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特開2024-111202光学素子

書誌要約請求の範囲詳細な説明課題実施例実施するための形態図面の説明

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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】P2024111202

(43)【公開日】2024-08-16

(54)【発明の名称】光学素子

(51)【国際特許分類】

G02F 1/1347 20060101AFI20240808BHJP

G02F 1/1343 20060101ALI20240808BHJP

G02F 1/133 20060101ALI20240808BHJP

G02F 1/13 20060101ALN20240808BHJP

【ＦＩ】

G02F1/1347

G02F1/1343

G02F1/133 505

G02F1/13 505

【審査請求】有

【請求項の数】13

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2024099590

(22)【出願日】2024-06-20

(62)【分割の表示】P 2023520979の分割

【原出願日】2022-04-28

(31)【優先権主張番号】P 2021081218

(32)【優先日】2021-05-12

(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】池田幸次朗

(72)【発明者】

【氏名】小糸健夫

(57)【要約】

【課題】異方的な形状を有する配光の制御が可能な光学素子を提供すること。
【解決手段】光学素子は、順に積層された第１乃至第４の液晶セルを含み、第１乃至第４の液晶セルの各々は、第１の一対の櫛歯状の透明電極が配置された第１の基板および第２の一対の櫛歯状の透明電極が配置された第２の基板を含み、第１の一対の櫛歯状の透明電極の延在方向と第２の一対の櫛歯状の透明電極の延在方向とは交差し、第１乃至第４の液晶セルの異なる２つの液晶セルの間において、一方の液晶セルの第１の一対の櫛歯状の透明電極の１つと他方の液晶セルの第２の一対の櫛歯状の透明電極の１つが電気的に接続されている。
【選択図】図２Ａ

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の液晶セルと、
前記第１の液晶セルの上の第２の液晶セルと、
前記第２の液晶セルの上の第３の液晶セルと、
前記第３の液晶セルの上の第４の液晶セルと、を含み、
前記第１の液晶セルは、
第１の方向において、第１の透明電極と第２の透明電極とが交互に櫛歯状に配置された第１の基板と、
前記第１の方向と交差する第２の方向において、第３の透明電極と第４の透明電極とが交互に櫛歯状に配置された第２の基板と、を含み、
前記第２の液晶セルは、
前記第２の基板と隣接し、前記第１の方向において、第５の透明電極と第６の透明電極とが交互に櫛歯状に配置された第３の基板と、
前記第２の方向において、第７の透明電極と第８の透明電極とが交互に櫛歯状に配置された第４の基板と、を含み、
前記第３の液晶セルは、
前記第４の基板と隣接し、前記第２の方向において、第９の透明電極と第１０の透明電極とが交互に櫛歯状に配置された第５の基板と、
前記第１の方向において、第１１の透明電極と第１２の透明電極とが交互に櫛歯状に配置された第６の基板と、を含み、
前記第４の液晶セルは、
前記第６の基板と隣接し、第２の方向において、第１３の透明電極と第１４の透明電極とが交互に櫛歯状に配置された第７の基板と、
前記第１の方向において、第１５の透明電極と第１６の透明電極とが交互に櫛歯状に配置された第８の基板と、を含み、
前記第１の透明電極および前記第１５の透明電極には、第１の電位が供給され、
前記第２の透明電極および前記第１６の透明電極には、第２の電位が供給され、
前記第３の透明電極および前記第１３の透明電極には、第３の電位が供給され、
前記第４の透明電極および前記第１４の透明電極には、第４の電位が供給され、
前記第５の透明電極および前記第１１の透明電極には、第５の電位が供給され、
前記第６の透明電極および前記第１２の透明電極には、第６の電位が供給され、
前記第７の透明電極および前記第９の透明電極には、第７の電位が供給され、
前記第８の透明電極および前記第１０の透明電極には、第８の電位が供給され、
前記第１乃至第８の電位には、絶対値の異なる３つの電位が含まれる、光学素子。

【請求項2】

前記第１の電位と前記第２の電位との電位差の絶対値は、前記第３の電位と前記第４の電位との電位差の絶対値および前記第７の電位と前記第８の電位との電位差の絶対値よりも小さい、請求項１に記載の光学素子。

【請求項3】

前記第５の電位および前記第６の電位は、０Ｖである、請求項２に記載の光学素子。

【請求項4】

前記第５の電位と前記第６の電位との電位差の絶対値は、前記第３の電位と前記第４の電位との電位差の絶対値および前記第７の電位と前記第８の電位との電位差の絶対値よりも小さい、請求項１に記載の光学素子。

【請求項5】

前記第１の電位および前記第２の電位は、０Ｖである、請求項４に記載の光学素子。

【請求項6】

前記第３の電位は、前記第７の電位と等しく、
前記第４の電位は、前記第８の電位と等しい、請求項２または請求項４に記載の光学素子。

【請求項7】

前記第１の電位は、前記第５の電位と等しく、
前記第２の電位は、前記第６の電位と等しい、請求項６に記載の光学素子。

【請求項8】

前記第３の電位と前記第４の電位との電位差の絶対値は、前記第１の電位と前記第２の電位との電位差の絶対値および前記第５の電位と前記第６の電位との電位差の絶対値よりも小さい、請求項２に記載の光学素子。

【請求項9】

前記第７の電位および前記第８の電位は、０Ｖである、請求項８に記載の光学素子。

【請求項10】

前記第７の電位と前記第８の電位との電位差の絶対値は、前記第１の電位と前記第２の電位との電位差の絶対値および前記第５の電位と前記第６の電位との電位差の絶対値よりも小さい、請求項１に記載の光学素子。

【請求項11】

前記第３の電位および前記第４の電位は、０Ｖである、請求項１０に記載の光学素子。

【請求項12】

前記第１の電位は、前記第５の電位と等しく、
前記第２の電位は、前記第６の電位と等しい、請求項８または請求項１０に記載の光学素子。

【請求項13】

前記第３の電位は、前記第７の電位と等しく、
前記第４の電位は、前記第８の電位と等しい、請求項１２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、光源から出射された光の配光を制御する光学素子に関する。

【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（例えば、特許文献１、特許文献２、または特許文献３参照）。例えば、特許文献１および特許文献２に記載された照明装置は、液晶レンズを利用し、光源からの光を円形状に配光する。また、特許文献３に記載されたビーム成形デバイスでは、液晶に印加する電極のパターンを変えて光の配光の形状を変化させている。

【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】

光の配光の形状においては、等方的な形状だけでなく、異方的な形状が制御できることが望ましく、特に、楕円形状を有する配光の制御が望まれていた。

【0005】

本発明の一実施形態は、上記問題に鑑み、異方的な形状を有する配光の制御が可能な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、第１の液晶セルと、第１の液晶セルの上の第２の液晶セルと、第２の液晶セルの上の第３の液晶セルと、第３の液晶セルの上の第４の液晶セルと、を含み、第１の液晶セルは、第１の方向において、第１の透明電極と第２の透明電極とが交互に櫛歯状に配置された第１の基板と、第１の方向と交差する第２の方向において、第３の透明電極と第４の透明電極とが交互に櫛歯状に配置された第２の基板と、を含み、第２の液晶セルは、第２の基板と隣接し、第１の方向において、第５の透明電極と第６の透明電極とが交互に櫛歯状に配置された第３の基板と、第２の方向において、第７の透明電極と第８の透明電極とが交互に櫛歯状に配置された第４の基板と、を含み、第３の液晶セルは、第４の基板と隣接し、第２の方向において、第９の透明電極と第１０の透明電極とが交互に櫛歯状に配置された第５の基板と、第１の方向において、第１１の透明電極と第１２の透明電極とが交互に櫛歯状に配置された第６の基板と、を含み、第４の液晶セルは、第６の基板と隣接し、第２の方向において、第１３の透明電極と第１４の透明電極とが交互に櫛歯状に配置された第７の基板と、第１の方向において、第１５の透明電極と第１６の透明電極とが交互に櫛歯状に配置された第８の基板と、を含み、第１の透明電極と第１５の透明電極とは、互いに電気的に接続され、第２の透明電極と第１６の透明電極とは、互いに電気的に接続され、第３の透明電極と第１３の透明電極とは、互いに電気的に接続され、第４の透明電極と第１４の透明電極とは、互いに電気的に接続され、第５の透明電極と第１１の透明電極とは、互いに電気的に接続され、第６の透明電極と第１２の透明電極とは、互いに電気的に接続され、第７の透明電極と第９の透明電極とは、互いに電気的に接続され、第８の透明電極と第１０の透明電極とは、互いに電気的に接続されている。

【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3B】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4】本発明の一実施形態に係る光学素子の透明電極の接続を説明する模式図である。

【図5A】本発明の一実施形態に係る光学素子の透明電極に供給される電位を示すタイミングチャートである。

【図5B】本発明の一実施形態に係る光学素子の透明電極に供給される電位を示すタイミングチャートである。

【図5C】本発明の一実施形態に係る光学素子を透過する光の方位角を測定した測定結果である。

【図6A】本発明の一実施形態に係る光学素子の透明電極に供給される電位を示すタイミングチャートである。

【図6B】本発明の一実施形態に係る光学素子を透過する光の方位角を測定した測定結果である。

【図7A】本発明の一実施形態に係る光学素子の透明電極に供給される電位を示すタイミングチャートである。

【図7B】本発明の一実施形態に係る光学素子の透明電極に供給される電位を示すタイミングチャートである。

【図7C】本発明の一実施形態に係る光学素子を透過する光の方位角を測定した測定結果である。

【図8A】本発明の一実施形態に係る光学素子の透明電極に供給される電位を示すタイミングチャートである。

【図8B】本発明の一実施形態に係る光学素子を透過する光の方位角を測定した測定結果である。

【図9A】本発明の一実施形態に係る光学素子の透明電極に供給される電位を示すタイミングチャートである。

【図9B】本発明の一実施形態に係る光学素子の透明電極に供給される電位を示すタイミングチャートである。

【図9C】本発明の一実施形態に係る光学素子において、透明電極に図９Ａまたは図９Ｂに示すタイミングチャートの電位が供給されたときの配光の形状を示した模式図である。

【図10A】本発明の一実施形態に係る光学素子の透明電極に供給される電位を示すタイミングチャートである。

【図10B】本発明の一実施形態に係る光学素子の透明電極に供給される電位を示すタイミングチャートである。

【図10C】本発明の一実施形態に係る光学素子において、透明電極に図１０Ａまたは図１０Ｂに示すタイミングチャートの電位が供給されたときの配光の形状を示した模式図である。

【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】

図１～図８Ｂを参照して、本発明の一実施形態に係る光学素子１０について説明する。

【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１１０－１、第２の液晶セル１１０－２、第３の液晶セル１１０－３、および第４の液晶セル１１０－４を含む。第１の液晶セル１１０－１、第２の液晶セル１１０－２、第３の液晶セル１１０－３、および第４の液晶セル１１０－４は、ｚ軸方向に積層されている。第２の液晶セル１１０－２は、第１の液晶セル１１０－１上に設けられている。第３の液晶セル１１０－３は、第２の液晶セル１１０－２上に設けられている。第４の液晶セル１１０－４は、第３の液晶セル１１０－３上に設けられている。図示しないが、光源は、第１の液晶セル１１０－１の下方に配置されている。したがって、光源から出射された光は、第１の液晶セル１１０－１、第２の液晶セル１１０－２、第３の液晶セル１１０－３、および第４の液晶セル１１０－４を順に透過する。

【0014】

第１の光学弾性樹脂層１７０－１は、第１の液晶セル１１０－１と第２の液晶セル１１０－２とを接着し、固定する。第２の光学弾性樹脂層１７０－２は、第２の液晶セル１１０－２と第３の液晶セル１１０－３とを接着し、固定する。第３の光学弾性樹脂層１７０－３は、第３の液晶セル１１０－３と第４の液晶セル１１０－４とを接着し、固定する。第１の光学弾性樹脂層１７０－１、第２の光学弾性樹脂層１７０－２、および第３の光学弾性樹脂層１７０－３の各々として、透光性を有するアクリル樹脂またはエポキシ樹脂などを含む接着剤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１１０－１は、第１の透明電極１３０－１および第２の透明電極１３０－２が形成された第１の基板１２０－１と、第３の透明電極１３０－３および第４の透明電極１３０－４が形成された第２の基板１２０－２と、を含む。第１の基板１２０－１上には、第１の透明電極１３０－１および第２の透明電極１３０－２を覆う第１の配向膜１４０－１が形成されている。また、第２の基板１２０－２上には、第３の透明電極１３０－３および第４の透明電極１３０－４を覆う第２の配向膜１４０－２が形成されている。第１の基板１２０－１と第２の基板１２０－２とは、第１の基板１２０－１上の第１の透明電極１３０－１および第２の透明電極１３０－２と、第２の基板１２０－２上の第３の透明電極１３０－３および第４の透明電極１３０－４とが対向するように配置されている。また、第１の基板１２０－１および第２の基板１２０－２の各々の周辺部には、第１のシール材１５０－１が形成されている。すなわち、第１の基板１２０－１と第２の基板１２０－２とは、第１のシール材１５０－１を介して接着されている。また、第１の基板１２０－１（より具体的には、第１の配向膜１４０－１）、第２の基板１２０－２（より具体的には、第２の配向膜１４０－２）、および第１のシール材１５０－１で囲まれた空間には液晶が封入され、第１の液晶層１６０－１が形成されている。

【0017】

第２の液晶セル１１０－２は、第５の透明電極１３０－５および第６の透明電極１３０－６が形成された第３の基板１２０－３と、第７の透明電極１３０－７および第８の透明電極１３０－８が形成された第４の基板１２０－４と、を含む。第３の基板１２０－３上には、第５の透明電極１３０－５および第６の透明電極１３０－６を覆う第３の配向膜１４０－３が形成されている。また、第４の基板１２０－４上には、第７の透明電極１３０－７および第８の透明電極１３０－８を覆う第４の配向膜１４０－４が形成されている。第３の基板１２０－３と第４の基板１２０－４とは、第３の基板１２０－３上の第５の透明電極１３０－５および第６の透明電極１３０－６と、第４の基板１２０－４上の第７の透明電極１３０－７および第８の透明電極１３０－８とが対向するように配置されている。また、第３の基板１２０－３および第４の基板１２０－４の各々の周辺部には、第２のシール材１５０－２が形成されている。すなわち、第３の基板１２０－３と第４の基板１２０－４とは、第２のシール材１５０－２を介して接着されている。また、第３の基板１２０－３（より具体的には、第３の配向膜１４０－３）、第４の基板１２０－４（より具体的には、第４の配向膜１４０－４）、および第２のシール材１５０－２で囲まれた空間には液晶が封入され、第２の液晶層１６０－２が形成されている。

【0018】

第３の液晶セル１１０－３は、第９の透明電極１３０－９および第１０の透明電極１３０－１０が形成された第５の基板１２０－５と、第１１の透明電極１３０－１１および第１２の透明電極１３０－１２が形成された第６の基板１２０－６と、を含む。第５の基板１２０－５上には、第９の透明電極１３０－９および第１０の透明電極１３０－１０を覆う第５の配向膜１４０－５が形成されている。また、第６の基板１２０－６上には、第１１の透明電極１３０－１１および第１２の透明電極１３０－１２を覆う第６の配向膜１４０－６が形成されている。第５の基板１２０－５と第６の基板１２０－６とは、第５の基板１２０－５上の第９の透明電極１３０－９および第１０の透明電極１３０－１０と、第６の基板１２０－６上の第１１の透明電極１３０－１１および第１２の透明電極１３０－１２とが対向するように配置されている。また、第５の基板１２０－５および第６の基板１２０－６の各々の周辺部には、第３のシール材１５０－３が形成されている。すなわち、第５の基板１２０－５と第６の基板１２０－６とは、第３のシール材１５０－３を介して接着されている。また、第５の基板１２０－５（より具体的には、第５の配向膜１４０－５）、第６の基板１２０－６（より具体的には、第６の配向膜１４０－６）、および第３のシール材１５０－３で囲まれた空間には液晶が封入され、第３の液晶層１６０－３が形成されている。

【0019】

第４の液晶セル１１０－４は、第１３の透明電極１３０－１３および第１４の透明電極１３０－１４が形成された第７の基板１２０－７と、第１５の透明電極１３０－１５および第１６の透明電極１３０－１６が形成された第８の基板１２０－８と、を含む。第７の基板１２０－７上には、第１３の透明電極１３０－１３および第１４の透明電極１３０－１４を覆う第７の配向膜１４０－７が形成されている。また、第８の基板１２０－８上には、第１５の透明電極１３０－１５および第１６の透明電極１３０－１６を覆う第８の配向膜１４０－８が形成されている。第７の基板１２０－７と第８の基板１２０－８とは、第７の基板１２０－７上の第１３の透明電極１３０－１３および第１４の透明電極１３０－１４と、第８の基板１２０－８上の第１５の透明電極１３０－１５および第１６の透明電極１３０－１６とが対向するように配置されている。また、第７の基板１２０－７および第８の基板１２０－８の各々の周辺部には、第４のシール材１５０－４が形成されている。すなわち、第７の基板１２０－７と第８の基板１２０－８とは、第４のシール材１５０－４を介して接着されている。また、第７の基板１２０－７（より具体的には、第７の配向膜１４０－７）、第８の基板１２０－８（より具体的には、第８の配向膜１４０－８）、および第４のシール材１５０－４で囲まれた空間には液晶が封入され、第４の液晶層１６０－４が形成されている。

【0020】

第１の液晶セル１１０－１、第２の液晶セル１１０－２、第３の液晶セル１１０－３、および第４の液晶セル１１０－４は、基本的な構成は同じである。但し、透明電極１３０の配置が異なる。

【0021】

第１の液晶セル１１０－１では、第１の透明電極１３０－１および第２の透明電極１３０－２はｙ軸方向に延在し、第３の透明電極１３０－３および第４の透明電極１３０－４はｘ軸方向に延在している。また、第１の透明電極１３０－１と第２の透明電極１３０－２とは、ｘ軸方向において交互に櫛歯状に配置され、第３の透明電極１３０－３と第４の透明電極１３０－４とは、ｙ軸方向において交互に櫛歯状に配置されている。平面視において、第１の透明電極１３０－１および第２の透明電極１３０－２の延在方向（ｙ軸方向）は、第３の透明電極１３０－３および第４の透明電極１３０－４の延在方向（ｘ軸方向）と直交しているが、僅かにずれて交差していてもよい。

【0022】

第２の液晶セル１１０－２では、第５の透明電極１３０－５および第６の透明電極１３０－６はｙ軸方向に延在し、第７の透明電極１３０－７および第８の透明電極１３０－８はｘ軸方向に延在している。また、第５の透明電極１３０－５と第６の透明電極１３０－６とは、ｘ軸方向において交互に櫛歯状に配置され、第７の透明電極１３０－７と第８の透明電極１３０－８とは、ｙ軸方向において交互に櫛歯状に配置されている。平面視において、第５の透明電極１３０－５および第６の透明電極１３０－６の延在方向（ｙ軸方向）は、第７の透明電極１３０－７および第８の透明電極１３０－８の延在方向（ｘ軸方向）と直交しているが、僅かにずれて交差していてもよい。

【0023】

第３の液晶セル１１０－３では、第９の透明電極１３０－９および第１０の透明電極１３０－１０はｘ軸方向に延在し、第１１の透明電極１３０－１１および第１２の透明電極１３０－１２はｙ軸方向に延在している。また、第９の透明電極１３０－９と第１０の透明電極１３０－１０とは、ｙ軸方向において交互に櫛歯状に配置され、第１１の透明電極１３０－１１と第１２の透明電極１３０－１２とは、ｘ軸方向において交互に櫛歯状に配置されている。平面視において、第９の透明電極１３０－９および第１０の透明電極１３０－１０の延在方向（ｘ軸方向）は、第１１の透明電極１３０－１１および第１２の透明電極１３０－１２の延在方向（ｙ軸方向）と直交しているが、僅かにずれて交差していてもよい。

【0024】

第４の液晶セル１１０－４では、第１３の透明電極１３０－１３および第１４の透明電極１３０－１４はｘ軸方向に延在し、第１５の透明電極１３０－１５および第１６の透明電極１３０－１６はｙ軸方向に延在している。また、第１３の透明電極１３０－１３と第１４の透明電極１３０－１４とは、ｙ軸方向において交互に櫛歯状に配置され、第１５の透明電極１３０－１５と第１６の透明電極１３０－１６とは、ｘ軸方向において交互に櫛歯状に配置されている。平面視において、第１３の透明電極１３０－１３および第１４の透明電極１３０－１４の延在方向（ｘ軸方向）は、第１５の透明電極１３０－１５および第１６の透明電極１３０－１６の延在方向（ｙ軸方向）と直交しているが、僅かにずれて交差していてもよい。

【0025】

平面視において、第１の液晶セル１１０－１の第１の透明電極１３０－１、第２の液晶セル１１０－２の第５の透明電極１３０－５、第３の液晶セル１１０－３の第１１の透明電極１３０－１１、および第４の液晶セル１１０－４の第１５の透明電極１３０－１５は、互いに延在方向（ｙ軸方向）が略一致するように重畳している。但し、第１の透明電極１３０－１、第５の透明電極１３０－５、第１１の透明電極１３０－１１、および第１５の透明電極１３０－１５が僅かにずれて重畳するように、第１の液晶セル１１０－１～第４の液晶セル１１０－４が配置されていてもよい。

【0026】

第１の基板１２０－１～第８の基板１２０－８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１２０－１～第８の基板１２０－８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こともできる。

【0027】

第１の透明電極１３０－１～第１６の透明電極１３０－１６の各々は、液晶層１６０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１３０－１～第１６の透明電極１３０－１６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。

【0028】

第１の液晶層１６０－１～第４の液晶層１６０－４の各々は、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。第１の液晶層１６０－１～第４の液晶層１６０－４の各々の液晶として、ネマティック液晶などが用いられる。本実施形態で説明する液晶はポジ型であるが、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適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。

【0029】

第１の配向膜１４０－１～第８の配向膜１４０－８の各々は、液晶層１６０内の液晶分子を所定の方向に配列する。第１の配向膜１４０－１～第８の配向膜１４０－８の各々として、ポリイミド樹脂などが用いられる。なお、第１の配向膜１４０－１～第８の配向膜１４０－８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。

【0030】

第１のシール材１５０－１～第４のシール材１５０－４の各々として、エポキシ樹脂またはアクリル樹脂を含む接着材などが用いられる。なお、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。

【0031】

光学素子１０は、少なくとも２つの液晶セル（例えば、第１の液晶セル１１０－１および第２の液晶セル１１０－２）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、第１の液晶セル１１０－１の第１の基板１２０－１および第４の液晶セル１１０－４の第８の基板１２０－８の各表面には、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。

【0032】

［２．光学素子１０による光の配光の制御］
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３Ａおよび図３Ｂには、図２Ａに示す第１の液晶セル１１０－１および第２の液晶セル１１０－２の断面図の一部が示されている。図３Ａには、透明電極１３０に電位が供給されていない状態の光学素子１０が示され、図３Ｂには、透明電極１３０に電位が供給されている状態の光学素子１０が示されている。

【0033】

第１の配向膜１４０－１はｘ軸方向に配向処理が行われている。そのため、図３Ａに示すように、第１の液晶層１６０－１の第１の基板１２０－１側の液晶分子は、長軸がｘ軸方向に沿って配向する。すなわち、第１の基板１２０－１側の液晶分子の配向方向は、第１の透明電極１３０－１および第２の透明電極１３０－２の延在方向（ｙ軸方向）に対して直交している。また、第２の配向膜１４０－２はｙ軸方向に配向処理が行われている。そのため、図３Ａに示すように、第１の液晶層１６０－１の第２の基板１２０－２側の液晶分子は、長軸がｙ軸方向に沿って配向する。すなわち、第２の基板１２０－２側の液晶分子の配向方向は、第３の透明電極１３０－３および第４の透明電極１３０－４の延在方向（ｘ軸方向）に対して直交している。したがって、第１の液晶層１６０－１の液晶分子は、第１の基板１２０－１から第２の基板１２０－２に向かうにつれて徐々に長軸の向きをｘ軸方向からｙ軸方向に変化し、９０度ねじれた状態で配向している。

【0034】

第２の液晶層１６０－２の液晶分子も、第１の液晶層１６０－１の液晶分子と同様であるため、ここでは説明を省略する。

【0035】

透明電極１３０に電位が供給されると、図３Ｂに示すように、液晶分子の配向が変化する。ここでは、第１の透明電極１３０－１、第３の透明電極１３０－３、第５の透明電極１３０－５、および第７の透明電極１３０－７にＬｏｗ電位が供給され、第２の透明電極１３０－２、第４の透明電極１３０－４、第６の透明電極１３０－６、および第８の透明電極１３０－８にＨｉｇｈ電位が供給されているものとして説明する。なお、図３Ｂ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。なお、以下では、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。

【0036】

図３Ｂに示すように、第１の透明電極１３０－１と第２の透明電極１３０－２との間の横電界の影響によって、第１の基板１２０－１側の液晶分子は、全体として、第１の基板１２０－１に対してｘ軸方向に沿って凸円弧状に配向する。同様に、第３の透明電極１３０－３と第４の透明電極１３０－４との間の横電界の影響によって、第２の基板１２０－２側の液晶分子は、全体として、第２の基板１２０－２に対してｙ軸方向に沿って凸円弧状に配向する。第１の透明電極１３０－１と第２の透明電極１３０－２との間のほぼ中央に位置する液晶分子は、いずれの横電界によっても配向がほとんど変化しない。したがって、第１の液晶層１６０－１に入射した光は、第１の基板１２０－１側のｘ軸方向に沿って凸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ｘ軸方向に拡散され、第２の基板１２０－２側のｙ軸方向に沿って凸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ｙ軸方向に拡散される。

【0037】

なお、第１の基板１２０－１と第２の基板１２０－２とは、十分に離れた基板間距離を有しているため、第１の基板１２０－１の第１の透明電極１３０－１と第２の透明電極１３０－２との間の横電界は、第２の基板１２０－２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１２０－２の第３の透明電極１３０－３と第４の透明電極１３０－４との間の横電界は、第１の基板１２０－１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。

【0038】

第５の透明電極１３０－５～第８の透明電極１３０－８に電位が供給された場合における第２の液晶層１６０－２の液晶分子も、第１の液晶層１６０－１の液晶分子と同様であるため、ここでは説明を省略する。

【0039】

続いて、光学素子１０を透過する光の配光について説明する。光源から出射された光は、ｘ軸方向の偏光成分（Ｐ偏光成分）およびｙ軸方向の偏光成分（Ｓ偏光成分）を有するが、以下では、便宜上、光を互いに直交するＰ偏光成分とＳ偏光成分とに分けて説明する。すなわち、光源から出射された光（図３Ａおよび図３Ｂ中の（１）参照）は、Ｐ偏光成分を有する第１の偏光３１０およびＳ偏光成分を有する第２の偏光３２０を含む。なお、図３Ａおよび図３Ｂ中の矢印の記号および丸印にバツを付した記号は、それぞれ、Ｐ偏光成分およびＳ偏光成分を表している。

【0040】

第１の偏光３１０は、第１の基板１２０－１に入射した後、第２の基板１２０－２に向かうにつれて、液晶分子の配向のねじれにしたがってＰ偏光成分からＳ偏光成分に変化する（図３Ａおよび図３Ｂ中の（２）～（４）参照）。より具体的には、第１の偏光３１０は、第１の基板１２０－１側ではｘ軸方向に偏光軸を有しているが、第１の液晶層１６０－１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１２０－２側ではｙ軸方向に偏光軸を有し、その後、第２の基板１２０－２側から出射される（図３Ａおよび図３Ｂ中の（５）参照）。

【0041】

ここで、第１の透明電極１３０－１と第２の透明電極１３０－２との間に横電界が発生すると、当該横電界の影響で第１の基板１２０－１側の液晶分子がｘ軸方向に沿って凸円弧状に配向し、屈折率分布が変化する。そのため、第１の偏光３１０は、当該液晶分子の屈折率分布にしたがって、ｘ軸方向に拡散する。また、第３の透明電極１３０－３と第４の透明電極１３０－４との間に横電界が発生すると、当該横電界の影響で第２の基板１２０－２側の液晶分子がｙ軸方向に沿って凸円弧状に配向し、屈折率分布が変化する。そのため、第１の偏光３１０は、当該液晶分子の屈折率分布の変化にしたがって、ｙ軸方向に拡散する。

【0042】

したがって、横電界が発生していない場合（図３Ａ参照）、第１の液晶セル１１０－１を透過する第１の偏光３１０は、偏光成分がＰ偏光成分からＳ偏光成分に変化する。一方、横電界が発生している場合（図３Ｂ参照）、第１の液晶セルを透過する第１の偏光３１０は、偏光成分がＰ偏光成分からＳ偏光成分に変化するとともに、ｘ軸方向およびｙ軸方向に拡散する。

【0043】

第２の偏光３２０は、第１の基板１２０－１に入射した後、第２の基板１２０－２に向かうにつれて、液晶分子の配向のねじれにしたがってＳ偏光成分からＰ偏光成分に変化する（図３Ａおよび図３Ｂ中の（２）～（４）参照）。より具体的には、第２の偏光３２０は、第１の基板１２０－１側ではｙ軸方向に偏光軸を有しているが、第１の液晶層１６０－１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１２０－２側ではｘ軸方向に偏光軸を有し、その後、第２の基板１２０－２側から出射される（図３Ａおよび図３Ｂ中の（５）参照）。

【0044】

ここで、第１の透明電極１３０－１と第２の透明電極１３０－２との間に横電界が発生すると、当該横電界の影響で第１の基板１２０－１側の液晶分子がｘ軸方向に沿って凸円弧状に配向し、屈折率分布が変化する。しかしながら、第２の偏光３２０の偏光軸は、第１の基板１２０－１側の液晶分子の配向と直交しているため、当該液晶分子の屈折率分布の影響を受けず、拡散せずにそのまま通過する。また、第３の透明電極１３０－３と第４の透明電極１３０－４との間に横電界が発生すると、当該横電界の影響で第２の基板１２０－２側の液晶分子がｙ軸方向に沿って凸円弧状に配向し、屈折率分布が変化する。しかしながら、第２の偏光３２０の偏光軸は、第２の基板１２０－２側の液晶分子の配向と直交しているため、当該液晶分子の屈折率分布の影響を受けず、拡散せずにそのまま通過する。

【0045】

したがって、横電界が発生していない場合（図３Ａ参照）だけでなく、横電界が発生している場合（図３Ｂ参照）も、第１の液晶セル１１０－１を透過する第２の偏光３２０は、偏光成分がＳ偏光成分からＰ偏光成分に変化するが、拡散しない。

【0046】

第２の液晶セル１１０－２の第２の液晶層１６０－２の液晶分子も、第１の液晶セル１１０－１の第１の液晶層１６０－１の液晶分子と同様の屈折率分布を有する。但し、第１の偏光３１０および第２の偏光３２０は、第１の液晶セル１１０－１を透過することで、偏光軸が変化しているため、第２の液晶層１６０－２の液晶分子の屈折率分布の影響を受ける偏光は逆となる。すなわち、横電界が発生していない場合（図３Ａ参照）だけでなく、横電界が発生している場合（図３Ｂ参照）も、第２の液晶セル１１０－２を透過する第１の偏光３１０は、偏光成分がＳ偏光成分からＰ偏光成分に変化するが、拡散しない（図３Ａおよび図３Ｂ中の（６）～（８）参照）。一方、横電界が発生していない場合（図３Ａ参照）、第２の液晶セル１１０－２を透過する第２の偏光３２０は、偏光成分がＰ偏光成分からＳ偏光成分に変化するのみであるが、横電界が発生している場合（図３Ｂ参照）、第２の液晶セル１１０－２を透過する第２の偏光３２０は、偏光成分がＰ偏光成分からＳ偏光成分に変化するとともに、ｘ軸方向およびｙ軸方向に拡散する。

【0047】

以上からわかるように、光学素子１０では、同一の構造を有する２つの液晶セル１１０を積層させることにより、光学素子１０に入射する光の偏光成分を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成分を変わらなくすることができる（図３Ａおよび図３Ｂ中の（１）および（９）参照）。他方、光学素子１０は、透明電極１３０に電位を供給し、液晶セル１１０の液晶層１６０の液晶分子が有する屈折率分布を変化させ、液晶セル１１０を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１１０－１が第１の偏光３１０（Ｐ偏光成分）の光をｘ軸方向、ｙ軸方向、またはｘ軸およびｙ軸の両軸方向に拡散させ、第２の液晶セル１１０－２が第２の偏光３２０（Ｓ偏光成分）の光をｘ軸方向、ｙ軸方向、またはｘ軸およびｙ軸の両軸方向に拡散させることができる。

【0048】

図３Ａおよび図３Ｂでは第１の液晶セル１１０－１および第２の液晶セル１１０－２のみを図示し、第１の液晶セル１１０－１および第２の液晶セル１１０－２を透過する光の配光について説明したが、第３の液晶セル１１０－３および第４の液晶セル１１０－４を透過する光の配光も同様である。但し、第３の液晶セル１１０－３および第４の液晶セル１１０－４は、第１の液晶セル１１０－１および第２の液晶セル１１０－２に対して９０度回転させた状態で積層している結果、作用する偏光成分が入れ替わる。すなわち、第３の液晶セル１１０－３が第２の偏光３２０（Ｓ偏光成分）の光をｘ軸方向、ｙ軸方向、またはｘ軸およびｙ軸の両軸方向に拡散させ、第４の液晶セル１１０－４が第１の偏光３１０（Ｐ偏光成分）の光をｘ軸方向、ｙ軸方向、またはｘ軸およびｙ軸の両軸方向に拡散させることができる。

【0049】

［３．光学素子１０の透明電極への電位の供給］
図４は、本発明の一実施形態に係る光学素子１０の透明電極１３０の接続を説明する模式図である。

【0050】

第１の透明電極１３０－１および第１５の透明電極１３０－１５は、第１の電位Ｖ１を供給する第１の電位供給線２００－１に接続されている。すなわち、第１の透明電極１３０－１と第１５の透明電極１３０－１５とは、互いに電気的に接続されている。

【0051】

第２の透明電極１３０－２および第１６の透明電極１３０－１６は、第２の電位Ｖ２を供給する第２の電位供給線２００－２に接続されている。すなわち、第２の透明電極１３０－２と第１６の透明電極１３０－１６とは、互いに電気的に接続されている。

【0052】

第３の透明電極１３０－３および第１３の透明電極１３０－１３は、第３の電位Ｖ３を供給する第３の電位供給線２００－３に接続されている。すなわち、第３の透明電極１３０－３と第１３の透明電極１３０－１３とは、互いに電気的に接続されている。

【0053】

第４の透明電極１３０－４および第１４の透明電極１３０－１４は、第４の電位Ｖ４を供給する第４の電位供給線２００－４に接続されている。すなわち、第４の透明電極１３０－４と第１４の透明電極１３０－１４とは、互いに電気的に接続されている。

【0054】

第５の透明電極１３０－５および第１１の透明電極１３０－１１は、第５の電位Ｖ５を供給する第５の電位供給線２００－５に接続されている。すなわち、第５の透明電極１３０－５と第１１の透明電極１３０－１１とは、互いに電気的に接続されている。

【0055】

第６の透明電極１３０－６および第１２の透明電極１３０－１２は、第６の電位Ｖ６を供給する第６の電位供給線２００－６に接続されている。すなわち、第６の透明電極１３０－６と第１２の透明電極１３０－１２とは、互いに電気的に接続されている。

【0056】

第７の透明電極１３０－７および第９の透明電極１３０－９は、第７の電位Ｖ７を供給する第７の電位供給線２００－７に接続されている。すなわち、第７の透明電極１３０－７と第９の透明電極１３０－９とは、互いに電気的に接続されている。

【0057】

第８の透明電極１３０－８および第１０の透明電極１３０－１０は、第８の電位Ｖ８を供給する第８の電位供給線２００－８に接続されている。すなわち、第８の透明電極１３０－８と第１０の透明電極１３０－１０とは、互いに電気的に接続されている。

【0058】

第１の電位Ｖ１～第８の電位Ｖ８は、固定電位であってもよく、変動電位であってもよい。第１の電位供給線２００－１～第８の電位供給線２００－８には、Ｌｏｗ電位およびＨｉｇｈ電位だけでなく、Ｌｏｗ電位とＨｉｇｈ電位との間の中間電位も供給される。すなわち、第１の電位Ｖ１～第８の電位には、絶対値の異なる３つの電位が含まれる。これにより、光学素子１０は、光源からの出射された光を、短軸および長軸が調整された楕円形状として拡散することができる。以下では、楕円形状の例について説明する。

【0059】

［具体例１．ｙ軸上に焦点を有する楕円形状１］
図５Ａ～図５Ｃを参照して、ｙ軸上に焦点を有する、すなわち、ｘ軸方向に短軸を有し、ｙ軸方向に長軸を有する楕円形状の配光について説明する。なお、以下では、便宜上、Ｌｏｗ電位およびＨｉｇｈ電位が、それぞれ、－５Ｖおよび５Ｖであるとして説明するが、これに限られない。

【0060】

図５Ａは、本発明の一実施形態に係る光学素子１０の透明電極１３０に供給される電位を示すタイミングチャートである。

【0061】

第１の電位Ｖ１および第２の電位Ｖ２は、中間電位が反転駆動された変動電位である。すなわち、第１の電位Ｖ１および第２の電位Ｖ２は、－２Ｖと＋２Ｖとが繰り返される電位である。但し、第１の電位Ｖ１と第２の電位Ｖ２とは位相が反転している。そのため、第１の電位Ｖ１と第２の電位Ｖ２との電位差の絶対値は４Ｖである。

【0062】

第３の電位Ｖ３および第４の電位Ｖ４は、Ｌｏｗ電位とＨｉｇｈ電位とが反転駆動された変動電位である。すなわち、第３の電位Ｖ３および第４の電位Ｖ４は、－５Ｖと＋５Ｖとが繰り返される電位である。但し、第３の電位Ｖ３と第４の電位Ｖ４とは位相が反転している。そのため、第３の電位Ｖ３と第４の電位Ｖ４との電位差の絶対値は１０Ｖである。

【0063】

第５の電位Ｖ５および第６の電位Ｖ６は、中間固定電位である。すなわち、第５の電位Ｖ５および第６の電位Ｖ６は、０Ｖである。

【0064】

第７の電位Ｖ７および第８の電位Ｖ８は、Ｌｏｗ電位とＨｉｇｈ電位とが反転駆動された変動電位である。すなわち、第７の電位Ｖ７および第８の電位Ｖ８は、－５Ｖと＋５Ｖとが繰り返される電位である。但し、第７の電位Ｖ７と第８の電位Ｖ８とは位相が反転している。そのため、第７の電位Ｖ７と第８の電位Ｖ８との電位差の絶対値は１０Ｖである。

【0065】

透明電極１３０に上述した電位が供給されることにより、電位差に従って液晶層１６０の液晶分子の配向状態が変化する。光学素子１０に入射したｘ軸方向の偏光を有する光（例えば、Ｐ偏光成分）は、第１の透明電極１３０－１と第２の透明電極１３０－２との電位差（４Ｖ）および第１５の透明電極１３０－１５と第１６の透明電極１３０－１６との電位差（４Ｖ）によってｘ軸方向に拡散される。また、光学素子１０に入射したｘ軸方向の偏光を有する光は、第３の透明電極１３０－３と第４の透明電極１３０－４との電位差（１０Ｖ）および第１３の透明電極１３０－１３と第１４の透明電極１３０－１４との電位差（１０Ｖ）によってｙ軸方向に拡散される。また、光学素子１０に入射したｙ軸方向の偏光を有する光（例えば、Ｓ偏光成分）は、第７の透明電極１３０－７と第８の透明電極１３０－８との電位差（１０Ｖ）および第９の透明電極１３０－９と第１０の透明電極１３０－１０との電位差（１０Ｖ）によってｙ軸方向に拡散される。したがって、光学素子１０に入射した光のうち、ｘ軸方向の偏光を有する光の一部がｘ軸方向に拡散され、残りの光はｙ軸方向に拡散される。そのため、光学素子１０を透過した光は、ｘ軸方向に短軸を有し、ｙ軸方向に長軸を有する楕円形状の配光となる。

【0066】

図５Ａに示すタイミングチャートでは、ｘ軸方向の偏光を有する光をｘ軸方向に拡散させたが、ｙ軸方向の偏光を有する光をｘ軸方向に拡散することも可能である。以下、これについて説明する。

【0067】

図５Ｂは、本発明の一実施形態に係る光学素子１０の透明電極１３０に供給される電位を示すタイミングチャートである。

【0068】

第１の電位Ｖ１および第２の電位Ｖ２は、中間固定電位である。すなわち、第１の電位Ｖ１および第２の電位Ｖ２は、０Ｖである。

【0069】

【0070】

第５の電位Ｖ５および第６の電位Ｖ６は、中間電位が反転駆動された変動電位である。すなわち、第５の電位Ｖ５および第６の電位Ｖ６は、－２Ｖと＋２Ｖとが繰り返される電位である。但し、第５の電位Ｖ５と第６の電位Ｖ６とは位相が反転している。そのため、第５の電位Ｖ５と第６の電位Ｖ６との電位差の絶対値は４Ｖである。

【0071】

【0072】

透明電極１３０に上述した電位が供給されることにより、電位差に従って液晶層１６０の液晶分子の配向状態が変化する。光学素子１０に入射したｙ軸方向の偏光を有する光は、第５の透明電極１３０－５と第６の透明電極１３０－６との電位差（４Ｖ）および第１１の透明電極１３０－１１と第１２の透明電極１３０－１２との電位差（４Ｖ）によってｘ軸方向に拡散される。また、光学素子１０に入射したｙ軸方向の偏光を有する光は、第７の透明電極１３０－７と第８の透明電極１３０－８との電位差（１０Ｖ）および第９の透明電極１３０－９と第１０の透明電極１３０－１０との電位差（１０Ｖ）によってｙ軸方向に拡散される。また、光学素子１０に入射したｘ軸方向の偏光を有する光は、第３の透明電極１３０－３と第４の透明電極１３０－４との電位差（１０Ｖ）および第１３の透明電極１３０－１３と第１４の透明電極１３０－１４との電位差（１０Ｖ）によってｙ軸方向に拡散される。したがって、光学素子１０に入射した光のうち、ｙ軸方向の偏光を有する光の一部がｘ軸方向に拡散され、残りの光はｙ軸方向に拡散される。そのため、光学素子１０を透過した光は、ｘ軸方向に短軸を有し、ｙ軸方向に長軸を有する楕円形状の配光となる。

【0073】

図５Ｃは、本発明の一実施形態に係る光学素子１０を透過する光の方位角を測定した測定結果である。作製された光学素子１０に図５Ａに示すタイミングチャートの電位を供給したところ、図５Ｃに示す楕円形状の配光が測定された。

【0074】

［具体例２．ｙ軸上に焦点を有する楕円形状２］
図６Ａおよび図６Ｂを参照して、ｙ軸に焦点を有する、すなわち、ｘ軸方向に短軸を有し、ｙ軸方向に長軸を有する楕円形状の配光について説明する。なお、楕円形状２は、楕円形状１よりも円形に近い楕円形である。

【0075】

図６Ａは、本発明の一実施形態に係る光学素子１０の透明電極１３０に供給される電位を示すタイミングチャートである。

【0076】

第１の電位Ｖ１および第２の電位Ｖ２は、中間電位が反転駆動された変動電位である。すなわち、第１の電位Ｖ１および第２の電位Ｖ２は、－１Ｖと＋１Ｖとが繰り返される電位である。但し、第１の電位Ｖ１と第２の電位Ｖ２とは位相が反転している。そのため、第１の電位Ｖ１と第２の電位Ｖ２との電位差の絶対値は２Ｖである。

【0077】

【0078】

第５の電位Ｖ５および第６の電位Ｖ６は、中間電位が反転駆動された変動電位である。すなわち、第５の電位Ｖ５および第６の電位Ｖ６は、－１Ｖと＋１Ｖとが繰り返される電位である。但し、第５の電位Ｖ５と第６の電位Ｖ６とは位相が反転している。そのため、第５の電位Ｖ５と第６の電位Ｖ６との電位差の絶対値は２Ｖである。

【0079】

【0080】

透明電極１３０に上述した電位が供給されることにより、電位差に従って液晶層１６０の液晶分子の配向状態が変化する。光学素子１０に入射したｘ軸方向の偏光を有する光（例えば、Ｐ偏光成分）は、第１の透明電極１３０－１と第２の透明電極１３０－２との電位差（２Ｖ）および第１５の透明電極１３０－１５と第１６の透明電極１３０－１６との電位差（２Ｖ）によってｘ軸方向に僅かに拡散される。また、光学素子１０に入射したｘ軸方向の偏光を有する光は、第３の透明電極１３０－３と第４の透明電極１３０－４との電位差（１０Ｖ）および第１３の透明電極１３０－１３と第１４の透明電極１３０－１４との電位差（１０Ｖ）によってｙ軸方向に拡散される。また、光学素子１０に入射したｙ軸方向の偏光を有する光（例えば、Ｓ偏光成分）は、第５の透明電極１３０－５と第６の透明電極１３０－６との電位差（２Ｖ）および第１１の透明電極１３０－１１と第１２の透明電極１３０－１２との電位差（２Ｖ）によってｘ軸方向に僅かに拡散される。また、第７の透明電極１３０－７と第８の透明電極１３０－８との電位差（１０Ｖ）および第９の透明電極１３０－９と第１０の透明電極１３０－１０との電位差（１０Ｖ）によってｙ軸方向に拡散される。したがって、光学素子１０に入射した光のうち、ｘ軸方向の偏光を有する光の一部およびｙ軸方向の偏光を有する光の一部がｘ軸方向に拡散され、残りの光はｙ軸方向に拡散される。これによって、具体例２においては、具体例１の楕円形状１よりもｘ軸方向に拡散される光の輝度が増加する。また、ｘ軸方向とｙ軸方向とで光の輝度を比較した場合、ｘ軸方向およびｙ軸方向の相対的な輝度差は小さくなる。そのため、光学素子１０を透過した光は、ｘ軸方向に短軸を有し、ｙ軸方向に長軸を有する円形に近い楕円形状の配光となる。

【0081】

図６Ｂは、本発明の一実施形態に係る光学素子１０を透過する光の方位角を測定した測定結果である。作製された光学素子１０に図６Ａに示すタイミングチャートの電位を供給したところ、図６Ｂに示す楕円形状の配光が測定された。上述したように、本具体例２では具体例１よりもｘ軸方向への拡散の度合いが高められている。より具体的には、ｘ軸方向の偏光を有する光の一部だけでなく、ｙ軸方向の偏光を有する光の一部もｘ軸方向に拡散する。そのため、図６Ｂに示される本具体例２の配光状態は、図５Ｃに示される具体例１の配光状態よりも円形に近い楕円形状の配光となった。

【0082】

［具体例３．ｘ軸上に焦点を有する楕円形状３］
図７Ａ～図７Ｃを参照して、ｘ軸上に焦点を有する、すなわち、ｘ軸方向に長軸を有し、ｙ軸方向に短軸を有する楕円形状の配光について説明する。

【0083】

図７Ａは、本発明の一実施形態に係る光学素子１０の透明電極１３０に供給される電位を示すタイミングチャートである。

【0084】

第１の電位Ｖ１および第２の電位Ｖ２は、Ｌｏｗ電位とＨｉｇｈ電位とが反転駆動された変動電位である。すなわち、第１の電位Ｖ１および第２の電位Ｖ２は、－５Ｖと＋５Ｖとが繰り返される電位である。但し、第１の電位Ｖ１と第２の電位Ｖ２とは位相が反転している。そのため、第１の電位Ｖ１と第２の電位Ｖ２との電位差の絶対値は１０Ｖである。

【0085】

第３の電位Ｖ３および第４の電位Ｖ４は、中間電位が反転駆動された変動電位である。すなわち、第３の電位Ｖ３および第４の電位Ｖ４は、－２Ｖと＋２Ｖとが繰り返される電位である。但し、第３の電位Ｖ３と第４の電位Ｖ４とは位相が反転している。そのため、第３の電位Ｖ３と第４の電位Ｖ４との電位差の絶対値は４Ｖである。

【0086】

第５の電位Ｖ５および第６の電位Ｖ６は、Ｌｏｗ電位とＨｉｇｈ電位とが反転駆動された変動電位である。すなわち、第５の電位Ｖ５および第６の電位Ｖ６は、－５Ｖと＋５Ｖとが繰り返される電位である。但し、第５の電位Ｖ５と第６の電位Ｖ６とは位相が反転している。そのため、第５の電位Ｖ５と第６の電位Ｖ６との電位差の絶対値は１０Ｖである。

【0087】

第７の電位Ｖ７および第８の電位Ｖ８は、中間固定電位である。すなわち、第７の電位Ｖ７および第８の電位Ｖ８は、０Ｖである。

【0088】

透明電極１３０に上述した電位が供給されることにより、電位差に従って液晶層１６０の液晶分子の配向状態が変化する。光学素子１０に入射したｘ軸方向の偏光を有する光（例えば、Ｐ偏光成分）は、第３の透明電極１３０－３と第４の透明電極１３０－４との電位差（４Ｖ）および第１３の透明電極１３０－１３と第１４の透明電極１３０－１４との電位差（４Ｖ）によってｙ軸方向に拡散される。また、光学素子１０に入射したｘ軸方向の偏光を有する光は、第１の透明電極１３０－１と第２の透明電極１３０－２との電位差（１０Ｖ）および第１５の透明電極１３０－１５と第１６の透明電極１３０－１６との電位差（１０Ｖ）によってｘ軸方向に拡散される。また、光学素子１０に入射したｙ軸方向の偏光を有する光（例えば、Ｓ偏光成分）は、第５の透明電極１３０－５と第６の透明電極１３０－６との電位差（１０Ｖ）および第１１の透明電極１３０－１１と第１２の透明電極１３０－１２との電位差（１０Ｖ）によってｘ軸方向に拡散される。したがって、光学素子１０に入射した光のうち、ｘ軸方向の偏光を有する光の一部がｙ軸方向に拡散され、残りの光はｘ軸方向に拡散される。そのため、光学素子１０を透過した光は、ｘ軸方向に長軸を有し、ｙ軸方向に短軸を有する楕円形状の配光となる。

【0089】

図７Ａに示すタイミングチャートでは、ｘ軸方向の偏光を有する光をｙ軸方向に拡散させたが、ｙ軸方向の偏光を有する光をｙ軸方向に拡散することも可能である。以下、これについて説明する。

【0090】

図７Ｂは、本発明の一実施形態に係る光学素子１０の透明電極１３０に供給される電位を示すタイミングチャートである。

【0091】

【0092】

第３の電位Ｖ３および第４の電位Ｖ４は、中間固定電位である。すなわち、第３の電位Ｖ３および第４の電位Ｖ４は、０Ｖである。

【0093】

【0094】

第７の電位Ｖ７および第８の電位Ｖ８は、中間電位が反転駆動された変動電位である。すなわち、第７の電位Ｖ７および第８の電位Ｖ８は、－２Ｖと＋２Ｖとが繰り返される電位である。但し、第７の電位Ｖ７と第８の電位Ｖ８とは位相が反転している。そのため、第７の電位Ｖ７と第８の電位Ｖ８との電位差の絶対値は４Ｖである。

【0095】

透明電極１３０に上述した電位が供給されることにより、電位差に従って液晶層１６０の液晶分子の配向状態が変化する。光学素子１０に入射したｙ軸方向の偏光を有する光は、第７の透明電極１３０－７と第８の透明電極１３０－８との電位差（４Ｖ）および第９の透明電極１３０－９と第１０の透明電極１３０－１０との電位差（４Ｖ）によってｙ軸方向に拡散される。また、光学素子１０に入射したｙ軸方向の偏光を有する光は、第５の透明電極１３０－５と第６の透明電極１３０－６との電位差（１０Ｖ）および第１１の透明電極１３０－１１と第１２の透明電極１３０－１２との電位差（１０Ｖ）によってｘ軸方向に拡散される。また、光学素子１０に入射したｘ軸方向の偏光を有する光は、第１の透明電極１３０－１と第２の透明電極１３０－２との電位差（１０Ｖ）および第１５の透明電極１３０－１５と第１６の透明電極１３０－１６との電位差（１０Ｖ）によってｘ軸方向に拡散される。したがって、光学素子１０に入射した光のうち、ｙ軸方向の偏光を有する光の一部がｙ軸方向に拡散され、残りの光はｘ軸方向に拡散される。そのため、光学素子１０を透過した光は、ｘ軸方向に長軸を有し、ｙ軸方向に短軸を有する楕円形状の配光となる。

【0096】

図７Ｃは、本発明の一実施形態に係る光学素子１０を透過する光の方位角を測定した測定結果である。作製された光学素子１０に図７Ａに示すタイミングチャートの電位を供給したところ、図７Ｃに示す楕円形状の配光が測定された。

【0097】

［具体例４．ｘ軸に焦点を有する楕円形状４］
図８Ａおよび図８Ｂを参照して、ｘ軸に焦点を有する、すなわち、ｘ軸方向に長軸を有し、ｙ軸方向に短軸を有する楕円形状の配光について説明する。なお、楕円形状４は、楕円形状３よりも円形に近い楕円形である。

【0098】

図８Ａは、本発明の一実施形態に係る光学素子１０の透明電極１３０に供給される電位を示すタイミングチャートである。

【0099】

【0100】

第３の電位Ｖ３および第４の電位Ｖ４は、中間電位が反転駆動された変動電位である。すなわち、第３の電位Ｖ３および第４の電位Ｖ４は、－１Ｖと＋１Ｖとが繰り返される電位である。但し、第３の電位Ｖ３と第４の電位Ｖ４とは位相が反転している。そのため、第３の電位Ｖ３と第４の電位Ｖ４との電位差の絶対値は２Ｖである。

【0101】

【0102】

第７の電位Ｖ７および第８の電位Ｖ８は、中間電位が反転駆動された変動電位である。すなわち、第７の電位Ｖ７および第８の電位Ｖ８は、－１Ｖと＋１Ｖとが繰り返される電位である。但し、第７の電位Ｖ７と第８の電位Ｖ８とは位相が反転している。そのため、第７の電位Ｖ７と第８の電位Ｖ８との電位差の絶対値は２Ｖである。

【0103】

透明電極１３０に上述した電位が供給されることにより、電位差に従って液晶層１６０の液晶分子の配向状態が変化する。光学素子１０に入射したｘ軸方向の偏光を有する光（例えば、Ｐ偏光成分）は、第３の透明電極１３０－３と第４の透明電極１３０－４との電位差（２Ｖ）および第１３の透明電極１３０－１３と第１４の透明電極１３０－１４との電位差（２Ｖ）によってｙ軸方向に僅かに拡散される。また、光学素子１０に入射したｘ軸方向の偏光を有する光は、第１の透明電極１３０－１と第２の透明電極１３０－２との電位差（１０Ｖ）および第１５の透明電極１３０－１５と第１６の透明電極１３０－１６との電位差（１０Ｖ）によってｘ軸方向に拡散される。また、光学素子１０に入射したｙ軸方向の偏光を有する光（例えば、Ｓ偏光成分）は、第７の透明電極１３０－７と第８の透明電極１３０－８との電位差（２Ｖ）および第９の透明電極１３０－９と第１０の透明電極１３０－１０との電位差（２Ｖ）によってｙ軸方向に僅かに拡散される。また、第５の透明電極１３０－５と第６の透明電極１３０－６との電位差（１０Ｖ）および第１１の透明電極１３０－１１と第１２の透明電極１３０－１２との電位差（１０Ｖ）によってｘ軸方向に拡散される。したがって、光学素子１０に入射した光のうち、ｘ軸方向の偏光を有する光の一部およびｙ軸方向の偏光を有する光の一部がｙ軸方向に拡散され、残りの光はｘ軸方向に拡散される。これによって、具体例４においては、具体例３の楕円形状３よりもｙ軸方向に拡散される光の輝度が増加する。また、ｘ軸方向とｙ軸方向とで光の輝度を比較した場合、ｘ軸方向およびｙ軸方向の相対的な輝度差は小さくなる。そのため、光学素子１０を透過した光は、ｘ軸方向に長軸を有し、ｙ軸方向に短軸を有する楕円形状の配光となる。

【0104】

図８Ｂは、本発明の一実施形態に係る光学素子１０を透過する光の方位角を測定した測定結果である。作製された光学素子１０に図８Ａに示すタイミングチャートの電位を供給したところ、図８Ｂに示す楕円形状の配光が測定された。上述したように、本具体例４では具体例３よりもｙ軸方向への拡散の度合いが高められている。より具体的には、ｙ軸方向の偏光を有する光の一部だけでなく、ｘ軸方向の偏光を有する光の一部もｙ軸方向に拡散する。そのため、図８Ｂに示される本具体例４の配光状態は、図７Ｃに示される具体例１の配光状態よりも円形に近い楕円形状の配光となった。

【0105】

以上、本発明の一実施形態に係る光学素子１０によれば、異方的な形状の１つである楕円形状を有する配光において、短軸および長軸の長さを制御することができる。

【0106】

＜第２実施形態＞
光学素子１０では、楕円形状以外の配光も可能である。そこで、以下では、楕円形状以外の配光の一例として、ｘ軸方向の長さとｙ軸方向の長さとが異なる十字形状の配光について説明する。なお、本実施形態の構成が第１実施形態の構成と同様であるとき、その構成の説明を省略する場合がある。

【0107】

［具体例１．ｘ軸方向の長さよりもｙ軸方向の長さが長い十字形状１］
図９Ａ～図９Ｃを参照して、ｘ軸方向の長さよりもｙ軸方向の長さが長い十字形状の配光について説明する。

【0108】

図９Ａは、本発明の一実施形態に係る光学素子１０の透明電極１３０に供給される電位を示すタイミングチャートである。

【0109】

【0110】

第３の電位Ｖ３および第４の電位Ｖ４は、中間固定電位である。すなわち、第３の電位Ｖ３および第４の電位Ｖ４は、０Ｖである。

【0111】

第５の電位Ｖ５および第６の電位Ｖ６は、中間固定電位である。すなわち、第５の電位Ｖ５および第６の電位Ｖ６は、０Ｖである。

【0112】

【0113】

透明電極１３０に上述した電位が供給されることにより、電位差に従って液晶層１６０の液晶分子の配向状態が変化する。光学素子１０に入射したｘ軸方向の偏光を有する光（例えば、Ｐ偏光成分）は、第１の透明電極１３０－１と第２の透明電極１３０－２との電位差（４Ｖ）および第１５の透明電極１３０－１５と第１６の透明電極１３０－１６との電位差（４Ｖ）によってｘ軸方向に拡散される。また、光学素子１０に入射したｙ軸方向の偏光を有する光（例えば、Ｓ偏光成分）は、第７の透明電極１３０－７と第８の透明電極１３０－８との電位差（１０Ｖ）および第９の透明電極１３０－９と第１０の透明電極１３０－１０との電位差（１０Ｖ）によってｙ軸方向に拡散される。したがって、光学素子１０に入射した光のうち、ｘ軸方向の偏光を有する光の一部がｘ軸方向に拡散され、ｙ軸方向の偏光を有する光はｙ軸方向に拡散される。このように、一方の偏光成分をｘ軸方向にのみ拡散させ、他方の偏光成分をｙ軸方向にのみ拡散させることにより、十字形状の配光が実現される。また、各電極の電位差を調整することで、十字形状の配光の各方向の配光長さが調整される。

【0114】

図９Ａに示すタイミングチャートでは、ｘ軸方向の偏光を有する光をｘ軸方向に拡散させたが、ｙ軸方向の偏光を有する光をｘ軸方向に拡散することも可能である。以下、これについて説明する。

【0115】

図９Ｂは、本発明の一実施形態に係る光学素子１０の透明電極１３０に供給される電位を示すタイミングチャートである。

【0116】

第１の電位Ｖ１および第２の電位Ｖ２は、中間固定電位である。すなわち、第１の電位Ｖ１および第２の電位Ｖ２は、０Ｖである。

【0117】

【0118】

【0119】

第７の電位Ｖ７および第８の電位Ｖ８は、中間固定電位である。すなわち、第７の電位Ｖ７および第８の電位Ｖ８は、０Ｖである。

【0120】

【0121】

図９Ｃは、本発明の一実施形態に係る光学素子１０の透明電極１３０に図９Ａまたは図９Ｂに示すタイミングチャートの電位が供給されたときの配光の形状を示した模式図である。光学素子１０を透過した光は、図９Ｃに示すようなｘ軸方向の長さよりもｙ軸方向の長さが長い十字形状の配光となる。

【0122】

［具体例２．ｘ軸方向の長さよりもｙ軸方向の長さが短い十字形状２］
図１０Ａ～図１０Ｃを参照して、ｘ軸方向の長さよりもｙ軸方向の長さが短い十字形状の配光について説明する。

【0123】

図１０Ａは、本発明の一実施形態に係る光学素子１０の透明電極１３０に供給される電位を示すタイミングチャートである。

【0124】

第１の電位Ｖ１および第２の電位Ｖ２は、中間固定電位である。すなわち、第１の電位Ｖ１および第２の電位Ｖ２は、０Ｖである。

【0125】

【0126】

【0127】

第７の電位Ｖ７および第８の電位Ｖ８は、中間固定電位である。すなわち、第７の電位Ｖ７および第８の電位Ｖ８は、０Ｖである。

【0128】

透明電極１３０に上述した電位が供給されることにより、電位差に従って液晶層１６０の液晶分子の配向状態が変化する。光学素子１０に入射したｘ軸方向の偏光を有する光（例えば、Ｐ偏光成分）は、第３の透明電極１３０－３と第４の透明電極１３０－４との電位差（４Ｖ）および第１３の透明電極１３０－１３と第１４の透明電極１３０－１４との電位差（４Ｖ）によってｙ軸方向に拡散される。また、光学素子１０に入射したｙ軸方向の偏光を有する光（例えば、Ｓ偏光成分）は、第５の透明電極１３０－５と第６の透明電極１３０－６との電位差（１０Ｖ）および第１１の透明電極１３０－１１と第１２の透明電極１３０－１２との電位差（１０Ｖ）によってｘ軸方向に拡散される。したがって、光学素子１０に入射した光のうち、ｘ軸方向の偏光を有する光の一部がｙ軸方向に拡散され、ｙ軸方向の偏光を有する光はｘ軸方向に拡散される。

【0129】

図１０Ａに示すタイミングチャートでは、ｘ軸方向の偏光を有する光をｙ軸方向に拡散させたが、ｙ軸方向の偏光を有する光をｙ軸方向に拡散することも可能である。以下、これについて説明する。

【0130】

図１０Ｂは、本発明の一実施形態に係る光学素子１０の透明電極１３０に供給される電位を示すタイミングチャートである。

【0131】

【0132】

第３の電位Ｖ３および第４の電位Ｖ４は、中間固定電位である。すなわち、第３の電位Ｖ３および第４の電位Ｖ４は、０Ｖである。

【0133】

第５の電位Ｖ５および第６の電位Ｖ６は、中間固定電位である。すなわち、第５の電位Ｖ５および第６の電位Ｖ６は、０Ｖである。

【0134】

【0135】

【0136】

図１０Ｃは、本発明の一実施形態に係る光学素子１０において、透明電極１３０に図１０Ａまたは図１０Ｂに示すタイミングチャートの電位が供給されたときの配向の形状を示した模式図である。光学素子１０を透過した光は、図１０Ｃに示すようなｘ軸方向の長さよりもｙ軸方向の長さが短い十字形状の配光となる。

【0137】

以上、本発明の一実施形態に係る光学素子１０によれば、異方的な形状の１つである十字形状を有する配光において、第１の方向および第２の方向の長さを制御することができる。

【0138】

以上、いくつかの異方的な形状を有する配光を例示したが、第１の方向の長さと第２の方向の長さは、透明電極１３０に供給する中間電位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１３０に供給する電位を高くすると、光がより拡散され、長さが長くなる。また、配光の形状は、例えば、基板１２０間の距離または透明電極１３０間のピッチによっても制御することができる。

【0139】

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。

【0140】

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】

【0141】

１０：光学素子
１１０：液晶セル
１２０：基板
１３０：透明電極
１４０：配向膜
１５０：シール材
１６０：液晶層
１７０：光学弾性樹脂層
２００：電位供給線
３１０：第１の偏光
３２０：第２の偏光

【図1】