JP7414567B2 - 光制御装置及び照明装置 - Google Patents

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Description

本発明の実施形態は、光制御装置及び照明装置に関する。
近年、液晶セルを用いた光制御装置が提案されている。このような光制御装置は、主として、一偏光成分を集束させたり発散させたりするものである。一例では、複数の輪帯電極を備えた液晶レンズが提案されている。また、他の例としては、扇状の複数の分割領域に配置された透明電極を備えた液晶レンズも提案されている。
液晶セルを用いた光制御装置の一使用例において、入射光を効率よく散乱することが要望されている。
特開２００８－７６９２６号公報 特開２０１６－５７５４１号公報 特表２０１３－５１５９６９号公報
本実施形態の目的は、散乱効率を向上することが可能な光制御装置及び照明装置を提供することにある。
本実施形態の光制御装置は、
同心円状に配置された複数の第１電極を備える第１基板と、前記第１基板に対向する第２基板と、前記第１基板と前記第２基板との間に保持された第１液晶層と、を備える第１液晶セルと、同心円状に配置された複数の第２電極を備えた第３基板と、前記第３基板に対向する第４基板と、前記第３基板と前記第４基板との間に保持された第２液晶層と、を備える第２液晶セルと、前記第１液晶セルと前記第２液晶セルとの間に配置された偏光変換素子と、を備え、前記第１液晶層及び前記第２液晶層の各々は、入射光のうち、第１方向に沿った第１偏光面を有する第１偏光成分を散乱し、入射光のうち、前記第１方向に交差する第２方向に沿った第２偏光面を有する第２偏光成分を透過する第１領域と、入射光のうち、前記第１偏光成分を透過し、入射光のうち、前記第２偏光成分を散乱する第２領域と、を有し、前記偏光変換素子は、前記第１領域及び前記第２領域に重畳し、入射光の前記第１偏光成分を前記第２偏光成分に変換し、入射光の前記第２偏光成分を前記第１偏光成分に変換する。
本実施形態の光制御装置は、
同心円状に配置された複数の第１電極及び前記複数の第１電極を覆う第１配向膜を備える第１基板と、第２配向膜を備える第２基板と、前記第１基板と前記第２基板との間に保持された第１液晶層と、を備える第１液晶セルと、同心円状に配置された複数の第２電極及び前記複数の第２電極を覆う第３配向膜を備える第３基板と、第４配向膜を備える第４基板と、前記第３基板と前記第４基板との間に保持された第２液晶層と、を備える第２液晶セルと、第５配向膜を備えた第５基板と、第６配向膜を備えた第６基板と、前記第５基板と前記第６基板との間に保持された第３液晶層と、を備える偏光変換素子と、を備え、前記第１乃至第４配向膜は、垂直配向膜であり、前記偏光変換素子は、前記第１液晶セルと前記第２液晶セルとの間に配置され、前記第５配向膜及び前記第６配向膜は、水平配向膜であり、それぞれの配向処理方向は交差し、前記第３液晶層は、ツイスト配向した液晶分子を含んでいる。
本実施形態の光制御装置は、
同心円状に配置された複数の第１電極及び前記複数の第１電極を覆う第１配向膜を備える第１基板と、第２配向膜を備える第２基板と、前記第１基板と前記第２基板との間に保持された第１液晶層と、を備える第１液晶セルと、同心円状に配置された複数の第２電極及び前記複数の第２電極を覆う第３配向膜を備える第３基板と、第４配向膜を備える第４基板と、前記第３基板と前記第４基板との間に保持された第２液晶層と、を備える第２液晶セルと、第５配向膜を備えた第５基板と、第６配向膜を備えた第６基板と、前記第５基板と前記第６基板との間に保持された第３液晶層と、を備える偏光変換素子と、を備え、前記第１配向膜及び前記第３配向膜は、水平配向膜であり、それぞれの配向処理方向は平行であり、前記第２配向膜及び前記第４配向膜は、垂直配向膜であり、前記偏光変換素子は、前記第１液晶セルと前記第２液晶セルとの間に配置され、前記第５配向膜及び前記第６配向膜は、水平配向膜であり、それぞれの配向処理方向は交差し、前記第３液晶層は、ツイスト配向した液晶分子を含んでいる。
本実施形態の光制御装置は、
同心円状に配置された複数の第１電極及び前記複数の第１電極を覆う第１配向膜を備える第１基板と、同心円状に配置された複数の第３電極及び前記複数の第３電極を覆う第２配向膜を備える第２基板と、前記第１基板と前記第２基板との間に保持された第１液晶層と、を備える第１液晶セルと、同心円状に配置された複数の第２電極及び前記複数の第２電極を覆う第３配向膜を備える第３基板と、同心円状に配置された複数の第４電極及び前記複数の第４電極を覆う第４配向膜を備える第４基板と、前記第３基板と前記第４基板との間に保持された第２液晶層と、を備える第２液晶セルと、第５配向膜を備えた第５基板と、第６配向膜を備えた第６基板と、前記第５基板と前記第６基板との間に保持された第３液晶層と、を備える偏光変換素子と、を備え、前記第１電極の中心、前記第２電極の中心、前記第３電極の中心、及び、前記第４電極の中心は、平面視において、重畳し、前記偏光変換素子は、前記第１液晶セルと前記第２液晶セルとの間に配置され、前記第５配向膜及び前記第６配向膜は、水平配向膜であり、それぞれの配向処理方向は交差し、前記第３液晶層は、ツイスト配向した液晶分子を含んでいる。
本実施形態の照明装置は、
光源と、前記光源から出射された光を制御するように構成された上記の光制御装置と、を備えている。
図１は、本実施形態の照明装置１００の一構成例を示す図である。 図２は、第１液晶セル１０の一構成例を示す平面図である。 図３は、図２に示した第１基板ＳＵＢ１の導電線ＣＤ１３に沿った断面図である。 図４は、第１液晶セル１０の他の構成例を示す平面図である。 図５は、第１液晶セル１０の他の構成例を示す平面図である。 図６は、光制御装置２００の分解斜視図である。 図７は、第１液晶セル１０の一構成例を説明するための図である。 図８は、光制御装置２００の第１構成例を示す図である 図９は、第１液晶セル１０の他の構成例を説明するための図である。 図１０は、光制御装置２００の第２構成例を示す図である。 図１１は、光制御装置２００の第３構成例を示す分解斜視図である。 図１２は、第１液晶セル１０の他の構成例を説明するための図である。 図１３は、光制御装置２００の第３構成例を示す図である。
以下、本実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、開示はあくまで一例に過ぎず、当業者において、発明の主旨を保っての適宜変更について容易に想到し得るものについては、当然に本発明の範囲に含有されるものである。また、図面は、説明をより明確にするため、実際の態様に比べて、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一又は類似した機能を発揮する構成要素には同一の参照符号を付し、重複する詳細な説明を適宜省略することがある。
図１は、本実施形態の照明装置１００の一構成例を示す図である。一例では、第１方向Ｘ、第２方向Ｙ、及び、第３方向Ｚは、互いに直交しているが、９０度以外の角度で交差していてもよい。第１方向Ｘ及び第２方向Ｙは、照明装置１００に含まれる基板に平行な方向に相当し、また、第３方向Ｚは、照明装置１００の厚さ方向に相当する。本実施形態においては、第１方向Ｘ及び第２方向Ｙで規定されるＸ－Ｙ平面を見ることを平面視という。
照明装置１００は、光源ＬＳと、光源ＬＳから出射された光を制御するように構成された光制御装置２００と、制御部ＣＴと、を備えている。光源ＬＳは、第３方向Ｚに沿って光を出射する。光源ＬＳから出射される光は、例えば、自然光である。光制御装置２００は、第３方向Ｚにおいて光源ＬＳに重畳している。光制御装置２００は、第１液晶セル１０と、第２液晶セル２０と、偏光変換素子ＰＣと、を備えている。第１液晶セル１０及び第２液晶セル２０は、実質的に同一の構成要素を有するものであるが、異なる構成要素を有するものであってもよい。偏光変換素子ＰＣは、第１液晶セル１０と第２液晶セル２０との間に配置されている。
第１液晶セル１０は、第１基板ＳＵＢ１と、第２基板ＳＵＢ２と、第１液晶層ＬＣ１と、を備えている。第１基板ＳＵＢ１は、絶縁基板１１と、絶縁基板１１上に配置された複数の第１電極Ｅ１と、第１電極Ｅ１を覆う第１配向膜ＡＬ１と、を備えている。光源ＬＳは、第３方向Ｚにおいて絶縁基板１１と対向するように配置されている。第２基板ＳＵＢ２は、絶縁基板１２と、絶縁基板１２を覆う第２配向膜ＡＬ２と、を備えている。なお、第２基板ＳＵＢ２は、第１液晶層ＬＣ１を介して複数の第１電極Ｅ１と対向する共通電極を備えていてもよい。第１液晶層ＬＣ１は、第１基板ＳＵＢ１と第２基板ＳＵＢ２との間に保持され、第１配向膜ＡＬ１及び第２配向膜ＡＬ２に接触している。第１液晶層ＬＣ１は、シールＳＥ１によって封止されている。
第２液晶セル２０は、第３基板ＳＵＢ３と、第４基板ＳＵＢ４と、第２液晶層ＬＣ２と、を備えている。第３基板ＳＵＢ３は、絶縁基板２１と、絶縁基板２１上に配置された複数の第２電極Ｅ２と、第２電極Ｅ２を覆う第３配向膜ＡＬ３と、を備えている。第２電極Ｅ２は、第３方向Ｚにおいて第１電極Ｅ１に重畳するように形成されている。第４基板ＳＵＢ４は、絶縁基板２２と、絶縁基板２２を覆う第４配向膜ＡＬ４と、を備えている。なお、第４基板ＳＵＢ４は、第２液晶層ＬＣ２を介して複数の第２電極Ｅ２と対向する共通電極を備えていてもよい。第２液晶層ＬＣ２は、第３基板ＳＵＢ３と第４基板ＳＵＢ４の間に保持され、第３配向膜ＡＬ３及び第４配向膜ＡＬ４に接触している。第２液晶層ＬＣ２は、シールＳＥ２によって封止されている。このような第２液晶セル２０において、第３基板ＳＵＢ３は第１基板ＳＵＢ１と同一の構成要素を有し、第４基板ＳＵＢ４は第２基板ＳＵＢ２と同一の構成要素を有し、第２液晶層ＬＣ２の構成は、第１液晶層ＬＣ１の構成と同一である。
偏光変換素子ＰＣは、第５基板ＳＵＢ５と、第６基板ＳＵＢ６と、第３液晶層ＬＣ３と、を備えている。第５基板ＳＵＢ５は、絶縁基板３１と、絶縁基板３１を覆う第５配向膜ＡＬ５と、を備えている。第６基板ＳＵＢ６は、絶縁基板３２と、絶縁基板３２を覆う第６配向膜ＡＬ６と、を備えている。第３液晶層ＬＣ３は、第５基板ＳＵＢ５と第６基板ＳＵＢ６との間に保持され、第５配向膜ＡＬ５及び第６配向膜ＡＬ６に接触している。第３液晶層ＬＣ３は、シールＳＥ３によって封止されている。第５配向膜ＡＬ５及び第６配向膜ＡＬ６は、Ｘ－Ｙ平面に略平行な配向規制力を有する水平配向膜であり、所定の方向に配向処理されている。なお、配向処理とは、ラビング処理であってもよいし、光配向処理であってもよい。第５配向膜ＡＬ５の配向処理方向は、第６配向膜ＡＬ６の配向処理方向に交差している。第３液晶層ＬＣ３は、第５配向膜ＡＬ５と第６配向膜ＡＬ６との間でツイスト配向した液晶分子ＬＭ３を含んでいる。このような偏光変換素子ＰＣは、第１液晶セル１０及び第２液晶セル２０のような電極を備えていない。したがって、第３液晶層ＬＣ３には電界は形成されず、液晶分子ＬＭ３の配向状態は、第５配向膜ＡＬ５及び第６配向膜ＡＬ６の配向規制力によって維持される。
絶縁基板１１及び１２、絶縁基板２１及び２２、及び、絶縁基板３１及び３２は、例えばガラス基板や樹脂基板などの透明基板である。
第１電極Ｅ１及び第２電極Ｅ２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。
第１配向膜ＡＬ１、第２配向膜ＡＬ２、第３配向膜ＡＬ３、及び、第４配向膜ＡＬ４の構成例については後述する。
偏光変換素子ＰＣは、第３方向Ｚにおいて第１液晶セル１０の上に重畳している。絶縁基板１２と絶縁基板３１とは、透明な接着層ＡＤ１によって互いに接着されている。接着層ＡＤ１の屈折率は、絶縁基板１２及び３１の屈折率と同等である。
第２液晶セル２０は、第３方向Ｚにおいて偏光変換素子ＰＣの上に重畳している。絶縁基板３２と絶縁基板２１とは、透明な接着層ＡＤ２によって互いに接着されている。接着層ＡＤ２の屈折率は、絶縁基板３２及び２１の屈折率と同等である。
制御部ＣＴは、光源制御部ＬＣＴと、電圧制御部ＤＣＴ１及びＤＣＴ２と、を備えている。光源制御部ＬＣＴは、例えば光源ＬＳを駆動する電流値を制御する。電圧制御部ＤＣＴ１は、第１液晶セル１０において第１電極Ｅ１の各々に印加すべき電圧を制御する。電圧制御部ＤＣＴ２は、第２液晶セル２０において第２電極Ｅ２の各々に印加すべき電圧を制御する。
図２は、第１液晶セル１０の一構成例を示す平面図である。なお、図２においては、第１液晶セル１０の主要部のみを図示している。
第１液晶セル１０の第１基板ＳＵＢ１は、複数の給電線ＰＬ１１乃至ＰＬ１４と、複数の導電線ＣＤ１１乃至ＣＤ１８と、複数の電極群ＥＧ１乃至ＥＧ３と、を備えている。給電線ＰＬ１１乃至ＰＬ１４、及び、導電線ＣＤ１１乃至ＣＤ１８は、同一層に配置されている。導電線ＣＤ１１乃至ＣＤ１８と電極群ＥＧ１乃至ＥＧ３との間には、後述する絶縁膜が介在している。図２において、２層の導電層が重畳する位置の四角は、絶縁膜の下方に位置する導電層と絶縁膜の上方に位置する導電層とが絶縁膜を貫通するコンタクトホールにおいて互いに電気的に接続された接続部を示している。
給電線ＰＬ１１乃至ＰＬ１４は、周辺領域Ａ２において、第１方向Ｘに並んでいる。これらの給電線ＰＬ１１乃至ＰＬ１４の各々は、端子部Ａ３に延出している。端子部Ａ３は、詳述しないが、給電線ＰＬ１１乃至ＰＬ１４の各々と接続された複数の端子を備え、フレキシブル配線基板などと電気的に接続される。
導電線ＣＤ１１乃至ＣＤ１８は、有効領域Ａ１において、第１方向Ｘに沿って延出し、第２方向Ｙに並んでいる。また、導電線ＣＤ１１乃至ＣＤ１８は、周辺領域Ａ２に延出し、給電線ＰＬ１１乃至ＰＬ１４のいずれかと電気的に接続されている。例えば、導電線ＣＤ１３は、給電線ＰＬ１４と一体的に形成されている。また、導電線ＣＤ１１は、接続線ＣＮ１１を介して給電線ＰＬ１１と電気的に接続されている。同様に、導電線ＣＤ１２は接続線ＣＮ１２を介して給電線ＰＬ１３と接続され、導電線ＣＤ１４は接続線ＣＮ１３を介して給電線ＰＬ１２と接続されている。これらの接続線ＣＮ１１乃至ＣＮ１３は、電極群ＥＧ１乃至ＥＧ３と同一層に配置された導電層である。
電極群ＥＧ１乃至ＥＧ３の各々は、同心円状に形成された複数の第１電極Ｅ１によって構成されている。例えば、電極群ＥＧ１は、８個の第１電極Ｅ１１乃至Ｅ１８によって構成されている。第１電極Ｅ１１乃至Ｅ１７は、いずれも円環状に形成され、同等の幅を有している。また、電極群ＥＧ１のほぼ中心に位置する第１電極Ｅ１８は、円形状に形成されている。第１電極Ｅ１１乃至Ｅ１７は、半径方向において略等ピッチで第１電極Ｅ１８に向かって並んでいる。
導電線ＣＤ１１乃至Ｄ１４は、第１電極Ｅ１１乃至Ｅ１８と交差している。第１電極Ｅ１１及びＥ１５は、導電線ＣＤ１１と電気的に接続されている。第１電極Ｅ１２及びＥ１６は、導電線ＣＤ１４と電気的に接続されている。第１電極Ｅ１３及びＥ１７は、導電線ＣＤ１２と電気的に接続されている。第１電極Ｅ１４及びＥ１８は、導電線ＣＤ１３と電気的に接続されている。
電極群ＥＧ２及びＥＧ３も電極群ＥＧ１と同様に構成されている。
なお、各電極群を構成する第１電極の個数は、図示した例に限らない。
これらの電極群ＥＧ１乃至ＥＧ３は、Ｘ－Ｙ平面において、最密構造を形成するように配置されている。
電極Ｅ４１は、電極群ＥＧ１乃至ＥＧ３によって囲まれた内側に位置している。つまり、電極Ｅ４１は、最密構造を形成するように配置された電極群ＥＧ１乃至ＥＧ３の隙間に配置されている。電極Ｅ４１は、第１電極Ｅ１１よりも小さい円環状に形成されている。電極Ｅ４１の電位は、隣接する電極の電位とは異なるように設定される。
電極Ｅ４２は、電極Ｅ４１の内側に位置し、導電線ＣＤ１４と電気的に接続されている。電極Ｅ４２の電位は、電極Ｅ４１の電位とは異なるように設定される。
図３は、図２に示した第１基板ＳＵＢ１の導電線ＣＤ１３に沿った断面図である。給電線ＰＬ１１乃至ＰＬ１４、及び、導電線ＣＤ１３は、絶縁基板１１の上に配置され、絶縁膜ＩＬによって覆われている。第１電極Ｅ１１乃至Ｅ１８は、絶縁膜ＩＬの上に配置され、第１配向膜ＡＬ１によって覆われている。図示した例では、導電線ＣＤ１３は、給電線ＰＬ１４に直接接続されている。また、第１電極Ｅ１４及びＥ１８は、絶縁膜ＩＬを貫通するコンタクトホールにおいて導電線ＣＤ１３に接続されている。
給電線ＰＬ１１乃至ＰＬ１４は、例えば金属材料によって形成されている。第１電極Ｅ１１乃至Ｅ１８は、上記の通り、透明導電材料によって形成されている。導電線ＣＤ１３は、例えば、透明導電材料によって形成されているが、金属材料によって形成されてもよい。
図２及び図３においては、第１液晶セル１０の一構成例について説明したが、第２液晶セル２０の第３基板ＳＵＢ３も、第１基板ＳＵＢ１と同様に構成されている。
図４は、第１液晶セル１０の他の構成例を示す平面図である。図４に示す構成例は、図２に示した構成例と比較して、四角形状の第１基板ＳＵＢ１が１つの電極群ＥＧ１を備えた点で相違している。第１基板ＳＵＢ１及び第２基板ＳＵＢ２は、矩形枠状のシールＳＥ１によって接着されている。第１基板ＳＵＢ１は、電極群ＥＧ１を構成する複数の第１電極Ｅ１１乃至Ｅ１８を備えている。図示した例では、第１基板ＳＵＢ１のコーナー部近傍に位置する第１電極Ｅ１１及びＥ１２は円弧状に形成され、第１電極Ｅ１３乃至Ｅ１７は円環状に形成され、第１電極Ｅ１８は円形状に形成されている。
図５は、第１液晶セル１０の他の構成例を示す平面図である。図５に示す構成例は、図２に示した構成例と比較して、円形状の第１基板ＳＵＢ１が１つの電極群ＥＧ１を備えた点で相違している。第１基板ＳＵＢ１は、電極群ＥＧ１を構成する複数の第１電極Ｅ１１乃至Ｅ１８を備えている。図示した例では、第１電極Ｅ１１乃至Ｅ１７は円環状に形成され、第１電極Ｅ１８は円形状に形成されている。
図６は、光制御装置２００の分解斜視図である。なお、図６では、主要部のみを図示している。
第１液晶セル１０は同心円状に配置された複数の第１電極Ｅ１を備え、第２液晶セル２０は同心円状に配置された複数の第２電極Ｅ２を備えている。例えば、第１電極Ｅ１及び第２電極Ｅ２の各々について、直径、幅、ピッチ、電極数は同等である。また、第１電極Ｅ１の中心Ｏ１、及び、第２電極Ｅ２の中心Ｏ２は、Ｘ－Ｙ平面の平面視において、重畳している。つまり、第１電極Ｅ１及び第２電極Ｅ２は、各々の中心がＸ－Ｙ平面内で一致するように形成されている。
第１電極Ｅ１を備える第１基板ＳＵＢ１、及び、第２電極Ｅ２を備える第３基板ＳＵＢ３は、例えば同一のマザー基板から切り出されたものであり、同一仕様で形成されている。これらの第１基板ＳＵＢ１及び第３基板ＳＵＢ３の各々は、アライメントマークＡＭを備えている。第１基板ＳＵＢ１及び第３基板ＳＵＢ３は、各々のアライメントマークＡＭに基づいて位置合わせされ、第１電極Ｅ１と第２電極Ｅ２とが重畳するように配置される。
《第１構成例》
図７は、第１液晶セル１０の一構成例を説明するための図である。図７においては、説明に必要な構成のみを図示している。第１配向膜ＡＬ１及び第２配向膜ＡＬ２は、第１液晶セル１０の法線に沿った配向規制力を有する垂直配向膜である。第１液晶層ＬＣ１は、例えば負の誘電率異方性を有するネガ型であり、液晶分子ＬＭ１を有している。なお、第１液晶層ＬＣ１は、正の誘電率異方性を有するポジ型であってもよい。
図７の（Ａ）は、第１電極Ｅ１１乃至Ｅ１４に電圧が印加されていないオフ状態（ＯＦＦ）を示している。つまり、隣接する第１電極間において、電位差は形成されていない。第１液晶層ＬＣ１に含まれる液晶分子ＬＭ１は、第１配向膜ＡＬ１及び第２配向膜ＡＬ２の配向規制力により、垂直配向している。
図７の（Ｂ）は、第１電極Ｅ１１乃至Ｅ１４に電圧が印加されたオン状態（ＯＮ）を示している。電圧制御部ＤＣＴ１は、隣接する第１電極間において電位差が形成されるように、第１電極Ｅ１１乃至Ｅ１４にそれぞれ所定の電圧を供給する。第１電極Ｅ１１及びＥ１２の間、第１電極Ｅ１２及びＥ１３の間、及び、第１電極Ｅ１３及びＥ１４の間には、第１基板ＳＵＢ１の主面（Ｘ－Ｙ平面）にほぼ平行な電界が形成される。第１液晶層ＬＣ１がネガ型であるため、液晶分子ＬＭ１は、図中に点線で示す電界が形成された状態では、その長軸が電界に交差するように配向する。なお、第１液晶層ＬＣ１は、数十μｍ～数百μｍの厚さを有しており、第１電極Ｅ１１乃至Ｅ１４に電圧が印加された状態では、第１基板ＳＵＢ１の近傍に電界が形成されるものの、第２基板ＳＵＢ２の近傍には電界が及びにくい。このため、第１基板ＳＵＢ１の近傍に位置する液晶分子ＬＭ１は、電界の影響を受けて配向するが、第２基板ＳＵＢ２の近傍に位置する液晶分子ＬＭ１は、オフ状態と同様の配向状態に維持される。第１液晶層ＬＣ１がポジ型である場合、液晶分子ＬＭ１は、その長軸が電界に沿うように配向する。
液晶分子ＬＭ１は、屈折率異方性Δｎを有している。このため、オン状態の第１液晶層ＬＣ１は、液晶分子ＬＭ１の配向状態に応じた屈折率分布を有する。あるいは、第１液晶層ＬＣ１は、第１液晶層ＬＣ１の第３方向Ｚに沿った厚さをｄとしたとき、Δｎ・ｄで表されるリタデーションの分布を有する。このような屈折率分布、または、リタデーションの分布は、液晶レンズＬＬ１を形成する。すなわち、ここでの液晶レンズＬＬ１とは、第１液晶層ＬＣ１に形成される屈折率分布型レンズに相当するものである。このような液晶レンズＬＬ１が形成された第１液晶セル１０は、入射光を屈折（集束、発散）することによって入射光を散乱する光学的作用を発生する。散乱の度合い（変調率）は、第１液晶層ＬＣ１に印加される電圧によって制御される。つまり、第１液晶セル１０における変調率は、電圧制御部ＤＣＴ１によって制御される。
ここでは、第１液晶セル１０について説明したが、上記の通り、第２液晶セル２０は第１液晶セル１０と同一の構成要素を有している。すなわち、第３配向膜ＡＬ３及び第４配向膜ＡＬ４は垂直配向膜であり、第２液晶層ＬＣ２はネガ型である。このような第２液晶セル２０においても、オン状態では、図７を参照して説明した液晶レンズＬＬ１と同様の液晶レンズを形成することができる。第２液晶セル２０における変調率は、電圧制御部ＤＣＴ２によって制御される。電圧制御部ＤＣＴ１及び電圧制御部ＤＣＴ２は、同一の電圧条件で制御してもよいし、異なる電圧条件で制御してもよい。
図８は、光制御装置２００の第１構成例を示す図である。図８では、第１液晶セル１０及び第２液晶セル２０にそれぞれ電圧が印加されたオン状態（ＯＮ）での液晶分子の配向状態を示し、また、各液晶セルの下段には電圧が印加されていないオフ状態（ＯＦＦ）での液晶分子の配向状態を示している。
図７に示したように、第１液晶セル１０において、第１配向膜ＡＬ１及び第２配向膜ＡＬ２は垂直配向膜である。第１液晶層ＬＣ１の液晶分子ＬＭ１は、オフ状態において、第１配向膜ＡＬ１と第２配向膜ＡＬ２との間で垂直配向している。
また、図７に示した第１液晶セル１０と同様に、第２液晶セル２０において、第３配向膜ＡＬ３及び第４配向膜ＡＬ４は垂直配向膜である。第２液晶層ＬＣ２の液晶分子ＬＭ２は、オフ状態において、第３配向膜ＡＬ３と第４配向膜ＡＬ４との間で垂直配向している。
偏光変換素子ＰＣにおいて、第５配向膜ＡＬ５の配向処理方向ＡＤ５は第２方向Ｙに平行であり、第６配向膜ＡＬ６の配向処理方向ＡＤ６は第１方向Ｘに平行である。つまり、偏光変換素子ＰＣにおいて、配向処理方向ＡＤ５は、配向処理方向ＡＤ６に直交している。第３液晶層ＬＣ３は、正の誘電率異方性を有するポジ型であり、液晶分子ＬＭ３を有している。オフ状態において、液晶分子ＬＭ３は、第５配向膜ＡＬ５と第６配向膜ＡＬ６との間で９０°ツイスト配向している。液晶分子ＬＭ３のうち、第５配向膜ＡＬ５の近傍の液晶分子ＬＭ３１は第２方向Ｙに沿って配向し、第６配向膜ＡＬ６の近傍の液晶分子ＬＭ３２は第１方向Ｘに沿って配向し、中間層に位置する複数の液晶分子ＬＭ３はツイスト配向している。
本実施形態では、偏光変換素子ＰＣは、入射光の偏光成分（直線偏光）の偏光面を９０°回転させる旋光能を有している。例えば、偏光変換素子ＰＣは、入射光のうちの第１偏光成分を第２偏光成分に変換し、入射光のうちの第２偏光成分を第１偏光成分に変換する。第１偏光成分の偏光面は、第２偏光成分の偏光面と直交するものである。光の進行方向が第３方向Ｚに沿う場合に、第１方向Ｘに沿った偏光面を有する偏光成分を第１偏光（Ｐ偏光）ＰＯＬ１と称し、第２方向Ｙに沿った偏光面を有する偏光成分を第２偏光（Ｓ偏光）ＰＯＬ２と称する。例えば、第１偏光成分は第１偏光ＰＯＬ１であり、第２偏光成分は第２偏光ＰＯＬ２である。
以下に、各液晶セルの光学的作用について説明する。
第１液晶セル１０は、第１電極Ｅ１の中心Ｏ１から第１方向Ｘに広がる領域（第１領域）Ａ１１と、中心Ｏ１から第２方向Ｙに広がる領域（第２領域）Ａ１２と、領域Ａ１１及びＡ１２の間の領域Ａ１３と、を有している。領域Ａ１１乃至Ａ１３の各々において、オフ状態の液晶分子ＬＭ１は、いずれも同様に垂直配向している。
オン状態において、第１配向膜ＡＬ１の近傍の液晶分子ＬＭ１１は図中に点線で示し、第２配向膜ＡＬ２の近傍の液晶分子ＬＭ１２は図中に実線で示している。オン状態では、領域Ａ１１乃至Ａ１３の各々において、隣接する第１電極Ｅ１の間の電界が第１電極Ｅ１の半径方向に沿って形成される。
領域Ａ１１では、液晶分子ＬＭ１１は、電界の影響を受けて第１方向Ｘに配向する。液晶分子ＬＭ１２は、電界の影響をほとんど受けず、垂直配向した状態に維持される。領域Ａ１１では、電界によって形成された屈折率分布により光学的作用が発生する。このような領域Ａ１１は、入射光のうちの第１偏光成分（Ｐ偏光）を光学的作用によって散乱する。また、領域Ａ１１は、入射光のうちの第２偏光成分（Ｓ偏光）をほとんど散乱することなく透過する。
領域Ａ１２では、液晶分子ＬＭ１１は、電界の影響を受けて第２方向Ｙに配向する。液晶分子ＬＭ１２は、電界の影響をほとんど受けず、垂直配向した状態に維持される。領域Ａ１２では、電界によって形成された屈折率分布により光学的作用が発生する。このような領域Ａ１２は、入射光のうちの第１偏光成分をほとんど散乱することなく透過する。また、領域Ａ１２は、入射光のうちの第２偏光成分を光学的作用によって散乱する。
領域Ａ１３では、液晶分子ＬＭ１１は電界の影響を受けて配向し、液晶分子ＬＭ１２は垂直配向した状態に維持される。つまり、オン状態では、第１電極Ｅ１に重畳する第１液晶層ＬＣ１のうち、液晶分子ＬＭ１１は、中心Ｏ１から放射状に配向する。
偏光変換素子ＰＣは、領域Ａ１１乃至Ａ１３に重畳している。すなわち、偏光変換素子ＰＣは、領域Ａ１１に重畳する領域（第３領域）Ａ３１と、領域Ａ１２に重畳する領域（第４領域）Ａ３２と、領域Ａ１３に重畳する領域Ａ３３と、を有している。つまり、領域Ａ１１の透過光は領域Ａ３１への入射光となり、領域Ａ１２の透過光は領域Ａ３２への入射光となり、領域Ａ１３の透過光は領域Ａ３３への入射光となる。
領域Ａ３１乃至Ａ３３の各々において、液晶分子ＬＭ３は、いずれも同様にツイスト配向している。液晶分子ＬＭ２１は図中に点線で示し、オン状態の液晶分子ＬＭ２２は図中に実線で示している。
領域Ａ３１は、領域Ａ１１の透過光である入射光のうち、第２偏光成分の偏光面を９０度回転して第１偏光成分に変換する。また、領域Ａ３１は、領域Ａ１１で散乱された第１偏光成分を第２偏光成分に変換する。
領域Ａ３２は、領域Ａ１２の透過光である入射光のうち、第１偏光成分の偏光面を９０度回転して第２偏光成分に変換する。また、領域Ａ３２は、領域Ａ１２で散乱された第２偏光成分を第１偏光成分に変換する。
領域Ａ３３でも同様に、領域Ａ１３の透過光である入射光のうち、第１偏光成分を第２偏光成分に変換し、また、第２偏光成分を第１偏光成分に変換する。
第２液晶セル２０は、第２電極Ｅ２の中心Ｏ２から第１方向Ｘに広がる領域Ａ２１と、中心Ｏ２から第２方向Ｙに広がる領域Ａ２２と、領域Ａ２１及びＡ２２の間の領域Ａ２３と、を有している。領域Ａ２１は領域Ａ３１に重畳し、領域Ａ２２は領域Ａ３２に重畳し、領域Ａ２３は領域Ａ３３に重畳している。つまり、領域Ａ３１の透過光は領域Ａ２１への入射光となり、領域Ａ３２の透過光は領域Ａ２２への入射光となり、領域Ａ３３の透過光は領域Ａ２３への入射光となる。
領域Ａ２１乃至Ａ２３の各々において、オフ状態の液晶分子ＬＭ２は、いずれも同様に垂直配向している。
オン状態において、第３配向膜ＡＬ３の近傍の液晶分子ＬＭ２１は図中に点線で示し、第４配向膜ＡＬ４の近傍の液晶分子ＬＭ２２は図中に実線で示している。オン状態では、領域Ａ２１乃至Ａ２３の各々において、隣接する第２電極Ｅ２の間の電界が第２電極Ｅ２の半径方向に沿って形成される。
領域Ａ２１では、液晶分子ＬＭ２１は、電界の影響を受けて第１方向Ｘに配向する。液晶分子ＬＭ２２は、電界の影響をほとんど受けず、垂直配向した状態に維持される。領域Ａ２１では、電界によって形成された屈折率分布により光学的作用が発生する。このような領域Ａ２１は、領域Ａ３１の透過光である入射光のうち、第１偏光成分を光学的作用によって散乱する。また、領域Ａ２１は、入射光のうちの第２偏光成分をほとんど散乱することなく透過する。
領域Ａ２２では、液晶分子ＬＭ２１は、電界の影響を受けて第２方向Ｙに配向する。液晶分子ＬＭ２２は、電界の影響をほとんど受けず、垂直配向した状態に維持される。領域Ａ２２では、電界によって形成された屈折率分布により光学的作用が発生する。このような領域Ａ２２は、領域Ａ３２の透過光である入射光のうち、第１偏光成分をほとんど散乱することなく透過する。また、領域Ａ２２は、入射光のうちの第２偏光成分を光学的作用によって散乱する。
領域Ａ２３では、液晶分子ＬＭ２１は電界の影響を受けて配向し、液晶分子ＬＭ２２は垂直配向した状態に維持される。つまり、オン状態では、第２電極Ｅ２に重畳する第２液晶層ＬＣ２のうち、液晶分子ＬＭ２１は、中心Ｏ２から放射状に配向する。
以上説明したように、第１構成例によれば、第１液晶セル１０の領域Ａ１１への入射光のうち、第１偏光成分は散乱されるが、第２偏光成分はほとんど散乱されない。領域Ａ１１を透過した第２偏光成分は、偏光変換素子ＰＣの領域Ａ３１において第１偏光成分に変換された後に、第２液晶セル２０の領域Ａ２１において散乱される。したがって、光制御装置２００の領域Ａ１１、領域Ａ３１、及び、領域Ａ２１を順に透過した光は、その第１偏光成分及び第２偏光成分のいずれも散乱される。
また、領域Ａ１２への入射光のうち、第２偏光成分は散乱されるが、第１偏光成分はほとんど散乱されない。領域Ａ１２を透過した第１偏光成分は、領域Ａ３２において第２偏光成分に変換された後に、領域Ａ２２において散乱される。したがって、光制御装置２００の領域Ａ１２、領域Ａ３２、及び、領域Ａ２２を順に透過した光は、その第１偏光成分及び第２偏光成分のいずれも散乱される。さらに、光制御装置２００の領域Ａ１３、領域Ａ３３、及び、領域Ａ２３を順に透過した光も同様に、その第１偏光成分及び第２偏光成分のいずれも散乱される。
これにより、散乱効率を向上することができる。
《第２構成例》
図９は、第１液晶セル１０の他の構成例を説明するための図である。図９においては、説明に必要な構成のみを図示している。第１配向膜ＡＬ１は水平配向膜であり、第２配向膜ＡＬ２は垂直配向膜である。第１配向膜ＡＬ１は、所定の方向に配向処理されている。第１液晶層ＬＣ１は、例えばポジ型であり、液晶分子ＬＭ１を有している。なお、第１液晶層ＬＣ１は、ネガ型であってもよい。
図９の（Ａ）は、オフ状態（ＯＦＦ）を示しており、隣接する第１電極間において、電位差は形成されていない。水平配向膜である第１配向膜ＡＬ１の近傍の液晶分子ＬＭ１は、第１配向膜ＡＬ１の表面に沿ってほぼ水平に配向している。垂直配向膜である第２配向膜ＡＬ２の近傍の液晶分子ＬＭ１は、第２配向膜ＡＬ２の表面に対してほぼ垂直に配向している。このような液晶分子ＬＭ１の初期配向は、ハイブリッド配向と称される。
図９の（Ｂ）は、オン状態（ＯＮ）を示している。電圧制御部ＤＣＴ１は、隣接する第１電極間において電位差が形成されるように、第１電極Ｅ１１乃至Ｅ１４にそれぞれ所定の電圧を供給する。第１電極Ｅ１１及びＥ１２の間、第１電極Ｅ１２及びＥ１３の間、及び、第１電極Ｅ１３及びＥ１４の間には、第１基板ＳＵＢ１の主面（Ｘ－Ｙ平面）にほぼ平行な電界が形成される。第１液晶層ＬＣ１がポジ型であるため、第１配向膜ＡＬ１の近傍の液晶分子ＬＭ１は、図中に点線で示す電界が形成された状態では、その長軸が電界に沿うように配向する。このような液晶分子ＬＭ１の配向状態に応じた屈折率分布、または、リタデーションの分布は、液晶レンズＬＬ１を形成する。
第２液晶セル２０においても同様に、第３配向膜ＡＬ３は水平配向膜であり、第４配向膜ＡＬ４は垂直配向膜であり、第２液晶層ＬＣ２はポジ型である。このような第２液晶セル２０においても、オン状態では、図９を参照して説明した液晶レンズＬＬ１と同様の液晶レンズを形成することができる。
図１０は、光制御装置２００の第２構成例を示す図である。図１０に示す第２構成例は、図８に示した第１構成例と比較して、第１液晶セル１０及び第２液晶セル２０の構成が相違している。
第１液晶セル１０において、水平配向膜である第１配向膜ＡＬ１の配向処理方向ＡＤ１は、第２方向Ｙに平行であり、第２配向膜ＡＬ２は垂直配向膜である。オフ状態において、液晶分子ＬＭ１は、第１配向膜ＡＬ１と第２配向膜ＡＬ２との間でハイブリッド配向している。液晶分子ＬＭ１のうち、第１配向膜ＡＬ１の近傍の液晶分子ＬＭ１１は第２方向Ｙに沿って配向し、第２配向膜ＡＬ２の近傍の液晶分子ＬＭ１２は垂直配向している。なお、配向処理方向ＡＤ１は、Ｘ－Ｙ平面において第２方向Ｙとは異なる方向であってもよい。
第２液晶セル２０において、水平配向膜である第３配向膜ＡＬ３の配向処理方向ＡＤ３は、第２方向Ｙに平行であり、第４配向膜ＡＬ４は垂直配向膜である。オフ状態において、液晶分子ＬＭ２は、第３配向膜ＡＬ３と第４配向膜ＡＬ４との間でハイブリッド配向している。液晶分子ＬＭ２のうち、第３配向膜ＡＬ３の近傍の液晶分子ＬＭ２１は第２方向Ｙに沿って配向し、第４配向膜ＡＬ４の近傍の液晶分子ＬＭ２２は垂直配向している。なお、配向処理方向ＡＤ３は、Ｘ－Ｙ平面において第２方向Ｙとは異なる方向であってもよいが、配向処理方向ＡＤ１と平行である。
第１構成例と同様に、第１液晶セル１０は領域Ａ１１乃至領域Ａ１３を有し、第２液晶セル２０は領域Ａ２１乃至領域Ａ２３を有し、偏光変換素子ＰＣは領域Ａ３１乃至領域Ａ３３を有している。第１液晶セル１０、偏光変換素子ＰＣ、及び、第２液晶セル２０が順に積層された際に、領域Ａ３１は領域Ａ１１及びＡ２１の間に位置し、領域Ａ３２は領域Ａ１２及びＡ２２の間に位置し、領域Ａ３３は領域Ａ１３及びＡ２３の間に位置している。
オン状態の第１液晶セル１０において、領域Ａ１１では、液晶分子ＬＭ１１は、電界の影響を受けて第１方向Ｘに配向する。このような領域Ａ１１は、入射光のうちの第１偏光成分を散乱し、入射光のうちの第２偏光成分をほとんど散乱することなく透過する。
領域Ａ１２では、液晶分子ＬＭ１１は、電界の影響を受けて第２方向Ｙに配向する。このような領域Ａ１２は、入射光のうちの第１偏光成分をほとんど散乱することなく透過し、入射光のうちの第２偏光成分を散乱する。
偏光変換素子ＰＣにおいて、領域Ａ３１は、領域Ａ１１の透過光である入射光のうち、第２偏光成分を第１偏光成分に変換する。また、領域Ａ３１は、領域Ａ１１で散乱された第１偏光成分を第２偏光成分に変換する。
領域Ａ３２は、領域Ａ１２の透過光である入射光のうち、第１偏光成分を第２偏光成分に変換する。また、領域Ａ３２は、領域Ａ１２で散乱された第２偏光成分を第１偏光成分に変換する。
オン状態の第２液晶セル２０において、領域Ａ２１では、液晶分子ＬＭ２１は、電界の影響を受けて第１方向Ｘに配向する。このような領域Ａ２１は、領域Ａ３１の透過光である入射光のうち、第１偏光成分を散乱し、入射光のうちの第２偏光成分をほとんど散乱することなく透過する。
領域Ａ２２では、液晶分子ＬＭ２１は、電界の影響を受けて第２方向Ｙに配向する。このような領域Ａ２２は、領域Ａ３２の透過光である入射光のうち、第１偏光成分をほとんど散乱することなく透過し、入射光のうちの第２偏光成分を散乱する。
このような第２構成例によれば、上記の第１構成例と同様に、散乱効率を向上することができる。
《第３構成例》
図１１は、光制御装置２００の第３構成例を示す分解斜視図である。なお、図１１では、主要部のみを図示している。
第１液晶セル１０において、第１基板ＳＵＢ１は同心円状に配置された複数の第１電極Ｅ１を備え、第２基板ＳＵＢ２は同心円状に配置された複数の第３電極Ｅ３を備えている。第１液晶セル１０においては、第１基板ＳＵＢ１及び第２基板ＳＵＢ２は、第１電極Ｅ１と第３電極Ｅ３とが重畳するように配置される。
第２液晶セル２０において、第３基板ＳＵＢ３は同心円状に配置された複数の第２電極Ｅ２を備え、第４基板ＳＵＢ４は同心円状に配置された複数の第４電極Ｅ４を備えている。第２液晶セル２０においては、第３基板ＳＵＢ３及び第４基板ＳＵＢ４は、第２電極Ｅ２と第４電極Ｅ４とが重畳するように配置される。
例えば、第１電極Ｅ１、第２電極Ｅ２、第３電極Ｅ３、及び、第４電極Ｅ４の各々について、直径、幅、ピッチ、電極数は同等である。また、第１電極Ｅ１の中心Ｏ１、第２電極Ｅ２の中心Ｏ２、第３電極Ｅ３の中心Ｏ３、及び、第４電極Ｅ４の中心Ｏ４は、Ｘ－Ｙ平面の平面視において、重畳している。つまり、第１電極Ｅ１、第２電極Ｅ２、第３電極Ｅ３、及び、第４電極Ｅ４は、各々の中心がＸ－Ｙ平面内で一致するように形成されている。
図１２は、第１液晶セル１０の他の構成例を説明するための図である。図１２においては、説明に必要な構成のみを図示している。第１配向膜ＡＬ１は第１電極Ｅ１１乃至Ｅ１４を覆い、第２配向膜ＡＬ２は第３電極Ｅ３１乃至Ｅ３４を覆っている。第１配向膜ＡＬ１及び第２配向膜ＡＬ２は、水平配向膜である。第１配向膜ＡＬ１の配向処理方向は、第２配向膜ＡＬ２の配向処理方向と交差している。第１液晶層ＬＣ１は、例えばポジ型であり、液晶分子ＬＭ１を有している。
図１２の（Ａ）は、オフ状態（ＯＦＦ）を示しており、隣接する第１電極間において電位差は形成されず、隣接する第２電極間においても電位差は形成されていない。液晶分子ＬＭ１は、第１配向膜ＡＬ１及び第２配向膜ＡＬ２の配向規制力により、第１配向膜ＡＬ１と第２配向膜ＡＬ２との間でツイスト配向している。
図１２の（Ｂ）は、オン状態（ＯＮ）を示している。電圧制御部ＤＣＴ１は、隣接する第１電極間において電位差が形成されるように、第１電極Ｅ１１乃至Ｅ１４にそれぞれ所定の電圧を供給する。また、電圧制御部ＤＣＴ１は、隣接する第３電極間において電位差が形成されるように、第３電極Ｅ３１乃至Ｅ３４にそれぞれ所定の電圧を供給する。
第１配向膜ＡＬ１の近傍においては、第１電極Ｅ１１及びＥ１２の間、第１電極Ｅ１２及びＥ１３の間、及び、第１電極Ｅ１３及びＥ１４の間には、第１基板ＳＵＢ１の主面にほぼ平行な電界が形成される。第２配向膜ＡＬ２の近傍においては、第３電極Ｅ３１及びＥ３２の間、第３電極Ｅ３２及びＥ３３の間、及び、第３電極Ｅ３３及びＥ３４の間には、第２基板ＳＵＢ２の主面にほぼ平行な電界が形成される。第１液晶層ＬＣ１がポジ型であるため、第１配向膜ＡＬ１の近傍の液晶分子ＬＭ１、及び、第２配向膜ＡＬ２の近傍の液晶分子ＬＭ１は、図中に点線で示す電界が形成された状態では、その長軸が電界に沿うように配向する。このような液晶分子ＬＭ１の配向状態に応じた屈折率分布、または、リタデーションの分布は、液晶レンズＬＬ１を形成する。
第２液晶セル２０においても同様に、第３配向膜ＡＬ３及び第４配向膜ＡＬ４は水平配向膜であり、第２液晶層ＬＣ２はポジ型である。このような第２液晶セル２０においても、オン状態では、図１２を参照して説明した液晶レンズＬＬ１と同様の液晶レンズを形成することができる。
図１３は、光制御装置２００の第３構成例を示す図である。図１３に示す第２構成例は、図８に示した第１構成例と比較して、第１液晶セル１０及び第２液晶セル２０の構成が相違している。
第１液晶セル１０において、第１配向膜ＡＬ１の配向処理方向ＡＤ１は第２方向Ｙに平行であり、第２配向膜ＡＬ２の配向処理方向ＡＤ２は第１方向Ｘに平行である。つまり、配向処理方向ＡＤ１は、配向処理方向ＡＤ２に直交している。オフ状態において、液晶分子ＬＭ１は、第１配向膜ＡＬ１と第２配向膜ＡＬ２との間で９０°ツイスト配向している。液晶分子ＬＭ１のうち、第１配向膜ＡＬ１の近傍の液晶分子ＬＭ１１は第２方向Ｙに沿って配向し、第２配向膜ＡＬ２の近傍の液晶分子ＬＭ１２は第１方向Ｘに沿って配向し、中間層に位置する複数の液晶分子ＬＭ１はツイスト配向している。
第２液晶セル２０において、第３配向膜ＡＬ３の配向処理方向ＡＤ３は第２方向Ｙに平行であり、第４配向膜ＡＬ４の配向処理方向ＡＤ４は第１方向Ｘに平行である。つまり、配向処理方向ＡＤ３は、配向処理方向ＡＤ４に直交している。オフ状態において、液晶分子ＬＭ２は、第３配向膜ＡＬ３と第４配向膜ＡＬ４との間で９０°ツイスト配向している。液晶分子ＬＭ２のうち、第３配向膜ＡＬ３の近傍の液晶分子ＬＭ２１は第２方向Ｙに沿って配向し、第４配向膜ＡＬ４の近傍の液晶分子ＬＭ２２は第１方向Ｘに沿って配向し、中間層に位置する複数の液晶分子ＬＭ２はツイスト配向している。
第１構成例と同様に、第１液晶セル１０は領域Ａ１１乃至領域Ａ１３を有し、第２液晶セル２０は領域Ａ２１乃至領域Ａ２３を有し、偏光変換素子ＰＣは領域Ａ３１乃至領域Ａ３３を有している。第１液晶セル１０、偏光変換素子ＰＣ、及び、第２液晶セル２０が順に積層された際に、領域Ａ３１は領域Ａ１１及びＡ２１の間に位置し、領域Ａ３２は領域Ａ１２及びＡ２２の間に位置し、領域Ａ３３は領域Ａ１３及びＡ２３の間に位置している。
オン状態の第１液晶セル１０において、領域Ａ１１の液晶分子ＬＭ１１は、主に第１電極Ｅ１の電界の影響を受けて第１方向Ｘに配向する。また、領域Ａ１１の液晶分子ＬＭ１２は、主に第３電極Ｅ３の電界の影響を受けて第１方向Ｘに配向する。つまり、オン状態においては、液晶分子ＬＭ１１及びＬＭ１２の配向方向はほぼ平行となる。このような領域Ａ１１は、入射光のうちの第１偏光成分を散乱し、入射光のうちの第２偏光成分をほとんど散乱することなく透過する。
領域Ａ１２の液晶分子ＬＭ１１は、主に第１電極Ｅ１の電界の影響を受けて第２方向Ｙに配向する。また、領域Ａ１２の液晶分子ＬＭ１２は、主に第３電極Ｅ３の電界の影響を受けて第２方向Ｙに配向する。このような領域Ａ１２は、入射光のうちの第１偏光成分をほとんど散乱することなく透過し、入射光のうちの第２偏光成分を散乱する。
偏光変換素子ＰＣにおいて、領域Ａ３１は、領域Ａ１１の透過光である入射光のうち、第２偏光成分を第１偏光成分に変換する。また、領域Ａ３１は、領域Ａ１１で散乱された第１偏光成分を第２偏光成分に変換する。
領域Ａ３２は、領域Ａ１２の透過光である入射光のうち、第１偏光成分を第２偏光成分に変換する。また、領域Ａ３２は、領域Ａ１２で散乱された第２偏光成分を第１偏光成分に変換する。
オン状態の第２液晶セル２０において、領域Ａ２１の液晶分子ＬＭ２１は、主に第２電極Ｅ２の電界の影響を受けて第１方向Ｘに配向する。また、領域Ａ２１の液晶分子ＬＭ２２は、主に第４電極Ｅ４の電界の影響を受けて第１方向Ｘに配向する。このような領域Ａ２１は、領域Ａ３１の透過光である入射光のうち、第１偏光成分を散乱し、入射光のうちの第２偏光成分をほとんど散乱することなく透過する。
領域Ａ２２の液晶分子ＬＭ２１は、主に第２電極Ｅ２の電界の影響を受けて第２方向Ｙに配向する。また、領域Ａ２２の液晶分子ＬＭ２２は、主に第４電極Ｅ４の電界の影響を受けて第２方向Ｙに配向する。このような領域Ａ２２は、領域Ａ３２の透過光である入射光のうち、第１偏光成分をほとんど散乱することなく透過し、入射光のうちの第２偏光成分を散乱する。
このような第３構成例によれば、上記の第１構成例と同様に、散乱効率を向上することができる。
なお、第３構成例において、第１液晶セル１０及び第２液晶セル２０は、ツイストネマティック液晶素子である場合について説明したが、これに限らない。例えば、第１液晶層ＬＣ１及び第２液晶層ＬＣ２の各々は、第１構成例の如く垂直配向した液晶分子を含んでいてもよいし、第２構成例の如くハイブリッド配向した液晶分子を含んでいてもよいし、水平配向した液晶分子を含んでいてもよい。
上記の各構成例において、偏光変換素子ＰＣは、電極を備えないツイストネマティック液晶素子である場合について説明したが、これに限らない。すなわち、偏光変換素子ＰＣは、入射光の第１偏光成分を第２偏光成分に変換するとともに、入射光の第２偏光成分を第１偏光成分に変換する機能を有する他の素子であってもよい。
以上説明したように、本実施形態によれば、散乱効率を向上することが可能な光制御装置及び照明装置を提供することができる。
なお、この発明は、上記実施形態そのものに限定されるものではなく、その実施の段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。
１００…照明装置 ２００…光制御装置
１０…第１液晶セル ＳＵＢ１…第１基板 Ｅ１…第１電極 ＡＬ１…第１配向膜
ＳＵＢ２…第２基板 ＡＬ２…第２配向膜 ＬＣ１…第１液晶層
２０…第２液晶セル ＳＵＢ３…第３基板 Ｅ２…第２電極 ＡＬ３…第３配向膜
ＳＵＢ４…第４基板 ＡＬ４…第４配向膜 ＬＣ２…第２液晶層
ＰＣ…偏光変換素子 ＳＵＢ５…第５基板 ＡＬ５…第５配向膜
ＳＵＢ６…第６基板 ＡＬ６…第６配向膜 ＬＣ３…第３液晶層

Claims (10)

  1. 同心円状に配置された複数の第１電極を備える第１基板と、前記第１基板に対向する第２基板と、前記第１基板と前記第２基板との間に保持された第１液晶層と、を備える第１液晶セルと、
    同心円状に配置された複数の第２電極を備えた第３基板と、前記第３基板に対向する第４基板と、前記第３基板と前記第４基板との間に保持された第２液晶層と、を備える第２液晶セルと、
    前記第１液晶セルと前記第２液晶セルとの間に配置された偏光変換素子と、を備え、
    前記第１液晶層及び前記第２液晶層の各々は、
    入射光のうち、第１方向に沿った第１偏光面を有する第１偏光成分を散乱し、入射光のうち、前記第１方向に交差する第２方向に沿った第２偏光面を有する第２偏光成分を透過する第１領域と、
    入射光のうち、前記第１偏光成分を透過し、入射光のうち、前記第２偏光成分を散乱する第２領域と、を有し、
    前記偏光変換素子は、前記第１領域及び前記第２領域に重畳し、入射光の前記第１偏光成分を前記第２偏光成分に変換し、入射光の前記第２偏光成分を前記第１偏光成分に変換する、光制御装置。
  2. 前記第１電極の中心、及び、前記第２電極の中心は、平面視において、重畳している、請求項１に記載の光制御装置。
  3. 前記第１基板は、前記複数の第１電極を覆う第１配向膜を備え、
    前記第２基板は、第２配向膜を備え、
    前記第３基板は、前記複数の第２電極を覆う第３配向膜を備え、
    前記第４基板は、第４配向膜を備え、
    前記第１乃至第４配向膜は、垂直配向膜である、請求項１に記載の光制御装置。
  4. 前記第１基板は、前記複数の第１電極を覆う第１配向膜を備え、
    前記第２基板は、第２配向膜を備え、
    前記第３基板は、前記複数の第２電極を覆う第３配向膜を備え、
    前記第４基板は、第４配向膜を備え、
    前記第１配向膜及び前記第３配向膜は、水平配向膜であり、それぞれの配向処理方向は平行であり、
    前記第２配向膜及び前記第４配向膜は、垂直配向膜である、請求項１に記載の光制御装置。
  5. 前記第２基板は、同心円状に配置された複数の第３電極を備え、
    前記第４基板は、同心円状に配置された複数の第４電極を備え、
    前記第１電極の中心、前記第２電極の中心、前記第３電極の中心、及び、前記第４電極の中心は、平面視において、重畳している、請求項１に記載の光制御装置。
  6. 前記偏光変換素子は、第５配向膜を備えた第５基板と、第６配向膜を備えた第６基板と、前記第５基板と前記第６基板との間に保持された第３液晶層と、を備え、
    前記第５配向膜及び前記第６配向膜は、水平配向膜であり、それぞれの配向処理方向は交差し、
    前記第３液晶層は、ツイスト配向した液晶分子を含んでいる、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光制御装置。
  7. 同心円状に配置された複数の第１電極及び前記複数の第１電極を覆う第１配向膜を備える第１基板と、第２配向膜を備える第２基板と、前記第１基板と前記第２基板との間に保持された第１液晶層と、を備える第１液晶セルと、
    同心円状に配置された複数の第２電極及び前記複数の第２電極を覆う第３配向膜を備える第３基板と、第４配向膜を備える第４基板と、前記第３基板と前記第４基板との間に保持された第２液晶層と、を備える第２液晶セルと、
    第５配向膜を備えた第５基板と、第６配向膜を備えた第６基板と、前記第５基板と前記第６基板との間に保持された第３液晶層と、を備える偏光変換素子と、を備え、
    前記第１乃至第４配向膜は、垂直配向膜であり、
    前記偏光変換素子は、前記第１液晶セルと前記第２液晶セルとの間に配置され、
    前記第５配向膜及び前記第６配向膜は、水平配向膜であり、それぞれの配向処理方向は交差し、
    前記第３液晶層は、ツイスト配向した液晶分子を含んでいる、光制御装置。
  8. 同心円状に配置された複数の第１電極及び前記複数の第１電極を覆う第１配向膜を備える第１基板と、第２配向膜を備える第２基板と、前記第１基板と前記第２基板との間に保持された第１液晶層と、を備える第１液晶セルと、
    同心円状に配置された複数の第２電極及び前記複数の第２電極を覆う第３配向膜を備える第３基板と、第４配向膜を備える第４基板と、前記第３基板と前記第４基板との間に保持された第２液晶層と、を備える第２液晶セルと、
    第５配向膜を備えた第５基板と、第６配向膜を備えた第６基板と、前記第５基板と前記第６基板との間に保持された第３液晶層と、を備える偏光変換素子と、を備え、
    前記第１配向膜及び前記第３配向膜は、水平配向膜であり、それぞれの配向処理方向は平行であり、
    前記第２配向膜及び前記第４配向膜は、垂直配向膜であり、
    前記偏光変換素子は、前記第１液晶セルと前記第２液晶セルとの間に配置され、
    前記第５配向膜及び前記第６配向膜は、水平配向膜であり、それぞれの配向処理方向は交差し、
    前記第３液晶層は、ツイスト配向した液晶分子を含んでいる、光制御装置。
  9. 同心円状に配置された複数の第１電極及び前記複数の第１電極を覆う第１配向膜を備える第１基板と、同心円状に配置された複数の第３電極及び前記複数の第３電極を覆う第２配向膜を備える第２基板と、前記第１基板と前記第２基板との間に保持された第１液晶層と、を備える第１液晶セルと、
    同心円状に配置された複数の第２電極及び前記複数の第２電極を覆う第３配向膜を備える第３基板と、同心円状に配置された複数の第４電極及び前記複数の第４電極を覆う第４配向膜を備える第４基板と、前記第３基板と前記第４基板との間に保持された第２液晶層と、を備える第２液晶セルと、
    第５配向膜を備えた第５基板と、第６配向膜を備えた第６基板と、前記第５基板と前記第６基板との間に保持された第３液晶層と、を備える偏光変換素子と、を備え、
    前記第１電極の中心、前記第２電極の中心、前記第３電極の中心、及び、前記第４電極の中心は、平面視において、重畳し、
    前記偏光変換素子は、前記第１液晶セルと前記第２液晶セルとの間に配置され、
    前記第５配向膜及び前記第６配向膜は、水平配向膜であり、それぞれの配向処理方向は交差し、
    前記第３液晶層は、ツイスト配向した液晶分子を含んでいる、光制御装置。
  10. 光源と、
    前記光源から出射された光を制御するように構成された請求項１乃至９のいずれかに記載の光制御装置と、
    を備えた照明装置。
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