KR20230130716A - 광학 소자 및 조명 장치 - Google Patents

광학 소자 및 조명 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20230130716A
KR20230130716A KR1020237027385A KR20237027385A KR20230130716A KR 20230130716 A KR20230130716 A KR 20230130716A KR 1020237027385 A KR1020237027385 A KR 1020237027385A KR 20237027385 A KR20237027385 A KR 20237027385A KR 20230130716 A KR20230130716 A KR 20230130716A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
transparent electrode
liquid crystal
substrate
crystal cell
axis direction
Prior art date
Application number
KR1020237027385A
Other languages
English (en)
Inventor
다에 구로가와
다께오 고이또
고지로 이께다
Original Assignee
가부시키가이샤 재팬 디스프레이
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 가부시키가이샤 재팬 디스프레이 filed Critical 가부시키가이샤 재팬 디스프레이
Publication of KR20230130716A publication Critical patent/KR20230130716A/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1347—Arrangement of liquid crystal layers or cells in which the final condition of one light beam is achieved by the addition of the effects of two or more layers or cells
    • G02F1/13471—Arrangement of liquid crystal layers or cells in which the final condition of one light beam is achieved by the addition of the effects of two or more layers or cells in which all the liquid crystal cells or layers remain transparent, e.g. FLC, ECB, DAP, HAN, TN, STN, SBE-LC cells
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1343—Electrodes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V7/00—Reflectors for light sources
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V9/00—Elements for modifying spectral properties, polarisation or intensity of the light emitted, e.g. filters
    • F21V9/40—Elements for modifying spectral properties, polarisation or intensity of the light emitted, e.g. filters with provision for controlling spectral properties, e.g. colour, or intensity
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00—Simple or compound lenses
    • G02B3/12—Fluid-filled or evacuated lenses
    • G02B3/14—Fluid-filled or evacuated lenses of variable focal length
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1343—Electrodes
    • G02F1/134309—Electrodes characterised by their geometrical arrangement
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1343—Electrodes
    • G02F1/134309—Electrodes characterised by their geometrical arrangement
    • G02F1/134381—Hybrid switching mode, i.e. for applying an electric field with components parallel and orthogonal to the substrates
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1343—Electrodes
    • G02F1/13439—Electrodes characterised by their electrical, optical, physical properties; materials therefor; method of making
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1347—Arrangement of liquid crystal layers or cells in which the final condition of one light beam is achieved by the addition of the effects of two or more layers or cells
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F2201/00—Constructional arrangements not provided for in groups G02F1/00 - G02F7/00
    • G02F2201/12—Constructional arrangements not provided for in groups G02F1/00 - G02F7/00 electrode
    • G02F2201/124—Constructional arrangements not provided for in groups G02F1/00 - G02F7/00 electrode interdigital

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Liquid Crystal (AREA)

Abstract

광의 배광 또는 배광 패턴을 제어할 수 있는 광학 소자를 제공한다. 광학 소자는, 적층된 2개의 액정 셀(120, 110)을 포함하는 광학 소자이며, 2개의 액정 셀의 각각은, 제1 방향으로 제1 투명 전극(112-1, 122-1)과 제2 투명 전극(112-2, 122-2)이 교대로 배치된 제1 기판(111-1, 121-1)과, 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 제3 투명 전극(112-3, 122-3)과 제4 투명 전극이 교대로 배치된 제2 기판(111-2, 121-2)과, 제1 기판과 제2 기판 사이의 액정(113, 123)을 포함하고, 2개의 액정 셀의 한쪽 액정 셀의 제2 기판(111-2)과, 2개의 액정 셀의 다른 쪽 액정 셀의 제1 기판(121-1)이 인접한다.

Description

광학 소자 및 조명 장치
본 발명의 일 실시 형태는, 배광을 제어할 수 있는 광학 소자에 관한 것이다. 또한, 본 발명의 일 실시 형태는, 배광을 제어할 수 있는 광학 소자를 포함하는 조명 장치에 관한 것이다.
종래부터 액정에 인가하는 전압을 조정하고, 액정의 굴절률이 변화하는 것을 이용한 광학 소자, 소위 액정 렌즈가 알려져 있다. 또한, 광원 및 액정 렌즈를 사용한 조명 장치의 개발이 진행되고 있다(예를 들어, 특허문헌 1, 특허문헌 2 또는 특허문헌 3 참조).
일본 특허 공개 제2005-317879호 공보 일본 특허 공개 제2010-230887호 공보 일본 특허 공개 제2014-160277호 공보
그러나, 특허문헌 1 또는 특허문헌 2에 기재된 조명 장치에서는, 액정 렌즈를 이용하고, 광이 퍼지는 분포, 즉 광의 배광각을 제어하여 집광하는 것을 목적으로 하고 있는 데 불과하다. 다시 말해, 특허문헌 1 또는 특허문헌 2에 기재된 조명 장치에서는, 광의 배광 패턴이 동심원상으로 한정되어 있었다. 또한, 특허문헌 3에 기재된 빔 성형 디바이스는, 액정에 인가하는 전극의 패턴을 바꾸어 배광 패턴을 변화시키는 등, 광의 배향 패턴의 베리에이션을 얻기 위해서는, 복잡한 구성을 갖는 액정 셀이 필요해지고, 양산성이 부족하다.
본 발명의 일 실시 형태는, 상기 문제를 감안하여, 광의 배광 또는 배광 패턴을 제어할 수 있는 광학 소자를 제공하는 것을 목적의 하나로 한다. 또한, 본 발명의 일 실시 형태는, 광의 배광 또는 배광 패턴을 제어할 수 있는 조명 장치를 제공하는 것을 목적의 하나로 한다.
본 발명의 일 실시 형태에 따른 광학 소자는, 적층된 2개의 액정 셀을 포함하는 광학 소자이며, 2개의 액정 셀의 각각은, 제1 방향으로 제1 투명 전극과 제2 투명 전극이 교대로 배치된 제1 기판과, 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 제3 투명 전극과 제4 투명 전극이 교대로 배치된 제2 기판과, 제1 기판과 제2 기판 사이의 액정을 포함하고, 2개의 액정 셀의 한쪽 액정 셀의 제2 기판과, 2개의 액정 셀의 다른 쪽 액정 셀의 제1 기판이 인접한다.
또한, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 조명 장치는, 광원과, 상기 광학 소자를 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 광학 소자의 모식적인 사시도이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 광학 소자의 모식적인 단면도이다.
도 2b는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 광학 소자의 모식적인 단면도이다.
도 3a는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 광학 소자에 있어서, 제1 기판 위의 제1 투명 전극 및 제2 투명 전극의 배치를 나타내는 모식적인 평면도이다.
도 3b는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 광학 소자에 있어서, 제2 기판 위의 제3 투명 전극 및 제4 투명 전극의 배치를 나타내는 모식적인 평면도이다.
도 4a는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 광학 소자에 있어서, 액정층의 액정의 배향을 나타내는 모식적인 단면도이다.
도 4b는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 광학 소자에 있어서, 액정층의 액정의 배향을 나타내는 모식적인 단면도이다.
도 5a는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 광학 소자에 있어서, 전압이 인가되었을 때의 액정층의 액정 분자의 배향을 나타내는 모식적인 사시도이다.
도 5b는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 광학 소자에 있어서, 전압이 인가되었을 때의 액정층의 액정 분자의 배향을 나타내는 모식적인 단면도이다.
도 5c는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 광학 소자에 있어서, 전압이 인가되었을 때의 액정층의 액정 분자의 배향을 나타내는 모식적인 단면도이다.
도 6a는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 광학 소자에 의한 광의 배광의 제어를 설명하는 모식적인 단면도이다.
도 6b는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 광학 소자에 의한 광의 배광의 제어를 설명하는 모식적인 단면도이다.
도 7a는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 광학 소자에 포함되는 각 투명 전극에 인가하는 전압을 나타내는 타이밍 차트이다.
도 7b는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 광학 소자에 있어서, 각 투명 전극에 도 7a에 도시한 전위를 인가하여 얻어진 광의 배광 패턴의 사진이다.
도 8a는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 광학 소자에 포함되는 각 투명 전극에 인가하는 전압을 나타내는 타이밍 차트이다.
도 8b는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 광학 소자에 있어서, 각 투명 전극에 도 8a에 도시한 전위를 인가하여 얻어진 광의 배광 패턴의 사진이다.
도 9a는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 광학 소자에 포함되는 각 투명 전극에 인가하는 전압을 나타내는 타이밍 차트이다.
도 9b는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 광학 소자에 있어서, 각 투명 전극에 도 9a에 도시한 전위를 인가하여 얻어진 광의 배광 패턴의 사진이다.
도 10은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 광학 소자에 포함되는 각 투명 전극에 인가하는 전압을 나타내는 타이밍 차트이다.
도 11은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 광학 소자의 액정 셀에 있어서, d/p에 대한 정면 상대 휘도를 나타내는 그래프이다.
도 12는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 조명 장치의 구성을 나타내는 모식도이다.
이하, 본 발명의 각 실시 형태에 있어서, 도면 등을 참조하면서 설명한다. 단, 본 발명은 그 기술적 사상의 요지를 일탈하지 않는 범위에 있어서 다양한 양태로 실시할 수 있으며, 이하에 예시하는 실시 형태의 기재 내용에 한정하여 해석되는 것은 아니다.
도면은, 설명을 보다 명확하게 하기 위해서, 실제의 양태에 비하여 각 부의 폭, 두께, 형상 등에 대하여 모식적으로 표시되는 경우가 있지만, 어디까지나 일례이지, 도시된 형상 바로 그 자체가 본 발명의 해석을 한정하는 것은 아니다. 또한, 도면에 있어서, 명세서 중에서 기출된 도면에 관하여 설명한 것과 마찬가지의 기능을 구비한 요소에는, 별개의 도면이더라도 동일한 부호를 부여하고, 중복되는 설명을 생략하는 경우가 있다.
어떤 하나의 막을 가공하여 복수의 구조체를 형성한 경우, 각각의 구조체는 다른 기능, 역할을 갖는 경우가 있고, 또한 각각의 구조체는 그것이 형성되는 하지(下地)가 다른 경우가 있다. 그러나 이들 복수의 구조체는, 동일한 공정에서 동일층으로서 형성된 막에서 유래되는 것이며, 동일한 재료를 갖는다. 따라서, 이들 복수의 막은 동일층에 존재하고 있는 것이라고 정의한다.
어떤 구조체의 위에 다른 구조체를 배치하는 양태를 표현함에 있어서, 단순히 「위」라고 표기하는 경우, 특별히 정함이 없는 한, 어떤 구조체에 접하여, 바로 위에 다른 구조체를 배치하는 경우와, 어떤 구조체의 상방에, 또 다른 구조체를 통해 다른 구조체를 배치하는 경우의 양쪽을 포함하는 것으로 한다.
<제1 실시 형태>
도 1 내지 도 11을 참조하여, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 광학 소자(10)에 대하여 설명한다.
[1. 광학 소자의 구성]
도 1은, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 광학 소자(10)의 모식적인 사시도이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 광학 소자(10)는 제1 액정 셀(110), 제2 액정 셀(120) 및 광학 탄성 수지층(130)을 포함한다. 광학 탄성 수지층(130)은 제1 액정 셀(110)과 제2 액정 셀(120)의 사이에 마련되어 있다. 즉, 제1 액정 셀(110)과 제2 액정 셀(120)은, 광학 탄성 수지층(130)을 사이에 두고 z축 방향으로 적층되어 있다.
광학 탄성 수지층(130)은 제1 액정 셀(110)과 제2 액정 셀(120)을 접착하고, 고정시킬 수 있다. 광학 탄성 수지층(130)으로서는, 광학 탄성 수지, 예를 들어 투광성을 갖는 아크릴 수지를 포함하는 접착재를 사용할 수 있다.
도 2a 및 도 2b는, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 광학 소자(10)의 모식적인 단면도이다. 구체적으로는, 도 2a는, 도 1에 도시한 A1-A2선을 따라 절단된 zx면 내의 모식적인 단면도이며, 도 2b는, 도 1에 도시한 B1-B2선을 따라 절단된 yz면 내의 모식적인 단면도이다. 또한, 이하에서는, x축 방향 및 y축 방향을, 각각, 제1 방향 및 제2 방향으로서 기재하는 경우가 있다.
제1 액정 셀(110)은 제1 기판(111-1), 제2 기판(111-2), 제1 투명 전극(112-1), 제2 투명 전극(112-2), 제3 투명 전극(112-3), 제4 투명 전극(112-4), 액정층(113), 제1 배향막(114-1), 제2 배향막(114-2) 및 시일재(115)를 포함한다. 제2 액정 셀(120)은 제1 기판(121-1), 제2 기판(121-2), 제1 투명 전극(122-1), 제2 투명 전극(122-2), 제3 투명 전극(122-3), 제4 투명 전극(122-4), 액정층(123), 제1 배향막(124-1), 제2 배향막(124-2) 및 시일재(125)를 포함한다.
광학 소자(10)는 2개의 액정 셀을 갖지만, 2개의 액정 셀은 그 구성이 동일한 것이 바람직하다. 그 때문에, 이하에서는, 제1 액정 셀(110)의 구성만을 설명하고, 편의상 제2 액정 셀(120)의 구성의 설명은 생략하는 경우가 있다.
제1 기판(111-1) 위에는, 제1 투명 전극(112-1) 및 제2 투명 전극(112-2)이 마련되어 있다. 또한, 제1 투명 전극(112-1), 제2 투명 전극(112-2) 및 제1 기판(111-1)의 표면을 덮는 제1 배향막(114-1)이 마련되어 있다.
제2 기판(111-2) 위에는, 제3 투명 전극(112-3) 및 제4 투명 전극(112-4)이 마련되어 있다. 또한, 제3 투명 전극(112-3), 제4 투명 전극(112-4) 및 제2 기판(111-2)의 표면을 덮는 제2 배향막(114-2)이 마련되어 있다.
제1 기판(111-1)과 제2 기판(111-2)은, 제1 기판(111-1) 위의 제1 투명 전극(112-1) 및 제2 투명 전극(112-2)과, 제2 기판(111-2) 위의 제3 투명 전극(112-3) 및 제4 투명 전극(112-4)이 대향하도록 배치되어 있다.
또한, 제1 기판(111-1) 및 제2 기판(111-2)의 각각의 주변부에는, 시일재(115)가 배치되어 있다. 즉, 제1 기판(111-1)과 제2 기판(111-2)은, 시일재(115)를 통해 접착되어 있다. 또한, 제1 기판(111-1)(보다 구체적으로는, 제1 배향막(114-1)), 제2 기판(111-2)(보다 구체적으로는, 제2 배향막(114-2)) 및 시일재(115)로 둘러싸인 공간에는 액정이 봉입되고, 액정층(113)이 형성되어 있다.
제1 기판(111-1) 및 제2 기판(111-2)의 각각으로서, 예를 들어 유리 기판, 석영 기판, 또는 사파이어 기판 등의 투광성을 갖는 강성 기판이 사용된다. 또한, 제1 기판(111-1) 및 제2 기판(111-2)의 각각으로서, 예를 들어 폴리이미드 수지 기판, 아크릴 수지 기판, 실록산 수지 기판 또는 불소 수지 기판 등의 투광성을 갖는 가요성 기판을 사용하는 구성도 채용 가능하다.
제1 투명 전극(112-1), 제2 투명 전극(112-2), 제3 투명 전극(112-3) 및 제4 투명 전극(112-4)의 각각은, 액정층(113)에 전계를 형성하기 위한 전극으로서 기능한다. 제1 투명 전극(112-1), 제2 투명 전극(112-2), 제3 투명 전극(112-3) 및 제4 투명 전극(112-4)의 각각으로서, 예를 들어 인듐·주석 산화물(ITO) 또는 인듐·아연 산화물(IZO) 등의 투명 도전 재료가 사용된다.
액정층(113)은 액정 분자의 배향 상태에 따라서, 투과하는 광을 굴절하거나 또는 투과하는 광의 편광 상태를 변화시킬 수 있다. 액정층(113)의 액정으로서, 예를 들어 네마틱 액정 등을 사용할 수 있다. 액정은, 본 실시 형태에 있어서는 포지티브형을 채용하고 있지만, 액정 분자의 초기의 배향 방향 등을 변경함으로써 네가티브형을 채용하는 구성도 가능하다. 또한, 액정에는, 액정 분자에 비틀림을 부여하는 키랄제가 포함되어 있는 것이 바람직하다.
제1 배향막(114-1) 및 제2 배향막(114-2)의 각각은, 액정층(113) 내의 액정 분자를 소정의 방향으로 배열한다. 제1 배향막(114-1) 및 제2 배향막(114-2)의 각각은, 예를 들어 폴리이미드 수지 등을 사용할 수 있다. 또한, 제1 배향막(114-1) 및 제2 배향막(114-2)의 각각은, 러빙법 또는 광 배향법 등의 배향 처리에 의해 배향 특성이 부여되어도 된다. 러빙법은, 배향막의 표면을 일 방향으로 문지르는 방법이다. 또한, 광 배향법은, 배향막에 직선 편광의 자외선을 조사하는 방법이다.
시일재(115)는 제1 기판(111-1)과 제2 기판(111-2)을 접착하고, 고정시킨다. 시일재(115)로서, 예를 들어 에폭시 수지 접착재 또는 아크릴 수지 접착재 등을 사용할 수 있다. 접착재는, 자외선 경화형이어도 되며, 열경화형이어도 된다.
상세는 후술하지만, 광학 소자(10)는 2개의 액정 셀(제1 액정 셀(110) 및 제2 액정 셀(120))을 포함함으로써, 무편광의 광의 배광을 제어하고, 배광 패턴을 형성할 수 있다. 그 때문에, 각 기판의 외측 표면에는, 예를 들어 액정 표시 소자의 표리면에 마련되는 한 쌍의 편광판을 마련할 필요는 없다.
[2. 투명 전극의 배치]
도 3a 및 도 3b를 참조하여, 제1 투명 전극(112-1), 제2 투명 전극(112-2), 제3 투명 전극(112-3) 및 제4 투명 전극(112-4)의 각각의 배치에 대하여 상세히 설명한다.
도 3a는, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 광학 소자(10)에 있어서, 제1 기판(111-1) 위의 제1 투명 전극(112-1) 및 제2 투명 전극(112-2)의 배치를 나타내는 모식적인 평면도이다. 또한, 도 3b는, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 광학 소자(10)에 있어서, 제2 기판(111-2) 위의 제3 투명 전극(112-3) 및 제4 투명 전극(112-4)의 배치를 나타내는 모식적인 평면도이다. 또한, 도 3a 및 도 3b의 각각에는, 제1 액정층(115-1) 측에서 바라 본 각 투명 전극의 배치가 나타내어져 있다.
도 3a에 도시한 바와 같이, 제1 투명 전극(112-1) 및 제2 투명 전극(112-2)의 각각은, x축 방향으로 제1 폭 a1을 갖고, y축 방향으로 연장되어 있다. 또한, 제1 투명 전극(112-1)과 제2 투명 전극(112-2)은, x축 방향으로 제1 전극간 거리 b1을 갖고, 교대로 배치되어 있다. 즉, 제1 투명 전극(112-1)과 제2 투명 전극(112-2)은, 제1 피치 p1을 갖고, p1=a1+b1을 충족한다. 또한, 제1 투명 전극(112-1) 및 제2 투명 전극(112-2)은 각각, 제1 기판(111-1) 위에 형성된 제1 배선(116-1) 및 제2 배선(116-2)과 전기적으로 접속되어 있다. 제1 배선(116-1)은 제1 투명 전극(112-1)의 아래에 형성되어 있어도 되며, 제1 투명 전극(112-1)의 위에 형성되어 있어도 된다. 이 경우, 제1 배선(116-1)이 금속에 의해 형성되어 있어도 된다. 또한, 제1 배선(116-1)은 제1 투명 전극(112-1)과 동일한 층에 형성되어 있어도 된다. 제2 배선(116-2)도 마찬가지이다.
제1 배향막(114-1)은 x축 방향으로 배향 처리가 행해지고 있다. 이 경우, 액정층(113)을 구성하는 액정 분자 중, 제1 기판(111-1) 측의 액정 분자의 장축은, 무전계 상태에서는 x축 방향을 따라서 배향한다. 즉, 제1 배향막(114-1)의 배향 방향(x축 방향)과 제1 투명 전극(112-1) 또는 제2 투명 전극(112-2)의 연장 방향(y축 방향)은 직교하고 있다. 또한, 배향 처리로서는, 러빙 또는 광 배향에 의한 배향 처리를 들 수 있다. 또한, 제1 배향막(114-1) 및 제2 배향막(114-2)의 배향 방향은, 서로가 이루는 각이 직교하고 있으면 되며, 각각의 배향 방향은, 제1 배향막(114-1) 또는 제2 배향막(114-2)이 마련되는 투명 전극의 연장 방향과 직각 이외의 각도로 교차하고 있어도 된다.
도 3b에 도시한 바와 같이, 제3 투명 전극(112-3) 및 제4 투명 전극(112-4)의 각각은, y축 방향으로 제2 폭 a2를 갖고, x축 방향으로 연장되어 있다. 또한, 제3 투명 전극(112-3)과 제4 투명 전극(112-4)은, y축 방향으로 제2 전극간 거리 b2를 갖고, 교대로 배치되어 있다. 즉, 제3 투명 전극(112-3)과 제4 투명 전극(112-4)은, 제2 피치 p2를 갖고, p2=a2+b2를 충족한다. 또한, 제3 투명 전극(112-3) 및 제4 투명 전극(112-4)은 각각, 제2 기판(111-2) 위에 형성된 제3 배선(116-3) 및 제4 배선(116-4)과 전기적으로 접속되어 있다. 제3 배선(116-3) 및 제4 배선(116-4)은 제3 투명 전극(112-3) 및 제4 투명 전극(112-4)의 아래에 형성되어 있어도 되며, 제3 투명 전극(112-3) 및 제4 투명 전극(112-4)의 위에 형성되어 있어도 된다. 이 경우, 제3 배선(116-3) 및 제4 배선(116-4)이 금속에 의해 형성되어 있어도 된다. 또한, 제3 배선(116-3) 및 제4 배선(116-4)은 제3 투명 전극(112-3) 및 제4 투명 전극(112-4)과 동일한 층에 형성되어 있어도 된다.
제2 배향막(114-2)은 y축 방향으로 배향 처리가 행해지고 있다. 이 경우, 액정층(113)을 구성하는 액정 분자 중, 제2 기판(111-2) 측의 액정 분자의 장축은, 무전계 상태에서는 y축 방향을 따라서 배향한다. 즉, 제2 배향막(114-2)의 배향 방향(y축 방향)과 제3 투명 전극(112-3) 또는 제4 투명 전극(112-4)의 연장 방향(x축 방향)은, 직교하고 있다.
또한, 제1 투명 전극(112-1) 및 제2 투명 전극(112-2)은 제1 기판(111-1) 위에, 제1 피치 p1을 갖는 빗살형 패턴으로 형성되어 있다고 할 수도 있다. 마찬가지로, 제3 투명 전극(112-3) 및 제4 투명 전극(112-4)은 제2 기판(111-2) 위에 제2 피치 p2를 갖는 빗살형 패턴으로 형성되어 있다고 할 수도 있다.
제1 액정 셀(110)에 있어서, 제1 투명 전극(112-1) 및 제2 투명 전극(112-2)과, 제3 투명 전극(112-3) 및 제4 투명 전극(112-4)은, 액정층(113)을 통해 대향하고 있다. 여기서, 제1 투명 전극(112-1) 및 제2 투명 전극(112-2)이 연장되는 방향(y축 방향)은 제3 투명 전극(112-3) 및 제4 투명 전극이 연장되는 방향(x축 방향)과 직교하고 있다. 다시 말해, 제1 기판(111-1) 위에 형성되는 빗살형의 전극 패턴과, 제2 기판 위에 형성되는 빗살형의 전극 패턴은, 평면에서 볼 때, 서로 직교하고 있다. 또한, 제1 기판(111-1)에는, 제5 배선(116-5) 및 제6 배선(116-6)이 형성되어 있다. 제1 기판(111-1)과 제2 기판(111-2)이 접합되면, 제3 배선(116-3) 및 제4 배선(116-4)은 각각, 제1 기판(111-1)에 마련되는 제5 배선(116-5) 및 제6 배선(116-6)과 전기적으로 접속된다. 제3 배선(116-3)과 제5 배선(116-5)의 전기적인 접속 및 제4 배선(116-4)과 제6 배선(116-6)의 전기적인 접속은, 예를 들어 은 페이스트 또는 도전 입자(금속을 피복한 입자를 포함함) 등을 사용하여 행할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 제1 투명 전극(112-1)과 제2 투명 전극(112-2)이 교대로 배치된 제1 방향과, 제3 투명 전극(112-3)과 제4 투명 전극(112-4)이 교대로 배치된 제2 방향은, 직교하고 있지만, 이들은 교차하고 있으면 되며, 교차 각도는 90도 이외여도 상관없다. 또한, 제1 기판(111-1)의 제1 투명 전극(112-1) 및 제2 투명 전극(112-2)과, 제2 기판의 제3 투명 전극(112-3) 및 제4 투명 전극(112-4)이 교차함으로써, 후술하는 바와 같이, 각 투명 전극에 인가하는 전압을 제어하여 액정층(113)의 액정 배향을 제어할 수 있다. 이에 의해, 광의 배향 또는 배광 패턴을 제어할 수 있다.
제1 기판(111-1) 또는 제2 기판(111-2) 위에는, 이들 간격을 유지하는 포토스페이서가 형성되어 있다(도시생략).
제1 배선(116-1), 제2 배선(116-2), 제3 배선(116-3), 제4 배선(116-4), 제5 배선(116-5) 및 제6 배선(116-6)의 각각으로서, 예를 들어 알루미늄 혹은 몰리브덴 등의 금속 재료 또는 인듐·주석 산화물(ITO) 또는 인듐·아연 산화물(IZO) 등의 투명 도전 재료를 사용할 수 있다. 또한, 제1 배선(116-1), 제2 배선(116-2), 제5 배선(116-5) 및 제6 배선(116-6)의 각각에는, 외부 장치와 접속하기 위한 단자가 마련되어 있어도 된다.
제1 배선(116-1), 제2 배선(116-2), 제5 배선(116-5)(또는 제3 배선(116-3)) 및 제6 배선(116-6)(또는 제4 배선(116-4))은 서로 전기적으로 절연되어 있다. 따라서, 제1 액정 셀(110)에서는, 제1 투명 전극(112-1), 제2 투명 전극(112-2), 제3 투명 전극(112-3) 및 제4 투명 전극(112-4)의 각각에 다른 전압을 인가함으로써, 액정층(113)의 액정 분자의 배향을 제어할 수 있다.
[3. 액정의 배향 제어]
도 4a 및 도 4b를 참조하여, 액정층(113)의 액정 배향에 대하여 상세히 설명한다.
도 4a 및 도 4b는, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 광학 소자(10)에 있어서, 액정층(113)의 액정 분자의 배향을 나타내는 모식적인 단면도이다. 도 4a 및 도 4b는, 각각, 도 2a 및 도 2b에 도시한 제1 액정 셀(110)의 단면도의 일부에 대응하는 것이다.
도 4a 및 도 4b에 도시한 바와 같이, 제1 기판(111-1)과 제2 기판(111-2)은, 기판간 거리 d를 갖도록 접합되어 있다. 또한, 제1 기판(111-1)의 제1 배향막(114-1) 및 제2 기판(111-2)의 제2 배향막(114-2)은 각각, x축 방향 및 y축 방향으로 배향 처리가 행해지고 있다. 그 때문에, 액정층(113)에 있어서, 제1 기판(111-1) 측의 액정 분자는, 투명 전극에 전압을 인가하지 않은 상태에서는, 장축이 x축 방향을 따라 배향한다(도 4a 및 도 4b에서는, 편의상, 지면 좌우 방향으로 배향하는 액정 분자의 배향 방향을 화살표의 기호를 이용하여 나타냄). 즉, 제1 기판(111-1) 측의 액정 분자의 배향 방향은, 제1 투명 전극(112-1)과 제2 투명 전극(112-2)의 연장 방향에 대하여 직교하고 있다. 또한, 제2 기판(111-2) 측의 액정 분자는, 투명 전극에 전압을 인가하지 않은 상태에서는, 장축이 y축 방향을 따라서 배향한다(도 4a 및 도 4b에서는, 편의상, 지면 법선 방향으로 배향하는 액정 분자의 배향 방향을 ○표시 안에 X표시를 붙인 기호를 이용하여 나타냄). 즉, 제2 기판(111-2) 측의 액정 분자의 배향 방향은, 제3 투명 전극(112-3)과 제4 투명 전극(112-4)의 연장 방향에 대하여 직교하고 있다. 따라서, 액정층(113)의 액정 분자는, z축 방향에 있어서, 제1 기판(111-1)으로부터 제2 기판(111-2)을 향함에 따라서 90도 비틀어진 상태로 배향하고 있다. 보다 구체적으로는, 도 4a에 있어서는, 제1 기판(111-1) 측의 액정 분자는, 제1 배향막(114-1)의 배향 방향을 따라서 x축 방향(지면 좌우 방향)으로 장축을 향한 상태로 배향되어 있다. 또한, 제2 기판(111-2) 측의 액정 분자는, 제2 배향막(114-2)의 배향 방향을 따라서 y축 방향(지면 법선 방향)으로 장축을 향한 상태로 배향되어 있다. 또한, 이들 사이에 있는 액정 분자는, 제1 기판(111-1)으로부터 제2 기판(111-2)을 향함에 따라서 서서히 장축의 방향을 x축 방향으로부터 y축 방향으로 변화시키고 있다.
계속해서, 도 5a 내지 도 5c를 참조하여, 전압이 인가되었을 때의 액정층(113)의 액정의 배향에 대하여 상세히 설명한다.
도 5a는, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 광학 소자(10)에 있어서, 전압이 인가되었을 때의 액정층(113)의 액정 분자의 배향을 나타내는 모식적인 사시도이다. 또한, 도 5b 및 도 5c는, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 광학 소자(10)에 있어서, 전압이 인가되었을 때의 액정층(113)의 액정 분자의 배향을 나타내는 모식적인 단면도이다. 도 5a에 있어서는, 편의상, 제1 배향막(114-1) 및 제2 배향막(114-2)이 생략되어 있다. 또한, 도 5b 및 도 5c에서는, 도 4a 및 도 4b와 마찬가지로, 제1 배향막(114-1) 및 제2 배향막(114-2)의 배향 방향을, 화살표 또는 ○표시 안에 X표시를 붙인 기호를 이용하여 도시하였다.
도 5a 내지 도 5c에 있어서는, 제1 투명 전극(112-1) 및 제3 투명 전극(112-3)에 Low 전위가 인가되고, 제2 투명 전극(112-2) 및 제4 투명 전극(112-4)에 High 전위가 인가되어 있다(도 5a 내지 도 5c에서는, 편의상, Low 전위 및 High 전위를, 각각, 「-」 및 「+」의 기호를 이용하여 도시하고 있다). 즉, 제1 투명 전극(112-1)과 제2 투명 전극(112-2)의 사이 및 제3 투명 전극(112-3)과 제4 투명 전극(112-4)의 사이에는, 전위차가 발생하고 있다. 이 경우, 제1 기판(111-1) 측의 액정 분자는, 제1 투명 전극(112-1)과 제2 투명 전극(112-2)의 사이에 발생하는 전계(전위 분포)에 따라서 배향한다. 즉, 제1 기판(111-1) 측의 액정 분자의 장축은, 제1 투명 전극(112-1)으로부터 제2 투명 전극(112-2)을 향하는 방향을 따라서 배향한다. 마찬가지로, 제2 기판(111-2) 측의 액정 분자는, 제3 투명 전극(112-3)으로부터 제4 투명 전극(112-4)을 향하는 방향을 따라서 배향한다. 또한, 이하에서는, 동일 기판 위에서 인접하는 투명 전극간에 발생하는 전계를 횡전계라고 말하는 경우가 있다.
또한, 액정 분자의 배향에 대하여 상세히 설명한다. 제1 기판(111-1) 측의 액정 분자는, 무전계 상태에서는 x축 방향으로 배향하고 있지만, 당해 액정 분자의 배향은, 제1 투명 전극(112-1)과 제2 투명 전극(112-2) 사이의 횡전계 방향과 동일하다. 그 때문에, 평면에서 볼 때, 제1 투명 전극(112-1)과 제2 투명 전극(112-2) 사이의 거의 중앙에 위치하는 액정 분자는, 당해 횡전계에 의해서도 배향이 거의 변화하지 않는다. 또한, 중앙보다도 제1 투명 전극(112-1) 또는 제2 투명 전극(112-2)에 가까운 액정 분자는, 횡전계에 대응하여 z축 방향으로 기울기(틸트)를 갖고 배향한다. 그 때문에, 도 5b에 도시한 바와 같이, 제1 투명 전극(112-1)과 제2 투명 전극(112-2) 사이의 횡전계 영향에 의해, 제1 기판(111-1) 측의 액정 분자는, 전체적으로 인접하는 투명 전극간마다 제1 기판(111-1)에서 볼 때 제1 투명 전극(112-1)으로부터 제2 투명 전극(112-2)을 향하는 볼록의 원호형으로 배향한다. 마찬가지로, 제2 기판(111-2) 측의 액정 분자는, y축 방향으로 배향하고 있지만, 당해 액정 분자의 배향은, 제3 투명 전극(112-3)과 제4 투명 전극(112-4) 사이의 횡전계 방향과 동일하다. 그 때문에, 제3 투명 전극(112-3)과 제4 투명 전극(112-4) 사이의 거의 중앙에 위치하는 액정 분자는, 당해 횡전계에 의해서도 배향이 거의 변화하지 않는다. 또한, 중앙보다도 제3 투명 전극(112-3) 또는 제4 투명 전극(112-4)에 가까운 액정 분자는, z축 방향으로 기울기(틸트)를 갖고 배향한다. 그 때문에, 도 5c에 도시한 바와 같이, 제3 투명 전극(112-3)과 제4 투명 전극(112-4) 사이의 횡전계 영향에 의해, 제2 기판(111-2) 측의 액정 분자는, 전체적으로 인접하는 투명 전극간마다 제2 기판(111-2)에서 볼 때 제3 투명 전극(112-3)으로부터 제4 투명 전극(112-4)을 향하는 볼록의 원호형으로 배향한다. 따라서, 액정층(113)에 입사한 광은, 제1 기판(111-1) 측 또는 제2 기판(111-2) 측의 볼록 원호형으로 배향된 액정 분자의 굴절률 분포에 따라서 확산되게 된다.
제1 기판(111-1)과 제2 기판(111-2)은, 충분히 떨어진 기판간 거리 d를 갖고 있기 때문에, 제1 기판(111-1)의 제1 투명 전극(112-1)과 제2 투명 전극(112-2) 사이의 횡전계는, 제2 기판(111-2) 측의 액정 분자의 배향에 대하여 영향을 미치지 않거나, 또는 무시할 수 있을 정도로 작다. 마찬가지로, 제2 기판(111-2)의 제3 투명 전극(112-3)과 제4 투명 전극(112-4) 사이의 횡전계는, 제1 기판(111-1) 측의 액정 분자의 배향에 대하여 영향을 미치지 않거나, 또는 무시할 수 있을 정도로 작다.
또한, 본 명세서에 있어서, 제1 기판(111-1) 측의 액정층(113)(또는, 액정 분자)은, 제1 기판(111-1)의 표면으로부터 d/2까지의 액정층(또는, 액정 분자)을 말한다. 마찬가지로, 제2 기판(111-2) 측의 액정층(113)(또는, 액정 분자)은, 제2 기판(111-2)의 표면으로부터 d/2까지의 액정층(또는, 액정 분자)을 말한다.
제1 액정 셀(110)에서는, 제1 투명 전극(112-1), 제2 투명 전극(112-2), 제3 투명 전극(112-3) 및 제4 투명 전극의 각각에 인가되는 전압을 제어함으로써, 액정층(113)의 액정 분자의 배향을 변화시킬 수 있다. 액정 분자의 배향 변화에 수반하여, 액정층(113)의 굴절률 분포가 변화한다. 그 때문에, 제1 액정 셀(110)은 투과하는 광을 확산할 수 있다. 광학 소자(10)는 제1 액정 셀(110)의 액정층(113) 및 제2 액정 셀(120)의 액정층(123)의 굴절률 분포의 변화를 이용하고, 광학 소자(10)를 투과하는 광의 배광 또는 배광 패턴을 제어할 수 있다.
[5. 광학 소자에 의한 배광 또는 배향 패턴의 제어]
도 6a 및 도 6b를 참조하여, 광학 소자(10)에 의한 광의 배광 또는 배광 패턴의 제어에 대하여 상세히 설명한다.
도 6a 및 도 6b는, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 광학 소자(10)에 의한 광의 배광의 제어를 설명하는 모식적인 단면도이다. 도 6a 및 도 6b에 도시한 광학 소자(10)는 도 2a에 도시한 제1 액정 셀(110) 및 제2 액정 셀(120)의 단면도의 일부에 대응하는 것이다. 도 6a에 도시한 광학 소자(10)에서는, 어느 투명 전극에도 전위가 인가되어 있지 않다. 또한, 도 6b에 도시한 광학 소자(10)에서는, 제1 액정 셀(110)의 제1 투명 전극(112-1) 및 제3 투명 전극(112-3)에 Low 전위가 인가되고, 제2 투명 전극(112-2) 및 제4 투명 전극(112-4)에 High 전위가 인가되어 있다. 마찬가지로, 제2 액정 셀(120)의 제1 투명 전극(122-1) 및 제3 투명 전극(122-3)에 Low 전위가 인가되고, 제2 투명 전극(122-2) 및 제4 투명 전극(122-4)에 High 전위가 인가되어 있다. 또한, 도 6b에서는, 편의상, Low 전위 및 High 전위를, 각각, 「-」 및 「+」의 기호를 이용하여 도시하였다.
도 6a 및 도 6b에 도시한 광학 소자(10)에서는, 제1 액정 셀(110)의 제1 배향막(114-1) 및 제2 액정 셀(120)의 제1 배향막(124-1)은 x축 방향으로 배향 처리가 행해지고 있다. 한편, 제1 액정 셀(110)의 제2 배향막(114-2) 및 제2 액정 셀(120)의 제2 배향막(124-2)은 y축 방향으로 배향 처리가 행해지고 있다. 따라서, 제1 액정 셀(110)에서는, 제1 배향막(114-1)의 배향 방향은 x축 방향이며, 제2 배향막(114-2)의 배향 방향은 y축 방향이다. 마찬가지로, 제2 액정 셀(120)에서는, 제1 배향막(124-1)의 배향 방향은 x축 방향이며, 제2 배향막(124-2)의 배향 방향은 y축 방향이다.
제1 액정 셀(110)과 제2 액정 셀(120)이 적층한 광학 소자(10)에서는, 평면에서 볼 때, 제1 액정 셀(110)의 제1 투명 전극(112-1)과 제2 액정 셀(120)의 제1 투명 전극(122-1)이 연장 방향에 걸쳐서 대략 일치하도록 중첩되어 있다. 다른 투명 전극도 마찬가지이다. 단, 제1 액정 셀(110)과 제2 액정 셀(120)은, 제1 액정 셀(110)의 제1 투명 전극(112-1)과 제2 액정 셀(120)의 제1 투명 전극(122-1)이 x축 방향 또는 y축 방향으로 약간 어긋나게 중첩하도록 배치되어 있어도 된다. 보다 구체적으로는, 평면에서 볼 때, 제1 액정 셀(110)의 제1 투명 전극(112-1)과 제2 액정 셀(120)의 제1 투명 전극(122-1)이 서로 연장 방향에 걸쳐서 일부 또는 전부가 중첩하고 있다. 또는, 제1 액정 셀(110)의 제1 투명 전극(112-1)과 제2 액정 셀(120)의 제1 투명 전극(122-1)이 서로 중첩하지 않더라도, 동일한 방향으로 연장되어 있으면 된다.
도 6a 및 도 6b에서는, 광은, 제1 액정 셀(110)의 제1 기판(111-1)에 대하여 수직인 방향으로부터 입사하고, 제2 액정 셀(120)의 제2 기판(121-2)으로부터 출사한다. 제1 액정 셀(110)의 제1 기판(111-1)에 입사하는 광은, x축 방향의 편광(P 편광 성분)과, y축 방향의 편광(S 편광 성분)을 갖고 있다. 그래서, 이하에서는, 편의상, 광원으로부터 발해지는 광 중, x축 방향의 편광 성분을 제1 편광 성분(310)으로 하고, 또한, y축 방향의 편광 성분을 제2 편광 성분(320)으로 하고, 이들 편광 성분이 도 6b의 광학 소자(10)를 투과하는 과정을 설명한다.
제1 편광 성분(310) 및 제2 편광 성분(320)은 각각, 광원으로부터 출사된 광의 P 편광 성분 및 S 편광 성분에 대응한다(도 6b 중의 (1) 참조). 또한, 도 6a 및 도 6b에서는, P 편광 성분은 화살표(지면 수평 방향을 나타내는 화살표)를 이용하여 도시되고, S 편광 성분은 ○표시에 X표시를 붙인 기호(지면 법선 방향을 나타내는 화살표)를 이용하여 도시되었다.
제1 액정 셀(110)의 제1 기판(111-1) 측에 있어서의 액정층(113)의 액정 분자는, 장축이 x축 방향을 따라서 배향되어 있기 때문에, 도 6b에 도시한 바와 같이, 제1 투명 전극(112-1)과 제2 투명 전극(112-2)의 사이에 횡전계가 발생하면, 당해 액정 분자는 x축 방향으로 굴절률 분포를 갖는다. 또한, 제1 액정 셀(110)의 제2 기판(111-2) 측에 있어서의 액정층(113)의 액정 분자는, 장축이 y축 방향을 따라서 배향되어 있기 때문에, 제3 투명 전극(112-3)과 제4 투명 전극(112-4)의 사이에 횡전계가 발생하면, 당해 액정 분자는 y축 방향으로 굴절률 분포를 갖는다.
그 때문에, 광학 소자(10)(보다 구체적으로는, 제1 액정 셀(110))에 입사하는 제1 편광 성분(310)은 제1 기판(111-1)에 입사한 후, 제2 기판(111-2)을 향함에 따라서, 액정 배향의 비틀림에 따라서 그 편광 성분이 S 편광 성분으로 변화한다(도 6b 중의 (2) 내지 (4) 참조). 보다 구체적으로는, 제1 편광 성분(310)은 제1 기판(111-1) 측에서는 x축 방향으로 편광축을 갖고 있지만, 액정층(113)의 두께 방향으로 통과하는 과정에서 그 편광축을 서서히 변화시켜 제2 기판(111-2) 측에서는 y축 방향으로 편광축을 갖게 되고, 그 후, 제2 기판(111-2) 측으로부터 출사된다(도 6b 중의 (5) 참조). 여기서, 도 6b에 도시한 바와 같이, 제1 투명 전극(112-1)과 제2 투명 전극(112-2)의 사이에 횡전계가 발생하면, 당해 횡전계의 영향으로 액정 분자의 배향 상태가 도 5a와 같이 변화하고, 굴절률 분포가 변화한다. 또한, 제1 편광 성분(310)은 제1 기판(111-1) 측에 있어서는, 그 편광축이 당해 제1 기판(111-1) 측에 있어서의 액정층(113)의 액정 분자의 배향 방향으로 평행하기 때문에, 당해 액정 분자의 굴절률 분포의 변화에 따라서 x축 방향으로 확산한다. 또한, 제1 편광 성분(310)은 액정층(113) 내에서 편광축을 x축 방향으로부터 y축 방향으로 변화시킴으로써 제2 기판(111-2) 측에 있어서는, 그 편광축이 당해 제2 기판(111-2) 측에 있어서의 액정층(113)의 액정 분자의 배향 방향으로 평행하게 된다. 여기서, 도 6b에 도시한 바와 같이, 제3 투명 전극(112-3)과 제4 투명 전극(112-4)의 사이에 횡전계가 발생하면, 당해 횡전계의 영향으로 액정 분자의 배향 상태가 도 5b와 같이 변화하고, 굴절률 분포가 변화한다. 이 때문에, 제1 편광 성분(310)은 당해 액정 분자의 굴절률 분포의 변화에 따라서 y축 방향으로 확산한다.
또한, 도 6b에 도시한 바와 같이, 광학 소자(10)(보다 구체적으로는, 제1 액정 셀(110))에 입사하기 전에 S 편광 성분이었던 제2 편광 성분(320)은 제1 기판(111-1)에 입사한 후, 제2 기판(111-2)을 향함에 따라서, 액정 배향의 비틀림에 따라서 그 편광 성분이 P 편광 성분으로 변화한다(도 6b 중의 (2) 내지 (4) 참조). 보다 구체적으로는, 제2 편광 성분(320)은 제1 기판(111-1) 측에서는 y축 방향으로 편광축을 갖고 있지만, 액정층(113)의 두께 방향으로 통과하는 과정에서 그 편광축을 서서히 변화시켜 제2 기판(111-2) 측에서는 x축 방향으로 편광축을 갖게 되고, 그 후, 제2 기판(111-2) 측으로부터 출사된다(도 6b 중의 (5) 참조). 여기서, 제1 투명 전극(112-1)과 제2 투명 전극(112-2)의 사이에 횡전계가 발생하여도, 제2 편광 성분(320)은 제1 기판(111-1) 측에 있어서는, 그 편광축이 당해 제1 기판(111-1) 측에 있어서의 액정층(113)의 액정 분자의 배향 방향으로 직교하고 있기 때문에, 당해 액정 분자의 굴절률 분포의 영향을 받지 않고, 그대로 확산하지 않고 통과한다. 또한, 제2 편광 성분(320)은 액정층(113) 내에서 편광축을 y축 방향으로부터 x축 방향으로 변화시킴으로써 제2 기판(111-2) 측에 있어서는, 그 편광축이 당해 제2 기판(111-2) 측에 있어서의 액정 분자의 배향 방향과도 직교하게 되기 때문에, 당해 액정 분자의 굴절률 분포의 영향을 받지 않고 그대로 확산하지 않고 통과한다.
즉, 광학 소자(10)에 입사하기 전에 S 편광 성분이었던 제2 편광 성분(320)은 제1 액정 셀(110)을 통과하는 과정에서 편광축을 y축 방향으로부터 x축 방향으로 변화시켜 P 편광 성분이 되지만, 제1 편광 성분(310)과 같은 확산은 발생하지 않는다.
제2 액정 셀(120)의 액정층(123)의 액정 분자도, 제1 액정 셀(110)의 액정층(113)의 액정 분자와 마찬가지의 굴절률 분포를 갖는다. 그 때문에, 제2 액정 셀(120) 내에 있어서도, 기본적으로, 제1 액정 셀(110) 내와 마찬가지의 현상이 발생한다. 한편, 제1 편광 성분(310) 및 제2 편광 성분(320)은 제1 액정 셀(110)을 통과함으로써, 그 편광축이 교체되기 때문에, 액정층(113)의 액정 분자의 굴절률 분포의 영향을 받는 편광 성분도 교체된다. 즉, 도 6b에 도시한 바와 같이, 제2 액정 셀(120)의 제1 투명 전극(122-1)과 제2 투명 전극(122-2)의 사이 및 제3 투명 전극(122-3)과 제4 투명 전극(112-4)의 사이에 횡전계가 발생하여도, 제2 액정 셀(120)을 통과하는 제1 편광 성분(310)은 그 편광축을 y축 방향으로부터 다시 x축 방향으로 변화하지만(도 6b 중의 (6) 내지 (8) 참조), 확산은 발생하지 않는다. 한편, 제2 액정 셀(120)을 통과하는 제2 편광 성분(320)은 그 편광축을 x축 방향으로부터 다시 y축 방향으로 변화하면서(도 6b 중의 (6) 내지 (8) 참조), 또한 액정층(123)의 액정 분자의 굴절률 분포의 영향을 받아서 확산한다.
이상에서 알 수 있는 바와 같이, 광학 소자(10)에서는, 동일한 구조를 갖는 2개의 액정 셀을 적층시킴으로써, 광학 소자(10)에 입사되는 광의 편광 방향을 2번에 걸쳐 변화시키고, 그 결과, 입사 전과 입사 후에서의 편광 방향을 변하지 않게 할 수 있다(도 6b 중의 (1) 및 (9) 참조). 한편, 당해 광학 소자(10)는 액정 셀의 액정층의 액정 분자가 갖는 굴절률 분포를 변화시키고, 투과하는 광을 굴절시킬 수 있다. 보다 구체적으로는, 제1 액정 셀(110)이 제1 편광 성분(310)(P 편광 성분)의 광을 x축 방향, y축 방향 또는 x축과 y축의 양 방향으로 확산시키고, 제2 액정 셀(120)이 제2 편광 성분(320)(S 편광 성분)의 광을 x축 방향, y축 방향, 또는 x축과 y축의 양 방향으로 확산시킨다. 따라서, 광학 소자(10)는 무편광의 광에 대하여 광의 편광 상태를 바꾸지 않고, 광을 확산할 수 있다.
또한, 상기에서는, 주로 도 6b를 이용하여 각각의 편광 성분이 광학 소자(10)를 통과하는 과정에서 확산 및 편광축을 변화시키는 과정을 설명하였다. 도 6a의 광학 소자(10)는 각 투명 전극에 전위를 인가하지 않은 상태(인접하는 투명 전극간에 전위차가 없는 상태)이며, 편광 성분을 확산시키지 않는 점을 제외하고는 도 6b의 광학 소자와 동일하게 편광 성분의 편광축을 변화시킨다. 설명의 중복을 피하기 위해서, 도 6a의 광학 소자를 통과하는 편광 성분의 설명은 도 6b의 (1) 내지 (9)와 동일한 부호를 부여하여 그 설명을 생략한다.
또한, 도 6a 및 도 6b에 도시한 바와 같이, 제1 액정 셀(110)과 제2 액정 셀(120)의 사이에는, 광학 탄성 수지층(130)이 마련되어 있다. 광은, 제1 액정 셀(110)의 제2 기판(111-2)과 광학 탄성 수지층(130)의 계면 또는 제2 액정 셀(120)의 제1 기판(121-1)과 광학 탄성 수지층(130)의 계면에서도 굴절될 수 있다. 그 때문에, 광학 탄성 수지층(130)의 광학 탄성 수지의 굴절률은, 제1 액정 셀(110)의 제2 기판(111-2) 및 제2 액정 셀(120)의 제1 기판(121-1)의 굴절률에 가까운 것이 바람직하다. 또한, 광학 소자(10)는 광원에 가까운 위치에 배치되고, 광원으로부터의 열에 의해 온도가 상승하는 경우가 있다. 이 경우, 광학 탄성 수지층(130)의 광학 탄성 수지의 열팽창 영향을 완화할 수 있도록, 광학 탄성 수지층(130)의 두께는, 제1 액정 셀(110)에 있어서의 제1 기판(111-1)과 제2 기판(111-2)의 사이 또는 제2 액정 셀(120)에 있어서의 제1 기판(121-1)과 제2 기판(121-2) 사이의 기판간 거리 d보다도 큰 것이 바람직하다.
광학 소자(10)는 단순히 광을 확산할 뿐만 아니라, 각 투명 전극에 인가하는 전위에 의해 광의 배광을 제어하고, 소정의 배광 패턴을 형성할 수 있다. 이하에서는, 도 7a 내지 도 10을 참조하여, 광학 소자(10)를 사용하여 제어된 광의 배광 패턴의 몇 가지를 예시한다. 단, 광학 소자(10)에 의해 제어되는 광의 배광 패턴은, 이들로 한정되는 것은 아니다. 또한, 도 7a 내지 도 10에 기재된 전위의 부호(V11 등)는 표 1과 같다.
Figure pct00001
또한, 이하에서는, 편의상, 각 투명 전극에 인가하는 전위를, 제1 전위(변동 전위, 예를 들어 Low 전위가 0V 및 High 전위가 30V), 제1 전위와 위상이 반전되어 있는 제2 전위(변동 전위, 예를 들어 Low 전위가 0V 및 High 전위가 30V) 및 제3 전위(중간 전위, 예를 들어(15V))로서 설명한다. 제3 전위는, Low 전위와 High 전위 사이의 전위이며, 고정 전위여도 되며, 변동 전위여도 된다. 또한, 전압의 값은, 도 7a 내지 도 10에 기재된 0V, 15V 및 30V로 한정되지는 않는다.
[예 1: x축 방향으로 넓어지는 배광 패턴]
도 7a는, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 광학 소자(10)에 포함되는 각 투명 전극에 인가하는 전위를 나타내는 타이밍 차트이다. 또한, 도 7b는, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 광학 소자(10)에 있어서, 각 투명 전극에 도 7a에 도시한 전위를 인가하여 얻어진 광의 배광 패턴의 사진이다.
제1 액정 셀(110)에서는, 제1 투명 전극(112-1) 및 제2 투명 전극(112-2)에, 각각, 제1 전위 및 제2 전위가 인가된다. 또한, 제3 투명 전극(112-3) 및 제4 투명 전극(112-4)의 각각에 제3 전위가 인가된다. 제1 투명 전극(112-1)에 인가되는 제1 전위와, 제2 투명 전극(112-2)에 인가되는 제2 전위는, 위상이 반전되어 있다. 그 때문에, 제1 투명 전극(112-1)과 제2 투명 전극(112-2)의 사이에는, 전위차(예를 들어, +30V 또는 -30V)가 발생하였다. 이에 반하여, 제2 기판(111-2) 측의 제3 투명 전극(112-3)과 제4 투명 전극(112-4)의 사이는, 무전위 상태로 되어 있다. 또한, 제2 기판(111-2) 측의 제3 투명 전극(112-3) 및 제4 투명 전극(112-4)은 어느 상태여도, 제1 기판(111-1) 측의 제1 투명 전극(112-1)의 사이 또는 제2 투명 전극(112-2)의 사이에 +15V 또는 -15V가 발생하고 있으로, 절댓값으로 본 경우에, 제1 기판(111-1) 측의 한쪽의 투명 전극과의 사이 및 다른 쪽의 투명 전극과의 사이에서의 전위차에 치우침은 없다.
이에 의해, 제1 기판(111-1) 측의 액정 분자는, 제1 투명 전극(112-1)과 제2 투명 전극(112-2) 사이의 전위차에 따라서 배향 상태를 변화시킨다(도 5a 내지 도 5c 등 참조). 한편, 제2 기판(111-2) 측의 액정 분자는, 제3 투명 전극(112-3)과 제4 투명 전극(112-4)의 사이에 전위차가 발생하지 않고, 또한 제1 기판(111-1) 측의 전위에 의한 영향을 받지 않을수록 제1 기판(111-1)과 제2 기판(111-2)이 충분히 이격되어 있기 때문에, 초기 배향 방향으로부터 배향 방향을 변화시키지 않는다. 또한, 제3 투명 전극(112-3) 및 제4 투명 전극(112-4)에 인가되는 제3 전위는 제1 전위와 제2 전위 사이의 중간 전위이기 때문에, 제1 투명 전극(112-1)과 제2 투명 전극(112-2)에, Low 전위와 High 전위가 교대로 인가되어도 용량이 축적되지 않고, 제2 기판(111-2) 측의 액정 분자의 배향 상태가 변화하지 않는다.
제2 액정 셀(120)에서는, 제1 투명 전극(122-1) 및 제2 투명 전극(122-2)에, 각각, 제1 전위 및 제2 전위가 인가된다. 또한, 제3 투명 전극(122-3) 및 제4 투명 전극(122-4)의 각각에 제3 전위가 인가된다. 제1 투명 전극(122-1)에 인가되는 제1 전위와, 제2 투명 전극(122-2)에 인가되는 제2 전위는, 위상이 반전되어 있다. 그 때문에, 제1 투명 전극(122-1)과 제2 투명 전극(122-2)의 사이에는, 전위차(예를 들어, +30V 또는 -30V)가 발생하고 있다. 이에 반하여, 제2 기판(121-2) 측의 제3 투명 전극(122-3)과 제4 투명 전극(122-4)의 사이는, 무전위 상태로 되어 있다. 또한, 제2 기판(121-2) 측의 제3 투명 전극(122-3) 및 제4 투명 전극(122-4)은 어느 상태여도, 제1 기판(121-1) 측의 제1 투명 전극(122-1)의 사이 또는 제2 투명 전극(122-2)의 사이에 +15V 또는 -15V가 발생하고 있으며, 절댓값으로 본 경우에, 제1 기판(121-1) 측의 한쪽의 투명 전극의 사이 및 다른 쪽의 투명 전극 사이에서의 전위차에 치우침은 없다.
이에 의해, 제1 기판(121-1) 측의 액정 분자는, 제1 투명 전극(122-1)과 제2 투명 전극(122-2) 사이의 전위차에 따라서 배향 상태를 변화시킨다(도 5a 내지 도 5c 등 참조). 한편, 제2 기판(121-2) 측의 액정 분자는, 제3 투명 전극(122-3)과 제4 투명 전극(122-4)의 사이에 전위차가 발생하지 않고, 또한 제1 기판(121-1) 측의 전위에 의한 영향을 받지 않을수록 제1 기판(121-1)과 제2 기판(121-2)이 충분히 이격되어 있기 때문에, 초기 배향 방향으로부터 배향 방향을 변화시키지 않는다. 또한, 제3 투명 전극(122-3) 및 제4 투명 전극(122-4)에 인가되는 제3 전위는 제1 전위와 제2 전위 사이의 중간 전위이기 때문에, 제1 투명 전극(122-1)과 제2 투명 전극(122-2)에, Low 전위와 High 전위가 교대로 인가되어도 용량이 축적되지 않고, 제2 기판(121-2) 측의 액정 분자의 배향 상태가 변화하지 않는다.
또한, 도 7a에 도시한 바와 같이, 제1 액정 셀(110)의 제1 투명 전극(112-1) 및 제2 투명 전극(112-2)의 전위 변동은, 각각, 제2 액정 셀(120)의 제1 투명 전극(122-1) 및 제2 투명 전극(122-2)의 전위 변동과 동기하고 있다.
각 투명 전극에 상술한 바와 같은 전위를 인가한 경우, 제1 액정 셀(110)의 제1 기판(111-1) 측의 액정층(113)의 액정 분자는, x축 방향의 편광을 갖는 광을 x축 방향으로 굴절할 수 있다. 그 때문에, 제1 액정 셀(110)은 x축 방향의 편광을 갖는 광을 x축 방향으로 확산할 수 있다.
또한, 제2 액정 셀(120)의 제1 기판(121-1) 측의 액정층(123)의 액정 분자도, x축 방향의 편광을 갖는 광을 x축 방향으로 굴절시킨다. 그 때문에, 제2 액정 셀(120)도, x축 방향의 편광을 갖는 광을 x축 방향으로 확산한다.
즉, 각 투명 전극의 전위가 도 7a에 도시한 것일 때, 광학 소자(10)는 제1 액정 셀(110)의 제1 기판(111-1) 측으로부터 광이 입사되면(도 6a 및 도 6b에 도시한 바와 같이, 제1 액정 셀(110)의 하방측으로부터 제1 기판(111-1)을 향해서 광이 조사되는 것을 의미한다. 이하, 마찬가지로 하면, 제1 액정 셀(110)을 통과하는 과정에 있어서, x축 방향의 편광축을 갖는 제1 편광 성분(310)은 제1 기판(111-1) 측에서 x축 방향으로 확산하면서, 편광축을 y축 방향으로 변화시킨다. 한편, y축 방향의 편광을 갖는 제2 편광 성분(320)은 확산하지 않고, 편광축을 y축 방향으로부터 x축 방향으로 변화시킨다. 그리고, 이들 편광 성분은 그대로 제2 액정 셀(120)에 입사한다. 제1 액정 셀(110) 내로 확산하지 않고, y축 방향으로부터 x축 방향으로 편광축을 변화시킨 제2 편광 성분(320)은 제2 액정 셀(120)을 통과하는 과정에 있어서, x축 방향으로 확산하고, 그 후, 편광축을 y축 방향으로 변화시킨다. 한편, 제1 액정 셀(110) 내로 확산하면서 편광축을 x축 방향으로부터 y축 방향으로 변화시킨 제1 편광 성분(310)은 확산하지 않고 편광축을 y축 방향으로부터 x축 방향으로 변화시킨다. 이에 의해, 광학 소자(10)에 입사하는 광은, 제1 액정 셀(110) 또는 제2 액정 셀(120)을 통과하는 과정에서, x축 방향으로 확산하게 된다. 따라서, 광학 소자(10)를 투과한 광은, 도 7b에 도시한 바와 같이, x축 방향으로 넓어지는 배광 패턴 A를 형성할 수 있다.
[예 2: y축 방향으로 넓어지는 배광 패턴]
도 8a는, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 광학 소자(10)에 포함되는 각 투명 전극에 인가하는 전압을 나타내는 타이밍 차트이다. 또한, 도 8b는, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 광학 소자(10)에 있어서, 각 투명 전극에 도 8a에 도시한 전위를 인가하여 얻어진 광의 배광 패턴의 사진이다.
제1 액정 셀(110)에서는, 제1 투명 전극(112-1) 및 제2 투명 전극(112-2)의 각각에 제3 전위가 인가된다. 또한, 제3 투명 전극(112-3) 및 제4 투명 전극(112-4)에, 각각, 제1 전위 및 제2 전위가 인가된다. 제3 투명 전극(112-3)에 인가되는 제1 전위와, 제4 투명 전극(112-4)에 인가되는 제2 전위는, 위상이 반전되어 있다. 그 때문에, 제3 투명 전극(112-3)과 제4 투명 전극(112-4)의 사이에는, 전위차(예를 들어, +30V 또는 -30V)가 발생하고 있다. 이에 반하여, 제1 기판(111-1) 측의 제1 투명 전극(112-1)과 제2 투명 전극(112-2)의 사이는, 무전위 상태로 되어 있다. 또한, 제1 기판(111-1) 측의 제1 투명 전극(112-1) 및 제2 투명 전극(112-2)은 어느 상태여도, 제2 기판(111-2) 측의 제3 투명 전극(112-3)과의 사이 또는 제4 투명 전극(112-4)과의 사이에 +15V 또는 -15V가 발생하고 있으며, 절댓값으로 본 경우에, 제2 기판(111-2) 측의 한쪽의 투명 전극과의 사이 및 다른 쪽의 투명 전극과의 사이에서의 전위차에 치우침은 없다.
이에 의해, 제2 기판(111-2) 측의 액정 분자는, 제3 투명 전극(112-3)과 제4 투명 전극(112-4) 사이의 전위차에 따라서 배향 상태를 변화시킨다(도 5a 내지 도 5c 등 참조). 한편, 제1 기판(111-1) 측의 액정 분자는, 제1 투명 전극(112-1)과 제2 투명 전극(112-2)의 사이에 전위차가 발생하지 않고, 또한 제2 기판(111-2) 측의 전위에 의한 영향을 받지 않을수록 제1 기판(111-1)과 제2 기판(111-2)이 충분히 이격되어 있기 때문에, 초기 배향 방향으로부터 배향 방향을 변화시키지 않는다. 또한, 제1 투명 전극(112-1) 및 제2 투명 전극(112-2)에 인가되는 제3 전위는 제1 전위와 제2 전위 사이의 중간 전위이기 때문에, 제3 투명 전극(112-3)과 제4 투명 전극(112-4)에, Low 전위와 High 전위가 교대로 인가되어도 용량이 축적되지 않고, 제1 기판(111-1) 측의 액정 분자의 배향 상태가 변화하지 않는다.
제2 액정 셀(120)에서는, 제1 투명 전극(122-1) 및 제2 투명 전극(122-2)의 각각에 제3 전위가 인가된다. 또한, 제3 투명 전극(122-3) 및 제4 투명 전극(122-4)에, 각각, 제1 전위 및 제2 전위가 인가된다. 제3 투명 전극(122-3)에 인가되는 제1 전위와, 제4 투명 전극(122-4)에 인가되는 제2 전위는, 위상이 반전되어 있다. 그 때문에, 제3 투명 전극(122-3)과 제4 투명 전극(122-4)의 사이에는, 전위차(예를 들어, +30V 또는 -30V)가 발생하고 있다. 이에 반하여, 제1 기판(121-1) 측의 제1 투명 전극(122-1)과 제2 투명 전극(122-2)의 사이는, 무전위 상태로 되어 있다. 또한, 제1 기판(121-1) 측의 제1 투명 전극(122-1) 및 제2 투명 전극(122-2)은 어느 상태여도, 제2 기판(121-2) 측의 제3 투명 전극(122-3)의 사이 또는 제4 투명 전극(122-4)의 사이에 +15V 또는 -15V가 발생하고 있으며, 절댓값으로 본 경우에, 제2 기판(121-2) 측의 한쪽의 투명 전극의 사이 및 다른 쪽의 투명 전극 사이에서의 전위차에 치우침은 없다.
이에 의해, 제2 기판(121-2) 측의 액정 분자는, 제3 투명 전극(122-3)과 제4 투명 전극(122-4) 사이의 전위차에 따라서 배향 상태를 변화시킨다(도 5a 내지 도 5c 등 참조). 한편, 제1 기판(121-1) 측의 액정 분자는, 제1 투명 전극(122-1)과 제2 투명 전극(122-2)의 사이에 전위차가 발생하지 않고, 또한 제2 기판(121-2) 측의 전위에 의한 영향을 받지 않을수록 제1 기판(121-1)과 제2 기판(121-2)이 충분히 이격되어 있기 때문에, 초기 배향 방향으로부터 배향 방향을 변화시키지 않는다. 또한, 제1 투명 전극(122-1) 및 제2 투명 전극(122-2)에 인가되는 제3 전위는 제1 전위와 제2 전위 사이의 중간 전위이기 때문에, 제3 투명 전극(122-3)과 제4 투명 전극(122-4)에, Low 전위와 High 전위가 교대로 인가되어도 용량이 축적되지 않고, 제1 기판(121-1) 측의 액정 분자의 배향 상태가 변화하지 않는다.
또한, 도 8b에 도시한 바와 같이, 제1 액정 셀(110)의 제3 투명 전극(112-3) 및 제4 투명 전극(112-4)의 전위 변동은, 각각, 제2 액정 셀(120)의 제3 투명 전극(122-3) 및 제4 투명 전극(122-4)의 전위 변동과 동기하고 있다.
각 투명 전극에 상술한 바와 같은 전위를 인가한 경우, 제1 액정 셀(110)의 제2 기판(111-2) 측의 액정층(113)의 액정 분자는, y축 방향의 편광을 갖는 광을 y축 방향으로 굴절시킨다. 그 때문에, 제1 액정 셀(110)은 y축 방향의 편광을 갖는 광을 y축 방향으로 확산한다.
또한, 제2 액정 셀(120)의 제2 기판(121-2) 측의 액정층(123)의 액정 분자도, y축 방향의 편광을 갖는 광을 y축 방향으로 굴절시킨다. 그 때문에, 제2 액정 셀(120)도, y축 방향의 편광을 갖는 광을 y축 방향으로 확산한다.
즉, 각 투명 전극의 전위가 도 8a에 도시한 것일 때, 광학 소자(10)는 제1 액정 셀(110)의 제1 기판(111-1) 측으로부터 광이 입사되면, 제1 액정 셀(110)을 통과하는 과정에 있어서, x축 방향의 편광을 갖는 제1 편광 성분(310)은 편광축을 x축 방향으로부터 y축 방향으로 변화시키면서, 제2 기판(111-2) 측에서 y축 방향으로 확산한다. 한편, y축 방향의 편광을 갖는 제2 편광 성분(320)은 확산하지 않고, 편광축을 y축 방향으로부터 x축 방향으로 변화시킨다. 그리고, 이들 편광 성분은 그대로 제2 액정 셀(120)에 입사한다. 제1 액정 셀(110) 내로 확산하지 않고, y축 방향으로부터 x축 방향으로 편광축을 변화시킨 제2 편광 성분(320)은 제2 액정 셀(120)을 통과하는 과정에 있어서, 편광축을 y축 방향으로 변화시키면서, 제2 기판(121-2) 측에서 y축 방향으로 확산한다. 한편, 제1 액정 셀(110) 내로 확산하면서 편광축을 x축 방향으로부터 y축 방향으로 변화시킨 제1 편광 성분(310)은 확산하지 않고 편광축을 y축 방향으로부터 x축 방향으로 변화시킨다. 이에 의해, 광학 소자(10)에 입사하는 광은, 제1 액정 셀(110) 또는 제2 액정 셀(120)을 통과하는 과정에서, y축 방향으로 확산하게 된다. 따라서, 광학 소자(10)를 투과한 광은, 도 8b에 도시한 바와 같이, y축 방향으로 넓어지는 배광 패턴 B를 형성할 수 있다.
[예 3: 십자 형상으로 넓어지는 배광 패턴]
도 9a는, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 광학 소자(10)에 포함되는 각 투명 전극에 인가하는 전위를 나타내는 타이밍 차트이다. 또한, 도 9b는, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 광학 소자(10)에 있어서, 각 투명 전극에 도 9a에 도시한 전위를 인가하여 얻어진 광의 배광 패턴의 사진이다.
제1 액정 셀(110)에서는, 제1 투명 전극(112-1) 및 제2 투명 전극(112-2)에, 각각, 제1 전위 및 제2 전위가 인가된다. 또한, 제3 투명 전극(112-3) 및 제4 투명 전극(112-4)의 각각에 제3 전위가 인가된다. 제1 투명 전극(112-1)에 인가되는 제1 전위와, 제2 투명 전극(112-2)에 인가되는 제2 전위는, 위상이 반전되어 있다. 그 때문에, 제1 투명 전극(112-1)과 제2 투명 전극(112-2)의 사이에는, 전위차(예를 들어, +30V 또는 -30V)가 발생하고 있다. 이에 반하여, 제2 기판(111-2) 측의 제3 투명 전극(112-3)과 제4 투명 전극(112-4)의 사이는, 무전위 상태로 되어 있다. 또한, 제2 기판(111-2) 측의 제3 투명 전극(112-3) 및 제4 투명 전극(112-4)은 어느 상태여도, 제1 기판(111-1) 측의 제1 투명 전극(112-1)의 사이 또는 제2 투명 전극(112-2)의 사이에 +15V 또는 -15V가 발생하고 있으며, 절댓값으로 본 경우에, 제1 기판(111-1) 측의 한쪽의 투명 전극과의 사이 및 다른 쪽의 투명 전극과의 사이에서의 전위차에 치우침은 없다.
이에 의해, 제1 기판(111-1) 측의 액정 분자는, 제1 투명 전극(112-1)과 제2 투명 전극(112-2) 사이의 전위차에 따라서 배향 상태를 변화시킨다(도 5a 내지 도 5c 등 참조). 한편, 제2 기판(111-2) 측의 액정 분자는, 제3 투명 전극(112-3)과 제4 투명 전극(112-4)의 사이에 전위차가 발생하지 않고 또한 제1 기판(111-1) 측의 전위에 의한 영향을 받지 않을수록 제1 기판(111-1)과 제2 기판(111-2)이 충분히 이격되어 있기 때문에, 초기 배향 방향으로부터 배향 방향을 변화시키지 않는다. 또한, 제3 투명 전극(112-3) 및 제4 투명 전극(112-4)에 인가되는 제3 전위는 제1 전위와 제2 전위 사이의 중간 전위이기 때문에, 제1 투명 전극(112-1)과 제2 투명 전극(112-2)에, Low 전위와 High 전위가 교대로 인가되어도 용량이 축적되지 않고, 제2 기판(111-2) 측의 액정 분자의 배향 상태가 변화하지 않는다.
제2 액정 셀(120)에서는, 제1 투명 전극(122-1) 및 제2 투명 전극(122-2)의 각각에 제3 전위가 인가된다. 또한, 제3 투명 전극(122-3) 및 제4 투명 전극(122-4)에, 각각, 제1 전위 및 제2 전위가 인가된다. 제3 투명 전극(122-3)에 인가되는 제1 전위와, 제4 투명 전극(122-4)에 인가되는 제2 전위는, 위상이 반전되어 있다. 그 때문에, 제3 투명 전극(122-3)과 제4 투명 전극(122-4)의 사이에는, 전위차(예를 들어, +30V 또는 -30V)가 발생하고 있다. 이에 반하여, 제1 기판(121-1) 측의 제1 투명 전극(122-1)과 제2 투명 전극(122-2)의 사이는, 무전위 상태로 되어 있다. 또한, 제1 기판(121-1) 측의 제1 투명 전극(122-1) 및 제2 투명 전극(122-2)은 어느 상태여도, 제2 기판(121-2) 측의 제3 투명 전극(122-3)과의 사이 또는 제4 투명 전극(122-4)과의 사이에 +15V 또는 -15V가 발생하고 있으며, 절댓값으로 본 경우에, 제2 기판(121-2) 측의 한쪽의 투명 전극과의 사이 및 다른 쪽의 투명 전극과의 사이에서의 전위차에 치우침은 없다.
이에 의해, 제2 기판(121-2) 측의 액정 분자는, 제3 투명 전극(122-3)과 제4 투명 전극(122-4) 사이의 전위차에 따라서 배향 상태를 변화시킨다(도 5a 내지 도 5c 등 참조). 한편, 제1 기판(121-1) 측의 액정 분자는, 제1 투명 전극(122-1)과 제2 투명 전극(122-2)의 사이에 전위차가 발생하지 않고, 또한 제2 기판(121-2) 측의 전위에 의한 영향을 받지 않을수록 제1 기판(121-1)과 제2 기판(121-2)이 충분히 이격되어 있기 때문에, 초기 배향 방향으로부터 배향 방향을 변화시키지 않는다. 또한, 제1 투명 전극(122-1) 및 제2 투명 전극(122-2)에 인가되는 제3 전위는 제1 전위와 제2 전위 사이의 중간 전위이기 때문에, 제3 투명 전극(122-3)과 제4 투명 전극(122-4)에, Low 전위와 High 전위가 교대로 인가되어도 용량이 축적되지 않고, 제1 기판(121-1) 측의 액정 분자의 배향 상태가 변화하지 않는다.
또한, 도 9a에 도시한 바와 같이, 제1 액정 셀(110)의 제1 투명 전극(112-1) 및 제2 투명 전극(112-2)의 전위 변동은, 각각, 제2 액정 셀(120)의 제3 투명 전극(122-3) 및 제4 투명 전극(122-4)의 전위 변동과 동기하고 있다.
각 투명 전극에 상술한 바와 같은 전위를 인가한 경우, 제1 액정 셀(110)의 제1 기판(111-1) 측의 액정층(113)의 액정 분자는, x축 방향의 편광을 갖는 광을 x축 방향으로 굴절시킨다. 그 때문에, 제1 액정 셀(110)은 x축 방향의 편광을 갖는 광을 x축 방향으로 확산시킨다.
또한, 제2 액정 셀(120)의 제2 기판(121-2) 측의 액정층(123)의 액정 분자는, y축 방향의 편광을 갖는 광을 y축 방향으로 굴절시킨다. 그 때문에, 제2 액정 셀(120)은 y축 방향의 편광을 갖는 광을 y축 방향으로 확산한다.
즉, 각 투명 전극의 전위가 도 9a에 도시한 것일 때, 광학 소자(10)는 제1 액정 셀(110)의 제1 기판(111-1) 측으로부터 광이 입사되면, 제1 액정 셀(110)을 통과하는 과정에 있어서, x축 방향의 편광을 갖는 제1 편광 성분(310)은 제1 기판(111-1) 측으로 x축 방향으로 확산하면서, 편광축을 x축 방향으로부터 y축 방향으로 변화시킨다. 한편, y축 방향의 편광을 갖는 제2 편광 성분(320)은 확산하지 않고, 편광축을 y축 방향으로부터 x축 방향으로 변화시킨다. 그리고, 이들 편광 성분은 그대로 제2 액정 셀(120)에 입사한다. 제1 액정 셀(110) 내로 확산하지 않고, y축 방향으로부터 x축 방향으로 편광축을 변화시킨 제2 편광 성분(320)은 제2 액정 셀(120)을 통과하는 과정에 있어서, 편광축을 x축 방향으로부터 y축 방향으로 변화시키면서, 제2 기판(121-2) 측으로 y축 방향으로 확산한다. 한편, 제1 액정 셀(110) 내로 확산하면서 편광축을 x축 방향으로부터 y축 방향으로 변화시킨 제1 편광 성분(310)은 확산하지 않고, 편광축을 y축 방향으로부터 x축 방향으로 변화시킨다. 이와 같이, 광학 소자(10)에 입사하는 광은, 제1 편광 성분(310)이 제1 액정 셀(110)을 통과하는 과정에서 x축 방향으로 확산되고, 제2 편광 성분(320)이 제2 액정 셀(120)을 통과하는 과정에서 y축 방향으로 확산된다. 따라서, 광학 소자(10)를 투과한 광은, 도 9b에 도시한 바와 같이, 십자 형상으로 넓어지는 배광 패턴 C를 형성할 수 있다.
또한, 상기한 바와 같이, 도 9a에 도시한 전위를 각 투명 전극에 인가함으로써, 주로 제1 편광 성분(310)을 확산시킴으로써 십자 형상의 배광 패턴을 형성하고 있지만, 각 투명 전극에 공급하는 전위를 바꿈으로써, 제2 편광 성분(320)을 확산시켜 십자 형상의 배광 패턴을 형성할 수 있다. 구체적으로는, 제1 액정 셀(110)에서는, 제3 투명 전극(112-3) 및 제4 투명 전극(112-4)에, 각각, 제1 전위 및 제2 전위를 인가하고, 또한 제1 투명 전극(112-1) 및 제2 투명 전극(112-2)의 각각에 제3 전위를 인가한다. 그리고, 제2 액정 셀(120)에서는, 제1 투명 전극(122-1) 및 제2 투명 전극(122-2)에, 각각, 제1 전위 및 제2 전위를 인가하고, 또한 제3 투명 전극(122-3) 및 제4 투명 전극(122-4)의 각각에 제3 전위를 인가한다. 이에 의해, 주로 제2 편광 성분(320)을 확산시킴으로써 십자 형상의 배광 패턴이 형성된다.
[예 4: 직사각형으로 넓어지는 배광 패턴]
도 10은, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 광학 소자(10)에 포함되는 각 투명 전극에 인가하는 전압을 나타내는 타이밍 차트이다.
제1 액정 셀(110)에서는, 제1 투명 전극(112-1) 및 제3 투명 전극(112-3)의 각각에 제1 전위가 인가된다. 또한, 제2 투명 전극(112-2) 및 제4 투명 전극(112-4)의 각각에 제2 전위가 인가된다. 제1 투명 전극(112-1) 및 제3 투명 전극(112-3)에 인가되는 제1 전위와, 제2 투명 전극(112-2) 및 제4 투명 전극(112-4)에 인가되는 제2 전위는, 위상이 반전되어 있다. 그 때문에, 제1 투명 전극(112-1)과 제2 투명 전극(112-2)의 사이 및 제3 투명 전극(112-3)과 제4 투명 전극(112-4)의 사이에는, 전위차(예를 들어, +30V 또는 -30V)가 발생하고 있다. 또한, 제1 투명 전극(112-1)과 제4 투명 전극(112-4)의 사이 및 제2 투명 전극(112-2)과 제3 투명 전극(112-3)의 사이에도, 전위차(예를 들어, +30V 또는 -30V)가 발생하고 있다.
이에 의해, 제1 기판(111-1) 측의 액정 분자는, 제1 투명 전극(112-1)과 제2 투명 전극(112-2) 사이의 전위차에 따라서 배향 상태를 변화시킨다(도 5a 내지 도 5c 등 참조). 또한, 제2 기판(111-2) 측의 액정 분자는, 제3 투명 전극(112-3)과 제4 투명 전극(112-4) 사이의 전위차에 따라서 배향 상태를 변화시킨다(도 5a 내지 도 5c 등 참조). 또한, 제1 기판(111-1)과 제2 기판(111-2)은 충분히 이격되어 있기 때문에, 제3 투명 전극(112-3)에 인가되는 제1 전위 또는 제4 투명 전극(112-4)에 인가되는 제2 전위에 의한 제1 기판(111-1) 측의 액정 분자에 대한 영향은 미미하다. 마찬가지로, 제1 투명 전극(112-1)에 인가되는 제1 전위 또는 제2 투명 전극(112-2)에 인가되는 제2 전위에 의한 제2 기판(111-2) 측의 액정 분자에 대한 영향은 미미하다.
제2 액정 셀(120)에서는, 제1 투명 전극(122-1) 및 제3 투명 전극(122-3)의 각각에 제1 전위가 인가된다. 또한, 제2 투명 전극(122-2) 및 제4 투명 전극(122-4)의 각각에 제2 전위가 인가된다. 제1 투명 전극(122-1) 및 제3 투명 전극(122-3)에 인가되는 제1 전위와, 제2 투명 전극(122-2) 및 제4 투명 전극(122-4)에 인가되는 제2 전위는, 위상이 반전되어 있다. 그 때문에, 제1 투명 전극(122-1)과 제2 투명 전극(122-2)의 사이 및 제3 투명 전극(122-3)과 제4 투명 전극(122-4)의 사이에는, 전위차(예를 들어, +30V 또는 -30V)가 발생하고 있다. 또한, 제1 투명 전극(122-1)과 제4 투명 전극(122-4)의 사이 및 제2 투명 전극(122-2)과 제3 투명 전극(122-3)의 사이에도, 전위차(예를 들어, +30V 또는 -30V)가 발생하고 있다.
이에 의해, 제1 기판(121-1) 측의 액정 분자는, 제1 투명 전극(122-1)과 제2 투명 전극(122-2) 사이의 전위차에 따라서 배향 상태를 변화시킨다(도 5a 내지 도 5c 등 참조). 또한, 제2 기판(121-2) 측의 액정 분자는, 제3 투명 전극(122-3)과 제4 투명 전극(122-4) 사이의 전위차에 따라서 배향 상태를 변화시킨다(도 5a 내지 도 5c 등 참조). 또한, 제1 기판(121-1)과 제2 기판(121-2)은 충분히 이격되어 있기 때문에, 제3 투명 전극(122-3)에 인가되는 제1 전위 또는 제4 투명 전극(122-4)에 인가되는 제2 전위에 의한 제1 기판(121-1) 측의 액정 분자에 대한 영향은 미미하다. 마찬가지로, 제1 투명 전극(122-1)에 인가되는 제1 전위 또는 제2 투명 전극(122-2)에 인가되는 제2 전위에 의한 제2 기판(121-2) 측의 액정 분자에 대한 영향은 미미하다.
또한, 도 10에 도시한 바와 같이, 제1 액정 셀(110)의 제1 투명 전극(112-1) 및 제3 투명 전극(112-3)의 전위 변동 그리고 제2 액정 셀(120)의 제1 투명 전극(122-1) 및 제3 투명 전극(122-3)의 전위 변동은, 서로 동기하고 있다. 또한, 제1 액정 셀(110)의 제2 투명 전극(112-2) 및 제4 투명 전극(112-4)의 전위 변동 그리고 제2 액정 셀(120)의 제2 투명 전극(122-2) 및 제4 투명 전극(122-4)의 전위 변동은, 서로 동기하고 있다.
각 투명 전극에 상술한 바와 같은 전위를 인가한 경우, 제1 액정 셀(110)의 제1 기판(111-1) 측의 액정층(113)의 액정 분자는, x축 방향의 편광을 갖는 광을 x축 방향으로 굴절시킨다. 또한, 제1 액정 셀(110)의 제2 기판(111-2) 측의 액정층(113)의 액정 분자는, y축 방향의 편광을 갖는 광을 y축 방향으로 굴절시킨다. 그 때문에, 제1 액정 셀(110)은 x축 방향의 편광을 갖는 광을 x축 방향 및 y 방향으로 확산시킨다.
또한, 제2 액정 셀(120)의 제1 기판(121-1) 측의 액정층(123)의 액정 분자는, x축 방향의 편광을 갖는 광을 x축 방향으로 굴절시킨다. 또한, 제2 액정 셀(120)의 제2 기판(121-2) 측의 액정층(123)의 액정은, y축 방향의 편광을 갖는 광을 y축 방향으로 굴절시킨다. 그 때문에, 제2 액정 셀(120)도, x축 방향의 편광을 갖는 광을 x축 방향 및 y 방향으로 확산시킨다.
즉, 각 투명 전극의 전위가 도 10에 도시한 것일 때, 광학 소자(10)는 제1 액정 셀(110)의 제1 기판(111-1) 측으로부터 광이 입사되면, 제1 액정 셀(110)을 통과하는 과정에 있어서, x축 방향의 편광을 갖는 제1 편광 성분(310)은 제1 기판(111-1) 측에서 x축 방향으로 확산하면서, 편광축을 x축 방향으로부터 y축 방향으로 변화시킨다. 또한, x축 방향으로부터 y축 방향으로 편광축을 변화시킨 제1 편광 성분(310)은 제2 기판(111-2) 측에서 y축 방향으로 확산한다. 한편, y축 방향의 편광을 갖는 제2 편광 성분(320)은 확산하지 않고, 편광축을 y축 방향으로부터 x축 방향으로 변화시킨다. 그리고, 이들 편광 성분은 그대로 제2 액정 셀(120)에 입사한다. 제1 액정 셀(110) 내로 확산하지 않고, y축 방향으로부터 x축 방향으로 편광축을 변화시킨 제2 편광 성분(320)은 제2 액정 셀(120)을 통과하는 과정에 있어서, 제1 기판(121-1) 측에서 x축 방향으로 확산하면서, 편광축을 x축 방향으로부터 y축 방향으로 변화시킨다. 또한, x축 방향으로부터 y축 방향으로 편광축을 변화시킨 제2 편광 성분(320)은 제2 기판(121-2) 측에서 y축 방향으로 확산한다. 한편, 제1 액정 셀(110) 내로 확산하면서 편광축을 x축 방향으로부터 y축 방향으로 변화시킨 제1 편광 성분(310)은 확산하지 않고 편광축을 y축 방향으로부터 x축 방향으로 변화시킨다. 이와 같이, 광학 소자(10)에 입사하는 광은, 제1 편광 성분(310)이 제1 액정 셀(110)을 통과하는 과정에서 x축 방향 및 y축 방향으로 확산되고, 제2 편광 성분(320)이 제2 액정 셀(120)을 통과하는 과정에서 x축 방향 및 y축 방향으로 확산된다. 따라서, 광학 소자(10)를 투과한 광은, 직사각형으로 넓어지는 배광 패턴을 형성할 수 있다.
이상, 몇몇 배광 패턴을 예시하였지만, 광의 배광 분포를 나타내는 배광각은, 투명 전극에 인가하는 전압의 크기에 의해 제어할 수 있다. 예를 들어, 투명 전극에 인가하는 전압을 높게 하면, 배광각이 커지고, 광이 보다 확산된 배광 패턴이 얻어진다. 또한, 배광각은, 예를 들어 기판간 거리 d 또는 피치 p에 의해서도 제어할 수 있다.
[4. 기판간 거리와 피치의 상관 관계]
도 11을 참조하여, 기판간 거리 d와 피치 p의 상관 관계에 대하여 상세히 설명한다.
도 11은, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 광학 소자(10)의 액정 셀에 있어서, d/p에 대한 정면 상대 휘도(0도에서의 상대 휘도)를 나타내는 그래프이다. 기판간 거리 d는, 도 4a 내지 도 5b에 도시한 바와 같이, 제1 액정 셀(110)의 제1 기판(111-1)과 제2 기판(111-2) 사이의 거리(또는, 제2 액정 셀(120)의 제1 기판(121-1)와 제2 기판(121-2) 사이의 거리)이다. 또한, 피치 p는, 도 3a에 도시한 제1 피치 p1(또는, 도 3b에 도시한 제2 피치 p2)이다. 또한, 정면 상대 휘도는, 제1 기판(111-1)으로부터 입사되고, 제2 기판(111-2)으로부터 출사되는 광에 있어서, 제2 기판(111-2)의 수직 방향(0도)으로부터 출사되는 광의 휘도이다. 도 11에 도시한 그래프는, 광학 소자(10)가 없는 경우(광원만의 경우)의 광의 휘도를 1로 하여 규격화하고 있다. 따라서, 도 11에 도시한 그래프의 y축은, 광학 소자(10)가 없는 경우의 휘도를 1로 한 경우의 상대 휘도비라고 할 수도 있다.
또한, 도 11에 도시한 그래프의 데이터를 취득한 액정 셀은, 제1 기판(111-1) 위에 제1 투명 전극(112-1) 및 제2 투명 전극(112-2)이 형성되어 있지만, 제2 기판(111-2) 위에 제3 투명 전극(112-3) 및 제4 투명 전극(112-4)이 형성되어 있지 않다. 또한, 휘도의 측정 시에는, 제1 투명 전극(112-1)에 Low 전위(0V)를 인가하고, 제2 투명 전극(112-2)에 High 전위(30V)를 인가하였다.
도 11에 도시한 바와 같이, d/p가 커지면 정면 상대 휘도는 저하되지만, d/p<1과 d/p≥1에서는 정면 상대 휘도의 저하 비율이 크게 다르다. d/p<1에서는, 정면 상대 휘도가 d/p=1로 근접함에 따라서 크게 저하되지만, 정면 휘도비는 0.2 내지 0.4 정도의 정면 휘도가 측정되었다. 이것은, 액정 셀에 의한 광의 확산에 수반하는 휘도의 저하를 나타내고 있지만, 당해 확산이 아직 충분하지 않다는 것을 나타내고 있다. 이에 반하여, d/p≥1에서는, 정면 상대 휘도가 0.1 이하가 되고, 그 후, d/p를 크게 해도 정면 상대 휘도는 안정되어 있다. 이것은, d/p≥1에서는 액정 셀에 의한 광의 확산이 충분하다는 것을 나타내고 있다. 즉, d/p≥1에서는, 우수한 광 확산이 얻어진다. 따라서, 광학 소자(10)에 있어서는, 기판간 거리 d와 피치 p가 d/p≥1을 충족시키는 것이 바람직하고, d/p≥2를 충족시키는 것이 더욱 바람직하다.
또한, 투명 전극 재료는 굴절률이 높고, 액정 셀의 투과율에 영향을 미치는 경우가 있다. 그 때문에, 투명 전극의 폭은 작은 것이 바람직하다. 즉, 전극간 거리 b(도 3a 또는 도 3b에 도시한 제1 전극간 거리 b1 또는 제2 전극간 거리 b2)는 투명 전극의 폭 a(도 3a 또는 도 3b에 도시한 제1 폭 a1 또는 제2 폭 a2) 이하인 것이 바람직하다. 예를 들어, 전극간 거리 b를 피치 p와의 관계로 나타내면, p/2≤b를 충족시키는 것이 바람직하다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 광학 소자(10)는 2개의 액정 셀을 갖고, 각 투명 전극에 인가하는 전압을 제어함으로써, 광학 소자(10)를 투과하는 광의 배광 또는 배광 패턴을 용이하게 제어할 수 있다.
<제2 실시 형태>
도 12를 참조하여, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 조명 장치(20)의 구성에 대하여 설명한다.
도 12는, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 조명 장치(20)의 구성을 나타내는 모식도이다. 도 12에 도시한 바와 같이, 조명 장치(20)는 광학 소자(10), 광원(210), 볼록 렌즈(220) 및 반사기(230)를 포함한다. 볼록 렌즈(220)는 광학 소자(10)와 광원(210)의 사이에 배치되어 있다. 또한, 반사기(230)는 광원(210)과 볼록 렌즈(220) 사이의 공간을 둘러싸도록 배치되어 있다.
광원(210)은 광을 조사할 수 있다. 광원(210)으로서, 예를 들어 전구, 형광등, 냉음극관, 발광 다이오드(LED) 또는 레이저 다이오드(LD) 등을 사용할 수 있다. 바람직하게는, 조명 장치(20)의 광원(210)은 LED이다. 광원(210)으로서 고발광 효율인 LED를 사용한 조명 장치(20)는 고휘도 및 저소비 전력이 된다. 또한, LED 및 LD는, 각각, 유기 발광 다이오드(OLED) 및 유기 레이저 다이오드(OLD)를 포함한다.
볼록 렌즈(220)는 광원(210)으로부터 조사된 광을 집광하고, 집광한 광을 광학 소자(10)에 입사시킬 수 있다.
반사기(230)는 광원(210)으로부터 조사된 광을 반사하고, 반사한 광을 볼록 렌즈에 입사시킬 수 있다. 반사기(230)의 형상은, 예를 들어 대략 원뿔형이지만, 이것으로 한정되지는 않는다. 또한, 반사기(230)의 표면은 평면이어도 되며, 곡면이어도 된다.
또한, 조명 장치(20)는 투명 전극에 인가하는 전압을 제어하는 제어부를 포함하고, 다양한 광의 배향 패턴을 형성할 수 있도록 해도 된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 조명 장치(20)는 광학 소자(10)를 포함하기 때문에, 조명 장치(20)로부터 출사하는 광의 배광 또는 배광 패턴을 용이하게 제어할 수 있다.
본 발명의 사상의 범주에 있어서, 당업자라면 각종 변경예 및 수정예에 상당할 수 있는 것이며, 이들 변경예 및 수정예에 대해서도 본 발명의 범위에 속하는 것이라고 이해된다. 예를 들어, 상술한 각 실시 형태에 대하여 당업자가 적절히 구성 요소의 추가, 삭제 또는 설계 변경을 행한 것, 또는 공정의 추가, 생략 또는 조건 변경을 행한 것도, 본 발명의 요지를 구비하고 있는 한, 본 발명의 범위에 포함된다.
또한, 본 실시 형태에 있어서 양태에 의해 초래되는 다른 작용 효과에 대하여 본 명세서의 기재로부터 명백한 것, 또는 당업자에게 있어서 적절히 상도할 수 있는 것에 대해서는, 당연히 본 발명에 의해 초래되는 것으로 해석된다.
10: 광학 소자
20: 조명 장치
110: 제1 액정 셀
111-1: 제1 기판
111-2: 제2 기판
112-1: 제1 투명 전극
112-2: 제2 투명 전극
112-3: 제3 투명 전극
112-4: 제4 투명 전극
113: 액정층
114-1: 제1 배향막
114-2: 제2 배향막
115: 시일재
116-1: 제1 배선
116-2: 제2 배선
116-3: 제3 배선
116-4: 제4 배선
116-5: 제5 배선
116-6: 제6 배선
120: 제2 액정 셀
121-1: 제1 기판
121-2: 제2 기판
122-1: 제1 투명 전극
122-2: 제2 투명 전극
122-3: 제3 투명 전극
122-4: 제4 투명 전극
123: 액정층
124-1: 제1 배향막
124-2: 제2 배향막
125: 시일재
130: 광학 탄성 수지층
210: 광원
220: 볼록 렌즈
230: 반사기
310: 제1 편광 성분
320: 제2 편광 성분

Claims (15)

  1. 적층된 2개의 액정 셀을 포함하는 광학 소자이며,
    상기 2개의 액정 셀의 각각은,
    제1 방향으로 제1 투명 전극과 제2 투명 전극이 교대로 배치된 제1 기판과,
    상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 제3 투명 전극과 제4 투명 전극이 교대로 배치된 제2 기판과,
    상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이의 액정층
    을 포함하고,
    상기 2개의 액정 셀의 한쪽 액정 셀의 상기 제2 기판과, 상기 2개의 액정 셀의 다른 쪽 액정 셀의 상기 제1 기판이 인접하는, 광학 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 방향은, 상기 제1 방향과 직교하는, 광학 소자.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이의 기판간 거리 d와, 상기 제1 투명 전극과 상기 제2 투명 전극의 제1 피치 p1은, d/p1≥1을 충족시키는, 광학 소자.
  4. 제3항에 있어서,
    d/p1≥2를 충족시키는, 광학 소자.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    상기 제1 피치 p1과, 상기 제1 투명 전극과 상기 제2 투명 전극 사이의 제1 전극간 거리 b1은, p1/2≤b1을 충족시키는, 광학 소자.
  6. 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판간 거리 d와, 상기 제3 투명 전극과 상기 제4 투명 전극의 제2 피치 p2는, d/p2≥1을 충족시키는, 광학 소자.
  7. 제6항에 있어서,
    d/p2≥2를 충족시키는, 광학 소자.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    상기 제2 피치 p2와, 상기 제3 투명 전극과 상기 제4 투명 전극 사이의 제2 전극간 거리 b2는, p2/2≤b2를 충족시키는, 광학 소자.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 한쪽의 액정 셀의 상기 제2 기판과, 상기 다른 쪽 액정 셀의 상기 제1 기판은, 광학 탄성 수지층을 통해 인접하는, 광학 소자.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 투명 전극, 상기 제2 투명 전극, 상기 제3 투명 전극 및 상기 제4 투명 전극에는, 각각 다른 전압이 인가되는, 광학 소자.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    평면에서 볼 때,
    상기 한쪽의 액정 셀의 상기 제1 투명 전극과 상기 다른 쪽 액정 셀의 상기 제1 투명 전극이 연장 방향에 걸쳐서 중첩하고,
    상기 한쪽의 액정 셀의 상기 제2 투명 전극과 상기 다른 쪽 액정 셀의 상기 제2 투명 전극이 연장 방향에 걸쳐서 중첩하고,
    상기 한쪽의 액정 셀의 상기 제3 투명 전극과 상기 다른 쪽 액정 셀의 상기 제3 투명 전극이 연장 방향에 걸쳐서 중첩하고,
    상기 한쪽의 액정 셀의 상기 제4 투명 전극과 상기 다른 쪽 액정 셀의 상기 제4 투명 전극이 연장 방향에 걸쳐서 중첩되어 있는, 광학 소자.
  12. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    평면에서 볼 때,
    상기 한쪽의 액정 셀의 상기 제1 투명 전극과 상기 다른 쪽 액정 셀의 상기 제1 투명 전극이 연장 방향에 걸쳐서 대략 일치하도록 중첩하고,
    상기 한쪽의 액정 셀의 상기 제2 투명 전극과 상기 다른 쪽 액정 셀의 상기 제2 투명 전극이 연장 방향에 걸쳐서 대략 일치하도록 중첩하고,
    상기 한쪽의 액정 셀의 상기 제3 투명 전극과 상기 다른 쪽 액정 셀의 상기 제3 투명 전극이 연장 방향에 걸쳐서 대략 일치하도록 중첩하고,
    상기 한쪽의 액정 셀의 상기 제4 투명 전극과 상기 다른 쪽 액정 셀의 상기 제4 투명 전극이 연장 방향에 걸쳐서 대략 일치하도록 중첩하고 있는, 광학 소자.
  13. 광원과,
    제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 기재된 광학 소자를 포함하는, 조명 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 광원과 상기 광학 소자의 사이에 볼록 렌즈를 더 포함하는, 조명 장치.
  15. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    상기 광원으로부터 조사된 광을 상기 광학 소자에 입사시키도록 반사시키는 반사기를 더 포함하는, 조명 장치.
KR1020237027385A 2021-02-18 2021-12-15 광학 소자 및 조명 장치 KR20230130716A (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JPJP-P-2021-024716 2021-02-18
JP2021024716 2021-02-18
PCT/JP2021/046385 WO2022176360A1 (ja) 2021-02-18 2021-12-15 光学素子および照明装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20230130716A true KR20230130716A (ko) 2023-09-12

Family

ID=82930480

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020237027385A KR20230130716A (ko) 2021-02-18 2021-12-15 광학 소자 및 조명 장치

Country Status (8)

Country Link
US (1) US20230375159A1 (ko)
EP (1) EP4296767A1 (ko)
JP (1) JPWO2022176360A1 (ko)
KR (1) KR20230130716A (ko)
CN (1) CN116868115A (ko)
BR (1) BR112023015885A2 (ko)
CA (1) CA3207788A1 (ko)
WO (1) WO2022176360A1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024053283A1 (ja) * 2022-09-05 2024-03-14 株式会社ジャパンディスプレイ 照明システム

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005317879A (ja) 2004-04-30 2005-11-10 Citizen Electronics Co Ltd 液晶レンズ付き発光装置
JP2010230887A (ja) 2009-03-26 2010-10-14 Panasonic Electric Works Co Ltd 照明装置
JP2014160277A (ja) 2007-04-17 2014-09-04 Koninklijke Philips Nv ビーム成形デバイス

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4737880B2 (ja) * 2001-07-26 2011-08-03 株式会社リコー 照明装置および映像装置
US10126607B2 (en) * 2015-09-12 2018-11-13 Lensvector Inc. Liquid crystal beam control device
CN206002779U (zh) * 2016-09-14 2017-03-08 合肥鑫晟光电科技有限公司 裸眼三维显示装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005317879A (ja) 2004-04-30 2005-11-10 Citizen Electronics Co Ltd 液晶レンズ付き発光装置
JP2014160277A (ja) 2007-04-17 2014-09-04 Koninklijke Philips Nv ビーム成形デバイス
JP2010230887A (ja) 2009-03-26 2010-10-14 Panasonic Electric Works Co Ltd 照明装置

Also Published As

Publication number Publication date
WO2022176360A1 (ja) 2022-08-25
EP4296767A1 (en) 2023-12-27
CA3207788A1 (en) 2022-08-25
CN116868115A (zh) 2023-10-10
BR112023015885A2 (pt) 2023-10-31
JPWO2022176360A1 (ko) 2022-08-25
US20230375159A1 (en) 2023-11-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20230375159A1 (en) Optical element and lighting device
KR20230125321A (ko) 액정 광 제어 장치
US20240117955A1 (en) Lighting device
WO2018150673A1 (ja) 光学デバイス
US10545366B2 (en) Optical modulator including multiple modulation units, backlight module and display device
US20220075230A1 (en) Backlight unit and display device including the same
JP7496037B2 (ja) 液晶光学素子及び照明装置
WO2022255044A1 (ja) 液晶光学素子及び照明装置
US20240102633A1 (en) Lighting device
WO2023139904A1 (ja) 光学素子
WO2024034293A1 (ja) 光学装置
WO2022176361A1 (ja) 光学素子
WO2022244661A1 (ja) 照明装置および光学素子
US20240045276A1 (en) Optical device
WO2023135937A1 (ja) 照明装置
US20240077768A1 (en) Optical element
WO2022244662A1 (ja) 照明装置および光学素子
WO2024084842A1 (ja) 光学素子および照明装置
WO2019163377A1 (ja) 配光制御デバイス
JP6628167B2 (ja) 光学デバイス
WO2018154855A1 (ja) 光学デバイス
WO2018154893A1 (ja) 光学デバイス、光学システム、及び、光学デバイスの製造方法
JP2019184756A (ja) 配光制御デバイス
JP2020016707A (ja) 配光制御デバイス
JP2020064080A (ja) 光学デバイス及び光学システム