JP2023121716A

JP2023121716A - 光学素子、可変焦点素子及びヘッドマウントディスプレイ

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Publication number: JP2023121716A
Application number: JP2022190148A
Authority: JP
Inventors: 大輔南; Daisuke Minami; 大明淺木; Hiroaki ASAGI; 潔箕浦; Kiyoshi Minoura
Original assignee: Sharp Display Technology Corp
Current assignee: Sharp Display Technology Corp
Priority date: 2022-02-21
Filing date: 2022-11-29
Publication date: 2023-08-31
Anticipated expiration: 2042-11-29
Also published as: JP7360528B2

Abstract

【課題】偏光変調及び偏光非変調を広帯域かつ広視野角で切り替え可能な光学素子を提供する。【解決手段】第一の液晶分子及び第一の電極を有する第一の液晶セルと、第二の液晶分子及び第二の電極を有する第二の液晶セルと、を備え、上記第一の電極及び上記第二の電極は、上記第二の液晶分子がツイスト配向し、かつ、上記第一の液晶分子が垂直配向する第一状態と、上記第一の液晶分子がツイスト配向し、かつ、上記第二の液晶分子が垂直配向する第二状態と、を切り替え可能に配置されており、上記第一状態における上記第三の基板側の上記第二の液晶分子の配向方向の方位角及び上記第四の基板側の上記第二の液晶分子の配向方向の方位角は、それぞれ、上記第二状態における上記第一の基板側の上記第一の液晶分子の配向方向の方位角及び上記第二の基板側の上記第一の液晶分子の配向方向の方位角を同一方向に１／４回転させた角度である光学素子。【選択図】図３

Description

以下の開示は、光学素子、上記光学素子を備える可変焦点素子、及び、上記可変焦点素子を備えるヘッドマウントディスプレイに関するものである。

近年ヘッドマウントディスプレイ向けなどに、パンチャラトナムベリー（ＰＢ：ＰａｎｃｈａｒａｔｎａｍＢｅｒｒｙ）レンズと、可変１／２波長板（ｓＨＷＰ：ＳｗｉｔｃｈａｂｌｅＨａｌｆＷａｖｅＰｌａｔｅ）等の光学素子とを組み合わせた可変焦点光学システムが提案されている。ｓＨＷＰとは左右の円偏光の偏光状態を切り替え可能なデバイスであり、液晶により実現される。

可変焦点光学システムに関する技術として、例えば、特許文献１には、導波管と広帯域適応レンズアセンブリとを備え、前記導波管は、光を導波管の出力表面と平行な側方方向に誘導するように構成され、更に、前記誘導された光を前記出力表面を通して外部結合するようにさらに構成され、前記広帯域適応レンズアセンブリは、それを通して、前記導波管からの外部結合された光を内部結合および回折するように構成されるディスプレイデバイスが開示されている。

特許文献２には、ｓＨＷＰと複数の液晶レンズとを備える可変焦点ブロックが開示されている。

特許文献３には、初期偏光配向の直線偏光を変換する色消し偏光スイッチであって、前記初期偏光配向に関し第１の配向軸を有する第１の液晶（ＬＣ）セルと、前記第１の配向軸に関し第２の配向軸を有する第２のＬＣセルと、を備える、色消し偏光スイッチが開示されている。

特許文献４には、第１の積層複屈折層および第２の積層複屈折層であって、それぞれのローカル光軸が、該第１の層および第２の層のそれぞれの厚さにわたってそれぞれのねじれ角で回転されており、該第１の層と第２の層との間の界面に沿って整列されている、第１の積層複屈折層および第２の積層複屈折層を備える、光学素子が開示されている。

特許文献５には、ヘッドマウントディスプレイのディスプレイ用途として、入射した円偏光の偏光を広い波長と入射角で回転させる積層型液晶構造からなる光学素子が提案されている。

特表２０２１－５０１３６１号公報米国特許第１０３７９４１９号明細書特表２００９－５２４１０６号公報特表２０１４－５２８５９７号公報米国特許第１０６７８０５７号明細書

上記特許文献１～５では、左右の円偏光の偏光状態を変換する偏光変調と、左右の円偏光の偏光状態を変換しない偏光非変調とを広帯域かつ広視野角で切り替え可能なデバイス構造の実現が困難という課題がある。

本発明は上記現状に鑑みてなされたものであり、偏光変調及び偏光非変調を広帯域かつ広視野角で切り替え可能な光学素子、上記光学素子を備える可変焦点素子、及び、上記可変焦点素子を備えるヘッドマウントディスプレイを提供することを目的とするものである。

（１）本発明の一実施形態は、第一の基板と、第一の液晶分子を含有する第一の液晶層と、第二の基板と、第三の基板と、第二の液晶分子を含有する第二の液晶層と、第四の基板と、を順に備え、上記第一の基板と上記第一の液晶層と上記第二の基板とは、第一の液晶セルを構成し、上記第三の基板と上記第二の液晶層と上記第四の基板とは、第二の液晶セルを構成し、上記第一の液晶セルは、上記第一の基板及び上記第二の基板の少なくとも一方に、上記第一の液晶層への電圧印加用の第一の電極を有し、上記第二の液晶セルは、上記第三の基板及び上記第四の基板の少なくとも一方に、上記第二の液晶層への電圧印加用の第二の電極を有し、上記第一の電極及び上記第二の電極は、上記第二の液晶分子がツイスト配向し、かつ、上記第一の液晶分子が垂直配向する第一状態と、上記第一の液晶分子がツイスト配向し、かつ、上記第二の液晶分子が垂直配向する第二状態と、を切り替え可能に配置されており、上記第一状態における上記第三の基板側の上記第二の液晶分子の配向方向の方位角及び上記第一状態における上記第四の基板側の上記第二の液晶分子の配向方向の方位角は、それぞれ、上記第二状態における上記第一の基板側の上記第一の液晶分子の配向方向の方位角及び上記第二状態における上記第二の基板側の上記第一の液晶分子の配向方向の方位角を同一方向に１／４回転させた角度である、光学素子。

（２）また、本発明のある実施形態は、上記（１）の構成に加え、更に、上記第一の液晶セルと上記第二の液晶セルとの間に、ネガティブＣプレートを備える、光学素子。

（３）また、本発明のある実施形態は、上記（２）の構成に加え、上記ネガティブＣプレートの厚さ方向のリタデーションＲｔｈは、－２２０ｎｍ以上、０ｎｍ以下である、光学素子。

（４）また、本発明のある実施形態は、上記（１）、上記（２）又は上記（３）の構成に加え、上記第一の液晶層の、波長５５０ｎｍにおける前記第二状態でのリタデーションは、２００ｎｍ以上、２６０ｎｍ以下であり、上記第二の液晶層の、波長５５０ｎｍにおける前記第一状態でのリタデーションは、２１０ｎｍ以上、２６０ｎｍ以下である、光学素子。

（５）また、本発明のある実施形態は、上記（１）、上記（２）、上記（３）又は上記（４）の構成に加え、上記第一の液晶セルは、上記第二の液晶セルと同一の構成を有さない、光学素子。

（６）また、本発明のある実施形態は、上記（１）、上記（２）、上記（３）、上記（４）又は上記（５）の構成に加え、上記第二状態における上記第一の液晶分子は、ツイスト角６１°以上、７５°以下でツイスト配向し、上記第一状態における上記第二の液晶分子は、ツイスト角６４°以上、７４°以下でツイスト配向する、光学素子。

（７）また、本発明のある実施形態は、上記（１）、上記（２）、上記（３）、上記（４）、上記（５）又は上記（６）の構成に加え、上記第二状態における上記第一の基板側の上記第一の液晶分子の配向方向の方位角は、－９°以上、７°以下であり、上記第一状態における上記第三の基板側の上記第二の液晶分子の配向方向の方位角は、８５°以上、９６°以下である、光学素子。

（８）また、本発明のある実施形態は、上記（１）、上記（２）、上記（３）、上記（４）、上記（５）、上記（６）又は上記（７）の構成に加え、更に、上記第一の液晶セルの上記第二の液晶セルと反対側、又は、上記第二の液晶セルの上記第一の液晶セルと反対側に、１／４波長フィルムを備える、光学素子。

（９）また、本発明のある実施形態は、上記（８）の構成に加え、上記１／４波長フィルムは、逆波長分散特性を有する、光学素子。

（１０）また、本発明のある実施形態は、上記（８）又は上記（９）の構成に加え、上記１／４波長フィルムの、波長５５０ｎｍの面内位相差に対する波長４５０ｎｍの面内位相差は、０．７倍以上、１倍以下である、光学素子。

（１１）また、本発明のある実施形態は、上記（８）、上記（９）又は上記（１０）の構成に加え、上記１／４波長フィルムの、波長５５０ｎｍの面内位相差に対する波長６５０ｎｍの面内位相差は、１倍以上、１．３倍以下である、光学素子。

（１２）また、本発明のある実施形態は、上記（８）、上記（９）、上記（１０）又は上記（１１）の構成に加え、上記１／４波長フィルムの遅相軸の方位角は、５２°以上、６０°以下である、光学素子。

（１３）また、本発明のある実施形態は、上記（８）、上記（９）、上記（１０）、上記（１１）又は上記（１２）の構成に加え、上記１／４波長フィルムの波長５５０ｎｍの面内位相差は、９０ｎｍ以上、１７０ｎｍ以下である、光学素子。

（１４）また、本発明のある実施形態は、上記（８）、上記（９）、上記（１０）、上記（１１）、上記（１２）又は上記（１３）の構成に加え、上記１／４波長フィルムは、第一の１／４波長フィルムであり、更に、上記第一の１／４波長フィルムの上記第一の液晶セル及び上記第二の液晶セルとは反対側に第二の１／４波長フィルムを備える、光学素子。

（１５）また、本発明のある実施形態は、上記（１４）の構成に加え、上記第二の１／４波長フィルムは、フラット波長分散特性を有する、光学素子。

（１６）また、本発明のある実施形態は、上記（１４）又は上記（１５）の構成に加え、上記第二の１／４波長フィルムの遅相軸の方位角は、８°以上、１８°以下である、光学素子。

（１７）また、本発明のある実施形態は、上記（１４）、上記（１５）又は上記（１６）の構成に加え、上記第二の１／４波長フィルムの波長５５０ｎｍの面内位相差は、１２０ｎｍ以上、１５０ｎｍ以下である、光学素子。

（１８）また、本発明の他の実施形態は、上記（１）、上記（２）、上記（３）、上記（４）、上記（５）、上記（６）、上記（７）、上記（８）、上記（９）、上記（１０）、上記（１１）、上記（１２）、上記（１３）、上記（１４）、上記（１５）、上記（１６）又は上記（１７）に記載の光学素子と、パンチャラトナムベリーレンズと、を備える、可変焦点素子。

（１９）また、本発明のある実施形態は、上記（１８）の構成に加え、上記パンチャラトナムベリーレンズは、上記光学素子内に配置される、可変焦点素子。

（２０）また、本発明の他の実施形態は、上記（１８）又は上記（１９）に記載の可変焦点素子を備える、ヘッドマウントディスプレイ。

本発明によれば、偏光変調及び偏光非変調を広帯域かつ広視野角で切り替え可能な光学素子、上記光学素子を備える可変焦点素子、及び、上記可変焦点素子を備えるヘッドマウントディスプレイを提供することができる。

実施形態１に係る光学素子の断面模式図である。実施形態１に係る光学素子が備える第一の液晶セル及び第二の液晶セルの断面模式図である。実施形態１に係る光学素子の、第一状態及び第二状態における液晶分子の配向について説明する模式図である。比較形態１に係る光学素子の断面模式図である。比較形態２に係る光学素子の断面模式図である。実施形態１、比較形態１及び比較形態２に係る光学素子の、変調時のストークスパラメータＳ３と出射光の波長との関係を示すグラフである。実施形態１に係る光学素子の第一状態について説明する断面模式図である。実施形態１に係る光学素子の第二状態について説明する断面模式図である。実施形態１の変形例１に係る光学素子の断面模式図である。実施形態２に係る光学素子の断面模式図である。実施形態３に係る光学素子の断面模式図である。実施形態３に係る光学素子が備える第一の液晶セル及び第二の液晶セルの断面模式図である。実施形態３に係る光学素子の、第一状態及び第二状態における液晶分子の配向について説明する模式図である。実施形態３に係る光学素子の第一状態について説明する断面模式図である。実施形態３に係る光学素子の第二状態について説明する断面模式図である。実施形態４に係る光学素子の断面模式図である。実施形態４に係る光学素子が備える第一の液晶セル及び第二の液晶セルの断面模式図である。実施形態４に係る光学素子の、第一状態及び第二状態における液晶分子の配向について説明する模式図である。実施形態４に係る光学素子の第一状態について説明する断面模式図である。実施形態４に係る光学素子の第二状態について説明する断面模式図である。実施形態５に係る可変焦点素子の断面模式図である。実施形態５に係る可変焦点素子が備えるＰＢレンズの断面模式図の一例である。実施形態５の変形例１に係る可変焦点素子の断面模式図である。実施形態５の変形例１に係る可変焦点素子の拡大断面模式図である。実施形態５の変形例１に係る光学素子の、第一状態及び第二状態における液晶分子の配向について説明する模式図である。実施形態５の変形例１に係る可変焦点素子が備えるＰＢレンズの配向パターンを示した平面模式図である。実施形態５の変形例１に係る可変焦点素子の詳細な構成を説明する断面模式図である。実施形態５の変形例１に係る可変焦点素子の、Ｆ－２．５のモードにおける偏光状態について説明する図である。実施形態６に係るヘッドマウントディスプレイの断面模式図である。実施形態６に係るヘッドマウントディスプレイの外観の一例を示す斜視模式図である。比較例１に係る光学素子の断面模式図である。比較例２に係る光学素子の断面模式図である。実施例１、比較例１及び比較例２に係る光学素子の、非変調時のストークスパラメータＳ３と出射光の波長との関係を示すグラフである。実施例１、比較例１及び比較例２に係る光学素子の、変調時のストークスパラメータＳ３と出射光の波長との関係を示すグラフである。入射角を３０°に設定した場合の、比較例１に係る光学素子の非変調時のストークスパラメータＳ３と方位角との関係を示すグラフである。入射角を３０°に設定した場合の、比較例１に係る光学素子の変調時のストークスパラメータＳ３と方位角との関係を示すグラフである。入射角を３０°に設定した場合の、比較例２に係る光学素子の非変調時のストークスパラメータＳ３と方位角との関係を示すグラフである。入射角を３０°に設定した場合の、比較例２に係る光学素子の変調時のストークスパラメータＳ３と方位角との関係を示すグラフである。入射角を３０°に設定した場合の、実施例１に係る光学素子の非変調時のストークスパラメータＳ３と方位角との関係を示すグラフである。入射角を３０°に設定した場合の、実施例１に係る光学素子の変調時のストークスパラメータＳ３と方位角との関係を示すグラフである。実施例１、比較例１及び比較例２の光学素子の、非変調時及び変調時の視野角特性のシミュレーション結果を示す図である。実施例１の光学素子が備える第二の液晶層の第一状態におけるリタデーションに対する非変調時のストークスパラメータＳ３を示すグラフである。実施例１の光学素子が備える第一の液晶層の第二状態におけるリタデーションに対する変調時のストークスパラメータＳ３を示すグラフである。実施例１の光学素子が備える第二の液晶分子のツイスト角に対する非変調時のストークスパラメータＳ３を示すグラフである。実施例１の光学素子が備える第一の液晶分子のツイスト角に対する変調時のストークスパラメータＳ３を示すグラフである。実施例１の光学素子が備える第二の液晶分子のプレツイスト角に対する非変調時のストークスパラメータＳ３を示すグラフである。実施例１の光学素子が備える第一の液晶分子のプレツイスト角に対する変調時のストークスパラメータＳ３を示すグラフである。実施例１に係る光学素子が備える逆波長分散の１／４波長フィルムの遅相軸の方位角に対する、非変調時のストークスパラメータＳ３を示すグラフである。実施例１に係る光学素子が備える逆波長分散の１／４波長フィルムの遅相軸の方位角に対する、変調時のストークスパラメータＳ３を示すグラフである。実施例１に係る光学素子が備える逆波長分散の１／４波長フィルムの位相差に対する、非変調時のストークスパラメータＳ３を示すグラフである。実施例１に係る光学素子が備える逆波長分散の１／４波長フィルムの位相差に対する、変調時のストークスパラメータＳ３を示すグラフである。実施例１に係る光学素子が備えるフラット波長分散の１／４波長フィルムの遅相軸の方位角に対する、非変調時のストークスパラメータＳ３を示すグラフである。実施例１に係る光学素子が備えるフラット波長分散の１／４波長フィルムの遅相軸の方位角に対する、変調時のストークスパラメータＳ３を示すグラフである。実施例１に係る光学素子が備えるフラット波長分散の１／４波長フィルムの位相差に対する、非変調時のストークスパラメータＳ３を示すグラフである。実施例１に係る光学素子が備えるフラット波長分散の１／４波長フィルムの位相差に対する、変調時のストークスパラメータＳ３を示すグラフである。実施例１、実施例２及び比較例１の光学素子の、非変調時及び変調時の視野角特性のシミュレーション結果を示す図である。入射角を３０°に設定した場合の、実施例２に係る光学素子の非変調時のストークスパラメータＳ３と方位角との関係を示すグラフである。入射角を３０°に設定した場合の、実施例２に係る光学素子の変調時のストークスパラメータＳ３と方位角との関係を示すグラフである。実施例の光学素子の非変調時のストークスパラメータＳ３とネガティブＣプレートの厚さ方向のリタデーションＲｔｈとの関係を示すグラフである。実施例の光学素子の変調時のストークスパラメータＳ３とネガティブＣプレートの厚さ方向のリタデーションＲｔｈとの関係を示すグラフである。入射角を０°に設定した場合の、実施例１、実施例３、比較例１及び比較例２に係る光学素子の、非変調時のストークスパラメータＳ３と出射光の波長との関係を示すグラフである。入射角を０°に設定した場合の、実施例１、実施例３、比較例１及び比較例２に係る光学素子の、変調時のストークスパラメータＳ３と出射光の波長との関係を示すグラフである。入射角を３０°に設定した場合の、実施例３に係る光学素子の非変調時のストークスパラメータＳ３と方位角との関係を示すグラフである。入射角を３０°に設定した場合の、実施例３に係る光学素子の変調時のストークスパラメータＳ３と方位角との関係を示すグラフである。入射角を０°に設定した場合の、実施例４、比較例１及び比較例２に係る光学素子の、非変調時のストークスパラメータＳ３と出射光の波長との関係を示すグラフである。入射角を０°に設定した場合の、実施例４、比較例１及び比較例２に係る光学素子の、変調時のストークスパラメータＳ３と出射光の波長との関係を示すグラフである。入射角を３０°に設定した場合の、実施例４に係る光学素子の非変調時のストークスパラメータＳ３と方位角との関係を示すグラフである。入射角を３０°に設定した場合の、実施例４に係る光学素子の変調時のストークスパラメータＳ３と方位角との関係を示すグラフである。実施例５に係る可変焦点素子の製造工程における第一の配向処理について説明する模式図である。実施例５に係る可変焦点素子の製造工程における第二の配向処理について説明する模式図である。実施例５に係る可変焦点素子の製造工程における第三の配向処理について説明する模式図である。実施例５に係る可変焦点素子の製造工程における第四の配向処理について説明する模式図である。入射角を０°に設定した場合の、実施例６、比較例１及び比較例２に係る光学素子の、非変調時のストークスパラメータＳ３と出射光の波長との関係を示すグラフである。入射角を０°に設定した場合の、実施例６、比較例１及び比較例２に係る光学素子の、変調時のストークスパラメータＳ３と出射光の波長との関係を示すグラフである。入射角を３０°に設定した場合の、実施例６に係る光学素子の非変調時のストークスパラメータＳ３と方位角との関係を示すグラフである。入射角を３０°に設定した場合の、実施例６に係る光学素子の変調時のストークスパラメータＳ３と方位角との関係を示すグラフである。実施例６の光学素子が備える第一のポジティブＣプレートの厚さ方向のリタデーションＲｔｈに対する非変調時のストークスパラメータＳ３を示すグラフである。実施例６の光学素子が備える第一のポジティブＣプレートの厚さ方向のリタデーションＲｔｈに対する変調時のストークスパラメータＳ３を示すグラフである。実施例６の光学素子が備える第二のポジティブＣプレートの厚さ方向のリタデーションＲｔｈに対する非変調時のストークスパラメータＳ３を示すグラフである。実施例６の光学素子が備える第二のポジティブＣプレートの厚さ方向のリタデーションＲｔｈに対する変調時のストークスパラメータＳ３を示すグラフである。実施形態１の変形例２に係る第一の構成を有する光学素子の断面模式図である。実施形態１の変形例２に係る第二の構成を有する光学素子の断面模式図の一例である。実施形態１の変形例２に係る第二の構成を有する光学素子の断面模式図の一例である。実施形態１の変形例２に係る第二の構成を有する光学素子の断面模式図の一例である。実施形態１の変形例２に係る第二の構成を有する光学素子の断面模式図の一例である。実施形態１の変形例２に係る第三の構成を有する光学素子の断面模式図の一例である。実施形態１の変形例２に係る第三の構成を有する光学素子の断面模式図の一例である。実施形態１の変形例２に係る第三の構成を有する光学素子の断面模式図の一例である。実施形態１の変形例２に係る第三の構成を有する光学素子の断面模式図の一例である。実施形態１の変形例２に係る第三の構成を有する光学素子の断面模式図の一例である。実施形態１の変形例２に係る第三の構成を有する光学素子の断面模式図の一例である。実施形態１の変形例２に係る第四の構成を有する光学素子の断面模式図の一例である。実施形態１の変形例２に係る第四の構成を有する光学素子の断面模式図の一例である。実施形態１の変形例２に係る第四の構成を有する光学素子の断面模式図の一例である。実施形態１の変形例２に係る第四の構成を有する光学素子の断面模式図の一例である。実施形態１の変形例２に係る第五の構成を有する光学素子の断面模式図の一例である。実施形態１の変形例２に係る第六の構成を有する光学素子の断面模式図の一例である。実施形態１の変形例２に係る第六の構成を有する光学素子の断面模式図の一例である。実施形態１の変形例２に係る第六の構成を有する光学素子の断面模式図の一例である。実施形態１の変形例２に係る第六の構成を有する光学素子の断面模式図の一例である。実施形態１の変形例２に係る第六の構成を有する光学素子の断面模式図の一例である。実施形態１の変形例２に係る第七の構成を有する光学素子の断面模式図の一例である。実施形態１の変形例２に係る第七の構成を有する光学素子の断面模式図の一例である。実施形態１の変形例２に係る第七の構成を有する光学素子の断面模式図の一例である。実施形態１の変形例２に係る第七の構成を有する光学素子の断面模式図の一例である。実施形態１の変形例２に係る第七の構成を有する光学素子の断面模式図の一例である。実施形態１の変形例２に係る第七の構成を有する光学素子の断面模式図の一例である。実施形態１の変形例２に係る第七の構成を有する光学素子の断面模式図の一例である。実施形態１の変形例２に係る第七の構成を有する光学素子の断面模式図の一例である。実施形態１の変形例２に係る第七の構成を有する光学素子の断面模式図の一例である。実施形態１の変形例２に係る第八の構成を有する光学素子の断面模式図の一例である。実施形態１の変形例２に係る第八の構成を有する光学素子の断面模式図の一例である。実施形態１の変形例２に係る第八の構成を有する光学素子の断面模式図の一例である。実施形態１の変形例２に係る第八の構成を有する光学素子の断面模式図の一例である。実施形態１の変形例２に係る第八の構成を有する光学素子の断面模式図の一例である。実施形態１の変形例２に係る第八の構成を有する光学素子の断面模式図の一例である。実施形態１の変形例２に係る第八の構成を有する光学素子の断面模式図の一例である。実施形態１の変形例２に係る第九の構成を有する光学素子の断面模式図の一例である。実施形態１の変形例２に係る第九の構成を有する光学素子の断面模式図の一例である。実施形態１の変形例２に係る第十の構成を有する光学素子の断面模式図の一例である。実施形態１の変形例２に係る第十の構成を有する光学素子の断面模式図の一例である。実施形態１の変形例２に係る第十の構成を有する光学素子の断面模式図の一例である。実施形態１の変形例２に係る第十の構成を有する光学素子の断面模式図の一例である。実施形態１の変形例２に係る第十の構成を有する光学素子の断面模式図の一例である。実施形態１の変形例２に係る第十の構成を有する光学素子の断面模式図の一例である。実施形態１の変形例２に係る第十一の構成を有する光学素子の断面模式図の一例である。実施形態１の変形例２に係る第十一の構成を有する光学素子の断面模式図の一例である。実施形態１の変形例２に係る第十一の構成を有する光学素子の断面模式図の一例である。実施形態１の変形例２に係る第十一の構成を有する光学素子の断面模式図の一例である。実施形態１の変形例２に係る第十一の構成を有する光学素子の断面模式図の一例である。実施形態１の変形例２に係る第十一の構成を有する光学素子の断面模式図の一例である。実施形態１の変形例２に係る第十一の構成を有する光学素子の断面模式図の一例である。実施形態１の変形例２に係る第十一の構成を有する光学素子の断面模式図の一例である。実施形態１の変形例２に係る第十一の構成を有する光学素子の断面模式図の一例である。実施形態１の変形例２に係る第十一の構成を有する光学素子の断面模式図の一例である。実施形態１の変形例２に係る第十一の構成を有する光学素子の断面模式図の一例である。実施形態１の変形例２に係る第十一の構成を有する光学素子の断面模式図の一例である。実施形態１の変形例２に係る第十一の構成を有する光学素子の断面模式図の一例である。実施形態１の変形例２に係る第十二の構成を有する光学素子の断面模式図の一例である。実施形態１の変形例２に係る第十二の構成を有する光学素子の断面模式図の一例である。実施形態１の変形例２に係る第十二の構成を有する光学素子の断面模式図の一例である。実施形態１の変形例２に係る第十二の構成を有する光学素子の断面模式図の一例である。実施形態１の変形例２に係る第十二の構成を有する光学素子の断面模式図の一例である。実施形態１の変形例２に係る第十二の構成を有する光学素子の断面模式図の一例である。実施形態１の変形例２に係る第十二の構成を有する光学素子の断面模式図の一例である。実施形態１の変形例２に係る第十二の構成を有する光学素子の断面模式図の一例である。実施形態１の変形例２に係る第十二の構成を有する光学素子の断面模式図の一例である。実施形態１の変形例２に係る第十二の構成を有する光学素子の断面模式図の一例である。実施形態１の変形例２に係る第十二の構成を有する光学素子の断面模式図の一例である。実施形態１の変形例２に係る第十二の構成を有する光学素子の断面模式図の一例である。実施形態１の変形例２に係る第十三の構成を有する光学素子の断面模式図の一例である。実施形態１の変形例２に係る第十三の構成を有する光学素子の断面模式図の一例である。実施形態１の変形例２に係る第十三の構成を有する光学素子の断面模式図の一例である。実施形態１の変形例２に係る第十三の構成を有する光学素子の断面模式図の一例である。実施形態１の変形例２に係る第十四の構成を有する光学素子の断面模式図の一例である。実施形態１の変形例２に係る第十四の構成を有する光学素子の断面模式図の一例である。実施形態１の変形例２に係る第十四の構成を有する光学素子の断面模式図の一例である。実施形態１の変形例２に係る第十四の構成を有する光学素子の断面模式図の一例である。実施形態１の変形例２に係る第十四の構成を有する光学素子の断面模式図の一例である。実施形態１の変形例２に係る第十五の構成を有する光学素子の断面模式図の一例である。実施形態１の変形例２に係る第十五の構成を有する光学素子の断面模式図の一例である。実施形態１の変形例２に係る第十五の構成を有する光学素子の断面模式図の一例である。実施形態１の変形例２に係る第十五の構成を有する光学素子の断面模式図の一例である。実施形態１の変形例２に係る第十五の構成を有する光学素子の断面模式図の一例である。実施形態１の変形例２に係る第十五の構成を有する光学素子の断面模式図の一例である。実施形態１の変形例２に係る第十五の構成を有する光学素子の断面模式図の一例である。実施形態１の変形例２に係る第十五の構成を有する光学素子の断面模式図の一例である。実施形態１の変形例２に係る第十五の構成を有する光学素子の断面模式図の一例である。実施形態１の変形例２に係る第十六の構成を有する光学素子の断面模式図の一例である。実施形態１の変形例２に係る第十六の構成を有する光学素子の断面模式図の一例である。実施形態１の変形例２に係る第十六の構成を有する光学素子の断面模式図の一例である。実施形態１の変形例２に係る第十六の構成を有する光学素子の断面模式図の一例である。実施形態１の変形例２に係る第十六の構成を有する光学素子の断面模式図の一例である。実施形態１の変形例２に係る第十六の構成を有する光学素子の断面模式図の一例である。実施形態１の変形例２に係る第十六の構成を有する光学素子の断面模式図の一例である。実施形態１の変形例２に係る第十七の構成を有する光学素子の断面模式図の一例である。実施形態１の変形例２に係る第十七の構成を有する光学素子の断面模式図の一例である。実施例７に係る光学素子の、第一状態及び第二状態における液晶分子の配向について説明する模式図である。実施例１及び実施例７に係る光学素子の、非変調時のストークスパラメータＳ３と出射光の波長との関係を示すグラフである。実施例１及び実施例７に係る光学素子の、変調時のストークスパラメータＳ３と出射光の波長との関係を示すグラフである。入射角を３０°に設定した場合の、実施例１に係る光学素子の非変調時のストークスパラメータＳ３と方位角との関係を示すグラフである。入射角を３０°に設定した場合の、実施例１に係る光学素子の変調時のストークスパラメータＳ３と方位角との関係を示すグラフである。入射角を３０°に設定した場合の、実施例７に係る光学素子の非変調時のストークスパラメータＳ３と方位角との関係を示すグラフである。入射角を３０°に設定した場合の、実施例７に係る光学素子の変調時のストークスパラメータＳ３と方位角との関係を示すグラフである。実施例７の光学素子が備える第二のＣプレートの厚さ方向のリタデーションＲｔｈに対する非変調時のストークスパラメータＳ３を示すグラフである。実施例７の光学素子が備える第二のＣプレートの厚さ方向のリタデーションＲｔｈに対する変調時のストークスパラメータＳ３を示すグラフである。実施例７の光学素子が備える第一のＣプレートの厚さ方向のリタデーションＲｔｈに対する非変調時のストークスパラメータＳ３を示すグラフである。実施例７の光学素子が備える第一のＣプレートの厚さ方向のリタデーションＲｔｈに対する変調時のストークスパラメータＳ３を示すグラフである。実施例７の光学素子が備えるネガティブＣプレートの厚さ方向のリタデーションＲｔｈに対する非変調時のストークスパラメータＳ３を示すグラフである。実施例７の光学素子が備えるネガティブＣプレートの厚さ方向のリタデーションＲｔｈに対する変調時のストークスパラメータＳ３を示すグラフである。実施例７の光学素子が備える第二のＡプレートの面内位相差Ｒｅに対する非変調時のストークスパラメータＳ３を示すグラフである。実施例７の光学素子が備える第二のＡプレートの面内位相差Ｒｅに対する変調時のストークスパラメータＳ３を示すグラフである。実施例７の光学素子が備える第二のＡプレートの遅相軸の方位角に対する非変調時のストークスパラメータＳ３を示すグラフである。実施例７の光学素子が備える第二のＡプレートの遅相軸の方位角に対する変調時のストークスパラメータＳ３を示すグラフである。実施例７の光学素子が備える第一のＡプレートの面内位相差Ｒｅに対する非変調時のストークスパラメータＳ３を示すグラフである。実施例７の光学素子が備える第一のＡプレートの面内位相差Ｒｅに対する変調時のストークスパラメータＳ３を示すグラフである。実施例７の光学素子が備える第一のＡプレートの遅相軸の方位角に対する非変調時のストークスパラメータＳ３を示すグラフである。実施例７の光学素子が備える第一のＡプレートの遅相軸の方位角に対する変調時のストークスパラメータＳ３を示すグラフである。偏光状態について説明する図である。実施形態１の変形例３に係る光学素子の断面模式図である。実施形態１の変形例３に係る光学素子の、第一状態及び第二状態における液晶分子の配向について説明する模式図である。実施例８、比較例１及び比較例２に係る光学素子の、非変調時のストークスパラメータＳ３と出射光の波長との関係を示すグラフである。実施例８、比較例１及び比較例２に係る光学素子の、変調時のストークスパラメータＳ３と出射光の波長との関係を示すグラフである。入射角を３０°に設定した場合の、実施例８に係る光学素子の非変調時のストークスパラメータＳ３と方位角との関係を示すグラフである。入射角を３０°に設定した場合の、実施例８に係る光学素子の変調時のストークスパラメータＳ３と方位角との関係を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態について説明する。本発明は、以下の実施形態に記載された内容に限定されるものではなく、本発明の構成を充足する範囲内で、適宜設計変更を行うことが可能である。なお、以下の説明において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を異なる図面間で共通して適宜用い、その繰り返しの説明は適宜省略する。本発明の各態様は、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜組み合わされてもよい。

（用語の定義）
本明細書中、方位とは、対象となる方向を光学素子の出射側の基板面上に射影したときの方向を意味し、基準となる方位との間のなす角度（方位角）で表現される。ここで、基準となる方位（０°）は、光学素子を出射側から見たときの、液晶パネルの画面の水平右方向に設定される。方位角は、反時計回りを正の角度、時計回りを負の角度とする。反時計回り及び時計回りは、いずれも、光学素子を出射側から見たときの回転方向を表す。また、方位角は、光学素子を出射側から平面視した状態で測定された値を表す。

本明細書中、２つの直線（軸、方向及び方位を含む）が互いに直交するとは、光学素子を出射側から平面視した状態で直交することを意味する。また、２つの直線の一方の直線が他方の直線に対して斜めに設けられるとは、光学素子を出射側から平面視した状態で一方の直線が他方の直線に対して斜めに設けられることを意味する。また、２つの直線のなす角度とは、光学素子を出射側から平面視した状態における一方の直線と他方の直線とのなす角度を意味する。

本明細書中、２つの直線（軸、方向及び方位を含む）が直交するとは、両者のなす角度が９０°±５°であることを意味し、好ましくは９０°±３°、より好ましくは９０°±１°、特に好ましくは９０°（完全に直交）であることを意味する。２つの直線が平行であるとは、両者のなす角度が０°±５°であることを意味し、好ましくは０°±３°、より好ましくは０°±１°、特に好ましくは０°（完全に平行）であることを意味する。

本明細書中、面内方向のリタデーション（面内位相差）Ｒｐは、Ｒｐ＝（ｎｓ－ｎｆ）ｄで定義される。また、厚さ方向のリタデーションＲｔｈは、Ｒｔｈ＝（ｎｚ－（ｎｘ＋ｎｙ）／２）ｄで定義される。ｎｓはｎｘ、ｎｙのうち大きい方を、ｎｆは小さい方を指す。また、ｎｘ及びｎｙは、複屈折層（位相差フィルムと液晶層を含む）の面内方向の主屈折率を示し、ｎｚは、面外方向、すなわち、複屈折層の面に対して垂直方向の主屈折率を示し、ｄは、複屈折層の厚みを示す。

なお、本明細書中で主屈折率、位相差等の光学パラメータの測定波長は、特に断りのない限り５５０ｎｍとする。

以下、本発明の実施形態について説明する。本発明は、以下の実施形態に記載された内容に限定されるものではなく、本発明の構成を充足する範囲内で、適宜設計変更を行うことが可能である。

（実施形態１）
図１は、実施形態１に係る光学素子の断面模式図である。図２は、実施形態１に係る光学素子が備える第一の液晶セル及び第二の液晶セルの断面模式図である。図３は、実施形態１に係る光学素子の、第一状態及び第二状態における液晶分子の配向について説明する模式図である。

図１～図３に示すように、本実施形態の光学素子１０は、第一の基板１００と、第一の液晶分子５１０を含有する第一の液晶層５００と、第二の基板２００と、第三の基板３００と、第二の液晶分子６１０を含有する第二の液晶層６００と、第四の基板４００と、を順に備え、第一の基板１００と第一の液晶層５００と第二の基板２００とは、第一の液晶セル１１Ａを構成し、第三の基板３００と第二の液晶層６００と第四の基板４００とは、第二の液晶セル１１Ｂを構成する。第一の液晶セル１１Ａは、第一の基板１００及び第二の基板２００の少なくとも一方に、第一の液晶層５００への電圧印加用の上記第一の電極としての第一のベタ状電極１２０及び第二のベタ状電極２２０を有する。第二の液晶セル１１Ｂは、第三の基板３００及び第四の基板４００の少なくとも一方に、第二の液晶層６００への電圧印加用の上記第二の電極としての第三のベタ状電極３２０及び第四のベタ状電極４２０を有する。上記第一の電極及び上記第二の電極は、第二の液晶分子６１０がツイスト配向し、かつ、第一の液晶分子５１０が垂直配向する第一状態と、第一の液晶分子５１０がツイスト配向し、かつ、第二の液晶分子６１０が垂直配向する第二状態と、を切り替え可能に配置されている。上記第一状態における第三の基板３００側の第二の液晶分子６１１の配向方向６１１Ａの方位角及び上記第一状態における第四の基板４００側の第二の液晶分子６１２の配向方向６１２Ａの方位角は、それぞれ、上記第二状態における第一の基板１００側の第一の液晶分子５１１の配向方向５１１Ａの方位角及び上記第二状態における第二の基板２００側の第一の液晶分子５１２の配向方向５１２Ａの方位角を同一方向に１／４回転させた角度である。このような態様とすることにより、第一状態及び第二状態を、系全体を１／４回転させたこと以外は同様に駆動させることが可能となり、広帯域かつ広視野角で、第一状態及び第二状態の一方の状態で偏光変調を実現し、他方の状態で偏光非変調を実現することが可能となる。すなわち、偏光変調及び偏光非変調を広帯域かつ広視野角で切り替えることができる光学素子、より具体的には、可変１／２波長板（ｓＨＷＰ：ＳｗｉｔｃｈａｂｌｅＨａｌｆＷａｖｅＰｌａｔｅ）素子を実現することができる。

ここで、ｓＨＷＰを液晶層１層で実現しようとすると、図４に示すような、９０°捩れのＴＮ液晶層５００Ｒ１を備える液晶セル１１Ｒ１を用いた、比較形態１の光学素子１０Ｒ１の構成が考えられる。より具体的には、比較形態１の光学素子１０Ｒ１は、遅相軸の方位角が７５°である１／４波長フィルム１５Ｒと、遅相軸の方位角が１５°である１／２波長フィルム１６Ｒと、液晶セル１１Ｒ１と、遅相軸の方位角が－７５°である１／２波長フィルム１７Ｒと、遅相軸の方位角が－１５°である１／４波長フィルム１８Ｒと、を順に備える。図４は、比較形態１に係る光学素子の断面模式図である。

また、ｓＨＷＰを液晶層２層で実現しようとすると、図５に示すような、７０°捩れのＴＮ液晶層５００Ｒ２と、－７０°捩れのＴＮ液晶層５００Ｒ３とが積層された比較形態２の光学素子１０Ｒ２の構成が考えられる。図５は、比較形態２に係る光学素子の断面模式図である。

図６は、実施形態１、比較形態１及び比較形態２に係る光学素子の、変調時のストークスパラメータＳ３と出射光の波長との関係を示すグラフである。図６は、右円偏光（ストークスパラメータＳ３＝＋１）を入射したときの、出射光の偏光状態の波長依存を表す。Ｓ３＝－１に近いほど左円偏光に変換されたことを示す。広波長にわたって－１に近い方が、変調時が広帯域といえる。

比較形態１の光学素子１０Ｒ１は、設計は容易であるが、９０°捩れのＴＮ液晶層５００Ｒ１の波長分散等の影響により、図６に示すように広帯域化が困難である。また、比較形態２の光学素子１０Ｒ２は、７０度程度ねじった液晶層を積層することで広帯域化が可能であるが、広視野角化が困難である。一方、本実施形態の光学素子１０は、偏光変調及び偏光非変調を広帯域かつ広視野角で切り替えることができる。

上記特許文献１では、偏光変調特性が一切開示されていない。特許文献１には単層のＴＮ液晶層の構成が開示されているが、当該構成では偏光変調時（特許文献１における非アクティブ時、電圧ＯＦＦ時）において、特定の波長でしか適切に偏光変換されず、広帯域での偏光変換を実現することはできない。

より具体的には、特許文献１で開示されている単層の構成では、偏光変調時において、液晶分子は９０°ツイスト配向し、偏光非変調時において、液晶分子は縦電界が印加されて垂直配向する。偏光変調時は液晶分子が９０°ツイスト配向するため、波長依存があり、偏光変調を広帯域で実現することができない。仮に、液晶分子のツイスト角度や液晶層のセル厚等を調整して広帯域で偏光変調を実現できたとしても、偏光非変調時には基板付近の液晶分子による残留リタデーションの影響を受けて広帯域で偏光非変調を実現することはできない。すなわち、広帯域での偏光変調と偏光非変調とを両立することはできない。

上記特許文献５では、変調特性が一切開示されていない。また、位相差フィルム等の具体的な物性についても記載されていない。更に、特許文献５において積層された液晶セルのうち一方の液晶セルはバックアップとしての用途であるため、他方の液晶セルと同様のセル設計であると考えられる。

以下、本実施形態について詳細に説明する。

第一の基板側の第一の液晶分子の配向方向とは、第一の基板近傍において水平配向している第一の液晶分子の配向方向である。より具体的には、第一の基板の第一の液晶層側に設けられた配向膜が水平配向膜である場合、第一の基板側の第一の液晶分子の配向方向とは、第一の液晶層の第一の基板側の界面に位置する第一の液晶分子の配向方向をいう。第一の基板の第一の液晶層側に設けられた配向膜が垂直配向膜である場合、第一の液晶層の第一の基板側の界面に位置する液晶分子は垂直配向しているため、第一の基板側の第一の液晶分子の配向方向とは、第一の基板側の界面より第一の液晶層の内側に位置する、水平配向状態にある第一の液晶分子の配向方向をいう。

同様に、第二の基板側の第一の液晶分子の配向方向とは、第二の基板近傍において水平配向している第一の液晶分子の配向方向である。より具体的には、第二の基板の第一の液晶層側に設けられた配向膜が水平配向膜である場合、第二の基板側の第一の液晶分子の配向方向とは、第一の液晶層の第二の基板側の界面に位置する第一の液晶分子の配向方向をいう。第二の基板の第一の液晶層側に設けられた配向膜が垂直配向膜である場合、第一の液晶層の第二の基板側の界面に位置する液晶分子は垂直配向しているため、第二の基板側の第一の液晶分子の配向方向とは、第二の基板側の界面より第一の液晶層の内側に位置する、水平配向状態にある第一の液晶分子の配向方向をいう。

同様に、第三の基板側の第二の液晶分子の配向方向とは、第三の基板近傍において水平配向している第二の液晶分子の配向方向である。より具体的には、第三の基板の第二の液晶層側に設けられた配向膜が水平配向膜である場合、第三の基板側の第二の液晶分子の配向方向とは、第二の液晶層の第三の基板側の界面に位置する第二の液晶分子の配向方向をいう。第三の基板の第二の液晶層側に設けられた配向膜が垂直配向膜である場合、第二の液晶層の第三の基板側の界面に位置する液晶分子は垂直配向しているため、第三の基板側の第二の液晶分子の配向方向とは、第三の基板側の界面より第二の液晶層の内側に位置する、水平配向状態にある第二の液晶分子の配向方向をいう。

同様に、第四の基板側の第二の液晶分子の配向方向とは、第四の基板近傍において水平配向している第二の液晶分子の配向方向である。より具体的には、第四の基板の第二の液晶層側に設けられた配向膜が水平配向膜である場合、第四の基板側の第二の液晶分子の配向方向とは、第二の液晶層の第四の基板側の界面に位置する第二の液晶分子の配向方向をいう。第四の基板の第二の液晶層側に設けられた配向膜が垂直配向膜である場合、第二の液晶層の第四の基板側の界面に位置する液晶分子は垂直配向しているため、第四の基板側の第二の液晶分子の配向方向とは、第四の基板側の界面より第二の液晶層の内側に位置する、水平配向状態にある第二の液晶分子の配向方向をいう。

第一状態における第三の基板側の第二の液晶分子の配向方向の方位角及び第一状態における第四の基板側の前記第二の液晶分子の配向方向の方位角が、それぞれ、第二状態における第一の基板側の第一の液晶分子の配向方向の方位角及び第二状態における第二の基板側の第一の液晶分子の配向方向の方位角を同一方向に１／４回転させた角度であるとは、第一状態における第三の基板側の第二の液晶分子の配向方向の方位角及び第一状態における第四の基板側の前記第二の液晶分子の配向方向の方位角が、それぞれ、第二状態における第一の基板側の第一の液晶分子の配向方向の方位角及び第二状態における第二の基板側の第一の液晶分子の配向方向の方位角を正の方向に１／４回転させた角度である、又は、第一状態における第三の基板側の第二の液晶分子の配向方向の方位角及び第一状態における第四の基板側の第二の液晶分子の配向方向の方位角が、それぞれ、第二状態における第一の基板側の第一の液晶分子の配向方向の方位角及び第二状態における第二の基板側の第一の液晶分子の配向方向の方位角を負の方向に１／４回転させた角度であることをいう。

ここで、１／４回転とは、８０°以上、１００°以下を意味し、８５°以上、９５°以下であることが好ましく、８７°以上、９３°以下であることが更に好ましい。

第一の液晶セル１１Ａは、入射側から出射側に向かって順に、第一の基板１００と、第一の液晶分子５１０を含有する第一の液晶層５００と、第二の基板２００と、を備える。第一の基板１００は、第一の支持基板１１０と第一のベタ状電極１２０とを備え、第二の基板２００は、第二の支持基板２１０と第二のベタ状電極２２０とを備える。

第二の液晶セル１１Ｂは、入射側から出射側に向かって順に、第三の基板３００と、第二の液晶分子６１０を含有する第二の液晶層６００と、第四の基板４００と、を備える。第三の基板３００は、第三の支持基板３１０と第三のベタ状電極３２０とを備え、第四の基板４００は、第四の支持基板４１０と第四のベタ状電極４２０とを備える。

第一の支持基板１１０、第二の支持基板２１０、第三の支持基板３１０及び第四の支持基板４１０としては、例えば、ガラス基板、プラスチック基板等の絶縁基板が挙げられる。ガラス基板の材料としては、例えば、フロートガラス、ソーダガラス等のガラスが挙げられる。ブラスチック基板の材料としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエーテルスルホン、ポリカーボネート、ポリイミド、脂環式ポリオレフィン等のプラスチックが挙げられる。

第一のベタ状電極１２０、第二のベタ状電極２２０、第三のベタ状電極３２０及び第四のベタ状電極４２０は、例えば、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ）等の透明導電材料、又は、それらの合金を、スパッタリング法等により単層又は複数層で成膜して形成した後、フォトリソグラフィ法を用いてパターニングを行うことで形成することができる。本明細書において、ベタ状電極とは、少なくとも平面視において絵素の光学的開口部と重畳する領域に、スリットや開口が設けられていない電極をいう。

第一のベタ状電極１２０及び第二のベタ状電極２２０の一方は画素電極であり、他方は共通電極である。第三のベタ状電極３２０及び第四のベタ状電極４２０の一方は画素電極であり、他方は共通電極である。

第一の液晶層５００は、液晶材料を含んでおり、第一の液晶層５００に対して電圧を印加し、印加した電圧に応じて液晶材料中の第一の液晶分子５１０の配向状態を変化させることにより、第一の液晶層５００を通過する光の偏光状態を変化させることができる。

第二の液晶層６００は、液晶材料を含んでおり、第二の液晶層６００に対して電圧を印加し、印加した電圧に応じて液晶材料中の第二の液晶分子６１０の配向状態を変化させることにより、第二の液晶層６００を通過する光の偏光状態を変化させることができる。

第一の液晶分子５１０及び第二の液晶分子６１０は、下記式（Ｌ）で定義される誘電率異方性（Δε）が正の値を有するポジ型の液晶分子であってもよく、負の値を有するネガ型の液晶分子であってもよい。また、第一の液晶分子５１０及び第二の液晶分子６１０の一方がポジ型の液晶分子であり、他方がネガ型の液晶分子であってもよい。本実施形態では第一の液晶分子５１０及び第二の液晶分子６１０がポジ型の液晶分子である場合を例に挙げて説明する。なお、液晶分子の長軸方向が遅相軸の方向となる。
Δε＝（液晶分子の長軸方向の誘電率）－（液晶分子の短軸方向の誘電率）（Ｌ）

第一の液晶層５００は、第一の基板１００と第二の基板２００との間でツイスト配向する第一の液晶分子５１０を含有する。第二状態において、第一の液晶分子５１０は、第一の基板１００側から第二の基板２００側にかけて捩れ配向している。

第二の液晶層６００は、第三の基板３００と第四の基板４００との間でツイスト配向する第二の液晶分子６１０を含有する。第一状態において、第二の液晶分子６１０は、第三の基板３００側から第四の基板４００側にかけて捩れ配向している。

第一の液晶分子５１０及び第二の液晶分子６１０の捩れ配向は、例えば、液晶材料にカイラル剤を添加することにより実現することができる。カイラル剤としては特に限定されず、従来公知のものを使用することができる。カイラル剤としては、例えば、Ｓ－８１１（メルク社製）等を用いることができる。

本実施形態の第一の液晶分子５１０及び第二の液晶分子６１０は、捩れ配向のポジ型の液晶分子である。したがって、第一の液晶層５００が電圧印加状態であり、第二の液晶層６００が電圧無印加状態である場合に、第一の液晶分子５１０が垂直配向し、かつ、第二の液晶分子６１０がツイスト配向する第一状態を実現することができる。また、第一の液晶層５００が電圧無印加状態であり、第二の液晶層６００が電圧印加状態である場合に、第一の液晶分子５１０がツイスト配向し、かつ、第二の液晶分子６１０が垂直配向する第二状態を実現することができる。本実施形態では、第一状態において偏光非変調を実現し、第二状態において偏光変調を実現することができる。

第一の液晶層５００の、波長５５０ｎｍにおける第二状態でのリタデーションは、２００ｎｍ以上、２６０ｎｍ以下であり、第二の液晶層６００の、波長５５０ｎｍにおける第一状態でのリタデーションは、２１０ｎｍ以上、２６０ｎｍ以下であることが好ましい。このような態様とすることにより、より広帯域で偏光変調及び偏光非変調を切り替えることができる。本明細書では、液晶層に閾値以上の電圧が印加された電圧印加状態を、単に「電圧印加状態」又は「電圧印加時」とも言い、液晶層に閾値未満の電圧が印加された（電圧無印加を含む）電圧無印加状態を、単に「電圧無印加状態」又は「電圧無印加時」ともいう。

第二状態における第一の液晶分子５１０は、ツイスト角６１°以上、７５°以下でツイスト配向し、第一状態における第二の液晶分子６１０は、ツイスト角６４°以上、７４°以下でツイスト配向することが好ましい。このような態様とすることにより、より広帯域で偏光変調及び偏光非変調を切り替えることができる。なお、液晶分子のツイスト角は、Ａｘｏｓｃａｎ（オプトサイエンス社製）を用いて、液晶層を出射した後のミューラーマトリックスを測定することにより求めることができる。

第二状態における第一の液晶分子５１０のツイスト角は、第二状態における第一の基板１００側の第一の液晶分子５１１の配向方向５１１Ａの方位角と、第二の基板２００側の第一の液晶分子５１２の配向方向５１２Ａの方位角とのなす角度をいう。第一状態における第二の液晶分子６１０のツイスト角は、第一状態における第三の基板３００側の第二の液晶分子６１１の配向方向６１１Ａの方位角と、第四の基板４００側の第二の液晶分子６１２の配向方向６１２Ａの方位角とのなす角度をいう。

第二状態における第一の基板１００側の第一の液晶分子５１１の配向方向５１１Ａの方位角は、－９°以上、７°以下であり、第一状態における第三の基板３００側の第二の液晶分子６１１の配向方向６１１Ａの方位角は、８５°以上、９６°以下であることが好ましい。このような態様とすることにより、より広帯域で偏光変調及び偏光非変調を切り替えることができる。例えば、第二状態における第一の基板１００側の第一の液晶分子５１１の配向方向５１１Ａの方位角は０°に、第一状態における第三の基板３００側の第二の液晶分子６１１の配向方向６１１Ａの方位角は９０°に設定することができる。

第一の液晶セル１１Ａは、第一の基板１００の第一の液晶層５００側に第一の配向膜４１を備え、第二の基板２００の第一の液晶層５００側に第二の配向膜４２を備えることが好ましい。第二の液晶セル１１Ｂは、第三の基板３００の第二の液晶層６００側に第三の配向膜４３を備え、第四の基板４００の第二の液晶層６００側に第四の配向膜４４を備えることが好ましい。

第一の配向膜４１及び第二の配向膜４２は、第一の液晶層５００における第一の液晶分子５１０の配向を制御する機能を有し、第一の液晶層５００が電圧無印加状態である場合に、主に第一の配向膜４１及び第二の配向膜４２の働きによって第一の液晶層５００中の第一の液晶分子５１０の配向が制御される。

第三の配向膜４３及び第四の配向膜４４は、第二の液晶層６００における第二の液晶分子６１０の配向を制御する機能を有し、第二の液晶層６００が電圧無印加状態である場合に、主に第三の配向膜４３及び第四の配向膜４４の働きによって第二の液晶層６００中の第二の液晶分子６１０の配向が制御される。第一の配向膜４１、第二の配向膜４２、第三の配向膜４３及び第四の配向膜４４を、以下では、単に配向膜ともいう。

配向膜の材料としては、ポリイミドを主鎖に有するポリマー、ポリアミック酸を主鎖に有するポリマー、ポリシロキサンを主鎖に有するポリマー等の液晶表示パネルの分野で一般的な材料を用いることができる。配向膜は配向膜材料を塗布することによって形成することができ、上記塗布方法は特に限定されず、例えば、フレキソ印刷、インクジェット塗布等を用いることができる。

配向膜は、液晶分子を膜面に対して略水平に配向させる水平配向膜であってもよいし、液晶分子を膜面に対して略垂直に配向させる垂直配向膜であってもよい。本実施形態では、第一の配向膜４１、第二の配向膜４２、第三の配向膜４３及び第四の配向膜４４が、水平配向膜である場合について説明する。

水平配向膜は、液晶層への電圧無印加時に、画素領域において、液晶層中の液晶分子を水平配向膜の表面に対して水平方向に配向させる機能を有する。ここで、液晶分子が水平配向膜の表面に対して水平方向に配向するとは、液晶分子のプレチルト角が、水平配向膜の表面に対して０°～５°であることを意味し、好ましくは０°～２°、より好ましくは０°～１°であることを意味する。液晶分子のプレチルト角は、液晶層への電圧無印加時に、液晶分子の長軸が各基板の主面に対して傾斜する角度を意味する。

垂直配向膜は、液晶層への電圧無印加時に、画素領域において、液晶層中の液晶分子を垂直配向膜の表面に対して垂直方向に配向させる機能を有する。ここで、液晶分子が垂直配向膜の表面に対して垂直方向に配向するとは、液晶分子のプレチルト角が、垂直配向膜の表面に対して８６°～９０°であることを意味し、好ましくは８７°～８９°、より好ましくは８７．５°～８９°であることを意味する。

また、配向膜は、光官能基を有し、かつ配向処理として光配向処理が施された光配向膜であってもよいし、配向処理としてラビング処理が施されたラビング配向膜であってもよい。配向処理を施すことにより、液晶分子にプレチルトを付与することができる。

液晶分子の配向方向は、配向主軸の方向（ネマティック液晶において分子長軸の平均的に揃う方向）であるため、第一の基板１００側の第一の液晶分子５１１の配向方向５１１Ａの方位角は、第一の基板１００の第一の液晶層５００側に設けられた配向膜（第一の配向膜４１）の配向処理方向の方位角と一致する。第二の基板２００側の第一の液晶分子５１２の配向方向５１２Ａの方位角は、第二の基板２００の第一の液晶層５００側に設けられた配向膜（第二の配向膜４２）の配向処理方向の方位角と一致する。第三の基板３００側の第二の液晶分子６１１の配向方向６１１Ａの方位角は、第三の基板３００の第二の液晶層６００側に設けられた配向膜（第三の配向膜４３）の配向処理方向の方位角と一致する。第四の基板４００側の第二の液晶分子６１２の配向方向６１２Ａの方位角は、第四の基板４００の第二の液晶層６００側に設けられた配向膜（第四の配向膜４４）の配向処理方向の方位角と一致する。

図７は、実施形態１に係る光学素子の第一状態について説明する断面模式図である。図８は、実施形態１に係る光学素子の第二状態について説明する断面模式図である。本実施形態の光学素子１０は、第一の液晶セル１１Ａと第二の液晶セル１１Ｂとの間に、ネガティブＣプレート１２を備えることが好ましい。このような態様とすることにより、図７に示すように、第一状態において、第一の液晶セル１１Ａの斜め入射時の位相差をネガティブＣプレート１２でキャンセルすることが可能となる。また、図８に示すように、第二状態において、第二の液晶セル１１Ｂの斜め入射時の位相差をネガティブＣプレート１２でキャンセルすることが可能となる。その結果、駆動していない液晶層のみを有効にすることが可能となり、偏光変調及び偏光非変調をより広帯域かつより広視野角で切り替えることができる。

ネガティブＣプレート１２としては、例えば、延伸処理されたシクロオレフィンポリマーフィルムが挙げられる。

ネガティブＣプレート１２の厚さ方向のリタデーションＲｔｈは、－２２０ｎｍ以上、０ｎｍ以下であることが好ましい。このような態様とすることにより、より広帯域で偏光変調及び偏光非変調を切り替えることができる。ネガティブＣプレート１２は、生産の都合上、面内位相差が数ナノ程度生じる場合があるため、ネガティブＣプレート１２の面内位相差は、例えば、０ｎｍ以上、５ｎｍ以下である。

図１等に示すように、本実施形態の光学素子１０は、第一の液晶セル１１Ａの第二の液晶セル１１Ｂと反対側、又は、第二の液晶セル１１Ｂの第一の液晶セル１１Ａと反対側に、第一の１／４波長フィルム１３を備えることが好ましい。このような態様とすることにより、より広帯域で偏光変調及び偏光非変調を切り替えることができる。

本実施形態の光学素子１０は、第一の１／４波長フィルム１３の第一の液晶セル１１Ａ及び第二の液晶セル１１Ｂとは反対側に第二の１／４波長フィルム１４を備えることが好ましい。このような態様とすることにより、更に広帯域で偏光変調及び偏光非変調を切り替えることができる。

１／４波長フィルム（具体的には、第一の１／４波長フィルム１３及び第二の１／４波長フィルム１４）は、少なくとも波長５５０ｎｍの光に対して、２０ｎｍ以上、２４０ｎｍ以下の面内位相差を付与するものであればよい。

１／４波長フィルムの材料としては、例えば、光重合性液晶材料等が挙げられる。光重合性液晶材料の構造としては、例えば、液晶分子の骨格の末端に、アクリレート基、メタクリレート基等の光重合性基を有する構造が挙げられる。

１／４波長フィルムは、例えば、下記の方法によって形成可能である。まず、光重合性液晶材料を、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）等の有機溶媒に溶かす。次に、得られた溶液を、基材（例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルム）の表面上に塗布し、溶液の塗膜を形成する。その後、この溶液の塗膜に対して、仮焼成、光照射（例えば、紫外線照射）、及び、本焼成を順に行うことによって、１／４波長フィルムが形成される。

また、上記光重合性液晶材料にカイラル剤を添加し、７０°捩れた状態でポリマー化した液晶ポリマーを１／４波長フィルムとして用いてもよい。

１／４波長フィルムとしては、例えば、延伸処理された高分子フィルムも使用可能である。高分子フィルムの材料としては、例えば、シクロオレフィンポリマー、ポリカーボネート、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン、ポリビニルアルコール、ノルボルネン、トリアセチルセルロース、ジアチルセルロース等が挙げられる。

第一の１／４波長フィルム１３は、逆波長分散特性を有することが好ましい。このような態様とすることにより、偏光変調及び偏光非変調をより広帯域で切り替えることができる。ここで、本明細書中、「位相差フィルムの波長分散性」とは、位相差フィルムが付与する位相差の絶対値と入射光の波長との相関関係を指す。可視光域において、入射光の波長が変化しても位相差フィルムが付与する位相差の絶対値が変化しない性質を「フラット波長分散特性」という。また、可視光域において、入射光の波長が大きくなるにつれて位相差フィルムが付与する位相差の絶対値が小さくなる性質を「正波長分散特性」といい、可視光域において、入射光の波長が大きくなるにつれて位相差フィルムが付与する位相差の絶対値が大きくなる性質を「逆波長分散特性」という。

第一の１／４波長フィルム１３の、波長５５０ｎｍの面内位相差に対する波長４５０ｎｍの面内位相差は、０．７倍以上、１倍以下であることが好ましい。このような態様とすることにより、偏光変調及び偏光非変調をより広帯域で切り替えることができる。

第一の１／４波長フィルム１３の、波長５５０ｎｍの面内位相差に対する波長６５０ｎｍの面内位相差は、１倍以上、１．３倍以下であることが好ましい。このような態様とすることにより、偏光変調及び偏光非変調をより広帯域で切り替えることができる。

図３に示す、第一の１／４波長フィルム１３の遅相軸１３Ａの方位角は、５２°以上、６０°以下であることが好ましい。このような態様とすることにより、偏光変調及び偏光非変調をより広帯域で切り替えることができる。

第一の１／４波長フィルム１３の波長５５０ｎｍの面内位相差は、９０ｎｍ以上、１７０ｎｍ以下であることが好ましい。このような態様とすることにより、偏光変調及び偏光非変調をより広帯域で切り替えることができる。

第二の１／４波長フィルム１４は、フラット波長分散特性を有することが好ましい。このような態様とすることにより、偏光変調及び偏光非変調をより広帯域で切り替えることができる。

図３に示す、第二の１／４波長フィルム１４の遅相軸１４Ａの方位角は、８°以上、１８°以下であることが好ましい。このような態様とすることにより、偏光変調及び偏光非変調をより広帯域で切り替えることができる。

第二の１／４波長フィルム１４の波長５５０ｎｍの面内位相差は、１２０ｎｍ以上、１５０ｎｍ以下であることが好ましい。このような態様とすることにより、偏光変調及び偏光非変調をより広帯域で切り替えることができる。

光学素子１０に入射する光は、円偏光であることが好ましい。このような態様とすることにより、円偏光の偏光状態をスイッチング可能な光学素子１０を実現することができる。

（実施形態１の変形例１）
本変形例では、上記実施形態１の光学素子１０が、更に、第一の液晶セル１１Ａの第二の液晶セル１１Ｂと反対側に第一のポジティブＣプレートを備え、第二の液晶セル１１Ｂの第一の液晶セル１１Ａと反対側に第二のポジティブＣプレートを備える態様について説明する。

図９は、実施形態１の変形例１に係る光学素子の断面模式図である。本実施形態の光学素子１０は、図９に示すように、更に、第一の液晶セル１１Ａの第二の液晶セル１１Ｂと反対側に第一のポジティブＣプレート１９Ａを備え、第二の液晶セル１１Ｂの第一の液晶セル１１Ａと反対側に第二のポジティブＣプレート１９Ｂを備える。このような態様とすることにより、偏光変調及び偏光非変調をより広帯域で実現することができる。

図９に示すように、第二のポジティブＣプレート１９Ｂは、第二の液晶セル１１Ｂと第一の１／４波長フィルム１３との間に配置されることが好ましい。このような態様とすることにより、偏光変調及び偏光非変調をより広帯域で実現することができる。

第一のポジティブＣプレート１９Ａ及び第二のポジティブＣプレート１９Ｂとしては、例えば、固有複屈折が負の材料を成分として含むフィルムを縦横二軸延伸加工したもの、ネマティック液晶等の液晶性材料を塗布したもの等を適宜用いることができる。

第一のポジティブＣプレート１９Ａの厚さ方向のリタデーションＲｔｈは、０ｎｍ以上、１９０ｎｍ以下であることが好ましい。このような態様とすることにより、より広帯域で偏光変調及び偏光非変調を切り替えることができる。

第二のポジティブＣプレート１９Ｂの厚さ方向のリタデーションＲｔｈは、０ｎｍ以上、２２０ｎｍ以下であることが好ましい。このような態様とすることにより、より広帯域で偏光変調及び偏光非変調を切り替えることができる。

第一のポジティブＣプレート１９Ａ及び第二のポジティブＣプレート１９Ｂは、生産の都合上、面内位相差が数ナノ程度生じる場合があるため、第一のポジティブＣプレート１９Ａ及び第二のポジティブＣプレート１９Ｂの面内位相差は、例えば、０ｎｍ以上、５ｎｍ以下である。なお、第一のポジティブＣプレート１９Ａ及び第二のポジティブＣプレート１９Ｂの厚さ方向のリタデーションＲｔｈは、同一であっても互いに異なっていてもよい。また、第一のポジティブＣプレート１９Ａ及び第二のポジティブＣプレート１９Ｂの面内位相差は、同一であっても互いに異なっていてもよい。

（実施形態１の変形例２）
上記実施形態１の変形例１では、光学素子１０が、第一の液晶セル１１Ａの第二の液晶セル１１Ｂと反対側に第一のポジティブＣプレート１９Ａを備え、第二の液晶セル１１Ｂの第一の液晶セル１１Ａと反対側に、第二のポジティブＣプレート１９Ｂ、第一の１／４波長フィルム１３及び第二の１／４波長フィルム１４を備える態様について説明したが、第一の液晶セル１１Ａの第二の液晶セル１１Ｂと反対側には、第一のポジティブＣプレート１９Ａは配置されていなくてもよく、第二の液晶セル１１Ｂの第一の液晶セル１１Ａと反対側に配置される位相差層は実施形態１の変形例１の態様に限定されず、以下のような態様であってもよい。

＜第一の構成＞
図８１は、実施形態１の変形例２に係る第一の構成を有する光学素子の断面模式図である。図８１に示すように、実施形態１の変形例２に係る第一の構成を有する光学素子１０は、第二の液晶セル１１Ｂの第一の液晶セル１１Ａと反対側において、第一のＡプレート５１と、第一のＡプレート５１よりも出射側に配置された第二のＡプレート５２とを備える。すなわち、光学素子１０は、第二の液晶セル１１Ｂの第一の液晶セル１１Ａと反対側において、第二の液晶セル１１Ｂに近い側から順に、第一のＡプレート５１及び第二のＡプレート５２を備える。また、第一の液晶セル１１Ａの第二の液晶セル１１Ｂと反対側には、第一のポジティブＣプレート１９Ａは配置されていない。

Ａプレートは、屈折率（ｎｘ、ｎｙ、ｎｚ）が以下の（式Ｎ１）又は（式Ｎ２）を満たすものである。（式Ｎ１）を満たすＡプレートは、ポジティブＡプレートともいう。（式Ｎ２）を満たすＡプレートは、ネガティブＡプレートともいう。第一のＡプレート５１及び第二のＡプレート５２は、ポジティブＡプレートであることが好ましい。上記実施形態１における第一の１／４波長フィルム１３及び第二の１／４波長フィルム１４は、ポジティブＡプレートであり、第一のＡプレート５１及び第二のＡプレート５２がポジティブＡプレートである場合、上記実施形態１における第一の１／４波長フィルム１３は第一のＡプレート５１に対応し、第二の１／４波長フィルム１４は第二のＡプレート５２に対応している。なお、製造上のバラつきによって、ポジティブＡプレートはｎｘ＞ｎｙ＞ｎｚとなってもよく、ネガティブＡプレートは、ｎｚ＞ｎｘ＞ｎｙ、又は、ｎｘ＞ｎｚ＞ｎｙとなってもよい。
ｎｘ＞ｎｙ＝ｎｚ（式Ｎ１）
ｎｚ＝ｎｘ＞ｎｙ（式Ｎ２）

ここで、「ｎｘ」は、面内の屈折率が最大になる方向（すなわち、遅相軸方向）の屈折率であり、「ｎｙ」は、面内で遅相軸と直交する方向の屈折率であり、「ｎｚ」は、厚み方向の屈折率とする。屈折率は、特に断りのない限り、２３℃、波長５５０ｎｍの光に対する値を指す。また、入射側とは、光学素子において光が入射する側をいい、出射側とは、光学素子において光が出射する側をいう。

第一のＡプレート５１は、逆波長分散特性を有していても、フラット波長分散特性を有していても、正波長分散特性（順波長分散特性）を有していてもよいが、逆波長分散特性を有することが好ましい。第二のＡプレート５２は、逆波長分散特性を有していても、フラット波長分散特性を有していても、正波長分散特性を有していてもよいが、フラット波長分散特性又は正波長分散特性を有することが好ましい。

図８１に示す第一の構成を基準として、以下に示す（条件１）～（条件５）の少なくとも１つを満たすように位相差層を配置することが好ましい。なお、Ｃプレートは、屈折率（ｎｘ、ｎｙ、ｎｚ）が以下の（式Ｎ３）又は（式Ｎ４）を満たすものである。（式Ｎ３）を満たすＣプレートは、ポジティブＣプレートともいう。（式Ｎ４）を満たすＣプレートは、ネガティブＣプレートともいう。なお、製造上のバラつきによって、Ｃプレートは、数ｎｍの面内位相差Ｒｅを有していてもよい。
ｎｚ＞ｎｘ＝ｎｙ（式Ｎ３）
ｎｘ＝ｎｙ＞ｎｚ（式Ｎ４）

（条件１）光学素子１０は、第一の液晶セル１１Ａの第二の液晶セル１１Ｂと反対側、及び、第二の液晶セル１１Ｂの第一の液晶セル１１Ａと反対側の少なくとも一方に、ポジティブＣプレートを備える。このような態様とすることにより、視野角を向上させることができる。
（条件２）第一のＡプレート５１及び第二のＡプレート５２の少なくとも一方がポジティブＡプレートである場合、光学素子１０は、当該ポジティブＡプレートの入射側及び出射側の少なくとも一方に、ポジティブＣプレートを備える。このような態様とすることにより、視野角を向上させることができる。
（条件３）第一のＡプレート５１及び第二のＡプレート５２の少なくとも一方がネガティブＡプレートである場合、光学素子１０は、当該ネガティブＡプレートの入射側及び出射側の少なくとも一方に、ネガティブＣプレートを備える。このような態様とすることにより、視野角を向上させることができる。
（条件４）第一のＡプレート５１及び第二のＡプレート５２の少なくとも一方がネガティブＡプレートである場合、光学素子１０は、第二の液晶セル１１Ｂと当該ネガティブＡプレートとの間に、ポジティブＣプレート又はネガティブＣプレートを備える。このような態様とすることにより、視野角を向上させることができる。
（条件５）第一のＡプレート５１及び第二のＡプレート５２の一方がポジティブＡプレートであり、他方がネガティブＡプレートである場合、当該ポジティブＡプレートと当該ネガティブＡプレートとの間に、ポジティブＣプレート又はネガティブＣプレートを備える。このような態様とすることにより、視野角を向上させることができる。

第一の構成に加えて、上記（条件１）～（条件５）に示した少なくとも１つの条件を満たす構成（第二の構成～第十七の構成）を以下に説明する。

＜第二の構成＞
図８２～図８５は、実施形態１の変形例２に係る第二の構成を有する光学素子の断面模式図の一例である。図８２～図８５に示すように、第二の構成の光学素子１０は、上記第一の構成において、第一のＡプレート５１はポジティブＡプレート５１ＰＡであり、第二のＡプレート５２はポジティブＡプレート５２ＰＡであり、更に、Ｃプレート６１を備え、Ｃプレート６１は、第一の液晶セル１１Ａの第二の液晶セル１１Ｂと反対側、又は、第二の液晶セル１１Ｂの第一の液晶セル１１Ａと反対側に配置されている。

Ｃプレート６１が第一の液晶セル１１Ａの第二の液晶セル１１Ｂと反対側に配置される場合、Ｃプレート６１は、ポジティブＣプレート６１ＰＣであることが好ましい。Ｃプレート６１が第二の液晶セル１１Ｂの第一の液晶セル１１Ａと反対側に配置され、かつ、Ｃプレート６１の入射側に隣接してポジティブＡプレート５２ＰＡが配置される場合、Ｃプレート６１は、ポジティブＣプレート６１ＰＣであることが好ましい。

＜第三の構成＞
図８６～図９１は、実施形態１の変形例２に係る第三の構成を有する光学素子の断面模式図の一例である。図８６～図９１に示すように、第三の構成の光学素子１０は、上記第一の構成において、第一のＡプレート５１はポジティブＡプレート５１ＰＡであり、第二のＡプレート５２はポジティブＡプレート５２ＰＡであり、更に、第一のＣプレート６１、及び、第一のＣプレート６１よりも出射側に配置された第二のＣプレート６２を備える。第一のＣプレート６１は、第一の液晶セル１１Ａの第二の液晶セル１１Ｂと反対側、又は、第二の液晶セル１１Ｂの第一の液晶セル１１Ａと反対側に配置され、第二のＣプレート６２は、第二の液晶セル１１Ｂの第一の液晶セル１１Ａと反対側に配置される。

第一のＣプレート６１が第一の液晶セル１１Ａの第二の液晶セル１１Ｂと反対側に配置される場合、第一のＣプレート６１は、ポジティブＣプレート６１ＰＣであることが好ましい。第二のＣプレート６２が第二の液晶セル１１Ｂの第一の液晶セル１１Ａと反対側に配置され、かつ、第二のＣプレート６２の入射側に隣接してポジティブＡプレート５２ＰＡが配置される場合、第二のＣプレート６２は、ポジティブＣプレート６２ＰＣであることが好ましい。なお、図９１に示す構成は、上記実施形態１の構成に相当する。

第二の液晶セル１１Ｂの第一の液晶セル１１Ａと反対側に複数のＣプレートが配置される場合、当該複数のＣプレートは互いに隣接しないことが好ましく、具体的には、当該複数のＣプレート間に、少なくとも１つのＡプレートが配置されることが好ましい。

＜第四の構成＞
図９２～図９５は、実施形態１の変形例２に係る第四の構成を有する光学素子の断面模式図の一例である。図９２～図９５に示すように、第四の構成の光学素子１０は、上記第一の構成において、第一のＡプレート５１はポジティブＡプレート５１ＰＡであり、第二のＡプレート５２はポジティブＡプレート５２ＰＡであり、更に、第一のＣプレート６１、第一のＣプレート６１よりも出射側に配置された第二のＣプレート６２、及び、第二のＣプレート６２よりも出射側に配置された第三のＣプレート６３を備える。第一のＣプレート６１は、第一の液晶セル１１Ａの第二の液晶セル１１Ｂと反対側、又は、第二の液晶セル１１Ｂの第一の液晶セル１１Ａと反対側に配置され、第二のＣプレート６２及び第三のＣプレート６３は、第二の液晶セル１１Ｂの第一の液晶セル１１Ａと反対側に配置される。

第一のＣプレート６１が第一の液晶セル１１Ａの第二の液晶セル１１Ｂと反対側に配置される場合、第一のＣプレート６１は、ポジティブＣプレート６１ＰＣであることが好ましい。第三のＣプレート６３が第二の液晶セル１１Ｂの第一の液晶セル１１Ａと反対側に配置され、かつ、第三のＣプレート６３の入射側に隣接してポジティブＡプレート５２ＰＡが配置される場合、第三のＣプレート６３は、ポジティブＣプレート６３ＰＣであることが好ましい。

＜第五の構成＞
図９６は、実施形態１の変形例２に係る第五の構成を有する光学素子の断面模式図の一例である。図９６に示すように、第五の構成の光学素子１０は、上記第一の構成において、第一のＡプレート５１はポジティブＡプレート５１ＰＡであり、第二のＡプレート５２はポジティブＡプレート５２ＰＡであり、更に、第一のＣプレート６１、第一のＣプレート６１よりも出射側に配置された第二のＣプレート６２、第二のＣプレート６２よりも出射側に配置された第三のＣプレート６３、及び、第三のＣプレート６３よりも出射側に配置された第四のＣプレート６４を備える。第一のＣプレート６１は、第一の液晶セル１１Ａの第二の液晶セル１１Ｂと反対側、又は、第二の液晶セル１１Ｂの第一の液晶セル１１Ａと反対側に配置され、第二のＣプレート６２、第三のＣプレート６３及び第四のＣプレート６４は、第二の液晶セル１１Ｂの第一の液晶セル１１Ａと反対側に配置される。

第一のＣプレート６１が第一の液晶セル１１Ａの第二の液晶セル１１Ｂと反対側に配置される場合、第一のＣプレート６１は、ポジティブＣプレート６１ＰＣであることが好ましい。第四のＣプレート６４が第二の液晶セル１１Ｂの第一の液晶セル１１Ａと反対側に配置され、かつ、第四のＣプレート６４の入射側に隣接してポジティブＡプレート５２ＰＡが配置される場合、第四のＣプレート６４は、ポジティブＣプレート６４ＰＣであることが好ましい。

＜第六の構成＞
図９７～図１０１は、実施形態１の変形例２に係る第六の構成を有する光学素子の断面模式図の一例である。図９７～図１０１に示すように、第六の構成の光学素子１０は、上記第一の構成において、第一のＡプレート５１はポジティブＡプレート５１ＰＡであり、第二のＡプレート５２はネガティブＡプレート５２ＮＡであり、更に、Ｃプレート６１を備え、Ｃプレート６１は、第一の液晶セル１１Ａの第二の液晶セル１１Ｂと反対側、又は、第二の液晶セル１１Ｂの第一の液晶セル１１Ａと反対側に配置されている。

Ｃプレート６１が第一の液晶セル１１Ａの第二の液晶セル１１Ｂと反対側に配置される場合、Ｃプレート６１は、ポジティブＣプレート６１ＰＣであることが好ましい。Ｃプレート６１が第二の液晶セル１１Ｂの第一の液晶セル１１Ａと反対側に配置され、かつ、Ｃプレート６１の入射側に隣接してネガティブＡプレート５２ＮＡが配置される場合、Ｃプレート６１は、ネガティブＣプレート６１ＮＣであることが好ましい。

＜第七の構成＞
図１０２～図１１０は、実施形態１の変形例２に係る第七の構成を有する光学素子の断面模式図の一例である。図１０２～図１１０に示すように、第七の構成の光学素子１０は、上記第一の構成において、第一のＡプレート５１はポジティブＡプレート５１ＰＡであり、第二のＡプレート５２はネガティブＡプレート５２ＮＡであり、更に、第一のＣプレート６１、及び、第一のＣプレート６１よりも出射側に配置された第二のＣプレート６２を備える。第一のＣプレート６１は、第一の液晶セル１１Ａの第二の液晶セル１１Ｂと反対側、又は、第二の液晶セル１１Ｂの第一の液晶セル１１Ａと反対側に配置され、第二のＣプレート６２は、第二の液晶セル１１Ｂの第一の液晶セル１１Ａと反対側に配置される。

第一のＣプレート６１が第一の液晶セル１１Ａの第二の液晶セル１１Ｂと反対側に配置される場合、第一のＣプレート６１は、ポジティブＣプレート６１ＰＣであることが好ましい。第二のＣプレート６２が第二の液晶セル１１Ｂの第一の液晶セル１１Ａと反対側に配置され、かつ、第二のＣプレート６２の入射側に隣接してネガティブＡプレート５２ＮＡが配置される場合、第二のＣプレート６２は、ネガティブＣプレート６２ＮＣであることが好ましい。

＜第八の構成＞
図１１１～図１１７は、実施形態１の変形例２に係る第八の構成を有する光学素子の断面模式図の一例である。図１１１～図１１７に示すように、第八の構成の光学素子１０は、上記第一の構成において、第一のＡプレート５１はポジティブＡプレート５１ＰＡであり、第二のＡプレート５２はネガティブＡプレート５２ＮＡであり、更に、第一のＣプレート６１、第一のＣプレート６１よりも出射側に配置された第二のＣプレート６２、及び、第二のＣプレート６２よりも出射側に配置された第三のＣプレート６３を備える。第一のＣプレート６１は、第一の液晶セル１１Ａの第二の液晶セル１１Ｂと反対側、又は、第二の液晶セル１１Ｂの第一の液晶セル１１Ａと反対側に配置され、第二のＣプレート６２及び第三のＣプレート６３は、第二の液晶セル１１Ｂの第一の液晶セル１１Ａと反対側に配置される。

第一のＣプレート６１が第一の液晶セル１１Ａの第二の液晶セル１１Ｂと反対側に配置される場合、第一のＣプレート６１は、ポジティブＣプレート６１ＰＣであることが好ましい。第三のＣプレート６３が第二の液晶セル１１Ｂの第一の液晶セル１１Ａと反対側に配置され、かつ、第三のＣプレート６３の入射側に隣接してネガティブＡプレート５２ＮＡが配置される場合、第三のＣプレート６３は、ネガティブＣプレート６３ＮＣであることが好ましい。

＜第九の構成＞
図１１８～図１１９は、実施形態１の変形例２に係る第九の構成を有する光学素子の断面模式図の一例である。図１１８～図１１９に示すように、第九の構成の光学素子１０は、上記第一の構成において、第一のＡプレート５１はポジティブＡプレート５１ＰＡであり、第二のＡプレート５２はネガティブＡプレート５２ＮＡであり、更に、第一のＣプレート６１、第一のＣプレート６１よりも出射側に配置された第二のＣプレート６２、第二のＣプレート６２よりも出射側に配置された第三のＣプレート６３、及び、第三のＣプレート６３よりも出射側に配置された第四のＣプレート６４を備える。第一のＣプレート６１は、第一の液晶セル１１Ａの第二の液晶セル１１Ｂと反対側、又は、第二の液晶セル１１Ｂの第一の液晶セル１１Ａと反対側に配置され、第二のＣプレート６２、第三のＣプレート６３及び第四のＣプレート６４は、第二の液晶セル１１Ｂの第一の液晶セル１１Ａと反対側に配置される。

第一のＣプレート６１が第一の液晶セル１１Ａの第二の液晶セル１１Ｂと反対側に配置される場合、第一のＣプレート６１は、ポジティブＣプレート６１ＰＣであることが好ましい。第四のＣプレート６４が第二の液晶セル１１Ｂの第一の液晶セル１１Ａと反対側に配置され、かつ、第四のＣプレート６４の入射側に隣接してネガティブＡプレート５２ＮＡが配置される場合、第四のＣプレート６４は、ネガティブＣプレート６４ＮＣであることが好ましい。

＜第十の構成＞
図１２０～図１２５は、実施形態１の変形例２に係る第十の構成を有する光学素子の断面模式図の一例である。図１２０～図１２５に示すように、第十の構成の光学素子１０は、上記第一の構成において、第一のＡプレート５１はネガティブＡプレート５１ＮＡであり、第二のＡプレート５２はポジティブＡプレート５２ＰＡであり、更に、Ｃプレート６１を備え、Ｃプレート６１は、第一の液晶セル１１Ａの第二の液晶セル１１Ｂと反対側、又は、第二の液晶セル１１Ｂの第一の液晶セル１１Ａと反対側に配置されている。

Ｃプレート６１が第一の液晶セル１１Ａの第二の液晶セル１１Ｂと反対側に配置される場合、Ｃプレート６１は、ポジティブＣプレート６１ＰＣであることが好ましい。Ｃプレート６１が第二の液晶セル１１Ｂの第一の液晶セル１１Ａと反対側に配置され、かつ、Ｃプレート６１の入射側に隣接してポジティブＡプレート５２ＰＡが配置される場合、Ｃプレート６１は、ポジティブＣプレートで６１ＰＣあることが好ましい。

＜第十一の構成＞
図１２６～図１３８は、実施形態１の変形例２に係る第十一の構成を有する光学素子の断面模式図の一例である。図１２６～図１３８に示すように、第十一の構成の光学素子１０は、上記第一の構成において、第一のＡプレート５１はネガティブＡプレート５１ＮＡであり、第二のＡプレート５２はポジティブＡプレート５２ＰＡであり、更に、第一のＣプレート６１、及び、第一のＣプレート６１よりも出射側に配置された第二のＣプレート６２を備える。第一のＣプレート６１は、第一の液晶セル１１Ａの第二の液晶セル１１Ｂと反対側、又は、第二の液晶セル１１Ｂの第一の液晶セル１１Ａと反対側に配置され、第二のＣプレート６２は、第二の液晶セル１１Ｂの第一の液晶セル１１Ａと反対側に配置される。

第一のＣプレート６１が第一の液晶セル１１Ａの第二の液晶セル１１Ｂと反対側に配置される場合、第一のＣプレート６１は、ポジティブＣプレート６１ＰＣであることが好ましい。第二のＣプレート６２が第二の液晶セル１１Ｂの第一の液晶セル１１Ａと反対側に配置され、かつ、第二のＣプレート６２の入射側に隣接してポジティブＡプレート５２ＰＡが配置される場合、第二のＣプレート６２は、ポジティブＣプレート６２ＰＣであることが好ましい。

＜第十二の構成＞
図１３９～図１５０は、実施形態１の変形例２に係る第十二の構成を有する光学素子の断面模式図の一例である。図１３９～図１５０に示すように、第十二の構成の光学素子１０は、上記第一の構成において、第一のＡプレート５１はネガティブＡプレート５１ＮＡであり、第二のＡプレート５２はポジティブＡプレート５２ＰＡであり、更に、第一のＣプレート６１、第一のＣプレート６１よりも出射側に配置された第二のＣプレート６２、及び、第二のＣプレート６２よりも出射側に配置された第三のＣプレート６３を備える。第一のＣプレート６１は、第一の液晶セル１１Ａの第二の液晶セル１１Ｂと反対側、又は、第二の液晶セル１１Ｂの第一の液晶セル１１Ａと反対側に配置され、第二のＣプレート６２及び第三のＣプレート６３は、第二の液晶セル１１Ｂの第一の液晶セル１１Ａと反対側に配置される。

＜第十三の構成＞
図１５１～図１５４は、実施形態１の変形例２に係る第十三の構成を有する光学素子の断面模式図の一例である。図１５１～図１５４に示すように、第十三の構成の光学素子１０は、上記第一の構成において、第一のＡプレート５１はネガティブＡプレート５１ＮＡであり、第二のＡプレート５２はポジティブＡプレート５２ＰＡであり、更に、第一のＣプレート６１、第一のＣプレート６１よりも出射側に配置された第二のＣプレート６２、第二のＣプレート６２よりも出射側に配置された第三のＣプレート６３、及び、第三のＣプレート６３よりも出射側に配置された第四のＣプレート６４を備える。第一のＣプレート６１は、第一の液晶セル１１Ａの第二の液晶セル１１Ｂと反対側、又は、第二の液晶セル１１Ｂの第一の液晶セル１１Ａと反対側に配置され、第二のＣプレート６２、第三のＣプレート６３及び第四のＣプレート６４は、第二の液晶セル１１Ｂの第一の液晶セル１１Ａと反対側に配置される。

＜第十四の構成＞
図１５５～図１５９は、実施形態１の変形例２に係る第十四の構成を有する光学素子の断面模式図の一例である。図１５５～図１５９に示すように、第十四の構成の光学素子１０は、上記第一の構成において、第一のＡプレート５１はネガティブＡプレート５１ＮＡであり、第二のＡプレート５２はネガティブＡプレート５２ＮＡであり、更に、Ｃプレート６１を備え、Ｃプレート６１は、第一の液晶セル１１Ａの第二の液晶セル１１Ｂと反対側、又は、第二の液晶セル１１Ｂの第一の液晶セル１１Ａと反対側に配置されている。

＜第十五の構成＞
図１６０～図１６８は、実施形態１の変形例２に係る第十五の構成を有する光学素子の断面模式図の一例である。図１６０～図１６８に示すように、第十五の構成の光学素子１０は、上記第一の構成において、第一のＡプレート５１はネガティブＡプレート５１ＮＡであり、第二のＡプレート５２はネガティブＡプレート５２ＮＡであり、更に、第一のＣプレート６１、及び、第一のＣプレート６１よりも出射側に配置された第二のＣプレート６２を備える。第一のＣプレート６１は、第一の液晶セル１１Ａの第二の液晶セル１１Ｂと反対側、又は、第二の液晶セル１１Ｂの第一の液晶セル１１Ａと反対側に配置され、第二のＣプレート６２は、第二の液晶セル１１Ｂの第一の液晶セル１１Ａと反対側に配置される。

＜第十六の構成＞
図１６９～図１７６は、実施形態１の変形例２に係る第十六の構成を有する光学素子の断面模式図の一例である。図１６９～図１７６に示すように、第十六の構成の光学素子１０は、上記第一の構成において、第一のＡプレート５１はネガティブＡプレート５１ＮＡであり、第二のＡプレート５２はネガティブＡプレート５２ＮＡであり、更に、第一のＣプレート６１、第一のＣプレート６１よりも出射側に配置された第二のＣプレート６２、及び、第二のＣプレート６２よりも出射側に配置された第三のＣプレート６３を備える。第一のＣプレート６１は、第一の液晶セル１１Ａの第二の液晶セル１１Ｂと反対側、又は、第二の液晶セル１１Ｂの第一の液晶セル１１Ａと反対側に配置され、第二のＣプレート６２及び第三のＣプレート６３は、第二の液晶セル１１Ｂの第一の液晶セル１１Ａと反対側に配置される。

＜第十七の構成＞。
図１７６～図１７７は、実施形態１の変形例２に係る第十七の構成を有する光学素子の断面模式図の一例である。図１７６～図１７７に示すように、第十七の構成の光学素子１０は、上記第一の構成において、第一のＡプレート５１はネガティブＡプレート５１ＮＡであり、第二のＡプレート５２はネガティブＡプレート５２ＮＡであり、更に、第一のＣプレート６１、第一のＣプレート６１よりも出射側に配置された第二のＣプレート６２、第二のＣプレート６２よりも出射側に配置された第三のＣプレート６３、及び、第三のＣプレート６３よりも出射側に配置された第四のＣプレート６４を備える。第一のＣプレート６１は、第一の液晶セル１１Ａの第二の液晶セル１１Ｂと反対側、又は、第二の液晶セル１１Ｂの第一の液晶セル１１Ａと反対側に配置され、第二のＣプレート６２、第三のＣプレート６３及び第四のＣプレート６４は、第二の液晶セル１１Ｂの第一の液晶セル１１Ａと反対側に配置される。

（実施形態１の変形例３）
本変形例では、上記実施形態１の光学素子１０が、更に、第二の液晶セル１１Ｂの第一の液晶セル１１Ａと反対側に、第一の位相差フィルム及び第二の位相差フィルムを備える態様について説明する。

図２００は、実施形態１の変形例３に係る光学素子の断面模式図である。図２００に示すように、本変形例の光学素子１０は、更に、第二の液晶セル１１Ｂの第一の液晶セル１１Ａと反対側に配置された第一の位相差フィルム７１、及び、第一の位相差フィルム７１の第二の液晶セル１１Ｂと反対側に配置された第二の位相差フィルム７２を備える。このような態様とすることにより、広視野角化を実現することができる。

第一の位相差フィルム７１及び第二の位相差フィルム７２は、二軸フィルムであることが好ましい。二軸フィルムは、好ましくは、屈折率（ｎｘ、ｎｙ、ｎｚ）が以下の（式Ｎ５）及び（式Ｎ６）を満たすものである。
ｎｘ＞ｎｙ（式Ｎ５）
ｎｚ＝（ｎｘ＋ｎｙ）／２（式Ｎ６）

第一の位相差フィルム７１及び第二の位相差フィルム７２の材料は特に限定されず、例えば、ポリマーフィルムを延伸したもの、液晶性材料の配向を固定したもの、無機材料から構成される薄板等を用いることができる。

第一の位相差フィルム７１及び第二の位相差フィルム７２の形成方法は特に限定されない。ポリマーフィルムから形成される場合、例えば、溶剤キャスト法、溶融押出し法等を用いることができる。所望の位相差が発現しさえすれば、無延伸であってもよいし、延伸が施されてもよい。延伸方法も特に限定されず、ロール間引張り延伸法、ロール間圧縮延伸法、テンター横一軸延伸法、斜め延伸法、縦横二軸延伸法の他、熱収縮性フィルムの収縮力の作用下に延伸を行う特殊延伸法等を用いることができる。また、液晶性材料から形成される場合、例えば、配向処理を施した基材フィルムの上に液晶性材料を塗布し、配向固定する方法等を用いることができる。所望の位相差が発現しさえすれば、基材フィルムに特別な配向処理を行わない方法や、配向固定した後、基材フィルムから剥がして別のフィルムに転写加工する方法等であってもよい

第一の位相差フィルム７１の波長５５０ｎｍの面内位相差Ｒｅは、９０ｎｍ以上、１７０ｎｍ以下であることが好ましい。第一の位相差フィルム７１の、波長５５０ｎｍの面内位相差に対する波長４５０ｎｍの面内位相差は、１．０倍以上、１．１倍以下であることが好ましい。第一の位相差フィルム７１の、波長５５０ｎｍの面内位相差に対する波長６５０ｎｍの面内位相差は、０．９倍以上、１．０倍未満であることが好ましい。

第二の位相差フィルム７２の波長５５０ｎｍの面内位相差Ｒｅは、４０ｎｍ以上、２１０ｎｍ以下であること好ましい。第二の位相差フィルム７２の、波長５５０ｎｍの面内位相差に対する波長４５０ｎｍの面内位相差は、１．０倍以上、１．１倍以下であることが好ましい。第二の位相差フィルム７２の、波長５５０ｎｍの面内位相差に対する波長６５０ｎｍの面内位相差は、０．９倍以上、１．０倍未満であることが好ましい。

第一の位相差フィルム７１の面内位相差Ｒｅと第二の位相差フィルム７２の面内位相差Ｒｅとの差は、０ｎｍ以上、１０ｎｍ以下であることが好ましい。このような態様とすることにより、第一の位相差フィルム７１及び第二の位相差フィルム７２を同等のフィルムで構成することが可能となり、より簡便に広視野角化を実現することができる。

図２０１は、実施形態１の変形例３に係る光学素子の、第一状態及び第二状態における液晶分子の配向について説明する模式図である。図２０１に示す、第一の位相差フィルム７１の遅相軸７１Ａの方位角は５０°以上、６０°以下であることが好ましい。このような態様とすることにより、偏光変調及び偏光非変調をより広帯域で切り替えることができる。第二の位相差フィルム７２の遅相軸７２Ａの方位角は５°以上、２４°以下であることが好ましい。このような態様とすることにより、偏光変調及び偏光非変調をより広帯域で切り替えることができる。

（実施形態２）
本実施形態では、本実施形態に特有の特徴について主に説明し、上記実施形態１及びその変形例と重複する内容については説明を省略する。本実施形態は、ネガティブＣプレート１２を備えないことを除いて、実施形態１と実質的に同じである。

図１０は、実施形態２に係る光学素子の断面模式図である。上記実施形態１では、光学素子１０がネガティブＣプレート１２を備える態様について説明したが、図１０に示すように、光学素子１０はネガティブＣプレート１２を備えていなくてもよい。このような態様とすることにより、光学素子１０を薄型かつ低コストに製造することができる。

（実施形態３）
本実施形態では、本実施形態に特有の特徴について主に説明し、上記実施形態１及びその変形例、並びに、実施形態２と重複する内容については説明を省略する。本実施形態は、第一の液晶セル１１Ａ及び第二の液晶セル１１Ｂの構成が異なることを除いて、実施形態１と実質的に同じである。

図１１は、実施形態３に係る光学素子の断面模式図である。図１２は、実施形態３に係る光学素子が備える第一の液晶セル及び第二の液晶セルの断面模式図である。図１３は、実施形態３に係る光学素子の、第一状態及び第二状態における液晶分子の配向について説明する模式図である。図１４は、実施形態３に係る光学素子の第一状態について説明する断面模式図である。図１５は、実施形態３に係る光学素子の第二状態について説明する断面模式図である。

図１１～図１５に示される本実施形態の光学素子１０が備える第一の液晶分子５１０及び第二の液晶分子６１０は、捩れ配向のネガ型の液晶分子である。したがって、図１４に示すように、第一の液晶層５００が電圧無印加状態であり、第二の液晶層６００が電圧印加状態である場合に、第一の液晶分子５１０が垂直配向し、かつ、第二の液晶分子６１０がツイスト配向する第一状態を実現することができる。第一状態において、第一の液晶セル１１Ａの位相差は、ネガティブＣプレート１２によりキャンセルすることができる。また、図１５に示すように、第一の液晶層５００が電圧印加状態であり、第二の液晶層６００が電圧無印加状態である場合に、第一の液晶分子５１０がツイスト配向し、かつ、第二の液晶分子６１０が垂直配向する第二状態を実現することができる。第二状態において、第二の液晶セル１１Ｂの位相差は、ネガティブＣプレート１２によりキャンセルすることができる。

第一の配向膜４１、第二の配向膜４２、第三の配向膜４３及び第四の配向膜４４は、垂直配向膜であることが好ましい。

（実施形態４）
本実施形態では、本実施形態に特有の特徴について主に説明し、上記実施形態１及びその変形例、並びに、実施形態２～実施形態３と重複する内容については説明を省略する。本実施形態は、第二の液晶セル１１Ｂの構成が異なることを除いて、実施形態１と実質的に同じである。

図１６は、実施形態４に係る光学素子の断面模式図である。図１７は、実施形態４に係る光学素子が備える第一の液晶セル及び第二の液晶セルの断面模式図である。図１８は、実施形態４に係る光学素子の、第一状態及び第二状態における液晶分子の配向について説明する模式図である。図１９は、実施形態４に係る光学素子の第一状態について説明する断面模式図である。図２０は、実施形態４に係る光学素子の第二状態について説明する断面模式図である。

図１６～図２０に示される本実施形態の光学素子１０が備える第一の液晶分子５１０は、捩れ配向のポジ型の液晶分子であり、第二の液晶分子６１０は、捩れ配向のネガ型の液晶分子である。したがって、図１９に示すように、第一の液晶層５００及び第二の液晶層６００が共に電圧印加状態である場合に、第一の液晶分子５１０が垂直配向し、かつ、第二の液晶分子６１０がツイスト配向する第一状態を実現することができる。第一状態において、第一の液晶セル１１Ａの位相差は、ネガティブＣプレート１２によりキャンセルすることができる。また、図２０に示すように、第一の液晶層５００及び第二の液晶層６００が共に電圧無印加状態である場合に、第一の液晶分子５１０がツイスト配向し、かつ、第二の液晶分子６１０が垂直配向する第二状態を実現することができる。第二状態において、第二の液晶セル１１Ｂの位相差は、ネガティブＣプレート１２によりキャンセルすることができる。

第一の配向膜４１及び第二の配向膜４２は水平配向膜であり、第三の配向膜４３及び第四の配向膜４４は垂直配向膜であることが好ましい。

（実施形態５）
本実施形態では、本実施形態に特有の特徴について主に説明し、上記実施形態１及びその変形例、並びに、実施形態２～４と重複する内容については説明を省略する。本実施形態では、上記実施形態１～４の光学素子（ｓＨＷＰ）を備える可変焦点素子について説明する。図２１は、実施形態５に係る可変焦点素子の断面模式図である。図２１に示す本実施形態の可変焦点素子３０は、光学素子１０とパンチャラトナムベリー（ＰＢ：ＰａｎｃｈａｒａｔｎａｍＢｅｒｒｙ）レンズ２０とを備える。

上述の通り、実施形態１～４の光学素子１０は、円偏光の変調ができる。また、ＰＢレンズ２０は、右円偏光と左円偏光とで焦点距離が異なるため、光学素子１０とＰＢレンズ２０とを組み合わせることにより、可変焦点素子３０を実現することができる。

ＰＢレンズ２０は、円偏光を集光及び発散させる機能を有する。ＰＢレンズ２０は、例えば、国際公開第２０１９／１８９８１８号に記載の方法で作製することができる。

図２２は、実施形態５に係る可変焦点素子が備えるＰＢレンズの断面模式図の一例である。ＰＢレンズ２０は、図２２に示すように、光学異方性層７００を備える。ＰＢレンズ２０は、一例として、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２２では、入射光を左円偏光としている。

図２２に示す部分において、光学異方性層７００は、図２２中左側から３つの領域Ｒ０、Ｒ１、Ｒ２を有し、各領域で１周期の長さΛが異なっている。具体的には、１周期の長さΛは、領域Ｒ０、Ｒ１、Ｒ２の順に短くなっている。また、領域Ｒ１及びＲ２は、光学軸が光学異方性層の厚さ方向で捩れて回転した構造（以下、捩れ構造ともいう）を有している。領域Ｒ１の厚さ方向の捩れ角は、領域Ｒ２の厚さ方向の捩れ角よりも小さい。なお、領域Ｒ０は捩れ構造を有していない領域である（すなわち、捩れ角が０°である）。なお、捩れ角は、厚さ方向全体での捩れ角とする。

光学素子１０において、左円偏光ＬＣ１が光学異方性層７００の面内の領域Ｒ１に入射すると、入射方向に対して、矢印Ｘ方向に、すなわち、液晶分子７１０の光学軸の向きが連続的に回転しながら変化している一方向に所定角度、屈折されて透過する。同様に左円偏光ＬＣ２が光学異方性層７００の面内の領域Ｒ２に入射すると、入射方向に対して、矢印Ｘ方向に所定角度、屈折されて透過する。同様に左円偏光ＬＣ０が光学異方性層７００の面内の領域Ｒ０に入射すると、入射方向に対して、矢印Ｘ方向に所定角度、屈折されて透過する。

ここで、光学異方性層７００による屈折の角度は、領域Ｒ１の液晶配向パターンの１周期Λ_Ｒ１よりも、領域Ｒ２の液晶配向パターンの１周期Λ_Ｒ２が短いため、図２２に示すように、入射光に対する屈折の角度は、領域Ｒ２の透過光の角度θ_Ｒ２の方が領域Ｒ１の透過光の角度θ_Ｒ１よりも大きくなる。また、領域Ｒ１の液晶配向パターンの１周期Λ_Ｒ１よりも、領域Ｒ０の液晶配向パターンの１周期Λ_Ｒ０が長いため、図２２に示すように、入射光に対する屈折の角度は、領域Ｒ０の透過光の角度θ_Ｒ０の方が領域Ｒ１の透過光の角度θ_Ｒ１よりも小さくなる。

ここで、面内で液晶分子の光学軸の向きが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光学異方性層による光の回折では、回折角度が大きくなると回折効率が低下する、すなわち回折光の強度が弱くなるという問題がある。そのため、光学異方性層を、液晶分子の光学軸の向きが面内で１８０°回転する１周期の長さが異なる領域を有する構成とした場合には、光の入射位置によって回折角度が異なるため、面内の入射位置によって回折光の光量に差が生じる。すなわち、面内の入射位置によって、透過、回折した光が暗くなる領域が生じる。

これに対して、本実施形態のＰＢレンズ２０は、光学異方性層が厚さ方向で捩れて回転する領域を有しており、厚さ方向の捩れ角の大きさが異なる領域を有する。図２２に示す例では、光学異方性層７００の領域Ｒ２の厚さ方向の捩れ角φ_Ｒ２は領域Ｒ１の厚さ方向の捩れ角φ_Ｒ１よりも大きい。また、領域Ｒ０は厚さ方向の捩れ構造を有していない。これにより、屈折された光の回折効率の低下を抑制することができる。

図２２に示す例では、回折角度が領域Ｒ０よりも大きい領域Ｒ１及びＲ２に捩れ構造を付与することで、領域Ｒ１、Ｒ２で屈折された光の光量の低下を抑制することができる。また、領域Ｒ１よりも回折角度が大きい領域Ｒ２の捩れ構造の捩れ角を、領域Ｒ１よりも大きくすることで、領域Ｒ２で屈折された光の光量の低下を抑制することができる。これによって、面内の入射位置によって、透過した光の光量が均一になるようにすることができる。

このように、本実施形態のＰＢレンズ２０では、光学異方性層による屈折が大きい面内の領域では、入射光は厚さ方向の捩れ角が大きい層内を透過し、屈折される。これに対して、光学異方性層による屈折が小さい面内の領域は、入射光は厚さ方向の捩れ角が小さい層内を透過して屈折される。すなわち、ＰＢレンズ２０では、光学異方性層による屈折の大きさに応じて、面内における厚さ方向の捩れ角を設定することで、入射光に対する透過光を明るくすることができる。そのため、ＰＢレンズ２０によれば、面内における透過光量の屈折角度依存性を小さくすることができる。

光学異方性層７００の面内における屈折の光の角度は、液晶配向パターンの１周期Λが短いほど大きい。また、光学異方性層７００の面内における厚さ方向の捩れ角は、液晶配向パターンにおいて矢印Ｘ方向に沿って光軸の向きが１８０°回転する１周期Λの短い領域の方が１周期Λの大きい領域よりも、大きい領域を有する。ＰＢレンズ２０では、一例として、図２２にも示すように、光学異方性層７００の領域Ｒ２における液晶配向パターンの１周期Λ_Ｒ２が、領域Ｒ１における液晶配向パターンの１周期Λ_Ｒ１よりも短く、厚さ方向に捩れ角φ_Ｒ２は大きい。すなわち、光入射側の光学異方性層７００の領域Ｒ２方が、大きく光を屈折させる。

したがって、対象とする液晶配向パターンの１周期Λに対して、面内における厚さ方向の捩れ角φを設定することで、好適に、面内の異なる領域において異なる角度に屈折した透過光を明るくすることができる。

ＰＢレンズ２０においては、前述のように、液晶配向パターンの１周期Λが短いほど屈折の角度が大きいため、液晶配向パターンの１周期Λが短い領域ほど厚さ方向の捩れ角を大きくすることで透過光を明るくすることを可能にしている。そのため、ＰＢレンズ２０においては、液晶配向パターンの１周期の長さが異なる領域において、１周期の長さの順列と厚さ方向の捩れ角の大きさの順列が異なる領域を有することが好ましい。

以上より、ＰＢレンズ２０は、液晶分子７１０を含む液晶組成物を用いて形成された光学異方性層７００を備え、光学異方性層７００は、上記液晶分子由来の光学軸の向きが面内の少なくとも一方向に沿って連続的に回転しながら変化している液晶配向パターンを有し、かつ、上記光学軸が光学異方性層７００の厚さ方向で捩れて回転する領域を有しており、厚さ方向の捩れ角の大きさが異なる領域を有することが好ましい。

ＰＢレンズ２０は、液晶分子７１０由来の光学軸の向きが面内で１８０°回転する長さを１周期とした際に、上記液晶配向パターンにおける上記１周期の長さが異なる領域を有することが好ましい。

光学異方性層７００は、上記液晶配向パターンにおける上記１周期の長さが異なる複数の領域が、上記１周期の長さの順に配列しており、かつ、上記厚さ方向の捩れ角の大きさが異なる複数の領域が、上記厚さ方向の捩れ角の大きさの順に配列しており、上記１周期の長さの順列の方向と上記厚さ方向の捩れ角の大きさの順列の方向とが異なる領域を有することが好ましい。

光学異方性層７００は、上記厚さ方向の捩れ角の大きさが１０°～３６０°である領域を有することが好ましい。

光学異方性層７００は、上記液晶配向パターンにおける上記液晶分子７１０由来の光学軸の向きが連続的に回転しながら変化する上記一方向に向かって、上記液晶配向パターンの上記１周期が、漸次、短くなることが好ましい。

光学異方性層７００の上記液晶配向パターンは、上記液晶分子７１０由来の光学軸の向きが連続的に回転しながら変化する上記一方向を、内側から外側に向かう同心円状のパターンであることが好ましい。

図２２に示すＰＢレンズ２０は、捩れ角が面内で変化するＰＢレンズであり、回折角が大きい場合においても回折効率が高い素子であるが、ＰＢレンズ２０は、捩れ角が面内で変化しないＰＢレンズであってもよい。具体的には、ＰＢレンズ２０は、厚み方向の捩れがない、又は、面内で一定の捩れ角であるＰＢレンズであってもよく、例えば、特表２００８－５３２０８５号公報に記載の偏光回折格子を用いることができる。

ＰＢレンズ２０は、光学異方性層７００を、複数層、備えたＰＢレンズであって、光学異方性層７００の厚さ方向で捩れ角の向きが互いに異なる光学異方性層７００を有することが好ましい。

ＰＢレンズ２０は、光学異方性層７００を、複数層、備えたＰＢレンズであって、光学異方性層７００の厚さ方向で捩れ角の大きさが互いに異なる光学異方性層７００を有することが好ましい。

ＰＢレンズ２０は、光学異方性層７００を、複数層、備えたＰＢレンズであって、光学異方性層７００は、上記液晶分子７１０由来の光学軸の向きが面内の少なくとも一方向に沿って連続的に回転する方向が互いに同一である液晶配向パターンを有することが好ましい。

上記液晶配向パターンにおける上記１周期の長さは、５０μｍ以下であることが好ましい。

可変焦点素子３０は、光学素子１０とＰＢレンズ２０とからなる積層体を１組備える２値の可変焦点素子３０Ａであってもよく、光学素子１０とＰＢレンズ２０とからなる積層体を２組以上備える多段階の可変焦点素子３０Ｂであってもよい。このように、光学素子１０とＰＢレンズ２０とのセットを複数枚組み合わせることにより、多段階のチューナビリティが付与された可変焦点素子３０Ｂを実現することができる。

可変焦点素子３０は、例えば、国際公開第２０１９／１８９８１８号に記載の方法で作製したＰＢレンズ２０を、光学素子１０に貼り付けることにより作製することができる。

（実施形態５の変形例１）
本変形例では、上記実施形態５におけるＰＢレンズ２０が光学素子１０内に配置され、インセル化された可変焦点素子３０について説明する。図２３は、実施形態５の変形例１に係る可変焦点素子の断面模式図である。図２４は、実施形態５の変形例１に係る可変焦点素子の拡大断面模式図である。図２５は、実施形態５の変形例１に係る光学素子の、第一状態及び第二状態における液晶分子の配向について説明する模式図である。

本変形例の可変焦点素子３０は、図２３に示すように、光学素子１０とＰＢレンズ２０とからなる積層体を２組以上備える多段階の可変焦点素子３０Ｂである。

本変形例の可変焦点素子３０が備えるＰＢレンズ２０は、図２４に示すように、光学素子１０内に配置される。このようにＰＢレンズ２０をインセル化することにより、ＰＢレンズ２０を外付けする必要がないため、製造コストを大きく下げることができる。また、可変焦点素子３０の厚みを抑えることが可能になる。なお、図２３では、便宜上、光学素子１０とＰＢレンズ２０とを別々に図示している。

図２４に示すように、本変形例の可変焦点素子３０は、より具体的には、入射側から出射側に向かって順に、第二の１／４波長フィルム１４と、第一の１／４波長フィルム１３と、第一の基板１００と、第一の液晶層５００と、第二の基板２００と、第三の基板３００と、第二の液晶層６００と、ＰＢレンズ２０と、第四の基板４００と、を備える。

可変焦点素子３０は、第一の基板１００と第一の液晶層５００との間に第一の配向膜４１を備えていてもよい。また、可変焦点素子３０は、第二の基板２００と第一の液晶層５００との間に第二の配向膜４２を備えていてもよい。また、可変焦点素子３０は、第三の基板３００と第二の液晶層６００との間に第三の配向膜４３を備えていてもよい。また、可変焦点素子３０は、ＰＢレンズ２０と第二の液晶層６００との間に第四の配向膜４４を備えていてもよい。

本変形例では、第一の液晶セル１１Ａ及び第二の液晶セル１１Ｂが実施形態１と同様の構成を有し、第一の配向膜４１、第二の配向膜４２、第三の配向膜４３及び第四の配向膜４４が水平配向膜である。

図２５に示すように、本変形例では、第二状態における第二の基板２００側の第一の液晶分子５１２の配向方向５１２Ａの方位角は、－９°以上、７°以下であり、第一状態における第四の基板４００側の第二の液晶分子６１２の配向方向６１２Ａの方位角は、８５°以上、９６°以下であることが好ましい。このような態様とすることにより、より広帯域で偏光変調及び偏光非変調を切り替えることができる。

本変形例では、第一の液晶セル１１Ａと第二の液晶セル１１Ｂとの間にネガティブＣプレート１２を配置していないが、第一の液晶セル１１Ａと第二の液晶セル１１Ｂとの間にネガティブＣプレート１２を配置してもよい。

インセル化されたＰＢレンズ２０（ＰＢレンズ層）は、言い換えると、遅相軸方向が面内で回転するようにパターニングされたインセル位相差層である。

ＰＢレンズのインセル化は、例えば、以下のようにして行うことができる。第四の基板４００に、下記一般式（ＰＢ－１）で表されるポリマーを含むインセルＰＢレンズ形成用の光感光性材料を塗布し、ＰＢレンズ形成用膜を成膜した後、当該ＰＢレンズ形成用膜に対して配向処理を行うことによりＰＢレンズ２０のインセル化を行うことができる。

（上記式中、Ｖはスペーサ基を表し、Ｗは光官能基を有する二価の有機基を表し、Ｒ^５は一価の基を表し、ｐは１以上の整数を表す。）

上記一般式（ＰＢ－１）におけるＶは、スペーサ基を表す。Ｖは、－（ＣＨ_２）_ｎ－（ただし、ｎは２以上の整数）で表される炭素数が２以上のアルキレン基を有することが好ましい。このような態様とすることにより、良好な位相差を発現させることができる。上記アルキレン基は、直鎖状であることが好ましい。

上記一般式（ＰＢ－１）におけるＷは、光官能基を有する二価の有機基を表す。光官能基を有する二価の有機基としては、光二量化、光異性化、光フリース転位、光分解等の反応が生じる光官能基（光反応部位）を含有する二価の有機基が挙げられる。光二量化及び光異性化が可能な光官能基としては、例えば、シンナメート基、カルコン基、クマリン基、スチルベン基等が挙げられる。光異性化が可能な光官能基としては、例えば、アゾベンゼン基等が挙げられる。光フリース転位が可能な光官能基としては、例えば、フェノールエステル基等が挙げられる。光分解が可能な光官能基としては、例えば、シクロブタン環等が挙げられる。

上記一般式（ＰＢ－１）におけるＲ^５は、一価の基を表す。Ｒ^５は、水素原子又は１価の炭化水素基であることが好ましく、水素原子、メチル基又はエチル基であることがより好ましい。

ＰＢレンズ形成用膜に対する配向処理は、複数の配向処理により行われ、上記複数の配向処理で照射される偏光の方向は、互いに異なる。ＰＢレンズ形成用膜に対する配向処理は、例えば、方位角０°の偏光にてＰＢレンズ形成用膜に配向処理を行う第一の配向処理と、方位角４５°の偏光にてＰＢレンズ形成用膜に配向処理を行う第二の配向処理と、方位角９０°の偏光にてＰＢレンズ形成用膜に配向処理を行う第三の配向処理と、方位角１３５°の偏光にてＰＢレンズ形成用膜に配向処理を行う第四の配向処理と、を備える。

図２６は、実施形態５の変形例１に係る可変焦点素子が備えるＰＢレンズの配向パターンを示した平面模式図である。図２６に示すように、ＰＢレンズ２０の配向パターンは、例えば、中心部から外周に行くに従い、配向方向が連続的に回転している。また、平面視において、半径Ｒの位置の液晶分子７１０の配向方向はすべて同じである。言い換えると、中心からの距離に応じて所定の角度分布を有している。配向パターンの周期Ｐ_１と回折角度θは、Ｐ_１＝２×λ／ｓｉｎθで表され、配向パターンの周期が短いほどより大きく光を回折させることができる。したがって焦点を結ぶレンズ効果を得たい場合には、光学素子の中心ほどピッチは広く（回折角度は小さく）、外周に行くほどピッチを短く（回折角度を大きく）することで実現される。

後述する、ディオプトリＤの異なるＰＢレンズ２０は、この配向パターン周期の設計をかえることで、作製することができる。また、配向パターンについては、国際公開第２０２０／１８６１２３号、特表２００８－５３２０８５号等に基づいて設定することもできる。

本実施形態では、配向処理を４回の露光で行う場合について説明したが、露光分割回数が増えるほど回折効率のよい可変焦点素子３０を得ることができる。光配向装置を応用したマルチ光配向処理による作製は、既存の液晶工場との相性がよく、高い生産性で製造することができる。本実施形態ではマルチ光配向処理によるＰＢレンズ２０の作製について説明したが、光干渉法やレーザー直接描画など既存の手法によって配向パターンを作製してもよい。

インセル化されたＰＢレンズ２０（ＰＢレンズ層）の位相差は、１００ｎｍ以上、５００ｎｍ以下であることが好ましく、２００ｎｍ以上、３５０ｎｍ以下であることがより好ましく、λ／２（すなわち、２７５ｎｍ）であることが特に好ましい。回折効率は下記（式１）で表されるため、Δｎｄ＝λ／２の場合に、最大値をとる。

本変形例の可変焦点素子３０、すなわち、光学素子１０と、光学素子１０にインセル化されたＰＢレンズ２０との積層体を複数組み合わせた多段階の可変焦点素子３０は、例えば、以下のような特性を有する。

図２７は、実施形態５の変形例１に係る可変焦点素子の詳細な構成を説明する断面模式図である。図２７に示すように、可変焦点素子３０は、入射側から出射側に向かって順に、光学素子１０と、第一のＰＢレンズ２０Ａ１と、光学素子１０と、第一のＰＢレンズ２０Ａ１と、光学素子１０と、第二のＰＢレンズ２０Ａ２と、光学素子１０と、第二のＰＢレンズ２０Ａ２と、光学素子１０と、第三のＰＢレンズ２０Ａ３と、光学素子１０と、第三のＰＢレンズ２０Ａ３と、を備えている。

第一のＰＢレンズ２０Ａ１は、ディオプトリＤ＝±０．２５であり、第二のＰＢレンズ２０Ａ２は、ディオプトリＤ＝±０．５、第三のＰＢレンズ２０Ａ３は、ディオプトリＤ＝±１のレンズ特性を有する。右円偏光が入射した場合は＋（集光）し、左円偏光が入射した場合は－（発散）する特性をもつ。

下記表１は、実施形態５の変形例１に係る可変焦点素子３０の、各モードにおける光学素子１０及びＰＢレンズ２０Ａ１、２０Ａ２及び２０Ａ３の状態について説明する表である。

上記表１を用いて、Ｆ０のモードを説明する。このモードでは、すべての光学素子１０が第一状態（非変調）としてある。右円偏光が入射すると、最初の光学素子１０で変調されずそのまま最初の第一のＰＢレンズ２０Ａ１に入射する。ここで０．２５Ｄの集光を受ける。その際出射光は左円偏光になる。ここで、ＰＢレンズ２０を通過しても円偏光の向きが変わるのは、ＰＢレンズ２０の特性である。光学素子１０は非変調のため、左円偏光のまま２つ目の光学素子１０を通過する。２つの目の第一のＰＢレンズ２０Ａ１では、－０．２５Ｄの発散が生じる。結果として入射側からの最初の４枚（光学素子１０、第一のＰＢレンズ２０Ａ１、光学素子１０及び第一のＰＢレンズ２０Ａ１）では、入射光がそのまま通過することになる。以降同様に第二のＰＢレンズ２０Ａ２及びＰＢレンズ２０Ａ３も通過し、出射光としても、入射光のまま、０Ｄでそのまま出射される。

上記表１を用いて、Ｆ１のモードを説明する。このモードでは、入射側から４番目の光学素子１０だけ、第二状態としてある。この状態では、最初の第二のＰＢレンズ２０Ａ２を通過後は、Ｆ０のモードと同様、左円偏光で０．５Ｄが付与された状態にある。続いて第二状態となった光学素子で右円偏光に変換される。続いて２番目の第二のＰＢレンズ２０Ａ２で、＋０．５Ｄが付与され、合計１Ｄが付与された左円偏光となって出射する。その後は、そのまま１Ｄの左円偏光のまま出射する。２番目の第二のＰＢレンズ２０Ａ２通過後に左円偏光となっているため、第三のＰＢレンズ２０Ａ３での符号がＦ０の時とは逆になる。

上記表１及び図２８を用いて、Ｆ－２．５のモードを説明する。図２８は、実施形態５の変形例１に係る可変焦点素子の、Ｆ－２．５のモードにおける偏光状態について説明する図である。表１及び図２８に示すように、Ｆ－２．５のモードでは、入射側からの最初の４枚（光学素子１０、第一のＰＢレンズ２０Ａ１、光学素子１０及び第一のＰＢレンズ２０Ａ１）で－０．５Ｄが付与された右円偏光になり、出射側の最後の４枚（光学素子１０、第三のＰＢレンズ２０Ａ３、光学素子１０及び第三のＰＢレンズ２０Ａ３）で－２Ｄが付与され、合計－２．５Ｄの右円偏光として出射される。

その他、同様の原理で、どの光学素子１０を変調状態の第二状態とするかに応じて、多段階の焦点距離を実現できる。本変形例では抜粋して３つの条件だけを示している。

（実施形態５の変形例２）
上記実施形態５及び上記実施形態５の変形例１では、フィルム状（インセルポリマー状）のＰＢレンズを備えた態様について述べたが、ＰＢレンズは流動性のある液晶層、すなわち、電圧で駆動できる液晶層であってもよい。本変形例では、ＰＢレンズが電圧で駆動できる液晶層である場合について説明する。

上記実施形態５及び上記実施形態５の変形例１のように、ポリマー状になったＰＢレンズは、それ自体は電圧で可変できないことからパッシブＰＢレンズと呼ばれる。一方、流動性のある液晶層で形成されたＰＢレンズは電圧で駆動できることからアクティブＰＢレンズと呼ばれる。

アクティブＰＢレンズは、以下の手順で作製することができる。まず、一対の基板のうち、片側の基板の配向膜にＰＢレンズパターンの配向処理を行う。もう片側の基板の配向膜は、弱アンカリング配向膜（スリッパリー界面）とする。なおどちらの基板にも透明電極が設けられている。この１対の基板を、液晶層を挟持して貼り合わせると、配向処理を施したパターンにそって液晶分子が配向し、液晶層もＰＢレンズパターンの配向をとる。これによりアクティブＰＢレンズが実現できる。より好ましくは、その後、ＰＳＡ（Ｐｏｌｙｍｅｒｓｕｓｔａｉｎｅｄａｌｉｇｎｍｅｎｔ）処理を施し、液晶分子の界面の配向を安定化させることで、より配向安定性と信頼性の高いアクティブＰＢレンズとすることができる。

アクティブＰＢレンズは、電圧ＯＦＦ状態では、ＰＢレンズパターンを有しているため、入射偏光状態に応じて、集光または発散する。電圧ＯＮ状態では、液晶分子が垂直配向となるため、集光も発散もせずそのまま透過する。

上記実施形態５及び上記実施形態５の変形例１のようなｓＨＷＰとパッシブＰＢレンズとを組み合わせた可変焦点素子では、集光・発散の２値切り替えであるのに対し、本変形例のようなｓＨＷＰとアクティブＰＢレンズとを組み合わせた可変焦点素子では、集光・発散・透過と３値の切り替えをすることができる。その結果、より滑らかな焦点制御ができる。あるいは、同じ段階数の焦点距離を実現するための、電圧駆動素子の積層数を少なくすることができる。

（実施形態６）
本実施形態では、本実施形態に特有の特徴について主に説明し、上記実施形態１及びその変形例、並びに、実施形態２～５及びその変形例と重複する内容については説明を省略する。本実施形態では、可変焦点素子３０を備えるヘッドマウントディスプレイについて説明する。図２９は、実施形態６に係るヘッドマウントディスプレイの断面模式図である。図３０は、実施形態６に係るヘッドマウントディスプレイの外観の一例を示す斜視模式図である。

図２９及び図３０に示すように、本実施形態のヘッドマウントディスプレイ１は、画像を表示する表示パネル１Ｐと、位相差板４０と、可変焦点素子３０と、を備える。ヘッドマウントディスプレイ１を用いることにより、液晶表示装置や有機エレクトロルミネッセンス表示装置などの表示パネル１Ｐから出射された光は、位相差板４０を経て円偏光となり、それが可変焦点素子３０を通過し、ユーザＵに視覚される。

以下に、実施例及び比較例を挙げて本発明の効果を説明するが、本発明はこれらの例によって限定されるものではない。

（実施例１）
上記実施形態１と同様の構成を有する実施例１の光学素子１０を作製した。第一の液晶セル１１Ａ及び第二の液晶セル１１Ｂを２層重ねて、その間に、厚さ方向のリタデーションＲｔｈが－１１０ｎｍであるネガティブＣプレート１２を積層した。第一の液晶分子５１０及び第二の液晶分子６１０は、ポジ型の液晶分子であり、屈折率異方性Δｎ＝０．０６６であった。第一の配向膜４１、第二の配向膜４２、第三の配向膜４３及び第四の配向膜４４は、水平配向膜であった。

第二状態における第一の基板１００側の第一の液晶分子５１１の配向方向５１１Ａの方位角は０°であり、第二状態における第二の基板２００側の第一の液晶分子５１２の配向方向５１２Ａの方位角は６８°であった。また、第一状態における第三の基板３００側の第二の液晶分子６１１の配向方向６１１Ａの方位角は９０°であり、第一状態における第四の基板４００側の第二の液晶分子６１２の配向方向６１２Ａの方位角は１５８°であった。なお、第二状態における第一の基板１００側の第一の液晶分子５１１の配向方向５１１Ａ、第二状態における第二の基板２００側の第一の液晶分子５１２の配向方向５１２Ａ、第一状態における第三の基板３００側の第二の液晶分子６１１の配向方向６１１Ａ、及び、第一状態における第四の基板４００側の第二の液晶分子６１２の配向方向６１２Ａは、それぞれ、第一の配向膜４１、第二の配向膜４２、第三の配向膜４３及び第四の配向膜４４の配向処理方向と一致するため、実施例では、配向方向５１１Ａ、５１２Ａ、６１１Ａ及び６１２Ａを、それぞれ、第一の配向膜４１、第二の配向膜４２、第三の配向膜４３及び第四の配向膜４４の配向処理方向から求めた。

第一の１／４波長フィルム１３は、逆波長分散特性を有し、第二の１／４波長フィルム１４は、フラット波長分散特性を有していた。第一の１／４波長フィルム１３の遅相軸１３Ａは５７．２°であり、第二の１／４波長フィルム１４の遅相軸１４Ａは１２．２°であった。

第一状態は第一の液晶層５００に電圧を印加して駆動させた。第一状態において第一の液晶層５００に印加する電圧はできるだけ高電圧が好ましく、本実施例では、２０Ｖを印加した。駆動した液晶層（第一の液晶層５００）とネガティブＣプレート１２とで位相差がキャンセルするようにネガティブＣプレート１２を設計したため、駆動していない液晶層（第二の液晶層６００）のみが有効になった。そのため、視野角が広く、広帯域なｓＨＷＰを実現することができた。

第二状態は、第一状態とは逆に、第二の液晶層６００に電圧印加して駆動させることで、第一状態の時に有効であった液晶層（第二の液晶層６００）とは９０度回転した液晶層（第一の液晶層５００）が有効になるため、２枚の１／４波長フィルム（第一の１／４波長フィルム１３及び第二の１／４波長フィルム１４）を通過した後の光は、光学素子１０に入射した光とは逆の偏光状態を有する円偏光になった。

（比較例１）
図３１は、比較例１に係る光学素子の断面模式図である。図３１に示す比較例１の光学素子１０Ｒ１を作製した。比較例１の光学素子１０Ｒ１は、上記比較形態１の光学素子に対応する光学素子であった。比較例１の光学素子１０Ｒ１は、入射側から出射側に向かって順に、遅相軸の方位角が７５°である１／４波長フィルム１５Ｒ、遅相軸の方位角が１５°である１／２波長フィルム１６Ｒ、９０°捩れのＴＮ液晶層５００Ｒ１を備える液晶セル１１Ｒ１、遅相軸の方位角が－７５°である１／２波長フィルム１７Ｒ、及び、遅相軸の方位角が－１５°である１／４波長フィルム１８Ｒを備えていた。

（比較例２）
図３２は、比較例２に係る光学素子の断面模式図である。図３２に示す比較例２の光学素子１０Ｒ２を作製した。比較例２の光学素子１０Ｒ２は、上記比較形態２の光学素子に対応する光学素子であった。比較例２の光学素子１０Ｒ２は、入射側から出射側に向かって順に、７０°捩れのＴＮ液晶層５００Ｒ２と、－７０°捩れのＴＮ液晶層５００Ｒ３とを積層した構造を有していた。

（実施例１、比較例１及び比較例２の評価）
実施例１、比較例１及び比較例２の光学素子（ｓＨＷＰ）について、右円偏光（Ｓ３＝＋１）を入射したときの、出射された光のストークスパラメータＳ３を評価した。なお、本明細書の実施例及び比較例では、特に断りのない限り、右円偏光（Ｓ３＝＋１）を入射したときに出射された光のストークスパラメータＳ３を評価している。図３３は、実施例１、比較例１及び比較例２に係る光学素子の、非変調時のストークスパラメータＳ３と出射光の波長との関係を示すグラフである。図３４は、実施例１、比較例１及び比較例２に係る光学素子の、変調時のストークスパラメータＳ３と出射光の波長との関係を示すグラフである。図３３及び図３４に示すように、実施例１では、変調時及び非変調時ともに波長４５０ｎｍ～６５０ｎｍの範囲で｜Ｓ３｜≧０．９を達成することができた。

図３５は、入射角を３０°に設定した場合の、比較例１に係る光学素子の非変調時のストークスパラメータＳ３と方位角との関係を示すグラフである。図３６は、入射角を３０°に設定した場合の、比較例１に係る光学素子の変調時のストークスパラメータＳ３と方位角との関係を示すグラフである。図３７は、入射角を３０°に設定した場合の、比較例２に係る光学素子の非変調時のストークスパラメータＳ３と方位角との関係を示すグラフである。図３８は、入射角を３０°に設定した場合の、比較例２に係る光学素子の変調時のストークスパラメータＳ３と方位角との関係を示すグラフである。図３９は、入射角を３０°に設定した場合の、実施例１に係る光学素子の非変調時のストークスパラメータＳ３と方位角との関係を示すグラフである。図４０は、入射角を３０°に設定した場合の、実施例１に係る光学素子の変調時のストークスパラメータＳ３と方位角との関係を示すグラフである。図３５～図４０では、波長４５０ｎｍ、５５０ｎｍ及び６５０ｎｍにおける評価結果を示した。

図３５及び図３６に示すように、比較例１では変調時及び非変調時共に｜Ｓ３｜≧０．９を達成できなかった。図３７及び図３８に示すように、比較例２では変調時は概ね｜Ｓ３｜≧０．９を達成したが、非変調時に｜Ｓ３｜≧０．９を達成できなかった。一方で、図３９及び図４０に示すように、実施例１では、変調時及び非変調時ともに４５０ｎｍ～６５０ｎｍの範囲で、全方位において｜Ｓ３｜≧０．９を達成することができた。

実施例１、比較例１及び比較例２の光学素子の、非変調時及び変調時の視野角特性をシミュレーションにより評価した。結果を図４１に示す。図４１は、実施例１、比較例１及び比較例２の光学素子の、非変調時及び変調時の視野角特性のシミュレーション結果を示す図である。

図４１の非変調におけるグラフでは濃い領域が広いほど特性が良く、変調におけるグラフでは薄い領域が広いほど特性が良い。図４１に示すように、実施例１では、波長４５０ｎｍ～６５０ｎｍの範囲において、非変調及び変調共に視野角が良いことが分かった。一方、比較例１は、非変調時の視野角が良いが、変調時は波長依存性が大きいことが分かった。比較例２は、変調時の視野角は良いが、非変調時の視野角が悪いことが分かった。

好適な液晶セルの設計を検討するために、実施例１の光学素子１０についてシンテック社製ＬＣＤ－ＭＡＳＴＥＲ１Ｄを用いて光学計算を行った。以下では、シミュレーションにより得られた結果より、入射角３０°、波長４５０ｎｍ～６５０ｎｍの範囲において、９０％以上の変調及び非変調を実現することができる範囲を、好ましい範囲と判断した。また、以下で示すグラフでは、簡略化のため、波長４５０ｎｍ、５５０ｎｍ及び６５０ｎｍにおける、入射角３０°の最も悪い方位についてのデータのみ図示した。

まず、第一の液晶層５００の波長５５０ｎｍにおける第二状態でのリタデーションΔｎｄ、及び、第二の液晶層６００の波長５５０ｎｍにおける第一状態でのリタデーションΔｎｄの好適な範囲を検討するために、実施例１の光学素子１０が備える第二の液晶層６００の第一状態におけるリタデーションに対する非変調時のストークスパラメータＳ３、及び、実施例１の光学素子１０が備える第一の液晶層５００の第二状態におけるリタデーションに対する変調時のストークスパラメータＳ３をシミュレーションにより求めた。図４２は、実施例１の光学素子が備える第二の液晶層の第一状態におけるリタデーションに対する非変調時のストークスパラメータＳ３を示すグラフである。図４３は、実施例１の光学素子が備える第一の液晶層の第二状態におけるリタデーションに対する変調時のストークスパラメータＳ３を示すグラフである。

図４２より、第二の液晶層６００の、波長５５０ｎｍにおける第一状態でのリタデーションは、２１０ｎｍ以上、２６０ｎｍ以下であることが好適であることが分かった。また、図４３より、第一の液晶層５００の、波長５５０ｎｍにおける第二状態でのリタデーションは、２００ｎｍ以上、２６０ｎｍ以下であることが好適であることが分かった。

第一の液晶分子５１０及び第二の液晶分子６１０のツイスト角の好適な範囲を検討するために、実施例１の光学素子１０が備える第二の液晶分子６１０のツイスト角に対する非変調時のストークスパラメータＳ３、及び、実施例１の光学素子１０が備える第一の液晶分子５１０のツイスト角に対する変調時のストークスパラメータＳ３をシミュレーションにより求めた。図４４は、実施例１の光学素子が備える第二の液晶分子のツイスト角に対する非変調時のストークスパラメータＳ３を示すグラフである。図４５は、実施例１の光学素子が備える第一の液晶分子のツイスト角に対する変調時のストークスパラメータＳ３を示すグラフである。

図４４より、第一状態（非変調時）における第二の液晶分子６１０は、ツイスト角６４°以上、７４°以下でツイスト配向することが好適であることが分かった。また、図４５より、第二状態（変調時）における第一の液晶分子５１０は、ツイスト角６１°以上、７５°以下でツイスト配向することが好適であることが分かった。

第一の液晶分子５１０及び第二の液晶分子６１０のプレツイスト角の好適な範囲を検討するために、実施例１の光学素子１０が備える第二の液晶分子６１０のプレツイスト角に対する非変調時のストークスパラメータＳ３、及び、実施例１の光学素子１０が備える第一の液晶分子５１０のプレツイスト角に対する変調時のストークスパラメータＳ３をシミュレーションにより求めた。図４６は、実施例１の光学素子が備える第二の液晶分子のプレツイスト角に対する非変調時のストークスパラメータＳ３を示すグラフである。図４７は、実施例１の光学素子が備える第一の液晶分子のプレツイスト角に対する変調時のストークスパラメータＳ３を示すグラフである。ここで、プレツイスト角とは、各液晶セルの入射側の基板における液晶分子の配向方向の方位角である。第一の液晶分子５１０のプレツイスト角とは、具体的には、第二状態における第一の基板１００側の第一の液晶分子５１１の配向方向５１１Ａの方位角である。また、第二の液晶分子６１０のプレツイスト角とは、具体的には、第一状態における第三の基板３００側の第二の液晶分子６１１の配向方向６１１Ａの方位角である。

図４６より、第二の液晶分子６１０のプレツイスト角、すなわち、第一状態における第三の基板３００側の第二の液晶分子６１１の配向方向６１１Ａの方位角は、８５°以上、９６°以下であることが好適であることが分かった。また、図４７より、第一の液晶分子５１０のプレツイスト角、すなわち、第二状態における第一の基板１００側の第一の液晶分子５１１の配向方向５１１Ａの方位角は、－９°以上、７°以下であることが好適であることが分かった。

図４２～図４７より、液晶層のリタデーションΔｎｄ、ツイスト角及びプレツイスト角の最適値は、第一の液晶セル１１Ａと第二の液晶セル１１Ｂとで異なるため、必ずしも同設計の液晶セルを積層する必要はないことが分かった。すなわち、第一の液晶セル１１Ａは、第二の液晶セル１１Ｂと同一の構成を有さなくてもよいことが分かった。

逆波長分散の１／４波長フィルム（第一の１／４波長フィルム１３）の遅相軸の方位角の好適な範囲を検討するために、実施例１の光学素子１０が備える逆波長分散の１／４波長フィルムの遅相軸の方位角に対する、非変調時及び変調時のストークスパラメータＳ３をシミュレーションにより求めた。図４８は、実施例１に係る光学素子が備える逆波長分散の１／４波長フィルムの遅相軸の方位角に対する、非変調時のストークスパラメータＳ３を示すグラフである。図４９は、実施例１に係る光学素子が備える逆波長分散の１／４波長フィルムの遅相軸の方位角に対する、変調時のストークスパラメータＳ３を示すグラフである。図４８及び図４９に示すように、第一の１／４波長フィルム１３としての逆波長分散の１／４波長フィルムの遅相軸の方位角は、５２°以上、６０°以下が好適であることが分かった。

逆波長分散の１／４波長フィルムの位相差の好適な範囲を検討するために、実施例１の光学素子１０が備える逆波長分散の１／４波長フィルムの位相差に対する、非変調時及び変調時のストークスパラメータＳ３の波長分散をシミュレーションにより求めた。図５０は、実施例１に係る光学素子が備える逆波長分散の１／４波長フィルムの位相差に対する、非変調時のストークスパラメータＳ３を示すグラフである。図５１は、実施例１に係る光学素子が備える逆波長分散の１／４波長フィルムの位相差に対する、変調時のストークスパラメータＳ３を示すグラフである。図５０及び図５１に示すように、第一の１／４波長フィルム１３としての逆波長分散の１／４波長フィルムの位相差は、９０ｎｍ以上、１７０ｎｍ以下が好適であることが分かった。

フラット波長分散の１／４波長フィルム（第二の１／４波長フィルム１４）の遅相軸の方位角の好適な範囲を検討するために、実施例１の光学素子１０が備えるフラット波長分散の１／４波長フィルムの遅相軸の方位角に対する、非変調時及び変調時のストークスパラメータＳ３の波長分散をシミュレーションにより求めた。図５２は、実施例１に係る光学素子が備えるフラット波長分散の１／４波長フィルムの遅相軸の方位角に対する、非変調時のストークスパラメータＳ３を示すグラフである。図５３は、実施例１に係る光学素子が備えるフラット波長分散の１／４波長フィルムの遅相軸の方位角に対する、変調時のストークスパラメータＳ３を示すグラフである。図５２及び図５３に示すように、第二の１／４波長フィルム１４としてのフラット波長分散の１／４波長フィルムの遅相軸の方位角は、８°以上、１８°以下が好適であることが分かった。

フラット波長分散の１／４波長フィルムの位相差の好適な範囲を検討するために、実施例１の光学素子１０が備えるフラット波長分散の１／４波長フィルムの位相差に対する、非変調時及び変調時のストークスパラメータＳ３の波長分散をシミュレーションにより求めた。図５４は、実施例１に係る光学素子が備えるフラット波長分散の１／４波長フィルムの位相差に対する、非変調時のストークスパラメータＳ３を示すグラフである。図５５は、実施例１に係る光学素子が備えるフラット波長分散の１／４波長フィルムの位相差に対する、変調時のストークスパラメータＳ３を示すグラフである。図５４及び図５５に示すように、第二の１／４波長フィルム１４としてのフラット波長分散の１／４波長フィルムの位相差は、１２０ｎｍ以上、１５０ｎｍ以下であることが好適であることが分かった。

（実施例２）
上記実施形態２と同様の構成を有する実施例２の光学素子１０を作製した。具体的には、ネガティブＣプレート１２を配置しなかったことを除いて、実施例１と同様にして実施例２の光学素子１０を作製した。

実施例１、実施例２及び比較例１の光学素子の、非変調時及び変調時の視野角特性をシミュレーションにより評価した。結果を図５６に示す。図５６は、実施例１、実施例２及び比較例１の光学素子の、非変調時及び変調時の視野角特性のシミュレーション結果を示す図である。

図５６の非変調におけるグラフでは濃い領域が広いほど特性が良く、変調におけるグラフでは薄い領域が広いほど特性が良い。図５６に示すように、実施例２は実施例１ほどではないが、波長４５０ｎｍ～６５０ｎｍの範囲で非変調及び変調共に視野角が良いことが分かった。実施例２の光学素子１０は、ネガティブＣプレート１２を配置しない分、安価に作製することが可能であり、薄型化を実現することができた。

実施例２の光学素子（ｓＨＷＰ）について、右円偏光（Ｓ３＝＋１）を入射したときの、出射された光のストークスパラメータＳ３を評価した。図５７は、入射角を３０°に設定した場合の、実施例２に係る光学素子の非変調時のストークスパラメータＳ３と方位角との関係を示すグラフである。図５８は、入射角を３０°に設定した場合の、実施例２に係る光学素子の変調時のストークスパラメータＳ３と方位角との関係を示すグラフである。図５７及び図５８では、波長４５０ｎｍ、５５０ｎｍ及び６５０ｎｍにおける評価結果を示した。図５７及び図５８に示すように、実施例２では、変調時及び非変調時共に波長４５０ｎｍ～６５０ｎｍの範囲で、全方位において｜Ｓ３｜≧０．９を達成することができた。

ここで実施例１も含めて、ネガティブＣプレート１２の厚さ方向のリタデーションＲｔｈの好適な範囲を検討した。具体的には、実施例１の光学素子と同様の構成を有する光学素子について、ネガティブＣプレート１２の厚さ方向のリタデーションＲｔｈが－３００ｎｍ～０ｎｍである場合のストークスパラメータＳ３をシミュレーションにより求めた。ここで、ネガティブＣプレート１２の厚さ方向のリタデーションＲｔｈが０ｎｍとは、ネガティブＣプレート１２を積層しない態様、すなわち、実施例２の構成を示す。結果を図５９及び図６０に示す。

図５９は、実施例の光学素子の非変調時のストークスパラメータＳ３とネガティブＣプレートの厚さ方向のリタデーションＲｔｈとの関係を示すグラフである。図６０は、実施例の光学素子の変調時のストークスパラメータＳ３とネガティブＣプレートの厚さ方向のリタデーションＲｔｈとの関係を示すグラフである。図５９及び図６０では、波長４５０ｎｍ、５５０ｎｍ及び６５０ｎｍにおける、入射角３０°の最も悪い方位についてのデータのみ図示した。図５９及び図６０より、ネガティブＣプレート１２の厚さ方向のリタデーションＲｔｈは、－２２０ｎｍ以上、０ｎｍ以下であることが好適であることが分かった。

（実施例３）
上記実施形態３と同様の構成を有する実施例３の光学素子１０を作製した。具体的には、第一の液晶分子５１０及び第二の液晶分子６１０をカイラルピッチが１５．７μｍである捩れ配向のネガ型の液晶分子（屈折率異方性Δｎ＝０．０７９）とし、第一の配向膜４１、第二の配向膜４２、第三の配向膜４３及び第四の配向膜４４を垂直配向膜とし、第一の液晶層５００の第一の基板１００側には方位角０°のプレチルトを付与し（すなわち、第二状態における第一の基板１００側の第一の液晶分子５１１の配向方向５１１Ａの方位角を９０°とし）、第二の液晶層６００の第三の基板３００側には方位９０°のプレチルトを付与し（すなわち、第一状態における第三の基板３００側の第二の液晶分子６１１の配向方向６１１Ａの方位角を９０°とし）たこと以外は、実施例１と同様にして実施例３の光学素子１０を作製した。

第一状態は第二の液晶層６００に電圧を印加して駆動させた。第一状態において第二の液晶層６００に印加する電圧はできるだけ高電圧が好ましく、本実施例では、２０Ｖを印加した。駆動していない液晶層（第一の液晶層５００）とネガティブＣプレート１２で位相差がキャンセルするようにネガティブＣプレート１２を設計したため、駆動している液晶層（第二の液晶層６００）のみが有効になった。そのため、視野角が広く、広帯域なｓＨＷＰを実現することができた。

第二状態は、第一状態とは逆に、第一の液晶層５００に電圧印加して駆動させることで、第一状態の時に有効であった液晶層（第二の液晶層６００）とは９０度回転した液晶層（第一の液晶層５００）が有効になるため、２枚の１／４波長フィルム（第一の１／４波長フィルム１３及び第二の１／４波長フィルム１４）を通過した後の光は、光学素子１０に入射した光とは逆の偏光状態を有する円偏光になった。

実施例３の光学素子（ｓＨＷＰ）について、右円偏光（Ｓ３＝＋１）を入射したときの、出射された光のストークスパラメータＳ３を評価した。図６１は、入射角を０°に設定した場合の、実施例１、実施例３、比較例１及び比較例２に係る光学素子の、非変調時のストークスパラメータＳ３と出射光の波長との関係を示すグラフである。図６２は、入射角を０°に設定した場合の、実施例１、実施例３、比較例１及び比較例２に係る光学素子の、変調時のストークスパラメータＳ３と出射光の波長との関係を示すグラフである。図６１及び図６２に、入射角を０°に設定した場合の、可視光領域における変調及び非変調特性を示す。図６１及び図６２に示すように、実施例３では、変調時及び非変調時共に波長４５０ｎｍ～６５０ｎｍの範囲で｜Ｓ３｜≧０．９を達成することができた。

図６３は、入射角を３０°に設定した場合の、実施例３に係る光学素子の非変調時のストークスパラメータＳ３と方位角との関係を示すグラフである。図６４は、入射角を３０°に設定した場合の、実施例３に係る光学素子の変調時のストークスパラメータＳ３と方位角との関係を示すグラフである。図６３及び図６４に、入射角を３０°に設定した場合の、波長４５０ｎｍ、５５０ｎｍ及び６５０ｎｍにおける変調及び非変調特性を示す。図６３及び図６４に示すように、実施例３では、変調時及び非変調時共に波長４５０ｎｍ～６５０ｎｍの範囲で、全方位において｜Ｓ３｜≧０．９を達成することができた。

（実施例４）
上記実施形態４と同様の構成を有する実施例４の光学素子１０を作製した。具体的には、第二の液晶セル１１Ｂとして実施例３の第二の液晶セル１１Ｂを用いたこと以外は、実施例１と同様にして実施例４の光学素子１０を作製した。

第一状態は第一の液晶層５００及び第二の液晶層６００の両方に電圧を印加して駆動させた。第一状態において第一の液晶層５００及び第二の液晶層６００に印加する電圧はできるだけ高電圧が好ましく、本実施例では、２０Ｖを印加した。駆動した第一の液晶層５００とネガティブＣプレート１２で位相差がキャンセルするようにネガティブＣプレート１２を設計したため、駆動した第二の液晶層６００のみが有効になった。そのため、視野角が広く、広帯域なｓＨＷＰを実現することができた。

第二状態は、第一状態とは逆に、第一の液晶層５００及び第二の液晶層６００のいずれにも電圧を印加しないことにより、第一状態の時に有効であった液晶層（第二の液晶層６００）とは９０度回転した液晶層（第一の液晶層５００）が有効になるため、２枚の１／４波長フィルム（第一の１／４波長フィルム１３及び第二の１／４波長フィルム１４）を通過した後の光は、光学素子１０に入射した光とは逆の偏光状態を有する円偏光になった。

実施例４の光学素子（ｓＨＷＰ）について、右円偏光（Ｓ３＝＋１）を入射したときの、出射された光のストークスパラメータＳ３を評価した。図６５は、入射角を０°に設定した場合の、実施例４、比較例１及び比較例２に係る光学素子の、非変調時のストークスパラメータＳ３と出射光の波長との関係を示すグラフである。図６６は、入射角を０°に設定した場合の、実施例４、比較例１及び比較例２に係る光学素子の、変調時のストークスパラメータＳ３と出射光の波長との関係を示すグラフである。図６５及び図６６に、入射角を０°に設定した場合の、可視光領域における変調及び非変調特性を示す。図６５及び図６６に示すように、実施例４では、変調時及び非変調時共に波長４５０ｎｍ～６５０ｎｍの範囲で｜Ｓ３｜≧０．９を達成することができた。

図６７は、入射角を３０°に設定した場合の、実施例４に係る光学素子の非変調時のストークスパラメータＳ３と方位角との関係を示すグラフである。図６８は、入射角を３０°に設定した場合の、実施例４に係る光学素子の変調時のストークスパラメータＳ３と方位角との関係を示すグラフである。図６７及び図６８に、入射角を３０°に設定した場合の、波長４５０ｎｍ、５５０ｎｍ及び６５０ｎｍにおける変調及び非変調特性を示す。図６７及び図６８に示すように、実施例４では、変調時及び非変調時共に波長４５０ｎｍ～６５０ｎｍの範囲で、全方位において｜Ｓ３｜≧０．９を達成することができた。

（実施例５）
上記実施形態５の変形例１に対応する実施例５の可変焦点素子３０を作製した。第一の液晶分子５１０及び第二の液晶分子６１０は、ポジ型の液晶分子であり、屈折率異方性Δｎ＝０．０６６であった。第一の配向膜４１、第二の配向膜４２、第三の配向膜４３及び第四の配向膜４４は、水平配向膜であった。

第二状態における第二の基板２００側の第一の液晶分子５１２の配向方向５１２Ａの方位角は０°であり、第二状態における第一の基板１００側の第一の液晶分子５１１の配向方向５１１Ａの方位角は６８°であった。また、第一状態における第四の基板４００側の第二の液晶分子６１２の配向方向６１２Ａの方位角は、９０°であり、第一状態における第三の基板３００側の第二の液晶分子６１１の配向方向６１１Ａの方位角は１５８°であった。

実施例５の可変焦点素子３０は、具体的には次のようにして作製した。第二の液晶セル１１Ｂの第四の基板４００に、上記一般式（ＰＢ－１）で表されるポリマーを含むインセルＰＢレンズ形成用の光感光性材料を塗布し、ＰＢレンズ形成用膜を成膜した。

図６９は、実施例５に係る可変焦点素子の製造工程における第一の配向処理について説明する模式図である。図７０は、実施例５に係る可変焦点素子の製造工程における第二の配向処理について説明する模式図である。図７１は、実施例５に係る可変焦点素子の製造工程における第三の配向処理について説明する模式図である。図７２は、実施例５に係る可変焦点素子の製造工程における第四の配向処理について説明する模式図である。

次に、第四の基板４００上に設けられたＰＢレンズ形成用膜に配向処理を行った。具体的には、図６９に示すように、第一のフォトマスク８１０を用いて方位角０°の偏光にてＰＢレンズ形成用膜９００に配向処理を行った。続いて、図７０に示すように、第二のフォトマスク８２０を用いて、方位角４５°の偏光にてＰＢレンズ形成用膜９００に配向処理を行った。続いて、図７１に示すように、第三のフォトマスク８３０を用いて、方位角９０°の偏光にてＰＢレンズ形成用膜９００に配向処理を行った。最後に、図７２に示すように、第四のフォトマスク８４０を用いて、方位角１３５°の偏光にてＰＢレンズ形成用膜９００に配向処理を行った。その後、アニール処理を行い、ＰＢレンズ２０を第四の基板４００上に形成することができた。

当該第四の基板４００及びＰＢレンズ２０の積層体を用いて、実施例２と同様にして第二の液晶セル１１Ｂを作製し、水平配向の第一の液晶セル１１Ａ及び水平配向の第二の液晶セル１１Ｂを積層した。その後、第一の１／４波長フィルム１３として逆波長分散の１／４波長フィルムを、第一の液晶セル１１Ａの第二の液晶セル１１Ｂとは反対側に貼付し、第二の１／４波長フィルム１４としてフラット波長分散の１／４波長フィルムを、第一の１／４波長フィルム１３の第一の液晶セル１１Ａとは反対側に貼付し、実施例５の可変焦点素子３０を得た。

ここで、本実施例では、入射光がＰＢレンズ２０よりも先にｓＨＷＰへ入射して右円偏光及び左円偏光をスイッチングし、当該偏光状態に応じてＰＢレンズ２０で集光又は発散を行うため、第二の１／４波長フィルム１４及び第一の１／４波長フィルム１３は第一の液晶層５００及び第二の液晶層６００よりも入射側に配置した。そのため、各層の配置や軸方位は、実施例２とは異なっていた。

実施例５の可変焦点素子３０は、偏光変調及び偏光非変調を広帯域かつ広視野角で切り替えることができた。

（実施例６）
上記実施形態１の変形例１と同様の構成を有する実施例６の光学素子１０を作製した。具体的には、第一の液晶セル１１Ａの第二の液晶セル１１Ｂと反対側に厚さ方向のリタデーションＲｔｈが７０ｎｍである第一のポジティブＣプレート１９Ａを配置し、第二の液晶セル１１Ｂと第一の１／４波長フィルム１３との間に厚さ方向のリタデーションＲｔｈが７０ｎｍである第二のポジティブＣプレート１９Ｂを配置し、ネガティブＣプレート１２の厚さ方向のリタデーションＲｔｈを－１４０ｎｍに変更したこと以外は実施例１と同様にして実施例６の光学素子１０を作製した。光学素子１０の駆動方法についても、実施例１と同様にした。

実施例６の光学素子（ｓＨＷＰ）について、右円偏光（Ｓ３＝＋１）を入射したときの、出射された光のストークスパラメータＳ３を評価した。図７３は、入射角を０°に設定した場合の、実施例６、比較例１及び比較例２に係る光学素子の、非変調時のストークスパラメータＳ３と出射光の波長との関係を示すグラフである。図７４は、入射角を０°に設定した場合の、実施例６、比較例１及び比較例２に係る光学素子の、変調時のストークスパラメータＳ３と出射光の波長との関係を示すグラフである。図７３及び図７４に、入射角を０°に設定した場合の、可視光領域における変調及び非変調特性を示す。図７３及び図７４に示すように、実施例６では、変調時及び非変調時共に波長４５０ｎｍ～６５０ｎｍの範囲で｜Ｓ３｜≧０．９を達成することができた。

図７５は、入射角を３０°に設定した場合の、実施例６に係る光学素子の非変調時のストークスパラメータＳ３と方位角との関係を示すグラフである。図７６は、入射角を３０°に設定した場合の、実施例６に係る光学素子の変調時のストークスパラメータＳ３と方位角との関係を示すグラフである。図７５及び図７６に、入射角を３０°に設定した場合の、波長４５０ｎｍ、５５０ｎｍ及び６５０ｎｍにおける変調及び非変調特性を示す。図７５及び図７６に示すように、実施例６では、変調時及び非変調時共に波長４５０ｎｍ～６５０ｎｍの範囲で、全方位において｜Ｓ３｜≧０．９を達成することができた。また、実施例６では、実施例１よりも良い特性が得られた。

第一のポジティブＣプレート１９Ａ及び第二のポジティブＣプレート１９Ｂの厚さ方向のリタデーションＲｔｈの好適な範囲を検討するために、実施例６の光学素子１０についてシンテック社製ＬＣＤ－ＭＡＳＴＥＲ１Ｄを用いて光学計算を行った。以下では、シミュレーションにより得られた結果より、入射角３０°、波長４５０ｎｍ～６５０ｎｍの範囲において、９０％以上の変調及び非変調を実現することができる範囲を、好ましい範囲と判断した。また、以下で示すグラフでは、簡略化のため、波長４５０ｎｍ、５５０ｎｍ及び６５０ｎｍにおける、入射角３０°の最も悪い方位についてのデータのみ図示した。

図７７は、実施例６の光学素子が備える第一のポジティブＣプレートの厚さ方向のリタデーションＲｔｈに対する非変調時のストークスパラメータＳ３を示すグラフである。図７８は、実施例６の光学素子が備える第一のポジティブＣプレートの厚さ方向のリタデーションＲｔｈに対する変調時のストークスパラメータＳ３を示すグラフである。図７７及び図７８より、第一のポジティブＣプレート１９Ａの厚さ方向のリタデーションＲｔｈは、０ｎｍ以上、１９０ｎｍ以下が好適であることが分かった。

図７９は、実施例６の光学素子が備える第二のポジティブＣプレートの厚さ方向のリタデーションＲｔｈに対する非変調時のストークスパラメータＳ３を示すグラフである。図８０は、実施例６の光学素子が備える第二のポジティブＣプレートの厚さ方向のリタデーションＲｔｈに対する変調時のストークスパラメータＳ３を示すグラフである。図７９及び図８０より、第二のポジティブＣプレート１９Ｂの厚さ方向のリタデーションＲｔｈは、０ｎｍ以上、２２０ｎｍ以下が好適であることが分かった。

（実施例７）
図１７８は、実施例７に係る光学素子の、第一状態及び第二状態における液晶分子の配向について説明する模式図である。上記実施形態１の変形例２に係る第七の構成を有する光学素子１０のうち、図１０４に対応する光学素子１０を作製した。本実施例の光学素子において、図１７８に示す第一のＡプレート５１（ポジティブＡプレート）の遅相軸５１Ａの方位角は、５２．７°であり、第二のＡプレート５２（ネガティブＡプレート）の遅相軸５２Ａの方位角は１０．２°であった。

第一のＡプレート５１の波長５５０ｎｍにおけるＲｅは１４０ｎｍであり、波長５５０ｎｍのＲｅに対する波長４５０ｎｍのＲｅは１．０１であり、波長５５０ｎｍのＲｅに対する波長６５０ｎｍのＲｅは０．９９であった。ここで、Ｒｅは、面内位相差（Ｒｐ）を意味する。

第二のＡプレート５２の波長５５０ｎｍにおけるＲｅは１２０ｎｍであり、波長５５０ｎｍのＲｅに対する波長４５０ｎｍのＲｅは１．０８であり、波長５５０ｎｍのＲｅに対する波長６５０ｎｍのＲｅは０．９６であった。

第一のＣプレート６１（ポジティブＣプレート）の波長５５０ｎｍにおけるＲｔｈは７５ｎｍであり、波長５５０ｎｍのＲｅに対する波長４５０ｎｍのＲｅは１．０７であり、波長５５０ｎｍのＲｅに対する波長６５０ｎｍのＲｅは０．９７であった。

第二のＣプレート６２（ネガティブＣプレート）の波長５５０ｎｍにおけるＲｔｈは－１２．５ｎｍであり、波長５５０ｎｍのＲｅに対する波長４５０ｎｍのＲｅは１．０１であり、波長５５０ｎｍのＲｅに対する波長６５０ｎｍのＲｅは０．９９であった。

ネガティブＣプレート１２の波長５５０ｎｍにおけるＲｔｈは１６０ｎｍであり、波長５５０ｎｍのＲｅに対する波長４５０ｎｍのＲｅは１．０１であり、波長５５０ｎｍのＲｅに対する波長６５０ｎｍのＲｅは０．９９であった。

第一の液晶セル１１Ａ及び第二の液晶セル１１Ｂは以下のように作製した。第一の基板１００、第二の基板２００、第三の基板３００及び第四の基板４００に、それぞれ、第一のベタ状電極１２０、第二のベタ状電極２２０、第三のベタ状電極３２０及び第四のベタ状電極４２０を形成した。更に、ベタ状電極を形成した第一の基板１００、第二の基板２００、第三の基板３００及び第四の基板４００上に、それぞれ、水平配向膜を設けた。なお、これらの水平配向膜にラビング処理等を行ってプレチルトを付与してもよい。

ベタ状電極及び水平配向膜をそれぞれ設けた第一の基板１００及び第二の基板２００間に第一の液晶層５００を設けて第一の液晶セル１１Ａを作製した。ベタ状電極及び水平配向膜をそれぞれ設けた第三の基板３００及び第四の基板４００間に第二の液晶層６００を設けて第二の液晶セル１１Ｂを作製した。第一の液晶層５００に含まれる第一の液晶分子５１０及び第二の液晶層６００に含まれる第二の液晶分子６１０は、いずれもポジ型の液晶分子であった（Δｎ＝０．０７０）。第一の液晶層５００及び第二の液晶層６００の厚みは、いずれも、３．４μｍであった。

第二状態における、第一の基板１００側の第一の液晶分子５１１の配向方向５１１Ａの方位角は０°であり、第二の基板２００側の第一の液晶分子５１２の配向方向５１２Ａの方位角は６８°であった。第一状態における、第三の基板３００側の第二の液晶分子６１１の配向方向６１１Ａの方位角は９０°であり、第四の基板４００側の第二の液晶分子６１２の配向方向６１２Ａは１５８°であった。

実施例７の光学素子（ｓＨＷＰ）について、右円偏光（Ｓ３＝＋１）を入射したときの、出射された光のストークスパラメータＳ３を評価した。図１７９は、実施例１及び実施例７に係る光学素子の、非変調時のストークスパラメータＳ３と出射光の波長との関係を示すグラフである。図１８０は、実施例１及び実施例７に係る光学素子の、変調時のストークスパラメータＳ３と出射光の波長との関係を示すグラフである。図１７９及び図１８０に、入射角を０°に設定した場合の、可視光領域における変調及び非変調特性を示す。図１７９及び図１８０に示すように、実施例７においても、実施例１と同様に、変調時及び非変調時共に波長４５０ｎｍ～６５０ｎｍの範囲で｜Ｓ３｜≧０．９を達成することができた。

図１８１は、入射角を３０°に設定した場合の、実施例１に係る光学素子の非変調時のストークスパラメータＳ３と方位角との関係を示すグラフである。図１８２は、入射角を３０°に設定した場合の、実施例１に係る光学素子の変調時のストークスパラメータＳ３と方位角との関係を示すグラフである。図１８３は、入射角を３０°に設定した場合の、実施例７に係る光学素子の非変調時のストークスパラメータＳ３と方位角との関係を示すグラフである。図１８４は、入射角を３０°に設定した場合の、実施例７に係る光学素子の変調時のストークスパラメータＳ３と方位角との関係を示すグラフである。図１８１～図１８４では、波長４５０ｎｍ、５５０ｎｍ及び６５０ｎｍにおける評価結果を示した。なお、図中のグレーでハッチングした範囲が、｜Ｓ３｜≧０．９となる好適な範囲である。

図１８１～図１８４に示すように、実施例７においても、変調時及び非変調時ともに４５０ｎｍ～６５０ｎｍの範囲で、全方位において｜Ｓ３｜≧０．９を達成することができた。実施例７の特性は、実施例１よりも良化していた。

好適な液晶セルの設計を検討するために、実施例７の光学素子１０についてシンテック社製ＬＣＤ－ＭＡＳＴＥＲ１Ｄを用いて光学計算を行った。以下では、シミュレーションにより得られた結果より、入射角３０°、波長４５０ｎｍ～６５０ｎｍの範囲において、９０％以上の変調及び非変調を実現することができる範囲を、好ましい範囲と判断した。また、以下で示すグラフでは、簡略化のため、波長４５０ｎｍ、５５０ｎｍ及び６５０ｎｍにおける、入射角３０°の最も悪い方位についてのデータのみ図示した。

まず、第二のＣプレート６２（ネガティブＣプレート）の厚さ方向のリタデーションＲｔｈの好適な範囲を検討するために、実施例７の光学素子１０が備える第二のＣプレート６２の厚さ方向のリタデーションＲｔｈに対する非変調時のストークスパラメータＳ３、及び、実施例７の光学素子１０が備える第二のＣプレート６２の厚さ方向のリタデーションＲｔｈに対する変調時のストークスパラメータＳ３、をシミュレーションにより求めた。図１８５は、実施例７の光学素子が備える第二のＣプレートの厚さ方向のリタデーションＲｔｈに対する非変調時のストークスパラメータＳ３を示すグラフである。図１８６は、実施例７の光学素子が備える第二のＣプレートの厚さ方向のリタデーションＲｔｈに対する変調時のストークスパラメータＳ３を示すグラフである。図１８５及び図１８６に示すように、第二のＣプレート６２の厚さ方向のリタデーションＲｔｈは、－１７０ｎｍ以上、０ｎｍ以下が好適であることが分かった。

第一のＣプレート６１（ポジティブＣプレート）の厚さ方向のリタデーションＲｔｈの好適な範囲を検討するために、実施例７の光学素子１０が備える第一のＣプレート６１の厚さ方向のリタデーションＲｔｈに対する非変調時のストークスパラメータＳ３、及び、実施例７の光学素子１０が備える第一のＣプレート６１の厚さ方向のリタデーションＲｔｈに対する変調時のストークスパラメータＳ３、をシミュレーションにより求めた。図１８７は、実施例７の光学素子が備える第一のＣプレートの厚さ方向のリタデーションＲｔｈに対する非変調時のストークスパラメータＳ３を示すグラフである。図１８８は、実施例７の光学素子が備える第一のＣプレートの厚さ方向のリタデーションＲｔｈに対する変調時のストークスパラメータＳ３を示すグラフである。図１８７及び図１８８に示すように、第一のＣプレート６１の厚さ方向のリタデーションＲｔｈは、０ｎｍ以上、２３０ｎｍ以下が好適であることが分かった。

ネガティブＣプレート１２の厚さ方向のリタデーションＲｔｈの好適な範囲を検討するために、実施例７の光学素子１０が備えるネガティブＣプレート１２に対する非変調時のストークスパラメータＳ３、及び、実施例７の光学素子１０が備えるネガティブＣプレート１２の厚さ方向のリタデーションＲｔｈに対する変調時のストークスパラメータＳ３、をシミュレーションにより求めた。図１８９は、実施例７の光学素子が備えるネガティブＣプレートの厚さ方向のリタデーションＲｔｈに対する非変調時のストークスパラメータＳ３を示すグラフである。図１９０は、実施例７の光学素子が備えるネガティブＣプレートの厚さ方向のリタデーションＲｔｈに対する変調時のストークスパラメータＳ３を示すグラフである。図１８９及び図１９０に示すように、ネガティブＣプレート１２の厚さ方向のリタデーションＲｔｈは、－３５０ｎｍ以上、０ｎｍ以下が好適であることが分かった。

第二のＡプレート５２（ネガティブＡプレート）の面内位相差Ｒｅの好適な範囲を検討するために、実施例７の光学素子１０が備える第二のＡプレート５２の面内位相差Ｒｅに対する非変調時のストークスパラメータＳ３、及び、実施例７の光学素子１０が備える第二のＡプレート５２の面内位相差Ｒｅに対する変調時のストークスパラメータＳ３、をシミュレーションにより求めた。図１９１は、実施例７の光学素子が備える第二のＡプレートの面内位相差Ｒｅに対する非変調時のストークスパラメータＳ３を示すグラフである。図１９２は、実施例７の光学素子が備える第二のＡプレートの面内位相差Ｒｅに対する変調時のストークスパラメータＳ３を示すグラフである。図１９１及び図１９２に示すように、第二のＡプレート５２の面内位相差Ｒｅは、９２ｎｍ以上、１４０ｎｍ以下が好適であることが分かった。

第二のＡプレート５２の遅相軸５２Ａの方位角の好適な範囲を検討するために、実施例７の光学素子１０が備える第二のＡプレート５２の遅相軸５２Ａの方位角に対する非変調時のストークスパラメータＳ３、及び、実施例７の光学素子１０が備える第二のＡプレート５２の遅相軸５２Ａの方位角に対する変調時のストークスパラメータＳ３、をシミュレーションにより求めた。図１９３は、実施例７の光学素子が備える第二のＡプレートの遅相軸の方位角に対する非変調時のストークスパラメータＳ３を示すグラフである。図１９４は、実施例７の光学素子が備える第二のＡプレートの遅相軸の方位角に対する変調時のストークスパラメータＳ３を示すグラフである。図１９３及び図１９４に示すように、第二のＡプレート５２の遅相軸５２Ａの方位角は、４°以上、１７°以下が好適であることが分かった。

第一のＡプレート５１（ポジティブＡプレート）の面内位相差Ｒｅの好適な範囲を検討するために、実施例７の光学素子１０が備える第一のＡプレート５１の面内位相差Ｒｅに対する非変調時のストークスパラメータＳ３、及び、実施例７の光学素子１０が備える第一のＡプレート５１の面内位相差Ｒｅに対する変調時のストークスパラメータＳ３、をシミュレーションにより求めた。図１９５は、実施例７の光学素子が備える第一のＡプレートの面内位相差Ｒｅに対する非変調時のストークスパラメータＳ３を示すグラフである。図１９６は、実施例７の光学素子が備える第一のＡプレートの面内位相差Ｒｅに対する変調時のストークスパラメータＳ３を示すグラフである。図１９５及び図１９６に示すように、第一のＡプレート５１の面内位相差Ｒｅは、７０ｎｍ以上、２２０ｎｍ以下が好適であることが分かった。

第一のＡプレート５１の遅相軸５１Ａの方位角の好適な範囲を検討するために、実施例７の光学素子１０が備える第一のＡプレート５１の遅相軸５１Ａの方位角に対する非変調時のストークスパラメータＳ３、及び、実施例７の光学素子１０が備える第一のＡプレート５１の遅相軸５１Ａの方位角に対する変調時のストークスパラメータＳ３、をシミュレーションにより求めた。図１９７は、実施例７の光学素子が備える第一のＡプレートの遅相軸の方位角に対する非変調時のストークスパラメータＳ３を示すグラフである。図１９８は、実施例７の光学素子が備える第一のＡプレートの遅相軸の方位角に対する変調時のストークスパラメータＳ３を示すグラフである。図１９７及び図１９８に示すように、第一のＡプレート５１の遅相軸５１Ａの方位角は、４７°以上、５２°以下が好適であることが分かった。

図１９９は、偏光状態について説明する図である。図１８５等のグラフの横軸は位相差や角度を表しており、縦軸は、ストークスパラメータと呼ばれる偏光を表す数値の中の「Ｓ３」の値を表している。図１９９のポアンカレ球に示すように、Ｓ３＝＋１は偏光状態を表すポアンカレ球上の北極にあたり、右円偏光を表す。Ｓ３＝－１はポアンカレ球上の南極にあたり、左円偏光を表す。すなわち、本明細書においては、Ｓ３が±１に近いほど、良好な特性を有することになる。

また、本明細書では右円偏光と左円偏光とを切り替える光学素子１０について説明しているため、入射光としてＳ３＝＋１の右円偏光が入ってきた時に、当該入射光をＳ３＝＋１の右円偏光のまま出射するか、Ｓ３＝－１の左円偏光に変換して出射するかの２値が存在する。したがって、本明細書では、非変調時及び変調時の二つのグラフを用いて、好適な範囲について検討している。

また、本明細書では広帯域かつ広視野角の光学素子を目標としている。したがって、斜め方向においても、ＲＧＢ（赤色光、緑色光及び青色光）全ての円偏光（本明細書では右円偏光）に対して変調できるかを検討するために、入射角を３０°とし、４５０ｎｍ、５５０ｎｍ及び６５０ｎｍの波長に対してのＳ３をプロットした。

（実施例８）
上記実施形態１の変形例３と同様の構成を有する実施例８の光学素子を作製した。第一の位相差フィルム７１及び第二の位相差フィルム７２は、同様のものを使用した。

本実施例の光学素子において、図２０１に示す第一の位相差フィルム７１（二軸フィルム）の遅相軸７１Ａの方位角は、５７．７度であり、第二の位相差フィルム７２（二軸フィルム）の遅相軸７２Ａの方位角は、１５．８度であった。

第一の位相差フィルム７１の波長５５０ｎｍにおける面内位相差Ｒｅ、及び、第二の位相差フィルム７２の波長５５０ｎｍにおける面内位相差Ｒｅは、いずれも、１４０ｎｍであった。第一の位相差フィルム７１の、波長５５０ｎｍの面内位相差に対する波長４５０ｎｍの面内位相差、及び、第二の位相差フィルム７２の、波長５５０ｎｍの面内位相差に対する波長４５０ｎｍの面内位相差は、いずれも、１．０１であった。第一の位相差フィルム７１の、波長５５０ｎｍの面内位相差に対する波長６５０ｎｍの面内位相差、及び、第二の位相差フィルム７２の、波長５５０ｎｍの面内位相差に対する波長６５０ｎｍの面内位相差は、いずれも、０．９９であった。

第一の位相差フィルム７１及び第二の位相差フィルム７２は、上記（式Ｎ５）及び（式Ｎ６）を満たしていた。

実施例８の光学素子（ｓＨＷＰ）について、右円偏光（Ｓ３＝＋１）を入射したときの、出射された光のストークスパラメータＳ３を評価した。図２０２は、実施例８、比較例１及び比較例２に係る光学素子の、非変調時のストークスパラメータＳ３と出射光の波長との関係を示すグラフである。図２０３は、実施例８、比較例１及び比較例２に係る光学素子の、変調時のストークスパラメータＳ３と出射光の波長との関係を示すグラフである。図２０２及び図２０３に、入射角を０°に設定した場合の、可視光領域における変調及び非変調特性を示す。図２０２及び図２０３に示すように、実施例８においても、変調時及び非変調時共に波長４５０ｎｍ～６５０ｎｍの範囲で｜Ｓ３｜≧０．９を達成することができた。

図２０４は、入射角を３０°に設定した場合の、実施例８に係る光学素子の非変調時のストークスパラメータＳ３と方位角との関係を示すグラフである。図２０５は、入射角を３０°に設定した場合の、実施例８に係る光学素子の変調時のストークスパラメータＳ３と方位角との関係を示すグラフである。図２０４及び図２０５では、波長４５０ｎｍ、５５０ｎｍ及び６５０ｎｍにおける評価結果を示した。なお、図中のグレーでハッチングした範囲が、｜Ｓ３｜≧０．９となる好適な範囲である。

図２０４及び図２０５に示すように、実施例８においても、変調時及び非変調時ともに４５０ｎｍ～６５０ｎｍの範囲で、全方位において｜Ｓ３｜≧０．９を達成することができた。

実施例８の光学素子１０では、第一の位相差フィルム７１及び第二の位相差フィルム７２に同じ二軸フィルムを用いることにより広視野角化を実現することができた。このような光学素子は低コストで製造可能である。また、フィルムの枚数を減らすことができるため、薄型化にも有利であると考えられる。

１：ヘッドマウントディスプレイ
１Ｐ：表示パネル
１０、１０Ｒ１、１０Ｒ２：光学素子
１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｒ１：液晶セル
１２、６１ＮＣ、６２ＮＣ、６３ＮＣ、６４ＮＣ：ネガティブＣプレート
１３、１４、１５Ｒ、１８Ｒ：１／４波長フィルム
１３Ａ、１４Ａ、５１Ａ、５２Ａ、７１Ａ、７２Ａ：遅相軸
１６Ｒ、１７Ｒ：１／２波長フィルム
１９Ａ、１９Ｂ、６１ＰＣ、６２ＰＣ、６３ＰＣ、６４ＰＣ：ポジティブＣプレート
２０、２０Ａ１、２０Ａ２、２０Ａ３：パンチャラトナムベリー（ＰＢ）レンズ
３０、３０Ａ、３０Ｂ：可変焦点素子
４０：位相差板
４１、４２、４３、４４：配向膜
５１、５２：Ａプレート
５１ＮＡ、５２ＮＡ：ネガティブＡプレート
５１ＰＡ、５２ＰＡ：ポジティブＡプレート
６１、６２、６３、６４：Ｃプレート
７１、７２：位相差フィルム
１００、２００、３００、４００：基板
１１０、２１０、３１０、４１０：支持基板
１２０、２２０、３２０、４２０：ベタ状電極
５００、６００：液晶層
５００Ｒ１、５００Ｒ２、５００Ｒ３：ＴＮ液晶層
５１０、５１１、５１２、６１０、６１１、６１２、７１０：液晶分子
５１１Ａ、５１２Ａ、６１１Ａ、６１２Ａ：配向方向
７００：光学異方性層
８１０、８２０、８３０、８４０：フォトマスク
９００：ＰＢレンズ形成用膜
ＬＣ０、ＬＣ１、ＬＣ２：左円偏光
Ｒ０、Ｒ１、Ｒ２：領域
Ｕ：ユーザ

Claims

第一の基板と、第一の液晶分子を含有する第一の液晶層と、第二の基板と、第三の基板と、第二の液晶分子を含有する第二の液晶層と、第四の基板と、を順に備え、
前記第一の基板と前記第一の液晶層と前記第二の基板とは、第一の液晶セルを構成し、
前記第三の基板と前記第二の液晶層と前記第四の基板とは、第二の液晶セルを構成し、
前記第一の液晶セルは、前記第一の基板及び前記第二の基板の少なくとも一方に、前記第一の液晶層への電圧印加用の第一の電極を有し、
前記第二の液晶セルは、前記第三の基板及び前記第四の基板の少なくとも一方に、前記第二の液晶層への電圧印加用の第二の電極を有し、
前記第一の電極及び前記第二の電極は、
前記第二の液晶分子がツイスト配向し、かつ、前記第一の液晶分子が垂直配向する第一状態と、前記第一の液晶分子がツイスト配向し、かつ、前記第二の液晶分子が垂直配向する第二状態と、を切り替え可能に配置されており、
前記第一状態における前記第三の基板側の前記第二の液晶分子の配向方向の方位角及び前記第一状態における前記第四の基板側の前記第二の液晶分子の配向方向の方位角は、それぞれ、前記第二状態における前記第一の基板側の前記第一の液晶分子の配向方向の方位角及び前記第二状態における前記第二の基板側の前記第一の液晶分子の配向方向の方位角を同一方向に１／４回転させた角度であることを特徴とする光学素子。
更に、前記第一の液晶セルと前記第二の液晶セルとの間に、ネガティブＣプレートを備えることを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
前記ネガティブＣプレートの厚さ方向のリタデーションＲｔｈは、－２２０ｎｍ以上、０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項２に記載の光学素子。
前記第一の液晶層の、波長５５０ｎｍにおける前記第二状態でのリタデーションは、２００ｎｍ以上、２６０ｎｍ以下であり、
前記第二の液晶層の、波長５５０ｎｍにおける前記第一状態でのリタデーションは、２１０ｎｍ以上、２６０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載の光学素子。
前記第一の液晶セルは、前記第二の液晶セルと同一の構成を有さないことを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載の光学素子。
前記第二状態における前記第一の液晶分子は、ツイスト角６１°以上、７５°以下でツイスト配向し、
前記第一状態における前記第二の液晶分子は、ツイスト角６４°以上、７４°以下でツイスト配向することを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載の光学素子。
前記第二状態における前記第一の基板側の前記第一の液晶分子の配向方向の方位角は、－９°以上、７°以下であり、
前記第一状態における前記第三の基板側の前記第二の液晶分子の配向方向の方位角は、８５°以上、９６°以下であることを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載の光学素子。
更に、前記第一の液晶セルの前記第二の液晶セルと反対側、又は、前記第二の液晶セルの前記第一の液晶セルと反対側に、１／４波長フィルムを備えることを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載の光学素子。
前記１／４波長フィルムは、逆波長分散特性を有することを特徴とする請求項８に記載の光学素子。
前記１／４波長フィルムの、波長５５０ｎｍの面内位相差に対する波長４５０ｎｍの面内位相差は、０．７倍以上、１倍以下であることを特徴とする請求項８に記載の光学素子。
前記１／４波長フィルムの、波長５５０ｎｍの面内位相差に対する波長６５０ｎｍの面内位相差は、１倍以上、１．３倍以下であることを特徴とする請求項８に記載の光学素子。
前記１／４波長フィルムの遅相軸の方位角は、５２°以上、６０°以下であることを特徴とする請求項８に記載の光学素子。
前記１／４波長フィルムの波長５５０ｎｍの面内位相差は、９０ｎｍ以上、１７０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項８に記載の光学素子。
前記１／４波長フィルムは、第一の１／４波長フィルムであり、
更に、前記第一の１／４波長フィルムの前記第一の液晶セル及び前記第二の液晶セルとは反対側に第二の１／４波長フィルムを備えることを特徴とする請求項８に記載の光学素子。
前記第二の１／４波長フィルムは、フラット波長分散特性を有することを特徴とする請求項１４に記載の光学素子。
前記第二の１／４波長フィルムの遅相軸の方位角は、８°以上、１８°以下であることを特徴とする請求項１４に記載の光学素子。
前記第二の１／４波長フィルムの波長５５０ｎｍの面内位相差は、１２０ｎｍ以上、１５０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１４に記載の光学素子。
請求項１～３のいずれかに記載の光学素子と、パンチャラトナムベリーレンズと、を備えることを特徴とする可変焦点素子。
前記パンチャラトナムベリーレンズは、前記光学素子内に配置されることを特徴とする請求項１８に記載の可変焦点素子。
請求項１８に記載の可変焦点素子を備えることを特徴とするヘッドマウントディスプレイ。