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公開番号2025101055
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-07-07
出願番号2023217616
出願日2023-12-25
発明の名称偏光変調装置
出願人上海中航光電子有限公司
代理人個人,個人,個人,個人,個人,個人
主分類G02F 1/1347 20060101AFI20250630BHJP(光学)
要約【課題】低電圧で、所望する偏光方向を有する偏光成分を高い強度で出射できる、偏光変調装置を提供する。
【解決手段】偏光変調装置10は、複数の液晶セル110～130を有する偏光変調素子20と複数の液晶セル110～130のそれぞれに電圧を印加する制御部30とを備える。複数の液晶セル110～130のそれぞれにおける、光入射側基板の配向軸の角度と光出射側基板の配向軸の角度との平均値を平均配向角度とした場合、制御部30は、45°と平均配向角度との差の絶対値が最も小さい液晶セル120に、他の液晶セル110、130に印加する電圧よりも高い電圧を印加する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
光入射側基板と、前記光入射側基板に対向する光出射側基板と、前記光入射側基板と前記光出射側基板に挟持された液晶層とを有する複数の液晶セルを備え、前記複数の液晶セルのうちの１番目の前記液晶セルの前記光入射側基板に直線偏光光が入射する偏光変調素子と、
前記複数の液晶セルのそれぞれに電圧を印加して、前記偏光変調素子から出射される出射光の偏光方向を切り替える制御部と、を備え、
前記複数の液晶セルは、一方の前記液晶セルの前記光入射側基板と他方の前記液晶セルの前記光出射側基板とを対向させて、順次積層され、
前記光入射側基板の配向軸の角度と前記光出射側基板の配向軸の角度のそれぞれを、前記直線偏光光の偏光方向に対する角度とし、前記複数の液晶セルのそれぞれにおける、前記光入射側基板の配向軸の角度と前記光出射側基板の配向軸の角度との平均値を平均配向角度とした場合、
前記複数の液晶セルのそれぞれの前記平均配向角度は、互いに、異なり、
前記複数の液晶セルは、少なくとも１つの、４５°と前記平均配向角度との差の絶対値が他の前記液晶セルの前記絶対値と異なる前記液晶セルを含み、
前記制御部は、前記絶対値が最も小さい前記液晶セルに、他の前記液晶セルに印加する電圧よりも高い電圧を印加する、
偏光変調装置。
続きを表示（約 450 文字）【請求項２】
前記複数の液晶セルのそれぞれの、前記光入射側基板の配向軸の角度と前記光出射側基板の配向軸の角度は、等しく、
前記複数の液晶セルのそれぞれは、前記電圧を印加されていない状態で、所定の波長を有する光に対して、１／２波長の位相差を与える、
請求項１に記載の偏光変調装置。
【請求項３】
前記偏光変調素子は、前記電圧を印加されていない状態で、所定の波長を有する前記直線偏光光に対して１／２波長の奇数倍の位相差を与え、
前記複数の液晶セルは、前記液晶層をねじれ配向させた液晶セルであり、
前記複数の液晶セルのそれぞれの、前記液晶層のねじれ方向とねじれ角は同じであり、
前記複数の液晶セルのそれぞれの前記ねじれ角の和が９０°であり、
隣接する前記液晶セルにおいて、一方の前記液晶セルの前記光出射側基板の配向軸の角度と、他方の前記液晶セルの前記光入射側基板の配向軸の角度は一致している、
請求項１に記載の偏光変調装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、偏光変調装置に関する。
続きを表示（約 3,400 文字）【背景技術】
【０００２】
複数の液晶セルを備える、偏光変調素子が知られている。例えば、特許文献１は、アンチパラレルまたはパラレル配向の複数の液晶セルからなる液晶偏光回転子を有する、液晶光スイッチ（偏光変調素子）を開示している。
【０００３】
特許文献１の複数の液晶セルでは、各液晶セルのセル厚と、各液晶セルの液晶層のリターデーションとの比がほぼ等しい。また、隣接する液晶セルにおいて、光出射側基板と光入射側基板とが対向し、光出射側基板に接する液晶層の液晶ダイレクタ方位角と光入射側基板に接する液晶層の液晶ダイレクタ方位角とがほぼ等しい。
【０００４】
特許文献１の液晶光スイッチは、複数の液晶セルに電圧を印加されない状態で、入射直線偏光に対して半波長板として機能する。一方、複数の液晶セルに電圧を印加された状態では、特許文献１の液晶光スイッチは、入射直線偏光の偏光方向を回転させることなく、出射し、半波長板として機能しない。特許文献１では、液晶セルのそれぞれのセル厚を薄くすることにより、液晶光スイッチの応答時間の短縮を実現している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開２００３－９８５０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
アンチパラレルまたはパラレル配向の液晶セルでは、液晶層と基板（配向膜）との界面付近の液晶分子は、印加される電圧に応答しがたいので、液晶分子による複屈折が界面付近に残留する。したがって、電圧が印加された状態で直線偏光光が入射された場合、特許文献１の液晶光スイッチからの出射光は、複屈折の残留によって楕円偏光となり、所望する偏光方向を有する偏光成分の強度が低下する。また、界面付近の液晶分子を応答させるために、液晶セルに高電圧を印加すると、消費電力が増加し、また、液晶セルが短絡する虞もある。
【０００７】
本開示は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、低電圧で、所望する偏光方向を有する偏光成分を高い強度で出射できる、偏光変調装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示に係る偏光変調装置は、
光入射側基板と、前記光入射側基板に対向する光出射側基板と、前記光入射側基板と前記光出射側基板に挟持された液晶層とを有する複数の液晶セルを備え、前記複数の液晶セルのうちの１番目の前記液晶セルの前記光入射側基板に直線偏光光が入射する偏光変調素子と、
前記複数の液晶セルのそれぞれに電圧を印加して、前記偏光変調素子から出射される出射光の偏光方向を切り替える制御部と、を備え、
前記複数の液晶セルは、一方の前記液晶セルの前記光入射側基板と他方の前記液晶セルの前記光出射側基板とを対向させて、順次積層され、
前記光入射側基板の配向軸の角度と前記光出射側基板の配向軸の角度のそれぞれを、前記直線偏光光の偏光方向に対する角度とし、前記複数の液晶セルのそれぞれにおける、前記光入射側基板の配向軸の角度と前記光出射側基板の配向軸の角度との平均値を平均配向角度とした場合、
前記複数の液晶セルのそれぞれの前記平均配向角度は、互いに、異なり、
前記複数の液晶セルは、少なくとも１つの、４５°と前記平均配向角度との差の絶対値が他の前記液晶セルの前記絶対値と異なる前記液晶セルを含み、
前記制御部は、前記絶対値が最も小さい前記液晶セルに、他の前記液晶セルに印加する電圧よりも高い電圧を印加する。
【発明の効果】
【０００９】
本開示によれば、複数の液晶セルのそれぞれにおける、光入射側基板の配向軸の角度と光出射側基板の配向軸の角度との平均値を平均配向角度とした場合、４５°と平均配向角度との差の絶対値が最も小さい液晶セルに、他の液晶セルよりも高い電圧を印加するので、所望する偏光方向における光強度が高い偏光光を、低電圧で出射できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
実施形態１に係る偏光変調装置を示す模式図である。
実施形態１に係る偏光変調素子の断面を示す模式図である。
実施形態１に係る液晶セルの断面を示す模式図である。
実施形態１に係る、液晶の配向と配向軸とを示す模式図である。
実施形態１に係る光入射側基板の配向軸の角度を示す模式図である。
実施形態１に係る光出射側基板の配向軸の角度を示す模式図である。
実施形態１に係る、初期配向状態における、偏光変調素子の液晶の配向状態と配向軸とを示す模式図である。
実施形態１に係る、１番目の液晶セルにおける、光入射側基板と光出射側基板の配向軸を示す図である。
実施形態１に係る、２番目の液晶セルにおける、光入射側基板と光出射側基板の配向軸を示す図である。
実施形態１に係る、３番目の液晶セルにおける、光入射側基板と光出射側基板の配向軸を示す図である。
実施形態１に係る、偏光コントラストと液晶セルのそれぞれに印加する電圧の一例を示す図である。
実施形態１に係る偏光コントラストと平均電圧値との関係を示す図である。
実施形態１に係る、ＯＮ状態における、直線偏光光の波長と偏光コントラストとの関係を示す図である。
実施形態１に係る、初期配向状態における、直線偏光光の波長と偏光コントラストとの関係を示す図である。
実施形態１に係る、１番目の液晶セルをモデル化した複屈折板を示す模式図である。
実施形態１に係る、２番目の液晶セルをモデル化した複屈折板を示す模式図である。
実施形態１に係る、３番目の液晶セルをモデル化した複屈折板を示す模式図である。
実施形態１に係る配向モデルを示す模式図である。
実施形態１に係る、液晶セルに印加される電圧と、ＯＮ状態における液晶セルに残留する複屈折との関係を示す図である。
実施形態２に係る、配向軸の角度と液晶セルに印加される電圧の一例を示す図である。
実施形態２に係る、初期配向状態における、直線偏光光の波長と偏光コントラストとの関係を示す図である。
実施形態２に係る、初期配向状態における、直線偏光光の波長と偏光コントラストとの関係を示す図である。
実施形態３に係る偏光変調素子の断面を示す模式図である。
実施形態３に係る、１番目の液晶セルにおける、光入射側基板と光出射側基板の配向軸を示す図である。
実施形態３に係る、２番目の液晶セルにおける、光入射側基板と光出射側基板の配向軸を示す図である。
実施形態３に係る、初期配向状態における、直線偏光光の波長と偏光コントラストとの関係を示す図である。
実施形態４に係る、配向軸の角度と液晶セルに印加される電圧の一例を示す図である。
実施形態５に係る偏光変調素子の断面を示す模式図である。
実施形態５に係る、偏光コントラストと液晶セルのそれぞれに印加する電圧の一例を示す図である。
実施形態５に係る偏光コントラストと平均電圧値との関係を示す図である。
実施形態６に係る、１番目の液晶セルにおける、光入射側基板と光出射側基板の配向軸を示す図である。
実施形態６に係る、２番目の液晶セルにおける、光入射側基板と光出射側基板の配向軸を示す図である。
実施形態６に係る、３番目の液晶セルにおける、光入射側基板と光出射側基板の配向軸を示す図である。
実施形態６に係る、４番目の液晶セルにおける、光入射側基板と光出射側基板の配向軸を示す図である。
実施形態６に係る、偏光コントラストと液晶セルのそれぞれに印加する電圧の一例を示す図である。
実施形態６に係る偏光コントラストと平均電圧値との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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