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公開番号2025056548
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-04-08
出願番号2023166082
出願日2023-09-27
発明の名称液晶素子及びヘッドマウントディスプレイ
出願人シャープディスプレイテクノロジー株式会社
代理人弁理士法人WisePlus
主分類G02F 1/13 20060101AFI20250401BHJP(光学)
要約【課題】偏光変調及び偏光非変調を広帯域かつ広視野角で切り替え可能であり、かつ、配向安定性に優れた液晶素子及びヘッドマウントディスプレイを提供する。
【解決手段】第一基板と、第一の弱アンカリングの水平配向膜と、二周波駆動液晶分子を含有する液晶層と、第二の弱アンカリングの水平配向膜と、第二基板と、を順に備え、上記第一基板及び上記第二基板の少なくとも一方に、上記液晶層への電界発生用の櫛歯電極を有し、上記二周波駆動液晶分子は、電圧印加状態及び電圧無印加状態において、上記第一基板と上記第二基板との間でツイスト配向し、かつ、電圧印加状態におけるツイスト方向と電圧無印加状態におけるツイスト方向とは同一であり、上記液晶層の厚さ方向の中央に位置する二周波駆動液晶分子の配向方向は、上記櫛歯電極の延伸方向に対して直交する、又は、平行である液晶素子。
【選択図】図3

特許請求の範囲【請求項１】
第一基板と、第一の弱アンカリングの水平配向膜と、二周波駆動液晶分子を含有する液晶層と、第二の弱アンカリングの水平配向膜と、第二基板と、を順に備え、
前記第一基板及び前記第二基板の少なくとも一方に、前記液晶層への電界発生用の櫛歯電極を有し、
前記二周波駆動液晶分子は、電圧印加状態及び電圧無印加状態において、前記第一基板と前記第二基板との間でツイスト配向し、かつ、電圧印加状態におけるツイスト方向と電圧無印加状態におけるツイスト方向とは同一であり、
前記液晶層の厚さ方向の中央に位置する二周波駆動液晶分子の配向方向は、前記櫛歯電極の延伸方向に対して直交する、又は、平行である液晶素子。
続きを表示（約 1,300 文字）【請求項２】
前記第一の弱アンカリングの水平配向膜は、方位角アンカリングエネルギーが、１×１０
－４
Ｊ／ｍ
２
未満である、請求項１に記載の液晶素子。
【請求項３】
前記第一の弱アンカリングの水平配向膜は、下記構造式（Ｐ１）で表される基、及び、下記構造式（Ｐ２）で表される基の少なくとも一方の基を有するポリマーを含有する、請求項１に記載の液晶素子。
TIFF
2025056548000008.tif
21
156
TIFF
2025056548000009.tif
28
156
（上記構造式中、Ｘは、エーテル基、エステル基及びアミド基の少なくとも１つの基を有し、Ｒ
１
、Ｒ
２
、Ｒ
３
及びＲ
４
は、それぞれ独立に炭化水素基を表し、Ｙは、炭素原子又はケイ素原子である。）
【請求項４】
前記第二の弱アンカリングの水平配向膜は、方位角アンカリングエネルギーが、１×１０
－４
Ｊ／ｍ
２
未満である、請求項１に記載の液晶素子。
【請求項５】
前記第二の弱アンカリングの水平配向膜は、下記構造式（Ｐ１）で表される基、及び、下記構造式（Ｐ２）で表される基の少なくとも一方の基を有するポリマーを含有する、請求項１に記載の液晶素子。
TIFF
2025056548000010.tif
21
156
TIFF
2025056548000011.tif
28
156
（上記構造式中、Ｘは、エーテル基、エステル基及びアミド基の少なくとも１つの基を有し、Ｒ
１
、Ｒ
２
、Ｒ
３
及びＲ
４
は、それぞれ独立に炭化水素基を表し、Ｙは、炭素原子又はケイ素原子である。）
【請求項６】
前記第一の弱アンカリングの水平配向膜及び前記第二の弱アンカリングの水平配向膜は、一軸配向性を有さない、請求項１に記載の液晶素子。
【請求項７】
前記第一の弱アンカリングの水平配向膜及び前記第二の弱アンカリングの水平配向膜は、面内位相差が１ｎｍ未満である、請求項１に記載の液晶素子。
【請求項８】
電圧無印加状態において、前記液晶層の厚さ方向の中央に位置する前記二周波駆動液晶分子の配向方向は、前記櫛歯電極の延伸方向に対して直交する、請求項１に記載の液晶素子。
【請求項９】
前記櫛歯電極は、前記第一基板及び前記第二基板の一方にのみ設けられる、請求項１に記載の液晶素子。
【請求項１０】
前記櫛歯電極は、前記第一基板に設けられた第一基板側の櫛歯電極と、前記第二基板に設けられた第二基板側の櫛歯電極と、を有し、
前記第一基板側の櫛歯電極の延伸方向は、前記第二基板側の櫛歯電極の延伸方向と平行である、請求項１に記載の液晶素子。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
以下の開示は、液晶素子及びヘッドマウントディスプレイに関するものである。
続きを表示（約 2,000 文字）【背景技術】
【０００２】
近年ヘッドマウントディスプレイ向けなどに、パンチャラトナムベリー（ＰＢ：ＰａｎｃｈａｒａｔｎａｍＢｅｒｒｙ）レンズと、可変１／２波長板（ｓＨＷＰ：ＳｗｉｔｃｈａｂｌｅＨａｌｆＷａｖｅＰｌａｔｅ）等の液晶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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
特許文献３には、第一基板、液晶層、及び、第二基板を備える液晶セルと、１／４波長フィルムとを備え、上記液晶層はツイスト配向する液晶分子を含有し、上記液晶セルは電極を有し、上記電極は第一状態と第二状態とを上記液晶層への電圧印加により切り替え可能に配置されており、上記第一状態と上記第二状態との切り替えは、上記液晶セルに入射する光の偏光状態を制御するものであり、上記液晶セルに円偏光が入射した場合、上記第一状態では、上記円偏光が第一の直線偏光に変換され、上記第二状態では、上記円偏光が第二の直線偏光に変換され、上記液晶セルに直線偏光が入射した場合、上記第一状態では、上記直線偏光が第一の円偏光に変換され、上記第二状態では、上記直線偏光が第二の円偏光に変換される光学素子が開示されている。
【０００６】
特許文献４には、第一の液晶分子及び第一の電極を有する第一の液晶セルと、第二の液晶分子及び第二の電極を有する第二の液晶セルと、を備え、上記第一の電極及び上記第二の電極は、上記第二の液晶分子がツイスト配向し、かつ、上記第一の液晶分子が垂直配向する第一状態と、上記第一の液晶分子がツイスト配向し、かつ、上記第二の液晶分子が垂直配向する第二状態と、を切り替え可能に配置されており、上記第一状態における上記第三の基板側の上記第二の液晶分子の配向方向の方位角及び上記第四の基板側の上記第二の液晶分子の配向方向の方位角は、それぞれ、上記第二状態における上記第一の基板側の上記第一の液晶分子の配向方向の方位角及び上記第二の基板側の上記第一の液晶分子の配向方向の方位角を同一方向に１／４回転させた角度である光学素子が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
特表２０２１－５０１３６１号公報
米国特許第１０３７９４１９号明細書
特開２０２３－０８２６４４号公報
特開２０２３－１２１７１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記特許文献１～２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。上記特許文献３では、配向安定性に優れたデバイス構造の実現が困難という課題がある。上記特許文献４では、ツイスト配向した液晶層を積層することで信頼性の高いデバイスの実現が可能だが、厚みが厚くなる、又は、重くなるという課題がある。
【０００９】
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であり、かつ、配向安定性に優れた液晶素子及び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。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
（１）本発明の一実施形態は、第一基板と、第一の弱アンカリングの水平配向膜と、二周波駆動液晶分子を含有する液晶層と、第二の弱アンカリングの水平配向膜と、第二基板と、を順に備え、上記第一基板及び上記第二基板の少なくとも一方に、上記液晶層への電界発生用の櫛歯電極を有し、上記二周波駆動液晶分子は、電圧印加状態及び電圧無印加状態において、上記第一基板と上記第二基板との間でツイスト配向し、かつ、電圧印加状態におけるツイスト方向と電圧無印加状態におけるツイスト方向とは同一であり、上記液晶層の厚さ方向の中央に位置する二周波駆動液晶分子の配向方向は、上記櫛歯電極の延伸方向に対して直交する、又は、平行である液晶素子。
（【００１１】以降は省略されています）

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