特許 7600361 光学素子および照明装置

(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】2024-12-06

(45)【発行日】2024-12-16

(54)【発明の名称】光学素子および照明装置

(51)【国際特許分類】

   G02F 1/13 20060101AFI20241209BHJP

   F21S 2/00 20160101ALI20241209BHJP

   F21V 9/40 20180101ALI20241209BHJP

   G02F 1/1343 20060101ALI20241209BHJP

   G02F 1/1347 20060101ALI20241209BHJP

   F21Y 101/00 20160101ALN20241209BHJP

   F21Y 103/00 20160101ALN20241209BHJP

   F21Y 115/10 20160101ALN20241209BHJP

   F21Y 115/15 20160101ALN20241209BHJP

   F21Y 115/30 20160101ALN20241209BHJP

【ＦＩ】

G02F1/13 505

F21S2/00 340

F21S2/00 350

F21V9/40 400

G02F1/1343

G02F1/1347

F21Y101:00 100

F21Y103:00

F21Y115:10

F21Y115:15

F21Y115:30

【請求項の数】 15

(21)【出願番号】P 2023500578

(86)(22)【出願日】2021-12-15

(86)【国際出願番号】 JP2021046385

(87)【国際公開番号】W WO2022176360

(87)【国際公開日】2022-08-25

【審査請求日】2023-07-21

(31)【優先権主張番号】P 2021024716

(32)【優先日】2021-02-18

(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】黒川 多惠

(72)【発明者】

【氏名】小糸 健夫

(72)【発明者】

【氏名】池田 幸次朗

【審査官】岩村 貴

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１８／０１９６３１８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２００３－０４５２０４（ＪＰ，Ａ）

【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

Ｆ２１Ｖ ９／４０

Ｇ０２Ｂ ３／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の方向に第１の偏光軸を有する第１の偏光成分および前記第１の方向と交差する第２の方向に第２の偏光軸を有する第２の偏光成分を含む光が入射する第１の液晶セルと、前記第１の液晶セルを通過した後の前記光が入射するように前記第１の液晶セルに積層された第２の液晶セルと、を含む光学素子であって、
前記第１の液晶セルおよび前記第２の液晶セルの各々は、
第１の基板と、
前記第１の基板の上において、前記第１の方向に交互に配置され、各々が前記第２の方向に延在する第１の透明電極および第２の透明電極と、
前記第１の透明電極および前記第２の透明電極を覆い、前記第１の方向に配向方向を有する第１の配向膜と、
第２の基板と、
前記第２の基板の上において、前記第２の方向に交互に配置され、各々が前記第１の方向に延在する第３の透明電極および第４の透明電極と、
前記第３の透明電極および前記第４の透明電極を覆い、前記第２の方向に配向方向を有する第２の配向膜と、
前記第１の基板と前記第２の基板との間の液晶層と、を含み、
前記液晶層内の液晶分子は、前記第１の配向膜の前記配向方向および前記第２の配向膜の前記配向方向にしたがい、長軸が前記第１の基板側から前記第２の基板側に向かって前記第１の方向から前記第２の方向に変化するように配向され、
前記第１の液晶セルの前記第２の基板と、前記第２の液晶セルの前記第１の基板とが隣接し、
前記第１の液晶セルおよび前記第２の液晶セルの各々の前記第１の透明電極乃至前記第４の透明電極に電位が印加されないオフ状態では、
前記第１の液晶セルおよび前記第２の液晶セルの各々において、前記光が前記第１の基板から前記第２の基板に向かって前記液晶層を通過するとき、前記第１の偏光軸および前記第２の偏光軸がそれぞれ前記第２の偏光軸および前記第１の偏光軸に変化するように、前記第１の偏光成分および前記第２の偏光成分の各々の偏光軸が変化し、
前記第１の液晶セルおよび前記第２の液晶セルの各々の前記第１の透明電極と前記第２の透明電極との間に電位差が生じているオン状態では、
前記第１の液晶セルにおいて、前記光が前記第１の基板から前記第２の基板に向かって前記液晶層を通過するとき、前記第１の偏光軸および前記第２の偏光軸がそれぞれ前記第２の偏光軸および前記第１の偏光軸に変化するように前記第１の偏光成分および前記第２の偏光成分の各々の偏光軸が変化するともに、前記第１の偏光成分が前記第１の基板側で前記第１の方向に拡散され、
前記第２の液晶セルにおいて、前記光が前記第１の基板から前記第２の基板に向かって前記液晶層を通過するとき、前記第１の偏光軸および前記第２の偏光軸がそれぞれ前記第２の偏光軸および前記第１の偏光軸に変化するように前記第１の偏光成分および前記第２の偏光成分の各々の偏光軸が変化するとともに、前記第２の偏光成分が前記第１の基板側で前記第１の方向に拡散される、光学素子。

【請求項2】

前記第２の方向は、前記第１の方向と直交する、請求項１に記載の光学素子。

【請求項3】

前記第１の基板と前記第２の基板との間の基板間距離ｄと、前記第１の透明電極と前記第２の透明電極との第１のピッチｐ１とは、ｄ／ｐ１≧１を満たす、請求項１または請求項２に記載の光学素子。

【請求項4】

ｄ／ｐ１≧２を満たす、請求項３に記載の光学素子。

【請求項5】

前記第１のピッチｐ１と、前記第１の透明電極と前記第２の透明電極との間の第１の電極間距離ｂ１とは、ｐ１／２≦ｂ１を満たす、請求項３または請求項４に記載の光学素子。

【請求項6】

前記基板間距離ｄと、前記第３の透明電極と前記第４の透明電極との第２のピッチｐ２は、ｄ／ｐ２≧１を満たす、請求項３乃至請求項５のいずれか一項に記載の光学素子。

【請求項7】

ｄ／ｐ２≧２を満たす、請求項６に記載の光学素子。

【請求項8】

前記第２のピッチｐ２と、前記第３の透明電極と前記第４の透明電極との間の第２の電極間距離ｂ２とは、ｐ２／２≦ｂ２を満たす、請求項６または請求項７に記載の光学素子。

【請求項9】

前記第１の液晶セルの前記第２の基板と、前記第２の液晶セルの前記第１の基板とは、光学弾性樹脂層を介して隣接する、請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の光学素子。

【請求項10】

前記第１の透明電極、前記第２の透明電極、前記第３の透明電極、および前記第４の透明電極には、それぞれ、異なる電圧を印加される、請求項１乃至請求項９のいずれか一項に記載の光学素子。

【請求項11】

平面視において、
前記第１の液晶セルの前記第１の透明電極と前記第２の液晶セルの前記第１の透明電極とが延在方向にわたって重畳し、
前記第１の液晶セルの前記第２の透明電極と前記第２の液晶セルの前記第２の透明電極とが延在方向にわたって重畳し、
前記第１の液晶セルの前記第３の透明電極と前記第２の液晶セルの前記第３の透明電極とが延在方向にわたって重畳し、
前記第１の液晶セルの前記第４の透明電極と前記第２の液晶セルの前記第４の透明電極とが延在方向にわたって重畳している、請求項１乃至請求項１０のいずれか一項に記載の光学素子。

【請求項12】

平面視において、
前記第１の液晶セルの前記第１の透明電極と前記第２の液晶セルの前記第１の透明電極とが延在方向にわたって略一致するように重畳し、
前記第１の液晶セルの前記第２の透明電極と前記第２の液晶セルの前記第２の透明電極とが延在方向にわたって略一致するように重畳し、
前記第１の液晶セルの前記第３の透明電極と前記第２の液晶セルの前記第３の透明電極とが延在方向にわたって略一致するように重畳し、
前記第１の液晶セルの前記第４の透明電極と前記第２の液晶セルの前記第４の透明電極とが延在方向にわたって略一致するように重畳している、請求項１乃至請求項１０のいずれか一項に記載の光学素子。

【請求項13】

光源と、
請求項１乃至請求項１２のいずれか一項に記載の光学素子と、を含む、照明装置。

【請求項14】

さらに、前記光源と前記光学素子との間に凸レンズを含む、請求項１３に記載の照明装置。

【請求項15】

さらに、前記光源から照射された光を前記光学素子に入射させるように反射させる反射器を含む、請求項１３または請求項１４に記載の照明装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の一実施形態は、配光を制御することができる光学素子に関する。また、本発明の一実施形態は、配光を制御することができる光学素子を含む照明装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来より、液晶に印加する電圧を調整し、液晶の屈折率が変化することを利用した光学素子、いわゆる液晶レンズが知られている。また、光源および液晶レンズを用いた照明装置の開発が進められている（例えば、特許文献１、特許文献２、または特許文献３参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００５－３１７８７９号公報

【文献】特開２０１０－２３０８８７号公報

【文献】特開２０１４－１６０２７７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１または特許文献２に記載された照明装置では、液晶レンズを利用し、光の拡がる分布、すなわち光の配光角を制御して集光することを目的としているに過ぎない。換言すれば、特許文献１または特許文献２に記載された照明装置では、光の配光パターンが同心円状に限られていた。また、特許文献３に記載されたビーム成形デバイスは、液晶に印加する電極のパターンを変えて配光パターンを変化させるなど、光の配向パターンのバリエーションを得るためには、複雑な構成を有する液晶セルが必要とされ、量産性に乏しかった。

【0005】

本発明の一実施形態は、上記問題に鑑み、光の配光または配光パターンを制御することができる光学素子を提供することを目的の一つとする。また、本発明の一実施形態は、光の配光または配光パターンを制御することができる照明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光学素子は、積層された２つの液晶セルを含む光学素子であって、２つの液晶セルの各々は、第１の方向に第１の透明電極と第２の透明電極とが交互に配置された第１の基板と、第１の方向と交差する第２の方向に第３の透明電極と第４の透明電極とが交互に配置された第２の基板と、第１の基板と第２の基板との間の液晶と、を含み、２つの液晶セルの一方の液晶セルの第２の基板と、２つの液晶セルの他方の液晶セルの第１の基板とが隣接する。

【0007】

また、本発明の一実施形態に係る照明装置は、光源と、前記光学素子と、を含む。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明の一実施形態に係る光学素子の模式的な斜視図である。

【図2A】本発明の一実施形態に係る光学素子の模式的な断面図である。

【図2B】本発明の一実施形態に係る光学素子の模式的な断面図である。

【図3A】本発明の一実施形態に係る光学素子において、第１の基板上の第１の透明電極および第２の透明電極の配置を示す模式的な平面図である。

【図3B】本発明の一実施形態に係る光学素子において、第２の基板上の第３の透明電極および第４の透明電極の配置を示す模式的な平面図である。

【図4A】本発明の一実施形態に係る光学素子において、液晶層の液晶の配向を示す模式的な断面図である。

【図4B】本発明の一実施形態に係る光学素子において、液晶層の液晶の配向を示す模式的な断面図である。

【図5A】本発明の一実施形態に係る光学素子において、電圧が印加されたときにおける液晶層の液晶分子の配向を示す模式的な斜視図である。

【図5B】本発明の一実施形態に係る光学素子において、電圧が印加されたときにおける液晶層の液晶分子の配向を示す模式的な断面図である。

【図5C】本発明の一実施形態に係る光学素子において、電圧が印加されたときにおける液晶層の液晶分子の配向を示す模式的な断面図である。

【図6A】本発明の一実施形態に係る光学素子による光の配光の制御を説明する模式的な断面図である。

【図6B】本発明の一実施形態に係る光学素子による光の配光の制御を説明する模式的な断面図である。

【図7A】本発明の一実施形態に係る光学素子に含まれる各透明電極に印加する電圧を示すタイミングチャートである。

【図7B】本発明の一実施形態に係る光学素子において、各透明電極に図７Ａに示す電位を印加して得られた光の配光パターンの写真である。

【図8A】本発明の一実施形態に係る光学素子に含まれる各透明電極に印加する電圧を示すタイミングチャートである。

【図8B】本発明の一実施形態に係る光学素子において、各透明電極に図８Ａに示す電位を印加して得られた光の配光パターンの写真である。

【図9A】本発明の一実施形態に係る光学素子に含まれる各透明電極に印加する電圧を示すタイミングチャートである。

【図9B】本発明の一実施形態に係る光学素子において、各透明電極に図９Ａに示す電位を印加して得られた光の配光パターンの写真である。

【図10】本発明の一実施形態に係る光学素子に含まれる各透明電極に印加する電圧を示すタイミングチャートである。

【図11】本発明の一実施形態に係る光学素子の液晶セルにおいて、ｄ／ｐに対する正面相対輝度を示すグラフである。

【図12】本発明の一実施形態に係る照明装置の構成を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本発明の各実施形態において、図面等を参照しつつ説明する。但し、本発明は、その技術的思想の要旨を逸脱しない範囲において様々な態様で実施することができ、以下に例示する実施形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。

【0010】

図面は、説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、図示の形状そのものが本発明の解釈を限定するものではない。また、図面において、明細書中で既出の図に関して説明したものと同様の機能を備えた要素には、別図であっても同一の符号を付して、重複する説明を省略する場合がある。

【0011】

ある一つの膜を加工して複数の構造体を形成した場合、各々の構造体は異なる機能、役割を有する場合があり、また各々の構造体はそれが形成される下地が異なる場合がある。しかしながらこれら複数の構造体は、同一の工程で同一層として形成された膜に由来するものであり、同一の材料を有する。従って、これら複数の膜は同一層に存在しているものと定義する。

【0012】

ある構造体の上に他の構造体を配置する態様を表現するにあたり、単に「上」と表記する場合、特に断りの無い限りは、ある構造体に接して、直上に他の構造体を配置する場合と、ある構造体の上方に、さらに別の構造体を介して他の構造体を配置する場合との両方を含むものとする。

【0013】

＜第１実施形態＞
図１～図１１を参照して、本発明の一実施形態に係る光学素子１０について説明する。

【0014】

［１．光学素子の構成］
図１は、本発明の一実施形態に係る光学素子１０の模式的な斜視図である。図１に示すように、光学素子１０は、第１の液晶セル１１０、第２の液晶セル１２０、および光学弾性樹脂層１３０を含む。光学弾性樹脂層１３０は、第１の液晶セル１１０と第２の液晶セル１２０との間に設けられている。すなわち、第１の液晶セル１１０と第２の液晶セル１２０とは、光学弾性樹脂層１３０を間に挟んでｚ軸方向に積層されている。

【0015】

光学弾性樹脂層１３０は、第１の液晶セル１１０と第２の液晶セル１２０とを接着し、固定することができる。光学弾性樹脂層１３０としては、光学弾性樹脂、例えば、透光性を有したアクリル樹脂を含む接着材を用いることができる。

【0016】

図２Ａおよび図２Ｂは、本発明の一実施形態に係る光学素子１０の模式的な断面図である。具体的には、図２Ａは、図１に示すＡ１－Ａ２線に沿って切断されたｚｘ面内の模式的な断面図であり、図２Ｂは、図１に示すＢ１－Ｂ２線に沿って切断されたｙｚ面内の模式的な断面図である。なお、以下では、ｘ軸方向およびｙ軸方向を、それぞれ、第１の方向および第２の方向として記載する場合がある。

【0017】

第１の液晶セル１１０は、第１の基板１１１－１、第２の基板１１１－２、第１の透明電極１１２－１、第２の透明電極１１２－２、第３の透明電極１１２－３、第４の透明電極１１２－４、液晶層１１３、第１の配向膜１１４－１、第２の配向膜１１４－２、およびシール材１１５を含む。第２の液晶セル１２０は、第１の基板１２１－１、第２の基板１２１－２、第１の透明電極１２２－１、第２の透明電極１２２－２、第３の透明電極１２２－３、第４の透明電極１２２－４、液晶層１２３、第１の配向膜１２４－１、第２の配向膜１２４－２、およびシール材１２５を含む。

【0018】

光学素子１０は２つの液晶セルを有するが、２つの液晶セルはその構成が同一であることが好ましい。そのため、以下では、第１の液晶セル１１０の構成のみを説明し、便宜上、第２の液晶セル１２０の構成の説明は省略する場合がある。

【0019】

第１の基板１１１－１上には、第１の透明電極１１２－１および第２の透明電極１１２－２が設けられている。また、第１の透明電極１１２－１、第２の透明電極１１２－２、および第１の基板１１１－１の表面を覆う第１の配向膜１１４－１が設けられている。

【0020】

第２の基板１１１－２上には、第３の透明電極１１２－３および第４の透明電極１１２－４が設けられている。また、第３の透明電極１１２－３、第４の透明電極１１２－４、および第２の基板１１１－２の表面を覆う第２の配向膜１１４－２が設けられている。

【0021】

第１の基板１１１－１と第２の基板１１１－２とは、第１の基板１１１－１上の第１の透明電極１１２－１および第２の透明電極１１２－２と、第２の基板１１１－２上の第３の透明電極１１２－３および第４の透明電極１１２－４とが対向するように配置されている。

【0022】

また、第１の基板１１１－１および第２の基板１１１－２の各々の周辺部には、シール材１１５が配置されている。すなわち、第１の基板１１１－１と第２の基板１１１－２とは、シール材１１５を介して接着されている。また、第１の基板１１１－１（より具体的には、第１の配向膜１１４－１）、第２の基板１１１－２（より具体的には、第２の配向膜１１４－２）、およびシール材１１５で囲まれた空間には、液晶が封入され、液晶層１１３が形成されている。

【0023】

第１の基板１１１－１および第２の基板１１１－２の各々として、例えば、ガラス基板、石英基板、またはサファイア基板などの透光性を有する剛性基板が用いられる。また、第１の基板１１１－１および第２の基板１１１－２の各々として、例えば、ポリイミド樹脂基板、アクリル樹脂基板、シロキサン樹脂基板、またはフッ素樹脂基板などの透光性を有する可撓性基板を用いる構成も採用可能である。

【0024】

第１の透明電極１１２－１、第２の透明電極１１２－２、第３の透明電極１１２－３、および第４の透明電極１１２－４の各々は、液晶層１１３に電界を形成するための電極として機能する。第１の透明電極１１２－１、第２の透明電極１１２－２、第３の透明電極１１２－３、および第４の透明電極１１２－４の各々として、例えば、インジウム・スズ酸化物（ＩＴＯ）またはインジウム・亜鉛酸化物（ＩＺＯ）などの透明導電材料が用いられる。

【0025】

液晶層１１３は、液晶分子の配向状態に応じて、透過する光を屈折し、または透過する光の偏光状態を変化させることができる。液晶層１１３の液晶として、例えば、ネマティック液晶などを用いることができる。液晶は、本実施形態においてはポジ型を採用しているが、液晶分子の初期の配向方向などを変更することによりネガ型を採用する構成も可能である。また、液晶には、液晶分子にねじれを付与するカイラル剤が含まれていることが好ましい。

【0026】

第１の配向膜１１４－１および第２の配向膜１１４－２の各々は、液晶層１１３内の液晶分子を所定の方向に配列する。第１の配向膜１１４－１および第２の配向膜１１４－２の各々は、例えば、ポリイミド樹脂などを用いることができる。なお、第１の配向膜１１４－１および第２の配向膜１１４－２の各々は、ラビング法または光配向法などの配向処理によって配向特性が付与されてもよい。ラビング法は、配向膜の表面を一方向に擦る方法である。また、光配向法は、配向膜に直線偏光の紫外線を照射する方法である。

【0027】

シール材１１５は、第１の基板１１１－１と第２の基板１１１－２とを接着し、固定する。シール材１１５として、例えば、エポキシ樹脂接着材またはアクリル樹脂接着材などを用いることができる。接着材は、紫外線硬化型であってもよく、熱硬化型であってもよい。

【0028】

詳細は後述するが、光学素子１０は、２つの液晶セル（第１の液晶セル１１０および第２の液晶セル１２０）を含むことにより、無偏光の光の配光を制御し、配光パターンを形成することができる。そのため、各基板の外側表面には、例えば、液晶表示素子の表裏面に設けられるような一対の偏光板を設ける必要はない。

【0029】

［２．透明電極の配置］
図３Ａおよび図３Ｂを参照して、第１の透明電極１１２－１、第２の透明電極１１２－２、第３の透明電極１１２－３、および第４の透明電極１１２－４の各々の配置について詳細に説明する。

【0030】

図３Ａは、本発明の一実施形態に係る光学素子１０において、第１の基板１１１－１上の第１の透明電極１１２－１および第２の透明電極１１２－２の配置を示す模式的な平面図である。また、図３Ｂは、本発明の一実施形態に係る光学素子１０において、第２の基板１１１－２上の第３の透明電極１１２－３および第４の透明電極１１２－４の配置を示す模式的な平面図である。なお、図３Ａおよび図３Ｂの各々には、第１の液晶層１１５－１側から眺めた各透明電極の配置が示されている。

【0031】

図３Ａに示すように、第１の透明電極１１２－１および第２の透明電極１１２－２の各々は、ｘ軸方向に第１の幅ａ_１を有し、ｙ軸方向に延在している。また、第１の透明電極１１２－１と第２の透明電極１１２－２とは、ｘ軸方向に第１の電極間距離ｂ_１を有し、交互に配置されている。すなわち、第１の透明電極１１２－１と第２の透明電極１１２－２とは、第１のピッチｐ_１を有し、ｐ_１＝ａ_１＋ｂ_１を満たす。また、第１の透明電極１１２－１および第２の透明電極１１２－２は、それぞれ、第１の基板１１１－１上に形成された第１の配線１１６－１および第２の配線１１６－２と電気的に接続されている。第１の配線１１６－１は、第１の透明電極１１２－１の下に形成されていてもよく、第１の透明電極１１２－１の上に形成されていてもよい。この場合、第１の配線１１６－１が金属によって形成されていてもよい。また、第１の配線１１６－１は、第１の透明電極１１２－１と同じ層に形成されていてもよい。第２の配線１１６－２も同様である。

【0032】

第１の配向膜１１４－１は、ｘ軸方向に配向処理が行われている。この場合、液晶層１１３を構成する液晶分子のうち、第１の基板１１１－１側の液晶分子の長軸は、無電界状態ではｘ軸方向に沿って配向する。すなわち、第１の配向膜１１４－１の配向方向（ｘ軸方向）と第１の透明電極１１２－１または第２の透明電極１１２－２の延在方向（ｙ軸方向）とは、直交している。なお、配向処理としては、ラビングまたは光配向による配向処理が挙げられる。また、第１の配向膜１１４－１および第２の配向膜１１４－２の配向方向は、互いのなす角が直交していればよく、それぞれの配向方向は、第１の配向膜１１４－１または第２の配向膜１１４－２が設けられる透明電極の延在方向と直角以外の角度で交差していてもよい。

【0033】

図３Ｂに示すように、第３の透明電極１１２－３および第４の透明電極１１２－４の各々は、ｙ軸方向に第２の幅ａ_２を有し、ｘ軸方向に延在している。また、第３の透明電極１１２－３と第４の透明電極１１２－４とは、ｙ軸方向に第２の電極間距離ｂ_２を有し、交互に配置されている。すなわち、第３の透明電極１１２－３と第４の透明電極１１２－４とは、第２のピッチｐ_２を有し、ｐ_２＝ａ_２＋ｂ_２を満たす。また、第３の透明電極１１２－３および第４の透明電極１１２－４は、それぞれ、第２の基板１１１－２上に形成された第３の配線１１６－３および第４の配線１１６－４と電気的に接続されている。第３の配線１１６－３および第４の配線１１６－４は、第３の透明電極１１２－３および第４の透明電極１１２－４の下に形成されていてもよく、第３の透明電極１１２－３および第４の透明電極１１２－４の上に形成されていてもよい。この場合、第３の配線１１６－３および第４の配線１１６－４が金属によって形成されていてもよい。また、第３の配線１１６－３および第４の配線１１６－４は、第３の透明電極１１２－３および第４の透明電極１１２－４と同じ層に形成されていてもよい。

【0034】

第２の配向膜１１４－２は、ｙ軸方向に配向処理が行われている。この場合、液晶層１１３を構成する液晶分子のうち、第２の基板１１１－２側の液晶分子の長軸は、無電界状態ではｙ軸方向に沿って配向する。すなわち、第２の配向膜１１４－２の配向方向（ｙ軸方向）と第３の透明電極１１２－３または第４の透明電極１１２－４の延在方向（ｘ軸方向）とは、直交している。

【0035】

なお、第１の透明電極１１２－１および第２の透明電極１１２－２は、第１の基板１１１－１上に、第１のピッチｐ_１を有した櫛歯状パターンで形成されているということもできる。同様に、第３の透明電極１１２－３および第４の透明電極１１２－４は、第２の基板１１１－２上に、第２のピッチｐ_２を有した櫛歯状パターンで形成されているということもできる。

【0036】

第１の液晶セル１１０において、第１の透明電極１１２－１および第２の透明電極１１２－２と、第３の透明電極１１２－３および第４の透明電極１１２－４とは、液晶層１１３を介して対向している。ここで、第１の透明電極１１２－１および第２の透明電極１１２－２の延在する方向（ｙ軸方向）は、第３の透明電極１１２－３および第４の透明電極の延在する方向（ｘ軸方向）と直交している。換言すると、第１の基板１１１－１上に形成される櫛歯状の電極パターンと、第２の基板上に形成される櫛歯状の電極パターンとは、平面視で互いに直交している。また、第１の基板１１１－１には、第５の配線１１６－５および第６の配線１１６－６が形成されている。第１の基板１１１－１と第２の基板１１１－２とが貼り合わされると、第３の配線１１６－３および第４の配線１１６－４は、それぞれ、第１の基板１１１－１に設けられる第５の配線１１６－５および第６の配線１１６－６と電気的に接続される。第３の配線１１６－３と第５の配線１１６－５との電気的な接続および第４の配線１１６－４と第６の配線１１６－６との電気的な接続は、例えば、銀ペーストまたは導電粒子（金属を被覆した粒子を含む。）などを用いて行うことができる。

【0037】

なお、本実施形態では、第１の透明電極１１２－１と第２の透明電極１１２－２とが交互に配置された第１の方向と、第３の透明電極１１２－３と第４の透明電極１１２－４とが交互に配置された第２の方向とは、直交しているが、これらは交差していればよく、交差角度は９０度以外でも構わない。また、第１の基板１１１－１の第１の透明電極１１２－１および第２の透明電極１１２－２と、第２の基板の第３の透明電極１１２－３および第４の透明電極１１２－４とが交差することで、後述するように、各透明電極に印加する電圧を制御して液晶層１１３の液晶の配向を制御することができる。これにより、光の配向または配光パターンを制御することができる。

【0038】

第１の基板１１１－１または第２の基板１１１－２上には、これらの間隔を保持するフォトスペーサが形成されている（図示省略）。

【0039】

第１の配線１１６－１、第２の配線１１６－２、第３の配線１１６－３、第４の配線１１６－４、第５の配線１１６－５、および第６の配線１１６－６の各々として、例えば、アルミニウムもしくモリブデンなどの金属材料またはインジウム・スズ酸化物（ＩＴＯ）もしくはインジウム・亜鉛酸化物（ＩＺＯ）などの透明導電材料を用いることができる。なお、第１の配線１１６－１、第２の配線１１６－２、第５の配線１１６－５、および第６の配線１１６－６の各々には、外部装置と接続するための端子が設けられていてもよい。

【0040】

第１の配線１１６－１、第２の配線１１６－２、第５の配線１１６－５（または第３の配線１１６－３）、および第６の配線１１６－６（または第４の配線１１６－４）は、互いに電気的に絶縁されている。したがって、第１の液晶セル１１０では、第１の透明電極１１２－１、第２の透明電極１１２－２、第３の透明電極１１２－３、および第４の透明電極１１２－４のそれぞれに異なる電圧を印加することで、液晶層１１３の液晶分子の配向を制御することができる。

【0041】

［３．液晶の配向の制御］
図４Ａおよび図４Ｂを参照して、液晶層１１３の液晶の配向について詳細に説明する。

【0042】

図４Ａおよび図４Ｂは、本発明の一実施形態に係る光学素子１０において、液晶層１１３の液晶分子の配向を示す模式的な断面図である。図４Ａおよび図４Ｂは、それぞれ、図２Ａおよび図２Ｂに示す第１の液晶セル１１０の断面図の一部に対応するものである。

【0043】

図４Ａおよび図４Ｂに示すように、第１の基板１１１－１と第２の基板１１１－２とは、基板間距離ｄを有するように貼り合わされている。また、第１の基板１１１－１の第１の配向膜１１４－１および第２の基板１１１－２の第２の配向膜１１４－２は、それぞれ、ｘ軸方向およびｙ軸方向に配向処理が行われている。そのため、液晶層１１３において、第１の基板１１１－１側の液晶分子は、透明電極に電圧を印加しない状態では、長軸がｘ軸方向に沿って配向する（図４Ａおよび図４Ｂでは、便宜上、紙面左右方向に配向する液晶分子の配向方向を矢印の記号を用いて示す。）。すなわち、第１の基板１１１－１側の液晶分子の配向方向は、第１の透明電極１１２－１と第２の透明電極１１２－２の延在方向に対して直交している。また、第２の基板１１１－２側の液晶分子は、透明電極に電圧を印加しない状態では、長軸がｙ軸方向に沿って配向する（図４Ａおよび図４Ｂでは、便宜上、紙面法線方向に配向する液晶分子の配向方向を丸印の中にバツを付した記号を用いて示す。）。すなわち、第２の基板１１１－２側の液晶分子の配向方向は、第３の透明電極１１２－３と第４の透明電極１１２－４の延在方向に対して直交している。したがって、液晶層１１３の液晶分子は、ｚ軸方向において、第１の基板１１１－１から第２の基板１１１－２に向かうにつれて９０度ねじれた状態で配向している。より具体的には、図４Ａにおいては、第１の基板１１１－１側の液晶分子は、第１の配向膜１１４－１の配向方向に沿ってｘ軸方向（紙面左右方向）に長軸を向けた状態で配向されている。また、第２の基板１１１－２側の液晶分子は、第２の配向膜１１４－２の配向方向に沿ってｙ軸方向（紙面法線方向）に長軸を向けた状態で配向されている。また、これらの間にある液晶分子は、第１の基板１１１－１から第２の基板１１１－２に向かうにつれて徐々に長軸の向きをｘ軸方向からｙ軸方向に変化させている。

【0044】

続いて、図５Ａ～図５Ｃを参照して、電圧が印加されたときにおける液晶層１１３の液晶の配向について詳細に説明する。

【0045】

図５Ａは、本発明の一実施形態に係る光学素子１０において、電圧が印加されたときにおける液晶層１１３の液晶分子の配向を示す模式的な斜視図である。また、図５Ｂおよび図５Ｃは、本発明の一実施形態に係る光学素子１０において、電圧が印加されたときにおける液晶層１１３の液晶分子の配向を示す模式的な断面図である。図５Ａにおいては、便宜上、第１の配向膜１１４－１および第２の配向膜１１４－２が省略されている。また、図５Ｂおよび図５Ｃでは、図４Ａおよび図４Ｂと同様に、第１の配向膜１１４－１および第２の配向膜１１４－２の配向方向を、矢印または丸印の中にバツを付した記号を用いて図示している。

【0046】

図５Ａ～図５Ｃにおいては、第１の透明電極１１２－１および第３の透明電極１１２－３にＬｏｗ電位が印加され、第２の透明電極１１２－２および第４の透明電極１１２－４にＨｉｇｈ電位が印加されている（図５Ａ～図５Ｃでは、便宜上、Ｌｏｗ電位およびＨｉｇｈ電位を、それぞれ、「－」および「＋」の記号を用いて図示している。）。すなわち、第１の透明電極１１２－１と第２の透明電極１１２－２との間および第３の透明電極１１２－３と第４の透明電極１１２－４との間には、電位差が生じている。この場合、第１の基板１１１－１側の液晶分子は、第１の透明電極１１２－１と第２の透明電極１１２－２との間に生じる電界（電位分布）にしたがって配向する。すなわち、第１の基板１１１－１側の液晶分子の長軸は、第１の透明電極１１２－１から第２の透明電極１１２－２へ向かう方向に沿って配向する。同様に、第２の基板１１１－２側の液晶分子は、第３の透明電極１１２－３から第４の透明電極１１２－４へ向かう方向に沿って配向する。なお、以下では、同一基板上で隣接する透明電極間に生じる電界を横電界と言う場合がある。

【0047】

さらに、液晶分子の配向について詳細に説明する。第１の基板１１１－１側の液晶分子は、無電界状態ではｘ軸方向に配向しているが、当該液晶分子の配向は、第１の透明電極１１２－１と第２の透明電極１１２－２との間の横電界の向きと同じである。そのため、平面視において第１の透明電極１１２－１と第２の透明電極１１２－２との間のほぼ中央に位置する液晶分子は、当該横電界によっても配向がほとんど変化しない。また、中央よりも第１の透明電極１１２－１または第２の透明電極１１２－２に近い液晶分子は、横電界に対応してｚ軸方向に傾き（チルト）を有して配向する。そのため、図５Ｂに示すように、第１の透明電極１１２－１と第２の透明電極１１２－２との間の横電界の影響によって、第１の基板１１１－１側の液晶分子は、全体として、隣接する透明電極間ごとに第１の基板１１１－１からみて第１の透明電極１１２－１から第２の透明電極１１２－２へ向かう凸の円弧状に配向する。同様に、第２の基板１１１－２側の液晶分子は、ｙ軸方向に配向しているが、当該液晶分子の配向は、第３の透明電極１１２－３と第４の透明電極１１２－４との間の横電界の向きと同じである。そのため、第３の透明電極１１２－３と第４の透明電極１１２－４との間のほぼ中央に位置する液晶分子は、当該横電界によっても配向がほとんど変化しない。また、中央よりも第３の透明電極１１２－３または第４の透明電極１１２－４に近い液晶分子は、ｚ軸方向に傾き（チルト）を有して配向する。そのため、図５Ｃに示すように、第３の透明電極１１２－３と第４の透明電極１１２－４との間の横電界の影響によって、第２の基板１１１－２側の液晶分子は、全体として、隣接する透明電極間ごとに第２の基板１１１－２からみて第３の透明電極１１２－３から第４の透明電極１１２－４へ向かう凸の円弧状に配向する。したがって、液晶層１１３に入射した光は、第１の基板１１１－１側または第２の基板１１１－２側の凸の円弧状に配向された液晶分子の屈折率分布にしたがって拡散されることになる。

【0048】

第１の基板１１１－１と第２の基板１１１－２とは、十分に離れた基板間距離ｄを有しているため、第１の基板１１１－１の第１の透明電極１１２－１と第２の透明電極１１２－２との間の横電界は、第２の基板１１１－２側の液晶分子の配向に対して影響を及ぼさない、または、無視できるほどに小さい。同様に、第２の基板１１１－２の第３の透明電極１１２－３と第４の透明電極１１２－４との間の横電界は、第１の基板１１１－１側の液晶分子の配向に対して影響を及ぼさない、または、無視できるほどに小さい。

【0049】

なお、本明細書において、第１の基板１１１－１側の液晶層１１３（または、液晶分子）とは、第１の基板１１１－１の表面からｄ／２までの液晶層（または、液晶分子）をいう。同様に、第２の基板１１１－２側の液晶層１１３（または、液晶分子）とは、第２の基板１１１－２の表面からｄ／２までの液晶層（または、液晶分子）をいう。

【0050】

第１の液晶セル１１０では、第１の透明電極１１２－１、第２の透明電極１１２－２、第３の透明電極１１２－３、および第４の透明電極のそれぞれに印加される電圧を制御することにより、液晶層１１３の液晶分子の配向を変化させることができる。液晶分子の配向の変化に伴い、液晶層１１３の屈折率分布が変化する。そのため、第１の液晶セル１１０は、透過する光を拡散することができる。光学素子１０は、第１の液晶セル１１０の液晶層１１３および第２の液晶セル１２０の液晶層１２３の屈折率分布の変化を利用し、光学素子１０を透過する光の配光または配光パターンを制御することができる。

【0051】

［５．光学素子による配光または配向パターンの制御］
図６Ａおよび図６Ｂを参照して、光学素子１０による光の配光または配光パターンの制御について詳細に説明する。

【0052】

図６Ａおよび図６Ｂは、本発明の一実施形態に係る光学素子１０による光の配光の制御を説明する模式的な断面図である。図６Ａおよび図６Ｂに示す光学素子１０は、図２Ａに示す第１の液晶セル１１０および第２の液晶セル１２０の断面図の一部に対応するものである。図６Ａに示す光学素子１０では、いずれの透明電極にも電位が印可されていない。また、図６Ｂに示す光学素子１０では、第１の液晶セル１１０の第１の透明電極１１２－１および第３の透明電極１１２－３にＬｏｗ電位が印加され、第２の透明電極１１２－２および第４の透明電極１１２－４にＨｉｇｈ電位が印加されている。同様に、第２の液晶セル１２０の第１の透明電極１２２－１および第３の透明電極１２２－３にＬｏｗ電位が印加され、第２の透明電極１２２－２および第４の透明電極１２２－４にＨｉｇｈ電位が印加されている。なお、図６Ｂでは、便宜上、Ｌｏｗ電位およびＨｉｇｈ電位を、それぞれ、「－」および「＋」の記号を用いて図示している。

【0053】

図６Ａおよび図６Ｂに示す光学素子１０では、第１の液晶セル１１０の第１の配向膜１１４－１および第２の液晶セル１２０の第１の配向膜１２４－１は、ｘ軸方向に配向処理が行われている。一方、第１の液晶セル１１０の第２の配向膜１１４－２および第２の液晶セル１２０の第２の配向膜１２４－２は、ｙ軸方向に配向処理が行われている。したがって、第１の液晶セル１１０では、第１の配向膜１１４－１の配向方向はｘ軸方向であり、第２の配向膜１１４－２の配向方向はｙ軸方向である。同様に、第２の液晶セル１２０では、第１の配向膜１２４－１の配向方向はｘ軸方向であり、第２の配向膜１２４－２の配向方向はｙ軸方向である。

【0054】

第１の液晶セル１１０と第２の液晶セル１２０とが積層した光学素子１０では、平面視において、第１の液晶セル１１０の第１の透明電極１１２－１と第２の液晶セル１２０の第１の透明電極１２２－１とが延在方向にわたって略一致するように重畳している。他の透明電極も同様である。但し、第１の液晶セル１１０と第２の液晶セル１２０とは、第１の液晶セル１１０の第１の透明電極１１２－１と第２の液晶セル１２０の第１の透明電極１２２－１とが、ｘ軸方向またはｙ軸方向に僅かにずれて重畳するように配置されていてもよい。より具体的には、平面視において、第１の液晶セル１１０の第１の透明電極１１２－１と第２の液晶セル１２０の第１の透明電極１２２－１とが、互いに延在方向にわたって一部または全部が重畳している。または、第１の液晶セル１１０の第１の透明電極１１２－１と第２の液晶セル１２０の第１の透明電極１２２－１とが互いに重畳せずとも、同じ方向に延在していればよい。

【0055】

図６Ａおよび図６Ｂでは、光は、第１の液晶セル１１０の第１の基板１１１－１に対して垂直な方向から入射し、第２の液晶セル１２０の第２の基板１２１－２から出射する。第１の液晶セル１１０の第１の基板１１１－１に入射する光は、ｘ軸方向の偏光（Ｐ偏光成分）と、ｙ軸方向の偏光（Ｓ偏光成分）とを有している。そこで、以下では、便宜上、光源から発せられる光のうち、ｘ軸方向の偏光成分を第１の偏光成分３１０とし、また、ｙ軸方向の偏光成分を第２の偏光成分３２０とし、これらの偏光成分が図６Ｂの光学素子１０を透過する過程を説明する。

【0056】

第１の偏光成分３１０および第２の偏光成分３２０は、それぞれ、光源から出射された光のＰ偏光成分およびＳ偏光成分に対応する（図６Ｂ中の（１）参照）。なお、図６Ａおよび図６Ｂでは、Ｐ偏光成分は矢印（紙面水平方向を示す矢印）を用いて図示され、Ｓ偏光成分は丸印にバツを付した記号（紙面法線方向を示す矢印）を用いて図示されている。

【0057】

第１の液晶セル１１０の第１の基板１１１－１側における液晶層１１３の液晶分子は、長軸がｘ軸方向に沿って配向されているため、図６Ｂに示すように、第１の透明電極１１２－１と第２の透明電極１１２－２との間に横電界が発生すると、当該液晶分子はｘ軸方向に屈折率分布を有する。また、第１の液晶セル１１０の第２の基板１１１－２側における液晶層１１３の液晶分子は、長軸がｙ軸方向に沿って配向されているため、第３の透明電極１１２－３と第４の透明電極１１２－４との間に横電界が発生すると、当該液晶分子はｙ軸方向に屈折率分布を有する。

【0058】

そのため、光学素子１０（より具体的には、第１の液晶セル１１０）に入射する第１の偏光成分３１０は、第１の基板１１１－１に入射した後、第２の基板１１１－２に向かうにつれて、液晶配向のねじれに従ってその偏光成分がＳ偏光成分に変化する（図６Ｂ中の（２）～（４）参照）。より具体的には、第１の偏光成分３１０は、第１の基板１１１－１側ではｘ軸方向に偏光軸を有しているが、液晶層１１３の厚さ方向に通過する過程でその偏光軸を徐々に変化させ、第２の基板１１１－２側ではｙ軸方向に偏光軸を有することとなり、その後、第２の基板１１１－２側から出射される（図６Ｂ中の（５）参照）。ここで、図６Ｂに示すように、第１の透明電極１１２－１と第２の透明電極１１２－２との間に横電界が発生すると、当該横電界の影響で液晶分子の配向状態が図５Ａのように変化し、屈折率分布が変化する。また、第１の偏光成分３１０は、第１の基板１１１－１側においては、その偏光軸が当該第１の基板１１１－１側における液晶層１１３の液晶分子の配向方向に平行であるため、当該液晶分子の屈折率分布の変化に応じてｘ軸方向に拡散する。また、第１の偏光成分３１０は、液晶層１１３内で偏光軸をｘ軸方向からｙ軸方向に変化させることによって、第２の基板１１１－２側においては、その偏光軸が当該第２の基板１１１－２側における液晶層１１３の液晶分子の配向方向に平行となる。ここで、図６Ｂに示すように、第３の透明電極１１２－３と第４の透明電極１１２－４との間に横電界が発生すると、当該横電界の影響で液晶分子の配向状態が図５Ｂのように変化し、屈折率分布が変化する。このため、第１の偏光成分３１０は、当該液晶分子の屈折率分布の変化に応じてｙ軸方向に拡散する。

【0059】

また、図６Ｂに示すように、光学素子１０（より具体的には、第１の液晶セル１１０）に入射する前にＳ偏光成分であった第２の偏光成分３２０は、第１の基板１１１－１に入射した後、第２の基板１１１－２に向かうにつれて、液晶配向のねじれに従ってその偏光成分がＰ偏光成分に変化する（図６Ｂ中の（２）～（４）参照）。より具体的には、第２の偏光成分３２０は、第１の基板１１１－１側ではｙ軸方向に偏光軸を有しているが、液晶層１１３の厚さ方向に通過する過程でその偏光軸を徐々に変化させ、第２の基板１１１－２側ではｘ軸方向に偏光軸を有することとなり、その後、第２の基板１１１－２側から出射される（図６Ｂ中の（５）参照）。ここで、第１の透明電極１１２－１と第２の透明電極１１２－２との間に横電界が発生しても、第２の偏光成分３２０は、第１の基板１１１－１側においては、その偏光軸が当該第１の基板１１１－１側における液晶層１１３の液晶分子の配向方向に直交しているため、当該液晶分子の屈折率分布の影響を受けず、そのまま拡散せずに通過する。また、第２の偏光成分３２０は、液晶層１１３内で偏光軸をｙ軸方向からｘ軸方向に変化させることによって、第２の基板１１１－２側においては、その偏光軸が当該第２の基板１１１－２側における液晶分子の配向方向とも直交することになるため、当該液晶分子の屈折率分布の影響を受けず、そのまま拡散せずに通過する。

【0060】

すなわち、光学素子１０に入射する前にＳ偏光成分であった第２の偏光成分３２０は、第１の液晶セル１１０を通過する過程で偏光軸をｙ軸方向からｘ軸方向に変化させてＰ偏光成分となるものの、第１の偏光成分３１０のような拡散は生じない。

【0061】

第２の液晶セル１２０の液晶層１２３の液晶分子も、第１の液晶セル１１０の液晶層１１３の液晶分子と同様の屈折率分布を有する。そのため、第２の液晶セル１２０内においても、基本的に、第１の液晶セル１１０内と同様の現象が生じる。一方、第１の偏光成分３１０および第２の偏光成分３２０は、第１の液晶セル１１０を通過することで、その偏光軸が入れ替わるため、液晶層１１３の液晶分子の屈折率分布の影響を受ける偏光成分も入れ替わる。すなわち、図６Ｂに示すように、第２の液晶セル１２０の第１の透明電極１２２－１と第２の透明電極１２２－２との間および第３の透明電極１２２－３と第４の透明電極１１２－４との間に横電界が発生しても、第２の液晶セル１２０を通過する第１の偏光成分３１０はその偏光軸をｙ軸方向から再びｘ軸方向に変化するものの（図６Ｂ中の（６）～（８）参照）、拡散は生じない。一方、第２の液晶セル１２０を通過する第２の偏光成分３２０は、その偏光軸をｘ軸方向から再びｙ軸方向に変化しつつ（図６Ｂ中の（６）～（８）参照）、かつ、液晶層１２３の液晶分子の屈折率分布の影響を受けて拡散する。

【0062】

以上からわかるように、光学素子１０では、同一の構造を有する２つの液晶セルを積層させることにより、光学素子１０に入射される光の偏光方向を２度にわたって変化させ、その結果、入射前と入射後での偏光方向を変わらなくすることができる（図６Ｂ中の（１）および（９）参照）。他方、当該光学素子１０は、液晶セルの液晶層の液晶分子が有する屈折率分布を変化させ、透過する光を屈折させることができる。より具体的には、第１の液晶セル１１０が第１の偏光成分３１０（Ｐ偏光成分）の光をｘ軸方向、ｙ軸方向、またはｘ軸とｙ軸の両方向に拡散させ、第２の液晶セル１２０が第２の偏光成分３２０（Ｓ偏光成分）の光をｘ軸方向、ｙ軸方向、またはｘ軸とｙ軸の両方向に拡散させる。したがって、光学素子１０は、無偏光の光に対して、光の偏光状態を変えることなく、光を拡散することができる。

【0063】

また、上記では、主として図６Ｂを用いてそれぞれの偏光成分が光学素子１０を通過する過程で拡散および偏光軸を変化させる過程を説明した。図６Ａの光学素子１０は、各透明電極に電位を印可していない状態（隣り合う透明電極間に電位差がない状態）であり、偏光成分を拡散させない点を除いては図６Ｂの光学素子と同じように偏光成分の偏光軸を変化させる。説明の重複を避けるべく、図６Ａの光学素子を通過する偏光成分の説明は図６Ｂの（１）～（９）と同じ符号を付してその説明を省略する。

【0064】

なお、図６Ａおよび図６Ｂに示すように、第１の液晶セル１１０と第２の液晶セル１２０との間には、光学弾性樹脂層１３０が設けられている。光は、第１の液晶セル１１０の第２の基板１１１－２と光学弾性樹脂層１３０との界面または第２の液晶セル１２０の第１の基板１２１－１と光学弾性樹脂層１３０との界面においても屈折され得る。そのため、光学弾性樹脂層１３０の光学弾性樹脂の屈折率は、第１の液晶セル１１０の第２の基板１１１－２および第２の液晶セル１２０の第１の基板１２１－１の屈折率に近いものが好ましい。また、光学素子１０は、光源に近い位置に配置され、光源からの熱によって温度が上昇する場合がある。この場合、光学弾性樹脂層１３０の光学弾性樹脂の熱膨張の影響を緩和することができるように、光学弾性樹脂層１３０の厚さは、第１の液晶セル１１０における第１の基板１１１－１と第２の基板１１１－２との間または第２の液晶セル１２０における第１の基板１２１－１と第２の基板１２１－２との間の基板間距離ｄよりも大きいことが好ましい。

【0065】

光学素子１０は、単に光を拡散するだけでなく、各透明電極に印加する電位によって光の配光を制御し、所定の配光パターンを形成することができる。以下では、図７Ａ～図１０を参照して、光学素子１０を用いて制御された光の配光パターンのいくつかを例示する。但し、光学素子１０によって制御される光の配光パターンは、これらに限られるものではない。なお、図７Ａ～図１０に記載された電位の符号（Ｖ_１１など）は、表１のとおりである。

【0066】

【表1】

【0067】

また、以下では、便宜上、各透明電極に印加する電位を、第１の電位（変動電位、例えば、Ｌｏｗ電位が０ＶおよびＨｉｇｈ電位が３０Ｖ）、第１の電位と位相が反転している第２の電位（変動電位、例えば、Ｌｏｗ電位が０ＶおよびＨｉｇｈ電位が３０Ｖ）、および第３の電位（中間電位、例えば、１５Ｖ）として説明する。第３の電位は、Ｌｏｗ電位とＨｉｇｈ電位との間の電位であり、固定電位であってもよく、変動電位であってもよい。なお、電圧の値は、図７Ａ～図１０に記載された０Ｖ、１５Ｖ、および３０Ｖに限られない。

【0068】

［例１：ｘ軸方向に拡がる配光パターン］
図７Ａは、本発明の一実施形態に係る光学素子１０に含まれる各透明電極に印加する電位を示すタイミングチャートである。また、図７Ｂは、本発明の一実施形態に係る光学素子１０において、各透明電極に図７Ａに示す電位を印加して得られた光の配光パターンの写真である。

【0069】

第１の液晶セル１１０では、第１の透明電極１１２－１および第２の透明電極１１２－２に、それぞれ、第１の電位および第２の電位が印加される。また、第３の透明電極１１２－３および第４の透明電極１１２－４の各々に第３の電位が印加される。第１の透明電極１１２－１に印加される第１の電位と、第２の透明電極１１２－２に印加される第２の電位とは、位相が反転している。そのため、第１の透明電極１１２－１と第２の透明電極１１２－２との間には、電位差（例えば、＋３０Ｖまたは－３０Ｖ）が生じている。これに対し、第２の基板１１１－２側の第３の透明電極１１２－３と第４の透明電極１１２－４との間は、無電位状態となっている。また、第２の基板１１１－２側の第３の透明電極１１２－３および第４の透明電極１１２－４は、いずれの状態であっても、第１の基板１１１－１側の第１の透明電極１１２－１との間または第２の透明電極１１２－２との間に＋１５Ｖまたは－１５Ｖが生じており、絶対値で見た場合に、第１の基板１１１－１側の一方の透明電極との間および他方の透明電極との間での電位差に偏りはない。

【0070】

これにより、第１の基板１１１－１側の液晶分子は、第１の透明電極１１２－１と第２の透明電極１１２－２との間の電位差に従って配向状態を変化させる（図５Ａ～図５Ｃなど参照）。一方、第２の基板１１１－２側の液晶分子は、第３の透明電極１１２－３と第４の透明電極１１２－４との間に電位差が生じておらず、また、第１の基板１１１－１側の電位による影響を受けないほど第１の基板１１１－１と第２の基板１１１－２とが十分に離れているため、初期配向方向から配向方向を変化させない。また、第３の透明電極１１２－３および第４の透明電極１１２－４に印加される第３の電位は第１の電位と第２の電位との間の中間電位であるため、第１の透明電極１１２－１と第２の透明電極１１２－２とに、Ｌｏｗ電位とＨｉｇｈ電位とが交互に印加されても容量が蓄積されることはなく、第２の基板１１１－２側の液晶分子の配向状態が変化することはない。

【0071】

第２の液晶セル１２０では、第１の透明電極１２２－１および第２の透明電極１２２－２に、それぞれ、第１の電位および第２の電位が印加される。また、第３の透明電極１２２－３および第４の透明電極１２２－４の各々に第３の電位が印加される。第１の透明電極１２２－１に印加される第１の電位と、第２の透明電極１２２－２に印加される第２の電位とは、位相が反転している。そのため、第１の透明電極１２２－１と第２の透明電極１２２－２との間には、電位差（例えば、＋３０Ｖまたは－３０Ｖ）が生じている。これに対し、第２の基板１２１－２側の第３の透明電極１２２－３と第４の透明電極１２２－４との間は、無電位状態となっている。また、第２の基板１２１－２側の第３の透明電極１２２－３および第４の透明電極１２２－４は、いずれの状態であっても、第１の基板１２１－１側の第１の透明電極１２２－１との間または第２の透明電極１２２－２との間に＋１５Ｖまたは－１５Ｖが生じており、絶対値で見た場合に、第１の基板１２１－１側の一方の透明電極との間および他方の透明電極との間での電位差に偏りはない。

【0072】

これにより、第１の基板１２１－１側の液晶分子は、第１の透明電極１２２－１と第２の透明電極１２２－２との間の電位差に従って配向状態を変化させる（図５Ａ～図５Ｃなど参照）。一方、第２の基板１２１－２側の液晶分子は、第３の透明電極１２２－３と第４の透明電極１２２－４との間に電位差が生じておらず、また、第１の基板１２１－１側の電位による影響を受けないほど第１の基板１２１－１と第２の基板１２１－２とが十分に離れているため、初期配向方向から配向方向を変化させない。また、第３の透明電極１２２－３および第４の透明電極１２２－４に印加される第３の電位は第１の電位と第２の電位との間の中間電位であるため、第１の透明電極１２２－１と第２の透明電極１２２－２とに、Ｌｏｗ電位とＨｉｇｈ電位とが交互に印加されても容量が蓄積されることはなく、第２の基板１２１－２側の液晶分子の配向状態が変化することはない。

【0073】

また、図７Ａに示すように、第１の液晶セル１１０の第１の透明電極１１２－１および第２の透明電極１１２－２の電位変動は、それぞれ、第２の液晶セル１２０の第１の透明電極１２２－１および第２の透明電極１２２－２の電位変動と同期している。

【0074】

各透明電極に上述のような電位を印加した場合、第１の液晶セル１１０の第１の基板１１１－１側の液晶層１１３の液晶分子は、ｘ軸方向の偏光を有する光をｘ軸方向に屈折することができる。そのため、第１の液晶セル１１０は、ｘ軸方向の偏光を有する光をｘ軸方向に拡散することができる。

【0075】

また、第２の液晶セル１２０の第１の基板１２１－１側の液晶層１２３の液晶分子も、ｘ軸方向の偏光を有する光をｘ軸方向に屈折させる。そのため、第２の液晶セル１２０も、ｘ軸方向の偏光を有する光をｘ軸方向に拡散する。

【0076】

すなわち、各透明電極の電位が図７Ａに示すものであるとき、光学素子１０は、第１の液晶セル１１０の第１の基板１１１－１側から光が入射される（図６Ａおよび図６Ｂに示すように、第１の液晶セル１１０の下方側から第１の基板１１１－１に向けて光が照射されることを意味する。以下、同様とする。）と、第１の液晶セル１１０を通過する過程において、ｘ軸方向の偏光軸を有する第１の偏光成分３１０は第１の基板１１１－１側でｘ軸方向に拡散しつつ、偏光軸をｙ軸方向に変化させる。他方、ｙ軸方向の偏光を有する第２の偏光成分３２０は、拡散することなく、偏光軸をｙ軸方向からｘ軸方向に変化させる。そして、これらの偏光成分はそのまま第２の液晶セル１２０に入射する。第１の液晶セル１１０内で拡散することなく、ｙ軸方向からｘ軸方向に偏光軸を変化させた第２の偏光成分３２０は、第２の液晶セル１２０を通過する過程において、ｘ軸方向に拡散し、その後、偏光軸をｙ軸方向に変化させる。他方、第１の液晶セル１１０内で拡散しつつ偏光軸をｘ軸方向からｙ軸方向に変化させた第１の偏光成分３１０は、拡散することなく偏光軸をｙ軸方向からｘ軸方向に変化させる。これにより、光学素子１０に入射する光は、第１の液晶セル１１０または第２の液晶セル１２０を通過する過程で、ｘ軸方向に拡散することとなる。したがって、光学素子１０を透過した光は、図７Ｂに示すように、ｘ軸方向に拡がる配光パターンＡを形成することができる。

【0077】

［例２：ｙ軸方向に拡がる配光パターン］
図８Ａは、本発明の一実施形態に係る光学素子１０に含まれる各透明電極に印加する電圧を示すタイミングチャートである。また、図８Ｂは、本発明の一実施形態に係る光学素子１０において、各透明電極に図８Ａに示す電位を印加して得られた光の配光パターンの写真である。

【0078】

第１の液晶セル１１０では、第１の透明電極１１２－１および第２の透明電極１１２－２の各々に第３の電位が印加される。また、第３の透明電極１１２－３および第４の透明電極１１２－４に、それぞれ、第１の電位および第２の電位が印加される。第３の透明電極１１２－３に印加される第１の電位と、第４の透明電極１１２－４に印加される第２の電位とは、位相が反転している。そのため、第３の透明電極１１２－３と第４の透明電極１１２－４との間には、電位差（例えば、＋３０Ｖまたは－３０Ｖ）が生じている。これに対し、第１の基板１１１－１側の第１の透明電極１１２－１と第２の透明電極１１２－２との間は、無電位状態となっている。また、第１の基板１１１－１側の第１の透明電極１１２－１および第２の透明電極１１２－２は、いずれの状態であっても、第２の基板１１１－２側の第３の透明電極１１２－３との間または第４の透明電極１１２－４との間に＋１５Ｖまたは－１５Ｖが生じており、絶対値で見た場合に、第２の基板１１１－２側の一方の透明電極との間および他方の透明電極との間での電位差に偏りはない。

【0079】

これにより、第２の基板１１１－２側の液晶分子は、第３の透明電極１１２－３と第４の透明電極１１２－４との間の電位差に従って配向状態を変化させる（図５Ａ～図５Ｃなど参照）。一方、第１の基板１１１－１側の液晶分子は、第１の透明電極１１２－１と第２の透明電極１１２－２との間に電位差が生じておらず、また、第２の基板１１１－２側の電位による影響を受けないほど第１の基板１１１－１と第２の基板１１１－２とが十分に離れているため、初期配向方向から配向方向を変化させない。また、第１の透明電極１１２－１および第２の透明電極１１２－２に印加される第３の電位は第１の電位と第２の電位との間の中間電位であるため、第３の透明電極１１２－３と第４の透明電極１１２－４とに、Ｌｏｗ電位とＨｉｇｈ電位とが交互に印加されても容量が蓄積されることはなく、第１の基板１１１－１側の液晶分子の配向状態が変化することはない。

【0080】

第２の液晶セル１２０では、第１の透明電極１２２－１および第２の透明電極１２２－２の各々に第３の電位が印加される。また、第３の透明電極１２２－３および第４の透明電極１２２－４に、それぞれ、第１の電位および第２の電位が印加される。第３の透明電極１２２－３に印加される第１の電位と、第４の透明電極１２２－４に印加される第２の電位とは、位相が反転している。そのため、第３の透明電極１２２－３と第４の透明電極１２２－４との間には、電位差（例えば、＋３０Ｖまたは－３０Ｖ）が生じている。これに対し、第１の基板１２１－１側の第１の透明電極１２２－１と第２の透明電極１２２－２との間は、無電位状態となっている。また、第１の基板１２１－１側の第１の透明電極１２２－１および第２の透明電極１２２－２は、いずれの状態であっても、第２の基板１２１－２側の第３の透明電極１２２－３との間または第４の透明電極１２２－４との間に＋１５Ｖまたは－１５Ｖが生じており、絶対値で見た場合に、第２の基板１２１－２側の一方の透明電極との間および他方の透明電極との間での電位差に偏りはない。

【0081】

これにより、第２の基板１２１－２側の液晶分子は、第３の透明電極１２２－３と第４の透明電極１２２－４との間の電位差に従って配向状態を変化させる（図５Ａ～図５Ｃなど参照）。一方、第１の基板１２１－１側の液晶分子は、第１の透明電極１２２－１と第２の透明電極１２２－２との間に電位差が生じておらず、また、第２の基板１２１－２側の電位による影響を受けないほど第１の基板１２１－１と第２の基板１２１－２とが十分に離れているため、初期配向方向から配向方向を変化させない。また、第１の透明電極１２２－１および第２の透明電極１２２－２に印加される第３の電位は第１の電位と第２の電位との間の中間電位であるため、第３の透明電極１２２－３と第４の透明電極１２２－４とに、Ｌｏｗ電位とＨｉｇｈ電位とが交互に印加されても容量が蓄積されることはなく、第１の基板１２１－１側の液晶分子の配向状態が変化することはない。

【0082】

また、図８Ｂに示すように、第１の液晶セル１１０の第３の透明電極１１２－３および第４の透明電極１１２－４の電位変動は、それぞれ、第２の液晶セル１２０の第３の透明電極１２２－３および第４の透明電極１２２－４の電位変動と同期している。

【0083】

各透明電極に上述のような電位を印加した場合、第１の液晶セル１１０の第２の基板１１１－２側の液晶層１１３の液晶分子は、ｙ軸方向の偏光を有する光をｙ軸方向に屈折させる。そのため、第１の液晶セル１１０は、ｙ軸方向の偏光を有する光をｙ軸方向に拡散する。

【0084】

また、第２の液晶セル１２０の第２の基板１２１－２側の液晶層１２３の液晶分子も、ｙ軸方向の偏光を有する光をｙ軸方向に屈折させる。そのため、第２の液晶セル１２０も、ｙ軸方向の偏光を有する光をｙ軸方向に拡散する。

【0085】

すなわち、各透明電極の電位が図８Ａに示すものであるとき、光学素子１０は、第１の液晶セル１１０の第１の基板１１１－１側から光が入射されると、第１の液晶セル１１０を通過する過程において、ｘ軸方向の偏光を有する第１の偏光成分３１０は、偏光軸をｘ軸方向からｙ軸方向に変化させつつ、第２の基板１１１－２側でｙ軸方向に拡散する。他方、ｙ軸方向の偏光を有する第２の偏光成分３２０は、拡散することなく、偏光軸をｙ軸方向からｘ軸方向に変化させる。そして、これらの偏光成分はそのまま第２の液晶セル１２０に入射する。第１の液晶セル１１０内で拡散することなく、ｙ軸方向からｘ軸方向に偏光軸を変化させた第２の偏光成分３２０は、第２の液晶セル１２０を通過する過程において、偏光軸をｙ軸方向に変化させつつ、第２の基板１２１－２側でｙ軸方向に拡散する。他方、第１の液晶セル１１０内で拡散しつつ偏光軸をｘ軸方向からｙ軸方向に変化させた第１の偏光成分３１０は、拡散することなく偏光軸をｙ軸方向からｘ軸方向に変化させる。これにより、光学素子１０に入射する光は、第１の液晶セル１１０または第２の液晶セル１２０を通過する過程で、ｙ軸方向に拡散することとなる。したがって、光学素子１０を透過した光は、図８Ｂに示すように、ｙ軸方向に拡がる配光パターンＢを形成することができる。

【0086】

［例３：十字に拡がる配光パターン］
図９Ａは、本発明の一実施形態に係る光学素子１０に含まれる各透明電極に印加する電位を示すタイミングチャートである。また、図９Ｂは、本発明の一実施形態に係る光学素子１０において、各透明電極に図９Ａに示す電位を印加して得られた光の配光パターンの写真である。

【0087】

第１の液晶セル１１０では、第１の透明電極１１２－１および第２の透明電極１１２－２に、それぞれ、第１の電位および第２の電位が印加される。また、第３の透明電極１１２－３および第４の透明電極１１２－４の各々に第３の電位が印加される。第１の透明電極１１２－１に印加される第１の電位と、第２の透明電極１１２－２に印加される第２の電位とは、位相が反転している。そのため、第１の透明電極１１２－１と第２の透明電極１１２－２との間には、電位差（例えば、＋３０Ｖまたは－３０Ｖ）が生じている。これに対し、第２の基板１１１－２側の第３の透明電極１１２－３と第４の透明電極１１２－４との間は、無電位状態となっている。また、第２の基板１１１－２側の第３の透明電極１１２－３および第４の透明電極１１２－４は、いずれの状態であっても、第１の基板１１１－１側の第１の透明電極１１２－１との間または第２の透明電極１１２－２との間に＋１５Ｖまたは－１５Ｖが生じており、絶対値で見た場合に、第１の基板１１１－１側の一方の透明電極との間および他方の透明電極との間での電位差に偏りはない。

【0088】

これにより、第１の基板１１１－１側の液晶分子は、第１の透明電極１１２－１と第２の透明電極１１２－２との間の電位差に従って配向状態を変化させる（図５Ａ～図５Ｃなど参照）。一方、第２の基板１１１－２側の液晶分子は、第３の透明電極１１２－３と第４の透明電極１１２－４との間に電位差が生じておらず、また、第１の基板１１１－１側の電位による影響を受けないほど第１の基板１１１－１と第２の基板１１１－２とが十分に離れているため、初期配向方向から配向方向を変化させない。また、第３の透明電極１１２－３および第４の透明電極１１２－４に印加される第３の電位は第１の電位と第２の電位との間の中間電位であるため、第１の透明電極１１２－１と第２の透明電極１１２－２とに、Ｌｏｗ電位とＨｉｇｈ電位とが交互に印加されても容量が蓄積されることはなく、第２の基板１１１－２側の液晶分子の配向状態が変化することはない。

【0089】

第２の液晶セル１２０では、第１の透明電極１２２－１および第２の透明電極１２２－２の各々に第３の電位が印加される。また、第３の透明電極１２２－３および第４の透明電極１２２－４に、それぞれ、第１の電位および第２の電位が印加される。第３の透明電極１２２－３に印加される第１の電位と、第４の透明電極１２２－４に印加される第２の電位は、位相が反転している。そのため、第３の透明電極１２２－３と第４の透明電極１２２－４との間には、電位差（例えば、＋３０Ｖまたは－３０Ｖ）が生じている。これに対し、第１の基板１２１－１側の第１の透明電極１２２－１と第２の透明電極１２２－２との間は、無電位状態となっている。また、第１の基板１２１－１側の第１の透明電極１２２－１および第２の透明電極１２２－２は、いずれの状態であっても、第２の基板１２１－２側の第３の透明電極１２２－３との間または第４の透明電極１２２－４との間に＋１５Ｖまたは－１５Ｖが生じており、絶対値で見た場合に、第２の基板１２１－２側の一方の透明電極との間および他方の透明電極との間での電位差に偏りはない。

【0090】

これにより、第２の基板１２１－２側の液晶分子は、第３の透明電極１２２－３と第４の透明電極１２２－４との間の電位差に従って配向状態を変化させる（図５Ａ～図５Ｃなど参照）。一方、第１の基板１２１－１側の液晶分子は、第１の透明電極１２２－１と第２の透明電極１２２－２との間に電位差が生じておらず、また、第２の基板１２１－２側の電位による影響を受けないほど第１の基板１２１－１と第２の基板１２１－２とが十分に離れているため、初期配向方向から配向方向を変化させない。また、第１の透明電極１２２－１および第２の透明電極１２２－２に印加される第３の電位は第１の電位と第２の電位との間の中間電位であるため、第３の透明電極１２２－３と第４の透明電極１２２－４とに、Ｌｏｗ電位とＨｉｇｈ電位とが交互に印加されても容量が蓄積されることはなく、第１の基板１２１－１側の液晶分子の配向状態が変化することはない。

【0091】

また、図９Ａに示すように、第１の液晶セル１１０の第１の透明電極１１２－１および第２の透明電極１１２－２の電位変動は、それぞれ、第２の液晶セル１２０の第３の透明電極１２２－３および第４の透明電極１２２－４の電位変動と同期している。

【0092】

各透明電極に上述のような電位を印加した場合、第１の液晶セル１１０の第１の基板１１１－１側の液晶層１１３の液晶分子は、ｘ軸方向の偏光を有する光をｘ軸方向に屈折させる。そのため、第１の液晶セル１１０は、ｘ軸方向の偏光を有する光をｘ軸方向に拡散させる。

【0093】

また、第２の液晶セル１２０の第２の基板１２１－２側の液晶層１２３の液晶分子は、ｙ軸方向の偏光を有する光をｙ軸方向に屈折させる。そのため、第２の液晶セル１２０は、ｙ軸方向の偏光を有する光をｙ軸方向に拡散する。

【0094】

すなわち、各透明電極の電位が図９Ａに示すものであるとき、光学素子１０は、第１の液晶セル１１０の第１の基板１１１－１側からに光が入射されると、第１の液晶セル１１０を通過する過程において、ｘ軸方向の偏光を有する第１の偏光成分３１０は第１の基板１１１－１側でｘ軸方向に拡散しつつ、偏光軸をｘ軸方向からｙ軸方向に変化させる。他方、ｙ軸方向の偏光を有する第２の偏光成分３２０は、拡散することなく、偏光軸をｙ軸方向からｘ軸方向に変化させる。そして、これらの偏光成分はそのまま第２の液晶セル１２０に入射する。第１の液晶セル１１０内で拡散することなく、ｙ軸方向からｘ軸方向に偏光軸を変化させた第２の偏光成分３２０は、第２の液晶セル１２０を通過する過程において、偏光軸をｘ軸方向からｙ軸方向に変化させつつ、第２の基板１２１－２側でｙ軸方向に拡散する。他方、第１の液晶セル１１０内で拡散しつつ偏光軸をｘ軸方向からｙ軸方向に変化させた第１の偏光成分３１０は、拡散することなく、偏光軸をｙ軸方向からｘ軸方向に変化させる。このように、光学素子１０に入射する光は、第１の偏光成分３１０が第１の液晶セル１１０を通過する過程でｘ軸方向に拡散され、第２の偏光成分３２０が第２の液晶セル１２０を通過する過程でｙ軸方向に拡散される。したがって、光学素子１０を透過した光は、図９Ｂに示すように、十字に拡がる配光パターンＣを形成することができる。

【0095】

なお、上記の通り、図９Ａに示す電位を各透明電極に印可することにより、主として第１の偏光成分３１０を拡散させることで十字状の配光パターンを形成しているが、各透明電極に供給する電位を変えることにより、第２の偏光成分３２０を拡散させて十字状の配光パターンを形成することができる。具体的には、第１の液晶セル１１０では、第３の透明電極１１２－３および第４の透明電極１１２－４に、それぞれ、第１の電位および第２の電位を印加し、かつ、第１の透明電極１１２－１および第２の透明電極１１２－２の各々に第３の電位を印加する。そして、第２の液晶セル１２０では、第１の透明電極１２２－１および第２の透明電極１２２－２に、それぞれ、第１の電位および第２の電位を印加し、且つ、第３の透明電極１２２－３および第４の透明電極１２２－４の各々に第３の電位を印可する。これにより、主として第２の偏光成分３２０を拡散させることで十字状の配光パターンが形成される。

【0096】

［例４：矩形に拡がる配光パターン］
図１０は、本発明の一実施形態に係る光学素子１０に含まれる各透明電極に印加する電圧を示すタイミングチャートである。

【0097】

第１の液晶セル１１０では、第１の透明電極１１２－１および第３の透明電極１１２－３の各々に第１の電位が印加される。また、第２の透明電極１１２－２および第４の透明電極１１２－４の各々に第２の電位が印加される。第１の透明電極１１２－１および第３の透明電極１１２－３に印加される第１の電位と、第２の透明電極１１２－２および第４の透明電極１１２－４に印加される第２の電位とは、位相が反転している。そのため、第１の透明電極１１２－１と第２の透明電極１１２－２との間および第３の透明電極１１２－３と第４の透明電極１１２－４との間には、電位差（例えば、＋３０Ｖまたは－３０Ｖ）が生じている。また、第１の透明電極１１２－１と第４の透明電極１１２－４との間および第２の透明電極１１２－２と第３の透明電極１１２－３との間にも、電位差（例えば、＋３０Ｖまたは－３０Ｖ）が生じている。

【0098】

これにより、第１の基板１１１－１側の液晶分子は、第１の透明電極１１２－１と第２の透明電極１１２－２との間の電位差に従って配向状態を変化させる（図５Ａ～図５Ｃなど参照）。また、第２の基板１１１－２側の液晶分子は、第３の透明電極１１２－３と第４の透明電極１１２－４との間の電位差に従って配向状態を変化させる（図５Ａ～図５Ｃなど参照）。なお、第１の基板１１１－１と第２の基板１１１－２とは十分に離れているため、第３の透明電極１１２－３に印加される第１の電位または第４の透明電極１１２－４に印加される第２の電位による第１の基板１１１－１側の液晶分子への影響は僅かである。同様に、第１の透明電極１１２－１に印加される第１の電位または第２の透明電極１１２－２に印加される第２の電位による第２の基板１１１－２側の液晶分子への影響は僅かである。

【0099】

第２の液晶セル１２０では、第１の透明電極１２２－１および第３の透明電極１２２－３の各々に第１の電位が印加される。また、第２の透明電極１２２－２および第４の透明電極１２２－４の各々に第２の電位が印加される。第１の透明電極１２２－１および第３の透明電極１２２－３に印加される第１の電位と、第２の透明電極１２２－２および第４の透明電極１２２－４に印加される第２の電位とは、位相が反転している。そのため、第１の透明電極１２２－１と第２の透明電極１２２－２との間および第３の透明電極１２２－３と第４の透明電極１２２－４との間には、電位差（例えば、＋３０Ｖまたは－３０Ｖ）が生じている。また、第１の透明電極１２２－１と第４の透明電極１２２－４との間および第２の透明電極１２２－２と第３の透明電極１２２－３との間にも、電位差（例えば、＋３０Ｖまたは－３０Ｖ）が生じている。

【0100】

これにより、第１の基板１２１－１側の液晶分子は、第１の透明電極１２２－１と第２の透明電極１２２－２との間の電位差に従って配向状態を変化させる（図５Ａ～図５Ｃなど参照）。また、第２の基板１２１－２側の液晶分子は、第３の透明電極１２２－３と第４の透明電極１２２－４との間の電位差に従って配向状態を変化させる（図５Ａ～図５Ｃなど参照）。なお、第１の基板１２１－１と第２の基板１２１－２とは十分に離れているため、第３の透明電極１２２－３に印加される第１の電位または第４の透明電極１２２－４に印加される第２の電位による第１の基板１２１－１側の液晶分子への影響は僅かである。同様に、第１の透明電極１２２－１に印加される第１の電位または第２の透明電極１２２－２に印加される第２の電位による第２の基板１２１－２側の液晶分子への影響は僅かである。

【0101】

また、図１０に示すように、第１の液晶セル１１０の第１の透明電極１１２－１および第３の透明電極１１２－３の電位変動ならびに第２の液晶セル１２０の第１の透明電極１２２－１および第３の透明電極１２２－３の電位変動は、互いに同期している。また、第１の液晶セル１１０の第２の透明電極１１２－２および第４の透明電極１１２－４の電位変動ならびに第２の液晶セル１２０の第２の透明電極１２２－２および第４の透明電極１２２－４の電位変動は、互いに同期している。

【0102】

各透明電極に上述のような電位を印加した場合、第１の液晶セル１１０の第１の基板１１１－１側の液晶層１１３の液晶分子は、ｘ軸方向の偏光を有する光をｘ軸方向に屈折させる。また、第１の液晶セル１１０の第２の基板１１１－２側の液晶層１１３の液晶分子は、ｙ軸方向の偏光を有する光をｙ軸方向に屈折させる。そのため、第１の液晶セル１１０は、ｘ軸方向の偏光を有する光をｘ軸方向およびｙ方向に拡散させる。

【0103】

また、第２の液晶セル１２０の第１の基板１２１－１側の液晶層１２３の液晶分子は、ｘ軸方向の偏光を有する光をｘ軸方向に屈折させる。また、第２の液晶セル１２０の第２の基板１２１－２側の液晶層１２３の液晶は、ｙ軸方向の偏光を有する光をｙ軸方向に屈折させる。そのため、第２の液晶セル１２０も、ｘ軸方向の偏光を有する光をｘ軸方向およびｙ方向に拡散させる。

【0104】

すなわち、各透明電極の電位が図１０に示すものであるとき、光学素子１０は、第１の液晶セル１１０の第１の基板１１１－１側から光が入射されると、第１の液晶セル１１０を通過する過程において、ｘ軸方向の偏光を有する第１の偏光成分３１０は第１の基板１１１－１側でｘ軸方向に拡散しつつ、偏光軸をｘ軸方向からｙ軸方向に変化させる。また、ｘ軸方向からｙ軸方向に偏光軸を変化させた第１の偏光成分３１０は、第２の基板１１１－２側でｙ軸方向に拡散する。他方、ｙ軸方向の偏光を有する第２の偏光成分３２０は、拡散することなく、偏光軸をｙ軸方向からｘ軸方向に変化させる。そして、これらの偏光成分はそのまま第２の液晶セル１２０に入射する。第１の液晶セル１１０内で拡散することなく、ｙ軸方向からｘ軸方向に偏光軸を変化させた第２の偏光成分３２０は、第２の液晶セル１２０を通過する過程において、第１の基板１２１－１側でｘ軸方向に拡散しつつ、偏光軸をｘ軸方向からｙ軸方向に変化させる。また、ｘ軸方向からｙ軸方向に偏光軸を変化させた第２の偏光成分３２０は、第２の基板１２１－２側でｙ軸方向に拡散する。他方、第１の液晶セル１１０内で拡散しつつ偏光軸をｘ軸方向からｙ軸方向に変化させた第１の偏光成分３１０は、拡散することなく偏光軸をｙ軸方向からｘ軸方向に変化させる。このように、光学素子１０に入射する光は、第１の偏光成分３１０が第１の液晶セル１１０を通過する過程でｘ軸方向およびｙ軸方向に拡散され、第２の偏光成分３２０が第２の液晶セル１２０を通過する過程でｘ軸方向およびｙ軸方向に拡散される。したがって、光学素子１０を透過した光は、矩形に拡がる配光パターンを形成することができる。

【0105】

以上、いくつかの配光パターンを例示したが、光の配光の分布を示す配光角は、透明電極に印加する電圧の大きさによって制御することができる。例えば、透明電極に印加する電圧を高くすると、配光角が大きくなり、光がより拡散された配光パターンが得られる。また、配光角は、例えば、基板間距離ｄまたはピッチｐによっても制御することができる。

【0106】

［４．基板間距離とピッチの相関関係］
図１１を参照して、基板間距離ｄとピッチｐの相関関係について詳細に説明する。

【0107】

図１１は、本発明の一実施形態に係る光学素子１０の液晶セルにおいて、ｄ／ｐに対する正面相対輝度（０度における相対輝度）を示すグラフである。基板間距離ｄは、図４Ａ～図５Ｂに示したように、第１の液晶セル１１０の第１の基板１１１－１と第２の基板１１１－２との間の距離（または、第２の液晶セル１２０の第１の基板１２１－１と第２の基板１２１－２との間の距離）である。また、ピッチｐは、図３Ａに示した第１のピッチｐ_１（または、図３Ｂに示した第２のピッチｐ_２）である。また、正面相対輝度は、第１の基板１１１－１から入射され、第２の基板１１１－２から出射される光において、第２の基板１１１－２の垂直方向（０度）から出射される光の輝度である。図１１に示すグラフは、光学素子１０がない場合（光源のみの場合）の光の輝度を１として規格化されている。したがって、図１１に示すグラフのｙ軸は、光学素子１０がない場合の輝度を１とした場合の相対輝度比ということもできる。

【0108】

なお、図１１に示すグラフのデータを取得した液晶セルは、第１の基板１１１－１上に第１の透明電極１１２－１および第２の透明電極１１２－２が形成されているが、第２の基板１１１－２上に第３の透明電極１１２－３および第４の透明電極１１２－４が形成されていない。また、輝度の測定時には、第１の透明電極１１２－１にＬｏｗ電位（０Ｖ）を印加し、第２の透明電極１１２－２にＨｉｇｈ電位（３０Ｖ）を印加した。

【0109】

図１１に示すように、ｄ／ｐが大きくなると正面相対輝度は低下するが、ｄ／ｐ＜１とｄ／ｐ≧１とでは正面相対輝度の低下の割合が大きく異なる。ｄ／ｐ＜１では、正面相対輝度がｄ／ｐ＝１に近づくにつれて大きく低下するものの、正面輝度比は０．２～０．４程度の正面輝度が測定された。これは、液晶セルによる光の拡散に伴う輝度の低下を示しているものの、当該拡散が未だ十分でないことを示している。これに対し、ｄ／ｐ≧１では、正面相対輝度が０．１以下となり、その後、ｄ／ｐを大きくしても正面相対輝度は安定している。これは、ｄ／ｐ≧１では液晶セルによる光の拡散が十分であることを示している。すなわち、ｄ／ｐ≧１では、優れた光拡散が得られる。したがって、光学素子１０においては、基板間距離ｄとピッチｐがｄ／ｐ≧１を満たすことが好ましく、ｄ／ｐ≧２を満たすことがさらに好ましい。

【0110】

また、透明電極材料は屈折率が高く、液晶セルの透過率に影響を及ぼす場合がある。そのため、透明電極の幅は小さいことが好ましい。すなわち、電極間距離ｂ（図３Ａまたは図３Ｂに示す第１の電極間距離ｂ_１または第２の電極間距離ｂ_２）は、透明電極の幅ａ（図３Ａまたは図３Ｂに示す第１の幅ａ_１または第２の幅ａ_２）以下であることが好ましい。例えば、電極間距離ｂをピッチｐとの関係で表せば、ｐ／２≦ｂを満たすことが好ましい。

【0111】

以上説明したように、本実施形態に係る光学素子１０は、２つの液晶セルを有し、各透明電極に印加する電圧を制御することにより、光学素子１０を透過する光の配光または配光パターンを容易に制御することができる。

【0112】

＜第２実施形態＞
図１２を参照して、本発明の一実施形態に係る照明装置２０の構成について説明する。

【0113】

図１２は、本発明の一実施形態に係る照明装置２０の構成を示す模式図である。図１２に示すように、照明装置２０は、光学素子１０、光源２１０、凸レンズ２２０、および反射器２３０を含む。凸レンズ２２０は、光学素子１０と光源２１０との間に配置されている。また、反射器２３０は、光源２１０と凸レンズ２２０との間の空間を取り囲むように配置されている。

【0114】

光源２１０は、光を照射することができる。光源２１０として、例えば、電球、蛍光灯、冷陰極管、発光ダイオード（ＬＥＤ）、またはレーザダイオード（ＬＤ）などを用いることができる。好ましくは、照明装置２０の光源２１０は、ＬＥＤである。光源２１０として高発光効率であるＬＥＤを用いた照明装置２０は、高輝度および低消費電力となる。なお、ＬＥＤおよびＬＤは、それぞれ、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）および有機レーザダイオード（ＯＬＤ）を含む。

【0115】

凸レンズ２２０は、光源２１０から照射された光を集光し、集光した光を光学素子１０に入射させることができる。

【0116】

反射器２３０は、光源２１０から照射された光を反射し、反射した光を凸レンズに入射させることができる。反射器２３０の形状は、例えば、略円錐形であるが、これに限られない。また、反射器２３０の表面は平面であってもよく、曲面であってもよい。

【0117】

さらに、照明装置２０は、透明電極に印加する電圧を制御する制御部を含み、様々な光の配向パターンを形成することができるようにしてもよい。

【0118】

以上説明したように、本実施形態に係る照明装置２０は、光学素子１０を含むため、照明装置２０から出射する光の配光または配光パターンを容易に制御することができる。

【0119】

本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例および修正例に相当し得るものであり、それら変更例および修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。例えば、上述の各実施形態に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除もしくは設計変更を行ったもの、または、工程の追加、省略もしくは条件変更を行ったものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含まれる。

【0120】

また、本実施形態において態様によりもたらされる他の作用効果について本明細書の記載から明らかなもの、または当業者において適宜想到し得るものについては、当然に本発明によりもたらされるものと解される。

【符号の説明】

【0121】

１０：光学素子、 ２０：照明装置、 １１０：第１の液晶セル、 １１１－１：第１の基板、 １１１－２：第２の基板、 １１２－１：第１の透明電極、 １１２－２：第２の透明電極、 １１２－３：第３の透明電極、 １１２－４：第４の透明電極、 １１３：液晶層、 １１４－１：第１の配向膜、 １１４－２：第２の配向膜、 １１５：シール材、 １１６－１：第１の配線、 １１６－２：第２の配線、 １１６－３：第３の配線、 １１６－４：第４の配線、 １１６－５：第５の配線、 １１６－６：第６の配線、 １２０：第２の液晶セル、 １２１－１：第１の基板、 １２１－２：第２の基板、
１２２－１：第１の透明電極、 １２２－２：第２の透明電極、 １２２－３：第３の透明電極、 １２２－４：第４の透明電極、 １２３：液晶層、 １２４－１：第１の配向膜、 １２４－２：第２の配向膜、 １２５：シール材、 １３０：光学弾性樹脂層、
２１０：光源、 ２２０：凸レンズ、 ２３０：反射器、 ３１０：第１の偏光成分、
３２０：第２の偏光成分

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図3A】

【図3B】

【図4A】

【図4B】

【図5A】

【図5B】

【図5C】

【図6A】

【図6B】

【図7A】

【図7B】

【図8A】

【図8B】

【図9A】

【図9B】

【図10】

【図11】

【図12】