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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】2024-11-22
(45)【発行日】2024-12-02
(54)【発明の名称】液晶光制御素子及び照明装置
(51)【国際特許分類】
G02F 1/13 20060101AFI20241125BHJP
G02F 1/1343 20060101ALI20241125BHJP
G02F 1/1347 20060101ALI20241125BHJP
【ＦＩ】
G02F1/13 505
G02F1/1343
G02F1/1347
【請求項の数】
7
(21)【出願番号】P 2023543793
(86)(22)【出願日】2022-08-05
(86)【国際出願番号】 JP2022030182
(87)【国際公開番号】W WO2023026833
(87)【国際公開日】2023-03-02
【審査請求日】2024-02-14
(31)【優先権主張番号】P 2021135953
(32)【優先日】2021-08-23
(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】国際公開第２０２１／１５７２２５（ＷＯ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１８／０１９６３１８（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特表２０１０－５２５３８８（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０２Ｆ １／１３
Ｇ０２Ｆ １／１３４３
Ｇ０２Ｆ １／１３４７
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１液晶セル、第２液晶セル、第３液晶セル、第４液晶セルを有し、
前記第１乃至第４液晶セルのそれぞれは、
第１基板と、前記第１基板に対向する第２基板と、
前記第１基板に設けられた帯状パターンを有する第１電極及び第２電極と、
前記第２基板に設けられた帯状パターンを有する第３電極及び第４電極と、
前記第１基板に設けられた第１配向膜と、前記第２基板に設けられた第２配向膜と、
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電極と前記第２電極との前記帯状パターンが交互に配置され、前記第１電極と前記第２電極との間に横電界が形成されるように電圧が印加され、
前記第３電極と前記第４電極との前記帯状パターンが交互に配置され、記第３電極及び前記第４電極が一定電位に保持され、
前記第１配向膜の配向方向が前記帯状パターンの延在方向と交差するように設けられ、
前記第２配向膜の配向方向が、前記第１配向膜の配向方向と交差するように設けられ、
前記第１乃至第４液晶セルが、光の入射側から出射側に向けて前記第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液晶セルの順で積層され、
前記第１乃至第４液晶セルのそれぞれは、前記第１基板側から光が入射するように配置される、
前記第１液晶セル及び前記第２液晶セルの前記第１電極及び前記第２電極の前記延在方向が第１方向と平行に配置され、
前記第３液晶セル及び前記第４液晶セルの前記第１電極及び前記第２電極の前記延在方向が前記第１方向と交差する第２方向と平行に配置され、
前記第１液晶セル及び前記第４液晶セルは、前記第１電極及び前記第２電極が同電位となり、第３電極及び前記第４電極との間に横電界が形成されるように電圧が印加され、
前記第２液晶セル及び前記第３液晶セルは、前記第１電極及び前記第２電極との間に横電界が形成されるように電圧が印加され、第３電極及び前記第４電極が同電位とされる、
ことを特徴とする液晶光制御素子。
【請求項2】
第１液晶セル、第２液晶セル、第３液晶セル、第４液晶セル、第５液晶セルを有し、
前記第１乃至第５液晶セルのそれぞれは、
第１基板と、前記第１基板に対向する第２基板と、
前記第１基板に設けられた帯状パターンを有する第１電極及び第２電極と、
前記第２基板に設けられた帯状パターンを有する第３電極及び第４電極と、
前記第１基板に設けられた第１配向膜と、前記第２基板に設けられた第２配向膜と、
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電極と前記第２電極との前記帯状パターンが交互に配置され、前記第１電極と前記第２電極との間に横電界が形成されるように電圧が印加され、
前記第３電極と前記第４電極との前記帯状パターンが交互に配置され、前記第３電極及び前記第４電極が一定電位に保持され、
前記第１電極及び前記第２電極における前記帯状パターンの延在方向と、前記第３電極及び前記第４電極の前記帯状パターンの延在方向と、が交差するように配置され、
前記第１配向膜の配向方向が前記帯状パターンの延在方向と交差するように設けられ、
前記第２配向膜の配向方向が、前記第１配向膜の配向方向と交差するように設けられ、
前記第１乃至第５液晶セルが、光の入射側から出射側に向けて前記第１液晶セル、前記第２液晶セル、前記第３液晶セル、前記第４液晶セル、及び前記第５液晶セルの順で積層され、
前記第１乃至第５液晶セルのそれぞれは、前記第１基板側から光が入射するように配置され、
前記第２液晶セル及び前記第３液晶セルの前記第１電極及び前記第２電極の前記延在方向が第１方向と平行に配置され、
前記第１液晶セル、前記第４液晶セル及び前記第５液晶セルの前記第１電極及び前記第２電極の前記延在方向が前記第１方向と交差する第２方向と平行に配置されている、
ことを特徴とする液晶光制御素子。
【請求項3】
前記第１液晶セル、前記第２液晶セル、及び前記第５液晶セルは、前記第１電極及び前記第２電極が同電位となり、第３電極及び前記第４電極との間に横電界が形成されるように電圧が印加され、前記第３液晶セル及び前記第４液晶セルは、前記第１電極及び前記第２電極との間に横電界が形成されるように電圧が印加され、第３電極及び前記第４電極が同電位とされる、請求項２に記載の液晶光制御素子。
【請求項4】
第１液晶セル、第２液晶セル、第３液晶セル、第４液晶セル、第５液晶セル、第６液晶セルを有し、
前記第１乃至第６液晶セルのそれぞれは、
第１基板と、前記第１基板に対向する第２基板と、
前記第１基板に設けられた帯状パターンを有する第１電極及び第２電極と、
前記第２基板に設けられた帯状パターンを有する第３電極及び第４電極と、
前記第１基板に設けられた第１配向膜と、前記第２基板に設けられた第２配向膜と、
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電極と前記第２電極との前記帯状パターンが交互に配置され、前記第１電極と前記第２電極との間に横電界が形成されるように電圧が印加され、
前記第３電極と前記第４電極との前記帯状パターンが交互に配置され、前記第３電極及び前記第４電極が一定電位に保持され、
前記第１電極及び前記第２電極における前記帯状パターンの延在方向と、前記第３電極及び前記第４電極の前記帯状パターンの延在方向と、が交差するように配置され、
前記第１配向膜の配向方向が前記帯状パターンの延在方向と交差するように設けられ、
前記第２配向膜の配向方向が、前記第１配向膜の配向方向と交差するように設けられ、
前記第1乃至第６液晶セルが、光の入射側から出射側に向けて前記第１液晶セル、前記第２液晶セル、前記第３液晶セル、前記第４液晶セル、前記第５液晶セル、及び前記第６液晶セルの順で積層され、
前記特徴第１乃至第６液晶セルのそれぞれは、前記第１基板側から光が入射するように配置され、
前記第１液晶セル及び前記第２液晶セルの前記第１電極及び前記第２電極の前記延在方向が第２方向と平行に配置され、
前記第３液晶セル及び前記第４液晶セルの前記第１電極及び前記第２電極の前記延在方向が前記第２方向と交差する第１方向と平行に配置され、
前記第５液晶セル及び前記第６液晶セルの前記第１電極及び前記第２電極の前記延在方向が前記第２方向と平行に配置されている、
ことを特徴とする液晶光制御素子。
【請求項5】
前記第１液晶セル、前記第４液晶セル、及び前記第５液晶セルは、前記第３電極及び前記第４電極が同電位となり、第１電極及び前記第２電極との間に横電界が形成されるように電圧が印加され、前記第２液晶セル、前記第３液晶セル、及び前記第６液晶セルは、前記第１電極及び前記第２電極との間に横電界が形成されるように電圧が印加され、第３電極及び前記第４電極が同電位とされる、請求項４に記載の液晶光制御素子。
【請求項6】
前記液晶層が、ＴＮ（ねじれネマチック）液晶である、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の液晶光制御素子。
【請求項7】
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の液晶光制御素子と、光源と、を含み、前記液晶光制御素子は前記光源から出射される光の光路上に設けられている、ことを特徴とする照明装置。
【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素子に関する。本発明の他の一実施形態は、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素子を備えた装置に関する。
【背景技術】
【0002】
液晶レンズを備えた照明装置が開示されている。例えば、２つの液晶レンズを重ね合わせ、それぞれの液晶レンズに設けられる帯状の透明電極の重なり具合を調整して光の照射ムラを解消するようにした照明装置が開示されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２０１０－２３０８８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
液晶レンズを用いた照明装置は、水平方向及び垂直方向への光の拡散を制御することができる。しかし、極角方向の配光に関しては精密な制御ができないことが問題となる。すなわち、従来の液晶レンズを用いた照明装置は拡散光の精密な配光制御ができないことが問題となっている。
【0005】
本発明の一実施形態は、光源から放射される光の強度分布を精密に制御することのできる液晶光制御素子を提供することを目的とする。また、本発明の一実施形態は、光源から放射される光の強度分布を精密制御することのできる液晶光制御素子を備えた照明装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の一実施形態に係る液晶光制御素子は、複数の液晶セルを有し、複数の液晶セルのそれぞれは、第１基板と、第１基板に対向する第２基板と、第１基板及び第２基板の少なくとも一方に設けられた帯状パターンを有する第１電極及び第２電極と、第１基板に設けられた第１配向膜と、第２基板に設けられた第２配向膜と、第１基板と第２基板との間の液晶層と、を含む。複数の液晶セルが重ねて配置され、第１電極と第２電極との帯状パターンが交互に配置され、第１電極と第２電極との間に横電界が形成されるように電圧が印加され、第１配向膜の配向方向が帯状パターンの延在方向と交差するように設けられ、第２配向膜の配向方向が、第１配向膜の配向方向と交差するように設けられている。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【図1】本発明の一実施形態に係る液晶光制御素子を構成する液晶セルの構造を斜視図で示す。
【図2A】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2B】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液晶セルの断面構造の一例を示す。
【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4C】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5A】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る。
【図5B】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を説明する図であり、液晶セルから出射される偏光波のプロファイルの一例を示す。
【図6】本発明の第１実施形態に係る液晶光制御素子の構成（第１の構成）と拡散の状態を示す。
【図7】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に印加される制御信号の波形を示す。
【図8】本発明の第１実施形態に係る液晶光制御素子の構成（第１の構成の変形例）と拡散の状態を示す。
【図9】本発明の第１実施形態に係る液晶光制御素子の構成（第１の構成の変形例）と拡散の状態を示す。
【図10】本発明の第１実施形態に係る液晶光制御素子の構成（第２の構成）と拡散の状態を示す。
【図11】参考例に係る液晶光制御素子の構成と拡散の状態を示す。
【図12A】本発明の第１実施形態に係る液晶光制御素子の特性として、液晶光制御素子の輝度－角度特性のグラフを示す。
【図12B】本発明の第１実施形態に係る液晶光制御素子の特性として、出射光のプロファイルを示す。
【図12C】本発明の第１実施形態に係る液晶光制御素子の特性として、出射光のプロファイルを示す。
【図12D】本発明の第１実施形態に係る液晶光制御素子の特性として、出射光のプロファイルを示す。
【図12E】本発明の第１実施形態に係る液晶光制御素子の特性として、出射光のプロファイルを示す。
【図13】本発明の第２実施形態に係る液晶光制御素子の構成（第３の構成）と拡散の状態を示す。
【図14】本発明の第２実施形態に係る液晶光制御素子の構成（第４の構成）と拡散の状態を示す。
【図15】参考例に係る液晶光制御素子の構成と拡散の状態を示す。
【図16】本発明の第２実施形態に係る液晶光制御素子の輝度－角度特性のグラフを示す。
【図17】本発明の第３実施形態に係る液晶光制御素子の構成（第５の構成）と拡散の状態を示す。
【図18】本発明の第３実施形態に係る液晶光制御素子の構成（第５の構成）と拡散の状態を示す。
【図19】参考例に係る液晶光制御素子の構成と拡散の状態を示す。
【図20】本発明の第３実施形態に係る液晶光制御素子の輝度－角度特性のグラフを示す。
【図21】本発明の一実施形態に係る照明装置の斜視図を示す。
【発明を実施するための形態】
【0008】
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。
【0009】
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。
【0010】
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。
【0011】
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。
【0012】
本明細書において、帯状パターンの「延在方向」とは、平面視で帯状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。
【0013】
本明細書において、「極角」とは、液晶パネルの主面の法線方向と出射光の進行方向とが成す角度をいう。
【0014】
図１は、第１液晶セル１０の構成を示す斜視図である。第１液晶セル１０は、第１基板Ｓ１１及び第２基板Ｓ１２と、第１基板Ｓ１１と第２基板Ｓ１２との間の第１液晶層ＬＣ１とを含む。第１基板Ｓ１１には第１電極Ｅ１１及び第１配向膜ＡＬ１１が設けられ、第２基板Ｓ１２には第２電極Ｅ１２及び第２配向膜ＡＬ１２が設けられる。第１配向膜ＡＬ１１は第１電極Ｅ１１を覆い、第２配向膜ＡＬ１２は第２電極Ｅ１２を覆う。第１電極Ｅ１１及び第１配向膜ＡＬ１１は第１基板Ｓ１１の第１液晶層ＬＣ１側に配置され、第２電極Ｅ１２及び第２配向膜ＡＬ１２は第２基板Ｓ１２の第１液晶層ＬＣ１側に配置される。第１電極Ｅ１１及び第２電極Ｅ１２は第１液晶層ＬＣ１を挟んで対向する。
【0015】
第１電極Ｅ１１は、帯状パターン（又は櫛歯状のパターン）を有する第１帯状電極Ｅ１１Ａ及び第２帯状電極Ｅ１１Ｂを含む。第２電極Ｅ１２は、帯状パターン（又は櫛歯状のパターン）を有する第３帯状電極Ｅ１２Ａ及び第４帯状電極Ｅ１２Ｂを含む。第１帯状電極Ｅ１１Ａ及び第２帯状電極Ｅ１１Ｂは第１基板Ｓ１１の絶縁表面に複数個が交互に配置され、第３帯状電極Ｅ１２Ａ及び第４帯状電極Ｅ１２Ｂは第２基板Ｓ１２の絶縁表面に複数個が交互に配置される。
【0016】
図１は、説明のためＸ、Ｙ、Ｚ軸方向を示す。第１液晶セル１０は、第１帯状電極Ｅ１１Ａ及び複数の第２帯状電極Ｅ１１Ｂの延在方向がＸ軸方向と平行な方向に配置され、第３帯状電極Ｅ１２Ａ及び複数の第４帯状電極Ｅ１２Ｂの延在方向がＹ軸方向と平行な方向に配置される。第１帯状電極Ｅ１１Ａ及び第２帯状電極Ｅ１１Ｂに対し、第３帯状電極Ｅ１２Ａ及び第４帯状電極Ｅ１２Ｂは交差するように配置される。第１帯状電極Ｅ１１Ａ及び第２帯状電極Ｅ１１Ｂの延在方向と、第３帯状電極Ｅ１２Ａ及び第４帯状電極Ｅ１２Ｂの延在方向とは、例えば、９０±１０度の範囲で交差し、好ましくは直交（９０度）する。
【0017】
第１配向膜ＡＬ１１及び第２配向膜ＡＬ１２は、それぞれの基板の主平面に略平行な配向規制力を有する。第１配向膜ＡＬ１１の配向方向は第１帯状電極Ｅ１１Ａ及び第２帯状電極Ｅ１１Ｂの延在方向と交差する方向（Ｙ軸方向）に設けられ、第２配向膜ＡＬ１２の配向方向は第３帯状電極Ｅ１２Ａ及び第４帯状電極Ｅ１２Ｂの延在方向と交差する方向（Ｘ軸方向）に設けられる。第１配向膜ＡＬ１１及び第２配向膜ＡＬ１２の配向方向が帯状電極の延在方向と交差する角度は９０±１０度の範囲で設定可能である。
【0018】
第１液晶層ＬＣ１は、例えば、ねじれネマチック（ＴＮ：Twisted Nematic）液晶が用いられる。第１電極Ｅ１１及び第２電極Ｅ１２に電圧が印加されない状態において、第１配向膜ＡＬ１１及び第２配向膜ＡＬ１２の配向規制力の影響を受ける第１液晶層ＬＣ１は、液晶分子ＬＣＭの長軸方向が配向方向と平行な方向に配向する。第１配向膜ＡＬ１１の配向方向と第２配向膜ＡＬ１２の配向方向は交差（直交）する関係にあるので、液晶分子ＬＣＭの長軸方向は、第１基板Ｓ１１から第２基板Ｓ１２にかけて９０度捩れるように徐々に配向方向が変化する。なお、図１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、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。
【0019】
図１に示すような液晶分子ＬＣＭの初期配向状態に対し、第１帯状電極Ｅ１１Ａと第２帯状電極Ｅ１１Ｂとの間に電位差が生じるように電圧を印加することで、第１基板Ｓ１１側の液晶分子ＬＣＭの配向状態が変化する。また、第３帯状電極Ｅ１２Ａと第４帯状電極Ｅ１２Ｂとの間に電位差が生じるように電圧を印加することで、第２基板Ｓ１２側の液晶分子ＬＣＭの配向状態が変化する。
【0020】
【0021】
図２Ａに示すように、第１基板Ｓ１１に第１電極Ｅ１１が設けられる。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は帯状パターンを有する。複数の第１帯状電極Ｅ１１Ａの帯状パターンと複数の第２帯状電極Ｅ１１Ｂの帯状パターンとは、延在方向と交差する方向に、所定の間隔で離隔して交互に配置される。
【0022】
複数の第１帯状電極Ｅ１１Ａは、それぞれが第１給電線ＰＥ１１と接続され、複数の第２帯状電極Ｅ１１Ｂは、それぞれが第２給電線ＰＥ１２と接続される。第１給電線ＰＥ１１は第１接続端子Ｔ１１と接続され、第２給電線ＰＥ１２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。第１基板Ｓ１１には、第１接続端子Ｔ１１に隣り合って第３接続端子Ｔ１３が設けられ、第２接続端子Ｔ１２に隣り合って第４接続端子Ｔ１４が設けられる。第３接続端子Ｔ１３は、第５給電線ＰＥ１５と接続される。第５給電線ＰＥ１５は、第１基板Ｓ１１の面内の所定の位置に設けられた第１給電端子ＰＴ１１と接続される。第４接続端子Ｔ１４は、第６給電線ＰＥ１６と接続される。第６給電線ＰＥ１６は、第１基板Ｓ１１の面内の所定の位置に設けられた第２給電端子ＰＴ１２と接続される。
【0023】
複数の第１帯状電極Ｅ１１Ａは第１給電線ＰＥ１１と接続されることで同一の電圧が印加される。複数の第２帯状電極Ｅ１１Ｂは第２給電線ＰＥ１２と接続されることで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電圧が印加されると、電位差により両電極間に電界が発生する。すなわち、複数の第１帯状電極Ｅ１１Ａと複数の第２帯状電極Ｅ１１Ｂとにより横方向の電界が発生する。
【0024】
図２Ｂに示すように、第２基板Ｓ１２には第２電極Ｅ１２が設けられる。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とは帯状パターンを有する。複数の第３帯状電極Ｅ１２Ａの帯状パターンと複数の第４帯状電極Ｅ１２Ｂの帯状パターンとは、延在方向と交差する方向に、所定の間隔で離隔して交互に配置される。第３帯状電極Ｅ１２Ａ及び第４帯状電極Ｅ１２Ｂは、第１帯状電極Ｅ１１Ａ及び第２帯状電極Ｅ１１Ｂの延在方向に対して９０±１０度傾いた状態で配置される。
【0025】
複数の第３帯状電極Ｅ１２Ａは、それぞれが第３給電線ＰＥ１３と接続され、複数の第４帯状電極Ｅ１２Ｂは、それぞれが第４給電線ＰＥ１４と接続される。第３給電線ＰＥ１３は第３給電端子ＰＴ１３と接続され、第４給電線ＰＥ１４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の第２給電端子ＰＴ１２に対応する位置に設けられる。
【0026】
複数の第３帯状電極Ｅ１２Ａは第３給電線ＰＥ１３と接続されることで同一の電圧が印加される。複数の第４帯状電極Ｅ１２Ｂは第４給電線ＰＥ１４と接続されることで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電圧が印加されると、電位差により両電極間に電界が発生する。すなわち、複数の第３帯状電極Ｅ１２Ａと複数の第４帯状電極Ｅ１２Ｂとにより横方向の電界が発生する。
【0027】
第１基板Ｓ１１に設けられる接続端子Ｔ１１～Ｔ１４は、フレキシブル配線基板と接続される。第１液晶セル１０は、第１給電端子ＰＴ１１と第３給電端子ＰＴ１３とは導電性材料により電気的に接続され、第２給電端子ＰＴ１２と第４給電端子ＰＴ１４とが導電性材料により電気的に接続される。
【0028】
【0029】
第１液晶セル１０は、入射光が透過する有効領域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及び第２基板Ｓ１２は、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、シール材ＳＥによって第1基板Ｓ１１と第２基板Ｓ１２との間に封入される。
【0030】
第１給電端子ＰＴ１１は第５給電線ＰＥ１５から連続する構造を有し、シール材ＳＥの外側に配置される。第３給電端子ＰＴ１３は第３給電線ＰＥ１３から連続する構造を有し、シール材ＳＥの外側に配置される。
【0031】
第１給電端子ＰＴ１１と第３給電端子ＰＴ１３とは対向し、シール材ＳＥの外側の領域で対向するように配置される。第１導電性部材ＣＰ１１は、第１給電端子ＰＴ１１と第３給電端子ＰＴ１３との間に配置され、両者を電気的に接続する。第１導電性部材ＣＰ１１は、導電性のペースト材で形成することができ、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３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。
【0032】
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ＰＥ１１、第２給電線ＰＥ１２、第３給電線ＰＥ１３、第４給電線ＰＥ１４、第５給電線ＰＥ１５、第６給電線ＰＥ１６）、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ＰＥ１１、第２給電線ＰＥ１２、第３給電線ＰＥ１３、第４給電線ＰＥ１４、第５給電線ＰＥ１５、第６給電線ＰＥ１６）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。もちろん、第１電極Ｅ１１と第２電極Ｅ１２のいずれか一方あるいは両方を金属材料によって形成する構成も採用可能である。
【0033】
図４Ａは、第１液晶セル１０の部分的な斜視図を示す。図４Ａは、第１帯状電極Ｅ１１Ａ及び第２帯状電極Ｅ１１Ｂ、第３帯状電極Ｅ１２Ａ及び第４帯状電極Ｅ１２Ｂ、並びに第１液晶層ＬＣ１の配置を示す。図４Ｂ及び図４Ｃは第１液晶セル１０の断面模式図を示す。図４Ａに示す第１液晶セル１０を図中に示すＡ側及びＢ側からみたときの断面模式図を、図４Ｂ及び図４Ｃにそれぞれ示す。なお、図４Ｂ及び図４Ｃは、第１配向膜ＡＬ１１の配向処理方向と第２配向膜ＡＬ１２の配向処理方向とが異なることを示す。
【0034】
図４Ａ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４Ａに示すように、第１帯状電極Ｅ１１Ａの幅を「ａ」、第１帯状電極Ｅ１１Ａの端部から第２帯状電極Ｅ１１Ｂの端部までの間隔を「ｂ」とすると、Ｗ＝ａ＋ｂの関係を有する。
【0035】
図４Ｂ及び図４Ｃに示すように、第１基板Ｓ１１と第２基板Ｓ１２は間隔Ｄで対向して配置される。間隔Ｄは基板間距離であるが、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と実質的に同じである。
【0036】
第１液晶層ＬＣ１の厚さに相当する間隔Ｄは、帯状電極の中心間距離Ｗと同じ又はそれ以上の大きさを有することが好ましい（Ｄ≧Ｗ）。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、第１液晶層ＬＣ１の厚さに相当する間隔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することが好ましい。例えば、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、第１液晶層ＬＣ１の厚さに相当する間隔Ｄは１０μｍ以上の大きさを有することが好ましい。
【0037】
帯状電極の中心間距離Ｗと第１液晶層ＬＣ１の厚さに相当する間隔Ｄとがこのような関係を有することで、第１帯状電極Ｅ１１Ａと第２帯状電極Ｅ１１Ｂとの間に発生する電界と第３帯状電極Ｅ１２Ａと第４帯状電極Ｅ１２Ｂとの間に発生する電界の相互干渉が抑制される。
【0038】
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１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する。このとき第１液晶層ＬＣ１は均一な屈折率分布を有する。第１液晶セル１０へ光が入射した場合、入射光は、偏光成分が液晶分子ＬＣＭの捩れによってその向きを遷移させる。以下、かかる液晶層の作用を旋光と称する。この場合、入射光は、旋光しつつも屈折（又は散乱）することなく第１液晶層ＬＣ１を透過する。
【0039】
一方、図４Ｃに示すように、第１帯状電極Ｅ１１Ａと第２帯状電極Ｅ１１Ｂとの間に電界が発生するオン（ＯＮ）状態になると、液晶分子ＬＣＭの長軸が電界に沿うように配向する（液晶が正の誘電異方性を有する場合）。その結果、図４Ｃに示すように、第１液晶層ＬＣ１には、液晶分子ＬＣＭが、第１帯状電極Ｅ１１Ａ及び第２帯状電極Ｅ１１Ｂの上方で立ち上がる領域と、第１帯状電極Ｅ１１Ａと第２帯状電極Ｅ１１Ｂとの間で電界の分布に沿って斜めに配向する領域と、第１基板Ｓ１１から離れた領域で初期配向状態が維持される領域と、が形成される。
【0040】
同様に、図４Ｂに示すように、第３帯状電極Ｅ１２Ａと第４帯状電極Ｅ１２Ｂとの間に電界が発生するオン（ＯＮ）状態になると、第１液晶層ＬＣ１には、液晶分子ＬＣＭが、第３帯状電極Ｅ１２Ａ及び第４帯状電極Ｅ１２Ｂの上方で立ち上がる領域と、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と、第２基板Ｓ１２から離れた領域で初期配向状態が維持される領域と、が形成される。
【0041】
図４Ｂ及び図４Ｃに示すように、第１帯状電極Ｅ１１Ａ及び第２帯状電極Ｅ１１Ｂの間、並びに第３帯状電極Ｅ１２Ａ及び第４帯状電極Ｅ１２Ｂとの間に電界が発生すると、液晶分子ＬＣＭが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する領域が形成される。すなわち、図４Ａ及び図４Ｂに示すように、液晶分子ＬＣＭの初期配向の方向と、第１帯状電極Ｅ１１Ａと第２帯状電極Ｅ１１Ｂとの間に生じる横電界の方向が同じである場合、液晶分子ＬＣＭは電界の強度分布に従って第１基板Ｓ１１の表面に対し法線方向に傾いて（チルトして）配向する。
【0042】
この際、図４Ｂ及び図４Ｃに示すように、第１液晶層ＬＣ１の厚さに相当する間隔Ｄは十分に大きいため、第１基板Ｓ１１側の電界が第２基板Ｓ１２側の液晶分子の配向に及ぼす影響は著しく小さい。その逆も同様である。
【0043】
帯状電極によって横電界が形成されることにより、第１液晶層ＬＣ１には凸円弧状の誘電率分布が形成される。第１液晶層ＬＣ１に入射した光の内、液晶分子ＬＣＭの初期配向の方向と平行な偏光成分は、当該誘電率分布によって放射状に拡散する。図４Ｂ及び図４Ｃに示すように、液晶分子ＬＣＭは、第１基板Ｓ１１側と第２基板Ｓ１２側で配向方向が交差（直交）するので、第１基板Ｓ１１側と第２基板Ｓ１２側でそれぞれ異なる方向に光を拡散する。
【0044】
このように、第１液晶セル１０を光が通過する場合、第１液晶層ＬＣ１における電界の形成状況に応じて一部の偏光成分は拡散しつつ透過し、残りの偏光成分はそのまま第１液晶ＬＣ１を透過する。
【0045】
図５Ａは、第１電極Ｅ１１の帯状電極がＸ軸方向に延在し、第２電極Ｅ１２の帯状電極がＹ軸方向に延在する第１液晶セル１０を示す。第１電極Ｅ１１には、第１帯状電極Ｅ１１Ａと第２帯状電極Ｅ１１Ｂとの間に横電界（Ｙ軸方向）が発生するように電圧が印加され、第２電極Ｅ１２には、第３帯状電極Ｅ１２Ａと第４帯状電極Ｅ１２Ｂとの間に横電界（Ｘ軸方向）が発生するように電圧が印加された状態にあるものとする。
【0046】
図５Ａは、このようなバイアス状態において、第１液晶セル１０にＸ軸方向に平行な第１偏光成分ＰＬ１及びＹ軸方向に平行な第２偏光成分ＰＬ２を含む光が第１基板Ｓ１１から入射し、第２基板Ｓ１２から出射される状態を示す。ここで、第１偏光成分ＰＬ１はＳ波に相当し、第２偏光成分ＰＬ２はＰ波に相当するものとする。
【0047】
第１液晶セル１０では、第１基板Ｓ１１側の液晶分子ＬＣＭの長軸がＹ軸方向を向いており、第２基板Ｓ１２側の液晶分子ＬＣＭの長軸方向がＸ軸方向を向いている。第１基板Ｓ１１側から入射した光のうち、第１偏光成分ＰＬ１の光は偏光方向が液晶分子ＬＣＭの長軸方向と交差するのでそのまま透過し、第２偏光成分ＰＬ２の光は偏光方向が液晶分子ＬＣＭの長軸方向と平行であるため液晶分子ＬＣＭの配向により形成される円弧状の屈折率分布の影響を受けてＹ軸方向に拡散する。第１偏光成分ＰＬ１の光は、第１液晶層ＬＣ１を第１基板Ｓ１１側から第２基板Ｓ１２側へ進むことによりそれぞれ９０度旋光され、そのときの偏光方向は第２基板Ｓ１２側の液晶分子の長軸の配向方向と直交する方向になるので、そのまま透過して第２基板Ｓ１２から出射される。一方、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側へ進むことによりそれぞれ９０度旋光され、そのときの偏光方向は第２基板Ｓ１２側の液晶分子の長軸の配向方向と平行な方向になるので、Ｘ軸方向に拡散されて第２基板Ｓ１２から出射される。
【0048】
このように、図５Ａに示す第１液晶セル１０に光が入射すると、第１偏光成分ＰＬ１（Ｓ波）は拡散されず、第２偏光成分ＰＬ２（Ｐ波）がＸ軸方向及びＹ軸方向に拡散される。
【0049】
図５Ｂは、Ｓ波（出射光Ｐ波）のプロファイルを示す。第１偏光成分ＰＬ１（Ｓ波）は、上記のとおり、原理上は拡散しないはずであるが、図５Ｂのプロファイルは第１偏光成分ＰＬ１（Ｓ波）が少しＹ軸方向に拡散している状態が確認される。この原因は、第１基板Ｓ１１側でＹ軸方向に拡散した第２偏光成分ＰＬ２（Ｐ波）が、第１液晶層ＬＣ１で旋光しきれなかった成分が残存していることを示唆している。
【0050】
このように、液晶セルで旋光されなかった偏光成分が残存すると、出射光のプロファイルに影響を与えることが判る。以下に示す実施形態に例示される液晶光制御素子１０２は、複数の液晶セルを重ねて配置することで、出射光のプロファイルを精密に制御することのできる構成を有する。
【0051】
［第１実施形態］
本実施形態は、液晶光制御素子が４つの液晶セルで構成される例を示す。各液晶セルは、一対の基板間の液晶層が設けられ、少なくとも一方の基板に図１に示すような帯状電極が設けられている。
本実施形態は、液晶光制御素子が４つの液晶セルで構成される例を示す。各液晶セルは、一対の基板間の液晶層が設けられ、少なくとも一方の基板に図１に示すような帯状電極が設けられている。
【0052】
１－１．第１の構成
図６は、第１の構成に係る液晶光制御素子１０２の各液晶セルにおける電極配置と、液晶光制御素子１０２に入射した光が各液晶セルを透過するときの状態を示す。第１の構成に係る液晶光制御素子１０２は光の入射側から出射側にかけて、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が重ねられている。図６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軸に沿った方向を指すものとする。
図６は、第１の構成に係る液晶光制御素子１０２の各液晶セルにおける電極配置と、液晶光制御素子１０２に入射した光が各液晶セルを透過するときの状態を示す。第１の構成に係る液晶光制御素子１０２は光の入射側から出射側にかけて、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が重ねられている。図６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軸に沿った方向を指すものとする。
【0053】
第１の構成に係る液晶光制御素子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が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６は、説明のため、各液晶セルが展開された状態を示す。
【0054】
第１液晶セル１０は、第１基板Ｓ１１に第１電極（第１帯状電極Ｅ１１Ａ及び第２帯状電極Ｅ１１Ｂ）が設けられ、第２基板Ｓ１２に第２電極Ｅ１２（面状（平板状又はベタ状ともいう。）電極）が設けられ、第１基板Ｓ１１と第２基板Ｓ１２との間に第１液晶層ＬＣ１が設けられた構造を有する。第１帯状電極Ｅ１１Ａ及び第２帯状電極Ｅ１１Ｂは、延在方向がＹ軸方向に延在するように設けられる。なお、図６において配向膜は省略されているが、配向膜の配向方向が矢印で示されている。すなわち、第１基板Ｓ１１側の第１配向膜ＡＬ１１（図示されず）の配向方向がＸ軸方向に向けられており、第２基板Ｓ１２側の第２配向膜ＡＬ１２（図示されず）の配向方向がＹ軸方向に向けられている。第１配向膜ＡＬ１１の配向方向と第２配向膜ＡＬ１２の配向方向の交差角は、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。
【0055】
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（第１帯状電極Ｅ２１Ａ及び第２帯状電極Ｅ２１Ｂ）及び第２電極Ｅ２２（面状（平板状又はベタ状ともいう。）電極）、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２液晶セル２０は、第１液晶セル１０と同様の構成を有する。すなわち、第２液晶セル２０は、第１帯状電極Ｅ２１Ａ及び第２帯状電極Ｅ２１Ｂの延在方向がＹ軸方向に延在するように配置されている。
【0056】
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（第１帯状電極Ｅ３１Ａ及び第２帯状電極Ｅ３１Ｂ）及び第２電極Ｅ３２（面状（平板状又はベタ状ともいう。）電極）、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３液晶セル３０は第１液晶セル１０と同様の構成を有するが、第１帯状電極Ｅ３１Ａ及び第２帯状電極Ｅ３１Ｂの延在方向がＸ軸方向に延在するように配置されている。これに伴い、配向膜の配向方向が、第１基板Ｓ３１側でＹ軸方向に向けられ、第２基板Ｓ３２側でＸ軸方向に向けられている。
【0057】
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（第１帯状電極Ｅ４１Ａ及び第２帯状電極Ｅ４１Ｂ）及び第２電極Ｅ４２（面状（平板状又はベタ状ともいう。）電極）、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４液晶セル４０は第３液晶セル３０と同様の構成を有する。すなわち、第４液晶セル４０は、第１帯状電極Ｅ４１Ａ及び第２帯状電極Ｅ４１Ｂの延在方向がＸ軸方向に延在するように配置されている。また、配向膜の配向方向が、第１基板Ｓ４１側でＹ軸方向に向けられ、第２基板Ｓ４２側でＸ軸方向に向けられている。
【0058】
上記のように、第１の構成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）の延在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）の延在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１電極Ｅ１１、Ｅ２１の帯状電極（Ｅ１１Ａ、Ｅ１１Ｂ、Ｅ２１Ａ、Ｅ２１Ｂ）の延在方向と、第３液晶セル３０及び第４液晶セル４０における第１電極Ｅ３１、Ｅ４１の帯状電極（Ｅ３１Ａ、Ｅ３１Ｂ、Ｅ４１Ａ、Ｅ４１Ｂ）の延在方向とが９０の角度で交差している。
【0059】
図６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、帯状パターンを有する第１電極Ｅ１１、Ｅ２１、Ｅ３１、Ｅ４１の延在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）の配向方向が第１基板Ｓ１１、Ｓ２１、Ｓ３１、Ｓ４１側の配向膜（第１配向膜）の配向方向が交差するように配置されている。
【0060】
図６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。第１液晶セル１０及び第２液晶セル２０の第１電極Ｅ１１、Ｅ２１の帯状パターンの延在方向がＹ軸方向と平行な方向に向けられており、第２電極Ｅ１２、Ｅ２２は、少なくとも有効領域（入射光が透過する領域を指し、以下においても同じ。）に拡がる面状（平板状又はベタ状ともいう。）の電極となっている。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。第３液晶セル３０及び第４液晶セル４０の第１電極Ｅ３１、Ｅ４１の帯状パターンの延在方向がＸ軸方向と平行な方向に向けられており、第２電極Ｅ３２、Ｅ４２、少なくとも有効領域に拡がる面状（平板状又はベタ状ともいう。）の電極となっている。配向膜の配向方向は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の定義に従えば、各液晶セルの第１基板側と第２基板側で９０度の角度で交差することになるが、交差する角度は９０±１０度の範囲で設定可能である。
【0061】
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Ｘ軸方向、第２偏光成分ＰＬ２の偏光方向と同じ方向をＹ軸方向とする。例えば、第１偏光成分ＰＬ１はＳ波であり、第２偏光成分ＰＬ２はＰ波である。また、図６の表中に示される「拡散（Ｘ）」とは、偏光成分がＸ軸方向に拡散することを示し、「拡散（Ｙ）」とは、偏光成分がＹ軸方向に拡散することを示す。
【0062】
図６は、制御信号が印加され横電界を形成している電極をハッチングで示す。また、図６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。「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つつ透過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、以下の説明において、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。
【0063】
第１の構成に係る液晶光制御素子１０２は、光入射側から出射側にかけて、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。
【0064】
図６に示すように、第１液晶セル１０の第１電極Ｅ１１と第２液晶セル２０の第１電極Ｅ２１は帯状電極の延在方向が同じ方向に配置されており、第１液晶セル１０では第１偏光成分ＰＬ１をＸ軸方向に拡散させ、第２液晶セル２０では第２偏光成分ＰＬ２をＸ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は延在方向が同じ方向に配置されており、第３液晶セル３０では第２偏光成分ＰＬ２をＹ軸方向に拡散することができ、第４液晶セル４０では第１偏光成分ＰＬ１をＹ軸方向に拡散することができる。
【0065】
液晶光制御素子１０２に入射する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７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７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＝－１５Ｖ、ＶＨ１＝＋１５Ｖの場合にはＶＥ＝０Ｖとなる。
【0066】
液晶光制御素子１０２には図示されない光源から光が入射する。光源から照射される光はコリメート光であることが好ましい。液晶光制御素子１０２は、各液晶セルに印加する制御信号の選択により、図示されない光源部から放射される光の配光パターンのプロファイル（強度分布）を制御することができる。具体的には、照明光の極角方向のプロファイルを制御することができる。
【0067】
【0068】
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に制御信号Ａが入力され、第２帯状電極Ｅ１１Ｂに制御信号Ｂが入力され、第２電極Ｅ１２に制御信号Ｅが入力され、第１電極Ｅ１１側でのみ横電界が発生している。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についても同様である。すなわち、図６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Ａ、Ｂが印加され、第２電極に制御信号Ｅが印加され、第１基板側でのみ横電界が発生している。
【0069】
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４Ｃに示すように第１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。
【0070】
次に、液晶光制御素子１０２の動作を、各液晶セルが入射光に与える作用により説明する。ここで、入射光は、第１偏光成分ＰＬ１及び第２偏光成分ＰＬ２の２つの偏光成分を含むものとする。第１偏光成分ＰＬ１及び第２偏光成分ＰＬ２は直線偏光の偏光成分であり、ｓ偏光及びｐ偏光のいずれか一方の偏光状態を有する。これらの偏光状態は液晶層内で旋光されることにより、ｓ偏光からｐ偏光へ、又はｐ偏光からｓ偏光へ遷移することが可能である。なお、液晶光制御素子１０２に入射する直前の状態において、第１偏光成分ＰＬ１はｓ偏光であり、第２偏光成分ＰＬ２はｐ偏光であるものとする。
【0071】
図６において、第１偏光成分ＰＬ１に着目する。第１偏光成分ＰＬ１は、ｓ偏光の状態で第１液晶セル１０に入射する。第１偏光成分ＰＬ１（ｓ偏光）の偏光方向はＸ軸方向に沿った方向であり、第１液晶層ＬＣ１の第１基板Ｓ１１側の液晶分子の長軸の配向方向に対して平行な方向である。第１基板Ｓ１１側では、第１電極Ｅ１１によって発生する横電界の影響を受けて液晶分子が配向し、第１液晶層ＬＣ１に円弧状の屈折率分布が形成される。第１基板Ｓ１１から第１液晶層ＬＣ１に入射した第１偏光成分ＰＬ１（ｓ偏光）は、第１液晶層ＬＣ１の円弧状の屈折率分布の影響を受けてＸ軸方向に拡散される。第１偏光成分ＰＬ１（ｓ偏光）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ｓ偏光からｐ偏光へ遷移する。第２電極Ｅ１２は面状（平板状又はベタ状ともいう。）の電極であり全面が一定電位となるため、第１液晶層ＬＣ１の第２基板Ｓ１２側の液晶分子には円弧状の屈折率分布が形成されない。このため、第１偏光成分ＰＬ１（ｐ偏光）は拡散されず、第２基板Ｓ１２からそのまま出射される。このように、第１偏光成分ＰＬ１は、ｓ偏光の状態で第１液晶セル１０へ入射し、Ｘ軸方向に拡散され、９０度旋光されてｐ偏光の状態で第１液晶セル１０から出射される。
【0072】
第１液晶セル１０を通過した第１偏光成分ＰＬ１は、ｐ偏光の状態で第２液晶セル２０に入射する。第１偏光成分ＰＬ１（ｐ偏光）の偏光方向はＹ軸方向に沿った方向であり、第２液晶層ＬＣ２の第１基板Ｓ２１側の液晶分子の長軸の配向方向に対して交差する方向である。第１基板Ｓ２１側では、第１電極Ｅ２１によって発生する横電界の影響を受けて液晶分子が配向し、第２液晶層ＬＣ２に円弧状の屈折率分布が形成されるが、第１偏光成分ＰＬ１（ｐ偏光）は拡散されずそのまま第２基板Ｓ２２へ向かう。第１偏光成分ＰＬ１（ｐ偏光）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はｐ偏光からｓ偏光へ遷移する。第２電極Ｅ２２は面状（平板状又はベタ状ともいう。）の電極であり全面が一定電位となるため、第２液晶層ＬＣ２の第２基板Ｓ２２側の液晶分子には円弧状の屈折率分布が形成されない。このため、第１偏光成分ＰＬ１（ｓ偏光）は拡散されず、第２基板Ｓ２２からそのまま出射される。このように、第１偏光成分ＰＬ１は、ｐ偏光の状態で第２液晶セル２０へ入射し、拡散されず、９０度旋光されてｓ偏光の状態で第２液晶セル２０から出射される。
【0073】
第２液晶セル２０を通過した第１偏光成分ＰＬ１は、ｓ偏光の状態で第３液晶セル３０に入射する。第３液晶セル３０では、第１電極Ｅ３１の帯状電極（Ｅ３１Ａ、Ｅ３１Ｂ）の延在方向が、第１液晶セル１０及び第２液晶セル２０の第１電極Ｅ１１、Ｅ２１の帯状電極（Ｅ１１Ａ、Ｅ１１Ｂ、Ｅ２１Ａ、Ｅ２１Ｂ）の延在方向に対して直交する方向に向けられている。第１偏光成分ＰＬ１（ｓ偏光）の偏光方向はＸ軸方向に沿った方向であり、第３液晶層ＬＣ３の第１基板Ｓ３１側の液晶分子の長軸の配向方向に対して交差する方向となる。第１基板Ｓ３１側では、第１電極Ｅ３１によって発生する横電界の影響を受けて液晶分子が配向し、第３液晶層ＬＣ３に円弧状の屈折率分布が形成されるが、第１偏光成分ＰＬ１（ｓ偏光）は拡散されずそのまま第２基板Ｓ３２へ向かう。第１偏光成分ＰＬ１（ｓ偏光）は、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はｓ偏光からｐ偏光へ遷移する。第２電極Ｅ３２は面状（平板状又はベタ状ともいう。）の電極であり全面が一定電位となるため、第３液晶層ＬＣ３の第２基板Ｓ３２側の液晶分子には円弧状の屈折率分布が形成されない。このため、第１偏光成分ＰＬ１（ｐ偏光）は拡散されず、第２基板Ｓ３２からそのまま出射される。このように、第１偏光成分ＰＬ１は、ｓ偏光の状態で第３液晶セル３０へ入射し、拡散されず、９０度旋光されてｐ偏光の状態で第３液晶セル３０から出射される。
【0074】
第３液晶セル３０を通過した第１偏光成分ＰＬ１は、ｐ偏光の状態で第４液晶セル４０へ入射する。第４液晶セル４０の第１電極Ｅ４１は、第３液晶セル３０の第１電極Ｅ３１と同じ方向に向けられている。したがって、第４液晶セル４０の第１基板Ｓ４１側の液晶分子の長軸の配向方向も第３液晶セル３０と同じである。第１偏光成分ＰＬ１（ｐ偏光）の偏光方向はＹ軸方向に沿った方向であり、第４液晶層ＬＣ４の第１基板Ｓ４１側の液晶分子の長軸の配向方向に対して平行な方向である。第１基板Ｓ４１側では、第１電極Ｅ４１によって発生する横電界の影響を受けて液晶分子が配向し、第４液晶層ＬＣ４に円弧状の屈折率分布が形成される。第１基板Ｓ４１から第４液晶層ＬＣ４に入射した第１偏光成分ＰＬ１（ｐ偏光）は、第４液晶層ＬＣ４の円弧状の屈折率分布の影響を受けてＹ軸方向に拡散される。第１偏光成分ＰＬ１（ｐ偏光）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、第１偏光成分ＰＬ１はｐ偏光からｓ偏光へ遷移する。第２電極Ｅ４２は面状（平板状又はベタ状ともいう。）の電極であり全面が一定電位となるため、第４液晶層ＬＣ４の第２基板Ｓ４２側の液晶分子には円弧状の屈折率分布が形成されない。このため、第１偏光成分ＰＬ１（ｓ偏光）は拡散されず、第２基板Ｓ４２からそのまま出射される。このように、第１偏光成分ＰＬ１は、ｐ偏光の状態で第４液晶セル４０へ入射し、Ｙ軸方向に拡散され、９０度旋光されてｓ偏光の状態で第４液晶セル４０から出射される。
【0075】
このように、液晶光制御素子１０２に入射する第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、Ｘ軸方向に１回及びＹ軸方向に１回拡散され、ｓ偏光の状態で入射して９０度の角度で４回旋光されることによりｓ偏光の状態で出射される。
【0076】
次に、第２偏光成分ＰＬ２に着目する。第２偏光成分ＰＬ２は、ｐ偏光の状態で第１液晶セル１０に入射する。第２偏光成分ＰＬ２（ｐ偏光）の偏光方向はＹ軸方向に沿った方向であり、第１液晶層ＬＣ１の第１基板Ｓ１１側の液晶分子の長軸の配向方向に対して交差する方向である。第１基板Ｓ１１側では第１液晶層ＬＣ１に円弧状の屈折率分布が形成されているが、第２偏光成分ＰＬ２（ｐ偏光）は拡散されず、そのまま第２基板Ｓ１２へ向かう。第１偏光成分ＰＬ１（ｐ偏光）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ｐ偏光からｓ偏光へ遷移する。第２基板Ｓ１２側では面状（平板状又はベタ状ともいう。）の第２電極Ｅ１２が一定電位となっているため第１液晶層ＬＣ１に円弧状の屈折率分布が形成されず、第２偏光成分ＰＬ２（ｓ偏光）は拡散しないで第２基板Ｓ１２から出射される。このように、第２偏光成分ＰＬ２は、ｐ偏光の状態で第１液晶セル１０へ入射し、拡散されず、９０度旋光されてｓ偏光の状態で第１液晶セル１０から出射される。
【0077】
第１液晶セル１０を通過した第２偏光成分ＰＬ２は、ｓ偏光の状態で第２液晶セル２０へ入射する。第２偏光成分ＰＬ２（ｓ偏光）の偏光方向はＸ軸方向に沿った方向であり、第２液晶層ＬＣ２の第１基板Ｓ２１側の液晶分子の長軸の配向方向に対して平行な方向である。第１基板Ｓ２１側では第２液晶層ＬＣ２に円弧状の屈折率分布が形成されている。第１基板Ｓ２１から第２液晶層ＬＣ２に入射した第２偏光成分ＰＬ２（ｓ偏光）は、第２液晶層ＬＣ２の円弧状の屈折率分布の影響を受けてＸ軸方向に拡散される。第２偏光成分ＰＬ２（ｓ偏光）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ｓ偏光からｐ偏光へ遷移する。第２電極Ｅ２２は面状（平板状又はベタ状ともいう。）の電極であり全面が一定電位となるため、第２液晶層ＬＣ２の第２基板Ｓ２２側の液晶分子には円弧状の屈折率分布が形成されない。このため、第２偏光成分ＰＬ２（ｐ偏光）は拡散されず、第２基板Ｓ２２からそのまま出射される。このように、第２偏光成分ＰＬ２は、ｓ偏光の状態で第２液晶セル２０へ入射し、Ｘ軸方向に拡散され、９０度旋光されてｐ偏光の状態で第２液晶セル２０から出射される。
【0078】
第２液晶セル２０を通過した第２偏光成分ＰＬ２は、ｐ偏光の状態で第３液晶セル３０へ入射する。第２偏光成分ＰＬ２（ｐ偏光）の偏光方向はＹ軸方向に沿った方向であり、第３液晶層ＬＣ３の第１基板Ｓ３１側の液晶分子の長軸の配向方向に対して平行な方向である。第１基板Ｓ３１側では第３液晶層ＬＣ３に円弧状の屈折率分布が形成されている。第１基板Ｓ３１から第３液晶層ＬＣ３に入射した第２偏光成分ＰＬ２（ｐ偏光）は、第３液晶層ＬＣ３の円弧状の屈折率分布の影響を受けてＹ軸方向に拡散される。第２偏光成分ＰＬ２（ｐ偏光）は、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はｐ偏光からｓ偏光へ遷移する。第２電極Ｅ３２は面状（平板状又はベタ状ともいう。）の電極であり全面が一定電位となるため、第３液晶層ＬＣ３の第２基板Ｓ３２側の液晶分子には円弧状の屈折率分布が形成されない。このため、第２偏光成分ＰＬ２（ｓ偏光）は拡散されず、第２基板Ｓ３２からそのまま出射される。このように、第２偏光成分ＰＬ２は、ｐ偏光の状態で第３液晶セル３０へ入射し、Ｙ軸方向に拡散され、９０度旋光されてｓ偏光の状態で第３液晶セル３０から出射される。
【0079】
第３液晶セル３０を通過した第２偏光成分ＰＬ２は、ｓ偏光の状態で第４液晶セル４０へ入射する。第２偏光成分ＰＬ２（ｓ偏光）の偏光方向はＸ軸方向に沿った方向であり、第３液晶層ＬＣ３の第１基板Ｓ３１側の液晶分子の長軸の配向方向に対して交差する方向である。第１基板Ｓ４１側では第４液晶層ＬＣ４に円弧状の屈折率分布が形成されているが、第２偏光成分ＰＬ２（ｓ偏光）は拡散されずそのまま第２基板Ｓ４２へ向かう。第２偏光成分ＰＬ２（ｓ偏光）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、第２偏光成分ＰＬ２はｓ偏光からｐ偏光へ遷移する。第２電極Ｅ４２は面状（平板状又はベタ状ともいう。）の電極であり全面が一定電位となるため、第４液晶層ＬＣ４の第２基板Ｓ４２側の液晶分子には円弧状の屈折率分布が形成されない。このため、第２偏光成分ＰＬ２（ｐ偏光）は拡散されず、第２基板Ｓ４２からそのまま出射される。このように、第２偏光成分ＰＬ２は、ｓ偏光の状態で第４液晶セル４０へ入射し、拡散されず、９０度旋光されてｐ偏光の状態で第４液晶セル４０から出射される。
【0080】
液晶光制御素子１０２に入射する第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、Ｘ軸方向に１回及びＹ軸方向に１回拡散され、ｐ偏光の状態で入射して９０度の角度で４回旋光されることによりｐ偏光の状態で出射される。
【0081】
第１の構成では、第１偏光成分ＰＬ１が、第１液晶セル１０で旋光される前にＸ軸方向に拡散され、第４液晶セル４０で旋光される前にＹ軸方向に拡散され、第２偏光成分ＰＬ２が、第２液晶セル２０で旋光される前にＸ軸方向に拡散され、第３液晶セル３０で旋光される前にＹ軸方向に拡散される。ここで、各液晶セルにて偏光成分が旋光前に拡散することを先拡散、旋光後に拡散することを後拡散と称するとすると、当該第１の構成では、第１偏光成分ＰＬ１のＸ軸方向への先拡散が１回、Ｙ軸方向への先拡散が１回、第２偏光成分ＰＬ２のＸ軸方向への先拡散が１回、Ｙ軸方向への先拡散が１回となっている。また、いずれの偏光成分についても後拡散は生じていない。
【0082】
１－１－１．第１の構成の変形例（１）
図６は、各液晶セルに面状（平板状又はベタ状ともいう。）の第２電極（Ｅ１２、Ｅ２２、Ｅ３２、Ｅ４２）が設けられる構成を示すが、第１の構成に係る液晶光制御素子１０２はこのような構成に限定されない。例えば、図８に示すように、第１乃至第４液晶セルの第２基板（Ｓ１２、Ｓ２２、Ｓ３２、Ｓ４２）において第２電極が省略され、配向膜（図示されず）のみが設けられた構成を有していてもよい。第２基板側の配向膜の配向方向は、各液晶セルにおいて第１基板側の配向膜の配向方向と直交（９０度±１０度）するように設けられている。各液晶セルの第２電極が省略された構成によっても、第１偏光成分ＰＬ１及び第２偏光成分ＰＬ２を図６に示す液晶光制御素子１０２と同様に拡散させることができる。
図６は、各液晶セルに面状（平板状又はベタ状ともいう。）の第２電極（Ｅ１２、Ｅ２２、Ｅ３２、Ｅ４２）が設けられる構成を示すが、第１の構成に係る液晶光制御素子１０２はこのような構成に限定されない。例えば、図８に示すように、第１乃至第４液晶セルの第２基板（Ｓ１２、Ｓ２２、Ｓ３２、Ｓ４２）において第２電極が省略され、配向膜（図示されず）のみが設けられた構成を有していてもよい。第２基板側の配向膜の配向方向は、各液晶セルにおいて第１基板側の配向膜の配向方向と直交（９０度±１０度）するように設けられている。各液晶セルの第２電極が省略された構成によっても、第１偏光成分ＰＬ１及び第２偏光成分ＰＬ２を図６に示す液晶光制御素子１０２と同様に拡散させることができる。
【0083】
１－１－２．第１の構成の変形例（２）
図９は、第１乃至第４液晶セルの第２電極（Ｅ１２、Ｅ２２、Ｅ３２、Ｅ４２）が面状（平板状又はベタ状ともいう。）の電極に代えて、帯状電極（第３帯状電極Ｅ１２Ａ、Ｅ２２Ａ、Ｅ３２Ａ、Ｅ４２Ａ、及び第４帯状電極Ｅ１２Ｂ、Ｅ２２Ｂ、Ｅ３２Ｂ、Ｅ４２Ｂ）が設けられた構成を示す。この場合、第３帯状電極Ｅ１２Ａ、Ｅ２２Ａ、Ｅ３２Ａ、Ｅ４２Ａ、及び第４帯状電極Ｅ１２Ｂ、Ｅ２２Ｂ、Ｅ３２Ｂ、Ｅ４２Ｂに、例えば、図７に示す制御信号Ｅのような一定電圧が印加されることで、横電界を発生しないようにすることができ、図６に示す液晶光制御素子１０２と同様の配光特性を得ることができる。
図９は、第１乃至第４液晶セルの第２電極（Ｅ１２、Ｅ２２、Ｅ３２、Ｅ４２）が面状（平板状又はベタ状ともいう。）の電極に代えて、帯状電極（第３帯状電極Ｅ１２Ａ、Ｅ２２Ａ、Ｅ３２Ａ、Ｅ４２Ａ、及び第４帯状電極Ｅ１２Ｂ、Ｅ２２Ｂ、Ｅ３２Ｂ、Ｅ４２Ｂ）が設けられた構成を示す。この場合、第３帯状電極Ｅ１２Ａ、Ｅ２２Ａ、Ｅ３２Ａ、Ｅ４２Ａ、及び第４帯状電極Ｅ１２Ｂ、Ｅ２２Ｂ、Ｅ３２Ｂ、Ｅ４２Ｂに、例えば、図７に示す制御信号Ｅのような一定電圧が印加されることで、横電界を発生しないようにすることができ、図６に示す液晶光制御素子１０２と同様の配光特性を得ることができる。
【0084】
１－２．第２の構成
第２の構成は、液晶光制御素子が偏光成分を、第１液晶セル１０及び第４液晶セル４０の第１電極Ｅ１１、Ｅ４１側（光入射側）で拡散させず、第２電極Ｅ１２、Ｅ４２側（光出射側）で拡散させるようにし、第２液晶セル２０及び第３液晶セル３０の第１電極Ｅ２１、Ｅ３１側（光入射側）で拡散させ、第２電極Ｅ２２、Ｅ３２側（光出射側）で拡散させないようにしている。
第２の構成は、液晶光制御素子が偏光成分を、第１液晶セル１０及び第４液晶セル４０の第１電極Ｅ１１、Ｅ４１側（光入射側）で拡散させず、第２電極Ｅ１２、Ｅ４２側（光出射側）で拡散させるようにし、第２液晶セル２０及び第３液晶セル３０の第１電極Ｅ２１、Ｅ３１側（光入射側）で拡散させ、第２電極Ｅ２２、Ｅ３２側（光出射側）で拡散させないようにしている。
【0085】
図１０は、第２の構成に係る液晶光制御素子１０２を示す。第２の構成に係る液晶光制御素子１０２は、第１乃至第４液晶セルを有する。第１液晶セル１０には第１基板Ｓ１１に第１電極Ｅ１１（第１帯状電極Ｅ１１Ａ、第２帯状電極Ｅ１１Ｂ）が設けられ、第２基板Ｓ１２に第２電極Ｅ１２（第３帯状電極Ｅ１２Ａ、第４帯状電極Ｅ１２Ｂ）が設けられ、第２液晶セル２０には第１基板Ｓ２１に第１電極Ｅ２１（第１帯状電極Ｅ２１Ａ、第２帯状電極Ｅ２１Ｂ）が設けられ、第２基板Ｓ２２に第２電極Ｅ２２（第３帯状電極Ｅ２２Ａ、第４帯状電極Ｅ２２Ｂ）が設けられ、第３液晶セル３０には第１基板Ｓ３１に第１電極Ｅ３１（第１帯状電極Ｅ３１Ａ、第２帯状電極Ｅ３１Ｂ）が設けられ、第２基板Ｓ３２に第２電極Ｅ３２（第３帯状電極Ｅ３２Ａ、第４帯状電極Ｅ３２Ｂ）が設けられ、第４液晶セル４０には第１基板Ｓ４１に第１電極Ｅ４１（第１帯状電極Ｅ４１Ａ、第２帯状電極Ｅ４１Ｂ）が設けられ、第２基板Ｓ４２に第２電極Ｅ４２（第３帯状電極Ｅ４２Ａ、第４帯状電極Ｅ４２Ｂ）が設けられる。
【0086】
表２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。図１０では、制御信号が印加され横電界を発生させている帯状電極をハッチングで示し、制御信号が印加されず横電界を発生しない帯状電極を白抜きで示す。なお、表３に示す制御信号Ａ、Ｂは、図７に示す制御信号に対応している。
【表2】
【0087】
表２に示すように、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。第４液晶セル４０についても同様である。第２液晶セル２０では、第１帯状電極Ｅ２１Ａに制御信号Ａが印加され、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。第３液晶セル３０についても同様である。すなわち、図１０に示す液晶光制御素子１０２は、第１液晶セル１０及び第４液晶セル４０においては第１基板側で横電界が発生せず、第２基板側で横電界が発生し、第２液晶セル２０及び第３液晶セル３０では第１基板側で横電界が発生し、第２基板側で横電界が発生しないように制御信号が入力される。
【0088】
次に、第２の構成に係る液晶光制御素子１０２の動作を、各液晶セルが入射光に与える作用により説明する。
【0089】
図１０において、第１偏光成分ＰＬ１に着目する。第１偏光成分ＰＬ１は、ｓ偏光の状態で第１液晶セル１０に入射する。第１液晶セル１０の第１電極Ｅ１１は横電界を発生させていない。したがって、第１偏光成分ＰＬ１は第１電極Ｅ１１で拡散されず、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度旋光されてｐ偏光に遷移する。第２電極Ｅ１２では、第３帯状電極Ｅ１２Ａには制御信号Ａが印加され、第４帯状電極Ｅ１２Ｂには制御信号Ｂが印加されるので横電界が発生する。したがって、第１液晶層ＬＣ１の第２基板Ｓ１２側には円弧状の屈折率分布が形成される。第１偏光成分ＰＬ１（ｐ偏光）は、偏光方向が液晶分子の長軸と平行な方向にあるため、円弧状の屈折率分布の影響によりＹ軸方向に拡散されて第２基板Ｓ１２から出射される。このように、第１偏光成分ＰＬ１は、ｓ偏光の状態で第１液晶セル１０へ入射し、９０度旋光されてｐ偏光の状態となり、Ｙ軸方向に拡散されて第１液晶セル１０から出射される。
【0090】
第１液晶セル１０を通過した第１偏光成分ＰＬ１は、ｐ偏光の状態で第２液晶セル２０に入射する。第２液晶セル２０に入射した第１偏光成分（ｐ偏光）は、第１実施形態と同様に、拡散されず、９０度旋光されてｓ偏光の状態で第２液晶セル２０から出射される。
【0091】
第２液晶セル２０を通過した第１偏光成分ＰＬ１は、ｓ偏光の状態で第３液晶セル３０に入射する。第３液晶セル３０に入射した第１偏光成分（ｓ偏光）は、第１実施形態と同様に、拡散されず、９０度旋光されてｐ偏光の状態で第３液晶セル３０から出射される。
【0092】
第３液晶セル３０を通過した第１偏光成分ＰＬ１は、ｐ偏光の状態で第４液晶セル４０に入射する。第４液晶セル４０の第１電極Ｅ４１は横電界を発生させていない。したがって、第１偏光成分ＰＬ１は第１電極Ｅ４１で拡散されず、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度旋光されてｓ偏光に遷移する。第２電極Ｅ４２では、第３帯状電極Ｅ４２Ａには制御信号Ａが印加され、第４帯状電極Ｅ４２Ｂには制御信号Ｂが印加されるので横電界が発生する。したがって、第４液晶層ＬＣ４の第２基板Ｓ４２側には円弧状の屈折率分布が形成される。第１偏光成分ＰＬ１（ｓ偏光）は、偏光方向が液晶分子の長軸と平行な方向にあるため、円弧状の屈折率分布の影響によりＸ軸方向に拡散されて第２基板Ｓ４２から出射される。このように、第１偏光成分ＰＬ１は、ｐ偏光の状態で第４液晶セル４０へ入射し、９０度旋光されてｓ偏光の状態となり、Ｘ軸方向に拡散されて第４液晶セル４０から出射される。
【0093】
第２の構成に係る液晶光制御素子１０２に入射する第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、Ｘ軸方向に１回及びＹ軸方向に１回拡散され、ｓ偏光の状態で入射して９０度の角度で４回旋光されることによりｓ偏光の状態で出射される。
【0094】
次に、第２偏光成分ＰＬ２に着目する。第２偏光成分ＰＬ２は、ｐ偏光の状態で第１液晶セル１０に入射する。第１液晶セル１０の第１電極Ｅ１１は横電界を発生させていない。したがって、第２偏光成分ＰＬ２（ｐ偏光）は第１電極Ｅ１１で拡散されず、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度旋光されてｓ偏光に遷移する。第２偏光成分ＰＬ２（ｓ偏光）は、第２電極Ｅ１２で拡散されずｓ偏光の状態で第１液晶セル１０から出射される。
【0095】
第１液晶セル１０を通過した第２偏光成分ＰＬ２は、ｓ偏光の状態で第２液晶セル２０へ入射する。第２液晶セル２０では、第１の構成と同様に、第２偏光成分ＰＬ２（ｓ偏光）が第１基板Ｓ２１側でＸ軸方向に拡散される。第２偏光成分ＰＬ２（ｓ偏光）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ｓ偏光からｐ偏光へ遷移する。第２液晶セル２０の第２電極Ｅ２２は横電界を発生させていない。したがって、第２偏光成分ＰＬ２は第２電極Ｅ２２で拡散されず、ｐ偏光の状態で第２液晶セル２０から出射される。
【0096】
第２液晶セル２０を通過した第２偏光成分ＰＬ２は、ｐ偏光の状態で第３液晶セル３０へ入射する。第３液晶セル３０では、第１の構成と同様に、第２偏光成分ＰＬ２（ｐ偏光）が第１基板Ｓ３１側でＹ軸方向に拡散される。第２偏光成分ＰＬ２（ｐ偏光）は、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はｐ偏光からｓ偏光へ遷移する。第３液晶セル３０の第２電極Ｅ３２は横電界を発生させていない。したがって、第２偏光成分ＰＬ２は第２電極Ｅ３２で拡散されず、ｓ偏光の状態で第３液晶セル３０から出射される。
【0097】
第３液晶セル３０を通過した第２偏光成分ＰＬ２は、ｓ偏光の状態で第４液晶セル４０へ入射する。第４液晶セル４０の第１電極Ｅ４１は横電界を発生させていない。したがって、第２偏光成分ＰＬ２（ｓ偏光）は第１電極Ｅ１１で拡散されず、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度旋光されてｐ偏光に遷移する。そして、第２偏光成分ＰＬ２（ｐ偏光）は、第２基板Ｓ４２で拡散されず第４液晶セル４０から出射される。
【0098】
第２の構成に係る液晶光制御素子１０２に入射する第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、Ｘ軸方向に１回及びＹ軸方向に１回拡散され、ｐ偏光の状態で入射して９０度の角度で４回旋光されることによりｐ偏光の状態で出射される。
【0099】
第２の構成では、第１偏光成分ＰＬ１が、第１液晶セル１０で旋光された後にＹ軸方向に拡散され、第４液晶セル４０で旋光された後にＸ軸方向に拡散され、第２偏光成分ＰＬ２が、第２液晶セル２０で旋光される前にＸ軸方向に拡散され、第３液晶セル３０で旋光される前にＹ軸方向に拡散される。すなわち、当該第２の構成では、第１偏光成分ＰＬ１のＸ軸方向への先拡散が０回、後拡散が１回、Ｙ軸方向への先拡散が０回、後拡散が１回となっている。また、第２偏光成分ＰＬ２のＸ軸方向への先拡散が１回、後拡散が０回、Ｙ軸方向への先拡散が１回、後拡散が０回となっている。
【0100】
１－３．参考例１
図１１は、参考例１に係る液晶光制御素子を示す。参考例１では、第１液晶セル１０の第１基板Ｓ１１側の第１帯状電極Ｅ１１Ａに制御信号Ａが印加され、第２帯状電極Ｅ１１Ｂに制御信号Ｂが印加され、第２基板Ｓ１２側の第３帯状電極Ｅ１２Ａに制御信号Ａが印加され、第４帯状電極Ｅ１２Ｂに制御信号Ｂが印加される。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。すなわち、いずれの液晶セルにおいても、第１基板（Ｓ１１、Ｓ２１、Ｓ３１、Ｓ４１）側及び第２基板（Ｓ１２、Ｓ２２、Ｓ３２、Ｓ４２）側の両方で横電界を発生させている。
図１１は、参考例１に係る液晶光制御素子を示す。参考例１では、第１液晶セル１０の第１基板Ｓ１１側の第１帯状電極Ｅ１１Ａに制御信号Ａが印加され、第２帯状電極Ｅ１１Ｂに制御信号Ｂが印加され、第２基板Ｓ１２側の第３帯状電極Ｅ１２Ａに制御信号Ａが印加され、第４帯状電極Ｅ１２Ｂに制御信号Ｂが印加される。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。すなわち、いずれの液晶セルにおいても、第１基板（Ｓ１１、Ｓ２１、Ｓ３１、Ｓ４１）側及び第２基板（Ｓ１２、Ｓ２２、Ｓ３２、Ｓ４２）側の両方で横電界を発生させている。
【0101】
図１１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、ｓ偏光の状態で第１液晶セル１０に入射する。第１偏光成分ＰＬ１は、第１液晶セル１０の第１電極Ｅ１１側でＸ軸方向に拡散され、第１液晶層ＬＣ１で９０度旋光されて、第２電極Ｅ１２側でＹ軸方向に拡散される。第１偏光成分ＰＬ１は、第２液晶セル２０及び第３液晶セル３０でそれぞれ９０度旋光されつつ透過し、第４液晶セル４０の第１電極Ｅ４１側でＹ軸方向に拡散され、第４液晶層ＬＣ４で９０度旋光されて、第２電極Ｅ４２側でＸ軸方向に拡散され、ｓ偏光の状態で出射される。
【0102】
図１１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、ｐ偏光の状態で第１液晶セル１０に入射する。第２偏光成分ＰＬ２は、第１液晶セル１０で９０度旋光され、第１液晶セル１０では拡散されないでｓ偏光の状態で第２液晶セル２０へ入射する。第２偏光成分ＰＬ２は、第２液晶セル２０の第１電極Ｅ２１側でＸ軸方向に拡散され、第２液晶層ＬＣ２で９０度旋光されてｐ偏光となり、第２電極Ｅ２２側でＹ軸方向に拡散される。そして、第２偏光成分ＰＬ２は、第３液晶セル３０の第１電極Ｅ３１側でＹ軸方向に拡散され、第３液晶層ＬＣ３で９０度旋光されてｓ偏光となり、第２電極Ｅ２２側でＸ軸方向に拡散される。その後、第２偏光成分ＰＬ２は、第４液晶セル４０で９０度旋光され、第４液晶セル４０では拡散されずｐ偏光の状態で出射される。
【0103】
このように、参考例１に係る液晶光制御素子は、第１偏光成分ＰＬ１が、第１液晶セル１０及び第４液晶セル４０でＸ軸方向及びＹ軸方向に拡散され、第２偏光成分ＰＬ２が、第２液晶セル２０及び第３液晶セル３０でＸ軸方向及びＹ軸方向に拡散される。
【0104】
１－４．角度特性
図１２Ａは、第１の構成及び第２の構成に係る液晶光制御素子１０２の輝度－角度特性のグラフを示す。また、図１２Ａは、参考例１の特性を同グラフ中に示す。なお、図１２Ａに示すグラフの横軸は極角を示す。図１２Ｅに示すように、グラフに示す極角は、０度が液晶光制御素子１０２の光出射面を真正面から見たときを示し、Ｘ軸方向にプラス方向とマイナス方向に傾けたときの角度を示す。グラフの縦軸は中心（極角０度）の輝度を１００％として規格化したときの輝度を示す。
図１２Ａは、第１の構成及び第２の構成に係る液晶光制御素子１０２の輝度－角度特性のグラフを示す。また、図１２Ａは、参考例１の特性を同グラフ中に示す。なお、図１２Ａに示すグラフの横軸は極角を示す。図１２Ｅに示すように、グラフに示す極角は、０度が液晶光制御素子１０２の光出射面を真正面から見たときを示し、Ｘ軸方向にプラス方向とマイナス方向に傾けたときの角度を示す。グラフの縦軸は中心（極角０度）の輝度を１００％として規格化したときの輝度を示す。
【0105】
図１２Ａに示すグラフにおいて、液晶光制御素子１０２の第１の構成に係る特性は、極角＋２０度～＋４０度及び－２０度～－４０度の範囲の輝度が中心輝度から２０％程度下がるものの、同範囲で一定の輝度分布が得られていることが判る。第１の構成では、上記に示す通り各偏光成分を液晶層で旋光される前に拡散し、旋光後には拡散しないようにする構成を採用することで、極角の一定範囲において実質的に平坦な強度分布が得られることを示す。すなわち、液晶セルで所定の方向（Ｘ軸方向又はＹ軸方向）に拡散された偏光成分のうち、液晶層で旋光しきれなかった成分が光出射側の電極で再び拡散されないようにすることで、輝度の角度特性においてフラットな特性を得ることができる。
【0106】
なお、上記「各偏光成分を液晶層で旋光される前に拡散し、旋光後には拡散しない」とは、ある偏光成分がある液晶パネル内で旋光される前に拡散し、その直後同一の液晶パネル内で旋光後にさらに拡散しないことを言うのであって、ある偏光成分が液晶光制御素子を通過する過程で異なる液晶パネルで拡散することまでは含まない。例えば上記第１の構成において、第１偏光成分は第１液晶セルと第４液晶セルとで拡散しているが、第１液晶セルにおいては旋光前に拡散し（先拡散）、旋光後は拡散せず、第４液晶セルにおいても同様に旋光前に拡散し、旋光後は拡散していない。
【0107】
液晶光制御素子１０２の第２の構成に係る特性は、極角＋２０度～＋４０度及び－２０度～－４０度の範囲の輝度が中心輝度から４０％程度下がるものの、同範囲で一定の輝度分布が得られていることが判る。第２の構成は、第１偏光成分ＰＬ１の拡散が液晶層での旋光後に行われ、第２偏光成分ＰＬ２の拡散が旋光前に行われる。第２の構成に係る特性は、極角＋２０度～＋４０度及び－２０度～－４０度の範囲の輝度が低下するものの第１の構成に係る特性に近いプロファイルを有する。このように、それぞれの偏光成分をＸ軸方向及びＹ軸方向に各１回拡散させることで、極角＋２０度～＋４０度及び－２０度～－４０度の範囲で比較的フラットな輝度特性が得られることが判る。
【0108】
このように、第１の構成と第２の構成を比較すると、第１の構成は液晶光制御素子１０２を通過する過程で第１偏光成分と第２偏光成分がいずれもＸ軸方向に１回ずつ先拡散している一方、第２の構成は第１偏光成分がＸ軸方向に１回後拡散し、第２偏光成分がＸ軸方向に１回先拡散しており、先拡散の方が後拡散よりも輝度低下を抑制しつつ、一定輝度を維持する極角範囲が広いことが示されている。
【0109】
これに対し、参考例１として示す液晶光制御素子の特性は、輝度の強度分布が、極角０度の位置で最も強度が大きく、極角がプラス方向及びマイナス方向（すなわち左右方向）に大きくなるに従い直線的に減少する傾向を示す。参考例１に係る液晶光制御素子は、各偏光成分を液晶層の前後で拡散することにより、輝度の極角方向の変化が第１の構成及び第２の構成における特性と異なっていることが判る。すなわち、液晶セルで偏光成分を旋光の前後で拡散させることで、極角方向に直線状に減少する輝度分布が得られていることが判る。
【0110】
より具体的には、参考例１においては、第１偏光成分は、Ｘ軸方向に１回先拡散しているが、当該先拡散の直後同じ液晶セル（第１液晶セル）内でＹ軸方向に後拡散している。また、第２偏光成分は、Ｘ軸方向に１回先拡散しているが、当該後拡散の直前に同じ液晶セル（第２液晶セル）内でＹ軸方向に後拡散している。さらに参考例１においては、第１偏光成分は、Ｙ軸方向に１回先拡散しているが、当該先拡散の直後同じ液晶セル（第４液晶セル）内でＸ軸方向に後拡散している。また、第２偏光成分は、Ｙ軸方向に１回先拡散しているが、当該先拡散の直後に同じ液晶セル（第３液晶セル）内でＸ軸方向に後拡散している。すなわち、参考例１においては、偏光成分ごとにＸ軸方向に１回の先拡散と１回の後拡散がなされていることになるが、いずれも同一液晶セル内でのＹ軸方向の拡散を伴うものである。図１２Ａによれば、このように同一液晶セル内で旋光前後で拡散を伴うと、たとえ先拡散の回数が同じであったとしても、先拡散のみで拡散させた場合（第１の構成）と比較すると、極角が大きくなるにつれて輝度が単調に低下してしまうことが示されている。
【0111】
なお、図１２Ａによれば、第１の構成、第２の構成及び参考例１のいずれについても、極角５０度辺りで輝度が極角０度に対して半分となり、それ以降は輝度が同じように低下している。この輝度が半分になるまでの領域を半値幅と称するとすると、第１の構成においては、半値幅を参考例１と同じくしつつ、当該参考例１よりも半値幅内における輝度を向上させつつ一定に保てるものとなり、第２の構成においては、半値幅を参考例１と同じくしつつ、当該参考例１よりも半値幅内における輝度を低下させつつ一定に保てるものとなっている。
【0112】
次に、各構成の出射光のプロファイルを示す。図１２Ｂは、第１の構成における出射光のプロファイルを示す。第１の構成では、第１偏光成分ＰＬ１及び第２偏光成分ＰＬ２が、各液晶セルの光入射側の電極でＸ軸方向及びＹ軸方向に各１回拡散されることで、正方形に近い整った形のプロファイルが得られている。図１２Ｃは、第２の構成における出射光のプロファイルを示す。第２の構成では、第１偏光成分ＰＬ１が第１液晶セル１０及び第４液晶セル４０の第２基板（光出射側の基板）で拡散され、第２偏光成分ＰＬ２が第２液晶セル２０及び第３液晶セル３０の第１基板（光入射側の基板）で拡散されることで、第１の構成と同様に正方形に近いプロファイルが得られている。
【0113】
一方、図１２Ｄは、参考例１における出射光のプロファイルを示す。参考例１では、第１偏光成分ＰＬ１が第１液晶セル１０及び第４液晶セル４０でＸ軸方向Ｙ軸方向に２回拡散され、第２偏光成分ＰＬ２が第２液晶セル２０及び第３液晶セル３０でＸ軸方向及びＹ軸方向に２回拡散されることで、第１の構成及び第２の構成で得られたプロファイルと比較して円形に近いプロファイルが得られている。
【0114】
図１２Ａのグラフにおいて、第１の構成及び第２の構成と、参考例１に係る特性を比較すると、各液晶セルにおいて第１基板（光入射側の基板）側で拡散させるようにした方が配光の強度が高くなることが判る。一方、参考例１におけるように、拡散の回数を増やすことで極角０度付近の輝度の低下を小さくすることができる。
【0115】
図１２Ｂ乃至図１２Ｄに示すように、１つの液晶セルで偏光成分を、液晶層による旋光の前後で拡散させるよりも、旋光される前に拡散させ、旋光後は拡散させない方が、形状の整った（正方形の）プロファイルが得られることが判る。また、１つの液晶セルで偏光成分を、液晶層で旋光する前のみ、旋光された後のみ拡散させることによっても形状の整った（正方形の）プロファイルが得られることが判る。
【0116】
図５Ａ及び図５Ｂを参照して説明したように、各偏光成分は、各液晶セルを通過する過程で旋光しきれない偏光成分が一部残存してしまうので、一つの液晶セルの中で旋光前後に異なる方向に拡散させるよりも、対応する偏光成分を別の液晶セルで拡散させるようにすることで配光特性を高めることができ、形状が整った照射プロファイルを得ることができる。
【0117】
本実施形態によれば、４段に配置された液晶セルにおいて、各偏光成分を液晶層で旋光される前に拡散し旋光後には拡散しないようにする構成を採用することで、極角の一定範囲において実質的に平坦な強度分布を得ることができ、形状が整った照射プロファイルを得ることができる。また、４段に配置された液晶セルにおいて、各偏光成分を液晶層で旋光する前、又は旋光された後に拡散し、１つの液晶セルで旋光の前後に拡散させない構成を採用することによっても極角の一定範囲において実質的に平坦な強度分布を得ることができ、形状が整った照射プロファイルを得ることができる。
【0118】
［第２実施形態］
本実施形態は、液晶光制御素子が５つの液晶セルで構成される例を示す。各液晶セルは、一対の基板間の液晶層が設けられ、少なくとも一方の基板に図１に示すような帯状電極が設けられている。
本実施形態は、液晶光制御素子が５つの液晶セルで構成される例を示す。各液晶セルは、一対の基板間の液晶層が設けられ、少なくとも一方の基板に図１に示すような帯状電極が設けられている。
【0119】
２－１．第３の構成
図１３は、第３の構成に係る液晶光制御素子１０２の各液晶セルにおける電極配置と、液晶光制御素子１０２に入射した光が各液晶セルを透過するときの状態を示す。第３の構成に係る液晶光制御素子１０２は、第１乃至第５液晶セルを有する。各液晶セルの構成は、第１実施形態において説明したように、第１基板側の第１電極が帯状電極で構成され、第２基板側の第２電極が帯状電極で構成されている。
図１３は、第３の構成に係る液晶光制御素子１０２の各液晶セルにおける電極配置と、液晶光制御素子１０２に入射した光が各液晶セルを透過するときの状態を示す。第３の構成に係る液晶光制御素子１０２は、第１乃至第５液晶セルを有する。各液晶セルの構成は、第１実施形態において説明したように、第１基板側の第１電極が帯状電極で構成され、第２基板側の第２電極が帯状電極で構成されている。
【0120】
図１３に示すように、第３の構成に係る液晶光制御素子１０２は、光入射側から出射側にかけて第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、及び第５液晶セル５０が重畳するように配置されている。
【0121】
第１液晶セル１０は、第１基板Ｓ１１側の第１帯状電極Ｅ１１Ａ及び第２帯状電極Ｅ１１Ｂの延在方向がＸ軸方向に延在するように配置され、第２基板Ｓ１２側の第３帯状電極Ｅ１２Ａ及び第４帯状電極Ｅ１２Ｂの延在方向がＹ軸方向に延在するように配置される。第２液晶セル２０及び第３液晶セル３０は、第１基板Ｓ２１、Ｓ３１側の第１帯状電極Ｅ２１Ａ、Ｅ３１Ａ及び第２帯状電極Ｅ２１Ｂ、Ｅ３１Ｂの延在方向がＹ軸方向に延在するように配置され、第２基板Ｓ２２、Ｓ３２側の第３帯状電極Ｅ２２Ａ、Ｅ３２Ａ及び第４帯状電極Ｅ２２Ｂ、Ｅ３２Ｂの延在方向がＸ軸方向に延在するように配置される。第４液晶セル４０及び第５液晶セル５０は、第１基板Ｓ４１、Ｓ５１側の第１帯状電極Ｅ４１Ａ、Ｅ５１Ａ及び第２帯状電極Ｅ４１Ｂ、Ｅ５１Ｂの延在方向がＸ軸方向に延在するように配置され、第２基板Ｓ４２、Ｓ５２側の第３帯状電極Ｅ４２Ａ、Ｅ５２Ａ及び第４帯状電極Ｅ４２Ｂ、Ｅ５２Ｂの延在方向がＹ軸方向に延在するように配置される。また、各液晶セルの配向膜の配向方向は、帯状電極の延在方向が延在する方向と交差する方向に配置されている点も第１実施形態と同様である。本実施形態はまた、図９や図１０に示す第１の実施形態の変形例の構成にさらに入射側に１つの液晶セルを追加して積層した構成であるともいえる。また、当該追加した液晶セルは、当該第１の実施形態の変形例で言うところの第３乃至第４液晶セルと同じ液晶セルであってこれら液晶セルと同じ向きに配置されているともいえる。
【0122】
図１３は、第１実施形態と同様に、制御信号が印加され横電界を形成している電極をハッチングで示す。また、図１３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。
【0123】
【0124】
表３に示すように第３の構成に係る液晶光制御素子１０２の各液晶セルには、第１基板側（光入射側）の第１電極（第１帯状電極、第２帯状電極）に矩形波の制御信号Ａ、Ｂが印加され、第２基板側（光出射側）の第２電極（第３帯状電極、第４帯状電極）には一定電圧の制御信号Ｅが印加される。すなわち、図１３に示す第３の構成に係る液晶光制御素子１０２は、各液晶セルの第１電極に制御信号Ａ、Ｂが印加され、第２電極に制御信号Ｅが印加され、第１基板側でのみ横電界が発生している。
【0125】
次に、第３の構成に係る液晶光制御素子１０２に入射した光が拡散、旋光、透過する状態を説明する。第３の構成においても、第１偏光成分ＰＬ１の初期状態（液晶光制御素子１０２に入射する直前の状態）はｓ偏光であり、第２偏光成分ＰＬ２の初期状態はｐ偏光であるものとする。
【0126】
図１３において、第１偏光成分ＰＬ１に着目する。第１偏光成分ＰＬ１は、ｓ偏光の状態で第１液晶セル１０に入射する。第１液晶セル１０に入射した第１偏光成分ＰＬ１（ｓ偏光）は、第１電極Ｅ１１で拡散されず、第１液晶層ＬＣ１で９０度旋光されてｐ偏光となり、第２電極Ｅ１２で拡散されず、第１液晶セル１０から出射される。第２液晶セル２０に入射した第１偏光成分ＰＬ１（ｐ偏光）は、第１電極Ｅ２１で拡散されず、第２液晶層ＬＣ２で９０度旋光されてｓ偏光となり、第２電極Ｅ２２で拡散されず、第２液晶セル２０から出射される。第３液晶セル３０に入射した第１偏光成分ＰＬ１（ｓ偏光）は、第１電極Ｅ３１でＸ軸方向に拡散され、第３液晶層ＬＣ３で９０度旋光されてｐ偏光となり、第２電極Ｅ３２で拡散されず、第３液晶セル３０から出射される。第４液晶セル４０に入射した第１偏光成分ＰＬ１（ｐ偏光）は、第１電極Ｅ４１でＹ軸方向に拡散され、第４液晶層ＬＣ４で９０度旋光されてｓ偏光となり、第２電極Ｅ４２で拡散されず、第４液晶セル４０から出射される。第５液晶セル５０に入射した第１偏光成分ＰＬ１（ｓ偏光）は、第１電極Ｅ５１で拡散されず、第５液晶層ＬＣ５で９０度旋光されてｐ偏光となり、第２電極Ｅ５２で拡散されず、第５液晶セル５０から出射される。このように、第３の構成に係る液晶光制御素子１０２に入射した第１偏光成分ＰＬ１（ｓ偏光）は、Ｘ軸方向に１回及びＹ軸方向に１回拡散され、液晶層で５回旋光されてｐ偏光の状態で出射される。
【0127】
図１３において、第２偏光成分ＰＬ２に着目する。第２偏光成分ＰＬ２は、ｐ偏光の状態で第１液晶セル１０に入射する。第１液晶セル１０に入射した第２偏光成分ＰＬ２（ｐ偏光）は、第１電極Ｅ１１でＹ軸方向に拡散され、第１液晶層ＬＣ１で９０度旋光されてｓ偏光となり、第２電極Ｅ１２で拡散されず、第１液晶セル１０から出射される。第２液晶セル２０に入射した第２偏光成分ＰＬ２（ｓ偏光）は、第１電極Ｅ２１でＸ軸方向に拡散され、第２液晶層ＬＣ２で９０度旋光されてｐ偏光となり、第２電極Ｅ２２で拡散されず、第２液晶セル２０から出射される。第３液晶セル３０に入射した第２偏光成分ＰＬ２（ｐ偏光）は、第１電極Ｅ３１で拡散されず、第３液晶層ＬＣ３で９０度旋光されてｓ偏光となり、第２電極Ｅ３２で拡散されず、第３液晶セル３０から出射される。第４液晶セル４０に入射した第２偏光成分ＰＬ２（ｓ偏光）は、第１電極Ｅ４１で拡散されず、第４液晶層ＬＣ４で９０度旋光されてｐ偏光となり、第２電極Ｅ４２で拡散されず、第４液晶セル４０から出射される。第５液晶セル５０に入射した第２偏光成分ＰＬ２（ｐ偏光）は、第１電極Ｅ５１でＹ軸方向に拡散され、第５液晶層ＬＣ５で９０度旋光されてｓ偏光となり、第２電極Ｅ５２で拡散されず、第５液晶セル５０から出射される。このように、第３の構成に係る液晶光制御素子１０２に入射した第２偏光成分ＰＬ２（ｐ偏光）は、Ｘ軸方向に１回及びＹ軸方向に２回拡散され、液晶層で５回旋光されてｓ偏光の状態で出射される。
【0128】
第３の構成では、第１偏光成分ＰＬ１が、第３液晶セル３０で旋光される前にＸ軸方向に拡散され、第４液晶セル４０で旋光される前にＹ軸方向に拡散され、第２偏光成分ＰＬ２が、第２液晶セル２０で旋光される前にＸ軸方向に拡散され、第３液晶セル３０で旋光される前にＹ軸方向に拡散され、さらに第５液晶セル５０で旋光される前にＹ軸方向に拡散される。なお、第３の構成において、第２電極Ｅ１２、Ｅ２２、Ｅ３２、Ｒ４２，Ｅ５２を、図６に示すような面状（平板状又はベタ状ともいう。）の電極、又は図８に示すように第２電極を設けない構成としてもよい。
【0129】
２－２．第４の構成
第４の構成は、液晶光制御素子が偏光成分を、第１液晶セル１０、第２液晶セル２０、及び第５液晶セル５０の第１電極Ｅ１１、Ｅ４１、Ｅ５１側（光入射側）で拡散させず、第２電極Ｅ１２、Ｅ４２、Ｅ５２側（光出射側）で拡散させるようにし、第３液晶セル３０及び第４液晶セル４０の第１電極Ｅ２１、Ｅ３１側（光入射側）で拡散させ、第２電極Ｅ２２、Ｅ３２側で拡散させないようにしている。
第４の構成は、液晶光制御素子が偏光成分を、第１液晶セル１０、第２液晶セル２０、及び第５液晶セル５０の第１電極Ｅ１１、Ｅ４１、Ｅ５１側（光入射側）で拡散させず、第２電極Ｅ１２、Ｅ４２、Ｅ５２側（光出射側）で拡散させるようにし、第３液晶セル３０及び第４液晶セル４０の第１電極Ｅ２１、Ｅ３１側（光入射側）で拡散させ、第２電極Ｅ２２、Ｅ３２側で拡散させないようにしている。
【0130】
図１４は、第４の構成に係る液晶光制御素子１０２の各液晶セルにおける電極配置と、液晶光制御素子１０２に入射した光が各液晶セルを透過するときの状態を示す。各液晶セルの帯状電極の配置は第３の構成と同じである。
【0131】
【0132】
表４に示すように第４の構成に係る液晶光制御素子１０２は、第１液晶セル１０、第２液晶セル２０、及び第５液晶セル５０では、光入射側の第１電極Ｅ１１、Ｅ２１、Ｅ５１（第１帯状電極Ｅ１１Ａ、Ｅ２１Ａ、Ｅ５１Ａ、第２帯状電極Ｅ１１Ｂ、Ｅ２１Ｂ、Ｅ５１Ｂ）に一定電圧の制御信号Ｅが印加され、旋光後光出射側の第２電極Ｅ１２、Ｅ２２、Ｅ５２（第３帯状電極Ｅ１２Ａ、Ｅ２２Ａ、Ｅ５２Ａ、第４帯状電極Ｅ１２Ｂ、Ｅ２２Ｂ、Ｅ５２Ｂ）には制御信号Ａ、Ｂが印加される。また、第３液晶セル３０、及び第４液晶セル４０では、光入射側の第１電極Ｅ３１、Ｅ４１（第１帯状電極Ｅ３１Ａ、Ｅ４１Ａ、第２帯状電極Ｅ３１Ｂ、Ｅ４１Ｂ）には制御信号Ａ、Ｂが印加され、第２電極Ｅ３２、Ｅ４２（第３帯状電極Ｅ３２Ａ、Ｅ４２Ａ、第４帯状電極Ｅ３２Ｂ、Ｅ４２Ｂ）に一定電圧の制御信号Ｅが印加される。すなわち、図１４に示す第４の構成に係る液晶光制御素子１０２は、第１液晶セル１０、第２液晶セル２０、及び第５液晶セル５０の第１基板Ｓ１１、Ｓ２１、Ｓ５１の側では横電界を発生させず、第２基板Ｓ１２、Ｓ２２、Ｓ５２の側で横電界を発生させ、第３液晶セル３０及び第４液晶セル４０では第１基板Ｓ３１、Ｓ４１の側で横電界を発生させ、第２基板Ｓ３２、Ｓ４２の側では横電界を発生させないようにされている。
【0133】
次に、第４の構成に係る液晶光制御素子１０２に入射した光が拡散、旋光、透過する状態を説明する。第４の構成においても、第１偏光成分ＰＬ１の初期状態（液晶光制御素子１０２に入射する直前の状態）はｓ偏光であり、第２偏光成分ＰＬ２の初期状態はｐ偏光であるものとする。
【0134】
図１４において、第１偏光成分ＰＬ１に着目する。第１偏光成分ＰＬ１は、ｓ偏光の状態で第１液晶セル１０に入射する。第１液晶セル１０に入射した第１偏光成分ＰＬ１（ｓ偏光）は、第１電極Ｅ１１で拡散されず、第１液晶層ＬＣ１で９０度旋光されてｐ偏光となり、第２電極Ｅ１２で拡散されず、第１液晶セル１０から出射される。第２液晶セル２０に入射した第１偏光成分ＰＬ１（ｐ偏光）は、第１電極Ｅ２１で拡散されず、第２液晶層ＬＣ２で９０度旋光されてｓ偏光となり、第２電極Ｅ２２で拡散されず、第２液晶セル２０から出射される。第３液晶セル３０に入射した第１偏光成分ＰＬ１（ｓ偏光）は、第１電極Ｅ３１でＸ軸方向に拡散され、第３液晶層ＬＣ３で９０度旋光されてｐ偏光となり、第２電極Ｅ３２で拡散されず、第３液晶セル３０から出射される。第４液晶セル４０に入射した第１偏光成分ＰＬ１（ｐ偏光）は、第１電極Ｅ４１でＹ軸方向に拡散され、第４液晶層ＬＣ４で９０度旋光されてｓ偏光となり、第２電極Ｅ４２で拡散されず、第４液晶セル４０から出射される。第５液晶セル５０に入射した第１偏光成分ＰＬ１（ｓ偏光）は、第１電極Ｅ５１で拡散されず、第５液晶層ＬＣ５で９０度旋光されてｐ偏光となり、第２電極Ｅ５２で拡散されず、第５液晶セル５０から出射される。このように、第４の構成に係る液晶光制御素子１０２に入射した第１偏光成分ＰＬ１（ｓ偏光）は、Ｘ軸方向に１回及びＹ軸方向に１回拡散され、液晶層で５回旋光されてｐ偏光の状態で出射される。
【0135】
図１４において、第２偏光成分ＰＬ２に着目する。第２偏光成分ＰＬ２は、ｐ偏光の状態で第１液晶セル１０に入射する。第１液晶セル１０に入射した第２偏光成分ＰＬ２（ｐ偏光）は、第１電極Ｅ１１で拡散されず、第１液晶層ＬＣ１で９０度旋光されてｓ偏光となり、第２電極Ｅ１２でＸ軸方向に拡散され、第１液晶セル１０から出射される。第２液晶セル２０に入射した第２偏光成分ＰＬ２（ｓ偏光）は、第１電極Ｅ２１で拡散されず、第２液晶層ＬＣ２で９０度旋光されてｐ偏光となり、第２電極Ｅ２２でＹ軸方向に拡散され、第２液晶セル２０から出射される。第３液晶セル３０に入射した第２偏光成分ＰＬ２（ｐ偏光）は、第１電極Ｅ３１で拡散されず、第３液晶層ＬＣ３で９０度旋光されてｓ偏光となり、第２電極Ｅ３２で拡散されず、第３液晶セル３０から出射される。第４液晶セル４０に入射した第２偏光成分ＰＬ２（ｓ偏光）は、第１電極Ｅ４１で拡散されず、第４液晶層ＬＣ４で９０度旋光されてｐ偏光となり、第２電極Ｅ４２で拡散されず、第４液晶セル４０から出射される。第５液晶セル５０に入射した第２偏光成分ＰＬ２（ｐ偏光）は、第１電極Ｅ５１で拡散されず、第５液晶層ＬＣ５で９０度旋光されてｓ偏光となり、第２電極Ｅ５２でＸ軸方向に拡散され、第５液晶セル５０から出射される。このように、第４の構成に係る液晶光制御素子１０２に入射した第２偏光成分ＰＬ２（ｐ偏光）は、Ｘ軸方向に２回及びＹ軸方向に１回拡散され、液晶層で５回旋光されてｓ偏光の状態で出射される。
【0136】
第４の構成では、第１偏光成分ＰＬ１が、第３液晶セル３０で旋光される前にＸ軸方向に拡散され、第４液晶セル４０で旋光される前にＹ軸方向に拡散され、第２偏光成分ＰＬ２が、第１液晶セル１０で旋光された後にＸ軸方向に拡散され、第２液晶セル２０で旋光された後にＹ軸方向に拡散され、第５液晶セル５０で旋光された後にＸ軸方向に拡散される。
【0137】
２－３．参考例２
図１５は、参考例２に係る液晶光制御素子を示す。参考例２は、第１液晶セル１０の第１基板Ｓ１１側の第１帯状電極Ｅ１１Ａに制御信号Ａが印加され、第２帯状電極Ｅ１１Ｂに制御信号Ｂが印加され、第２基板Ｓ１２側の第３帯状電極Ｅ１２Ａに制御信号Ａが印加され、第４帯状電極Ｅ１２Ｂに制御信号Ｂが印加される。第２液晶セル２０、第３液晶セル３０、第４液晶セル４０、及び第５液晶セル５０についても同様である。すなわち、第１乃至第５液晶セルの全てにおいて両基板側で横電界が発生している。
図１５は、参考例２に係る液晶光制御素子を示す。参考例２は、第１液晶セル１０の第１基板Ｓ１１側の第１帯状電極Ｅ１１Ａに制御信号Ａが印加され、第２帯状電極Ｅ１１Ｂに制御信号Ｂが印加され、第２基板Ｓ１２側の第３帯状電極Ｅ１２Ａに制御信号Ａが印加され、第４帯状電極Ｅ１２Ｂに制御信号Ｂが印加される。第２液晶セル２０、第３液晶セル３０、第４液晶セル４０、及び第５液晶セル５０についても同様である。すなわち、第１乃至第５液晶セルの全てにおいて両基板側で横電界が発生している。
【0138】
図１５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、ｓ偏光の状態で第１液晶セル１０に入射する。第１偏光成分ＰＬ１は、第１液晶セル１０で拡散されず、第１液晶層ＬＣ１で９０度旋光されてｐ偏光の状態となる。第１偏光成分ＰＬ１は、第２液晶セル２０でも拡散されず、第２液晶層ＬＣ２で９０度旋光されて再びｓ偏光の状態となる。第１偏光成分ＰＬ１は、ｓ偏光の状態で第３液晶セル３０に入射し、第１電極Ｅ３１でＸ軸方向に拡散され、第３液晶層ＬＣ３で９０度旋光されてｐ偏光の状態となり、第２電極Ｅ３２でＹ軸方向に拡散される。第１偏光成分ＰＬ１は、ｐ偏光の状態で第４液晶セル４０に入射し、第１電極Ｅ４１でＹ軸方向に拡散され、第４液晶層ＬＣ４で９０度旋光されてｓ偏光の状態となり、第２電極Ｅ４２でＸ軸方向に拡散される。第１偏光成分ＰＬ１は、第５液晶セル５０では拡散されず、第５液晶層ＬＣ５で９０度旋光されてｐ偏光の状態で出射される。
【0139】
図１５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、ｐ偏光の状態で第１液晶セル１０に入射する。第２偏光成分ＰＬ２は、第１電極Ｅ１１でＹ軸方向に拡散され、第１液晶層ＬＣ１で９０度旋光されｓ偏光の状態となり、第２電極Ｅ１２でＸ軸方向に拡散される。第２偏光成分ＰＬ２は、ｓ偏光の状態で第２液晶セル２０に入射し、第１電極Ｅ２１でＸ軸方向に拡散され、第２液晶層ＬＣ２で９０度旋光されてｐ偏光の状態となり、第２電極Ｅ２２でＹ軸方向に拡散される。第２偏光成分ＰＬ２は、第３液晶セル３０では拡散されず、第３液晶層ＬＣ３で９０度旋光されてｓ偏光の状態となる。第２偏光成分ＰＬ２は、第４液晶セルでも拡散されず、第４液晶層ＬＣ４で９０度拡散されてｐ偏光の状態となる。第２偏光成分ＰＬ２は、ｐ偏光の状態で第５液晶セル５０に入射し、第１電極Ｅ５１でＹ軸方向に拡散され、第５液晶層ＬＣ５で９０度旋光されてｓ偏光の状態となり、第２電極Ｅ５２でＸ軸方向に拡散されて、ｓ偏光の状態で出射される。
【0140】
このように、参考例２に係る液晶光制御素子は、第１偏光成分ＰＬ１が、第３液晶セル３０及び第４液晶セル４０でＸ軸方向及びＹ軸方向に拡散され、第２偏光成分ＰＬ２が、第１液晶セル１０、第２液晶セル２０、及び第５液晶セル５０でＸ軸方向及びＹ軸方向に拡散される。
【0141】
２－４．角度特性
図１６は、第３の構成及び第４の構成に係る液晶光制御素子１０２の輝度－角度特性のグラフを示す。また、図１６は、参考例２の特性を同グラフ中に示す。なお、図１６に示すグラフは、図１２Ａと同様に、の横軸は極角を示し、縦軸は中心（極角０度）の輝度を１００％として規格化したときの輝度を示す。
図１６は、第３の構成及び第４の構成に係る液晶光制御素子１０２の輝度－角度特性のグラフを示す。また、図１６は、参考例２の特性を同グラフ中に示す。なお、図１６に示すグラフは、図１２Ａと同様に、の横軸は極角を示し、縦軸は中心（極角０度）の輝度を１００％として規格化したときの輝度を示す。
【0142】
図１６に示すグラフにおいて、液晶光制御素子１０２の第３の構成に係る特性は、極角＋１０度～＋４５度付近まで、及び－１０度～－４５度付近までの範囲の輝度が中心輝度から５％程度下がるものの、同範囲で一定の輝度分布が得られていることが判る。第３の構成では、各偏光成分を液晶層で旋光される前に拡散し、旋光後には拡散しないようにする構成を採用することで、極角の一定範囲において実質的に平坦な強度分布が得られることを示す。さらに、第１の構成と比べると、輝度分布が一定となる極角の範囲が広がっていることが判る。
【0143】
液晶光制御素子１０２の第４の構成に係る特性は、極角＋２０度～＋４５度付近まで、及び－２０度～－４５度付近までの範囲の輝度が中心輝度から４５％程度下がるものの、同範囲で一定の輝度分布が得られていることが判る。第４の構成は、第１偏光成分ＰＬ１の拡散が液晶層での旋光前に行われ、第２偏光成分ＰＬ２の拡散が旋光後に行われる。第４の構成に係る特性は、極角＋２０度～＋４５度付近、及び－２０度～－４５度の範囲の輝度が低下するものの第４の構成に係る特性に近いプロファイルが得られている。
【0144】
このように、第３の構成と第４の構成を比較すると、第３の構成は液晶光制御素子１０２を通過する過程で第１偏光成分と第２偏光成分がいずれもＸ軸方向に１回ずつ先拡散している一方、第４の構成は第１偏光成分がＸ軸方向に１回先拡散し、第２偏光成分がＸ軸方向に２回後拡散しており、先拡散２回の方が先拡散１回と後拡散２回よりも輝度低下を抑制しつつ、一定輝度を維持する極角範囲が広いことが示されている。
【0145】
第３の構成を第１の構成と比較すると、輝度が相対的に高くなり、輝度が一定となる極角の範囲が広がっている。第４の構成を第２の構成と比べた場合でも同様の傾向が見られる。このような特性の変化は、第２偏光成分ＰＬ２が拡散される回数が、第１の構成と比べて１回多いことも原因の一つとして考えられる。
【0146】
参考例２として示す液晶光制御素子の特性は、輝度の強度分布が、極角０度の位置で最も強度が大きく、極角がプラス方向及びマイナス方向（すなわち左右方向）に大きくなるに従い直線的に減少する傾向を示す。参考例２に係る液晶光制御素子は、参考例１の場合と同様に、各偏光成分を液晶層の前後で拡散することにより、極角方向に直線状に減少する輝度分布が得られていることが判る。
【0147】
より具体的には、参考例２においては、第１偏光成分は、Ｘ軸方向に１回先拡散しているが、当該先拡散の直後同じ液晶セル（第３液晶セル）内でＹ軸方向に後拡散している。また、第２偏光成分は、Ｘ軸方向に１回先拡散しているが、当該後拡散の直前に同じ液晶セル（第２液晶セル）内でＹ軸方向に後拡散している。さらに参考例２においては、第１偏光成分は、Ｙ軸方向に１回先拡散しているが、当該先拡散の直後同じ液晶セル（第４液晶セル）内でＸ軸方向に後拡散している。また、第２偏光成分は、第１液晶セルと第５液晶セル内でＹ軸方向に１回先拡散し、当該先拡散の直後に同じ液晶セル内でＸ軸方向に１回後拡散している。すなわち、参考例２においては、第１偏光成分でＸ軸方向に１回の先拡散と１回の後拡散がなされていることになるが、いずれも同一液晶セル内でのＹ軸方向の拡散を伴うものである。また、参考例２においては、第２偏光成分でＸ軸方向に１回の先拡散と２回の後拡散がなされていることになるが、いずれも同一液晶セル内でのＹ軸方向の拡散を伴うものである。図１６によれば、このように同一液晶セル内で旋光前後で拡散を伴うと、たとえ先拡散の回数が同じであったとしても、先拡散のみで拡散させた場合（第３の構成）と比較すると、極角が大きくなるにつれて輝度が単調に低下してしまうことが示されている。
【0148】
なお、図１６によれば、第３の構成おいては、半値幅を参考例２と同じくしつつ、当該参考例２よりも半値幅内における輝度を向上させつつ一定に保てるものとなり、第４の構成においては、半値幅を参考例２と同じくしつつ、当該参考例２よりも半値幅内における輝度を低下させつつ一定に保てるものとなっている。
【0149】
本実施形態によれば、５段に配置された液晶セルにおいて、各偏光成分を液晶層で旋光される前に拡散し旋光後には拡散しないようにする構成を採用することで、極角の一定範囲において実質的に平坦な強度分布を得ることができる。また、５段に配置された液晶セルにおいて、各偏光成分を液晶層で旋光する前、又は旋光された後に拡散し、１つの液晶セルで旋光の前後に拡散させない構成を採用することによっても極角の一定範囲において実質的に平坦な強度分布を得ることができる。
【0150】
［第３実施形態］
３－１．第５の構成
図１７は、第５の構成に係る液晶光制御素子１０２の各液晶セルにおける電極配置と、液晶光制御素子１０２に入射した光が各液晶セルを透過するときの状態を示す。第５の構成に係る液晶光制御素子１０２は、第１乃至第６の液晶セルを有する。各液晶セルの構成は、第１実施形態において説明したように、第１基板側の第１電極が帯状電極で構成され、第２基板側の第２電極が帯状電極で構成されている。
３－１．第５の構成
図１７は、第５の構成に係る液晶光制御素子１０２の各液晶セルにおける電極配置と、液晶光制御素子１０２に入射した光が各液晶セルを透過するときの状態を示す。第５の構成に係る液晶光制御素子１０２は、第１乃至第６の液晶セルを有する。各液晶セルの構成は、第１実施形態において説明したように、第１基板側の第１電極が帯状電極で構成され、第２基板側の第２電極が帯状電極で構成されている。
【0151】
図１７に示すように、第５の構成に係る液晶光制御素子１０２は、光入射側から出射側にかけて第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、第５液晶セル５０、及び第６液晶セル６０が重畳するように配置されている。
【0152】
第１液晶セル１０及び第２液晶セル２０は、第１基板Ｓ１１、Ｓ２１側の第１帯状電極Ｅ１１Ａ、Ｅ２１Ａ、及び第２帯状電極Ｅ１１Ｂ、Ｅ２１Ｂの延在方向がＸ軸方向に延在するように配置され、第２基板Ｓ１２、Ｓ２２側の第３帯状電極Ｅ１２Ａ、Ｅ２２Ａ、及び第４帯状電極Ｅ１２Ｂ、Ｅ２２Ｂの延在方向がＹ軸方向に延在するように配置される。第３液晶セル３０及び第４液晶セル４０は、第１基板Ｓ３１、Ｓ４１側の第１帯状電極Ｅ３１Ａ、Ｅ４１Ａ、及び第２帯状電極Ｅ３１Ｂ、Ｅ４１Ｂの延在方向がＹ軸方向に延在するように配置され、第２基板Ｓ３２、Ｓ４２側の第３帯状電極Ｅ３２Ａ、Ｅ４２Ａ、及び第４帯状電極Ｅ３２Ｂ、Ｅ４２Ｂの延在方向がＸ軸方向に延在するように配置される。第５液晶セル５０及び第６液晶セル６０は、第１基板Ｓ５１、Ｓ６１側の第１帯状電極Ｅ５１Ａ、Ｅ６１Ａ、及び第２帯状電極Ｅ５１Ｂ、Ｅ６１Ｂの延在方向がＸ軸方向に延在するように配置され、第２基板Ｓ５２、Ｓ６２側の第３帯状電極Ｅ５２Ａ、Ｅ６２Ａ、及び第４帯状電極Ｅ５２Ｂ、Ｅ６２Ｂの延在方向がＹ軸方向に延在するように配置される。また、各液晶セルの配向膜の配向方向は、帯状電極の延在方向が延在する方向と交差する方向に配置されている点も第１実施形態と同様である。
【0153】
このように、第５の構成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と、第５液晶セル５０及び第６液晶セル６０の帯状電極の配置が同じであり、これらの液晶セルに対して第３液晶セル３０及び第４液晶セル４０は帯状電極の配置が９０度回転した状態で配置されている。本実施形態はまた、図９や図１０に示す第１の実施形態の変形例の構成にさらに入射側に２つの液晶セルを追加して積層した構成であるともいえる。また、当該追加した液晶セルは、当該第１の実施形態の変形例で言うところの第３乃至第４液晶セルと同じ液晶セルであってこれら液晶セルと同じ向きに配置されているともいえる。
【0154】
図１７は、第１実施形態と同様に、制御信号が印加され横電界を形成している電極をハッチングで示す。また、図１７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。
【0155】
【0156】
表５に示すように第５の構成に係る液晶光制御素子１０２の各液晶セルには、第１基板側（光入射側）の第１電極（第１帯状電極、第２帯状電極）に矩形波の制御信号Ａ、Ｂが印加され、第２基板側（光出射側）の第２電極（第３帯状電極、第４帯状電極）には一定電圧の制御信号Ｅが印加される。すなわち、図１７に示す第５の構成に係る液晶光制御素子１０２は、各液晶セルの第１電極に制御信号Ａ、Ｂが印加され、第２電極に制御信号Ｅが印加され、第１基板側でのみ横電界が発生している。
【0157】
次に、第５の構成に係る液晶光制御素子１０２に入射した光が拡散、旋光、透過する状態を説明する。第５の構成においても、第１偏光成分ＰＬ１の初期状態（液晶光制御素子１０２に入射する直前の状態）はｓ偏光であり、第２偏光成分ＰＬ２の初期状態はｐ偏光であるものとする。
【0158】
図１７において、第１偏光成分ＰＬ１に着目する。第１偏光成分ＰＬ１は、ｓ偏光の状態で第１液晶セル１０に入射する。第１液晶セル１０に入射した第１偏光成分ＰＬ１（ｓ偏光）は、第１電極Ｅ１１で拡散されず、第１液晶層ＬＣ１で９０度旋光されてｐ偏光となり、第２電極Ｅ１２で拡散されず、第１液晶セル１０から出射される。第２液晶セル２０に入射した第１偏光成分ＰＬ１（ｐ偏光）は、第１電極Ｅ２１でＹ軸方向に拡散され、第２液晶層ＬＣ２で９０度旋光されてｓ偏光となり、第２電極Ｅ２２で拡散されず、第２液晶セル２０から出射される。第３液晶セル３０に入射した第１偏光成分ＰＬ１（ｓ偏光）は、第１電極Ｅ３１でＸ軸方向に拡散され、第３液晶層ＬＣ３で９０度旋光されてｐ偏光となり、第２電極Ｅ３２で拡散されず、第３液晶セル３０から出射される。第４液晶セル４０に入射した第１偏光成分ＰＬ１（ｐ偏光）は、第１電極Ｅ４１で拡散されず、第４液晶層ＬＣ４で９０度旋光されてｓ偏光となり、第２電極Ｅ４２で拡散されず、第４液晶セル４０から出射される。第５液晶セル５０に入射した第１偏光成分ＰＬ１（ｓ偏光）は、第１電極Ｅ５１で拡散されず、第５液晶層ＬＣ５で９０度旋光されてｐ偏光となり、第２電極Ｅ５２で拡散されず、第５液晶セル５０から出射される。第６液晶セル６０に入射した第１偏光成分ＰＬ１（ｐ偏光）は、第１電極Ｅ６１でＹ軸方向に拡散され、第６液晶層ＬＣ６で９０度旋光されてｓ偏光となり、第２電極Ｅ６２で拡散されず、第６液晶セル６０から出射される。このように、第５の構成に係る液晶光制御素子１０２に入射した第１偏光成分ＰＬ１（ｓ偏光）は、Ｘ軸方向に１回及びＹ軸方向に２回拡散され、液晶層で６回旋光されてｓ偏光の状態で出射される。
【0159】
図１７において、第２偏光成分ＰＬ２に着目する。第２偏光成分ＰＬ２は、ｐ偏光の状態で第１液晶セル１０に入射する。第１液晶セル１０に入射した第２偏光成分ＰＬ２（ｐ偏光）は、第１電極Ｅ１１でＹ軸方向に拡散され、第１液晶層ＬＣ１で９０度旋光されてｓ偏光となり、第２電極Ｅ１２で拡散されず、第１液晶セル１０から出射される。第２液晶セル２０に入射した第２偏光成分ＰＬ２（ｓ偏光）は、第１電極Ｅ２１で拡散されず、第２液晶層ＬＣ２で９０度旋光されてｐ偏光となり、第２電極Ｅ２２で拡散されず、第２液晶セル２０から出射される。第３液晶セル３０に入射した第２偏光成分ＰＬ２（ｐ偏光）は、第１電極Ｅ３１で拡散されず、第３液晶層ＬＣ３で９０度旋光されてｓ偏光となり、第２電極Ｅ３２で拡散されず、第３液晶セル３０から出射される。第４液晶セル４０に入射した第２偏光成分ＰＬ２（ｓ偏光）は、第１電極Ｅ４１でＸ軸方向に拡散され、第４液晶層ＬＣ４で９０度旋光されてｐ偏光となり、第２電極Ｅ４２で拡散されず、第４液晶セル４０から出射される。第５液晶セル５０に入射した第２偏光成分ＰＬ２（ｐ偏光）は、第１電極Ｅ５１でＹ軸方向に拡散され、第５液晶層ＬＣ５で９０度旋光されてｓ偏光となり、第２電極Ｅ５２で拡散されず、第５液晶セル５０から出射される。第６液晶セル６０に入射した第２偏光成分ＰＬ２（ｓ偏光）は、第１電極Ｅ６１で拡散されず、第６液晶層ＬＣ６で９０度旋光されてｐ偏光となり、第２電極Ｅ６２で拡散されず、第６液晶セル６０から出射される。このように、第５の構成に係る液晶光制御素子１０２に入射した第２偏光成分ＰＬ２（ｐ偏光）は、Ｘ軸方向に１回及びＹ軸方向に２回拡散され、液晶層で６回旋光されてｓ偏光の状態で出射される。
【0160】
第５の構成では、第１偏光成分ＰＬ１が、第２液晶セル２０及び第６液晶セル６０で旋光される前にＹ軸方向にそれぞれ拡散され、第３液晶セル３０で旋光される前にＸ軸方向に拡散され、第２偏光成分ＰＬ２が、第１液晶セル１０及び第５液晶セル５０で旋光される前にＹ軸方向にそれぞれ拡散され、第３液晶セル３０で旋光される前にＸ軸方向に拡散される。なお、第５の構成において、第２電極Ｅ１２、Ｅ２２、Ｅ３２、Ｒ４２，Ｅ５２、Ｅ６２を、図６に示すような面状（平板状又はベタ状ともいう。）の電極、又は図８に示すように第２電極を設けない構成としてもよい。
【0161】
３－２．第６の構成
第６の構成は、液晶光制御素子が偏光成分を、第１液晶セル１０、第４液晶セル４０、及び第５液晶セル５０の第１電極Ｅ１１、Ｅ４１、Ｅ５１側（光入射側）で拡散させ、第２電極Ｅ１２、Ｅ４２、Ｅ５２側（光出射側）で拡散させないようにし、第２液晶セル２０、第３液晶セル３０、及び第６液晶セル６０の第１電極Ｅ２１、Ｅ３１、Ｅ６１側（光入射側）で拡散させないようにし、第２電極Ｅ２２、Ｅ３２、Ｅ６２側（光出射側）で拡散させている。
第６の構成は、液晶光制御素子が偏光成分を、第１液晶セル１０、第４液晶セル４０、及び第５液晶セル５０の第１電極Ｅ１１、Ｅ４１、Ｅ５１側（光入射側）で拡散させ、第２電極Ｅ１２、Ｅ４２、Ｅ５２側（光出射側）で拡散させないようにし、第２液晶セル２０、第３液晶セル３０、及び第６液晶セル６０の第１電極Ｅ２１、Ｅ３１、Ｅ６１側（光入射側）で拡散させないようにし、第２電極Ｅ２２、Ｅ３２、Ｅ６２側（光出射側）で拡散させている。
【0162】
図１８は、第６の構成に係る液晶光制御素子１０２の各液晶セルにおける電極配置と、液晶光制御素子１０２に入射した光が各液晶セルを透過するときの状態を示す。各液晶セルの帯状電極の配置は第５の構成と同じである。
【0163】
【0164】
表６に示すように第６の構成に係る液晶光制御素子１０２は、第１液晶セル１０、第４液晶セル４０、及び第５液晶セル５０では、光入射側の第１電極Ｅ１１、Ｅ４１、Ｅ５１（第１帯状電極Ｅ１１Ａ、Ｅ４１Ａ、Ｅ５１Ａ、第２帯状電極Ｅ１１Ｂ、Ｅ４１Ｂ、Ｅ５１Ｂ）に制御信号Ａ、Ｂが印加され、旋光後光出射側の第２電極Ｅ１２、Ｅ４２、Ｅ５２（第３帯状電極Ｅ１２Ａ、Ｅ４２Ａ、Ｅ５２Ａ、第４帯状電極Ｅ１２Ｂ、Ｅ４２Ｂ、Ｅ５２Ｂ）には制御信号Ｅが印加される。また、第２液晶セル２０、第３液晶セル３０、及び第６液晶セル６０では、光入射側の第１電極Ｅ２１、Ｅ３１、Ｅ６１（第１帯状電極Ｅ２１Ａ、Ｅ３１Ａ、Ｅ６１Ａ、第２帯状電極Ｅ２１Ｂ、Ｅ３１Ｂ、Ｅ６１Ｂ）には制御信号Ｅが印加され、第２電極Ｅ２２、Ｅ３２、Ｅ４２（第３帯状電極Ｅ２２Ａ、Ｅ３２Ａ、Ｅ４２Ａ、第４帯状電極Ｅ２２Ｂ、Ｅ３２Ｂ、Ｅ４２Ｂ）に制御信号Ａ、Ｂが印加される。すなわち、図１８に示す第６の構成に係る液晶光制御素子１０２は、第１液晶セル１０、第４液晶セル４０、及び第５液晶セル５０の第１基板Ｓ１１、Ｓ４１、Ｓ５１の側では横電界を発生させ、第２基板Ｓ１２、Ｓ４２、Ｓ５２の側で横電界を発生させないようにし、第２液晶セル２０、第３液晶セル３０、及び第６液晶セル６０では第１基板Ｓ２１、Ｓ３１、Ｓ６１の側で横電界を発生させないようにし、第２基板Ｓ２２、Ｓ３２、Ｓ６２の側では横電界を発生させている。
【0165】
次に、第６の構成に係る液晶光制御素子１０２に入射した光が拡散、旋光、透過する状態を説明する。第６の構成においても、第１偏光成分ＰＬ１の初期状態（液晶光制御素子１０２に入射する直前の状態）はｓ偏光であり、第２偏光成分ＰＬ２の初期状態はｐ偏光であるものとする。
【0166】
図１８において、第１偏光成分ＰＬ１に着目する。第１偏光成分ＰＬ１は、ｓ偏光の状態で第１液晶セル１０に入射する。第１液晶セル１０に入射した第１偏光成分ＰＬ１（ｓ偏光）は、第１電極Ｅ１１で拡散されず、第１液晶層ＬＣ１で９０度旋光されてｐ偏光となり、第２電極Ｅ１２で拡散されず、第１液晶セル１０から出射される。第２液晶セル２０に入射した第１偏光成分ＰＬ１（ｐ偏光）は、第１電極Ｅ２１で拡散されず、第２液晶層ＬＣ２で９０度旋光されてｓ偏光となり、第２電極Ｅ２２でＸ軸方向に拡散され、第２液晶セル２０から出射される。第３液晶セル３０に入射した第１偏光成分ＰＬ１（ｓ偏光）は、第１電極Ｅ３１で拡散されず、第３液晶層ＬＣ３で９０度旋光されてｐ偏光となり、第２電極Ｅ３２でＹ軸方向に拡散され、第３液晶セル３０から出射される。第４液晶セル４０に入射した第１偏光成分ＰＬ１（ｐ偏光）は、第１電極Ｅ４１で拡散されず、第４液晶層ＬＣ４で９０度旋光されてｓ偏光となり、第２電極Ｅ４２で拡散されず、第４液晶セル４０から出射される。第５液晶セル５０に入射した第１偏光成分ＰＬ１（ｓ偏光）は、第１電極Ｅ５１で拡散されず、第５液晶層ＬＣ５で９０度旋光されてｐ偏光となり、第２電極Ｅ５２で拡散されず、第５液晶セル５０から出射される。第６液晶セル６０に入射した第１偏光成分ＰＬ１（ｐ偏光）は、第１電極Ｅ６１で拡散されず、第６液晶層ＬＣ６で９０度旋光されてｓ偏光となり、第２電極Ｅ６２でＸ軸方向に拡散され、第６液晶セル６０から出射される。このように、第６の構成に係る液晶光制御素子１０２に入射した第１偏光成分ＰＬ１（ｓ偏光）は、旋光後にＸ軸方向に２回及びＹ軸方向に１回拡散され、液晶層で６回旋光されてｓ偏光の状態で出射される。
【0167】
図１８において、第２偏光成分ＰＬ２に着目する。第２偏光成分ＰＬ２は、ｐ偏光の状態で第１液晶セル１０に入射する。第１液晶セル１０に入射した第２偏光成分ＰＬ２（ｐ偏光）は、第１電極Ｅ１１でＹ軸方向に拡散され、第１液晶層ＬＣ１で９０度旋光されてｓ偏光となり、第２電極Ｅ１２で拡散されず、第１液晶セル１０から出射される。第２液晶セル２０に入射した第２偏光成分ＰＬ２（ｓ偏光）は、第１電極Ｅ２１で拡散されず、第２液晶層ＬＣ２で９０度旋光されてｐ偏光となり、第２電極Ｅ２２で拡散されず、第２液晶セル２０から出射される。第３液晶セル３０に入射した第２偏光成分ＰＬ２（ｐ偏光）は、第１電極Ｅ３１で拡散されず、第３液晶層ＬＣ３で９０度旋光されてｓ偏光となり、第２電極Ｅ３２で拡散されず、第３液晶セル３０から出射される。第４液晶セル４０に入射した第２偏光成分ＰＬ２（ｓ偏光）は、第１電極Ｅ４１でＸ軸方向に拡散され、第４液晶層ＬＣ４で９０度旋光されてｐ偏光となり、第２電極Ｅ４２で拡散されず、第４液晶セル４０から出射される。第５液晶セル５０に入射した第２偏光成分ＰＬ２（ｐ偏光）は、第１電極Ｅ５１でＹ軸方向に拡散され、第５液晶層ＬＣ５で９０度旋光されてｓ偏光となり、第２電極Ｅ５２で拡散されず、第５液晶セル５０から出射される。第６液晶セル６０に入射した第２偏光成分ＰＬ２（ｓ偏光）は、第１電極Ｅ６１で拡散されず、第２液晶層ＬＣ２で９０度旋光されてｐ偏光となり、第２電極Ｅ６２で拡散されず、第６液晶セル６０から出射される。このように、第６の構成に係る液晶光制御素子１０２に入射した第２偏光成分ＰＬ２（ｐ偏光）は、旋光される前にＸ軸方向に１回及びＹ軸方向に２回拡散され、液晶層で５回旋光されてｐ偏光の状態で出射される。
【0168】
第６の構成では、第１偏光成分ＰＬ１が、第２液晶セル２０及び第５液晶セル５０で旋光された後にＸ軸方向に拡散され、第３液晶セル３０で旋光された後にＹ軸方向に拡散され、第２偏光成分ＰＬ２が、第１液晶セル１０及び第５液晶セル５０で旋光される前にＹ軸方向に拡散され、第３液晶セル３０で旋光される前にＸ軸方向に拡散される。
【0169】
３－３．参考例３
図１９は、参考例３に係る液晶光制御素子を示す。参考例３は、第１液晶セル１０の第１基板Ｓ１１側の第１帯状電極Ｅ１１Ａに制御信号Ａが印加され、第２帯状電極Ｅ１１Ｂに制御信号Ｂが印加され、第２基板Ｓ１２側の第３帯状電極Ｅ１２Ａに制御信号Ａが印加され、第４帯状電極Ｅ１２Ｂに制御信号Ｂが印加される。第２液晶セル２０、第３液晶セル３０、第４液晶セル４０、第５液晶セル５０、及び第６液晶セル６０についても同様である。
図１９は、参考例３に係る液晶光制御素子を示す。参考例３は、第１液晶セル１０の第１基板Ｓ１１側の第１帯状電極Ｅ１１Ａに制御信号Ａが印加され、第２帯状電極Ｅ１１Ｂに制御信号Ｂが印加され、第２基板Ｓ１２側の第３帯状電極Ｅ１２Ａに制御信号Ａが印加され、第４帯状電極Ｅ１２Ｂに制御信号Ｂが印加される。第２液晶セル２０、第３液晶セル３０、第４液晶セル４０、第５液晶セル５０、及び第６液晶セル６０についても同様である。
【0170】
図１９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、ｓ偏光の状態で第１液晶セル１０に入射する。第１偏光成分ＰＬ１は、第１液晶セル１０で拡散されず、第１液晶層ＬＣ１で９０度旋光されてｐ偏光の状態となる。第１偏光成分ＰＬ１は、ｐ偏光の状態で第２液晶セル２０に入射し、第１電極Ｅ２１でＹ軸方向に拡散され、第２液晶層ＬＣ２で９０度旋光されてｓ偏光の状態となり、第２電極Ｅ２２でＸ軸方向に拡散される。第１偏光成分ＰＬ１は、ｓ偏光の状態で第３液晶セル３０に入射し、第１電極Ｅ３１でＸ軸方向に拡散され、第３液晶層ＬＣ３で９０度旋光されてｐ偏光の状態となり、第２電極Ｅ３２でＹ軸方向に拡散される。第１偏光成分ＰＬ１は、ｐ偏光の状態で第４液晶セル４０に入射し、拡散されず、第４液晶層ＬＣ４で９０度旋光されてｓ偏光の状態となり出射される。第１偏光成分ＰＬ１は、ｓ偏光の状態で第５液晶セル５０に入射し、拡散されず、第５液晶層ＬＣ５で９０度旋光されてｐ偏光の状態となり出射される。第１偏光成分ＰＬ１は、ｐ偏光の状態で第６液晶セル６０に入射し、第１電極Ｅ６１でＹ軸方向に拡散され、第６液晶層ＬＣ６で９０度旋光されてｓ偏光の状態となり、第２電極Ｅ６２でＸ軸方向に拡散される。
【0171】
図１９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、ｐ偏光の状態で第１液晶セル１０に入射する。第２偏光成分ＰＬ２は、第１電極Ｅ１１でＹ軸方向に拡散され、第１液晶層ＬＣ１で９０度旋光されｓ偏光の状態となり、第２電極Ｅ１２でＸ軸方向に拡散される。第２偏光成分ＰＬ２は、ｓ偏光の状態で第２液晶セル２０に入射し、拡散されず、第２液晶層ＬＣ２で９０度旋光されてｐ偏光の状態となり出射される。第２偏光成分ＰＬ２は、ｐ偏光の状態で第３液晶セル３０に入射し、拡散されず、第３液晶層ＬＣ３で９０度旋光されてｓ偏光の状態となり出射される。第２偏光成分ＰＬ２は、ｓ偏光の状態で第４液晶セル４０に入射し、第１電極Ｅ４１でＸ軸方向に拡散され、第４液晶層ＬＣ４で９０度旋光されてｐ偏光の状態となり、第２電極Ｅ４２でＹ軸方向に拡散される。第２偏光成分ＰＬ２は、ｐ偏光の状態で第５液晶セル５０に入射し、第１電極Ｅ５１でＹ軸方向に拡散され、第５液晶層ＬＣ５で９０度旋光されてｓ偏光の状態となり、第２電極Ｅ５２でＸ軸方向に拡散される。第２偏光成分ＰＬ２は、ｓ偏光の状態で第６液晶セル６０に入射し、拡散されず、第６液晶層ＬＣ６で９０度旋光されてｐ偏光の状態となり出射される。
【0172】
このように、参考例３に係る液晶光制御素子は、第１偏光成分ＰＬ１が、第２液晶セル２０、第３液晶セル３０、及び第６液晶セル６０でＸ軸方向及びＹ軸方向にそれぞれ拡散され、第２偏光成分ＰＬ２が、第１液晶セル１０、第４液晶セル４０、及び第５液晶セル５０でＸ軸方向及びＹ軸方向にそれぞれ拡散される。
【0173】
３－４．角度特性
図２０は、第５の構成及び第６の構成に係る液晶光制御素子１０２の輝度－角度特性のグラフを示す。また、図２０は、参考例３の特性を同グラフ中に示す。なお、図２０に示すグラフは、図１２Ａと同様に、の横軸は極角を示し、縦軸は中心（極角０度）の輝度を１００％として規格化したときの輝度を示す。
図２０は、第５の構成及び第６の構成に係る液晶光制御素子１０２の輝度－角度特性のグラフを示す。また、図２０は、参考例３の特性を同グラフ中に示す。なお、図２０に示すグラフは、図１２Ａと同様に、の横軸は極角を示し、縦軸は中心（極角０度）の輝度を１００％として規格化したときの輝度を示す。
【0174】
図２０に示すグラフにおいて、液晶光制御素子１０２の第５の構成に係る特性は、極角が±３０度の範囲では中心輝度（極角０度）と同じ輝度（１００％）が得られており、極角が±３０～±４５度の範囲では５％程度下がるものの、同範囲で一定の輝度分布が得られていることが判る。第５の構成では、各偏光成分を液晶層で旋光される前に拡散し、旋光後には拡散しないようにする構成を採用することで、極角の一定範囲において実質的に平坦な強度分布が得られることを示す。さらに、第１の構成及び第３の構成と比べると、輝度が高く、輝度分布が一定となる極角の範囲が広がっていることが判る。
【0175】
液晶光制御素子１０２の第６の構成に係る特性は、中心（極角０度）から極角がプラス方向及びマイナス方向に広がるにつれて輝度が低下する傾向が得られている。極角が＋３０～＋４５度、－３０～－４５度の範囲では、輝度が低下する割合が小さくなる傾向が現れている。第６の構成は、第１偏光成分ＰＬ１の拡散が液晶層での旋光後に行われ、第２偏光成分ＰＬ２の拡散が旋光前に行われる。第６の構成に係る特性は、第５の構成と比べて全体的に輝度が低下しており、輝度の角度特性において異なるプロファイルが得られている。
【0176】
このように、第５の構成と第６の構成を比較すると、第５の構成は液晶光制御素子１０２を通過する過程で第１偏光成分と第２偏光成分がいずれもＸ軸方向に１回ずつ先拡散している一方、第６の構成は第１偏光成分がＸ軸方向に２回後拡散し、第２偏光成分がＸ軸方向に１回先拡散しており、先拡散２回の方が先拡散１回と後拡散２回よりも輝度低下を抑制しつつ、一定輝度を維持する極角範囲が広いことが示されている。
【0177】
第５の構成を第１の構成及び第５の構成と比較すると、輝度が相対的に高くなり、輝度が一定となる極角の範囲が広がっている。第６の構成を第２の構成及び第４の構成と比べた場合でも同様の傾向が見られる。このような特性の変化は、第１偏光成分ＰＬ１及び第２偏光成分ＰＬ２が拡散される回数が、第１の構成及び第２の構成と比べて多いことも原因の一つとして考えられる。
【0178】
参考例３として示す液晶光制御素子の特性は、輝度の強度分布が、極角０度の位置で最も強度が大きく、極角がプラス方向及びマイナス方向（すなわち左右方向）に大きくなるに従い直線的に減少する傾向を示す。参考例３に係る液晶光制御素子は、参考例１及び参考例２の場合と同様に、各偏光成分を液晶層の前後で拡散することにより、極角方向に直線状に減少する輝度分布が得られていることが判る。
【0179】
より具体的には、参考例３においては、第１偏光成分は、Ｘ軸方向に１回先拡散しているが、当該先拡散の直後同じ液晶セル（第３液晶セル）内でＹ軸方向に後拡散している。また、第２偏光成分は、Ｘ軸方向に１回先拡散しているが、当該後拡散の直前に同じ液晶セル（第４液晶セル）内でＹ軸方向に後拡散している。さらに参考例３においては、第１偏光成分は、第２液晶セル及び第６液晶セル内でＹ軸方向に１回先拡散しているが、当該先拡散の直後同じ液晶セル内でＸ軸方向に後拡散している。また、第２偏光成分は、第１液晶セルと第５液晶セル内でＹ軸方向に１回先拡散し、当該先拡散の直後に同じ液晶セル内でＸ軸方向に１回後拡散している。すなわち、参考例３においては、第１偏光成分でＸ軸方向に１回の先拡散と２回の後拡散がなされていることになるが、いずれも同一液晶セル内でのＹ軸方向の拡散を伴うものである。また、参考例２においては、第２偏光成分でＸ軸方向に１回の先拡散と２回の後拡散がなされていることになるが、いずれも同一液晶セル内でのＹ軸方向の拡散を伴うものである。図２０によれば、このように同一液晶セル内で旋光前後で拡散を伴うと、たとえ先拡散の回数が同じであったとしても、先拡散のみで拡散させた場合（第５の構成）と比較すると、極角が大きくなるにつれて輝度が単調に低下してしまうことが示されている。
【0180】
なお、図２０によれば、第５の構成おいては、半値幅を参考例３と同じくしつつ、当該参考例３よりも半値幅内における輝度を向上させつつ一定に保てるものとなり、第６の構成においては、半値幅を参考例３と同じくしつつ、当該参考例３よりも半値幅内における輝度を低下させつつ一定に保てるものとなっている。
【0181】
本実施形態によれば、６段に配置された液晶セルにおいて、各偏光成分を液晶層で旋光される前に拡散し旋光後には拡散しないようにする構成を採用することで、極角の一定範囲において実質的に平坦な強度分布を得ることができる。また、６段に配置された液晶セルにおいて、各偏光成分を液晶層で旋光する前、又は旋光された後に拡散し、１つの液晶セルで旋光の前後に拡散させない構成を採用することによっても極角の一定範囲において実質的に平坦な強度分布を得ることができる。
【0182】
［第４実施形態］
図２１は、本発明の一実施形態に係る照明装置１００の斜視図を示す。照明装置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、第１乃至第４実施形態に示す構成が適用される。図２１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。
図２１は、本発明の一実施形態に係る照明装置１００の斜視図を示す。照明装置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、第１乃至第４実施形態に示す構成が適用される。図２１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。
【0183】
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。
【0184】
図１に示す照明装置１００は、液晶光制御素子１０２の背面側に光源１０６が配置される。照明装置１００は、光源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る。液晶光制御素子１０２は、光源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。
【0185】
光源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。光源１０６は配光範囲が狭い光源で構成されることが望ましく、例えば、ＬＥＤ光源にリフレクタ、レンズ等が組合わされた構成を有することが好ましい。
【0186】
本実施形態に係る照明装置１００は、第１乃至第４実施形態に示すように、液晶光制御素子１０２によって光源１０６から放射される光の強度分布が制御可能とされている。すなわち、液晶光制御素子１０２に入力する制御信号によって、照明光の極角方向の強度分布を制御することができる。本実施形態に係る照明装置１００により、照射面内で照度が調整された照明を行うことができる。
【符号の説明】
【0187】
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、５０：第５液晶セル、６０：第６液晶セル、１００：照明装置、１０２：液晶光制御素子、１０４：回路基板、１０６：光源、ＡＬ１１：第１配向膜、ＡＬ１２：第２配向膜、Ｅ１１：第１電極、Ｅ１２：第２電極、Ｅ１１Ａ：第１帯状電極、Ｅ１１Ｂ：第２帯状電極、Ｅ１２Ａ：第３帯状電極、Ｅ１２Ｂ：第４帯状電極、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、ＬＣ１：第１液晶層、ＬＣ２：第２液晶層、ＬＣ３：第３液晶層、ＬＣ４：第４液晶層、ＬＣ５：第５液晶層、ＬＣ６：第６液晶層、ＬＣＭ：液晶分子、ＰＥ１１：第１給電線、ＰＥ１２：第２給電線、ＰＥ１３：第３給電線、ＰＥ１４：第４給電線、ＰＥ１５：第５給電線、ＰＥ１６：第６給電線、ＰＴ１１：第１給電端子、ＰＴ１２：第２給電端子、ＳＥ：シール材、Ｓ１１：第１基板、Ｓ１２：第２基板、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
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図4C】
【図5A】
【図5B】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12A】
【図12B】
【図12C】
【図12D】
【図12E】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】