KR20230125321A - 액정 광 제어 장치 - Google Patents

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KR20230125321A
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다께오 고이또
고지로 이께다
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가부시키가이샤 재팬 디스프레이
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Abstract

액정 광 제어 장치는, 제1 액정 셀과, 제1 액정 셀과 겹치는 제2 액정 셀과, 제2 액정 셀과 겹치는 제3 액정 셀과, 제3 액정 셀과 겹치는 제4 액정 셀을 포함한다. 제1 액정 셀, 제2 액정 셀, 제3 액정 셀 및 제4 액정 셀의 각각은, 띠상의 패턴을 포함하는 제1 전극이 마련된 제1 기판과, 띠상의 패턴을 포함하는 제2 전극이 마련된 제2 기판과, 제1 기판과 제2 기판 사이의 액정층을 포함한다. 제1 전극 및 제2 전극의 띠상 패턴의 긴 변 방향이 교차하도록 제1 기판과 제2 기판이 배치되고, 제1 액정 셀, 제2 액정 셀, 제3 액정 셀 및 제4 액정 셀 중, 2개의 액정 셀은 제1 전극의 띠상 패턴의 긴 변 방향이 제1 방향과 평행한 방향으로 배치되고, 다른 2개의 액정 셀의 제1 전극의 띠상 패턴의 긴 변 방향은, 제1 방향과 교차하는 제2 방향과 평행한 방향으로 배치되어 있다.

Description

액정 광 제어 장치
본 발명의 일 실시 형태는, 액정의 전기 광학 효과를 이용하여 광원으로부터 방사되는 광의 배광을 제어하는 장치에 관한 것이다.
액정 렌즈를 사용하여, 광원으로부터 방사되는 광의 배광을 제어하는 기술이 알려져 있다. 예를 들어, 동심원상으로 원환 전극이 마련된 액정 셀에 의해, 광원으로부터 방사되는 광의 확대를 제어하는 조명 장치가 개시되어 있다(특허문헌 1, 2 참조).
일본 특허 공개 제2010-230887호 공보 일본 특허 공개 제2005-317879호 공보
광은 파장에 의해 굴절각이 바뀌기 때문에, 광원으로부터 방사되는 광을, 액정 렌즈를 통하여 확산시키면, 조사 영역의 윤곽 부분에 무지개 색의 모양이 시인되는 경우가 있다. 이러한 현상은 색 갈라짐이라고도 불리고 있고, 액정 렌즈를 통과시킨 것에 의한 조명광의 품질 저하가 문제로 되어 있다.
본 발명의 일 실시 형태는, 색 갈라짐이 억제된 액정 광 제어 장치를 제공하는 것을 목적의 하나로 한다.
본 발명의 일 실시 형태에 관한 액정 광 제어 장치는, 제1 액정 셀과, 제1 액정 셀과 겹치는 제2 액정 셀과, 제2 액정 셀과 겹치는 제3 액정 셀과, 제3 액정 셀과 겹치는 제4 액정 셀을 포함한다. 제1 액정 셀, 제2 액정 셀, 제3 액정 셀 및 제4 액정 셀의 각각은, 띠상의 패턴을 포함하는 제1 전극이 마련된 제1 기판과, 띠상의 패턴을 포함하는 제2 전극이 마련된 제2 기판과, 제1 기판과 제2 기판 사이의 액정층을 포함한다. 제1 전극 및 제2 전극의 띠상 패턴의 긴 변 방향이 교차하도록 제1 기판과 제2 기판이 배치되고, 제1 액정 셀, 제2 액정 셀, 제3 액정 셀 및 제4 액정 셀 중, 2개의 액정 셀은 제1 전극의 띠상 패턴의 긴 변 방향이 제1 방향과 평행한 방향으로 배치되고, 다른 2개의 액정 셀의 제1 전극의 띠상 패턴의 긴 변 방향은, 제1 방향과 교차하는 제2 방향과 평행한 방향으로 배치되어 있다.
도 1은, 본 발명의 일 실시 형태에 관한 액정 광 제어 장치의 구성을 모식적으로 나타내는 사시도이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시 형태에 관한 액정 광 제어 장치를 구성하는 액정 광 제어 소자의 전개도를 나타낸다.
도 3은, 본 발명의 일 실시 형태에 관한 액정 광 제어 소자를 구성하는 제1 액정 셀, 제2 액정 셀, 제3 액정 셀 및 제4 액정 셀의 전극 배치를 나타내는 사시도이다.
도 4a는, 본 발명의 일 실시 형태에 관한 액정 광 제어 소자를 구성하는 액정 셀의 제1 기판에 마련되는 전극을 나타내는 평면도이다.
도 4b는, 본 발명의 일 실시 형태에 관한 액정 광 제어 소자를 구성하는 액정 셀의 제2 기판에 마련되는 전극을 나타내는 평면도이다.
도 5는, 본 발명의 일 실시 형태에 관한 액정 광 제어 소자를 구성하는 액정 셀의 단면 구조의 일례를 나타내는 도면이다.
도 6a는, 본 발명의 일 실시 형태에 관한 액정 광 제어 소자를 구성하는 액정 셀의 동작을 설명하는 도면이고, 전압이 인가되지 않은 상태의 액정 분자의 배향 상태를 나타낸다.
도 6b는, 본 발명의 일 실시 형태에 관한 액정 광 제어 소자를 구성하는 액정 셀의 동작을 설명하는 도면이고, 전압이 인가되었을 때의 액정 분자의 배향 상태를 나타낸다.
도 6c는, 본 발명의 일 실시 형태에 관한 액정 광 제어 소자를 구성하는 액정 셀의 동작을 설명하는 도면이고, 액정을 구동하는 전극에 인가되는 제어 신호의 파형을 나타낸다.
도 7a는, 본 발명의 일 실시 형태에 관한 액정 광 제어 소자를 구성하는 액정 셀의 동작을 설명하는 도면이고, 제1 전극과 제2 전극의 배치를 나타내는 사시도를 도시한다.
도 7b는, 본 발명의 일 실시 형태에 관한 액정 광 제어 소자를 구성하는 액정 셀의 동작을 설명하는 도면이고, 제1 전극에 전압이 인가되었을 때의 액정 분자의 배향 상태를 나타낸다.
도 7c는, 본 발명의 일 실시 형태에 관한 액정 광 제어 소자를 구성하는 액정 셀의 동작을 설명하는 도면이고, 제2 전극에 전압이 인가되었을 때의 액정 분자의 배향 상태를 나타낸다.
도 8은, 2개의 액정 셀에 의해, 제1 편광 성분 및 제2 편광 성분이 확산되는 현상을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 9는, 본 발명의 일 실시 형태에 관한 액정 광 제어 장치의 동작을 설명하는 도면이다.
도 10a는, 본 발명의 일 실시 형태에 관한 액정 광 제어 장치에 있어서 액정 셀에 인가되는 전압 파형을 나타낸다.
도 10b는, 본 발명의 일 실시 형태에 관한 액정 광 제어 장치에 있어서 액정 셀에 인가되는 전압 파형을 나타낸다.
도 11a는, 본 발명의 일 실시 형태에 관한 액정 광 제어 소자와 참고예의 액정 광 제어 소자의 색도(x 좌표 축)의 각도 의존성을 나타내는 그래프이다.
도 11b는, 본 발명의 일 실시 형태에 관한 액정 광 제어 소자와 참고예의 액정 광 제어 소자의 색도(y 좌표 축)의 각도 의존성을 나타내는 그래프이다.
도 12는, 본 발명의 일 실시 형태에 관한 액정 광 제어 장치의 동작을 설명하는 도면이다.
도 13은, 본 발명의 일 실시 형태에 관한 액정 광 제어 장치의 동작을 설명하는 도면이다.
도 14는, 본 발명의 일 실시 형태에 관한 액정 광 제어 장치의 동작을 설명하는 도면이다.
도 15a는, 본 발명의 일 실시 형태에 관한 액정 광 제어 소자를 구성하는 복수의 액정 셀의 배치를 나타내고, 제1 액정 셀 및 제2 액정 셀이 90도 회전한 상태를 나타낸다.
도 15b는, 본 발명의 일 실시 형태에 관한 액정 광 제어 소자를 구성하는 복수의 액정 셀의 배치를 나타내고, 제1 액정 셀 및 제3 액정 셀이 90도 회전한 상태를 나타낸다.
도 16a는, 본 발명의 일 실시 형태에 관한 액정 광 제어 소자를 구성하는 복수의 액정 셀의 배치를 나타내고, 제1 액정 셀로부터 제4 액정 셀까지가 각 90도 회전한 상태를 나타낸다.
도 16b는, 본 발명의 일 실시 형태에 관한 액정 광 제어 소자를 구성하는 복수의 액정 셀의 배치를 나타내고, 제1 액정 셀과 제3 액정 셀이 반전한 상태를 나타낸다.
이하, 본 발명의 실시 형태를, 도면 등을 참조하면서 설명한다. 단, 본 발명은 많은 다른 양태에서 실시하는 것이 가능하고, 이하에 예시하는 실시 형태의 기재 내용에 한정하여 해석되는 것은 아니다. 도면은 설명을 보다 명확하게 하기 위해서, 실제의 양태에 비해, 각 부의 폭, 두께, 형상 등에 대하여 모식적으로 표시되는 경우가 있지만, 어디까지나 일례이며, 본 발명의 해석을 한정하는 것은 아니다. 또한, 본 명세서와 각 도면에 있어서, 기출의 도면에 대하여 전술한 것과 마찬가지의 요소에는, 동일한 부호(또는 숫자의 뒤에 a, b 등을 붙인 부호)를 붙여서, 상세한 설명을 적절히 생략하는 경우가 있다. 또한 각 요소에 대한 「제1」, 「제2」라고 부기된 문자는, 각 요소를 구별하기 위하여 사용되는 편의적인 표지이고, 특별한 설명이 없는 한 그 이상의 의미를 갖지 않는다.
본 명세서에 있어서, 어떤 부재 또는 영역이 다른 부재 또는 영역의 「위에(또는 아래에)」 있다고 하는 경우, 특별한 한정이 없는 한 이것은 다른 부재 또는 영역의 바로 위(또는 바로 아래)에 있는 경우뿐만 아니라 다른 부재 또는 영역의 상방(또는 하방)에 있는 경우를 포함하고, 즉, 다른 부재 또는 영역의 상방(또는 하방)에 있어서 사이에 다른 구성 요소가 포함되어 있는 경우도 포함한다.
도 1은, 본 발명의 일 실시 형태에 관한 액정 광 제어 장치(100)의 사시도를 나타낸다. 액정 광 제어 장치(100)는, 액정 광 제어 소자(102) 및 회로 기판(104)을 포함한다. 액정 광 제어 소자(102)는 복수의 액정 셀을 포함한다. 본 실시 형태에 있어서, 액정 광 제어 소자(102)는 적어도 4개의 액정 셀을 포함한다.
도 1은, 액정 광 제어 소자(102)가, 제1 액정 셀(10), 제2 액정 셀(20), 제3 액정 셀(30) 및 제4 액정 셀(40)로 구성되는 양태를 나타낸다. 제1 액정 셀(10), 제2 액정 셀(20), 제3 액정 셀(30) 및 제4 액정 셀(40)은 평판상의 패널이고, 각각의 액정 셀의 평판면이 중첩하도록 배치되어 있다. 제1 액정 셀(10)과 제2 액정 셀(20) 사이, 제2 액정 셀(20)과 제3 액정 셀(30) 사이, 제3 액정 셀(30)과 제4 액정 셀(40) 사이에는 도시되지 않은 투명 접착층이 마련되어 있다. 액정 광 제어 소자(102)는, 전후에 인접하여 배치되는 액정 셀끼리가 투명 접착층으로 접착된 구조를 갖는다.
회로 기판(104)은, 액정 광 제어 소자(102)를 구동하는 회로를 포함한다. 제1 액정 셀(10)은 제1 플렉시블 배선 기판 F1에서 회로 기판(104)과 접속되고, 제2 액정 셀(20)은 제2 플렉시블 배선 기판 F2에서 회로 기판(104)과 접속되고, 제3 액정 셀(30)은 제3 플렉시블 배선 기판 F3에서 회로 기판(104)과 접속되고, 제4 액정 셀(40)은 제4 플렉시블 배선 기판 F4에서 회로 기판(104)과 접속된다. 회로 기판(104)은, 각 액정 셀에 대하여 플렉시블 배선 기판을 통해 액정의 배향 상태를 제어하는 제어 신호를 출력한다.
도 1에 도시하는 액정 광 제어 장치(100)는, 액정 광 제어 소자(102)의 배면측에 광원부(106)가 배치되어 있다. 액정 광 제어 장치(100)는, 광원부(106)로부터 방사되는 광이 액정 광 제어 소자(102)를 통하여 도면의 전방측으로 출사되도록 구성되어 있다. 액정 광 제어 소자(102)는, 광원부(106)의 측으로부터 제1 액정 셀(10), 제2 액정 셀(20), 제3 액정 셀(30), 제4 액정 셀(40)이 이 순서대로 배치되어 있다.
광원부(106)는, 백색 광원을 포함하고, 필요에 따라 백색 광원과 액정 광 제어 소자(102) 사이에 렌즈 등의 광학 소자가 배치되어 있어도 된다. 백색 광원은 자연광에 가까운 광을 방사하는 광원이고, 주백색, 전구색이라고 불리는 것과 같은 조광된 광을 방사하는 것이어도 된다. 액정 광 제어 장치(100)는, 광원부(106)로부터 방사된 광의 확산 방향을 액정 광 제어 소자(102)에 의해 제어하는 기능을 갖는다. 액정 광 제어 소자(102)는, 광원부(106)로부터 방사되는 광을, 사각상, 십자상, 라인상 등의 배광 패턴으로 성형하는 기능을 갖는다.
도 2는, 도 1에 도시하는 액정 광 제어 소자(102)의 전개도를 나타낸다. 액정 광 제어 소자(102)는, 제1 액정 셀(10), 제2 액정 셀(20), 제3 액정 셀(30) 및 제4 액정 셀(40)을 포함한다.
제1 액정 셀(10)은, 제1 기판 S11과, 제2 기판 S12를 포함한다. 제1 기판 S11과 제2 기판 S12는 간극을 갖고 대향하여 배치된다. 제1 기판 S11과 제2 기판 S12의 간극부에는, 도시되지 않은 액정층이 마련된다. 제1 플렉시블 배선 기판 F1은 제1 기판 S11에 접속된다.
제2 액정 셀(20)은, 제1 기판 S21, 제2 기판 S22 및 제2 플렉시블 배선 기판 F2를 포함하고, 제1 액정 셀(10)과 마찬가지의 구성을 갖고 있다. 제3 액정 셀(30)은, 제1 기판 S31, 제2 기판 S32 및 제3 플렉시블 배선 기판 F3을 포함하고, 제1 액정 셀(10)과 마찬가지의 구성을 갖고 있다. 제4 액정 셀(40)은, 제1 기판 S41, 제2 기판 S42 및 제4 플렉시블 배선 기판 F4를 포함하고, 제1 액정 셀(10)과 마찬가지의 구성을 갖고 있다.
제1 액정 셀(10)과 제2 액정 셀(20) 사이에는, 제1 투명 접착층 TA1이 배치된다. 제1 투명 접착층 TA1은, 가시광을 투과하고, 제1 액정 셀(10)의 제2 기판 S12와 제2 액정 셀(20)의 제1 기판 S21을 접착하고 있다. 제2 액정 셀(20)과 제3 액정 셀(30) 사이에는, 제2 투명 접착층 TA2가 배치된다. 제2 투명 접착층 TA2는, 가시광을 투과하고, 제2 액정 셀(20)의 제2 기판 S22와 제3 액정 셀(30)의 제1 기판 S31을 접착하고 있다. 제3 액정 셀(30)과 제4 액정 셀(40) 사이에는, 제3 투명 접착층 TA3이 배치된다. 제3 투명 접착층 TA3은, 가시광을 투과하고, 제3 액정 셀(30)의 제2 기판 S32와 제4 액정 셀(40)의 제1 기판 S41을 접착하고 있다.
제1 투명 접착층 TA1, 제2 투명 접착층 TA2 및 제3 투명 접착층 TA3은 투과율이 높고, 굴절률이 제1 기판 S11, S21, S31, S41 및 제2 기판 S12, S22, S23, S24에 가까운 것이 바람직하다. 제1 투명 접착층 TA1, 제2 투명 접착층 TA2 및 제3 투명 접착층 TA3으로서는, 광학 탄성 수지를 사용할 수 있고, 예를 들어 투광성을 가진 아크릴 수지를 포함하는 접착재를 사용할 수 있다. 또한, 액정 광 제어 소자(102)는 광원부(106)로부터 복사되는 열로 온도가 상승하기 때문에, 제1 투명 접착층 TA1, 제2 투명 접착층 TA2, 제3 투명 접착층 TA3의 열팽창 계수는, 제1 기판 및 제2 기판의 열팽창 계수와 가까운 값을 갖고 있는 것이 바람직하다.
그러나, 제1 투명 접착층 TA1, 제2 투명 접착층 TA2 및 제3 투명 접착층 TA3의 열팽창 계수는, 예를 들어 유리 기판보다 높은 경우가 많으므로, 온도 상승 시의 응력 완화를 고려할 필요가 있다. 제1 투명 접착층 TA1, 제2 투명 접착층 TA2 및 제3 투명 접착층 TA3의 두께는, 온도 상승 시의 열응력을 완화하기 위해서, 각 액정 셀(제1 액정 셀(10), 제2 액정 셀(20), 제3 액정 셀(30), 제4 액정 셀(40))의 셀 갭(액정층의 두께)보다 두꺼운 것이 바람직하다.
후술되는 바와 같이, 제1 액정 셀(10), 제2 액정 셀(20), 제3 액정 셀(30) 및 제4 액정 셀(40)은, 실질적으로 동일한 구조를 갖는다. 본 실시 형태에 관한 액정 광 제어 소자(102)는, 제1 액정 셀(10) 및 제2 액정 셀(20)에 대하여, 제3 액정 셀(30) 및 제4 액정 셀(40)이 90도 회전한 상태에서 겹쳐진 구조를 갖는다. 환언하면, 본 실시 형태에 관한 액정 광 제어 소자(102)는, 복수의 액정 셀을 포함하고, 적어도 하나의 액정 셀과, 그 적어도 하나의 액정 셀에 인접하는(중첩하는) 다른 액정 셀이 90±10도의 범위에서 회전한 상태에서 배치된 구조를 포함한다. 또한, 제3 액정 셀(30) 및 제4 액정 셀(40)의 상기 회전 각도는, 90도±10도의 범위에서 설정 가능하다.
도 2는, 제1 액정 셀(10) 및 제2 액정 셀(20)의 배치를 기준으로 한 경우, 제3 액정 셀(30) 및 제4 액정 셀(40)은 90도 회전한 상태에서 배치되어 있다. 한편, 제3 액정 셀(30) 및 제4 액정 셀(40)을 기준으로 한 경우, 제1 액정 셀(10) 및 제2 액정 셀(20)은 90도 회전한 상태에서 배치되어 있다고 할 수 있다. 동일한 전극 패턴을 갖는 액정 셀을 복수매 중첩하여, 그 중의 일부의 액정 셀을 회전시킴으로써, 전극 배치에 변화를 부여할 수 있고, 적층된 액정 셀을 통과하는 광의 확산에 변화를 부여할 수 있다. 이하에 그 상세를 설명한다.
도 3은, 제1 액정 셀(10), 제2 액정 셀(20), 제3 액정 셀(30) 및 제4 액정 셀(40) 각각에 마련되는 전극의 배치를 나타내는 사시도이다.
제1 액정 셀(10)은, 제1 기판 S11 및 제2 기판 S12와, 제1 기판 S11과 제2 기판 S12 사이의 제1 액정층 LC1을 포함한다. 제1 기판 S11은, 제1 액정층 LC1과 대향하는 측의 면에 제1 전극 E11이 마련되고, 제2 기판 S12는, 제1 액정층 LC1과 대향하는 측의 면에 제2 전극 E12가 마련된다. 제1 전극 E11 및 제2 전극 E12는, 제1 액정층 LC1을 끼워서 대향하도록 배치된다. 또한, 상술한 바와 같이 제1 기판 S11 및 제2 기판 S12는 서로 대향하고 있고, 당해 대향면을 내면으로 하고, 내면과 반대측의 면을 외면으로 정의하는 것도 가능하다. 이 경우, 제1 전극 E11은 제1 기판의 내면에 마련되고, 제2 전극 E12는 제2 기판의 내면에 마련되어 있다.
제1 전극 E11은, 띠상으로 형성된 복수의 제1 띠상 전극 E11A와 띠상으로 형성된 복수의 제2 띠상 전극 E11B를 포함한다. 제2 전극 E12는, 띠상으로 형성된 복수의 제3 띠상 전극 E12A와 띠상으로 형성된 복수의 제4 띠상 전극 E12B를 포함한다. 복수의 제1 띠상 전극(11A)과 복수의 제2 띠상 전극 E11B는 교대로 배치되고, 복수의 제3 띠상 전극(12A)과 복수의 제4 띠상 전극 E12B는 교대로 배치된다.
도 3은, 설명을 위해 X, Y, Z축 방향을 나타낸다. 제1 액정 셀(10), 제2 액정 셀(20), 제3 액정 셀(30) 및 제4 액정 셀(40)은 Z축 방향으로 겹쳐 배치된다. 제1 액정 셀(10)은, 복수의 제1 띠상 전극 E11A 및 복수의 제2 띠상 전극 E11B의 긴 변 방향이 Y축 방향과 평행한 방향으로 배치되고, 복수의 제3 띠상 전극(12A) 및 복수의 제4 띠상 전극 E12B의 긴 변 방향이 X축 방향과 평행한 방향으로 배치된다. 즉, 복수의 제1 띠상 전극 E11A 및 복수의 제2 띠상 전극 E11B와, 복수의 제3 띠상 전극 E12A 및 복수의 제4 띠상 전극 E12B는, 교차하도록 배치된다. 복수의 제1 띠상 전극 E11A 및 복수의 제2 띠상 전극 E11B의 긴 변 방향과, 복수의 제3 띠상 전극 E12A 및 복수의 제4 띠상 전극 E12B의 긴 변 방향은, 예를 들어 90도±10도의 범위에서 교차하도록 배치할 수 있고, 바람직하게는 직교(90도)하도록 배치된다. 본 실시 형태에 있어서는, 이들의 긴 변 방향은 서로 직교하고 있다.
제2 액정 셀(20)은, 제1 기판 S21 및 제2 기판 S22와, 제1 기판 S21과 제2 기판 S22 사이의 제2 액정층 LC2를 포함한다. 제1 기판 S21은, 제2 액정층 LC2와 대향하는 측의 면에 제1 전극 E21이 마련되고, 제2 기판 S22는, 제2 액정층 LC2와 대향하는 측의 면에 제2 전극 E22가 마련된다. 제1 전극 E21은, 띠상으로 형성된 복수의 제1 띠상 전극 E21A 및 띠상으로 형성된 복수의 제2 띠상 전극 E21B를 포함하고, 제2 전극 E22는, 띠상으로 형성된 복수의 제3 띠상 전극 E22A 및 띠상으로 형성된 복수의 제4 띠상 전극 E22B를 포함한다.
제2 액정 셀(20)은, 복수의 제1 띠상 전극(21A)과 복수의 제2 띠상 전극 E21B가 교대로 배치되고, 복수의 제3 띠상 전극(22A)과 복수의 제4 띠상 전극 E22B가 교대로 배치된다. 제2 액정 셀(20)은, 복수의 제1 띠상 전극(21A) 및 복수의 제2 띠상 전극 E21B의 긴 변 방향이 Y축 방향과 평행한 방향으로 배치되고, 복수의 제3 띠상 전극(22A) 및 복수의 띠상 제4 전극 E22B의 긴 변 방향이 X축 방향과 평행한 방향으로 배치된다. 즉, 복수의 제1 띠상 전극 E21A 및 복수의 제2 띠상 전극 E21B와, 복수의 제3 띠상 전극 E22A 및 복수의 제4 띠상 전극 E22B는, 교차하도록 배치된다. 복수의 제1 띠상 전극 E21A 및 복수의 제2 띠상 전극 E21B의 긴 변 방향과, 복수의 제3 띠상 전극 E22A 및 복수의 제4 띠상 전극 E22B의 긴 변 방향은, 예를 들어 90도±10도의 범위에서 교차하도록 배치할 수 있고, 바람직하게는 직교(90도)하도록 배치된다. 본 실시 형태에 있어서는, 이들의 긴 변 방향은 서로 직교하고 있다.
제3 액정 셀(30)은, 제1 기판 S31 및 제2 기판 S32와, 제1 기판 S31과 제2 기판 S32 사이의 제3 액정층 LC3을 포함한다. 제1 기판 S31은, 제3 액정층 LC3과 대향하는 측의 면에 제1 전극 E31이 마련되고, 제2 기판 S32는, 제3 액정층 LC3과 대향하는 측의 면에 제2 전극 E32가 마련된다. 제1 전극 E31은, 띠상으로 형성된 복수의 제1 띠상 전극 E31A 및 띠상으로 형성된 복수의 제2 띠상 전극 E31B를 포함하고, 제2 전극 E32는, 띠상으로 형성된 복수의 제3 띠상 전극 E32A 및 띠상으로 형성된 복수의 제4 띠상 전극 E32B를 포함한다.
제3 액정 셀(30)은, 복수의 제1 띠상 전극(31A)과 복수의 제2 띠상 전극 E31B가 교대로 배치되고, 복수의 제3 띠상 전극(32A)과 복수의 제4 띠상 전극 E32B가 교대로 배치된다. 제3 액정 셀(30)은, 복수의 제1 띠상 전극(31A) 및 복수의 제2 띠상 전극 E31B의 긴 변 방향이 X축 방향과 평행한 방향으로 배치되고, 복수의 제3 띠상 전극(32A) 및 복수의 제4 띠상 전극 E32B의 긴 변 방향이 Y축 방향과 평행한 방향으로 배치된다. 즉, 복수의 제1 띠상 전극 E31A 및 복수의 제2 띠상 전극 E31B와, 복수의 제3 띠상 전극 E32A 및 복수의 제4 띠상 전극 E32B는, 교차하도록 배치된다. 복수의 제1 띠상 전극 E31A 및 복수의 제2 띠상 전극 E31B의 긴 변 방향과, 복수의 제3 띠상 전극 E32A 및 복수의 제4 띠상 전극 E32B의 긴 변 방향은, 예를 들어 90도±10도의 범위에서 교차하도록 배치할 수 있고, 바람직하게는 직교(90도)하도록 배치된다. 본 실시 형태에 있어서는, 이들의 긴 변 방향은 서로 직교하고 있다.
제4 액정 셀(40)은, 제1 기판 S41 및 제2 기판 S42와, 제1 기판 S41과 제2 기판 S42 사이의 제4 액정층 LC4를 포함한다. 제1 기판 S41은, 제4 액정층 LC4와 대향하는 측의 면에 제1 전극 E41이 마련되고, 제2 기판 S42는, 제4 액정층 LC4와 대향하는 측의 면에 제2 전극 E42가 마련된다. 제1 전극 E41은, 띠상으로 형성된 복수의 제1 띠상 전극 E41A 및 띠상으로 형성된 복수의 제2 띠상 전극 E41B를 포함하고, 제2 전극 E42는, 띠상으로 형성된 복수의 제3 띠상 전극 E42A 및 띠상으로 형성된 복수의 제4 띠상 전극 E42B를 포함한다. 본 실시 형태에 있어서는, 이들의 긴 변 방향은 서로 직교하고 있다.
제4 액정 셀(40)은, 복수의 제1 띠상 전극(41A)과 복수의 제2 띠상 전극 E41B가 교대로 배치되고, 복수의 제3 띠상 전극(42A)과 복수의 제4 띠상 전극 E42B가 교대로 배치된다. 제4 액정 셀(40)은, 복수의 제1 띠상 전극(41A) 및 복수의 제2 띠상 전극 E41B의 긴 변 방향이 X축 방향과 평행한 방향으로 배치되고, 복수의 제3 띠상 전극(42A) 및 복수의 제4 띠상 전극 E42B의 긴 변 방향이 Y축 방향과 평행한 방향으로 배치된다. 즉, 복수의 제1 띠상 전극 E41A 및 복수의 제2 띠상 전극 E41B와, 복수의 제3 띠상 전극 E42A 및 복수의 제4 띠상 전극 E42B는, 교차하도록 배치된다. 복수의 제1 띠상 전극 E41A 및 복수의 제2 띠상 전극 E41B의 긴 변 방향과, 복수의 제3 띠상 전극 E42A 및 복수의 제4 띠상 전극 E42B의 긴 변 방향은, 예를 들어 90도±10도의 범위에서 교차하도록 배치할 수 있고, 바람직하게는 직교(90도)하도록 배치된다. 본 실시 형태에 있어서는, 이들의 긴 변 방향은 서로 직교하고 있다.
상기의 설명으로부터 명백한 바와 같이, 액정 광 제어 소자(102)는, 제1 액정 셀(10)의 제1 띠상 전극 E11A 및 제2 띠상 전극 E11B와, 제2 액정 셀(20)의 제1 띠상 전극 E21A 및 제2 띠상 전극 E21B는, 긴 변 방향이 동일한 방향으로 배치되고, 제3 액정 셀(30)의 제1 띠상 전극 E31A 및 제2 띠상 전극 E31B와, 제4 액정 셀(40)의 제1 띠상 전극 E41A 및 제2 띠상 전극 E41B는, 긴 변 방향이 동일한 방향으로 배치된다. 그리고, 제1 액정 셀(10)의 제1 띠상 전극 E11A 및 제2 띠상 전극 E11B 그리고 제2 액정 셀(20)의 제1 띠상 전극 E21A 및 제2 띠상 전극 E21B와, 제3 액정 셀(30)의 제1 띠상 전극 E31A 및 제2 띠상 전극 E31B 그리고 제4 액정 셀(40)의 제1 띠상 전극 E41A 및 제2 띠상 전극 E41B는, 긴 변 방향이 교차하도록 배치되어 있다. 본 실시 형태에 있어서는, 당해 교차 각도는 90도이다.
마찬가지로, 액정 광 제어 소자(102)는, 제1 액정 셀(10)의 제3 띠상 전극 E12A 및 제4 띠상 전극 E12B와, 제2 액정 셀(20)의 제3 띠상 전극 E22A 및 제4 띠상 전극 E22B는, 긴 변 방향이 동일한 방향으로 배치되고, 제3 액정 셀(30)의 제3 띠상 전극 E32A 및 제4 띠상 전극 E32B와, 제4 액정 셀(40)의 제3 띠상 전극 E42A 및 제4 띠상 전극 E42B는, 긴 변 방향이 동일한 방향으로 배치된다. 그리고, 제1 액정 셀(10)의 제3 띠상 전극 E12A 및 제4 띠상 전극 E12B 그리고 제2 액정 셀(20)의 제3 띠상 전극 E22A 및 제4 띠상 전극 E22B와, 제3 액정 셀(30)의 제3 띠상 전극 E32A 및 제4 띠상 전극 E32B 그리고 제4 액정 셀(40)의 제3 띠상 전극 E42A 및 제4 띠상 전극 E42B는, 긴 변 방향이 교차하도록 배치되어 있다. 이때의 교차 각은, 90도±10도의 범위인 것이 바람직하고, 직교(90도)하고 있는 것이 보다 바람직하다. 본 실시 형태에 있어서는, 당해 교차 각도는 90도이다.
즉, 본 실시 형태에 관한 액정 광 제어 소자(102)는, 제1 액정 셀(10) 및 제2 액정 셀(20)의 제1 전극 E11, E21은, 띠상 패턴의 긴 변 방향이 Y축 방향과 평행하고, 제3 액정 셀(30) 및 제4 액정 셀(40)의 제1 전극 E31, E41은, 띠상 패턴의 긴 변 방향이 X축 방향과 평행하다. 환언하면, 제1 액정 셀(10) 및 제2 액정 셀(20)의 제1 전극 E11, E21의 띠상 패턴의 긴 변 방향과, 제3 액정 셀(30) 및 제4 액정 셀(40)의 제1 전극 E31, E41의 띠상 패턴의 긴 변 방향이 교차하도록 배치되어 있다. 이때의 교차 각은 상기한 바와 같이 90도±10도의 범위인 것이 바람직하고, 직교(90도)하고 있는 것이 보다 바람직하다. 본 실시 형태에 있어서는, 당해 교차 각도는 90도이다.
제1 액정 셀(10)에 마련되는 제1 전극 E11 및 제2 전극 E12, 제2 액정 셀(20)에 마련되는 제1 전극 E21 및 제2 전극 E22, 제3 액정 셀(30)에 마련되는 제1 전극 E31 및 제2 전극 E32 및 제4 액정 셀(40)에 마련되는 제1 전극 E41 및 제2 전극 E42는, 평면으로 보아 대략 동일한 크기를 갖고 있다. 도 3에는 도시되지 않지만, 광원부(106)는 제1 액정 셀(10)의 하방측에 배치된다. 광원부(106)로부터 방사되어, 액정 광 제어 소자(102)에 입사하는 광은, 제1 액정 셀(10), 제2 액정 셀(20), 제3 액정 셀(30) 및 제4 액정 셀(40)의 모두를 통과하여 출사된다.
제1 액정 셀(10), 제2 액정 셀(20), 제3 액정 셀(30) 및 제4 액정 셀(40)은, 실질적으로 마찬가지의 구성을 갖고 있지만, 이하, 대표하여 제1 액정 셀(10)에 대하여 보다 구체적으로 설명한다.
도 4a는, 제1 기판 S11의 평면도를 나타내고, 도 4b는, 제2 기판 S12의 평면도를 나타낸다. 또한, 도 4b는 제2 기판 S12의 내면측으로부터 본 평면도이다.
도 4a에 나타내는 바와 같이, 제1 기판 S11에 제1 전극 E11이 마련된다. 제1 전극 E11은, 복수의 제1 띠상 전극 E11A와 복수의 제2 띠상 전극 E11B를 포함한다. 복수의 제1 띠상 전극 E11A 및 복수의 제2 띠상 전극 E11B는 띠상의 패턴을 갖고 있다. 복수의 제1 띠상 전극 E11A의 띠상의 패턴과 복수의 제2 띠상 전극 E11B의 띠상의 패턴은, 긴 변 방향과 교차하는 방향으로, 소정의 간격으로 이격하여 교대로 배치된다.
복수의 제1 띠상 전극 E11A는, 각각이 제1 급전선 PL11과 접속되고, 복수의 제2 띠상 전극 E11B는, 각각이 제2 급전선 PL12와 접속된다. 제1 급전선 PL11은 제1 접속 단자 T11과 접속되고, 제2 급전선 PL12는 제2 접속 단자 T12와 접속된다. 제1 접속 단자 T11과 제2 접속 단자 T12는 제1 기판 S11의 단부의 한 변을 따라서 마련된다. 제1 기판 S11에는, 제1 접속 단자 T11에 인접하여 제3 접속 단자 T13이 마련되고, 제2 접속 단자 T12에 인접하여 제4 접속 단자 T14가 마련된다. 제3 접속 단자 T13은, 제5 급전선 PL15와 접속된다. 제5 급전선 PL15는, 제1 기판 S11의 면 내 소정의 위치에 마련된 제1 급전 단자 PT11과 접속된다. 제4 접속 단자 T14는, 제6 급전선 PL16과 접속된다. 제6 급전선 PL16은, 제1 기판 S11의 면 내 소정의 위치에 마련된 제2 급전 단자 PT12와 접속된다.
복수의 제1 띠상 전극 E11A는 제1 급전선 PL11과 접속됨으로써 동일한 전압이 인가된다. 복수의 제2 띠상 전극 E11B는 제2 급전선 PL12와 접속됨으로써 동일한 전압이 인가된다. 도 4a에 도시하는 바와 같이, 복수의 제1 띠상 전극 E11A와 복수의 제2 띠상 전극 E11B는 교대로 배치된다. 복수의 제1 띠상 전극 E11A와 복수의 제2 띠상 전극 E11B는 전기적으로 분리되어 있다. 복수의 제1 띠상 전극 E11A와 복수의 제2 띠상 전극 E11B에 각각 다른 레벨의 전압이 인가되면, 전위차에 의해 양쪽 전극 사이에 전계가 발생한다. 즉, 복수의 제1 띠상 전극 E11A와 복수의 제2 띠상 전극 E11B에 의해 가로 방향의 전계를 발생시킬 수 있다.
도 4b에 도시하는 바와 같이, 제2 기판 S12에는 제2 전극 E12가 마련된다. 제2 전극 E12는, 복수의 제3 띠상 전극 E12A와 복수의 제4 띠상 전극 E12B를 포함한다. 복수의 제3 띠상 전극 E12A 및 복수의 제4 띠상 전극 E12B는 띠상의 패턴을 갖는다. 복수의 제3 띠상 전극 E12A의 띠상의 패턴과 복수의 제4 띠상 전극 E12B의 띠상의 패턴은, 긴 변 방향과 교차하는 방향으로, 소정의 간격으로 이격하여 교대로 배치되어 있다.
복수의 제3 띠상 전극 E12A는, 각각이 제3 급전선 PL13과 접속되고, 복수의 제4 띠상 전극 E12B는, 각각이 제4 급전선 PL14와 접속된다. 제3 급전선 PL13은 제3 급전 단자 PT13과 접속되고, 제4 급전선 PL14는 제4 급전 단자 PT14와 접속된다. 제3 급전 단자 PT13은, 제1 기판 S11의 제1 급전 단자 PT11에 대응하는 위치에 마련되고, 제4 급전 단자 PT14는, 제1 기판 S11의 제2 급전 단자 PT12에 대응하는 위치에 마련된다.
복수의 제3 띠상 전극 E12A는 제3 급전선 PL13과 접속됨으로써 동일한 전압이 인가된다. 복수의 제4 띠상 전극 E12B는 제4 급전선 PL14와 접속됨으로써 동일한 전압이 인가된다. 도 4b에 도시하는 바와 같이, 복수의 제3 띠상 전극 E12A와 복수의 제4 띠상 전극 E12B는 교대로 배치된다. 복수의 제3 띠상 전극 E12A와 복수의 제4 띠상 전극 E12B는 전기적으로 분리되어 있다. 복수의 제3 띠상 전극 E12A와 복수의 제4 띠상 전극 E12B에 각각 다른 레벨의 전압이 인가되면, 전위차에 의해 양쪽 전극 사이에 전계가 발생한다. 즉, 복수의 제3 띠상 전극 E12A와 복수의 제4 띠상 전극 E12B에 의해 가로 방향의 전계를 발생시킬 수 있다.
제1 기판 S11에 마련되는 제1 접속 단자 T11, 제2 접속 단자 T12, 제3 접속 단자 T13 및 제4 접속 단자 T14는, 플렉시블 배선 기판과 접속되는 단자이다. 제1 액정 셀(10)은, 제1 급전 단자 PT11과 제3 급전 단자 PT13이 도전성 재료에 의해 전기적으로 접속되고, 제2 급전 단자 PT12와 제4 급전 단자 PT14가 도전성 재료에 전기적으로 접속된다.
도 5는, 제1 액정 셀(10)의 단면도를 나타낸다. 도 5에 나타내는 제1 액정 셀(10)의 단면 구조는, 도 4a에 나타내는 제1 기판 S11 및 도 4b에 나타내는 제2 기판 S12의 A1-A2선에 대응하는 단면 구조를 나타낸다.
제1 액정 셀(10)은, 입사광을 편광하고, 산란하는 것이 가능한 유효 영역 AA를 갖는다. 제1 전극 E11 및 제2 전극 E12는 유효 영역 AA 내에 배치된다. 제1 기판 S11 및 제2 기판 S12는, 유효 영역 AA의 외측에 마련된 시일재 SE에 의해 접착된다. 제1 기판 S11과 제2 기판 S12 사이에는 제1 액정층 LC1을 봉입하는 간극이 마련된다. 제1 액정층 LC1은, 시일재 SE에 의해 제1 기판 S11과 제2 기판 S12 사이에 봉입된다.
제1 기판 S11은, 제1 전극 E11, 제1 급전 단자 PT11을 갖고, 제1 전극 E11의 위에 제1 배향막 AL11이 마련된 구조를 갖는다. 제1 전극 E11은, 제1 띠상 전극 E11A 및 제2 띠상 전극 E11B를 포함한다. 제1 급전 단자 PT11은 제5 급전선 PL15로부터 연속되는 구조를 갖고, 시일재 SE의 외측에 배치된다.
제2 기판 S12는 제2 전극 E12, 제3 급전 단자 PT13을 갖고, 제2 전극 E12의 위에 제2 배향막 AL12가 마련된 구조를 갖고 있다. 제2 전극 E12는, 제3 띠상 전극 E12A 및 제4 띠상 전극 E12B를 포함한다. 제3 급전 단자 PT13은 제3 급전선 PL13으로부터 연속되는 구조를 갖고, 시일재 SE의 외측에 배치된다.
제1 전극 E11과 제2 전극 E12는, 띠상의 전극 패턴의 긴 변 방향이 교차하도록 마련된다. 즉, 제1 띠상 전극 E11A 및 제2 띠상 전극 E11B의 긴 변 방향과, 제3 띠상 전극 E12A 및 제4 띠상 전극 E12B의 긴 변 방향이 교차하도록 배치된다. 제1 띠상 전극 E11A 및 제2 띠상 전극 E11B와, 제3 띠상 전극 E12A 및 제4 띠상 전극 E12B는, 본 실시예에서는 90도의 각도로 교차한다. 또한, 제1 전극 E11과 제2 전극 E12의 교차 각도에 대해서는, 상술한 바와 같이 예를 들어, 90도±10도로 설정 가능하다.
제1 급전 단자 PT11과 제3 급전 단자 PT13은 대향하고, 시일재 SE의 외측의 영역에서 대향하도록 배치된다. 제1 도전성 부재 CP11은, 제1 급전 단자 PT11과 제3 급전 단자 PT13 사이에 배치되고, 양자를 전기적으로 접속한다. 제1 도전성 부재 CP11은, 도전성의 페이스트재로 형성할 수 있고, 예를 들어 은 페이스트, 카본 페이스트가 사용된다. 또한, 도 5에는 도시되지 않지만, 제2 급전 단자 PT12와 제4 급전 단자 PT14도 마찬가지로 도전성 부재로 전기적으로 접속된다.
제1 기판 S11 및 제2 기판 S12는 투광성을 갖는 기판이고, 예를 들어 유리 기판, 수지 기판이다. 제1 전극 E11 및 제2 전극 E12는, 인듐 주석 산화물(ITO)이나 인듐 아연 산화물(IZO) 등의 투명 도전 재료에 의해 형성된 투명 전극이다. 급전선(제1 급전선 PL11, 제2 급전선 PL12, 제3 급전선 PL13, 제4 급전선 PL14, 제5 급전선 PL15, 제6 급전선 PL16), 접속 단자(제1 접속 단자 T11, 제2 접속 단자 T12, 제3 접속 단자 T13, 제4 접속 단자 T14) 및 급전 단자(제1 급전 단자 PT11, 제2 급전 단자 PT12, 제3 급전 단자 PT13, 제4 급전 단자 PT14)는 알루미늄, 티타늄, 몰리브덴, 텅스텐 등의 금속 재료에 의해 형성된다. 또한, 급전선(제1 급전선 PL11, 제2 급전선 PL12, 제3 급전선 PL13, 제4 급전선 PL14, 제5 급전선 PL15, 제6 급전선 PL16)은 제1 전극 E11 및 제2 전극 E12와 동일한 투명 도전막으로 형성되어도 된다. 배향막 AL1 및 AL2는, 기판의 주 평면에 대략 평행한 배향 규제력을 갖는 수평 배향막으로 형성된다. 제1 액정층 LC1은, 예를 들어 비틀림 네마틱 액정(TN(Twisted Nematic) 액정)이 사용된다. 또한, 도 5에는 도시되지 않지만, 제1 기판 S11과 제2 기판 S12 사이에는, 양쪽 기판의 간격을 일정하게 유지하기 위한 스페이서가 마련되어 있어도 된다.
이어서, 도 6a, 도 6b, 도 6c, 도 7a, 도 7b, 도 7c 및 도 8을 참조하여, 제1 액정 셀(10)에 있어서의 전기 광학 작용에 대하여 설명한다. 또한, 도 6 내지 도 8에 있어서는, 설명에 필요한 구성만을 도시하고 있다.
도 6a는, 제1 액정 셀(10)의 부분적인 단면 모식 구조를 나타낸다. 도 6b는, 제1 기판 S11에 마련된 제1 띠상 전극 E11A, 제2 띠상 전극 E11B, 제1 배향막 AL11, 제2 기판 S12에 마련된 제2 배향막 AL12 및 제1 액정층 LC1을 나타낸다. 도 6a에 있어서, 제3 띠상 전극 E12A 및 제4 띠상 전극 E12B는, 설명을 간략화하기 위하여 생략되어 있다.
도 6a는, 제1 배향막 AL11의 배향 처리 방향과 제2 배향막 AL12의 배향 처리 방향이 다른 것을 나타낸다. 구체적으로는, 제1 배향막 AL11은, 도 4a에 도시하는 바와 같이, 제1 띠상 전극 E11A 및 제2 띠상 전극 E11B의 긴 변 방향 90도의 각도로 교차하는 방향 ALD1에 배향 처리가 되고, 제2 배향막 AL12는, 도 4b에 나타내는 바와 같이, 제3 띠상 전극 E12A 및 제4 띠상 전극 E12B의 긴 변 방향 90도의 각도로 교차하는 방향 ALD2에 배향 처리가 되어 있다. 이 때문에, 도 6a에 나타내는 제1 액정 셀(10)은, 제1 배향막 AL11이 지면의 좌우 방향으로 배향 처리되고, 제2 배향막 AL12는 지면의 법선 방향으로 배향 처리가 되어 있다. 또한, 배향 처리로서는, 러빙 처리여도 되고, 광배 처리여도 된다. 또한, 배향막의 배향 방향은, 띠상 전극의 연장 방향에 대하여 90도±10도의 범위에서 설정 가능하다.
제1 액정층 LC1로서 TN 액정이 사용된다. 제1 배향막 AL11의 배향 방향 ALD1과 제2 배향막 AL12의 배향 방향 ALD2는 직교하기 때문에, 제1 액정층 LC1의 액정 분자는, 외부 전기장의 작용을 받지 않는 상태에서 제1 배향막 AL11로부터 제2 배향막 AL12에 걸쳐서, 액정 분자의 장축 방향이 90도 비틀어지게 배향한다. 도 6a는, 제1 띠상 전극 E11A 및 제2 띠상 전극 E11B에 전압이 인가되지 않은 상태를 나타내고, 액정 분자의 장축 방향이 90도 비틀어져서 배향하고 있는 상태를 나타낸다.
또한, 도 6a는, 액정층 LC1이 포지티브형의 비틀림 네마틱 액정(TN 액정)으로 형성되고, 액정 분자의 장축이 배향막의 배향 방향과 동일 방향으로 배향하는 예를 나타내지만, 배향막의 배향 방향을 90도 회전시키는, 즉, 각 배향막 AL11, AL12의 배향 방향을 각 기판 S11, S12의 띠상 전극 E11A, E12A의 연장 방향을 따르게 함으로써, 네가티브형의 액정을 사용할 수 있다. 액정에는, 액정 분자에 비틀림을 부여하는 키랄제가 포함되어 있는 것이 바람직하다.
도 6b는, 제1 띠상 전극 E11A에 로우 레벨의 전압 VL이 인가되고, 제2 띠상 전극 E11B에 하이 레벨인 전압 VH가 인가된 상태를 나타낸다. 이 상태에서는, 제1 띠상 전극 E11A와 제2 띠상 전극 E11B 사이에 가로 방향의 전계가 발생한다. 도 6b에 나타내는 바와 같이, 제1 기판 S11측의 액정 분자는 횡전계의 영향을 받아 배향 방향이 변화된다. 예를 들어, 제1 기판 S11측의 액정 분자는, 장축 방향이 전계의 방향과 평행한 방향을 향하도록 배향이 변화된다.
제1 띠상 전극 E11A 및 제2 띠상 전극 E11B에 인가되는 로우 레벨의 전압 VL, 하이 레벨인 전압 VH의 값은 적절히 설정된다. 예를 들어, 로우 레벨의 전압 VL1로서 0V가 인가되고, 하이 레벨인 전압 VH1로서 5 내지 30V의 전압이 인가된다. 제1 띠상 전극 E11A 및 제2 띠상 전극 E11B에는, 로우 레벨의 전압 VL과 하이 레벨인 전압 VH가 교대로 교체되는 전압이 인가된다. 예를 들어, 도 6c에 도시하는 바와 같이, 어느 일정 기간에 있어서, 제1 띠상 전극 E11A에 로우 레벨의 전압 VL이 인가되고 제2 띠상 전극 E11B에 하이 레벨인 전압 VH가 인가되고, 다음 일정 기간에서는, 제1 띠상 전극 E11A에 하이 레벨인 전압 VH가 인가되고 제2 띠상 전극 E11B에 로우 레벨의 전압 VL이 인가되도록, 2개의 전극 사이에서 전압의 레벨이 동기하여, 주기적으로 변화되도록 전압을 인가해도 된다.
제1 띠상 전극 E11A 및 제2 띠상 전극 E11B에 교대로 로우 레벨의 전압 VL과 하이 레벨인 전압 VH를 인가함으로써, 교번 전계를 발생시켜, 제1 액정층 LC1의 열화를 억제한다. 또한, 제1 띠상 전극 E11A 및 제2 띠상 전극 E11B에 인가하는 전압의 주파수는, 액정 분자가 전계의 변화에 추종할 수 있는 주파수이면 되고, 예를 들어 15 내지 100Hz이면 된다.
도 7a는, 제1 액정 셀(10)의 부분적인 사시도이고, 제1 띠상 전극 E11A 및 제2 띠상 전극 E11B, 제3 띠상 전극 E12A 및 제4 띠상 전극 E12B, 그리고 제1 액정층 LC1의 배치를 나타낸다. 도 7b 및 도 7c는 제1 액정 셀(10)의 단면 모식도를 나타낸다. 도 7b는, 도 7a에 나타내는 제1 액정 셀(10)을 도면 중에 나타내는 A측에서 보았을 때의 단면 모식도를 나타내고, 도 7c는, 도면 중에 나타내는 B측에서 보았을 때의 단면 모식도를 나타낸다. 또한, 도 7b 및 도 7c는, 제1 배향막 AL11의 배향 처리 방향과 제2 배향막 AL12의 배향 처리 방향이 다른 것을 나타낸다.
도 7a 및 도 7c에 나타내는 바와 같이, 제1 띠상 전극 E11A와 제2 띠상 전극 E11B는 중심 간 거리 W로 배치되고, 제3 띠상 전극 E12A와 제4 띠상 전극 E12B는 마찬가지로 중심 간 거리 W로 배치되어 있다. 이 중심 간 거리 W는, 도 7a에 도시하는 제1 띠상 전극 E11A의 폭 a, 제1 띠상 전극 E11A의 단부로부터 제2 띠상 전극 E11B의 단부까지의 간격 b에 대하여, W=a+b의 관계를 갖는다. 또한, 제1 띠상 전극 E11A 및 제2 띠상 전극 E11B와, 제3 띠상 전극 E12A 및 제4 띠상 전극 E12B는 이격하고, 서로 직교한 상태에서 대향 배치되어 있다. 제1 기판 S11과 제2 기판 S12는 간격 D로 대향하여 배치되어 있고, 간격 D는, 실질적으로 액정층 LC1의 두께에 상당한다. 실제로는, 제1 기판 S11에 제1 띠상 전극 E11A 및 제1 배향막 AL11이 마련되고, 제2 기판 S12에는 제3 띠상 전극 E12A 및 제2 배향막 AL12 등이 마련되지만, 이들의 전극 및 배향막의 두께는, 간격 D의 크기에 비하여 충분히 작으므로, 액정층 LC1의 두께는 간격 D와 동일시할 수 있다.
제1 액정 셀(10)에 있어서, 띠상 전극이 제1 액정층 LC1을 끼워서 간격 D는, 띠상 전극의 중심 간 거리 W에 대하여 동일하거나, 그 이상의 크기를 갖고 있는 것이 바람직하다. 즉, 간격 D는, 중심 간 거리 W의 1배 이상의 길이를 갖는 것이 바람직하다. 예를 들어, 간격 D는, 띠상 전극의 중심 간 거리 W에 대하여 2배 이상의 크기를 갖고 있는 것이 바람직하다. 제1 띠상 전극 E11A의 폭이 5㎛이고, 제1 띠상 전극 E11A 및 제2 띠상 전극 E11B의 폭 a가 5㎛이고, 제1 띠상 전극 E11A의 단부로부터 제2 띠상 전극 E11B의 단부까지의 간격 b가 5㎛인 경우, 띠상 전극의 중심 간 거리 W는 10㎛가 된다. 이에 비해, 간격 D는 10㎛ 이상의 크기를 갖고 있는 것이 바람직하다.
띠상 전극의 중심 간 거리 W와 상기의 간격 D가 이러한 관계를 가짐으로써, 제1 띠상 전극 E11A와 제2 띠상 전극 E11B에서 생성되는 전계와 제3 띠상 전극 E12A와 제4 띠상 전극 E12B에서 생성되는 전계가, 서로 간섭하지 않도록 하는 것이 가능하게 된다. 즉, 도 7b에 도시하는 바와 같이, 제1 띠상 전극 E11A와 제2 띠상 전극 E11B에 의해, 그 근방에 있는 액정 분자의 배향을 제3 띠상 전극 E12A 및 제4 띠상 전극 E12B의 영향을 받지 않고 제어할 수 있고, 도 7c에 나타내는 바와 같이, 제3 띠상 전극 E12A와 제4 띠상 전극 E12B에 의해, 그 근방에 있는 액정 분자의 배향을 제1 띠상 전극 E11A 및 제2 띠상 전극 E11B의 영향을 받지 않고 제어할 수 있다.
그런데, 액정은 배향 상태에 의해 굴절률이 변화되는 것이 알려져 있다. 도 6a에 도시하는 바와 같이, 제1 액정층 LC1에 전계가 작용하고 있지 않은 오프(OFF) 상태에서는, 액정 분자의 장축 방향이 기판의 표면에 수평하게 배향하고, 또한 제1 기판 S11측으로부터 제2 기판 S12측에 걸쳐서 90도 비틀어진 상태에서 배향하고 있다. 액정층 LC1은, 이 배향 상태에서 거의 균일한 굴절률 분포를 갖고 있다. 이 때문에, 제1 액정 셀(10)에 입사한 광의 제1 편광 성분 PL1 및 제1 편광 성분 PL1에 직교하는 제2 편광 성분 PL2(도 8 참조)는, 액정 분자의 초기 배향의 영향을 받아 선광하지만, 거의 굴절(또는 산란)되는 일 없이 제1 액정층 LC1을 투과한다. 여기서, 제1 편광 성분 PL1이란, 자연광 중, 예를 들어 P 편광에 상당하고, 제2 편광 성분이란, 예를 들어 S 편광에 상당하는 것으로 한다.
한편, 도 6b에 나타내는 바와 같이, 제1 띠상 전극 E11A와 제2 띠상 전극 E11B에 전압이 인가되어 전계가 형성된 온(ON) 상태에서는, 제1 액정층 LC1이 정의 유전율 이방성을 갖고 있는 경우, 액정 분자는 장축이 전계를 따르도록 배향한다. 그 결과, 도 6b에 나타내는 바와 같이, 제1 액정층 LC1에는, 액정 분자가, 제1 띠상 전극 E11A 및 제2 띠상 전극 E11B의 상방에서 거의 수직으로 상승되는 영역, 제1 띠상 전극 E11A와 제2 띠상 전극 E11B 사이에서 전계의 분포를 따라 비스듬히 배향하는 영역, 제1 띠상 전극 E11A 및 제2 띠상 전극 E11B로부터 이격된 영역에서 초기 배향 상태가 비교적 유지되는 영역 등이 형성된다.
도 6b에 나타내는 바와 같이, 제1 띠상 전극 E11A 및 제2 띠상 전극 E11B의 전극 사이에 있어서는, 액정 분자의 장축이 전계의 발생하는 방향을 따라서 볼록 원호상으로 배향된다. 즉, 도 6a 및 도 6b에 도시하는 바와 같이, 액정 분자의 초기 배향의 방향과, 제1 띠상 전극 E11A와 제2 띠상 전극 E11B 사이에 발생하는 횡전계의 방향이 동일하고, 도 6b에 모식적으로 도시된 바와 같이, 양쪽 전극 사이의 대략 중앙에 위치하는 액정 분자의 배향 방향은 거의 변화되지 않는 것이 되지만, 중앙부에서 각각의 전극측에 위치하는 액정 분자는 전계의 강도 분포를 따라서 제1 기판 S11의 표면에 대하여 법선 방향으로 기울어서(틸트하여) 배향한다. 따라서, 제1 기판 S11측의 액정을 전체로서 보면, 제1 띠상 전극 E11A와 제2 띠상 전극 E11B 사이에서 액정 분자가 원호상으로 배향한다.
이에 의해, 액정층 LC1에는 원호상의 유전율 분포가 형성되고, 입사한 광(액정 분자의 초기 배향의 방향과 평행한 편광 성분)이 방사상으로 확산된다. 또한, 제2 기판 S12측에서는, 제1 기판 S11의 전극과 직교하도록 배치된 제3 띠상 전극 E12Aa 및 제4 띠상 전극 E12B에 의해(도 7c 참조), 마찬가지의 현상이 발생하고, 입사한 광(제2 기판 S12측의 액정 분자의 초기 배향의 방향과 평행한 편광 성분)이 방사상으로 확산된다.
그리고, 도 7b 및 도 7c를 참조하여 설명한 바와 같이, 액정층 LC1의 두께가 충분히 두껍기 때문에, 제1 기판 S11측 및 제2 기판 S12측에서, 각각 독립하여 다른 편광 성분의 확산을 제어할 수 있다.
액정 분자는, 굴절률 이방성 Δn을 갖고 있다. 이 때문에, 온 상태의 제1 액정층 LC1은, 액정 분자의 배향 상태에 따른 굴절률 분포, 혹은, 리타데이션 분포를 갖는다. 여기에서의 리타데이션이란, 제1 액정층 LC1의 두께를 d로 했을 때, Δn·d로 표시되는 것이다. 온 상태에서는, 제1 편광 성분 PL1은, 제1 액정층 LC1을 투과할 때에, 제1 액정층 LC1의 굴절률 분포 영향을 받아 산란되는 것이 된다.
도 8은, 제1 편광 성분 PL1 및 제2 편광 성분 PL2가 액정층에 의해 확산되는 현상을 모식적으로 도시한다. 도 8은, 제1 액정 셀(10)과 제2 액정 셀(20)이 적층된 상태를 나타내고, 간단화를 위하여 각각의 액정 셀의 제1 기판 S11, S21, 제2 기판 S12, S22, 제1 띠상 전극 E11A, E21A와 제2 띠상 전극 E11B, E21B와, 제1 액정층 LC1, 제2 액정층 LC2만을 나타내고 있다. 예를 들어, 제1 액정 셀(10)과 제2 액정 셀(20) 사이에 마련되는 제1 투명 접착층 TA1은 생략되어 있다. 또한, 제1 액정 셀(10)의 제1 띠상 전극 E11A 및 제2 띠상 전극 E11B와, 제2 액정 셀(20)의 제1 띠상 전극 E21A 및 제2 띠상 전극 E21B는 동일한 방향으로 배치되어 있는 것으로 한다. 또한, 제1 액정 셀(10)의 제1 기판 S11 및 제2 액정 셀(20)의 제1 기판 S21측의 배향막(도시되지 않고)의 배향 방향 ALD1은 지면의 좌우 방향에 있고, 제1 액정 셀(10)의 제2 기판 S12 및 제2 액정 셀(20)의 제2 기판 S22측의 배향막(도시되지 않고)의 배향 방향 ALD2는 지면의 법선 방향에 있다.
도 8에 있어서, 제1 액정 셀(10) 및 제2 액정 셀(20)은, 제1 편광 성분 PL1의 편광 방향과, 제1 액정층 LC1의 액정 분자의 제1 기판 S11측의 초기 배향 방향 및 제2 액정층 LC2의 액정 분자의 제1 기판 S12측의 초기 배향 방향(무전계 상태에서 액정 분자의 장축이 배향하는 방향)이 평행한 것으로 한다. 그리고, 제2 편광 성분 PL2의 편광 방향과, 제1 액정층 LC1의 제1 기판 S11측 및 제2 액정층 LC2의 제1 기판 S21측의 액정 분자의 배향 방향과는 직교하는 것으로 한다.
제1 액정 셀(10)의 제1 띠상 전극 E11A 및 제2 띠상 전극 E11B에 전압이 인가된 경우, 제1 액정층 LC1 중에서 액정 분자는, 수직으로 상승되는 영역, 전계의 분포에 따라 비스듬히 배향하는 영역, 초기 배향 상태가 유지되는 영역 등이 형성된다. 마찬가지로, 제2 액정 셀(20)의 제1 띠상 전극 E21A 및 제2 띠상 전극 E21B에 전압이 인가된 상태에서는, 제2 액정층 LC2 중에서 액정 분자는, 수직으로 상승되는 영역, 전계의 분포에 따라 비스듬히 배향하는 영역, 초기 배향 상태가 유지되는 영역 등이 형성된다.
제1 편광 성분 PL1은, 제1 액정층 LC1에서 확산되고, 또한 90도 선광되어, 제2 액정층 LC2에서는 확산되지 않고, 90도 선광된다. 제2 편광 성분 PL2는, 제1 액정층 LC1에서 확산되지 않고, 90도 선광되어, 제2 액정층 LC2에서 확산되고, 90도 선광된다. 즉, 제1 기판 S11에 입사하는 제1 편광 성분 PL1은, 제1 액정층 LC1에서 확산되어, 제1 액정층 LC1 및 제2 액정층 LC2에서 각각 선광된다. 제1 기판 S11에 입사하는 제2 편광 성분 PL2는, 제2 액정층 LC2에서 확산되어, 제1 액정층 LC1 및 제2 액정층 LC2에서 각각 선광된다. 여기서, 선광이란, 직선 편광 성분(예를 들어 상기 제1 편광 성분 PL1이나 제2 편광 성분 PL2)이 액정층을 통과하는 과정에서, 액정 분자의 비틀림 배향을 따라 그 편광 축을 회전시키는 현상을 말한다.
도 8을 더욱 상세하게 설명한다. 제1 액정 셀(10)의 제1 전극 E11과 제2 전극 E12는 서로 직교하고, 제2 액정 셀(20)의 제1 전극 E21과 제2 전극 E22는 서로 직교하고 있다. 또한, 제1 액정 셀(10)의 제1 전극 E11의 연장 방향과 제2 액정 셀(20)의 제1 전극 E21의 연장 방향은 일치한다. 또한, 제1 편광 성분 PL1(X축 방향의 편광 성분) 및 제2 편광 성분 PL2(Y축 방향의 편광 성분)를 포함하는 광은, 제1 액정 셀(10)의 제1 기판 S11에 대하여 수직인 방향으로부터 입사하고, 제2 액정 셀(20)의 제2 기판 S22로부터 출사한다.
제1 액정 셀(10)의 제1 기판 S11측에 있어서의 액정층 LC1의 액정 분자는, 장축이 X축 방향을 따라서 배향되어 있기 때문에, 제1 띠상 전극 E11A와 제2 띠상 전극 E11B 사이에 횡전계가 발생하면, 도 7b를 참조하여 설명한 바와 같이, 액정 분자는 전계의 작용을 받아서 X축 방향으로 볼록 원호상으로 배향한다. 또한, 제1 액정 셀(10)의 제2 기판 S12측에 있어서의 제1 액정층 LC1의 액정 분자는, 장축이 Y축 방향을 따라서 배향되어 있기 때문에, 제3 띠상 전극 E12A 및 제4 띠상 전극 E12B(도시되지 않음) 사이에 횡전계가 발생하면, 도 7c를 참조하여 설명한 바와 같이, 액정 분자는 Y축 방향으로 볼록 원호상으로 배향한다. 이러한 액정 분자의 배향에 의해, 제1 기판 S11측 및 제2 기판 S12측에는, 액정 분자의 배향에 의존한 굴절률 분포가 형성된다.
제1 액정 셀(10)에 입사한 X축에 평행한 제1 편광 성분 PL1은, 제1 액정층 LC1을 통과할 때에 선광되고, 제2 기판 S12측에서 Y축에 평행한 편광 성분이 된다. 즉, 제1 편광 성분 PL1은, 제1 기판 S11측에서 X축 방향에 편광 축을 갖고 있지만, 제1 액정층 LC1을 두께 방향으로 통과하는 과정에서 편광 축이 서서히 변화되고, 제2 기판 S12측에서는 Y축 방향에 편광 축을 갖는 것이 되고, 제2 기판 S12측으로부터 출사된다.
여기서, 제1 액정 셀(10)에 제1 기판 S11측으로부터 입사하는 제1 편광 성분 PL1은, 제1 기판 S11측에 있어서 편광 축이 제1 기판 S11측에 있어서의 제1 액정층 LC1의 액정 분자의 배향 방향에 평행하기 때문에, 액정 분자의 굴절률 분포 변화에 따라서 X축 방향으로 확산된다. 또한, 제1 편광 성분 PL1은, 제1 액정층 LC1을 통과함으로써 편광 축을 X축 방향으로부터 Y축 방향으로 변화함으로써, 제2 기판 S12측의 액정 분자의 배향 방향과 평행해지고, 당해 액정 분자의 굴절률 분포 변화에 따라서 Y축 방향으로 확산된다. 즉, 제1 액정 셀(10)에 입사하기 전에는 X축에 평행한 제1 편광 성분 PL1은, 제1 액정 셀(10)을 통과하는 과정에서 편광 축을 X축 방향으로부터 Y축 방향으로 변화시킴과 함께, X축 방향과 Y축 방향으로 확산되는 것이 된다.
이에 비해, 제1 액정 셀(10)에 제1 기판 S11측으로부터 입사하는 제2 편광 성분 PL2는, 제1 기판 S11에 입사하고, 제2 기판 S12로부터 출사될 때까지의 동안에, 제1 액정층 LC1의 작용을 받아서 편광 축이 Y축 방향으로부터 X축 방향으로 변화된다. 여기서, 제2 편광 성분 PL2는, 제1 기판 S11측에 있어서는, 편광 축이 제1 액정층 LC1의 제1 기판 S11측에 있어서의 액정 분자의 배향 방향에 직교하고 있기 때문에, 액정 분자에 의한 굴절률 분포의 영향을 받지 않고, 확산되지 않고 통과한다. 또한, 제2 편광 성분 PL2는, 제1 액정층 LC1에서 편광 축이 Y축 방향으로부터 X축 방향으로 변화함으로써, 제2 기판 S12측에 있어서는 그 편광 축이 제1 액정층 LC1의 제2 기판 S12측에 있어서의 액정 분자의 배향 방향과도 직교하기 때문에, 액정 분자에 의한 굴절률 분포의 영향을 받지 않고, 확산되지 않고 통과한다. 즉, 제1 액정 셀(10)에 입사하는 Y축 방향에 편광 축을 갖는 제2 편광 성분 PL2는, 제1 액정 셀(10)을 통과하는 과정에서 편광 축을 Y축 방향으로부터 X축 방향으로 변화하지만 제1 액정층 LC1에 따라서는 확산되지 않고 제2 기판 S12로부터 출사된다.
제2 액정 셀(20)의 제2 액정층 LC2도, 제1 액정 셀(10)의 제1 액정층 LC1과 마찬가지의 굴절률 분포를 갖고 있다. 이 때문에, 제2 액정 셀(20)에 있어서도, 기본적으로 제1 액정 셀(10)과 마찬가지의 현상이 발생한다. 한편, 제1 액정 셀(10)을 통과함으로써 초기의 제1 편광 성분 PL1과 제2 편광 성분 PL2의 편광 축이 교체되고 있기 때문에, 제2 액정층 LC2에서 굴절률 분포의 영향을 받는 편광 성분도 교체된다. 즉, 제2 액정 셀(20)을 통과하는 과정에 있어서는, 당초의 제1 편광 성분 PL1은 그 편광 축을 Y축으로부터 다시 X축 방향으로 변화시키지만, 확산은 발생하지 않는다. 한편, 당초의 제2 편광 성분 PL2는 그 편광 축을 X축으로부터 다시 Y축 방향으로 변화시키고, 또한, 제2 액정층 LC2의 굴절률 분포의 영향을 받아 확산된다.
이상으로부터 명백한 바와 같이, 동일한 구조를 갖는 2개의 액정 셀을 적층시킴으로써, 이 2개의 액정 셀을 통과하는 광의 편광 방향을 2번에 걸쳐 변화시키고, 그 결과, 입사 전과 출사 후에서의 편광 방향이 변하지 않는 상태로 할 수 있다. 한편, 2개의 액정 셀은, 횡전계에 의해 액정층의 상측 및 하측에 볼록 원호상의 굴절률 분포를 형성함으로써, 투과하는 광을 확산할 수 있다. 구체적으로는, 제1 액정 셀(10)에 의해, 제1 편광 성분 PL1의 광을 X축 방향, Y축 방향, 또는 X축과 Y축의 양 방향으로 확산시켜, 제2 액정 셀(20)에 의해, 제2 편광 성분 PL2의 광을 X축 방향, Y축 방향, 또는 X축과 Y축의 양방향으로 확산시킬 수 있다. 즉, 제1 액정 셀(10) 및 제2 액정 셀(20)을 적층시켜, 각 액정 셀의 액정층에 굴절률 분포를 형성함으로써, 광의 편광 상태를 변경하는 일 없이 광을 확산할 수 있다.
이상과 같이, 동일 구조를 갖는 2개의 액정 셀을 적층시킴으로써, 입사광의 편광 방향을 2회 변화시켜, 2개의 액정 셀을 통과하는 전후에서 편광 방향이 변하지 않도록 할 수 있다. 한편, 액정층에 횡전계를 작용시켜 굴절률 분포를 형성함으로써, 통과하는 광을 특정한 방향으로 굴절시킬 수 있다. 보다 구체적으로는, 제1 액정 셀(10)이 제1 편광 성분 PL1의 광을 X축 방향, Y축 방향, 또는 X축과 Y축의 양 방향으로 확산시켜, 제2 액정 셀(20)이 제2 편광 성분 PL2의 광을 X축 방향, Y축 방향, 또는 X축과 Y축의 양방향으로 확산시킬 수 있다.
이와 같이, 제1 액정층 LC1 및 제2 액정층 LC2를 통과하는 입사광은, 제1 편광 성분 PL1이 제1 액정층 LC1에서 확산되고, 제2 편광 성분 PL2가 제2 액정층 LC2에서 확산된다. 또한, 제1 액정층 LC1 및 제2 액정층 LC2를 통과하는 입사광은, 제1 액정층 LC1 및 제2 액정층 LC2에서 각각 90도 선광된다. 환언하면, 제1 편광 성분 PL1 및 제2 편광 성분 PL2를 포함하는 입사광은, 제1 액정 셀(10)에서 제1 편광 성분 PL1이 확산되고, 제2 액정 셀(20)에서 제2 편광 성분 PL2가 확산된다. 즉, 제1 액정 셀(10)과 제2 액정 셀(20)을 겹침으로써, 특정한 편광 성분의 산란을 개별로 제어할 수 있고, 광원으로부터 방사되는 광의 배광을 제어할 수 있다.
그런데, 광은 다른 매질의 경계면에서 굴절하지만, 굴절각은 광의 파장에 따라 바뀌는 것이 알려져 있다. 굴절률 분포가 형성된 액정층에 광이 입사하는 경우, 파장마다 굴절각이 다르기 때문에, 광원의 종류나 조사하는 대상물과의 거리에 따라서는, 액정 광 제어 소자(102)에 광을 투과시킴으로써 형성되는 배광 패턴의 주변 부분에 색 갈라짐이 시인되는 경우가 있다.
이에 비해, 본 실시 형태에 관한 액정 광 제어 소자(102)는, 도 3에 도시한 바와 같이, 4개의 액정 셀을 광원의 광로 상에서 중첩하여, 4개의 액정 셀 중, 적어도 2개의 액정 셀을 다른 액정 셀에 대하여 90도 회전시켜서 배치함으로써 색 갈라짐을 억제하고 있다. 구체적으로는, 액정 광 제어 소자(102)는, 인접하여 중첩되는 적어도 1조의 액정 셀에 있어서, 띠상의 패턴을 갖는 전극의 긴 변 방향이 다른 방향을 향하도록 배치함으로써 색 갈라짐을 억제한다. 이하에, 그 구성을 각 액정 셀의 전극 구성과 동작에 기초하여 상세하게 설명한다.
도 9는, 액정 광 제어 소자(102)의 각 액정 셀에 있어서의 띠상 전극의 배치와, 입사광의 편광 상태 및 산란이 각 액정 셀에 의해 제어되는 양태를 나타낸다. 제1 액정 셀(10), 제2 액정 셀(20), 제3 액정 셀(30) 및 제4 액정 셀(40)에 있어서의 각 전극의 배치는, 도 3에 나타내는 구조와 마찬가지이다. 구체적으로 도 9에 나타내는 액정 광 제어 소자(102)는, 제1 액정 셀(10) 및 제2 액정 셀(20)의 각 기판(S11, S12, S21, S22)에 있어서의 액정 분자에 대한 배향 방향이 동일하고, 제1 전극 E11, E21에 있어서의 띠상 전극(E11A, E11B, E21A, E21B)의 긴 변 방향이 동일하고, 이들의 전극에 교차하는 제2 전극 E12, E22에 있어서의 띠상 전극(E12A, E12B, E22A, E22B)의 긴 변 방향이 동일하다. 또한, 제3 액정 셀(30) 및 제4 액정 셀(40)의 각 기판(S31, S32, S41, S42)에 있어서의 액정 분자에 대한 배향 방향이 동일하고, 제1 전극 E31, E41에 있어서의 띠상 전극(E31A, E31B, E41A, E41B)의 긴 변 방향이 동일하고, 이들의 전극에 교차하는 제2 전극 E32, E42에 있어서의 띠상 전극(E32A, E32B, E42A, E42B)의 긴 변 방향이 동일하다. 그리고, 제1 액정 셀(10) 및 제2 액정 셀(20)에 있어서의 띠상 전극(E11A, E11B, E21A, E21B)의 긴 변 방향과, 제3 액정 셀(30) 및 제4 액정 셀(40)에 있어서의 제1 전극 E31, E41에 있어서의 띠상 전극(E31A, E31B, E41A, E41B)의 긴 변 방향은 90의 각도로 교차하고 있다.
또한, 도 9에 나타내는 실시 형태에 있어서는, 이들 제1 액정 셀(10)과 제2 액정 셀(20)은, 서로의 제1 전극 E11, E21을 동일한 방향을 향한 상태에서 적층되어 있고, 제3 액정 셀(30)과 제4 액정 셀(40)이 서로의 제1 전극 E31, E41을 동일한 방향을 향한 상태에서 적층되어 있지만, 제3 액정 셀(30)과 제4 액정 셀(40)의 제1 전극 E31, E41의 방향은, 제1 액정 셀(10) 및 제2 액정 셀(20)의 제1 전극 E11, E21의 방향에 대하여 90도 회전하고 있다. 또한, 각 액정 셀의 제1 전극(E11, E21, E31, E41)과 제2 전극(E12, E22, E32, E42)은 서로의 연장 방향을 직교시키고 있다. 후술하는 도 12로부터 도 14에 나타내는 실시 형태에 대해서도 마찬가지이다. 또한, 제1 액정 셀(10) 및 제2 액정 셀(20)에 대하여, 제3 액정 셀(30) 및 제4 액정 셀(40)을 90도±10도의 범위에서 회전시킨 상태에서 적층하는 구성도 채용 가능하다. 또한, 각 액정 셀의 제1 전극(E11, E21, E31, E41)과 제2 전극(E12, E22, E32, E42)의 연장 방향을 90도±10도의 범위에서 설정하는 구성도 채용 가능하다.
도 9에 나타내는 바와 같이, 제1 액정 셀(10)의 제2 전극 E12와 제4 액정 셀(40)의 제1 전극 E41은 동일한 방향으로 배치되어 있고, 제2 편광 성분 PL2를 Y축 방향으로 확산시킬 수 있다. 또한, 제1 액정 셀(10)의 제1 전극 E11과 제4 액정 셀(40)의 제2 전극 E42는 동일한 방향으로 배치되어 있고, 제2 편광 성분 PL2를 X축 방향으로 확산시킬 수 있다. 제1 편광 성분 PL1의 확산에 대해서도 마찬가지이고, 제2 액정 셀(20)의 제2 전극 E22와 제3 액정 셀(30)의 제1 전극 E31은 동일한 방향으로 배치되어 있고 제1 편광 성분 PL1을 Y축 방향으로 확산시킬 수 있고, 제2 액정 셀(20)의 제1 전극 E21과 제3 액정 셀(30)의 제2 전극 E32는 동일한 방향으로 배치되어 있고 제1 편광 성분 PL1을 X축 방향으로 확산시킬 수 있다.
액정 광 제어 소자(102)는, 광 입사측에서, 제1 액정 셀(10), 제2 액정 셀(20), 제3 액정 셀(30), 제4 액정 셀(40)이 이 순서대로 배치되어 있다. 액정 광 제어 소자(102)에 입사하는 광은, 제1 편광 성분 PL1 및 제1 편광 성분 PL1에 직교하는 제2 편광 성분 PL2를 포함한다.
액정 광 제어 소자(102)가 입사광의 편광 상태 및 산란 상태를 제어하기 위해서, 각 액정 셀에 제어 신호가 입력된다. 도 10a는 각 액정 셀의 전극에 인가되는 제어 신호의 파형의 일례를 나타낸다. 각 액정 셀에는, 도 10a에 나타내는 제어 신호 A, 제어 신호 B, 제어 신호 E의 어느 것의 신호가 입력된다. 제어 신호 A, B에 있어서, VL1은 로우 레벨의 전압, VH1은 하이 레벨인 전압을 의미하고 있고, 예를 들어 VL1은 0V 또는 -15V의 전압이고, VH1은(0V에 대하여) 30V 또는 (-15V에 대하여) 15V이다. 제어 신호 A와 제어 신호 B는 동기하고 있고, 제어 신호 A가 VL1의 레벨에 있을 때 제어 신호 B는 VH1의 레벨에 있고, 제어 신호 A가 VH1의 레벨로 변화되면 제어 신호 B는 VL1의 레벨로 변화된다. 제어 신호 A, B의 주기는 15 내지 100Hz 정도이다. 한편, 제어 신호 E는 일정 전압의 신호이고, 예를 들어 제어 신호 E는 VL1과 VH1의 중간 전압이고, VL1=-15V, VH1=+15V의 경우에는 VE=0V가 된다.
이하에, 이러한 제어 신호에 의해, 액정 광 제어 소자(102)에 의해, 사각 배광 패턴, 십자 배광 패턴, 라인 배광 패턴을 형성하는 예를 나타낸다.
(1) 사각 배광 패턴
액정 광 제어 장치(100)는, 액정 광 제어 소자(102)의 각 액정 셀에 인가하는 제어 신호의 선택에 의해, 광원부(106)로부터 방사되는 광의 배광 패턴을 다양하게 제어할 수 있다. 도 9는, 일례로서, 광원부(106)로부터 방사되는 광을 사각 형상의 배광 패턴에 제어하는 경우를 나타낸다.
표 1은, 도 9에 나타내는 액정 광 제어 소자(102)에 있어서, 각 액정 셀에 인가되는 제어 신호를 나타낸다. 또한, 표 1에 나타내는 제어 신호 A, B는, 도 10a에 나타내는 제어 신호에 대응하는 것이다.
Figure pct00001
도 9에 나타내는 예에 있어서, 제1 액정 셀(10)의 제1 띠상 전극 E11A에는 제어 신호 A가 입력되고, 제2 띠상 전극 E11B에는 제어 신호 B가 입력되고, 제3 띠상 전극 E12A에는 제어 신호 A가 입력되고, 제4 띠상 전극 E12B에는 제어 신호 B가 입력된다. 표 1에 나타내는 바와 같이, 제2 액정 셀(20), 제3 액정 셀(30) 및 제4 액정 셀(40)에 대해서도, 제1 액정 셀(10)과 마찬가지로 제어 신호 A, B가 입력된다. 즉, 도 9에 나타내는 예에 있어서는, 각 기판 상에서 교대로 배치되는 모든 전극에 제어 신호 A와 B가 교대로 인가되어, 어느 전극 사이에 있어서도 전계가 발생하고 있다.
도 9에 있어서, 각 기판에 형성되는 배향막에 의해 규정되는 배향 방향은, 도면 중에 화살표로 나타내는 바와 같이, 띠상 전극의 긴 변 방향과 직교하는 방향으로 되어 있다. 액정층은 포지티브형의 액정으로 형성되어 있고, 각 액정 셀에 제어 신호가 입력되지 않은 초기 상태에서는 액정의 장축 방향이 띠상 전극과 교차하는 방향(직교하는 방향)으로 배향하고 있다. 또한, 배향막의 배향 방향은, 본 실시 형태에 있어서는, 띠상 전극의 연장 방향에 대하여 90도의 방향으로 설정되지만, 90도±10도의 방향에 대해서도 설정 가능하다.
액정 광 제어 소자(102)의 동작 시에는, 각 액정 셀의 각 띠상 전극에 표 1에 나타내는 제어 신호가 입력된다. 제1 액정 셀(10), 제2 액정 셀(20), 제3 액정 셀(30) 및 제4 액정 셀(40)에 대하여, 표 1에 나타내는 제어 신호가 입력되면, 각 액정 셀은 도 7a 및 도 7b에 나타내는 바와 같이 액정 분자가 횡전계의 영향을 받아 배향 상태가 변화된다. 도 9에 삽입된 표는, 각 액정 셀에 제1 편광 성분 PL1 및 제2 편광 성분 PL2를 포함하는 광이 통과할 때, 각각의 편광 성분이 어떻게 변화되는 것인지를 나타낸다. 또한, 이하의 설명에 있어서, 제1 편광 방향과 동일한 방향을 Y축 방향, 제2 편광 방향과 동일한 방향을 X축 방향으로 한다.
도 9에 있어서 제1 편광 성분 PL1에 착안하면, 제1 액정 셀(10)에 입사하는 제1 편광 성분 PL1의 편광 방향은, 제1 액정층 LC1의 제1 기판 S11측의 액정 분자의 장축 방향에 대하여 교차하는 방향(직교하는 방향)에 있다. 이 때문에, 제1 기판 S11측의 액정 분자가 제1 전극 E11에 의해 발생하는 전계에 의해 굴절률 분포를 변화시키고 있지만, 제1 편광 성분 PL1은 확산되지 않고 그대로 제2 기판 S12측을 향한다. 또한, 당해 제1 편광 성분 PL1은, 제1 액정층 LC1을 제1 기판 S11측으로부터 제2 기판 S12측을 향하는 과정에서 액정 분자의 비틀림 배향을 따라서 90도 선광된다. 이에 의해, 제1 편광 성분 PL1은 제2 편광 성분 PL2로 천이한다. 또한, 제2 편광 성분 PL2의 편광 방향은 제2 기판 S12측의 액정 분자의 장축 방향과 교차하는 방향에 있다. 이 때문에, 제2 기판 S12측의 액정 분자가 제2 전극 E12에 의해 발생하는 전계에 의해 굴절률 분포를 변화시키고 있지만, 제2 편광 성분 PL2는 그 영향을 받지 않고, 그대로 투과한다. 즉, 제1 편광 성분 PL1은, 제1 액정 셀(10)을 통과하는 과정에서 제2 편광 성분 PL2로 천이하는 한편, 확산 등은 되지 않고 제2 기판 S12측으로부터 출사된다.
그리고, 당해 제2 편광 성분 PL2가 제2 액정 셀(20)에 입사한다. 당해 제2 편광 성분 PL2는, 그 편광 방향이 제2 액정층 LC2의 제1 기판 S21측의 액정 분자의 장축 방향과 평행한 방향에 있다. 여기서, 제1 기판 S21측의 액정 분자는 제1 전극 E21에 의해 발생하는 전계에 의해 굴절률 분포를 변화시키고 있기 때문에, 당해 제2 편광 성분 PL2는 X축 방향으로 확산된다. 또한, 이 확산된 제2 편광 성분 PL2는 제2 액정층 LC2를 제1 기판 S21측으로부터 제2 기판 S22측을 향하는 과정에서 액정 분자의 비틀림 배향을 따라서 90도 선광된다. 이에 의해, 제2 편광 성분 PL2는 다시 제1 편광 성분 PL1로 천이한다. 또한, 당해 제1 편광 성분 PL1의 편광 방향은 제2 기판 S22측의 액정 분자의 장축 방향과 평행하다. 여기서, 제2 기판 S22측의 액정 분자는 제2 전극 E22에 의해 발생하는 전계에 의해 굴절률 분포를 변화시키고 있기 때문에, 제1 편광 성분은 또한 당해 액정 분자의 굴절률 분포 영향을 받아 Y축 방향으로 확산되고, 그 후 출사된다. 즉, 제2 액정 셀(20)에 입사한 제2 편광 성분 PL2는, 당해 제2 액정 셀(20)을 통과하는 과정에서 제1 편광 성분 PL1로 천이하면서, X축 방향 및 Y축 방향으로 확산된다.
이와 같이, 입사광 중, 제1 편광 성분 PL1은 제1 액정 셀(10)에 입사하고 제2 액정 셀(20)로부터 출사될 때까지, 제2 편광 성분 PL2로 한번 천이하고 나서 다시 제1 편광 성분 PL1로 천이하고, 또한, 제2 액정 셀(20)에서 X축 방향 및 Y축 방향으로 각각 1회씩 확산된다.
제3 액정 셀(30)은, 제1 전극 E31의 긴 변 방향이, 제1 액정 셀(10)의 제1 전극 E11 및 제2 액정 셀(20)의 제1 전극 E21과 90도의 각도로 교차하고, 제2 전극 E32의 긴 변 방향이, 제1 액정 셀(10)의 제2 전극 E12 및 제2 액정 셀(20)의 제2 전극 E22와 90도의 각도로 교차하고 있다. 또한, 제4 액정 셀(40)도 마찬가지로, 제1 전극 E41의 긴 변 방향이 제1 액정 셀(10)의 제1 전극 E11 및 제2 액정 셀(20)의 제1 전극 E21과 90도의 각도로 교차하고, 제2 전극 E42의 긴 변 방향이 제1 액정 셀(10)의 제2 전극 E12 및 제2 액정 셀(20)의 제2 전극 E22와 90도의 각도로 교차하고 있다. 따라서, 이들 제3 액정 셀과 제4 액정 셀에 있어서는, 각 편광 성분에 대하여 제1 액정 셀(10) 및 제2 액정 셀(20)에서 발생한 현상이 역전한다. 또한, 당해 교차 각도는 상술한 바와 같이 90±10도의 범위에서 설정 가능하다.
즉, 제2 액정 셀(20)을 통과하여 X축 방향 및 Y축 방향으로 각각 1회 확산된 제1 편광 성분 PL1이 제3 액정 셀(30)에 입사하면, 당해 제1 편광 성분 PL1은, 그 편광 방향이 제3 액정층 LC3의 제1 기판 S31측의 액정 분자의 장축 방향과 평행한 방향이 된다. 여기서, 제1 기판 S31측의 액정 분자는 제1 전극 E31에 의해 발생하는 전계에 의해 굴절률 분포를 변화시키고 있기 때문에, 당해 제1 편광 성분 PL1은 X축 방향으로 확산된다. 또한, 이 확산된 제1 편광 성분 PL1은 제3 액정층 LC3을 제1 기판 S31측으로부터 제2 기판 S32측을 향하는 과정에서 액정 분자의 비틀림 배향을 따라서 90도 선광된다. 이에 의해, 제1 편광 성분 PL1은 다시 제2 편광 성분 PL2로 천이한다. 또한, 당해 제2 편광 성분 PL2의 편광 방향은 제2 기판 S32측의 액정 분자의 장축 방향과 평행하다. 여기서, 제2 기판 S32측의 액정 분자는 제2 전극 E32에 의해 발생하는 전계에 의해 굴절률 분포를 변화시키고 있기 때문에, 제2 편광 성분 PL2는 또한 당해 액정 분자의 굴절률 분포 영향을 받아 Y축 방향으로 확산되고, 그 후 출사된다. 즉, 제3 액정 셀(30)에 입사한 제1 편광 성분 PL1은, 당해 제3 액정 셀(30)을 통과하는 과정에서 제2 편광 성분 PL2로 천이하면서, 다시 X축 방향 및 Y축 방향으로 확산된다.
제3 액정 셀(30)로부터 출사되어, 제4 액정 셀(40)에 입사한 제2 편광 성분 PL2의 편광 방향은, 제4 액정층 LC4의 제1 기판 S41측의 액정 분자의 장축 방향에 대하여 교차하는 방향에 있다. 이 때문에, 제1 기판 S41측의 액정 분자가 제1 전극 E41에 의해 발생하는 전계에 의해 굴절률 분포를 변화시키고 있지만, 제2 편광 성분 PL2는 확산되지 않고 그대로 제2 기판 S42측을 향한다. 또한, 당해 제2 편광 성분 PL2는, 제4 액정층 LC4를 제1 기판 S41측으로부터 제2 기판 S42측을 향하는 과정에서 액정 분자의 비틀림 배향을 따라서 90도 선광된다. 이에 의해, 제2 편광 성분 PL2는 제1 편광 성분 PL1로 천이한다. 또한, 제1 편광 성분 PL1의 편광 방향은 제2 기판 S42측의 액정 분자의 장축 방향과 교차하는 방향에 있다. 이 때문에, 제2 기판 S42측의 액정 분자가 제2 전극 E12에 의해 발생하는 전계에 의해 굴절률 분포를 변화시키고 있지만, 제1 편광 성분 PL1은 그 영향을 받지 않고, 그대로 투과한다. 즉, 제2 편광 성분 PL2는, 제4 액정 셀(40)을 통과하는 과정에서 제1 편광 성분 PL1로 천이하는 한편, 확산 등은 되지 않고 제4 액정 셀(40)을 투과한다.
이와 같이, 제3 액정 셀(30)에 입사하는 제1 편광 성분 PL1은, 제4 액정 셀(40)로부터 출사될 때까지, 제2 편광 성분 PL2로 한번 천이하고 나서 다시 제1 편광 성분 PL1로 천이하고, 또한, 제3 액정 셀(30)에서 X축 방향 및 Y축 방향으로 각각 1회씩 확산된다.
따라서, 광원으로부터 출사되는 제1 편광 성분 PL1은, 제1 액정 셀(10)에 입사하여 제4 액정 셀(40)로부터 출사될 때까지 동안에, X축 방향으로 2회 및 Y축 방향으로 2회 확산된다.
또한, 도 9 중, 「투과」란, 편광 성분이 확산이나 선광 등 되는 일 없이 그대로 통과하는 것을 나타낸다. 또한, 「선광」이란, 편광 성분이 그 편광 방향을 90도 천이시킨 것을 나타낸다. 또한, 「확산」이란, 당해 편광 성분이 액정 분자의 굴절률 분포 영향을 받아 확산하고 있는 것을 나타낸다. 따라서, 도표 중, 예를 들어 제1 전극에서 「투과」라고 하는 것은, 액정층의 제1 전극 근방에서 상기 「투과」의 현상이 발생하고 있는 것을 나타낸다. 또한, 액정층에서 「선광」이라고 하는 것은, 편광 성분이 액정층을 제1 기판측으로부터 제2 기판측을 향하는 과정에서 편광 방향을 90도 천이시키고 있는 것을 나타낸다. 도 12 내지 도 14에 대해서도 마찬가지이다.
한편, 제2 편광 성분 PL2는, 그 편광 방향이 제1 액정층 LC1의 제1 기판 S11측의 액정 분자의 장축 방향에 대하여 평행한 방향이다. 이 때문에, 제1 전극 E11에 의해 발생하는 전계에 의해 제1 기판 S11측의 액정 분자가 굴절률 분포를 갖고, 이 작용을 받아서 제2 편광 성분 PL2는 확산된다. 그리고, 제2 편광 성분 PL2는, 제1 액정층 LC1을 제1 기판 S11측으로부터 제2 기판 S12측을 향하는 과정에서 액정 분자의 비틀림 배향을 따라서 90도 선광된다. 이에 의해, 제2 편광 성분 PL2는 제1 편광 성분 PL1로 천이한다. 또한, 제1 편광 성분 PL1의 편광 방향은 제2 기판 S12측의 액정 분자의 장축 방향과 평행한 방향에 있다. 제2 기판 S12측의 액정 분자가 제2 전극 E12에 의해 발생하는 전계에 의해 굴절률 분포를 변화시키고 있으므로, 제1 액정층 LC1에 의해 천이된 제1 편광 성분 PL1은, 제2 기판 S12측의 액정 분자에 의해 형성되는 굴절률 분포에 의해 Y축 방향으로 확산된다. 즉, 제1 액정 셀(10)에 입사한 제2 편광 성분 PL2는, 제1 액정 셀(10)을 통과하는 과정에서 제1 편광 성분 PL1로 천이하면서, X축 방향 및 Y축 방향으로 확산된다.
그리고, 제1 액정 셀(10)의 제2 기판 S12측으로부터 출사된 제1 편광 성분 PL1은, 제2 액정 셀(20)에 입사한다. 제2 액정 셀(20)에 입사하는 제1 편광 성분 PL1의 편광 방향은, 제2 액정층 LC2의 제1 기판 S21측의 액정 분자의 장축 방향에 대하여 교차하는 방향(직교하는 방향)에 있다. 이 때문에, 제1 기판 S21측의 액정 분자가 제1 전극 E21에 의해 발생하는 전계에 의해 굴절률 분포를 변화시키고 있지만, 제1 편광 성분 PL1은 확산되지 않고 그대로 제2 기판 S22측을 향한다. 또한, 당해 제1 편광 성분 PL1은, 제2 액정층 LC2를 제1 기판 S21측으로부터 제2 기판 S22측을 향하는 과정에서 액정 분자의 비틀림 배향을 따라서 90도 선광된다. 이에 의해, 제1 편광 성분 PL1은 제2 편광 성분 PL2로 천이한다. 또한, 제2 편광 성분 PL2의 편광 방향은 제2 기판 S22측의 액정 분자의 장축 방향과 교차하는 방향에 있다. 이 때문에, 제2 기판 S22측의 액정 분자가 제2 전극 E22에 의해 발생하는 전계에 의해 굴절률 분포를 변화시키고 있지만, 제2 편광 성분 PL2는 그 영향을 받지 않고, 그대로 투과한다. 즉, 제2 액정 셀(20)에 입사한 제1 편광 성분 PL1은, 제2 액정 셀(20)을 통과하는 과정에서 제2 편광 성분 PL2로 천이하지만, 확산되지 않고 투과한다.
제1 액정 셀(10) 및 제2 액정 셀(20)에서 각각 90도 선광되고, 또한 제1 액정 셀(10)에서 X축 방향 및 Y축 방향으로 각각 1회 확산된 제2 편광 성분 PL2가 제3 액정 셀(30)에 입사한다. 제3 액정 셀(30)에 입사하는 제2 편광 성분 PL2의 편광 방향은, 제3 액정층 LC3의 제1 기판 S31측의 액정 분자의 장축 방향에 대하여 교차하는 방향(직교하는 방향)에 있다. 이 때문에, 제1 기판 S31측의 액정 분자가 제1 전극 E31에 의해 발생하는 전계에 의해 굴절률 분포를 변화시키고 있지만, 제2 편광 성분PL2는 확산되지 않고 그대로 제2 기판 S32측을 향한다. 또한, 당해 제2 편광 성분 PL2는, 제3 액정층 LC3을 제1 기판 S31측으로부터 제2 기판 S32측을 향하는 과정에서 액정 분자의 비틀림 배향을 따라서 90도 선광된다. 이에 의해, 제2 편광 성분 PL2는 제1 편광 성분 PL1로 천이한다. 또한, 제1 편광 성분 PL1의 편광 방향은 제2 기판 S32측의 액정 분자의 장축 방향과 교차하는 방향에 있다. 이 때문에, 제2 기판 S32측의 액정 분자가 제2 전극 E32에 의해 발생하는 전계에 의해 굴절률 분포를 변화시키고 있지만, 제1 편광 성분 PL1은 그 영향을 받지 않고, 그대로 투과한다. 즉, 제3 액정 셀(30)에 입사한 제2 편광 성분 PL2는, 제3 액정 셀(30)을 통과하는 과정에서 제1 편광 성분 PL1로 천이하지만, 확산되지 않고 투과한다.
제3 액정 셀(30)을 통과하고, X축 방향 및 Y축 방향으로 각각 1회 확산되어, 제1 액정 셀(10), 제2 액정 셀(20), 제3 액정 셀(30)에서 각각 90도 선광된 제1 편광 성분 PL1이 제4 액정 셀(40)에 입사하면, 당해 제1 편광 성분 PL1은, 그 편광 방향이 제4 액정층 LC4의 제1 기판 S41측의 액정 분자의 장축 방향과 평행한 방향으로 되어 있다. 제4 액정 셀(40)의 제1 기판 S41측의 액정 분자는 제1 전극 E41에 의해 발생하는 전계에 의해 굴절률 분포를 변화시키고 있기 때문에, 당해 제1 편광 성분 PL1은 X축 방향으로 확산된다. 또한, 이 확산된 제1 편광 성분 PL1은 제4 액정층 LC4를 제1 기판 S41측으로부터 제2 기판 S42측을 향하는 과정에서 액정 분자의 비틀림 배향을 따라서 90도 선광된다. 이에 의해, 제1 편광 성분 PL1은 다시 제2 편광 성분 PL2로 천이한다. 이 제2 편광 성분 PL2의 편광 방향은 제2 기판 S42측의 액정 분자의 장축 방향과 평행하다. 여기서, 제2 기판 S42측의 액정 분자는 제2 전극 E42에 의해 발생하는 전계에 의해 굴절률 분포를 변화시키고 있기 때문에, 이 제2 편광 성분 PL2는 또한 당해 액정 분자의 굴절률 분포 영향을 받아 Y축 방향으로 확산되어서 제2 기판 S42측으로부터 출사된다.
이와 같이, 제3 액정 셀(30)에 입사하는 제2 편광 성분 PL2는, 제4 액정 셀(40)로부터 출사될 때까지, 제1 편광 성분 PL1로 한번 천이하고 나서 다시 제2 편광 성분 PL2로 천이하고, 또한, 제4 액정 셀(40)에서 X축 방향 및 Y축 방향에 각각 1회씩 확산된다.
따라서, 광원으로부터 출사되는 제2 편광 성분 PL2는, 제1 액정 셀(10)에 입사하여 제4 액정 셀(40)로부터 출사될 때까지 동안에, X축 방향으로 2회 및 Y축 방향으로 2회 확산된다.
또한, 도 9의 표 중에 나타낸다(확산광 1X)란, 당해 위치에 이르기까지 편광 성분이 X축 방향으로 1도 확산한 것을 나타내고, (확산광 1X1Y)란, 당해 위치에 이르기까지 편광 성분이 X축 방향으로 1도 확산하고, 또한, Y축 방향으로도 1도 확산한 것을 나타낸다. 기타도 마찬가지이다.
도 11a 및 도 11b는, 액정 광 제어 소자의 색도 각도 의존성을 나타내는 그래프이다. 도 11a는, 색도 좌표 중, x 좌표의 값의 각도 의존성을 나타내고, 도 11b는, y 좌표의 각도 의존성을 나타낸다. 도 11a 및 도 11b는, 본 실시 형태에 관한 액정 광 제어 소자(102)와 같이, 4매의 액정 셀을 사용하고, 3매째와 4매째의 액정 셀을 90도 회전시킨 소자 (A)의 색도의 각도 의존성을 나타낸다. 또한, 각 그래프에는, 참고예로서, 2개의 액정 셀로 구성된 소자 (B)의 특성을 나타낸다.
도 11a 및 도 11b에 나타내는 바와 같이, 참고예에 있어서, 액정 셀이 2매 구성의 소자 (B)의 특성, x 좌표 및 y 좌표의 값이 각도의 변화와 함께 크게 변화되고 있고, 색도의 각도 의존성이 크게 나타나 있는 것을 알 수 있다. 이에 비해 액정 셀을 4매 구성으로 하고, 본 실시 형태에 있어서의 액정 광 제어 소자(102)와 같이, 3매째와 4매째의 액정 셀을 90도 회전시킨 소자 (A)는, 색도의 각도 의존성이 더욱 개선되고 있는 것이 나타나 있다. 즉, 본 실시 형태에 관한 액정 광 제어 소자(102)의 구성에 의하면, 색 갈라짐을 억제할 수 있다.
이와 같이, 다른 액정 셀에 설치되고, 또한 액정층을 끼워서 광 입사측에 배치되는 전극과, 광 입사측과는 반대측에 배치되는 전극에 의해, 하나의 편광 성분을 적어도 2회 동일 방향으로 확산시킴으로써, 색 갈라짐을 방지할 수 있다.
이러한 관점에 기초하면, 사각 형상의 배광 패턴을 형성할 때에, 모든 액정 셀의 전극에 동일 전압 레벨의 제어 신호를 입력하지 않아도 되고, 제2 편광 성분 PL2를 Y축 방향으로 확산시키는 제1 액정 셀(10)의 제2 전극 E12와 제4 액정 셀(40)의 제1 전극 E41의 조, 제2 편광 성분 PL2를 X축 방향으로 확산시키는 제1 액정 셀(10)의 제1 전극 E11과 제4 액정 셀(40)의 제2 전극 E42의 조, 제1 편광 성분 PL1을 Y축 방향으로 확산시키는 제2 액정 셀(20)의 제2 전극 E22와 제3 액정 셀(30)의 제1 전극 E31의 조, 제1 편광 성분 PL1을 X축 방향으로 확산시키는 제2 액정 셀(20)의 제1 전극 E21과 제3 액정 셀(30)의 제2 전극 E32의 조의 각 조 단위에서 제어 신호를 다르게 하는 것도 가능하다.
표 2는, 상기의 각 조 단위로 제어 신호의 전압 레벨을 동일하게 하고, 하나의 액정 셀의 제1 전극과 제2 전극에 대하여 다른 전압 레벨의 제어 신호를 입력하는 경우의 일례를 나타낸다. 또한, 표 2의 제어 신호 A, B, C, D, E는, 도 10b에 나타내는 제어 신호에 대응하고 있다. 또한, 도 10b에 있어서, 제어 신호 A, B, C, D, E의 전압 레벨은, VH1>VH2>VE>VL2>VL1의 관계를 갖는다. 예를 들어, VL1=-15V 및 VH1=15V인 경우, VL2=-12V 및 VH2=12V의 전압을 설정할 수 있다.
Figure pct00002
표 2에 나타내는 제어 신호의 조합에 의하면, 각 편광 성분의 Y축 방향 및 X축 방향으로 확산되는 크기를 다르게 할 수 있으므로, 사각 형상의 배광 패턴에 베리에이션을 갖게 할 수 있다. 예를 들어, 제어 신호 A, B, C, D의 전압 레벨을 조절함으로써, 정사각 형상의 배광 패턴, 직사각 형상의 배광 패턴을 형성할 수 있다.
이러한 액정 셀의 배치를 갖는 액정 광 제어 소자(102)의 각 액정 셀에, 표 1에 나타내는 바와 같이 동일한 패턴의 제어 신호를 인가하면, 상기한 바와 같이 제1 편광 성분 PL1 및 제2 편광 성분 PL2가, X축 방향 및 Y축 방향으로 균등하게 확산되므로, 사각 형상의 배광 패턴을 형성할 수 있다. 또한, 후술되는 바와 같이, 배광 패턴에 있어서 색 갈라짐을 방지할 수 있다.
(2) 십자 배광 패턴
도 12는, 광원부(106)로부터 방사되는 광을 십자 형상의 배광 패턴으로 제어하는 일례를 나타낸다. 도 12에 나타내는 액정 광 제어 소자(102)의 각 액정 셀의 배치는, 도 9와 동일하다.
표 3은, 도 12에 나타내는 액정 광 제어 소자(102)에 있어서, 각 액정 셀에 인가되는 제어 신호를 나타낸다. 또한, 표 3에 나타내는 제어 신호 A, B, C는, 도 10a에 나타내는 제어 신호에 대응하는 것이다.
Figure pct00003
표 3에 나타내는 바와 같이, 십자 형상의 배광 패턴을 형성하는 경우에는, 제1 액정 셀(10)의 제1 전극 E11, 제2 액정 셀(20)의 제2 전극 E22, 제3 액정 셀(30)의 제1 전극 E31, 제4 액정 셀(40)의 제2 전극 E42에, 횡전계를 발생시키는 제어 신호를 입력하고, 제1 액정 셀(10)의 제2 전극 E12, 제2 액정 셀(20)의 제1 전극 E21, 제3 액정 셀(30)의 제2 전극 E32, 제4 액정 셀(40)의 제1 전극 E41에는 일정 전압의 제어 신호 E를 입력하여 횡전계가 발생하지 않는 상태로 제어하고 있다. 또한, 도표 중 「투과」 「확산」 「선광」이라고 하는 것은, 기본적으로는 도 9의 설명에서 언급되고 있는 「투과」 「확산」 「선광」에 대응한다. 또한, 도 12의 구동에 있어서는, 동일한 기판 상에 위치하는 전극에 동전위를 부여하는 구성이 존재하지만, 당해 동전위를 부여하고 있는 상태에서는 전극 사이에 전위가 발생하지 않고, 액정층에 전계가 발생하지 않는다. 따라서, 당해 기판측에 위치하는 액정 분자는 배향 상태를 초기 배향으로부터 변경시키지 않는다. 이 때문에, 이러한 무전해 상태에서 액정층을 통과하는 편광 성분은 확산되지 않고 통과하게 된다. 이 경우도 「투과」에 포함된다.
도 12에 있어서, 먼저, 제1 편광 성분 PL1에 착안한다. 제1 액정 셀(10)에 입사하는 제1 편광 성분 PL1의 편광 방향은, 제1 액정층 LC1의 제1 기판 S11측의 액정 분자의 장축 방향에 대하여 교차하는 방향에 있고, 또한, 제1 기판 S11측의 제1 전극 E11은 전계를 형성하고 있다(도 12에 있어서, 전계를 형성하고 있는 전극을 해칭으로 나타낸다. 이하, 도 13 및 도 14에 있어서도 동일함). 이러한 조건 하에서는, 제1 편광 성분 PL1은 확산되지 않고 제1 기판 S11측의 제1 액정층 LC1을 투과한다. 또한, 제1 편광 성분 PL1은, 제1 액정층 LC1을 통과하는 과정에서 90도 선광되어, 제2 편광 성분 PL2로 천이한다. 또한, 제2 편광 성분 PL2의 편광 방향은, 제2 기판 S12측의 액정 분자의 장축 방향에 대하여 교차하는 방향에 있고, 또한, 제2 기판 S12측의 제2 전극 E12는 전계를 형성하고 있지 않다(도 12에 있어서, 전계를 형성하고 있지 않은 전극을 백색 제거로 나타낸다. 이하, 도 13 및 도 14에 있어서도 동일함). 이러한 조건 하에서는, 제2 편광 성분 PL2는 확산되지 않고 제2 기판 S12측의 제1 액정층 LC1을 투과하고, 제2 액정 셀(20)에 출사된다.
제2 액정 셀(20)에 입사하는 제2 편광 성분 PL2의 편광 방향은, 제2 액정층 LC2의 제1 기판 S21측의 액정 분자의 장축 방향에 평행한 방향에 있고, 또한, 제1 기판 S21측의 제1 전극 E21은 전계를 형성하고 있지 않다. 이러한 조건 하에서는, 제2 편광 성분 PL2는 확산되지 않고 제1 기판 S21측의 제2 액정층 LC2를 투과한다. 또한, 제2 편광 성분 PL2는, 제2 액정층 LC2를 통과하는 과정에서 90도 선광되어, 다시 제1 편광 성분 PL1로 천이한다. 또한, 제1 편광 성분 PL1의 편광 방향은, 제2 기판 S22측의 액정 분자의 장축 방향에 평행한 방향에 있고, 또한, 제2 기판 S22측의 제2 전극 E22는 전계를 형성하고 있다. 이러한 조건 하에서는, 제1 편광 성분 PL1은 Y축 방향으로 확산되고, 그 후, 제3 액정 셀(30)에 출사된다.
제3 액정 셀(30)에 입사하는 제1 편광 성분 PL1의 편광 방향은, 제3 액정층 LC3의 제1 기판 S31측의 액정 분자의 장축 방향에 평행한 방향에 있고, 또한, 제1 기판 S31측의 제1 전극 E31은 전계를 형성하고 있다. 이러한 조건 하에서는, 제1 편광 성분 PL1은 Y축 방향으로 확산하면서, 제2 기판 S32측을 향한다. 또한, 제1 편광 성분 PL1은, 제3 액정층 LC3을 통과하는 과정에서 90도 선광되어, 다시 제2 편광 성분 PL2로 천이한다. 또한, 제2 편광 성분 PL2의 편광 방향은, 제2 기판 S32측의 액정 분자의 장축 방향에 평행한 방향에 있고, 또한, 제2 기판 S32측의 제2 전극 E32는 전계를 형성하고 있지 않다. 이러한 조건 하에서는, 제2 편광 성분 PL2는 확산되지 않고 제2 기판 S32측의 제3 액정층 LC3을 투과하고, 제4 액정 셀(40)에 출사된다.
제4 액정 셀(40)에 입사하는 제2 편광 성분 PL2의 편광 방향은, 제4 액정층 LC4의 제1 기판 S41측의 액정 분자의 장축 방향에 교차하는 방향에 있고, 또한, 제1 기판 S41측의 제1 전극 E41은 전계를 형성하고 있지 않다. 이러한 조건 하에서는, 제2 편광 성분 PL2는 확산되지 않고 제1 기판 S41측의 제4 액정층 LC4를 투과한다. 또한, 제2 편광 성분 PL2는, 제4 액정층 LC4를 통과하는 과정에서 90도 선광되어, 다시 제1 편광 성분 PL1로 천이한다. 또한, 제1 편광 성분 PL1의 편광 방향은, 제2 기판 S42측의 액정 분자의 장축 방향에 교차하는 방향에 있고, 또한, 제2 기판 S42측의 제2 전극 E42는 전계를 형성하고 있다. 이러한 조건 하에서는, 제1 편광 성분 PL1은 확산되지 않고, 제4 액정 셀(40)로부터 출사된다.
이와 같이, 도 12에 도시하는 액정 광 제어 소자(102)를 표 3에 나타내는 전위에서 구동하면, 광원으로부터 방사되는 광의 제1 편광 성분 PL1은, 제1 액정 셀(10)로부터 제4 액정 셀(40)을 통과하는 과정에서 4회에 걸쳐서 선광하고, Y축 방향으로 2번 확산된다.
이어서, 도 12에 있어서, 제2 편광 성분 PL2에 착안한다. 제1 액정 셀(10)에 입사하는 제2 편광 성분 PL2의 편광 방향은, 제1 액정층 LC1의 제1 기판 S11측의 액정 분자의 장축 방향에 대하여 평행한 방향에 있고, 또한, 제1 기판 S11측의 제1 전극 E11은 전계를 형성하고 있다. 이러한 조건 하에서는, 제2 편광 성분 PL2는 X축 방향으로 확산되고, 제1 기판측의 제1 액정층 LC1을 통과한다. 또한, 제2 편광 성분 PL2는, 제1 액정층 LC1을 통과하는 과정에서 90도 선광되어, 제1 편광 성분 PL1로 천이한다. 또한, 제1 편광 성분 PL1의 편광 방향은, 제2 기판 S12측의 액정 분자의 장축 방향에 대하여 평행한 방향에 있고, 또한, 제2 기판 S12측의 제2 전극 E12는 전계를 형성하고 있지 않다. 이러한 조건 하에서는, 제1 편광 성분 PL1은 확산되지 않고 제2 기판 S12측의 제1 액정층 PC1을 투과하고, 제2 액정 셀(20)에 출사된다.
제2 액정 셀(20)에 입사하는 제1 편광 성분 PL1의 편광 방향은, 제2 액정층 LC2의 제1 기판 S21측의 액정 분자의 장축 방향에 교차하는 방향에 있고, 또한, 제1 기판 S21측의 제1 전극 E21은 전계를 형성하고 있지 않다. 이러한 조건 하에서는, 제1 편광 성분 PL1은 확산되지 않고 제1 기판 S21측의 제2 액정층 LC2를 투과한다. 또한, 제1 편광 성분 PL1은, 제2 액정층 LC2를 통과하는 과정에서 90도 선광되어, 다시 제2 편광 성분 PL2가 된다. 또한, 제2 편광 성분 PL2의 편광 방향은, 제2 액정층 LC2의 제2 기판 S22측의 액정 분자의 장축 방향에 평행한 방향에 있고, 또한, 제2 기판 S22측의 제2 전극 E22는 전계를 형성하고 있다. 이러한 조건 하에서는, 제2 편광 성분은 X축 방향으로 확산되고, 그 후, 제3 액정 셀(30)에 출사된다.
제3 액정 셀(30)에 입사하는 제2 편광 성분 PL2의 편광 방향은, 제3 액정층 LC3의 제1 기판 S31측의 액정 분자의 장축 방향에 교차하는 방향에 있고, 또한, 제1 기판 S31측의 제1 전극 E31은 전계를 형성하고 있다. 이러한 조건 하에서는, 제2 편광 성분 PL2는 확산되지 않고 제1 기판측의 제3 액정층 LC3을 투과한다. 또한, 제2 편광 성분 PL2는, 제3 액정층 LC3을 통과하는 과정에서 90도 선광되어, 다시 제1 편광 성분 PL1이 된다. 또한, 제1 편광 성분 PL1의 편광 방향은, 제2 기판 S32측의 액정 분자의 장축 방향에 교차하는 방향에 있고, 또한, 제2 기판 S32측의 제2 전극 E32는 전계를 형성하고 있지 않다. 이러한 조건 하에서는, 제1 편광 성분 PL1은 확산되지 않고 제2 기판 S32측의 제3 액정층 LC3을 투과하고, 제4 액정 셀(40)에 출사된다.
제4 액정 셀(40)에 입사하는 제1 편광 성분 PL1의 편광 방향은, 제4 액정층 LC4의 제1 기판 S41측의 액정 분자의 장축 방향에 평행한 방향에 있고, 또한, 제1 기판 S41측의 제1 전극 E41은 전계를 형성하고 있지 않다. 이러한 조건 하에서는, 제1 편광 성분 PL1은 확산되지 않고 제1 기판 S41측의 제4 액정층 LC4를 투과한다. 또한, 제1 편광 성분 PL1은, 제4 액정층 LC4를 통과하는 과정에서 90도 선광되어, 다시 제2 편광 성분 PL2가 된다. 또한, 제2 편광 성분 PL2의 편광 방향은, 제2 기판 S42측의 액정 분자의 장축 방향에 평행한 방향에 있고, 또한, 제2 기판 S42측의 제2 전극 E42는 전계를 형성하고 있다. 이러한 조건 하에서는, 제2 편광 성분 PL2는 X축 방향으로 확산되고, 그 후, 제4 액정 셀(40)로부터 출사된다.
이와 같이, 도 12에 나타내는 액정 광 제어 소자(102)를 표 3에 나타내는 전위에서 구동하면, 광원으로부터 방사되는 광의 제2 편광 성분 PL2는, 제1 액정 셀(10)로부터 제4 액정 셀(40)을 통과하는 과정에서 4회에 걸쳐서 선광하고, X축 방향으로 2도 확산된다.
이와 같이, 도 12 및 표 3에 나타내는 동작 모드에 의하면, 광원부(106)로부터 방사되는 광이 액정 광 제어 소자(102)를 통과함으로써, 제1 편광 성분 PL1이 Y축 방향으로 2회 확산되고, 제2 편광 성분 PL2가 X축 방향으로 2회 확산된다. 그것에 의하여, 광원부(106)로부터 방사되는 광을 십자 형상의 배광 패턴으로 성형할 수 있다. 또한, 후술되는 바와 같이, 이 배광 패턴에 있어서도, 색 갈라짐을 방지할 수 있다.
또한, 사각 배광의 예와 마찬가지로, 제2 편광 성분 PL2를 Y축 방향으로 확산시키는 제1 액정 셀(10)의 제2 전극 E12와 제4 액정 셀(40)의 제1 전극 E41의 조, 제2 편광 성분 PL2를 X축 방향으로 확산시키는 제1 액정 셀(10)의 제1 전극 E11과 제4 액정 셀(40)의 제2 전극 E42의 조, 제1 편광 성분 PL1을 Y축 방향으로 확산시키는 제2 액정 셀(20)의 제2 전극 E22와 제3 액정 셀(30)의 제1 전극 E31의 조, 제1 편광 성분 PL1을 X축 방향으로 확산시키는 제2 액정 셀(20)의 제1 전극 E21과 제3 액정 셀(30)의 제2 전극 E32의 조에 대응하여, 표 4에 나타내는 제어 신호를 인가해도 십자 형상의 배광 패턴을 형성할 수 있다. 또한, 표 4에 나타내는 제어 신호는, 도 10b에 대응하고 있다.
Figure pct00004
(3) 라인 배광 패턴(X축 방향)
도 13은, 광원부(106)로부터 방사되는 광을 라인상(X축 방향)의 배광 패턴으로 제어하는 일례를 나타낸다. 도 13에 나타내는 액정 광 제어 소자(102)의 각 액정 셀의 배치는, 도 9와 동일하다.
표 5는, 도 13에 나타내는 액정 광 제어 소자(102)에 있어서, 각 액정 셀에 인가되는 제어 신호를 나타낸다. 또한, 표 5에 나타내는 제어 신호 A, B, C는, 도 10a에 나타내는 제어 신호에 대응하는 것이다.
Figure pct00005
표 5에 나타내는 바와 같이, X축 방향으로 신장하는 라인상의 배광 패턴을 형성하는 경우에는, 제1 액정 셀(10)의 제1 전극 E11, 제2 액정 셀(20)의 제1 전극 E21, 제3 액정 셀(30)의 제2 전극 E32, 제4 액정 셀(40)의 제2 전극 E42에 횡전계를 발생시키는 제어 신호를 입력하고, 제1 액정 셀(10)의 제2 전극 E12, 제2 액정 셀(20)의 제1 전극 E21, 제3 액정 셀(30)의 제1 전극 E31, 제4 액정 셀(40)의 제1 전극 E41에는 일정 전압의 제어 신호 E를 입력하여 횡전계가 발생하지 않는 상태로 제어하고 있다.
도 13에 있어서 제1 편광 성분 PL1에 착안하면, 제1 액정 셀(10)에 입사하는 제1 편광 성분 PL1의 편광 방향은, 제1 액정층 LC1의 액정 분자의 장축 방향에 대하여 교차하는 방향(직교하는 방향)에 있으므로, 산란되지 않고 그대로 진입하고, 제1 액정층 LC1에서 90도 선광되어, 제2 편광 성분 PL2가 된다.
제2 액정 셀(20)에 입사한 제2 편광 성분 PL2는, 제1 전극 E21의 전계 작용을 받은 액정 분자에 의해 X축 방향으로 확산되고, 제2 액정층 LC2에서 선광되어 제1 편광 성분 PL1(1X)이 되고 제2 액정 셀(20)을 통과한다. 제3 액정 셀(30)에 입사한 제1 편광 성분 PL1(1X)은 제3 액정층 LC3에서 선광되어, 제2 편광 성분 PL2(1X)가 되고, 또한 제2 전극 E32의 전계 작용을 받은 액정 분자에 의해 X축 방향으로 확산되어, 제3 액정 셀(30)을 통과한 후에는 제2 편광 성분 PL2(2X)가 된다. 제4 액정 셀(40)에 입사한 제2 편광 성분 PL2(2X)는 제4 액정층 LC4에서 선광되어, 제1 편광 성분 PL1(2X)이 되고, 제4 액정 셀(40)로부터 출사된다.
한편, 제2 편광 성분 PL2는, 제1 액정 셀(10)의 제1 전극 E11의 전계 작용을 받은 액정 분자에 의해 X축 방향으로 확산되고, 제1 액정층 LC1에서 선광되어 제1 편광 성분 PL1(1X)이 되고, 제2 액정 셀(20)에 입사한다. X축 방향으로 1회 확산된 제1 편광 성분 PL1(1X)은, 제2 액정 셀(20)의 제2 액정층 LC2에서 선광되어, 제2 편광 성분 PL2(1X)가 되어 제3 액정 셀(30)에 입사한다. 이 제2 편광 성분 PL2(1X)는, 제3 액정 셀(30)의 제3 액정층 LC3에서 선광되어, 제1 편광 성분 PL1(1X)로서 제4 액정 셀(40)에 입사한다. 제1 편광 성분 PL1(1X)은, 제4 액정층 LC4에서 선광되고, 또한 제2 전극 E42의 전계 작용을 받은 액정 분자에 의해 X축 방향으로 다시 확산되어, 제2 편광 성분 PL2(2X)로서 제4 액정 셀(40)로부터 출사된다.
또한, 사각 배광의 예와 마찬가지로, 제2 편광 성분 PL2를 X축 방향으로 확산시키는 제1 액정 셀(10)의 제1 전극 E11과 제4 액정 셀(40)의 제2 전극 E42의 조, 제1 편광 성분 PL1을 X축 방향으로 확산시키는 제2 액정 셀(20)의 제1 전극 E21과 제3 액정 셀(30)의 제2 전극 E32의 조에 대응하여, 표 6에 나타내는 제어 신호를 인가해도 X축 방향으로 신장하는 라인상의 배광 패턴을 형성할 수 있다. 또한, 표 6에 나타내는 제어 신호는, 도 10b에 대응하고 있다.
Figure pct00006
이와 같이, 도 13 및 표 5, 표 6에 나타내는 동작 모드에 의하면, 광원부(106)로부터 방사되는 광이 액정 광 제어 소자(102)를 통과함으로써, 제1 편광 성분 PL1이 X축 방향으로 2회 확산되고, 제2 편광 성분 PL2가 X축 방향으로 2회 확산된다. 그것에 의하여, 광원부(106)로부터 방사되는 광을 X축 방향으로 신장하는 라인상의 배광 패턴으로 성형할 수 있다. 또한, 후술되는 바와 같이, 이 배광 패턴에 있어서도, 색 갈라짐을 방지할 수 있다.
(4) 라인 배광 패턴(Y축 방향)
도 14는, 광원부(106)로부터 방사되는 광을 라인상(Y축 방향)의 배광 패턴으로 제어하는 일례를 나타낸다. 도 14에 나타내는 액정 광 제어 소자(102)의 각 액정 셀의 배치는, 도 9와 동일하다.
표 7은, 도 14에 나타내는 액정 광 제어 소자(102)에 있어서, 각 액정 셀에 인가되는 제어 신호를 나타낸다. 또한, 표 7에 나타내는 제어 신호 A, B, E는, 도 10a에 나타내는 제어 신호에 대응하는 것이다.
Figure pct00007
표 7에 나타내는 바와 같이, Y축 방향으로 신장하는 라인상의 배광 패턴을 형성하는 경우에는, 제1 액정 셀(10)의 제1 전극 E11, 제2 액정 셀(20)의 제1 전극 E21, 제3 액정 셀(30)의 제2 전극 E32, 제4 액정 셀(40)의 제2 전극 E42에 일정 전압의 제어 신호 E를 입력하여 횡전계가 발생하지 않도록 제어하고, 제1 액정 셀(10)의 제2 전극 E12, 제2 액정 셀(20)의 제1 전극 E22, 제3 액정 셀(30)의 제1 전극 E31, 제4 액정 셀(40)의 제1 전극 E41에 횡전계를 발생시키는 제어 신호 A, B를 입력한다.
도 14에 있어서 제1 편광 성분 PL1에 착안하면, 제1 액정 셀(10)에 입사하는 제1 편광 성분 PL1의 편광 방향은, 제1 액정층 LC1의 액정 분자의 장축 방향에 대하여 교차하는 방향(직교하는 방향)에 있어서, 산란되지 않고 그대로 진입하고, 제1 액정층 LC1에서 90도 선광되어, 제2 편광 성분 PL2가 된다.
제2 액정 셀(20)에 입사한 제2 편광 성분 PL2는, 제2 액정층 LC2에서 선광되어, 제2 전극 E22의 전계 작용을 받은 액정 분자에 의해 Y축 방향으로 확산되고, 제1 편광 성분 PL1(1Y)이 된다. 제3 액정 셀(30)에 입사한 제1 편광 성분 PL1(1Y)은, 제1 전극 E31의 전계 작용을 받은 액정 분자에 의해 Y축 방향으로 확산되고, 제3 액정층 LC3에서 선광되어 제2 편광 성분 PL2(2Y)가 된다. 제4 액정 셀(40)에 입사한 제2 편광 성분 PL2(2Y)는 제4 액정층 LC4에서 선광되어, 제1 편광 성분 PL1(2Y)이 되고, 제4 액정 셀(40)로부터 출사된다.
한편, 제2 편광 성분 PL2는, 제1 액정층 LC1에서 선광되어, 제2 전극 E12의 전계 작용을 받은 액정 분자에 의해 Y축 방향으로 확산되고, 제1 편광 성분 PL1(1Y)이 된다. 제2 액정 셀(20)에 입사한 제1 편광 성분 PL1(1Y)은, 제2 액정층 LC2에서 선광되어, 제2 편광 성분 PL2(1Y)가 된다. 제2 편광 성분 PL2(1Y)는, 제3 액정 셀(30)에 입사하여 제3 액정층 LC3에서 선광되어, 제1 편광 성분 PL1(1Y)이 되어 제4 액정 셀(40)에 입사한다. 제1 편광 성분 PL1(1Y)은 제1 전극 E41의 전계 작용을 받은 액정 분자에 의해 Y축 방향으로 확산되어, 제4 액정층 LC4에서 선광되어서, 제2 편광 성분 LC2(2Y)로서 출사된다.
또한, 사각 배광의 예와 마찬가지로, 제2 편광 성분 PL2를 Y축 방향으로 확산시키는 제1 액정 셀(10)의 제2 전극 E12와 제4 액정 셀(40)의 제1 전극 E41의 조, 제1 편광 성분 PL1을 Y축 방향으로 확산시키는 제2 액정 셀(20)의 제2 전극 E22와 제3 액정 셀(30)의 제1 전극 E31의 조에 대응하여, 표 8에 나타내는 제어 신호를 인가해도 Y축 방향으로 신장하는 라인상의 배광 패턴을 형성할 수 있다. 또한, 표 8에 나타내는 제어 신호는, 도 10b에 대응하고 있다.
Figure pct00008
이와 같이, 도 14 및 표 7, 표 8에 나타내는 동작 모드에 의하면, 광원부(106)로부터 방사되는 광이 액정 광 제어 소자(102)를 통과함으로써, 제1 편광 성분 PL1이 Y축 방향으로 2회 확산되고, 제2 편광 성분 PL2가 Y축 방향으로 2회 확산된다. 그것에 의하여, 광원부(106)로부터 방사되는 광을 Y축 방향으로 신장하는 라인상의 배광 패턴으로 성형할 수 있다. 또한, 후술되는 바와 같이, 이 배광 패턴에 있어서도, 색 갈라짐을 방지할 수 있다.
본 실시 형태에 관한 액정 광 제어 소자(102)는 복수의 액정 셀을 포함하고, 적어도 하나의 액정 셀과, 그 적어도 하나의 액정 셀에 인접하는(중첩되는) 다른 하나의 액정 셀이 90도 회전한 상태에서 겹쳐진 구조를 가짐으로써, 배광 패턴에 색 갈라짐이 발생하는 것을 방지하고 있다. 이렇게 액정 셀을 90도 회전시키는 것의 효과는, 프리틸트의 방향 등의 액정의 비대칭성이 기인하고 있다고 생각된다. 따라서, 액정의 비대칭성을 무너뜨리도록 각 액정 셀을 배치하면 된다. 보다 구체적으로는, 도 14에 도시하는 바와 같이, 제1 액정 셀(10)의 제1 기판 S11측의 배향 방향이 +x 방향을 향하고 있는 한편, 제4 액정 셀(40)의 제2 기판 S42측의 배향 방향이 -x 방향을 향하고 있다. 또한, 다른 조합, 예를 들어 제1 액정 셀(10)의 제2 기판 S12측의 배향 방향과 제4 액정 셀(40)의 제1 기판 S41측의 배향 방향을 y 방향으로 하면서 서로 대향하는 구조도 채용 가능하다. 마찬가지로, 제2 액정 셀(20)의 제1 기판 S21측과 제3 액정 셀(30)의 제2 기판 S32측의 배향 방향을 x 방향으로 하면서 서로 마주보게 하고, 또한, 제2 액정 셀(20)의 제2 기판 S22측과 제3 액정 셀(30)의 제1 기판 S31측의 배향 방향을 y 방향으로 하면서 서로 마주보게 하는 구성도 채용 가능하다.
도 15a 및 도 15b, 도 16a 및 도 16b는, 액정 광 제어 소자(102)의 액정 셀의 배치의 예를 나타낸다. 도 15a는, 제1 액정 셀(10) 및 제2 액정 셀(20)을 하나의 조로 하고, 제3 액정 셀(30) 및 제4 액정 셀(40)을 하나의 조로 한 경우, 한쪽의 조를 기준으로 한 경우, 다른 쪽의 조가 90도 회전하여 배치된 예를 나타낸다. 이 배치는, 도 2 및 도 3의 배치에 대응한다.
도 15b는, 4개의 액정 셀 중, 짝수 번째의 액정 셀에 대하여 홀수 번째의 액정 셀이 90도 회전하여 배치된 구조를 나타낸다. 환언하면, 도 15b는, 홀수 번째의 액정 셀에 대하여 짝수 번째의 액정 셀이 90도 회전하여 배치된 구조를 나타낸다.
또한, 도 16a는, 제1 액정 셀(10), 제2 액정 셀(20), 제3 액정 셀(30), 제4 액정 셀(40)을 각각 90도 회전시킨 조합을 나타낸다. 도 16b는, 제1 액정 셀(10) 및 제3 액정 셀(30)을 표리 반전시킨 조합을 나타낸다.
또한, 도 15a 및 도 15b 그리고 도 16a 및 도 16b에 있어서, 제1 전극 E11, E21, E31, E41은 제1 기판 S11(하측)에 형성된 전극이고, 제2 전극 E12, E22, E32, E42는 제2 기판 S12(상측)에 형성된 전극인 것으로 한다. 도 3을 참조하여 설명한 바와 같이, 제1 전극 E11은, 제1 띠상 전극(E11A), 제2 띠상 전극(E11B)을 포함하고, 제2 전극 E12는, 제3 띠상 전극(E12A), 제4 띠상 전극(E12B)을 포함한다. 제1 전극 E21, E31, E41 및 제2 전극 E22, E32, E42에 대해서도 마찬가지이다. 또한, 도 15a 및 도 15b 그리고 도 16a 및 도 16b에 있어서, 화살표의 방향은, 띠상 전극의 긴 변 방향을 나타내고 있다.
도 15a에 나타내는 액정 광 제어 소자(102)는, 제1 액정 셀(10)의 제1 전극 E11 및 제2 액정 셀(20)의 제1 전극 E21의 띠상 패턴의 긴 변 방향이 도면 중에 나타내는 Y축 방향과 평행한 방향으로 배치되고, 제1 액정 셀(10)의 제2 전극 E12 및 제2 액정 셀(20)의 제2 전극 E22의 띠상 패턴의 긴 변 방향이 X축 방향과 평행한 방향으로 배치되고, 제3 액정 셀(30)의 제1 전극 E31 및 제4 액정 셀(40)의 제1 전극 E41의 띠상 패턴의 긴 변 방향이 X축 방향과 평행한 방향으로 배치되고, 제3 액정 셀(30)의 제2 전극 E32 및 제4 액정 셀(40)의 제2 전극 E42의 띠상 패턴의 긴 변 방향이 Y축 방향과 평행한 방향으로 배치되어 있다. 이러한 각 액정 셀의 전극 배치의 조합에 의하면, 다른 액정 셀에서 적어도 2회, 편광 성분의 확산 방향을 제어할 수 있고, 배광된 조명광의 색 갈라짐을 방지할 수 있다.
도 15b, 도 16a 및 도 16b에 나타내는 액정 광 제어 소자(102)는, 제1 액정 셀(10)의 제1 전극 E11 및 제3 액정 셀(30)의 제1 전극 E31의 띠상 패턴의 긴 변 방향이 Y축 방향과 평행한 방향으로 배치되고, 제1 액정 셀(10)의 제2 전극 E12 및 제3 액정 셀(30)의 제2 전극 E32의 띠상 패턴의 긴 변 방향이 X축 방향과 평행한 방향으로 배치되고, 제2 액정 셀(20)의 제1 전극 E21 및 제4 액정 셀(40)의 제1 전극 E41의 띠상 패턴의 긴 변 방향이 X축 방향과 평행한 방향으로 배치되고, 제2 액정 셀(20)의 제2 전극 E22 및 제4 액정 셀(40)의 제2 전극 E42의 띠상 패턴의 긴 변 방향이 Y축 방향과 평행한 방향으로 배치되어 있다. 이러한 각 액정 셀의 전극 배치의 조합에 의하면, 다른 액정 셀에서 적어도 2회, 편광 성분의 확산 방향을 제어할 수 있고, 배광된 조명광의 색 갈라짐을 방지할 수 있다.
본 실시 형태에서 설명한 바와 같이, 복수의 액정 셀이 적층된 액정 광 제어 소자(102)에 있어서, 다른 액정 셀의 다른 위치의 전극(예를 들어, 제1 액정 셀(10)의 제2 전극 E12와 제4 액정 셀(40)의 제1 전극 E11)에 의해, 입사광의 편광 성분 중, 동일한 편광 성분의 확산을 제어함으로써, 배광 패턴에 색 갈라짐이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에 따르면, 액정의 전기 광학 효과를 이용하여 조명광의 배광을 제어하는 액정 광 제어 장치에 있어서, 소정의 형상으로 성형된 배광 패턴 중에서 색 갈라짐이 발생하는 것을 억제할 수 있다.
또한, 본 발명은, 본 명세서에서 개시되는 실시 형태에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 구성 요소를 변형하여 구체화할 수 있다. 또한, 본 명세서의 실시 형태에 개시되어 있는 복수의 구성 요소의 적당한 조합에 의해 여러 가지 발명을 형성할 수 있다. 예를 들어, 실시 형태에 나타내는 전체 구성 요소로부터 몇 가지의 구성 요소를 삭제해도 된다. 또한, 다른 실시 형태에 걸치는 구성 요소를 적절히 조합해도 된다.
10: 제1 액정 셀
20: 제2 액정 셀
30: 제3 액정 셀
40: 제4 액정 셀
100: 액정 광 제어 장치
102: 액정 광 제어 소자
104: 회로 기판
106: 광원부
S11, S21, S31, S41: 제1 기판
S12, S22, S32, S42: 제2 기판
F1: 제1 플렉시블 배선 기판
F2: 제2 플렉시블 배선 기판
F3: 제3 플렉시블 배선 기판
F4: 제4 플렉시블 배선 기판
TA1: 제1 투명 접착층
TA2: 제2 투명 접착층
TA3: 제3 투명 접착층
LC1: 제1 액정층
LC2: 제2 액정층
LC3: 제3 액정층
LC4: 제4 액정층
E11, E21, E31, E41: 제1 전극
E11A, E21A, E31A, E41A: 제1 띠상 전극
E11B, E21B, E31B, E41B: 제2 띠상 전극
E12, E22, E32, E42: 제2 전극
E12A, E22A, E32A, E42A: 제3 띠상 전극
E12B, E22B, E32B, E42B: 제4 띠상 전극
PL11: 제1 급전선
PL12: 제2 급전선
PL13: 제3 급전선
PL14: 제4 급전선
PL15: 제5 급전선
PL16: 제6 급전선
T11: 제1 접속 단자
T12: 제2 접속 단자
T13: 제3 접속 단자
T14: 제4 접속 단자
PT11: 제1 급전 단자
PT12: 제2 급전 단자
PT13: 제3 급전 단자
PT14: 제4 급전 단자
AL11: 제1 배향막
AL12: 제2 배향막
SE: 시일재
CP11: 제1 도전성 부재

Claims (10)

  1. 제1 액정 셀과,
    상기 제1 액정 셀과 겹치는 제2 액정 셀과,
    상기 제2 액정 셀과 겹치는 제3 액정 셀과,
    상기 제3 액정 셀과 겹치는 제4 액정 셀을 포함하고,
    상기 제1 액정 셀, 상기 제2 액정 셀, 상기 제3 액정 셀 및 상기 제4 액정 셀의 각각은,
    띠상의 패턴을 포함하는 제1 전극이 마련된 제1 기판과,
    띠상의 패턴 포함하는 제2 전극이 마련된 제2 기판과,
    상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이의 액정층을 포함하고,
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극의 상기 띠상 패턴의 긴 변 방향이 교차하도록 상기 제1 기판과 상기 제2 기판이 배치되고,
    상기 제1 액정 셀, 상기 제2 액정 셀, 상기 제3 액정 셀 및 상기 제4 액정 셀 중, 2개의 액정 셀은 상기 제1 전극의 띠상 패턴의 긴 변 방향이 제1 방향과 평행한 방향으로 배치되고, 다른 2개의 액정 셀의 제1 전극의 띠상 패턴의 긴 변 방향은, 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향과 평행한 방향으로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 액정 광 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 액정 셀의 제1 전극과 상기 제2 액정 셀의 제1 전극은 상기 띠상 패턴의 긴 변 방향이 상기 제1 방향과 평행한 방향으로 배치되고, 상기 제1 액정 셀의 제2 전극과 상기 제2 액정 셀의 제2 전극은 상기 띠상 패턴의 긴 변 방향이 상기 제2 방향과 평행한 방향으로 배치되고,
    상기 제3 액정 셀의 제1 전극과 상기 제4 액정 셀의 제1 전극은 상기 띠상 패턴의 긴 변 방향이 상기 제2 방향과 평행한 방향으로 배치되고, 상기 제3 액정 셀의 제2 전극과 상기 제4 액정 셀의 제2 전극은 상기 띠상 패턴의 긴 변 방향이 상기 제1 방향과 평행한 방향으로 배치되어 있는, 액정 광 제어 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1 액정 셀의 제1 전극과 상기 제3 액정 셀의 제1 전극은 상기 띠상 패턴의 긴 변 방향이 상기 제1 방향과 평행한 방향으로 배치되고, 상기 제1 액정 셀의 제2 전극과 상기 제3 액정 셀의 제2 전극은 상기 띠상 패턴의 긴 변 방향이 상기 제2 방향과 평행한 방향으로 배치되고,
    상기 제2 액정 셀의 제1 전극과 상기 제4 액정 셀의 제1 전극은 상기 띠상 패턴의 긴 변 방향이 상기 제2 방향과 평행한 방향으로 배치되고, 상기 제2 액정 셀의 제2 전극과 상기 제4 액정 셀의 제2 전극은 상기 띠상 패턴의 긴 변 방향이 상기 제1 방향과 평행한 방향으로 배치되어 있는, 액정 광 제어 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제1 액정 셀의 제2 기판과 상기 제2 액정 셀의 제2 기판이 인접하고,
    상기 제2 액정 셀의 제1 기판과 상기 제3 액정 셀의 제1 기판이 인접하고,
    상기 제3 액정 셀의 제2 기판과 상기 제4 액정 셀의 제2 기판이 인접하고 있는, 액정 광 제어 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제1 전극은, 상기 띠상 패턴을 갖는 적어도 하나의 제1 띠상 전극과, 상기 띠상 패턴을 갖는 적어도 하나의 제2 띠상 전극을 포함하고, 상기 적어도 하나의 제1 띠상 전극과 상기 적어도 하나의 제2 띠상 전극은 이격하여 교대로 배치되고,
    상기 제2 전극은, 상기 띠상 패턴을 갖는 적어도 하나의 제3 띠상 전극과, 상기 띠상 패턴을 갖는 적어도 하나의 제4 띠상 전극을 포함하고, 상기 적어도 하나의 제3 띠상 전극과 상기 적어도 하나의 제4 띠상 전극은 이격하여 교대로 배치되어 있는, 액정 광 제어 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제1 전극은, 상기 제1 띠상 전극과 상기 제2 띠상 전극 사이에서 횡전계를 발생시키고, 상기 제2 전극은, 상기 제3 띠상 전극과 상기 제4 띠상 전극 사이에서 횡전계를 발생시키는, 액정 광 제어 장치.
  7. 제5항에 있어서, 상기 제1 액정 셀, 상기 제2 액정 셀, 상기 제3 액정 셀, 상기 제4 액정 셀의 상기 액정층의 두께가, 상기 제1 띠상 전극과 상기 제2 띠상 전극의 중심 간 거리의 1배 이상의 길이를 갖는, 액정 광 제어 장치.
  8. 제5항에 있어서, 상기 제1 액정 셀, 상기 제2 액정 셀, 상기 제3 액정 셀 및 상기 제4 액정 셀의 각각은, 상기 액정층이, 상기 제1 전극에서 발생하는 횡전계와 상기 제2 전극에서 발생하는 횡전계가 간섭하지 않는 두께를 갖는, 액정 광 제어 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 제1 기판에 마련된 제1 배향막과,
    상기 제2 기판에 마련된 제2 배향막을 갖고,
    상기 제1 배향막의 배향 방향이 상기 제1 전극의 상기 띠상의 패턴의 긴 변 방향과 교차하는 방향이고,
    상기 제2 배향막의 배향 방향이 상기 제2 전극의 상기 띠상의 패턴의 긴 변 방향과 교차하는 방향인, 액정 광 제어 장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 액정층이, 비틀림 네마틱 액정인, 액정 광 제어 장치.
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