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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2025025912
(43)【公開日】2025-02-21
(54)【発明の名称】液晶光学素子及び表示装置
(51)【国際特許分類】
G02B 5/30 20060101AFI20250214BHJP
G02B 5/20 20060101ALI20250214BHJP
B32B 7/023 20190101ALI20250214BHJP
B32B 27/00 20060101ALI20250214BHJP
B32B 27/18 20060101ALI20250214BHJP
G02F 1/1335 20060101ALN20250214BHJP
【ＦＩ】
G02B5/30
G02B5/20
B32B7/023
B32B27/00 B
B32B27/18 Z
G02F1/1335
【審査請求】未請求
【請求項の数】10
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023131150
(22)【出願日】2023-08-10
(71)【出願人】
【識別番号】502356528
【氏名又は名称】株式会社ジャパンディスプレイ
(71)【出願人】
【識別番号】504176911
【氏名又は名称】国立大学法人大阪大学
(74)【代理人】
【識別番号】110001737
【氏名又は名称】弁理士法人スズエ国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】井桁 幸一
(72)【発明者】
【氏名】小橋 淳二
(72)【発明者】
【氏名】冨岡 安
(72)【発明者】
【氏名】岡 真一郎
(72)【発明者】
【氏名】吉田 浩之
【テーマコード（参考）】
2H148
2H149
2H291
4F100
【Ｆターム（参考）】
2H148AA06
2H148AA12
2H148AA18
2H148AA23
2H149AA02
2H149AB01
2H149DB02
2H149FA27W
2H149FA27Y
2H149FA34W
2H149FA34Y
2H149FD04
2H291FA94X
2H291FA94Z
2H291FA95X
2H291FA95Z
2H291FB05
2H291GA01
2H291GA08
2H291MA02
2H291PA84
2H291PA85
2H291PA87
4F100AK80
4F100AK80B
4F100AR00B
4F100AT00A
4F100BA02
4F100BA07
4F100BA42B
4F100CA30B
4F100GB48
4F100JN01
4F100JN01A
4F100JN18
4F100JN18B
4F100YY00B
(57)【要約】
【課題】反射帯域を制限することが可能な液晶光学素子を提供する。
【解決手段】一本実施形態によれば、液晶光学素子は、透明基板と、前記透明基板に対向し、コレステリック液晶及び液晶性を示す添加剤を有する液晶層と、を備え、前記添加剤の屈折率異方性は、前記液晶層の屈折率異方性よりも小さい。
【選択図】図２
【解決手段】一本実施形態によれば、液晶光学素子は、透明基板と、前記透明基板に対向し、コレステリック液晶及び液晶性を示す添加剤を有する液晶層と、を備え、前記添加剤の屈折率異方性は、前記液晶層の屈折率異方性よりも小さい。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
透明基板と、
前記透明基板に対向し、コレステリック液晶及び液晶性を示す添加剤を有する液晶層と、を備え、
前記添加剤の屈折率異方性は、前記液晶層の屈折率異方性よりも小さい、
液晶光学素子。
前記透明基板に対向し、コレステリック液晶及び液晶性を示す添加剤を有する液晶層と、を備え、
前記添加剤の屈折率異方性は、前記液晶層の屈折率異方性よりも小さい、
液晶光学素子。
【請求項2】
透明基板と、
前記透明基板に対向し、コレステリック液晶及び液晶性を示す添加剤を有する液晶層と、を備え、
前記添加剤の屈折率異方性は、前記コレステリック液晶の屈折率異方性よりも小さい、
液晶光学素子。
前記透明基板に対向し、コレステリック液晶及び液晶性を示す添加剤を有する液晶層と、を備え、
前記添加剤の屈折率異方性は、前記コレステリック液晶の屈折率異方性よりも小さい、
液晶光学素子。
【請求項3】
前記添加剤は、ネマティック液晶材料またはディスコティック液晶材料によって形成されている、
請求項１または２に記載の液晶光学素子。
請求項１または２に記載の液晶光学素子。
【請求項4】
前記添加剤は、アルコキシシクロヘキシルシクロヘキサン系、シクロヘキシルシクロヘキサンビニル系、アルキルフェニルシクロヘキサン系、アルコキシフェニルシクロヘキサン系、フルオロフェニルシクロヘキサン系、または、シアノフェニルシクロヘキサン系の材料によって形成されている、
請求項３に記載の液晶光学素子。
請求項３に記載の液晶光学素子。
【請求項5】
前記コレステリック液晶の螺旋ピッチは、２００ｎｍ以上、４５０ｎｍ以下である、
請求項１または２に記載の液晶光学素子。
請求項１または２に記載の液晶光学素子。
【請求項6】
前記液晶層の屈折率異方性は、０．１より大きく、
前記添加剤の屈折率異方性は、０．１より小さい、
請求項１に記載の液晶光学素子。
前記添加剤の屈折率異方性は、０．１より小さい、
請求項１に記載の液晶光学素子。
【請求項7】
前記コレステリック液晶の屈折率異方性は、０．１より大きく、
前記添加剤の屈折率異方性は、０．１より小さい、
請求項２に記載の液晶光学素子。
前記添加剤の屈折率異方性は、０．１より小さい、
請求項２に記載の液晶光学素子。
【請求項8】
第１主面と、前記第１主面と対向する第２主面と、を有する透明基板と、
前記透明基板の第１領域において、前記第１主面に対向し、表示光を出射するように構成された表示モジュールと、
前記第１領域において、前記第２主面に対向し、第１コレステリック液晶を有する第１液晶層と、
前記第１液晶層に重なり、第２コレステリック液晶を有する第２液晶層と、
前記第２液晶層に重なり、第３コレステリック液晶を有する第３液晶層と、を備え、
前記第１液晶層、前記第２液晶層、及び、前記第３液晶層の各々は、液晶性を示す添加剤を有し、
前記第１コレステリック液晶、前記第２コレステリック液晶、及び、前記第３コレステリック液晶は、互いに異なる螺旋ピッチを有し、
前記添加剤の屈折率異方性は、前記第１液晶層、前記第２液晶層、及び、前記第３液晶層の各々の屈折率異方性よりも小さい、
表示装置。
前記透明基板の第１領域において、前記第１主面に対向し、表示光を出射するように構成された表示モジュールと、
前記第１領域において、前記第２主面に対向し、第１コレステリック液晶を有する第１液晶層と、
前記第１液晶層に重なり、第２コレステリック液晶を有する第２液晶層と、
前記第２液晶層に重なり、第３コレステリック液晶を有する第３液晶層と、を備え、
前記第１液晶層、前記第２液晶層、及び、前記第３液晶層の各々は、液晶性を示す添加剤を有し、
前記第１コレステリック液晶、前記第２コレステリック液晶、及び、前記第３コレステリック液晶は、互いに異なる螺旋ピッチを有し、
前記添加剤の屈折率異方性は、前記第１液晶層、前記第２液晶層、及び、前記第３液晶層の各々の屈折率異方性よりも小さい、
表示装置。
【請求項9】
第１主面と、前記第１主面と対向する第２主面と、を有する透明基板と、
前記透明基板の第１領域において、前記第１主面に対向し、表示光を出射するように構成された表示モジュールと、
前記第１領域において、前記第２主面に対向し、第１コレステリック液晶を有する第１液晶層と、
前記第１液晶層に重なり、第２コレステリック液晶を有する第２液晶層と、
前記第２液晶層に重なり、第３コレステリック液晶を有する第３液晶層と、を備え、
前記第１液晶層、前記第２液晶層、及び、前記第３液晶層の各々は、液晶性を示す添加剤を有し、
前記第１コレステリック液晶、前記第２コレステリック液晶、及び、前記第３コレステリック液晶は、互いに異なる螺旋ピッチを有し、
前記添加剤の屈折率異方性は、前記第１コレステリック液晶、前記第２コレステリック液晶、及び、前記第３コレステリック液晶の各々の屈折率異方性よりも小さい、
表示装置。
前記透明基板の第１領域において、前記第１主面に対向し、表示光を出射するように構成された表示モジュールと、
前記第１領域において、前記第２主面に対向し、第１コレステリック液晶を有する第１液晶層と、
前記第１液晶層に重なり、第２コレステリック液晶を有する第２液晶層と、
前記第２液晶層に重なり、第３コレステリック液晶を有する第３液晶層と、を備え、
前記第１液晶層、前記第２液晶層、及び、前記第３液晶層の各々は、液晶性を示す添加剤を有し、
前記第１コレステリック液晶、前記第２コレステリック液晶、及び、前記第３コレステリック液晶は、互いに異なる螺旋ピッチを有し、
前記添加剤の屈折率異方性は、前記第１コレステリック液晶、前記第２コレステリック液晶、及び、前記第３コレステリック液晶の各々の屈折率異方性よりも小さい、
表示装置。
【請求項10】
さらに、前記透明基板のうち、前記第１領域から離間した第２領域において、前記第２主面に対向し、第４コレステリック液晶及び前記添加剤を有する第４液晶層と、
前記第４液晶層に重なり、第５コレステリック液晶及び前記添加剤を有する第５液晶層と、
前記第５液晶層に重なり、第６コレステリック液晶及び前記添加剤を有する第６液晶層と、を備え、
前記第１コレステリック液晶及び前記第４コレステリック液晶は、同等の螺旋ピッチを有し、且つ、同一方向に旋回し、
前記第２コレステリック液晶及び前記第５コレステリック液晶は、同等の螺旋ピッチを有し、且つ、同一方向に旋回し、
前記第３コレステリック液晶及び前記第６コレステリック液晶は、同等の螺旋ピッチを有し、且つ、同一方向に旋回している、
請求項８または９に記載の表示装置。
前記第４液晶層に重なり、第５コレステリック液晶及び前記添加剤を有する第５液晶層と、
前記第５液晶層に重なり、第６コレステリック液晶及び前記添加剤を有する第６液晶層と、を備え、
前記第１コレステリック液晶及び前記第４コレステリック液晶は、同等の螺旋ピッチを有し、且つ、同一方向に旋回し、
前記第２コレステリック液晶及び前記第５コレステリック液晶は、同等の螺旋ピッチを有し、且つ、同一方向に旋回し、
前記第３コレステリック液晶及び前記第６コレステリック液晶は、同等の螺旋ピッチを有し、且つ、同一方向に旋回している、
請求項８または９に記載の表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明の実施形態は、液晶光学素子及び表示装置に関する。
【背景技術】
【0002】
例えば、液晶材料を用いた液晶偏光格子が提案されている。このような液晶偏光格子では、所望の光学性能を実現する上で、格子周期、液晶層の屈折率異方性Δｎ（液晶層の異常光に対する屈折率ｎｅと常光に対する屈折率ｎｏとの差分）、及び、液晶層の厚さｄといった各種パラメータの調整が必要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特表２０１７－５２２６０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
実施形態の目的は、反射帯域を制限することが可能な液晶光学素子及び表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0005】
一実施形態によれば、液晶光学素子は、
透明基板と、前記透明基板に対向し、コレステリック液晶及び液晶性を示す添加剤を有する液晶層と、を備え、前記添加剤の屈折率異方性は、前記液晶層の屈折率異方性よりも小さい。
透明基板と、前記透明基板に対向し、コレステリック液晶及び液晶性を示す添加剤を有する液晶層と、を備え、前記添加剤の屈折率異方性は、前記液晶層の屈折率異方性よりも小さい。
【0006】
一実施形態によれば、液晶光学素子は、
透明基板と、前記透明基板に対向し、コレステリック液晶及び液晶性を示す添加剤を有する液晶層と、を備え、前記添加剤の屈折率異方性は、前記コレステリック液晶の屈折率異方性よりも小さい。
透明基板と、前記透明基板に対向し、コレステリック液晶及び液晶性を示す添加剤を有する液晶層と、を備え、前記添加剤の屈折率異方性は、前記コレステリック液晶の屈折率異方性よりも小さい。
【0007】
一実施形態によれば、表示装置は、
第１主面と、前記第１主面と対向する第２主面と、を有する透明基板と、前記透明基板の第１領域において、前記第１主面に対向し、表示光を出射するように構成された表示モジュールと、前記第１領域において、前記第２主面に対向し、第１コレステリック液晶を有する第１液晶層と、前記第１液晶層に重なり、第２コレステリック液晶を有する第２液晶層と、前記第２液晶層に重なり、第３コレステリック液晶を有する第３液晶層と、を備え、前記第１液晶層、前記第２液晶層、及び、前記第３液晶層の各々は、液晶性を示す添加剤を有し、前記第１コレステリック液晶、前記第２コレステリック液晶、及び、前記第３コレステリック液晶は、互いに異なる螺旋ピッチを有し、前記添加剤の屈折率異方性は、前記第１液晶層、前記第２液晶層、及び、前記第３液晶層の各々の屈折率異方性よりも小さい。
第１主面と、前記第１主面と対向する第２主面と、を有する透明基板と、前記透明基板の第１領域において、前記第１主面に対向し、表示光を出射するように構成された表示モジュールと、前記第１領域において、前記第２主面に対向し、第１コレステリック液晶を有する第１液晶層と、前記第１液晶層に重なり、第２コレステリック液晶を有する第２液晶層と、前記第２液晶層に重なり、第３コレステリック液晶を有する第３液晶層と、を備え、前記第１液晶層、前記第２液晶層、及び、前記第３液晶層の各々は、液晶性を示す添加剤を有し、前記第１コレステリック液晶、前記第２コレステリック液晶、及び、前記第３コレステリック液晶は、互いに異なる螺旋ピッチを有し、前記添加剤の屈折率異方性は、前記第１液晶層、前記第２液晶層、及び、前記第３液晶層の各々の屈折率異方性よりも小さい。
【0008】
一実施形態によれば、表示装置は、
第１主面と、前記第１主面と対向する第２主面と、を有する透明基板と、前記透明基板の第１領域において、前記第１主面に対向し、表示光を出射するように構成された表示モジュールと、前記第１領域において、前記第２主面に対向し、第１コレステリック液晶を有する第１液晶層と、前記第１液晶層に重なり、第２コレステリック液晶を有する第２液晶層と、前記第２液晶層に重なり、第３コレステリック液晶を有する第３液晶層と、を備え、前記第１液晶層、前記第２液晶層、及び、前記第３液晶層の各々は、液晶性を示す添加剤を有し、前記第１コレステリック液晶、前記第２コレステリック液晶、及び、前記第３コレステリック液晶は、互いに異なる螺旋ピッチを有し、前記添加剤の屈折率異方性は、前記第１コレステリック液晶、前記第２コレステリック液晶、及び、前記第３コレステリック液晶の各々の屈折率異方性よりも小さい。
第１主面と、前記第１主面と対向する第２主面と、を有する透明基板と、前記透明基板の第１領域において、前記第１主面に対向し、表示光を出射するように構成された表示モジュールと、前記第１領域において、前記第２主面に対向し、第１コレステリック液晶を有する第１液晶層と、前記第１液晶層に重なり、第２コレステリック液晶を有する第２液晶層と、前記第２液晶層に重なり、第３コレステリック液晶を有する第３液晶層と、を備え、前記第１液晶層、前記第２液晶層、及び、前記第３液晶層の各々は、液晶性を示す添加剤を有し、前記第１コレステリック液晶、前記第２コレステリック液晶、及び、前記第３コレステリック液晶は、互いに異なる螺旋ピッチを有し、前記添加剤の屈折率異方性は、前記第１コレステリック液晶、前記第２コレステリック液晶、及び、前記第３コレステリック液晶の各々の屈折率異方性よりも小さい。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、本実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、開示はあくまで一例に過ぎず、当業者において、発明の主旨を保っての適宜変更について容易に想到し得るものについては、当然に本発明の範囲に含有されるものである。また、図面は、説明をより明確にするため、実際の態様に比べて、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同一又は類似した機能を発揮する構成要素には同一の参照符号を付し、重複する詳細な説明を適宜省略することがある。
【0011】
なお、図面には、必要に応じて理解を容易にするために、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、及び、Ｚ軸を記載する。Ｚ軸に沿った方向をＺ方向または第１方向Ａ１と称し、Ｙ軸に沿った方向をＹ方向または第２方向Ａ２と称し、Ｘ軸に沿った方向をＸ方向または第３方向Ａ３と称する。Ｘ軸及びＹ軸によって規定される面をＸ－Ｙ平面と称し、Ｘ軸及びＺ軸によって規定される面をＸ－Ｚ平面と称し、Ｙ軸及びＺ軸によって規定される面をＹ－Ｚ平面と称する。
【0012】
図１は、本実施形態に係る液晶光学素子１００を模式的に示す断面図である。
液晶光学素子１００は、透明基板１と、配向膜２と、液晶層３と、を備えている。
液晶光学素子１００は、透明基板１と、配向膜２と、液晶層３と、を備えている。
【0013】
透明基板１は、例えば、透明なガラス板または透明な合成樹脂板によって構成されている。透明基板１は、例えば、可撓性を有する透明な合成樹脂板によって構成されていてもよい。透明基板１は、任意の形状を取り得る。例えば、透明基板１は、湾曲していてもよい。
【0014】
本明細書において、『光』は、可視光及び不可視光を含むものである。例えば、可視光域の下限の波長は３５０ｎｍ以上４００ｎｍ以下であり、可視光域の上限の波長は７００ｎｍ以上８３０ｎｍ以下である。可視光は、第１波長帯（例えば４００ｎｍ～５００ｎｍ）の第１成分（青成分）、第２波長帯（例えば５００ｎｍ～６００ｎｍ）の第２成分（緑成分）、及び、第３波長帯（例えば６００ｎｍ～７００ｎｍ）の第３成分（赤成分）を含んでいる。不可視光は、第１波長帯より短波長帯の紫外線、及び、第３波長帯より長波長帯の赤外線を含んでいる。
本明細書において、『透明』は、無色透明であることが好ましい。ただし、『透明』は、半透明又は有色透明であってもよい。
本明細書において、『透明』は、無色透明であることが好ましい。ただし、『透明』は、半透明又は有色透明であってもよい。
【0015】
透明基板１は、Ｘ－Ｙ平面に沿った平板状に形成され、第１主面（外面）Ｆ１と、第２主面（内面）Ｆ２と、側面Ｓ１と、を有している。第１主面Ｆ１及び第２主面Ｆ２は、Ｘ－Ｙ平面に略平行な面であり、第１方向Ａ１において、互いに対向している。側面Ｓ１は、第１方向Ａ１に沿って延びた面である。図１に示す例では、側面Ｓ１は、Ｘ－Ｚ平面と略平行な面であるが、側面Ｓ１は、Ｙ－Ｚ平面と略平行な面を含んでいる。
【0016】
配向膜２は、第２主面Ｆ２に配置されている。配向膜２は、Ｘ－Ｙ平面に沿って配向規制力を有する水平配向膜である。配向膜２は、例えば、光照射により配向処理が可能な光配向膜であるが、ラビングによって配向処理される配向膜であってもよいし、微小な凹凸を有する配向膜であってもよい。なお、配向膜２の代わりに、液晶層３を透明基板１に接着する接着層が設けられていてもよい。
【0017】
液晶層３は、第１方向Ａ１において、配向膜２に重なっている。つまり、配向膜２は、透明基板１と液晶層３との間に位置し、また、透明基板１及び液晶層３に接している。
液晶層３は、第３主面（内面）Ｆ３と、第４主面（外面）Ｆ４と、を有している。第３主面Ｆ３及び第４主面Ｆ４は、Ｘ－Ｙ平面に略平行な面であり、第１方向Ａ１において、互いに対向している。第３主面Ｆ３は、配向膜２に接している。第４主面Ｆ４は、例えば空気層に接しているが、透明な保護層で覆われてもよい。
液晶層３は、第３主面（内面）Ｆ３と、第４主面（外面）Ｆ４と、を有している。第３主面Ｆ３及び第４主面Ｆ４は、Ｘ－Ｙ平面に略平行な面であり、第１方向Ａ１において、互いに対向している。第３主面Ｆ３は、配向膜２に接している。第４主面Ｆ４は、例えば空気層に接しているが、透明な保護層で覆われてもよい。
【0018】
液晶層３は、拡大して模式的に示すように、第１旋回方向に旋回したコレステリック液晶ＣＬを有している。コレステリック液晶ＣＬは、第１方向Ａ１にほぼ平行な螺旋軸ＡＸを有し、また、第１方向Ａ１に沿った螺旋ピッチＰを有している。螺旋ピッチＰは、螺旋の１周期（液晶分子が３６０度回転するのに要する螺旋軸ＡＸに沿った層厚）を示す。
【0019】
液晶層３は、反射面３Ｒを有している。反射面３Ｒでは、液晶層３への入射光のうち、コレステリック液晶ＣＬの螺旋ピッチＰ及び液晶層３の屈折率異方性Δｎに応じて決定する選択反射帯域の円偏光が反射される。例えば、第１旋回方向が右回りの場合、右回りの円偏光が反射面３Ｒで反射され、第１旋回方向が左回りの場合、左回りの円偏光が反射面３Ｒで反射される。なお、本明細書において、液晶層３における「反射」とは、液晶層３の内部における回折を伴うものである。また、本明細書において、円偏光は、厳密な円偏光であってもよいし、楕円偏光に近似した円偏光であってもよい。
【0020】
図１に示す例では、液晶層３は、第１主面Ｆ１の側から入射した光ＬＴｉの一部を透明基板１に向けて反射するように構成されている。なお、液晶層３は、第４主面Ｆ４の側から入射した光の一部を反射するように構成することもできる。また、液晶光学素子１００において、図１に示した液晶層３に、他のコレステリック液晶を有する液晶層が積層されていてもよい。他のコレステリック液晶とは、例えば、螺旋ピッチＰとは異なる螺旋ピッチを有するコレステリック液晶や、第１旋回方向とは逆回りの第２旋回方向に旋回したコレステリック液晶などである。
【0021】
次に、図１に示す液晶光学素子１００の光学作用について説明する。
【0022】
液晶光学素子１００に入射する光ＬＴｉは、例えば、可視光、紫外線、及び、赤外線を含んでいる。
図１に示す例では、理解を容易にするために、光ＬＴｉは、透明基板１に対して略垂直に入射するものとする。なお、透明基板１に対する光ＬＴｉの入射角度は、特に限定されない。例えば、互いに異なる複数の入射角度をもって透明基板１に光ＬＴｉが入射してもよい。
図１に示す例では、理解を容易にするために、光ＬＴｉは、透明基板１に対して略垂直に入射するものとする。なお、透明基板１に対する光ＬＴｉの入射角度は、特に限定されない。例えば、互いに異なる複数の入射角度をもって透明基板１に光ＬＴｉが入射してもよい。
【0023】
光ＬＴｉは、第１主面Ｆ１から透明基板１の内部に進入し、第２主面Ｆ２から出射して、配向膜２を透過し、液晶層３に入射する。そして、液晶層３は、反射面３Ｒにおいて光ＬＴｉの一部を反射し、その他の光ＬＴｔを透過する。反射された光ＬＴｒは、波長λの円偏光である。一例では、光ＬＴｒは、可視光の波長帯の第１円偏光である。また、光ＬＴｔは、赤外線及び紫外線の他に、可視光の波長帯の第２円偏光を含んでいる。第２円偏光は、第１円偏光とは逆回りの円偏光である。
【0024】
液晶層３で反射された光ＬＴｒの進入角θは、光導波条件を満足するように設定されている。ここでの進入角θとは、液晶層３と空気との界面で全反射を起こす臨界角以上の角度に相当する。進入角θは、透明基板１の法線Ｎに対する角度を示す。
【0025】
透明基板１、配向膜２、及び、液晶層３が同等の屈折率を有している場合、これらの積層体が単体の光導波体となり得る。この場合、光ＬＴｒは、透明基板１と空気との界面、及び、液晶層３と空気との界面において、反射を繰り返しながら、側面Ｓ１に向けて導光される。
【0026】
図２は、液晶層３に含まれるコレステリック液晶ＣＬの一例を説明するための図である。
なお、図２では、液晶層３を第１方向Ａ１に拡大して図示している。また、簡略化のため、コレステリック液晶ＣＬを構成する液晶分子ＬＭ１として、Ｘ－Ｙ平面に平行な同一平面に位置する複数の液晶分子のうちの１つの液晶分子ＬＭ１を図示している。図示した液晶分子ＬＭ１の配向方向は、同一平面に位置する複数の液晶分子の平均的な配向方向に相当する。
なお、図２では、液晶層３を第１方向Ａ１に拡大して図示している。また、簡略化のため、コレステリック液晶ＣＬを構成する液晶分子ＬＭ１として、Ｘ－Ｙ平面に平行な同一平面に位置する複数の液晶分子のうちの１つの液晶分子ＬＭ１を図示している。図示した液晶分子ＬＭ１の配向方向は、同一平面に位置する複数の液晶分子の平均的な配向方向に相当する。
【0027】
液晶層３は、コレステリック液晶ＣＬと、液晶性を示す添加剤（ゲスト液晶）４と、を有している。
【0028】
点線で囲んだ１つのコレステリック液晶ＣＬに着目すると、コレステリック液晶ＣＬは、旋回しながら第１方向Ａ１に沿って螺旋状に積み重ねられた複数の液晶分子ＬＭ１によって構成されている。複数の液晶分子ＬＭ１は、コレステリック液晶ＣＬの一端側の液晶分子ＬＭ１１と、コレステリック液晶ＣＬの他端側の液晶分子ＬＭ１２と、を有している。液晶分子ＬＭ１１は、第３主面Ｆ３あるいは配向膜２に近接している。液晶分子ＬＭ１２は、第４主面Ｆ４に近接している。
【0029】
図２に示す例の液晶層３において、第２方向Ａ２に沿って隣接する複数のコレステリック液晶ＣＬの配向方向は、揃っている。つまり、第２方向Ａ２に沿って隣接する複数の液晶分子ＬＭ１１の配向方向は、ほぼ一致している。また、第２方向Ａ２に沿って隣接する複数の液晶分子ＬＭ１２の配向方向も、ほぼ一致している。
【0030】
液晶層３の反射面３Ｒは、図中に一点鎖線で示すように、Ｘ－Ｙ平面に沿って延びた平面状に形成される。ここでの反射面３Ｒは、液晶分子ＬＭ１の配向方向が揃った面、あるいは、空間位相が揃った面（等位相面）に相当する。
【0031】
このような液晶層３は、液晶分子ＬＭ１の配向方向が固定された状態で硬化している。つまり、液晶分子ＬＭ１の配向方向は、電界に応じて制御されるものではない。このため、液晶光学素子１００は、液晶層３に電界を形成するための電極を備えていない。
【0032】
添加剤４は、液晶層３においてほぼ均一に浸透している。添加剤４は、コレステリック液晶ＣＬと同様に配向している。このような添加剤４は、屈折率異方性Δｎ４を有している。屈折率異方性Δｎ４は、コレステリック液晶ＣＬの屈折率異方性Δｎ３よりも小さい（Δｎ４＜Δｎ３）。このため、液晶層３の屈折率異方性Δｎは、添加剤４が液晶層３に添加された分に応じて減少する。屈折率異方性Δｎは、屈折率異方性Δｎ４を超えることはない。つまり、屈折率異方性Δｎ４は、屈折率異方性Δｎよりも小さい（Δｎ４＜Δｎ）。
なお、添加剤４の屈折率異方性Δｎ４は、ゼロであってもよい。すなわち、添加剤４は、等方性の材料であってもよい。
なお、添加剤４の屈折率異方性Δｎ４は、ゼロであってもよい。すなわち、添加剤４は、等方性の材料であってもよい。
【0033】
一般的に、コレステリック液晶ＣＬを有する液晶層３において、垂直入射した光に対する選択反射帯域Δλは、コレステリック液晶ＣＬの螺旋ピッチＰ、液晶層３の屈折率異方性Δｎ（異常光に対する屈折率ｎｅと常光に対する屈折率ｎｏとの差分）に基づいて、次の式（１）で示される。
Δλ＝Δｎ＊Ｐ …（１）
選択反射帯域Δλの具体的な波長範囲は、（ｎｏ＊Ｐ）以上、（ｎｅ＊Ｐ）以下の範囲である。
Δλ＝Δｎ＊Ｐ …（１）
選択反射帯域Δλの具体的な波長範囲は、（ｎｏ＊Ｐ）以上、（ｎｅ＊Ｐ）以下の範囲である。
【0034】
選択反射帯域Δλの中心波長λｍは、コレステリック液晶ＣＬの螺旋ピッチＰ、液晶層３の平均屈折率ｎａｖ（＝（ｎｅ＋ｎｏ）／２）に基づいて、次の式（２）で示される。
λｍ＝ｎａｖ＊Ｐ …（２）
一例では、中心波長λｍは、３５０ｎｍ～７００ｎｍの可視光の範囲の波長である。
λｍ＝ｎａｖ＊Ｐ …（２）
一例では、中心波長λｍは、３５０ｎｍ～７００ｎｍの可視光の範囲の波長である。
【0035】
上記の式（１）に基づくと、選択反射帯域Δλを小さく制限する要望に対しては、屈折率異方性Δｎを減少する、もしくは、螺旋ピッチＰを減少する必要がある。しかしながら、上記の式（２）で示すように、螺旋ピッチＰは、中心波長λｍにも影響を与える。このため、中心波長λｍの短波長側へのシフトを抑制しつつ選択反射帯域Δλを縮小するためには、屈折率異方性Δｎを減少することが有効である。
【0036】
本実施形態によれば、液晶層３は、コレステリック液晶ＣＬに加えて、添加剤４を有している。添加剤４の屈折率異方性Δｎ４は、コレステリック液晶ＣＬの屈折率異方性Δｎ３より小さい。このため、液晶層３が添加剤４を有していない場合と比較して、液晶層３の屈折率異方性Δｎを減少することができる。これにより、液晶層３における選択反射帯域Δλを小さく制限することができる。
【0037】
また、液晶層３における選択反射帯域Δλを制限したことにより、液晶光学素子１００の透過率が向上する。
【0038】
また、コレステリック液晶ＣＬを形成するための材料として、所望の屈折率異方性Δｎを得るための材料を選定することが難しい場合であっても、添加剤４の添加量を調整することで容易に所望の屈折率異方性Δｎを実現することができる。
【0039】
図３は、液晶層３に含まれるコレステリック液晶ＣＬの他の例を説明するための図である。
図３に示す例は、図２に示した例と比較して、第２方向Ａ２に沿って隣接する複数のコレステリック液晶ＣＬの配向方向が互いに異なっている点で相違している。また、第２方向Ａ２に沿って隣接するコレステリック液晶ＣＬの各々の空間位相は、互いに異なっている。そして、複数の液晶分子ＬＭ１１の配向方向は、第２方向Ａ２に沿って連続的に変化している。また、複数の液晶分子ＬＭ１２の配向方向も、第２方向Ａ２に沿って連続的に変化している。これらの配向方向については、後述する。
図３に示す例は、図２に示した例と比較して、第２方向Ａ２に沿って隣接する複数のコレステリック液晶ＣＬの配向方向が互いに異なっている点で相違している。また、第２方向Ａ２に沿って隣接するコレステリック液晶ＣＬの各々の空間位相は、互いに異なっている。そして、複数の液晶分子ＬＭ１１の配向方向は、第２方向Ａ２に沿って連続的に変化している。また、複数の液晶分子ＬＭ１２の配向方向も、第２方向Ａ２に沿って連続的に変化している。これらの配向方向については、後述する。
【0040】
液晶層３の反射面３Ｒは、図中に一点鎖線で示すように、Ｘ－Ｙ平面に対して傾斜している。反射面３ＲとＸ－Ｙ平面とのなす角度φは、鋭角である。
なお、反射面３Ｒの形状は、図２及び図３に示したような平面形状に限らず、凹状や凸状の曲面形状であってもよく、特に限定されるものではない。また、反射面３Ｒの一部に凸凹を有していたり、反射面３Ｒの傾斜角度φが均一でなかったり、複数の反射面３Ｒが、規則的に整列していなかったりしてもよい。複数のコレステリック液晶ＣＬの空間位相分布に応じて、任意の形状の反射面３Ｒを構成することができる。
なお、反射面３Ｒの形状は、図２及び図３に示したような平面形状に限らず、凹状や凸状の曲面形状であってもよく、特に限定されるものではない。また、反射面３Ｒの一部に凸凹を有していたり、反射面３Ｒの傾斜角度φが均一でなかったり、複数の反射面３Ｒが、規則的に整列していなかったりしてもよい。複数のコレステリック液晶ＣＬの空間位相分布に応じて、任意の形状の反射面３Ｒを構成することができる。
【0041】
図４は、液晶光学素子１００を模式的に示す平面図である。
図４には、コレステリック液晶ＣＬの空間位相の一例が示されている。ここに示す空間位相は、コレステリック液晶ＣＬに含まれる液晶分子ＬＭ１のうち、第３主面Ｆ３の近傍に位置する液晶分子ＬＭ１１の配向方向として示している。
図４には、コレステリック液晶ＣＬの空間位相の一例が示されている。ここに示す空間位相は、コレステリック液晶ＣＬに含まれる液晶分子ＬＭ１のうち、第３主面Ｆ３の近傍に位置する液晶分子ＬＭ１１の配向方向として示している。
【0042】
第２方向Ａ２に沿って並んだコレステリック液晶ＣＬの各々について、液晶分子ＬＭ１１の配向方向は互いに異なる。つまり、コレステリック液晶ＣＬの空間位相は、第２方向Ａ２に沿って異なる。
一方、第３方向Ａ３に沿って並んだコレステリック液晶ＣＬの各々について、液晶分子ＬＭ１１の配向方向は略一致する。つまり、コレステリック液晶ＣＬの空間位相は、第３方向Ａ３において略一致する。
一方、第３方向Ａ３に沿って並んだコレステリック液晶ＣＬの各々について、液晶分子ＬＭ１１の配向方向は略一致する。つまり、コレステリック液晶ＣＬの空間位相は、第３方向Ａ３において略一致する。
【0043】
特に、第２方向Ａ２に並んだコレステリック液晶ＣＬに着目すると、各液晶分子ＬＭ１１の配向方向は、一定角度ずつ異なっている。つまり、第２方向Ａ２に沿って並んだ複数の液晶分子ＬＭ１１の配向方向は、線形に変化している。したがって、第２方向Ａ２に沿って並んだ複数のコレステリック液晶ＣＬの空間位相は、第２方向Ａ２に沿って線形に変化している。その結果、図３に示した液晶層３のように、Ｘ－Ｙ平面に対して傾斜する反射面３Ｒが形成される。ここでの「線形に変化」は、例えば、液晶分子ＬＭ１１の配向方向の変化量が１次関数で表されることを示す。なお、ここでの液晶分子ＬＭ１１の配向方向とは、Ｘ－Ｙ平面における液晶分子ＬＭ１１の長軸方向に相当する。このような液晶分子ＬＭ１１の配向方向は、配向膜２になされた配向処理によって制御することができる。
【0044】
ここで、図４に示すように、一平面内において、第２方向Ａ２に沿って液晶分子ＬＭ１１の配向方向が１８０度だけ変化するときの２つの液晶分子ＬＭ１１の間隔を周期Ｔと定義する。なお、図４においてＤＰは、液晶分子ＬＭ１１の旋回方向を示している。図３に示した反射面３Ｒの傾斜角度φは、周期Ｔ及び螺旋ピッチＰによって適宜設定される。周期Ｔは、一例では、３５０ｎｍ～７００ｎｍである。
【0045】
【0046】
図５に示す材料例（１）～（２）は、ネマティック液晶材料の例であり、アルコキシシクロヘキシルシクロヘキサン系の材料である。このようなネマティック液晶材料の長軸が液晶層３においてＹ軸と平行である場合、Ｙ軸に沿った屈折率ｎｙがＸ軸に沿った屈折率ｎｘより大きい（ｎｙ＞ｎｘ）。つまり、ネマティック液晶材料は、Ｘ－Ｙ平面において屈折率異方性Δｎを有している。
図５に示す材料例（３）～（６）は、ネマティック液晶材料の例であり、シクロヘキシルシクロヘキサンビニル系の材料である。
図５に示す材料例（３）～（６）は、ネマティック液晶材料の例であり、シクロヘキシルシクロヘキサンビニル系の材料である。
【0047】
図６に示す材料例（７）は、ネマティック液晶材料の例であり、アルキルフェニルシクロヘキサン系の材料である。
図６に示す材料例（８）～（１０）は、ネマティック液晶材料の例であり、アルコキシフェニルシクロヘキサン系の材料である。
図６に示す材料例（１１）～（１２）は、ネマティック液晶材料の例であり、フルオロフェニルシクロヘキサン系の材料である。
図６に示す材料例（８）～（１０）は、ネマティック液晶材料の例であり、アルコキシフェニルシクロヘキサン系の材料である。
図６に示す材料例（１１）～（１２）は、ネマティック液晶材料の例であり、フルオロフェニルシクロヘキサン系の材料である。
【0048】
図７に示す材料例（１３）～（１５）は、ネマティック液晶材料の例であり、シアノフェニルシクロヘキサン系の材料である。
【0049】
図８に示す材料例（１６）～（１７）は、ディスコティック液晶材料の例である。このようなディスコティック液晶材料の短軸が液晶層３においてＺ軸と平行である場合、Ｘ軸に沿った屈折率ｎｘがＹ軸に沿った屈折率ｎｙと同等である（ｎｘ≒ｎｙ）。つまり、ディスコティック液晶材料は、Ｘ－Ｙ平面において等方性を呈し、屈折率異方性Δｎがほぼゼロである。
【0050】
次に、液晶光学素子１００の製造方法について説明する。
【0051】
まず、図９に示すように、透明基板１を洗浄する（ステップＳＴ１）。
そして、透明基板１の第２主面Ｆ２に配向膜２を形成する（ステップＳＴ２）。配向膜２には、所定の配向処理を行う。
そして、透明基板１の第２主面Ｆ２に配向膜２を形成する（ステップＳＴ２）。配向膜２には、所定の配向処理を行う。
【0052】
そして、配向膜２の上に液晶材料（コレステリック液晶を形成するためのモノマー材料を含む溶液）を塗布する（ステップＳＴ３）。その後、チャンバ内を減圧することで溶媒を除去し、塗布した液晶材料を乾燥し（ステップＳＴ４）、さらに、液晶材料をベークする（ステップＳＴ５）。ベークにより液晶材料に含まれる液晶分子は、配向膜２の配向処理方向に応じて所定の方向に配向する。そして、液晶材料を室温程度まで冷却し（ステップＳＴ６）、その後、液晶材料に紫外線を照射して液晶材料を硬化する（ステップＳＴ７）。これにより、コレステリック液晶ＣＬを有する液晶層３が形成される。
【0053】
続いて、図１０に示すように、溶媒に上記の添加剤４を溶かした液晶溶液を用意する。溶媒は、ヘキサン、シクロヘキサン、シクロヘキサノン、ヘプタン、トルエン、アニソール、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート（ＰＧＭＥＡ）などの有機溶媒が適用可能である。そして、液晶層３に液晶溶液を塗布する（ステップＳＴ８）。ここでの塗布とは、液晶層３を液晶溶液に浸漬したり、液晶層３に液晶溶液を滴下したりすることを含むものである。これにより、液晶溶液に含まれる添加剤４が溶媒とともに液晶層３に均一に浸透する。塗布した液晶溶液のうち、過剰な液晶溶液は、スピンナーなどを利用して除去される。必要に応じて、液晶溶液を除去するための有機溶媒を用いてもよい。
その後、透明基板１を加熱することで液晶層３に浸透した溶媒を除去し、液晶層３を乾燥する（ステップＳＴ９）。そして、透明基板１を室温程度まで冷却する（ステップＳＴ１０）。
なお、液晶層３への添加剤４の添加量は、上記のステップＳＴ８乃至ＳＴ１０を行う回数で調整することができる。つまり、添加量を増大したい場合には、上記のステップＳＴ８乃至ＳＴ１０を複数回繰り返し行えばよい。これにより、所望の反射性能を有する液晶光学素子１００が製造される。
その後、透明基板１を加熱することで液晶層３に浸透した溶媒を除去し、液晶層３を乾燥する（ステップＳＴ９）。そして、透明基板１を室温程度まで冷却する（ステップＳＴ１０）。
なお、液晶層３への添加剤４の添加量は、上記のステップＳＴ８乃至ＳＴ１０を行う回数で調整することができる。つまり、添加量を増大したい場合には、上記のステップＳＴ８乃至ＳＴ１０を複数回繰り返し行えばよい。これにより、所望の反射性能を有する液晶光学素子１００が製造される。
【0054】
図１０に示した工程の代わりに、図１１に示す工程を適用してもよい。以下、図１１に示す工程について説明する。
まず、液状の添加剤４を用意する。比較的融点が低い添加剤４は、溶媒を用いることなく、加熱することで液状化する。そして、液晶層３に添加剤４を塗布する（ステップＳＴ１１）。ここでの塗布とは、液晶層３を添加剤４に浸漬したり、液晶層３に添加剤４を滴下したりすることを含むものである。これにより、添加剤４が液晶層３に均一に浸透する。
まず、液状の添加剤４を用意する。比較的融点が低い添加剤４は、溶媒を用いることなく、加熱することで液状化する。そして、液晶層３に添加剤４を塗布する（ステップＳＴ１１）。ここでの塗布とは、液晶層３を添加剤４に浸漬したり、液晶層３に添加剤４を滴下したりすることを含むものである。これにより、添加剤４が液晶層３に均一に浸透する。
【0055】
その後、スピンナーなどを利用して過剰な添加剤４を除去する（ステップＳＴ１２）。なお、必要に応じて、過剰な添加剤４を除去するための有機溶媒を用いてもよい。
そして、透明基板１を加熱することで液晶層３を乾燥させる（ステップＳＴ１３）。
そして、透明基板１を室温程度まで冷却する（ステップＳＴ１４）。
なお、液晶層３への添加剤４の添加量は、上記のステップＳＴ１１乃至ＳＴ１４を行う回数で調整することができる。つまり、添加量を増大したい場合には、上記のステップＳＴ１１乃至ＳＴ１４を複数回繰り返し行えばよい。これにより、所望の反射性能を有する液晶光学素子１００が製造される。
そして、透明基板１を加熱することで液晶層３を乾燥させる（ステップＳＴ１３）。
そして、透明基板１を室温程度まで冷却する（ステップＳＴ１４）。
なお、液晶層３への添加剤４の添加量は、上記のステップＳＴ１１乃至ＳＴ１４を行う回数で調整することができる。つまり、添加量を増大したい場合には、上記のステップＳＴ１１乃至ＳＴ１４を複数回繰り返し行えばよい。これにより、所望の反射性能を有する液晶光学素子１００が製造される。
【0056】
図１２は、液晶層３に添加剤４が浸透する様子を説明するための図である。
【0057】
【0058】
液晶溶液を塗布する前の液晶層３においては、コレステリック液晶ＣＬは、螺旋ピッチＰ０を有している。
液晶溶液を塗布した後の液晶層３は、添加剤４を含む液晶溶液が浸透したことによって膨潤する。このため、コレステリック液晶ＣＬの螺旋ピッチＰは、螺旋ピッチＰ０より拡大する。
液晶溶液を塗布した後の液晶層３は、添加剤４を含む液晶溶液が浸透したことによって膨潤する。このため、コレステリック液晶ＣＬの螺旋ピッチＰは、螺旋ピッチＰ０より拡大する。
【0059】
液晶層３が膨潤したことで得られる螺旋ピッチＰは、反射すべき選択反射帯域Δλの中心波長λｍに応じて設定される。
例えば、中心波長λｍが４５０ｎｍであり、液晶層３の平均屈折率ｎａｖが１．６である場合、螺旋ピッチＰは、約２８０ｎｍに設定される。
また、中心波長λｍが５００ｎｍであり、液晶層３の平均屈折率ｎａｖが１．６である場合、螺旋ピッチＰは、約３１０ｎｍに設定される。
また、中心波長λｍが６００ｎｍであり、液晶層３の平均屈折率ｎａｖが１．６である場合、螺旋ピッチＰは、約３８０ｎｍに設定される。
例えば、中心波長λｍが４５０ｎｍであり、液晶層３の平均屈折率ｎａｖが１．６である場合、螺旋ピッチＰは、約２８０ｎｍに設定される。
また、中心波長λｍが５００ｎｍであり、液晶層３の平均屈折率ｎａｖが１．６である場合、螺旋ピッチＰは、約３１０ｎｍに設定される。
また、中心波長λｍが６００ｎｍであり、液晶層３の平均屈折率ｎａｖが１．６である場合、螺旋ピッチＰは、約３８０ｎｍに設定される。
【0060】
このように、平均屈折率ｎａｖが１．６である液晶層３において、３５０ｎｍ～７００ｎｍの可視光の波長を中心波長λｍとするためには、螺旋ピッチＰは、２００ｎｍ以上、４５０ｎｍ以下に設定される。
このとき、例えば、液晶層３の屈折率異方性Δｎは、０．１より大きく、添加剤４としては、屈折率異方性Δｎ４が０．１より小さい材料を用いることができる。
また、他の観点では、例えば、コレステリック液晶ＣＬの屈折率異方性Δｎ３は、０．１より大きく、添加剤４としては、屈折率異方性Δｎ４が０．１より小さい材料を用いることができる。
このとき、例えば、液晶層３の屈折率異方性Δｎは、０．１より大きく、添加剤４としては、屈折率異方性Δｎ４が０．１より小さい材料を用いることができる。
また、他の観点では、例えば、コレステリック液晶ＣＬの屈折率異方性Δｎ３は、０．１より大きく、添加剤４としては、屈折率異方性Δｎ４が０．１より小さい材料を用いることができる。
【0061】
《適用例》
次に、本実施形態に係る液晶光学素子１００の適用例として、拡張現実を提供可能な表示装置２００について説明する。
次に、本実施形態に係る液晶光学素子１００の適用例として、拡張現実を提供可能な表示装置２００について説明する。
【0062】
図１３は、表示装置２００の一構成例を示す図である。
【0063】
表示装置２００は、透明基板１と、表示モジュールＤＭと、第１液晶層３１と、第２液晶層３２と、第３液晶層３３と、第４液晶層３４と、第５液晶層３５と、第６液晶層３６と、を備えている。
【0064】
透明基板１は、透明なガラス板または透明な合成樹脂板によって構成され、第１主面Ｆ１と、第２主面Ｆ２と、を有している。また、透明基板１は、その一端側の第１領域１Ａと、その他端側の第２領域１Ｂと、を有している。図示した例では、第１領域１Ａ及び第２領域１Ｂは、第２方向Ａ２に並び、互いに離間している。
【0065】
表示モジュールＤＭは、第１領域１Ａにおいて、第１主面Ｆ１に対向している。表示モジュールＤＭは、表示光ＤＬを出射するように構成されている。表示モジュールＤＭは、発光素子を含む照明装置と液晶パネルとの組み合わせであってもよいし、有機エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）素子、マイクロＬＥＤ、ミニＬＥＤなどの発光素子を備えた表示パネルであってもよい。表示モジュールＤＭは、発光素子として、赤発光素子、緑発光素子、及び、青発光素子を有している。
【0066】
赤発光素子は、中心波長λｒの赤光を出射するように構成されている。緑発光素子は、中心波長λｇの緑光を出射するように構成されている。青発光素子は、中心波長λｂの青光を出射するように構成されている。つまり、表示モジュールＤＭから出射される表示光ＤＬは、中心波長λｒの赤光、中心波長λｇの緑光、及び、中心波長λｂの青光を有している。
【0067】
第１液晶層３１は、第１領域１Ａにおいて、第２主面Ｆ２に対向し、第１コレステリック液晶ＣＬ１を有している。第１液晶層３１は、第２主面Ｆ２に接着されていてもよいし、図示を省略した配向膜の上に形成されていてもよい。第１コレステリック液晶ＣＬ１は、螺旋ピッチＰ１を有している。また、第１液晶層３１は、第２主面Ｆ２に対して傾斜した反射面３１Ｒを有している。
【0068】
第２液晶層３２は、第１液晶層３１に重なり、第２コレステリック液晶ＣＬ２を有している。第２液晶層３２は、第１液晶層３１に接着されている。第２コレステリック液晶ＣＬ２は、螺旋ピッチＰ２を有している。螺旋ピッチＰ２は、螺旋ピッチＰ１より大きい（Ｐ２＞Ｐ１）。また、第２液晶層３２は、第２主面Ｆ２に対して傾斜した反射面３２Ｒを有している。
【0069】
第３液晶層３３は、第２液晶層３２に重なり、第３コレステリック液晶ＣＬ３を有している。第３液晶層３３は、第２液晶層３２に接着されている。第３コレステリック液晶ＣＬ３は、螺旋ピッチＰ３を有している。螺旋ピッチＰ３は、螺旋ピッチＰ２より大きい（Ｐ３＞Ｐ２）。また、第３液晶層３３は、第２主面Ｆ２に対して傾斜した反射面３３Ｒを有している。
【0070】
反射面３１Ｒ、反射面３２Ｒ、及び、反射面３３Ｒは、いずれも同様に傾斜している。図示した例では、反射面３１Ｒ、反射面３２Ｒ、及び、反射面３３Ｒの各々と第２主面Ｆ２との第１方向Ａ１に沿った間隔は、第１領域１Ａから第２領域１Ｂに向かう方向に沿って次第に拡大している。
【0071】
なお、図示した例では、第１コレステリック液晶ＣＬ１、第２コレステリック液晶ＣＬ２、及び、第３コレステリック液晶ＣＬ３は、いずれも同じ方向に旋回しているが、いずれか１つが逆方向に旋回していてもよい。
また、第１液晶層３１、第２液晶層３２、及び、第３液晶層３３の積層順は、図示した例に限らない。
また、第１液晶層３１、第２液晶層３２、及び、第３液晶層３３の積層順は、図示した例に限らない。
【0072】
第４液晶層３４は、第２領域１Ｂにおいて、第２主面Ｆ２に対向し、第４コレステリック液晶ＣＬ４を有している。第４液晶層３４は、第２主面Ｆ２に接着されていてもよいし、図示を省略した配向膜の上に形成されていてもよい。また、第４液晶層３４は、第２主面Ｆ２に対して傾斜した反射面３４Ｒを有している。
第４コレステリック液晶ＣＬ４は、螺旋ピッチＰ４を有している。螺旋ピッチＰ４は、螺旋ピッチＰ１と同等である（Ｐ４＝Ｐ１）。螺旋ピッチＰ１及び螺旋ピッチＰ４は、中心波長λｂに応じて設定されている。第１コレステリック液晶ＣＬ１及び第４コレステリック液晶ＣＬ４は、同一方向に旋回している。
第４コレステリック液晶ＣＬ４は、螺旋ピッチＰ４を有している。螺旋ピッチＰ４は、螺旋ピッチＰ１と同等である（Ｐ４＝Ｐ１）。螺旋ピッチＰ１及び螺旋ピッチＰ４は、中心波長λｂに応じて設定されている。第１コレステリック液晶ＣＬ１及び第４コレステリック液晶ＣＬ４は、同一方向に旋回している。
【0073】
第５液晶層３５は、第４液晶層３４に重なり、第５コレステリック液晶ＣＬ５を有している。第５液晶層３５は、第４液晶層３４に接着されている。また、第５液晶層３５は、第２主面Ｆ２に対して傾斜した反射面３５Ｒを有している。
第５コレステリック液晶ＣＬ５は、螺旋ピッチＰ５を有している。螺旋ピッチＰ５は、螺旋ピッチＰ４より大きく（Ｐ５＞Ｐ４）、螺旋ピッチＰ２と同等である（Ｐ５＝Ｐ２）。螺旋ピッチＰ２及び螺旋ピッチＰ５は、中心波長λｇに応じて設定されている。第２コレステリック液晶ＣＬ２及び第５コレステリック液晶ＣＬ５は、同一方向に旋回している。
第５コレステリック液晶ＣＬ５は、螺旋ピッチＰ５を有している。螺旋ピッチＰ５は、螺旋ピッチＰ４より大きく（Ｐ５＞Ｐ４）、螺旋ピッチＰ２と同等である（Ｐ５＝Ｐ２）。螺旋ピッチＰ２及び螺旋ピッチＰ５は、中心波長λｇに応じて設定されている。第２コレステリック液晶ＣＬ２及び第５コレステリック液晶ＣＬ５は、同一方向に旋回している。
【0074】
第６液晶層３６は、第５液晶層３５に重なり、第６コレステリック液晶ＣＬ６を有している。第６液晶層３６は、第５液晶層３５に接着されている。また、第６液晶層３６は、第２主面Ｆ２に対して傾斜した反射面３６Ｒを有している。
第６コレステリック液晶ＣＬ６は、螺旋ピッチＰ６を有している。螺旋ピッチＰ６は、螺旋ピッチＰ５より大きく（Ｐ６＞Ｐ５）、螺旋ピッチＰ３と同等である（Ｐ６＝Ｐ３）。螺旋ピッチＰ３及び螺旋ピッチＰ６は、中心波長λｒに応じて設定されている。第３コレステリック液晶ＣＬ３及び第６コレステリック液晶ＣＬ６は、同一方向に旋回している。
第６コレステリック液晶ＣＬ６は、螺旋ピッチＰ６を有している。螺旋ピッチＰ６は、螺旋ピッチＰ５より大きく（Ｐ６＞Ｐ５）、螺旋ピッチＰ３と同等である（Ｐ６＝Ｐ３）。螺旋ピッチＰ３及び螺旋ピッチＰ６は、中心波長λｒに応じて設定されている。第３コレステリック液晶ＣＬ３及び第６コレステリック液晶ＣＬ６は、同一方向に旋回している。
【0075】
反射面３４Ｒ、反射面３５Ｒ、及び、反射面３６Ｒは、いずれも同様に傾斜している。図示した例では、反射面３４Ｒ、反射面３５Ｒ、及び、反射面３６Ｒの各々と第２主面Ｆ２との第１方向Ａ１に沿った間隔は、第１領域１Ａから第２領域１Ｂに向かう方向に沿って次第に縮小している。
【0076】
なお、図示した例では、第４コレステリック液晶ＣＬ４、第５コレステリック液晶ＣＬ５、及び、第６コレステリック液晶ＣＬ６は、いずれも同じ方向に旋回しているが、いずれか１つが逆方向に旋回していてもよい。
また、第４液晶層３４、第５液晶層３５、及び、第６液晶層３６の積層順は、図示した例に限らない。
また、第４液晶層３４、第５液晶層３５、及び、第６液晶層３６の積層順は、図示した例に限らない。
【0077】
第１領域１Ａと第２領域１Ｂとの間、あるいは、第１液晶層３１と第４液晶層３４との間においては、第２主面Ｆ２は、空気層に接している。なお、第１主面Ｆ１は、第１領域１Ａ及び第２領域１Ｂを含む全域で空気層に接している。
【0078】
ここでの第１液晶層３１、第２液晶層３２、第３液晶層３３、第４液晶層３４、第５液晶層３５、及び、第６液晶層３６は、図３を参照して説明したように、添加剤４を有している。そして、添加剤４の屈折率異方性は、各液晶層の各々の屈折率異方性よりも小さい。また、添加剤４の屈折率異方性は、各コレステリック液晶の各々の屈折率異方性よりも小さい。
【0079】
次に、図１３に示す表示装置２００の光学作用について説明する。
【0080】
表示モジュールＤＭは、中心波長λｒの赤光、中心波長λｇの緑光、中心波長λｂｒの青光を含む表示光ＤＬを透明基板１に向けて出射する。表示光ＤＬは、第１主面Ｆ１から透明基板１の内部に進入し、第２主面Ｆ２から出射して、第１液晶層３１、第２液晶層３２、第３液晶層３３に入射する。そして、第１液晶層３１の反射面３１Ｒ、第２液晶層３２の反射面３２Ｒ、及び、第３液晶層３３の反射面３３Ｒにおいて、表示光ＤＬの一部を反射する。反射された光ＬＴｒは、再び透明基板１に入射し、第１領域１Ａと第２領域１Ｂとの間の透明基板１と空気層との界面において、反射を繰り返しながら、第２領域１Ｂに向けて導光される。
【0081】
第２領域１Ｂにおいては、光ＬＴｒは、第２主面Ｆ２から出射して、第４液晶層３４、第５液晶層３５、第６液晶層３６に入射する。そして、第４液晶層３４の反射面３４Ｒ、第５液晶層３５の反射面３５Ｒ、及び、第６液晶層３６の反射面３６Ｒにおいて、光ＬＴｒの一部を反射する。反射された光ＬＴｒは、透明基板１を透過する。透明基板１を透過した光ＬＴｔは、ユーザの瞳Ｅに導かれる。
【0082】
一方で、第１液晶層３１、第２液晶層３２、第３液晶層３３、第４液晶層３４、第５液晶層３５、及び、第６液晶層３６の各々は、外光ＬＴｅに含まれる特定の選択反射帯域の光のみを反射し、その他の帯域の光を透過する。また、透明基板１は、外光ＬＴｅのほとんどの成分を透過する。このため、ユーザは、表示装置２００の周辺環境を視認しながら、表示モジュールＤＭに表示された画像を視認することができる。
【0083】
図１４は、表示光ＤＬが反射される様子を説明するための図である。
【0084】
第１液晶層３１においては、隣接する第１コレステリック液晶ＣＬ１の配向方向が線形に変化することで、反射面３１Ｒが形成されている。反射面３１Ｒでは、表示光ＤＬのうち、中心波長λｂの青光の円偏光が反射される。
【0085】
第２液晶層３２においては、隣接する第２コレステリック液晶ＣＬ２の配向方向が線形に変化することで、反射面３２Ｒが形成されている。反射面３２Ｒでは、表示光ＤＬのうち、中心波長λｇの緑光の円偏光が反射される。
【0086】
第３液晶層３３においては、隣接する第３コレステリック液晶ＣＬ３の配向方向が線形に変化することで、反射面３３Ｒが形成されている。反射面３３Ｒでは、表示光ＤＬのうち、中心波長λｒの赤光の円偏光が反射される。
【0087】
第４液晶層３４においては、隣接する第４コレステリック液晶ＣＬ４の配向方向が線形に変化することで、反射面３４Ｒが形成されている。反射面３４Ｒでは、反射面３１Ｒで反射された中心波長λｂの青光ＬＴｒが反射される。
【0088】
第５液晶層３５においては、隣接する第５コレステリック液晶ＣＬ５の配向方向が線形に変化することで、反射面３５Ｒが形成されている。反射面３５Ｒでは、反射面３２Ｒで反射された中心波長λｇの緑光ＬＴｒが反射される。
【0089】
第６液晶層３６においては、隣接する第６コレステリック液晶ＣＬ６の配向方向が線形に変化することで、反射面３６Ｒが形成されている。反射面３６Ｒでは、反射面３３Ｒで反射された中心波長λｒの赤光ＬＴｒが反射される。
【0090】
透明基板１を透過した光ＬＴｔは、中心波長λｂの青光ＬＴｒ、中心波長λｇの緑光ＬＴｒ、及び、中心波長λｒの赤光ＬＴｒを有している。
【0091】
このような表示装置２００によれば、ユーザに対して拡張現実を提供することができる。
【0092】
以上説明したように、本実施形態によれば、反射帯域を制限することが可能な液晶光学素子及び表示装置を提供することができる。
【0093】
なお、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【0094】
１００…液晶光学素子
１…透明基板 Ｆ１…第１主面 Ｆ２…第２主面 Ｓ１…側面
３…液晶層 ＣＬ…コレステリック液晶 ３Ｒ…反射面
４…添加剤
２００…表示装置 ＤＭ…表示モジュール
３１…第１液晶層 ＣＬ１…第１コレステリック液晶 ３１Ｒ…反射面
３２…第２液晶層 ＣＬ２…第２コレステリック液晶 ３２Ｒ…反射面
３３…第３液晶層 ＣＬ３…第３コレステリック液晶 ３３Ｒ…反射面
３４…第４液晶層 ＣＬ４…第４コレステリック液晶 ３４Ｒ…反射面
３５…第５液晶層 ＣＬ５…第５コレステリック液晶 ３５Ｒ…反射面
３６…第６液晶層 ＣＬ６…第６コレステリック液晶 ３６Ｒ…反射面
１…透明基板 Ｆ１…第１主面 Ｆ２…第２主面 Ｓ１…側面
３…液晶層 ＣＬ…コレステリック液晶 ３Ｒ…反射面
４…添加剤
２００…表示装置 ＤＭ…表示モジュール
３１…第１液晶層 ＣＬ１…第１コレステリック液晶 ３１Ｒ…反射面
３２…第２液晶層 ＣＬ２…第２コレステリック液晶 ３２Ｒ…反射面
３３…第３液晶層 ＣＬ３…第３コレステリック液晶 ３３Ｒ…反射面
３４…第４液晶層 ＣＬ４…第４コレステリック液晶 ３４Ｒ…反射面
３５…第５液晶層 ＣＬ５…第５コレステリック液晶 ３５Ｒ…反射面
３６…第６液晶層 ＣＬ６…第６コレステリック液晶 ３６Ｒ…反射面
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】