounds 30 in the same direction are arranged at equal intervals. In other words, in the liquid crystal compounds 30 forming the first optically anisotropic layer 26A, in the liquid crystal compounds 30 arranged in the Y direction, the angle formed by the direction of the optical axis 30A and the arrow X direction is equal.
- the length (distance) which 180 degrees rotates be the length 1 of one cycle in the liquid crystal alignment pattern.
- the length of one cycle in the liquid crystal alignment pattern is defined by the distance until the angle between the optical axis 30A of the liquid crystal compound 30 and the arrow X direction becomes from ⁇ to ⁇ + 180 °. That is, the distance between the centers in the arrow X direction of two liquid crystal compounds 30 having the same angle with the arrow X direction is taken as the length of one cycle ⁇ .
- the distance between the centers of the two liquid crystal compounds 30 in which the direction of the arrow X coincides with the direction of the optical axis 30A is the length of one cycle ⁇ . .
- the length ⁇ of one cycle is also referred to as "one cycle ⁇ ".
- one cycle ⁇ in order to identify one period ⁇ in each optically anisotropic layer, one period ⁇ in the first optically anisotropic layer 26A is ⁇ ⁇ A ⁇ , and in the second optically anisotropic layer 26B.
- One cycle ⁇ is also called ⁇ B ⁇ .
- the liquid crystal alignment pattern of the optically anisotropic layer repeats this one cycle ⁇ in the arrow X direction, that is, in one direction in which the direction of the optical axis 30A continuously rotates and changes.
- the liquid crystal compounds arranged in the Y direction have the same angle between the optical axis 30A and the arrow X direction (one direction in which the direction of the optical axis of the liquid crystal compound 30 rotates).
- a region in which the liquid crystal compound 30 having the same angle between the optical axis 30A and the arrow X direction is disposed in the Y direction is referred to as a region R.
- the value of the in-plane retardation (Re) in each region R is preferably a half wavelength, that is, ⁇ / 2.
- the refractive index difference ⁇ n accompanying the refractive index anisotropy of the region R and the thickness of the optically anisotropic layer means the refractive index in the direction of the slow axis in the plane of the region R and the direction orthogonal to the direction of the slow axis
- the refractive index difference defined by the difference between the refractive index of That is, the refractive index difference ⁇ n accompanying the refractive index anisotropy of the region R is the refractive index of the liquid crystal compound 30 in the direction of the optical axis 30A and the liquid crystal compound 30 in the direction perpendicular to the optical axis 30A in the plane of the region R. It is equal to the difference with the refractive index. That is, the refractive index difference ⁇ n is equal to the refractive index difference of the liquid
- the first optically anisotropic layer when the value of the product of the refractive index difference of the liquid crystal compound of the first optically anisotropic layer 26A and the thickness of the optically anisotropic layer is ⁇ / 2, the first optically anisotropic layer is
- the incident light L 1 is a left circularly polarized light is incident on 26A
- the incident light L 1 is given a phase difference of 180 ° by passing through the first optically anisotropic layer 26A
- the transmitted light L 2 is, It is converted to right circularly polarized light.
- the incident light L 1 when passing through the first optically anisotropic layer 26A, the absolute phase varies according to the direction of the optical axis 30A of the respective liquid crystal compound 30.
- the direction of the optical axis 30A is, because of the changes while rotating along the arrow X direction, according to the direction of the optical axis 30A, the change amount of the absolute phase of the incident light L 1 is different.
- the liquid crystal alignment pattern formed in the first optically anisotropic layer 26A is a periodic pattern in the direction of arrow X
- the incident light L 1 having passed through the first optically anisotropic layer 26A is shown in FIG.
- a periodic absolute phase Q1 is given in the arrow X direction corresponding to the direction of each optical axis 30A.
- an equiphase surface E1 inclined in the opposite direction to the arrow X direction is formed.
- the transmitted light L 2 is refracted to tilt toward the direction perpendicular to the equiphase plane E1, it travels in a direction different from the traveling direction of the incident light L 1.
- the incident light L 1 of the left circular polarization inclined by a predetermined angle in the direction of arrow X relative to the direction, is converted into the transmitted light L 2 of the right circularly polarized light.
- the first optical when the value of the product of the refractive index difference of the liquid crystal compound of the first optically anisotropic layer 26A and the thickness of the optically anisotropic layer is ⁇ / 2, the first optical When the right circularly polarized incident light L 4 of the anisotropic layer 26A is incident, the incident light L 4 are, by passing through the first optically anisotropic layer 26A, given a phase difference of 180 °, the left circle It is converted into the transmitted light L 5 of the polarized light. Further, the incident light L 4 are, when passing through the first optically anisotropic layer 26A, the absolute phase varies according to the direction of the optical axis 30A of the respective liquid crystal compound 30.
- the direction of the optical axis 30A is, because of the changes while rotating along the arrow X direction, according to the direction of the optical axis 30A, the change amount of the absolute phase of the incident light L 4 are different. Furthermore, since the liquid crystal alignment pattern formed in the first optically anisotropic layer 26A is a periodic pattern in the arrow X direction, the incident light L 4 that has passed through the first optically anisotropic layer 26A is shown in FIG. As shown in, the periodic absolute phase Q2 is given in the arrow X direction corresponding to the direction of each optical axis 30A.
- the incident light L 4 are, because it is right circularly polarized light, periodic absolute phase Q2 in the arrow X direction corresponding to the direction of the optical axis 30A is opposite to the incident light L 1 is a left-handed circularly polarized light .
- the incident light L 4 equiphase surface E2 of the incident light L 1 is inclined in the direction of the arrow X in the reverse is formed. Therefore, the incident light L 4 are, are refracted to tilt toward the direction perpendicular to the equiphase plane E2, it travels in a direction different from the traveling direction of the incident light L 4.
- the incident light L 4 are, the arrow X direction with respect to the incident direction is converted into left-handed circularly polarized light of transmitted light L 5 inclined by a predetermined angle in the opposite direction.
- ⁇ n 550 is the refractive index difference associated with the refractive index anisotropy of the region R when the wavelength of the incident light is 550 nm
- d is the thickness of the first optically anisotropic layer 26A.
- the above formula (1) is in the range with respect to the incident light is a wavelength 550 nm
- the in-plane retardation Re ( ⁇ ) ⁇ n ⁇ ⁇ a plurality of regions R of the optically anisotropic layer for the incident light wavelength is ⁇ nm
- d is within the range defined by the following formula (1-2), and can be set as appropriate. 0.7 ⁇ nm ⁇ ⁇ n ⁇ ⁇ d ⁇ 1.3 ⁇ nm (1-2)
- the values of the in-plane retardation Re of the plurality of regions R in the first optically anisotropic layer 26A can also be used outside the range of the above-mentioned formula (1).
- ⁇ n 550 ⁇ d ⁇ 200 nm or 350 nm ⁇ n 550 ⁇ d
- the light traveling in the same direction as the traveling direction of the incident light travels in a direction different from the traveling direction of the incident light It can be divided into light.
- ⁇ n 550 ⁇ d approaches 0 nm or 550 nm, the component of light traveling in the same direction as the traveling direction of incident light increases, and the component of light traveling in a direction different from the traveling direction of incident light decreases.
- in-plane retardation Re (450) ⁇ n 450 ⁇ d of each of the regions R of the first optically anisotropic layer 26A for incident light having a wavelength of 450 nm, and first optical anisotropy for incident light having a wavelength of 550 nm
- the in-plane retardation Re (550) ⁇ n 550 ⁇ d of each region R of the layer 26A preferably satisfies the following formula (2).
- ⁇ n 450 is a refractive index difference associated with the refractive index anisotropy of the region R when the wavelength of incident light is 450 nm.
- Formula (2) represents that the liquid crystal compound 30 contained in the first optically anisotropic layer 26A has reverse dispersion. That is, by satisfying the equation (2), the first optically anisotropic layer 26A can cope with incident light of a wavelength of a wide band.
- a cycle ⁇ of the liquid crystal alignment pattern formed in the first optically anisotropic layer 26A you can adjust the angle of refraction of the transmitted light L 2 and L 5.
- about one cycle of the liquid crystal orientation pattern ⁇ is short, the light with each other to strongly interfere passing through the liquid crystal compound 30 adjacent to each other, it is possible to greatly refracted transmitted light L 2 and L 5.
- the refractive angle of the transmitted light L 2 and L 5 with respect to the incident light L 1 and L 4 are different depending on the wavelength of the incident light L 1 and L 4 (transmitted light L 2 and L 5). Specifically, the longer the wavelength of the incident light, the more the transmitted light is refracted.
- the incident light is red light, green light and blue light
- the red light is most greatly refracted and the blue light is most refracted.
- the direction of refraction of transmitted light can be reversed by reversing the direction of rotation of the optical axis 30A of the liquid crystal compound 30, which rotates along the direction of the arrow X.
- the optically anisotropic layer comprises a cured layer of a liquid crystal composition containing a rod-like liquid crystal compound or a discotic liquid crystal compound, wherein the optical axis of the rod-like liquid crystal compound or the optical axis of the discotic liquid crystal compound is oriented as described above. It has an orientation pattern.
- an optically anisotropic layer composed of a cured layer of the liquid crystal composition can be obtained.
- the present invention includes an aspect in which a laminate integrally including the support 20 and the alignment film functions as the ⁇ / 2 plate. .
- the liquid crystal composition for forming the optically anisotropic layer contains a rod-like liquid crystal compound or a disc-like liquid crystal compound, and further, other components such as a leveling agent, an alignment control agent, a polymerization initiator and an alignment aid May be contained.
- the optically anisotropic layer is preferably in a wide band with respect to the wavelength of incident light, and is preferably configured using a liquid crystal material in which the birefringence is reversely dispersed. It is also preferable to make the optically anisotropic layer substantially broadband with respect to the wavelength of incident light by providing a twist component to the liquid crystal composition and laminating different retardation layers.
- Japanese Patent Laid-Open No. 2014-089476 and the like disclose a method of realizing a broadband ⁇ / 2 plate by laminating two layers of liquid crystals having different twisting directions in an optically anisotropic layer. Can be preferably used in the present invention.
- -Rod-like liquid crystal compound- Rod-like liquid crystal compounds include azomethines, azoxys, cyanobiphenyls, cyanophenyl esters, benzoic acid esters, cyclohexanecarboxylic acid phenyl esters, cyanophenylcyclohexanes, cyano substituted phenyl pyrimidines, alkoxy substituted phenyl pyrimidines, Phenyldioxanes, tolanes and alkenylcyclohexyl benzonitriles are preferably used. Not only low molecular weight liquid crystalline molecules as described above, but also high molecular weight liquid crystalline molecules can be used.
- the rod-like liquid crystal compound includes Makromol. Chem. 190: 2255 (1989), Advanced Materials 5: 107 (1993), U.S. Pat. Nos. 4,683,327, 5,622,648, 5,770,107, WO 95/22586, No. 95/24455, No. 97/00600, No. 98/23580, No. 98/52905, JP-A-1-272551, JP-A-6-16616, JP-A-7-110469, JP-A-11-80081.
- the compounds described in Japanese Patent Application Publication No. 2001-64627 and the like can be used.
- the rod-like liquid crystal compound for example, those described in JP-A-11-513019 and JP-A-2007-279688 can be preferably used.
- the discotic liquid crystal compound for example, those described in JP-A-2007-108732 and JP-A-2010-244038 can be preferably used.
- the liquid crystal compound 30 rises in the thickness direction in the optically anisotropic layer, and the optical axis 30A derived from the liquid crystal compound has a disc surface Is defined as an axis perpendicular to the so-called fast axis (see FIG. 15).
- the optical element 10 of the present invention is provided with a wavelength selective retardation layer 18 G between the first optically anisotropic member 12 and the second optically anisotropic member 14.
- the wavelength selective retardation layer is a member that converts circularly polarized light in a specific wavelength range into circularly polarized light in the opposite turning direction.
- the wavelength selective retardation layer 18G selectively converts circularly polarized light of green light into circularly polarized light of the opposite turning direction, and right circularly polarized light of green light is converted to the left of green light. The light is converted to circularly polarized light, and left circularly polarized light of green light is converted to right circularly polarized light of green light, and the other lights are transmitted (pass through) while maintaining the turning direction.
- the wavelength selective phase difference layer shifts the phase by ⁇ only in a specific wavelength range.
- a wavelength selective retardation layer can also be referred to, for example, as a ⁇ / 2 plate that acts only on a specific wavelength range.
- Such a wavelength selective retardation layer can be produced, for example, by laminating a plurality of retardation plates having different retardations.
- the wavelength selective retardation layer may be a wavelength selective retardation layer described in JP-A-2000-510961 and SID 99 DIGEST, pp. 1072-1075.
- the wavelength selective retardation layer is formed by laminating a plurality of retardation plates (retardation layers) at different slow axis angles (slow axis orientations), whereby linearly polarized light in a specific wavelength range is reversed to linearly polarized light.
- the plurality of retardation plates are not limited to configurations in which the angles of all the slow axes are different from each other, and at least one retardation axis angle may be different from that of the other retardation plates.
- at least one layer preferably has a forward dispersion. Since at least one retardation plate has normal dispersion, a plurality of retardation plates are stacked at different slow axis angles to realize a ⁇ / 2 plate acting only on a specific wavelength range. can do.
- the wavelength selective retardation layer described in JP-A-2000-510961 and SID 99 DIGEST, pp. 1072-1075 selectively converts linearly polarized light into reverse linearly polarized light.
- the wavelength selective retardation layer is for converting circularly polarized light in a specific wavelength range into circularly polarized light in the opposite turning direction. Therefore, it is preferable to use a ⁇ / 4 plate provided on both sides of the wavelength selective retardation layer described in JP-A-2000-510961 and SID 99 DIGEST, pp. 1072-1075.
- the ⁇ / 4 plate various retardation plates such as a polymer, a cured layer of a liquid crystal compound, and a structural birefringence layer can be used.
- the ⁇ / 4 plate preferably has reverse dispersion. The inverse dispersion property of the ⁇ / 4 plate makes it possible to cope with incident light of a wide band wavelength.
- a ⁇ / 4 plate be formed by laminating a plurality of retardation plates, and a retardation layer that effectively functions as ⁇ / 4.
- the ⁇ / 4 plate which is obtained by combining the ⁇ / 2 plate and the ⁇ / 4 plate into a broadband can cope with incident light of a broadband wavelength, and is preferably used it can.
- an optically anisotropic layer formed using a composition containing a liquid crystal compound and having a liquid crystal alignment pattern in which the direction of the optical axis 30A rotates along the arrow X direction refracts circularly polarized light.
- the angle of refraction differs depending on the wavelength of light. Specifically, the longer the wavelength of light, the larger the angle of refraction. Therefore, for example, when the incident light is red light, green light and blue light, the red light is most greatly refracted, and the refraction of blue light is least.
- the transmission direction is different between red light, green light and blue light, and an image having so-called color misregistration is observed in which the red image, green image and blue image do not match.
- color shift can be eliminated by providing a light guide plate corresponding to each of a red image, a green image and a blue image and laminating three light guide plates.
- the light guide plate as a whole is thick and heavy, and the configuration is also complicated.
- the optical element of the present invention a plurality of optically anisotropic layers are arranged, and at least one pair of adjacent two optically anisotropic layers of the optically anisotropic layers arranged is arranged. And a wavelength selective retardation layer, and further, the optically anisotropic layer has a liquid crystal alignment pattern in which the direction of the optical axis derived from the liquid crystal compound rotates in one direction, and at least one layer One period of the liquid crystal alignment pattern of the optically anisotropic layer is different from that of the other optically anisotropic layers.
- an optical element of the present invention it is possible to significantly reduce the wavelength dependency of the refraction angle of light and to refract and transmit light of different wavelengths in substantially the same direction. Therefore, by using the optical element of the present invention (an optical element 32 described later as an example) as, for example, a diffractive element that causes light to enter the light guide plate and / or a diffractive element that emits light from the light guide plate in AR glass, With one light guide plate, it is possible to propagate a red image, a green image and a blue image without causing a color shift to display an appropriate image to the user.
- the operation of the optical element 10 will be described in detail with reference to the conceptual diagrams of FIGS. 6 and 7.
- the optical element of the present invention basically, only the optically anisotropic layer and the wavelength selective retardation layer exhibit the optical function. Therefore, in order to simplify the drawing and clearly show the configuration and the effects, in FIG. 6 (and FIG. 9 described later), the first optically anisotropic member 12 and the second optically anisotropic member 14 Both show only the first optically anisotropic layer 26A and the second optically anisotropic layer 26B, and the illustrated members are shown separated in the arrangement direction.
- the optical element 10 includes the first optically anisotropic member 12 having the first optically anisotropic layer 26A and the second optically anisotropic member 14 having the second optically anisotropic layer 26B.
- a wavelength selective retardation layer 18G is provided between the two to convert the turning direction of the circularly polarized light of green light in the opposite direction.
- the optical element 10 refracts and transmits incident light in a predetermined direction, for example, with circularly polarized light of blue light and circularly polarized light of green light as targets. Although the incident light is right circularly polarized light in FIG. 6, even if the incident light is left circularly polarized light, the operation and effect are the same except that the direction of refraction is reversed.
- the first optically anisotropic layer 26A when the right circularly polarized light G R of green light and the right circularly polarized light B R of blue light (see the incident light L 4 in FIG. 5) are incident on the first optically anisotropic layer 26A, as described above
- the incident light is refracted at a predetermined angle in the direction opposite to the arrow X direction, and is converted to left circularly polarized light G 1L of green light and left circularly polarized light B 1L of blue light (see transmitted light L 5 in FIG. 5) Be done.
- the angle of refraction by the first optically anisotropic layer 26A is larger for green light having a longer wavelength, as shown in FIG.
- the angle of refraction for the incident light is green light
- the angle ⁇ G1 of (G) is larger than the angle ⁇ B1 of blue light (B).
- the one period lambda of the optically anisotropic layer, the direction of one period lambda A of the first optical anisotropic layer 26A is short, the refractive angle of the light transmitted through the second optical anisotropic layer 26B Larger than when you
- the wavelength selective retardation layer 18 G converts only circularly polarized light of green light into circularly polarized light of the opposite turning direction, and transmits (passes) other lights while maintaining the turning direction. It is. Therefore, when left circularly polarized light G 1 L of green light and left circularly polarized light B 1 L of blue light are incident on the wavelength selective retardation layer 18 G and transmitted, the left circularly polarized light B 1 L of blue light is transmitted as it is. On the other hand, left circularly polarized light G 1L of green light is converted to right circularly polarized light G 1R of green light.
- the right circularly polarized light G 1 R of green light and the left circularly polarized light B 1 L of blue light transmitted through the wavelength selective retardation layer 18 G then enter the second optically anisotropic layer 26 B.
- the right circularly polarized light G 1 R of green light and the left circularly polarized light B 1 L of blue light incident on the second optically anisotropic layer 26 B are similarly refracted, and convert circularly polarized light into circularly polarized light in the opposite turning direction. It is emitted as left circularly polarized light G 2 L of green light and right circularly polarized light B 2 R of blue light.
- the turning direction of the circularly polarized light is opposite between the right circularly polarized light G 1 R of green light and the left circularly polarized light B 1 L of blue light incident on the second optically anisotropic layer 26 B.
- the rotation direction of the optical axis 30A of the liquid crystal compound 30 is opposite. Therefore, as shown in FIGS. 4 and 5, the left circularly polarized light B 2L of blue light is further refracted in the direction opposite to the arrow X direction, and as shown on the left side of FIG. The light is emitted at an angle ⁇ B2 with respect to the right circularly polarized light B R ).
- the right circularly polarized light G 1 R of green light is opposite in the turning direction of circularly polarized light to blue light. Therefore, as shown on the right side of FIG. 7, in the second optically anisotropic layer 26B, the light is refracted in the direction of the arrow X so as to return refraction, contrary to the first optically anisotropic layer 26A.
- green light having a long wavelength and large refraction by the optical anisotropic layer is refracted in the direction opposite to the arrow X direction by the first optical anisotropic layer 26A
- the second optically anisotropic layer 26 B refracts the light in the direction of the arrow X so as to return the refraction.
- blue light having a short wavelength and small refraction by the optically anisotropic layer is both refracted in the direction opposite to the arrow X direction by the first optically anisotropic layer 26A and the second optically anisotropic layer 26B.
- the angle of light refracted by the first optically anisotropic layer 26A and the second optically anisotropic layer 26B is larger as the wavelength of light is longer. Further, the angle of light refracted by the first optically anisotropic layer 26A and the second optically anisotropic layer 26B is one period ⁇ in which the direction of the optical axis 30A rotates 180 ° along the arrow X direction in the liquid crystal alignment pattern. The shorter the In the optical element 10, as one example, as also shown in FIG. 1, one period ⁇ A of the liquid crystal alignment pattern in the first optically anisotropic layer 26A is one period of the liquid crystal alignment pattern in the second optically anisotropic layer 26B. ⁇ ⁇ shorter than B.
- the first optically anisotropic layer 26A on the light incident side refracts light more largely. Accordingly, by adjusting one period ⁇ of the liquid crystal alignment pattern with respect to the wavelength of the light of interest, the emission directions of light of different wavelengths can be suitably made the same.
- the design wavelength of long wavelength light is ⁇ a
- the design wavelength of short wavelength light is ⁇ b ( ⁇ a> ⁇ b)
- lambda 2 [( ⁇ a + ⁇ b) / ( ⁇ a- ⁇ b)] ⁇ 1
- either of the first optically anisotropic layer 26A and the second optically anisotropic layer 26B may be the first layer.
- the following equation is satisfied in the optical element 10 for light of two types of wavelengths (wavelength regions). 0.6 * ⁇ [( ⁇ a + ⁇ b ) / ( ⁇ a- ⁇ b)] ⁇ 1 ⁇ ⁇ ⁇ 2 ⁇ 3.0 * ⁇ [( ⁇ a + ⁇ b) / ( ⁇ a ⁇ b)] ⁇ 1 ⁇
- the wavelength dependence of refraction can be made extremely small, and the emission directions of light in the two wavelength ranges can be made substantially the same.
- the optical element 10 for light of two types of wavelengths satisfy the following formula: 0.7 * ⁇ [( ⁇ a + ⁇ b ) / ( ⁇ a- ⁇ b)] ⁇ 1 ⁇ ⁇ ⁇ 2 ⁇ 1.8 * ⁇ [( ⁇ a + ⁇ b) / ( ⁇ a ⁇ b)] ⁇ 1 ⁇ More preferably, the following formula is satisfied, 0.8 * ⁇ [( ⁇ a + ⁇ b ) / ( ⁇ a- ⁇ b)] ⁇ 1 ⁇ ⁇ ⁇ 2 ⁇ 1.3 * ⁇ [( ⁇ a + ⁇ b) / ( ⁇ a ⁇ b)] ⁇ 1 ⁇ It is particularly preferable to satisfy the following formula.
- optical element 10 is intended for light of two wavelength ranges (design wavelengths) of green light and blue light, but the optical element of the present invention is not limited to this, and three types or three types or The incident light may be refracted and emitted for light of a wavelength range of more than that type.
- the optical element 32 shown in FIG. 8 uses many the same members as the optical element 10 shown in FIG. 1, the same reference numerals are given to the same members, and the following description mainly focuses on different parts.
- the optical element 32 shown in FIG. 8 is a third optically anisotropic member in addition to the first optically anisotropic member 12, the second optically anisotropic member 14, and the wavelength selective retardation layer 18G of the above-described optical device 10. 16 and a wavelength selective retardation layer 18R.
- the third optically anisotropic member 16 has the same configuration as that of the first optically anisotropic member 12 or the like, and includes the support 20, an alignment film 24C, and a third optically anisotropic layer 26C. .
- the alignment film 24C and the third optically anisotropic layer 26C are the same as the above-described alignment film 24A and the first optically anisotropic layer 26A, except that the one period ⁇ is different.
- the wavelength selective retardation layer 18R selectively converts circularly polarized light of red light into circularly polarized light in the opposite turning direction, and converts right circularly polarized light of red light into left circularly polarized light of red light. Also, the left circularly polarized light of red light is converted to the right circularly polarized light of red light, and the other light is transmitted as it is.
- the first optically anisotropic layer 26A and the third optically anisotropic layer 26C have the same rotation direction of the optical axis 30A of the liquid crystal compound 30 along the arrow X direction, and the second optical anisotropy In the property layer 26B, the rotational direction of the optical axis 30A of the liquid crystal compound 30 along the arrow X direction is opposite to that of the other two optically anisotropic layers. Further, in the optical element 32, in the liquid crystal alignment pattern, the length 1 cycle ⁇ in the direction of the arrow X in which the optical axis 30A of the liquid crystal compound 30 rotates 180 ° has the shortest 1 cycle ⁇ A of the first optically anisotropic layer 26A.
- the one period ⁇ B of the second optically anisotropic layer 26B is the longest.
- the optical element 32 sets the first optical anisotropic member 12 side to the light incident side. That is, in the optical element 32, the first optically anisotropic layer 26A on the light incident side refracts light to the greatest extent. Furthermore, the optical element 32 has a red color between the first optically anisotropic member 12 (first optically anisotropic layer 26A) and the second optically anisotropic member 14 (second optically anisotropic layer 26B).
- a wavelength selective retardation layer 18R is provided which selectively converts the turning direction of circularly polarized light.
- optical element 32 selectively rotates the circularly polarized light of green light between the second optically anisotropic member 14 and the third optically anisotropic member 16 (third optically anisotropic layer 26C).
- the wavelength selective phase difference layer 18 G to be converted to
- the optical element 10 refracts and transmits incident light in a predetermined direction, for example, for circularly polarized light of red light, circularly polarized light of green light, and circularly polarized light of blue light.
- a predetermined direction for example, for circularly polarized light of red light, circularly polarized light of green light, and circularly polarized light of blue light.
- the incident light is right circularly polarized light, but even if the incident light is left circularly polarized light, the action and effect are the same, except that the direction of refraction is reversed.
- the right circularly polarized light R R of red light, the right circularly polarized light G R of green light, and the right circularly polarized light B R of blue light see incident light L 4 in FIG. 5
- the light is refracted at a predetermined angle in the direction opposite to the direction of the arrow X with respect to the incident direction, and left circularly polarized light R 1L of red light, left circularly polarized light G 1L of green light and blue
- the light is converted into left circularly polarized light B 1L (see transmitted light L 5 in FIG. 5 ).
- the angle of refraction by the first optically anisotropic layer 26A is the largest for red light with the longest wavelength, and the smallest for blue light with the shortest wavelength. Therefore, as shown in FIG. 7, the angle of refraction with respect to the incident light is the largest at the angle ⁇ R1 of red light (R), the middle of the angle ⁇ G1 of green light (G), and the angle of blue light (B) ⁇ B1 is the smallest. Note that one period lambda of the optically anisotropic layer, since one period lambda A of the first optical anisotropic layer 26A is the shortest, the refractive angle of the light transmitted through the first optical anisotropic layer 26A It is the largest.
- the wavelength selective phase difference layer 18R converts only circularly polarized light of red light into circularly polarized light of the opposite turning direction, and transmits (leaves through) other light as it is.
- left circularly polarized light R 1L of red light left circularly polarized light G 1L of green light and left circularly polarized light B 1L of blue light are incident on wavelength selective retardation layer 18 R and transmitted, the left circle of green light
- the polarized light G 1L and the left circularly polarized light B 1L of blue light are transmitted as they are.
- left circularly polarized light R 1L of red light is converted to right circularly polarized light R 1R of red light.
- the right circularly polarized light R 1R of red light, the left circularly polarized light G 1L of green light, and the left circularly polarized light B 1L of blue light transmitted through the wavelength selective retardation layer 18R are then incident on the second optically anisotropic layer 26B. Do.
- the right circularly polarized light R 1R of red light, the left circularly polarized light G 1L of green light, and the left circularly polarized light B 1L of blue light, which are incident on the second optically anisotropic layer 26 B, are similarly refracted and circularly polarized
- the light is converted into circularly polarized light in the opposite turning direction and emitted as left circularly polarized light R 2L of red light, right circularly polarized light G 2R of green light, and right circularly polarized light B 2R of blue light.
- both the green light and the blue light incident on the second optically anisotropic layer 26B are left circularly polarized light.
- the red light incident on the second optically anisotropic layer 26B has its direction of circular polarization converted by the wavelength selective retardation layer 18R, and its direction of circular polarization is different from that of green light and blue light.
- Right circularly polarized light As described above, in the first optically anisotropic layer 26A and the second optically anisotropic layer 26B, the rotation direction of the optical axis 30A of the liquid crystal compound 30 is opposite. Therefore, as shown in FIGS.
- the left circularly polarized light G 2 L of green light and the left circularly polarized light B 2 L of blue light incident on the second optically anisotropic layer 26 B are further reverse to the arrow X direction.
- the light is refracted in a direction and emitted at an angle ⁇ G2 and an angle ⁇ B2 with respect to incident light (right circularly polarized light G R of green light and right circularly polarized light B R of blue light), as shown in FIG.
- the right circularly polarized light R 1 R of red light in which the direction of the circularly polarized light incident on the second optically anisotropic layer 26 B is opposite to that of the first optically anisotropic layer 26 A is shown in FIG.
- the left circularly polarized light R 2L of the red light emitted from the second optical anisotropic layer 26B, relative to the incident light (right-handed circularly polarized light R R of the red light), is smaller than the angle theta R1, It is emitted at an angle ⁇ R2 .
- one period lambda of the optically anisotropic layer since one period lambda B of the second optical anisotropic layer 26B is the longest, the refractive angle of the light transmitted through the second optical anisotropic layer 26B The smallest.
- the wavelength selective retardation layer 18G converts only circularly polarized light of green light into circularly polarized light of the opposite turning direction, and transmits other light as it is.
- left circularly polarized light R 2 L of red light right circularly polarized light G 2 R of green light and right circularly polarized light B 2 R of blue light are incident on wavelength selective retardation layer 18 G and transmitted, the left circle of red light
- the polarized light R 2 L and the right circularly polarized light B 2 R of blue light are transmitted as they are.
- right circularly polarized light G 2 R of green light is converted to left circularly polarized light G 2 L of green light.
- Third optical anisotropic layer 26C to the incident red light that is left circular polarized R 2L, right circularly polarized light B 2R left circular polarization G 2L and blue light green light is similarly refracted, also circularly polarized light
- the light is converted into circularly polarized light in the opposite turning direction, and emitted as right circularly polarized light R 3R of red light, right circularly polarized light G 3R of green light, and left circularly polarized light B 3L of blue light.
- the blue light incident on the third optically anisotropic layer 26C is right circularly polarized light B 2 R of blue light. Further, since the red light is first converted in the direction of circular polarization by the wavelength selective retardation layer 18R, the red light incident on the third optically anisotropic layer 26C is the direction of circular polarization with the blue light. Are left circularly polarized light R 2 L of different red light. Further, the green light incident on the third optically anisotropic layer 26C is left circularly polarized light G2L of green light whose direction of circularly polarized light is converted by the wavelength selective retardation layer 18G.
- the third optically anisotropic layer 26C what is incident on the third optically anisotropic layer 26C is that the blue light is right circularly polarized light, and the red light and green light are left circularly polarized light whose direction of circularly polarized light is converted by the wavelength selective retardation layer. is there. Further, as described above, in the second optically anisotropic layer 26B and the third optically anisotropic layer 26C, the rotation direction of the optical axis 30A of the liquid crystal compound 30 is opposite.
- the right circularly polarized light B 2 R of the blue light incident on the third optically anisotropic layer 26C is further refracted in the direction opposite to the arrow X direction, as shown in FIG.
- the incident light (right circularly polarized light B R of blue light) is emitted at an angle ⁇ B3 .
- the left circularly polarized light R 2 L of red light in which the direction of the circularly polarized light is reverse is incident on the third optically anisotropic layer 26 C, it is further refracted so as to be returned in the arrow X direction.
- the right circularly polarized light R 3 R of the red light emitted from the third optically anisotropic layer 26 C has an angle relative to the incident light (right circularly polarized light R R of red light) more than the above angle ⁇ R 2 It is emitted at a small angle ⁇ R3 .
- left circularly polarized light G 2 L of green light whose circularly polarized light is opposite to blue light is incident on the third optically anisotropic layer 26 C, as shown in the center of FIG. It is refracted back to the arrow X.
- the right circularly polarized light G 3 R of the green light emitted from the third optically anisotropic layer 26 C has an angle smaller than the angle ⁇ G2 with respect to the incident light (right circularly polarized light G R of green light) It is emitted at an angle ⁇ G3 .
- red light having the longest wavelength and large refraction by the optical anisotropic layer is refracted in the direction opposite to the arrow X direction by the first optical anisotropic layer 26A
- the light is refracted twice in the reverse arrow X direction by the two optically anisotropic layers 26B and the third optically anisotropic layer 26C.
- green light having the second longest wavelength and the second largest refraction due to the optical anisotropic layer is opposite to the arrow X direction by the first optical anisotropic layer 26A and the second optical anisotropic layer 26B.
- the light is refracted once in the reverse arrow X direction by the third optically anisotropic layer 26C.
- blue light with the least refraction by the optically anisotropic layer is obtained by the first optically anisotropic layer 26A, the second optically anisotropic layer 26B, and the third optically anisotropic layer 26C. Times, it is refracted in the direction opposite to the arrow X direction.
- the optical element 32 of the present invention first refracts all the light largely in the same direction, and then, according to the magnitude of the refraction by the optically anisotropic layer due to the wavelength, the light of the longest wavelength is The light is refracted back to the opposite direction to the first refraction most times, and as the wavelength becomes shorter, the number of refractions returned to the reverse direction to the first refraction is reduced, and the light of the shortest wavelength is , The number of refractions back to the direction opposite to the initial refraction is minimized.
- the angle ⁇ R3 of refraction of red light, the angle ⁇ G3 of refraction of green light, and the angle ⁇ B3 of refraction of blue light with respect to incident light can be made extremely close. Therefore, according to the optical element 10 of the present invention, incident red light, blue light and green light can be refracted at substantially the same angle and emitted in substantially the same direction.
- the design wavelength of the longest wavelength light is ⁇ a
- the design wavelength of the intermediate wavelength light is ⁇ b
- the shortest wavelength The design wavelength of the light of the light is ⁇ c ( ⁇ a> ⁇ b> ⁇ c)
- one period of the liquid crystal alignment pattern in the first optically anisotropic layer is ⁇ 1
- ⁇ 3 [( ⁇ a + ⁇ c) ⁇ b / ( ⁇ b ⁇ c) ⁇ a] ⁇ 1
- the emission directions of light in the two wavelength ranges can be made substantially the same.
- any of the first optically anisotropic layer 26A and the third optically anisotropic layer 26C may be the first layer.
- the optical element 32 for light of three wavelengths (wavelength regions) it is preferable to satisfy at least one of the following two formulas, and it is more preferable to satisfy both of them. preferable. 0.6 * ⁇ [(. Lambda.a + .lambda.c) .lambda.b / (.
- the wavelength dependence of refraction can be made extremely small, and the emission directions of light in the two wavelength ranges can be made substantially the same.
- the optical element 32 for light of three types of wavelengths satisfy the following two formulas. 0.7 * ⁇ [( ⁇ a + ⁇ c) ⁇ b / ( ⁇ a- ⁇ b) ⁇ c] ⁇ 1 ⁇ ⁇ ⁇ 2 ⁇ 1.8 * ⁇ [( ⁇ a + ⁇ c) ⁇ b / ( ⁇ a ⁇ b) ⁇ c] ⁇ 1 ⁇ 0.7 * ⁇ [( ⁇ a + ⁇ c) ⁇ b / ( ⁇ b- ⁇ c) ⁇ a] ⁇ 1 ⁇ ⁇ ⁇ 3 ⁇ 1.8 * ⁇ [( ⁇ a + ⁇ c) ⁇ b / ( ⁇ b ⁇ c) ⁇ a] ⁇ 1 ⁇ It is more preferable to satisfy the following two formulas, 0.8 * ⁇ [( ⁇ a + ⁇ c) ⁇ b / ( ⁇ a- ⁇ b) ⁇ c] a 1 ⁇ ⁇ ⁇ 2 ⁇ 1.3 * ⁇ [( ⁇ a + ⁇ c)
- the wavelength selective retardation layer is an optically anisotropic layer. It is preferable that the wavelength range of light for converting circularly polarized light to the opposite turning direction gradually becomes shorter in the arrangement direction of.
- the refraction by the first optically anisotropic layer is increased, and thereafter, refraction is gradually gradually refracted in the same direction, and the refraction is gradually gradually returned in the opposite direction. It is easy to control the refraction of light and to make the refraction of each light uniform.
- the optically anisotropic layer has one period ⁇ of the liquid crystal alignment pattern of the optically anisotropic layer located at the end of the arrangement direction. Shortening is preferred. That is, it is preferable to maximize the refraction by the optically anisotropic layer located at the end of the arrangement direction.
- the one period ⁇ of the liquid crystal alignment pattern of the optically anisotropic layer may gradually increase in the arrangement direction of the optically anisotropic layer.
- the change of 1 period ⁇ of the liquid crystal alignment pattern of the optically anisotropic layer is not It may be a rule. That is, in the optical element of the present invention, one period ⁇ of the liquid crystal alignment pattern of each optically anisotropic layer may be appropriately set according to the wavelength of light and the refractive index of the optically anisotropic layer.
- the optical element of the present invention in the case of having a plurality of wavelength conversion retardation layers, basically, like the optical element 32 shown in FIGS. 8 to 9, an optically anisotropic layer and a wavelength conversion retardation layer And are arranged alternately.
- the number of wavelength conversion retardation layers is preferably smaller by one than the number of layers of the optical anisotropic layer.
- the present invention is not limited thereto.
- a plurality of optically anisotropic layers are continuously arranged, and light which is continuously refracted by the plurality of optically anisotropic layers is It may be made to be incident on the converted phase difference layer.
- a plurality of wavelength conversion retardation layers may be disposed between the two optically anisotropic layers.
- the number is It is preferable to use an odd number of sheets.
- the optical element of the present invention there may exist an optically anisotropic layer in which one period ⁇ of the liquid crystal alignment pattern is equal.
- one period ⁇ of the liquid crystal alignment pattern is different in all the optically anisotropic layers in that refraction of light in a plurality of wavelength ranges, that is, the emission angles are easily made uniform.
- the one period ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ in the alignment pattern of the optical anisotropic layer there is no limitation on the one period ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ in the alignment pattern of the optical anisotropic layer, and it may be set appropriately according to the application of the optical element.
- the optical element of the present invention may have a wavelength selective retardation layer which selectively converts circularly polarized light of the design wavelength of the shortest wavelength into circularly polarized light of the opposite turning direction.
- a third wavelength selective retardation layer B that selectively converts circularly polarized light of blue light to the opposite turning direction is disposed after the third optically anisotropic layer 26C (downstream side in the light traveling direction) You may As described above, the third wavelength selective retardation layer B converts only circularly polarized light of blue light into circularly polarized light of the opposite turning direction, and transmits other light as it is.
- the optical element of the present invention is used as a diffractive element that refracts the light displayed by the display and introduces it to the light guide plate, and refracts the light propagated through the light guide plate to use from the light guide plate It is suitably used for a diffraction element to be emitted to a position of observation by a person.
- the optical element 32 capable of dealing with a full color image can be suitably used as a diffractive element in AR glass. At this time, in order to totally reflect the light by the light guide plate, it is necessary to refract the light at a certain large angle with respect to the incident light and introduce the light into the light guide plate.
- the transmission angle of light by the optically anisotropic layer can be increased by shortening one period ⁇ in the liquid crystal alignment pattern, thereby increasing the angle of the transmitted light with respect to the incident light.
- one cycle ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ in the liquid crystal alignment pattern of the optically anisotropic layer is preferably 50 ⁇ m or less, more preferably 10 ⁇ m or less, and still more preferably 3 ⁇ m or less.
- one cycle ⁇ in the liquid crystal alignment pattern of the optically anisotropic layer be 0.1 ⁇ m or more.
- the optical axis 30A of the liquid crystal compound 30 in the liquid crystal alignment pattern of the optically anisotropic layer is continuously rotated only along the arrow X direction.
- the present invention is not limited to this, and various configurations can be used as long as the optical axis 30A of the liquid crystal compound 30 is continuously rotated along one direction in the optically anisotropic layer. is there.
- the liquid crystal compound 30 has a stacked structure from 30 onwards.
- the optical element of the present invention has a plurality of optically anisotropic layers, and at least one pair of optically anisotropic layers.
- the wavelength selective retardation layer is included between Therefore, even in the case of having an optically anisotropic layer having such a concentric liquid crystal alignment pattern, as in the optical element 32 shown in FIG.
- the optical axis (not shown) of the liquid crystal compound 30 is the longitudinal direction of the liquid crystal compound 30.
- the direction of the optical axis of the liquid crystal compound 30 is a large number of directions from the center of the optically anisotropic layer 34 toward the outside, for example, the direction shown by arrow A1, the direction shown by arrow A2, arrow A3 It is changing while rotating continuously along the direction indicated by.
- the circularly polarized light incident on the optically anisotropic layer 34 having the liquid crystal alignment pattern has its absolute phase changed in each of the local regions where the direction of the optical axis of the liquid crystal compound 30 is different. At this time, the amount of change in each absolute phase differs depending on the direction of the optical axis of the liquid crystal compound 30 on which the circularly polarized light is incident.
- the optical anisotropic layer 34 having such a concentric liquid crystal alignment pattern that is, a liquid crystal alignment pattern in which the optical axis is continuously rotated and changed in a radial direction, Depending on the direction of the circular polarization, the incident light can be transmitted as diverging or focusing light. That is, by making the liquid crystal alignment pattern of the optically anisotropic layer concentric, the optical element of the present invention exhibits a function as a convex lens or a concave lens, for example.
- one period ⁇ in which the optical axis rotates 180 ° in the liquid crystal alignment pattern is It is preferable to shorten gradually from the center of the optical axis toward the outward direction of one direction in which the optical axis rotates continuously.
- the angle of refraction of light with respect to the incident direction is larger as the one period ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ in the liquid crystal alignment pattern is shorter.
- an optically anisotropic layer is obtained by gradually shortening one period ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ in the liquid crystal alignment pattern from the center of the optically anisotropic layer 34 toward the outward direction of one direction in which the optical axis is continuously rotated.
- the focusing power of light by 34 can be further improved, and the performance as a convex lens can be improved.
- the optical axis is rotated from the center of the optically anisotropic layer 34 to one cycle ⁇ ⁇ in which the optical axis rotates 180 ° in the liquid crystal alignment pattern. It is preferable to rotate the direction of continuous rotation in the opposite direction, and gradually shorten it outward in one direction. As described above, the angle of refraction of light with respect to the incident direction is larger as the one period ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ in the liquid crystal alignment pattern is shorter.
- an optically anisotropic layer is obtained by gradually shortening one period ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ in the liquid crystal alignment pattern from the center of the optically anisotropic layer 34 toward the outward direction of one direction in which the optical axis is continuously rotated.
- the diverging power of light by 34 can be further improved, and the performance as a concave lens can be improved.
- the optical element is a concave lens
- the optical element acts as a convex lens or a concave lens
- x and y represent positions in the plane
- ⁇ (r) is the angle of the optical axis at a distance r from the center
- ⁇ is the wavelength
- f is the focal length of the design.
- one period ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ in the concentric liquid crystal alignment pattern is gradually made outward from the center of the optically anisotropic layer 34 in one direction in which the optical axis is continuously rotated. May be long.
- the optical axis does not gradually change one cycle ⁇ in one direction in which the optical axis rotates continuously. It is also possible to use a configuration having a region in which one period ⁇ partially differs in one direction of continuous rotation.
- the optical element of the present invention may have an optically anisotropic layer in which one period ⁇ is entirely uniform and an optically anisotropic layer having regions different in one period ⁇ .
- FIG. 13 conceptually shows an example of an exposure apparatus for forming such a concentric alignment pattern on the alignment film.
- the alignment film is, for example, an alignment film 24A, an alignment film 24B, and an alignment film 24C.
- the exposure apparatus 80 includes a light source 84 having a laser 82, a polarization beam splitter 86 for dividing the laser light M from the laser 82 into an S-polarization MS and a P-polarization MP, and a mirror 90A disposed in the light path of the P-polarization MP.
- a mirror 92 disposed in the light path of the s-polarized light MS, a lens 92 disposed in the light path of the s-polarized light MS, a polarization beam splitter 94, and a ⁇ / 4 plate 96.
- the P-polarized light MP split by the polarization beam splitter 86 is reflected by the mirror 90 A and enters the polarization beam splitter 94.
- the S-polarized light MS split by the polarization beam splitter 86 is reflected by the mirror 90 B, condensed by the lens 92, and enters the polarization beam splitter 94.
- the P-polarization MP and the S-polarization MS are combined by the polarization beam splitter 94 into right circular polarization and left circular polarization according to the polarization direction by the ⁇ / 4 plate 96, and the alignment film 24 on the support 20
- the polarization state of the light irradiated to the alignment film 24 periodically changes in the form of interference fringes.
- an exposure pattern in which the pitch changes from the inside to the outside can be obtained.
- a concentric alignment pattern in which the alignment state changes periodically is obtained.
- one period ⁇ of the liquid crystal alignment pattern in which the optical axis of the liquid crystal compound 30 is continuously rotated 180 ° along one direction is the focal point of the refractive power of the lens 92 (F number of the lens 92)
- the distance can be controlled by changing the distance between the lens 92 and the alignment film 24 or the like. Further, by adjusting the refractive power of the lens 92 (F number of the lens 92), the length ⁇ ⁇ of one period of the liquid crystal alignment pattern can be changed in one direction in which the optical axis is continuously rotated.
- the length ⁇ of one period of the liquid crystal alignment pattern can be changed in one direction in which the optical axis is continuously rotated by the spread angle of light spread by the lens 92, which causes interference with parallel light. More specifically, when the refractive power of the lens 92 is weakened, it approaches parallel light, so that the length 1 of one period of the liquid crystal alignment pattern is gradually shortened from the inside to the outside, and the F number is increased. Conversely, when the refractive power of the lens 92 is increased, the length 1 of one period of the liquid crystal alignment pattern is suddenly shortened from the inside to the outside, and the F number is reduced.
- the configuration for changing the one cycle ⁇ rotates the liquid crystal compound 30 only in one direction indicated by the arrow X shown in FIGS.
- a configuration in which the optical axis 30A of the lens continuously rotates and changes can also be used. For example, by gradually shortening one period ⁇ ⁇ of the liquid crystal alignment pattern in the direction of the arrow X, it is possible to obtain an optical element which transmits light so as to condense light.
- transmits light so that it may diffuse only to the X direction of an arrow can be obtained also by reversing the rotation direction of the circularly polarized light to inject.
- one cycle ⁇ is not gradually changed in the arrow X direction depending on the application of the optical element.
- a configuration is also available having different regions. For example, as a method of partially changing one period ⁇ , a method of scanning exposure of the photo alignment film and patterning can be used while arbitrarily changing the polarization direction of the condensed laser light.
- the optical element of the present invention is used in various applications such as a light path changing member in an optical device, a light condensing element, a light diffusing element in a predetermined direction, and a diffractive element, which transmit light in a direction different from the incident direction. It is possible.
- FIG. 14 exemplifies the optical element 32 shown in FIG. 8 corresponding to a full color image, for example, in the case of displaying a two-color image with AR glass, the optical element 10 shown in FIG. It is suitably available.
- the optical element of the present invention can refract the red light, the green light and the blue light emitted by the display 40 in the same direction because the angle dependency of the refraction angle during transmission is small. Therefore, even if the red image, the green image and the blue image are propagated by one light guide plate 42, a full color image without color shift can be emitted from the light guide plate to the observation position by the user U of the AR glass. Therefore, according to the optical element of the present invention using the optical element of the present invention, the light guide plate of the AR glass can be made thin and light as a whole to simplify the configuration of the AR glass.
- the light guide element of the present invention is not limited to the configuration in which two light elements of the present invention spaced apart from each other are provided on the light guide plate 42 as shown in FIG. Therefore, for light extraction from the light guide plate 42, only one optical element of the present invention may be provided on the light guide plate.
- the optical element of the present invention uses the optical element of the present invention in two or three optically anisotropic layers, two colors of green light and blue light, or three colors of red light, green light and blue light.
- the present invention is not limited to this, and various configurations can be used.
- the optical element of the present invention has three optically anisotropic layers and two wavelength selective retardation layers as in FIG. 1, and is selected from red light, green light and blue light 2 It may be configured to transmit and refract color and infrared or ultraviolet light.
- the optical element of the present invention has four or five optically anisotropic layers and three or four wavelength selective retardation layers, in addition to red light, green light and blue light, It may be configured to transmit and refract infrared light and / or ultraviolet light.
- the optical element of the present invention has six or more optically anisotropic layers, and the number of optically anisotropic layers minus one wavelength selective retardation layer, and red light, green light and blue light In addition to light, light of three or more different wavelength bands may be transmitted and refracted.
- the optical element of the present invention has two optically anisotropic layers and one wavelength selective retardation layer as in FIG.
- red light and blue light or red light and green light
- red light and green light may be configured to refract and transmit one color selected from red light, green light and blue light, and infrared light or ultraviolet light.
- it may be configured to refract and transmit infrared light and / or ultraviolet light.
- Example 1 ⁇ Fabrication of First Optical Anisotropy Member> (Saponification treatment of support and support)
- a commercially available triacetyl cellulose film manufactured by Fujifilm, Z-TAC was prepared as a support.
- the support was passed through a dielectric heating roll at a temperature of 60.degree. C. to raise the surface temperature of the support to 40.degree.
- an alkaline solution shown below is coated at a coating amount of 14 mL (liter) / m 2 on one side of the support using a bar coater, and the support is heated to 110 ° C.
- the substrate was transported for 10 seconds under Noritake Co., Limited.
- the following coating solution for forming an undercoat layer was continuously applied to the surface of the support with an alkali saponification treatment using a # 8 wire bar.
- the coated substrate was dried with warm air of 60 ° C. for 60 seconds, and further with warm air of 100 ° C. for 120 seconds to form a subbing layer.
- the alignment film was exposed using the exposure apparatus shown in FIG. 11 to form an alignment film P-1 having an alignment pattern.
- a semiconductor laser that emits laser light of a wavelength (405 nm) was used.
- the exposure amount by the interference light was 100 mJ / cm 2 . Note that one cycle of the alignment pattern formed by the interference of the two laser beams (the length at which the optical axis derived from the liquid crystal compound rotates by 180 °) changes the crossing angle (crossing angle ⁇ ) of the two lights. Controlled by
- composition A-1 was prepared as a liquid crystal composition for forming an optically anisotropic layer.
- Composition A-1 Liquid crystal compound L-1 100.00 parts by mass Polymerization initiator (manufactured by BASF, Irgacure (registered trademark) 907) 3.00 parts by mass Photosensitizer (manufactured by Nippon Kayaku Co., Ltd., KAYACURE DETX-S) 1.00 parts by mass Leveling agent T-1 0.08 parts by mass Methyl ethyl ketone 313.00 parts by mass------------------------------------------------ ⁇
- the first optically anisotropic layer was formed by applying the composition A-1 in multiple layers on the alignment film P-1.
- the composition A-1 of the first layer is first coated on the alignment film, heated and cooled, and then ultraviolet curing is performed to prepare a liquid crystal fixing layer, and then the liquid crystal is fixed on the second and subsequent layers.
- the layer is over-coated to be applied, and similarly it is repeated to repeat ultraviolet curing after heating and cooling.
- the following composition A-1 is coated on the alignment film P-1, the coating is heated to 70 ° C. on a hot plate, and then cooled to 25 ° C., and then under a nitrogen atmosphere
- the alignment of the liquid crystal compound was fixed by irradiating the coating film with ultraviolet light with a wavelength of 365 nm at a dose of 100 mJ / cm 2 using a high pressure mercury lamp.
- the film thickness of the first liquid crystal layer at this time was 0.2 ⁇ m.
- the second and subsequent layers were overcoated on the liquid crystal layer, heated and cooled under the same conditions as above, and then cured by ultraviolet light to produce a liquid crystal fixed layer.
- repeated application was repeated until the total thickness reached the desired thickness, to form a first optically anisotropic layer, and a first optically anisotropic member was produced.
- the first optically anisotropic layer it is finally polarized that the ⁇ n 550 ⁇ thickness (Re (550)) of the liquid crystal is 275 nm, and it is a periodically oriented surface as shown in FIG. It confirmed with the microscope.
- An alignment film P-2 having an alignment pattern was formed in the same manner as the alignment film P-1 except that the crossing angle of the two lights at the time of exposing the alignment film was changed by the exposure apparatus shown in FIG.
- a second optically anisotropic member is formed by forming a second optically anisotropic layer in the same manner as the first optically anisotropic layer except that the composition A-1 is coated on the alignment film P-2 in multiple layers.
- the second optically anisotropic layer is polarized such that the ⁇ n 550 ⁇ thickness (Re (550)) of the liquid crystal finally becomes 275 nm and the periodically oriented surface as shown in FIG. 3 It confirmed with the microscope.
- the liquid crystal alignment pattern of the second optically anisotropic layer one cycle in which the optical axis derived from the liquid crystal compound rotates by 180 ° was 36.9 ⁇ m.
- An alignment film P-3 having an alignment pattern was formed in the same manner as the alignment film P-1 except that the crossing angle of the two lights at the time of exposing the alignment film was changed by the exposure apparatus shown in FIG.
- a third optically anisotropic member is formed by forming a third optically anisotropic layer in the same manner as the first optically anisotropic layer except that the composition A-1 is coated on the alignment film P-3 in multiple layers.
- the third optically anisotropic layer it is finally polarized that the ⁇ n 550 ⁇ thickness (Re (550)) of the liquid crystal is 275 nm and the periodically oriented surface as shown in FIG. 3 It confirmed with the microscope.
- the liquid crystal alignment pattern of the third optically anisotropic layer one cycle in which the optical axis derived from the liquid crystal compound rotates by 180 ° was 34.3 ⁇ m.
- the obtained alignment film P-4 was irradiated with polarized ultraviolet light (50 mJ / cm 2 , using an ultra-high pressure mercury lamp) to expose the alignment film.
- composition C-1 was prepared as a liquid crystal composition for forming ⁇ / 4.
- Composition C-1 ⁇ Liquid crystal compound L-2 42.00 parts by mass Liquid crystal compound L-3 42.00 parts by mass Liquid crystal compound L-4 16.00 parts by mass Polymerization initiator PI-1 0.50 parts by mass Leveling agent G-1 0.20 mass Part Methyl ethyl ketone 176.00 parts by mass Cyclopentanone 44.00 parts by mass ⁇
- a layer formed of an inverse dispersion liquid crystal compound was formed.
- the ⁇ / 4 plate was formed by applying the composition C-1 described above onto the alignment film P-4.
- the coated film is heated to 70 ° C. on a hot plate and then cooled to 65 ° C., and then irradiated with ultraviolet light of wavelength 365 nm at a dose of 500 mJ / cm 2 using a high pressure mercury lamp under a nitrogen atmosphere. Orientation of the liquid crystal compound was fixed.
- a ⁇ / 4 plate was obtained.
- the Re (550) of the obtained ⁇ / 4 plate was 128 nm.
- composition C-2 Liquid crystal compound L-1 100.00 parts by mass Polymerization initiator (manufactured by BASF, Irgacure (registered trademark) 907) 3.00 parts by mass Photosensitizer (manufactured by Nippon Kayaku Co., Ltd., KAYACURE DETX-S) 1.00 parts by mass Leveling agent G-1 0.20 parts by mass Methyl ethyl ketone 243.00 parts by mass------------------------------------------------------------- ⁇
- the ⁇ plate was formed by applying the composition C-2 described above onto the alignment film P-4.
- the coated film is heated to 70 ° C. on a hot plate and then cooled to 25 ° C., and then irradiated with ultraviolet light of wavelength 365 nm at a dose of 500 mJ / cm 2 using a high pressure mercury lamp under a nitrogen atmosphere. Orientation of the liquid crystal compound was fixed. Thus, a ⁇ plate was obtained.
- a ⁇ / 4 plate, a ⁇ plate, and a 2 ⁇ plate were laminated so as to have the layer configuration described in Table 1 below.
- the support and the alignment film were peeled off and then laminated sequentially.
- a first wavelength selective retardation layer was produced, which converts circularly polarized light of red light into circularly polarized light of the opposite turning direction and transmits other light.
- the first optically anisotropic layer, the first wavelength selective retardation layer, the second optical anisotropic layer, the second wavelength selective retardation layer, and the third optically anisotropic layer produced as above are described.
- the optical element was produced by bonding together with an adhesive in order.
- the next layer was bonded.
- This configuration corresponds to an aspect in which the support 20 and the alignment films 24A, 24B and 24C are removed from the conceptual view shown in FIG.
- Example 2 The first optically anisotropic member, the second optically anisotropic member, and the same as in Example 1 except that the crossing angle of the two lights at the time of exposing the alignment film is changed by the exposure apparatus shown in FIG. A third optically anisotropic member was produced.
- composition B-1 was prepared as a liquid crystal composition for forming an optically anisotropic layer.
- Composition B-1 ⁇ Liquid crystal compound L-5 80.00 parts by mass Liquid crystal compound L-6 20.00 parts by mass Polymerization initiator (manufactured by BASF, Irgacure (registered trademark) 907) 5.00 parts by mass Megafac F 444 (manufactured by DIC) 0.18 parts by mass Methyl ethyl ketone 315.00 parts by mass--------------------------------- ⁇
- a first optically anisotropic layer is formed in the same manner as the first optically anisotropic layer of Example 1 except that the composition B-1 is coated in multiple layers on the alignment film P-4.
- a directional member was produced.
- the first optically anisotropic layer is a polarizing microscope that the ⁇ n 550 ⁇ thickness (Re (550)) of the liquid crystal finally becomes 275 nm, and is a periodically oriented surface (see FIG. 15). I confirmed in.
- one cycle in which the optical axis derived from the liquid crystal compound rotates by 180 ° was 1.1 ⁇ m.
- An alignment film P-5 having an alignment pattern was formed in the same manner as the alignment film P-1 except that the crossing angle of the two lights at the time of exposing the alignment film was changed by the exposure apparatus shown in FIG.
- a second optically anisotropic layer is formed in the same manner as the first optically anisotropic layer of Example 1 except that the composition B-1 is coated on the alignment film P-5 in multiple layers, An anisotropic member was produced.
- the second optically anisotropic layer is a polarizing microscope that the ⁇ n 550 ⁇ thickness (Re (550)) of the liquid crystal finally becomes 275 nm and the periodically oriented surface (see FIG. 15). I confirmed in.
- the liquid crystal alignment pattern of the second optically anisotropic layer one cycle in which the optical axis derived from the liquid crystal compound rotates by 180 ° was 12.8 ⁇ m.
- An alignment film P-6 having an alignment pattern was formed in the same manner as in the alignment film P-1 except that the crossing angle of the two lights at the time of exposing the alignment film was changed by the exposure device shown in FIG.
- a third optically anisotropic layer is formed in the same manner as the first optically anisotropic layer of Example 1 except that the composition B-1 is coated on the alignment film P-6 in multiple layers, and the third optical An anisotropic member was produced.
- the third optically anisotropic layer finally has a liquid crystal ⁇ n 550 ⁇ thickness (Re (550)) of 275 nm and a periodic alignment surface (see FIG. 15) as a polarization microscope. I confirmed in.
- the liquid crystal alignment pattern of the third optically anisotropic layer one cycle in which the optical axis derived from the liquid crystal compound rotates by 180 ° was 11.9 ⁇ m.
- composition C-4 was prepared as a liquid crystal composition for forming an optically anisotropic layer.
- Composition C-4 ⁇ Liquid crystal compound L-2 42.00 parts by mass Liquid crystal compound L-3 42.00 parts by mass Liquid crystal compound L-4 16.00 parts by mass Polymerization initiator PI-1 0.50 parts by mass Leveling agent T-1 0.10 parts by mass Part Methyl ethyl ketone 176.00 parts by mass Cyclopentanone 44.00 parts by mass ⁇
- This composition C-4 was used to form the first optically anisotropic layer, the second optically anisotropic layer, and the third optically anisotropic layer, and the heating temperature on the hot plate was changed to 70 ° C. Further, in the same manner as in Example 1, except that the crossing angle of the two lights at the time of exposing the alignment film is changed by the exposure apparatus shown in FIG. The anisotropic member and the third optically anisotropic member were produced. In the first optically anisotropic layer, the second optically anisotropic layer, and the third optically anisotropic layer, finally, the ⁇ n 550 ⁇ thickness (Re (550)) of the liquid crystal is 275 nm.
- Comparative Example 1 The first optically anisotropic member of Example 1 was used as an optical element. Comparative Example 2 An optical element was produced in the same manner as in Example 1 except that the first wavelength selective retardation layer and the second wavelength selective retardation layer were not used. Comparative Example 2-2 In the liquid crystal alignment patterns of the second and third optically anisotropic members, one cycle in which the optical axis derived from the liquid crystal compound rotates 180 ° is changed to 3.0 ⁇ m, as in Example 1. An optical element was produced.
- Comparative Example 3 The first optically anisotropic member of Example 3 was used as an optical element. Comparative Example 4 An optical element was produced in the same manner as in Example 2 except that the first wavelength selective retardation layer and the second wavelength selective retardation layer were not used.
- Comparative Example 5 An optical element was produced in the same manner as in Example 3 except that the first wavelength selective retardation layer and the second wavelength selective retardation layer were not used.
- Example 5 ⁇ Fabrication of First Optical Anisotropy Member>
- An alignment film P-7 was formed in the same manner as the alignment film P-1 except that the exposure apparatus shown in FIG. 13 was used as an exposure apparatus for exposing the alignment film. Note that, by using the exposure apparatus shown in FIG. 13, one cycle of the alignment pattern was gradually shortened outward.
- a first optically anisotropic layer is formed in the same manner as the first optically anisotropic layer of Example 1 except that the composition A-1 is coated on the alignment film P-7 in multiple layers, An anisotropic member was produced.
- the ⁇ n 550 ⁇ thickness (Re (550)) of the liquid crystal finally becomes 275 nm, and the concentrically (radially) periodically oriented surface as shown in FIG. It confirmed that it had become with the polarization microscope.
- one period in which the optical axis of the liquid crystal compound rotates by 180 ° has one period of 325 ⁇ m at the center and one period at a distance of 2.5 mm from the center Is 10.6 ⁇ m, one cycle at a distance of 5.0 mm from the center is 5.3 ⁇ m, and the liquid crystal alignment pattern has a cycle becoming shorter toward the outside.
- An alignment film P-8 was formed in the same manner as the alignment film P-7 except that the focal length of the lens and the distance between the lens and the alignment film were changed in the exposure apparatus shown in FIG.
- a second optically anisotropic layer is formed in the same manner as the first optically anisotropic layer of Example 1 except that the composition A-1 is coated on the alignment film P-8 in multiple layers, An anisotropic member was produced.
- the ⁇ n 550 ⁇ thickness (Re (550)) of the liquid crystal finally becomes 275 nm, and a concentric (radial) periodically oriented surface as shown in FIG. It confirmed that it had become with the polarization microscope.
- one cycle in which the optical axis of the liquid crystal compound rotates by 180 ° is 1135 ⁇ m at one center portion and one cycle at a distance of 2.5 mm from the center
- a liquid crystal alignment pattern in which one cycle at a distance of 5.0 ⁇ m from the center is 65 ⁇ m and the cycle is shorter toward the outer direction.
- An alignment film P-9 was formed in the same manner as in the alignment film P-7 except that the focal length of the lens and the distance between the lens and the alignment film were changed in the exposure apparatus shown in FIG.
- a third optically anisotropic layer is formed in the same manner as the first optically anisotropic layer of Example 1 except that the composition A-3 is multi-layeredly coated on the alignment film P-9, and the third optical An anisotropic member was produced.
- the ⁇ n 550 ⁇ thickness (Re (550)) of the liquid crystal finally becomes 275 nm, and a concentric (radial) periodically oriented surface as shown in FIG. It confirmed that it had become with the polarization microscope.
- one period in which the optical axis of the liquid crystal compound rotates by 180 ° is 1095 ⁇ m at one center portion and one period at a distance of 2.5 mm from the center
- Comparative Example 6 The first optically anisotropic member of Example 5 was used as an optical element. Comparative Example 7 An optical element was produced in the same manner as in Example 5 except that the first wavelength selective retardation layer and the second wavelength selective retardation layer were not used.
- Table 5 shows one cycle in which the optical axis derived from the liquid crystal compound in the liquid crystal alignment pattern is rotated by 180 °.
- ⁇ Production of Wavelength-Selective Retardation Layer> In the same manner as in Example 2, a first wavelength selective retardation layer and a second wavelength selective retardation layer were produced.
- ⁇ Fabrication of optical element> By using the first optical anisotropic member, the second optical anisotropic member and the third optical anisotropic member, and the first wavelength selective retardation layer and the second wavelength selective retardation layer, An optical element was produced in the same manner as in Example 1.
- Example 16 ⁇ Fabrication of optically anisotropic member>
- a first optically anisotropic member was produced.
- the second optical anisotropy is the same as the third optically anisotropic member of Example 2 except that the crossing angle of the two lights at the time of exposing the alignment film is changed by the exposure apparatus shown in FIG. A member was produced.
- Comparative Example 8 The first optically anisotropic member of Example 16 was used as an optical element. Comparative Example 9 An optical element was produced in the same manner as in Example 16 except that the first wavelength selective retardation layer was not used.
- a circularly polarizing plate B, a circularly polarizing plate G and a circularly polarizing plate R were produced as follows. First, a circularly polarizing plate G was produced. In the same manner as in Example 1, a support having an undercoat layer formed was prepared.
- the organic phase is taken out and washed with a 0.2 mass% aqueous ammonium nitrate solution until the water after washing becomes neutral, and then the solvent and water are distilled off under reduced pressure to obtain an epoxy-containing polyorganosiloxane Obtained as a viscous clear liquid.
- the weight average molecular weight Mw of this epoxy-containing polyorganosiloxane was 2,200, and the epoxy equivalent was 186 g / mol.
- an acrylic group-containing carboxylic acid Alonix M-5300, manufactured by Toagosei Co., Ltd., acrylic acid ⁇ -carboxypolycaprolactone (degree of polymerization) n) 2
- Alonix M-5300 manufactured by Toagosei Co., Ltd., acrylic acid ⁇ -carboxypolycaprolactone (degree of polymerization) n
- a cinnamic acid derivative obtained by the method of Synthesis Example 1 of JP-A-2015-26050
- tetrabutylammonium bromide 0 .3 parts by mass were charged and stirred at 90 ° C for 12 hours.
- the reaction solution was diluted with an equal amount (mass) of butyl acetate, and washed three times with water. This solution was concentrated, and the operation of diluting with butyl acetate was repeated twice to finally obtain a solution containing a polyorganosiloxane having a photoalignable group (the following polymer A2).
- the weight average molecular weight Mw of this polymer A2 was 9,000. Further, as a result of 1 H-NMR analysis, the component having a cinnamate group in the polymer A2 was 23.7 mass%.
- the alignment film P-10 was exposed to light by irradiating polarized ultraviolet light (20 mJ / cm 2 , using an ultra-high pressure mercury lamp) to the obtained alignment film P-10.
- optically anisotropic layer ( ⁇ / 4 plate)
- the optically anisotropic layer was formed by applying the composition C-1 on the alignment film P-10.
- the coated film is heated to 110 ° C. on a hot plate and then cooled to 60 ° C., and then irradiated with ultraviolet light of wavelength 365 nm at a dose of 500 mJ / cm 2 using a high pressure mercury lamp under a nitrogen atmosphere.
- the orientation of the liquid crystal compound was fixed to produce an optically anisotropic layer.
- the ⁇ n 530 ⁇ d (Re (530)) of the obtained optically anisotropic layer was 132.5 nm.
- a polarizing plate was attached to the side of the triacetyl cellulose film of the optically anisotropic layer ( ⁇ / 4 plate) via an adhesive to obtain a circularly polarizing plate G.
- the angle of the transmitted light of the red light, the green light and the blue light with respect to the incident light was measured when the light was incident from the front (the direction at an angle of 0 ° to the normal) to the manufactured optical element.
- the angle of the transmitted light is the angle of the transmitted light with respect to the incident light when the incident light is 0 °.
- laser light having a center wavelength of output for red light (635 nm), green light (530 nm) and blue light (450 nm) is vertically incident on the produced optical element from a position 10 cm away from the normal direction.
- the transmitted light was captured by a screen placed at a distance of 100 cm, and the transmission angle was calculated.
- the design wavelength ⁇ a of the longest wavelength light is 635 nm
- the design wavelength ⁇ b of the intermediate wavelength light is 530 nm
- the design wavelength ⁇ c of the shortest wavelength light is 450 nm.
- PE [%] [( ⁇ max - ⁇ min ) / ⁇ ave ] ⁇ 100 AA when PE is less than 5%, A when PE is more than 5% and 10% or less B when PE is more than 10% and less than 20% C when PE is more than 20% and less than 30% The case where PE is more than 30% was evaluated as D.
- Example 5 the laser light is vertically incident on a point 5.0 mm away from the center of the concentric circle of the liquid crystal alignment pattern in the manufactured optical element, %] was calculated.
- Table 5 the optically anisotropic layer that has an influence on the optical characteristics (the angle of transmitted light) of the optical element, and members other than the optically anisotropic layer are basically As it is uniform, only the characteristics of the optically anisotropic layer are described in the table.
- the optical anisotropy of at least one layer having a plurality of optically anisotropic layers having a liquid crystal alignment pattern in which the optical axis derived from the liquid crystal compound rotates along one direction is at least one layer.
- the optical element of the present invention having a wavelength selective retardation layer different from that of the other optically anisotropic layer in which one period of the liquid crystal alignment pattern of the layer is different from that of the other optically anisotropic layer is The wavelength dependence of the emission angle is small, and the transmitted red light, green light and blue light can be emitted in almost the same direction.
- Example 1 by shortening one period of the liquid crystal alignment pattern, it is possible to make the outgoing angle of the circularly polarized light to be transmitted larger than the incident angle. Furthermore, according to the comparison between Example 2 and Example 4, the transmitted light can be brightened in a wide band by using the reverse dispersive liquid crystal.
- the relationship between the one cycle a in which the optical axis of the liquid crystal compound in the liquid crystal alignment pattern is rotated by 180 ° and the design wavelengths ⁇ a, ⁇ b and ⁇ c is a more preferable range of “0.7 * ⁇ [( ⁇ ( ⁇ a- ⁇ b) ⁇ c] ⁇ 1 ⁇ ⁇ ⁇ 2 ⁇ 1.8 * ⁇ [( ⁇ a + ⁇ c) ⁇ b / ( ⁇ a- ⁇ b) ⁇ c] ⁇ 1 ⁇ "and” 0.7 * ⁇ [( ⁇ a + ⁇ c ) ⁇ b / ( [lambda] b- [lambda] c) [lambda] a] [chi] 1 ⁇ ⁇ [chi] 3 ⁇ 1.8 * ⁇ [([lambda] a + [lambda] c) [lambda] b / ([lambda] b- [lambda] c) [lambda]
- Example 8 and Example 9 the relationship between one cycle ⁇ in which the optical axis of the liquid crystal compound in the liquid crystal alignment pattern rotates by 180 ° and the design wavelengths ⁇ a, ⁇ b and ⁇ c satisfy only one of the expressions
- the wavelength dependence of the emission angle of the transmitted light is larger than that of the eighth embodiment and the ninth embodiment, the wavelength dependence of the emission angle of the transmitted light is sufficiently small.
- Comparative Examples 1, 3, 6 and 8 composed of only one optically anisotropic layer have a large wavelength dependency of the emission angle of the transmitted light, and the red light, the green light and the blue light are the same. I can not emit in the direction.
- the wavelength dependence of the emission angle of the transmitted light is similarly the comparative examples 2, 4, 5, 7 and 9 which do not have the wavelength selective phase difference layer although having multiple layers of optically anisotropic layers. Large, red light, green light and blue light can not be emitted in the same direction. From the above results, the effects of the present invention are clear.
- optical element 12 1st optically anisotropic member 14 2nd optically anisotropic member 16 3rd optically anisotropic member 18G, 18R wavelength-selective phase difference layer 20 support body 24A, 24B, 24C alignment film 26A 1st optical Anisotropic layer 26B Second optically anisotropic layer 26C Third optically anisotropic layer 30 Liquid crystal compound 30A Optical axis 34 Optical anisotropic layer 40 Display 42 Light guide plate 60, 80 Exposure device 62, 82 Laser 64, 84 Light source 68 beam splitter 70A, 70B, 90A, 90B mirror 72A, 72B, 96 ⁇ / 4 plate 86.94 polarization beam splitter 92 lens B R , B 2R right-handed circularly polarized light G R , G 1 R , G 2 R , G 3 R Right circularly polarized light R R , R 1R , R 3R red light, left circularly polarized
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Abstract
透過光の屈折の波長依存性が少ない光学素子、および、この光学素子を用いる導光素子の提供を課題とする。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軸の向きが面内の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複数の光学異方性層と、2枚の光学異方性層の間に配置される、特定波長域の円偏光を逆に変換する波長選択性位相差層とを有し、液晶配向パターンにおいて、光軸の向きが変化する一方向における、光軸の向きが180°回転する長さを1周期とした際に、少なくとも1層の光学異方性層は、他と1周期の長さが異なることにより、課題を解決する。
Description
本発明は、透過した光を屈折させる光学素子、および、この光学素子を用いる導光素子に関する。
近年、非特許文献1に記載されるような、実際に見ている光景に、仮想の映像および各種の情報等を重ねて表示する、AR(Augmented Reality(拡張現実))グラスが実用化されている。ARグラスは、スマートグラス、ヘッドマウントディスプレイ(HMD(Head Mounted Display))、および、ARメガネ等とも呼ばれている。
非特許文献1に示されるように、ARグラスは、一例として、ディスプレイ(光学エンジン)が表示した映像を、導光板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。
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。
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。
ARグラスに用いられる導光板としては、一例として、特許文献1に記載される導光板(導波路)が知られている。
この導光板は、光を反射して導波する前面および後面を有し、前面または後面に設けられる第1の部分、および、前面または後面に設けられる第2の部分を有する。第1の部分は、第1の部分からの反射によって、第1の量だけ光の位相を変化させる構造を有する。また、同じ表面の第2の部分は、第2の部分からの反射によって、第1の量とは異なる第2の量だけ光の位相を変化させる、第1の部分とは異なる構造を有する。さらに、この導光板において、第1の部分は、第2の量と第1の量との差に実質的に一致する距離だけ、第2の部分とオフセットされる構成を有する。
この導光板は、光を反射して導波する前面および後面を有し、前面または後面に設けられる第1の部分、および、前面または後面に設けられる第2の部分を有する。第1の部分は、第1の部分からの反射によって、第1の量だけ光の位相を変化させる構造を有する。また、同じ表面の第2の部分は、第2の部分からの反射によって、第1の量とは異なる第2の量だけ光の位相を変化させる、第1の部分とは異なる構造を有する。さらに、この導光板において、第1の部分は、第2の量と第1の量との差に実質的に一致する距離だけ、第2の部分とオフセットされる構成を有する。
Bernard C. Kress et al., Towards the Ultimate Mixed Reality Experience: HoloLens Display Architecture Choices, SID 2017 DIGEST, pp.127-131
ところで、特許文献1にも記載されるように、回折素子による光の回折の角度は、光の波長に依存する。すなわち、回折素子によって回折される光の進行方向は、光の波長によって異なる。
従って、異なる波長の光を1つの回折素子によって回折させて導光板に導入し、かつ、導光板から出射させると、例えば、赤色画像、緑色画像および青色画像からなるカラー画像であれば、赤色画像、緑色画像および青色画像の位置が異なってしまう、いわゆる色ズレが生じてしまう。
従って、異なる波長の光を1つの回折素子によって回折させて導光板に導入し、かつ、導光板から出射させると、例えば、赤色画像、緑色画像および青色画像からなるカラー画像であれば、赤色画像、緑色画像および青色画像の位置が異なってしまう、いわゆる色ズレが生じてしまう。
この問題を解決するために、非特許文献1に記載されるARグラスでは、赤色画像、緑色画像および青色画像の、それぞれに対応して、両端に回折素子(表面レリーフ格子(Surface Relief Grating(SRG)))を設けた長尺な導光板を作製して、回折素子を設けた導光板を、3枚、積層して、それぞれの導光板で、ディスプレイが表示した各色の投影像を使用者による観察位置まで導波して、カラー画像を表示している。
ARグラスでは、これにより、赤色画像、緑色画像および青色画像の位置を一致させて、色ズレの無いカラー画像を表示している。
ARグラスでは、これにより、赤色画像、緑色画像および青色画像の位置を一致させて、色ズレの無いカラー画像を表示している。
このように、従来のARグラスでは、ディスプレイが表示した画像を使用者による観察位置まで導波するために、回折素子を設けた導光板を、3枚、積層した構成とする必要があるので、全体として導光板が厚く、かつ、重くなってしまい、さらに、装置の構成も複雑になってしまう。
本発明の目的は、このような従来技術の問題点を解決することにあり、透過する光の角度の波長依存性が小さく、例えば、同じ方向から入射した赤色光、緑色光および青色光を、ほとんど同じ方向に屈折して透過できる光学素子、ならびに、この光学素子を用いる導光素子を提供することにある。
この課題を解決するために、本発明の光学素子は、以下の構成を有する。
[1] 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、複数の光学異方性層と、
複数の光学異方性層における、隣接する2枚の光学異方性層のうちの、少なくとも一対の間に配置される、特定の波長域の円偏光を逆の旋回方向の円偏光に変換する波長選択性位相差層と、を有し、かつ、
光学異方性層の液晶配向パターンにおいて、液晶化合物由来の光軸の向きが連続的に回転しながら変化する一方向における、液晶化合物由来の光軸の向きが180°回転する長さを1周期とした際に、少なくとも1層の光学異方性層は、他の光学異方性層と1周期の長さが異なる、光学素子。
なお、本発明において、隣接する2枚の光学異方性層(隣接する1対の光学異方性層)とは、特定の光学異方性層を示している訳ではなく、複数の光学異方性層から任意に選択される隣接する2枚の光学異方性層である。
[2] 複数対の連続する2枚の光学異方性層の間に、波長選択性位相差層を有し、かつ、波長選択性位相差層が円偏光を変換する特定の波長域が、光学異方性層の配列方向に、漸次、短くなる、[1]に記載の光学素子。
[3] 光学異方性層の液晶配向パターンにおける1周期の長さが、全ての光学異方性層で異なる、[1]または[2]に記載の光学素子。
[4] 光学異方性層と波長選択性位相差層とが、交互に配置される、[1]~[3]のいずれかに記載の光学素子。
[5] 光学異方性層の配列方向の一方の端に位置する光学異方性層が、液晶配向パターンにおける1周期の長さが最も短い、[1]~[4]のいずれかに記載の光学素子。
[6] 光学異方性層の少なくとも1層が、面内に、液晶配向パターンにおける1周期の長さが異なる領域を有する、[1]~[5]のいずれかに記載の光学素子。
[7] 液晶配向パターンにおける液晶化合物由来の光軸の向きが連続的に回転しながら変化する一方向に向かって、液晶配向パターンの1周期が、漸次、短くなる、[6]に記載の光学素子。
[8] 光学異方性層の液晶配向パターンが、液晶化合物由来の光軸の向きが連続的に回転しながら変化する一方向を、内側から外側に向かう同心円状に有する、同心円状のパターンである、[1]~[7]のいずれかに記載の光学素子。
[9] 3層以上の光学異方性層と、2層以上の波長選択性位相差層と、を有する、[1]~[8]のいずれかに記載の光学素子。
[10] 波長選択性位相差層の1層が、赤色光の円偏光を逆の旋回方向の円偏光に変換し、波長選択性位相差層の他の1層が、緑色光の円偏光を逆の旋回方向の円偏光に変換する、[9]に記載の光学素子。
[11] 波長選択性位相差層の層数が、光学異方性層の層数よりも、1層、少ない、[1]~[10]のいずれかに記載の光学素子。
[12] 波長選択性位相差層が複数の位相差層からなり、位相差層の少なくとも1層は他の位相差層と面内の遅相軸方位が異なる、[1]~[11]のいずれかに記載の光学素子。
[13] 波長選択性位相差層における位相差層の少なくとも1層がλ/4板である、[12]に記載の光学素子。
[14] 波長選択性位相差層におけるλ/4板が逆波長分散性を有し、他の位相差層の少なくとも1層は順波長分散性を有する、[13]に記載の光学素子。
[15] [1]~[14]のいずれか1項に記載の光学素子と、導光板と、を有する、導光素子。
[16] 離間する2つの光学素子が、導光板に設けられる、[15]に記載の導光素子。
[1] 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、複数の光学異方性層と、
複数の光学異方性層における、隣接する2枚の光学異方性層のうちの、少なくとも一対の間に配置される、特定の波長域の円偏光を逆の旋回方向の円偏光に変換する波長選択性位相差層と、を有し、かつ、
光学異方性層の液晶配向パターンにおいて、液晶化合物由来の光軸の向きが連続的に回転しながら変化する一方向における、液晶化合物由来の光軸の向きが180°回転する長さを1周期とした際に、少なくとも1層の光学異方性層は、他の光学異方性層と1周期の長さが異なる、光学素子。
なお、本発明において、隣接する2枚の光学異方性層(隣接する1対の光学異方性層)とは、特定の光学異方性層を示している訳ではなく、複数の光学異方性層から任意に選択される隣接する2枚の光学異方性層である。
[2] 複数対の連続する2枚の光学異方性層の間に、波長選択性位相差層を有し、かつ、波長選択性位相差層が円偏光を変換する特定の波長域が、光学異方性層の配列方向に、漸次、短くなる、[1]に記載の光学素子。
[3] 光学異方性層の液晶配向パターンにおける1周期の長さが、全ての光学異方性層で異なる、[1]または[2]に記載の光学素子。
[4] 光学異方性層と波長選択性位相差層とが、交互に配置される、[1]~[3]のいずれかに記載の光学素子。
[5] 光学異方性層の配列方向の一方の端に位置する光学異方性層が、液晶配向パターンにおける1周期の長さが最も短い、[1]~[4]のいずれかに記載の光学素子。
[6] 光学異方性層の少なくとも1層が、面内に、液晶配向パターンにおける1周期の長さが異なる領域を有する、[1]~[5]のいずれかに記載の光学素子。
[7] 液晶配向パターンにおける液晶化合物由来の光軸の向きが連続的に回転しながら変化する一方向に向かって、液晶配向パターンの1周期が、漸次、短くなる、[6]に記載の光学素子。
[8] 光学異方性層の液晶配向パターンが、液晶化合物由来の光軸の向きが連続的に回転しながら変化する一方向を、内側から外側に向かう同心円状に有する、同心円状のパターンである、[1]~[7]のいずれかに記載の光学素子。
[9] 3層以上の光学異方性層と、2層以上の波長選択性位相差層と、を有する、[1]~[8]のいずれかに記載の光学素子。
[10] 波長選択性位相差層の1層が、赤色光の円偏光を逆の旋回方向の円偏光に変換し、波長選択性位相差層の他の1層が、緑色光の円偏光を逆の旋回方向の円偏光に変換する、[9]に記載の光学素子。
[11] 波長選択性位相差層の層数が、光学異方性層の層数よりも、1層、少ない、[1]~[10]のいずれかに記載の光学素子。
[12] 波長選択性位相差層が複数の位相差層からなり、位相差層の少なくとも1層は他の位相差層と面内の遅相軸方位が異なる、[1]~[11]のいずれかに記載の光学素子。
[13] 波長選択性位相差層における位相差層の少なくとも1層がλ/4板である、[12]に記載の光学素子。
[14] 波長選択性位相差層におけるλ/4板が逆波長分散性を有し、他の位相差層の少なくとも1層は順波長分散性を有する、[13]に記載の光学素子。
[15] [1]~[14]のいずれか1項に記載の光学素子と、導光板と、を有する、導光素子。
[16] 離間する2つの光学素子が、導光板に設けられる、[15]に記載の導光素子。
本発明の光学素子は、屈折角度の波長依存性が小さく、例えば、同じ方向から入射した赤色光、緑色光および青色光を、ほとんど同じ方向に屈折して出射できる。また、この光学素子を用いる本発明の導光素子は、1枚の導光板で、波長の異なる複数種の光を色ズレなく導光して出射できる。
以下、本発明の光学素子および導光素子について、添付の図面に示される好適実施例を基に詳細に説明する。
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および上限値として含む範囲を意味する。
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。
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。
本明細書において、可視光は、電磁波のうち、ヒトの目で見える波長の光であり、380~780nmの波長域の光を示す。非可視光は、380nm未満の波長域および780nmを超える波長域の光である。
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。
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、波長λにおける面内のレタデーションを表す。特に記載がないときは、波長λは、550nmとする。
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。
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。
本発明の光学素子は、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、厚さ方向に配列される複数の光学異方性層と、少なくとも一対の、配列方向に隣接する2枚の光学異方性層の間に配置される波長選択性位相差層と、を有する。なお、厚さ方向とは、すなわち、主面と直交する方向である。主面とは、シート状物(フィルム、板状物)の最大面である。
ここで、波長選択性位相差層とは、特定の波長域の円偏光を逆の旋回方向の円偏光に変換するものである。例えば、波長選択性位相差層が、赤色光の円偏光を逆の旋回方向の円偏光に変換するものである場合には、緑色光の右円偏光および青色光の右円偏光は、右円偏光で、透過する。
また、本発明の光学素子は、光学異方性層の液晶配向パターンにおいて、液晶化合物由来の光軸の向きが連続的に回転しながら変化する一方向における、液晶化合物由来の光軸の向きが180°回転する長さを1周期とした際に、少なくとも1層の光学異方性層は、他の光学異方性と1周期の長さが異なる。
後に詳述するが、本発明の光学素子は、このような構成を有することにより、入射して透過する光の屈折角度の波長依存性が小さく、同じ方向から入射した異なる波長の光を、ほとんど同じ方向に出射できる。
ここで、波長選択性位相差層とは、特定の波長域の円偏光を逆の旋回方向の円偏光に変換するものである。例えば、波長選択性位相差層が、赤色光の円偏光を逆の旋回方向の円偏光に変換するものである場合には、緑色光の右円偏光および青色光の右円偏光は、右円偏光で、透過する。
また、本発明の光学素子は、光学異方性層の液晶配向パターンにおいて、液晶化合物由来の光軸の向きが連続的に回転しながら変化する一方向における、液晶化合物由来の光軸の向きが180°回転する長さを1周期とした際に、少なくとも1層の光学異方性層は、他の光学異方性と1周期の長さが異なる。
後に詳述するが、本発明の光学素子は、このような構成を有することにより、入射して透過する光の屈折角度の波長依存性が小さく、同じ方向から入射した異なる波長の光を、ほとんど同じ方向に出射できる。
[光学素子の第1の態様]
図1に、本発明の光学素子の一例を概念的に示す。
図示例の光学素子10は、第1光学異方性部材12および第2光学異方性部材14、ならびに、第1光学異方性部材12と第2光学異方性部材14との間に配置される波長選択性位相差層18G、を有する。
前述のように、本発明の光学素子は、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軸が回転する所定の液晶配向パターンを有する光学異方性層を、厚さ方向に配列したものである。第1光学異方性部材12は、支持体20、配向膜24Aおよび第1光学異方性層26A、を有する。また、第2光学異方性部材14は、支持体20、配向膜24Bおよび第2光学異方性層26B、を有する。
また、本発明の光学素子において、波長選択性位相差層は、前述のように、特定の波長域の円偏光を逆の旋回方向の円偏光に変換し、それ以外の光は、そのまま透過(素抜け)するものである。図示例の光学素子10において、波長選択性位相差層18Gは、緑色光の円偏光の旋回方向を逆の旋回方向に変換し、それ以外の光は、同じ旋回方向の円偏光で透過する。
図1に、本発明の光学素子の一例を概念的に示す。
図示例の光学素子10は、第1光学異方性部材12および第2光学異方性部材14、ならびに、第1光学異方性部材12と第2光学異方性部材14との間に配置される波長選択性位相差層18G、を有する。
前述のように、本発明の光学素子は、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軸が回転する所定の液晶配向パターンを有する光学異方性層を、厚さ方向に配列したものである。第1光学異方性部材12は、支持体20、配向膜24Aおよび第1光学異方性層26A、を有する。また、第2光学異方性部材14は、支持体20、配向膜24Bおよび第2光学異方性層26B、を有する。
また、本発明の光学素子において、波長選択性位相差層は、前述のように、特定の波長域の円偏光を逆の旋回方向の円偏光に変換し、それ以外の光は、そのまま透過(素抜け)するものである。図示例の光学素子10において、波長選択性位相差層18Gは、緑色光の円偏光の旋回方向を逆の旋回方向に変換し、それ以外の光は、同じ旋回方向の円偏光で透過する。
図示は省略するが、第1光学異方性部材12と波長選択性位相差層18G、および、波長選択性位相差層18Gと第2光学異方性部材14とは、層間に設けられた貼合層によって貼り合わされている。
本発明において、貼合層は、貼り合わせの対象となる物同士を貼り合わせられる層であれば、公知の各種の材料からなるものが利用可能である。貼合層としては、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、ならびに、紫外線硬化型樹脂等の、光学装置および光学素子等でシート状物の貼り合わせに用いられる公知のものを用いればよい。
あるいは、貼合層で貼り合わせるのではなく、第1光学異方性部材12、波長選択性位相差層18G、および、第2光学異方性部材14を積層して、枠体または治具等で保持して、本発明の光学素子を構成してもよい。
なお、本発明の光学素子は、図示例のように第1光学異方性部材12、波長選択性位相差層18G、および、第2光学異方性部材14を密着して積層した構成に制限はされず、これらの部材の1以上を、離間した状態で配列した構成も、利用可能である。
本発明において、貼合層は、貼り合わせの対象となる物同士を貼り合わせられる層であれば、公知の各種の材料からなるものが利用可能である。貼合層としては、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、ならびに、紫外線硬化型樹脂等の、光学装置および光学素子等でシート状物の貼り合わせに用いられる公知のものを用いればよい。
あるいは、貼合層で貼り合わせるのではなく、第1光学異方性部材12、波長選択性位相差層18G、および、第2光学異方性部材14を積層して、枠体または治具等で保持して、本発明の光学素子を構成してもよい。
なお、本発明の光学素子は、図示例のように第1光学異方性部材12、波長選択性位相差層18G、および、第2光学異方性部材14を密着して積層した構成に制限はされず、これらの部材の1以上を、離間した状態で配列した構成も、利用可能である。
また、図示例の光学素子10は、各光学異方性部材に支持体20を有しているが、本発明の光学素子は、光学異方性部材毎に支持体20を設けなくてもよい。
例えば、本発明の光学素子は、第2光学異方性部材14(第2光学異方性層26B)の表面に波長選択性位相差層18Gを形成し、その上に配向膜24Aを形成し、その上に第1光学異方性層26Aを形成した構成でもよい。
あるいは、上記構成から、第2光学異方性部材14の支持体20を剥離して、波長選択性位相差層、配向膜および光学異方性層のみで、または、配向膜も剥離して、波長選択性位相差層および光学異方性層のみで、本発明の光学素子を構成してもよい。
例えば、本発明の光学素子は、第2光学異方性部材14(第2光学異方性層26B)の表面に波長選択性位相差層18Gを形成し、その上に配向膜24Aを形成し、その上に第1光学異方性層26Aを形成した構成でもよい。
あるいは、上記構成から、第2光学異方性部材14の支持体20を剥離して、波長選択性位相差層、配向膜および光学異方性層のみで、または、配向膜も剥離して、波長選択性位相差層および光学異方性層のみで、本発明の光学素子を構成してもよい。
すなわち、本発明の光学素子は、複数の光学異方性層を配列し、配列される光学異方性層の、隣接する2枚の光学異方性層のうちの少なくとも1対の間に波長選択性位相差層を有し、かつ、光学異方性層が、液晶化合物由来の光軸の向きが一方向に向かって回転する液晶配向パターンを有し、さらに、少なくとも1層の光学異方性層の液晶配向パターンが、後述する1周期が異なるものであれば、各種の層構成が利用可能である。
<光学異方性部材>
本発明の光学素子10は、第1光学異方性部材12と第2光学異方性部材14との間に、波長選択性位相差層18Gを設けたものである。
前述のように、第1光学異方性部材12は、支持体20、配向膜24Aおよび第1光学異方性層26A、を有する。また、第2光学異方性部材14は、支持体20、配向膜24Bおよび第2光学異方性層26B、を有する。
<<支持体>>
第1光学異方性部材12および第2光学異方性部材14において、支持体20は、配向膜24Aおよび配向膜24B、ならびに、第1光学異方性層26Aおよび第2光学異方性層26Bを支持するものである。
以下の説明では、配向膜24Aと配向膜24Bとを区別する必要がない場合には、配向膜24Aと配向膜24Bとをまとめて『配向膜』とも言う。また、以下の説明では、第1光学異方性層26Aと第2光学異方性層26Bとを区別する必要がない場合には、第1光学異方性層26Aと第2光学異方性層26Bとをまとめて『光学異方性層』とも言う。
本発明の光学素子10は、第1光学異方性部材12と第2光学異方性部材14との間に、波長選択性位相差層18Gを設けたものである。
前述のように、第1光学異方性部材12は、支持体20、配向膜24Aおよび第1光学異方性層26A、を有する。また、第2光学異方性部材14は、支持体20、配向膜24Bおよび第2光学異方性層26B、を有する。
<<支持体>>
第1光学異方性部材12および第2光学異方性部材14において、支持体20は、配向膜24Aおよび配向膜24B、ならびに、第1光学異方性層26Aおよび第2光学異方性層26Bを支持するものである。
以下の説明では、配向膜24Aと配向膜24Bとを区別する必要がない場合には、配向膜24Aと配向膜24Bとをまとめて『配向膜』とも言う。また、以下の説明では、第1光学異方性層26Aと第2光学異方性層26Bとを区別する必要がない場合には、第1光学異方性層26Aと第2光学異方性層26Bとをまとめて『光学異方性層』とも言う。
支持体20は、配向膜および光学異方性層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。
支持体20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、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)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリカーボネート、および、ポリ塩化ビニル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。
支持体20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、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)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリカーボネート、および、ポリ塩化ビニル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。
支持体20の厚さには、制限はなく、光学素子10の用途および支持体20の形成材料等に応じて、配向膜および光学異方性層を保持できる厚さを、適宜、設定すればよい。
支持体20の厚さは、1~1000μmが好ましく、3~250μmがより好ましく、5~150μmがさらに好ましい。
支持体20の厚さは、1~1000μmが好ましく、3~250μmがより好ましく、5~150μmがさらに好ましい。
<<配向膜>>
第1光学異方性部材12において、支持体20の表面には配向膜24Aが形成される。第2光学異方性部材14において、支持体20の表面には配向膜24Bが形成される。
配向膜24Aは、第1光学異方性部材12の第1光学異方性層26Aを形成する際に、液晶化合物30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。配向膜24Bは、第2光学異方性部材14の第2光学異方性層26Bを形成する際に、液晶化合物30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。
第1光学異方性部材12において、支持体20の表面には配向膜24Aが形成される。第2光学異方性部材14において、支持体20の表面には配向膜24Bが形成される。
配向膜24Aは、第1光学異方性部材12の第1光学異方性層26Aを形成する際に、液晶化合物30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。配向膜24Bは、第2光学異方性部材14の第2光学異方性層26Bを形成する際に、液晶化合物30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、本発明の光学素子10において、光学異方性層は、液晶化合物30に由来する光軸30A(図3参照)の向きが、面内の一方向(後述する矢印X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、各光学異方性部材の配向膜は、光学異方性層が、この液晶配向パターンを形成できるように、形成される。
なお、本発明の光学素子では、液晶配向パターンにおける、光軸30Aの向きが連続的に回転しながら変化する一方向において、光軸30Aの向きが180°回転する長さを1周期(光軸の回転周期)とした際に、少なくとも1層の光学異方性層は、他の光学異方性と液晶配向パターンの1周期の長さが異なる。図1に示す光学素子10では、第1光学異方性層26Aにおける液晶配向パターンの1周期(1周期ΛA)は、第2光学異方性層26Bにおける液晶配向パターンの1周期(1周期ΛB)よりも短い。
なお、本発明の光学素子では、液晶配向パターンにおける、光軸30Aの向きが連続的に回転しながら変化する一方向において、光軸30Aの向きが180°回転する長さを1周期(光軸の回転周期)とした際に、少なくとも1層の光学異方性層は、他の光学異方性と液晶配向パターンの1周期の長さが異なる。図1に示す光学素子10では、第1光学異方性層26Aにおける液晶配向パターンの1周期(1周期ΛA)は、第2光学異方性層26Bにおける液晶配向パターンの1周期(1周期ΛB)よりも短い。
以下の説明では、『光軸30Aの向きが回転』を単に『光軸30Aが回転』とも言う。
配向膜は、公知の各種のものが利用可能である。
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。
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。
ラビング処理による配向膜は、ポリマー層の表面を紙または布で一定方向に数回こすることにより形成できる。
配向膜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2005-97377号公報、特開2005-99228号公報、および、特開2005-128503号公報記載の配向膜等の形成に用いられる材料が好ましく例示される。
配向膜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2005-97377号公報、特開2005-99228号公報、および、特開2005-128503号公報記載の配向膜等の形成に用いられる材料が好ましく例示される。
本発明の光学素子10においては、配向膜は、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、いわゆる光配向膜が好適に利用される。すなわち、本発明の光学素子10においては、配向膜として、支持体20上に、光配向材料を塗布して形成した光配向膜が、好適に利用される。
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。
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号公報および特許第4151746号公報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号公報および特開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号および特許第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号公報および特許第4162850号に記載の光架橋性ポリイミド、光架橋性ポリアミドおよび光架橋性エステル、ならびに、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号公報および特開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、カルコン化合物およびクマリン化合物等が、好ましい例として例示される。
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。
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。
配向膜の厚さには制限はなく、配向膜の形成材料に応じて、必要な配向機能を得られる厚さを、適宜、設定すればよい。
配向膜の厚さは、0.01~5μmが好ましく、0.05~2μmがより好ましい。
配向膜の厚さは、0.01~5μmが好ましく、0.05~2μmがより好ましい。
配向膜の形成方法には、制限はなく、配向膜の形成材料に応じた公知の方法が、各種、利用可能である。一例として、配向膜を支持体20の表面に塗布して乾燥させた後、配向膜をレーザ光によって露光して、配向パターンを形成する方法が例示される。
図11に、配向膜を露光して配向パターンを形成する露光装置の一例を概念的に示す。なお、図11に示す例では、一例として、第1光学異方性部材12の配向膜24Aの露光を例示しているが、第2光学異方性部材14の配向膜24Bも、同じ露光装置で同様に配向パターンを形成できる。
図11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を光線MAおよびMBの2つに分離する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、図示は省略するが、光源64は偏光板を備え、直線偏光P0を出射する。λ/4板72Aおよび72Bは、互いに直交する光学軸を備えている。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。
なお、図示は省略するが、光源64は偏光板を備え、直線偏光P0を出射する。λ/4板72Aおよび72Bは、互いに直交する光学軸を備えている。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。
配向パターンを形成される前の配向膜24Aを有する支持体20が露光部に配置され、2つの光線MAと光線MBとを配向膜24A上において交差させて干渉させ、その干渉光を配向膜24Aに照射して露光する。
この際の干渉により、配向膜24A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24A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30に由来する光軸30A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、光軸30Aが回転する1方向における、光軸30Aが180°回転する1周期の長さ(1周期Λ)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上に、光学異方性層を形成することにより、後述するように、液晶化合物30に由来する光軸30Aが一方向に向かって連続的に回転する液晶配向パターンを有する、第1光学異方性層26Aを形成できる。
また、λ/4板72Aおよび72Bの光学軸を各々90°回転することにより、光軸30Aの回転方向を逆にすることができる。
この際の干渉により、配向膜24A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24A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30に由来する光軸30A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、光軸30Aが回転する1方向における、光軸30Aが180°回転する1周期の長さ(1周期Λ)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上に、光学異方性層を形成することにより、後述するように、液晶化合物30に由来する光軸30Aが一方向に向かって連続的に回転する液晶配向パターンを有する、第1光学異方性層26Aを形成できる。
また、λ/4板72Aおよび72Bの光学軸を各々90°回転することにより、光軸30Aの回転方向を逆にすることができる。
なお、本発明の光学素子において、配向膜は、好ましい態様として設けられるものであり、必須の構成要件ではない。
例えば、支持体20をラビング処理する方法、支持体20をレーザ光等で加工する方法等によって、支持体20に配向パターンを形成することにより、第1光学異方性層26A等が、液晶化合物30に由来する光軸30A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。
例えば、支持体20をラビング処理する方法、支持体20をレーザ光等で加工する方法等によって、支持体20に配向パターンを形成することにより、第1光学異方性層26A等が、液晶化合物30に由来する光軸30A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。
<<光学異方性層>>
第1光学異方性部材12において、配向膜24Aの表面には、第1光学異方性層26Aが形成される。第2光学異方性部材14において、配向膜24Bの表面には、第2光学異方性層26Bが形成される。
なお、図1(および、後述する図4~図6)においては、図面を簡略化して光学素子10の構成を明確に示すために、第1光学異方性層26Aおよび第2光学異方性層26Bは、共に、配向膜の表面の液晶化合物30(液晶化合物分子)のみを示している。しかしながら、第1光学異方性層26Aおよび第2光学異方性層26Bは、図2に第1光学異方性層26Aを例示して概念的に示すように、通常の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と同様に、配向された液晶化合物30が積み重ねられた構造を有する。
第1光学異方性部材12において、配向膜24Aの表面には、第1光学異方性層26Aが形成される。第2光学異方性部材14において、配向膜24Bの表面には、第2光学異方性層26Bが形成される。
なお、図1(および、後述する図4~図6)においては、図面を簡略化して光学素子10の構成を明確に示すために、第1光学異方性層26Aおよび第2光学異方性層26Bは、共に、配向膜の表面の液晶化合物30(液晶化合物分子)のみを示している。しかしながら、第1光学異方性層26Aおよび第2光学異方性層26Bは、図2に第1光学異方性層26Aを例示して概念的に示すように、通常の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と同様に、配向された液晶化合物30が積み重ねられた構造を有する。
前述のように、本発明の光学素子10において、光学異方性層(第1光学異方性層26Aおよび第2光学異方性層26B)は、液晶化合物を含む組成物を用いて形成されたものである。
光学異方性層は、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。
光学異方性層は、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。
光学異方性層は、光学異方性層の面内において、液晶化合物に由来する光軸の向きが、矢印Xで示す一方向に連続的に回転しながら変化する液晶配向パターンを有する。
なお、液晶化合物30に由来する光軸30Aとは、液晶化合物30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。例えば、液晶化合物30が棒状液晶化合物である場合には、光軸30Aは、棒形状の長軸方向に沿っている。
以下の説明では、『矢印Xで示す一方向』を単に『矢印X方向』とも言う。また、以下の説明では、液晶化合物30に由来する光軸30Aを、『液晶化合物30の光軸30A』または『光軸30A』とも言う。
光学異方性層において、液晶化合物30は、それぞれ、光学異方性層において、矢印X方向と、この矢印X方向と直交するY方向とに平行な面内に二次元的に配向している。なお、図1、図2、後述する図4~図6では、Y方向は、紙面に直交する方向となる。
なお、液晶化合物30に由来する光軸30Aとは、液晶化合物30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。例えば、液晶化合物30が棒状液晶化合物である場合には、光軸30Aは、棒形状の長軸方向に沿っている。
以下の説明では、『矢印Xで示す一方向』を単に『矢印X方向』とも言う。また、以下の説明では、液晶化合物30に由来する光軸30Aを、『液晶化合物30の光軸30A』または『光軸30A』とも言う。
光学異方性層において、液晶化合物30は、それぞれ、光学異方性層において、矢印X方向と、この矢印X方向と直交するY方向とに平行な面内に二次元的に配向している。なお、図1、図2、後述する図4~図6では、Y方向は、紙面に直交する方向となる。
図3に、第1光学異方性層26Aの平面図を概念的に示す。
なお、平面図とは、図1において、光学素子10を上方から見た図であり、すなわち、光学素子10を厚さ方向から見た図である。言い換えれば、第1光学異方性層26Aを主面と直交する方向から見た図である。光学素子10の厚さ方向とは、言い換えれば、各層(膜)の積層方向である。
また、図3では、本発明の光学素子10の構成を明確に示すために、図1と同様、液晶化合物30は配向膜24Aの表面の液晶化合物30のみを示している。しかしながら、第1光学異方性層26Aは、厚さ方向には、図2に示されるように、この配向膜24Aの表面の液晶化合物30から、液晶化合物30が積み重ねられた構造を有するのは、前述のとおりである。
なお、平面図とは、図1において、光学素子10を上方から見た図であり、すなわち、光学素子10を厚さ方向から見た図である。言い換えれば、第1光学異方性層26Aを主面と直交する方向から見た図である。光学素子10の厚さ方向とは、言い換えれば、各層(膜)の積層方向である。
また、図3では、本発明の光学素子10の構成を明確に示すために、図1と同様、液晶化合物30は配向膜24Aの表面の液晶化合物30のみを示している。しかしながら、第1光学異方性層26Aは、厚さ方向には、図2に示されるように、この配向膜24Aの表面の液晶化合物30から、液晶化合物30が積み重ねられた構造を有するのは、前述のとおりである。
なお、図3では、第1光学異方性層26Aを代表例として説明するが、第2光学異方性層26Bも、後述する液晶配向パターンの1周期の長さ(1周期Λ)が異なる以外は、基本的に、同様の構成および作用効果を有する。
なお、光軸30Aの向きの回転方向は、第1光学異方性層26Aと第2光学異方性層26Bとで、逆方向である。すなわち、第1光学異方性層26Aにおける光軸30Aの向きの回転が時計回りである場合には、第2光学異方性層における光軸30Aの向きの回転は反時計回りである。
なお、光軸30Aの向きの回転方向は、第1光学異方性層26Aと第2光学異方性層26Bとで、逆方向である。すなわち、第1光学異方性層26Aにおける光軸30Aの向きの回転が時計回りである場合には、第2光学異方性層における光軸30Aの向きの回転は反時計回りである。
第1光学異方性層26Aは、第1光学異方性層26Aの面内において、液晶化合物30に由来する光軸30Aの向きが、矢印X方向に沿って連続的に回転しながら変化する液晶配向パターンを有する。
液晶化合物30の光軸30Aの向きが矢印X方向(所定の一方向)に連続的に回転しながら変化しているとは、具体的には、矢印X方向に沿って配列されている液晶化合物30の光軸30Aと、矢印X方向とが成す角度が、矢印X方向の位置によって異なっており、矢印X方向に沿って、光軸30Aと矢印X方向とが成す角度がθからθ+180°あるいはθ-180°まで、順次、変化していることを意味する。
なお、矢印X方向に互いに隣接する液晶化合物30の光軸30Aの角度の差は、45°以下であるのが好ましく、15°以下であるのがより好ましく、より小さい角度であるのがさらに好ましい。
液晶化合物30の光軸30Aの向きが矢印X方向(所定の一方向)に連続的に回転しながら変化しているとは、具体的には、矢印X方向に沿って配列されている液晶化合物30の光軸30Aと、矢印X方向とが成す角度が、矢印X方向の位置によって異なっており、矢印X方向に沿って、光軸30Aと矢印X方向とが成す角度がθからθ+180°あるいはθ-180°まで、順次、変化していることを意味する。
なお、矢印X方向に互いに隣接する液晶化合物30の光軸30Aの角度の差は、45°以下であるのが好ましく、15°以下であるのがより好ましく、より小さい角度であるのがさらに好ましい。
一方、第1光学異方性層26Aを形成する液晶化合物30は、矢印X方向と直交するY方向、すなわち光軸30Aが連続的に回転する一方向と直交するY方向では、光軸30Aの向きが等しい液晶化合物30が等間隔で配列されている。
言い換えれば、第1光学異方性層26Aを形成する液晶化合物30において、Y方向に配列される液晶化合物30同士では、光軸30Aの向きと矢印X方向とが成す角度が等しい。
言い換えれば、第1光学異方性層26Aを形成する液晶化合物30において、Y方向に配列される液晶化合物30同士では、光軸30Aの向きと矢印X方向とが成す角度が等しい。
本発明の光学素子10においては、このような液晶化合物30の液晶配向パターンにおいて、面内で光軸30Aの向きが連続的に回転して変化する矢印X方向において、液晶化合物30の光軸30Aが180°回転する長さ(距離)を、液晶配向パターンにおける1周期の長さΛとする。言い換えれば、液晶配向パターンにおける1周期の長さは、液晶化合物30の光軸30Aと矢印X方向とのなす角度がθからθ+180°となるまでの距離により定義される。
すなわち、矢印X方向に対する角度が等しい2つの液晶化合物30の、矢印X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、矢印X方向と光軸30Aの方向とが一致する2つの液晶化合物30の、矢印X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。
また、以下の説明では、各光学異方性層における1周期Λを識別するために、第1光学異方性層26Aにおける1周期Λを『ΛA』、第2光学異方性層26Bにおける1周期Λを『ΛB』とも言う。
本発明の光学素子10において、光学異方性層の液晶配向パターンは、この1周期Λを、矢印X方向すなわち光軸30Aの向きが連続的に回転して変化する一方向に繰り返す。
すなわち、矢印X方向に対する角度が等しい2つの液晶化合物30の、矢印X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、矢印X方向と光軸30Aの方向とが一致する2つの液晶化合物30の、矢印X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。
また、以下の説明では、各光学異方性層における1周期Λを識別するために、第1光学異方性層26Aにおける1周期Λを『ΛA』、第2光学異方性層26Bにおける1周期Λを『ΛB』とも言う。
本発明の光学素子10において、光学異方性層の液晶配向パターンは、この1周期Λを、矢印X方向すなわち光軸30Aの向きが連続的に回転して変化する一方向に繰り返す。
前述のように光学異方性層において、Y方向に配列される液晶化合物は、光軸30Aと矢印X方向(液晶化合物30の光軸の向きが回転する1方向)とが成す角度が等しい。この光軸30Aと矢印X方向とが成す角度が等しい液晶化合物30が、Y方向に配置された領域を、領域Rとする。
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(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、光軸30Aの方向の液晶化合物30の屈折率と、領域Rの面内において光軸30Aに垂直な方向の液晶化合物30の屈折率との差に等しい。つまり、上記屈折率差Δnは、液晶化合物の屈折率差に等しい。
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、光軸30Aの方向の液晶化合物30の屈折率と、領域Rの面内において光軸30Aに垂直な方向の液晶化合物30の屈折率との差に等しい。つまり、上記屈折率差Δnは、液晶化合物の屈折率差に等しい。
このような光学異方性層(第1光学異方性層26Aおよび第2光学異方性層26B)に円偏光が入射すると、光は、屈折され、かつ、円偏光の方向が変換される。
この作用を、図4に第1光学異方性層26Aを例示して概念的に示す。なお、第1光学異方性層26A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4に示すように、第1光学異方性層26A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、第1光学異方性層26Aに左円偏光である入射光L1が入射すると、入射光L1は、第1光学異方性層26A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、入射光L1は、第1光学異方性層26Aを通過する際に、それぞれの液晶化合物30の光軸30Aの向きに応じて絶対位相が変化する。このとき、光軸30Aの向きは、矢印X方向に沿って回転しながら変化しているため、光軸30Aの向きに応じて、入射光L1の絶対位相の変化量が異なる。さらに、第1光学異方性層26Aに形成された液晶配向パターンは、矢印X方向に周期的なパターンであるため、第1光学異方性層26Aを通過した入射光L1には、図4に示すように、それぞれの光軸30Aの向きに対応した矢印X方向に周期的な絶対位相Q1が与えられる。これにより、矢印X方向に対して逆の方向に傾いた等位相面E1が形成される。
そのため、透過光L2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折され、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、左円偏光の入射光L1は、入射方向に対して矢印X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。
この作用を、図4に第1光学異方性層26Aを例示して概念的に示す。なお、第1光学異方性層26A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4に示すように、第1光学異方性層26A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、第1光学異方性層26Aに左円偏光である入射光L1が入射すると、入射光L1は、第1光学異方性層26A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、入射光L1は、第1光学異方性層26Aを通過する際に、それぞれの液晶化合物30の光軸30Aの向きに応じて絶対位相が変化する。このとき、光軸30Aの向きは、矢印X方向に沿って回転しながら変化しているため、光軸30Aの向きに応じて、入射光L1の絶対位相の変化量が異なる。さらに、第1光学異方性層26Aに形成された液晶配向パターンは、矢印X方向に周期的なパターンであるため、第1光学異方性層26Aを通過した入射光L1には、図4に示すように、それぞれの光軸30Aの向きに対応した矢印X方向に周期的な絶対位相Q1が与えられる。これにより、矢印X方向に対して逆の方向に傾いた等位相面E1が形成される。
そのため、透過光L2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折され、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、左円偏光の入射光L1は、入射方向に対して矢印X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。
一方、図5に概念的に示すように、第1光学異方性層26A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のとき、第1光学異方性層26Aに右円偏光の入射光L4が入射すると、入射光L4は、第1光学異方性層26Aを通過することにより、180°の位相差が与えられて、左円偏光の透過光L5に変換される。
また、入射光L4は、第1光学異方性層26Aを通過する際に、それぞれの液晶化合物30の光軸30Aの向きに応じて絶対位相が変化する。このとき、光軸30Aの向きは、矢印X方向に沿って回転しながら変化しているため、光軸30Aの向きに応じて、入射光L4の絶対位相の変化量が異なる。さらに、第1光学異方性層26Aに形成された液晶配向パターンは、矢印X方向に周期的なパターンであるため、第1光学異方性層26Aを通過した入射光L4は、図5に示すように、それぞれの光軸30Aの向きに対応した矢印X方向に周期的な絶対位相Q2が与えられる。
ここで、入射光L4は、右円偏光であるので、光軸30Aの向きに対応した矢印X方向に周期的な絶対位相Q2は、左円偏光である入射光L1とは逆になる。その結果、入射光L4では、入射光L1とは逆に矢印X方向に傾斜した等位相面E2が形成される。
そのため、入射光L4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折され、入射光L4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L4は、入射方向に対して矢印X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、入射光L4は、第1光学異方性層26Aを通過する際に、それぞれの液晶化合物30の光軸30Aの向きに応じて絶対位相が変化する。このとき、光軸30Aの向きは、矢印X方向に沿って回転しながら変化しているため、光軸30Aの向きに応じて、入射光L4の絶対位相の変化量が異なる。さらに、第1光学異方性層26Aに形成された液晶配向パターンは、矢印X方向に周期的なパターンであるため、第1光学異方性層26Aを通過した入射光L4は、図5に示すように、それぞれの光軸30Aの向きに対応した矢印X方向に周期的な絶対位相Q2が与えられる。
ここで、入射光L4は、右円偏光であるので、光軸30Aの向きに対応した矢印X方向に周期的な絶対位相Q2は、左円偏光である入射光L1とは逆になる。その結果、入射光L4では、入射光L1とは逆に矢印X方向に傾斜した等位相面E2が形成される。
そのため、入射光L4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折され、入射光L4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L4は、入射方向に対して矢印X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。
第1光学異方性層26Aにおいて、複数の領域Rの面内レタデーションの値は、半波長であるのが好ましいが、波長が550nmである入射光に対する第1光学異方性層26A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るのが好ましい。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、第1光学異方性層26Aの厚さである。
200nm≦Δn550×d≦350nm・・・(1)
すなわち、第1光学異方性層26A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、第1光学異方性層26Aに入射した光の十分な量の円偏光成分を、矢印X方向に対して順方向または逆方向に傾いた方向に進行する円偏光に変換することができる。面内レタデーションRe(550)=Δn550×dは、225nm≦Δn550×d≦340nmがより好ましく、250nm≦Δn550×d≦330nmがさらに好ましい。
なお、上記式(1)は波長550nmである入射光に対する範囲であるが、波長がλnmである入射光に対する光学異方性層の複数の領域Rの面内レタデーションRe(λ)=Δnλ×dは下記式(1-2)に規定される範囲内であるのが好ましく、適宜設定することができる。
0.7λnm≦Δnλ×d≦1.3λnm・・・(1-2)
200nm≦Δn550×d≦350nm・・・(1)
すなわち、第1光学異方性層26A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、第1光学異方性層26Aに入射した光の十分な量の円偏光成分を、矢印X方向に対して順方向または逆方向に傾いた方向に進行する円偏光に変換することができる。面内レタデーションRe(550)=Δn550×dは、225nm≦Δn550×d≦340nmがより好ましく、250nm≦Δn550×d≦330nmがさらに好ましい。
なお、上記式(1)は波長550nmである入射光に対する範囲であるが、波長がλnmである入射光に対する光学異方性層の複数の領域Rの面内レタデーションRe(λ)=Δnλ×dは下記式(1-2)に規定される範囲内であるのが好ましく、適宜設定することができる。
0.7λnm≦Δnλ×d≦1.3λnm・・・(1-2)
また、第1光学異方性層26Aにおける、複数の領域Rの面内レタデーションReの値は、上記式(1)の範囲外で用いることもできる。具体的には、Δn550×d<200nmまたは350nm<Δn550×dとすることで、入射光の進行方向と同一の方向に進行する光と、入射光の進行方向とは異なる方向に進行する光に分けることができる。Δn550×dが0nmまたは550nmに近づくと入射光の進行方向と同一の方向に進行する光の成分は増加し、入射光の進行方向とは異なる方向に進行する光の成分は減少する。
さらに、波長が450nmの入射光に対する第1光学異方性層26A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の入射光に対する第1光学異方性層26A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)を満たすのが好ましい。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)<1.0・・・(2)
式(2)は、第1光学異方性層26Aに含まれる液晶化合物30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、第1光学異方性層26Aは、広帯域の波長の入射光に対応できる。
(Δn450×d)/(Δn550×d)<1.0・・・(2)
式(2)は、第1光学異方性層26Aに含まれる液晶化合物30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、第1光学異方性層26Aは、広帯域の波長の入射光に対応できる。
ここで、第1光学異方性層26Aに形成された液晶配向パターンの1周期Λを変化させることにより、透過光L2およびL5の屈折の角度を調節できる。具体的には、液晶配向パターンの1周期Λが短いほど、互いに隣接した液晶化合物30を通過した光同士が強く干渉するため、透過光L2およびL5を大きく屈折させることができる。
また、入射光L1およびL4に対する透過光L2およびL5の屈折の角度は、入射光L1およびL4(透過光L2およびL5)の波長によって異なる。具体的には、入射光の波長が長いほど、透過光は大きく屈折する。すなわち、入射光が赤色光、緑色光および青色光である場合には、赤色光が最も大きく屈折し、青色光の屈折が最も小さい。
さらに、矢印X方向に沿って回転する、液晶化合物30の光軸30A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。
また、入射光L1およびL4に対する透過光L2およびL5の屈折の角度は、入射光L1およびL4(透過光L2およびL5)の波長によって異なる。具体的には、入射光の波長が長いほど、透過光は大きく屈折する。すなわち、入射光が赤色光、緑色光および青色光である場合には、赤色光が最も大きく屈折し、青色光の屈折が最も小さい。
さらに、矢印X方向に沿って回転する、液晶化合物30の光軸30A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。
光学異方性層は、棒状液晶化合物また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また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20上に配向膜を形成し、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/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20および配向膜を一体的に備えた積層体が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。
支持体20上に配向膜を形成し、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/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20および配向膜を一体的に備えた積層体が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、液晶組成物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号明細書、同5622648号明細書、同5770107号明細書、国際公開第95/22586号、同95/24455号、同97/00600号、同98/23580号、同98/52905号、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号公報および特開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号公報および特開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。
なお、光学異方性層に円盤状液晶化合物を用いた場合には、光学異方性層において、液晶化合物30は厚さ方向に立ち上がっており、液晶化合物に由来する光軸30A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15参照)。
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号公報に記載のものを好ましく用いることができる。
なお、光学異方性層に円盤状液晶化合物を用いた場合には、光学異方性層において、液晶化合物30は厚さ方向に立ち上がっており、液晶化合物に由来する光軸30A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15参照)。
<波長選択性位相差層>
本発明の光学素子10は、第1光学異方性部材12と第2光学異方性部材14との間に、波長選択性位相差層18Gを設けたものである。
本発明の光学素子において、波長選択性位相差層とは、特定の波長域の円偏光を、逆の旋回方向の円偏光に変換する部材である。
図示例の光学素子において、波長選択性位相差層18Gは、緑色光の円偏光を選択的に逆の旋回方向の円偏光に変換するものであり、緑色光の右円偏光を緑色光の左円偏光に変換し、また、緑色光の左円偏光を緑色光の右円偏光に変換し、それ以外の光は、旋回方向を保って透過(素抜け)させる。
本発明の光学素子10は、第1光学異方性部材12と第2光学異方性部材14との間に、波長選択性位相差層18Gを設けたものである。
本発明の光学素子において、波長選択性位相差層とは、特定の波長域の円偏光を、逆の旋回方向の円偏光に変換する部材である。
図示例の光学素子において、波長選択性位相差層18Gは、緑色光の円偏光を選択的に逆の旋回方向の円偏光に変換するものであり、緑色光の右円偏光を緑色光の左円偏光に変換し、また、緑色光の左円偏光を緑色光の右円偏光に変換し、それ以外の光は、旋回方向を保って透過(素抜け)させる。
言い換えれば、波長選択性位相差層とは、特定の波長域のみ位相をπずらすものである。このような波長選択性位相差層は、例えば、特定の波長域のみに作用するλ/2板と言うこともできる。
このような波長選択性位相差層は、例えば、位相差が異なる複数の位相差板を積層することによって作製できる。
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。
本発明において波長選択性位相差層は、特定の波長域の円偏光を、逆の旋回方向の円偏光に変換するものである。そのため、特表2000-510961号公報およびSID 99 DIGEST, pp.1072-1075などに記載されている波長選択性位相差層の両面にλ/4板を付与して用いるのが好ましい。
λ/4板としてはポリマー、液晶化合物の硬化層、および、構造複屈折層等、種々の位相差板を用いることができる。
λ/4板は、逆分散性を有するのが好ましい。λ/4板が逆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。
λ/4板は複数の位相差板を積層し、実効的にλ/4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。
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。
本発明において波長選択性位相差層は、特定の波長域の円偏光を、逆の旋回方向の円偏光に変換するものである。そのため、特表2000-510961号公報およびSID 99 DIGEST, pp.1072-1075などに記載されている波長選択性位相差層の両面にλ/4板を付与して用いるのが好ましい。
λ/4板としてはポリマー、液晶化合物の硬化層、および、構造複屈折層等、種々の位相差板を用いることができる。
λ/4板は、逆分散性を有するのが好ましい。λ/4板が逆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。
λ/4板は複数の位相差板を積層し、実効的にλ/4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。
<光学素子の作用>
前述のように、液晶化合物を含む組成物を用いて形成された、光軸30Aの方向が矢印X方向に沿って回転する液晶配向パターンを有する光学異方性層は、円偏光を屈折させるが、屈折の角度は、光の波長によって異なる。具体的には、長波長の光ほど、屈折の角度が大きい。従って、例えば、入射光が赤色光、緑色光および青色光である場合には、赤色光が最も大きく屈折し、青色光の屈折が最も小さい。
そのため、例えば、ARグラスの導光板において、導光板への光の入射および出射のための回折素子として、光軸30Aの向きが回転する上述の液晶配向パターンを有する光学異方性層による光学素子を用いた場合には、フルカラー画像では、赤色光と緑色光と青色光とで透過方向が異なってしまい、赤色画像と緑色画像と青色画像とが一致しない、いわゆる色ズレを有する画像が観察されてしまう。
非特許文献1に記載されるように、赤色画像、緑色画像および青色画像のそれぞれに対応して導光板を設け、3枚の導光板を積層した構成とすることで、色ズレは解消できる。しかしながら、この構成では、全体として導光板が厚く、かつ、重くなってしまい、さらに、構成も複雑になってしまう。
前述のように、液晶化合物を含む組成物を用いて形成された、光軸30Aの方向が矢印X方向に沿って回転する液晶配向パターンを有する光学異方性層は、円偏光を屈折させるが、屈折の角度は、光の波長によって異なる。具体的には、長波長の光ほど、屈折の角度が大きい。従って、例えば、入射光が赤色光、緑色光および青色光である場合には、赤色光が最も大きく屈折し、青色光の屈折が最も小さい。
そのため、例えば、ARグラスの導光板において、導光板への光の入射および出射のための回折素子として、光軸30Aの向きが回転する上述の液晶配向パターンを有する光学異方性層による光学素子を用いた場合には、フルカラー画像では、赤色光と緑色光と青色光とで透過方向が異なってしまい、赤色画像と緑色画像と青色画像とが一致しない、いわゆる色ズレを有する画像が観察されてしまう。
非特許文献1に記載されるように、赤色画像、緑色画像および青色画像のそれぞれに対応して導光板を設け、3枚の導光板を積層した構成とすることで、色ズレは解消できる。しかしながら、この構成では、全体として導光板が厚く、かつ、重くなってしまい、さらに、構成も複雑になってしまう。
これに対し、本発明の光学素子は、複数の光学異方性層を配列し、配列される光学異方性層の内の、隣接する2枚の光学異方性層の少なくとも1対の間に、波長選択性位相差層を有し、さらに、光学異方性層が、液晶化合物由来の光軸の向きが一方向に向かって回転する液晶配向パターンを有し、かつ、少なくとも1層の光学異方性層の液晶配向パターンの1周期が、他の光学異方性層とは異なる。
このような本発明の光学素子によれば、光の屈折角度の波長依存性を大幅に低減して、波長の異なる光を、ほぼ同じ方向に屈折して透過・出射できる。そのため、本発明の光学素子(一例として後述する光学素子32)を、例えば、ARグラスにおいて、導光板に光を入射させる回折素子および/または導光板から光を出射させる回折素子として用いることにより、1枚の導光板で、色ズレを生じることなく、赤色画像、緑色画像および青色画像を伝播して、適正な画像を使用者に表示できる。
このような本発明の光学素子によれば、光の屈折角度の波長依存性を大幅に低減して、波長の異なる光を、ほぼ同じ方向に屈折して透過・出射できる。そのため、本発明の光学素子(一例として後述する光学素子32)を、例えば、ARグラスにおいて、導光板に光を入射させる回折素子および/または導光板から光を出射させる回折素子として用いることにより、1枚の導光板で、色ズレを生じることなく、赤色画像、緑色画像および青色画像を伝播して、適正な画像を使用者に表示できる。
以下、図6および図7の概念図を参照して、光学素子10の作用を詳細に説明する。
なお、本発明の光学素子において、光学的な作用を発現するのは、基本的に、光学異方性層および波長選択性位相差層のみである。そのため、図面を簡略化して、構成および作用効果を明確に示すために、図6(および、後述する図9)では、第1光学異方性部材12および第2光学異方性部材14は、共に、第1光学異方性層26Aおよび第2光学異方性層26Bのみを示し、かつ、図示した部材は配列方向に離間して示す。
なお、本発明の光学素子において、光学的な作用を発現するのは、基本的に、光学異方性層および波長選択性位相差層のみである。そのため、図面を簡略化して、構成および作用効果を明確に示すために、図6(および、後述する図9)では、第1光学異方性部材12および第2光学異方性部材14は、共に、第1光学異方性層26Aおよび第2光学異方性層26Bのみを示し、かつ、図示した部材は配列方向に離間して示す。
前述のように、光学素子10は、第1光学異方性層26Aを有する第1光学異方性部材12と、第2光学異方性層26Bを有する第2光学異方性部材14との間に、緑色光の円偏光の旋回方向を逆方向に変換する波長選択性位相差層18Gを設けたものである。
光学素子10は、一例として、青色光の円偏光および緑色光の円偏光を対象として、入射光を所定の方向に屈折して透過させる。なお、図6では、入射光を右円偏光としているが、入射光が左円偏光でも、屈折の方向が逆になるだけで、作用効果は同じである。
光学素子10は、一例として、青色光の円偏光および緑色光の円偏光を対象として、入射光を所定の方向に屈折して透過させる。なお、図6では、入射光を右円偏光としているが、入射光が左円偏光でも、屈折の方向が逆になるだけで、作用効果は同じである。
光学素子10において、緑色光の右円偏光GRおよび青色光の右円偏光BR(図5の入射光L4参照)が第1光学異方性層26Aに入射すると、前述のように、入射方向に対して矢印X方向とは逆方向に所定角度、屈折され、かつ、緑色光の左円偏光G1Lおよび青色光の左円偏光B1L(図5の透過光L5参照)に変換される。
ここで、前述のように、第1光学異方性層26Aによる屈折の角度は、波長の長い緑色光の方が大きいので、図7に示すように、入射光に対する屈折の角度は、緑色光(G)の角度θG1の方が青色光(B)の角度θB1よりも大きい。また、光学異方性層の1周期Λは、第1光学異方性層26Aの1周期ΛAの方が短いので、各光の屈折の角度は、第2光学異方性層26Bを透過した際よりも大きい。
ここで、前述のように、第1光学異方性層26Aによる屈折の角度は、波長の長い緑色光の方が大きいので、図7に示すように、入射光に対する屈折の角度は、緑色光(G)の角度θG1の方が青色光(B)の角度θB1よりも大きい。また、光学異方性層の1周期Λは、第1光学異方性層26Aの1周期ΛAの方が短いので、各光の屈折の角度は、第2光学異方性層26Bを透過した際よりも大きい。
第1光学異方性層26Aを透過した緑色光の左円偏光G1Lおよび青色光の左円偏光B1Lは、次いで、波長選択性位相差層18Gに入射する。
前述のように、波長選択性位相差層18Gは、緑色光の円偏光のみ、逆の旋回方向の円偏光に変換して、他の光は、旋回方向を保って透過(素抜け)するものである。
従って、緑色光の左円偏光G1Lおよび青色光の左円偏光B1Lが、波長選択性位相差層18Gに入射して、透過すると、青色光の左円偏光B1Lは、そのまま透過する。これに対して、緑色光の左円偏光G1Lは、緑色光の右円偏光G1Rに変換される。
前述のように、波長選択性位相差層18Gは、緑色光の円偏光のみ、逆の旋回方向の円偏光に変換して、他の光は、旋回方向を保って透過(素抜け)するものである。
従って、緑色光の左円偏光G1Lおよび青色光の左円偏光B1Lが、波長選択性位相差層18Gに入射して、透過すると、青色光の左円偏光B1Lは、そのまま透過する。これに対して、緑色光の左円偏光G1Lは、緑色光の右円偏光G1Rに変換される。
波長選択性位相差層18Gを透過した緑色光の右円偏光G1Rおよび青色光の左円偏光B1Lは、次いで、第2光学異方性層26Bに入射する。
第2光学異方性層26Bに入射した緑色光の右円偏光G1Rおよび青色光の左円偏光B1Lは、同様に、屈折され、また、円偏光を逆の旋回方向の円偏光に変換され、緑色光の左円偏光G2Lおよび青色光の右円偏光B2Rとなって、出射される。
第2光学異方性層26Bに入射した緑色光の右円偏光G1Rおよび青色光の左円偏光B1Lは、同様に、屈折され、また、円偏光を逆の旋回方向の円偏光に変換され、緑色光の左円偏光G2Lおよび青色光の右円偏光B2Rとなって、出射される。
ここで、第2光学異方性層26Bに入射する緑色光の右円偏光G1Rと青色光の左円偏光B1Lとは、円偏光の旋回方向が逆である。また、第1光学異方性層26Aと第2光学異方性層26Bとは、前述のように、液晶化合物30の光軸30Aの回転方向は逆である。
そのため、図4および図5に示すように、青色光の左円偏光B2Lは、さらに、矢印X方向とは逆方向に屈折され、図7の左側に示すように、入射光(青色光の右円偏光BR)に対して、角度θB2で出射される。
これに対し、緑色光の右円偏光G1Rは、青色光とは円偏光の旋回方向が逆である。そのため図7の右側に示すように、第2光学異方性層26Bでは、第1光学異方性層26Aとは逆に、屈折を戻されるように矢印Xに方向に屈折される。その結果、緑色光の左円偏光G2Lは、入射光(緑色光の右円偏光GR)に対して、最初の角度θG1よりも小さく、青色光の左円偏光B2Lの角度θB2と殆ど同じ、角度θG2で出射される。
そのため、図4および図5に示すように、青色光の左円偏光B2Lは、さらに、矢印X方向とは逆方向に屈折され、図7の左側に示すように、入射光(青色光の右円偏光BR)に対して、角度θB2で出射される。
これに対し、緑色光の右円偏光G1Rは、青色光とは円偏光の旋回方向が逆である。そのため図7の右側に示すように、第2光学異方性層26Bでは、第1光学異方性層26Aとは逆に、屈折を戻されるように矢印Xに方向に屈折される。その結果、緑色光の左円偏光G2Lは、入射光(緑色光の右円偏光GR)に対して、最初の角度θG1よりも小さく、青色光の左円偏光B2Lの角度θB2と殆ど同じ、角度θG2で出射される。
このように、本発明の光学素子10では、波長が長く、光学異方性層による屈折が大きい緑色光は、第1光学異方性層26Aで矢印X方向と逆方向に屈折させた後、第2光学異方性層26Bによって、屈折を戻すように矢印X方行に屈折させる。これに対して、波長が短く、光学異方性層による屈折が小さい青色光は、第1光学異方性層26Aおよび第2光学異方性層26Bによって、共に矢印X方向と逆方向に屈折させる。
すなわち、光学素子10では、波長に起因する光学異方性層による屈折の大きさに応じて、屈折が大きい長波長の光は、最初に屈折させた後に、2回目では、逆方向に屈折させて屈折を戻す。これに対して、屈折が小さい短波長の光は、2回目も、1回目と同方向に屈折させる。これにより、入射光に対する、緑色光の屈折の角度θG2と、青色光の屈折の角度θB2とを、極めて近い角度にできる。
そのため、本発明の光学素子10によれば、入射した青色光と緑色光とを、ほぼ同様の角度で屈折して、ほぼ同じ方向に出射できる。
すなわち、光学素子10では、波長に起因する光学異方性層による屈折の大きさに応じて、屈折が大きい長波長の光は、最初に屈折させた後に、2回目では、逆方向に屈折させて屈折を戻す。これに対して、屈折が小さい短波長の光は、2回目も、1回目と同方向に屈折させる。これにより、入射光に対する、緑色光の屈折の角度θG2と、青色光の屈折の角度θB2とを、極めて近い角度にできる。
そのため、本発明の光学素子10によれば、入射した青色光と緑色光とを、ほぼ同様の角度で屈折して、ほぼ同じ方向に出射できる。
前述のように、第1光学異方性層26Aおよび第2光学異方性層26Bによる屈折の光の角度は、光の波長が長いほど大きい。
また、第1光学異方性層26Aおよび第2光学異方性層26Bによる屈折の光の角度は、液晶配向パターンにおいて矢印X方向に沿って光軸30Aの向きが180°回転する1周期Λが短いほど大きい。光学素子10では、一例として、図1にも示すように、第1光学異方性層26Aにおける液晶配向パターンの1周期ΛAが、第2光学異方性層26Bにおける液晶配向パターンの1周期ΛBよりも短い。すなわち、光入射側の第1光学異方性層26Aの方が、大きく光を屈折させる。
従って、対象とする光の波長に対して、液晶配向パターンの1周期Λを調節することで、好適に、異なる波長の光の出射方向を同一方向にできる。
また、第1光学異方性層26Aおよび第2光学異方性層26Bによる屈折の光の角度は、液晶配向パターンにおいて矢印X方向に沿って光軸30Aの向きが180°回転する1周期Λが短いほど大きい。光学素子10では、一例として、図1にも示すように、第1光学異方性層26Aにおける液晶配向パターンの1周期ΛAが、第2光学異方性層26Bにおける液晶配向パターンの1周期ΛBよりも短い。すなわち、光入射側の第1光学異方性層26Aの方が、大きく光を屈折させる。
従って、対象とする光の波長に対して、液晶配向パターンの1周期Λを調節することで、好適に、異なる波長の光の出射方向を同一方向にできる。
図示例の光学素子10のように、2種の波長域の光を対象にする場合には、長波長の光の設計波長をλa、短波長の光の設計波長をλbとし(λa>λb)、1層目の光学異方性層における液晶配向パターンの1周期をΛ1、2層目の光学異方性層における液晶配向パターンの1周期をΛ2とした場合に、下記の式
Λ2=[(λa+λb)/(λa-λb)]Λ1
を満たす場合に、2種の波長域の光の出射方向を、ほぼ同方向にできる。なお、この式においては、第1光学異方性層26Aおよび第2光学異方性層26Bの、いずれを1層目にしてもよい。
この点を考慮すると、本発明においては、2種の波長(波長域)の光を対象とする光学素子10においては、下記の式を満たすのが好ましい。
0.6*{[(λa+λb)/(λa-λb)]Λ1}≦Λ2
≦3.0*{[(λa+λb)/(λa-λb)]Λ1}
これにより、屈折の波長依存性を極めて小さくして、2種の波長域の光の出射方向を、ほぼ同方向にできる。
また、本発明において、2種の波長(波長域)の光を対象とする光学素子10は、下記の式を満たすのがより好ましく、
0.7*{[(λa+λb)/(λa-λb)]Λ1}≦Λ2
≦1.8*{[(λa+λb)/(λa-λb)]Λ1}
下記の式を満たすのがさらに好ましく、
0.8*{[(λa+λb)/(λa-λb)]Λ1}≦Λ2
≦1.3*{[(λa+λb)/(λa-λb)]Λ1}
下記の式を満たすのが特に好ましい。
0.9*{[(λa+λb)/(λa-λb)]Λ1}≦Λ2
≦1.15*{[(λa+λb)/(λa-λb)]Λ1}
Λ2=[(λa+λb)/(λa-λb)]Λ1
を満たす場合に、2種の波長域の光の出射方向を、ほぼ同方向にできる。なお、この式においては、第1光学異方性層26Aおよび第2光学異方性層26Bの、いずれを1層目にしてもよい。
この点を考慮すると、本発明においては、2種の波長(波長域)の光を対象とする光学素子10においては、下記の式を満たすのが好ましい。
0.6*{[(λa+λb)/(λa-λb)]Λ1}≦Λ2
≦3.0*{[(λa+λb)/(λa-λb)]Λ1}
これにより、屈折の波長依存性を極めて小さくして、2種の波長域の光の出射方向を、ほぼ同方向にできる。
また、本発明において、2種の波長(波長域)の光を対象とする光学素子10は、下記の式を満たすのがより好ましく、
0.7*{[(λa+λb)/(λa-λb)]Λ1}≦Λ2
≦1.8*{[(λa+λb)/(λa-λb)]Λ1}
下記の式を満たすのがさらに好ましく、
0.8*{[(λa+λb)/(λa-λb)]Λ1}≦Λ2
≦1.3*{[(λa+λb)/(λa-λb)]Λ1}
下記の式を満たすのが特に好ましい。
0.9*{[(λa+λb)/(λa-λb)]Λ1}≦Λ2
≦1.15*{[(λa+λb)/(λa-λb)]Λ1}
[光学素子の第2の態様]
以上の光学素子10は、緑色光および青色光という2種の波長域(設計波長)の光を対象とするものであるが、本発明の光学素子は、これに限定はされず、3種あるいはそれ以上の種類の波長域の光を対象として、入射光を屈折させて出射してもよい。
以上の光学素子10は、緑色光および青色光という2種の波長域(設計波長)の光を対象とするものであるが、本発明の光学素子は、これに限定はされず、3種あるいはそれ以上の種類の波長域の光を対象として、入射光を屈折させて出射してもよい。
図8に、その一例を示す。
なお、図8に示す光学素子32は、図1に示す光学素子10と同じ部材を多用するので、同じ部材には同じ符号を付し、以下の説明は、異なる部位を主に行う。
図8に示す光学素子32は、前述の光学素子10の第1光学異方性部材12、第2光学異方性部材14および波長選択性位相差層18Gに加え、第3光学異方性部材16および波長選択性位相差層18Rを有する。
なお、図8に示す光学素子32は、図1に示す光学素子10と同じ部材を多用するので、同じ部材には同じ符号を付し、以下の説明は、異なる部位を主に行う。
図8に示す光学素子32は、前述の光学素子10の第1光学異方性部材12、第2光学異方性部材14および波長選択性位相差層18Gに加え、第3光学異方性部材16および波長選択性位相差層18Rを有する。
第3光学異方性部材16は、第1光学異方性部材12等と同様の構成を有するものであり、支持体20と、配向膜24Cと、第3光学異方性層26Cとを有する。配向膜24Cおよび第3光学異方性層26Cは、1周期Λが異なる以外は、前述の配向膜24Aおよび第1光学異方性層26Aと、同様のものである。
また、波長選択性位相差層18Rは、赤色光の円偏光を選択的に逆の旋回方向の円偏光に変換するものであり、赤色光の右円偏光を赤色光の左円偏光に変換し、また、赤色光の左円偏光を赤色光の右円偏光に変換し、それ以外の光は、そのまま透過させる。
また、波長選択性位相差層18Rは、赤色光の円偏光を選択的に逆の旋回方向の円偏光に変換するものであり、赤色光の右円偏光を赤色光の左円偏光に変換し、また、赤色光の左円偏光を赤色光の右円偏光に変換し、それ以外の光は、そのまま透過させる。
光学素子32においては、第1光学異方性層26Aと第3光学異方性層26Cとが、矢印X方向に沿った液晶化合物30の光軸30Aの回転方向が等しく、第2光学異方性層26Bは、矢印X方向に沿った液晶化合物30の光軸30Aの回転方向が他の2層の光学異方性層とは逆である。
また、光学素子32は、液晶配向パターンにおいて液晶化合物30の光軸30Aが180°回転する矢印X方向の長さ1周期Λは、第1光学異方性層26Aの1周期ΛAが最も短く、第2光学異方性層26Bの1周期ΛBが最も長い。光学素子32は、第1光学異方性部材12側を、光入射側にする。すなわち、光学素子32においては、光入射側の第1光学異方性層26Aが、最も、大きく光を屈折させる。
さらに、光学素子32は、第1光学異方性部材12(第1光学異方性層26A)と第2光学異方性部材14(第2光学異方性層26B)との間に、赤色光の円偏光の旋回方向を選択的に変換する波長選択性位相差層18Rを配置する。また、光学素子32は、第2光学異方性部材14と第3光学異方性部材16(第3光学異方性層26C)との間に、緑色光の円偏光の旋回方向を選択的に変換する波長選択性位相差層18Gを配置する。
また、光学素子32は、液晶配向パターンにおいて液晶化合物30の光軸30Aが180°回転する矢印X方向の長さ1周期Λは、第1光学異方性層26Aの1周期ΛAが最も短く、第2光学異方性層26Bの1周期ΛBが最も長い。光学素子32は、第1光学異方性部材12側を、光入射側にする。すなわち、光学素子32においては、光入射側の第1光学異方性層26Aが、最も、大きく光を屈折させる。
さらに、光学素子32は、第1光学異方性部材12(第1光学異方性層26A)と第2光学異方性部材14(第2光学異方性層26B)との間に、赤色光の円偏光の旋回方向を選択的に変換する波長選択性位相差層18Rを配置する。また、光学素子32は、第2光学異方性部材14と第3光学異方性部材16(第3光学異方性層26C)との間に、緑色光の円偏光の旋回方向を選択的に変換する波長選択性位相差層18Gを配置する。
以下、図9および図10を参照して、光学素子32の作用を詳細に説明する。
光学素子10は、一例として、赤色光の円偏光、緑色光の円偏光および青色光の円偏光を対象として、入射光を所定の方向に屈折して透過させる。なお、上述の図6と同様、図9では、入射光を右円偏光としているが、入射光が左円偏光でも、屈折の方向が逆になるだけで、作用効果は同じである。
光学素子10は、一例として、赤色光の円偏光、緑色光の円偏光および青色光の円偏光を対象として、入射光を所定の方向に屈折して透過させる。なお、上述の図6と同様、図9では、入射光を右円偏光としているが、入射光が左円偏光でも、屈折の方向が逆になるだけで、作用効果は同じである。
光学素子10において、赤色光の右円偏光RR、緑色光の右円偏光GRおよび青色光の右円偏光BR(図5の入射光L4参照)が第1光学異方性層26Aに入射すると、前述のように、入射方向に対して矢印X方向とは逆方向に、所定角度、屈折され、かつ、赤色光の左円偏光R1L、緑色光の左円偏光G1Lおよび青色光の左円偏光B1L(図5の透過光L5参照)に変換される。
ここで、前述のように、第1光学異方性層26Aによる屈折の角度は、波長が最も長い赤色光が最も大きく、波長が最も短い青色光が最も小さい。従って、入射光に対する屈折の角度は、図7に示すように、赤色光(R)の角度θR1が最も大きく、緑色光(G)の角度θG1が中間で、青色光(B)の角度θB1が最も小さい。なお、光学異方性層の1周期Λは、第1光学異方性層26Aの1周期ΛAが最も短いので、各光の屈折の角度は、第1光学異方性層26Aを透過した際が最も大きい。
ここで、前述のように、第1光学異方性層26Aによる屈折の角度は、波長が最も長い赤色光が最も大きく、波長が最も短い青色光が最も小さい。従って、入射光に対する屈折の角度は、図7に示すように、赤色光(R)の角度θR1が最も大きく、緑色光(G)の角度θG1が中間で、青色光(B)の角度θB1が最も小さい。なお、光学異方性層の1周期Λは、第1光学異方性層26Aの1周期ΛAが最も短いので、各光の屈折の角度は、第1光学異方性層26Aを透過した際が最も大きい。
第1光学異方性層26Aを透過した赤色光の左円偏光R1L、緑色光の左円偏光G1Lおよび青色光の左円偏光B1Lは、次いで、波長選択性位相差層18Rに入射する。
前述のように、波長選択性位相差層18Rは、赤色光の円偏光のみ、逆の旋回方向の円偏光に変換して、他の光は、そのまま透過(素抜け)するものである。
従って、赤色光の左円偏光R1L、緑色光の左円偏光G1Lおよび青色光の左円偏光B1Lが、波長選択性位相差層18Rに入射して、透過すると、緑色光の左円偏光G1Lおよび青色光の左円偏光B1Lは、そのまま透過する。これに対して、赤色光の左円偏光R1Lは、赤色光の右円偏光R1Rに変換される。
前述のように、波長選択性位相差層18Rは、赤色光の円偏光のみ、逆の旋回方向の円偏光に変換して、他の光は、そのまま透過(素抜け)するものである。
従って、赤色光の左円偏光R1L、緑色光の左円偏光G1Lおよび青色光の左円偏光B1Lが、波長選択性位相差層18Rに入射して、透過すると、緑色光の左円偏光G1Lおよび青色光の左円偏光B1Lは、そのまま透過する。これに対して、赤色光の左円偏光R1Lは、赤色光の右円偏光R1Rに変換される。
波長選択性位相差層18Rを透過した赤色光の右円偏光R1R、緑色光の左円偏光G1Lおよび青色光の左円偏光B1Lは、次いで、第2光学異方性層26Bに入射する。
第2光学異方性層26Bに入射した赤色光の右円偏光R1R、緑色光の左円偏光G1Lおよび青色光の左円偏光B1Lは、同様に、屈折され、また、円偏光を逆の旋回方向の円偏光に変換され、赤色光の左円偏光R2L、緑色光の右円偏光G2Rおよび青色光の右円偏光B2Rとなって、出射される。
第2光学異方性層26Bに入射した赤色光の右円偏光R1R、緑色光の左円偏光G1Lおよび青色光の左円偏光B1Lは、同様に、屈折され、また、円偏光を逆の旋回方向の円偏光に変換され、赤色光の左円偏光R2L、緑色光の右円偏光G2Rおよび青色光の右円偏光B2Rとなって、出射される。
ここで、第2光学異方性層26Bに入射する緑色光および青色光は、共に、左円偏光である。これに対して、第2光学異方性層26Bに入射する赤色光は、波長選択性位相差層18Rによって円偏光の方向を変換された、緑色光および青色光とは円偏光の方向が異なる右円偏光である。
また、第1光学異方性層26Aと第2光学異方性層26Bとは、前述のように、液晶化合物30の光軸30Aの回転方向は逆である。
そのため、図4および図5に示すように、第2光学異方性層26Bに入射した緑色光の左円偏光G2Lおよび青色光の左円偏光B2Lは、さらに、矢印X方向とは逆方向に屈折され、図10に示すように、入射光(緑色光の右円偏光GRおよび青色光の右円偏光BR)に対して、角度θG2および角度θB2で出射される。
これに対し、第2光学異方性層26Bに入射した円偏光の方向が逆の赤色光の右円偏光R1Rは、図10の右側に示すように、第1光学異方性層26Aとは逆に、屈折を戻されるように矢印X方向に屈折される。その結果、第2光学異方性層26Bから出射される赤色光の左円偏光R2Lは、入射光(赤色光の右円偏光RR)に対して、角度θR1よりも角度が小さい、角度θR2で出射される。
なお、光学異方性層の1周期Λは、第2光学異方性層26Bの1周期ΛBが最も長いので、各光の屈折の角度は、第2光学異方性層26Bを透過した際が最も小さい。
また、第1光学異方性層26Aと第2光学異方性層26Bとは、前述のように、液晶化合物30の光軸30Aの回転方向は逆である。
そのため、図4および図5に示すように、第2光学異方性層26Bに入射した緑色光の左円偏光G2Lおよび青色光の左円偏光B2Lは、さらに、矢印X方向とは逆方向に屈折され、図10に示すように、入射光(緑色光の右円偏光GRおよび青色光の右円偏光BR)に対して、角度θG2および角度θB2で出射される。
これに対し、第2光学異方性層26Bに入射した円偏光の方向が逆の赤色光の右円偏光R1Rは、図10の右側に示すように、第1光学異方性層26Aとは逆に、屈折を戻されるように矢印X方向に屈折される。その結果、第2光学異方性層26Bから出射される赤色光の左円偏光R2Lは、入射光(赤色光の右円偏光RR)に対して、角度θR1よりも角度が小さい、角度θR2で出射される。
なお、光学異方性層の1周期Λは、第2光学異方性層26Bの1周期ΛBが最も長いので、各光の屈折の角度は、第2光学異方性層26Bを透過した際が最も小さい。
第2光学異方性層26Bを透過した赤色光の左円偏光R2L、緑色光の右円偏光G2Rおよび青色光の右円偏光B2Rは、次いで、波長選択性位相差層18Gに入射する。
前述のように、波長選択性位相差層18Gは、緑色光の円偏光のみ、逆の旋回方向の円偏光に変換して、他の光は、そのまま透過するものである。
従って、赤色光の左円偏光R2L、緑色光の右円偏光G2Rおよび青色光の右円偏光B2Rが,波長選択性位相差層18Gに入射して、透過すると、赤色光の左円偏光R2Lおよび青色光の右円偏光B2Rは、そのまま透過する。これに対して、緑色光の右円偏光G2Rは、緑色光の左円偏光G2Lに変換される。
前述のように、波長選択性位相差層18Gは、緑色光の円偏光のみ、逆の旋回方向の円偏光に変換して、他の光は、そのまま透過するものである。
従って、赤色光の左円偏光R2L、緑色光の右円偏光G2Rおよび青色光の右円偏光B2Rが,波長選択性位相差層18Gに入射して、透過すると、赤色光の左円偏光R2Lおよび青色光の右円偏光B2Rは、そのまま透過する。これに対して、緑色光の右円偏光G2Rは、緑色光の左円偏光G2Lに変換される。
波長選択性位相差層18Gを透過した赤色光の左円偏光R2L、緑色光の左円偏光G2Lおよび青色光の右円偏光B2Rは、次いで、第3光学異方性層26Cに入射する。
第3光学異方性層26Cに入射した赤色光の左円偏光R2L、緑色光の左円偏光G2Lおよび青色光の右円偏光B2Rは、同様に、屈折され、また、円偏光を逆の旋回方向の円偏光に変換され、赤色光の右円偏光R3R、緑色光の右円偏光G3Rおよび青色光の左円偏光B3Lとなって、出射される。
第3光学異方性層26Cに入射した赤色光の左円偏光R2L、緑色光の左円偏光G2Lおよび青色光の右円偏光B2Rは、同様に、屈折され、また、円偏光を逆の旋回方向の円偏光に変換され、赤色光の右円偏光R3R、緑色光の右円偏光G3Rおよび青色光の左円偏光B3Lとなって、出射される。
ここで、第3光学異方性層26Cに入射する青色光は、青色光の右円偏光B2Rである。また、赤色光は、先に波長選択性位相差層18Rで円偏光の方向を変換されているので、第3光学異方性層26Cに入射する赤色光は、青色光とは円偏光の方向が異なる赤色光の左円偏光R2Lである。さらに、第3光学異方性層26Cに入射する緑色光は、波長選択性位相差層18Gによって円偏光の方向を変換された緑色光の左円偏光G2Lである。
すなわち、第3光学異方性層26Cに入射するのは、青色光が右円偏光で、赤色光および緑色光が、波長選択性位相差層によって円偏光の方向が変換された左円偏光である。
また、第2光学異方性層26Bと第3光学異方性層26Cとは、前述のように、液晶化合物30の光軸30Aの回転方向は逆である。
すなわち、第3光学異方性層26Cに入射するのは、青色光が右円偏光で、赤色光および緑色光が、波長選択性位相差層によって円偏光の方向が変換された左円偏光である。
また、第2光学異方性層26Bと第3光学異方性層26Cとは、前述のように、液晶化合物30の光軸30Aの回転方向は逆である。
そのため、図9および図10に示すように、第3光学異方性層26Cに入射した青色光の右円偏光B2Rは、さらに、矢印X方向とは逆方向に屈折され、図10に示すように、入射光(青色光の右円偏光BR)に対して、角度θB3で出射される。
これに対し、円偏光の方向が逆の赤色光の左円偏光R2Lは、第3光学異方性層26Cに入射すると、さらに、矢印X方向に戻されるように屈折される。その結果、第3光学異方性層26Cから出射される赤色光の右円偏光R3Rは、入射光(赤色光の右円偏光RR)に対して、先の角度θR2よりも角度が小さい、角度θR3で出射される。
同様に、青色光とは円偏光が逆の緑色光の左円偏光G2Lは、第3光学異方性層26Cに入射すると、図7の中央に示すように、今までとは逆に、矢印Xに戻されるように屈折される。その結果、第3光学異方性層26Cから出射される緑色光の右円偏光G3Rは、入射光(緑色光の右円偏光GR)に対して、角度θG2よりも角度が小さい、角度θG3で出射される。
これに対し、円偏光の方向が逆の赤色光の左円偏光R2Lは、第3光学異方性層26Cに入射すると、さらに、矢印X方向に戻されるように屈折される。その結果、第3光学異方性層26Cから出射される赤色光の右円偏光R3Rは、入射光(赤色光の右円偏光RR)に対して、先の角度θR2よりも角度が小さい、角度θR3で出射される。
同様に、青色光とは円偏光が逆の緑色光の左円偏光G2Lは、第3光学異方性層26Cに入射すると、図7の中央に示すように、今までとは逆に、矢印Xに戻されるように屈折される。その結果、第3光学異方性層26Cから出射される緑色光の右円偏光G3Rは、入射光(緑色光の右円偏光GR)に対して、角度θG2よりも角度が小さい、角度θG3で出射される。
すなわち、光学素子32においては、最も長波長で、光学異方性層による屈折が大きい赤色光は、第1光学異方性層26Aによって矢印X方向とは逆の方向に屈折された後、第2光学異方性層26Bおよび第3光学異方性層26Cによって、2回、逆の矢印X方向に屈折される。
また、2番目に長波長で、光学異方性層による屈折が2番目に大きい緑色光は、第1光学異方性層26Aおよび第2光学異方性層26Bによって矢印X方向とは逆の方向に屈折された後、第3光学異方性層26Cによって、1回、逆の矢印X方向に屈折される。
さらに、最も短波長で、光学異方性層による屈折が最も小さい青色光は、第1光学異方性層26A、第2光学異方性層26Bおよび第3光学異方性層26Cによって、3回、矢印X方向とは逆の方向に屈折される。
このように、本発明の光学素子32は、最初に、全ての光を同じ方向に大きく屈折させた後、波長による光学異方性層による屈折の大きさに応じて、最も長波長の光は、最も多くの回数、最初の屈折とは逆方向に戻すように屈折させ、波長が短くなるに応じて、最初の屈折とは逆方向に戻す屈折の回数を低減し、最も短波長の光は、最初の屈折とは逆方向に戻す屈折の回数を最も少なくする。これにより、入射光に対する、赤色光の屈折の角度θR3と、緑色光の屈折の角度θG3と、青色光の屈折の角度θB3とを、極めて近い角度にできる。
そのため、本発明の光学素子10によれば、入射した赤色光、青色光および緑色光を、ほぼ同様の角度で屈折して、ほぼ同じ方向に出射できる。
また、2番目に長波長で、光学異方性層による屈折が2番目に大きい緑色光は、第1光学異方性層26Aおよび第2光学異方性層26Bによって矢印X方向とは逆の方向に屈折された後、第3光学異方性層26Cによって、1回、逆の矢印X方向に屈折される。
さらに、最も短波長で、光学異方性層による屈折が最も小さい青色光は、第1光学異方性層26A、第2光学異方性層26Bおよび第3光学異方性層26Cによって、3回、矢印X方向とは逆の方向に屈折される。
このように、本発明の光学素子32は、最初に、全ての光を同じ方向に大きく屈折させた後、波長による光学異方性層による屈折の大きさに応じて、最も長波長の光は、最も多くの回数、最初の屈折とは逆方向に戻すように屈折させ、波長が短くなるに応じて、最初の屈折とは逆方向に戻す屈折の回数を低減し、最も短波長の光は、最初の屈折とは逆方向に戻す屈折の回数を最も少なくする。これにより、入射光に対する、赤色光の屈折の角度θR3と、緑色光の屈折の角度θG3と、青色光の屈折の角度θB3とを、極めて近い角度にできる。
そのため、本発明の光学素子10によれば、入射した赤色光、青色光および緑色光を、ほぼ同様の角度で屈折して、ほぼ同じ方向に出射できる。
図示例の光学素子32のように、3種の波長域の光を対象にする場合には、最も長波長の光の設計波長をλa、中間の波長の光の設計波長をλb、最も短波長の光の設計波長をλcとし(λa>λb>λc)、1層目の光学異方性層における液晶配向パターンの1周期をΛ1、2層目の光学異方性層における液晶配向パターンの1周期をΛ2、3層目の光学異方性層における液晶配向パターン1周期をΛ3とした場合に、下記の2つの式
Λ2=[(λa+λc)λb/(λa-λb)λc]Λ1、
Λ3=[(λa+λc)λb/(λb-λc)λa]Λ1
を満たす場合に、2種の波長域の光の出射方向を、ほぼ同方向にできる。なお、この式においては、第1光学異方性層26Aおよび第3光学異方性層26Cの、いずれを1層目にしてもよい。
この点を考慮すると、本発明においては、3種の波長(波長域)の光を対象とする光学素子32においては、下記の2式の少なくとも一方を満たすのが好ましく、両方を満たすのがより好ましい。
0.6*{[(λa+λc)λb/(λa-λb)λc]Λ1}≦Λ2
≦3.0*{[(λa+λc)λb/(λa-λb)λc]Λ1}
0.6*{[(λa+λc)λb/(λb-λc)λa]Λ1}≦Λ3
≦3.0*{[(λa+λc)λb/(λb-λc)λa]Λ1}
これにより、屈折の波長依存性を極めて小さくして、2種の波長域の光の出射方向を、ほぼ同方向にできる。
また、本発明においては、3種の波長(波長域)の光を対象とする光学素子32は、下記の2式を満たすのがより好ましく、
0.7*{[(λa+λc)λb/(λa-λb)λc]Λ1}≦Λ2
≦1.8*{[(λa+λc)λb/(λa-λb)λc]Λ1}
0.7*{[(λa+λc)λb/(λb-λc)λa]Λ1}≦Λ3
≦1.8*{[(λa+λc)λb/(λb-λc)λa]Λ1}
下記の2式を満たすのがさらに好ましく、
0.8*{[(λa+λc)λb/(λa-λb)λc]Λ1}≦Λ2
≦1.3*{[(λa+λc)λb/(λa-λb)λc]Λ1}
0.8*{[(λa+λc)λb/(λb-λc)λa]Λ1}≦Λ3
≦1.3*{[(λa+λc)λb/(λb-λc)λa]Λ1}
下記の2式を満たすのが特に好ましい。
0.9*{[(λa+λc)λb/(λa-λb)λc]Λ1}≦Λ2
≦1.15*{[(λa+λc)λb/(λa-λb)λc]Λ1}
0.9*{[(λa+λc)λb/(λb-λc)λa]Λ1}≦Λ3
≦1.15*{[(λa+λc)λb/(λb-λc)λa]Λ1}
Λ2=[(λa+λc)λb/(λa-λb)λc]Λ1、
Λ3=[(λa+λc)λb/(λb-λc)λa]Λ1
を満たす場合に、2種の波長域の光の出射方向を、ほぼ同方向にできる。なお、この式においては、第1光学異方性層26Aおよび第3光学異方性層26Cの、いずれを1層目にしてもよい。
この点を考慮すると、本発明においては、3種の波長(波長域)の光を対象とする光学素子32においては、下記の2式の少なくとも一方を満たすのが好ましく、両方を満たすのがより好ましい。
0.6*{[(λa+λc)λb/(λa-λb)λc]Λ1}≦Λ2
≦3.0*{[(λa+λc)λb/(λa-λb)λc]Λ1}
0.6*{[(λa+λc)λb/(λb-λc)λa]Λ1}≦Λ3
≦3.0*{[(λa+λc)λb/(λb-λc)λa]Λ1}
これにより、屈折の波長依存性を極めて小さくして、2種の波長域の光の出射方向を、ほぼ同方向にできる。
また、本発明においては、3種の波長(波長域)の光を対象とする光学素子32は、下記の2式を満たすのがより好ましく、
0.7*{[(λa+λc)λb/(λa-λb)λc]Λ1}≦Λ2
≦1.8*{[(λa+λc)λb/(λa-λb)λc]Λ1}
0.7*{[(λa+λc)λb/(λb-λc)λa]Λ1}≦Λ3
≦1.8*{[(λa+λc)λb/(λb-λc)λa]Λ1}
下記の2式を満たすのがさらに好ましく、
0.8*{[(λa+λc)λb/(λa-λb)λc]Λ1}≦Λ2
≦1.3*{[(λa+λc)λb/(λa-λb)λc]Λ1}
0.8*{[(λa+λc)λb/(λb-λc)λa]Λ1}≦Λ3
≦1.3*{[(λa+λc)λb/(λb-λc)λa]Λ1}
下記の2式を満たすのが特に好ましい。
0.9*{[(λa+λc)λb/(λa-λb)λc]Λ1}≦Λ2
≦1.15*{[(λa+λc)λb/(λa-λb)λc]Λ1}
0.9*{[(λa+λc)λb/(λb-λc)λa]Λ1}≦Λ3
≦1.15*{[(λa+λc)λb/(λb-λc)λa]Λ1}
本発明の光学素子においては、前述のように、複数の光学異方性層を配列して、光の波長に応じて、長波長で光学異方性層による屈折の大きい光ほど、多くの回数、最初の光学異方性層とは逆方向に屈折させることで、波長の異なる光を、ほぼ同じ角度で屈折させて、ほぼ同じ方向に出射することを可能にしている。
そのため、本発明の光学素子においては、複数の波長変換位相差層を有する場合には、図8~図9に示される光学素子32と同様、波長選択性位相差層は、光学異方性層の配列方向に、漸次、円偏光を逆の旋回方向に変換する光の波長域が短くなるのが好ましい。
そのため、本発明の光学素子においては、複数の波長変換位相差層を有する場合には、図8~図9に示される光学素子32と同様、波長選択性位相差層は、光学異方性層の配列方向に、漸次、円偏光を逆の旋回方向に変換する光の波長域が短くなるのが好ましい。
また、本発明の光学素子では、最初の光学異方性層による屈折を大きくして、それ以降は、徐々に同方向に屈折させ、また、徐々に逆方向に屈折を戻した方が、各光の屈折を制御し易く、各光の屈折を均一にし易い。この点を考慮すると、図8~図9に示される光学素子32と同様、光学異方性層は、配列方向の最も端に位置する光学異方性層の液晶配向パターンの1周期Λをもっとも短くするのが好ましい。すなわち、配列方向の最も端に位置する光学異方性層による屈折を、最も大きくするのが好ましい。
なお、本発明の光学素子において、光学異方性層の液晶配向パターンの1周期Λは、光学異方性層の配列方向に、漸次、大きくなる構成でもよい。あるいは、図8~図9に示す光学素子32のように、液晶配向パターンの1周期Λが最も大きい光学異方性層と、液晶配向パターンの1周期Λが最も小さい光学異方性層との間に、液晶配向パターンの1周期Λが中間の光学異方性層を設ける構成など、光学異方性層の液晶配向パターンの1周期Λの変化が、光学異方性層の配列方向に不規則であってもよい。すなわち、本発明の光学素子において、各光学異方性層の液晶配向パターンの1周期Λは、光の波長、および、光学異方性層による屈折率に応じて、適宜、設定すればよい。
なお、本発明の光学素子において、光学異方性層の液晶配向パターンの1周期Λは、光学異方性層の配列方向に、漸次、大きくなる構成でもよい。あるいは、図8~図9に示す光学素子32のように、液晶配向パターンの1周期Λが最も大きい光学異方性層と、液晶配向パターンの1周期Λが最も小さい光学異方性層との間に、液晶配向パターンの1周期Λが中間の光学異方性層を設ける構成など、光学異方性層の液晶配向パターンの1周期Λの変化が、光学異方性層の配列方向に不規則であってもよい。すなわち、本発明の光学素子において、各光学異方性層の液晶配向パターンの1周期Λは、光の波長、および、光学異方性層による屈折率に応じて、適宜、設定すればよい。
本発明の光学素子においては、複数の波長変換位相差層を有する場合には、基本的に、図8~図9に示す光学素子32と同様に、光学異方性層と波長変換位相差層とは、交互に配列される。この際においては、波長変換位相差層の層数は、光学異方性層の層数よりも、1層、少ないのが好ましい。
しかしながら、本発明は、これに制限はされず、例えば、光学異方性層を、複数枚、連続的に配列させて、複数の光学異方性層で連続して屈折させた光を、波長変換位相差層に入射するようにしてもよい。
また、2枚の光学異方性層の間に、複数枚の波長変換位相差層を配置してもよい。しかしながら、2枚の光学異方性層の間に同じ波長域の円偏光を逆の旋回方向の円偏光に変換する波長変換位相差層を、複数枚、配置する場合には、その数は、奇数枚とするのが好ましい。
しかしながら、本発明は、これに制限はされず、例えば、光学異方性層を、複数枚、連続的に配列させて、複数の光学異方性層で連続して屈折させた光を、波長変換位相差層に入射するようにしてもよい。
また、2枚の光学異方性層の間に、複数枚の波長変換位相差層を配置してもよい。しかしながら、2枚の光学異方性層の間に同じ波長域の円偏光を逆の旋回方向の円偏光に変換する波長変換位相差層を、複数枚、配置する場合には、その数は、奇数枚とするのが好ましい。
本発明の光学素子においては、液晶配向パターンの1周期Λが等しい光学異方性層が存在してもよい。
しかしながら、複数の波長域の光の屈折すなわち出射角度を均一にし易い等の点で、全ての光学異方性層で、液晶配向パターンの1周期Λが異なるのが好ましい。
しかしながら、複数の波長域の光の屈折すなわち出射角度を均一にし易い等の点で、全ての光学異方性層で、液晶配向パターンの1周期Λが異なるのが好ましい。
本発明の光学素子において、光学異方性層の配向パターンにおける1周期Λにも、制限はなく、光学素子の用途等に応じて、適宜、設定すればよい。
本発明の光学素子においては、最も短波長の設計波長の円偏光を選択的に逆の旋回方向の円偏光に変換する波長選択性位相差層を有していても良い。例えば、第3光学異方性層26Cの後(光の進行方向の下流側)に青色光の円偏光を選択的に逆の旋回方向に変換する第3の波長選択性位相差層Bを配置してもよい。
前述のように、第3の波長選択性位相差層Bは、青色光の円偏光のみ、逆の旋回方向の円偏光に変換して、他の光は、そのまま透過するものである。
従って、赤色光の右円偏光R3R、緑色光の右円偏光G3Rおよび青色光の左円偏光B3Lが、第3の波長選択性位相差層Bに入射して、透過すると、赤色光の右円偏光R3Rおよび緑色光の右円偏光G3Rは、そのまま透過する。これに対して、青色光の左円偏光B3Lは、青色光の右円偏光B3Rに変換される。
これにより、光学素子から出射する青色光、緑色光、赤色光の円偏光を同一の旋回方向の円偏光にすることができる。
前述のように、第3の波長選択性位相差層Bは、青色光の円偏光のみ、逆の旋回方向の円偏光に変換して、他の光は、そのまま透過するものである。
従って、赤色光の右円偏光R3R、緑色光の右円偏光G3Rおよび青色光の左円偏光B3Lが、第3の波長選択性位相差層Bに入射して、透過すると、赤色光の右円偏光R3Rおよび緑色光の右円偏光G3Rは、そのまま透過する。これに対して、青色光の左円偏光B3Lは、青色光の右円偏光B3Rに変換される。
これにより、光学素子から出射する青色光、緑色光、赤色光の円偏光を同一の旋回方向の円偏光にすることができる。
ここで、本発明の光学素子は、一例として、ARグラスにおいて、ディスプレイが表示した光を屈折して導光板に導入する回折素子、および、導光板を伝播した光を屈折して導光板から使用者による観察位置に出射させる回折素子に、好適に利用される。特に、フルカラー画像に対応可能な光学素子32は、ARグラスにおける回折素子として好適に利用可能である。
この際においては、導光板で光を全反射させるためには、入射光に対して、ある程度の大きな角度で光を屈折させて導光板に導入する必要がある。また、導光板を伝播してきた光を確実に出射させるためにも、入射光に対して、ある程度の大きな角度で光を屈折させる必要がある。
また、前述のように、光学異方性層による光の透過角度は、液晶配向パターンにおける1周期Λを短くすることで、入射光に対する透過光の角度を大きくできる。
この際においては、導光板で光を全反射させるためには、入射光に対して、ある程度の大きな角度で光を屈折させて導光板に導入する必要がある。また、導光板を伝播してきた光を確実に出射させるためにも、入射光に対して、ある程度の大きな角度で光を屈折させる必要がある。
また、前述のように、光学異方性層による光の透過角度は、液晶配向パターンにおける1周期Λを短くすることで、入射光に対する透過光の角度を大きくできる。
この点を考慮すると、光学異方性層の液晶配向パターンにおける1周期Λは、50μm以下が好ましく、10μm以下がより好ましく、3μm以下がさらに好ましい。
なお、液晶配向パターンの精度等を考慮すると、光学異方性層の液晶配向パターンにおける1周期Λは、0.1μm以上とするのが好ましい。
なお、液晶配向パターンの精度等を考慮すると、光学異方性層の液晶配向パターンにおける1周期Λは、0.1μm以上とするのが好ましい。
図1~図10に示す光学素子は、光学異方性層の液晶配向パターンにおける液晶化合物30の光軸30Aは、矢印X方向のみに沿って、連続して回転している。
しかしながら、本発明は、これに制限はされず、光学異方性層において、液晶化合物30の光軸30Aが一方向に沿って連続して回転するものであれば、各種の構成が利用可能である。
しかしながら、本発明は、これに制限はされず、光学異方性層において、液晶化合物30の光軸30Aが一方向に沿って連続して回転するものであれば、各種の構成が利用可能である。
一例として、図12の平面図に概念的に示すような、液晶配向パターンが、液晶化合物30の光軸の向きが連続的に回転しながら変化する一方向を、内側から外側に向かう同心円状に有する、同心円状のパターンである、光学異方性層34が例示される。言い換えれば、図12に示す光学異方性層34の液晶配向パターンは、液晶化合物30の光軸の向きが連続的に回転しながら変化する一方向が、光学異方性層34の中心から放射状に設けられた液晶配向パターンである。
なお、図12においても、図4と同様、配向膜の表面の液晶化合物30のみを示すが、光学異方性層34においては、図2に示されるように、この配向膜の表面の液晶化合物30から、液晶化合物30が積み重ねられた構造を有するのは、前述のとおりである。
さらに、図12では、光学異方性層34を1層のみ示すが、本発明の光学素子は、光学異方性層を、複数、有し、少なくとも1対の2枚の光学異方性層の間に波長選択性位相差層を有するのは、前述のとおりである。従って、このような同心円状の液晶配向パターンを有する光学異方性層を有する場合でも、一例として図8に示す光学素子32のように、第1光学異方性層と、赤色光の円偏光を変換する波長選択性位相差層と、第2光学異方性層と、緑色光の円偏光を変換する波長選択性位相差層と、第3光学異方性層と、を配列した構成を有する。
さらに、図12では、光学異方性層34を1層のみ示すが、本発明の光学素子は、光学異方性層を、複数、有し、少なくとも1対の2枚の光学異方性層の間に波長選択性位相差層を有するのは、前述のとおりである。従って、このような同心円状の液晶配向パターンを有する光学異方性層を有する場合でも、一例として図8に示す光学素子32のように、第1光学異方性層と、赤色光の円偏光を変換する波長選択性位相差層と、第2光学異方性層と、緑色光の円偏光を変換する波長選択性位相差層と、第3光学異方性層と、を配列した構成を有する。
図12に示す光学異方性層34において、液晶化合物30の光軸(図示省略)は、液晶化合物30の長手方向である。
光学異方性層34では、液晶化合物30の光軸の向きは、光学異方性層34の中心から外側に向かう多数の方向、例えば、矢印A1で示す方向、矢印A2で示す方向、矢印A3で示す方向…に沿って、連続的に回転しながら変化している。
この液晶配向パターンを有する光学異方性層34に入射した円偏光は、液晶化合物30の光軸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、円偏光が入射した液晶化合物30の光軸の向きに応じて異なる。
光学異方性層34では、液晶化合物30の光軸の向きは、光学異方性層34の中心から外側に向かう多数の方向、例えば、矢印A1で示す方向、矢印A2で示す方向、矢印A3で示す方向…に沿って、連続的に回転しながら変化している。
この液晶配向パターンを有する光学異方性層34に入射した円偏光は、液晶化合物30の光軸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、円偏光が入射した液晶化合物30の光軸の向きに応じて異なる。
このような、同心円状の液晶配向パターン、すなわち、放射状に光軸が連続的に回転して変化する液晶配向パターンを有する光学異方性層34は、液晶化合物30の光軸の回転方向および入射する円偏光の方向に応じて、入射光を、発散光または集束光として透過できる。
すなわち、光学異方性層の液晶配向パターンを同心円状とすることにより、本発明の光学素子は、例えば、凸レンズまたは凹レンズとして機能を発現する。
すなわち、光学異方性層の液晶配向パターンを同心円状とすることにより、本発明の光学素子は、例えば、凸レンズまたは凹レンズとして機能を発現する。
ここで、光学異方性層の液晶配向パターンを同心円状として、光学素子を凸レンズとして作用させる場合には、液晶配向パターンにおいて光軸が180°回転する1周期Λを、光学異方性層34の中心から、光軸が連続的に回転する1方向の外方向に向かって、漸次、短くするのが好ましい。
前述のように、入射方向に対する光の屈折の角度は、液晶配向パターンにおける1周期Λが短いほど、大きくなる。従って、液晶配向パターンにおける1周期Λを、光学異方性層34の中心から、光軸が連続的に回転する1方向の外方向に向かって、漸次、短くすることにより、光学異方性層34による光の集束力を、より向上でき、凸レンズとしての性能を、向上できる。
前述のように、入射方向に対する光の屈折の角度は、液晶配向パターンにおける1周期Λが短いほど、大きくなる。従って、液晶配向パターンにおける1周期Λを、光学異方性層34の中心から、光軸が連続的に回転する1方向の外方向に向かって、漸次、短くすることにより、光学異方性層34による光の集束力を、より向上でき、凸レンズとしての性能を、向上できる。
なお、本発明においては、例えば凹レンズとする場合など、光学素子の用途によっては、液晶配向パターンにおいて光軸が180°回転する1周期Λを、光学異方性層34の中心から、光軸が連続的に回転する方向を逆方向に回転させ、1方向の外方向に向かって、漸次、短くするのが好ましい。
前述のように、入射方向に対する光の屈折の角度は、液晶配向パターンにおける1周期Λが短いほど、大きくなる。従って、液晶配向パターンにおける1周期Λを、光学異方性層34の中心から、光軸が連続的に回転する1方向の外方向に向かって、漸次、短くすることにより、光学異方性層34による光の発散力を、より向上でき、凹レンズとしての性能を、向上できる。
前述のように、入射方向に対する光の屈折の角度は、液晶配向パターンにおける1周期Λが短いほど、大きくなる。従って、液晶配向パターンにおける1周期Λを、光学異方性層34の中心から、光軸が連続的に回転する1方向の外方向に向かって、漸次、短くすることにより、光学異方性層34による光の発散力を、より向上でき、凹レンズとしての性能を、向上できる。
なお、本発明においては、例えば光学素子を凹レンズとする場合など、入射する円偏光の旋回方向を逆にするのも好ましい。
本発明において、光学素子を凸レンズまたは凹レンズとして作用させる場合には、下記の式を満たすのが好ましい。
Φ(r)=(π/λ)[(r2+f2)1/2-f]
ここで、rは同心円の中心からの距離で次式r=(x2+y2)1/2で表わされる。x、yは面内の位置を表し、(x、y)=(0、0)は同心円の中心を表す。Φ(r)は中心からの距離rにおける光軸の角度、λは波長、fは設計の焦点距離を表わす。
Φ(r)=(π/λ)[(r2+f2)1/2-f]
ここで、rは同心円の中心からの距離で次式r=(x2+y2)1/2で表わされる。x、yは面内の位置を表し、(x、y)=(0、0)は同心円の中心を表す。Φ(r)は中心からの距離rにおける光軸の角度、λは波長、fは設計の焦点距離を表わす。
なお、本発明においては、逆に、同心円状の液晶配向パターンにおける1周期Λを、光学異方性層34の中心から、光軸が連続的に回転する1方向の外方向に向かって、漸次、長くしてもよい。
さらに、例えば透過光に光量分布を設けたい場合など、光学素子の用途によって、光軸が連続的に回転する1方向に向かって、1周期Λを、漸次、変更するのではなく、光軸が連続的に回転する1方向において、部分的に1周期Λが異なる領域を有する構成も利用可能である。
加えて、本発明の光学素子は、1周期Λが全面的に均一な光学異方性層と、1周期Λが異なる領域を有する光学異方性層とを有してもよい。この点に関しては、後述する、図1に示すような、一方向のみに光軸が連続的に回転する構成でも、同様である。
さらに、例えば透過光に光量分布を設けたい場合など、光学素子の用途によって、光軸が連続的に回転する1方向に向かって、1周期Λを、漸次、変更するのではなく、光軸が連続的に回転する1方向において、部分的に1周期Λが異なる領域を有する構成も利用可能である。
加えて、本発明の光学素子は、1周期Λが全面的に均一な光学異方性層と、1周期Λが異なる領域を有する光学異方性層とを有してもよい。この点に関しては、後述する、図1に示すような、一方向のみに光軸が連続的に回転する構成でも、同様である。
図13に、配向膜に、このような同心円状の配向パターンを形成する露光装置の一例を概念的に示す。配向膜とは、例えば、配向膜24A、配向膜24Bおよび配向膜24Cである。
露光装置80は、レーザ82を備えた光源84と、レーザ82からのレーザ光MをS偏光MSとP偏光MPとに分割する偏光ビームスプリッター86と、P偏光MPの光路に配置されたミラー90AおよびS偏光MSの光路に配置されたミラー90Bと、S偏光MSの光路に配置されたレンズ92と、偏光ビームスプリッター94と、λ/4板96とを有する。
露光装置80は、レーザ82を備えた光源84と、レーザ82からのレーザ光MをS偏光MSとP偏光MPとに分割する偏光ビームスプリッター86と、P偏光MPの光路に配置されたミラー90AおよびS偏光MSの光路に配置されたミラー90Bと、S偏光MSの光路に配置されたレンズ92と、偏光ビームスプリッター94と、λ/4板96とを有する。
偏光ビームスプリッター86で分割されたP偏光MPは、ミラー90Aによって反射されて、偏光ビームスプリッター94に入射する。他方、偏光ビームスプリッター86で分割されたS偏光MSは、ミラー90Bによって反射され、レンズ92によって集光されて偏光ビームスプリッター94に入射する。
P偏光MPおよびS偏光MSは、偏光ビームスプリッター94で合波されて、λ/4板96によって偏光方向に応じた右円偏光および左円偏光となって、支持体20の上の配向膜24に入射する。
ここで、右円偏光と左円偏光の干渉により、配向膜24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。同心円の内側から外側に向かうにしたがい、左円偏光と右円偏光の交差角が変化するため、内側から外側に向かってピッチが変化する露光パターンが得られる。これにより、配向膜24において、配向状態が周期的に変化する同心円状の配向パターンが得られる。
P偏光MPおよびS偏光MSは、偏光ビームスプリッター94で合波されて、λ/4板96によって偏光方向に応じた右円偏光および左円偏光となって、支持体20の上の配向膜24に入射する。
ここで、右円偏光と左円偏光の干渉により、配向膜24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。同心円の内側から外側に向かうにしたがい、左円偏光と右円偏光の交差角が変化するため、内側から外側に向かってピッチが変化する露光パターンが得られる。これにより、配向膜24において、配向状態が周期的に変化する同心円状の配向パターンが得られる。
この露光装置80において、液晶化合物30の光軸が一方向に沿って連続的に180°回転する液晶配向パターンの1周期Λは、レンズ92の屈折力(レンズ92のFナンバー)レンズ92の焦点距離、および、レンズ92と配向膜24との距離等を変化させることで、制御できる。
また、レンズ92の屈折力(レンズ92のFナンバー)を調節することによって、光軸が連続的に回転する一方向において、液晶配向パターンの1周期の長さΛを変更できる。
具体的には、平行光と干渉させる、レンズ92で広げる光の広がり角によって、光軸が連続的に回転する一方向において、液晶配向パターンの1周期の長さΛを変えることができる。より具体的には、レンズ92の屈折力を弱くすると、平行光に近づくため、液晶配向パターンの1周期の長さΛは、内側から外側に向かって緩やかに短くなり、Fナンバーは大きくなる。逆に、レンズ92の屈折力を強めると、液晶配向パターンの1周期の長さΛは、内側から外側に向かって急に短くなり、Fナンバーは小さくなる。
また、レンズ92の屈折力(レンズ92のFナンバー)を調節することによって、光軸が連続的に回転する一方向において、液晶配向パターンの1周期の長さΛを変更できる。
具体的には、平行光と干渉させる、レンズ92で広げる光の広がり角によって、光軸が連続的に回転する一方向において、液晶配向パターンの1周期の長さΛを変えることができる。より具体的には、レンズ92の屈折力を弱くすると、平行光に近づくため、液晶配向パターンの1周期の長さΛは、内側から外側に向かって緩やかに短くなり、Fナンバーは大きくなる。逆に、レンズ92の屈折力を強めると、液晶配向パターンの1周期の長さΛは、内側から外側に向かって急に短くなり、Fナンバーは小さくなる。
このように、光軸が連続的に回転する1方向において、光軸が180°回転する1周期Λを変更する構成は、図1~10に示す、矢印X方向の一方向のみに液晶化合物30の光軸30Aが連続的に回転して変化する構成でも、利用可能である。
例えば、液晶配向パターンの1周期Λを、矢印X方向に向かって、漸次、短くすることにより、集光するように光を透過する光学素子を得ることができる。また、液晶配向パターンにおいて、光軸が180°回転する方向を逆にすることにより、矢印X方向にのみ拡散するように光を透過する光学素子を得ることができる。なお、入射する円偏光の旋回方向を逆にすることでも、矢印のX方向にのみ拡散するように光を透過する光学素子を得ることができる。
さらに、例えば透過光に光量分布を設けたい場合など、光学素子の用途によって、矢印X方向に向かって、1周期Λを漸次、変更するのではなく、矢印X方向において、部分的に1周期Λが異なる領域を有する構成も利用可能である。例えば、部分的に1周期Λを変更する方法として、集光したレーザー光の偏光方向を任意に変えながら、光配向膜をスキャン露光してパターニングする方法等を利用することができる。
例えば、液晶配向パターンの1周期Λを、矢印X方向に向かって、漸次、短くすることにより、集光するように光を透過する光学素子を得ることができる。また、液晶配向パターンにおいて、光軸が180°回転する方向を逆にすることにより、矢印X方向にのみ拡散するように光を透過する光学素子を得ることができる。なお、入射する円偏光の旋回方向を逆にすることでも、矢印のX方向にのみ拡散するように光を透過する光学素子を得ることができる。
さらに、例えば透過光に光量分布を設けたい場合など、光学素子の用途によって、矢印X方向に向かって、1周期Λを漸次、変更するのではなく、矢印X方向において、部分的に1周期Λが異なる領域を有する構成も利用可能である。例えば、部分的に1周期Λを変更する方法として、集光したレーザー光の偏光方向を任意に変えながら、光配向膜をスキャン露光してパターニングする方法等を利用することができる。
本発明の光学素子は、光学装置における光路変更部材、光集光素子、所定方向への光拡散素子、および、回折素子等、入射方向とは異なる方向に光を透過する、各種の用途に利用可能である。
好ましい一例として、図14に概念的に示すように、導光板42に離間して設けることで、前述のARグラスにおいて、ディスプレイ40が照射した光(投影像)を、全反射に十分な角度で導光板42に導入し、導光板42を伝播した光を、導光板42からARグラスの使用者Uによる観察位置に出射する、回折素子として用いることが例示される。なお、図14では、フルカラー画像に対応して図8に示す光学素子32を例示しているが、例えば、ARグラスで2色画像を表示する場合であれば、図1に示す光学素子10も好適に利用可能である。
前述のように、本発明の光学素子は、透過の際の屈折角度の角度依存性が小さいので、ディスプレイ40が照射した赤色光、緑色光および青色光を同じ方向に屈折できる。そのため、1枚の導光板42で、赤色画像、緑色画像および青色画像を伝播しても、色ズレのないフルカラー画像を、導光板からARグラスの使用者Uによる観察位置に出射できる。従って、本発明の光学素子を用いる本発明の光学素子によれば、ARグラスの導光板を、全体的に薄く、軽くして、ARグラスの構成を簡略化できる。
なお、本発明の導光素子は、図13に示すように、導光板42に、互いに離間する2つの本発明の光学素子を設ける構成に制限はされず、導光板42への光の導入のため、または、導光板42からの光の取り出しのため、導光板に本発明の光学素子を1つのみ、設けた構成であってもよい。
前述のように、本発明の光学素子は、透過の際の屈折角度の角度依存性が小さいので、ディスプレイ40が照射した赤色光、緑色光および青色光を同じ方向に屈折できる。そのため、1枚の導光板42で、赤色画像、緑色画像および青色画像を伝播しても、色ズレのないフルカラー画像を、導光板からARグラスの使用者Uによる観察位置に出射できる。従って、本発明の光学素子を用いる本発明の光学素子によれば、ARグラスの導光板を、全体的に薄く、軽くして、ARグラスの構成を簡略化できる。
なお、本発明の導光素子は、図13に示すように、導光板42に、互いに離間する2つの本発明の光学素子を設ける構成に制限はされず、導光板42への光の導入のため、または、導光板42からの光の取り出しのため、導光板に本発明の光学素子を1つのみ、設けた構成であってもよい。
以上の例は、本発明の光学素子を、2層または3層の光学異方性層を有する、緑色光および青色光の2色、または、赤色光、緑色光および青色光の3色の光を透過して屈折する光学素子に利用したものであるが、本発明は、これに限定はされず、各種の構成は利用可能である。
例えば、本発明の光学素子は、図1と同様に3層の光学異方性層と2層の波長選択性位相差層とを有し、赤色光、緑色光および青色光から選択される2色と、赤外線または紫外線を透過して屈折する構成でもよい。あるいは、本発明の光学素子は、4層または5層の光学異方性層と、3層または4層の波長選択性位相差層とを有し、赤色光、緑色光および青色光に加え、赤外線および/または紫外線を透過して屈折する構成でもよい。あるいは、本発明の光学素子は、6層以上の光学異方性層と、光学異方性層の層数-1層の波長選択性位相差層とを有し、赤色光、緑色光および青色光に加え、3種以上の異なる波長帯域の光を透過して屈折する構成でもよい。あるいは、本発明の光学素子は、図1と同様に2層の光学異方性層と1層の波長選択性位相差層とを有し、赤色光および青色光、または、赤色光および緑色光を透過して屈折する構成、または、赤色光、緑色光および青色光から選択される1色と、赤外線または紫外線とを屈折して透過する構成でもよい。または、赤外線または/および紫外線を屈折して透過する構成でもよい。
例えば、本発明の光学素子は、図1と同様に3層の光学異方性層と2層の波長選択性位相差層とを有し、赤色光、緑色光および青色光から選択される2色と、赤外線または紫外線を透過して屈折する構成でもよい。あるいは、本発明の光学素子は、4層または5層の光学異方性層と、3層または4層の波長選択性位相差層とを有し、赤色光、緑色光および青色光に加え、赤外線および/または紫外線を透過して屈折する構成でもよい。あるいは、本発明の光学素子は、6層以上の光学異方性層と、光学異方性層の層数-1層の波長選択性位相差層とを有し、赤色光、緑色光および青色光に加え、3種以上の異なる波長帯域の光を透過して屈折する構成でもよい。あるいは、本発明の光学素子は、図1と同様に2層の光学異方性層と1層の波長選択性位相差層とを有し、赤色光および青色光、または、赤色光および緑色光を透過して屈折する構成、または、赤色光、緑色光および青色光から選択される1色と、赤外線または紫外線とを屈折して透過する構成でもよい。または、赤外線または/および紫外線を屈折して透過する構成でもよい。
以上、本発明の光学素子および導光素子について詳細に説明したが、本発明は上述の例に限定はされず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変更を行ってもよいのは、もちろんである。
以下に実施例を挙げて本発明の特徴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、使用量、物質量、割合、処理内容、および、処理手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更することができる。したがって、本発明の範囲は以下に示す具体例により限定的に解釈されるべきものではない。
[実施例1]
<第1光学異方性部材の作製>
(支持体、および、支持体の鹸化処理)
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(富士フイルム社製、Z-TAC)を用意した。
支持体を、温度60℃の誘電式加熱ロールを通過させて、支持体の表面温度を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(リットル)/m2で塗布し、支持体を110℃に加熱し、さらに、スチーム式遠赤外ヒーター(ノリタケカンパニーリミテド社製)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、支持体のアルカリ溶液塗布面に、純水を3mL/m2塗布した。次いで、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秒間搬送して乾燥させ、支持体の表面をアルカリ鹸化処理した。
<第1光学異方性部材の作製>
(支持体、および、支持体の鹸化処理)
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(富士フイルム社製、Z-TAC)を用意した。
支持体を、温度60℃の誘電式加熱ロールを通過させて、支持体の表面温度を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(リットル)/m2で塗布し、支持体を110℃に加熱し、さらに、スチーム式遠赤外ヒーター(ノリタケカンパニーリミテド社製)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、支持体のアルカリ溶液塗布面に、純水を3mL/m2塗布した。次いで、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秒間搬送して乾燥させ、支持体の表面をアルカリ鹸化処理した。
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
――――――――――――――――――――――――――――――――――
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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
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(下塗り層の形成)
支持体のアルカリけん化処理面に、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。
支持体のアルカリけん化処理面に、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。
下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
――――――――――――――――――――――――――――――――――
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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
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(配向膜の形成)
下塗り層を形成した支持体上に、下記の配向膜形成用塗布液を#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。
下塗り層を形成した支持体上に、下記の配向膜形成用塗布液を#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。
配向膜形成用塗布液
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光配向用素材A 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
――――――――――――――――――――――――――――――――――
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光配向用素材A 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
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(配向膜の露光)
図11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、半導体レーザとして波長(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つのレーザ光およびの干渉により形成される配向パターンの1周期(液晶化合物由来の光軸が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。
図11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、半導体レーザとして波長(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つのレーザ光およびの干渉により形成される配向パターンの1周期(液晶化合物由来の光軸が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。
(第1光学異方性層の形成)
光学異方性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。
組成物A-1
――――――――――――――――――――――――――――――――――
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T-1 0.08質量部
メチルエチルケトン 313.00質量部
――――――――――――――――――――――――――――――――――
光学異方性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。
組成物A-1
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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T-1 0.08質量部
メチルエチルケトン 313.00質量部
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第1光学異方性層は、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、先ず配向膜の上に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、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。
先ず1層目は、配向膜P-1上に下記の組成物A-1を塗布して、塗膜をホットプレート上で70℃に加熱し、その後、25℃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。この時の1層目の液晶層の膜厚は0.2μmであった。
2層目以降は、この液晶層に重ね塗りして、上と同じ条件で加熱、冷却後に紫外線硬化を行って液晶固定化層を作製した。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、第1光学異方性層を形成して、第1光学異方性部材を作製した。
第1光学異方性層は、最終的に液晶のΔn550×厚さ(Re(550))が275nmになり、かつ、図3に示すような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。なお、この第1光学異方性層の液晶配向パターンにおいて、液晶化合物由来の光軸が180°回転する1周期は、3.0μmであった。以下、特に記載が無い場合には、『Δn550×d』等の測定は、同様に行った。
第1光学異方性層は、最終的に液晶のΔn550×厚さ(Re(550))が275nmになり、かつ、図3に示すような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。なお、この第1光学異方性層の液晶配向パターンにおいて、液晶化合物由来の光軸が180°回転する1周期は、3.0μmであった。以下、特に記載が無い場合には、『Δn550×d』等の測定は、同様に行った。
<第2光学異方性部材の作製>
図11に示す露光装置によって配向膜を露光する際の2つの光の交差角を変更した以外は、配向膜P-1と同様にして、配向パターンを有する配向膜P-2を形成した。
組成物A-1を配向膜P-2上に多層塗布した以外は、第1光学異方性層と同様にして、第2光学異方性層を形成して、第2光学異方性部材を作製した。
第2光学異方性層は、最終的に液晶のΔn550×厚さ(Re(550))が275nmになり、かつ、図3に示すような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。なお、この第2光学異方性層の液晶配向パターンにおいて、液晶化合物由来の光軸が180°回転する1周期は、36.9μmであった。
図11に示す露光装置によって配向膜を露光する際の2つの光の交差角を変更した以外は、配向膜P-1と同様にして、配向パターンを有する配向膜P-2を形成した。
組成物A-1を配向膜P-2上に多層塗布した以外は、第1光学異方性層と同様にして、第2光学異方性層を形成して、第2光学異方性部材を作製した。
第2光学異方性層は、最終的に液晶のΔn550×厚さ(Re(550))が275nmになり、かつ、図3に示すような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。なお、この第2光学異方性層の液晶配向パターンにおいて、液晶化合物由来の光軸が180°回転する1周期は、36.9μmであった。
<第3光学異方性部材の作製>
図11に示す露光装置によって配向膜を露光する際の2つの光の交差角を変更した以外は、配向膜P-1と同様にして、配向パターンを有する配向膜P-3を形成した。
組成物A-1を配向膜P-3上に多層塗布した以外は、第1光学異方性層と同様にして、第3光学異方性層を形成して、第3光学異方性部材を作製した。
第3光学異方性層は、最終的に液晶のΔn550×厚さ(Re(550))が275nmになり、かつ、図3に示すような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。なお、この第3光学異方性層の液晶配向パターンにおいて、液晶化合物由来の光軸が180°回転する1周期は、34.3μmであった。
図11に示す露光装置によって配向膜を露光する際の2つの光の交差角を変更した以外は、配向膜P-1と同様にして、配向パターンを有する配向膜P-3を形成した。
組成物A-1を配向膜P-3上に多層塗布した以外は、第1光学異方性層と同様にして、第3光学異方性層を形成して、第3光学異方性部材を作製した。
第3光学異方性層は、最終的に液晶のΔn550×厚さ(Re(550))が275nmになり、かつ、図3に示すような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。なお、この第3光学異方性層の液晶配向パターンにおいて、液晶化合物由来の光軸が180°回転する1周期は、34.3μmであった。
<波長選択性位相差層の作製>
(配向膜P-4の形成)
第1光学異方性部材と同様にして配向膜P-4を形成した。
(配向膜P-4の形成)
第1光学異方性部材と同様にして配向膜P-4を形成した。
(配向膜P-4の露光)
得られた配向膜P-4を偏光紫外線照射(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。
得られた配向膜P-4を偏光紫外線照射(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板の作製)
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
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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板として、逆分散液晶化合物からなる層を形成した。
λ/4板は、上記の組成物C-1を配向膜P-4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(550)は128nmであった。
λ/4板は、上記の組成物C-1を配向膜P-4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(550)は128nmであった。
(λ=490nmにおけるλ板の作製)
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
――――――――――――――――――――――――――――――――――
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
――――――――――――――――――――――――――――――――――
λ板は、上記の組成物C-2を配向膜P-4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、25℃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板を得た。
得られたλ板の波長λ=490nmにおけるRe(490)は490nmであった。
得られたλ板の波長λ=490nmにおけるRe(490)は490nmであった。
(λ=490nmにおける2λ板の作製)
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=490nmにおけるRe(490)は980nm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=490nmにおけるRe(490)は980nmであった。
下記の表1に記載の層構成になるようにλ/4板、λ板、および、2λ板を積層した。なお、表1における層数の値が小さい方が、第1光学異方性層側になるように順次積層した。また、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、赤色光の円偏光を逆の旋回方向の円偏光に変換し、それ以外の光を透過する、第1の波長選択性位相差層を作製した。
表1に記載のRe(λ)、および、遅相軸方位に変更した以外は、先と同様にして、下記の表2に記載の層構成になるようにλ/4板、λ板、および、2λ板を積層した。
これにより、緑色光の円偏光を逆の旋回方向の円偏光に変換し、それ以外の光を透過する、第2の波長選択性位相差層を作製した。
これにより、緑色光の円偏光を逆の旋回方向の円偏光に変換し、それ以外の光を透過する、第2の波長選択性位相差層を作製した。
<光学素子の作製>
作製した第1光学異方性層、第1の波長選択性位相差層、第2光学異方性層、第2の波長選択性位相差層、および、第3光学異方性層を、この順番で、接着剤によって貼り合わせることにより、光学素子を作製した。なお、貼り合わせ時には、各光学異方性層および各波長選択性位相差層から支持体および配向膜を剥離してから、次の層を貼り合わせた。この構成は、図8に示す概念図から、支持体20ならびに配向膜24A、24Bおよび24Cを除いた態様に相当する。
作製した第1光学異方性層、第1の波長選択性位相差層、第2光学異方性層、第2の波長選択性位相差層、および、第3光学異方性層を、この順番で、接着剤によって貼り合わせることにより、光学素子を作製した。なお、貼り合わせ時には、各光学異方性層および各波長選択性位相差層から支持体および配向膜を剥離してから、次の層を貼り合わせた。この構成は、図8に示す概念図から、支持体20ならびに配向膜24A、24Bおよび24Cを除いた態様に相当する。
[実施例2]
図11に示す露光装置によって配向膜を露光する際の2つの光の交差角を変更した以外は、実施例1と同様にして、第1光学異方性部材、第2光学異方性部材および第3光学異方性部材を作製した。
なお、実施例1と同様に確認したところ、第1光学異方性層の液晶配向パターンおける、液晶化合物由来の光軸が180°回転する1周期は1.1μm、
第2光学異方性層の液晶配向パターンにおける、液晶化合物由来の光軸が180°回転する1周期は12.8μm、
第3光学異方性層の液晶配向パターンにおける、液晶化合物由来の光軸が180°回転する1周期は、11.9μm、であった。
図11に示す露光装置によって配向膜を露光する際の2つの光の交差角を変更した以外は、実施例1と同様にして、第1光学異方性部材、第2光学異方性部材および第3光学異方性部材を作製した。
なお、実施例1と同様に確認したところ、第1光学異方性層の液晶配向パターンおける、液晶化合物由来の光軸が180°回転する1周期は1.1μm、
第2光学異方性層の液晶配向パターンにおける、液晶化合物由来の光軸が180°回転する1周期は12.8μm、
第3光学異方性層の液晶配向パターンにおける、液晶化合物由来の光軸が180°回転する1周期は、11.9μm、であった。
表1に記載のRe(λ)、および、遅相軸方位に変更した以外は、先と同様にして、下記の表3に記載の層構成になるようにλ/4板、λ板、および、2λ板を積層した。
これにより、赤色光の円偏光を逆の旋回方向の円偏光に変換し、それ以外の光を透過する、第1の波長選択性位相差層を作製した。
これにより、赤色光の円偏光を逆の旋回方向の円偏光に変換し、それ以外の光を透過する、第1の波長選択性位相差層を作製した。
表1に記載のRe(λ)、および、遅相軸方位に変更した以外は、先と同様にして、下記の表4に記載の層構成になるようにλ/4板、λ板、および、2λ板を積層した。
これにより、緑色光の円偏光を逆の旋回方向の円偏光に変換し、それ以外の光を透過する、第2の波長選択性位相差層を作製した。
この第1光学異方性部材、第2光学異方性部材および第3光学異方性部材、ならびに、第1の波長選択性位相差層および第2の波長選択性位相差層を用いて、実施例1と同様にして、光学素子を作製した。
これにより、緑色光の円偏光を逆の旋回方向の円偏光に変換し、それ以外の光を透過する、第2の波長選択性位相差層を作製した。
この第1光学異方性部材、第2光学異方性部材および第3光学異方性部材、ならびに、第1の波長選択性位相差層および第2の波長選択性位相差層を用いて、実施例1と同様にして、光学素子を作製した。
[実施例3]
<第1光学異方性部材の作製>
図11に示す露光装置によって配向膜を露光する際の2つの光の交差角を変更した以外は、配向膜P-1と同様にして、配向パターンを有する配向膜P-4を形成した。
<第1光学異方性部材の作製>
図11に示す露光装置によって配向膜を露光する際の2つの光の交差角を変更した以外は、配向膜P-1と同様にして、配向パターンを有する配向膜P-4を形成した。
光学異方性層を形成する液晶組成物として、下記の組成物B-1を調製した。
組成物B-1
――――――――――――――――――――――――――――――――――
液晶化合物L-5 80.00質量部
液晶化合物L-6 20.00質量部
重合開始剤(BASF製、Irgacure(登録商標)907)
5.00質量部
メガファックF444(DIC社製) 0.18質量部
メチルエチルケトン 315.00質量部
――――――――――――――――――――――――――――――――――
組成物B-1
――――――――――――――――――――――――――――――――――
液晶化合物L-5 80.00質量部
液晶化合物L-6 20.00質量部
重合開始剤(BASF製、Irgacure(登録商標)907)
5.00質量部
メガファックF444(DIC社製) 0.18質量部
メチルエチルケトン 315.00質量部
――――――――――――――――――――――――――――――――――
組成物B-1を配向膜P-4上に多層塗布した以外は、実施例1の第1光学異方性層と同様に、第1光学異方性層を形成して、第1光学異方性部材を作製した。
第1光学異方性層は、最終的に液晶のΔn550×厚さ(Re(550))が275nmになり、かつ、周期的な配向表面(図15参照)になっていることを偏光顕微鏡で確認した。なお、この第1光学異方性層の液晶配向パターンにおいて、液晶化合物由来の光軸が180°回転する1周期は、1.1μmであった。
第1光学異方性層は、最終的に液晶のΔn550×厚さ(Re(550))が275nmになり、かつ、周期的な配向表面(図15参照)になっていることを偏光顕微鏡で確認した。なお、この第1光学異方性層の液晶配向パターンにおいて、液晶化合物由来の光軸が180°回転する1周期は、1.1μmであった。
<第2光学異方性部材の作製>
図11に示す露光装置によって配向膜を露光する際の2つの光の交差角を変更した以外は、配向膜P-1と同様にして、配向パターンを有する配向膜P-5を形成した。
組成物B-1を配向膜P-5上に多層塗布した以外は、実施例1の第1光学異方性層と同様にして、第2光学異方性層を形成して、第2光学異方性部材を作製した。
第2光学異方性層は、最終的に液晶のΔn550×厚さ(Re(550))が275nmになり、かつ、周期的な配向表面(図15参照)になっていることを偏光顕微鏡で確認した。なお、この第2光学異方性層の液晶配向パターンにおいて、液晶化合物由来の光軸が180°回転する1周期は、12.8μmであった。
図11に示す露光装置によって配向膜を露光する際の2つの光の交差角を変更した以外は、配向膜P-1と同様にして、配向パターンを有する配向膜P-5を形成した。
組成物B-1を配向膜P-5上に多層塗布した以外は、実施例1の第1光学異方性層と同様にして、第2光学異方性層を形成して、第2光学異方性部材を作製した。
第2光学異方性層は、最終的に液晶のΔn550×厚さ(Re(550))が275nmになり、かつ、周期的な配向表面(図15参照)になっていることを偏光顕微鏡で確認した。なお、この第2光学異方性層の液晶配向パターンにおいて、液晶化合物由来の光軸が180°回転する1周期は、12.8μmであった。
<第3光学異方性部材の作製>
図11に示す露光装置によって配向膜を露光する際の2つの光の交差角を変更した以外は、配向膜P-1と同様にして、配向パターンを有する配向膜P-6を形成した。
組成物B-1を配向膜P-6上に多層塗布した以外は、実施例1の第1光学異方性層と同様にして、第3光学異方性層を形成して、第3光学異方性部材を作製した。
第3光学異方性層は、最終的に液晶のΔn550×厚さ(Re(550))が275nmになり、かつ、周期的な配向表面(図15参照)になっていることを偏光顕微鏡で確認した。なお、この第3光学異方性層の液晶配向パターンにおいて、液晶化合物由来の光軸が180°回転する1周期は、11.9μmであった。
図11に示す露光装置によって配向膜を露光する際の2つの光の交差角を変更した以外は、配向膜P-1と同様にして、配向パターンを有する配向膜P-6を形成した。
組成物B-1を配向膜P-6上に多層塗布した以外は、実施例1の第1光学異方性層と同様にして、第3光学異方性層を形成して、第3光学異方性部材を作製した。
第3光学異方性層は、最終的に液晶のΔn550×厚さ(Re(550))が275nmになり、かつ、周期的な配向表面(図15参照)になっていることを偏光顕微鏡で確認した。なお、この第3光学異方性層の液晶配向パターンにおいて、液晶化合物由来の光軸が180°回転する1周期は、11.9μmであった。
<波長選択性位相差層の作製>
実施例2と同様にして、第1の波長選択性位相差層および第2の波長選択性位相差層を作製した。
実施例2と同様にして、第1の波長選択性位相差層および第2の波長選択性位相差層を作製した。
<光学素子の作製>
この第1光学異方性部材、第2光学異方性部材および第3光学異方性部材、ならびに、第1の波長選択性位相差層および第2の波長選択性位相差層を用いて、実施例1と同様にして、光学素子を作製した。
この第1光学異方性部材、第2光学異方性部材および第3光学異方性部材、ならびに、第1の波長選択性位相差層および第2の波長選択性位相差層を用いて、実施例1と同様にして、光学素子を作製した。
[実施例4]
光学異方性層を形成する液晶組成物として、下記の組成物C-4を調製した。
組成物C-4
――――――――――――――――――――――――――――――――――
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T-1 0.10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
――――――――――――――――――――――――――――――――――
光学異方性層を形成する液晶組成物として、下記の組成物C-4を調製した。
組成物C-4
――――――――――――――――――――――――――――――――――
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T-1 0.10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
――――――――――――――――――――――――――――――――――
第1光学異方性層、第2光学異方性層および第3光学異方性層の形成に、この組成物C-4を用い、かつ、ホットプレート上での加熱温度を70℃に変更し、さらに、図11に示す露光装置によって配向膜を露光する際の2つの光の交差角を変更した以外は、実施例1と同様にして、第1光学異方性部材、第2光学異方性部材および第3光学異方性部材を作製した。
なお、第1光学異方性層、第2光学異方性層および第3光学異方性層は、いずれも、最終的に液晶のΔn550×厚さ(Re(550))が275nmになり、かつ、図3に示すような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。
また、実施例1と同様に確認したところ、第1光学異方性層の液晶配向パターンおける、液晶化合物由来の光軸が180°回転する1周期は1.1μm、
第2光学異方性層の液晶配向パターンにおける、液晶化合物由来の光軸が180°回転する1周期は12.8μm、
第3光学異方性層の液晶配向パターンにおける、液晶化合物由来の光軸が180°回転する1周期は、11.9μm、であった。
なお、第1光学異方性層、第2光学異方性層および第3光学異方性層は、いずれも、最終的に液晶のΔn550×厚さ(Re(550))が275nmになり、かつ、図3に示すような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。
また、実施例1と同様に確認したところ、第1光学異方性層の液晶配向パターンおける、液晶化合物由来の光軸が180°回転する1周期は1.1μm、
第2光学異方性層の液晶配向パターンにおける、液晶化合物由来の光軸が180°回転する1周期は12.8μm、
第3光学異方性層の液晶配向パターンにおける、液晶化合物由来の光軸が180°回転する1周期は、11.9μm、であった。
<波長選択性位相差層の作製>
実施例2と同様にして、第1の波長選択性位相差層および第2の波長選択性位相差層を作製した。
実施例2と同様にして、第1の波長選択性位相差層および第2の波長選択性位相差層を作製した。
<光学素子の作製>
この第1光学異方性部材、第2光学異方性部材および第3光学異方性部材、ならびに、第1の波長選択性位相差層および第2の波長選択性位相差層を用いて、実施例1と同様にして、光学素子を作製した。
この第1光学異方性部材、第2光学異方性部材および第3光学異方性部材、ならびに、第1の波長選択性位相差層および第2の波長選択性位相差層を用いて、実施例1と同様にして、光学素子を作製した。
[比較例1]
実施例1の第1光学異方性部材を光学素子とした。
[比較例2]
第1の波長選択性位相差層および第2の波長選択性位相差層を用いない以外は、実施例1と同様に光学素子を作製した。
[比較例2-2]
第2光学異方性部材および第3光学異方性部材の液晶配向パターンにおける、液晶化合物由来の光軸が180°回転する1周期を3.0μmに変更した以外は、実施例1と同様に光学素子を作製した。
実施例1の第1光学異方性部材を光学素子とした。
[比較例2]
第1の波長選択性位相差層および第2の波長選択性位相差層を用いない以外は、実施例1と同様に光学素子を作製した。
[比較例2-2]
第2光学異方性部材および第3光学異方性部材の液晶配向パターンにおける、液晶化合物由来の光軸が180°回転する1周期を3.0μmに変更した以外は、実施例1と同様に光学素子を作製した。
[比較例3]
実施例3の第1光学異方性部材を光学素子とした。
[比較例4]
第1の波長選択性位相差層および第2の波長選択性位相差層を用いない以外は、実施例2と同様に光学素子を作製した。
実施例3の第1光学異方性部材を光学素子とした。
[比較例4]
第1の波長選択性位相差層および第2の波長選択性位相差層を用いない以外は、実施例2と同様に光学素子を作製した。
[比較例5]
第1の波長選択性位相差層および第2の波長選択性位相差層を用いない以外は、実施例3と同様に光学素子を作製した。
第1の波長選択性位相差層および第2の波長選択性位相差層を用いない以外は、実施例3と同様に光学素子を作製した。
[実施例5]
<第1光学異方性部材の作製>
配向膜を露光する露光装置として、図13に示す露光装置を用いた以外は、配向膜P-1と同様にして配向膜P-7を形成した。なお、図13に示す露光装置を用いることによって、配向パターンの1周期が、外方向に向かって、漸次、短くなるようにした。
<第1光学異方性部材の作製>
配向膜を露光する露光装置として、図13に示す露光装置を用いた以外は、配向膜P-1と同様にして配向膜P-7を形成した。なお、図13に示す露光装置を用いることによって、配向パターンの1周期が、外方向に向かって、漸次、短くなるようにした。
組成物A-1を配向膜P-7上に多層塗布した以外は、実施例1の第1光学異方性層と同様にして、第1光学異方性層を形成して、第1光学異方性部材を作製した。
第1光学異方性層は、最終的に液晶のΔn550×厚さ(Re(550))が275nmになり、かつ、図12に示すような同心円状(放射状)の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。なお、この第1光学異方性層の液晶配向パターンにおいて、液晶化合物の光軸が180°回転する1周期は、中心部の1周期が325μmで、中心から2.5mmの距離での1周期が10.6μm、中心から5.0mmの距離での1周期が5.3μmであり、外方向に向かって周期が短くなる液晶配向パターンであった。
第1光学異方性層は、最終的に液晶のΔn550×厚さ(Re(550))が275nmになり、かつ、図12に示すような同心円状(放射状)の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。なお、この第1光学異方性層の液晶配向パターンにおいて、液晶化合物の光軸が180°回転する1周期は、中心部の1周期が325μmで、中心から2.5mmの距離での1周期が10.6μm、中心から5.0mmの距離での1周期が5.3μmであり、外方向に向かって周期が短くなる液晶配向パターンであった。
<第2光学異方性部材の作製>
図13に示す露光装置において、レンズの焦点距離、および、レンズと配向膜との距離を変更した以外は、配向膜P-7と同様にして、配向膜P-8を形成した。
組成物A-1を配向膜P-8上に多層塗布した以外は、実施例1の第1光学異方性層と同様にして、第2光学異方性層を形成して、第2光学異方性部材を作製した。
第3光学異方性層は、最終的に液晶のΔn550×厚さ(Re(550))が275nmになり、かつ、図12に示すような同心円状(放射状)の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。なお、この第2光学異方性層の液晶配向パターンにおいて、液晶化合物の光軸が180°回転する1周期は、中心部の1周期が1135μmで、中心から2.5mmの距離での1周期が134μm、中心から5.0mmの距離での1周期が65μmで、外方向に向かって周期が短くなる液晶配向パターンであった。
図13に示す露光装置において、レンズの焦点距離、および、レンズと配向膜との距離を変更した以外は、配向膜P-7と同様にして、配向膜P-8を形成した。
組成物A-1を配向膜P-8上に多層塗布した以外は、実施例1の第1光学異方性層と同様にして、第2光学異方性層を形成して、第2光学異方性部材を作製した。
第3光学異方性層は、最終的に液晶のΔn550×厚さ(Re(550))が275nmになり、かつ、図12に示すような同心円状(放射状)の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。なお、この第2光学異方性層の液晶配向パターンにおいて、液晶化合物の光軸が180°回転する1周期は、中心部の1周期が1135μmで、中心から2.5mmの距離での1周期が134μm、中心から5.0mmの距離での1周期が65μmで、外方向に向かって周期が短くなる液晶配向パターンであった。
<第3光学異方性部材の作製>
図13に示す露光装置において、レンズの焦点距離、および、レンズと配向膜との距離を変更した以外は、配向膜P-7と同様にして、配向膜P-9を形成した。
組成物A-3を配向膜P-9上に多層塗布した以外は、実施例1の第1光学異方性層と同様にして、第3光学異方性層を形成して、第3光学異方性部材を作製した。
第3光学異方性層は、最終的に液晶のΔn550×厚さ(Re(550))が275nmになり、かつ、図12に示すような同心円状(放射状)の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。なお、この第3光学異方性層の液晶配向パターンにおいて、液晶化合物の光軸が180°回転する1周期は、中心部の1周期が1095μmで、中心から2.5mmの距離での1周期が122μm、中心から5.0mmの距離での1周期が60μmで、外方向に向かって周期が短くなる液晶配向パターンであった。
図13に示す露光装置において、レンズの焦点距離、および、レンズと配向膜との距離を変更した以外は、配向膜P-7と同様にして、配向膜P-9を形成した。
組成物A-3を配向膜P-9上に多層塗布した以外は、実施例1の第1光学異方性層と同様にして、第3光学異方性層を形成して、第3光学異方性部材を作製した。
第3光学異方性層は、最終的に液晶のΔn550×厚さ(Re(550))が275nmになり、かつ、図12に示すような同心円状(放射状)の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。なお、この第3光学異方性層の液晶配向パターンにおいて、液晶化合物の光軸が180°回転する1周期は、中心部の1周期が1095μmで、中心から2.5mmの距離での1周期が122μm、中心から5.0mmの距離での1周期が60μmで、外方向に向かって周期が短くなる液晶配向パターンであった。
<波長選択性位相差層の作製>
実施例1と同様にして、第1の波長選択性位相差層および第2の波長選択性位相差層を作製した。
実施例1と同様にして、第1の波長選択性位相差層および第2の波長選択性位相差層を作製した。
<光学素子の作製>
この第1光学異方性部材、第2光学異方性部材および第3光学異方性部材、ならびに、第1の波長選択性位相差層および第2の波長選択性位相差層を用いて、実施例1と同様にして、光学素子を作製した。
この第1光学異方性部材、第2光学異方性部材および第3光学異方性部材、ならびに、第1の波長選択性位相差層および第2の波長選択性位相差層を用いて、実施例1と同様にして、光学素子を作製した。
[比較例6]
実施例5の第1光学異方性部材を光学素子とした。
[比較例7]
第1の波長選択性位相差層および第2の波長選択性位相差層を用いない以外は、実施例5と同様に光学素子を作製した。
実施例5の第1光学異方性部材を光学素子とした。
[比較例7]
第1の波長選択性位相差層および第2の波長選択性位相差層を用いない以外は、実施例5と同様に光学素子を作製した。
[実施例6~実施例15]
<光学異方性部材の作製>
図11に示す露光装置によって配向膜を露光する際の2つの光の交差角を、種々、変更した以外は、実施例1と同様にして、下記の表5に示す液晶配向パターンにおける液晶化合物の光軸が180°回転する1周期を有する、各種の第1光学異方性部材、第2光学異方性部材および第3光学異方性部材を作製した。
なお、各光学異方性部材における、液晶配向パターンおける液晶化合物の光軸が180°回転する1周期は、実施例1と同様に確認した。液晶配向パターンおける、液晶化合物由来の光軸が180°回転する1周期は、表5に示す。
<波長選択性位相差層の作製>
実施例2と同様にして、第1の波長選択性位相差層および第2の波長選択性位相差層を作製した。
<光学素子の作製>
この第1光学異方性部材、第2光学異方性部材および第3光学異方性部材、ならびに、第1の波長選択性位相差層および第2の波長選択性位相差層を用いて、実施例1と同様にして、光学素子を作製した。
<光学異方性部材の作製>
図11に示す露光装置によって配向膜を露光する際の2つの光の交差角を、種々、変更した以外は、実施例1と同様にして、下記の表5に示す液晶配向パターンにおける液晶化合物の光軸が180°回転する1周期を有する、各種の第1光学異方性部材、第2光学異方性部材および第3光学異方性部材を作製した。
なお、各光学異方性部材における、液晶配向パターンおける液晶化合物の光軸が180°回転する1周期は、実施例1と同様に確認した。液晶配向パターンおける、液晶化合物由来の光軸が180°回転する1周期は、表5に示す。
<波長選択性位相差層の作製>
実施例2と同様にして、第1の波長選択性位相差層および第2の波長選択性位相差層を作製した。
<光学素子の作製>
この第1光学異方性部材、第2光学異方性部材および第3光学異方性部材、ならびに、第1の波長選択性位相差層および第2の波長選択性位相差層を用いて、実施例1と同様にして、光学素子を作製した。
[実施例16]
<光学異方性部材の作製>
実施例2の第1光学異方性部材と同様にして、第1光学異方性部材を作製した。
また、図11に示す露光装置によって配向膜を露光する際の2つの光の交差角を変更した以外は、実施例2の第3光学異方性部材と同様にして、第2光学異方性部材を作製した。
なお、実施例1と同様に確認したところ、第1光学異方性層の液晶配向パターンおける、液晶化合物由来の光軸が180°回転する1周期は1.1μm、第2光学異方性層の液晶配向パターンにおける、液晶化合物由来の光軸が180°回転する1周期は6.2μm、であった。
<波長選択性位相差層の作製>
実施例2と同様にして、第1の波長選択性位相差層を作製した。
<光学素子の作製>
この第1光学異方性部材および第2光学異方性部材、ならびに、第1の波長選択性位相差層を用いて、実施例1と同様にして、光学素子を作製した。
<光学異方性部材の作製>
実施例2の第1光学異方性部材と同様にして、第1光学異方性部材を作製した。
また、図11に示す露光装置によって配向膜を露光する際の2つの光の交差角を変更した以外は、実施例2の第3光学異方性部材と同様にして、第2光学異方性部材を作製した。
なお、実施例1と同様に確認したところ、第1光学異方性層の液晶配向パターンおける、液晶化合物由来の光軸が180°回転する1周期は1.1μm、第2光学異方性層の液晶配向パターンにおける、液晶化合物由来の光軸が180°回転する1周期は6.2μm、であった。
<波長選択性位相差層の作製>
実施例2と同様にして、第1の波長選択性位相差層を作製した。
<光学素子の作製>
この第1光学異方性部材および第2光学異方性部材、ならびに、第1の波長選択性位相差層を用いて、実施例1と同様にして、光学素子を作製した。
[比較例8]
実施例16の第1光学異方性部材を光学素子とした。
[比較例9]
第1の波長選択性位相差層を用いない以外は、実施例16と同様に光学素子を作製した。
実施例16の第1光学異方性部材を光学素子とした。
[比較例9]
第1の波長選択性位相差層を用いない以外は、実施例16と同様に光学素子を作製した。
[円偏光板の作製]
後述する『透過の波長依存性の評価』を行うために、下記のようにして、円偏光板B、円偏光板Gおよび円偏光板Rを作製した。
まず、円偏光板Gを作製した。実施例1と同様にして下塗り層を形成した支持体を用意した。
後述する『透過の波長依存性の評価』を行うために、下記のようにして、円偏光板B、円偏光板Gおよび円偏光板Rを作製した。
まず、円偏光板Gを作製した。実施例1と同様にして下塗り層を形成した支持体を用意した。
(配向膜P-10の形成)
下塗り層を形成した支持体上に、下記の配向膜P-10形成用塗布液を#2.4のワイヤーバーで連続的に塗布した。この配向膜P-10形成用塗布液の塗膜が形成された支持体を80℃のホットプレート上で5分間乾燥し、配向膜P-10を形成した。
下塗り層を形成した支持体上に、下記の配向膜P-10形成用塗布液を#2.4のワイヤーバーで連続的に塗布した。この配向膜P-10形成用塗布液の塗膜が形成された支持体を80℃のホットプレート上で5分間乾燥し、配向膜P-10を形成した。
<配向膜P-10形成用塗布液>
――――――――――――――――――――――――――――――――――
光配向用素材 重合体A2 4.35質量部
低分子化合物B2 0.80質量部
架橋剤C1 2.20質量部
化合物D1 0.48質量部
化合物D2 1.15質量部
酢酸ブチル 100.00質量部
――――――――――――――――――――――――――――――――――
――――――――――――――――――――――――――――――――――
光配向用素材 重合体A2 4.35質量部
低分子化合物B2 0.80質量部
架橋剤C1 2.20質量部
化合物D1 0.48質量部
化合物D2 1.15質量部
酢酸ブチル 100.00質量部
――――――――――――――――――――――――――――――――――
<<重合体A2の合成>>
撹拌機、温度計、滴下漏斗および還流冷却管を備えた反応容器に、2-(3,4-エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン100質量部、メチルイソブチルケトン500質量部、および、トリエチルアミン10質量部を仕込み、室温で混合した。次いで、脱イオン水100質量部を滴下漏斗より30分かけて滴下した後、還流下で混合しつつ、80℃で6時間反応させた。反応終了後、有機相を取り出し、0.2質量%硝酸アンモニウム水溶液により洗浄後の水が中性になるまで洗浄した後、減圧下で溶媒および水を留去することにより、エポキシ含有ポリオルガノシロキサンを粘調な透明液体として得た。
このエポキシ含有ポリオルガノシロキサンについて、1H-NMR(Nuclear Magnetic Resonance)分析を行ったところ、化学シフト(δ)=3.2ppm付近にオキシラニル基に基づくピークが理論強度どおりに得られ、反応中にエポキシ基の副反応が起こっていないことが確認された。このエポキシ含有ポリオルガノシロキサンの重量平均分子量Mwは2,200、エポキシ当量は186g/モルであった。
次に、100mLの三口フラスコに、上記で得たエポキシ含有ポリオルガノシロキサン10.1質量部、アクリル基含有カルボン酸(東亜合成社製、アロニックスM-5300、アクリル酸ω-カルボキシポリカプロラクトン(重合度n≒2))0.5質量部、酢酸ブチル20質量部、特開2015-26050号公報の合成例1の方法で得られた桂皮酸誘導体1.5質量部、および、テトラブチルアンモニウムブロミド0.3質量部を仕込み、90℃で12時間撹拌した。反応終了後、反応溶液と等量(質量)の酢酸ブチルで希釈し、3回水洗した。
この溶液を濃縮し、酢酸ブチルで希釈する操作を2回繰り返し、最終的に、光配向性基を有するポリオルガノシロキサン(下記重合体A2)を含む溶液を得た。この重合体A2の重量平均分子量Mwは9,000であった。また、1H-NMR分析の結果、重合体A2中のシンナメート基を有する成分は23.7質量%であった。
撹拌機、温度計、滴下漏斗および還流冷却管を備えた反応容器に、2-(3,4-エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン100質量部、メチルイソブチルケトン500質量部、および、トリエチルアミン10質量部を仕込み、室温で混合した。次いで、脱イオン水100質量部を滴下漏斗より30分かけて滴下した後、還流下で混合しつつ、80℃で6時間反応させた。反応終了後、有機相を取り出し、0.2質量%硝酸アンモニウム水溶液により洗浄後の水が中性になるまで洗浄した後、減圧下で溶媒および水を留去することにより、エポキシ含有ポリオルガノシロキサンを粘調な透明液体として得た。
このエポキシ含有ポリオルガノシロキサンについて、1H-NMR(Nuclear Magnetic Resonance)分析を行ったところ、化学シフト(δ)=3.2ppm付近にオキシラニル基に基づくピークが理論強度どおりに得られ、反応中にエポキシ基の副反応が起こっていないことが確認された。このエポキシ含有ポリオルガノシロキサンの重量平均分子量Mwは2,200、エポキシ当量は186g/モルであった。
次に、100mLの三口フラスコに、上記で得たエポキシ含有ポリオルガノシロキサン10.1質量部、アクリル基含有カルボン酸(東亜合成社製、アロニックスM-5300、アクリル酸ω-カルボキシポリカプロラクトン(重合度n≒2))0.5質量部、酢酸ブチル20質量部、特開2015-26050号公報の合成例1の方法で得られた桂皮酸誘導体1.5質量部、および、テトラブチルアンモニウムブロミド0.3質量部を仕込み、90℃で12時間撹拌した。反応終了後、反応溶液と等量(質量)の酢酸ブチルで希釈し、3回水洗した。
この溶液を濃縮し、酢酸ブチルで希釈する操作を2回繰り返し、最終的に、光配向性基を有するポリオルガノシロキサン(下記重合体A2)を含む溶液を得た。この重合体A2の重量平均分子量Mwは9,000であった。また、1H-NMR分析の結果、重合体A2中のシンナメート基を有する成分は23.7質量%であった。
(配向膜P-10の露光)
得られた配向膜P-10に偏光紫外線を照射(20mJ/cm2、超高圧水銀ランプ使用)することで、配向膜P-10の露光を行った。
得られた配向膜P-10に偏光紫外線を照射(20mJ/cm2、超高圧水銀ランプ使用)することで、配向膜P-10の露光を行った。
[光学異方性層(λ/4板)の作製]
光学異方性層は、組成物C-1を配向膜P-10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て、光学異方性層を作製した。
得られた光学異方性層のΔn530×d(Re(530))は132.5nmであった。
光学異方性層は、組成物C-1を配向膜P-10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て、光学異方性層を作製した。
得られた光学異方性層のΔn530×d(Re(530))は132.5nmであった。
[円偏光板Gの作製]
光学異方性層(λ/4板)のトリアセチルセルロースフィルム側に、粘着剤を介して偏光板を貼り合わせて円偏光板Gを得た。
光学異方性層(λ/4板)のトリアセチルセルロースフィルム側に、粘着剤を介して偏光板を貼り合わせて円偏光板Gを得た。
[円偏光板の作製]
上記円偏光板の作製において、光学異方性層の膜厚を変更し、Δn450×d(Re(450))を112.5nm、および、Δn635×d(Re(635))を158.8nmにした以外は、同様にして、円偏光板Bおよび円偏光板Rを作製した。
上記円偏光板の作製において、光学異方性層の膜厚を変更し、Δn450×d(Re(450))を112.5nm、および、Δn635×d(Re(635))を158.8nmにした以外は、同様にして、円偏光板Bおよび円偏光板Rを作製した。
[透過の波長依存性の評価]
作製した光学素子に正面(法線に対する角度0°の方向)から光を入射した際における、赤色光、緑色光および青色光の、入射光に対する透過光の角度を測定した。透過光の角度は、入射光を0°とした際における、入射光に対する透過光の角度である。
具体的には、赤色光(635nm)、緑色光(530nm)および青色光(450nm)に出力の中心波長を持つレーザー光を、作製した光学素子に法線方向に10cm離れた位置から垂直入射させ、透過光を100cmの距離に配置したスクリーンで捉えて、透過角度を算出した。すなわち、本例においては、最も長波長の光の設計波長λaは635nm、中間の波長の光の設計波長λbは530nm、最も短波長の光の設計波長λcは450nmとしている。
なお、レーザー光を各波長に対応する円偏光板B、円偏光板Gおよび円偏光板Rに垂直入射させて、円偏光にした後、作製した光学素子に入射し、評価を行った。
赤色光、緑色光および青色光の平均透過角度θaveと、赤色光、緑色光および青色光のうちの最大透過角度θmaxおよび最小透過角度θminとから、下記の式によって、透過光の屈折の波長依存性PE[%]を算出した。PEが小さいほど、透過光の屈折の波長依存性が低い。なお、実施例14および比較例8~9は、赤色光および青色光のみに関して、評価を行った。
PE[%]=[(θmax-θmin)/θave]×100
PEが5%以下の場合をAA、
PEが5%超10%以下の場合をA、
PEが10%超20%以下の場合をB、
PEが20%超30%以下の場合をC、
PEが30%超の場合をD、と評価した。
作製した光学素子に正面(法線に対する角度0°の方向)から光を入射した際における、赤色光、緑色光および青色光の、入射光に対する透過光の角度を測定した。透過光の角度は、入射光を0°とした際における、入射光に対する透過光の角度である。
具体的には、赤色光(635nm)、緑色光(530nm)および青色光(450nm)に出力の中心波長を持つレーザー光を、作製した光学素子に法線方向に10cm離れた位置から垂直入射させ、透過光を100cmの距離に配置したスクリーンで捉えて、透過角度を算出した。すなわち、本例においては、最も長波長の光の設計波長λaは635nm、中間の波長の光の設計波長λbは530nm、最も短波長の光の設計波長λcは450nmとしている。
なお、レーザー光を各波長に対応する円偏光板B、円偏光板Gおよび円偏光板Rに垂直入射させて、円偏光にした後、作製した光学素子に入射し、評価を行った。
赤色光、緑色光および青色光の平均透過角度θaveと、赤色光、緑色光および青色光のうちの最大透過角度θmaxおよび最小透過角度θminとから、下記の式によって、透過光の屈折の波長依存性PE[%]を算出した。PEが小さいほど、透過光の屈折の波長依存性が低い。なお、実施例14および比較例8~9は、赤色光および青色光のみに関して、評価を行った。
PE[%]=[(θmax-θmin)/θave]×100
PEが5%以下の場合をAA、
PEが5%超10%以下の場合をA、
PEが10%超20%以下の場合をB、
PEが20%超30%以下の場合をC、
PEが30%超の場合をD、と評価した。
なお、実施例5および比較例6~7は、作製した光学素子における液晶配向パターンの同心円の中心から5.0mmの離れた点にレーザー光を垂直に入射し、同様に、波長依存性PE[%]を算出した。
結果を下記の表5に示す。
なお、各光学異方性部材において、光学素子の光学特性(透過光の角度)に影響が有るのは光学異方性層で、また、光学異方性層以外の部材は、基本的に、均一あるので、表には、光学異方性層の特性のみを記す。
結果を下記の表5に示す。
なお、各光学異方性部材において、光学素子の光学特性(透過光の角度)に影響が有るのは光学異方性層で、また、光学異方性層以外の部材は、基本的に、均一あるので、表には、光学異方性層の特性のみを記す。
上記表に示されるように、液晶化合物由来の光軸が一方向に沿って回転する液晶配向パターンを有する光学異方性層を、複数層、有し、かつ、少なくとも1層の光学異方性層の液晶配向パターンの1周期が他の光学異方性層とは異なり、さらに、隣接する光学異方性層の間に波長選択性位相差層を有する本発明の光学素子は、透過光の出射角度の波長依存性が小さく、透過した赤色光、緑色光および青色光を、殆ど同じ方向に出射できる。また、実施例1と実施例2との比較より、液晶配向パターンの1周期を短くすることで、透過する円偏光の出射角度を、入射角度に対して大きくできる。さらに、実施例2と実施例4との比較より、逆分散性の液晶を用いることで、透過光を広帯域で明るくすることができる。
また、液晶配向パターンにおける液晶化合物の光軸が180°回転する1周期Λと、設計波長λa、λbおよびλcとの関係が、より好ましい範囲である『0.7*{[(λa+λc)λb/(λa-λb)λc]Λ1}≦Λ2≦1.8*{[(λa+λc)λb/(λa-λb)λc]Λ1}』および『0.7*{[(λa+λc)λb/(λb-λc)λa]Λ1}≦Λ3≦1.8*{[(λa+λc)λb/(λb-λc)λa]Λ1}』に入る実施例10および実施例11の光学素子は、透過光の出射角度の波長依存性が、より小さい(PEの評価B)。
液晶配向パターンにおける液晶化合物の光軸が180°回転する1周期Λと、設計波長λa、λbおよびλcとの関係が、さらに好ましい範囲である『0.8*{[(λa+λc)λb/(λa-λb)λc]Λ1}≦Λ2≦1.3*{[(λa+λc)λb/(λa-λb)λc]Λ1}』および『0.8*{[(λa+λc)λb/(λb-λc)λa]Λ1}≦Λ3≦1.3*{[(λa+λc)λb/(λb-λc)λa]Λ1}』に入る実施例8および実施例9の光学素子は、透過光の出射角度の波長依存性が、さらに小さい(PEの評価A)。
中でも、液晶配向パターンにおける液晶化合物の光軸が180°回転する1周期Λと、設計波長λa、λbおよびλcとの関係が、特に好ましい範囲である『0.9*{[(λa+λc)λb/(λa-λb)λc]Λ1}≦Λ2≦1.15*{[(λa+λc)λb/(λa-λb)λc]Λ1}』および『0.9*{[(λa+λc)λb/(λb-λc)λa]Λ1}≦Λ3≦1.15*{[(λa+λc)λb/(λb-λc)λa]Λ1}』に入る実施例1~4および実施例5~7、ならびに、『0.9*{[(λa+λb)/(λa-λb)]Λ1}≦Λ2≦1.15*{[(λa+λb)/(λa-λb)]Λ1}』に入る実施例16は、透過光の出射角度の波長依存性が、特に小さい(PEの評価AA)。
また、実施例8および実施例9に対して、液晶配向パターンにおける液晶化合物の光軸が180°回転する1周期Λと、設計波長λa、λbおよびλcとの関係が、一方の式のみを満たす実施例14および実施例16は、実施例8および実施例9よりも透過光の出射角度の波長依存性が大きいものの、透過光の出射角度の波長依存性は十分に小さい。
これに対し、1層の光学異方性層のみで構成される比較例1、3、6および8は、透過光の出射角度の波長依存性が大きく、赤色光、緑色光および青色光を同方向に出射できない。また、複数層の光学異方性層を有するものの、波長選択性位相差層を有さない比較例2、4、5、7および9も、同様に、透過光の出射角度の波長依存性が大きく、赤色光、緑色光および青色光を同方向に出射できない。
以上の結果より、本発明の効果は明らかである。
また、液晶配向パターンにおける液晶化合物の光軸が180°回転する1周期Λと、設計波長λa、λbおよびλcとの関係が、より好ましい範囲である『0.7*{[(λa+λc)λb/(λa-λb)λc]Λ1}≦Λ2≦1.8*{[(λa+λc)λb/(λa-λb)λc]Λ1}』および『0.7*{[(λa+λc)λb/(λb-λc)λa]Λ1}≦Λ3≦1.8*{[(λa+λc)λb/(λb-λc)λa]Λ1}』に入る実施例10および実施例11の光学素子は、透過光の出射角度の波長依存性が、より小さい(PEの評価B)。
液晶配向パターンにおける液晶化合物の光軸が180°回転する1周期Λと、設計波長λa、λbおよびλcとの関係が、さらに好ましい範囲である『0.8*{[(λa+λc)λb/(λa-λb)λc]Λ1}≦Λ2≦1.3*{[(λa+λc)λb/(λa-λb)λc]Λ1}』および『0.8*{[(λa+λc)λb/(λb-λc)λa]Λ1}≦Λ3≦1.3*{[(λa+λc)λb/(λb-λc)λa]Λ1}』に入る実施例8および実施例9の光学素子は、透過光の出射角度の波長依存性が、さらに小さい(PEの評価A)。
中でも、液晶配向パターンにおける液晶化合物の光軸が180°回転する1周期Λと、設計波長λa、λbおよびλcとの関係が、特に好ましい範囲である『0.9*{[(λa+λc)λb/(λa-λb)λc]Λ1}≦Λ2≦1.15*{[(λa+λc)λb/(λa-λb)λc]Λ1}』および『0.9*{[(λa+λc)λb/(λb-λc)λa]Λ1}≦Λ3≦1.15*{[(λa+λc)λb/(λb-λc)λa]Λ1}』に入る実施例1~4および実施例5~7、ならびに、『0.9*{[(λa+λb)/(λa-λb)]Λ1}≦Λ2≦1.15*{[(λa+λb)/(λa-λb)]Λ1}』に入る実施例16は、透過光の出射角度の波長依存性が、特に小さい(PEの評価AA)。
また、実施例8および実施例9に対して、液晶配向パターンにおける液晶化合物の光軸が180°回転する1周期Λと、設計波長λa、λbおよびλcとの関係が、一方の式のみを満たす実施例14および実施例16は、実施例8および実施例9よりも透過光の出射角度の波長依存性が大きいものの、透過光の出射角度の波長依存性は十分に小さい。
これに対し、1層の光学異方性層のみで構成される比較例1、3、6および8は、透過光の出射角度の波長依存性が大きく、赤色光、緑色光および青色光を同方向に出射できない。また、複数層の光学異方性層を有するものの、波長選択性位相差層を有さない比較例2、4、5、7および9も、同様に、透過光の出射角度の波長依存性が大きく、赤色光、緑色光および青色光を同方向に出射できない。
以上の結果より、本発明の効果は明らかである。
ARグラスの導光板に光を入射および出射させる回折素子など、光学装置において光を屈折させる各種の用途に好適に利用可能である。
10 光学素子
12 第1光学異方性部材
14 第2光学異方性部材
16 第3光学異方性部材
18G,18R 波長選択性位相差層
20 支持体
24A,24B,24C 配向膜
26A 第1光学異方性層
26B 第2光学異方性層
26C 第3光学異方性層
30 液晶化合物
30A 光軸
34 光学異方性層
40 ディスプレイ
42 導光板
60,80 露光装置
62,82 レーザ
64,84 光源
68 ビームスプリッター
70A,70B,90A,90B ミラー
72A,72B,96 λ/4板
86.94 偏光ビームスプリッター
92 レンズ
BR,B2R 青色光の右円偏光
GR,G1R,G2R,G3R 緑色光の右円偏光
RR,R1R,R3R 赤色光の右円偏光
B1L,B3L 青色光の左円偏光
G1L,G2L 緑色光の左円偏光
R1L,R2L 赤色光の左円偏光
M レーザ光
MA,MB 光線
MP P偏光
MS S偏光
PO 直線偏光
PR 右円偏光
PL 左円偏光
Q1,Q2 絶対位相
E1,E2 等位相面
U 使用者
12 第1光学異方性部材
14 第2光学異方性部材
16 第3光学異方性部材
18G,18R 波長選択性位相差層
20 支持体
24A,24B,24C 配向膜
26A 第1光学異方性層
26B 第2光学異方性層
26C 第3光学異方性層
30 液晶化合物
30A 光軸
34 光学異方性層
40 ディスプレイ
42 導光板
60,80 露光装置
62,82 レーザ
64,84 光源
68 ビームスプリッター
70A,70B,90A,90B ミラー
72A,72B,96 λ/4板
86.94 偏光ビームスプリッター
92 レンズ
BR,B2R 青色光の右円偏光
GR,G1R,G2R,G3R 緑色光の右円偏光
RR,R1R,R3R 赤色光の右円偏光
B1L,B3L 青色光の左円偏光
G1L,G2L 緑色光の左円偏光
R1L,R2L 赤色光の左円偏光
M レーザ光
MA,MB 光線
MP P偏光
MS S偏光
PO 直線偏光
PR 右円偏光
PL 左円偏光
Q1,Q2 絶対位相
E1,E2 等位相面
U 使用者
Claims (16)
- 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、複数の光学異方性層と、
前記複数の光学異方性層における、隣接する2枚の前記光学異方性層のうちの、少なくとも一対の間に配置される、特定の波長域の円偏光を逆の旋回方向の円偏光に変換する波長選択性位相差層と、を有し、かつ、
前記光学異方性層の前記液晶配向パターンにおいて、前記液晶化合物由来の光軸の向きが連続的に回転しながら変化する前記一方向における、前記液晶化合物由来の光軸の向きが180°回転する長さを1周期とした際に、少なくとも1層の前記光学異方性層は、他の前記光学異方性層と前記1周期の長さが異なる、光学素子。 - 複数対の前記連続する2枚の前記光学異方性層の間に、前記波長選択性位相差層を有し、かつ、前記波長選択性位相差層が円偏光を変換する特定の波長域が、前記光学異方性層の配列方向に、漸次、短くなる、請求項1に記載の光学素子。
- 前記光学異方性層の前記液晶配向パターンにおける前記1周期の長さが、全ての前記光学異方性層で異なる、請求項1または2に記載の光学素子。
- 前記光学異方性層と前記波長選択性位相差層とが、交互に配置される、請求項1~3のいずれか1項に記載の光学素子。
- 前記光学異方性層の配列方向の一方の端に位置する前記光学異方性層が、前記液晶配向パターンにおける前記1周期の長さが最も短い、請求項1~4のいずれか1項に記載の光学素子。
- 前記光学異方性層の少なくとも1層が、面内に、前記液晶配向パターンにおける前記1周期の長さが異なる領域を有する、請求項1~5のいずれか1項に記載の光学素子。
- 前記液晶配向パターンにおける前記液晶化合物由来の光軸の向きが連続的に回転しながら変化する前記一方向に向かって、前記液晶配向パターンの前記1周期が、漸次、短くなる、請求項6に記載の光学素子。
- 前記光学異方性層の前記液晶配向パターンが、前記液晶化合物由来の光軸の向きが連続的に回転しながら変化する前記一方向を、内側から外側に向かう同心円状に有する、同心円状のパターンである、請求項1~7のいずれか1項に記載の光学素子。
- 3層以上の前記光学異方性層と、2層以上の前記波長選択性位相差層と、を有する、請求項1~8のいずれか1項に記載の光学素子。
- 前記波長選択性位相差層の1層が、赤色光の円偏光を逆の旋回方向の円偏光に変換し、前記波長選択性位相差層の他の1層が、緑色光の円偏光を逆の旋回方向の円偏光に変換する、請求項9に記載の光学素子。
- 前記波長選択性位相差層の層数が、前記光学異方性層の層数よりも、1層、少ない、請求項1~10のいずれか1項に記載の光学素子。
- 前記波長選択性位相差層が複数の位相差層からなり、前記位相差層の少なくとも1層は他の位相差層と面内の遅相軸方位が異なる、請求項1~11のいずれか1項に記載の光学素子。
- 前記波長選択性位相差層における前記位相差層の少なくとも1層がλ/4板である、請求項12に記載の光学素子。
- 前記波長選択性位相差層におけるλ/4板が逆波長分散性を有し、他の位相差層の少なくとも1層は順波長分散性を有する、請求項13に記載の光学素子。
- 請求項1~14のいずれか1項に記載の光学素子と、導光板と、を有する、導光素子。
- 離間する2つの前記光学素子が、前記導光板に設けられる、請求項15に記載の導光素子。
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