JP7360528B2 - Optical elements, variable focus elements and head-mounted displays - Google Patents

Optical elements, variable focus elements and head-mounted displays Download PDF

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JP7360528B2 JP2022190148A JP2022190148A JP7360528B2 JP 7360528 B2 JP7360528 B2 JP 7360528B2 JP 2022190148 A JP2022190148 A JP 2022190148A JP 2022190148 A JP2022190148 A JP 2022190148A JP 7360528 B2 JP7360528 B2 JP 7360528B2
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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。 The following disclosure relates to an optical element, a variable focus element including the optical element, and a head mounted display including the variable focus element.

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:Pancharatnam Berry)レンズと、可変1/2波長板(sHWP:Switchable Half Wave Plate)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。 In recent years, a variable focus optical system that combines a Pancharatnam Berry (PB) lens and an optical element such as a switchable half wave plate (sHWP) has been proposed for use in head-mounted displays. ing. sHWP is a device that can switch the polarization state of left and right circularly polarized light, and is realized by liquid crystal.

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。 As a technique related to a variable focus optical system, for example, Patent Document 1 includes a waveguide and a broadband adaptive lens assembly, the waveguide guiding light in a lateral direction parallel to the output surface of the waveguide. and further configured to externally couple the guided light through the output surface, through which the broadband adaptive lens assembly internally couples externally coupled light from the waveguide. A display device configured to couple and diffraction is disclosed.

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。 Patent Document 2 discloses a variable focus block including an sHWP and a plurality of liquid crystal lenses.

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。 Patent Document 3 discloses an achromatic polarization switch that converts linearly polarized light with an initial polarization orientation, the switch comprising: a first liquid crystal (LC) cell having a first orientation axis with respect to the initial polarization orientation; a second LC cell having a second orientation axis with respect to the axis.

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。 Patent Document 4 discloses a first laminated birefringent layer and a second laminated birefringent layer, each local optical axis of which extends over the respective thicknesses of the first layer and the second layer. an optical system comprising a first laminated birefringent layer and a second laminated birefringent layer rotated at a torsion angle and aligned along an interface between the first layer and the second layer; A device is disclosed.

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。 Patent Document 5 proposes an optical element having a layered liquid crystal structure that rotates the polarization of incident circularly polarized light over a wide range of wavelengths and angles of incidence for use in head-mounted displays.

特表2021-501361号公報Special Publication No. 2021-501361 米国特許第10379419号明細書US Patent No. 10379419 特表2009-524106号公報Special Publication No. 2009-524106 特表2014-528597号公報Special table 2014-528597 publication 米国特許第10678057号明細書US Patent No. 10678057

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。 Patent Documents 1 to 5 described above achieve a device structure that can switch between polarization modulation that changes the polarization state of left and right circularly polarized light and polarization non-modulation that does not change the polarization state of left and right circularly polarized light over a wide band and wide viewing angle. The problem is that it is difficult to

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。 The present invention has been made in view of the above-mentioned current situation, and includes an optical element capable of switching between polarization modulation and non-polarization modulation over a wide band and wide viewing angle, a variable focus element including the above optical element, and a variable focus element including the above variable focus element. The purpose is to provide a head-mounted display.

(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。 (1) One embodiment of the present invention includes a first substrate, a first liquid crystal layer containing a first liquid crystal molecule, a second substrate, a third substrate, and a second liquid crystal molecule. a second liquid crystal layer and a fourth substrate, the first substrate, the first liquid crystal layer, and the second substrate constitute a first liquid crystal cell; The third substrate, the second liquid crystal layer, and the fourth substrate constitute a second liquid crystal cell, and the first liquid crystal cell includes at least one of the first substrate and the second substrate. One side has a first electrode for applying a voltage to the first liquid crystal layer, and the second liquid crystal cell has the second electrode on at least one of the third substrate and the fourth substrate. a second electrode for applying a voltage to the liquid crystal layer; The liquid crystal molecules are arranged so as to be switchable between a first state in which they are vertically aligned and a second state in which the first liquid crystal molecules are twistedly aligned and the second liquid crystal molecules are vertically aligned, and the liquid crystal molecules in the first state are The azimuth angle of the alignment direction of the second liquid crystal molecules on the third substrate side and the azimuth angle of the alignment direction of the second liquid crystal molecules on the fourth substrate side in the first state are respectively The azimuthal angle of the alignment direction of the first liquid crystal molecules on the first substrate side in the two states and the azimuth angle of the alignment direction of the first liquid crystal molecules on the second substrate side in the second state are the same direction. An optical element whose angle is 1/4 rotation.

(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。 (2) Further, in an embodiment of the present invention, in addition to the configuration of (1) above, an optical element further includes a negative C plate between the first liquid crystal cell and the second liquid crystal cell. .

(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。 (3) Further, in an embodiment of the present invention, in addition to the configuration of (2) above, the retardation Rth in the thickness direction of the negative C plate is −220 nm or more and 0 nm or less.

(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。 (4) Further, in an embodiment of the present invention, in addition to the configuration of (1), (2), or (3) above, retardation of the first liquid crystal layer in the second state at a wavelength of 550 nm is provided. is 200 nm or more and 260 nm or less, and the retardation of the second liquid crystal layer in the first state at a wavelength of 550 nm is 210 nm or more and 260 nm or less.

(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。 (5) Furthermore, in an embodiment of the present invention, in addition to the configuration of (1), (2), (3), or (4) above, the first liquid crystal cell has the second liquid crystal cell. An optical element that does not have the same configuration as a cell.

(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。 (6) In addition to the configurations of (1), (2), (3), (4), or (5), an embodiment of the present invention provides the first configuration in the second state. The liquid crystal molecules of the above are twistedly oriented with a twist angle of 61° or more and 75° or less, and the second liquid crystal molecules in the first state are twistedly oriented with a twist angle of 64° or more and 74° or less.

(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。 (7) In addition to the configurations of (1), (2), (3), (4), (5), or (6), an embodiment of the present invention also provides the second configuration. The azimuth angle of the alignment direction of the first liquid crystal molecules on the first substrate side in the state is −9° or more and 7° or less, and the azimuth angle of the alignment direction of the first liquid crystal molecules on the first substrate side in the first state An optical element in which the azimuth angle of the alignment direction of liquid crystal molecules is 85° or more and 96° or less.

(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。 (8) Furthermore, an embodiment of the present invention has the configuration of (1), (2), (3), (4), (5), (6), or (7) above. In addition, the optical system further comprises a quarter-wavelength film on a side of the first liquid crystal cell opposite to the second liquid crystal cell, or on a side of the second liquid crystal cell opposite to the first liquid crystal cell. element.

(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。 (9) Further, an embodiment of the present invention is an optical element in which, in addition to the configuration described in (8) above, the 1/4 wavelength film has reverse wavelength dispersion characteristics.

(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。 (10) In addition to the configuration of (8) or (9) above, an embodiment of the present invention provides an in-plane retardation at a wavelength of 450 nm relative to an in-plane retardation at a wavelength of 550 nm of the 1/4 wavelength film. is an optical element that is 0.7 times or more and 1 times or less.

(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。 (11) Further, in an embodiment of the present invention, in addition to the configuration of (8), (9), or (10) above, the quarter wavelength film has a wavelength of 650 nm with respect to an in-plane retardation at a wavelength of 550 nm. An optical element having an in-plane retardation of 1 times or more and 1.3 times or less.

(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。 (12) In addition to the configuration of (8), (9), (10), or (11), an embodiment of the present invention provides an azimuth angle of the slow axis of the 1/4 wavelength film. is an optical element whose angle is 52° or more and 60° or less.

(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。 (13) In addition to the above (8), (9), (10), (11), or (12), an embodiment of the present invention provides a wavelength of the 1/4 wavelength film. An optical element having an in-plane retardation of 90 nm or more and 170 nm or less at 550 nm.

(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。 (14) In addition to the configurations of (8), (9), (10), (11), (12), or (13) above, an embodiment of the present invention has the following features: The 4-wavelength film is a first quarter-wavelength film, and further includes a second quarter-wavelength film on the opposite side of the first quarter-wavelength film from the first liquid crystal cell and the second liquid crystal cell. /An optical element comprising a 4-wavelength film.

(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。 (15) Further, an embodiment of the present invention is an optical element in which, in addition to the configuration described in (14) above, the second 1/4 wavelength film has flat wavelength dispersion characteristics.

(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。 (16) Further, in an embodiment of the present invention, in addition to the configuration described in (14) or (15) above, the azimuth angle of the slow axis of the second 1/4 wavelength film is 8° or more, 18 An optical element that is less than or equal to

(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。 (17) Further, in an embodiment of the present invention, in addition to the configuration of (14), (15), or (16) above, the in-plane retardation at a wavelength of 550 nm of the second 1/4 wavelength film is , 120 nm or more and 150 nm or less.

(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。 (18) Further, other embodiments of the present invention include the above (1), the above (2), the above (3), the above (4), the above (5), the above (6), the above (7), the above (8), (9) above, (10) above, (11) above, (12) above, (13) above, (14) above, (15) above, (16) above, or (17) above. and a Pancharatnam Berry lens.

(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。 (19) In addition to the configuration of (18) above, an embodiment of the present invention is a variable focus element, wherein the Pancharatnam Berry lens is disposed within the optical element.

(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。 (20) Another embodiment of the present invention is a head mounted display comprising the variable focus element described in (18) or (19) above.

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。 According to the present invention, it is possible to provide an optical element capable of switching between polarization modulation and non-polarization modulation over a wide band and wide viewing angle, a variable focus element including the optical element, and a head mounted display including the variable focus element. can.

実施形態1に係る光学素子の断面模式図である。1 is a schematic cross-sectional view of an optical element according to Embodiment 1. FIG. 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。2 is a schematic cross-sectional view of a first liquid crystal cell and a second liquid crystal cell included in the optical element according to Embodiment 1. FIG. 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。2 is a schematic diagram illustrating the orientation of liquid crystal molecules in a first state and a second state of the optical element according to Embodiment 1. FIG. 比較形態1に係る光学素子の断面模式図である。3 is a schematic cross-sectional view of an optical element according to Comparative Form 1. FIG. 比較形態2に係る光学素子の断面模式図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of an optical element according to Comparative Form 2. 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。3 is a graph showing the relationship between the Stokes parameter S3 during modulation and the wavelength of emitted light for optical elements according to Embodiment 1, Comparative Form 1, and Comparative Form 2. 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。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view illustrating a first state of the optical element according to Embodiment 1. 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。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view illustrating a second state of the optical element according to Embodiment 1. 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。3 is a schematic cross-sectional view of an optical element according to Modification 1 of Embodiment 1. FIG. 実施形態2に係る光学素子の断面模式図である。3 is a schematic cross-sectional view of an optical element according to Embodiment 2. FIG. 実施形態3に係る光学素子の断面模式図である。3 is a schematic cross-sectional view of an optical element according to Embodiment 3. FIG. 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。FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of a first liquid crystal cell and a second liquid crystal cell included in the optical element according to Embodiment 3. 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。FIG. 7 is a schematic diagram illustrating the orientation of liquid crystal molecules in a first state and a second state of an optical element according to Embodiment 3. 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。FIG. 7 is a schematic cross-sectional view illustrating a first state of the optical element according to Embodiment 3. 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。FIG. 7 is a schematic cross-sectional view illustrating a second state of the optical element according to Embodiment 3. 実施形態4に係る光学素子の断面模式図である。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of an optical element according to Embodiment 4. 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。FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of a first liquid crystal cell and a second liquid crystal cell included in the optical element according to Embodiment 4. 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。FIG. 7 is a schematic diagram illustrating the orientation of liquid crystal molecules in a first state and a second state of an optical element according to Embodiment 4. 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。FIG. 7 is a schematic cross-sectional view illustrating a first state of an optical element according to a fourth embodiment. 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。FIG. 7 is a schematic cross-sectional view illustrating a second state of the optical element according to Embodiment 4. 実施形態5に係る可変焦点素子の断面模式図である。FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of a variable focus element according to Embodiment 5. 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。12 is an example of a schematic cross-sectional view of a PB lens included in a variable focus element according to Embodiment 5. FIG. 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。FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of a variable focus element according to Modification 1 of Embodiment 5. 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。FIG. 7 is an enlarged schematic cross-sectional view of a variable focus element according to Modification 1 of Embodiment 5; 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。FIG. 7 is a schematic diagram illustrating the orientation of liquid crystal molecules in a first state and a second state of an optical element according to Modification 1 of Embodiment 5. FIG. 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。FIG. 7 is a schematic plan view showing an orientation pattern of a PB lens included in a variable focus element according to Modification 1 of Embodiment 5; 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。FIG. 7 is a schematic cross-sectional view illustrating a detailed configuration of a variable focus element according to Modification 1 of Embodiment 5. 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。FIG. 7 is a diagram illustrating the polarization state in the F-2.5 mode of the variable focus element according to Modification 1 of Embodiment 5. 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。FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of a head-mounted display according to a sixth embodiment. 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。FIG. 7 is a schematic perspective view showing an example of the appearance of a head-mounted display according to a sixth embodiment. 比較例1に係る光学素子の断面模式図である。3 is a schematic cross-sectional view of an optical element according to Comparative Example 1. FIG. 比較例2に係る光学素子の断面模式図である。3 is a schematic cross-sectional view of an optical element according to Comparative Example 2. FIG. 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。3 is a graph showing the relationship between the Stokes parameter S3 and the wavelength of emitted light when the optical elements according to Example 1, Comparative Example 1, and Comparative Example 2 are not modulated. 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。2 is a graph showing the relationship between the Stokes parameter S3 during modulation and the wavelength of emitted light for optical elements according to Example 1, Comparative Example 1, and Comparative Example 2. 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。7 is a graph showing the relationship between the Stokes parameter S3 and the azimuth when the optical element according to Comparative Example 1 is not modulated when the incident angle is set to 30°. 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。7 is a graph showing the relationship between the Stokes parameter S3 and the azimuth during modulation of the optical element according to Comparative Example 1 when the incident angle is set to 30°. 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。7 is a graph showing the relationship between the Stokes parameter S3 and the azimuth when the optical element according to Comparative Example 2 is not modulated when the incident angle is set to 30°. 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。7 is a graph showing the relationship between Stokes parameter S3 and azimuth during modulation of the optical element according to Comparative Example 2 when the incident angle is set to 30°. 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。FIG. 3 is a graph showing the relationship between the Stokes parameter S3 and the azimuth when the optical element according to Example 1 is not modulated when the incident angle is set to 30 degrees. FIG. 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。7 is a graph showing the relationship between the Stokes parameter S3 and the azimuth during modulation of the optical element according to Example 1 when the incident angle is set to 30°. 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。FIG. 3 is a diagram showing simulation results of viewing angle characteristics of the optical elements of Example 1, Comparative Example 1, and Comparative Example 2 during non-modulation and modulation. 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。7 is a graph showing the Stokes parameter S3 at the time of non-modulation with respect to the retardation in the first state of the second liquid crystal layer included in the optical element of Example 1. FIG. 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。3 is a graph showing the Stokes parameter S3 at the time of modulation with respect to the retardation in the second state of the first liquid crystal layer included in the optical element of Example 1. FIG. 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。3 is a graph showing the Stokes parameter S3 at the time of non-modulation with respect to the twist angle of the second liquid crystal molecule included in the optical element of Example 1. FIG. 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。3 is a graph showing the Stokes parameter S3 during modulation with respect to the twist angle of the first liquid crystal molecule included in the optical element of Example 1. FIG. 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。7 is a graph showing the Stokes parameter S3 at the time of non-modulation with respect to the pre-twist angle of the second liquid crystal molecule included in the optical element of Example 1. FIG. 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。3 is a graph showing the Stokes parameter S3 during modulation with respect to the pretwist angle of the first liquid crystal molecule included in the optical element of Example 1. FIG. 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。3 is a graph showing the Stokes parameter S3 at the time of non-modulation with respect to the azimuth angle of the slow axis of the quarter-wavelength film with reverse wavelength dispersion included in the optical element according to Example 1. FIG. 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。3 is a graph showing the Stokes parameter S3 during modulation with respect to the azimuth angle of the slow axis of the quarter-wavelength film with reverse wavelength dispersion included in the optical element according to Example 1. FIG. 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。3 is a graph showing the Stokes parameter S3 at the time of non-modulation with respect to the phase difference of a quarter-wavelength film with reverse wavelength dispersion included in the optical element according to Example 1. FIG. 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。3 is a graph showing the Stokes parameter S3 during modulation with respect to the phase difference of a quarter-wavelength film with reverse wavelength dispersion included in the optical element according to Example 1. FIG. 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。3 is a graph showing the Stokes parameter S3 at the time of non-modulation with respect to the azimuth angle of the slow axis of the quarter-wavelength film with flat wavelength dispersion included in the optical element according to Example 1. FIG. 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。3 is a graph showing the Stokes parameter S3 at the time of modulation with respect to the azimuth angle of the slow axis of the quarter-wavelength film with flat wavelength dispersion included in the optical element according to Example 1. FIG. 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。3 is a graph showing the Stokes parameter S3 at the time of non-modulation with respect to the phase difference of a quarter-wavelength film with flat wavelength dispersion included in the optical element according to Example 1. FIG. 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。3 is a graph showing the Stokes parameter S3 during modulation with respect to the phase difference of a quarter-wavelength film with flat wavelength dispersion included in the optical element according to Example 1. FIG. 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。FIG. 3 is a diagram showing simulation results of viewing angle characteristics of optical elements of Example 1, Example 2, and Comparative Example 1 during non-modulation and modulation. 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。7 is a graph showing the relationship between the Stokes parameter S3 and the azimuth when the optical element according to Example 2 is not modulated when the incident angle is set to 30°. 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。7 is a graph showing the relationship between Stokes parameter S3 and azimuth during modulation of the optical element according to Example 2 when the incident angle is set to 30°. 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。It is a graph showing the relationship between the Stokes parameter S3 and the retardation Rth in the thickness direction of the negative C plate when the optical element of the example is not modulated. 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。It is a graph showing the relationship between the Stokes parameter S3 during modulation of the optical element of the example and the retardation Rth in the thickness direction of the negative C plate. 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。Graph showing the relationship between the Stokes parameter S3 and the wavelength of the emitted light when the optical elements according to Example 1, Example 3, Comparative Example 1, and Comparative Example 2 are not modulated when the incident angle is set to 0°. It is. 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。A graph showing the relationship between the Stokes parameter S3 during modulation and the wavelength of the emitted light for the optical elements according to Example 1, Example 3, Comparative Example 1, and Comparative Example 2 when the incident angle is set to 0°. be. 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。7 is a graph showing the relationship between the Stokes parameter S3 and the azimuth when the optical element according to Example 3 is not modulated when the incident angle is set to 30°. 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。7 is a graph showing the relationship between the Stokes parameter S3 and the azimuth during modulation of the optical element according to Example 3 when the incident angle is set to 30°. 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。7 is a graph showing the relationship between the Stokes parameter S3 and the wavelength of emitted light when the optical elements according to Example 4, Comparative Example 1, and Comparative Example 2 are not modulated, when the incident angle is set to 0°. 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。7 is a graph showing the relationship between the Stokes parameter S3 during modulation and the wavelength of emitted light of the optical elements according to Example 4, Comparative Example 1, and Comparative Example 2 when the incident angle is set to 0°. 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。12 is a graph showing the relationship between the Stokes parameter S3 and the azimuth when the optical element according to Example 4 is not modulated when the incident angle is set to 30°. 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。7 is a graph showing the relationship between Stokes parameter S3 and azimuth during modulation of the optical element according to Example 4 when the incident angle is set to 30°. 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。FIG. 7 is a schematic diagram illustrating a first alignment process in the manufacturing process of a variable focus element according to Example 5. 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。FIG. 7 is a schematic diagram illustrating a second alignment process in the manufacturing process of the variable focus element according to Example 5. 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。FIG. 7 is a schematic diagram illustrating a third alignment process in the manufacturing process of the variable focus element according to Example 5. 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。FIG. 7 is a schematic diagram illustrating a fourth alignment process in the manufacturing process of the variable focus element according to Example 5. 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。7 is a graph showing the relationship between the Stokes parameter S3 and the wavelength of emitted light when the optical elements according to Example 6, Comparative Example 1, and Comparative Example 2 are not modulated, when the incident angle is set to 0°. 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。7 is a graph showing the relationship between the Stokes parameter S3 during modulation and the wavelength of emitted light of the optical elements according to Example 6, Comparative Example 1, and Comparative Example 2 when the incident angle is set to 0°. 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。12 is a graph showing the relationship between the Stokes parameter S3 and the azimuth when the optical element according to Example 6 is not modulated when the incident angle is set to 30°. 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。12 is a graph showing the relationship between Stokes parameter S3 and azimuth during modulation of the optical element according to Example 6 when the incident angle is set to 30°. 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。12 is a graph showing the Stokes parameter S3 at the time of non-modulation with respect to the retardation Rth in the thickness direction of the first positive C plate included in the optical element of Example 6. 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。12 is a graph showing the Stokes parameter S3 at the time of modulation with respect to the retardation Rth in the thickness direction of the first positive C plate included in the optical element of Example 6. 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。12 is a graph showing the Stokes parameter S3 at the time of non-modulation with respect to the retardation Rth in the thickness direction of the second positive C plate included in the optical element of Example 6. 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。7 is a graph showing the Stokes parameter S3 at the time of modulation with respect to the retardation Rth in the thickness direction of the second positive C plate included in the optical element of Example 6. 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。3 is a schematic cross-sectional view of an optical element having a first configuration according to a second modification of the first embodiment. FIG. 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。7 is an example of a schematic cross-sectional view of an optical element having a second configuration according to Modification 2 of Embodiment 1. FIG. 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。7 is an example of a schematic cross-sectional view of an optical element having a second configuration according to Modification 2 of Embodiment 1. FIG. 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。7 is an example of a schematic cross-sectional view of an optical element having a second configuration according to Modification 2 of Embodiment 1. FIG. 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。7 is an example of a schematic cross-sectional view of an optical element having a second configuration according to Modification 2 of Embodiment 1. FIG. 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。7 is an example of a schematic cross-sectional view of an optical element having a third configuration according to Modification 2 of Embodiment 1. FIG. 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。7 is an example of a schematic cross-sectional view of an optical element having a third configuration according to Modification 2 of Embodiment 1. FIG. 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。7 is an example of a schematic cross-sectional view of an optical element having a third configuration according to Modification 2 of Embodiment 1. FIG. 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。7 is an example of a schematic cross-sectional view of an optical element having a third configuration according to Modification 2 of Embodiment 1. FIG. 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。7 is an example of a schematic cross-sectional view of an optical element having a third configuration according to Modification 2 of Embodiment 1. FIG. 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。7 is an example of a schematic cross-sectional view of an optical element having a third configuration according to Modification 2 of Embodiment 1. FIG. 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。7 is an example of a schematic cross-sectional view of an optical element having a fourth configuration according to Modification 2 of Embodiment 1. FIG. 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。7 is an example of a schematic cross-sectional view of an optical element having a fourth configuration according to Modification 2 of Embodiment 1. FIG. 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。7 is an example of a schematic cross-sectional view of an optical element having a fourth configuration according to Modification 2 of Embodiment 1. FIG. 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。7 is an example of a schematic cross-sectional view of an optical element having a fourth configuration according to Modification 2 of Embodiment 1. FIG. 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。7 is an example of a schematic cross-sectional view of an optical element having a fifth configuration according to Modification 2 of Embodiment 1. FIG. 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。7 is an example of a schematic cross-sectional view of an optical element having a sixth configuration according to Modification 2 of Embodiment 1. FIG. 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。7 is an example of a schematic cross-sectional view of an optical element having a sixth configuration according to Modification 2 of Embodiment 1. FIG. 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。7 is an example of a schematic cross-sectional view of an optical element having a sixth configuration according to Modification 2 of Embodiment 1. FIG. 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。7 is an example of a schematic cross-sectional view of an optical element having a sixth configuration according to Modification 2 of Embodiment 1. FIG. 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。7 is an example of a schematic cross-sectional view of an optical element having a sixth configuration according to Modification 2 of Embodiment 1. FIG. 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。7 is an example of a schematic cross-sectional view of an optical element having a seventh configuration according to Modification 2 of Embodiment 1. FIG. 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。7 is an example of a schematic cross-sectional view of an optical element having a seventh configuration according to Modification 2 of Embodiment 1. FIG. 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。7 is an example of a schematic cross-sectional view of an optical element having a seventh configuration according to Modification 2 of Embodiment 1. FIG. 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。7 is an example of a schematic cross-sectional view of an optical element having a seventh configuration according to Modification 2 of Embodiment 1. FIG. 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。7 is an example of a schematic cross-sectional view of an optical element having a seventh configuration according to Modification 2 of Embodiment 1. FIG. 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。7 is an example of a schematic cross-sectional view of an optical element having a seventh configuration according to Modification 2 of Embodiment 1. FIG. 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。7 is an example of a schematic cross-sectional view of an optical element having a seventh configuration according to Modification 2 of Embodiment 1. FIG. 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。7 is an example of a schematic cross-sectional view of an optical element having a seventh configuration according to Modification 2 of Embodiment 1. FIG. 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。7 is an example of a schematic cross-sectional view of an optical element having a seventh configuration according to Modification 2 of Embodiment 1. FIG. 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。7 is an example of a schematic cross-sectional view of an optical element having an eighth configuration according to Modification 2 of Embodiment 1. FIG. 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。7 is an example of a schematic cross-sectional view of an optical element having an eighth configuration according to Modification 2 of Embodiment 1. FIG. 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。7 is an example of a schematic cross-sectional view of an optical element having an eighth configuration according to Modification 2 of Embodiment 1. FIG. 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。7 is an example of a schematic cross-sectional view of an optical element having an eighth configuration according to Modification 2 of Embodiment 1. FIG. 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。7 is an example of a schematic cross-sectional view of an optical element having an eighth configuration according to Modification 2 of Embodiment 1. FIG. 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。7 is an example of a schematic cross-sectional view of an optical element having an eighth configuration according to Modification 2 of Embodiment 1. FIG. 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。7 is an example of a schematic cross-sectional view of an optical element having an eighth configuration according to Modification 2 of Embodiment 1. FIG. 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。7 is an example of a schematic cross-sectional view of an optical element having a ninth configuration according to Modification 2 of Embodiment 1. FIG. 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。7 is an example of a schematic cross-sectional view of an optical element having a ninth configuration according to Modification 2 of Embodiment 1. FIG. 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。7 is an example of a schematic cross-sectional view of an optical element having a tenth configuration according to Modification 2 of Embodiment 1. FIG. 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。7 is an example of a schematic cross-sectional view of an optical element having a tenth configuration according to Modification 2 of Embodiment 1. FIG. 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。7 is an example of a schematic cross-sectional view of an optical element having a tenth configuration according to Modification 2 of Embodiment 1. FIG. 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。7 is an example of a schematic cross-sectional view of an optical element having a tenth configuration according to Modification 2 of Embodiment 1. FIG. 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。7 is an example of a schematic cross-sectional view of an optical element having a tenth configuration according to Modification 2 of Embodiment 1. FIG. 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。7 is an example of a schematic cross-sectional view of an optical element having a tenth configuration according to Modification 2 of Embodiment 1. FIG. 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。7 is an example of a schematic cross-sectional view of an optical element having an eleventh configuration according to Modification 2 of Embodiment 1. FIG. 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。7 is an example of a schematic cross-sectional view of an optical element having an eleventh configuration according to Modification 2 of Embodiment 1. FIG. 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。7 is an example of a schematic cross-sectional view of an optical element having an eleventh configuration according to Modification 2 of Embodiment 1. FIG. 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。7 is an example of a schematic cross-sectional view of an optical element having an eleventh configuration according to Modification 2 of Embodiment 1. FIG. 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。7 is an example of a schematic cross-sectional view of an optical element having an eleventh configuration according to Modification 2 of Embodiment 1. FIG. 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。7 is an example of a schematic cross-sectional view of an optical element having an eleventh configuration according to Modification 2 of Embodiment 1. FIG. 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。7 is an example of a schematic cross-sectional view of an optical element having an eleventh configuration according to Modification 2 of Embodiment 1. FIG. 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。7 is an example of a schematic cross-sectional view of an optical element having an eleventh configuration according to Modification 2 of Embodiment 1. FIG. 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。7 is an example of a schematic cross-sectional view of an optical element having an eleventh configuration according to Modification 2 of Embodiment 1. FIG. 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。7 is an example of a schematic cross-sectional view of an optical element having an eleventh configuration according to Modification 2 of Embodiment 1. FIG. 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。7 is an example of a schematic cross-sectional view of an optical element having an eleventh configuration according to Modification 2 of Embodiment 1. FIG. 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。7 is an example of a schematic cross-sectional view of an optical element having an eleventh configuration according to Modification 2 of Embodiment 1. FIG. 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。7 is an example of a schematic cross-sectional view of an optical element having an eleventh configuration according to Modification 2 of Embodiment 1. FIG. 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。7 is an example of a schematic cross-sectional view of an optical element having a twelfth configuration according to Modification 2 of Embodiment 1. FIG. 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。7 is an example of a schematic cross-sectional view of an optical element having a twelfth configuration according to Modification 2 of Embodiment 1. FIG. 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。7 is an example of a schematic cross-sectional view of an optical element having a twelfth configuration according to Modification 2 of Embodiment 1. FIG. 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。7 is an example of a schematic cross-sectional view of an optical element having a twelfth configuration according to Modification 2 of Embodiment 1. FIG. 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。7 is an example of a schematic cross-sectional view of an optical element having a twelfth configuration according to Modification 2 of Embodiment 1. FIG. 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。7 is an example of a schematic cross-sectional view of an optical element having a twelfth configuration according to Modification 2 of Embodiment 1. FIG. 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。7 is an example of a schematic cross-sectional view of an optical element having a twelfth configuration according to Modification 2 of Embodiment 1. FIG. 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。7 is an example of a schematic cross-sectional view of an optical element having a twelfth configuration according to Modification 2 of Embodiment 1. FIG. 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。7 is an example of a schematic cross-sectional view of an optical element having a twelfth configuration according to Modification 2 of Embodiment 1. FIG. 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。7 is an example of a schematic cross-sectional view of an optical element having a twelfth configuration according to Modification 2 of Embodiment 1. FIG. 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。7 is an example of a schematic cross-sectional view of an optical element having a twelfth configuration according to Modification 2 of Embodiment 1. FIG. 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。7 is an example of a schematic cross-sectional view of an optical element having a twelfth configuration according to Modification 2 of Embodiment 1. FIG. 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。7 is an example of a schematic cross-sectional view of an optical element having a thirteenth configuration according to Modification 2 of Embodiment 1. FIG. 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。7 is an example of a schematic cross-sectional view of an optical element having a thirteenth configuration according to Modification 2 of Embodiment 1. FIG. 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。7 is an example of a schematic cross-sectional view of an optical element having a thirteenth configuration according to Modification 2 of Embodiment 1. FIG. 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。7 is an example of a schematic cross-sectional view of an optical element having a thirteenth configuration according to Modification 2 of Embodiment 1. FIG. 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。7 is an example of a schematic cross-sectional view of an optical element having a fourteenth configuration according to Modification 2 of Embodiment 1. FIG. 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。7 is an example of a schematic cross-sectional view of an optical element having a fourteenth configuration according to Modification 2 of Embodiment 1. FIG. 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。7 is an example of a schematic cross-sectional view of an optical element having a fourteenth configuration according to Modification 2 of Embodiment 1. FIG. 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。7 is an example of a schematic cross-sectional view of an optical element having a fourteenth configuration according to Modification 2 of Embodiment 1. FIG. 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。7 is an example of a schematic cross-sectional view of an optical element having a fourteenth configuration according to Modification 2 of Embodiment 1. FIG. 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。7 is an example of a schematic cross-sectional view of an optical element having a fifteenth configuration according to Modification 2 of Embodiment 1. FIG. 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。7 is an example of a schematic cross-sectional view of an optical element having a fifteenth configuration according to Modification 2 of Embodiment 1. FIG. 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。7 is an example of a schematic cross-sectional view of an optical element having a fifteenth configuration according to Modification 2 of Embodiment 1. FIG. 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。7 is an example of a schematic cross-sectional view of an optical element having a fifteenth configuration according to Modification 2 of Embodiment 1. FIG. 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。7 is an example of a schematic cross-sectional view of an optical element having a fifteenth configuration according to Modification 2 of Embodiment 1. FIG. 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。7 is an example of a schematic cross-sectional view of an optical element having a fifteenth configuration according to Modification 2 of Embodiment 1. FIG. 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。7 is an example of a schematic cross-sectional view of an optical element having a fifteenth configuration according to Modification 2 of Embodiment 1. FIG. 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。7 is an example of a schematic cross-sectional view of an optical element having a fifteenth configuration according to Modification 2 of Embodiment 1. FIG. 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。7 is an example of a schematic cross-sectional view of an optical element having a fifteenth configuration according to Modification 2 of Embodiment 1. FIG. 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。7 is an example of a schematic cross-sectional view of an optical element having a sixteenth configuration according to Modification 2 of Embodiment 1. FIG. 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。7 is an example of a schematic cross-sectional view of an optical element having a sixteenth configuration according to Modification 2 of Embodiment 1. FIG. 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。7 is an example of a schematic cross-sectional view of an optical element having a sixteenth configuration according to Modification 2 of Embodiment 1. FIG. 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。7 is an example of a schematic cross-sectional view of an optical element having a sixteenth configuration according to Modification 2 of Embodiment 1. FIG. 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。7 is an example of a schematic cross-sectional view of an optical element having a sixteenth configuration according to Modification 2 of Embodiment 1. FIG. 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。7 is an example of a schematic cross-sectional view of an optical element having a sixteenth configuration according to Modification 2 of Embodiment 1. FIG. 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。7 is an example of a schematic cross-sectional view of an optical element having a sixteenth configuration according to Modification 2 of Embodiment 1. FIG. 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。7 is an example of a schematic cross-sectional view of an optical element having a seventeenth configuration according to Modification 2 of Embodiment 1. FIG. 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。7 is an example of a schematic cross-sectional view of an optical element having a seventeenth configuration according to Modification 2 of Embodiment 1. FIG. 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。FIG. 7 is a schematic diagram illustrating the orientation of liquid crystal molecules in a first state and a second state of an optical element according to Example 7. 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。7 is a graph showing the relationship between the Stokes parameter S3 and the wavelength of emitted light when the optical elements according to Examples 1 and 7 are not modulated. 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。7 is a graph showing the relationship between the Stokes parameter S3 during modulation and the wavelength of emitted light for the optical elements according to Examples 1 and 7. FIG. 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。FIG. 3 is a graph showing the relationship between the Stokes parameter S3 and the azimuth when the optical element according to Example 1 is not modulated when the incident angle is set to 30 degrees. FIG. 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。7 is a graph showing the relationship between the Stokes parameter S3 and the azimuth during modulation of the optical element according to Example 1 when the incident angle is set to 30°. 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。12 is a graph showing the relationship between the Stokes parameter S3 and the azimuth when the optical element according to Example 7 is not modulated when the incident angle is set to 30°. 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。12 is a graph showing the relationship between the Stokes parameter S3 and the azimuth during modulation of the optical element according to Example 7 when the incident angle is set to 30°. 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。12 is a graph showing the Stokes parameter S3 at the time of non-modulation with respect to the retardation Rth in the thickness direction of the second C plate included in the optical element of Example 7. 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。7 is a graph showing the Stokes parameter S3 at the time of modulation with respect to the retardation Rth in the thickness direction of the second C plate included in the optical element of Example 7. 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。12 is a graph showing the Stokes parameter S3 at the time of non-modulation with respect to the retardation Rth in the thickness direction of the first C plate included in the optical element of Example 7. 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。7 is a graph showing the Stokes parameter S3 at the time of modulation with respect to the retardation Rth in the thickness direction of the first C plate included in the optical element of Example 7. 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。12 is a graph showing the Stokes parameter S3 at the time of non-modulation with respect to the retardation Rth in the thickness direction of the negative C plate included in the optical element of Example 7. 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。12 is a graph showing the Stokes parameter S3 at the time of modulation with respect to the retardation Rth in the thickness direction of the negative C plate included in the optical element of Example 7. 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。12 is a graph showing the Stokes parameter S3 at the time of non-modulation with respect to the in-plane phase difference Re of the second A plate included in the optical element of Example 7. 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。12 is a graph showing the Stokes parameter S3 during modulation with respect to the in-plane phase difference Re of the second A plate included in the optical element of Example 7. 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。7 is a graph showing the Stokes parameter S3 at the time of non-modulation with respect to the azimuth angle of the slow axis of the second A plate included in the optical element of Example 7. 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。7 is a graph showing the Stokes parameter S3 at the time of modulation with respect to the azimuth angle of the slow axis of the second A plate included in the optical element of Example 7. 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。12 is a graph showing the Stokes parameter S3 at the time of non-modulation with respect to the in-plane phase difference Re of the first A plate included in the optical element of Example 7. 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。7 is a graph showing the Stokes parameter S3 at the time of modulation with respect to the in-plane phase difference Re of the first A plate included in the optical element of Example 7. 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。12 is a graph showing the Stokes parameter S3 at the time of non-modulation with respect to the azimuth angle of the slow axis of the first A plate included in the optical element of Example 7. 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。7 is a graph showing the Stokes parameter S3 at the time of modulation with respect to the azimuth angle of the slow axis of the first A plate included in the optical element of Example 7. 偏光状態について説明する図である。It is a figure explaining a polarization state. 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。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of an optical element according to Modification 3 of Embodiment 1; 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。FIG. 7 is a schematic diagram illustrating the orientation of liquid crystal molecules in a first state and a second state of an optical element according to a third modification of the first embodiment. 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。12 is a graph showing the relationship between the Stokes parameter S3 and the wavelength of emitted light when the optical elements according to Example 8, Comparative Example 1, and Comparative Example 2 are not modulated. 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。7 is a graph showing the relationship between the Stokes parameter S3 during modulation and the wavelength of emitted light for optical elements according to Example 8, Comparative Example 1, and Comparative Example 2. 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。12 is a graph showing the relationship between the Stokes parameter S3 and the azimuth when the optical element according to Example 8 is not modulated when the incident angle is set to 30°. 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。12 is a graph showing the relationship between Stokes parameter S3 and azimuth during modulation of the optical element according to Example 8 when the incident angle is set to 30°.

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。 Embodiments of the present invention will be described below. The present invention is not limited to the content described in the following embodiments, and design changes can be made as appropriate within the scope that satisfies the configuration of the present invention. In the following description, the same reference numerals will be used for the same parts or parts having similar functions in different drawings, and repeated explanations will be omitted as appropriate. Each aspect of the present invention may be combined as appropriate without departing from the gist of the present invention.

(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。
(Definition of terms)
In this specification, azimuth means the direction when the target direction is projected onto the substrate surface on the output side of the optical element, and is expressed by the angle (azimuth angle) between it and the reference azimuth. Ru. Here, the reference orientation (0°) is set in the horizontal right direction of the screen of the liquid crystal panel when the optical element is viewed from the output side. For azimuth angles, counterclockwise rotation is a positive angle, and clockwise rotation is a negative angle. Both counterclockwise and clockwise represent rotation directions when the optical element is viewed from the output side. In addition, the azimuth angle represents a value measured when the optical element is viewed in plan from the output side.

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。 In this specification, two straight lines (including axes, directions, and orientations) being orthogonal to each other means that they are orthogonal when the optical element is viewed in plan from the output side. Also, when one of two straight lines is provided diagonally with respect to the other straight line, it means that one straight line is provided diagonally with respect to the other straight line when the optical element is viewed from the output side in plan. means. Moreover, the angle formed by two straight lines means the angle formed by one straight line and the other straight line when the optical element is viewed in plan from the output side.

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。 In this specification, two straight lines (including axes, directions, and orientations) being orthogonal means that the angle between them is 90°±5°, preferably 90°±3°, more preferably This means 90°±1°, particularly preferably 90° (completely orthogonal). Two straight lines being parallel means that the angle between them is 0°±5°, preferably 0°±3°, more preferably 0°±1°, particularly preferably 0° ( completely parallel).

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。 In this specification, in-plane retardation (in-plane phase difference) Rp is defined as Rp=(ns−nf)d. Further, the retardation Rth in the thickness direction is defined as Rth=(nz−(nx+ny)/2)d. ns refers to the larger one of nx and ny, and nf refers to the smaller one. In addition, nx and ny indicate the principal refractive index in the in-plane direction of the birefringent layer (including the retardation film and the liquid crystal layer), and nz indicates the principal refractive index in the out-of-plane direction, that is, the direction perpendicular to the plane of the birefringent layer. represents the principal refractive index, and d represents the thickness of the birefringent layer.

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。 In this specification, the wavelength for measuring optical parameters such as the principal refractive index and phase difference is 550 nm unless otherwise specified.

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。 Embodiments of the present invention will be described below. The present invention is not limited to the content described in the following embodiments, and design changes can be made as appropriate within the scope that satisfies the configuration of the present invention.

(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。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an optical element according to Embodiment 1. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a first liquid crystal cell and a second liquid crystal cell included in the optical element according to the first embodiment. FIG. 3 is a schematic diagram illustrating the orientation of liquid crystal molecules in the first state and the second state of the optical element according to the first embodiment.

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:Switchable Half Wave Plate)素子を実現することができる。 As shown in FIGS. 1 to 3, the optical element 10 of this embodiment includes a first substrate 100, a first liquid crystal layer 500 containing first liquid crystal molecules 510, a second substrate 200, A third substrate 300, a second liquid crystal layer 600 containing second liquid crystal molecules 610, and a fourth substrate 400 are provided in this order, and the first substrate 100, the first liquid crystal layer 500, and the second The substrate 200 constitutes the first liquid crystal cell 11A, and the third substrate 300, the second liquid crystal layer 600, and the fourth substrate 400 constitute the second liquid crystal cell 11B. The first liquid crystal cell 11A has a first solid electrode 120 as the first electrode for applying voltage to the first liquid crystal layer 500 on at least one of the first substrate 100 and the second substrate 200. and a second solid electrode 220. The second liquid crystal cell 11B has a third solid electrode 320 as the second electrode for applying voltage to the second liquid crystal layer 600 on at least one of the third substrate 300 and the fourth substrate 400. and a fourth solid electrode 420. The first electrode and the second electrode have a first state in which the second liquid crystal molecules 610 are twistedly aligned and the first liquid crystal molecules 510 are vertically aligned, and a first state in which the first liquid crystal molecules 510 are twistedly aligned. and a second state in which the second liquid crystal molecules 610 are vertically aligned. The azimuth of the alignment direction 611A of the second liquid crystal molecules 611 on the third substrate 300 side in the first state and the azimuth of the alignment direction 612A of the second liquid crystal molecules 612 on the fourth substrate 400 side in the first state The angle is the azimuth angle of the orientation direction 511A of the first liquid crystal molecules 511 on the first substrate 100 side in the second state, and the azimuth angle of the first liquid crystal molecules 512 on the second substrate 200 side in the second state, respectively. This is an angle obtained by rotating the azimuth angle of the alignment direction 512A by 1/4 in the same direction. By adopting such an aspect, it becomes possible to drive the first state and the second state in the same manner except that the entire system is rotated by 1/4, and the first state and the second state can be driven in the same manner with the exception of rotating the entire system by 1/4. It becomes possible to realize polarization modulation in one of the second states and to realize polarization non-modulation in the other state. That is, it is possible to realize an optical element that can switch between polarization modulation and polarization non-modulation over a wide band and wide viewing angle, more specifically, a variable half wave plate (sHWP) element.

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。 Here, when attempting to realize sHWP with a single liquid crystal layer, a configuration of the optical element 10R1 of Comparative Form 1 using a liquid crystal cell 11R1 including a TN liquid crystal layer 500R1 twisted by 90° as shown in FIG. 4 is considered. It will be done. More specifically, the optical element 10R1 of Comparative Form 1 includes a 1/4 wavelength film 15R whose slow axis has an azimuth angle of 75°, and a 1/2 wavelength film whose slow axis has an azimuth angle of 15°. 16R, the liquid crystal cell 11R1, the 1/2 wavelength film 17R whose slow axis has an azimuth of -75°, and the 1/4 wavelength film 18R whose slow axis has an azimuth of -15°. Be prepared. FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of an optical element according to Comparative Form 1.

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。 In addition, when attempting to realize sHWP with two liquid crystal layers, an optical system of comparative form 2 in which a TN liquid crystal layer 500R2 with a 70° twist and a TN liquid crystal layer 500R3 with a -70° twist are laminated, as shown in FIG. A configuration of the element 10R2 is considered. FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of an optical element according to Comparative Form 2.

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。 FIG. 6 is a graph showing the relationship between the Stokes parameter S3 during modulation and the wavelength of emitted light for the optical elements according to Embodiment 1, Comparative Form 1, and Comparative Form 2. FIG. 6 shows the wavelength dependence of the polarization state of emitted light when right-handed circularly polarized light (Stokes parameter S3=+1) is incident. The closer S3 is to -1, the more the light is converted to left-handed circularly polarized light. The closer it is to -1 over a wide range of wavelengths, the more broadband it can be said to be during modulation.

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。 Although the optical element 10R1 of Comparative Form 1 is easy to design, it is difficult to widen the band as shown in FIG. 6 due to the influence of wavelength dispersion of the 90° twisted TN liquid crystal layer 500R1. Further, in the optical element 10R2 of Comparative Form 2, it is possible to achieve a wide band by stacking liquid crystal layers twisted by about 70 degrees, but it is difficult to achieve a wide viewing angle. On the other hand, the optical element 10 of this embodiment can switch between polarization modulation and polarization non-modulation over a wide band and wide viewing angle.

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。 Patent Document 1 does not disclose polarization modulation characteristics at all. Patent Document 1 discloses a configuration of a single-layer TN liquid crystal layer, but in this configuration, polarization conversion is only performed appropriately at a specific wavelength during polarization modulation (inactive or voltage OFF in Patent Document 1). Therefore, it is not possible to achieve broadband polarization conversion.

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。 More specifically, in the single-layer structure disclosed in Patent Document 1, liquid crystal molecules are twisted at 90° during polarization modulation, and when polarization is not modulated, liquid crystal molecules are vertically aligned due to the application of a vertical electric field. Orient. During polarization modulation, liquid crystal molecules are oriented in a 90° twist, so there is wavelength dependence, and polarization modulation cannot be achieved over a wide band. Even if polarization modulation could be achieved over a wide band by adjusting the twist angle of the liquid crystal molecules, the cell thickness of the liquid crystal layer, etc., when the polarization is not modulated, the polarization will be unmodulated over a wide band due to the influence of residual retardation from the liquid crystal molecules near the substrate. Modulation cannot be achieved. In other words, it is not possible to simultaneously perform polarization modulation and non-modulation in a wide band.

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。 Patent Document 5 does not disclose any modulation characteristics. Furthermore, there is no description of specific physical properties of the retardation film or the like. Furthermore, since one of the stacked liquid crystal cells in Patent Document 5 is used as a backup, it is considered that the cell design is the same as that of the other liquid crystal cell.

以下、本実施形態について詳細に説明する。 This embodiment will be described in detail below.

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。 The alignment direction of the first liquid crystal molecules on the first substrate side is the alignment direction of the first liquid crystal molecules horizontally aligned in the vicinity of the first substrate. More specifically, when the alignment film provided on the first liquid crystal layer side of the first substrate is a horizontal alignment film, the alignment direction of the first liquid crystal molecules on the first substrate side is the first refers to the alignment direction of the first liquid crystal molecules located at the interface of the liquid crystal layer on the first substrate side. If the alignment film provided on the first liquid crystal layer side of the first substrate is a vertical alignment film, the liquid crystal molecules located at the interface of the first liquid crystal layer on the first substrate side are vertically aligned. , the orientation direction of the first liquid crystal molecules on the first substrate side is the orientation direction of the first liquid crystal molecules in a horizontally aligned state located inside the first liquid crystal layer from the interface on the first substrate side. means.

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。 Similarly, the alignment direction of the first liquid crystal molecules on the second substrate side is the alignment direction of the first liquid crystal molecules horizontally aligned in the vicinity of the second substrate. More specifically, when the alignment film provided on the first liquid crystal layer side of the second substrate is a horizontal alignment film, the alignment direction of the first liquid crystal molecules on the second substrate side is the first liquid crystal layer. refers to the orientation direction of the first liquid crystal molecules located at the interface of the liquid crystal layer on the second substrate side. If the alignment film provided on the first liquid crystal layer side of the second substrate is a vertical alignment film, the liquid crystal molecules located at the interface of the first liquid crystal layer on the second substrate side are vertically aligned. , the orientation direction of the first liquid crystal molecules on the second substrate side is the orientation direction of the first liquid crystal molecules in a horizontally aligned state located inside the first liquid crystal layer from the interface on the second substrate side. means.

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。 Similarly, the alignment direction of the second liquid crystal molecules on the third substrate side is the alignment direction of the second liquid crystal molecules horizontally aligned in the vicinity of the third substrate. More specifically, when the alignment film provided on the second liquid crystal layer side of the third substrate is a horizontal alignment film, the alignment direction of the second liquid crystal molecules on the third substrate side is the second liquid crystal layer side. refers to the alignment direction of the second liquid crystal molecules located at the interface of the liquid crystal layer on the third substrate side. If the alignment film provided on the second liquid crystal layer side of the third substrate is a vertical alignment film, the liquid crystal molecules located at the interface of the second liquid crystal layer on the third substrate side are vertically aligned. , the orientation direction of the second liquid crystal molecules on the third substrate side is the orientation direction of the second liquid crystal molecules in a horizontally aligned state located inside the second liquid crystal layer from the interface on the third substrate side. means.

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。 Similarly, the alignment direction of the second liquid crystal molecules on the fourth substrate side is the alignment direction of the second liquid crystal molecules horizontally aligned in the vicinity of the fourth substrate. More specifically, when the alignment film provided on the second liquid crystal layer side of the fourth substrate is a horizontal alignment film, the alignment direction of the second liquid crystal molecules on the fourth substrate side is the second liquid crystal layer side. refers to the orientation direction of the second liquid crystal molecules located at the interface of the liquid crystal layer on the fourth substrate side. If the alignment film provided on the second liquid crystal layer side of the fourth substrate is a vertical alignment film, the liquid crystal molecules located at the interface of the second liquid crystal layer on the fourth substrate side are vertically aligned. , the orientation direction of the second liquid crystal molecules on the fourth substrate side is the orientation direction of the second liquid crystal molecules in a horizontally aligned state located inside the second liquid crystal layer from the interface on the fourth substrate side. means.

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。 The azimuthal angle of the alignment direction of the second liquid crystal molecules on the third substrate side in the first state and the azimuth angle of the alignment direction of the second liquid crystal molecules on the fourth substrate side in the first state are respectively the second The azimuthal angle of the alignment direction of the first liquid crystal molecules on the first substrate side in the state and the azimuth angle of the alignment direction of the first liquid crystal molecules on the second substrate side in the second state are rotated by 1/4 in the same direction. The angle refers to the azimuth angle of the alignment direction of the second liquid crystal molecules on the third substrate side in the first state and the azimuth angle of the alignment direction of the second liquid crystal molecules on the fourth substrate side in the first state. The angle is the azimuthal angle of the alignment direction of the first liquid crystal molecules on the first substrate side in the second state, and the azimuth angle of the alignment direction of the first liquid crystal molecules on the second substrate side in the second state, respectively. or the azimuth angle of the alignment direction of the second liquid crystal molecules on the third substrate side in the first state and the second angle on the fourth substrate side in the first state. The azimuth angle of the alignment direction of the liquid crystal molecules is the azimuth angle of the alignment direction of the first liquid crystal molecules on the first substrate side in the second state and the azimuth angle of the alignment direction of the first liquid crystal molecules on the second substrate side in the second state, respectively. It is an angle obtained by rotating the azimuth angle of the alignment direction by 1/4 in the negative direction.

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。 Here, 1/4 rotation means 80° or more and 100° or less, preferably 85° or more and 95° or less, and more preferably 87° or more and 93° or less.

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。 The first liquid crystal cell 11A includes, in order from the incident side to the output side, a first substrate 100, a first liquid crystal layer 500 containing first liquid crystal molecules 510, and a second substrate 200. Be prepared. The first substrate 100 includes a first support substrate 110 and a first solid electrode 120, and the second substrate 200 includes a second support substrate 210 and a second solid electrode 220.

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。 The second liquid crystal cell 11B includes, in order from the incident side to the output side, a third substrate 300, a second liquid crystal layer 600 containing second liquid crystal molecules 610, and a fourth substrate 400. Be prepared. The third substrate 300 includes a third support substrate 310 and a third solid electrode 320, and the fourth substrate 400 includes a fourth support substrate 410 and a fourth solid electrode 420.

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。 Examples of the first support substrate 110, the second support substrate 210, the third support substrate 310, and the fourth support substrate 410 include insulating substrates such as glass substrates and plastic substrates. Examples of the material for the glass substrate include glasses such as float glass and soda glass. Examples of the material for the plastic substrate include plastics such as polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polyether sulfone, polycarbonate, polyimide, and alicyclic polyolefin.

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。 The first solid electrode 120, the second solid electrode 220, the third solid electrode 320, and the fourth solid electrode 420 are made of, for example, indium tin oxide (ITO), indium zinc oxide (IZO), A transparent conductive material such as zinc (ZnO), tin oxide (SnO), or an alloy thereof is formed into a single layer or multiple layers by a sputtering method, etc., and then patterned using a photolithography method. It can be formed by In this specification, a solid electrode refers to an electrode in which a slit or opening is not provided at least in a region that overlaps with an optical aperture of a picture element in plan view.

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。 One of the first solid electrode 120 and the second solid electrode 220 is a pixel electrode, and the other is a common electrode. One of the third solid electrode 320 and the fourth solid electrode 420 is a pixel electrode, and the other is a common electrode.

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。 The first liquid crystal layer 500 includes a liquid crystal material, and by applying a voltage to the first liquid crystal layer 500, the alignment state of the first liquid crystal molecules 510 in the liquid crystal material is changed according to the applied voltage. By doing so, the polarization state of light passing through the first liquid crystal layer 500 can be changed.

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。 The second liquid crystal layer 600 includes a liquid crystal material, and by applying a voltage to the second liquid crystal layer 600, the alignment state of the second liquid crystal molecules 610 in the liquid crystal material is changed according to the applied voltage. By doing so, the polarization state of light passing through the second liquid crystal layer 600 can be changed.

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)
The first liquid crystal molecule 510 and the second liquid crystal molecule 610 may be positive type liquid crystal molecules having a positive dielectric anisotropy (Δε) defined by the following formula (L), or It may be a negative type liquid crystal molecule having a value of . Alternatively, one of the first liquid crystal molecules 510 and the second liquid crystal molecules 610 may be a positive type liquid crystal molecule, and the other may be a negative type liquid crystal molecule. This embodiment will be described using an example in which the first liquid crystal molecule 510 and the second liquid crystal molecule 610 are positive liquid crystal molecules. Note that the long axis direction of the liquid crystal molecules is the slow axis direction.
Δε = (permittivity in the long axis direction of liquid crystal molecules) - (permittivity in the short axis direction of liquid crystal molecules) (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。 The first liquid crystal layer 500 contains first liquid crystal molecules 510 that are twistedly aligned between the first substrate 100 and the second substrate 200. In the second state, the first liquid crystal molecules 510 are twisted and oriented from the first substrate 100 side to the second substrate 200 side.

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。 The second liquid crystal layer 600 contains second liquid crystal molecules 610 that are twistedly aligned between the third substrate 300 and the fourth substrate 400. In the first state, the second liquid crystal molecules 610 are twisted and oriented from the third substrate 300 side to the fourth substrate 400 side.

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。 The twisted orientation of the first liquid crystal molecules 510 and the second liquid crystal molecules 610 can be realized, for example, by adding a chiral agent to the liquid crystal material. The chiral agent is not particularly limited, and conventionally known ones can be used. As the chiral agent, for example, S-811 (manufactured by Merck & Co., Ltd.) can be used.

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。 The first liquid crystal molecule 510 and the second liquid crystal molecule 610 of this embodiment are positive-type liquid crystal molecules with twisted orientation. Therefore, when the first liquid crystal layer 500 is in a voltage applied state and the second liquid crystal layer 600 is in a non-voltage applied state, the first liquid crystal molecules 510 are vertically aligned, and the second liquid crystal molecules 610 It is possible to realize the first state in which the crystals are oriented in a twisted manner. Further, when the first liquid crystal layer 500 is in a state where no voltage is applied and the second liquid crystal layer 600 is in a state where a voltage is applied, the first liquid crystal molecules 510 are twistedly aligned, and the second liquid crystal molecules 610 It is possible to realize a second state in which the particles are vertically aligned. In this embodiment, polarization non-modulation can be achieved in the first state, and polarization modulation can be achieved in the second state.

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。 The retardation of the first liquid crystal layer 500 in the second state at a wavelength of 550 nm is 200 nm or more and 260 nm or less, and the retardation of the second liquid crystal layer 600 in the first state at a wavelength of 550 nm is 210 nm or more and 260 nm or more. It is preferable that it is below. By adopting such an aspect, polarization modulation and polarization non-modulation can be switched over a wider band. In this specification, a voltage application state in which a voltage equal to or higher than a threshold is applied to the liquid crystal layer is also simply referred to as a "voltage application state" or "at the time of voltage application", and a voltage application state in which a voltage less than the threshold is applied to the liquid crystal layer (no voltage applied) A state in which no voltage is applied (including voltage applied) is also simply referred to as a "state in which no voltage is applied" or "when no voltage is applied."

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。 The first liquid crystal molecules 510 in the second state are twisted oriented with a twist angle of 61° or more and 75° or less, and the second liquid crystal molecules 610 in the first state are twisted oriented with a twist angle of 64° or more and 74° or less. It is preferable to do so. By adopting such an aspect, polarization modulation and polarization non-modulation can be switched over a wider band. The twist angle of the liquid crystal molecules can be determined by measuring the Mueller matrix after exiting the liquid crystal layer using Axoscan (manufactured by Optoscience).

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。 The twist angle of the first liquid crystal molecules 510 in the second state is the azimuth angle of the alignment direction 511A of the first liquid crystal molecules 511 on the first substrate 100 side in the second state, and the twist angle of the first liquid crystal molecules 510 on the second substrate 200 side in the second state. This refers to the angle formed by the azimuth angle of the alignment direction 512A of the liquid crystal molecules 512. The twist angle of the second liquid crystal molecules 610 in the first state is the azimuth angle of the alignment direction 611A of the second liquid crystal molecules 611 on the third substrate 300 side in the first state, and the second twist angle on the fourth substrate 400 side in the first state. This refers to the angle formed by the azimuth angle of the alignment direction 612A of the liquid crystal molecules 612.

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。 The azimuth angle of the orientation direction 511A of the first liquid crystal molecules 511 on the first substrate 100 side in the second state is -9° or more and 7° or less, and the second The azimuth angle of the alignment direction 611A of the liquid crystal molecules 611 is preferably 85° or more and 96° or less. By adopting such an aspect, polarization modulation and polarization non-modulation can be switched over a wider band. For example, the azimuth angle of the orientation direction 511A of the first liquid crystal molecules 511 on the first substrate 100 side in the second state is 0°, and the orientation angle of the second liquid crystal molecules 611 on the third substrate 300 side in the first state is 0°. The azimuth angle of direction 611A can be set to 90°.

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。 The first liquid crystal cell 11A includes a first alignment film 41 on the first liquid crystal layer 500 side of the first substrate 100, and a second alignment film 41 on the first liquid crystal layer 500 side of the second substrate 200. 42 is preferable. The second liquid crystal cell 11B includes a third alignment film 43 on the second liquid crystal layer 600 side of the third substrate 300, and a fourth alignment film 43 on the second liquid crystal layer 600 side of the fourth substrate 400. 44 is preferred.

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。 The first alignment film 41 and the second alignment film 42 have a function of controlling the alignment of the first liquid crystal molecules 510 in the first liquid crystal layer 500, and the first alignment film 41 and the second alignment film 42 have a function of controlling the alignment of the first liquid crystal molecules 510 in the first liquid crystal layer 500. In some cases, the alignment of the first liquid crystal molecules 510 in the first liquid crystal layer 500 is controlled mainly by the functions of the first alignment film 41 and the second alignment film 42 .

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。 The third alignment film 43 and the fourth alignment film 44 have a function of controlling the alignment of the second liquid crystal molecules 610 in the second liquid crystal layer 600, and when the second liquid crystal layer 600 is in a state where no voltage is applied. In some cases, the alignment of the second liquid crystal molecules 610 in the second liquid crystal layer 600 is controlled mainly by the functions of the third alignment film 43 and the fourth alignment film 44 . The first alignment film 41, the second alignment film 42, the third alignment film 43, and the fourth alignment film 44 are also simply referred to as alignment films below.

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。 As the material for the alignment film, common materials in the field of liquid crystal display panels can be used, such as polymers having polyimide in the main chain, polymers having polyamic acid in the main chain, polymers having polysiloxane in the main chain, and the like. The alignment film can be formed by applying an alignment film material, and the coating method is not particularly limited, and for example, flexographic printing, inkjet coating, etc. can be used.

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。 The alignment film may be a horizontal alignment film that aligns the liquid crystal molecules substantially horizontally to the film surface, or a vertical alignment film that aligns the liquid crystal molecules substantially perpendicularly to the film surface. In this embodiment, a case will be described in which the first alignment film 41, the second alignment film 42, the third alignment film 43, and the fourth alignment film 44 are horizontal alignment films.

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。 The horizontal alignment film has a function of aligning liquid crystal molecules in the liquid crystal layer in the horizontal direction with respect to the surface of the horizontal alignment film in the pixel region when no voltage is applied to the liquid crystal layer. Here, the expression that the liquid crystal molecules are aligned horizontally with respect to the surface of the horizontal alignment film means that the pretilt angle of the liquid crystal molecules is 0° to 5° with respect to the surface of the horizontal alignment film, and preferably This means 0° to 2°, more preferably 0° to 1°. The pretilt angle of liquid crystal molecules means the angle at which the long axis of the liquid crystal molecules is inclined with respect to the main surface of each substrate when no voltage is applied to the liquid crystal layer.

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。 The vertical alignment film has a function of aligning liquid crystal molecules in the liquid crystal layer in a direction perpendicular to the surface of the vertical alignment film in the pixel region when no voltage is applied to the liquid crystal layer. Here, the liquid crystal molecules are aligned perpendicularly to the surface of the vertical alignment film means that the pretilt angle of the liquid crystal molecules is 86° to 90° with respect to the surface of the vertical alignment film, and preferably It means 87° to 89°, more preferably 87.5° to 89°.

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。 Further, the alignment film may be a photo-alignment film that has a photo-functional group and has been subjected to a photo-alignment treatment as an alignment treatment, or may be a rubbed alignment film that has been subjected to a rubbing treatment as an alignment treatment. good. By performing alignment treatment, pretilt can be imparted to liquid crystal molecules.

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。 Since the orientation direction of the liquid crystal molecules is the direction of the main axis of orientation (the direction in which the long axes of molecules are aligned on average in nematic liquid crystal), the azimuth angle of the orientation direction 511A of the first liquid crystal molecules 511 on the first substrate 100 side is , coincides with the azimuth angle of the alignment treatment direction of the alignment film (first alignment film 41) provided on the first liquid crystal layer 500 side of the first substrate 100. The azimuth angle of the alignment direction 512A of the first liquid crystal molecules 512 on the second substrate 200 side is the azimuth angle of the alignment film (second alignment film 42) provided on the first liquid crystal layer 500 side of the second substrate 200. Matches the azimuth of the orientation process direction. The azimuth angle of the alignment direction 611A of the second liquid crystal molecules 611 on the third substrate 300 side is determined by the orientation angle of the alignment film (third alignment film 43) provided on the second liquid crystal layer 600 side of the third substrate 300. Matches the azimuth of the orientation process direction. The azimuth of the orientation direction 612A of the second liquid crystal molecules 612 on the fourth substrate 400 side is the orientation angle of the alignment film (fourth alignment film 44) provided on the second liquid crystal layer 600 side of the fourth substrate 400. Matches the azimuth of the orientation process direction.

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。 FIG. 7 is a schematic cross-sectional view illustrating the first state of the optical element according to the first embodiment. FIG. 8 is a schematic cross-sectional view illustrating the second state of the optical element according to the first embodiment. It is preferable that the optical element 10 of this embodiment includes a negative C plate 12 between the first liquid crystal cell 11A and the second liquid crystal cell 11B. By adopting such an aspect, as shown in FIG. 7, in the first state, it becomes possible to cancel the phase difference when the first liquid crystal cell 11A is obliquely incident on the negative C plate 12. Further, as shown in FIG. 8, in the second state, it is possible to cancel the phase difference when the second liquid crystal cell 11B is obliquely incident with the negative C plate 12. As a result, it becomes possible to enable only the liquid crystal layer that is not driven, and it is possible to switch between polarization modulation and non-polarization modulation over a wider band and wider viewing angle.

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。 An example of the negative C plate 12 is a stretched cycloolefin polymer film.

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。 The retardation Rth in the thickness direction of the negative C plate 12 is preferably −220 nm or more and 0 nm or less. By adopting such an aspect, polarization modulation and polarization non-modulation can be switched over a wider band. Because the negative C plate 12 may have an in-plane retardation of several nanometers due to manufacturing reasons, the in-plane retardation of the negative C plate 12 is, for example, 0 nm or more and 5 nm or less.

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。 As shown in FIG. 1 etc., the optical element 10 of this embodiment is arranged on the opposite side of the first liquid crystal cell 11A to the second liquid crystal cell 11B, or on the side opposite to the first liquid crystal cell 11A of the second liquid crystal cell 11B. Preferably, a first quarter wavelength film 13 is provided on the opposite side. By adopting such an aspect, polarization modulation and polarization non-modulation can be switched over a wider band.

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。 The optical element 10 of this embodiment may include a second quarter wavelength film 14 on the opposite side of the first quarter wavelength film 13 from the first liquid crystal cell 11A and the second liquid crystal cell 11B. preferable. By adopting such an aspect, it is possible to switch between polarization modulation and polarization non-modulation in a wider band.

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。 The 1/4 wavelength film (specifically, the first 1/4 wavelength film 13 and the second 1/4 wavelength film 14) has an in-plane wavelength of 20 nm or more and 240 nm or less for light with a wavelength of at least 550 nm. Any material that provides a phase difference may be used.

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。 Examples of the material for the quarter wavelength film include photopolymerizable liquid crystal materials. Examples of the structure of the photopolymerizable liquid crystal material include a structure having a photopolymerizable group such as an acrylate group or a methacrylate group at the end of the skeleton of a liquid crystal molecule.

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。 A quarter wavelength film can be formed, for example, by the method described below. First, a photopolymerizable liquid crystal material is dissolved in an organic solvent such as propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA). Next, the obtained solution is applied onto the surface of a substrate (for example, a polyethylene terephthalate (PET) film) to form a coating film of the solution. Thereafter, a 1/4 wavelength film is formed by sequentially performing pre-baking, light irradiation (for example, ultraviolet ray irradiation), and main baking on the coating film of this solution.

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。 Alternatively, a liquid crystal polymer obtained by adding a chiral agent to the photopolymerizable liquid crystal material and polymerizing it in a 70° twisted state may be used as a 1/4 wavelength film.

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。 As the 1/4 wavelength film, for example, a stretched polymer film can also be used. Examples of the material for the polymer film include cycloolefin polymer, polycarbonate, polysulfone, polyethersulfone, polyethylene terephthalate, polyethylene, polyvinyl alcohol, norbornene, triacetylcellulose, diacylcellulose, and the like.

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。 It is preferable that the first quarter wavelength film 13 has reverse wavelength dispersion characteristics. By adopting such an aspect, polarization modulation and polarization non-modulation can be switched over a wider band. Here, in this specification, "wavelength dispersion of a retardation film" refers to the correlation between the absolute value of the retardation provided by the retardation film and the wavelength of incident light. In the visible light range, the property that the absolute value of the retardation imparted by a retardation film does not change even if the wavelength of incident light changes is called "flat wavelength dispersion property." In addition, in the visible light range, the property that the absolute value of the retardation imparted by a retardation film decreases as the wavelength of the incident light increases is called "positive wavelength dispersion property." The property that the absolute value of the retardation imparted by the retardation film increases as the retardation film increases is called "reverse wavelength dispersion property."

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。 The in-plane retardation of the first quarter-wavelength film 13 at a wavelength of 450 nm relative to the in-plane retardation at a wavelength of 550 nm is preferably 0.7 times or more and 1 time or less. By adopting such an aspect, polarization modulation and polarization non-modulation can be switched over a wider band.

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。 The in-plane retardation of the first quarter-wavelength film 13 at a wavelength of 650 nm relative to the in-plane retardation at a wavelength of 550 nm is preferably 1 time or more and 1.3 times or less. By adopting such an aspect, polarization modulation and polarization non-modulation can be switched over a wider band.

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。 The azimuth angle of the slow axis 13A of the first quarter-wavelength film 13 shown in FIG. 3 is preferably 52° or more and 60° or less. By adopting such an aspect, polarization modulation and polarization non-modulation can be switched over a wider band.

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。 The in-plane retardation of the first quarter-wavelength film 13 at a wavelength of 550 nm is preferably 90 nm or more and 170 nm or less. By adopting such an aspect, polarization modulation and polarization non-modulation can be switched over a wider band.

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。 The second quarter-wavelength film 14 preferably has flat wavelength dispersion characteristics. By adopting such an aspect, polarization modulation and polarization non-modulation can be switched over a wider band.

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。 The azimuth angle of the slow axis 14A of the second quarter-wavelength film 14 shown in FIG. 3 is preferably 8° or more and 18° or less. By adopting such an aspect, polarization modulation and polarization non-modulation can be switched over a wider band.

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。 The in-plane retardation of the second quarter-wavelength film 14 at a wavelength of 550 nm is preferably 120 nm or more and 150 nm or less. By adopting such an aspect, polarization modulation and polarization non-modulation can be switched over a wider band.

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。 Preferably, the light incident on the optical element 10 is circularly polarized light. By adopting such an aspect, it is possible to realize the optical element 10 that can switch the polarization state of circularly polarized light.

(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。
(Modification 1 of Embodiment 1)
In this modification, the optical element 10 of Embodiment 1 further includes a first positive C plate on the opposite side of the first liquid crystal cell 11A to the second liquid crystal cell 11B; An embodiment in which a second positive C plate is provided on the opposite side of the first liquid crystal cell 11A will be described.

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。 FIG. 9 is a schematic cross-sectional view of an optical element according to Modification 1 of Embodiment 1. As shown in FIG. 9, the optical element 10 of this embodiment further includes a first positive C plate 19A on the opposite side of the first liquid crystal cell 11A to the second liquid crystal cell 11B, and the second liquid crystal cell A second positive C plate 19B is provided on the opposite side of the liquid crystal cell 11B from the first liquid crystal cell 11A. By adopting such an aspect, polarization modulation and polarization non-modulation can be realized over a wider band.

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。 As shown in FIG. 9, the second positive C plate 19B is preferably disposed between the second liquid crystal cell 11B and the first quarter wavelength film 13. By adopting such an aspect, polarization modulation and polarization non-modulation can be realized over a wider band.

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。 As the first positive C plate 19A and the second positive C plate 19B, for example, a film containing a material with negative intrinsic birefringence as a component is stretched vertically and horizontally, or a liquid crystal material such as nematic liquid crystal is coated. Those that have been prepared can be used as appropriate.

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。 The retardation Rth in the thickness direction of the first positive C plate 19A is preferably 0 nm or more and 190 nm or less. By adopting such an aspect, polarization modulation and polarization non-modulation can be switched over a wider band.

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。 The retardation Rth in the thickness direction of the second positive C plate 19B is preferably 0 nm or more and 220 nm or less. By adopting such an aspect, polarization modulation and polarization non-modulation can be switched over a wider band.

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。 The first positive C plate 19A and the second positive C plate 19B may have an in-plane phase difference of several nanometers due to production reasons. The in-plane retardation of 19B is, for example, 0 nm or more and 5 nm or less. Note that the retardation Rth in the thickness direction of the first positive C plate 19A and the second positive C plate 19B may be the same or different from each other. Moreover, the in-plane phase difference of the first positive C plate 19A and the second positive C plate 19B may be the same or different from each other.

(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。
(Modification 2 of Embodiment 1)
In the first modification of the first embodiment, the optical element 10 includes a first positive C plate 19A on the opposite side of the first liquid crystal cell 11A to the second liquid crystal cell 11B, and Although an embodiment has been described in which the second positive C plate 19B, the first 1/4 wavelength film 13, and the second 1/4 wavelength film 14 are provided on the side opposite to the first liquid crystal cell 11A, the first liquid crystal cell The first positive C plate 19A may not be arranged on the opposite side of the second liquid crystal cell 11A from the second liquid crystal cell 11B, but is arranged on the opposite side from the first liquid crystal cell 11A of the second liquid crystal cell 11B. The retardation layer is not limited to the aspect of Modification 1 of Embodiment 1, and may have the following aspects.

<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。
<First configuration>
FIG. 81 is a schematic cross-sectional view of an optical element having a first configuration according to Modification 2 of Embodiment 1. As shown in FIG. 81, the optical element 10 having the first configuration according to the second modification of the first embodiment has a first A plate on the opposite side of the second liquid crystal cell 11B from the first liquid crystal cell 11A. 51, and a second A plate 52 disposed on the output side of the first A plate 51. That is, the optical element 10 includes, on the opposite side of the second liquid crystal cell 11B from the first liquid crystal cell 11A, a first A plate 51 and a second A plate 52 in order from the side closest to the second liquid crystal cell 11B. Equipped with. Further, the first positive C plate 19A is not arranged on the opposite side of the first liquid crystal cell 11A from the second liquid crystal cell 11B.

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)
The A plate has a refractive index (nx, ny, nz) that satisfies the following (Formula N1) or (Formula N2). An A plate that satisfies (Formula N1) is also referred to as a positive A plate. An A plate that satisfies (Formula N2) is also referred to as a negative A plate. It is preferable that the first A plate 51 and the second A plate 52 are positive A plates. The first 1/4 wavelength film 13 and the second 1/4 wavelength film 14 in the first embodiment are positive A plates, and the first A plate 51 and the second A plate 52 are positive A plates. In some cases, the first quarter wavelength film 13 in the first embodiment above corresponds to the first A plate 51, and the second quarter wavelength film 14 corresponds to the second A plate 52. Note that due to manufacturing variations, the positive A plate may have nx>ny>nz, and the negative A plate may have nz>nx>ny or nx>nz>ny.
nx>ny=nz (Formula N1)
nz=nx>ny (Formula 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。 Here, "nx" is the refractive index in the direction in which the in-plane refractive index is maximum (i.e., the slow axis direction), and "ny" is the refractive index in the in-plane direction perpendicular to the slow axis. where "nz" is the refractive index in the thickness direction. Unless otherwise specified, the refractive index refers to a value for light at 23° C. and a wavelength of 550 nm. Further, the incident side refers to the side of the optical element where light enters, and the output side refers to the side of the optical element from which light exits.

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。 The first A plate 51 may have reverse wavelength dispersion characteristics, flat wavelength dispersion characteristics, or positive wavelength dispersion characteristics (normal wavelength dispersion characteristics); It is preferable to have wavelength dispersion characteristics. The second A plate 52 may have reverse wavelength dispersion characteristics, flat wavelength dispersion characteristics, or positive wavelength dispersion characteristics, but may have flat wavelength dispersion characteristics or positive wavelength dispersion characteristics. Preferably, it has dispersion properties.

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)
Based on the first configuration shown in FIG. 81, it is preferable to arrange the retardation layer so as to satisfy at least one of (condition 1) to (condition 5) shown below. Note that the C plate has a refractive index (nx, ny, nz) that satisfies the following (Formula N3) or (Formula N4). A C plate that satisfies (Formula N3) is also referred to as a positive C plate. A C plate that satisfies (Formula N4) is also referred to as a negative C plate. Note that due to manufacturing variations, the C plate may have an in-plane retardation Re of several nm.
nz>nx=ny (Formula N3)
nx=ny>nz (Formula 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。
(Condition 1) The optical element 10 has a positive polarity on at least one of the first liquid crystal cell 11A on the side opposite to the second liquid crystal cell 11B and the second liquid crystal cell 11B on the side opposite to the first liquid crystal cell 11A. Equipped with a C plate. By adopting such an aspect, the viewing angle can be improved.
(Condition 2) When at least one of the first A plate 51 and the second A plate 52 is a positive A plate, the optical element 10 has a positive C on at least one of the incident side and the exit side of the positive A plate. Equipped with a plate. By adopting such an aspect, the viewing angle can be improved.
(Condition 3) When at least one of the first A plate 51 and the second A plate 52 is a negative A plate, the optical element 10 has a negative C on at least one of the incident side and the exit side of the negative A plate. Equipped with a plate. By adopting such an aspect, the viewing angle can be improved.
(Condition 4) When at least one of the first A plate 51 and the second A plate 52 is a negative A plate, the optical element 10 is provided between the second liquid crystal cell 11B and the negative A plate. Equipped with a C plate or a negative C plate. By adopting such an aspect, the viewing angle can be improved.
(Condition 5) When one of the first A plate 51 and the second A plate 52 is a positive A plate and the other is a negative A plate, there is a positive Equipped with a C plate or a negative C plate. By adopting such an aspect, the viewing angle can be improved.

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。 In addition to the first configuration, configurations (second configuration to seventeenth configuration) that satisfy at least one of the conditions shown in (Condition 1) to (Condition 5) above will be described below.

<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。
<Second configuration>
82 to 85 are examples of schematic cross-sectional views of an optical element having the second configuration according to the second modification of the first embodiment. As shown in FIGS. 82 to 85, in the optical element 10 of the second configuration, in the first configuration, the first A plate 51 is a positive A plate 51PA, and the second A plate 52 is a positive A plate 51PA. The plate 52PA further includes a C plate 61, and the C plate 61 is located on the side opposite to the second liquid crystal cell 11B of the first liquid crystal cell 11A, or on the side opposite to the first liquid crystal cell 11A of the second liquid crystal cell 11B. is placed on the opposite side.

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。 When the C plate 61 is disposed on the opposite side of the first liquid crystal cell 11A to the second liquid crystal cell 11B, the C plate 61 is preferably a positive C plate 61PC. When the C plate 61 is arranged on the opposite side of the second liquid crystal cell 11B from the first liquid crystal cell 11A, and the positive A plate 52PA is arranged adjacent to the incident side of the C plate 61, the C plate 61 , a positive C plate 61PC is preferable.

<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。
<Third configuration>
86 to 91 are examples of schematic cross-sectional views of an optical element having the third configuration according to the second modification of the first embodiment. As shown in FIGS. 86 to 91, in the optical element 10 of the third configuration, in the first configuration, the first A plate 51 is a positive A plate 51PA, and the second A plate 52 is a positive A plate 51PA. The plate 52PA further includes a first C plate 61 and a second C plate 62 arranged on the output side of the first C plate 61. The first C plate 61 is disposed on the opposite side of the first liquid crystal cell 11A to the second liquid crystal cell 11B, or on the opposite side of the second liquid crystal cell 11B to the first liquid crystal cell 11A, and The C plate 62 is arranged on the side of the second liquid crystal cell 11B opposite to the first liquid crystal cell 11A.

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。 When the first C plate 61 is disposed on the opposite side of the first liquid crystal cell 11A to the second liquid crystal cell 11B, the first C plate 61 is preferably a positive C plate 61PC. The second C plate 62 is arranged on the opposite side of the second liquid crystal cell 11B from the first liquid crystal cell 11A, and the positive A plate 52PA is arranged adjacent to the incident side of the second C plate 62. In this case, the second C plate 62 is preferably a positive C plate 62PC. Note that the configuration shown in FIG. 91 corresponds to the configuration of Embodiment 1 described above.

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。 When a plurality of C plates are arranged on the opposite side of the first liquid crystal cell 11A of the second liquid crystal cell 11B, it is preferable that the plurality of C plates are not adjacent to each other, and specifically, the plurality of C plates Preferably, at least one A plate is arranged in between.

<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。
<Fourth configuration>
92 to 95 are examples of schematic cross-sectional views of an optical element having the fourth configuration according to the second modification of the first embodiment. As shown in FIGS. 92 to 95, in the optical element 10 of the fourth configuration, in the first configuration, the first A plate 51 is a positive A plate 51PA, and the second A plate 52 is a positive A plate 51PA. The plate 52PA further includes a first C plate 61, a second C plate 62 disposed on the output side of the first C plate 61, and a second C plate 62 disposed on the output side of the second C plate 62. A third C plate 63 is provided. The first C plate 61 is disposed on the opposite side of the first liquid crystal cell 11A to the second liquid crystal cell 11B, or on the opposite side of the second liquid crystal cell 11B to the first liquid crystal cell 11A, and The C plate 62 and the third C plate 63 are arranged on the opposite side of the second liquid crystal cell 11B from the first liquid crystal cell 11A.

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。 When the first C plate 61 is disposed on the opposite side of the first liquid crystal cell 11A to the second liquid crystal cell 11B, the first C plate 61 is preferably a positive C plate 61PC. A third C plate 63 is arranged on the opposite side of the second liquid crystal cell 11B from the first liquid crystal cell 11A, and a positive A plate 52PA is arranged adjacent to the incident side of the third C plate 63. In this case, the third C plate 63 is preferably a positive C plate 63PC.

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。 When a plurality of C plates are arranged on the opposite side of the first liquid crystal cell 11A of the second liquid crystal cell 11B, it is preferable that the plurality of C plates are not adjacent to each other, and specifically, the plurality of C plates Preferably, at least one A plate is arranged in between.

<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。
<Fifth configuration>
FIG. 96 is an example of a schematic cross-sectional view of an optical element having a fifth configuration according to Modification 2 of Embodiment 1. As shown in FIG. 96, in the optical element 10 of the fifth configuration, in the first configuration, the first A plate 51 is a positive A plate 51PA, and the second A plate 52 is a positive A plate 52PA. In addition, a first C plate 61, a second C plate 62 disposed on the output side of the first C plate 61, and a third C plate 62 disposed on the output side of the second C plate 62. It includes a plate 63 and a fourth C plate 64 arranged on the output side of the third C plate 63. The first C plate 61 is disposed on the opposite side of the first liquid crystal cell 11A to the second liquid crystal cell 11B, or on the opposite side of the second liquid crystal cell 11B to the first liquid crystal cell 11A, and The C plate 62, the third C plate 63, and the fourth C plate 64 are arranged on the opposite side of the second liquid crystal cell 11B from the first liquid crystal cell 11A.

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。 When the first C plate 61 is disposed on the opposite side of the first liquid crystal cell 11A to the second liquid crystal cell 11B, the first C plate 61 is preferably a positive C plate 61PC. A fourth C plate 64 is arranged on the opposite side of the second liquid crystal cell 11B from the first liquid crystal cell 11A, and a positive A plate 52PA is arranged adjacent to the incident side of the fourth C plate 64. In this case, the fourth C plate 64 is preferably a positive C plate 64PC.

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。 When a plurality of C plates are arranged on the opposite side of the first liquid crystal cell 11A of the second liquid crystal cell 11B, it is preferable that the plurality of C plates are not adjacent to each other, and specifically, the plurality of C plates Preferably, at least one A plate is arranged in between.

<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。
<Sixth configuration>
97 to 101 are examples of schematic cross-sectional views of an optical element having the sixth configuration according to the second modification of the first embodiment. As shown in FIGS. 97 to 101, in the optical element 10 of the sixth configuration, in the first configuration, the first A plate 51 is a positive A plate 51PA, and the second A plate 52 is a negative A plate 51PA. The plate 52NA further includes a C plate 61, and the C plate 61 is located on the side opposite to the second liquid crystal cell 11B of the first liquid crystal cell 11A, or on the side opposite to the first liquid crystal cell 11A of the second liquid crystal cell 11B. is placed on the opposite side.

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。 When the C plate 61 is disposed on the opposite side of the first liquid crystal cell 11A to the second liquid crystal cell 11B, the C plate 61 is preferably a positive C plate 61PC. When the C plate 61 is disposed on the opposite side of the second liquid crystal cell 11B from the first liquid crystal cell 11A, and the negative A plate 52NA is disposed adjacent to the incident side of the C plate 61, the C plate 61 is , negative C plate 61NC is preferable.

<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。
<Seventh configuration>
102 to 110 are examples of schematic cross-sectional views of an optical element having the seventh configuration according to the second modification of the first embodiment. As shown in FIGS. 102 to 110, in the optical element 10 of the seventh configuration, in the first configuration, the first A plate 51 is a positive A plate 51PA, and the second A plate 52 is a negative A plate 51PA. The plate 52NA further includes a first C plate 61 and a second C plate 62 arranged on the output side of the first C plate 61. The first C plate 61 is disposed on the opposite side of the first liquid crystal cell 11A to the second liquid crystal cell 11B, or on the opposite side of the second liquid crystal cell 11B to the first liquid crystal cell 11A, and The C plate 62 is arranged on the side of the second liquid crystal cell 11B opposite to the first liquid crystal cell 11A.

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。 When the first C plate 61 is disposed on the opposite side of the first liquid crystal cell 11A to the second liquid crystal cell 11B, the first C plate 61 is preferably a positive C plate 61PC. The second C plate 62 is arranged on the opposite side of the second liquid crystal cell 11B from the first liquid crystal cell 11A, and the negative A plate 52NA is arranged adjacent to the incident side of the second C plate 62. In this case, the second C plate 62 is preferably a negative C plate 62NC.

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。 When a plurality of C plates are arranged on the opposite side of the first liquid crystal cell 11A of the second liquid crystal cell 11B, it is preferable that the plurality of C plates are not adjacent to each other, and specifically, the plurality of C plates Preferably, at least one A plate is arranged in between.

<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。
<Eighth configuration>
111 to 117 are examples of schematic cross-sectional views of an optical element having the eighth configuration according to the second modification of the first embodiment. As shown in FIGS. 111 to 117, in the optical element 10 of the eighth configuration, in the first configuration, the first A plate 51 is a positive A plate 51PA, and the second A plate 52 is a negative A plate 51PA. The plate 52NA further includes a first C plate 61, a second C plate 62 disposed on the output side of the first C plate 61, and a second C plate 62 disposed on the output side of the second C plate 62. A third C plate 63 is provided. The first C plate 61 is disposed on the opposite side of the first liquid crystal cell 11A to the second liquid crystal cell 11B, or on the opposite side of the second liquid crystal cell 11B to the first liquid crystal cell 11A, and The C plate 62 and the third C plate 63 are arranged on the opposite side of the second liquid crystal cell 11B from the first liquid crystal cell 11A.

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。 When the first C plate 61 is disposed on the opposite side of the first liquid crystal cell 11A to the second liquid crystal cell 11B, the first C plate 61 is preferably a positive C plate 61PC. A third C plate 63 is arranged on the opposite side of the second liquid crystal cell 11B from the first liquid crystal cell 11A, and a negative A plate 52NA is arranged adjacent to the incident side of the third C plate 63. In this case, the third C plate 63 is preferably a negative C plate 63NC.

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。 When a plurality of C plates are arranged on the opposite side of the first liquid crystal cell 11A of the second liquid crystal cell 11B, it is preferable that the plurality of C plates are not adjacent to each other, and specifically, the plurality of C plates Preferably, at least one A plate is arranged in between.

<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。
<Ninth configuration>
118 to 119 are examples of schematic cross-sectional views of an optical element having the ninth configuration according to the second modification of the first embodiment. As shown in FIGS. 118 and 119, in the optical element 10 of the ninth configuration, in the first configuration, the first A plate 51 is a positive A plate 51PA, and the second A plate 52 is a negative A plate 51PA. The plate 52NA further includes a first C plate 61, a second C plate 62 disposed on the output side of the first C plate 61, and a second C plate 62 disposed on the output side of the second C plate 62. The third C-plate 63 and the fourth C-plate 64 are arranged on the output side of the third C-plate 63. The first C plate 61 is disposed on the opposite side of the first liquid crystal cell 11A to the second liquid crystal cell 11B, or on the opposite side of the second liquid crystal cell 11B to the first liquid crystal cell 11A, and The C plate 62, the third C plate 63, and the fourth C plate 64 are arranged on the opposite side of the second liquid crystal cell 11B from the first liquid crystal cell 11A.

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。 When the first C plate 61 is disposed on the opposite side of the first liquid crystal cell 11A to the second liquid crystal cell 11B, the first C plate 61 is preferably a positive C plate 61PC. A fourth C plate 64 is arranged on the opposite side of the second liquid crystal cell 11B from the first liquid crystal cell 11A, and a negative A plate 52NA is arranged adjacent to the incident side of the fourth C plate 64. In this case, the fourth C plate 64 is preferably a negative C plate 64NC.

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。 When a plurality of C plates are arranged on the opposite side of the first liquid crystal cell 11A of the second liquid crystal cell 11B, it is preferable that the plurality of C plates are not adjacent to each other, and specifically, the plurality of C plates Preferably, at least one A plate is arranged in between.

<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。
<Tenth configuration>
120 to 125 are examples of schematic cross-sectional views of an optical element having a tenth configuration according to the second modification of the first embodiment. As shown in FIGS. 120 to 125, in the optical element 10 of the tenth configuration, in the first configuration, the first A plate 51 is a negative A plate 51NA, and the second A plate 52 is a positive A plate 51NA. The plate 52PA further includes a C plate 61, and the C plate 61 is located on the side opposite to the second liquid crystal cell 11B of the first liquid crystal cell 11A, or on the side opposite to the first liquid crystal cell 11A of the second liquid crystal cell 11B. is placed on the opposite side.

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。 When the C plate 61 is disposed on the opposite side of the first liquid crystal cell 11A to the second liquid crystal cell 11B, the C plate 61 is preferably a positive C plate 61PC. When the C plate 61 is arranged on the opposite side of the second liquid crystal cell 11B from the first liquid crystal cell 11A, and the positive A plate 52PA is arranged adjacent to the incident side of the C plate 61, the C plate 61 , preferably 61 PCs on a positive C plate.

<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。
<Eleventh configuration>
126 to 138 are examples of schematic cross-sectional views of an optical element having the eleventh configuration according to the second modification of the first embodiment. As shown in FIGS. 126 to 138, in the optical element 10 of the eleventh configuration, in the first configuration, the first A plate 51 is a negative A plate 51NA, and the second A plate 52 is a positive plate. The A-plate 52PA further includes a first C-plate 61 and a second C-plate 62 arranged on the output side of the first C-plate 61. The first C plate 61 is disposed on the opposite side of the first liquid crystal cell 11A to the second liquid crystal cell 11B, or on the opposite side of the second liquid crystal cell 11B to the first liquid crystal cell 11A, and The C plate 62 is arranged on the side of the second liquid crystal cell 11B opposite to the first liquid crystal cell 11A.

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。 When the first C plate 61 is disposed on the opposite side of the first liquid crystal cell 11A to the second liquid crystal cell 11B, the first C plate 61 is preferably a positive C plate 61PC. The second C plate 62 is arranged on the opposite side of the second liquid crystal cell 11B from the first liquid crystal cell 11A, and the positive A plate 52PA is arranged adjacent to the incident side of the second C plate 62. In this case, the second C plate 62 is preferably a positive C plate 62PC.

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。 When a plurality of C plates are arranged on the opposite side of the first liquid crystal cell 11A of the second liquid crystal cell 11B, it is preferable that the plurality of C plates are not adjacent to each other, and specifically, the plurality of C plates Preferably, at least one A plate is arranged in between.

<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。
<Twelfth configuration>
139 to 150 are examples of schematic cross-sectional views of an optical element having the twelfth configuration according to the second modification of the first embodiment. As shown in FIGS. 139 to 150, in the optical element 10 of the twelfth configuration, in the first configuration, the first A plate 51 is a negative A plate 51NA, and the second A plate 52 is a positive plate. A plate 52PA, which further includes a first C plate 61, a second C plate 62 disposed on the output side of the first C plate 61, and a second C plate 62 disposed on the output side of the second C plate 62. A third C plate 63 is provided. The first C plate 61 is disposed on the opposite side of the first liquid crystal cell 11A to the second liquid crystal cell 11B, or on the opposite side of the second liquid crystal cell 11B to the first liquid crystal cell 11A, and The C plate 62 and the third C plate 63 are arranged on the opposite side of the second liquid crystal cell 11B from the first liquid crystal cell 11A.

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。 When the first C plate 61 is disposed on the opposite side of the first liquid crystal cell 11A to the second liquid crystal cell 11B, the first C plate 61 is preferably a positive C plate 61PC. A third C plate 63 is arranged on the opposite side of the second liquid crystal cell 11B from the first liquid crystal cell 11A, and a positive A plate 52PA is arranged adjacent to the incident side of the third C plate 63. In this case, the third C plate 63 is preferably a positive C plate 63PC.

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。 When a plurality of C plates are arranged on the opposite side of the first liquid crystal cell 11A of the second liquid crystal cell 11B, it is preferable that the plurality of C plates are not adjacent to each other, and specifically, the plurality of C plates Preferably, at least one A plate is arranged in between.

<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。
<Thirteenth configuration>
151 to 154 are examples of schematic cross-sectional views of an optical element having a thirteenth configuration according to a second modification of the first embodiment. As shown in FIGS. 151 to 154, in the optical element 10 of the thirteenth configuration, in the first configuration, the first A plate 51 is a negative A plate 51NA, and the second A plate 52 is a positive plate. A plate 52PA, furthermore, a first C plate 61, a second C plate 62 disposed on the output side of the first C plate 61, and a second C plate 62 disposed on the output side of the second C plate 62. A third C plate 63 and a fourth C plate 64 arranged on the output side of the third C plate 63 are provided. The first C plate 61 is disposed on the opposite side of the first liquid crystal cell 11A to the second liquid crystal cell 11B, or on the opposite side of the second liquid crystal cell 11B to the first liquid crystal cell 11A, and The C plate 62, the third C plate 63, and the fourth C plate 64 are arranged on the opposite side of the second liquid crystal cell 11B from the first liquid crystal cell 11A.

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。 When the first C plate 61 is disposed on the opposite side of the first liquid crystal cell 11A to the second liquid crystal cell 11B, the first C plate 61 is preferably a positive C plate 61PC. A fourth C plate 64 is arranged on the opposite side of the second liquid crystal cell 11B from the first liquid crystal cell 11A, and a positive A plate 52PA is arranged adjacent to the incident side of the fourth C plate 64. In this case, the fourth C plate 64 is preferably a positive C plate 64PC.

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。 When a plurality of C plates are arranged on the opposite side of the first liquid crystal cell 11A of the second liquid crystal cell 11B, it is preferable that the plurality of C plates are not adjacent to each other, and specifically, the plurality of C plates Preferably, at least one A plate is arranged in between.

<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。
<Fourteenth configuration>
155 to 159 are examples of schematic cross-sectional views of an optical element having the fourteenth configuration according to the second modification of the first embodiment. As shown in FIGS. 155 to 159, in the optical element 10 of the fourteenth configuration, in the first configuration, the first A plate 51 is a negative A plate 51NA, and the second A plate 52 is a negative The A plate 52NA further includes a C plate 61, and the C plate 61 is located on the opposite side of the first liquid crystal cell 11A to the second liquid crystal cell 11B, or on the side opposite to the second liquid crystal cell 11B, or the first liquid crystal cell of the second liquid crystal cell 11B. It is located on the opposite side from 11A.

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。 When the C plate 61 is disposed on the opposite side of the first liquid crystal cell 11A to the second liquid crystal cell 11B, the C plate 61 is preferably a positive C plate 61PC. When the C plate 61 is disposed on the opposite side of the second liquid crystal cell 11B from the first liquid crystal cell 11A, and the negative A plate 52NA is disposed adjacent to the incident side of the C plate 61, the C plate 61 is , negative C plate 61NC is preferable.

<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。
<Fifteenth configuration>
160 to 168 are examples of schematic cross-sectional views of an optical element having a fifteenth configuration according to a second modification of the first embodiment. As shown in FIGS. 160 to 168, in the optical element 10 having the fifteenth configuration, in the first configuration, the first A plate 51 is a negative A plate 51NA, and the second A plate 52 is a negative A plate 51NA. The A-plate 52NA further includes a first C-plate 61 and a second C-plate 62 arranged on the output side of the first C-plate 61. The first C plate 61 is disposed on the opposite side of the first liquid crystal cell 11A to the second liquid crystal cell 11B, or on the opposite side of the second liquid crystal cell 11B to the first liquid crystal cell 11A, and The C plate 62 is arranged on the side of the second liquid crystal cell 11B opposite to the first liquid crystal cell 11A.

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。 When the first C plate 61 is disposed on the opposite side of the first liquid crystal cell 11A to the second liquid crystal cell 11B, the first C plate 61 is preferably a positive C plate 61PC. The second C plate 62 is arranged on the opposite side of the second liquid crystal cell 11B from the first liquid crystal cell 11A, and the negative A plate 52NA is arranged adjacent to the incident side of the second C plate 62. In this case, the second C plate 62 is preferably a negative C plate 62NC.

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。 When a plurality of C plates are arranged on the opposite side of the first liquid crystal cell 11A of the second liquid crystal cell 11B, it is preferable that the plurality of C plates are not adjacent to each other, and specifically, the plurality of C plates Preferably, at least one A plate is arranged in between.

<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。
<Sixteenth configuration>
169 to 176 are examples of schematic cross-sectional views of an optical element having a sixteenth configuration according to a second modification of the first embodiment. As shown in FIGS. 169 to 176, in the optical element 10 having the sixteenth configuration, in the first configuration, the first A plate 51 is a negative A plate 51NA, and the second A plate 52 is a negative A plate 51NA. A plate 52NA, which further includes a first C plate 61, a second C plate 62 disposed on the output side of the first C plate 61, and a second C plate 62 disposed on the output side of the second C plate 62. A third C plate 63 is provided. The first C plate 61 is disposed on the opposite side of the first liquid crystal cell 11A to the second liquid crystal cell 11B, or on the opposite side of the second liquid crystal cell 11B to the first liquid crystal cell 11A, and The C plate 62 and the third C plate 63 are arranged on the opposite side of the second liquid crystal cell 11B from the first liquid crystal cell 11A.

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。 When the first C plate 61 is disposed on the opposite side of the first liquid crystal cell 11A to the second liquid crystal cell 11B, the first C plate 61 is preferably a positive C plate 61PC. A third C plate 63 is arranged on the opposite side of the second liquid crystal cell 11B from the first liquid crystal cell 11A, and a negative A plate 52NA is arranged adjacent to the incident side of the third C plate 63. In this case, the third C plate 63 is preferably a negative C plate 63NC.

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。 When a plurality of C plates are arranged on the opposite side of the first liquid crystal cell 11A of the second liquid crystal cell 11B, it is preferable that the plurality of C plates are not adjacent to each other, and specifically, the plurality of C plates Preferably, at least one A plate is arranged in between.

<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。
<Seventeenth configuration>
176 to 177 are examples of schematic cross-sectional views of an optical element having the seventeenth configuration according to the second modification of the first embodiment. As shown in FIGS. 176 and 177, in the optical element 10 having the seventeenth configuration, in the first configuration, the first A plate 51 is a negative A plate 51NA, and the second A plate 52 is a negative A plate 51NA. A plate 52NA, furthermore, a first C plate 61, a second C plate 62 disposed on the output side of the first C plate 61, and a second C plate 62 disposed on the output side of the second C plate 62. A third C plate 63 and a fourth C plate 64 arranged on the output side of the third C plate 63 are provided. The first C plate 61 is disposed on the opposite side of the first liquid crystal cell 11A to the second liquid crystal cell 11B, or on the opposite side of the second liquid crystal cell 11B to the first liquid crystal cell 11A, and The C plate 62, the third C plate 63, and the fourth C plate 64 are arranged on the opposite side of the second liquid crystal cell 11B from the first liquid crystal cell 11A.

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。 When the first C plate 61 is disposed on the opposite side of the first liquid crystal cell 11A to the second liquid crystal cell 11B, the first C plate 61 is preferably a positive C plate 61PC. A fourth C plate 64 is arranged on the opposite side of the second liquid crystal cell 11B from the first liquid crystal cell 11A, and a negative A plate 52NA is arranged adjacent to the incident side of the fourth C plate 64. In this case, the fourth C plate 64 is preferably a negative C plate 64NC.

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。 When a plurality of C plates are arranged on the opposite side of the first liquid crystal cell 11A of the second liquid crystal cell 11B, it is preferable that the plurality of C plates are not adjacent to each other, and specifically, the plurality of C plates Preferably, at least one A plate is arranged in between.

(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。
(Variation 3 of Embodiment 1)
In this modification, the optical element 10 of Embodiment 1 further includes a first retardation film and a second retardation film on the opposite side of the second liquid crystal cell 11B from the first liquid crystal cell 11A. The aspect will be explained.

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。 FIG. 200 is a schematic cross-sectional view of an optical element according to Modification 3 of Embodiment 1. As shown in FIG. 200, the optical element 10 of this modification further includes a first retardation film 71 disposed on the opposite side of the second liquid crystal cell 11B to the first liquid crystal cell 11A, and a first A second retardation film 72 is provided on the opposite side of the second liquid crystal cell 11B of the retardation film 71. By adopting such an aspect, it is possible to realize a wide viewing angle.

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)
It is preferable that the first retardation film 71 and the second retardation film 72 are biaxial films. The biaxial film preferably has a refractive index (nx, ny, nz) that satisfies the following (Formula N5) and (Formula N6).
nx>ny (Formula N5)
nz=(nx+ny)/2 (Formula 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。 The materials of the first retardation film 71 and the second retardation film 72 are not particularly limited, and examples include a stretched polymer film, a liquid crystal material with fixed orientation, a thin plate made of an inorganic material, etc. can be used.

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 The method of forming the first retardation film 71 and the second retardation film 72 is not particularly limited. When formed from a polymer film, for example, a solvent casting method, a melt extrusion method, etc. can be used. As long as the desired retardation is achieved, the film may be unstretched or may be stretched. The stretching method is not particularly limited, and in addition to the inter-roll tension stretching method, the inter-roll compression stretching method, the tenter horizontal uniaxial stretching method, the diagonal stretching method, the vertical and horizontal biaxial stretching method, stretching under the action of the shrinkage force of a heat-shrinkable film can be used. A special stretching method that performs this can be used. Furthermore, in the case of forming from a liquid crystal material, for example, a method of applying the liquid crystal material onto a base film that has been subjected to an alignment treatment and fixing the alignment can be used. As long as the desired retardation is expressed, there may be a method in which no special orientation treatment is performed on the base film, or a method in which the orientation is fixed, then peeled off from the base film and transferred to another film, etc.

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。 The in-plane retardation Re of the first retardation film 71 at a wavelength of 550 nm is preferably 90 nm or more and 170 nm or less. The in-plane retardation of the first retardation film 71 at a wavelength of 450 nm relative to the in-plane retardation at a wavelength of 550 nm is preferably 1.0 times or more and 1.1 times or less. The in-plane retardation of the first retardation film 71 at a wavelength of 650 nm relative to the in-plane retardation at a wavelength of 550 nm is preferably 0.9 times or more and less than 1.0 times.

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。 The in-plane retardation Re of the second retardation film 72 at a wavelength of 550 nm is preferably 40 nm or more and 210 nm or less. The in-plane retardation of the second retardation film 72 at a wavelength of 450 nm relative to the in-plane retardation at a wavelength of 550 nm is preferably 1.0 times or more and 1.1 times or less. The in-plane retardation of the second retardation film 72 at a wavelength of 650 nm relative to the in-plane retardation at a wavelength of 550 nm is preferably 0.9 times or more and less than 1.0 times.

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。 The difference between the in-plane retardation Re of the first retardation film 71 and the in-plane retardation Re of the second retardation film 72 is preferably 0 nm or more and 10 nm or less. By adopting such an aspect, it becomes possible to configure the first retardation film 71 and the second retardation film 72 with equivalent films, and it is possible to realize a wide viewing angle more easily.

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。 FIG. 201 is a schematic diagram illustrating the orientation of liquid crystal molecules in the first state and the second state of the optical element according to Modification 3 of Embodiment 1. The azimuth angle of the slow axis 71A of the first retardation film 71 shown in FIG. 201 is preferably 50° or more and 60° or less. By adopting such an aspect, polarization modulation and polarization non-modulation can be switched over a wider band. The azimuth angle of the slow axis 72A of the second retardation film 72 is preferably 5° or more and 24° or less. By adopting such an aspect, polarization modulation and polarization non-modulation can be switched over a wider band.

(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。
(Embodiment 2)
In this embodiment, features unique to this embodiment will be mainly described, and descriptions of contents that overlap with the first embodiment and its modifications will be omitted. This embodiment is substantially the same as Embodiment 1 except that it does not include the negative C plate 12.

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。 FIG. 10 is a schematic cross-sectional view of the optical element according to the second embodiment. In the first embodiment, the optical element 10 includes the negative C plate 12. However, as shown in FIG. 10, the optical element 10 does not need to include the negative C plate 12. By adopting such a mode, the optical element 10 can be manufactured thinly and at low cost.

(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。
(Embodiment 3)
In this embodiment, features unique to this embodiment will be mainly explained, and explanations of the above-described first embodiment, its modifications, and contents that overlap with the second embodiment will be omitted. This embodiment is substantially the same as Embodiment 1 except that the configurations of the first liquid crystal cell 11A and the second liquid crystal cell 11B are different.

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。 FIG. 11 is a schematic cross-sectional view of an optical element according to Embodiment 3. FIG. 12 is a schematic cross-sectional view of a first liquid crystal cell and a second liquid crystal cell included in the optical element according to Embodiment 3. FIG. 13 is a schematic diagram illustrating the orientation of liquid crystal molecules in the first state and the second state of the optical element according to the third embodiment. FIG. 14 is a schematic cross-sectional view illustrating the first state of the optical element according to the third embodiment. FIG. 15 is a schematic cross-sectional view illustrating the second state of the optical element according to the third embodiment.

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。 The first liquid crystal molecule 510 and the second liquid crystal molecule 610 included in the optical element 10 of this embodiment shown in FIGS. 11 to 15 are negative-type liquid crystal molecules with twisted orientation. Therefore, as shown in FIG. 14, when the first liquid crystal layer 500 is in a state where no voltage is applied and the second liquid crystal layer 600 is in a state where a voltage is applied, the first liquid crystal molecules 510 are vertically aligned, and , the first state in which the second liquid crystal molecules 610 are twistedly aligned can be realized. In the first state, the phase difference of the first liquid crystal cell 11A can be canceled by the negative C plate 12. Further, as shown in FIG. 15, when the first liquid crystal layer 500 is in a voltage applied state and the second liquid crystal layer 600 is in a no voltage applied state, the first liquid crystal molecules 510 are twistedly aligned, and , it is possible to realize a second state in which the second liquid crystal molecules 610 are vertically aligned. In the second state, the phase difference of the second liquid crystal cell 11B can be canceled by the negative C plate 12.

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。 It is preferable that the first alignment film 41, the second alignment film 42, the third alignment film 43, and the fourth alignment film 44 are vertical alignment films.

(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。
(Embodiment 4)
In this embodiment, features unique to this embodiment will be mainly described, and descriptions of contents that overlap with the first embodiment, its modifications, and the second and third embodiments will be omitted. This embodiment is substantially the same as Embodiment 1 except that the configuration of the second liquid crystal cell 11B is different.

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。 FIG. 16 is a schematic cross-sectional view of an optical element according to Embodiment 4. FIG. 17 is a schematic cross-sectional view of a first liquid crystal cell and a second liquid crystal cell included in the optical element according to Embodiment 4. FIG. 18 is a schematic diagram illustrating the orientation of liquid crystal molecules in the first state and the second state of the optical element according to Embodiment 4. FIG. 19 is a schematic cross-sectional view illustrating the first state of the optical element according to the fourth embodiment. FIG. 20 is a schematic cross-sectional view illustrating the second state of the optical element according to the fourth embodiment.

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。 The first liquid crystal molecule 510 included in the optical element 10 of this embodiment shown in FIGS. 16 to 20 is a twistedly oriented positive type liquid crystal molecule, and the second liquid crystal molecule 610 is a twistedly oriented negative type liquid crystal molecule. It is a liquid crystal molecule. Therefore, as shown in FIG. 19, when both the first liquid crystal layer 500 and the second liquid crystal layer 600 are in a voltage applied state, the first liquid crystal molecules 510 are vertically aligned, and the second liquid crystal molecules A first state in which 610 has a twisted orientation can be achieved. In the first state, the phase difference of the first liquid crystal cell 11A can be canceled by the negative C plate 12. Further, as shown in FIG. 20, when both the first liquid crystal layer 500 and the second liquid crystal layer 600 are in a state where no voltage is applied, the first liquid crystal molecules 510 are twistedly aligned, and the second liquid crystal A second state in which the molecules 610 are vertically aligned can be achieved. In the second state, the phase difference of the second liquid crystal cell 11B can be canceled by the negative C plate 12.

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。 It is preferable that the first alignment film 41 and the second alignment film 42 are horizontal alignment films, and the third alignment film 43 and the fourth alignment film 44 are vertical alignment films.

(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:Pancharatnam Berry)レンズ20とを備える。
(Embodiment 5)
In this embodiment, features unique to this embodiment will be mainly explained, and explanations of the content that overlaps with the first embodiment, its modifications, and the second to fourth embodiments will be omitted. In this embodiment, a variable focus element including the optical element (sHWP) of Embodiments 1 to 4 described above will be described. FIG. 21 is a schematic cross-sectional view of a variable focus element according to Embodiment 5. A variable focus element 30 of this embodiment shown in FIG. 21 includes an optical element 10 and a Pancharatnam Berry (PB) lens 20.

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。 As described above, the optical element 10 of Embodiments 1 to 4 can modulate circularly polarized light. Furthermore, since the PB lens 20 has different focal lengths for right-handed circularly polarized light and left-handed circularly polarized light, the variable focus element 30 can be realized by combining the optical element 10 and the PB lens 20.

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。 The PB lens 20 has a function of condensing and diverging circularly polarized light. The PB lens 20 can be produced, for example, by the method described in International Publication No. 2019/189818.

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。 FIG. 22 is an example of a schematic cross-sectional view of a PB lens included in the variable focus element according to the fifth embodiment. The PB lens 20 includes an optically anisotropic layer 700, as shown in FIG. For example, the PB lens 20 refracts incident light in a predetermined direction and transmits the circularly polarized light. Note that in FIG. 22, the incident light is left-handed circularly polarized light.

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。 In the part shown in FIG. 22, the optically anisotropic layer 700 has three regions R0, R1, and R2 from the left side in FIG. 22, and the length Λ of one period is different in each region. Specifically, the length Λ of one period becomes shorter in the order of regions R0, R1, and R2. Further, the regions R1 and R2 have a structure in which the optical axis is twisted and rotated in the thickness direction of the optically anisotropic layer (hereinafter also referred to as a twisted structure). The torsion angle in the thickness direction of region R1 is smaller than the torsion angle in the thickness direction of region R2. Note that the region R0 is a region that does not have a torsion structure (that is, the torsion angle is 0°). Note that the twist angle is the twist angle in the entire thickness direction.

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。 In the optical element 10, when the left-handed circularly polarized light LC1 is incident on the in-plane region R1 of the optically anisotropic layer 700, the direction of the optical axis of the liquid crystal molecules 710 is continuous in the direction of the arrow X with respect to the incident direction. While rotating, the light is refracted in one direction at a predetermined angle and transmitted. Similarly, when the left-handed circularly polarized light LC2 is incident on the in-plane region R2 of the optically anisotropic layer 700, it is refracted at a predetermined angle in the direction of the arrow X with respect to the incident direction and is transmitted. Similarly, when the left-handed circularly polarized light LC0 is incident on the in-plane region R0 of the optically anisotropic layer 700, it is refracted at a predetermined angle in the direction of the arrow X with respect to the incident direction and is transmitted.

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ΛR1よりも、領域R2の液晶配向パターンの1周期ΛR2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θR2の方が領域R1の透過光の角度θR1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ΛR1よりも、領域R0の液晶配向パターンの1周期ΛR0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θR0の方が領域R1の透過光の角度θR1よりも小さくなる。 Here, the angle of refraction by the optically anisotropic layer 700 is as shown in FIG. 22 because one period Λ R2 of the liquid crystal alignment pattern in region R2 is shorter than one period Λ R1 of the liquid crystal alignment pattern in region R1 Regarding the angle of refraction with respect to the incident light, the angle θ R2 of the transmitted light in the region R2 is larger than the angle θ R1 of the transmitted light in the region R1. Furthermore, since one period Λ R0 of the liquid crystal alignment pattern in region R0 is longer than one period Λ R1 of the liquid crystal alignment pattern in region R1, as shown in FIG. The light angle θ R0 is smaller than the transmitted light angle θ R1 of the region R1.

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。 Here, in light diffraction by an optically anisotropic layer having a liquid crystal alignment pattern in which the direction of the optical axis of the liquid crystal molecules changes while continuously rotating within the plane, the diffraction efficiency decreases as the diffraction angle increases. In other words, there is a problem that the intensity of the diffracted light becomes weak. Therefore, if the optically anisotropic layer is configured to have regions with different lengths of one period in which the direction of the optical axis of the liquid crystal molecules rotates 180 degrees in the plane, the diffraction angle will differ depending on the incident position of the light. Therefore, the amount of diffracted light varies depending on the in-plane incident position. That is, depending on the in-plane incident position, there are regions where the transmitted and diffracted light becomes dark.

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φR2は領域R1の厚さ方向の捩れ角φR1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。 On the other hand, the PB lens 20 of this embodiment has a region in which the optically anisotropic layer twists and rotates in the thickness direction, and has regions in which the magnitude of the twist angle in the thickness direction is different. In the example shown in FIG. 22, the torsion angle φ R2 in the thickness direction of region R2 of the optically anisotropic layer 700 is larger than the torsion angle φ R1 in the thickness direction of region R1. Further, the region R0 does not have a twisted structure in the thickness direction. Thereby, it is possible to suppress a decrease in the diffraction efficiency of refracted light.

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。 In the example shown in FIG. 22, by providing a twisted structure to regions R1 and R2 with larger diffraction angles than region R0, it is possible to suppress a decrease in the amount of light refracted in regions R1 and R2. Further, by making the twist angle of the twist structure of the region R2, which has a larger diffraction angle than the region R1, larger than that of the region R1, it is possible to suppress a decrease in the amount of light refracted in the region R2. This allows the amount of transmitted light to be made uniform depending on the in-plane incident position.

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。 In this way, in the PB lens 20 of this embodiment, in the in-plane region where the optically anisotropic layer has a large refraction, the incident light is transmitted through the layer having a large twist angle in the thickness direction and is refracted. On the other hand, in an in-plane region where the optically anisotropic layer has a small refraction, the incident light is transmitted through the layer having a small twist angle in the thickness direction and is refracted. That is, in the PB lens 20, by setting the torsion angle in the in-plane thickness direction according to the magnitude of refraction by the optically anisotropic layer, it is possible to brighten the transmitted light relative to the incident light. Therefore, according to the PB lens 20, the dependence of the amount of transmitted light within the plane on the refraction angle can be reduced.

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ΛR2が、領域R1における液晶配向パターンの1周期ΛR1よりも短く、厚さ方向に捩れ角φR2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。 The angle of refraction of light within the plane of the optically anisotropic layer 700 increases as one period Λ of the liquid crystal alignment pattern becomes shorter. Furthermore, the torsion angle in the in-plane thickness direction of the optically anisotropic layer 700 is one period in a region where the direction of the optical axis is rotated by 180 degrees along the arrow X direction in one period Λ. It has a larger area than the larger area of Λ. In the PB lens 20, as an example, as shown in FIG. 22, one period Λ R2 of the liquid crystal alignment pattern in the region R2 of the optically anisotropic layer 700 is shorter than one period Λ R1 of the liquid crystal alignment pattern in the region R1. , the twist angle φ R2 is large in the thickness direction. That is, the region R2 of the optically anisotropic layer 700 on the light incident side refracts light to a greater extent.

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。 Therefore, by setting the in-plane torsion angle φ in the thickness direction for one period Λ of the target liquid crystal alignment pattern, the transmitted light refracted at different angles in different regions in the plane can be brightened. can do.

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。 In the PB lens 20, as described above, the shorter the period Λ of the liquid crystal alignment pattern, the larger the angle of refraction. This makes it possible to brighten the transmitted light. Therefore, in the PB lens 20, it is preferable to have a region in which the length of one period of the liquid crystal alignment pattern differs from the permutation of the length of one period and the permutation of the twist angle in the thickness direction.

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。 From the above, the PB lens 20 includes an optically anisotropic layer 700 formed using a liquid crystal composition containing liquid crystal molecules 710, and the optical anisotropic layer 700 has optical axes derived from the liquid crystal molecules that are oriented in a plane. has a liquid crystal alignment pattern that continuously rotates and changes along at least one of the directions, and has a region in which the optical axis is twisted and rotated in the thickness direction of the optically anisotropic layer 700. It is preferable to have regions having different twist angles in the thickness direction.

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。 The PB lens 20 may have regions in which the length of one period in the liquid crystal alignment pattern is different, where one period is defined as the length in which the direction of the optical axis derived from the liquid crystal molecules 710 rotates 180 degrees in the plane. preferable.

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。 In the optically anisotropic layer 700, a plurality of regions having different lengths of one period in the liquid crystal alignment pattern are arranged in the order of the length of one period, and the torsion angle in the thickness direction is arranged in the order of the length of one period. A plurality of regions having different values are arranged in the order of the magnitude of the torsion angle in the thickness direction, and the direction of the permutation of the length of one period and the direction of the permutation of the magnitude of the torsion angle in the thickness direction. It is preferable that the two regions have different regions.

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。 It is preferable that the optically anisotropic layer 700 has a region in which the twist angle in the thickness direction is 10° to 360°.

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。 The optically anisotropic layer 700 is configured such that the one cycle of the liquid crystal alignment pattern gradually changes in the one direction in which the direction of the optical axis derived from the liquid crystal molecules 710 in the liquid crystal alignment pattern changes while continuously rotating. , is preferably short.

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。 The liquid crystal alignment pattern of the optically anisotropic layer 700 may be a concentric pattern extending from the inside to the outside in the one direction in which the direction of the optical axis derived from the liquid crystal molecules 710 changes while continuously rotating. preferable.

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。 The PB lens 20 shown in FIG. 22 is a PB lens whose torsion angle changes within the plane, and is an element with high diffraction efficiency even when the diffraction angle is large. It is also possible to use a PB lens that does not. Specifically, the PB lens 20 may be a PB lens with no twist in the thickness direction or with a constant twist angle in the plane, for example, the polarization diffraction method described in Japanese Patent Publication No. 2008-532085. A grid can be used.

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。 The PB lens 20 is a PB lens including a plurality of optically anisotropic layers 700, each of which has a different twist angle in the thickness direction of the optically anisotropic layer 700. It is preferable.

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。 The PB lens 20 is a PB lens including a plurality of optically anisotropic layers 700, which have different torsion angles in the thickness direction of the optically anisotropic layers 700. It is preferable to have.

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。 The PB lens 20 is a PB lens including a plurality of optically anisotropic layers 700, in which the optical axes derived from the liquid crystal molecules 710 are oriented in at least one in-plane direction. It is preferable to have a liquid crystal alignment pattern in which the directions of continuous rotation along the liquid crystal alignment pattern are the same.

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。 The length of one period in the liquid crystal alignment pattern is preferably 50 μm or less.

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。 The variable focus element 30 may be a binary variable focus element 30A that includes one set of a laminate including the optical element 10 and the PB lens 20, or may include two sets of laminates including the optical element 10 and the PB lens 20. A multi-stage variable focus element 30B including the above may be used. In this way, by combining a plurality of sets of the optical element 10 and the PB lens 20, it is possible to realize a variable focus element 30B with multi-stage tunability.

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。 The variable focus element 30 can be produced, for example, by attaching the PB lens 20 produced by the method described in International Publication No. 2019/189818 to the optical element 10.

(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。
(Modification 1 of Embodiment 5)
In this modification, a variable focus element 30 in which the PB lens 20 of the fifth embodiment is placed inside the optical element 10 and is in-cell will be described. FIG. 23 is a schematic cross-sectional view of a variable focus element according to Modification 1 of Embodiment 5. FIG. 24 is an enlarged schematic cross-sectional view of a variable focus element according to Modification 1 of Embodiment 5. FIG. 25 is a schematic diagram illustrating the orientation of liquid crystal molecules in the first state and the second state of the optical element according to Modification 1 of Embodiment 5.

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。 The variable focus element 30 of this modification is, as shown in FIG. 23, a multi-stage variable focus element 30B including two or more sets of laminates each consisting of an optical element 10 and a PB lens 20.

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。 The PB lens 20 included in the variable focus element 30 of this modification is arranged within the optical element 10, as shown in FIG. By making the PB lens 20 in-cell in this way, there is no need to attach the PB lens 20 externally, so manufacturing costs can be significantly reduced. Moreover, it becomes possible to suppress the thickness of the variable focus element 30. Note that in FIG. 23, the optical element 10 and the PB lens 20 are shown separately for convenience.

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。 As shown in FIG. 24, the varifocal element 30 of this modification includes, more specifically, a second 1/4 wavelength film 14 and a first 1/4 wavelength film 14 in order from the incident side to the exit side. The wavelength film 13, the first substrate 100, the first liquid crystal layer 500, the second substrate 200, the third substrate 300, the second liquid crystal layer 600, the PB lens 20, and the fourth A substrate 400 is provided.

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。 The variable focus element 30 may include a first alignment film 41 between the first substrate 100 and the first liquid crystal layer 500. Further, the variable focus element 30 may include a second alignment film 42 between the second substrate 200 and the first liquid crystal layer 500. Further, the variable focus element 30 may include a third alignment film 43 between the third substrate 300 and the second liquid crystal layer 600. Further, the variable focus element 30 may include a fourth alignment film 44 between the PB lens 20 and the second liquid crystal layer 600.

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。 In this modification, the first liquid crystal cell 11A and the second liquid crystal cell 11B have the same configuration as in the first embodiment, and include a first alignment film 41, a second alignment film 42, and a third alignment film 43. And the fourth alignment film 44 is a horizontal alignment film.

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。 As shown in FIG. 25, in this modification, the azimuth angle of the alignment direction 512A of the first liquid crystal molecules 512 on the second substrate 200 side in the second state is -9° or more and 7° or less, and The azimuth angle of the alignment direction 612A of the second liquid crystal molecules 612 on the fourth substrate 400 side in one state is preferably 85° or more and 96° or less. By adopting such an aspect, polarization modulation and polarization non-modulation can be switched over a wider band.

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。 In this modification, the negative C plate 12 is not arranged between the first liquid crystal cell 11A and the second liquid crystal cell 11B, but the negative C plate 12 is not arranged between the first liquid crystal cell 11A and the second liquid crystal cell 11B. A negative C plate 12 may also be provided.

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。 In other words, the in-cell PB lens 20 (PB lens layer) is an in-cell retardation layer patterned so that the slow axis direction rotates within the plane.

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。 The PB lens can be made into an in-cell, for example, as follows. A photosensitive material for forming an in-cell PB lens containing a polymer represented by the following general formula (PB-1) is coated on the fourth substrate 400, and a film for forming a PB lens is formed. The PB lens 20 can be formed into an in-cell by performing an orientation process on the forming film.

Figure 0007360528000001
(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は一価の基を表し、pは1以上の整数を表す。)
Figure 0007360528000001
(In the above formula, V represents a spacer group, W represents a divalent organic group having a photofunctional group, R5 represents a monovalent group, and p represents an integer of 1 or more.)

上記一般式(PB-1)におけるVは、スペーサ基を表す。Vは、-(CH-(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。 V in the above general formula (PB-1) represents a spacer group. V preferably has an alkylene group having 2 or more carbon atoms represented by -(CH 2 ) n - (where n is an integer of 2 or more). By adopting such an aspect, a good phase difference can be produced. The alkylene group is preferably linear.

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。 W in the above general formula (PB-1) represents a divalent organic group having a photofunctional group. Examples of the divalent organic group having a photofunctional group include divalent organic groups containing a photofunctional group (photoreactive site) that causes reactions such as photodimerization, photoisomerization, photofries rearrangement, and photodecomposition. . Examples of photofunctional groups capable of photodimerization and photoisomerization include cinnamate groups, chalcone groups, coumarin groups, and stilbene groups. Examples of photofunctional groups capable of photoisomerization include azobenzene groups and the like. Examples of the photofunctional group capable of photo-Fries rearrangement include a phenol ester group. Examples of the photofunctional group that can be photodecomposed include a cyclobutane ring and the like.

上記一般式(PB-1)におけるRは、一価の基を表す。R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。 R 5 in the above general formula (PB-1) represents a monovalent group. R 5 is preferably a hydrogen atom or a monovalent hydrocarbon group, and more preferably a hydrogen atom, a methyl group, or an ethyl group.

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。 The alignment process for the PB lens forming film is performed by a plurality of alignment processes, and the directions of polarized light irradiated in the plurality of alignment processes are different from each other. The alignment treatment for the PB lens forming film is, for example, a first alignment treatment in which the PB lens forming film is aligned with polarized light with an azimuth angle of 0°, and a first alignment process in which the PB lens forming film is aligned with polarized light with an azimuth angle of 45°. A second alignment process in which the PB lens forming film is aligned with polarized light at an azimuth angle of 90°, and a third alignment process in which the PB lens forming film is aligned with polarized light at an azimuth angle of 135°. and a fourth alignment process that performs an alignment process.

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と回折角度θは、P=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。 FIG. 26 is a schematic plan view showing an orientation pattern of a PB lens included in a variable focus element according to Modification 1 of Embodiment 5. As shown in FIG. 26, in the orientation pattern of the PB lens 20, for example, the orientation direction rotates continuously from the center toward the outer periphery. Furthermore, in plan view, the alignment direction of the liquid crystal molecules 710 at the position of radius R is all the same. In other words, it has a predetermined angular distribution depending on the distance from the center. The period P 1 and the diffraction angle θ of the alignment pattern are expressed as P 1 =2×λ/sin θ, and the shorter the period of the alignment pattern, the more light can be diffracted. Therefore, if you want to obtain a focusing lens effect, you can achieve this by widening the pitch toward the center of the optical element (smaller the diffraction angle) and decreasing the pitch toward the outer periphery (larger the diffraction angle).

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。 PB lenses 20 having different diopters D, which will be described later, can be manufactured by changing the design of this alignment pattern period. Further, the orientation pattern can also be set based on International Publication No. 2020/186123, PCT International Publication No. 2008-532085, etc.

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。 In the present embodiment, a case has been described in which the alignment process is performed through four exposures, but the variable focus element 30 with higher diffraction efficiency can be obtained as the number of exposure divisions increases. Manufacturing using multi-photo alignment processing using a photo-alignment device is compatible with existing liquid crystal factories and can be manufactured with high productivity. In this embodiment, the production of the PB lens 20 by multi-light alignment processing has been described, but the alignment pattern may be produced by existing methods such as optical interference method or direct laser writing.

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。 The retardation of the in-cell PB lens 20 (PB lens layer) is preferably 100 nm or more and 500 nm or less, more preferably 200 nm or more and 350 nm or less, and is λ/2 (i.e., 275 nm). It is particularly preferable. Since the diffraction efficiency is expressed by the following (Equation 1), it takes the maximum value when Δnd=λ/2.

Figure 0007360528000002
Figure 0007360528000002

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。 The variable focus element 30 of this modification, that is, the multi-stage variable focus element 30 in which a plurality of laminates of the optical element 10 and the PB lens 20 in-celled in the optical element 10 are combined, is configured as follows, for example. have characteristics.

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。 FIG. 27 is a schematic cross-sectional view illustrating a detailed configuration of a variable focus element according to Modification 1 of Embodiment 5. As shown in FIG. 27, the variable focus element 30 includes, in order from the incident side to the output side, the optical element 10, the first PB lens 20A1, the optical element 10, the first PB lens 20A1, and the optical element 10, second PB lens 20A2, optical element 10, second PB lens 20A2, optical element 10, third PB lens 20A3, optical element 10, third PB lens 20A3 , is equipped with.

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。 The first PB lens 20A1 has a diopter D=±0.25, the second PB lens 20A2 has a diopter D=±0.5, and the third PB lens 20A3 has a diopter D=±1 lens characteristic. has. It has the property of + (condensing) when right-handed circularly polarized light is incident, and - (diverging) when left-handed circularly polarized light is incident.

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。 Table 1 below is a table explaining the states of the optical element 10 and the PB lenses 20A1, 20A2, and 20A3 in each mode of the variable focus element 30 according to the first modification of the fifth embodiment.

Figure 0007360528000003
Figure 0007360528000003

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。 The F0 mode will be explained using Table 1 above. In this mode, all optical elements 10 are in the first state (unmodulated). When the right-handed circularly polarized light is incident, it is not modulated by the first optical element 10 and enters the first first PB lens 20A1 as it is. Here, the light is focused at 0.25D. At this time, the emitted light becomes left-handed circularly polarized light. Here, it is a characteristic of the PB lens 20 that the direction of circularly polarized light changes even after passing through the PB lens 20. Since the optical element 10 is non-modulated, the light passes through the second optical element 10 as left circularly polarized light. In the first PB lens 20A1 of the two eyes, a divergence of -0.25D occurs. As a result, the incident light passes through the first four lenses from the incident side (optical element 10, first PB lens 20A1, optical element 10 and first PB lens 20A1) as is. Thereafter, the light also passes through the second PB lens 20A2 and the PB lens 20A3 in the same manner, and is emitted as it is as the incident light at 0D.

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。 The F1 mode will be explained using Table 1 above. In this mode, only the fourth optical element 10 from the incident side is in the second state. In this state, after passing through the first second PB lens 20A2, the light is left circularly polarized and 0.5D is imparted, similar to the F0 mode. Subsequently, the optical element in the second state converts the light into right-handed circularly polarized light. Subsequently, the second PB lens 20A2 imparts +0.5D to the light, and outputs it as left-handed circularly polarized light with a total of 1D. Thereafter, the light is emitted as 1D left-handed circularly polarized light. Since the light becomes left-handed circularly polarized light after passing through the second PB lens 20A2, the sign at the third PB lens 20A3 is opposite to that at F0.

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。 The F-2.5 mode will be explained using Table 1 and FIG. 28 above. FIG. 28 is a diagram illustrating the polarization state in the F-2.5 mode of the variable focus element according to Modification 1 of Embodiment 5. As shown in Table 1 and FIG. 28, in the F-2.5 mode, the first four lenses from the incident side (optical element 10, first PB lens 20A1, optical element 10 and first PB lens 20A1) becomes right-handed circularly polarized light with -0.5D added to it, and -2D is added to the last four lenses on the exit side (optical element 10, third PB lens 20A3, optical element 10 and third PB lens 20A3). and is emitted as right-handed circularly polarized light with a total of -2.5D.

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。 In addition, based on the same principle, multiple levels of focal length can be realized depending on which optical element 10 is set to the second modulated state. In this modified example, only three conditions are shown.

(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。
(Modification 2 of Embodiment 5)
In Embodiment 5 and Modification 1 of Embodiment 5, the embodiments include a film-like (in-cell polymer) PB lens, but the PB lens is a fluid liquid crystal layer, that is, it can be driven by voltage. It may be a liquid crystal layer. In this modification, a case will be described in which the PB lens is a liquid crystal layer that can be driven by voltage.

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。 As in Embodiment 5 and Modification 1 of Embodiment 5, the polymer-like PB lens itself is called a passive PB lens because it cannot be varied by voltage. On the other hand, a PB lens formed of a fluid liquid crystal layer is called an active PB lens because it can be driven by voltage.

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(Polymer sustained alignment)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。 An active PB lens can be manufactured by the following procedure. First, a PB lens pattern alignment process is performed on the alignment film of one of the pair of substrates. The alignment film on the other substrate is a weak anchoring alignment film (slippery interface). Note that transparent electrodes are provided on both substrates. When this pair of substrates are bonded together with the liquid crystal layer sandwiched between them, the liquid crystal molecules are aligned along the pattern subjected to the alignment treatment, and the liquid crystal layer also takes on the alignment of the PB lens pattern. This makes it possible to realize an active PB lens. More preferably, a PSA (Polymer sustained alignment) treatment is then performed to stabilize the alignment of the interface of liquid crystal molecules, thereby making it possible to obtain an active PB lens with higher alignment stability and reliability.

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。 Since the active PB lens has a PB lens pattern in the voltage OFF state, it condenses or diverges light depending on the incident polarization state. When the voltage is ON, the liquid crystal molecules are vertically aligned, so light is transmitted as is without converging or diverging.

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。 In the variable focus element that combines the sHWP and the passive PB lens as in the fifth embodiment and the first modification of the fifth embodiment, there is a binary switching between condensing and divergence, whereas in the variable focus element as in the fifth modification and the first modification of the fifth embodiment A variable focus element that combines an sHWP and an active PB lens can switch between three values: convergence, divergence, and transmission. As a result, smoother focus control is possible. Alternatively, the number of layers of voltage-driven elements can be reduced in order to achieve the same number of focal length steps.

(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。
(Embodiment 6)
In this embodiment, features unique to this embodiment will be mainly explained, and descriptions of contents that overlap with the above-described Embodiment 1 and its modifications, as well as Embodiments 2 to 5 and their modifications will be omitted. In this embodiment, a head mounted display including a variable focus element 30 will be described. FIG. 29 is a schematic cross-sectional view of a head mounted display according to Embodiment 6. FIG. 30 is a schematic perspective view showing an example of the appearance of the head mounted display according to the sixth embodiment.

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。 As shown in FIGS. 29 and 30, the head mounted display 1 of this embodiment includes a display panel 1P that displays an image, a retardation plate 40, and a variable focus element 30. By using the head-mounted display 1, the light emitted from the display panel 1P such as a liquid crystal display device or an organic electroluminescent display device becomes circularly polarized light through the retardation plate 40, which passes through the variable focus element 30, visible to user U.

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。 The effects of the present invention will be explained below with reference to Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited to these Examples.

(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。
(Example 1)
An optical element 10 of Example 1 having a configuration similar to that of Embodiment 1 was manufactured. The first liquid crystal cell 11A and the second liquid crystal cell 11B were stacked in two layers, and a negative C plate 12 having a retardation Rth in the thickness direction of -110 nm was stacked between them. The first liquid crystal molecule 510 and the second liquid crystal molecule 610 were positive liquid crystal molecules, and had a refractive index anisotropy Δn=0.066. The first alignment film 41, the second alignment film 42, the third alignment film 43, and the fourth alignment film 44 were horizontal alignment films.

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。 The azimuth angle of the alignment direction 511A of the first liquid crystal molecules 511 on the first substrate 100 side in the second state is 0°, and the alignment direction of the first liquid crystal molecules 512 on the second substrate 200 side in the second state The azimuth angle of 512A was 68°. Further, the azimuth angle of the alignment direction 611A of the second liquid crystal molecules 611 on the third substrate 300 side in the first state is 90°, and the azimuth angle of the second liquid crystal molecules 612 on the fourth substrate 400 side in the first state is 90°. The azimuth angle of the orientation direction 612A was 158°. Note that the orientation direction 511A of the first liquid crystal molecules 511 on the first substrate 100 side in the second state, the orientation direction 512A of the first liquid crystal molecules 512 on the second substrate 200 side in the second state, and the orientation direction 512A of the first liquid crystal molecules 512 on the second substrate 200 side in the second state, The alignment direction 611A of the second liquid crystal molecules 611 on the third substrate 300 side and the alignment direction 612A of the second liquid crystal molecules 612 on the fourth substrate 400 side in the first state are respectively the first alignment film. 41, the alignment directions 511A, 512A, 611A and 612A are the same as the alignment directions of the second alignment film 42, the third alignment film 43 and the fourth alignment film 44, respectively. It was determined from the alignment processing directions of the alignment film 41, the second alignment film 42, the third alignment film 43, and the fourth alignment film 44.

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。 The first 1/4 wavelength film 13 had reverse wavelength dispersion characteristics, and the second 1/4 wavelength film 14 had flat wavelength dispersion characteristics. The slow axis 13A of the first quarter wavelength film 13 was 57.2°, and the slow axis 14A of the second quarter wavelength film 14 was 12.2°.

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。 In the first state, a voltage was applied to the first liquid crystal layer 500 to drive it. The voltage applied to the first liquid crystal layer 500 in the first state is preferably as high as possible, and in this example, 20V was applied. Since the negative C plate 12 is designed so that the phase difference between the driven liquid crystal layer (first liquid crystal layer 500) and the negative C plate 12 is canceled, only the undriven liquid crystal layer (second liquid crystal layer 600) Now valid. Therefore, it was possible to realize a wide viewing angle and broadband sHWP.

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。 In the second state, contrary to the first state, by applying a voltage to the second liquid crystal layer 600 and driving it, the liquid crystal layer (second liquid crystal layer 600) that was effective in the first state is changed. Since the liquid crystal layer rotated by 90 degrees (first liquid crystal layer 500) becomes effective, two 1/4 wavelength films (first 1/4 wavelength film 13 and second 1/4 wavelength film 14) are After passing through, the light became circularly polarized light having a polarization state opposite to that of the light that entered the optical element 10.

(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。
(Comparative example 1)
FIG. 31 is a schematic cross-sectional view of an optical element according to Comparative Example 1. An optical element 10R1 of Comparative Example 1 shown in FIG. 31 was manufactured. The optical element 10R1 of Comparative Example 1 was an optical element corresponding to the optical element of Comparative Form 1 described above. The optical element 10R1 of Comparative Example 1 includes, in order from the incident side to the output side, a 1/4 wavelength film 15R whose slow axis has an azimuth of 75°, a 1/4 wavelength film whose slow axis has an azimuth of 15°, and a 1/4 wavelength film 15R whose slow axis has an azimuth of 15°. A two-wavelength film 16R, a liquid crystal cell 11R1 including a 90° twisted TN liquid crystal layer 500R1, a half-wavelength film 17R whose slow axis has an azimuth of -75°, and a slow axis whose azimuth is -15°. It was equipped with a quarter-wavelength film 18R.

(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。
(Comparative example 2)
FIG. 32 is a schematic cross-sectional view of an optical element according to Comparative Example 2. An optical element 10R2 of Comparative Example 2 shown in FIG. 32 was manufactured. The optical element 10R2 of Comparative Example 2 was an optical element corresponding to the optical element of Comparative Form 2 described above. The optical element 10R2 of Comparative Example 2 had a structure in which a 70° twisted TN liquid crystal layer 500R2 and a -70° twisted TN liquid crystal layer 500R3 were laminated in order from the incident side to the output side.

(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。
(Evaluation of Example 1, Comparative Example 1, and Comparative Example 2)
Regarding the optical elements (sHWP) of Example 1, Comparative Example 1, and Comparative Example 2, the Stokes parameter S3 of the emitted light when right-handed circularly polarized light (S3=+1) was incident was evaluated. In the Examples and Comparative Examples of this specification, unless otherwise specified, the Stokes parameter S3 of the light emitted when right-handed circularly polarized light (S3=+1) is incident is evaluated. FIG. 33 is a graph showing the relationship between the Stokes parameter S3 and the wavelength of emitted light when the optical elements according to Example 1, Comparative Example 1, and Comparative Example 2 are not modulated. FIG. 34 is a graph showing the relationship between the Stokes parameter S3 during modulation and the wavelength of emitted light for the optical elements according to Example 1, Comparative Example 1, and Comparative Example 2. As shown in FIGS. 33 and 34, in Example 1, |S3|≧0.9 could be achieved in the wavelength range of 450 nm to 650 nm both during modulation and during non-modulation.

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。 FIG. 35 is a graph showing the relationship between the Stokes parameter S3 and the azimuth when the optical element according to Comparative Example 1 is not modulated, when the incident angle is set to 30°. FIG. 36 is a graph showing the relationship between the Stokes parameter S3 and the azimuth during modulation of the optical element according to Comparative Example 1 when the incident angle is set to 30°. FIG. 37 is a graph showing the relationship between the Stokes parameter S3 and the azimuth when the optical element according to Comparative Example 2 is not modulated, when the incident angle is set to 30°. FIG. 38 is a graph showing the relationship between the Stokes parameter S3 and the azimuth during modulation of the optical element according to Comparative Example 2 when the incident angle is set to 30°. FIG. 39 is a graph showing the relationship between the Stokes parameter S3 and the azimuth when the optical element according to Example 1 is not modulated, when the incident angle is set to 30°. FIG. 40 is a graph showing the relationship between the Stokes parameter S3 and the azimuth during modulation of the optical element according to Example 1 when the incident angle is set to 30°. 35 to 40 show evaluation results at wavelengths of 450 nm, 550 nm, and 650 nm.

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。 As shown in FIGS. 35 and 36, in Comparative Example 1, |S3|≧0.9 could not be achieved both during modulation and during non-modulation. As shown in FIGS. 37 and 38, in Comparative Example 2, |S3|≧0.9 was generally achieved during modulation, but |S3|≧0.9 was not achieved during non-modulation. On the other hand, as shown in FIGS. 39 and 40, in Example 1, |S3|≧0.9 could be achieved in all directions in the range of 450 nm to 650 nm both during modulation and during non-modulation.

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。 The viewing angle characteristics of the optical elements of Example 1, Comparative Example 1, and Comparative Example 2 during non-modulation and modulation were evaluated by simulation. The results are shown in FIG. FIG. 41 is a diagram showing simulation results of the viewing angle characteristics of the optical elements of Example 1, Comparative Example 1, and Comparative Example 2 during non-modulation and modulation.

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。 In the graph for non-modulation in FIG. 41, the wider the dark region is, the better the characteristics are, and in the graph for modulation, the wider the thin region is, the better the characteristic is. As shown in FIG. 41, in Example 1, it was found that the viewing angle was good for both non-modulation and modulation in the wavelength range of 450 nm to 650 nm. On the other hand, it was found that Comparative Example 1 had a good viewing angle when not modulated, but had a large wavelength dependence when modulated. It was found that Comparative Example 2 had a good viewing angle during modulation, but a poor viewing angle when not modulated.

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-MASTER 1D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。 In order to consider the design of a suitable liquid crystal cell, optical calculations were performed on the optical element 10 of Example 1 using LCD-MASTER 1D manufactured by Shintech. In the following, based on the results obtained by simulation, a preferable range is determined to be a range in which modulation and non-modulation of 90% or more can be achieved at an incident angle of 30° and a wavelength of 450 nm to 650 nm. In addition, in the graphs shown below, for the sake of simplicity, only data regarding the worst direction with an incident angle of 30° at wavelengths of 450 nm, 550 nm, and 650 nm are shown.

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。 First, in order to examine the suitable range of the retardation Δnd of the first liquid crystal layer 500 in the second state at a wavelength of 550 nm and the retardation Δnd of the second liquid crystal layer 600 in the first state at a wavelength of 550 nm, an experiment was carried out. Stokes parameter S3 at the time of non-modulation with respect to the retardation in the first state of the second liquid crystal layer 600 included in the optical element 10 of Example 1, and the second state of the first liquid crystal layer 500 included in the optical element 10 of Example 1 The Stokes parameter S3 during modulation for the retardation was determined by simulation. FIG. 42 is a graph showing the Stokes parameter S3 at the time of non-modulation with respect to the retardation in the first state of the second liquid crystal layer included in the optical element of Example 1. FIG. 43 is a graph showing the Stokes parameter S3 at the time of modulation with respect to the retardation in the second state of the first liquid crystal layer included in the optical element of Example 1.

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。 From FIG. 42, it was found that the retardation of the second liquid crystal layer 600 in the first state at a wavelength of 550 nm is preferably 210 nm or more and 260 nm or less. Moreover, from FIG. 43, it was found that the retardation of the first liquid crystal layer 500 in the second state at a wavelength of 550 nm is preferably 200 nm or more and 260 nm or less.

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。 In order to study the suitable range of the twist angle of the first liquid crystal molecule 510 and the second liquid crystal molecule 610, the Stokes at the time of non-modulation with respect to the twist angle of the second liquid crystal molecule 610 included in the optical element 10 of Example 1 was used. The parameter S3 and the Stokes parameter S3 during modulation with respect to the twist angle of the first liquid crystal molecule 510 included in the optical element 10 of Example 1 were determined by simulation. FIG. 44 is a graph showing the unmodulated Stokes parameter S3 with respect to the twist angle of the second liquid crystal molecule included in the optical element of Example 1. FIG. 45 is a graph showing the Stokes parameter S3 during modulation with respect to the twist angle of the first liquid crystal molecule included in the optical element of Example 1.

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。 From FIG. 44, it was found that the second liquid crystal molecules 610 in the first state (non-modulated) are preferably twisted at a twist angle of 64° or more and 74° or less. Further, from FIG. 45, it was found that the first liquid crystal molecules 510 in the second state (during modulation) are preferably twisted at a twist angle of 61° or more and 75° or less.

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。 In order to study the preferable range of the pre-twist angle of the first liquid crystal molecule 510 and the second liquid crystal molecule 610, when the pre-twist angle of the second liquid crystal molecule 610 included in the optical element 10 of Example 1 is not modulated, The Stokes parameter S3 and the Stokes parameter S3 at the time of modulation with respect to the pre-twist angle of the first liquid crystal molecule 510 included in the optical element 10 of Example 1 were determined by simulation. FIG. 46 is a graph showing the non-modulated Stokes parameter S3 with respect to the pretwist angle of the second liquid crystal molecule included in the optical element of Example 1. FIG. 47 is a graph showing the Stokes parameter S3 during modulation with respect to the pretwist angle of the first liquid crystal molecule included in the optical element of Example 1. Here, the pre-twist angle is the azimuth angle of the alignment direction of liquid crystal molecules on the incident side substrate of each liquid crystal cell. Specifically, the pre-twist angle of the first liquid crystal molecules 510 is the azimuth angle of the alignment direction 511A of the first liquid crystal molecules 511 on the first substrate 100 side in the second state. Further, the pre-twist angle of the second liquid crystal molecules 610 is specifically the azimuth angle of the alignment direction 611A of the second liquid crystal molecules 611 on the third substrate 300 side in the first state.

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。 From FIG. 46, the pre-twist angle of the second liquid crystal molecules 610, that is, the azimuth angle of the alignment direction 611A of the second liquid crystal molecules 611 on the third substrate 300 side in the first state is 85° or more and 96° or less. It was found that it is suitable. Further, from FIG. 47, the pre-twist angle of the first liquid crystal molecules 510, that is, the azimuth angle of the alignment direction 511A of the first liquid crystal molecules 511 on the first substrate 100 side in the second state is −9° or more, It has been found that the angle is preferably 7° or less.

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。 From FIGS. 42 to 47, the optimum values of the retardation Δnd, twist angle and pre-twist angle of the liquid crystal layer are different between the first liquid crystal cell 11A and the second liquid crystal cell 11B, so liquid crystal cells of the same design are not necessarily stacked. It turns out there's no need to. That is, it was found that the first liquid crystal cell 11A does not have to have the same configuration as the second liquid crystal cell 11B.

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。 In order to examine the suitable range of the azimuth angle of the slow axis of the reverse wavelength dispersion 1/4 wavelength film (first 1/4 wavelength film 13), the reverse wavelength dispersion The Stokes parameter S3 in non-modulation and modulation with respect to the azimuth angle of the slow axis of the quarter-wavelength film was determined by simulation. FIG. 48 is a graph showing the Stokes parameter S3 during non-modulation with respect to the azimuth of the slow axis of the quarter-wavelength film with reverse wavelength dispersion included in the optical element according to Example 1. FIG. 49 is a graph showing the Stokes parameter S3 during modulation with respect to the azimuth of the slow axis of the quarter-wavelength film with reverse wavelength dispersion included in the optical element according to Example 1. As shown in FIGS. 48 and 49, the azimuth angle of the slow axis of the reverse wavelength dispersion 1/4 wavelength film as the first 1/4 wavelength film 13 is preferably 52° or more and 60° or less. That's what I found out.

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。 In order to examine the preferable range of the retardation of the 1/4 wavelength film with reverse wavelength dispersion, the retardation range of the 1/4 wavelength film with reverse wavelength dispersion included in the optical element 10 of Example 1 was measured for non-modulation and modulation. The wavelength dispersion of the Stokes parameter S3 was determined by simulation. FIG. 50 is a graph showing the Stokes parameter S3 during non-modulation with respect to the phase difference of the quarter-wavelength film with reverse wavelength dispersion included in the optical element according to Example 1. FIG. 51 is a graph showing the Stokes parameter S3 during modulation with respect to the phase difference of the quarter-wavelength film with reverse wavelength dispersion included in the optical element according to Example 1. As shown in FIGS. 50 and 51, it was found that the retardation of the reverse wavelength dispersion 1/4 wavelength film as the first 1/4 wavelength film 13 is preferably 90 nm or more and 170 nm or less.

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。 In order to examine the suitable range of the azimuth angle of the slow axis of the flat wavelength dispersion 1/4 wavelength film (second 1/4 wavelength film 14), the flat wavelength dispersion The wavelength dispersion of the Stokes parameter S3 during non-modulation and modulation with respect to the azimuth angle of the slow axis of the quarter-wavelength film was determined by simulation. FIG. 52 is a graph showing the Stokes parameter S3 during non-modulation with respect to the azimuth angle of the slow axis of the flat wavelength dispersion quarter-wave film included in the optical element according to Example 1. FIG. 53 is a graph showing the Stokes parameter S3 during modulation with respect to the azimuth of the slow axis of the quarter-wavelength film with flat wavelength dispersion included in the optical element according to Example 1. As shown in FIGS. 52 and 53, the azimuth angle of the slow axis of the flat wavelength dispersion 1/4 wavelength film as the second 1/4 wavelength film 14 is preferably 8° or more and 18° or less. That's what I found out.

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。 In order to study the suitable range of the retardation of the flat wavelength dispersion 1/4 wavelength film, the retardation of the flat wavelength dispersion 1/4 wavelength film included in the optical element 10 of Example 1 was measured in the non-modulated state and in the modulated state. The wavelength dispersion of the Stokes parameter S3 was determined by simulation. FIG. 54 is a graph showing the Stokes parameter S3 during non-modulation with respect to the phase difference of the flat wavelength dispersion quarter-wave film included in the optical element according to Example 1. FIG. 55 is a graph showing the Stokes parameter S3 during modulation with respect to the phase difference of the quarter-wavelength film with flat wavelength dispersion included in the optical element according to Example 1. As shown in FIGS. 54 and 55, it has been found that the retardation of the flat wavelength dispersion 1/4 wavelength film as the second 1/4 wavelength film 14 is preferably 120 nm or more and 150 nm or less. Ta.

(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。
(Example 2)
An optical element 10 of Example 2 having a configuration similar to that of Embodiment 2 was manufactured. Specifically, the optical element 10 of Example 2 was produced in the same manner as Example 1 except that the negative C plate 12 was not disposed.

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。 The viewing angle characteristics of the optical elements of Example 1, Example 2, and Comparative Example 1 during non-modulation and modulation were evaluated by simulation. The results are shown in FIG. FIG. 56 is a diagram showing the simulation results of the viewing angle characteristics of the optical elements of Example 1, Example 2, and Comparative Example 1 during non-modulation and modulation.

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。 In the graph for non-modulation in FIG. 56, the wider the dark region is, the better the characteristics are, and in the graph for modulation, the wider the thin region is, the better the characteristic is. As shown in FIG. 56, it was found that Example 2 had a good viewing angle for both non-modulation and modulation in the wavelength range of 450 nm to 650 nm, although it was not as good as Example 1. The optical element 10 of Example 2 could be manufactured at low cost since the negative C plate 12 was not disposed, and the optical element 10 could be made thinner.

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。 Regarding the optical element (sHWP) of Example 2, the Stokes parameter S3 of the emitted light when right-handed circularly polarized light (S3=+1) was incident was evaluated. FIG. 57 is a graph showing the relationship between the Stokes parameter S3 and the azimuth when the optical element according to Example 2 is not modulated, when the incident angle is set to 30°. FIG. 58 is a graph showing the relationship between the Stokes parameter S3 and the azimuth during modulation of the optical element according to Example 2 when the incident angle is set to 30°. 57 and 58 show evaluation results at wavelengths of 450 nm, 550 nm, and 650 nm. As shown in FIGS. 57 and 58, in Example 2, |S3|≧0.9 could be achieved in all directions in the wavelength range of 450 nm to 650 nm both during modulation and during non-modulation.

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。 Here, including Example 1, a suitable range of the retardation Rth in the thickness direction of the negative C plate 12 was investigated. Specifically, for an optical element having the same configuration as the optical element of Example 1, the Stokes parameter S3 was determined by simulation when the retardation Rth in the thickness direction of the negative C plate 12 was −300 nm to 0 nm. Here, the retardation Rth in the thickness direction of the negative C plate 12 of 0 nm indicates an aspect in which the negative C plate 12 is not laminated, that is, the configuration of Example 2. The results are shown in FIGS. 59 and 60.

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。 FIG. 59 is a graph showing the relationship between the Stokes parameter S3 in the non-modulated state of the optical element of the example and the retardation Rth in the thickness direction of the negative C plate. FIG. 60 is a graph showing the relationship between the Stokes parameter S3 during modulation of the optical element of the example and the retardation Rth in the thickness direction of the negative C plate. In FIG. 59 and FIG. 60, only data about the worst direction with an incident angle of 30° at wavelengths of 450 nm, 550 nm, and 650 nm are shown. From FIGS. 59 and 60, it was found that the retardation Rth in the thickness direction of the negative C plate 12 is preferably −220 nm or more and 0 nm or less.

(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。
(Example 3)
An optical element 10 of Example 3 having a configuration similar to that of Embodiment 3 was manufactured. Specifically, the first liquid crystal molecule 510 and the second liquid crystal molecule 610 are twist-oriented negative liquid crystal molecules (refractive index anisotropy Δn=0.079) with a chiral pitch of 15.7 μm, and The first alignment film 41, the second alignment film 42, the third alignment film 43, and the fourth alignment film 44 are vertical alignment films, and the first liquid crystal layer 500 on the first substrate 100 side has an azimuth angle of 0. (that is, the azimuth angle of the alignment direction 511A of the first liquid crystal molecules 511 on the first substrate 100 side in the second state is set to 90 degrees), and Except that a pretilt of 90° in the azimuth was given to the 300 side (that is, the azimuth angle of the alignment direction 611A of the second liquid crystal molecules 611 on the third substrate 300 side in the first state was set to 90°). The optical element 10 of Example 3 was produced in the same manner as Example 1.

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。 In the first state, a voltage was applied to the second liquid crystal layer 600 to drive it. The voltage applied to the second liquid crystal layer 600 in the first state is preferably as high as possible, and in this example, 20V was applied. Since the negative C plate 12 is designed so that the phase difference between the liquid crystal layer that is not being driven (the first liquid crystal layer 500) and the negative C plate 12 is canceled, only the liquid crystal layer that is being driven (the second liquid crystal layer 600) is has become effective. Therefore, it was possible to realize a wide viewing angle and broadband sHWP.

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。 In the second state, contrary to the first state, by applying a voltage to the first liquid crystal layer 500 and driving it, the liquid crystal layer (second liquid crystal layer 600) that was effective in the first state is changed. Since the liquid crystal layer rotated by 90 degrees (first liquid crystal layer 500) becomes effective, two 1/4 wavelength films (first 1/4 wavelength film 13 and second 1/4 wavelength film 14) are After passing through, the light became circularly polarized light having a polarization state opposite to that of the light that entered the optical element 10.

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。 Regarding the optical element (sHWP) of Example 3, the Stokes parameter S3 of the emitted light when right-handed circularly polarized light (S3=+1) was incident was evaluated. FIG. 61 shows the Stokes parameter S3 and the wavelength of the emitted light in the non-modulated state of the optical elements according to Example 1, Example 3, Comparative Example 1, and Comparative Example 2 when the incident angle is set to 0°. It is a graph showing a relationship. FIG. 62 shows the relationship between the Stokes parameter S3 during modulation and the wavelength of the emitted light of the optical elements according to Example 1, Example 3, Comparative Example 1, and Comparative Example 2 when the incident angle is set to 0°. This is a graph showing. FIGS. 61 and 62 show modulation and non-modulation characteristics in the visible light region when the incident angle is set to 0°. As shown in FIGS. 61 and 62, in Example 3, |S3|≧0.9 could be achieved in the wavelength range of 450 nm to 650 nm both during modulation and during non-modulation.

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。 FIG. 63 is a graph showing the relationship between the Stokes parameter S3 and the azimuth when the optical element according to Example 3 is not modulated, when the incident angle is set to 30°. FIG. 64 is a graph showing the relationship between the Stokes parameter S3 and the azimuth during modulation of the optical element according to Example 3 when the incident angle is set to 30°. FIGS. 63 and 64 show modulation and non-modulation characteristics at wavelengths of 450 nm, 550 nm, and 650 nm when the incident angle is set to 30°. As shown in FIGS. 63 and 64, in Example 3, |S3|≧0.9 could be achieved in all directions in the wavelength range of 450 nm to 650 nm both during modulation and during non-modulation.

(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。
(Example 4)
An optical element 10 of Example 4 having a configuration similar to that of Embodiment 4 was manufactured. Specifically, the optical element 10 of Example 4 was produced in the same manner as Example 1 except that the second liquid crystal cell 11B of Example 3 was used as the second liquid crystal cell 11B.

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。 In the first state, voltage was applied to both the first liquid crystal layer 500 and the second liquid crystal layer 600 to drive them. The voltage applied to the first liquid crystal layer 500 and the second liquid crystal layer 600 in the first state is preferably as high as possible, and in this example, 20V was applied. Since the negative C plate 12 was designed so that the phase difference between the driven first liquid crystal layer 500 and the negative C plate 12 was canceled, only the driven second liquid crystal layer 600 became effective. Therefore, it was possible to realize a wide viewing angle and broadband sHWP.

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。 Contrary to the first state, in the second state, by applying no voltage to either the first liquid crystal layer 500 or the second liquid crystal layer 600, the liquid crystal layer (the The second liquid crystal layer 600) is a liquid crystal layer rotated by 90 degrees (the first liquid crystal layer 500), so two 1/4 wavelength films (the first 1/4 wavelength film 13 and the second The light after passing through the 1/4 wavelength film 14) became circularly polarized light having a polarization state opposite to that of the light incident on the optical element 10.

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。 Regarding the optical element (sHWP) of Example 4, the Stokes parameter S3 of the emitted light when right-handed circularly polarized light (S3=+1) was incident was evaluated. FIG. 65 is a graph showing the relationship between the Stokes parameter S3 and the wavelength of the emitted light when the optical elements according to Example 4, Comparative Example 1, and Comparative Example 2 are not modulated when the incident angle is set to 0°. It is. FIG. 66 is a graph showing the relationship between the Stokes parameter S3 during modulation and the wavelength of the emitted light for the optical elements according to Example 4, Comparative Example 1, and Comparative Example 2 when the incident angle is set to 0°. be. FIGS. 65 and 66 show modulation and non-modulation characteristics in the visible light region when the incident angle is set to 0°. As shown in FIGS. 65 and 66, in Example 4, |S3|≧0.9 could be achieved in the wavelength range of 450 nm to 650 nm both during modulation and during non-modulation.

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。 FIG. 67 is a graph showing the relationship between the Stokes parameter S3 and the azimuth when the optical element according to Example 4 is not modulated when the incident angle is set to 30°. FIG. 68 is a graph showing the relationship between the Stokes parameter S3 and the azimuth during modulation of the optical element according to Example 4 when the incident angle is set to 30°. FIGS. 67 and 68 show modulation and non-modulation characteristics at wavelengths of 450 nm, 550 nm, and 650 nm when the incident angle is set to 30°. As shown in FIGS. 67 and 68, in Example 4, |S3|≧0.9 could be achieved in all directions in the wavelength range of 450 nm to 650 nm both during modulation and during non-modulation.

(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。
(Example 5)
A variable focus element 30 of Example 5 corresponding to Modification 1 of Embodiment 5 was manufactured. The first liquid crystal molecule 510 and the second liquid crystal molecule 610 were positive liquid crystal molecules, and had a refractive index anisotropy Δn=0.066. The first alignment film 41, the second alignment film 42, the third alignment film 43, and the fourth alignment film 44 were horizontal alignment films.

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。 The azimuth angle of the alignment direction 512A of the first liquid crystal molecules 512 on the second substrate 200 side in the second state is 0°, and the alignment direction of the first liquid crystal molecules 511 on the first substrate 100 side in the second state The azimuth angle of 511A was 68°. Further, the azimuth angle of the alignment direction 612A of the second liquid crystal molecules 612 on the fourth substrate 400 side in the first state is 90°, and The azimuth angle of the orientation direction 611A was 158°.

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。 The first 1/4 wavelength film 13 had reverse wavelength dispersion characteristics, and the second 1/4 wavelength film 14 had flat wavelength dispersion characteristics. The slow axis 13A of the first quarter wavelength film 13 was 57.2°, and the slow axis 14A of the second quarter wavelength film 14 was 12.2°.

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。 Specifically, the variable focus element 30 of Example 5 was manufactured as follows. A photosensitive material for forming an in-cell PB lens containing a polymer represented by the above general formula (PB-1) is applied to the fourth substrate 400 of the second liquid crystal cell 11B to form a film for forming a PB lens. It was filmed.

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。 FIG. 69 is a schematic diagram illustrating the first alignment process in the manufacturing process of the variable focus element according to Example 5. FIG. 70 is a schematic diagram illustrating the second alignment process in the manufacturing process of the variable focus element according to Example 5. FIG. 71 is a schematic diagram illustrating the third alignment process in the manufacturing process of the variable focus element according to Example 5. FIG. 72 is a schematic diagram illustrating the fourth alignment process in the manufacturing process of the variable focus element according to Example 5.

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。 Next, the PB lens forming film provided on the fourth substrate 400 was subjected to alignment treatment. Specifically, as shown in FIG. 69, the PB lens forming film 900 was subjected to alignment treatment using a first photomask 810 with polarized light having an azimuth angle of 0°. Subsequently, as shown in FIG. 70, using a second photomask 820, the PB lens forming film 900 was subjected to alignment treatment with polarized light having an azimuth angle of 45°. Subsequently, as shown in FIG. 71, using a third photomask 830, the PB lens forming film 900 was subjected to alignment treatment with polarized light having an azimuth angle of 90°. Finally, as shown in FIG. 72, using a fourth photomask 840, the PB lens forming film 900 was subjected to alignment treatment with polarized light having an azimuth angle of 135°. Thereafter, an annealing process was performed, and the PB lens 20 could be formed on the fourth substrate 400.

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。 Using the laminate of the fourth substrate 400 and the PB lens 20, a second liquid crystal cell 11B was produced in the same manner as in Example 2, and a horizontally oriented first liquid crystal cell 11A and a horizontally oriented second liquid crystal cell 11B were fabricated in the same manner as in Example 2. Liquid crystal cells 11B were stacked. Thereafter, a 1/4 wavelength film with reverse wavelength dispersion is attached as the first 1/4 wavelength film 13 to the side of the first liquid crystal cell 11A opposite to the second liquid crystal cell 11B, and the second 1/4 wavelength film A 1/4 wavelength film with flat wavelength dispersion was attached as the wavelength film 14 to the side of the first 1/4 wavelength film 13 opposite to the first liquid crystal cell 11A to obtain the variable focus element 30 of Example 5. .

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。 Here, in this embodiment, the incident light enters the sHWP before the PB lens 20 and switches between right-handed circularly polarized light and left-handed circularly polarized light, and the PB lens 20 condenses or diverges the light depending on the polarization state. Therefore, the second 1/4 wavelength film 14 and the first 1/4 wavelength film 13 were arranged closer to the incident side than the first liquid crystal layer 500 and the second liquid crystal layer 600. Therefore, the arrangement and axial orientation of each layer were different from those in Example 2.

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。 The variable focus element 30 of Example 5 was able to switch between polarization modulation and non-polarization modulation over a wide band and wide viewing angle.

(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。
(Example 6)
An optical element 10 of Example 6 having the same configuration as Modification Example 1 of Embodiment 1 was manufactured. Specifically, a first positive C plate 19A having a retardation Rth in the thickness direction of 70 nm is placed on the opposite side of the first liquid crystal cell 11A to the second liquid crystal cell 11B, and the second liquid crystal cell 11B and A second positive C plate 19B having a retardation Rth in the thickness direction of 70 nm is arranged between the first 1/4 wavelength film 13, and the retardation Rth in the thickness direction of the negative C plate 12 is changed to -140 nm. The optical element 10 of Example 6 was produced in the same manner as Example 1 except for the above. The method of driving the optical element 10 was also the same as in Example 1.

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。 Regarding the optical element (sHWP) of Example 6, the Stokes parameter S3 of the emitted light when right-handed circularly polarized light (S3=+1) was incident was evaluated. FIG. 73 is a graph showing the relationship between the Stokes parameter S3 and the wavelength of emitted light when the optical elements according to Example 6, Comparative Example 1, and Comparative Example 2 are not modulated when the incident angle is set to 0°. It is. FIG. 74 is a graph showing the relationship between the Stokes parameter S3 during modulation and the wavelength of the emitted light for the optical elements according to Example 6, Comparative Example 1, and Comparative Example 2 when the incident angle is set to 0°. be. FIGS. 73 and 74 show modulation and non-modulation characteristics in the visible light region when the incident angle is set to 0°. As shown in FIGS. 73 and 74, in Example 6, |S3|≧0.9 could be achieved in the wavelength range of 450 nm to 650 nm both during modulation and during non-modulation.

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。 FIG. 75 is a graph showing the relationship between the Stokes parameter S3 and the azimuth when the optical element according to Example 6 is not modulated, when the incident angle is set to 30°. FIG. 76 is a graph showing the relationship between the Stokes parameter S3 and the azimuth during modulation of the optical element according to Example 6 when the incident angle is set to 30°. FIGS. 75 and 76 show modulation and non-modulation characteristics at wavelengths of 450 nm, 550 nm, and 650 nm when the incident angle is set to 30°. As shown in FIGS. 75 and 76, in Example 6, |S3|≧0.9 could be achieved in all directions in the wavelength range of 450 nm to 650 nm both during modulation and during non-modulation. Further, in Example 6, better characteristics than in Example 1 were obtained.

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-MASTER 1D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。 In order to examine the suitable range of the retardation Rth in the thickness direction of the first positive C plate 19A and the second positive C plate 19B, the optical element 10 of Example 6 was measured using an LCD-MASTER 1D manufactured by Shintech. Optical calculations were performed. In the following, based on the results obtained by simulation, a preferable range is determined to be a range in which modulation and non-modulation of 90% or more can be achieved at an incident angle of 30° and a wavelength of 450 nm to 650 nm. In addition, in the graphs shown below, for the sake of simplicity, only data regarding the worst direction with an incident angle of 30° at wavelengths of 450 nm, 550 nm, and 650 nm are shown.

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。 FIG. 77 is a graph showing the Stokes parameter S3 during non-modulation with respect to the retardation Rth in the thickness direction of the first positive C plate included in the optical element of Example 6. FIG. 78 is a graph showing the Stokes parameter S3 during modulation with respect to the retardation Rth in the thickness direction of the first positive C plate included in the optical element of Example 6. From FIGS. 77 and 78, it was found that the retardation Rth in the thickness direction of the first positive C plate 19A is preferably 0 nm or more and 190 nm or less.

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。 FIG. 79 is a graph showing the Stokes parameter S3 during non-modulation with respect to the retardation Rth in the thickness direction of the second positive C plate included in the optical element of Example 6. FIG. 80 is a graph showing the Stokes parameter S3 during modulation with respect to the retardation Rth in the thickness direction of the second positive C plate included in the optical element of Example 6. From FIGS. 79 and 80, it was found that the retardation Rth in the thickness direction of the second positive C plate 19B is preferably 0 nm or more and 220 nm or less.

(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。
(Example 7)
FIG. 178 is a schematic diagram illustrating the orientation of liquid crystal molecules in the first state and the second state of the optical element according to Example 7. Among the optical elements 10 having the seventh configuration according to Modification Example 2 of Embodiment 1, an optical element 10 corresponding to FIG. 104 was manufactured. In the optical element of this example, the azimuth angle of the slow axis 51A of the first A plate 51 (positive A plate) shown in FIG. ) The azimuth angle of the slow axis 52A was 10.2°.

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。 Re at a wavelength of 550 nm of the first A plate 51 was 140 nm, Re at a wavelength of 450 nm with respect to Re at a wavelength of 550 nm was 1.01, and Re at a wavelength of 650 nm with respect to Re at a wavelength of 550 nm was 0.99. Here, Re means in-plane phase difference (Rp).

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。 Re at a wavelength of 550 nm of the second A plate 52 was 120 nm, Re at a wavelength of 450 nm with respect to Re at a wavelength of 550 nm was 1.08, and Re at a wavelength of 650 nm with respect to Re at a wavelength of 550 nm was 0.96.

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。 The Rth of the first C plate 61 (positive C plate) at a wavelength of 550 nm is 75 nm, Re at a wavelength of 450 nm with respect to Re at a wavelength of 550 nm is 1.07, and Re at a wavelength of 650 nm with respect to Re at a wavelength of 550 nm is 0.97. Met.

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。 The Rth of the second C plate 62 (negative C plate) at a wavelength of 550 nm is -12.5 nm, the Re at a wavelength of 450 nm with respect to Re at a wavelength of 550 nm is 1.01, and the Re at a wavelength of 650 nm with respect to Re at a wavelength of 550 nm is It was 0.99.

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。 The Rth of the negative C plate 12 at a wavelength of 550 nm was 160 nm, Re at a wavelength of 450 nm with respect to Re at a wavelength of 550 nm was 1.01, and Re at a wavelength of 650 nm with respect to Re at a wavelength of 550 nm was 0.99.

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。 The first liquid crystal cell 11A and the second liquid crystal cell 11B were manufactured as follows. A first solid electrode 120, a second solid electrode 220, and a third solid electrode 320 are provided on the first substrate 100, the second substrate 200, the third substrate 300, and the fourth substrate 400, respectively. And a fourth solid electrode 420 was formed. Furthermore, a horizontal alignment film was provided on each of the first substrate 100, second substrate 200, third substrate 300, and fourth substrate 400 on which solid electrodes were formed. Note that a pretilt may be imparted to these horizontal alignment films by subjecting them to a rubbing treatment or the like.

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。 A first liquid crystal cell 11A was manufactured by providing a first liquid crystal layer 500 between a first substrate 100 and a second substrate 200, each provided with a solid electrode and a horizontal alignment film. A second liquid crystal cell 11B was manufactured by providing a second liquid crystal layer 600 between a third substrate 300 and a fourth substrate 400, each provided with a solid electrode and a horizontal alignment film. The first liquid crystal molecules 510 contained in the first liquid crystal layer 500 and the second liquid crystal molecules 610 contained in the second liquid crystal layer 600 were both positive liquid crystal molecules (Δn=0.070). . The thicknesses of the first liquid crystal layer 500 and the second liquid crystal layer 600 were both 3.4 μm.

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。 In the second state, the azimuth angle of the alignment direction 511A of the first liquid crystal molecules 511 on the first substrate 100 side is 0°, and the azimuth of the alignment direction 512A of the first liquid crystal molecules 512 on the second substrate 200 side The angle was 68°. In the first state, the orientation angle 611A of the second liquid crystal molecules 611 on the third substrate 300 side is 90°, and the orientation angle 612A of the second liquid crystal molecules 612 on the fourth substrate 400 side is 158 degrees. It was °.

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。 Regarding the optical element (sHWP) of Example 7, the Stokes parameter S3 of the emitted light when right-handed circularly polarized light (S3=+1) was incident was evaluated. FIG. 179 is a graph showing the relationship between the Stokes parameter S3 and the wavelength of the emitted light when the optical elements according to Examples 1 and 7 are not modulated. FIG. 180 is a graph showing the relationship between the Stokes parameter S3 during modulation and the wavelength of emitted light for the optical elements according to Examples 1 and 7. FIGS. 179 and 180 show modulation and non-modulation characteristics in the visible light region when the incident angle is set to 0°. As shown in FIGS. 179 and 180, in Example 7, as in Example 1, |S3|≧0.9 can be achieved in the wavelength range of 450 nm to 650 nm both during modulation and during non-modulation. Ta.

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。 FIG. 181 is a graph showing the relationship between the Stokes parameter S3 and the azimuth when the optical element according to Example 1 is not modulated when the incident angle is set to 30°. FIG. 182 is a graph showing the relationship between the Stokes parameter S3 and the azimuth during modulation of the optical element according to Example 1 when the incident angle is set to 30°. FIG. 183 is a graph showing the relationship between the Stokes parameter S3 and the azimuth when the optical element according to Example 7 is not modulated when the incident angle is set to 30°. FIG. 184 is a graph showing the relationship between the Stokes parameter S3 and the azimuth during modulation of the optical element according to Example 7 when the incident angle is set to 30°. 181 to 184 show evaluation results at wavelengths of 450 nm, 550 nm, and 650 nm. Note that the range hatched in gray in the figure is a suitable range where |S3|≧0.9.

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。 As shown in FIGS. 181 to 184, in Example 7 as well, |S3|≧0.9 could be achieved in all directions in the range of 450 nm to 650 nm both during modulation and during non-modulation. The characteristics of Example 7 were better than those of Example 1.

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-MASTER 1D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。 In order to consider the design of a suitable liquid crystal cell, optical calculations were performed on the optical element 10 of Example 7 using LCD-MASTER 1D manufactured by Shintech. In the following, based on the results obtained by simulation, a preferable range is determined to be a range in which modulation and non-modulation of 90% or more can be achieved at an incident angle of 30° and a wavelength of 450 nm to 650 nm. In addition, in the graphs shown below, for the sake of simplicity, only data regarding the worst direction with an incident angle of 30° at wavelengths of 450 nm, 550 nm, and 650 nm are shown.

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。 First, in order to examine a suitable range of the retardation Rth in the thickness direction of the second C plate 62 (negative C plate), The Stokes parameter S3 during non-modulation with respect to the retardation Rth and the Stokes parameter S3 during modulation with respect to the retardation Rth in the thickness direction of the second C plate 62 included in the optical element 10 of Example 7 were determined by simulation. FIG. 185 is a graph showing the Stokes parameter S3 at the time of non-modulation with respect to the retardation Rth in the thickness direction of the second C plate included in the optical element of Example 7. FIG. 186 is a graph showing the Stokes parameter S3 during modulation with respect to the retardation Rth in the thickness direction of the second C plate included in the optical element of Example 7. As shown in FIGS. 185 and 186, it was found that the retardation Rth in the thickness direction of the second C plate 62 is preferably −170 nm or more and 0 nm or less.

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。 In order to examine a suitable range of the retardation Rth in the thickness direction of the first C plate 61 (positive C plate), the retardation Rth in the thickness direction of the first C plate 61 included in the optical element 10 of Example 7 The Stokes parameter S3 at the time of non-modulation for , and the Stokes parameter S3 at the time of modulation for the retardation Rth in the thickness direction of the first C plate 61 included in the optical element 10 of Example 7 were determined by simulation. FIG. 187 is a graph showing the Stokes parameter S3 in the non-modulated state with respect to the retardation Rth in the thickness direction of the first C plate included in the optical element of Example 7. FIG. 188 is a graph showing the Stokes parameter S3 during modulation with respect to the retardation Rth in the thickness direction of the first C plate included in the optical element of Example 7. As shown in FIGS. 187 and 188, it was found that the retardation Rth in the thickness direction of the first C plate 61 is preferably 0 nm or more and 230 nm or less.

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。 In order to examine a suitable range of the retardation Rth in the thickness direction of the negative C plate 12, the Stokes parameter S3 at the time of non-modulation for the negative C plate 12 included in the optical element 10 of Example 7 and the optical The Stokes parameter S3 during modulation with respect to the retardation Rth in the thickness direction of the negative C plate 12 included in the element 10 was determined by simulation. FIG. 189 is a graph showing the Stokes parameter S3 during non-modulation with respect to the retardation Rth in the thickness direction of the negative C plate included in the optical element of Example 7. FIG. 190 is a graph showing the Stokes parameter S3 during modulation with respect to the retardation Rth in the thickness direction of the negative C plate included in the optical element of Example 7. As shown in FIGS. 189 and 190, it was found that the retardation Rth in the thickness direction of the negative C plate 12 is preferably −350 nm or more and 0 nm or less.

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。 In order to examine a suitable range of the in-plane retardation Re of the second A-plate 52 (negative A-plate), The Stokes parameter S3 during modulation and the Stokes parameter S3 during modulation with respect to the in-plane phase difference Re of the second A plate 52 included in the optical element 10 of Example 7 were determined by simulation. FIG. 191 is a graph showing the Stokes parameter S3 during non-modulation with respect to the in-plane phase difference Re of the second A plate included in the optical element of Example 7. FIG. 192 is a graph showing the Stokes parameter S3 during modulation with respect to the in-plane phase difference Re of the second A plate included in the optical element of Example 7. As shown in FIGS. 191 and 192, it was found that the in-plane retardation Re of the second A plate 52 is preferably 92 nm or more and 140 nm or less.

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。 In order to consider a suitable range of the azimuth angle of the slow axis 52A of the second A plate 52, non-modulation with respect to the azimuth angle of the slow axis 52A of the second A plate 52 included in the optical element 10 of Example 7. The Stokes parameter S3 at the time of modulation and the Stokes parameter S3 at the time of modulation with respect to the azimuth of the slow axis 52A of the second A plate 52 included in the optical element 10 of Example 7 were determined by simulation. FIG. 193 is a graph showing the Stokes parameter S3 during non-modulation with respect to the azimuth angle of the slow axis of the second A plate included in the optical element of Example 7. FIG. 194 is a graph showing the Stokes parameter S3 during modulation with respect to the azimuth of the slow axis of the second A plate included in the optical element of Example 7. As shown in FIGS. 193 and 194, it was found that the azimuth angle of the slow axis 52A of the second A plate 52 is preferably 4° or more and 17° or less.

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。 In order to examine a suitable range of the in-plane retardation Re of the first A plate 51 (positive A plate), The Stokes parameter S3 during modulation and the Stokes parameter S3 during modulation with respect to the in-plane phase difference Re of the first A plate 51 included in the optical element 10 of Example 7 were determined by simulation. FIG. 195 is a graph showing the Stokes parameter S3 during non-modulation with respect to the in-plane phase difference Re of the first A plate included in the optical element of Example 7. FIG. 196 is a graph showing the Stokes parameter S3 during modulation with respect to the in-plane phase difference Re of the first A plate included in the optical element of Example 7. As shown in FIGS. 195 and 196, it was found that the in-plane retardation Re of the first A plate 51 is preferably 70 nm or more and 220 nm or less.

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。 In order to examine a suitable range of the azimuth angle of the slow axis 51A of the first A plate 51, non-modulation with respect to the azimuth angle of the slow axis 51A of the first A plate 51 included in the optical element 10 of Example 7. The Stokes parameter S3 at the time of modulation and the Stokes parameter S3 at the time of modulation with respect to the azimuth of the slow axis 51A of the first A plate 51 included in the optical element 10 of Example 7 were determined by simulation. FIG. 197 is a graph showing the Stokes parameter S3 during non-modulation with respect to the azimuth of the slow axis of the first A plate included in the optical element of Example 7. FIG. 198 is a graph showing the Stokes parameter S3 during modulation with respect to the azimuth of the slow axis of the first A plate included in the optical element of Example 7. As shown in FIGS. 197 and 198, it was found that the azimuth angle of the slow axis 51A of the first A plate 51 is preferably 47° or more and 52° or less.

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。 FIG. 199 is a diagram explaining the polarization state. The horizontal axis of a graph such as FIG. 185 represents the phase difference or angle, and the vertical axis represents the value of "S3" among numerical values representing polarization called Stokes parameters. As shown on the Poincare sphere in FIG. 199, S3=+1 corresponds to the north pole on the Poincare sphere representing the polarization state, and represents right-handed circularly polarized light. S3=-1 corresponds to the south pole on the Poincaré sphere and represents left-handed circularly polarized light. That is, in this specification, the closer S3 is to ±1, the better the characteristics are.

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。 Furthermore, since this specification describes the optical element 10 that switches between right-handed circularly polarized light and left-handed circularly polarized light, when right-handed circularly polarized light with S3=+1 enters as incident light, the incident light is There are two values: the light is emitted as right-handed circularly polarized light, or it is converted to left-handed circularly polarized light with S3=-1 and then emitted. Therefore, in this specification, a suitable range is discussed using two graphs, one for non-modulation and one for modulation.

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。 Further, this specification aims at optical elements having a wide band and a wide viewing angle. Therefore, in order to examine whether it is possible to modulate all circularly polarized light (right-handed circularly polarized light in this specification) of RGB (red light, green light, and blue light) even in an oblique direction, the incident angle is set to 30°, S3 was plotted for wavelengths of 450 nm, 550 nm and 650 nm.

(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。
(Example 8)
An optical element of Example 8 having the same configuration as Modification Example 3 of Embodiment 1 was manufactured. The same first retardation film 71 and second retardation film 72 were used.

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。 In the optical element of this example, the azimuth angle of the slow axis 71A of the first retardation film 71 (biaxial film) shown in FIG. The azimuth angle of the slow axis 72A of the film) was 15.8 degrees.

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。 The in-plane retardation Re of the first retardation film 71 at a wavelength of 550 nm and the in-plane retardation Re of the second retardation film 72 at a wavelength of 550 nm were both 140 nm. The in-plane retardation at a wavelength of 450 nm relative to the in-plane retardation at a wavelength of 550 nm of the first retardation film 71 and the in-plane position at a wavelength of 450 nm relative to the in-plane retardation at a wavelength of 550 nm of the second retardation film 72 The phase difference was 1.01 in all cases. The in-plane retardation at a wavelength of 650 nm relative to the in-plane retardation at a wavelength of 550 nm of the first retardation film 71 and the in-plane position at a wavelength of 650 nm relative to the in-plane retardation at a wavelength of 550 nm of the second retardation film 72 The phase differences were all 0.99.

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。 The first retardation film 71 and the second retardation film 72 satisfied the above (Formula N5) and (Formula N6).

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。 The first liquid crystal cell 11A and the second liquid crystal cell 11B were manufactured as follows. A first solid electrode 120, a second solid electrode 220, and a third solid electrode 320 are provided on the first substrate 100, the second substrate 200, the third substrate 300, and the fourth substrate 400, respectively. And a fourth solid electrode 420 was formed. Furthermore, a horizontal alignment film was provided on each of the first substrate 100, second substrate 200, third substrate 300, and fourth substrate 400 on which solid electrodes were formed. Note that a pretilt may be imparted to these horizontal alignment films by subjecting them to a rubbing treatment or the like.

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。 A first liquid crystal cell 11A was manufactured by providing a first liquid crystal layer 500 between a first substrate 100 and a second substrate 200, each provided with a solid electrode and a horizontal alignment film. A second liquid crystal cell 11B was manufactured by providing a second liquid crystal layer 600 between a third substrate 300 and a fourth substrate 400, each provided with a solid electrode and a horizontal alignment film. The first liquid crystal molecules 510 contained in the first liquid crystal layer 500 and the second liquid crystal molecules 610 contained in the second liquid crystal layer 600 were both positive liquid crystal molecules (Δn=0.070). . The thicknesses of the first liquid crystal layer 500 and the second liquid crystal layer 600 were both 3.4 μm.

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。 In the second state, the azimuth angle of the alignment direction 511A of the first liquid crystal molecules 511 on the first substrate 100 side is 0°, and the azimuth of the alignment direction 512A of the first liquid crystal molecules 512 on the second substrate 200 side The angle was 68°. In the first state, the orientation angle 611A of the second liquid crystal molecules 611 on the third substrate 300 side is 90°, and the orientation angle 612A of the second liquid crystal molecules 612 on the fourth substrate 400 side is 158 degrees. It was °.

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。 Regarding the optical element (sHWP) of Example 8, the Stokes parameter S3 of the emitted light when right-handed circularly polarized light (S3=+1) was incident was evaluated. FIG. 202 is a graph showing the relationship between the Stokes parameter S3 and the wavelength of the emitted light in the non-modulated state of the optical elements according to Example 8, Comparative Example 1, and Comparative Example 2. FIG. 203 is a graph showing the relationship between the Stokes parameter S3 during modulation and the wavelength of emitted light for the optical elements according to Example 8, Comparative Example 1, and Comparative Example 2. FIGS. 202 and 203 show modulation and non-modulation characteristics in the visible light region when the incident angle is set to 0°. As shown in FIGS. 202 and 203, in Example 8 as well, |S3|≧0.9 could be achieved in the wavelength range of 450 nm to 650 nm both during modulation and during non-modulation.

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。 FIG. 204 is a graph showing the relationship between the Stokes parameter S3 and the azimuth when the optical element according to Example 8 is not modulated, when the incident angle is set to 30°. FIG. 205 is a graph showing the relationship between the Stokes parameter S3 and the azimuth during modulation of the optical element according to Example 8 when the incident angle is set to 30°. 204 and 205 show evaluation results at wavelengths of 450 nm, 550 nm, and 650 nm. Note that the range hatched in gray in the figure is a suitable range where |S3|≧0.9.

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。 As shown in FIGS. 204 and 205, in Example 8 as well, |S3|≧0.9 could be achieved in all directions in the range of 450 nm to 650 nm both during modulation and during non-modulation.

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。 In the optical element 10 of Example 8, a wide viewing angle could be achieved by using the same biaxial film as the first retardation film 71 and the second retardation film 72. Such optical elements can be manufactured at low cost. In addition, since the number of films can be reduced, it is considered to be advantageous in making the film thinner.

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

1: Head mounted display 1P: Display panel 10, 10R1, 10R2: Optical elements 11A, 11B, 11R1: Liquid crystal cell 12, 61NC, 62NC, 63NC, 64NC: Negative C plate 13, 14, 15R, 18R: 1/4 wavelength Films 13A, 14A, 51A, 52A, 71A, 72A: Slow axis 16R, 17R: 1/2 wavelength film 19A, 19B, 61PC, 62PC, 63PC, 64PC: Positive C plate 20, 20A1, 20A2, 20A3: Panchala Tonamberry (PB) lenses 30, 30A, 30B: Variable focus element 40: Retardation plates 41, 42, 43, 44: Alignment films 51, 52: A plates 51NA, 52NA: Negative A plates 51PA, 52PA: Positive A plates 61, 62, 63, 64: C plate 71, 72: Retardation film 100, 200, 300, 400: Substrate 110, 210, 310, 410: Support substrate 120, 220, 320, 420: Solid electrode 500, 600 : Liquid crystal layers 500R1, 500R2, 500R3: TN liquid crystal layers 510, 511, 512, 610, 611, 612, 710: Liquid crystal molecules 511A, 512A, 611A, 612A: Orientation direction 700: Optical anisotropic layers 810, 820, 830 , 840: Photomask 900: PB lens forming film LC0, LC1, LC2: Left circularly polarized light R0, R1, R2: Region U: User

Claims (20)

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。
a first substrate, a first liquid crystal layer containing a first liquid crystal molecule, a second substrate, a third substrate, a second liquid crystal layer containing a second liquid crystal molecule, and a fourth substrate. and a substrate, in order,
The first substrate, the first liquid crystal layer, and the second substrate constitute a first liquid crystal cell,
The third substrate, the second liquid crystal layer, and the fourth substrate constitute a second liquid crystal cell,
The first liquid crystal cell has a first electrode for applying a voltage to the first liquid crystal layer on at least one of the first substrate and the second substrate,
The second liquid crystal cell has a second electrode for applying a voltage to the second liquid crystal layer on at least one of the third substrate and the fourth substrate,
The first electrode and the second electrode are
a first state in which the second liquid crystal molecules are twistedly aligned and the first liquid crystal molecules are vertically aligned; and a first state in which the first liquid crystal molecules are twistedly aligned and the second liquid crystal molecules are vertically aligned. It is arranged so that it can be switched between the second state and
The azimuth angle of the alignment direction of the second liquid crystal molecules on the third substrate side in the first state and the azimuth angle of the alignment direction of the second liquid crystal molecules on the fourth substrate side in the first state are , respectively, the azimuthal angle of the alignment direction of the first liquid crystal molecules on the first substrate side in the second state and the alignment direction of the first liquid crystal molecules on the second substrate side in the second state, respectively. An optical element characterized in that the azimuth angle is a quarter turn in the same direction.
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。 The optical element according to claim 1, further comprising a negative C plate between the first liquid crystal cell and the second liquid crystal cell. 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。 3. The optical element according to claim 2, wherein the retardation Rth in the thickness direction of the negative C plate is -220 nm or more and 0 nm or less. 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。
The retardation of the first liquid crystal layer in the second state at a wavelength of 550 nm is 200 nm or more and 260 nm or less,
4. The optical element according to claim 1, wherein the retardation of the second liquid crystal layer in the first state at a wavelength of 550 nm is 210 nm or more and 260 nm or less.
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。 4. The optical element according to claim 1, wherein the first liquid crystal cell does not have the same configuration as the second liquid crystal cell. 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。
The first liquid crystal molecules in the second state are twisted oriented at a twist angle of 61° or more and 75° or less,
4. The optical element according to claim 1, wherein the second liquid crystal molecules in the first state are twisted at a twist angle of 64° or more and 74° or less.
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。
The azimuth angle of the alignment direction of the first liquid crystal molecules on the first substrate side in the second state is −9° or more and 7° or less,
4. An azimuth angle of the alignment direction of the second liquid crystal molecules on the third substrate side in the first state is 85° or more and 96° or less. optical element.
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。 Further, a quarter-wavelength film is provided on a side of the first liquid crystal cell opposite to the second liquid crystal cell, or on a side of the second liquid crystal cell opposite to the first liquid crystal cell. The optical element according to any one of claims 1 to 3. 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。 9. The optical element according to claim 8, wherein the quarter wavelength film has reverse wavelength dispersion characteristics. 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。 9. The optical element according to claim 8, wherein the in-plane retardation at a wavelength of 450 nm of the quarter-wavelength film is 0.7 times or more and 1 time or less relative to the in-plane retardation at a wavelength of 550 nm. 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。 9. The optical element according to claim 8, wherein the quarter-wavelength film has an in-plane retardation at a wavelength of 650 nm that is 1 to 1.3 times the in-plane retardation at a wavelength of 550 nm. 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。 The optical element according to claim 8, wherein the azimuth angle of the slow axis of the quarter-wavelength film is 52° or more and 60° or less. 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。 9. The optical element according to claim 8, wherein the quarter-wavelength film has an in-plane retardation of 90 nm or more and 170 nm or less at a wavelength of 550 nm. 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。
The quarter wavelength film is a first quarter wavelength film,
9. A second quarter-wavelength film is further provided on a side of the first quarter-wavelength film opposite to the first liquid crystal cell and the second liquid crystal cell. optical element.
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。 15. The optical element according to claim 14, wherein the second quarter-wavelength film has flat wavelength dispersion characteristics. 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。 15. The optical element according to claim 14, wherein the azimuth angle of the slow axis of the second quarter-wavelength film is 8 degrees or more and 18 degrees or less. 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。 15. The optical element according to claim 14, wherein the second quarter-wavelength film has an in-plane retardation of 120 nm or more and 150 nm or less at a wavelength of 550 nm. 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。 A variable focus element comprising the optical element according to any one of claims 1 to 3 and a Pancharatnam Berry lens. 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。 19. The variable focus element of claim 18, wherein the Pancharatnam Berry lens is disposed within the optical element. 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。

A head mounted display comprising the variable focus element according to claim 18.

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