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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024107464
(43)【公開日】2024-08-08
(54)【発明の名称】光学素子
(51)【国際特許分類】
G02F 1/1343 20060101AFI20240801BHJP
G02F 1/1347 20060101ALI20240801BHJP
G02F 1/13 20060101ALN20240801BHJP
【ＦＩ】
G02F1/1343
G02F1/1347
G02F1/13 505
【審査請求】有
【請求項の数】20
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2024097514
(22)【出願日】2024-06-17
(62)【分割の表示】P 2023500579の分割
【原出願日】2021-12-15
(31)【優先権主張番号】P 2021024714
(32)【優先日】2021-02-18
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(71)【出願人】
【識別番号】502356528
【氏名又は名称】株式会社ジャパンディスプレイ
(74)【代理人】
【識別番号】110000408
【氏名又は名称】弁理士法人高橋・林アンドパートナーズ
(72)【発明者】
【氏名】黒川 多惠
(72)【発明者】
【氏名】小糸 健夫
(72)【発明者】
【氏名】池田 幸次朗
(57)【要約】
【課題】モアレを低減しつつも良好に配光を制御することができる光学素子を提供すること。
【解決手段】光学素子は、積層された少なくとも２つの液晶セルを含む光学素子であって、少なくとも２つの液晶セルの各々は、第１の方向に第１の透明電極と第２の透明電極とが交互に配置された第１の基板と、第１の方向と交差する第２の方向に第３の透明電極と第４の透明電極とが交互に配置された第２の基板と、第１の基板と第２の基板との間の液晶層と、を含み、第２の透明電極は、第１の方向に屈曲する第１の屈曲部を含み、第４の透明電極は、前記第２の方向に屈曲する第２の屈曲部を含む。
【選択図】図２Ａ
【解決手段】光学素子は、積層された少なくとも２つの液晶セルを含む光学素子であって、少なくとも２つの液晶セルの各々は、第１の方向に第１の透明電極と第２の透明電極とが交互に配置された第１の基板と、第１の方向と交差する第２の方向に第３の透明電極と第４の透明電極とが交互に配置された第２の基板と、第１の基板と第２の基板との間の液晶層と、を含み、第２の透明電極は、第１の方向に屈曲する第１の屈曲部を含み、第４の透明電極は、前記第２の方向に屈曲する第２の屈曲部を含む。
【選択図】図２Ａ
【特許請求の範囲】
【請求項1】
積層された少なくとも２つの液晶セルを含む光学素子であって、
前記少なくとも２つの液晶セルの各々は、
第１の方向に第１の透明電極と第２の透明電極とが交互に配置された第１の基板と、
前記第１の方向と交差する第２の方向に第３の透明電極と第４の透明電極とが交互に配置された第２の基板と、
前記第１の基板と前記第２の基板との間の液晶層と、を含み、
前記第１の透明電極は、直線形状を有し、
前記第２の透明電極は、前記第１の方向に屈曲する第１の屈曲部を含み、
前記第４の透明電極は、前記第２の方向に屈曲する第２の屈曲部を含む、光学素子。
前記少なくとも２つの液晶セルの各々は、
第１の方向に第１の透明電極と第２の透明電極とが交互に配置された第１の基板と、
前記第１の方向と交差する第２の方向に第３の透明電極と第４の透明電極とが交互に配置された第２の基板と、
前記第１の基板と前記第２の基板との間の液晶層と、を含み、
前記第１の透明電極は、直線形状を有し、
前記第２の透明電極は、前記第１の方向に屈曲する第１の屈曲部を含み、
前記第４の透明電極は、前記第２の方向に屈曲する第２の屈曲部を含む、光学素子。
【請求項2】
前記第２の方向は、前記第１の方向と直交する、請求項１に記載の光学素子。
【請求項3】
前記第２の透明電極は、くの字形状を有する、請求項１または請求項２に記載の光学素子。
【請求項4】
前記第１の透明電極を介して隣接する一対の前記第２の透明電極は、前記第１の透明電極の延在方向を軸として線対称に設けられている、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の光学素子。
【請求項5】
前記第１の透明電極を介して隣接する一対の前記第２の透明電極は、前記第１の透明電極の延在方向を軸として非対称に設けられている、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の光学素子。
【請求項6】
前記第１の透明電極を介して隣接する一対の前記第２の透明電極は、前記第１の屈曲部の数が異なる、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の光学素子。
【請求項7】
前記第１の基板と前記第２の基板との間の基板間距離ｄと、前記第１の透明電極と前記第２の透明電極との第１の最大ピッチｐ１とは、ｄ／ｐ１≧１を満たす、請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の光学素子。
【請求項8】
ｄ／ｐ１≧２を満たす、請求項７に記載の光学素子。
【請求項9】
前記第１の最大ピッチｐ１と、前記第１の透明電極と前記第２の透明電極との間の第１の最大電極間距離ｂ１とは、ｐ１／２≦ｂ１を満たす、請求項７または請求項８に記載の光学素子。
【請求項10】
前記基板間距離ｄと、前記第３の透明電極と前記第４の透明電極との第２の最大ピッチｐ２は、ｄ／ｐ２≧１を満たす、請求項７乃至請求項９のいずれか一項に記載の光学素子。
【請求項11】
ｄ／ｐ２≧２を満たす、請求項１０に記載の光学素子。
【請求項12】
前記第２の最大ピッチｐ２と、前記第３の透明電極と前記第４の透明電極との間の第２の最大電極間距離ｂ２とは、ｐ２／２≦ｂ２を満たす、請求項１０または請求項１１に記載の光学素子。
【請求項13】
複数の前記第２の透明電極の形状は互いに異なり、
前記第１の透明電極と前記第２の透明電極との第１の最大ピッチｐ１と、前記第１の基板と前記第２の基板との間の基板間距離ｄと、前記第１の透明電極および前記第２の透明電極の各々の幅ａ１と、前記第１の透明電極と前記第２の透明電極との間の最小電極間距離ｂｓとは、ａ１＋ｂｓ＜ｐ１≦ｄを満たす、請求項１または請求項２に記載の光学素子。
前記第１の透明電極と前記第２の透明電極との第１の最大ピッチｐ１と、前記第１の基板と前記第２の基板との間の基板間距離ｄと、前記第１の透明電極および前記第２の透明電極の各々の幅ａ１と、前記第１の透明電極と前記第２の透明電極との間の最小電極間距離ｂｓとは、ａ１＋ｂｓ＜ｐ１≦ｄを満たす、請求項１または請求項２に記載の光学素子。
【請求項14】
ａ１＋ｂｓ＜ｐ１≦ｄ／２を満たす、請求項１３に記載の光学素子。
【請求項15】
前記第１の最大ピッチｐ１と、前記第１の透明電極と前記第２の透明電極との間の第１の最大電極間距離ｂ１とは、ｐ１／２≦ｂ１を満たす、請求項１３または請求項１４に記載の光学素子。
【請求項16】
複数の前記第４の透明電極の形状は互いに異なり、
前記第３の透明電極と前記第４の透明電極との第２の最大ピッチｐ２と、前記基板間距離ｄと、前記第３の透明電極および前記第４の透明電極の各々の幅ａ２と、前記最小電極間距離ｂｓとは、ａ２＋ｂｓ＜ｐ２≦ｄを満たす、請求項１３乃至請求項１５のいずれか一項に記載の光学素子。
前記第３の透明電極と前記第４の透明電極との第２の最大ピッチｐ２と、前記基板間距離ｄと、前記第３の透明電極および前記第４の透明電極の各々の幅ａ２と、前記最小電極間距離ｂｓとは、ａ２＋ｂｓ＜ｐ２≦ｄを満たす、請求項１３乃至請求項１５のいずれか一項に記載の光学素子。
【請求項17】
ａ２＋ｂｓ＜ｐ２≦ｄ／２を満たす、請求項１６に記載の光学素子。
【請求項18】
前記第２の最大ピッチｐ２と、前記第３の透明電極と前記第４の透明電極との間の第２の最大電極間距離ｂ２とは、ｐ２／２≦ｂ２を満たす、請求項１６または請求項１７に記載の光学素子。
【請求項19】
前記少なくとも２つの液晶セルは、第１の液晶セルおよび第２の液晶セルを含み、
前記第１の液晶セルの前記第１の屈曲部は、前記第２の液晶セルの前記第１の屈曲部と重畳せず、
前記第１の液晶セルの前記第２の屈曲部は、前記第２の液晶セルの前記第２の屈曲部と重畳しない、請求項１に記載の光学素子。
前記第１の液晶セルの前記第１の屈曲部は、前記第２の液晶セルの前記第１の屈曲部と重畳せず、
前記第１の液晶セルの前記第２の屈曲部は、前記第２の液晶セルの前記第２の屈曲部と重畳しない、請求項１に記載の光学素子。
【請求項20】
前記少なくとも２つの液晶セルは、第１の液晶セルおよび第２の液晶セルを含み、
前記第１の液晶セルの前記第１の透明電極の延在方向と前記第２の液晶セルの前記第１の透明電極の延在方向とのなす角αは、０度より大きく、かつ、４度以下である、請求項１乃至請求項１９のいずれか一項に記載の光学素子。
前記第１の液晶セルの前記第１の透明電極の延在方向と前記第２の液晶セルの前記第１の透明電極の延在方向とのなす角αは、０度より大きく、かつ、４度以下である、請求項１乃至請求項１９のいずれか一項に記載の光学素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明の一実施形態は、液晶を利用した光学素子に関する。
【背景技術】
【0002】
従来より、液晶に印加する電圧を調整し、液晶の屈折率が変化することを利用した光学素子、いわゆる液晶レンズが知られている。また、光源および液晶レンズを用いた照明装置の開発が進められている（例えば、特許文献１、特許文献２、または特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２００５－３１７８７９号公報
【特許文献2】特開２０１０－２３０８８７号公報
【特許文献3】特開２０１４－１６０２７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、液晶レンズを構成する液晶セルが積層された場合において、液晶に電圧を印加する電極の形状および配置が同一であると、光が屈折する方向の分布が同一となり、その結果、液晶セルの積層の仕方によっては光の干渉によるモアレまたは屈折率の波長依存性による色付きが生じる場合があった。平行に設けられた直線形状の電極の場合において、電極間距離が異なるように電極を形成する構成も提案されているが、電極間距離が大きすぎると、液晶セルの液晶が配向しにくくなるため、光の拡散性能（すなわち、光の配光）が低下する虞があった。
【0005】
本発明の一実施形態は、上記問題に鑑み、モアレを低減しつつも良好に配光を制御することができる光学素子を提供することを目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の一実施形態に係る光学素子は、積層された少なくとも２つの液晶セルを含む光学素子であって、少なくとも２つの液晶セルの各々は、第１の方向に第１の透明電極と第２の透明電極とが交互に配置された第１の基板と、第１の方向と交差する第２の方向に第３の透明電極と第４の透明電極とが交互に配置された第２の基板と、第１の基板と第２の基板との間の液晶層と、を含み、第２の透明電極は、第１の方向に屈曲する第１の屈曲部を含み、第４の透明電極は、前記第２の方向に屈曲する第２の屈曲部を含む。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【図1】本発明の一実施形態に係る光学素子の模式的な斜視図である。
【図2A】本発明の一実施形態に係る光学素子の模式的な断面図である。
【図2B】本発明の一実施形態に係る光学素子の模式的な断面図である。
【図3A】本発明の一実施形態に係る光学素子において、液晶層の液晶の配向を示す模式的な断面図である。
【図3B】本発明の一実施形態に係る光学素子において、液晶層の液晶の配向を示す模式的な断面図である。
【図4A】本発明の一実施形態に係る光学素子において、電圧が印加されたときにおける液晶層の液晶分子の配向を示す模式的な断面図である。
【図4B】本発明の一実施形態に係る光学素子において、電圧が印加されたときにおける液晶層の液晶分子の配向を示す模式的な断面図である。
【図5A】本発明の一実施形態に係る光学素子による光の配光の制御を説明する模式的な断面図である。
【図5B】本発明の一実施形態に係る光学素子による光の配光の制御を説明する模式的な断面図である。
【図6】本発明の一実施形態に係る光学素子に含まれる各透明電極に印加する電位を示すタイミングチャートである。
【図7】本発明の一実施形態に係る光学素子の液晶セルにおいて、ｄ／ｐに対する正面相対輝度を示すグラフである。
【図8】本発明の一実施形態に係る光学素子の第１の液晶セルの第１の透明電極および第２の透明電極の形状および配置を説明する模式図である。
【図9】本発明の一実施形態に係る光学素子の第１の液晶セルの第１の透明電極、第２の透明電極、第３の透明電極、および第４の透明電極の形状および配置を説明する模式図である。
【図10】本発明の一実施形態に係る光学素子の第１の液晶セルの第１の透明電極および第２の透明電極の形状および配置を説明する模式図である。
【図11】本発明の一実施形態に係る光学素子の第１の液晶セルの第１の透明電極および第２の透明電極の形状および配置を説明する模式図である。
【図12】本発明の一実施形態に係る光学素子の第１の液晶セルの第１の透明電極および第２の透明電極の形状および配置を説明する模式図である。
【図13】本発明の一実施形態に係る光学素子の第１の液晶セルの第１の透明電極および第２の透明電極の形状および配置を説明する模式図である。
【図14】本発明の一実施形態に係る光学素子の第１の液晶セルの第１の透明電極および第２の透明電極と、第２の液晶セルの第１の透明電極および第２の透明電極との積層における配置を説明する模式図である。
【発明を実施するための形態】
【0008】
以下、本発明の各実施形態において、図面等を参照しつつ説明する。但し、本発明は、その技術的思想の要旨を逸脱しない範囲において様々な態様で実施することができ、以下に例示する実施形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。
【0009】
図面は、説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、図示の形状そのものが本発明の解釈を限定するものではない。また、図面において、明細書中で既出の図に関して説明したものと同様の機能を備えた要素には、別図であっても同一の符号を付して、重複する説明を省略する場合がある。
【0010】
ある一つの膜を加工して複数の構造体を形成した場合、各々の構造体は異なる機能、役割を有する場合があり、また各々の構造体はそれが形成される下地が異なる場合がある。しかしながらこれら複数の構造体は、同一の工程で同一層として形成された膜に由来するものであり、同一の材料を有する。従って、これら複数の膜は同一層に存在しているものと定義する。
【0011】
ある構造体の上に他の構造体を配置する態様を表現するにあたり、単に「上」と表記する場合、特に断りの無い限りは、ある構造体に接して、直上に他の構造体を配置する場合と、ある構造体の上方に、さらに別の構造体を介して他の構造体を配置する場合との両方を含むものとする。
【0012】
【0013】
［１．光学素子の構成］
図１は、本発明の一実施形態に係る光学素子１０の模式的な斜視図である。図１に示すように、光学素子１０は、第１の液晶セル１１０、第２の液晶セル１２０、および光学弾性樹脂層１３０を含む。光学弾性樹脂層１３０は、第１の液晶セル１１０と第２の液晶セル１２０との間に設けられている。すなわち、第１の液晶セル１１０と第２の液晶セル１２０とは、光学弾性樹脂層１３０を間に挟んでｚ軸方向に積層されている。
図１は、本発明の一実施形態に係る光学素子１０の模式的な斜視図である。図１に示すように、光学素子１０は、第１の液晶セル１１０、第２の液晶セル１２０、および光学弾性樹脂層１３０を含む。光学弾性樹脂層１３０は、第１の液晶セル１１０と第２の液晶セル１２０との間に設けられている。すなわち、第１の液晶セル１１０と第２の液晶セル１２０とは、光学弾性樹脂層１３０を間に挟んでｚ軸方向に積層されている。
【0014】
光学弾性樹脂層１３０は、第１の液晶セル１１０と第２の液晶セル１２０とを接着し、固定することができる。光学弾性樹脂層１３０としては、光学弾性樹脂、例えば、透光性を有したアクリル樹脂を含む接着材を用いることができる。
【0015】
図２Ａおよび図２Ｂは、本発明の一実施形態に係る光学素子１０の模式的な断面図である。具体的には、図２Ａは、図１に示すＡ１－Ａ２線に沿って切断されたｚｘ面内の模式的な断面図であり、図２Ｂは、図１に示すＢ１－Ｂ２線に沿って切断されたｙｚ面内の模式的な断面図である。なお、以下では、ｘ軸方向およびｙ軸方向を、それぞれ、第１の方向および第２の方向として記載する場合がある。
【0016】
第１の液晶セル１１０は、第１の基板１１１－１、第２の基板１１１－２、第１の透明電極１１２－１、第２の透明電極１１２－２、第３の透明電極１１２－３、第４の透明電極１１２－４、液晶層１１３、第１の配向膜１１４－１、第２の配向膜１１４－２、およびシール材１１５を含む。第２の液晶セル１２０は、第１の基板１２１－１、第２の基板１２１－２、第１の透明電極１２２－１、第２の透明電極１２２－２、第３の透明電極１２２－３、第４の透明電極１２２－４、液晶層１２３、第１の配向膜１２４－１、第２の配向膜１２４－２、およびシール材１２５を含む。
【0017】
図１では、２つの液晶セル（第１の液晶セル１１０および第２の液晶セル１２０）を含む光学素子１０を示したが、光学素子１０に含まれる液晶セルの数は２つに限られない。光学素子１０には、少なくとも２つの液晶セルが含まれていればよい。また、光学素子１０は、必ずしも複数の液晶セルが同一の構造を有し、同一の方向で積層される必要はないが、以下では、便宜上、第１の液晶セル１１０と第２の液晶セル１２０とが同一の構造を有し、同一の方向で積層されるものとして説明する。そのため、以下では、第１の液晶セル１１０の構成のみを説明し、便宜上、第２の液晶セル１２０の構成の説明は省略する場合がある。
【0018】
第１の基板１１１－１上には、第１の透明電極１１２－１および第２の透明電極１１２－２が設けられている。第１の透明電極１１２－１および第２の透明電極１１２－２の各々はｙ軸方向に延在し、第１の透明電極１１２－１と第２の透明電極１１２－２とは、ｘ軸方向に交互に配置されている。換言すると、第１の透明電極１１２－１および第２の透明電極１１２－２は、第１の基板１１１－１上に、櫛歯形状で形成されている。また、第１の透明電極１１２－１および第２の透明電極１１２－２を覆うように、第１の基板１１１－１上に第１の配向膜１１４－１が設けられている。
【0019】
第２の基板１１１－２上には、第３の透明電極１１２－３および第４の透明電極１１２－４が設けられている。第３の透明電極１１２－３および第４の透明電極１１２－４の各々は、ｘ軸方向に延在し、第３の透明電極１１２－３と第４の透明電極１１２－４とは、ｙ軸方向に交互に配置されている。換言すると、第３の透明電極１１２－３および第４の透明電極１１２－４は、第２の基板１１１－２上に、櫛歯形状で形成されている。また、第３の透明電極１１２－３および第４の透明電極１１２－４を覆うように、第２の基板１１１－２上に第２の配向膜１１４－２が設けられている。
【0020】
第１の基板１１１－１と第２の基板１１１－２とは、第１の基板１１１－１上の第１の透明電極１１２－１および第２の透明電極１１２－２と、第２の基板１１１－２上の第３の透明電極１１２－３および第４の透明電極１１２－４とが対向するように配置されている。したがって、第１の透明電極１１２－１および第２の透明電極１１２－２の延在方向と、第３の透明電極１１２－３および第４の透明電極１１２－４の延在方向は交差している。なお、第１の透明電極１１２－１および第２の透明電極１１２－２の延在方向と、第３の透明電極１１２－３および第４の透明電極１１２－４の延在方向は直交していてもよい。また、第１の基板１１１－１および第２の基板１１１－２の各々の周辺部には、シール材１１５が配置されている。すなわち、第１の基板１１１－１と第２の基板１１１－２とは、シール材１１５を介して接着されている。また、第１の基板１１１－１（より具体的には、第１の配向膜１１４－１）、第２の基板１１１－２（より具体的には、第２の配向膜１１４－２）、およびシール材１１５で囲まれた空間には、液晶が封入され、液晶層１１３が形成されている。なお、第１の基板１１１－１または第２の基板１１１－２上には、スペーサが散布され、またはフォトスペーサが形成されて、第１の基板１１１－１と第２の基板１１１－２とが貼り合わされてもよい。この場合、フォトスペーサにより、液晶層１１３のギャップを保持することができる。
【0021】
第１の基板１１１－１および第２の基板１１１－２の各々として、例えば、ガラス基板、石英基板、またはサファイア基板などの透光性を有する剛性基板が用いられる。また、第１の基板１１１－１および第２の基板１１１－２の各々として、例えば、ポリイミド樹脂基板、アクリル樹脂基板、シロキサン樹脂基板、またはフッ素樹脂基板などの透光性を有する可撓性基板を用いる構成も採用可能である。
【0022】
第１の透明電極１１２－１、第２の透明電極１１２－２、第３の透明電極１１２－３、および第４の透明電極１１２－４の各々は、液晶層１１３に電界を形成するための電極として機能する。第１の透明電極１１２－１、第２の透明電極１１２－２、第３の透明電極１１２－３、および第４の透明電極１１２－４の各々として、例えば、インジウム・スズ酸化物（ＩＴＯ）またはインジウム・亜鉛酸化物（ＩＺＯ）などの透明導電材料が用いられる。
【0023】
液晶層１１３は、液晶分子の配向状態に応じて、透過する光を屈折し、または透過する光の偏光状態を変化させることができる。液晶層１１３の液晶として、例えば、ネマティック液晶などを用いることができる。液晶は、本実施形態においてはポジ型を採用しているが、液晶分子の初期の配向方向などを変更することによりネガ型を採用する構成も可能である。また、液晶には、液晶分子にねじれを付与するカイラル剤が含まれていることが好ましい。
【0024】
第１の配向膜１１４－１および第２の配向膜１１４－２の各々は、液晶層１１３内の液晶分子を所定の方向に配列する。第１の配向膜１１４－１および第２の配向膜１１４－２の各々は、例えば、ポリイミド樹脂などを用いることができる。なお、第１の配向膜１１４－１および第２の配向膜１１４－２の各々は、ラビング法または光配向法などの配向処理によって配向特性が付与されてもよい。ラビング法は、配向膜の表面を一方向に擦る方法である。また、光配向法は、配向膜に直線偏光の紫外線を照射する方法である。
【0025】
シール材１１５は、第１の基板１１１－１と第２の基板１１１－２とを接着し、固定する。シール材１１５として、例えば、エポキシ樹脂接着材またはアクリル樹脂接着材などを用いることができる。接着材は、紫外線硬化型であってもよく、熱硬化型であってもよい。
【0026】
光学素子１０は、少なくとも２つの液晶セル（第１の液晶セル１１０および第２の液晶セル１２０）を含むことにより、無偏光の光の配光を制御することができる。そのため、各基板の外側表面には、例えば、液晶表示素子の表裏面に設けられるような一対の偏光板を設ける必要はない。また、第１の液晶セル１１０では、第１の透明電極１１２－１、第２の透明電極１１２－２、第３の透明電極１１２－３、および第４の透明電極１１２－４のそれぞれに、異なる電圧を印加することによって、液晶層１１３の液晶の配向を制御することができる。第２の液晶セル１２０も同様である。
【0027】
【0028】
図３Ａおよび図３Ｂは、本発明の一実施形態に係る光学素子１０において、液晶層１１３の液晶分子の配向を示す模式的な断面図である。図３Ａおよび図３Ｂは、それぞれ、図２Ａおよび図２Ｂに示す第１の液晶セル１１０の断面図の一部に対応するものである。
【0029】
図３Ａおよび図３Ｂに示すように、第１の基板１１１－１と第２の基板１１１－２とは、基板間距離ｄを有するように貼り合わされている。また、第１の基板１１１－１の第１の配向膜１１４－１および第２の基板１１１－２の第２の配向膜１１４－２は、それぞれ、ｘ軸方向およびｙ軸方向に配向処理が行われている。そのため、液晶層１１３において、第１の基板１１１－１側の液晶分子は、透明電極に電圧を印加しない状態では、長軸がｘ軸方向に沿って配向する（図３Ａおよび図３Ｂでは、便宜上、紙面左右方向に配向する液晶分子の配向方向を矢印の記号を用いて示す。）。すなわち、第１の基板１１１－１側の液晶分子の配向方向は、第１の透明電極１１２－１と第２の透明電極１１２－２の延在方向に対して直交している。また、第２の基板１１１－２側の液晶分子は、透明電極に電圧を印加しない状態では、長軸がｙ軸方向に沿って配向する（図３Ａおよび図３Ｂでは、便宜上、紙面法線方向に配向する液晶分子の配向方向を丸印の中にバツを付した記号を用いて示す。）。すなわち、第２の基板１１１－２側の液晶分子の配向方向は、第３の透明電極１１２－３と第４の透明電極１１２－４の延在方向に対して直交している。したがって、液晶層１１３の液晶分子は、ｚ軸方向において、第１の基板１１１－１から第２の基板１１１－２に向かうにつれて９０度ねじれた状態で配向している。より具体的には、図４Ａにおいては、第１の基板１１１－１側の液晶分子は、第１の配向膜１１４－１の配向方向に沿ってｘ軸方向（紙面左右方向）に長軸を向けた状態で配向されている。また、第２の基板１１１－２側の液晶分子は、第２の配向膜１１４－２の配向方向に沿ってｙ軸方向（紙面法線方向）に長軸を向けた状態で配向されている。また、これらの間にある液晶分子は、第１の基板１１１－１から第２の基板１１１－２に向かうにつれて徐々に長軸の向きをｘ軸方向からｙ軸方向に変化させている。
【0030】
【0031】
図４Ａおよび図４Ｂは、本発明の一実施形態に係る光学素子１０において、電圧が印加されたときにおける液晶層１１３の液晶分子の配向を示す模式的な断面図である。また、図４Ａおよび図４Ｂでは、図３Ａおよび図３Ｂと同様に、第１の配向膜１１４－１および第２の配向膜１１４－２の配向方向を、矢印または丸印の中にバツを付した記号を用いて図示している。
【0032】
図４Ａおよび図４Ｂにおいては、第１の透明電極１１２－１および第３の透明電極１１２－３にＬｏｗ電位が印加され、第２の透明電極１１２－２および第４の透明電極１１２－４にＨｉｇｈ電位が印加されている（図４Ａおよび図４Ｂでは、便宜上、Ｌｏｗ電位およびＨｉｇｈ電位を、それぞれ、「－」および「＋」の記号を用いて図示している。）。すなわち、第１の透明電極１１２－１と第２の透明電極１１２－２との間および第３の透明電極１１２－３と第４の透明電極１１２－４との間には、電位差が生じている。この場合、第１の基板１１１－１側の液晶分子は、第１の透明電極１１２－１と第２の透明電極１１２－２との間に生じる電界（電位分布）にしたがって配向する。すなわち、第１の基板１１１－１側の液晶分子の長軸は、第１の透明電極１１２－１から第２の透明電極１１２－２へ向かう方向に沿って配向する。同様に、第２の基板１１１－２側の液晶分子は、第３の透明電極１１２－３から第４の透明電極１１２－４へ向かう方向に沿って配向する。なお、以下では、同一基板上で隣接する透明電極間に生じる電界を横電界と言う場合がある。
【0033】
さらに、液晶分子の配向について詳細に説明する。第１の基板１１１－１側の液晶分子は、無電界状態ではｘ軸方向に配向しているが、当該液晶分子の配向は、第１の透明電極１１２－１と第２の透明電極１１２－２との間の横電界の向きと同じである。そのため、平面視において第１の透明電極１１２－１と第２の透明電極１１２－２との間のほぼ中央に位置する液晶分子は、当該横電界によっても配向がほとんど変化しない。また、中央よりも第１の透明電極１１２－１または第２の透明電極１１２－２に近い液晶分子は、横電界に対応してｚ軸方向に傾き（チルト）を有して配向する。そのため、図４Ａに示すように、第１の透明電極１１２－１と第２の透明電極１１２－２との間の横電界の影響によって、第１の基板１１１－１側の液晶分子は、全体として、隣接する透明電極間ごとに第１の基板１１１－１からみて第１の透明電極１１２－１から第２の透明電極１１２－２へ向かう凸の円弧状に配向する。同様に、第２の基板１１１－２側の液晶分子は、ｙ軸方向に配向しているが、当該液晶分子の配向は、第３の透明電極１１２－３と第４の透明電極１１２－４との間の横電界の向きと同じである。そのため、第３の透明電極１１２－３と第４の透明電極１１２－４との間のほぼ中央に位置する液晶分子は、当該横電界によっても配向がほとんど変化しない。また、中央よりも第３の透明電極１１２－３または第４の透明電極１１２－４に近い液晶分子は、ｚ軸方向に傾き（チルト）を有して配向する。そのため、図５Ｃに示すように、第３の透明電極１１２－３と第４の透明電極１１２－４との間の横電界の影響によって、第２の基板１１１－２側の液晶分子は、全体として、隣接する透明電極間ごとに第２の基板１１１－２からみて第３の透明電極１１２－３から第４の透明電極１１２－４へ向かう凸の円弧状に配向する。したがって、液晶層１１３に入射した光は、第１の基板１１１－１側または第２の基板１１１－２側の凸の円弧状に配向された液晶分子の屈折率分布にしたがって拡散されることになる。
【0034】
第１の基板１１１－１と第２の基板１１１－２とは、十分に離れた基板間距離ｄを有しているため、第１の基板１１１－１の第１の透明電極１１２－１と第２の透明電極１１２－２との間の横電界は、第２の基板１１１－２側の液晶分子の配向に対して影響を及ぼさない、または、無視できるほどに小さい。同様に、第２の基板１１１－２の第３の透明電極１１２－３と第４の透明電極１１２－４との間の横電界は、第１の基板１１１－１側の液晶分子の配向に対して影響を及ぼさない、または、無視できるほどに小さい。
【0035】
なお、本明細書において、第１の基板１１１－１側の液晶層１１３（または、液晶分子）とは、第１の基板１１１－１の表面からｄ／２までの液晶層（または、液晶分子）をいう。同様に、第２の基板１１１－２側の液晶層１１３（または、液晶分子）とは、第２の基板１１１－２の表面からｄ／２までの液晶層（または、液晶分子）をいう。
【0036】
第１の液晶セル１１０では、第１の透明電極１１２－１、第２の透明電極１１２－２、第３の透明電極１１２－３、および第４の透明電極のそれぞれに印加される電圧を制御することにより、液晶層１１３の液晶分子の配向を変化させることができる。液晶分子の配向の変化に伴い、液晶層１１３の屈折率分布が変化する。そのため、第１の液晶セル１１０は、透過する光を拡散することができる。光学素子１０は、第１の液晶セル１１０の液晶層１１３および第２の液晶セル１２０の液晶層１２３の屈折率分布の変化を利用し、光学素子１０を透過する光の配光を制御することができる。
【0037】
【0038】
図５Ａおよび図５Ｂは、本発明の一実施形態に係る光学素子１０による光の配光の制御を説明する模式的な断面図である。図５Ａおよび図５Ｂに示す光学素子１０は、図２Ａに示す第１の液晶セル１１０および第２の液晶セル１２０の断面図の一部に対応するものである。図５Ａに示す光学素子１０では、いずれの透明電極にも電位が印可されていない。また、図５Ｂに示す光学素子１０では、第１の液晶セル１１０の第１の透明電極１１２－１および第３の透明電極１１２－３にＬｏｗ電位が印加され、第２の透明電極１１２－２および第４の透明電極１１２－４にＨｉｇｈ電位が印加されている。同様に、第２の液晶セル１２０の第１の透明電極１２２－１および第３の透明電極１２２－３にＬｏｗ電位が印加され、第２の透明電極１２２－２および第４の透明電極１２２－４にＨｉｇｈ電位が印加されている。なお、図７Ｂでは、便宜上、Ｌｏｗ電位およびＨｉｇｈ電位を、それぞれ、「－」および「＋」の記号を用いて図示している。
【0039】
図５Ａおよび図５Ｂに示す光学素子１０では、第１の液晶セル１１０の第１の配向膜１１４－１および第２の液晶セル１２０の第１の配向膜１２４－１は、ｘ軸方向に配向処理が行われている。一方、第１の液晶セル１１０の第２の配向膜１１４－２および第２の液晶セル１２０の第２の配向膜１２４－２は、ｙ軸方向に配向処理が行われている。したがって、第１の液晶セル１１０では、第１の配向膜１１４－１の配向方向はｘ軸方向であり、第２の配向膜１１４－２の配向方向はｙ軸方向である。同様に、第２の液晶セル１２０では、第１の配向膜１２４－１の配向方向はｘ軸方向であり、第２の配向膜１２４－２の配向方向はｙ軸方向である。
【0040】
図５Ａおよび図５Ｂでは、光は、第１の液晶セル１１０の第１の基板１１１－１に対して垂直な方向から入射し、第２の液晶セル１２０の第２の基板１２１－２から出射する。第１の液晶セル１１０の第１の基板１１１－１に入射する光は、ｘ軸方向の偏光（Ｐ偏光成分）と、ｙ軸方向の偏光（Ｓ偏光成分）とを有している。そこで、以下では、便宜上、光源から発せられる光のうち、ｘ軸方向の偏光成分を第１の偏光成分３１０とし、また、ｙ軸方向の偏光成分を第２の偏光成分３２０とし、これらの偏光成分が図５Ｂの光学素子１０を透過する過程を説明する。
【0041】
第１の偏光成分３１０および第２の偏光成分３２０は、それぞれ、光源から出射された光のＰ偏光成分およびＳ偏光成分に対応する（図５Ｂ中の（１）参照）。なお、図５Ａおよび図５Ｂでは、Ｐ偏光成分は矢印（紙面水平方向を示す矢印）を用いて図示され、Ｓ偏光成分は丸印にバツを付した記号（紙面法線方向を示す矢印）を用いて図示されている。
【0042】
第１の液晶セル１１０の第１の基板１１１－１側における液晶層１１３の液晶分子は、長軸がｘ軸方向に沿って配向されているため、図５Ｂに示すように、第１の透明電極１１２－１と第２の透明電極１１２－２との間に横電界が発生すると、当該液晶分子はｘ軸方向に屈折率分布を有する。また、第１の液晶セル１１０の第２の基板１１１－２側における液晶層１１３の液晶分子は、長軸がｙ軸方向に沿って配向されているため、第３の透明電極１１２－３と第４の透明電極１１２－４との間に横電界が発生すると、当該液晶分子はｙ軸方向に屈折率分布を有する。
【0043】
そのため、光学素子１０（より具体的には、第１の液晶セル１１０）に入射する第１の偏光成分３１０は、第１の基板１１１－１に入射した後、第２の基板１１１－２に向かうにつれて、液晶配向のねじれに従ってその偏光成分がＳ偏光成分に変化する（図５Ｂ中の（２）～（４）参照）。より具体的には、第１の偏光成分３１０は、第１の基板１１１－１側ではｘ軸方向に偏光軸を有しているが、液晶層１１３の厚さ方向に通過する過程でその偏光軸を徐々に変化させ、第２の基板１１１－２側ではｙ軸方向に偏光軸を有することとなり、その後、第２の基板１１１－２側から出射される（図５Ｂ中の（５）参照）。ここで、図５Ｂに示すように、第１の透明電極１１２－１と第２の透明電極１１２－２との間に横電界が発生すると、当該横電界の影響で液晶分子の配向状態が図４Ａのように変化し、屈折率分布が変化する。また、第１の偏光成分３１０は、第１の基板１１１－１側においては、その偏光軸が当該第１の基板１１１－１側における液晶層１１３の液晶分子の配向方向に平行であるため、当該液晶分子の屈折率分布の変化に応じてｘ軸方向に拡散する。また、第１の偏光成分３１０は、液晶層１１３内で偏光軸をｘ軸方向からｙ軸方向に変化させることによって、第２の基板１１１－２側においては、その偏光軸が当該第２の基板１１１－２側における液晶層１１３の液晶分子の配向方向に平行となる。ここで、図５Ｂに示すように、第３の透明電極１１２－３と第４の透明電極１１２－４との間に横電界が発生すると、当該横電界の影響で液晶分子の配向状態が図４Ｂのように変化し、屈折率分布が変化する。このため、第１の偏光成分３１０は、当該液晶分子の屈折率分布の変化に応じてｙ軸方向に拡散する。
【0044】
また、図５Ｂに示すように、光学素子１０（より具体的には、第１の液晶セル１１０）に入射する前にＳ偏光成分であった第２の偏光成分３２０は、第１の基板１１１－１に入射した後、第２の基板１１１－２に向かうにつれて、液晶配向のねじれに従ってその偏光成分がＰ偏光成分に変化する（図５Ｂ中の（２）～（４）参照）。より具体的には、第２の偏光成分３２０は、第１の基板１１１－１側ではｙ軸方向に偏光軸を有しているが、液晶層１１３の厚さ方向に通過する過程でその偏光軸を徐々に変化させ、第２の基板１１１－２側ではｘ軸方向に偏光軸を有することとなり、その後、第２の基板１１１－２側から出射される（図５Ｂ中の（５）参照）。ここで、第１の透明電極１１２－１と第２の透明電極１１２－２との間に横電界が発生しても、第２の偏光成分３２０は、第１の基板１１１－１側においては、その偏光軸が当該第１の基板１１１－１側における液晶層１１３の液晶分子の配向方向に直交しているため、当該液晶分子の屈折率分布の影響を受けず、そのまま拡散せずに通過する。また、第２の偏光成分３２０は、液晶層１１３内で偏光軸をｙ軸方向からｘ軸方向に変化させることによって、第２の基板１１１－２側においては、その偏光軸が当該第２の基板１１１－２側における液晶分子の配向方向とも直交することになるため、当該液晶分子の屈折率分布の影響を受けず、そのまま拡散せずに通過する。
【0045】
すなわち、光学素子１０に入射する前にＳ偏光成分であった第２の偏光成分３２０は、第１の液晶セル１１０を通過する過程で偏光軸をｙ軸方向からｘ軸方向に変化させてＰ偏光成分となるものの、第１の偏光成分３１０のような拡散は生じない。
【0046】
第２の液晶セル１２０の液晶層１２３の液晶分子も、第１の液晶セル１１０の液晶層１１３の液晶分子と同様の屈折率分布を有する。そのため、第２の液晶セル１２０内においても、基本的に、第１の液晶セル１１０内と同様の現象が生じる。一方、第１の偏光成分３１０および第２の偏光成分３２０は、第１の液晶セル１１０を通過することで、その偏光軸が入れ替わるため、液晶層１１３の液晶分子の屈折率分布の影響を受ける偏光成分も入れ替わる。すなわち、図５Ｂに示すように、第２の液晶セル１２０の第１の透明電極１２２－１と第２の透明電極１２２－２との間および第３の透明電極１２２－３と第４の透明電極１１２－４との間に横電界が発生しても、第２の液晶セル１２０を通過する第１の偏光成分３１０はその偏光軸をｙ軸方向から再びｘ軸方向に変化するものの（図５Ｂ中の（６）～（８）参照）、拡散は生じない。一方、第２の液晶セル１２０を通過する第２の偏光成分３２０は、その偏光軸をｘ軸方向から再びｙ軸方向に変化しつつ（図５Ｂ中の（６）～（８）参照）、かつ、液晶層１２３の液晶分子の屈折率分布の影響を受けて拡散する。
【0047】
以上からわかるように、光学素子１０では、２つの液晶セル（第１の液晶セル１１０および第２の液晶セル１２０）を積層させることにより、光学素子１０に入射される光の偏光状方向を２度にわたって変化させ、その結果、入射前と入射後での偏光方向を変わらなくすることができる（図５Ｂ中の（１）および（９）参照）。他方、当該光学素子１０は、液晶セルの液晶層の液晶分子が有する屈折率分布を変化させ、透過する光を屈折させることができる。より具体的には、第１の液晶セル１１０が第１の偏光成分３１０（Ｐ偏光成分）の光をｘ軸方向、ｙ軸方向、またはｘ軸とｙ軸の両方向に拡散させ、第２の液晶セル１２０が第２の偏光成分３２０（Ｓ偏光成分）の光をｘ軸方向、ｙ軸方向、またはｘ軸とｙ軸の両方向に拡散させる。したがって、無偏光の光に対して、光の偏光状態を変えることなく、光を拡散させる場合、光学素子１０の積層数は偶数であることが好ましい。
【0048】
また、上記では、主として図５Ｂを用いてそれぞれの偏光成分が光学素子１０を通過する過程で拡散および偏光軸を変化させる過程を説明した。図５Ａの光学素子１０は、各透明電極に電位を印可していない状態（隣り合う透明電極間に電位差がない状態）であり、偏光成分を拡散させない点を除いては図５Ｂの光学素子と同じように偏光成分の偏光軸を変化させる。説明の重複を避けるべく、図５Ａの光学素子を通過する偏光成分の説明は図５Ｂの（１）～（９）と同じ符号を付してその説明を省略する。
【0049】
なお、図５Ａおよび図５Ｂに示すように、第１の液晶セル１１０と第２の液晶セル１２０との間には、光学弾性樹脂層１３０が設けられている。光は、第１の液晶セル１１０の第２の基板１１１－２と光学弾性樹脂層１３０との界面または第２の液晶セル１２０の第１の基板１２１－１と光学弾性樹脂層１３０との界面においても屈折され得る。そのため、光学弾性樹脂層１３０の光学弾性樹脂の屈折率は、第１の液晶セル１１０の第２の基板１１１－２および第２の液晶セル１２０の第１の基板１２１－１の屈折率に近いものが好ましい。また、光学素子１０は、光源に近い位置に配置され、光源からの熱によって温度が上昇する場合がある。この場合、光学弾性樹脂層１３０の光学弾性樹脂の熱膨張の影響を緩和することができるように、光学弾性樹脂層１３０の厚さは、第１の液晶セル１１０における第１の基板１１１－１と第２の基板１１１－２との間または第２の液晶セル１２０における第１の基板１２１－１と第２の基板１２１－２との間の基板間距離ｄよりも大きいことが好ましい。
【0050】
光学素子１０は、各透明電極に印加する電位によって、透過する光の配光を制御することができる。すなわち、光学素子１０は、所定の配光パターンを形成することができる。ここで、一例として、図６を参照して、２つの液晶セル（第１の液晶セル１１０および第２の液晶セル１２０）を有する光学素子１０を用いたｘ軸方向に拡がる配光パターンの形成について説明する。
【0051】
【0052】
【表1】
【0053】
また、以下では、便宜上、各透明電極に印加する電位を、第１の電位（変動電位、例えば、Ｌｏｗ電位が０ＶおよびＨｉｇｈ電位が３０Ｖ）、第１の電位と位相が反転している第２の電位（変動電位、例えば、Ｌｏｗ電位が０ＶおよびＨｉｇｈ電位が３０Ｖ）、および第３の電位（中間電位、例えば、１５Ｖ）として説明する。第３の電位は、Ｌｏｗ電位とＨｉｇｈ電位との間の電位であり、固定電位であってもよく、変動電位であってもよい。なお、電圧の値は、図６に記載された０Ｖ、１５Ｖ、および３０Ｖに限られない。
【0054】
第１の液晶セル１１０では、第１の透明電極１１２－１および第２の透明電極１１２－２に、それぞれ、第１の電位および第２の電位が印加される。また、第３の透明電極１１２－３および第４の透明電極１１２－４の各々に第３の電位が印加される。第１の透明電極１１２－１に印加される第１の電位と、第２の透明電極１１２－２に印加される第２の電位とは、位相が反転している。そのため、第１の透明電極１１２－１と第２の透明電極１１２－２との間には、電位差（例えば、＋３０Ｖまたは－３０Ｖ）が生じている。これに対し、第２の基板１１１－２側の第３の透明電極１１２－３と第４の透明電極１１２－４との間は、無電位状態となっている。また、第２の基板１１１－２側の第３の透明電極１１２－３および第４の透明電極１１２－４は、いずれの状態であっても、第１の基板１１１－１側の第１の透明電極１１２－１との間または第２の透明電極１１２－２との間に＋１５Ｖまたは－１５Ｖが生じており、絶対値で見た場合に、第１の基板１１１－１側の一方の透明電極との間および他方の透明電極との間での電位差に偏りはない。
【0055】
これにより、第１の基板１１１－１側の液晶分子は、第１の透明電極１１２－１と第２の透明電極１１２－２との間の電位差に従って配向状態を変化させる（図４Ａおよび図４Ｂなど参照）。一方、第２の基板１１１－２側の液晶分子は、第３の透明電極１１２－３と第４の透明電極１１２－４との間に電位差が生じておらず、また、第１の基板１１１－１側の電位による影響を受けないほど第１の基板１１１－１と第２の基板１１１－２とが十分に離れているため、初期配向方向から配向方向を変化させない。また、第３の透明電極１１２－３および第４の透明電極１１２－４に印加される第３の電位は第１の電位と第２の電位との間の中間電位であるため、第１の透明電極１１２－１と第２の透明電極１１２－２とに、Ｌｏｗ電位とＨｉｇｈ電位とが交互に印加されても容量が蓄積されることはなく、第２の基板１１１－２側の液晶分子の配向状態が変化することはない。
【0056】
第２の液晶セル１２０では、第１の透明電極１２２－１および第２の透明電極１２２－２に、それぞれ、第１の電位および第２の電位が印加される。また、第３の透明電極１２２－３および第４の透明電極１２２－４の各々に第３の電位が印加される。第１の透明電極１２２－１に印加される第１の電位と、第２の透明電極１２２－２に印加される第２の電位とは、位相が反転している。そのため、第１の透明電極１２２－１と第２の透明電極１２２－２との間には、電位差（例えば、＋３０Ｖまたは－３０Ｖ）が生じている。これに対し、第２の基板１２１－２側の第３の透明電極１２２－３と第４の透明電極１２２－４との間は、無電位状態となっている。また、第２の基板１２１－２側の第３の透明電極１２２－３および第４の透明電極１２２－４は、いずれの状態であっても、第１の基板１２１－１側の第１の透明電極１２２－１との間または第２の透明電極１２２－２との間に＋１５Ｖまたは－１５Ｖが生じており、絶対値で見た場合に、第１の基板１２１－１側の一方の透明電極との間および他方の透明電極との間での電位差に偏りはない。
【0057】
これにより、第１の基板１２１－１側の液晶分子は、第１の透明電極１２２－１と第２の透明電極１２２－２との間の電位差に従って配向状態を変化させる（図４Ａおよび図４Ｂなど参照）。一方、第２の基板１２１－２側の液晶分子は、第３の透明電極１２２－３と第４の透明電極１２２－４との間に電位差が生じておらず、また、第１の基板１２１－１側の電位による影響を受けないほど第１の基板１２１－１と第２の基板１２１－２とが十分に離れているため、初期配向方向から配向方向を変化させない。また、第３の透明電極１２２－３および第４の透明電極１２２－４に印加される第３の電位は第１の電位と第２の電位との間の中間電位であるため、第１の透明電極１２２－１と第２の透明電極１２２－２とに、Ｌｏｗ電位とＨｉｇｈ電位とが交互に印加されても容量が蓄積されることはなく、第２の基板１２１－２側の液晶分子の配向状態が変化することはない。
【0058】
また、図６に示すように、第１の液晶セル１１０の第１の透明電極１１２－１および第２の透明電極１１２－２の電位変動は、それぞれ、第２の液晶セル１２０の第１の透明電極１２２－１および第２の透明電極１２２－２の電位変動と同期している。
【0059】
各透明電極に上述のような電位を印加した場合、第１の液晶セル１１０の第１の基板１１１－１側の液晶層１１３の液晶分子は、ｘ軸方向の偏光を有する光をｘ軸方向に屈折することができる。そのため、第１の液晶セル１１０は、ｘ軸方向の偏光を有する光をｘ軸方向に拡散することができる。
【0060】
また、第２の液晶セル１２０の第１の基板１２１－１側の液晶層１２３の液晶分子も、ｘ軸方向の偏光を有する光をｘ軸方向に屈折させる。そのため、第２の液晶セル１２０も、ｘ軸方向の偏光を有する光をｘ軸方向に拡散する。
【0061】
すなわち、各透明電極の電位が図６に示すものであるとき、光学素子１０は、第１の液晶セル１１０の第１の基板１１１－１側から光が入射される（図５Ａおよび図５Ｂに示すように、第１の液晶セル１１０の下方側から第１の基板１１１－１に向けて光が照射されることを意味する。）と、第１の液晶セル１１０を通過する過程において、ｘ軸方向の偏光軸を有する第１の偏光成分３１０は第１の基板１１１－１側でｘ軸方向に拡散しつつ、偏光軸をｙ軸方向に変化させる。他方、ｙ軸方向の偏光を有する第２の偏光成分３２０は、拡散することなく、偏光軸をｙ軸方向からｘ軸方向に変化させる。そして、これらの偏光成分はそのまま第２の液晶セル１２０に入射する。第１の液晶セル１１０内で拡散することなく、ｙ軸方向からｘ軸方向に偏光軸を変化させた第２の偏光成分３２０は、第２の液晶セル１２０を通過する過程において、ｘ軸方向に拡散し、その後、偏光軸をｙ軸方向に変化させる。他方、第１の液晶セル１１０内で拡散しつつ偏光軸をｘ軸方向からｙ軸方向に変化させた第１の偏光成分３１０は、拡散することなく偏光軸をｙ軸方向からｘ軸方向に変化させる。このように、光学素子１０に入射する光は、第１の液晶セル１１０または第２の液晶セル１２０を通過する過程で、いずれもｘ軸方向に拡散することとなる。したがって、光学素子１０を透過した光は、ｘ軸方向に拡がる配光パターンを形成することができる。
【0062】
光の配光の分布を示す配光角は、透明電極に印加する電圧の大きさによって制御することができる。例えば、透明電極に印加する電圧を高くすると、配光角が大きくなり、光がより拡散される。また、配光角は、例えば、基板間距離ｄまたは隣接する透明電極間のピッチｐによっても制御することができる。
【0063】
［４．基板間距離とピッチの相関関係］
図７を参照して、基板間距離ｄとピッチｐとの相関関係について詳細に説明する。
図７を参照して、基板間距離ｄとピッチｐとの相関関係について詳細に説明する。
【0064】
図７は、本発明の一実施形態に係る光学素子１０の液晶セルにおいて、ｄ／ｐに対する正面相対輝度（０度における相対輝度）を示すグラフである。基板間距離ｄは、図３Ａ～図４Ｂに示したように、第１の液晶セル１１０の第１の基板１１１－１と第２の基板１１１－２との間の距離（または、第２の液晶セル１２０の第１の基板１２１－１と第２の基板１２１－２との間の距離）である。また、ピッチｐは、第１の基板１１１－１（または第１の基板１２１－１）または第２の基板１１１－２（または第２の基板１２１－２）上の隣接する２つの透明電極の中心間距離である。また、正面相対輝度は、第１の基板１１１－１（または第１の基板１２１－１）から入射され、第２の基板１１１－２（または第２の基板１２１－２）から出射される光において、第２の基板１１１－２の垂直方向（０度）から出射される光の輝度である。図７に示すグラフは、光学素子１０がない場合（光源のみの場合）の光の輝度を１として規格化されている。したがって、図７に示すグラフのｙ軸は、光学素子１０がない場合の輝度を１とした場合の相対輝度比ということもできる。
【0065】
なお、図７に示すグラフのデータを取得した液晶セルは、第１の基板１１１－１上に第１の透明電極１１２－１および第２の透明電極１１２－２が形成されているが、第２の基板１１１－２上に第３の透明電極１１２－３および第４の透明電極１１２－４が形成されていない。また、輝度の測定時には、第１の透明電極１１２－１にＬｏｗ電位（０Ｖ）を印加し、第２の透明電極１１２－２にＨｉｇｈ電位（３０Ｖ）を印加した。
【0066】
図７に示すように、ｄ／ｐが大きくなると正面相対輝度は低下するが、ｄ／ｐ＜１とｄ／ｐ≧１とでは正面相対輝度の低下の割合が大きく異なる。ｄ／ｐ＜１では、正面相対輝度がｄ／ｐ＝１に近づくにつれて大きく低下するものの、正面輝度比は０．２～０．４程度の正面輝度が測定された。これは、液晶セルによる光の拡散に伴う輝度の低下を示しているものの、当該拡散が未だ十分でないことを示している。これに対し、ｄ／ｐ≧１では、正面相対輝度が０．１以下となり、その後、ｄ／ｐを大きくしても正面相対輝度は安定している。これは、ｄ／ｐ≧１では液晶セルによる光の拡散が十分であることを示している。すなわち、ｄ／ｐ≧１では、優れた光拡散が得られる。したがって、光学素子１０においては、基板間距離ｄとピッチｐがｄ／ｐ≧１を満たすことが好ましく、ｄ／ｐ≧２を満たすことがさらに好ましい。
【0067】
また、透明電極材料は屈折率が高く、液晶セルの透過率に影響を及ぼす場合がある。そのため、透明電極の幅は小さいことが好ましい。すなわち、隣接する２つの透明電極の間の電極間距離ｂは、透明電極の幅ａ以下であることが好ましい。例えば、電極間距離ｂをピッチｐとの関係で表せば、ｐ／２≦ｂを満たすことが好ましい。
【0068】
以上説明したように、本実施形態に係る光学素子１０は、各透明電極に印加する電圧を制御することにより、光学素子１０を透過する光の配光を制御することができる。但し、各透明電極が単に直線状に延在されている場合、光の干渉によるモアレまたは屈折率の波長依存性による色付きが生じる。そのため、本実施形態に係る光学素子１０は、モアレまたは色付きを低減することができる透明電極の形状および配置を有する。
【0069】
［５．透明電極の形状および配置］
図８は、本発明の一実施形態に係る光学素子１０の第１の液晶セル１１０の第１の透明電極１１２－１および第２の透明電極１１２－２の形状および配置を説明する模式図である。
図８は、本発明の一実施形態に係る光学素子１０の第１の液晶セル１１０の第１の透明電極１１２－１および第２の透明電極１１２－２の形状および配置を説明する模式図である。
【0070】
図８に示すように、第１の液晶セル１１０の第１の基板１１１－１上の第１の透明電極１１２－１と第２の透明電極１１２－２とは、ｘ軸方向に交互に配置され、第１の透明電極１１２－１および第２の透明電極１１２－２の各々は、ｙ軸方向に延在するように設けられている。第１の透明電極１１２－１は、ｙ軸方向に直線形状で設けられている。これに対し、第２の透明電極１１２－２は、ｘ軸方向に屈曲する第１の屈曲部１１６－１を有するくの字形状で設けられている。すなわち、第２の透明電極１１２－２は、第１の透明電極１１２－１の延在方向（ｙ軸方向）に対して所定の角度を有する直線部と、直線部を接続する第１の屈曲部１１６－１とを含む。なお、所定の角度は、０度以上４度以下と非常に小さい。そのため、第１の透明電極１１２－１の側縁は第１の配向膜１１４－１の配向方向（ｙ軸方向）に対して垂直である一方、第２の透明電極１１２－２の側縁は第１の配向膜１１４－１の配向方向に対して上記の所定の角度だけ傾くことになる。また、ｙ軸方向に対して角度を有して設けられる第２の透明電極１１２－２の直線部の幅（長辺間の距離）がａ１である場合、第２の透明電極１１２－２のｘ軸方向の長さはａ１よりも僅かに大きくなるものの、ｘ軸方向における直線部の長さはａ１とみなしてよい。したがって、以下では、便宜上、ｘ軸方向における第２の透明電極１１２－２の長さがａ１であるとして説明する。
【0071】
また、以下において、電極の延在方向とは、直線的に延在する電極の延在方向に平行な方向を指すものであって、より具体的には、第１の基板１１１－１側ではｙ軸方向、第２の基板１１１－２側ではｘ軸方向のことを示す。
【0072】
第１の透明電極１１２－１に隣接する２つの第２の透明電極１１２－２は、第１の透明電極１１２－１の延在方向を軸として線対称に設けられている。このため、図８に示すように、左側の第２の透明電極１１２－２と真ん中の第２の透明電極１１２－２とは、真ん中の第１の透明電極１１２－１から見た場合に互いの第１の屈曲部１１６－１が最も遠い位置にある。また、真ん中の第２の透明電極１１２－２と右側の第２の透明電極１１２－２とは、右側の第１の透明電極１１２－１から見た場合に互いの第１の屈曲部１１６－１が最も近い位置にある。図８に示す透明電極の形状および配置では、第１の透明電極１１２－１と第２の透明電極１１２－２とのピッチおよび第１の透明電極１１２－１と第２の透明電極との間の電極間距離がｙ軸方向にわたって徐々に変化するとともに、第２の透明電極１１２－２がｙ軸方向に対して傾いているために隣接する第１の透明電極１１２－１と第２の透明電極１１２－２との間に形成される電界もｙ軸方向にわたって微妙に変化する。そのため、光の干渉によるモアレおよび波長依存性による色付きを低減することができる。
【0073】
第１の透明電極１１２－１と第２の透明電極１１２－２とは、第１の屈曲部１１６－１において、第１の最大ピッチｐ１および第１の最大電極間距離ｂ１を有する。すなわち、ｐ１＝ａ１＋ｂ１を満たす。上述したように、光の配向、すなわち、配光角は、基板間距離ｄおよびピッチｐによっても制御することができる。図８に示す透明電極の形状および配置では、ｄ／ｐ１≧１を満たすことが好ましく、ｄ／ｐ１≧２を満たすことがさらに好ましい。また、第１の最大ピッチｐ１と第１の最大電極間距離ｂ１との関係においては、ｐ１／２≦ｂ１を満たすことが好ましい。これらの条件を満たすことにより、第１の液晶セル１１０は、第１の透明電極１１２－１および第２の透明電極１１２－２に印加する電圧を制御して、透過する光を十分に拡散させることができる。
【0074】
なお、図８では、第１の屈曲部１１６－１は第２の透明電極１１２－２の長さ方向（ｙ軸方向）にわたって１か所にのみ設けられている構成であるが、当該第１の屈曲部１１６－１が長さ方向にわたって複数設けられる構成も採用可能である。
【0075】
図９は、本発明の一実施形態に係る光学素子１０の第１の液晶セル１１０の第１の透明電極１１２－１、第２の透明電極１１２－２、第３の透明電極１１２－３、および第４の透明電極の形状および配置を説明する模式図である。
【0076】
第１の液晶セル１１０の第２の基板１１１－２上の第３の透明電極１１２－３および第４の透明電極１１２－４は、９０度回転させた第１の透明電極１１２－１および第２の透明電極１１２－２と同様の形状および配置を有する。すなわち、第３の透明電極１１２－３と第４の透明電極１１２－４とは、ｙ軸方向に交互に配置され、第３の透明電極１１２－３および第４の透明電極１１２－４の各々は、ｘ軸方向に延在するように設けられている。第３の透明電極１１２－３は、ｘ軸方向に直線形状で設けられている。これに対し、第４の透明電極１１２－４は、ｙ軸方向に屈曲する第２の屈曲部１１６－２を有するくの字形状で設けられている。また、第３の透明電極１１２－３に隣接する２つの第４の透明電極１１２－４は、第３の透明電極１１２－３の延在方向を軸として線対称に設けられている。そのため、本実施形態に係る光学素子１０においても、各透明電極におけるピッチおよび電極間距離が変化しているため、モアレおよび色付きの発生を低減することができる。
【0077】
第３の透明電極１１２－３と第４の透明電極１１２－４とは、第２の屈曲部１１６－２において、第２の最大ピッチｐ２および第２の最大電極間距離ｂ２を有する。第３の透明電極１１２－３および第４の透明電極１１２－４の各々の幅はａ２であり、ｐ２＝ａ２＋ｂ２を満たす。図９に示す透明電極の形状および配置においても、ｄ／ｐ２≧１を満たすことが好ましく、ｄ／ｐ２≧２を満たすことがさらに好ましい。また、第２の最大ピッチｐ２と第２の最大電極間距離ｂ２との関係においては、ｐ２／２≦ｂ２を満たすことが好ましい。これらの条件を満たすことにより、第１の液晶セル１１０は、第３の透明電極１１２－３および第４の透明電極１１２－４に印加する電圧を制御して、透過する光を十分に拡散させることができる。
【0078】
以上説明したように、本実施形態に係る光学素子１０は、各透明電極に印加する電圧を制御し、透過する光の配光を制御することができる。また、本実施形態に係る光学素子１０では、各透明電極におけるピッチおよび電極間距離が変化しているため、モアレおよび色付きを低減することができる。
【0079】
＜第２実施形態＞
図１０を参照して、第１実施形態で説明した第１の透明電極１１２－１および第２の透明電極１１２－２の形状および配置とは異なる第１の透明電極１１２Ａ－１および第２の透明電極１１２Ａ－２の形状および配置について説明する。
図１０を参照して、第１実施形態で説明した第１の透明電極１１２－１および第２の透明電極１１２－２の形状および配置とは異なる第１の透明電極１１２Ａ－１および第２の透明電極１１２Ａ－２の形状および配置について説明する。
【0080】
図１０は、本発明の一実施形態に係る光学素子１０の第１の液晶セル１１０の第１の透明電極１１２Ａ－１および第２の透明電極１１２Ａ－２の形状および配置を説明する模式図である。なお、以下では、第１の透明電極１１２Ａ－１および第２の透明電極１１２Ａ－２の構成が、第１実施形態で説明した第１の透明電極１１２－１および第２の透明電極１１２－２の構成と同様であるとき、その説明を省略する場合がある。
【0081】
図１０に示すように、第１の透明電極１１２Ａ－１と第２の透明電極１１２Ａ－２とは、ｘ軸方向に交互に配置され、第１の透明電極１１２Ａ－１および第２の透明電極１１２Ａ－２の各々は、ｙ軸方向に延在するように設けられている。第１の透明電極１１２Ａ－１は、ｙ軸方向に直線形状で設けられている。これに対し、第２の透明電極１１２Ａ－２は、ｘ軸方向に屈曲を有する曲線形状で設けられている。すなわち、第２の透明電極１１２Ａ－２は、第１の透明電極１１２Ａ－１の延在方向（ｙ軸方向）に対して湾曲する曲線部と、ｘ軸方向における曲線部の向きが変化する第１の頂部１１６Ａ－１とを含む。なお、第１の透明電極１１２Ａ－１に隣接する２つの第２の透明電極１１２Ａ－２は、第１の透明電極１１２Ａ－１の延在方向を軸として線対称に設けられている。そのため、第１の透明電極１１２Ａ－１の側縁は第１の配向膜１１４－１の配向方向（ｙ軸方向）に対して垂直である一方、第２の透明電極１１２－２の側縁は第１の配向膜１１４－１の配向方向に対して湾曲することになる。
【0082】
第１の透明電極１１２Ａ－１と第２の透明電極１１２Ａ－２とは、第１の頂部１１６Ａ－１において、第１の最大ピッチｐ１および第１の最大電極間距離ｂ１を有する。第１の透明電極１１２Ａ－１および第２の透明電極１１２Ａ－２の各々の幅はａ１であり、ｐ１＝ａ１＋ｂ２を満たす。図１０に示す透明電極の形状および配置においても、ｄ／ｐ１≧１を満たすことが好ましく、ｄ／ｐ１≧２を満たすことがさらに好ましい。また、第１の最大ピッチｐ１と第１の最大電極間距離ｂ１との関係においては、ｐ１／２≦ｂ１を満たすことが好ましい。これらの条件を満たすことにより、第１の液晶セル１１０は、第１の透明電極１１２Ａ－１および第２の透明電極１１２Ａ－２に印加する電圧を制御して、透過する光を十分に拡散させることができる。
【0083】
以上説明したように、本実施形態に係る光学素子１０は、各透明電極に印加する電圧を制御し、透過する光の配光を制御することができる。また、本実施形態に係る光学素子１０では、各透明電極におけるピッチおよび電極間距離がｙ軸方向にわたって徐々に変化するとともに、第２の透明電極１１２－２がｙ軸方向に対して湾曲しているために隣接する第１の透明電極１１２－１と第２の透明電極１１２－２との間に形成される電界もｙ軸方向にわたって微妙に変化する。そのため、モアレおよび色付きの発生を低減することができる。
【0084】
＜第３実施形態＞
図１１を参照して、第１実施形態および第２実施形態で説明した透明電極の形状および配置とは異なる第１の透明電極１１２Ｂ－１および第２の透明電極１１２Ｂ－２の形状および配置について説明する。
図１１を参照して、第１実施形態および第２実施形態で説明した透明電極の形状および配置とは異なる第１の透明電極１１２Ｂ－１および第２の透明電極１１２Ｂ－２の形状および配置について説明する。
【0085】
図１１は、本発明の一実施形態に係る光学素子１０の第１の液晶セル１１０の第１の透明電極１１２Ｂ－１および第２の透明電極１１２Ｂ－２の形状および配置を説明する模式図である。なお、以下では、第１の透明電極１１２Ｂ－１および第２の透明電極１１２Ｂ－２の構成が、第１実施形態で説明した第１の透明電極１１２－１および第２の透明電極１１２－２の構成と同様であるとき、その説明を省略する場合がある。
【0086】
図１１に示すように、第１の透明電極１１２Ｂ－１と第２の透明電極１１２Ｂ－２とは、ｘ軸方向に交互に配置され、第１の透明電極１１２Ｂ－１および第２の透明電極１１２Ｂ－２の各々は、ｙ軸方向に延在するように設けられている。第１の透明電極１１２Ｂ－１は、ｙ軸方向に直線形状で設けられている。これに対し、第２の透明電極１１２Ｂ－２は、ｘ軸方向に屈曲する第１の屈曲部１１６Ｂ－１を有するくの字形状で設けられている。そのため、本実施形態に係る光学素子１０においても、各透明電極におけるピッチおよび電極間距離が変化しているため、モアレおよび色付きの発生を低減することができる。
【0087】
また、図１１に示す透明電極の形状および配置では、第１の透明電極１１２Ｂ－１に隣接する２つの第２の透明電極１１２Ｂ－２が、第１の透明電極１１２Ｂ－１の延在方向を軸として非対称に設けられている。具体的には、第１の透明電極１１２Ｂ－１に隣接する２つの第２の透明電極１１２Ｂ－２のそれぞれの第１の屈曲部１１６Ｂ－１が異なる位置に設けられている。そのため、透明電極の配置の対称性を低下させることができるため、さらに、モアレまたは色付きの発生を低減することができる。
【0088】
第１の透明電極１１２Ｂ－１と第２の透明電極１１２Ｂ－２とは、第１の屈曲部１１６Ｂ－１において、第１の最大ピッチｐ１および第１の最大電極間距離ｂ１を有する。第１の透明電極１１２Ｂ－１および第２の透明電極１１２Ｂ－２の各々の幅はａ１であり、ｐ１＝ａ１＋ｂ２を満たす。図１１に示す透明電極の形状および配置においても、ｄ／ｐ１≧１を満たすことが好ましく、ｄ／ｐ１≧２を満たすことがさらに好ましい。また、第１の最大ピッチｐ１と第１の最大電極間距離ｂ１との関係においては、ｐ１／２≦ｂ１を満たすことが好ましい。これらの条件を満たすことにより、本実施形態に係る光学素子１０の第１の液晶セル１１０は、第１の透明電極１１２Ｂ－１および第２の透明電極１１２Ｂ－２に印加する電圧を制御して、透過する光を十分に拡散させることができる。
【0089】
以上説明したように、本実施形態に係る光学素子１０は、各透明電極に印加する電圧を制御し、透過する光の配光を制御することができる。また、本実施形態に係る光学素子１０では、各透明電極におけるピッチおよび電極間距離が変化しているため、モアレおよび色付きの発生を低減することができる。
【0090】
＜第４実施形態＞
図１２を参照して、第１実施形態～第３実施形態で説明した透明電極の形状および配置とは異なる第１の透明電極１１２Ｃ－１および第２の透明電極１１２Ｃ－２の形状および配置について説明する。
図１２を参照して、第１実施形態～第３実施形態で説明した透明電極の形状および配置とは異なる第１の透明電極１１２Ｃ－１および第２の透明電極１１２Ｃ－２の形状および配置について説明する。
【0091】
図１２は、本発明の一実施形態に係る光学素子１０の第１の液晶セル１１０の第１の透明電極１１２Ｃ－１および第２の透明電極１１２Ｃ－２の形状および配置を説明する模式図である。なお、以下では、第１の透明電極１１２Ｃ－１および第２の透明電極１１２Ｃ－２の構成が、第１実施形態で説明した第１の透明電極１１２－１および第２の透明電極１１２－２の構成と同様であるとき、その説明を省略する場合がある。
【0092】
図１２に示すように、第１の透明電極１１２Ｃ－１と第２の透明電極１１２Ｃ－２とは、ｘ軸方向に交互に配置され、第１の透明電極１１２Ｃ－１および第２の透明電極１１２Ｃ－２の各々は、ｙ軸方向に延在するように設けられている。第１の透明電極１１２Ｃ－１は、ｙ軸方向に直線形状で設けられている。これに対し、第２の透明電極１１２Ｃ－２は、ｘ軸方向に屈曲する複数の第１の屈曲部１１６Ｃ－１を含むジグザグ形状で設けられている。そのため、本実施形態に係る光学素子１０においても、各透明電極におけるピッチおよび電極間距離が変化しているため、モアレおよび色付きの発生を低減することができる。
【0093】
また、図１２に示す透明電極の形状および配置では、第１の透明電極１１２Ｃ－１に隣接する２つの第２の透明電極１１２Ｃ－２が、第１の透明電極１１２Ｃ－１の延在方向を軸として非対称に設けられている。具体的には、第１の透明電極１１２Ｃ－１に隣接する２つの第２の透明電極１１２Ｃ－２のそれぞれが有する第１の屈曲部１１６Ｃ－１の数が異なる。そのため、透明電極の配置の対称性を低下させることができるため、さらに、モアレまたは色付きの発生を低減することができる。
【0094】
第１の透明電極１１２Ｃ－１と第２の透明電極１１２Ｃ－２とは、複数の第１の屈曲部１１６Ｃ－１のうちの１つにおいて、第１の最大ピッチｐ１および第１の最大電極間距離ｂ１を有する。第１の透明電極１１２Ｃ－１および第２の透明電極１１２Ｃ－２の各々の幅はａ１であり、ｐ１＝ａ１＋ｂ１を満たす。図１２に示す透明電極の形状および配置においても、ｄ／ｐ１≧１を満たすことが好ましく、ｄ／ｐ１≧２を満たすことがさらに好ましい。また、第１の最大ピッチｐ１と第１の最大電極間距離ｂ１との関係においては、ｐ１／２≦ｂ１を満たすことが好ましい。これらの条件を満たすことにより、本実施形態に係る光学素子１０の第１の液晶セル１１０は、第１の透明電極１１２Ｂ－１および第２の透明電極１１２Ｂ－２に印加する電圧を制御して、透過する光を十分に拡散させることができる。
【0095】
以上説明したように、本実施形態に係る光学素子１０は、各透明電極に印加する電圧を制御し、透過する光の配光を制御することができる。また、本実施形態に係る光学素子１０では、各透明電極におけるピッチおよび電極間距離が変化しているため、モアレおよび色付きの発生を低減することができる。
【0096】
＜第５実施形態＞
図１３を参照して、第１実施形態～第４実施形態で説明した透明電極の形状および配置とは異なる第１の透明電極１１２Ｄ－１および第２の透明電極１１２Ｄ－２の形状および配置について説明する。
図１３を参照して、第１実施形態～第４実施形態で説明した透明電極の形状および配置とは異なる第１の透明電極１１２Ｄ－１および第２の透明電極１１２Ｄ－２の形状および配置について説明する。
【0097】
図１３は、本発明の一実施形態に係る光学素子１０の第１の液晶セル１１０の第１の透明電極１１２Ｄ－１および第２の透明電極１１２Ｄ－２の形状および配置を説明する模式図である。なお、以下では、第１の透明電極１１２Ｄ－１および第２の透明電極１１２Ｄ－２の構成が、第１実施形態で説明した第１の透明電極１１２－１および第２の透明電極１１２－２の構成と同様であるとき、その説明を省略する場合がある。
【0098】
図１３に示すように、第１の透明電極１１２Ｄ－１と第２の透明電極１１２Ｄ－２とは、ｘ軸方向に交互に配置され、第１の透明電極１１２Ｄ－１および第２の透明電極１１２Ｄ－２の各々は、ｙ軸方向に延在するように設けられている。第１の透明電極１１２Ｄ－１は、ｙ軸方向に直線形状に設けられている。これに対し、第２の透明電極１１２Ｄ－２は、ｘ軸方向に屈曲する複数の第１の屈曲部１１６Ｄ－１を含むジグザグ形状で設けられている。そのため、本実施形態に係る光学素子１０においても、各透明電極におけるピッチおよび電極間距離が変化しているため、モアレおよび色付きの発生を低減することができる。
【0099】
また、図１３に示す透明電極の形状および配置では、第１の透明電極１１２Ｄ－１に隣接する２つの第２の透明電極１１２Ｄ－２が、第１の透明電極１１２Ｄ－１の延在方向を軸として非対称に設けられている。具体的には、第２の透明電極１１２Ｄ－２の第１の屈曲部１１６Ｄ－１の位置がランダムに設けられている。そのため、透明電極の配置の対称性を低下させることができるため、さらに、モアレまたは色付きの発生を低減することができる。ここで、第２の透明電極１１２Ｄ－２における第１の屈曲部１１６Ｄ－１の位置がランダムであるとは、第２の透明電極１１２Ｄ－２ごとに、第１の屈曲部１１６Ｄ－１の数、位置、および第１の屈曲部１１６Ｄ－１とこれに隣接する第１の透明電極１１２Ｄ－１との間の位置が異なることを言い、端的には第２の透明電極１１２Ｄ－２ごとに形状が異なることを言う。なお、この場合、第１の基板１１１－１上の複数の第２の透明電極１１２Ｄ－２の形状がすべて異なることが好ましいが、互いに隣接する複数本において形状が異なる組が繰り返し配列されていてもよい。第４の透明電極１１２Ｄ－４も同様である。
【0100】
第１の屈曲部１１６Ｄ－１をランダムに形成する場合、第１の透明電極１１２Ｄ－１と第２の透明電極１１２Ｄ－２との間の最小電極間距離ｂｓは、所定の設定値とすることができる。例えば、最小電極間距離ｂｓは、ユーザによって設定される値であってもよく、フォトリソグラフィーなどの精度によって決定される値であってもよい。
【0101】
第１の透明電極１１２Ｄ－１と第２の透明電極１１２Ｄ－２とは、複数の第１の屈曲部１１６Ｄ－１のうちの１つにおいて、第１の最大ピッチｐ１および第１の最大電極間距離ｂ１を有する。第１の透明電極１１２Ｄ－１および第２の透明電極１１２Ｄ－２の各々の幅はａ１であり、ｐ１＝ａ１＋ｂ１を満たす。図１３に示す透明電極の形状および配置においても、ｄ／ｐ１≧１を満たすことが好ましく、ｄ／ｐ１≧２を満たすことがさらに好ましい。但し、図１３に示す透明電極の形状および配置においては、最小電極間距離ｂｓが設定されており、ｐ１＞ａ１＋ｂｓを満たす必要がある。したがって、図１３に示す透明電極の形状および配置においては、ａ１＋ｂｓ＜ｐ１≦ｄを満たすことが好ましく、ａ１＋ｂｓ＜ｐ１≦ｄ／２を満たすことがさらに好ましい。
【0102】
また、第１の最大ピッチｐ１と第１の最大電極間距離ｂ１との関係においては、ｐ１／２≦ｂ１を満たすことが好ましい。これらの条件を満たすことにより、本実施形態に係る光学素子１０の第１の液晶セル１１０は、第１の透明電極１１２Ｄ－１および第２の透明電極１１２Ｄ－２に印加する電圧を制御して、透過する光を十分に拡散させることができる。
【0103】
以上説明したように、本実施形態に係る光学素子１０は、各透明電極に印加する電圧を制御し、透過する光の配光を制御することができる。また、本実施形態に係る光学素子１０では、各透明電極におけるピッチおよび電極間距離が変化しているため、モアレおよび色付きの発生を低減することができる。
【0104】
＜第６実施形態＞
図１４を参照して、第１の液晶セル１１０および第２の液晶セル１２０の積層における透明電極の配置について説明する。
図１４を参照して、第１の液晶セル１１０および第２の液晶セル１２０の積層における透明電極の配置について説明する。
【0105】
図１４は、本発明の一実施形態に係る光学素子１０の第１の液晶セル１１０の第１の透明電極１１２－１および第２の透明電極１１２－２と、第２の液晶セル１２０の第１の透明電極１２２－１および第２の透明電極１２２－２との積層における配置を説明する模式図である。
【0106】
図１４では、第１の液晶セル１１０と第２の液晶セル１２０とは、平面視における透明電極の位置が一致するように積層されていない。すなわち、第１の液晶セル１１０および第２の液晶セル１２０は、第１の液晶セル１１０の第１の透明電極１１２－１の延在方向と第２の液晶セル１２０の第１の透明電極１２２－１の延在方向とのなす角αを有して積層されている。角度αは、例えば、０度以上４度以下である。第１の液晶セル１１０の透明電極の延在方向と、第２の液晶セル１２０の透明電極の延在方向とをずらすことで、液晶セル間においても対称性を低下させることができる。そのため、モアレおよび色付きの発生を低減することができる。なお、第１の液晶セル１１０の第１の透明電極１１２－１の第１の屈折部と、第２の液晶セル１２０の第１の透明電極１１２－１の第１の屈折部とは、重畳していないことが好ましい。第２の屈折部も同様である。液晶セル間にける対称性をさらに低下させることができ、さらに、モアレおよび色付きの発生を低減することができる。
【0107】
以上説明したように、本実施形態に係る光学素子１０は、各透明電極に印加する電圧を制御し、透過する光の配光を制御することができる。また、本実施形態に係る光学素子１０では、液晶セルの積層方向においても各透明電極におけるピッチおよび電極間距離が変化しているため、さらに、モアレおよび色付きを低減することができる。
【0108】
本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例および修正例に相当し得るものであり、それら変更例および修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。例えば、上述の各実施形態に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除もしくは設計変更を行ったもの、または、工程の追加、省略もしくは条件変更を行ったものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含まれる。
【0109】
また、本実施形態において態様によりもたらされる他の作用効果について本明細書の記載から明らかなもの、または当業者において適宜想到し得るものについては、当然に本発明によりもたらされるものと解される。
【符号の説明】
【0110】
１０：光学素子、 １１０：第１の液晶セル、 １１１－１：第１の基板、 １１１－２：第２の基板、 １１２－１、１１２Ａ－１、１１２Ｂ－１、１１２Ｃ－１、１１２Ｄ－１：第１の透明電極、 １１２－２、１１２Ａ－２、１１２Ｂ－２、１１２Ｃ－２、１１２Ｄ－２：第２の透明電極、 １１２－３：第３の透明電極、 １１２－４：第４の透明電極、 １１３：液晶層、 １１４－１：第１の配向膜、 １１４－２：第２の配向膜、 １１５：シール材、 １１６－１、１１６Ｂ－１、１１６Ｃ－１、１１６Ｄ－１：第１の屈曲部、 １１６Ａ－１：第１の頂部、 １１６－２：第２の屈曲部、 １２０：第２の液晶セル、 １２１－１：第１の基板、 １２１－２：第２の基板、 １２２－１：第１の透明電極、 １２２－２：第２の透明電極、 １２２－３：第３の透明電極、 １２２－４：第４の透明電極、 １２３：液晶層、 １２４－１：第１の配向膜、 １２４－２：第２の配向膜、 １２５：シール材、 １３０：光学弾性樹脂層、 ３１０：第１の偏光成分、 ３２０：第２の偏光成分
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図3A】
【図3B】
【図4A】
【図4B】
【図5A】
【図5B】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】