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特許7543541液晶光制御装置

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】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-08-23

(45)【発行日】2024-09-02

(54)【発明の名称】液晶光制御装置

(51)【国際特許分類】

G02F 1/13 20060101AFI20240826BHJP

G02F 1/1343 20060101ALI20240826BHJP

G02F 1/1347 20060101ALI20240826BHJP

【ＦＩ】

G02F1/13 505

G02F1/1343

G02F1/1347

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2023508952

(86)(22)【出願日】2022-03-08

(86)【国際出願番号】 JP2022010103

(87)【国際公開番号】W WO2022202299

(87)【国際公開日】2022-09-29

【審査請求日】2023-09-14

(31)【優先権主張番号】P 2021050757

(32)【優先日】2021-03-24

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【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

(72)【発明者】

【氏名】黒川多惠

【審査官】植田裕美子

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１９／０２９４０２０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特表２０１０－５２５３８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１９／００２５６５７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２００２／０１５４３７７（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０２Ｆ１／１３

Ｇ０２Ｆ１／１３４３

Ｇ０２Ｆ１／１３４７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１液晶セルと、
第２液晶セルと、
第３液晶セルと、
第４液晶セルと、を含み、
前記第１液晶セル、前記第２液晶セル、前記第３液晶セル、及び前記第４液晶セルのそれぞれは、
帯状のパターンを含む第１電極と第１配向膜とを含む第１基板と、
帯状のパターンを含む第２電極と第２配向膜とを含む第２基板と、
前記第１基板と前記第２基板との間の液晶層と、を含み、
前記第１配向膜の配向方向と前記第２配向膜の配向方向とが交差するように設けられ、
前記第１電極の前記帯状のパターンの長手方向と、前記第２電極の前記帯状のパターンの長手方向とは、交差するように配置され、
前記第２電極の前記帯状のパターンの長手方向が前記第２配向膜の配向方向と交差する方向に配置され、
前記第１乃至第４液晶セルは、光が入射する側から、前記第１液晶セル、前記第２液晶セル、前記第３液晶セル、及び前記第４液晶セルがこの順番で重なるように配置され、かつ、前記第１液晶セルの第２基板と前記第２液晶セルの第１基板とが隣接し、前記第２液晶セルの第２基板と前記第３液晶セルの第１基板とが隣接し、前記第３液晶セルの第２基板と前記第４液晶セルの第１基板とが隣接するように配置され、
前記第１液晶セル及び前記第３液晶セルは、前記第２電極が前記第２配向膜の配向方向と同じ方向に横電界を発生させ、
前記第２液晶セル及び前記第４液晶セルは、前記第１電極が前記第１配向膜の配向方向と同じ方向に横電界を発生させる、ことを特徴とする液晶光制御装置。

【請求項2】

前記第１液晶セルの前記第２配向膜の配向方向と、前記第３液晶セルの前記第２配向膜の配向方向と、が交差し、
前記第２液晶セルの前記第１配向膜の配向方向と、前記第４液晶セルの前記第１配向膜の配向方向と、が交差する、請求項１に記載の液晶光制御装置。

【請求項3】

前記第１電極は、前記帯状のパターンを有する少なくとも１つの第１帯状電極と、前記帯状のパターンを有する少なくとも１つの第２帯状電極と、を含み、前記少なくとも１つの第１帯状電極と前記少なくとも１つの第２帯状電極とは離隔して交互に配置され、
前記第２電極は、前記帯状のパターンを有する少なくとも１つの第３帯状電極と、前記帯状のパターンを有する少なくとも１つの第４帯状電極と、を含み、前記少なくとも１つの第３帯状電極と前記少なくとも１つの第４帯状電極とは離隔して交互に配置されている、請求項１又は２に記載の液晶光制御装置。

【請求項4】

前記液晶層が、ねじれネマチック液晶である、請求項１に記載の液晶光制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の一実施形態は、液晶の電気光学効果を利用して光源から放射される光の配光を制御する装置に関する。

【背景技術】

【0002】

液晶素子を用いて、光源から放射される光の配光を制御する技術が知られている。例えば、同心円状に円環電極が設けられた液晶セルによって、光源から放射される光の広がりを制御する照明装置が開示されている（特許文献１、２参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１０－２３０８８７号公報

【文献】特開２００５－３１７８７９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ネマチック液晶を用いた液晶素子は、入射光の偏光成分の向きを回転させる（以下、かかる現象を旋光ともいう）。また、液晶層に屈折率分布を生じさせることにより入射光を拡散させることも可能である。かかる液晶素子においては、入射光が液晶層によって拡散してから旋光されると、旋光させた光のロスが大きくなり配光パターンの形状が乱れてしまう場合がある。

【0005】

本発明の一実施形態は、光のロスを抑制し、配光パターンの乱れが抑制された液晶光制御装置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液晶光制御装置は、第１液晶セルと、第１液晶セルと重なる第２液晶セルと、第２液晶セルと重なる第３液晶セルと、第３液晶セルと重なる第４液晶セルとを含む。第１液晶セル、第２液晶セル、第３液晶セル、及び第４液晶セルのそれぞれは、第１配向膜を含む第１基板と、帯状のパターンを含む電極と第２配向膜とを含む第２基板と、第１基板と第２基板との間の液晶層とを含み、第１配向膜の配向方向と第２配向膜の配向方向とが交差するように設けられる。帯状のパターンを含む電極は、帯状のパターンの長手方向が第２配向膜の配向方向と交差する方向に配置され、第２配向膜の配向方向と同じ方向に横電界を発生させる。

【0007】

本発明の一実施形態に係る液晶光制御装置は、第１液晶セルと、第１液晶セルと重なる第２液晶セルと、第２液晶セルと重なる第３液晶セルと、第３液晶セルと重なる第４液晶セルとを含む。第１液晶セル、第２液晶セル、第３液晶セル、及び第４液晶セルのそれぞれは、帯状のパターンを含む第１電極と第１配向膜とを含む第１基板と、帯状のパターンを含む第２電極と第２配向膜とを含む第２基板と、第１基板と第２基板との間の液晶層とを含み、第１配向膜の配向方向と第２配向膜の配向方向とが交差するように設けられ、第１電極の帯状のパターンの長手方向と、第２電極の帯状のパターンの長手方向とは交差するように配置され、第２電極の帯状のパターンの長手方向が第２配向膜の配向方向と交差する方向に配置される。第１液晶セル及び第３液晶セルは、第２電極が第２配向膜の配向方向と同じ方向に横電界を発生させ、第２液晶セル及び第４液晶セルは、第１電極が第１配向膜の配向方向と同じ方向に横電界を発生させる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明の一実施形態に係る液晶光制御装置の構成を模式的に示す斜視図である。

【図2】本発明の一実施形態に係る液晶光制御装置を構成する液晶光制御素子の展開図を示す。

【図3】本発明の一実施形態に係る液晶光制御素子を構成する第１液晶セル、第２液晶セル、第３液晶セル、及び第４液晶セルの電極の配置を示す斜視図である。

【図4A】本発明の一実施形態に係る液晶光制御素子を構成する液晶セルの第１基板に設けられる電極を示す平面図である。

【図4B】本発明の一実施形態に係る液晶光制御素子を構成する液晶セルの第２基板に設けられる電極を示す平面図である。

【図5】本発明の一実施形態に係る液晶光制御素子を構成する液晶セルの断面構造の一例を示す図である。

【図6A】本発明の一実施形態に係る液晶光制御素子を構成する液晶セルの動作を説明する図であり、電圧が印加されない状態の液晶分子の配向状態を示す。

【図6B】本発明の一実施形態に係る液晶光制御素子を構成する液晶セルの動作を説明する図であり、電圧が印加されたときの液晶分子の配向状態を示す。

【図6C】本発明の一実施形態に係る液晶光制御素子を構成する液晶セルの動作を説明する図であり、液晶を駆動する電極に印加される制御信号の波形を示す。

【図7A】本発明の一実施形態に係る液晶光制御素子を構成する液晶セルの動作を説明する図であり、第１電極と第２電極の配置を示す斜視図を示す。

【図7B】本発明の一実施形態に係る液晶光制御素子を構成する液晶セルの動作を説明する図であり、第１電極に電圧が印加されたときの液晶分子の配向状態を示す。

【図7C】本発明の一実施形態に係る液晶光制御素子を構成する液晶セルの動作を説明する図であり、第２電極に電圧が印加されたときの液晶分子の配向状態を示す。

【図8】２つの液晶セルにより、第１偏光成分及び第２偏光成分が拡散される現象を模式的に示す図である。

【図9】本発明の一実施形態に係る液晶光制御素子を構成する第１液晶セル、第２液晶セル、第３液晶セル、及び第４液晶セルの電極の配置を示す斜視図である。

【図10】本発明の一実施形態に係る液晶光制御装置の動作を説明する図である。

【図11】本発明の一実施形態に係る液晶光制御装置の動作を制御する信号を示す。

【図12】本発明の一実施形態に係る液晶光制御装置の動作を説明する図である。

【図13】本発明の一実施形態に係る液晶光制御装置の動作を説明する図である。

【図14】本発明の一実施形態に係る液晶光制御装置の構成を説明する図である。

【図15】本発明の一実施形態に係る液晶光制御装置の構成を説明する図である。

【図16】本発明の一実施形態に係る液晶光制御装置の動作を説明する図である。

【図17A】第１実施形態に示す液晶光制御素子によって得られる配向形状の一例を示す。

【図17B】参考例１に示す液晶光制御素子によって得られる配向形状の一例を示す。

【図18A】第２実施形態に示す液晶光制御素子によって得られる配向形状の一例を示す。

【図18B】参考例２に示す液晶光制御素子によって得られる配向形状の一例を示す。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本発明の実施の形態を、図面等を参照しながら説明する。但し、本発明は多くの異なる態様で実施することが可能であり、以下に例示する実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。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、本発明の解釈を限定するものではない。また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号（又は数字の後にａ、ｂなどを付した符号）を付して、詳細な説明を適宜省略することがある。さらに各要素に対する「第１」、「第２」と付記された文字は、各要素を区別するために用いられる便宜的な標識であり、特段の説明がない限りそれ以上の意味を有しない。

【0010】

本明細書において、ある部材又は領域が他の部材又は領域の「上に（又は下に）」あるとする場合、特段の限定がない限りこれは他の部材又は領域の直上（又は直下）にある場合のみでなく他の部材又は領域の上方（又は下方）にある場合を含み、すなわち、他の部材又は領域の上方（又は下方）において間に別の構成要素が含まれている場合も含む。

【0011】

本明細書において、「旋光」とは直線偏光成分が液晶層を通過する際にその偏光軸を回転させる現象をいう。
本明細書において、配向膜の「配向方向」とは、配向膜に配向規制力を付与する処理（例えば、ラビング処理）を行って配向膜上に液晶分子を配向させた場合に、液晶分子が配向する方向をいう。配向膜に行われた処理がラビング処理である場合は、配向膜の配向方向は、通常ラビング方向である。
本明細書において、帯状のパターンの「長手方向」とは、平面視で帯状のパターンを見たときに、短辺（幅）と長辺（長さ）を有するパターンの長辺が延びる方向をいう。なお、帯状のパターンは、平面視で矩形状のパターンを含み、さらに長辺の途中で少なくとも１回屈曲又は湾曲したパターンも含むものとする。

【0012】

図１は、本発明の一実施形態に係る液晶光制御装置１００の斜視図を示す。液晶光制御装置１００は、液晶光制御素子１０２及び回路基板１０４を含む。液晶光制御素子１０２は複数の液晶セルを含む。本実施形態において、液晶光制御素子１０２は少なくとも４つの液晶セルを含む。

【0013】

図１は、液晶光制御素子１０２が、第１液晶セル１０、第２液晶セル２０、第３液晶セル３０、及び第４液晶セル４０で構成される一例を示す。第１液晶セル１０、第２液晶セル２０、第３液晶セル３０、及び第４液晶セル４０は平板状のパネルであり、それぞれの液晶セルの平板面が重畳するように配置されている。第1液晶セル１０と第２液晶セル２０の間、第２液晶セル２０と第３液晶セル３０の間、第３液晶セル３０と第４液晶セル４０の間には図示されない透明接着層が設けられている。液晶光制御素子１０２は、前後に隣接して配置される液晶セル同士が透明接着層で接着された構造を有する。

【0014】

回路基板１０４は、液晶光制御素子１０２を駆動する回路を含む。第１液晶セル１０は第１フレキシブル配線基板Ｆ１で回路基板１０４と接続され、第２液晶セル２０は第２フレキシブル配線基板Ｆ２で回路基板１０４と接続され、第３液晶セル３０は第３フレキシブル配線基板Ｆ３で回路基板１０４と接続され、第４液晶セル４０は第４フレキシブル配線基板Ｆ４で回路基板１０４と接続される。回路基板１０４は、各液晶セルに対し、フレキシブル配線基板を介して液晶の配向状態を制御する制御信号を出力する。

【0015】

図１に示す液晶光制御装置１００は、液晶光制御素子１０２の背面側に光源部１０６が配置される。液晶光制御装置１００は、光源部１０６から放射される光が液晶光制御素子１０２を通して図面の手前側に出射されるように構成されている。液晶光制御素子１０２は、光源部１０６の側から第１液晶セル１０、第２液晶セル２０、第３液晶セル３０、第４液晶セル４０がこの順番に配置されている。

【0016】

光源部１０６は、白色光源を含み、必要に応じて白色光源と液晶光制御素子１０２との間にレンズ等の光学素子が配置されていてもよい。白色光源は自然光に近い光を放射する光源であり、昼白色、電球色と呼ばれるような調光された光を放射するものであってもよい。液晶光制御装置１００は、光源部１０６から放射された光の拡散方向を液晶光制御素子１０２によって制御する機能を有する。液晶光制御素子１０２は、光源部１０６から放射される光を、四角状、十字状等の配光パターンに成形する機能を有する。

【0017】

図２は、図１に示す液晶光制御素子１０２の展開図を示す。液晶光制御素子１０２は、第１液晶セル１０、第２液晶セル２０、第３液晶セル３０、及び第４液晶セル４０を含む。

【0018】

第１液晶セル１０は、第１基板Ｓ１１と、第２基板Ｓ１２と、を含む。第１基板Ｓ１１と第２基板Ｓ１２とは間隙をもって対向して配置される。第１基板Ｓ１１と第２基板Ｓ１２との間隙部には、図示されない液晶層が設けられる。第１フレキシブル配線基板Ｆ１は第１基板Ｓ１１に接続される。

【0019】

第２液晶セル２０は、第１基板Ｓ２１、第２基板Ｓ２２、及び第２フレキシブル配線基板Ｆ２を含み、第１液晶セル１０と同様の構成を有している。第３液晶セル３０は、第１基板Ｓ３１、第２基板Ｓ３２、及び第３フレキシブル配線基板Ｆ３を含み、第１液晶セル１０と同様の構成を有している。第４液晶セル４０は、第１基板Ｓ４１、第２基板Ｓ４２、及び第４フレキシブル配線基板Ｆ４を含み、第１液晶セル１０と同様の構成を有している。

【0020】

第１液晶セル１０と第２液晶セル２０との間には、第１透明接着層ＴＡ１が配置される。第１透明接着層ＴＡ１は、可視光を透過し、第１液晶セル１０の第２基板Ｓ１２と第２液晶セル２０の第１基板Ｓ２１とを接着している。第２液晶セル２０と第３液晶セル３０との間には、第２透明接着層ＴＡ２が配置される。第２透明接着層ＴＡ２は、可視光を透過し、第２液晶セル２０の第２基板Ｓ２２と第３液晶セル３０の第１基板Ｓ３１とを接着している。第３液晶セル３０と第４液晶セル４０との間には、第３透明接着層ＴＡ３が配置される。第３透明接着層ＴＡ３は、可視光を透過し、第３液晶セル３０の第２基板Ｓ３２と第４液晶セル４０の第１基板Ｓ４１とを接着している。

【0021】

第１透明接着層ＴＡ１、第２透明接着層ＴＡ２、及び第３透明接着層ＴＡ３は透過率が高く、屈折率が第１基板Ｓ１１、Ｓ２１、Ｓ３１、Ｓ４１及び第２基板Ｓ１２、Ｓ２２、Ｓ２３、Ｓ２４に近いものが好ましい。第１透明接着層ＴＡ１、第２透明接着層ＴＡ２、及び第３透明接着層ＴＡ３としては、光学弾性樹脂を用いることができ、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。また、液晶光制御素子１０２は光源部１０６から輻射される熱で温度が上昇するため、第１透明接着層ＴＡ１、第２透明接着層ＴＡ２、第３透明接着層ＴＡ３の熱膨張係数は、第１基板及び第２基板の熱膨張係数と近い値を有していることが好ましい。

【0022】

しかし、第１透明接着層ＴＡ１、第２透明接着層ＴＡ２、及び第３透明接着層ＴＡ３の熱膨張係数は、例えば、ガラス基板より高い場合が多いので、温度上昇時の応力緩和を考慮する必要がある。第１透明接着層ＴＡ１、第２透明接着層ＴＡ２、及び第３透明接着層ＴＡ３の厚さは、温度上昇時の熱応力を緩和するため、各液晶セル（第１液晶セル１０、第２液晶セル２０、第３液晶セル３０、第４液晶セル４０）のセルギャップ（液晶層の厚さ）より厚いことが好ましい。

【0023】

後述されるように、第１液晶セル１０、第２液晶セル２０、第３液晶セル３０、及び第４液晶セル４０は、実質的に同じ構造を有する。本実施形態に係る液晶光制御素子１０２は、第１液晶セル１０及び第２液晶セル２０に対し、第３液晶セル３０及び第４液晶セル４０が９０度で回転した状態で重ねられた構造を有する。別言すれば、本実施形態に係る液晶光制御素子１０２は、複数の液晶セルを含み、少なくとも１つの液晶セルと、その少なくとも１つの液晶セルに隣接する（重なり合う）他の液晶セルが９０度で回転した状態で配置された構造を含む。なお、本実施例においては、第３液晶セル３０及び第４液晶セル４０は第１液晶セル１０及び第２液晶セル２０に対して９０度で回転しているが、当該回転角度は９０±１０度の範囲で設定可能である。

【0024】

図２は、第１液晶セル１０及び第２液晶セル２０の配置を基準とした場合、第３液晶セル３０及び第４液晶セル４０は９０度で回転した状態で配置されている。一方、第３液晶セル３０及び第４液晶セル４０を基準とした場合、第１液晶セル１０及び第２液晶セル２０は９０度の範囲で回転した状態で配置されているといえる。同じ電極パターンを有する液晶セルを複数枚重ね合わせ、その内の一部の液晶セルを回転させることで、電極配置に変化を与えることができ、積層された液晶セルを通過する光の拡散に変化を与えることができる。以下にその詳細を説明する。

【0025】

図３は液晶光制御素子１０２の構成を説明する斜視図であり、第１液晶セル１０、第２液晶セル２０、第３液晶セル３０、及び第４液晶セル４０のそれぞれに設けられる電極の配置を示す。なお、図３は、説明のため、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸を示す。以下の説明において、Ｘ軸方向とはＸ軸に沿った方向を示し、Ｙ軸方向とはＹ軸に沿った方向を示し、Ｚ軸方向とはＺ軸に沿った方向を示す。

【0026】

第１液晶セル１０、第２液晶セル２０、第３液晶セル３０、及び第４液晶セル４０はＺ軸方向に重ねて配置される。実際の液晶光制御素子１０２は各液晶セルが密接するように配置されるが、図３は、説明のため、各液晶セルが展開された状態で示す。

【0027】

第１液晶セル１０は、第１基板Ｓ１１及び第２基板Ｓ１２、第１電極Ｅ１１及び第２電極Ｅ１２、及び第１基板Ｓ１１と第２基板Ｓ１２との間の第１液晶層ＬＣ１を含む。第１電極Ｅ１１は第１基板Ｓ１１と第１液晶層ＬＣ１との間に配置され、第２電極Ｅ１２は第２基板Ｓ１２と第１液晶層ＬＣ１との間に配置される。なお、上述のように第１基板Ｓ１１及び第２基板Ｓ１２とは互いに対向しており、当該対向面を内面とし、内面と反対側の面を外面と定義することも可能である。この場合、第１電極Ｅ１１は第１基板の内面に設けられ、第２電極Ｅ１２は第２基板の内面に設けられている。以下に説明する第２液晶セル２０、第３液晶セル３０、及び第４液晶セル４０についても同様である。

【0028】

第１電極Ｅ１１は帯状に形成された複数の第１帯状電極Ｅ１１Ａ及び帯状に形成された複数の第２帯状電極Ｅ１１Ｂを含み、第２電極Ｅ１２は帯状に形成された複数の第３帯状電極Ｅ１２Ａ及び帯状に形成された複数の第４帯状電極Ｅ１２Ｂを含む。複数の第１帯状電極Ｅ１１Ａと複数の第２帯状電極Ｅ１１Ｂとは、櫛歯が咬み合うように離隔して交互に配置され、複数の第３帯状電極Ｅ１２Ａと複数の第４帯状電極Ｅ１２Ｂとは櫛歯が咬み合うように交互に配置される。

【0029】

複数の第１帯状電極Ｅ１１Ａ及び複数の第２帯状電極Ｅ１１Ｂの長手方向がＹ軸方向と平行な方向に配置され、複数の第３帯状電極Ｅ１２Ａ及び複数の第４帯状電極Ｅ１２Ｂの長手方向がＸ軸方向と平行な方向に配置される。別言すれば、複数の第１帯状電極Ｅ１１Ａ及び複数の第２帯状電極Ｅ１１Ｂと、複数の第３帯状電極Ｅ１２Ａ及び複数の第４帯状電極Ｅ１２Ｂとは、長手方向が交差するように配置される。この交差角は、好ましくは９０±１０度であり、より好ましくは９０度（直交）である。

【0030】

第２液晶セル２０は、第１基板Ｓ２１及び第２基板Ｓ２２、第１電極Ｅ２１及び第２電極Ｅ２２、及び第１基板Ｓ２１と第２基板Ｓ２２との間の第２液晶層ＬＣ２とを含む。第１電極Ｅ２１は第１基板Ｓ２１と第２液晶層ＬＣ２との間に配置され、第２電極Ｅ２２は第２基板Ｓ２２と第２液晶層ＬＣ２との間に配置される。

【0031】

第１電極Ｅ２１は帯状に形成された複数の第１帯状電極Ｅ２１Ａ及び帯状に形成された複数の第２帯状電極Ｅ２１Ｂを含み、第２電極Ｅ２２は帯状に形成された複数の第３帯状電極Ｅ２２Ａ及び帯状に形成された複数の第４帯状電極Ｅ２２Ｂを含む。複数の第１帯状電極Ｅ２１Ａと複数の第２帯状電極Ｅ２１Ｂとは櫛歯が咬み合うように交互に配置され、複数の第３帯状電極Ｅ２２Ａと複数の第４帯状電極Ｅ２２Ｂとは櫛歯が咬み合うように交互に配置される。

【0032】

複数の第１帯状電極Ｅ２１Ａ及び複数の第２帯状電極Ｅ２１Ｂの長手方向がＹ軸方向と平行な方向に配置され、複数の第３帯状電極Ｅ２２Ａ及び複数の第４帯状電極Ｅ２２Ｂの長手方向がＸ軸方向と平行な方向に配置される。別言すれば、複数の第１帯状電極Ｅ２１Ａ及び複数の第２帯状電極Ｅ２１Ｂと、複数の第３帯状電極Ｅ２２Ａ及び複数の第４帯状電極Ｅ２２Ｂとは、長手方向が交差するように配置される。この交差角は、好ましくは９０±１０度であり、より好ましくは９０度（直交）である。

【0033】

第３液晶セル３０は、第１基板Ｓ３１及び第２基板Ｓ３２、第１電極Ｅ３１及び第２電極Ｅ３２、及び第１基板Ｓ３１と第２基板Ｓ３２との間の第３液晶層ＬＣ３とを含む。第１電極Ｅ３１は第１基板Ｓ３１と第３液晶層ＬＣ３との間に配置され、第２電極Ｅ３２は第２基板Ｓ３２と第３液晶層ＬＣ３との間に配置される。

【0034】

第１電極Ｅ３１は帯状に形成された複数の第１帯状電極Ｅ３１Ａ及び帯状に形成された複数の第２帯状電極Ｅ３１Ｂを含み、第２電極Ｅ３２は帯状に形成された複数の第３帯状電極Ｅ３２Ａ及び帯状に形成された複数の第４帯状電極Ｅ３２Ｂを含む。複数の第１帯状電極Ｅ３１Ａと複数の第２帯状電極Ｅ３１Ｂとは櫛歯が咬み合うように交互に配置され、複数の第３帯状電極Ｅ３２Ａと複数の第４帯状電極Ｅ３２Ｂとは櫛歯が咬み合うように交互に配置される。

【0035】

複数の第１帯状電極Ｅ３１Ａ及び複数の第２帯状電極Ｅ３１Ｂの長手方向がＸ軸方向と平行な方向に配置され、複数の第３帯状電極Ｅ３２Ａ及び複数の第４帯状電極Ｅ３２Ｂの長手方向がＹ軸方向と平行な方向に配置される。別言すれば、複数の第１帯状電極Ｅ３１Ａ及び複数の第２帯状電極Ｅ３１Ｂと、複数の第３帯状電極Ｅ３２Ａ及び複数の第４帯状電極Ｅ３２Ｂとは、長手方向が交差するように配置される。この交差角は、好ましくは９０±１０度であり、より好ましくは９０度（直交）である。

【0036】

第４液晶セル４０は、第１基板Ｓ４１及び第２基板Ｓ４２、第１電極Ｅ４１及び第２電極Ｅ４２、及び第１基板Ｓ４１と第２基板Ｓ４２との間の第４液晶層ＬＣ４とを含む。第１電極Ｅ４１は第１基板Ｓ４１と第４液晶層ＬＣ４との間に配置され、第２電極Ｅ４２は第２基板Ｓ４２と第４液晶層ＬＣ４との間に配置される。

【0037】

第１電極Ｅ４１は帯状に形成された複数の第１帯状電極Ｅ４１Ａ及び帯状に形成された複数の第２帯状電極Ｅ４１Ｂを含み、第２電極Ｅ４２は帯状に形成された複数の第３帯状電極Ｅ４２Ａ及び帯状に形成された複数の第４帯状電極Ｅ４２Ｂを含む。複数の第１帯状電極Ｅ４１Ａと複数の第２帯状電極Ｅ４１Ｂとは櫛歯が咬み合うように交互に配置され、複数の第３帯状電極Ｅ４２Ａと複数の第４帯状電極Ｅ４２Ｂとは櫛歯が咬み合うように交互に配置される。

【0038】

複数の第１帯状電極Ｅ４１Ａ及び複数の第２帯状電極Ｅ４１Ｂの長手方向がＸ軸方向と平行な方向に配置され、複数の第３帯状電極Ｅ４２Ａ及び複数の第４帯状電極Ｅ４２Ｂの長手方向がＹ軸方向と平行な方向に配置される。別言すれば、複数の第１帯状電極Ｅ４１Ａ及び複数の第２帯状電極Ｅ４１Ｂと、複数の第３帯状電極Ｅ４２Ａ及び複数の第４帯状電極Ｅ４２Ｂとは、長手方向が交差するように配置される。この交差角は、好ましくは９０±１０度であり、より好ましくは９０度（直交）である。

【0039】

図３に示すように、液晶光制御素子１０２は、第１液晶セル１０の第１帯状電極Ｅ１１Ａ及び第２帯状電極Ｅ１１Ｂの長手方向と第２液晶セル２０の第１帯状電極Ｅ２１Ａ及び第２帯状電極Ｅ２１Ｂの長手方向とが同じ方向に配置され、第３液晶セル３０の第１帯状電極Ｅ３１Ａ及び第２帯状電極Ｅ３１Ｂの長手方向と第４液晶セル４０の第１帯状電極Ｅ４１Ａ及び第２帯状電極Ｅ４１Ｂの長手方向とが同じ方向に配置される。

【0040】

そして、第１液晶セル１０の第１帯状電極Ｅ１１Ａ及び第２帯状電極Ｅ１１Ｂ並びに第２液晶セル２０の第１帯状電極Ｅ２１Ａ及び第２帯状電極Ｅ２１Ｂの長手方向と、第３液晶セル３０の第１帯状電極Ｅ３１Ａ及び第２帯状電極Ｅ３１Ｂ並びに第４液晶セル４０の第１帯状電極Ｅ４１Ａ及び第２帯状電極Ｅ４１Ｂの長手方向とは、交差するように配置されている。この交差角は、好ましくは９０±１０度であり、より好ましくは９０度（直交）である。

【0041】

同様に、液晶光制御素子１０２は、第１液晶セル１０の第３帯状電極Ｅ１２Ａ及び第４帯状電極Ｅ１２Ｂの長手方向と第２液晶セル２０の第３帯状電極Ｅ２２Ａ及び第４帯状電極Ｅ２２Ｂの長手方向とは同じ方向に配置され、第３液晶セル３０の第３帯状電極Ｅ３２Ａ及び第４帯状電極Ｅ３２Ｂの長手方向と第４液晶セル４０の第３帯状電極Ｅ４２Ａ及び第４帯状電極Ｅ４２Ｂの長手方向とは同じ方向に配置される。

【0042】

そして、第１液晶セル１０の第３帯状電極Ｅ１２Ａ及び第４帯状電極Ｅ１２Ｂ並びに第２液晶セル２０の第３帯状電極Ｅ２２Ａ及び第４帯状電極Ｅ２２Ｂの長手方向と、第３液晶セル３０の第３帯状電極Ｅ３２Ａ及び第４帯状電極Ｅ３２Ｂ並びに第４液晶セル４０の第３帯状電極Ｅ４２Ａ及び第４帯状電極Ｅ４２Ｂの長手方向とは、交差するように配置されている。この交差角は、好ましくは９０±１０度であり、より好ましくは９０度（直交）である。

【0043】

このように、本実施形態に係る液晶光制御素子１０２は、第１液晶セル１０及び第２液晶セル２０の第１電極Ｅ１１、Ｅ２１が、複数の帯状のパターンが並んだ電極形状を有し、その長手方向がＹ軸方向と平行な方向に配置されている。また、第３液晶セル３０及び第４液晶セル４０の第１電極Ｅ３１、Ｅ４１が、複数の帯状のパターンが並んだ電極形状を有し、その長手方向がＸ軸方向と平行な方向に配置されている。そして、第１液晶セル１０及び第２液晶セル２０の第１電極Ｅ１１、Ｅ２１の帯状のパターンの長手方向と、第３液晶セル３０及び第４液晶セル４０の第１電極Ｅ３１、Ｅ４１の帯状のパターンの長手方向とは、その長手方向が交差するように配置されている。このときの交差角は上記のように、９０±１０度の範囲であることが好ましく、直交（９０度）していることがより好ましい。

【0044】

第１液晶セル１０に設けられる第１電極Ｅ１１及び第２電極Ｅ１２、第２液晶セル２０に設けられる第１電極Ｅ２１及び第２電極Ｅ２２、第３液晶セル３０に設けられる第１電極Ｅ３１及び第２電極Ｅ３２、及び第４液晶セル４０に設けられる第１電極Ｅ４１及び第２電極Ｅ４２は、平面視において略同一の大きさを有している。図３には図示されないが、光源部１０６は、第１液晶セル１０の下方側に配置される。光源部１０６から放射され、液晶光制御素子１０２に入射する光は、第１液晶セル１０、第２液晶セル２０、第３液晶セル３０、及び第４液晶セル４０の全てを通過して出射される。

【0045】

第１液晶セル１０、第２液晶セル２０、第３液晶セル３０、及び第４液晶セル４０は、実質的に同様の構成を有しているが、以下、代表して第１液晶セル１０についてより具体的に説明する。

【0046】

図４Ａは、第１基板Ｓ１１の平面図を示し、図４Ｂは、第２基板Ｓ１２の平面図を示す。より具体的には、図４Ａは、第１基板Ｓ１１の内面の平面図を示し、図４Ｂは、第２基板Ｓ１２の内面の平面図を示す。

【0047】

図４Ａに示すように、第１電極Ｅ１１が第１基板Ｓ１１に設けられる。第１電極Ｅ１１は複数の第１帯状電極Ｅ１１Ａと複数の第２帯状電極Ｅ１１Ｂとを含む。複数の第１帯状電極Ｅ１１Ａ及び複数の第２帯状電極Ｅ１１Ｂは帯状のパターンを有する。図４Ａに示すように、複数の第１帯状電極Ｅ１１Ａと複数の第２帯状電極Ｅ１１Ｂとは所定の間隔で離隔され交互に配置される。

【0048】

複数の第１帯状電極Ｅ１１Ａのそれぞれは第１給電線ＰＬ１１と接続され、複数の第２帯状電極Ｅ１１Ｂのそれぞれは第２給電線ＰＬ１２と接続される。第１給電線ＰＬ１１は第１接続端子Ｔ１１と接続され、第２給電線ＰＬ１２は第２接続端子Ｔ１２と接続される。第１接続端子Ｔ１１と第２接続端子Ｔ１２は第１基板Ｓ１１の端部の一辺に沿って設けられる。

【0049】

第３接続端子Ｔ１３が第１接続端子Ｔ１１に隣接して設けられ、第４接続端子Ｔ１４が第２接続端子Ｔ１２に隣接して設けられる。第３接続端子Ｔ１３は第５給電線ＰＬ１５と接続される。第５給電線ＰＬ１５は第１給電端子ＰＴ１１と接続される。第１給電端子ＰＴ１１は第１基板Ｓ１１の面内の所定の位置に設けられる。第４接続端子Ｔ１４は第６給電線ＰＬ１６と接続される。第６給電線ＰＬ１６は第２給電端子ＰＴ１２と接続される。第２給電端子ＰＴ１２は第１基板Ｓ１１の面内の所定の位置に設けられる。

【0050】

第１給電線ＰＬ１１に接続された複数の第１帯状電極Ｅ１１Ａと第２給電線ＰＬ１２に接続された複数の第２帯状電極Ｅ１１Ｂとには、異なる電圧又は同一の電圧が印加される。複数の第１帯状電極Ｅ１１Ａと複数の第２帯状電極Ｅ１１Ｂとにそれぞれ異なるレベルの電圧が印加されると、両電極間の電位差により電界（横電界）が発生する。

【0051】

図４Ｂに示すように、第２電極Ｅ１２が第２基板Ｓ１２に設けられる。第２電極Ｅ１２は複数の第３帯状電極Ｅ１２Ａと複数の第４帯状電極Ｅ１２Ｂとを含む。複数の第３帯状電極Ｅ１２Ａ及び複数の第４帯状電極Ｅ１２Ｂは帯状のパターンを有する。図４Ｂに示すように、複数の第３帯状電極Ｅ１２Ａと複数の第４帯状電極Ｅ１２Ｂとは所定の間隔で離隔され交互に配置される。

【0052】

複数の第３帯状電極Ｅ１２Ａのそれぞれは第３給電線ＰＬ１３と接続され、複数の第４帯状電極Ｅ１２Ｂのそれぞれは第４給電線ＰＬ１４と接続される。第３給電線ＰＬ１３は第３給電端子ＰＴ１３と接続され、第４給電線ＰＬ１４は第４給電端子ＰＴ１４と接続される。第３給電端子ＰＴ１３は第１基板Ｓ１１側の第１給電端子ＰＴ１１に対応する位置に設けられ、第４給電端子ＰＴ１４は第１基板Ｓ１１側の第２給電端子ＰＴ１２に対応する位置に設けられる。

【0053】

第３給電線ＰＬ１３に接続された複数の第３帯状電極Ｅ１２Ａと第４給電線ＰＬ１４に接続された複数の第４帯状電極Ｅ１２Ｂとには、異なる電圧又は同一の電圧が印加される。複数の第３帯状電極Ｅ１２Ａと複数の第４帯状電極Ｅ１２Ｂとにそれぞれ異なるレベルの電圧が印加されると、両電極間の電位差により電界（横電界）が発生する。

【0054】

第１基板Ｓ１１に設けられる第１接続端子Ｔ１１、第２接続端子Ｔ１２、第３接続端子Ｔ１３、及び第４接続端子Ｔ１４は、図示されないフレキシブル配線基板と接続される。第２基板Ｓ１２側にはフレキシブル配線基板と接続される端子が設けられないが、導電性材料により、第３給電端子ＰＴ１３が第１給電端子ＰＴ１１と電気的に接続され、第４給電端子ＰＴ１４が第２給電端子ＰＴ１２と電気的に接続される。

【0055】

図５は、図４Ａ及び図４Ｂに示すＡ１－Ａ２線に対応する第１液晶セル１０の断面構造を示す。

【0056】

第１液晶セル１０は、入射光を偏光し、拡散することが可能な有効領域ＡＡを有する。第１電極Ｅ１１及び第２電極Ｅ１２は有効領域ＡＡの中に配置される。第１基板Ｓ１１と第２基板Ｓ１２とは、第１電極Ｅ１１と第２電極Ｅ１２とが対向するように配置され、有効領域ＡＡの外側に設けられたシール材ＳＥによって接着される。第１液晶層ＬＣ１は、第１基板Ｓ１１と第２基板Ｓ１２に挟まれ、シール材ＳＥに囲まれた領域に形成される。

【0057】

第１基板Ｓ１１側の第１電極Ｅ１１は、第１帯状電極Ｅ１１Ａ及び第２帯状電極Ｅ１１Ｂを含み、第２基板Ｓ１２側の第２電極Ｅ１２は第３帯状電極Ｅ１２Ａ及び第４帯状電極Ｅ１２Ｂを含む。図５は、第１帯状電極Ｅ１１Ａ及び第２帯状電極Ｅ１１Ｂの長手方向と第３帯状電極Ｅ１２Ａ及び第４帯状電極Ｅ１２Ｂの長手方向とが交差するように配置される態様を示す。

【0058】

第１配向膜ＡＬ１１が第１基板Ｓ１１に設けられ、第２配向膜ＡＬ１２が第２基板Ｓ１２に設けられる。第１配向膜ＡＬ１１は第１電極Ｅ１１を覆うように設けられ、第２配向膜ＡＬ１２は第２電極Ｅ１２を覆うように設けられる。

【0059】

第１給電端子ＰＴ１１及び第３給電端子ＰＴ１３がシール材ＳＥの外側に配置される。第１給電端子ＰＴ１１と第３給電端子ＰＴ１３とは第１導電性部材ＣＰ１１により電気的に接続される。第１導電性部材ＣＰ１１は導電性のペースト材で形成され、例えば、銀ペースト、カーボンペーストが用いられる。なお、図５には示されないが、第２給電端子ＰＴ１２と第４給電端子ＰＴ１４とも同様に導電性部材で電気的に接続される。

【0060】

第１基板Ｓ１１及び第２基板Ｓ１２は透光性を有する基板であり、例えば、ガラス基板、樹脂基板である。第１電極Ｅ１１及び第２電極Ｅ１２は、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）やインジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）などの透明導電材料によって形成された透明電極である。給電線（第１給電線ＰＬ１１、第２給電線ＰＬ１２、第３給電線ＰＬ１３、第４給電線ＰＬ１４、第５給電線ＰＬ１５、第６給電線ＰＬ１６）、接続端子（第１接続端子Ｔ１１、第２接続端子Ｔ１２、第３接続端子Ｔ１３、第４接続端子Ｔ１４）、及び給電端子（第１給電端子ＰＴ１１、第２給電端子ＰＴ１２、第３給電端子ＰＴ１３、第４給電端子ＰＴ１４）は、アルミニウム、チタン、モリブデン、タングステンなどの金属材料によって形成される。なお、給電線（第１給電線ＰＬ１１、第２給電線ＰＬ１２、第３給電線ＰＬ１３、第４給電線ＰＬ１４、第５給電線ＰＬ１５、第６給電線ＰＬ１６）は、第１電極Ｅ１１及び第２電極Ｅ１２と同じ透明導電膜で形成されてもよい。第１配向膜ＡＬ１及び第２配向膜ＡＬ２は、基板の主平面に略平行な配向規制力を有する水平配向膜で形成される。第１液晶層ＬＣ１は、例えば、ねじれネマチック液晶（ＴＮ（Twisted Nematic）液晶）が用いられる。なお、図５には図示されないが、第１基板Ｓ１１と第２基板Ｓ１２との間には、両基板の間隔を一定に保つためのスペーサが設けられていてもよい。

【0061】

次に、図６乃至図８を参照して、第１液晶セル１０における電気光学効果について説明する。なお、図６乃至図８においては、説明に必要な構成のみを図示している。

【0062】

図６Ａ及び図６Ｂは、第１液晶セル１０の部分的な断面模式構造を示す。図６Ａは、第１基板Ｓ１１側の第１配向膜ＡＬ１１と第２基板Ｓ１２側の第２配向膜ＡＬ１２の配向方向が異なることを示す。具体的には、第１配向膜ＡＬ１１の配向方向ＡＬＤ１が紙面の法線方向に向けられており、第２配向膜ＡＬ１２の配向方向ＡＬＤ２が紙面の左右方向に向けられている。第１電極Ｅ１１は第１帯状電極Ｅ１１Ａ及び第２帯状電極Ｅ１１Ｂを含み、その長手方向が配向方向ＡＬＤ１と直交するように配置されている。第２電極Ｅ１２は第３帯状電極Ｅ１２Ａ及び第４帯状電極Ｅ１２Ｂを含み、その長手方向が配向方向ＡＬＤ２と直交するように配置されている。なお、第１配向膜ＡＬ１及び第２配向膜ＡＬ２の配向処理としては、ラビング処理でもよいし、光配向処理であってもよい。また、第１配向膜ＡＬ１の配向方向ＡＬＤ１と第１帯状電極Ｅ１１Ａ及び第２帯状電極Ｅ１１Ｂとが交差する角度、及び第２配向膜ＡＬ２の配向方向ＡＬＤ２と第３帯状電極Ｅ１２Ａ及び第４帯状電極Ｅ１２Ｂとが交差する角度は、直交に限定されず９０度±１０度の範囲で設定可能である。

【0063】

第１液晶層ＬＣ１としてＴＮ液晶が用いられる。第１配向膜ＡＬ１１の配向方向ＡＬＤ１と第２配向膜ＡＬ１２の配向方向ＡＬＤ２とは直交するため、第１液晶層ＬＣ１の液晶分子は、外部電場の作用を受けない状態で第１配向膜ＡＬ１１から第２配向膜ＡＬ１２にかけて、液晶分子の長軸方向が９０度捩れるように配向する。図６Ａは、第１帯状電極Ｅ１１Ａ及び第２帯状電極Ｅ１１Ｂに電圧が印加されない状態を示し、液晶分子の長軸方向が９０度捩れて配向している状態を示す。具体的には、第１配向膜ＡＬ１１側で液晶分子の長軸方向が紙面の法線方向に配向し、第２配向膜ＡＬ１２側で液晶分子の長軸方向が紙面の左右方向に配向している。

【0064】

なお、図６Ａは、第１液晶層ＬＣ１がポジ型のねじれネマチック液晶（ＴＮ液晶）で形成され、液晶分子の長軸が配向膜の配向方向と同じ方向に配向する例を示すが、配向膜の配向方向を９０度回転させる、すなわち、各配向膜ＡＬ１１、ＡＬ１２の配向方向を第１基板Ｓ１１の第１電極Ｅ１１、及び第２基板Ｓ１２の第２電極Ｅ１２の延在方向に沿わせることにより、ネガ型の液晶を用いることができる。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。

【0065】

図６Ｂは、第１帯状電極Ｅ１１Ａ及び第２帯状電極Ｅ１１Ｂが同電位（例えば、接地電位）に固定され、第３帯状電極Ｅ１２Ａにローレベルの電圧ＶＬが印加され、第４帯状電極Ｅ１２Ｂにハイレベルの電圧ＶＨが印加された状態を示す。この状態では、第１基板Ｓ１１側には電界が発生せず、第３帯状電極Ｅ１２Ａと第４帯状電極Ｅ１２Ｂとの間に横方向の電界が発生する。図６Ｂに示すように、第２基板Ｓ１２側の液晶分子は横電界の影響を受けて配向方向が変化する。すなわち、第２基板Ｓ１２側の液晶分子は、長軸方向が電界の方向と平行な方向に向くように配向が変化する。

【0066】

第３帯状電極Ｅ１２Ａ及び第４帯状電極Ｅ１２Ｂに印加されるローレベルの電圧ＶＬ及びハイレベルの電圧ＶＨの値は適宜設定される。例えば、ローレベルの電圧ＶＬ１として０Ｖが印加され、ハイレベルの電圧ＶＨ１として５～３０Ｖの電圧が印加される。第３帯状電極Ｅ１２Ａ及び第４帯状電極Ｅ１２Ｂには、ローレベルの電圧ＶＬとハイレベルの電圧ＶＨが交互に入れ替わる電圧が印加される。例えば、図６Ｃに示すように、ある一定期間において、第３帯状電極Ｅ１２Ａにローレベルの電圧ＶＬが印加され第４帯状電極Ｅ１２Ｂにハイレベルの電圧ＶＨが印加され、次の一定期間では、第３帯状電極Ｅ１２Ａにハイレベルの電圧ＶＨが印加され第４帯状電極Ｅ１２Ｂにローベルの電圧ＶＬが印加されるように、２つの電極間で電圧のレベルが同期して周期的に変化するように電圧を印加してもよい。

【0067】

第３帯状電極Ｅ１２Ａ及び第４帯状電極Ｅ１２Ｂに交互にローレベルの電圧ＶＬとハイレベルの電圧ＶＨを印加することにより、交番電界を発生させ、第１液晶層ＬＣ１の劣化を抑制することができる。なお、第３帯状電極Ｅ１２Ａ及び第４帯状電極Ｅ１２Ｂに印加する電圧の周波数は、液晶分子が電界の変化に追従できる周波数であればよく、例えば、１５～１００Ｈｚの範囲の周波数が選択される。なお、第１帯状電極Ｅ１１Ａ及び第２帯状電極Ｅ１１Ｂに印可される電位は、上記ローレベル電圧の電位とハイレベル電圧の電位の中間電位であっても構わない。

【0068】

図７Ａは、第１液晶セル１０の部分的な斜視図であり、第１帯状電極Ｅ１１Ａ及び第２帯状電極Ｅ１１Ｂ、第１配向膜ＡＬ１、第３帯状電極Ｅ１２Ａ及び第４帯状電極Ｅ１２Ｂ、第２配向膜ＡＬ２、並びに第１液晶層ＬＣ１を示す。図７Ｂ及び図７Ｃは第１液晶セル１０の断面模式図を示す。図７Ｂは、図７Ａに示す第１液晶セル１０を図中に示すＡ側からみたときの断面模式図を示し、図７Ｃは、図７Ａに示すＢ側からみたときの断面模式図を示す。なお、図７Ｂ及び図７Ｃは、第１配向膜ＡＬ１１の配向方向ＡＬＤ１と第２配向膜ＡＬ１２の配向方向ＡＬＤ２とが交差することを示す。

【0069】

図７Ｂ及び図７Ｃに示すように、第１帯状電極Ｅ１１Ａと第２帯状電極Ｅ１１Ｂとは中心間距離Ｗで配置され、第３帯状電極Ｅ１２Ａと第４帯状電極Ｅ１２Ｂとは同様に中心間距離Ｗで配置される。この中心間距離Ｗは、図７Ａに示す第１帯状電極Ｅ１１Ａの幅ａ、第１帯状電極Ｅ１１Ａの端部から第２帯状電極Ｅ１１Ｂの端部までの間隔ｂに対して、Ｗ＝ａ＋ｂの関係を有する。また、第１帯状電極Ｅ１１Ａ及び第２帯状電極Ｅ１１Ｂと、第３帯状電極Ｅ１２Ａ及び第４帯状電極Ｅ１２Ｂとは離隔し、互いに直交した状態で対向配置されている。第１基板Ｓ１１と第２基板Ｓ１２は間隔Ｄで対向して配置されており、間隔Ｄは、実質的に第１液晶層ＬＣ１の厚さに相当する。実際には、第１基板Ｓ１１に第１帯状電極Ｅ１１Ａ及び第１配向膜ＡＬ１１が設けられ、第２基板Ｓ１２には第３帯状電極Ｅ１２Ａ及び第２配向膜ＡＬ１２等が設けられるが、これらの電極及び配向膜の厚さは、間隔Ｄの大きさに比べて十分に小さいので、第１液晶層ＬＣ１の厚さは間隔Ｄと同視することができる。

【0070】

第１液晶セル１０において、間隔Ｄは、帯状電極の中心間距離Ｗに対して同じか、それ以上の大きさを有していることが好ましい。すなわち、間隔Ｄは、中心間距離Ｗの１倍以上の長さを有することが好ましい。例えば、間隔Ｄは、帯状電極の中心間距離Ｗに対して２倍以上の大きさを有していることが好ましい。第１帯状電極Ｅ１１Ａの幅が５μｍであり、第１帯状電極Ｅ１１Ａ及び第２帯状電極Ｅ１１Ｂの幅ａが５μｍであり、第１帯状電極Ｅ１１Ａの端部から第２帯状電極Ｅ１１Ｂの端部までの間隔ｂが５μｍである場合、帯状電極の中心間距離Ｗは１０μｍとなる。これに対し、間隔Ｄは１０μｍ以上の大きさを有していることが好ましい。

【0071】

帯状電極の中心間距離Ｗと上記の間隔Ｄとがこのような関係を有することで、第１帯状電極Ｅ１１Ａ及び第２帯状電極Ｅ１１Ｂ側の電界と第３帯状電極Ｅ１２Ａ及び第４帯状電極Ｅ１２Ｂ側の電界との相互干渉を抑制することが可能となる。すなわち、図７Ｂ及び図７Ｃに示すように、第３帯状電極Ｅ１２Ａと第４帯状電極Ｅ１２Ｂとの間に生成される電界によって、その近傍にある液晶分子の配向を制御するとき、第１帯状電極Ｅ１１Ａ及び第２帯状電極Ｅ１１Ｂの近傍にある液晶分子の配向に影響を及ぼさないようにすることができる。

【0072】

ところで、液晶は配向状態により屈折率が変化することが知られている。図６Ａに示すように、第１液晶層ＬＣ１に電界が作用していないオフ（ＯＦＦ）状態では、液晶分子の長軸方向が基板の表面に水平に配向し、かつ第１基板Ｓ１１側から第２基板Ｓ１２側にかけて９０度捩れた状態で配向している。液晶層ＬＣ１は、この配向状態でほぼ均一な屈折率分布を有している。このため、第１液晶セル１０へ入射した光の第１偏光成分（ＰＬ１）及び第１偏光成分（ＰＬ１）に直交する第２偏光成分（ＰＬ２）は、液晶分子の初期配向の影響を受けて旋光するものの、ほとんど屈折（あるいは散乱）されることなく第１液晶層ＬＣ１を透過する。ここで、第１偏光成分（ＰＬ１）とは、自然光のうち、例えばＰ偏光に相当し、第２偏光成分（ＰＬ２）とは、例えばＳ偏光に相当するものとする。

【0073】

一方、図６Ｂに示すように、第３帯状電極Ｅ１２Ａと第４帯状電極Ｅ１２Ｂに電圧が印加され電界が形成されたオン（ＯＮ）状態では、第１液晶層ＬＣ１が正の誘電率異方性を有している場合、液晶分子は長軸が電界に沿うように配向する。その結果、図６Ｂに示すように、液晶分子が、第３帯状電極Ｅ１２Ａ及び第４帯状電極Ｅ１２Ｂの上方でほぼ垂直に立ち上がる領域、第３帯状電極Ｅ１２Ａと第４帯状電極Ｅ１２Ｂとの間で電界の分布に沿って斜めに配向する領域、第３帯状電極Ｅ１２Ａ及び第４帯状電極Ｅ１２Ｂから離れた領域で初期配向状態が維持される領域が形成される。

【0074】

図６Ｂに示すように、第３帯状電極Ｅ１２Ａ及び第４帯状電極Ｅ１２Ｂの電極間においては、液晶分子の長軸が電界の発生する方向に沿って凸円弧状に配向される。すなわち、図６Ａ及び図６Ｂに示すように、液晶分子の初期配向の方向と、第３帯状電極Ｅ１２Ａと第４帯状電極Ｅ１２Ｂとの間に生じる横電界の方向が同じであり、図６Ｂに模式的に示すように、両電極間の略中央に位置する液晶分子の配向方向はほとんど変化しないものとなるが、中央部からそれぞれの電極側に位置する液晶分子は電界の強度分布に従って第２基板Ｓ１２の表面に対し法線方向に傾いて（チルトして）配向する。したがって、第３帯状電極Ｅ１２Ａと第４帯状電極Ｅ１２Ｂとの間で液晶分子が円弧状に配向する。

【0075】

図７Ｂ及び図７Ｃを参照して説明したように、液晶層ＬＣ１の厚さが十分に厚いため、第２基板Ｓ１２側で液晶分子の配向が変化する場合でも、第１基板Ｓ１１側の液晶分子は初期配向の状態が維持される。

【0076】

液晶分子は、屈折率異方性Δｎを有している。このため、オン状態の第１液晶層ＬＣ１は、液晶分子の配向状態に応じた屈折率分布、あるいは、リタデーション分布を有する。ここでのリタデーションとは、第１液晶層ＬＣ１の厚さをｄとしたとき、Δｎ・ｄで表されるものである。オン状態では、第１偏光成分ＰＬ１は、第１液晶層ＬＣ１を透過する際に、第１液晶層ＬＣ１の屈折率分布の影響を受けて拡散される。液晶層ＬＣ１には円弧状の誘電率分布が形成されるので、入射した光（液晶分子の初期配向の方向と平行な偏光成分）が放射状に拡散することになる。

【0077】

図８は、第１偏光成分ＰＬ１及び第２偏光成分ＰＬ２が液晶層によって拡散される現象を模式的に示す。ここでは、説明のために使用するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各方向が図８に示す関係にあるものとする。すなわち、図８では、Ｘ軸が紙面の左右方向、Ｙ軸が紙面に対して法線方向、Ｚ軸が紙面の上下方向にあるものとする。

【0078】

図８は、第１液晶セル１０と第２液晶セル２０が積層された状態を示し、それぞれの液晶セルの第１基板Ｓ１１、Ｓ２１、第２基板Ｓ１２、Ｓ２２、第１帯状電極Ｅ１１Ａ、Ｅ２１Ａ、第２帯状電極Ｅ１１Ｂ、Ｅ２１Ｂ、第１配向膜ＡＬ１１、ＡＬ２１、第２配向膜ＡＬ１２、ＡＬ２２、第１液晶層ＬＣ１、第２液晶層ＬＣ２を示す。ここで、第１液晶セル１０と第２液晶セル２０との間に設けられる第１透明接着層ＴＡ１は省略されている。

【0079】

なお、第１液晶セル１０の第１帯状電極Ｅ１１Ａ及び第２帯状電極Ｅ１１Ｂ、第２液晶セル２０の第１帯状電極Ｅ２１Ａ及び第２帯状電極Ｅ２１Ｂは、長手方向がＸ軸方向に配置されており、第１液晶セル１０の第３帯状電極Ｅ１２Ａ及び第４帯状電極Ｅ１２Ｂ、第２液晶セル２０の第３帯状電極Ｅ２２Ａ及び第４帯状電極Ｅ２２Ｂは、長手方向がＹ軸方向に配向されているものとする。また、第１配向膜ＡＬ１１、ＡＬ２１の配向方向ＡＬＤ１がＹ軸方向と同じ方向であり、第２配向膜ＡＬ１２、ＡＬ２２の配向方向ＡＬＤ２がＸ軸方向と同じ方向であるものとする。したがって、配向膜によって配向方向が規制される第１液晶層ＬＣ１及び第２液晶層ＬＣ２の液晶分子は、第１基板Ｓ１１、Ｓ２１側で長軸がＹ軸方向を向いて配向しており、第２基板Ｓ１２、Ｓ２２側で長軸がＸ軸方向を向いて配向している。

【0080】

図８は、第１偏光成分ＰＬ１及び第２偏光成分ＰＬ２を含む光が第１液晶セル１０の側から入射して、第２液晶セル２０から出射されるまでの過程を模式的に示す。ここで、第１偏光成分ＰＬ１は偏光軸がＸ軸方向と同じ方向にあり、第２偏光成分ＰＬ２は偏光軸がＹ軸方向と同じ方向にある。別言すれば、第１偏光成分ＰＬ１の偏光軸は、第１配向膜ＡＬ１１、ＡＬ２１の配向方向ＡＬＤ１と直交する方向にあり、第２配向膜ＡＬ１２、ＡＬ２２の配向方向ＡＬＤ２と平行な方向にあり、第２偏光成分ＰＬ２の偏光軸は、第１配向膜ＡＬ１１、ＡＬ２１の配向方向ＡＬＤ１と平行な方向にあり、第２配向膜ＡＬ１２、ＡＬ２２の配向方向ＡＬＤ２と直交する方向にある。

【0081】

図８は、第１液晶セル１０の第１帯状電極Ｅ１１Ａ及び第２帯状電極Ｅ１１Ｂ、が同じ電位を有しており（又は両帯状電極に同じ電圧が印加されており）、第３帯状電極Ｅ１２Ａ及び第４帯状電極Ｅ１２Ｂの一方にローレベルの電圧ＶＬが印加され他方にハイレベルの電圧ＶＨが印加された状態を示す。第２液晶セル２０も同様であり、第１帯状電極Ｅ２１Ａ及び第２帯状電極Ｅ２１Ｂ、が同じ電位を有しており（又は両帯状電極に同じ電圧が印加されており）、第３帯状電極Ｅ２２Ａ及び第４帯状電極Ｅ２２Ｂの一方にローレベルの電圧ＶＬが印加され他方にハイレベルの電圧ＶＨが印加された状態を示す。

【0082】

第１液晶セル１０の第３帯状電極Ｅ１２Ａ及び第４帯状電極Ｅ１２Ｂにより生成される電界の作用により、第１液晶層ＬＣ１の第２基板Ｓ１２側の液晶分子は垂直に立ち上がる領域、電界の分布に沿って斜めに配向する領域、初期配向状態が維持される領域等が形成される。同様に、第２液晶セル２０の第３帯状電極Ｅ２２Ａ及び第４帯状電極Ｅ２２Ｂにより生成される電界の作用により、第２液晶層ＬＣ２の第２基板Ｓ２２側の液晶分子は垂直に立ち上がる領域、電界の分布に沿って斜めに配向する領域、初期配向状態が維持される領域等が形成される。一方、第１液晶セル１０の第１基板Ｓ１１側の液晶分子、及び第２液晶セル２０の第１基板Ｓ２１側の液晶分子は初期配向の状態が維持されている。

【0083】

次に、このような状態の第１液晶セル１０及び第２液晶セル２０を第１偏光成分ＰＬ１及び第２偏光成分ＰＬ２が通過するときに、第１液晶層ＬＣ１及び第２液晶層ＬＣ２から受ける作用について説明する。

【0084】

第１液晶セル１０に入射した第１偏光成分ＰＬ１は、第１液晶層ＬＣ１により旋光されて偏光軸がＸ軸方向からＹ軸方向に変化する（第１偏光成分ＰＬ１が第２偏光成分ＰＬ２に変化するとも言える）。第１液晶層ＬＣ１は、第２基板Ｓ１２側で第３帯状電極Ｅ１２Ａと第４帯状電極Ｅ１２Ｂにより形成される横電界の影響を受けて、図７Ｃを参照して説明したように液晶分子の長軸が凸円弧状に配向している。しかし、第１偏光成分ＰＬ１から第２偏光成分ＰＬ２に旋光された偏光成分の偏光軸がＹ軸方向であるのに対し、第２基板Ｓ１２側の液晶分子の配向方向がＸ軸方向であるため、この偏光成分は拡散されずに第１液晶層ＬＣ１を透過する。

【0085】

第１液晶セル１０を透過することによって偏光軸が９０度旋光され、第２偏光成分ＰＬ２となった偏光成分は、第２液晶セル２０を透過するとき第２液晶層ＬＣ２の作用を受けて偏光軸の方向が再び９０度回転して第１偏光成分ＰＬ１となる。第２液晶セル２０では、第２液晶層ＬＣ２の第２基板Ｓ２２側の液晶分子の長軸が凸円弧状に配向している。第２液晶層ＬＣ２は、液晶分子の配向状態に応じた屈折率分布を有しているため、液晶分子の配向方向と同じ方向の偏光成分は、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。すなわち、第２偏光成分ＰＬ２から第１偏光成分ＰＬ１に旋光された偏光成分の偏光軸がＸ軸方向であり、第２基板Ｓ２２側の液晶分子の配向方向もＸ軸方向であるため、この偏光成分は第２液晶層ＬＣ２を透過するときＸ軸方向に拡散される。

【0086】

一方、第１液晶セル１０に入射した第２偏光成分ＰＬ２は、第１液晶層ＬＣ１により旋光されて偏光軸がＹ軸方向からＸ軸方向に変化する（第２偏光成分ＰＬ２が第１偏光成分ＰＬ１に変化するとも言える。）。第１液晶層ＬＣ１は、第２基板Ｓ１２側で第３帯状電極Ｅ１２Ａと第４帯状電極Ｅ１２Ｂにより形成される横電界の影響を受けて、液晶分子の長軸が凸円弧状に配向している。第１液晶層ＬＣ１は、液晶分子の配向状態に応じた屈折率分布を有しているため、液晶分子の配向方向と同じ方向の偏光成分は、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。すなわち、第２偏光成分ＰＬ２から第１偏光成分ＰＬ１に旋光された偏光成分の偏光軸と、第２基板Ｓ１２側の液晶分子の長軸の配向方向が同じＸ軸方向にあるため、この偏光成分は第１液晶層ＬＣ１を透過するとき第２基板Ｓ１２側でＸ軸方向に拡散される。

【0087】

第１液晶セル１０を透過することによって偏光軸が９０度旋光され、第２偏光成分ＰＬ２から第１偏光成分ＰＬ１に変化した偏光成分は、第２液晶セル２０を透過するとき第２液晶層ＬＣ２の作用を受けて偏光軸の方向が再び９０度回転して第２偏光成分ＰＬ２となる。第２液晶セル２０では、第２液晶層ＬＣ２の第２基板Ｓ２２側の液晶分子の長軸が凸円弧状に配向している。第２液晶層ＬＣ２によって第１偏光成分ＰＬ１から第２偏光成分ＰＬ２に旋光された偏光成分の偏光軸がＹ軸方向であり、第２基板Ｓ２２側の液晶分子の配向方向がＸ軸方向であるため、この偏光成分は第２液晶層ＬＣ２を拡散されないで透過する。

【0088】

このように、第１偏光成分ＰＬ１は、第１液晶セル１０及び第２液晶セル２０を透過するとき２回旋光され、第２基板Ｓ２２側で１回Ｘ軸方向に拡散される。第２偏光成分ＰＬ２は、第１液晶セル１０及び第２液晶セル２０を透過するとき２回旋光され、第２基板Ｓ１２側で１回Ｘ軸方向に拡散される。別言すれば、第１偏光成分ＰＬ１及び第２偏光成分ＰＬ２は第１基板Ｓ１１、Ｓ２１側では拡散されず、液晶層で旋光された後、第２基板Ｓ１２又は第２基板Ｓ２２側でＸ軸方向に拡散される。

【0089】

このように、それぞれの偏光成分が液晶層で旋光されてから拡散されることで、旋光時の光のロスを低減することができる。別言すれば、それぞれの偏光成分を旋光する前に拡散しないようにすることで、拡散しながらの旋光を無くすことができ、旋光時の光のロスを低減し、配光パターンの形状の乱れを抑制することができる。

【0090】

以上から明らかなように、同じ構造を有する２つの液晶セルを積層させ、この２つの液晶セルを通過する光の偏光方向を２度にわたって変化させ、その結果、入射前と出射後での偏光方向が変わらない状態とすることができる。一方、それぞれの液晶セルの第２基板側（光入射側とは反対側）に凸円弧状の屈折率分布を形成することにより、透過する光を拡散することができる。具体的には、第１液晶セル１０により、第２偏光成分ＰＬ２の光を旋光させた後Ｘ軸方向に拡散させ、第２液晶セル２０により、第１偏光成分ＰＬ１の光を旋光させた後Ｘ軸方向に拡散させることができる。すなわち、第１液晶セル１０及び第２液晶セル２０を積層させ、各液晶セルの第２基板側（光入射側とは反対側）の液晶層に屈折率分布を形成することにより、光の偏光状態を変えることなく光を拡散することができる。

【0091】

以上のように、同一構造を有する２つの液晶セルを積層させることにより、入射光の偏光方向を２回変化させ、２つの液晶セルを通過する前後で偏光方向が変わらないようにすることができる。一方、液晶層の光入射側とは反対側となる基板上に横電界を作用させ屈折率分布を形成することで、通過する光を特定の方向に屈折させることができる。より具体的には、第１液晶セル１０が第２偏光成分ＰＬ２の光を旋光させた後Ｘ軸方向に拡散させ、第２液晶セル２０が第１偏光成分ＰＬ１の光を旋光させた後Ｘ軸方向に拡散させることができる。

【0092】

このように、第１液晶層ＬＣ１及び第２液晶層ＬＣ２を通過する入射光は、第１偏光成分ＰＬ１が第２液晶層ＬＣ２で拡散され、第２偏光成分ＰＬ２が第１液晶層ＬＣ１で拡散される。また、第１液晶層ＬＣ１及び第２液晶層ＬＣ２を通過する入射光は、第１液晶層ＬＣ１及び第２液晶層ＬＣ２でそれぞれ９０度旋光される。別言すれば、第１偏光成分ＰＬ１及び第２偏光成分ＰＬ２を含む入射光は、第１液晶セル１０で第２偏光成分ＰＬ２が拡散され、第２液晶セル２０で第１偏光成分ＰＬ１が拡散される。すなわち、第１液晶セル１０と第２液晶セル２０を重ねることで、特定の偏光成分の拡散を個別に制御することができ、光源から放射される光の配光を制御することができる。

【0093】

なお、図３は、第１液晶セル１０に関して、第１電極Ｅ１１と第２電極Ｅ１２が同じ構成の帯状電極を有する例を示すが、第１電極Ｅ１１の構成はこの例に限定されない。例えば、図９に示すように、第１電極Ｅ１１が第１液晶層ＬＣ１の略全面に対応する平板状の電極（ベタ電極）で形成されていてもよい。第２液晶セル２０、第３液晶セル３０、及び第４液晶セル４０についても同様である。本実施形態に係る液晶光制御素子１０２は、光入射側に配置される第１電極によって凸円弧状の屈折率分布を形成しないため、第１電極が平板状の電極（ベタ電極）で形成されていても同様の作用効果を得ることができる。

【0094】

ところで、光は異なる媒質の境界面で屈折するが、屈折角は光の波長により変わることが知られている。屈折率分布が形成された液晶層に光が入射する場合、波長毎に屈折角が異なるため、光源の種類や照射する対象物との距離によっては、液晶光制御素子１０２に光を透過させることによって形成される配光パターンの周辺部分に色割れが視認されることがある。

【0095】

これに対し、本実施形態に係る液晶光制御素子１０２は、図３及び図９に示すように、４つの液晶セルを光源の光路上で重ね合わせ、４つの液晶セルの内、少なくとも２つの液晶セルを他の液晶セルに対して９０度回転させて配置することにより色割れを抑制している。すなわち、本実施形態に係る液晶光制御素子１０２は、旋光時の光ロスを低減し配光パターンの乱れを抑制できるだけでなく、配光パターンの色割れを抑制することができる。

【0096】

以下に、本発明の一実施形態に係る液晶光制御素子１０２の構成と動作を、複数の実施形態に分けて詳細に説明する。

【0097】

第１実施形態：
図１０は、第１実施形態に係る液晶光制御素子１０２の各液晶セルにおける帯状電極の配置と、入射光の偏光状態及び拡散が各液晶セルによって制御される態様を示す。本実施形態において、第１液晶セル１０、第２液晶セル２０、第３液晶セル３０、及び第４液晶セル４０における各電極の配置は、図３に示す構造と同様である。

【0098】

液晶光制御素子１０２は、第１液晶セル１０及び第２液晶セル２０の液晶の配向方向が同じであり、第１電極Ｅ１１、Ｅ２１における帯状電極（Ｅ１１Ａ、Ｅ１１Ｂ、Ｅ２１Ａ、Ｅ２１Ｂ）の長手方向が同じ方向に向けられており、これらの電極に交差する第２電極Ｅ１２、Ｅ２２における帯状電極（Ｅ１２Ａ、Ｅ１２Ｂ、Ｅ２２Ａ、Ｅ２２Ｂ）の長手方向が同じ方向に向けられている。また、第３液晶セル３０及び第４液晶セル４０の液晶の配向方向が同じであり、第１電極Ｅ３１、Ｅ４１における帯状電極（Ｅ３１Ａ、Ｅ３１Ｂ、Ｅ４１Ａ、Ｅ４１Ｂ）の長手方向が同じ方向に向けられており、これらの電極に交差する第２電極Ｅ３２、Ｅ４２における帯状電極（Ｅ３２Ａ、Ｅ３２Ｂ、Ｅ４２Ａ、Ｅ４２Ｂ）の長手方向が同じ方向に向けられている。そして、第１液晶セル１０及び第２液晶セル２０における第２電極Ｅ１２、Ｅ２２の帯状電極（Ｅ１２Ａ、Ｅ１２Ｂ、Ｅ２２Ａ、Ｅ２２Ｂ）の長手方向と、第３液晶セル３０及び第４液晶セル４０における第２電極Ｅ３２、Ｅ４２の帯状電極（Ｅ３２Ａ、Ｅ３２Ｂ、Ｅ４２Ａ、Ｅ４２Ｂ）の長手方向とは９０の角度で交差している。

【0099】

また、各液晶セルの第１電極（Ｅ１１、Ｅ２１、Ｅ３１、Ｅ４１）と第２電極（Ｅ１２、Ｅ２２、Ｅ３２、Ｅ４２）とは互いの延在方向を直交させている。後述する図１３、図１４、及び図１５に示す実施形態についても同様である。なお、第１液晶セル１０及び第２液晶セル２０に対して、第３液晶セル３０及び第４液晶セル４０を９０度±１０度の範囲で回転させた状態で積層する構成も採用可能である。また、各液晶セルの第１電極（Ｅ１１、Ｅ２１、Ｅ３１、Ｅ４１）と第２電極（Ｅ１２、Ｅ２２、Ｅ３２、Ｅ４２）の延在方向を９０度±１０度の範囲で設定する構成も採用可能である。

【0100】

図１０は、第１液晶セル１０、第２液晶セル２０、第３液晶セル３０、及び第４液晶セル４０における電極の配置、配向膜による配向方向（矢印）、液晶分子の初期配向を示す。液晶層はポジ型の液晶で形成されており、各液晶セルに制御信号が入力されない初期状態では液晶の長軸方向が帯状電極と交差する方向（直交する方向）に配向している。すなわち、第１液晶セル１０、第２液晶セル２０、第３液晶セル３０，及び第４液晶セル４０の第１基板Ｓ１１、Ｓ２１、Ｓ３１、Ｓ４１側の配向膜（第１配向膜）の配向方向と、帯状のパターンを有する第１電極Ｅ１１、Ｅ２１、Ｅ３１、Ｅ４１の長手方向が交差するように配置され、第２基板Ｓ１２、Ｓ２２、Ｓ３２、Ｓ４２側の配向膜（第２配向膜）の配向方向と、帯状のパターンを有する第２電極Ｅ１２、Ｅ２２、Ｅ３２、Ｅ４２の長手方向が交差するように配置されている。

【0101】

図１０に示す配置に従えば、第１液晶セル１０及び第２液晶セル２０の第１基板Ｓ１１、Ｓ２１側の配向膜（図示されず）の配向方向がＸ軸方向に平行な方向に向いており、第２基板Ｓ１２、Ｓ２２側の配向膜（図示されず）の配向方向がＹ軸方向と平行な方向に向いている。したがって、第１液晶セル１０及び第２液晶セル２０の第１電極Ｅ１１、Ｅ２１の帯状のパターンの長手方向がＹ軸方向と平行な方向に向けられており、第２電極Ｅ１２、Ｅ２２の帯状のパターンの長手方向がＸ軸方向と平行な方向に向けられている。また、第３液晶セル３０及び第４液晶セル４０の第１基板Ｓ３１、Ｓ４１側の配向膜（図示されず）の配向方向がＹ軸方向に平行な方向に向いており、第２基板Ｓ３２、Ｓ４２側の配向膜（図示されず）の配向方向がＸ軸方向と平行な方向に向いている。したがって、第３液晶セル３０及び第４液晶セル４０の第１電極Ｅ３１、Ｅ４１の帯状のパターンの長手方向がＸ軸方向と平行な方向に向けられており、第２電極Ｅ３２、Ｅ４２の帯状のパターンの長手方向がＹ軸方向と平行な方向に向けられている。なお、配向膜の配向方向は、本実施形態においては、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の定義に従えば帯状のパターンを有する電極の延在方向に対し９０度の方向で設定されるが、９０±１０度の方向についても設定可能である。

【0102】

以下の説明において、第１偏光成分ＰＬ１の偏光方向と同じ方向をＹ軸方向、第２偏光成分ＰＬ２の偏光方向と同じ方向をＸ軸方向とする。また、図１０の表中に示される（拡散光１Ｘ）とは、当該位置に至るまでに偏光成分がＸ軸方向に１度拡散したことを示し、（拡散光１Ｘ１Ｙ）とは、当該位置に至るまでに偏光成分がＸ軸方向に１度拡散し、且つ、Ｙ軸方向にも１度拡散したことを示す。図１２乃至図１５についても同様である。

【0103】

図１０は、横電界を形成している電極をハッチングで示す。また、図１０には表が挿入されており、第１偏光成分ＰＬ１及び第２偏光成分ＰＬ２を含む光が各液晶セルの第１電極、液晶層、第２電極を通過するときのそれぞれの偏光成分の状態を、透過、旋光、拡散という用語によって示す。ここで「透過」とは偏光成分が拡散や旋光等されることなくそのまま通過することを示す。また、「旋光」とは、偏光成分がその偏光方向を９０度遷移させたことを示す。また、「拡散」とは、当該偏光成分が液晶分子の屈折率分布の影響を受けて拡散していることを示す。したがって、図表中、例えば第１電極にて「透過」とあるのは、液晶層の第１電極近傍にて上記「透過」の現象が生じていることを示す。また、液晶層にて「旋光」とあるのは、偏光成分が液晶層を第１基板側から第２基板側に向かう過程で偏光方向を９０度遷移させていることを示す。

【0104】

液晶光制御素子１０２は、光入射側から、第１液晶セル１０、第２液晶セル２０、第３液晶セル３０、第４液晶セル４０がこの順番に配置されている。液晶光制御素子１０２に入射する光は、第１偏光成分ＰＬ１及び第１偏光成分ＰＬ１に直交する第２偏光成分ＰＬ２を含む。

【0105】

図１０に示すように、第１液晶セル１０の第２電極Ｅ１２と第２液晶セル２０の第２電極Ｅ２２は長手方向が同じ方向に配置されており、第１偏光成分ＰＬ１をＹ軸方向に拡散することができる。また、第３液晶セル３０の第２電極Ｅ３２と第４液晶セル４０の第２電極Ｅ４２は長手方向が同じ方向に配置されており、第２偏光成分ＰＬ２をＸ軸方向に拡散することができる。

【0106】

液晶光制御素子１０２が入射光の偏光状態及び拡散状態を制御するために、各液晶セルに制御信号が入力される。図１１は各液晶セルの電極に印加される制御信号の波形の一例を示す。各液晶セルには、図１１に示す制御信号Ａ、制御信号Ｂ、制御信号Ｅのいずれかの信号が入力される。制御信号Ａ、Ｂにおいて、ＶＬ１はローレベルの電圧、ＶＨ１はハイレベルの電圧を意味する。例えば、ＶＬ１は０Ｖ又は－１５Ｖの電圧であり、ＶＨ１は（０Ｖに対して）３０Ｖ又は（－１５Ｖに対して）１５Ｖである。制御信号Ａと制御信号Ｂは同期しており、制御信号ＡがＶＬ１のレベルにあるとき制御信号ＢはＶＨ１のレベルにあり、制御信号ＡがＶＨ１のレベルに変化すると制御信号ＢはＶＬ１のレベルに変化する。制御信号Ａ、Ｂの周期は１５～１００Ｈｚ程度である。一方、制御信号Ｅは一定電圧の信号であり、例えば、制御信号ＥはＶＬ１とＶＨ１の中間電圧であり、ＶＬ１＝０Ｖ、ＶＨ１＝３０Ｖの場合にはＶＥ＝１５Ｖであり、ＶＬ１＝－１５Ｖ、ＶＨ１＝＋１５Ｖの場合にはＶＥ＝０Ｖとなる。

【0107】

液晶光制御装置１００は、液晶光制御素子１０２の各液晶セルに印加する制御信号の選択により、光源部（１０６）から放射される光の配光パターンを様々に制御することができる。本実施形態は、液晶光制御素子１０２によって光源部（１０６）から放射される光を四角形状の配光パターンに制御する一例を示す。

【0108】

表１は、図１０に示す液晶光制御素子１０２の各液晶セルに印加される制御信号を示す。なお、表１に示す制御信号Ａ、Ｂ、Ｅは、図１１に示す制御信号に対応している。

【表1】

【0109】

図１０及び表１に示すように液晶光制御素子１０２の各液晶セルに制御信号が入力される。第１液晶セル１０の第１帯状電極Ｅ１１Ａ及び第２帯状電極Ｅ１１Ｂに制御信号Ｅが入力され、第３帯状電極Ｅ１２Ａに制御信号Ａが入力され、第４帯状電極Ｅ１２Ｂに制御信号Ｂが入力される。表１に示すように、第２液晶セル２０、第３液晶セル３０、及び第４液晶セル４０についても、第１液晶セル１０と同様に制御信号Ａ、Ｂ、Ｅが入力される。すなわち、図１０に示す液晶光制御素子１０２は、各液晶セルの第１電極に制御信号Ｅが印加され、第２電極に制御信号Ａ、Ｂが印加され、第２基板側でのみ横電界が発生している。

【0110】

液晶光制御素子１０２の動作時には、各液晶セルの各帯状電極に表１に示す制御信号が入力される。第１液晶セル１０、第２液晶セル２０、第３液晶セル３０、及び第４液晶セル４０に対し、表１に示す制御信号が入力されると、各液晶セルは図７Ｃに示すように第２基板側の液晶分子が横電界の影響を受けて配向状態が変化する。

【0111】

図１０において第１偏光成分ＰＬ１に着目すると、第１液晶セル１０に入射する第１偏光成分ＰＬ１の偏光軸の方向は、第１液晶層ＬＣ１の第１基板Ｓ１１側の液晶分子の長軸方向に対し交差する方向（直交する方向）にある。第１電極Ｅ１１は横電界を発生させていないため、第１偏光成分ＰＬ１は拡散されずそのまま第２基板Ｓ１２側に向かう。また、第１偏光成分ＰＬ１は、第１液晶層ＬＣ１を第１基板Ｓ１１側から第２基板Ｓ１２側に向かう過程で液晶分子のねじれ配向に従って９０度旋光される。これにより、第１偏光成分ＰＬ１は第２偏光成分ＰＬ２に遷移する。第２基板Ｓ１２側では、第２電極Ｅ１２が横電界を発生させているが、第２偏光成分ＰＬ２の偏光軸の方向は第２基板Ｓ１２側の液晶分子の長軸方向と交差する方向にある。このため、第２基板Ｓ１２側の液晶分子が第２電極Ｅ１２によって生じる電界によって屈折率分布を変化させているものの、第２偏光成分ＰＬ２はその影響を受けずそのまま透過する。すなわち、第１偏光成分ＰＬ１は、第１液晶セル１０を通過する過程で第２偏光成分ＰＬ２に遷移する一方、拡散等はされないで第２基板Ｓ１２側から出射される。

【0112】

そして、第１液晶セル１０から出射された第２偏光成分ＰＬ２が第２液晶セル２０に入射する。当該第２偏光成分ＰＬ２は、その偏光軸の方向が第２液晶層ＬＣ２の第１基板Ｓ２１側の液晶分子の長軸方向と平行な方向にある。しかし、第１電極Ｅ２１は横電界を発生させていないため、第２偏光成分ＰＬ２は拡散されずそのまま第２基板Ｓ２２側に向かう。また、第２偏光成分ＰＬ２は、第２液晶層ＬＣ２を第１基板Ｓ２１側から第２基板Ｓ２２側に向かう過程で液晶分子のねじれ配向に従って９０度旋光される。これにより、第２偏光成分ＰＬ２は第１偏光成分ＰＬ１に遷移する。ここで、第１偏光成分ＰＬ１の偏光軸は第２基板Ｓ２２側の液晶分子の長軸方向と平行な方向にある。第２基板Ｓ２２側の液晶分子は第２電極Ｅ２２によって生じる横電界によって屈折率分布を変化させているため、当該第１偏光成分ＰＬ１はＹ軸方向に拡散され、その後、第２液晶セル２０から出射される。すなわち、第２液晶セル２０に入射した第２偏光成分ＰＬ２は、当該第２液晶セル２０を通過する過程で第１偏光成分ＰＬ１に遷移してＹ軸方向に拡散する。

【0113】

このように、入射光の内、第１偏光成分ＰＬ１は第１液晶セル１０に入射し第２液晶セル２０から出射されるまでに、第２偏光成分ＰＬ２に一度遷移してから再び第１偏光成分ＰＬ１に遷移し、且つ、第２液晶セル２０にてＹ軸方向に１回拡散される。

【0114】

第３液晶セル３０は、第１電極Ｅ３１の長手方向が第１液晶セル１０の第１電極Ｅ１１及び第２液晶セル２０の第１電極Ｅ２１と９０度の角度で交差し、第２電極Ｅ３２の長手方向が第１液晶セル１０の第２電極Ｅ１２及び第２液晶セル２０の第２電極Ｅ２２と９０度の角度で交差している。また、第４液晶セル４０も同様に、第１電極Ｅ４１の長手方向が第１液晶セル１０の第１電極Ｅ１１及び第２液晶セル２０の第１電極Ｅ２１と９０度の角度で交差し、第２電極Ｅ４２の長手方向が第１液晶セル１０の第２電極Ｅ１２及び第２液晶セル２０の第２電極Ｅ２２と９０度の角度で交差している。したがって、これら第３液晶セルと第４液晶セルにおいては、各偏光成分に対して、第１液晶セル１０及び第２液晶セル２０で生じた現象が逆転する。なお、当該交差角度は９０±１０度の範囲で設定可能である。

【0115】

第２液晶セル２０を通過しＹ軸方向に１回拡散された第１偏光成分ＰＬ１（拡散光１Ｙ）が第３液晶セル３０に入射すると、当該第１偏光成分ＰＬ１（拡散光１Ｙ）は、その偏光軸の方向が第３液晶層ＬＣ３の第１基板Ｓ３１側の液晶分子の長軸方向と平行な方向となる。しかし、第１電極Ｅ３１は横電界を発生させていないため、第３液晶セル３０に入射した第１偏光成分ＰＬ１（拡散光１Ｙ）は拡散されず、第３液晶層ＬＣ３を第１基板Ｓ３１側から第２基板Ｓ３２側に向かう過程で液晶分子のねじれ配向に従って９０度旋光される。これにより、第１偏光成分ＰＬ１（拡散光１Ｙ）は第２偏光成分ＰＬ２（拡散光１Ｙ）に遷移する。ここで、第２偏光成分ＰＬ２（拡散光１Ｙ）の偏光軸は第２基板Ｓ３２側の液晶分子の長軸方向と平行な方向にある。第２基板Ｓ３２側の液晶分子は第２電極Ｅ３２によって生じる横電界によって屈折率分布を変化させているため、当該第２偏光成分ＰＬ２（拡散光１Ｙ）はＸ軸方向に拡散され、その後、第３液晶セル３０から出射される。すなわち、第３液晶セル３０に入射した第１偏光成分ＰＬ１（拡散光１Ｙ）は、当該第３液晶セル３０を通過する過程で第２偏光成分ＰＬ２に遷移してＸ軸方向に拡散する（拡散光１Ｘ１Ｙ）。

【0116】

第３液晶セル３０から出射され、第４液晶セル４０に入射した第２偏光成分ＰＬ２（拡散光１Ｘ１Ｙ）の偏光軸の方向は、第４液晶層ＬＣ４の第１基板Ｓ４１側の液晶分子の長軸方向に対し交差する方向にある。しかし、第１電極Ｅ４１は横電界を発生させていないため、第４液晶セル４０に入射した第２偏光成分ＰＬ２（拡散光１Ｘ１Ｙ）は拡散されず、第４液晶層ＬＣ４を第１基板Ｓ４１側から第２基板Ｓ４２側に向かう過程で液晶分子のねじれ配向に従って９０度旋光される。これにより、第２偏光成分ＰＬ２（拡散光１Ｘ１Ｙ）は第１偏光成分ＰＬ１（拡散光１Ｘ１Ｙ）に遷移する。また、第１偏光成分ＰＬ１（拡散光１Ｘ１Ｙ）の偏光軸の方向は第２基板Ｓ４２側の液晶分子の長軸方向と交差する方向にある。このため、第２基板Ｓ４２側の液晶分子が第２電極Ｅ４２によって生じる横電界によって屈折率分布を変化させているものの、第１偏光成分ＰＬ１（拡散光１Ｘ１Ｙ）はその影響を受けず、そのまま透過する。すなわち、第２偏光成分ＰＬ２（拡散光１Ｘ１Ｙ）は、第４液晶セル４０を通過する過程で第１偏光成分ＰＬ１（拡散光１Ｘ１Ｙ）に遷移する一方、拡散等はされないで第４液晶セル４０から出射される。

【0117】

このように、第３液晶セル３０に入射する第１偏光成分ＰＬ１（拡散光１Ｙ）は、第４液晶セル４０から出射されるまでに、第３液晶層ＬＣ３及び第４液晶層ＬＣ４でそれぞれ９０度旋光され、かつ第３液晶セル３０でＸ軸方向に拡散され、第１偏光成分ＰＬ１（拡散光１Ｘ１Ｙ）として第４液晶セル４０から出射される。

【0118】

したがって、光源から出射される第１偏光成分ＰＬ１は、第１液晶セル１０に入射して第４液晶セル４０から出射されるまでの間に、偏光軸が９０度の角度で４回旋光され、Ｘ軸方向に１回及びＹ軸方向に１回拡散される。

【0119】

一方、第１液晶セル１０に入射する第２偏光成分ＰＬ２の偏光成分は、その偏光軸の方向が第１液晶層ＬＣ１の第１基板Ｓ１１側の液晶分子の長軸方向に対し平行な方向である。しかし、第１電極Ｅ１１は横電界を発生させていないため、第２偏光成分ＰＬ２は拡散されずそのまま第２基板Ｓ１２側に向かう。また、第２偏光成分ＰＬ２は、第１液晶層ＬＣ１を第１基板Ｓ１１側から第２基板Ｓ１２側に向かう過程で液晶分子のねじれ配向に従って９０度旋光される。これにより、第２偏光成分ＰＬ２は第１偏光成分ＰＬ１に遷移する。第１偏光成分ＰＬ１の偏光軸の方向は第２基板Ｓ１２側の液晶分子の長軸方向と平行な方向にある。第２基板Ｓ１２側の液晶分子が第２電極Ｅ１２によって生じる電界によって屈折率分布を変化させているので、第１液晶層ＬＣ１によって遷移された第１偏光成分ＰＬ１は、第２基板Ｓ１２側の液晶分子により形成される屈折率分布によりＹ軸方向に拡散される。すなわち、第１液晶セル１０に入射した第２偏光成分ＰＬ２は、第１液晶セル１０を通過する過程で第１偏光成分ＰＬ１に遷移してＹ方向に拡散する（拡散光１Ｙ）。

【0120】

そして、第１液晶セル１０から出射された第１偏光成分ＰＬ１（拡散光１Ｙ）は、第２液晶セル２０に入射する。第２液晶セル２０に入射する第１偏光成分ＰＬ１（拡散光１Ｙ）の偏光軸の方向は、第２液晶層ＬＣ２の第１基板Ｓ２１側の液晶分子の長軸方向に対し交差する方向（直交する方向）にある。しかし、第１電極Ｅ２１は横電界を発生させていないため、第１偏光成分ＰＬ１（拡散光１Ｙ）は拡散されずそのまま第２基板Ｓ２２側に向かう。また、第１偏光成分ＰＬ１（拡散光１Ｙ）は、第２液晶層ＬＣ２を第１基板Ｓ２１側から第２基板Ｓ２２側に向かう過程で液晶分子のねじれ配向に従って９０度旋光される。これにより、第１偏光成分ＰＬ１（拡散光１Ｙ）は第２偏光成分ＰＬ２（拡散光１Ｙ）に遷移する。第２偏光成分ＰＬ２の偏光軸の方向は第２基板Ｓ２２側の液晶分子の長軸方向と交差する方向にある。このため、第２基板Ｓ２２側の液晶分子が第２電極Ｅ２２によって生じる電界によって屈折率分布を変化させているものの、第２偏光成分ＰＬ２（拡散光１Ｙ）はその影響を受けず、そのまま透過する。すなわち、第２液晶セル２０に入射した第１偏光成分ＰＬ１（拡散光１Ｙ）は、第２液晶セル２０を通過する過程で第２偏光成分ＰＬ２（拡散光１Ｙ）に遷移するものの、拡散されずに透過する。

【0121】

このように、入射光の内、第２偏光成分ＰＬ２は第１液晶セル１０に入射し第２液晶セル２０から出射されるまでに、第１偏光成分ＰＬ１に一度遷移してから再び第２偏光成分ＰＬ２に遷移し、且つ、第１液晶セル１０にてＹ軸方向に１回拡散される。

【0122】

第１液晶セル１０及び第２液晶セル２０でそれぞれ９０度旋光され、かつ第１液晶セル１０でＹ軸方向に１回拡散された第２偏光成分ＰＬ２（拡散光１Ｙ）が第３液晶セル３０に入射する。第３液晶セル３０に入射する第２偏光成分ＰＬ２（拡散光１Ｙ）の偏光方向は、第３液晶層ＬＣ３の第１基板Ｓ３１側の液晶分子の長軸方向に対し交差する方向（直交する方向）にある。第１電極Ｅ３１は横電界を発生させていないため、第３液晶セル３０に入射した第２偏光成分ＰＬ２（拡散光１Ｙ）は拡散されず、第３液晶層ＬＣ３を第１基板Ｓ３１側から第２基板Ｓ３２側に向かう過程で液晶分子のねじれ配向に従って９０度旋光される。これにより、第２偏光成分ＰＬ２（拡散光１Ｙ）は第１偏光成分ＰＬ１（拡散光１Ｙ）に遷移する。また、第１偏光成分ＰＬ１（拡散光１Ｙ）の偏光方向は第２基板Ｓ３２側の液晶分子の長軸方向と交差する方向にある。このため、第２基板Ｓ３２側の液晶分子が第２電極Ｅ３２によって生じる電界によって屈折率分布を変化させているものの、第１偏光成分ＰＬ１（拡散光１Ｙ）はその影響を受けず、そのまま透過する。すなわち、第３液晶セル３０に入射した第２偏光成分ＰＬ２（拡散光１Ｙ）は、第３液晶セル３０を通過する過程で第１偏光成分ＰＬ１（拡散光１Ｙ）に遷移するものの、拡散されずに透過する。

【0123】

第３液晶セル３０を通過し、Ｙ方向に１回拡散され、第１液晶セル１０、第２液晶セル２０、第３液晶セル３０でそれぞれ９０度旋光された第１偏光成分ＰＬ１（拡散光１Ｙ）が第４液晶セル４０に入射すると、当該第１偏光成分ＰＬ１（拡散光１Ｙ）は、その偏光方向が第４液晶層ＬＣ４の第１基板Ｓ４１側の液晶分子の長軸方向と平行な方向となっている。しかし、第１電極Ｅ４１は横電界を発生させていないため、第４液晶セル４０に入射した第１偏光成分ＰＬ１（拡散光１Ｙ）は拡散されず、第４液晶層ＬＣ４を第１基板Ｓ４１側から第２基板Ｓ４２側に向かう過程で液晶分子のねじれ配向に従って９０度旋光される。これにより、第１偏光成分ＰＬ１（拡散光１Ｙ）は再び第２偏光成分ＰＬ２（拡散光１Ｙ）に遷移する。この第２偏光成分ＰＬ２（拡散光１Ｙ）の偏光方向は第２基板Ｓ４２側の液晶分子の長軸方向と平行である。ここで、第２基板Ｓ４２側の液晶分子は第２電極Ｅ４２によって生じる横電界によって屈折率分布を変化させているため、この第２偏光成分ＰＬ２（拡散光１Ｙ）は当該液晶分子の屈折率分布の影響を受けてＸ軸方向に拡散されて第４液晶セル４０から第２偏光成分（拡散光１Ｘ１Ｙ）として出射される。

【0124】

このように、第３液晶セル３０に入射する第２偏光成分ＰＬ２（拡散光１Ｙ）は、第４液晶セル４０から出射されるまでに、第１偏光成分ＰＬ１（拡散光１Ｙ）に一度遷移してから再び第２偏光成分ＰＬ２（拡散光１Ｙ）に遷移し、且つ、第４液晶セル４０にてＸ軸方向１回拡散され、第２偏光成分ＰＬ２（拡散光１Ｘ１Ｙ）として出射される。

【0125】

したがって、光源から出射される第２偏光成分ＰＬ２は、第１液晶セル１０に入射して第４液晶セル４０から出射されるまでの間に、偏光軸が９０度の角度で４回旋光され、Ｘ軸方向に１回及びＹ軸方向に１回拡散される。

【0126】

図１０に示す液晶光制御素子１０２の動作によれば、光源部１０６から出射された光の第１偏光成分ＰＬ１がＸ軸方向に１回及びＹ軸方向に１回拡散され、第２偏光成分ＰＬ２がＸ軸方向に１回及びＹ軸方向に１回拡散されることにより、四角形状の配光パターンが成形される。第１偏光成分ＰＬ１及び第２偏光成分ＰＬ２は、いずれも液晶層で旋光された後にＸ軸方向及びＹ軸方向に拡散されるので、旋光時の光のロスを低減することができる。別言すれば、第１偏光成分ＰＬ１及び第２偏光成分ＰＬ２を最初に旋光する前に拡散しないようにすることで、かかる過程における拡散しながらの旋光を無くすことができ、旋光時の光のロスを低減することができる。これにより、液晶光制御素子１０２によって光源の配光パターンを制御するとき、配光パターンの形状の乱れを抑制することができる。

【0127】

また、図１０に示す構成の液晶光制御素子１０２によれば、異なる液晶セルに設けられ、かつ液晶層を挟んで光入射側とは反対側に配置される電極によって、一つの偏光成分をＸ軸方向及びＹ軸方向に拡散させることで、色割れを防止することができる。

【0128】

図１０に示す液晶光制御素子１０２の動作モードは、各液晶セルの第１電極で横電界を発生させないため、図９及び図１２に示す構成の液晶光制御素子によっても同様に四角形状の配光パターンを形成することができる。図９及び図１２は、各液晶セルの第１電極が平板状の電極（ベタ電極）で形成されている場合の例を示す。図９及び図１２において、各液晶セルの液晶分子の配向方向、第２電極（Ｅ１２、Ｅ２２、Ｅ３２、Ｅ４２）の配置、及び第２電極に印加される制御信号は、図１０に示す例と同じである（図１２参照）。

【0129】

図１２に挿入された表に示されるように、第１液晶セル１０、第２液晶セル２０、第３液晶セル３０、及び第４液晶セル４０を透過する第１偏光成分ＰＬ１及び第２偏光成分ＰＬ２の遷移は、図１０に示す実施形態と同一であり詳細な説明は省略する。図１２に示すように第１電極を平板状の電極（ベタ電極）に置き換えたとしても、光源部（１０６）から出射された光の第１偏光成分ＰＬ１をＸ軸方向に１回及びＹ軸方向に１回拡散し、第２偏光成分ＰＬ２をＸ軸方向に１回及びＹ軸方向に１回拡散することができ、四角形状の配光パターンを形成することができる。

【0130】

第２実施形態：
本実施形態は、光源部から放射される光を十字形状に配光することのできる液晶光制御素子１０２の構成と動作の一例を示す。図１３は、本実施形態に係る液晶光制御素子１０２の各液晶セルにおける帯状電極の配置と、入射光の偏光状態及び拡散が各液晶セルによって制御される態様を示す。図１３に示す第１液晶セル１０、第２液晶セル２０、第３液晶セル３０、及び第４液晶セル４０における帯状電極の配置は第１実施形態と同様である。

【0131】

表２は、図１３に示す液晶光制御素子１０２において、各液晶セルに印加される制御信号を示す。なお、表２に示す制御信号Ａ、Ｂ、Ｅは、図１１に示す制御信号に対応するものである。

【表2】

【0132】

図１３及び表２に示すように液晶光制御素子１０２の各液晶セルに制御信号が入力される。第１液晶セル１０の第１帯状電極Ｅ１１Ａ及び第２帯状電極Ｅ１１Ｂに制御信号Ｅが入力され、第３帯状電極Ｅ１２Ａに制御信号Ａが入力され、第４帯状電極Ｅ１２Ｂに制御信号Ｂが入力される。表２に示すように第３液晶セル３０も第１液晶セル１０と同様に制御信号が入力される。但し、第３液晶セル３０は、帯状電極の長手方向の向き、配向膜の配向方向及び液晶分子の長軸方向の配向が第１液晶セル１０と異なっている。第２液晶セル２０の第１帯状電極Ｅ２１Ａに制御信号Ａが入力され、第２帯状電極Ｅ２１Ｂに制御信号Ｂが入力され、第３帯状電極Ｅ２２Ａ及び第４帯状電極Ｅ２２Ｂに制御信号Ｅが入力される。表２に示すように第４液晶セル４０も第２液晶セル２０と同様に制御信号が入力される。但し、第４液晶セル４０は、帯状電極の長手方向の向き、配向膜の配向方向及び液晶分子の長軸方向の配向が第１液晶セル１０と異なっている。このように、図１３に示す液晶光制御素子１０２は、第１液晶セル１０及び第３液晶セル３０では第２基板Ｓ１２、Ｓ３２側で横電界が発生し、第２液晶セル２０及び第４液晶セル４０では第１基板Ｓ２１、Ｓ４１側で横電界が発生する構成を有している。

【0133】

液晶光制御素子１０２の動作時には、各液晶セルの各帯状電極に表２に示す制御信号が入力される。表２に示す制御信号が各液晶セルに入力されると、第１液晶セル１０及び第３液晶セル３０では第２基板Ｓ１２、Ｓ３２側に横電界が発生し、第２液晶セル２０及び第４液晶セル４０では第１基板Ｓ２１、Ｓ４１側に横電界が発生し、液晶分子が横電界の影響を受けて配向状態が変化する。

【0134】

図１３において第１偏光成分ＰＬ１に着目すると、第１偏光成分ＰＬ１は、第１実施形態と同様に第１液晶セル１０を通過する過程で第２偏光成分ＰＬ２に遷移し、拡散はされないで第２基板Ｓ１２側から出射される。

【0135】

そして、第１液晶セル１０から出射された第２偏光成分ＰＬ２が第２液晶セル２０に入射する。当該第２偏光成分ＰＬ２は、その偏光軸の方向が第２液晶層ＬＣ２の第１基板Ｓ２１側の液晶分子の長軸方向と平行な方向にある。第１基板Ｓ２１側の液晶分子は第１電極Ｅ２１によって生じる横電界によって屈折率分布を変化させているため、当該第２偏光成分ＰＬ２はＸ軸方向に拡散される。また、第２偏光成分ＰＬ２は、第２液晶層ＬＣ２を第１基板Ｓ２１側から第２基板Ｓ２２側に向かう過程で液晶分子のねじれ配向に従って９０度旋光される。これにより、Ｘ軸方向に拡散された第２偏光成分ＰＬ２（拡散光１Ｘ）は第１偏光成分ＰＬ１に遷移する。第２電極Ｅ２２は横電界を発生させていないため、第１偏光成分ＰＬ１（拡散光１Ｘ）は拡散されずそのまま第２基板Ｓ２２を透過して第２液晶セル２０から出射される。すなわち、第２液晶セル２０に入射した第２偏光成分ＰＬ２は、当該第２液晶セル２０を通過する過程でＸ軸方向に拡散され、第１偏光成分ＰＬ１（拡散光１Ｘ）に遷移して出射される。

【0136】

このように、入射光の内、第１偏光成分ＰＬ１は第１液晶セル１０に入射し第２液晶セル２０から出射されるまでに、第２偏光成分ＰＬ２に一度遷移してから再び第１偏光成分ＰＬ１に遷移し、且つ、第２液晶セル２０にてＸ軸方向に１回拡散される。

【0137】

第１実施形態と同様に、第３液晶セル３０は、第１電極Ｅ３１の長手方向が第１液晶セル１０の第１電極Ｅ１１及び第２液晶セル２０の第１電極Ｅ２１と９０度の角度で交差し、第２電極Ｅ３２の長手方向が第１液晶セル１０の第２電極Ｅ１２及び第２液晶セル２０の第２電極Ｅ２２と９０度の角度で交差している。また、第４液晶セル４０も同様に、第１電極Ｅ４１の長手方向が第１液晶セル１０の第１電極Ｅ１１及び第２液晶セル２０の第１電極Ｅ２１と９０度の角度で交差し、第２電極Ｅ４２の長手方向が第１液晶セル１０の第２電極Ｅ１２及び第２液晶セル２０の第２電極Ｅ２２と９０度の角度で交差している。したがって、第３液晶セル及び第４液晶セルにおいては、各偏光成分に対して、第１液晶セル１０及び第２液晶セル２０で生じた現象が逆転する。なお、当該交差角度は９０±１０度の範囲で設定可能である。

【0138】

第２液晶セル２０を通過しＸ軸方向に１回拡散された第１偏光成分ＰＬ１（拡散光１Ｘ）が第３液晶セル３０に入射すると、当該第１偏光成分ＰＬ１（拡散光１Ｘ）は、その偏光軸の方向が第３液晶層ＬＣ３の第１基板Ｓ３１側の液晶分子の長軸方向と平行な方向となる。しかし、第１電極Ｅ３１は横電界を発生させていないため、第３液晶セル３０に入射した第１偏光成分ＰＬ１（拡散光１Ｘ）は拡散されず、第３液晶層ＬＣ３を第１基板Ｓ３１側から第２基板Ｓ３２側に向かう過程で液晶分子のねじれ配向に従って９０度旋光される。これにより、第１偏光成分ＰＬ１（拡散光１Ｘ）は第２偏光成分ＰＬ２（拡散光１Ｘ）に遷移する。ここで、第２偏光成分ＰＬ２（拡散光１Ｘ）の偏光軸は第２基板Ｓ３２側の液晶分子の長軸方向と平行な方向にある。第２基板Ｓ３２側の液晶分子は第２電極Ｅ３２によって生じる横電界によって屈折率分布を変化させているため、当該第２偏光成分ＰＬ２（拡散光１Ｘ）はＸ軸方向に拡散され、その後、第３液晶セル３０から出射される。すなわち、第３液晶セル３０に入射した第１偏光成分ＰＬ１（拡散光１Ｘ）は、当該第３液晶セル３０を通過する過程で第２偏光成分ＰＬ２（拡散光１Ｘ）に遷移してさらにＸ軸方向に拡散する。

【0139】

第４液晶セル４０は第１電極Ｅ４１が横電界を発生させており、第１基板Ｓ４１側の液晶分子が第１電極Ｅ４１によって生じる横電界によって屈折率分布を変化させている。しかし、第４液晶セル４０に入射した第２偏光成分ＰＬ２（拡散光２Ｘ）の偏光軸の方向は、第４液晶層ＬＣ４の第１基板Ｓ４１側の液晶分子の長軸方向に対し交差する方向にあるため拡散されず、第４液晶層ＬＣ４を第１基板Ｓ４１側から第２基板Ｓ４２側に向かう過程で液晶分子のねじれ配向に従って９０度旋光される。これにより、第２偏光成分ＰＬ２（拡散光２Ｘ）は第１偏光成分ＰＬ１（拡散光２Ｘ）に遷移する。第２電極Ｅ４２は横電界を発生させていないため、第１偏光成分ＰＬ１（拡散光２Ｘ）は拡散されずそのまま第２基板Ｓ４２を透過して第４液晶セル４０から出射される。すなわち、第４液晶セル４０に入射した第２偏光成分ＰＬ２（拡散光２Ｘ）は、当該第４液晶セル４０を通過する過程で拡散されず第１偏光成分ＰＬ１（拡散光２Ｘ）に遷移して出射される。

【0140】

このように、第３液晶セル３０に入射する第１偏光成分ＰＬ１（拡散光１Ｘ）は、第４液晶セル４０から出射されるまでに、第３液晶層ＬＣ３及び第４液晶層ＬＣ４でそれぞれ９０度旋光され、かつ第３液晶セル３０でＸ軸方向に拡散され、第１偏光成分ＰＬ１（拡散光２Ｘ）として第４液晶セル４０から出射される。

【0141】

したがって、光源から出射される第１偏光成分ＰＬ１は、第１液晶セル１０に入射して第４液晶セル４０から出射されるまでの間に、偏光軸が９０度の角度で４回旋光され、Ｘ軸方向に２回拡散される。

【0142】

次に、図１３において第２偏光成分ＰＬ２に着目すると、第２偏光成分ＰＬ２は、第１実施形態と同様に第１液晶セル１０を通過する過程で第１偏光成分ＰＬ１に遷移し、第２基板Ｓ１２側でＹ軸方向に拡散されて第２基板Ｓ１２側から出射される。

【0143】

第２液晶セル２０は第１電極Ｅ２１が横電界を発生させており、第１基板Ｓ２１側の液晶分子が第１電極Ｅ２１によって生じる横電界によって屈折率分布を変化させている。しかし、第２液晶セル２０に入射する第１偏光成分ＰＬ１（拡散光１Ｙ）の偏光軸の方向は、第２液晶層ＬＣ２の第１基板Ｓ２１側の液晶分子の長軸方向に対し交差する方向（直交する方向）にあるため拡散されず、第２液晶層ＬＣ２を第１基板Ｓ２１側から第２基板Ｓ２２側に向かう過程で液晶分子のねじれ配向に従って９０度旋光される。これにより、第１偏光成分ＰＬ１（拡散光１Ｙ）は第２偏光成分ＰＬ２（拡散光１Ｙ）に遷移する。第２電極Ｅ２２は横電界を発生させていないため、第２偏光成分ＰＬ２（拡散光１Ｙ）は拡散されずそのまま第２基板Ｓ２２を透過して第２液晶セル２０から出射される。すなわち、第２液晶セル２０に入射した第１偏光成分ＰＬ１（拡散光１Ｙ）は、当該第２液晶セル２０を通過する過程で拡散されず第２偏光成分ＰＬ２（拡散光１Ｙ）に遷移して出射される。

【0144】

このように、入射光の内、第２偏光成分ＰＬ２は第１液晶セル１０に入射し第２液晶セル２０から出射されるまでに、第１偏光成分ＰＬ１に一度遷移してＹ軸方向に１回拡散され、第２液晶セル２０で再び第２偏光成分ＰＬ２（拡散光１Ｙ）に遷移する。

【0145】

【0146】

第３液晶セル３０を透過して、Ｙ軸方向に１回拡散され、第１液晶セル１０、第２液晶セル２０、第３液晶セル３０でそれぞれ９０度旋光された第１偏光成分ＰＬ１（拡散光１Ｙ）が第４液晶セル４０に入射すると、当該第１偏光成分ＰＬ１（拡散光１Ｙ）は、その偏光方向が第４液晶層ＬＣ４の第１基板Ｓ４１側の液晶分子の長軸方向と平行な方向となっている。第１基板Ｓ４１側の液晶分子は第１電極Ｅ４１によって生じる横電界によって屈折率分布を変化させているため、当該第１偏光成分ＰＬ１（拡散光１Ｙ）はＹ軸方向に拡散される。また、第１偏光成分ＰＬ１（拡散光１Ｙ）は、第４液晶層ＬＣ４を第１基板Ｓ４１側から第２基板Ｓ４２側に向かう過程で液晶分子のねじれ配向に従って９０度旋光される。これにより、Ｙ軸方向に拡散された第１偏光成分ＰＬ１（拡散光２Ｙ）は、第２偏光成分ＰＬ２（拡散光２Ｙ）に遷移して第４液晶セル４０から出射される。

【0147】

このように、第３液晶セル３０に入射する第２偏光成分ＰＬ２（拡散光１Ｙ）は、第４液晶セル４０から出射されるまでに、第１偏光成分ＰＬ１（拡散光１Ｙ）に一度遷移してから第４液晶セル４０にてＹ軸方向に１回拡散され、再び第２偏光成分ＰＬ２（拡散光２Ｙ）に遷移して出射される。

【0148】

したがって、光源から出射される第２偏光成分ＰＬ２は、第１液晶セル１０に入射して第４液晶セル４０から出射されるまでの間に、偏光軸が９０度の角度で４回旋光され、Ｙ軸方向に２回拡散される。

【0149】

図１３に示す液晶光制御素子１０２によれば、光源部１０６から出射された光の第１偏光成分ＰＬ１がＸ軸方向に２回拡散され、第２偏光成分ＰＬ２がＹ軸方向の２回拡散されることにより、十字形状の配光パターンが成形される。２つの偏光成分の内、第２偏光成分ＰＬ２は液晶層で旋光された後にＹ軸方向に拡散されるので、旋光時の光のロスを低減することができる。別言すれば、第２偏光成分ＰＬ２を旋光する前に拡散しないようにすることで、拡散しながらの旋光を無くすことができ、旋光時の光のロスを低減することができる。これにより、液晶光制御素子１０２によって光源の配光パターンを制御するとき、配光パターンの形状の乱れを抑制することができる。

【0150】

また、図１３に示す構成の液晶光制御素子１０２によれば、異なる液晶セルに設けられ、かつ液晶層を挟んで光入射側とは反対側に配置される電極によって、一つの偏光成分をＸ軸方向又はＹ軸方向に拡散させることで、色割れを防止することができる。

【0151】

第３実施形態：
本実施形態は、液晶光制御素子１０２の第３の構成例を示す。図１４は、本実施形態に係る液晶光制御素子１０２の各液晶セルにおける帯状電極の配置を示す。図１４に示す第１液晶セル１０、第２液晶セル２０、第３液晶セル３０、及び第４液晶セル４０における帯状電極の配置は第１実施形態と同様であるが、第２液晶セル２０の第２液晶層ＬＣ２Ｎ及び第４液晶セル４０の第４液晶層ＬＣ４Ｎにネガ型液晶が用いられている点で相違する。

【0152】

複数の液晶セルのうち、少なくとも１つの液晶セルにネガ型液晶を用い、他の液晶セルにポジ型液晶を用いることによっても、光源部から放射される光の配光パターンを制御することができる。なお、本実施形態において、第１液晶セル１０の第１電極Ｅ１１、第２液晶セル２０の第１電極Ｅ２１、第３液晶セル３０の第１電極Ｅ３１、及び第４液晶セル４０の第１電極Ｅ４１は、第１実施形態において図１２に示す平板状の電極（ベタ電極）に置き換えることができる。

【0153】

第４実施形態：
本実施形態は、液晶光制御素子１０２の第４の構成例を示す。図１５は、本実施形態に係る液晶光制御素子１０２の各液晶セルにおける帯状電極の配置を示す。図１５に示す第１液晶セル１０、第２液晶セル２０、第３液晶セル３０、及び第４液晶セル４０における帯状電極の配置は第１実施形態と同様であるが、第２液晶セル２０の配向膜（図示されず）の配向方向及び第４液晶セル４０の配向膜（図示されず）の配向方向が、第１液晶セル１０及び第３液晶セル３０と異なっている。すなわち、第１液晶セル１０及び第３液晶セル３０の配向膜（図示されず）の配向方向が帯状電極の長手方向に交差する方向であるのに対し、第２液晶セル２０及び第４液晶セル４０の配向膜（図示されず）の配向膜の配向方向は帯状電極の長手方向と同じ方向に向けられている。すなわち、図１５に模式的に示すように、第１液晶セル１０及び第３液晶セル３０の液晶層の液晶分子の長軸が第１電極Ｅ１１、Ｅ３１及び第２電極Ｅ１２、Ｅ３２の長手方向と交差する方向に配向しているのに対し、第２液晶セル２０及び第４液晶セル４０の液晶層の液晶分子の長軸は、第１電極Ｅ２１、Ｅ４１及び第２電極Ｅ２２、Ｅ４２の長手方向と平行な方向に配向している点で第１実施形態と相違する。

【0154】

図１５に示す配置に従えば、第１液晶セル１０及び第４液晶セル４０の第１基板Ｓ１１、Ｓ４１側の配向膜（図示されず）の配向方向がＸ軸方向に平行な方向に向いており、第２基板Ｓ１２、Ｓ４２側の配向膜（図示されず）の配向方向がＹ軸方向と平行な方向に向いている。第１液晶セル１０の第１電極Ｅ１１の帯状のパターンの長手方向がＹ軸方向と平行な方向に向いており、第２電極Ｅ１２の帯状のパターンの長手方向がＸ軸方向と平行な方向に向いており、第４液晶セル４０の第１電極Ｅ４１の帯状のパターンの長手方向がＸ軸方向と平行な方向に向いており、第２電極Ｅ４２の帯状のパターンの長手方向がＹ軸方向と平行な方向に向いている。

【0155】

また、第２液晶セル２０及び第３液晶セル３０の第１基板Ｓ２１、Ｓ３１側の配向膜（図示されず）の配向方向がＹ軸方向に平行な方向に向いており、第２基板Ｓ２２、Ｓ３２側の配向膜（図示されず）の配向方向がＸ軸方向と平行な方向に向いている。そして、第２液晶セル２０の第１電極Ｅ２１の帯状のパターンの長手方向がＹ軸方向と平行な方向に向いており、第２電極Ｅ２２の帯状のパターンの長手方向がＸ軸方向と平行な方向に向いており、第３液晶セル３０の第１電極Ｅ３１の帯状のパターンの長手方向がＸ軸方向と平行な方向に向いており、第２電極Ｅ３２の帯状のパターンの長手方向がＹ軸方向と平行な方向に向いている。なお、配向膜の配向方向は、本実施形態においては、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の定義に従えば帯状のパターンを有する電極の延在方向に対し９０度の方向で設定されるが、９０±１０度の方向についても設定可能である。

【0156】

表３は、図１５に示す液晶光制御素子１０２において、各液晶セルに印加される制御信号の一例を示す。なお、表３に示す制御信号Ａ、Ｂ、Ｅは、図１１に示す制御信号に対応するものである。また、表３において配向方向が交差又は平行とあるのは上記の液晶分子の配向に対応するものである。

【表3】

【0157】

図１５及び表３に示すように、液晶光制御素子１０２の各液晶セルには第１実施形態と同様に制御信号が入力される。液晶光制御素子１０２の動作時には、各液晶セルの各帯状電極に表３に示す制御信号が入力される。

【0158】

なお、本実施形態において、第１液晶セル１０の第１電極Ｅ１１、第２液晶セル２０の第１電極Ｅ２１、第３液晶セル３０の第１電極Ｅ３１、及び第４液晶セル４０の第１電極Ｅ４１は、第１実施形態において図１２に示す平板状の電極（ベタ電極）に置き換えることができる。

【0159】

第５実施形態：
第１実施形態に示す液晶光制御素子１０２において、第１液晶セル１０の第１電極Ｅ１１のみを図９に示すような平板状の電極（ベタ電極）としてもよい。図１６は、第１実施形態に示す液晶光制御素子１０２の第１電極Ｅ１１を平板状電極Ｅ１１にした構成を示す。このような電極構成としても、第１実施形態に示す液晶光制御素子１０２と同様の動作をすることができる。なお、当該構成に限らず、第１液晶セルから第４液晶セルのいずれか１つまたは複数の第１基板側の電極を上記平板状電極とする構成も採用可能である。

【0160】

第６実施形態：
本実施形態は、第１実施形態に示す液晶光制御素子及び第２実施形態に示す液晶光制御素子の配向形状を示す。

【0161】

図１７Ａは、第１実施形態に示す液晶光制御素子によって得られる配向形状を示す。図１７Ａに示すように、第１実施形態に示す液晶光制御素子及びその駆動条件によれば、正方形の配向形状を得ることができる。

【0162】

図１７Ｂは、参考例１を示す。参考例１は、液晶セルの電極配置が第１実施形態に示す液晶光制御素子と同じであるが、駆動条件が異なっており、各液晶セルの第１電極の側に電圧を印加し、第２電極の側には横電界を発生させない条件で駆動された結果を示す。図１７Ｂに示すように、参考例１の場合でも正方形に近い配向形状が得られているものの、図１７Ａに示す結果と比較すると、輪郭が歪んでいることがわかる。

【0163】

図１８Ａは、第２実施形態に示す液晶光制御素子によって得られる配向形状を示す。図１８Ａに示すように、第１実施形態に示す液晶光制御素子及びその駆動条件によれば、十字形状の配向形状を得ることができる。

【0164】

図１８Ｂは、参考例２を示す。参考例２は、液晶セルの電極配置が第２実施形態に示す液晶光制御素子と駆動条件が逆であり、第１液晶セル１０の第１電極Ｅ１１、第２液晶セル２０の第２電極Ｅ２２、第３液晶セル３０の第１電極Ｅ３１、第４液晶セル４０の第２電極Ｅ４２で横電界を発生させた場合を示す。図１８Ｂに示すように、参考例１の場合でも十字形状に近い配向形状が得られているが、図１８Ａの結果と比較すると、第２実施形態に示すものの方が、十字形状がシャープであることがわかる。

【0165】

図１７Ａ及び図１７Ｂ、図１８Ａ及び図１８Ｂの結果から明らかなように、一つの液晶セルで片側の電極（第１基板側又は第２基板側の電極）だけで横電界を発生せる場合には、第１実施形態及び第２実施形態に示すように、光源部の側の液晶セルでは、光入射側とは反対側の電極（第２基板の第２電極）で拡散させるようにした方が、シャープな配向形状が得られることがわかる。

【0166】

すなわち、上記の本実施形態で示すように、少なくとも第１液晶セル１０に入射する光を旋光する前に拡散させないようにすることで、拡散しながらの旋光を防ぐことができ、旋光時の光のロスを低減し、配光パターンの形状の乱れを抑制することができる。

【符号の説明】

【0167】

１０：第１液晶セル、２０：第２液晶セル、３０：第３液晶セル、４０：第４液晶セル、１００：液晶光制御装置、１０２：液晶光制御素子、１０４：回路基板、１０６：光源部、Ｓ１１、Ｓ２１、Ｓ３１、Ｓ４１：第１基板、Ｓ１２、Ｓ２２、Ｓ３２、Ｓ４２：第２基板、Ｆ１：第１フレキシブル配線基板、Ｆ２：第２フレキシブル配線基板、Ｆ３：第３フレキシブル配線基板、Ｆ４：第４フレキシブル配線基板、ＴＡ１：第１透明接着層、ＴＡ２：第２透明接着層、ＴＡ３：第３透明接着層、ＬＣ１：第１液晶層、ＬＣ２：第２液晶層、ＬＣ３：第３液晶層、ＬＣ４：第４液晶層、Ｅ１１、Ｅ２１、Ｅ３１、Ｅ４１：第１電極、Ｅ１１Ａ、Ｅ２１Ａ、Ｅ３１Ａ、Ｅ４１Ａ：第１帯状電極、Ｅ１１Ｂ、Ｅ２１Ｂ、Ｅ３１Ｂ、Ｅ４１Ｂ：第２帯状電極、Ｅ１２、Ｅ２２、Ｅ３２、Ｅ４２：第２電極、Ｅ１２Ａ、Ｅ２２Ａ、Ｅ３２Ａ、Ｅ４２Ａ：第３帯状電極、Ｅ１２Ｂ、Ｅ２２Ｂ、Ｅ３２Ｂ、Ｅ４２Ｂ：第４帯状電極、ＰＬ１１：第１給電線、ＰＬ１２：第２給電線、ＰＬ１３：第３給電線、ＰＬ１４：第４給電線、ＰＬ１５：第５給電線、ＰＬ１６：第６給電線、Ｔ１１：第１接続端子、Ｔ１２：第２接続端子、Ｔ１３：第３接続端子、Ｔ１４：第４接続端子、ＰＴ１１：第１給電端子、ＰＴ１２：第２給電端子、ＰＴ１３：第３給電端子、ＰＴ１４：第４給電端子、ＡＬ１１：第１配向膜、ＡＬ１２：第２配向膜、ＳＥ：シール材、ＣＰ１１：第１導電性部材

【図1】