WO2020250554A1 - 光学装置 - Google Patents

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WO2020250554A1
WO2020250554A1 PCT/JP2020/015568 JP2020015568W WO2020250554A1 WO 2020250554 A1 WO2020250554 A1 WO 2020250554A1 JP 2020015568 W JP2020015568 W JP 2020015568W WO 2020250554 A1 WO2020250554 A1 WO 2020250554A1
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WO
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substrate
liquid crystal
refractive index
crystal layer
electrode
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PCT/JP2020/015568
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French (fr)
Inventor
淳二 小橋
Original Assignee
株式会社ジャパンディスプレイ
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
    • F21S2/00—Systems of lighting devices, not provided for in main groups F21S4/00 - F21S10/00 or F21S19/00, e.g. of modular construction
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/30—Polarising elements
    • 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
    • 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
    • G02F1/137—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 characterised by the electro-optical or magneto-optical effect, e.g. field-induced phase transition, orientation effect, guest-host interaction or dynamic scattering

Definitions

  • An embodiment of the present invention relates to an optical device.
  • the diffusion modulation element includes a polymer dispersed liquid crystal layer as an optical modulation layer.
  • the diffusion modulation element is arranged behind the light guide plate and diffuses or transmits light incident from the side surface of the light guide plate.
  • the presence of the polymer causes an increase in the driving voltage for driving the liquid crystal molecules. Therefore, reduction of power consumption is required.
  • An object of the present embodiment is to provide an optical device that can be modulated at a low voltage.
  • a light source a first substrate having a first side surface facing the light source and having a first refractive index, a second substrate facing the first substrate, and between the first substrate and the second substrate.
  • the first refractive index of the first substrate is larger than the ordinary light refractive index of the liquid crystal layer, and is substantially equal to the abnormal light refractive index of the liquid crystal layer.
  • Optical equipment is provided. According to this embodiment It is provided between a first substrate having a first side surface and having a first refractive index of 1.6 or more, a second substrate facing the first substrate, and the first substrate and the second substrate.
  • a positive liquid crystal layer having optical anisotropy and a light source that faces the first side surface and emits light toward the first side surface are provided, and the first refractive index of the first substrate is the liquid crystal.
  • the second substrate is a composite containing a first material having optical anisotropy and a second material having optical isotropic property, which is larger than the ordinary light refractive index of the layer and substantially equal to the abnormal light refractive index of the liquid crystal layer. It comprises a second insulating substrate formed of a material, and the second refractive index of the second material is substantially equal to the ordinary light refractive index of the first material and smaller than the abnormal light refractive index of the first material.
  • Equipment is provided.
  • first substrate having a first side surface and having a first liquid crystal coefficient
  • second substrate facing the first substrate
  • first substrate and the second substrate to provide optical anisotropy.
  • a positive liquid crystal layer having a positive liquid crystal layer and a light source that faces the first side surface and emits light toward the first side surface are provided, and the first refractive index of the first substrate is the normal light refractive index of the liquid crystal layer.
  • the liquid crystal layer contains liquid crystal molecules whose orientation state is controlled by an electric field, and the linear polarization incident from the first side surface is substantially equal to the liquid crystal molecules.
  • Equipment is provided.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration example of the optical device 1 of the present embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram showing a configuration example of the first electrode 12 and the second electrode 22 shown in FIG.
  • FIG. 3 is a diagram showing another configuration example of the first electrode 12 and the second electrode 22 shown in FIG.
  • FIG. 4 is a diagram showing another configuration example of the first electrode 12 and the second electrode 22 shown in FIG.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining an off time when an electric field is not formed between the first electrode 12 and the second electrode 22.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining the on-time when an electric field is formed between the first electrode 12 and a part of the second electrode 22a.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration example of the optical device 1 of the present embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram showing a configuration example of the first electrode 12 and the second electrode 22 shown in FIG.
  • FIG. 3 is a diagram showing another configuration example of the first electrode 12 and the second
  • FIG. 7 is a diagram for explaining a configuration example for taking out the s-polarized SPL to the liquid crystal layer 30.
  • FIG. 8 is a diagram for explaining another configuration example for taking out the s-polarized SPL to the liquid crystal layer 30.
  • FIG. 9 is a diagram for explaining a configuration example for taking out the p-polarized light PPL that has reached the second substrate 20 to the outside of the optical device 1.
  • FIG. 10 is a diagram for explaining another configuration example of the second substrate 20.
  • FIG. 11 is a diagram for explaining another configuration example of the second substrate 20.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view showing another configuration example of the optical device 1 of the present embodiment.
  • FIG. 13 is a diagram for explaining an off time when an electric field is not formed between the first electrode 12 and the second electrode 22.
  • FIG. 13 is a diagram for explaining an off time when an electric field is not formed between the first electrode 12 and the second electrode 22.
  • FIG. 14 is a diagram for explaining the on-time when an electric field is formed between the first electrode 12 and a part of the second electrode 22a.
  • FIG. 15 is a cross-sectional view showing another configuration example of the optical device 1 of the present embodiment.
  • FIG. 16 is a cross-sectional view showing another configuration example of the optical device 1 of the present embodiment.
  • FIG. 17 is a cross-sectional view showing another configuration example of the optical device 1 of the present embodiment.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration example of the optical device 1 of the present embodiment.
  • the first direction X, the second direction Y, and the third direction Z are orthogonal to each other, but may intersect at an angle other than 90 degrees.
  • the first direction X and the second direction Y correspond to the directions parallel to the main surface of the substrate constituting the optical device 1, and the third direction Z corresponds to the thickness direction of the optical device 1.
  • viewing the XY plane defined by the first direction X and the second direction Y is referred to as plan view.
  • the optical device 1 includes a first substrate 10, a second substrate 20, a liquid crystal layer 30, a seal 40, and a light source 50.
  • the second substrate 20 faces the first substrate 10 in the third direction Z.
  • the first substrate 10 and the second substrate 20 are adhered by a seal 40.
  • the liquid crystal layer 30 is provided between the first substrate 10 and the second substrate 20, and is sealed by a seal 40.
  • the liquid crystal layer 30 contains liquid crystal molecules 31 having optical anisotropy or refractive index anisotropy. As shown in an enlarged manner in FIG. 1, the refractive index distribution of the liquid crystal molecule 31 is schematically shown in an elliptical shape.
  • the direction in which the refractive index is constant regardless of the vibration plane of the linear polarization is referred to as the optical axis O of the liquid crystal molecule 31.
  • the refractive index of the abnormal light ray traveling in the direction perpendicular to the optical axis O is referred to as the abnormal light refractive index ne of the liquid crystal layer 30, and the refractive index of the ordinary light ray is referred to as the ordinary light refractive index no of the liquid crystal layer 30.
  • the first substrate 10 includes a first insulating substrate 11, a first electrode 12, and a first alignment film 13.
  • the first insulating substrate 11 is a transparent substrate such as a glass substrate.
  • the first insulating substrate 11 includes a main surface (outer surface) 11A, a main surface (inner surface) 11B on the opposite side of the main surface 11A, a first side surface 11C, and a second side surface 11D on the opposite side of the first side surface 11C. have.
  • the main surfaces 11A and 11B are, for example, flat surfaces substantially parallel to the XY plane.
  • the first side surface 11C faces the light source 50 in the second direction Y. In the example shown in FIG. 1, the main surface 11A and the second side surface 11D are in contact with the air layer, but may be covered with various thin films.
  • the first electrode 12 is provided on the first insulating substrate 11.
  • the first electrode 12 is a transparent electrode formed of a transparent conductive material such as indium tin oxide (ITO) or indium zinc oxide (IZO).
  • the first alignment film 13 covers the first electrode 12 and is in contact with the liquid crystal layer 30.
  • the first alignment film 13 is a horizontal alignment film having an orientation regulating force substantially parallel to the XY plane. In one example, the first alignment film 13 is oriented along the second direction Y.
  • the alignment treatment may be a rubbing treatment or a photoalignment treatment.
  • the first insulating substrate 11 is a substrate having a refractive index of 1.6 or more, and functions as a high refractive index light guide layer.
  • the thickness of the first electrode 12 and the first alignment film 13 along the third direction Z is sufficiently thinner than the wavelength of light transmitted through the first substrate 10 (wavelength in the visible light region). Therefore, in the first substrate 10, the refractive indexes of the first electrode 12 and the first alignment film 13 can be substantially ignored. That is, the refractive index of the first insulating substrate 11 can be read as the refractive index n1 of the first substrate 10. Further, the first side surface and the second side surface of the first insulating substrate 11 can be read as the first side surface 11C and the second side surface 11D of the first substrate 10, respectively.
  • the refractive index n1 of the first substrate 10 is larger than the normal light refractive index no of the liquid crystal layer 30 (n1> no), and is substantially the same as the abnormal light refractive index ne of the liquid crystal layer 30 (n1 ⁇ ne).
  • the difference between the refractive index n1 and the ordinary light refractive index no is at least 0.04 or more, and preferably 0.1 or more.
  • the normal light refractive index no is 1.45 or more and less than 1.55. Further, it is desirable that the difference between the refractive index n1 and the abnormal light refractive index ne is less than 0.1.
  • the anomalous light refractive index ne is 1.55 or more and 1.70 or less.
  • the second substrate 20 includes a second insulating substrate 21, a second electrode 22, and a second alignment film 23.
  • the second insulating substrate 21 has a light extraction structure described later.
  • the second insulating substrate 21 is typically a transparent substrate. However, regarding the haze value indicating the degree of light diffusivity, the haze value of the second insulating substrate 21 may be higher than the haze value of the first insulating substrate 11.
  • the second insulating substrate 21 has a main surface (outer surface) 21A and a main surface (inner surface) 21B on the opposite side of the main surface 21A.
  • the main surfaces 21A and 21B are, for example, flat surfaces substantially parallel to the XY plane.
  • the main surface 21A is in contact with the air layer.
  • the main surface 21A may be covered with various thin films such as an antireflection film.
  • the second electrode 22 is provided on the second insulating substrate 21.
  • the second electrode 22 is a transparent electrode formed of a transparent conductive material such as ITO or IZO.
  • the second alignment film 23 covers the second electrode 22 and is in contact with the liquid crystal layer 30.
  • the second alignment film 23 is a horizontal alignment film similar to the first alignment film 13, and is, for example, oriented along the second direction Y.
  • the liquid crystal molecule 31 is initially oriented so that its optical axis O is along the second direction Y.
  • the liquid crystal molecules 31 are oriented so that their optical axes O are along the electric field.
  • the liquid crystal molecules 31 are oriented so that their optical axes O are along the third direction Z.
  • the light source 50 includes a light emitting element 51 and an optical system 52.
  • the light emitting element 51 is, for example, a light emitting diode, but a laser light source or the like can also be applied.
  • the light emitting element 51 emits light toward the first side surface 11C.
  • the light emitted from the light emitting element 51 is p-polarized light having a vibration plane parallel to the incident surface (in the example shown in FIG. 1, the YY plane defined by the second direction Y and the third direction Z), and p-polarized light. It may contain s-polarized light with a vibrating plane perpendicular to the incident plane.
  • the light emitted from the light emitting element 51 may be linearly polarized light (for example, p-polarized light).
  • the optical system 52 is composed of a lens or the like, and is provided between the light emitting element 51 and the first substrate 10.
  • the optical system 52 collects the light emitted from the light emitting element 51, for example, to be less than or equal to the thickness of the first insulating substrate 11. When it is not necessary to collect the light emitted from the light emitting element 51, the optical system 52 can be omitted.
  • FIG. 2 is a diagram showing a configuration example of the first electrode 12 and the second electrode 22 shown in FIG. As described above, the first electrode 12 and the second electrode 22 face each other with the liquid crystal layer 30 interposed therebetween.
  • the first electrode 12 is composed of a single sheet-shaped electrode.
  • the first electrode 12 is electrically connected to the first drive unit DR1.
  • the plurality of second electrodes 22 are arranged in a matrix in the first direction X and the second direction Y. In a plan view, the plurality of second electrodes 22 are superimposed on the first electrode 12.
  • Each of the second electrodes 22 is electrically connected to the second drive unit DR2 via the switching element SW. More specifically, the second drive unit DR2 includes a gate driver GD and a source driver.
  • the plurality of scanning lines G are electrically connected to the gate driver GD.
  • the plurality of signal lines S are electrically connected to the source driver SD.
  • Each of the switching elements SW is electrically connected to the scanning line G and the signal line S.
  • the scanning line G is electrically connected to a plurality of switching elements SW arranged in the first direction X.
  • the signal line S is electrically connected to a plurality of switching elements SW arranged in the second direction Y.
  • the second electrode 22 is electrically connected to the switching element SW.
  • the scanning line G, the signal line S, and the switching element SW are provided on the second substrate 20 shown in FIG.
  • the first drive unit DR1 controls the voltage applied to the first electrode 12
  • the second drive unit DR2 controls the voltage applied individually to each of the second electrodes 22.
  • An electric field is formed in the overlapping portion between the first electrode 12 and the second electrode 22 due to the potential difference between the first electrode 12 and the second electrode 22 (driving voltage of the liquid crystal layer 30).
  • the orientation state (or orientation direction) of the liquid crystal molecules 31 shown in FIG. 1 is controlled by the electric field generated between the first electrode 12 and the second electrode 22.
  • FIG. 3 is a diagram showing another configuration example of the first electrode 12 and the second electrode 22 shown in FIG.
  • the configuration example shown in FIG. 3 is different from the configuration example shown in FIG. 2 in that the second electrode 22 is a band electrode extending in the second direction Y.
  • the plurality of second electrodes 22 are arranged at intervals in the first direction X.
  • the second electrode 22 may be a band electrode extending in the first direction X.
  • the first drive unit DR1 controls the voltage applied to the first electrode 12
  • the second drive unit DR2 controls the voltage applied individually to each of the second electrodes 22.
  • the orientation state of the liquid crystal molecules 31 is controlled at the overlapping portion between the first electrode 12 and the second electrode 22.
  • FIG. 4 is a diagram showing another configuration example of the first electrode 12 and the second electrode 22 shown in FIG.
  • the first electrode 12 is a band electrode extending in the first direction X
  • the second electrode 22 is a band electrode extending in the second direction Y.
  • the plurality of first electrodes 12 are arranged at intervals in the second direction Y.
  • the plurality of second electrodes 22 are arranged at intervals in the first direction X.
  • the plurality of first electrodes 12 intersect with the plurality of second electrodes 22.
  • the first drive unit DR1 controls the voltage applied individually to each of the first electrodes 12, and the second drive unit DR2 applies the voltage individually to each of the second electrodes 22.
  • the orientation state of the liquid crystal molecules 31 is controlled at each of the intersections of the first electrode 12 and the second electrode 22.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining an off time when an electric field is not formed between the first electrode 12 and the second electrode 22.
  • the p-polarized light PPL propagating through the first substrate 10 will be described. That is, the p-polarized PPL emitted from the light source 50 is incident on the first substrate 10 from the first side surface 11C.
  • the p-polarized PPL incident on the first substrate 10 feels a different refractive index at the interface between the first substrate 10 and the liquid crystal layer 30 depending on the orientation direction of the liquid crystal molecules 31.
  • the p-polarized PPL propagates.
  • the effective abnormal light refractive index ne ( ⁇ ') corresponding to the angle ⁇ is felt.
  • the propagation angle ⁇ here corresponds to the incident angle of the p-polarized PPL from the first substrate 10 toward the liquid crystal layer 30, and the angle ⁇ 'corresponds to the refraction angle of the p-polarized PPL.
  • n1 * sin ⁇ ne ( ⁇ ') * sin ⁇ '
  • ne ( ⁇ ') no * ne / (no 2 * sin 2 ⁇ '+ ne 2 * cos 2 ⁇ ') 1/2
  • n1 is the refractive index of the first substrate 10
  • ne is the abnormal light refractive index of the liquid crystal layer 30
  • no is the normal light refractive index of the liquid crystal layer 30.
  • the effective abnormal light refractive index ne ( ⁇ ') is equivalent to the ordinary light refractive index no, and the effective abnormal light refractive index ne ( ⁇ ') is sufficiently smaller than the refractive index n1 of the first substrate 10 (
  • the difference between the effective abnormal light refractive index ne ( ⁇ ') and the refractive index n1 is 0.05 or more
  • the total reflection condition at the interface between the first substrate 10 and the liquid crystal layer 30 is satisfied. Therefore, the p-polarized PPL that has reached the interface between the first substrate 10 and the liquid crystal layer 30 is totally reflected in the first substrate 10.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining the on-time when an electric field is formed between the first electrode 12 and a part of the second electrode 22a.
  • the p-polarized PPL feels the effective abnormal light refractive index ne'( ⁇ ') according to the propagation angle ⁇ .
  • the effective abnormal light refractive index ne'( ⁇ ') is defined as follows.
  • ne'( ⁇ ') no * ne / (ne 2 * sin 2 ⁇ '+ no 2 * cos 2 ⁇ ') 1/2
  • the effective abnormal light refractive index ne'( ⁇ ') is equivalent to the refractive index n1 of the first substrate 10 (for example, the difference between the effective abnormal light refractive index ne'( ⁇ ') and the refractive index n1 is If it is less than 0.05)
  • the total reflection condition will not be satisfied. Therefore, a part of the p-polarized PPL that has reached the interface between the first substrate 10 and the liquid crystal layer 30 reaches the liquid crystal layer 30.
  • the p-polarized PPL that has reached the liquid crystal layer 30 reaches the second substrate 20.
  • the general abnormal light refractive index ne is about 1.55 to 1.70 as described above, but the smaller the difference between the effective abnormal light refractive index ne'( ⁇ ') and the refractive index n1, the first substrate.
  • the amount of light of the p-polarized PPL reaching the liquid crystal layer 30 from 10 can be increased.
  • the s-polarized light has an ordinary light refractive index no of the liquid crystal layer 30 at the interface between the first substrate 10 and the liquid crystal layer 30 regardless of the magnitude of the driving voltage of the liquid crystal layer 30.
  • the s-polarized light hardly reaches the liquid crystal layer 30 regardless of the orientation state of the liquid crystal molecules 31.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining a configuration example for taking out the s-polarized SPL to the liquid crystal layer 30.
  • the configuration example shown in FIG. 7 is located between the reflection layer 61 in which the optical device 1 faces the second side surface 11D, and the second side surface 11D and the reflection layer 61, as compared with the configuration example shown in FIG. It differs from the retardation layer 62 in that it is provided.
  • the retardation layer 62 imparts a phase difference to the linearly polarized light transmitted through itself, for example, imparts a phase difference of 1/4 wavelength to the linearly polarized light having a reference wavelength.
  • the s-polarized SPL when the s-polarized SPL reaches the second side surface 11D after being incident from the first side surface 11C, it passes through the retardation layer 62 and is further reflected. It is reflected by the layer 61 and passes through the retardation layer 62 again. That is, the s-polarized SPL is given a phase difference of 1/2 wavelength and is converted into a p-polarized PPL. The converted p-polarized PPL is incident on the first substrate 10 from the second side surface 11D. When an electric field is formed between the first electrode 12 and the second electrode 22a, the s-polarized SPL does not reach the liquid crystal layer 30, but the converted p-polarized PPL reaches the liquid crystal layer 30, and then the second. Reach the substrate 20.
  • FIG. 8 is a diagram for explaining another configuration example for taking out the s-polarized SPL to the liquid crystal layer 30.
  • the reflection layer 61 in which the optical device 1 faces the outer surface 11A and the retardation layer 62 located between the outer surface 11A and the reflection layer 61 It differs in that it has.
  • the retardation layer 62 is the same as that described with reference to FIG. If there is a difference in refractive index between the retardation layer 62 and the air layer that satisfies the total reflection condition, the reflection layer may be omitted.
  • the s-polarized SPL emitted from the light source 50 reaches the outer surface 11A after being incident from the first side surface 11C, it passes through the retardation layer 62 and is further reflected by the reflection layer 61. , It passes through the retardation layer 62 again. That is, the s-polarized SPL is given a phase difference of 1/2 wavelength and is converted into a p-polarized PPL. The converted p-polarized PPL is incident on the first substrate 10 from the outer surface 11A. When an electric field is formed between the first electrode 12 and the second electrode 22a, the converted p-polarized PPL reaches the liquid crystal layer 30, and then reaches the second substrate 20.
  • the s-polarized SPL propagating through the first substrate 10 is converted to the p-polarized PPL by being reflected through the retardation layer 62.
  • the method of converting s-polarized SPL to p-polarized PPL is not limited to the above example.
  • the first substrate 10 is formed of a material having optical anisotropy
  • the s-polarized SPL can be converted into the p-polarized PPL while the s-polarized SPL propagates through the first substrate 10.
  • the s-polarized SPL can be converted into the p-polarized PPL by providing the first substrate 10 with irregularities and imparting a phase difference when the s-polarized SPL is repeatedly reflected.
  • the s-polarized SPL that cannot be used originally can be converted into the p-polarized PPL and then taken out to the liquid crystal layer 30.
  • FIG. 9 is a diagram for explaining a configuration example for taking out the p-polarized light PPL that has reached the second substrate 20 to the outside of the optical device 1.
  • the second substrate 20 includes a second insulating substrate 21 formed of a composite material including a first material 201 having optical anisotropy and a second material 202 having optical isotropic properties. ing.
  • the first material 201 has an abnormal light refractive index ne2 and an ordinary light refractive index no2.
  • the abnormal light refractive index ne2 is larger than the normal light refractive index no2 (ne2> no2).
  • the second material 202 has a refractive index of n2.
  • the ordinary light refractive index no2 is substantially the same as the refractive index n2 (no2 ⁇ n2).
  • the difference between the ordinary light refractive index no2 and the refractive index n2 is preferably less than 0.1.
  • such a second insulating substrate 21 can be formed by using a mixed material of a photopolymerizable liquid crystal monomer and an isotropic monomer.
  • a liquid crystal monomer a material having uniaxial anisotropy such as nematic liquid crystal can be used.
  • the isotropic monomer is polymerized with the liquid crystal monomer oriented in the desired direction.
  • the liquid crystal monomer corresponds to the first material 201
  • the polymer obtained by polymerizing the isotropic monomer corresponds to the second material 202.
  • the first material (liquid crystal monomer) 201 is oriented so that its optical axis O2 is substantially parallel to the third direction Z (or the normal line of the second substrate 20).
  • the principle for extracting light to the outside of the optical device 1 will be described.
  • the ordinary light refractive index no2 of the first material 201 and the refractive index n2 of the second material 202 match, the light propagating along the optical axis O2 of the first material 201 is uniform regardless of its polarization state. I feel a good refractive index.
  • some of the polarization components are abnormal with an ordinary light refractive index no2 ( ⁇ refractive index n2). I feel the refractive index distribution consisting of the light refractive index ne2.
  • the light that reaches the second substrate 20 is scattered or diffracted and emitted to the outside.
  • the optical axis O2 of the first material 201 is set in the third direction Z, that is, when the isotropic monomer is polymerized with the liquid crystal monomer vertically oriented, the liquid crystal layer 30
  • the p-polarized liquid crystal that has reached the second substrate 20 can be efficiently scattered.
  • the distribution of the first material 201 has a certain degree of randomness.
  • FIG. 10 is a diagram for explaining another configuration example of the second substrate 20.
  • the optical axis O2 of the first material 201 is counterclockwise to the light source 50 side (or in the figure) with respect to the normal N of the second substrate 20. The difference is that it is tilted clockwise). That is, the first material 201 is inclined so that the side close to the outer surface 21A approaches the light source 50 and the side close to the inner surface 21B is separated from the light source 50.
  • the second substrate 20 only the second insulating substrate 21 is shown.
  • the p-polarized PPL incident on the second substrate 20 propagates in the direction perpendicular to the optical axis O2, and a larger difference in refractive index is felt. Therefore, the brightness of scattered light or diffracted light can be improved.
  • FIG. 11 is a diagram for explaining another configuration example of the second substrate 20. Of the second substrate 20, only the second insulating substrate 21 is shown.
  • the outer surface 21A of the second insulating substrate 21 has minute irregularities.
  • a minute convex lens is formed on the outer surface 21A.
  • a convex minute prism is formed on the outer surface 21A.
  • a concave minute diffraction grating is formed on the outer surface 21A.
  • the outer surface 21A may be roughened.
  • the irregularities on the outer surface 21A do not necessarily have to be arranged periodically.
  • the inner surface 21B of the second insulating substrate 21 is a substantially flat surface.
  • the surface roughness of the outer surface 21A is larger than the surface roughness of the inner surface 21B. Since such minute irregularities are formed on the outer surface 21A, it becomes difficult to satisfy the total reflection condition at the interface between the air layer and the second insulating substrate 21, and the light that has reached the outer surface 21A can be taken out to the outside. it can.
  • the second insulating substrate 21 described here can be formed of a material having optical isotropic properties.
  • the second insulating substrate 21 having an optical extraction structure is not limited to the above example.
  • an optical film in which minute columnar structures are arranged in an inclined state may be applied as the second insulating substrate 21, an optical film in which minute columnar structures are arranged in an inclined state may be applied. Further, minute irregularities may be formed on the inner surface of the second insulating substrate 21. Further, a lens, a prism, a diffraction grating, or the like may be formed on the liquid crystal layer 30.
  • the present embodiment by controlling the refractive index distribution of the liquid crystal layer 30, light propagating through the first substrate 10 having a high refractive index can be extracted.
  • the refractive index distribution of the liquid crystal layer 30 is controlled according to the orientation state of the liquid crystal molecules 31 (or the driving voltage of the liquid crystal layer 30).
  • the driving voltage of the liquid crystal layer 30 can be reduced as compared with the case of driving the liquid crystal molecules of the polymer-dispersed liquid crystal layer. it can. As a result, power consumption can be reduced.
  • the optical device 1 of the present embodiment can be applied as a display device, for example.
  • the first electrode 12 corresponds to the common electrode
  • the second electrode 22 corresponds to the pixel electrode arranged for each pixel.
  • the light emitted from the light source 50 enters the first substrate 10 from the first side surface 11C and propagates inside the first substrate 10 while being repeatedly reflected.
  • the voltage is not applied to the liquid crystal layer 30 and the light is off, the light propagating inside the first substrate 10 is not taken out by the liquid crystal layer 30 and is not taken out from the second substrate 20.
  • the display device when a voltage is applied to the liquid crystal layer 30 to turn it on, the light (p-polarized light) propagating inside the first substrate 10 is taken out by the liquid crystal layer 30 and taken out from the second substrate 20. Therefore, when the display device is observed from the second substrate 20 side, the image can be visually recognized.
  • the display device can be observed from the second substrate 20 side and also from the first substrate 10 side. Further, the background of the display device can be observed via the display device regardless of whether the display device is observed from the first substrate 10 side or the second substrate 20 side. .. Further, the optical device 1 of the present embodiment can also be applied as a lighting device that locally illuminates.
  • the behavior of the p-polarized PPL and the s-polarized SPL at the interface between the first substrate 10 and the liquid crystal layer 30 is different. That is, in the above example, for example, the p-polarized PPL can be taken out from the first substrate 10 to the liquid crystal layer 30 by controlling the orientation of the liquid crystal molecules 31, while the s-polarized SPL is the orientation state of the liquid crystal molecules 31. However, it cannot be taken out from the first substrate 10 to the liquid crystal layer 30. That is, the optical device 1 of the present embodiment can be used as an element for separating the p-polarized PPL and the s-polarized SPL.
  • the optical device 1 to which the electric field control birefringence (ECB) type is applied has been described.
  • Modes eg, vertical orientation mode, hybrid orientation mode, etc.
  • IPS In-Plane Switching
  • FIG. 12 is a cross-sectional view showing another configuration example of the optical device 1 of the present embodiment.
  • the configuration example shown in FIG. 12 is different from the configuration example shown in FIG. 1 in that the second substrate 20 includes the first electrode 12 and the second electrode 22.
  • the first substrate 10 includes a first insulating substrate 11 and a first alignment film 13.
  • the first insulating substrate 11 is a glass substrate similar to the configuration example shown in FIG.
  • the first alignment film 13 covers the first insulating substrate 11 and is in contact with the liquid crystal layer 30.
  • the second substrate 20 includes a second insulating substrate 21, a first electrode 12, an insulating film 25, a second electrode 22, and a second alignment film 23.
  • the first electrode 12 is provided on the second insulating substrate 21.
  • the insulating film 25 covers the first electrode 12.
  • the second electrode 22 is provided on the insulating film 25.
  • the second alignment film 23 covers the second electrode 22 and is in contact with the liquid crystal layer 30.
  • the first electrode 12 and the second electrode 22 are transparent electrodes formed of a transparent conductive material such as ITO or IZO.
  • the insulating film 25 is an inorganic insulating film or an organic insulating film.
  • the first alignment film 13 and the second alignment film 23 are horizontal alignment films having an orientation restricting force substantially parallel to the XY plane, and are oriented along the second direction Y, for example.
  • the liquid crystal molecule 31 is initially oriented so that its optical axis O is along the second direction Y.
  • the positive type liquid crystal layer 30 when a fringe electric field (or a transverse electric field) is formed between the first electrode 12 and the second electrode 22, the liquid crystal molecules 31 rotate in the XY plane. , The optical axis O is oriented along the electric field.
  • the first substrate 10 includes the first electrode 12 and the second electrode 22. May be good.
  • FIG. 13 is a diagram for explaining an off time when an electric field is not formed between the first electrode 12 and the second electrode 22.
  • the s-polarized SPL propagating on the first substrate 10 will be described. That is, the s-polarized SPL emitted from the light source 50 is incident on the first substrate 10 from the first side surface 11C.
  • the s-polarized SPL incident on the first substrate 10 feels an effective abnormal light refractive index ne ( ⁇ ') according to the propagation angle ⁇ at the interface between the first substrate 10 and the liquid crystal layer 30.
  • the effective abnormal light refractive index ne ( ⁇ ') is sufficiently smaller than the refractive index n1 of the first substrate 10, the total reflection condition is satisfied. Therefore, the s-polarized SPL that has reached the interface between the first substrate 10 and the liquid crystal layer 30 is reflected in the first substrate 10.
  • FIG. 14 is a diagram for explaining the on-time when an electric field is formed between the first electrode 12 and a part of the second electrode 22a.
  • the s-polarized SPL incident on the first substrate 10 feels an effective abnormal light refractive index ne'( ⁇ ') according to the propagation angle ⁇ at the interface between the first substrate 10 and the liquid crystal layer 30.
  • the effective abnormal light refractive index ne'( ⁇ ') is equivalent to the refractive index n1 of the first substrate 10
  • the total reflection condition is not satisfied. Therefore, a part of the s-polarized SPL that has reached the interface between the first substrate 10 and the liquid crystal layer 30 reaches the liquid crystal layer 30.
  • the s-polarized SPL that has reached the liquid crystal layer 30 reaches the second substrate 20.
  • FIG. 15 is a cross-sectional view showing another configuration example of the optical device 1 of the present embodiment.
  • a part of the p-polarized PPL emitted from the light source 50 reaches the second substrate 20 via the liquid crystal layer 30 and is reflected or diffracted in a specific direction.
  • the optical device 1 of such a configuration example it is possible to provide a display device that displays an image in a specific direction or a lighting device that emits illumination light in a specific direction.
  • FIG. 16 is a cross-sectional view showing another configuration example of the optical device 1 of the present embodiment.
  • the spatial distribution of the first material 201 is different in the second substrate 20.
  • the first material 201 is inclined along the XY plane, and in the second region A2 of the second substrate 20, the first material 201 is in the third direction Z. Oriented along.
  • the arrangement period of the first material 201 may be different, or the thickness of the first material 201 along the third direction Z may be different.
  • a part of the p-polarized PPL emitted from the light source 50 reaches the second substrate 20 via the liquid crystal layer 30.
  • the p-polarized PPL that has reached the first region A1 and the second region A2 of the second substrate 20 is refracted in the first region A1 and the second region A2 and condensed.
  • the optical device 1 of such a configuration example it is possible to provide a display device that displays an image focused in a specific direction, or a lighting device that emits illumination light focused in a specific direction. it can.
  • FIG. 17 is a cross-sectional view showing another configuration example of the optical device 1 of the present embodiment.
  • the configuration example shown in FIG. 17 is different from the configuration example shown in FIG. 9 in that the optical device 1 has a light extraction structure on both sides of the first substrate 10. That is, in addition to the configuration example shown in FIG. 9, the optical device 1 is provided between the third substrate 70 facing the first substrate 10 in the third direction Z, and between the first substrate 10 and the third substrate 70.
  • the liquid crystal layer 80 is provided.
  • the third substrate 70 is configured in the same manner as the second substrate 20, and includes a third insulating substrate 71, a third electrode 72, and a third alignment film 73.
  • the third insulating substrate 71 is configured in the same manner as the second insulating substrate 21, and is formed of a composite material composed of a third material 701 having optical anisotropy and a fourth material 702 having optical isotropic properties.
  • the third electrode 72 is provided on the third insulating substrate 71.
  • the third alignment film 73 covers the third electrode 72 and is in contact with the liquid crystal layer 80.
  • the first substrate 10 is provided with the first electrode 12 on the main surface 11B, while the fourth electrode 14 is provided on the main surface 11A on the opposite side of the main surface 11B.
  • the fourth alignment film 15 covers the fourth electrode 14 and is in contact with the liquid crystal layer 80.
  • the third electrode 72 and the fourth electrode 14 are transparent electrodes formed of a transparent conductive material such as ITO or IZO.
  • the third alignment film 73 and the fourth alignment film 15 are horizontal alignment films, and are, for example, oriented along the second direction Y.
  • the liquid crystal layer 80 contains liquid crystal molecules 81 having optical anisotropy or refractive index anisotropy. Further, similarly to the above configuration example, the refractive index n1 of the first substrate 10 is larger than the normal light refractive index no of the liquid crystal layers 30 and 80 (n1> no), and the abnormal light refractive index ne of the liquid crystal layers 30 and 80 It is almost the same (n1 ⁇ ne).
  • the light that has reached the second substrate 20 through the liquid crystal layer 30 is taken out to the outside, and the light that has reached the second substrate 20 is taken out and the third substrate 70 is taken out through the liquid crystal layer 80.
  • the light that has reached is also taken out.
  • the first electrode 12 and the fourth electrode 14 correspond to a common electrode, and the second electrode 22 and the third electrode 72 are pixel electrodes arranged for each pixel. Equivalent to.
  • the image can be visually recognized when observed from the second substrate 20 side, and moreover, the light is extracted to the outside from the third substrate 70, whereby the light is extracted to the outside.
  • the image can be visually recognized even when observed from the third substrate 70 side.
  • Optical device 10 ... First substrate 20 ... Second substrate 30 ... Liquid crystal layer 50 ... Light source 12 ... First electrode 13 ... First alignment film 22 ... Second electrode 23 ... Second alignment film 61 ... Reflection layer 62 ... Position Phase difference layer

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Abstract

本実施形態の目的は、低電圧で変調可能な光学装置を提供することにある。　本実施形態の光学装置は、光源と、前記光源と向かい合う第１側面を備え、第１屈折率を有する第１基板と、前記第１基板に対向する第２基板と、前記第１基板と前記第２基板との間に設けられ、光学異方性を有する液晶層と、を備え、前記第１基板の第１屈折率は、前記液晶層の常光屈折率より大きく、前記液晶層の異常光屈折率とほぼ同等である。

Description

光学装置
　本発明の実施形態は、光学装置に関する。
　近年、入射光に対して拡散状態と透過状態とを切り替え可能な拡散変調素子を備えた表示装置が提案されている。一例では、拡散変調素子は、光変調層として高分子分散液晶層を備えている。拡散変調素子は、導光板の背後に配置され、導光板の側面から入射した光を拡散または透過するものである。　
　このような高分子分散液晶層においては、高分子の存在により、液晶分子を駆動するための駆動電圧の増大を招く。このため、消費電力の低減が要望されている。
特開２０１３－８０６４６号公報
　本実施形態の目的は、低電圧で変調可能な光学装置を提供することにある。
　本実施形態によれば、
　光源と、前記光源と向かい合う第１側面を備え、第１屈折率を有する第１基板と、前記第１基板に対向する第２基板と、前記第１基板と前記第２基板との間に設けられ、光学異方性を有する液晶層と、を備え、前記第１基板の第１屈折率は、前記液晶層の常光屈折率より大きく、前記液晶層の異常光屈折率とほぼ同等である、光学装置が提供される。　
　本実施形態によれば、
　第１側面を備え、１．６以上の第１屈折率を有する第１基板と、前記第１基板に対向する第２基板と、前記第１基板と前記第２基板との間に設けられ、光学異方性を有するポジ型の液晶層と、前記第１側面と向かい合い、前記第１側面に向けて光を出射する光源と、を備え、前記第１基板の第１屈折率は、前記液晶層の常光屈折率より大きく、前記液晶層の異常光屈折率とほぼ同等であり、前記第２基板は、光学異方性を有する第１材料及び光学等方性を有する第２材料を含む複合材料によって形成された第２絶縁基板を備え、前記第２材料の第２屈折率は、前記第１材料の常光屈折率とほぼ同等であり、前記第１材料の異常光屈折率より小さい、光学装置が提供される。
　本実施形態によれば、
　第１側面を備え、第１屈折率を有する第１基板と、前記第１基板に対向する第２基板と、前記第１基板と前記第２基板との間に設けられ、光学異方性を有するポジ型の液晶層と、前記第１側面と向かい合い、前記第１側面に向けて光を出射する光源と、を備え、前記第１基板の第１屈折率は、前記液晶層の常光屈折率より大きく、前記液晶層の異常光屈折率とほぼ同等であり、前記液晶層は、電界により配向状態制御される液晶分子を含み、前記第１側面から入射した直線偏光は、前記液晶分子がほぼ水平に配向している領域において前記第１基板と前記液晶層との界面で全反射され、前記液晶分子がほぼ垂直に配向している領域において前記第１基板から前記液晶層に入射する、光学装置が提供される。
　本実施形態によれば、低電圧で変調可能な光学装置を提供することができる。
図１は、本実施形態の光学装置１の一構成例を示す断面図である。 図２は、図１に示した第１電極１２及び第２電極２２の一構成例を示す図である。 図３は、図１に示した第１電極１２及び第２電極２２の他の構成例を示す図である。 図４は、図１に示した第１電極１２及び第２電極２２の他の構成例を示す図である。 図５は、第１電極１２と第２電極２２との間に電界が形成されていないオフ時を説明するための図である。 図６は、第１電極１２と一部の第２電極２２ａとの間に電界が形成されたオン時を説明するための図である。 図７は、ｓ偏光ＳＰＬを液晶層３０に取り出すための一構成例を説明するための図である。 図８は、ｓ偏光ＳＰＬを液晶層３０に取り出すための他の構成例を説明するための図である。 図９は、第２基板２０に到達したｐ偏光ＰＰＬを光学装置１の外部に取り出すための一構成例を説明するための図である。 図１０は、第２基板２０の他の構成例を説明するための図である。 図１１は、第２基板２０の他の構成例を説明するための図である。 図１２は、本実施形態の光学装置１の他の構成例を示す断面図である。 図１３は、第１電極１２と第２電極２２との間に電界が形成されていないオフ時を説明するための図である。 図１４は、第１電極１２と一部の第２電極２２ａとの間に電界が形成されたオン時を説明するための図である。 図１５は、本実施形態の光学装置１の他の構成例を示す断面図である。 図１６は、本実施形態の光学装置１の他の構成例を示す断面図である。 図１７は、本実施形態の光学装置１の他の構成例を示す断面図である。
　以下、本実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、開示はあくまで一例に過ぎず、当業者において、発明の主旨を保っての適宜変更について容易に想到し得るものについては、当然に本発明の範囲に含有されるものである。また、図面は、説明をより明確にするため、実際の態様に比べて、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同一又は類似した機能を発揮する構成要素には同一の参照符号を付し、重複する詳細な説明を適宜省略することがある。
　図１は、本実施形態の光学装置１の一構成例を示す断面図である。一例では、第１方向Ｘ、第２方向Ｙ、及び、第３方向Ｚは、互いに直交しているが、９０度以外の角度で交差していてもよい。第１方向Ｘ及び第２方向Ｙは、光学装置１を構成する基板の主面と平行な方向に相当し、第３方向Ｚは、光学装置１の厚さ方向に相当する。本実施形態においては、第１方向Ｘ及び第２方向Ｙで規定されるＸ－Ｙ平面を見ることを平面視という。
　光学装置１は、第１基板１０と、第２基板２０と、液晶層３０と、シール４０と、光源５０と、を備えている。第２基板２０は、第３方向Ｚにおいて第１基板１０に対向している。第１基板１０及び第２基板２０は、シール４０によって接着されている。液晶層３０は、第１基板１０と第２基板２０との間に設けられ、シール４０によって封止されている。液晶層３０は、光学異方性あるいは屈折率異方性を有する液晶分子３１を含んでいる。図１に拡大して示すように、液晶分子３１の屈折率分布を模式的に示すと、楕円形で表すことができる。このような液晶分子３１に直線偏光が入射するとき、その直線偏光の振動面にかかわらず屈折率が一定である方向を液晶分子３１の光軸Ｏと称する。また、液晶分子３１において光軸Ｏに垂直な方向に進む異常光線の屈折率を液晶層３０の異常光屈折率ｎｅと称し、また、常光線の屈折率を液晶層３０の常光屈折率ｎｏと称する。
　第１基板１０は、第１絶縁基板１１と、第１電極１２と、第１配向膜１３と、を備えている。第１絶縁基板１１は、例えばガラス基板等の透明基板である。第１絶縁基板１１は、主面（外面）１１Ａと、主面１１Ａの反対側の主面（内面）１１Ｂと、第１側面１１Ｃと、第１側面１１Ｃの反対側の第２側面１１Ｄと、を有している。主面１１Ａ及び１１Ｂは、例えばＸ－Ｙ平面にほぼ平行な平坦面である。第１側面１１Ｃは、第２方向Ｙにおいて光源５０と向かい合っている。図１に示す例では、主面１１Ａ及び第２側面１１Ｄは、空気層に接しているが、各種薄膜で覆われていてもよい。
　第１電極１２は、第１絶縁基板１１上に設けられている。第１電極１２は、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）やインジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）などの透明導電材料によって形成された透明電極である。第１配向膜１３は、第１電極１２を覆い、液晶層３０に接している。第１配向膜１３は、Ｘ－Ｙ平面に略平行な配向規制力を有する水平配向膜である。一例では、第１配向膜１３は、第２方向Ｙに沿って配向処理されている。なお、配向処理とは、ラビング処理であってもよいし、光配向処理であってもよい。
　第１絶縁基板１１は、１．６以上の屈折率を有する基板であり、高屈折率導光層として機能する。
　第１電極１２及び第１配向膜１３の第３方向Ｚに沿った厚さは、第１基板１０を透過する光の波長（可視光域の波長）に比べて十分に薄い。このため、第１基板１０において、第１電極１２及び第１配向膜１３の屈折率はほぼ無視できる。つまり、第１絶縁基板１１の屈折率は、第１基板１０の屈折率ｎ１と読み替えることができる。また、第１絶縁基板１１の第１側面及び第２側面は、それぞれ第１基板１０の第１側面１１Ｃ及び第２側面１１Ｄと読み替えることができる。
　第１基板１０の屈折率ｎ１は、液晶層３０の常光屈折率ｎｏより大きく（ｎ１＞ｎｏ）、液晶層３０の異常光屈折率ｎｅとほぼ同等である（ｎ１≒ｎｅ）。　
　屈折率ｎ１と常光屈折率ｎｏとの差は、少なくとも０．０４以上であり、０．１以上であることが望ましい。一例では、常光屈折率ｎｏは、１．４５以上、１．５５未満である。また、屈折率ｎ１と異常光屈折率ｎｅとの差は、０．１未満であることが望ましい。一例では、異常光屈折率ｎｅは、１．５５以上、１．７０以下である。
　第２基板２０は、第２絶縁基板２１と、第２電極２２と、第２配向膜２３と、を備えている。第２絶縁基板２１は、後述する光取出構造を有している。第２絶縁基板２１は、典型的には透明基板である。但し、光拡散性の程度を示すヘイズ値に関して、第２絶縁基板２１のヘイズ値が第１絶縁基板１１のヘイズ値よりも高い場合がある。第２絶縁基板２１は、主面（外面）２１Ａと、主面２１Ａの反対側の主面（内面）２１Ｂと、を有している。主面２１Ａ及び２１Ｂは、例えばＸ－Ｙ平面にほぼ平行な平坦面である。主面２１Ａは、空気層に接している。なお、主面２１Ａは、反射防止膜などの各種薄膜で覆われていてもよい。
　第２電極２２は、第２絶縁基板２１上に設けられている。第２電極２２は、ＩＴＯやＩＺＯなどの透明導電材料によって形成された透明電極である。第２配向膜２３は、第２電極２２を覆い、液晶層３０に接している。第２配向膜２３は、第１配向膜１３と同様の水平配向膜であり、例えば、第２方向Ｙに沿って配向処理されている。
　このような光学装置１では、液晶分子３１は、その光軸Ｏが第２方向Ｙに沿うように初期配向している。ポジ型の液晶層３０については、第１電極１２と第２電極２２との間に電界が形成された際には、液晶分子３１は、その光軸Ｏが電界に沿うように配向する。例えば、第３方向Ｚに沿った縦電界が液晶層３０に形成された場合、液晶分子３１は、その光軸Ｏが第３方向Ｚに沿うように配向する。
　光源５０は、発光素子５１と、光学系５２と、を備えている。発光素子５１は、例えば発光ダイオードであるが、レーザー光源なども適用可能である。発光素子５１は、第１側面１１Ｃに向かって光を出射する。発光素子５１から出射される光は、入射面（図１に示す例では、第２方向Ｙ及び第３方向Ｚによって規定されるＹ－Ｚ平面）と平行な振動面を有するｐ偏光、及び、入射面に垂直な振動面を有するｓ偏光を含んでいる場合がある。なお、発光素子５１から出射される光が直線偏光（例えばｐ偏光）であってもよい。光学系５２は、レンズ等で構成され、発光素子５１と第１基板１０との間に設けられている。光学系５２は、例えば発光素子５１から出射された光を第１絶縁基板１１の厚さ以下に集光する。なお、発光素子５１から出射される光を集光する必要がない場合には、光学系５２を省略することができる。
　図２は、図１に示した第１電極１２及び第２電極２２の一構成例を示す図である。上記の通り、第１電極１２及び第２電極２２は、液晶層３０を挟んで対向している。第１電極１２は、単一のシート状電極によって構成されている。第１電極１２は、第１駆動部ＤＲ１と電気的に接続されている。複数の第２電極２２は、第１方向Ｘ及び第２方向Ｙにマトリクス状に配置されている。平面視において、複数の第２電極２２は、第１電極１２に重畳している。第２電極２２の各々は、スイッチング素子ＳＷを介して第２駆動部ＤＲ２と電気的に接続されている。より具体的には、第２駆動部ＤＲ２は、ゲートドライバＧＤ及びソースドライバを備えている。複数の走査線Ｇは、ゲートドライバＧＤと電気的に接続されている。複数の信号線Ｓは、ソースドライバＳＤと電気的に接続されている。スイッチング素子ＳＷの各々は、走査線Ｇ及び信号線Ｓと電気的に接続されている。走査線Ｇは、第１方向Ｘに並んだ複数のスイッチング素子ＳＷと電気的に接続されている。信号線Ｓは、第２方向Ｙに並んだ複数のスイッチング素子ＳＷと電気的に接続されている。第２電極２２は、スイッチング素子ＳＷと電気的に接続されている。なお、走査線Ｇ、信号線Ｓ、及び、スイッチング素子ＳＷは、図１に示した第２基板２０に設けられている。
　このような構成例では、第１駆動部ＤＲ１が第１電極１２に印加する電圧を制御し、第２駆動部ＤＲ２が第２電極２２の各々に対して個別に印加する電圧を制御する。第１電極１２と第２電極２２との電位差（液晶層３０の駆動電圧）により、第１電極１２と第２電極２２との重畳部に電界が形成される。図１に示した液晶分子３１の配向状態（あるいは配向方向）は、第１電極１２と第２電極２２との間に生じる電界によって制御される。
　図３は、図１に示した第１電極１２及び第２電極２２の他の構成例を示す図である。　
　図３に示す構成例は、図２に示した構成例と比較して、第２電極２２が第２方向Ｙの延びる帯電極である点で相違している。複数の第２電極２２は、第１方向Ｘに間隔を置いて並んでいる。なお、第２電極２２は、第１方向Ｘに延びる帯電極であってもよい。　
　このような構成例では、第１駆動部ＤＲ１が第１電極１２に印加する電圧を制御し、第２駆動部ＤＲ２が第２電極２２の各々に対して個別に印加する電圧を制御することにより、第１電極１２と第２電極２２との重畳部において液晶分子３１の配向状態が制御される。
　図４は、図１に示した第１電極１２及び第２電極２２の他の構成例を示す図である。　
　図４に示す構成例は、図２に示した構成例と比較して、第１電極１２が第１方向Ｘの延びる帯電極であり、第２電極２２が第２方向Ｙの延びる帯電極である点で相違している。複数の第１電極１２は、第２方向Ｙに間隔を置いて並んでいる。複数の第２電極２２は、第１方向Ｘに間隔を置いて並んでいる。複数の第１電極１２は、複数の第２電極２２と交差している。　
　このような構成例では、第１駆動部ＤＲ１が第１電極１２の各々に対して個別に印加する電圧を制御し、第２駆動部ＤＲ２が第２電極２２の各々に対して個別に印加する電圧を制御することにより、第１電極１２と第２電極２２との交差部の各々において液晶分子３１の配向状態が制御される。
　図５は、第１電極１２と第２電極２２との間に電界が形成されていないオフ時を説明するための図である。　
　ここでは、第１基板１０を伝播するｐ偏光ＰＰＬについて説明する。すなわち、光源５０から出射されたｐ偏光ＰＰＬは、第１側面１１Ｃから第１基板１０に入射する。第１基板１０に入射したｐ偏光ＰＰＬは、第１基板１０と液晶層３０との界面において、液晶分子３１の配向方向に応じて異なる屈折率を感じる。例えば、オフ時の液晶分子３１が理想的にＸ－Ｙ平面に沿って水平配向している場合（液晶分子３１の光軸が第２方向Ｙに平行である場合）、ｐ偏光ＰＰＬは、伝播角θに応じた実効異常光屈折率ｎｅ(θ’)を感じる。ここでの伝播角θは第１基板１０から液晶層３０に向かうｐ偏光ＰＰＬの入射角に相当し、角度θ’はｐ偏光ＰＰＬの屈折角に相当する。
　伝播角θと屈折角θ’との関係は以下の通りである。　
　　ｎ１＊ｓｉｎθ＝ｎｅ(θ’)＊ｓｉｎθ’　
　また、実効異常光屈折率ｎｅ(θ’)は以下の通り規定される。　
　　ｎｅ(θ’)＝ｎｏ＊ｎｅ／（ｎｏ２＊ｓｉｎ２θ’＋ｎｅ２＊ｃｏｓ２θ’）１／２　
　なお、上記の式において、ｎ１は第１基板１０の屈折率であり、ｎｅは液晶層３０の異常光屈折率であり、ｎｏは液晶層３０の常光屈折率である。
　このとき、実効異常光屈折率ｎｅ(θ’)が常光屈折率ｎｏと同等であり、実効異常光屈折率ｎｅ(θ’)が第１基板１０の屈折率ｎ１と比較して十分小さい場合（例えば、実効異常光屈折率ｎｅ(θ’)と屈折率ｎ１との差が０．０５以上の場合）、第１基板１０と液晶層３０との界面での全反射条件が成立する。このため、第１基板１０と液晶層３０との界面に到達したｐ偏光ＰＰＬは、第１基板１０内に全反射される。
　図６は、第１電極１２と一部の第２電極２２ａとの間に電界が形成されたオン時を説明するための図である。　
　第１電極１２と第２電極２２ａとの間の液晶分子３１が理想的にＸ－Ｙ平面に対して垂直配向している場合（液晶分子３１の光軸が第３方向Ｚに平行である場合）、ｐ偏光ＰＰＬは、伝播角θに応じた実効異常光屈折率ｎｅ’(θ’)を感じる。実効異常光屈折率ｎｅ’(θ’)は以下の通り規定される。　
　ｎｅ’(θ’)＝ｎｏ＊ｎｅ／（ｎｅ２＊ｓｉｎ２θ’＋ｎｏ２＊ｃｏｓ２θ’）１／２
　このとき、実効異常光屈折率ｎｅ’(θ’)が第１基板１０の屈折率ｎ１と同等である場合（例えば、実効異常光屈折率ｎｅ’(θ’)と屈折率ｎ１との差が０．０５未満の場合）、全反射条件が成立しなくなる。このため、第１基板１０と液晶層３０との界面に到達したｐ偏光ＰＰＬの一部は、液晶層３０に到達する。液晶層３０に到達したｐ偏光ＰＰＬは、第２基板２０に到達する。第２基板２０に到達したｐ偏光ＰＰＬの外部への取出方法については後述する。一般的な異常光屈折率ｎｅは、上記の通り１．５５～１．７０程度であるが、実効異常光屈折率ｎｅ’(θ’)と屈折率ｎ１との差が小さいほど、第１基板１０から液晶層３０に到達するｐ偏光ＰＰＬの光量を増大することができる。
　ところで、光源５０から出射された光のうち、ｓ偏光は、第１基板１０と液晶層３０との界面において、液晶層３０の駆動電圧の大きさにかかわらず、液晶層３０の常光屈折率ｎｏを感じる。このため、ｓ偏光は、液晶分子３１の配向状態によらず、ほとんど液晶層３０に到達しない。
　図７は、ｓ偏光ＳＰＬを液晶層３０に取り出すための一構成例を説明するための図である。　
　図７に示す構成例は、図１に示した構成例と比較して、光学装置１が第２側面１１Ｄに対向する反射層６１と、第２側面１１Ｄと反射層６１との間に位置する位相差層６２と、を備えた点で相違している。位相差層６２は、自身を透過する直線偏光に位相差を付与するものであり、例えば基準波長の直線偏光に１／４波長の位相差を付与するものである。
　このような構成例によれば、光源５０から出射された光のうち、ｓ偏光ＳＰＬは、第１側面１１Ｃから入射した後に第２側面１１Ｄに到達すると、位相差層６２を透過し、さらに反射層６１にて反射され、再び位相差層６２を透過する。つまり、ｓ偏光ＳＰＬは、１／２波長の位相差を付与され、ｐ偏光ＰＰＬに変換される。変換されたｐ偏光ＰＰＬは、第２側面１１Ｄから第１基板１０に入射する。第１電極１２と第２電極２２ａとの間に電界が形成された場合、ｓ偏光ＳＰＬは液晶層３０に到達しないが、変換されたｐ偏光ＰＰＬは液晶層３０に到達し、その後、第２基板２０に到達する。
　図８は、ｓ偏光ＳＰＬを液晶層３０に取り出すための他の構成例を説明するための図である。　
　図８に示す構成例は、図１に示した構成例と比較して、光学装置１が外面１１Ａに対向する反射層６１と、外面１１Ａと反射層６１との間に位置する位相差層６２と、を備えた点で相違している。位相差層６２は、図７を参照して説明したものと同様である。なお、位相差層６２と空気層との間に全反射条件が成立する屈折率差がある場合には、反射層を省略してもよい。
　このような構成例によれば、光源５０から出射されたｓ偏光ＳＰＬは、第１側面１１Ｃから入射した後に外面１１Ａに到達すると、位相差層６２を透過し、さらに反射層６１にて反射され、再び位相差層６２を透過する。つまり、ｓ偏光ＳＰＬは、１／２波長の位相差を付与され、ｐ偏光ＰＰＬに変換される。変換されたｐ偏光ＰＰＬは、外面１１Ａから第１基板１０に入射する。第１電極１２と第２電極２２ａとの間に電界が形成された場合、変換されたｐ偏光ＰＰＬは液晶層３０に到達し、その後、第２基板２０に到達する。
　図７及び図８を参照して説明したように、第１基板１０を伝播するｓ偏光ＳＰＬは、位相差層６２を介して反射されることで、p偏光ＰＰＬに変換される。ｓ偏光ＳＰＬをｐ偏光ＰＰＬに変換する手法は、上記の例に限らない。例えば、第１基板１０が光学異方性を有する材料によって形成されることで、ｓ偏光ＳＰＬが第１基板１０を伝播する途中で、ｓ偏光ＳＰＬをｐ偏光ＰＰＬに変換することができる。また、第１基板１０に凹凸を設け、ｓ偏光ＳＰＬが繰り返し反射される際に位相差が付与されることで、ｓ偏光ＳＰＬをｐ偏光ＰＰＬに変換することができる。これにより、本来利用できないｓ偏光ＳＰＬもｐ偏光ＰＰＬに変換した上で、液晶層３０に取り出すことができる。
　図９は、第２基板２０に到達したｐ偏光ＰＰＬを光学装置１の外部に取り出すための一構成例を説明するための図である。　
　図９に示す構成例では、第２基板２０は、光学異方性を有する第１材料２０１及び光学等方性を有する第２材料２０２を含む複合材料によって形成された第２絶縁基板２１を備えている。第１材料２０１は、異常光屈折率ｎｅ２と、常光屈折率ｎｏ２とを有している。異常光屈折率ｎｅ２は、常光屈折率ｎｏ２より大きい（ｎｅ２＞ｎｏ２）。第２材料２０２は、屈折率ｎ２を有している。常光屈折率ｎｏ２は、屈折率ｎ２とほぼ同等である（ｎｏ２≒ｎ２）。一例では、常光屈折率ｎｏ２と屈折率ｎ２との差は、０．１未満であることが望ましい。
　例えば、このような第２絶縁基板２１は、光重合性の液晶モノマーと等方性モノマーとの混合材料を用いて形成することができる。液晶モノマーとしては、ネマティック液晶のような一軸異方性を有する材料が利用できる。液晶モノマーを所望の方向に配向させた状態で、等方性モノマーが重合される。このように形成された第２絶縁基板２１においては、液晶モノマーが第１材料２０１に相当し、等方性モノマーを重合させることで得られるポリマーが第２材料２０２に相当する。図９に示す構成例では、第１材料（液晶モノマー）２０１は、その光軸Ｏ２が第３方向Ｚ（あるいは第２基板２０の法線）にほぼ平行となるように配向している。
　続いて、光学装置１の外部に光を取り出すための原理について説明する。　
　第１材料２０１の常光屈折率ｎｏ２と第２材料２０２の屈折率ｎ２とが一致している場合、第１材料２０１の光軸Ｏ２に沿って伝播する光は、その偏光状態によらず一様な屈折率を感じる。　
　一方で、光軸Ｏ２とは異なる方向に沿って伝播する光、特に光軸Ｏ２に垂直な方向に伝播する光については、一部の偏光成分は常光屈折率ｎｏ２（≒屈折率ｎ２）と異常光屈折率ｎｅ２からなる屈折率分布を感じる。その結果、第２基板２０に到達した光は、散乱あるいは回折されて、外部に出射される。図９に示すように、第１材料２０１の光軸Ｏ２が第３方向Ｚに設定された場合、すなわち液晶モノマーを垂直配向させた状態で等方性モノマーを重合した場合には、液晶層３０から第２基板２０に到達したｐ偏光ＰＰＬを効率よく散乱させることができる。このとき、意図せぬ回折を避けるため、第１材料２０１の分布はある程度のランダム性を持つことがより好ましい。
　図１０は、第２基板２０の他の構成例を説明するための図である。　
　図１０に示す構成例は、図９に示した構成例と比較して、第１材料２０１の光軸Ｏ２が第２基板２０の法線Ｎに対して、光源５０側（あるいは図中で反時計回り）に傾斜している点で相違している。つまり、第１材料２０１は、外面２１Ａに近接する側が光源５０に接近し、且つ、内面２１Ｂに近接する側が光源５０から離間するように傾斜している。なお、第２基板２０のうち、第２絶縁基板２１のみを図示している。このような構成例によれば、第２基板２０に入射したｐ偏光ＰＰＬは、光軸Ｏ２に対して垂直な方向に伝播し、より大きな屈折率差を感じる。このため、散乱光あるいは回折光の輝度を向上することができる。
　図１１は、第２基板２０の他の構成例を説明するための図である。なお、第２基板２０のうち、第２絶縁基板２１のみを図示している。　
　図１１の（Ａ）乃至（Ｃ）に示す構成例においては、第２絶縁基板２１の外面２１Ａは、微小な凹凸を有している。例えば、図１１の（Ａ）に示す構成例では、外面２１Ａには、微小な凸レンズが形成されている。また、図１１の（Ｂ）に示す構成例では、外面２１Ａには、凸状の微小なプリズムが形成されている。また、図１１の（Ｃ）に示す構成例では、外面２１Ａには、凹状の微小な回折格子（溝）が形成されている。また、図示しないが、外面２１Ａが粗面化されてもよい。なお、外面２１Ａの凹凸は、必ずしも周期的に配列されている必要はない。　
　一方で、第２絶縁基板２１の内面２１Ｂは、ほぼ平坦面である。換言すると、第２絶縁基板２１において、外面２１Ａの表面粗さは、内面２１Ｂの表面粗さより大きい。このような微小な凹凸が外面２１Ａに形成されたことにより、空気層と第２絶縁基板２１との界面での全反射条件が成立しにくくなり、外面２１Ａに到達した光を外部に取り出すことができる。ここで説明した第２絶縁基板２１は、光学等方性を有する材料によって形成することができる。
　なお、光取出構造を有する第２絶縁基板２１については、上記の例に限らない。例えば、第２絶縁基板２１として、微小な柱状構造体が傾斜した状態で配列された光学フィルムが適用されてもよい。また、第２絶縁基板２１の内面に微小な凹凸が形成されてもよい。また、液晶層３０にレンズ、プリズム、回折格子などが形成されてもよい。
　本実施形態によれば、液晶層３０の屈折率分布を制御することにより、高屈折率の第１基板１０を伝播する光を取り出すことができる。液晶層３０の屈折率分布は、液晶分子３１の配向状態（あるいは液晶層３０の駆動電圧）に応じて制御される。本実施形態の液晶層３０において、液晶分子３１は高分子に拘束されていないため、高分子分散液晶層の液晶分子を駆動する場合と比較して、液晶層３０の駆動電圧を低減することができる。これにより、消費電力を低減することができる。
　本実施形態の光学装置１は、例えば、表示装置として適用することができる。この場合、第１電極１２は共通電極に相当し、第２電極２２は画素毎に配置される画素電極に相当する。光源５０から出射された光は、第１側面１１Ｃから第１基板１０に入射し、繰り返し反射されながら、第１基板１０の内部を伝播する。液晶層３０に電圧が印加されていないオフ時には、第１基板１０の内部を伝播する光は、液晶層３０に取り出されず、第２基板２０から外部に取り出されることもない。一方、液晶層３０に電圧が印加されたオン時には、第１基板１０の内部を伝播する光（ｐ偏光）は、液晶層３０に取り出され、第２基板２０から外部に取り出される。したがって、第２基板２０側から表示装置を観察した際に、画像を視認することができる。なお、表示装置は、第２基板２０側から観察可能であるとともに、第１基板１０側からも観察可能である。また、表示装置が第１基板１０側から観察された場合であっても、第２基板２０側から観察された場合であっても、表示装置を介して、表示装置の背景を観察可能である。　
　また、本実施形態の光学装置１は、局所的に照明する照明装置としても適用することができる。
　また、第１基板１０に入射した光のうち、ｐ偏光ＰＰＬとｓ偏光ＳＰＬとでは、第１基板１０と液晶層３０との界面での挙動が異なる。すなわち、上記の例では、例えばｐ偏光ＰＰＬは、液晶分子３１の配向を制御することで第１基板１０から液晶層３０に取り出すことができる一方で、ｓ偏光ＳＰＬは、液晶分子３１の配向状態にかかわらず第１基板１０から液晶層３０に取り出すことができない。つまり、本実施形態の光学装置１は、ｐ偏光ＰＰＬとｓ偏光ＳＰＬとを分離する素子として利用することができる。
　上記の例では、電界制御複屈折（ＥＣＢ）タイプを適用した光学装置１について説明したが、これに限らず、本実施形態の光学装置１は、液晶層３０内で全反射条件を満たす他のモード（例えば、垂直配向モードやハイブリッド配向モードなど）を適用することができる。以下、ＩＰＳ（Ｉｎ－Ｐｌａｎｅ　Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モードを適用した光学装置１について説明する。
　図１２は、本実施形態の光学装置１の他の構成例を示す断面図である。図１２に示す構成例は、図１に示した構成例と比較して、第２基板２０が第１電極１２及び第２電極２２を備えた点で相違している。すなわち、第１基板１０は、第１絶縁基板１１と、第１配向膜１３と、を備えている。第１絶縁基板１１は、図１に示した構成例と同様のガラス基板である。第１配向膜１３は、第１絶縁基板１１を覆い、液晶層３０に接している。　
　第２基板２０は、第２絶縁基板２１と、第１電極１２と、絶縁膜２５と、第２電極２２と、第２配向膜２３と、を備えている。第１電極１２は、第２絶縁基板２１上に設けられている。絶縁膜２５は、第１電極１２を覆っている。第２電極２２は、絶縁膜２５上に設けられている。第２配向膜２３は、第２電極２２を覆い、液晶層３０に接している。　
　第１電極１２及び第２電極２２は、ＩＴＯやＩＺＯなどの透明導電材料によって形成された透明電極である。絶縁膜２５は、無機絶縁膜または有機絶縁膜である。第１配向膜１３及び第２配向膜２３は、Ｘ－Ｙ平面に略平行な配向規制力を有する水平配向膜であり、例えば、第２方向Ｙに沿って配向処理されている。
　このような構成例の光学装置１では、液晶分子３１は、その光軸Ｏが第２方向Ｙに沿うように初期配向している。ポジ型の液晶層３０については、第１電極１２と第２電極２２との間にフリンジ電界（あるいは横電界）が形成された際には、液晶分子３１は、Ｘ－Ｙ平面内で回転し、その光軸Ｏが電界に沿うように配向する。
　なお、図１２に示す構成例では、第２基板２０が第１電極１２及び第２電極２２を備える場合について説明したが、第１基板１０が第１電極１２及び第２電極２２を備えていてもよい。
　図１３は、第１電極１２と第２電極２２との間に電界が形成されていないオフ時を説明するための図である。　
　ここでは、第１基板１０を伝播するｓ偏光ＳＰＬについて説明する。すなわち、光源５０から出射されたｓ偏光ＳＰＬは、第１側面１１Ｃから第１基板１０に入射する。第１基板１０に入射したｓ偏光ＳＰＬは、第１基板１０と液晶層３０との界面において、伝播角θに応じた実効異常光屈折率ｎｅ(θ’)を感じる。図５を参照して説明したように、実効異常光屈折率ｎｅ(θ’)が第１基板１０の屈折率ｎ１と比較して十分小さい場合、全反射条件が成立する。このため、第１基板１０と液晶層３０との界面に到達したｓ偏光ＳＰＬは、第１基板１０内に反射される。
　図１４は、第１電極１２と一部の第２電極２２ａとの間に電界が形成されたオン時を説明するための図である。　
　第１基板１０に入射したｓ偏光ＳＰＬは、第１基板１０と液晶層３０との界面において、伝播角θに応じた実効異常光屈折率ｎｅ’(θ’)を感じる。図６を参照して説明したように、実効異常光屈折率ｎｅ’(θ’)が第１基板１０の屈折率ｎ１と同等である場合、全反射条件が成立しなくなる。このため、第１基板１０と液晶層３０との界面に到達したｓ偏光ＳＰＬの一部は、液晶層３０に到達する。液晶層３０に到達したｓ偏光ＳＰＬは、第２基板２０に到達する。
　図１５は、本実施形態の光学装置１の他の構成例を示す断面図である。図１５に示す構成例では、光源５０から出射されたｐ偏光ＰＰＬの一部は、液晶層３０を経て第２基板２０に到達し、特定の方向に向けて反射または回折される。このような構成例の光学装置１によれば、特定の方向に向けて画像を表示する表示装置、あるいは、特定の方向に向けて照明光を出射する照明装置を提供することができる。
　図１６は、本実施形態の光学装置１の他の構成例を示す断面図である。図１６に示す構成例では、第２基板２０において、第１材料２０１の空間分布が異なっている。例えば、第２基板２０の第１領域Ａ１では、第１材料２０１がＸ－Ｙ平面に沿うように傾斜し、第２基板２０の第２領域Ａ２では、第１材料２０１が第３方向Ｚに沿うように配向している。なお、空間分布が異なる他の例としては、第１材料２０１の配列周期が異なっていてもよいし、第１材料２０１の第３方向Ｚに沿った厚さが異なっていてもよい。　
　光源５０から出射されたｐ偏光ＰＰＬの一部は、液晶層３０を経て第２基板２０に到達する。第２基板２０の第１領域Ａ１及び第２領域Ａ２に到達したｐ偏光ＰＰＬは、第１領域Ａ１と第２領域Ａ２とで屈折し、集光される。このような構成例の光学装置１によれば、特定の方向に集光された画像を表示する表示装置、あるいは、特定の方向に集光された照明光を出射する照明装置を提供することができる。
　図１７は、本実施形態の光学装置１の他の構成例を示す断面図である。図１７に示す構成例は、図９に示した構成例と比較して、光学装置１が第１基板１０の両面に光取出構造を有している点で相違している。すなわち、光学装置１は、図９に示した構成例に加えて、第３方向Ｚにおいて第１基板１０に対向する第３基板７０と、第１基板１０と第３基板７０との間に設けられた液晶層８０と、を備えている。
　第３基板７０は、第２基板２０と同様に構成され、第３絶縁基板７１と、第３電極７２と、第３配向膜７３と、を備えている。第３絶縁基板７１は、第２絶縁基板２１と同様に構成され、光学異方性を有する第３材料７０１及び光学等方性を有する第４材料７０２からなる複合材料によって形成されている。第３電極７２は、第３絶縁基板７１上に設けられている。第３配向膜７３は、第３電極７２を覆い、液晶層８０に接している。
　第１基板１０は、主面１１Ｂ上に第１電極１２を備えている一方で、主面１１Ｂの反対側の主面１１Ａ上に第４電極１４を備えている。第４配向膜１５は、第４電極１４を覆い、液晶層８０に接している。第３電極７２及び第４電極１４は、ＩＴＯやＩＺＯなどの透明導電材料によって形成された透明電極である。第３配向膜７３及び第４配向膜１５は、水平配向膜であり、例えば、第２方向Ｙに沿って配向処理されている。
　液晶層８０は、液晶層３０と同様に、光学異方性あるいは屈折率異方性を有する液晶分子８１を含んでいる。また、上記の構成例と同様に、第１基板１０の屈折率ｎ１は、液晶層３０及び８０の常光屈折率ｎｏより大きく（ｎ１＞ｎｏ）、液晶層３０及び８０の異常光屈折率ｎｅとほぼ同等である（ｎ１≒ｎｅ）。
　このような構成例において、光源５０から出射されたｐ偏光ＰＰＬのうち、液晶層３０を介して第２基板２０に到達した光が外部に取り出されるとともに、液晶層８０を介して第３基板７０に到達した光も外部に取り出される。このような光学装置１が表示装置として適用された場合、第１電極１２及び第４電極１４は共通電極に相当し、第２電極２２及び第３電極７２は画素毎に配置される画素電極に相当する。そして、第２基板２０から外部に光が取り出されることにより、第２基板２０側から観察した際に画像を視認することができ、しかも、第３基板７０から外部に光が取り出されることにより、第３基板７０側から観察した際にも画像を視認することができる。
　以上説明したように、本実施形態によれば、低電圧で変調可能な光学装置を提供することができる。
　なお、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
　１…光学装置
　１０…第１基板　２０…第２基板　３０…液晶層　５０…光源
　１２…第１電極　１３…第１配向膜　２２…第２電極　２３…第２配向膜
　６１…反射層　６２…位相差層

Claims (17)

  1. 　光源と、
    　前記光源と向かい合う第１側面を備え、第１屈折率を有する第１基板と、
    　前記第１基板に対向する第２基板と、
    　前記第１基板と前記第２基板との間に設けられ、光学異方性を有する液晶層と、を備え、
    　前記第１基板の第１屈折率は、前記液晶層の常光屈折率より大きく、前記液晶層の異常光屈折率とほぼ同等である、光学装置。
  2. 　前記第１基板の第１屈折率は１．６以上であり、
    　前記第１屈折率と前記常光屈折率との差は０．１以上であり、
    　前記第１屈折率と前記異常光屈折率との差は０．１未満である、請求項１に記載の光学装置。
  3. 　前記常光屈折率は１．４５以上、１．５５未満であり、
    　前記異常光屈折率は１．５５以上、１．７０以下である、請求項２に記載の光学装置。
  4. 　前記光源は、前記第１側面に向かって、入射面と平行な振動面を有するｐ偏光を出射する、請求項１に記載の光学装置。
  5. 　前記第１基板は、第１電極と、前記液晶層に接する第１配向膜と、を備え、
    　前記第２基板は、第２電極と、前記液晶層に接する第２配向膜と、を備え、
    　前記液晶層は、前記第１電極と前記第２電極との間の電界により配向状態が制御される液晶分子を含んでいる、請求項４に記載の光学装置。
  6. 　前記光源は、前記第１側面に向かって、入射面と垂直な振動面を有するｓ偏光を出射する、請求項１に記載の光学装置。
  7. 　前記第１基板は、前記液晶層に接する第１配向膜を備え、
    　前記第２基板は、第１電極と、前記第１電極を覆う絶縁膜と、前記絶縁膜上に配置された第２電極と、前記液晶層に接する第２配向膜を備え、
    　前記液晶層は、前記第１電極と前記第２電極との間の電界により配向状態が制御される液晶分子を含んでいる、請求項６に記載の光学装置。
  8. 　前記第１基板は、前記第１側面の反対側の第２側面を有し、
    　さらに、前記第２側面に対向する反射層と、
    　前記第２側面と前記反射層との間に位置する位相差層と、を備えている、請求項６に記載の光学装置。
  9. 　さらに、前記第１基板の外面に対向する反射層と、
    　前記外面と前記反射層との間に位置する位相差層と、を備えている、請求項６に記載の光学装置。
  10. 　前記第２基板は、光学異方性を有する第１材料及び光学等方性を有する第２材料を含む複合材料によって形成された第２絶縁基板を備え、
    　前記第２材料の第２屈折率は、前記第１材料の常光屈折率とほぼ同等であり、前記第１材料の異常光屈折率より小さい、請求項１に記載の光学装置。
  11. 　前記第１材料の光軸は、前記第２基板の法線に対して傾斜している、請求項１０に記載の光学装置。
  12. 　前記第１材料は、一軸異方性を有する液晶モノマーであり、
    　前記第１材料は、前記第２絶縁基板の外面に近接する側が前記光源に接近するように傾斜している、請求項１１に記載の光学装置。
  13. 　前記第２基板は、外面に凹凸を有する第２絶縁基板を備えている、請求項１に記載の光学装置。
  14. 　第１側面を備え、１．６以上の第１屈折率を有する第１基板と、
    　前記第１基板に対向する第２基板と、
    　前記第１基板と前記第２基板との間に設けられ、光学異方性を有するポジ型の液晶層と、
    　前記第１側面と向かい合い、前記第１側面に向けて光を出射する光源と、を備え、
    　前記第１基板の第１屈折率は、前記液晶層の常光屈折率より大きく、前記液晶層の異常光屈折率とほぼ同等であり、
    　前記第２基板は、光学異方性を有する第１材料及び光学等方性を有する第２材料を含む複合材料によって形成された第２絶縁基板を備え、
    　前記第２材料の第２屈折率は、前記第１材料の常光屈折率とほぼ同等であり、前記第１材料の異常光屈折率より小さい、光学装置。
  15. 　前記第１材料は、一軸異方性を有する液晶モノマーであり、
    　前記第１材料は、前記第２絶縁基板の外面に近接する側が前記光源に接近するように傾斜している、請求項１４に記載の光学装置。
  16. 　第１側面を備え、第１屈折率を有する第１基板と、
    　前記第１基板に対向する第２基板と、
    　前記第１基板と前記第２基板との間に設けられ、光学異方性を有するポジ型の液晶層と、
    　前記第１側面と向かい合い、前記第１側面に向けて光を出射する光源と、を備え、
    　前記第１基板の第１屈折率は、前記液晶層の常光屈折率より大きく、前記液晶層の異常光屈折率とほぼ同等であり、
    　前記液晶層は、電界により配向状態制御される液晶分子を含み、
    　前記第１側面から入射した直線偏光は、前記液晶分子がほぼ水平に配向している領域において前記第１基板と前記液晶層との界面で全反射され、前記液晶分子がほぼ垂直に配向している領域において前記第１基板から前記液晶層に入射する、光学装置。
  17. 　前記第２基板は、光学異方性を有する第１材料及び光学等方性を有する第２材料を含む複合材料によって形成された第２絶縁基板を備え、
    　前記第２材料の第２屈折率は、前記第１材料の常光屈折率とほぼ同等であり、前記第１材料の異常光屈折率より小さく、
    　前記液晶層から前記第２基板に入射した直線偏光は、外部に出射される、請求項１６に記載の光学装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP7463261B2 (ja) 2020-12-10 2024-04-08 株式会社日本製鋼所 発泡成形を実施する射出成形機および射出成形機の制御方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005114763A (ja) * 2003-10-02 2005-04-28 Seiko Epson Corp プロジェクタシステムとその駆動方法
JP2005209639A (ja) * 2003-12-25 2005-08-04 Sumitomo Chemical Co Ltd 導光板及びバックライト並びに液晶表示装置
WO2012081567A1 (ja) * 2010-12-15 2012-06-21 シャープ株式会社 液晶装置
JP2014082109A (ja) * 2012-10-17 2014-05-08 Samsung R&D Institute Japan Co Ltd 導光板、面光源装置および表示装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005114763A (ja) * 2003-10-02 2005-04-28 Seiko Epson Corp プロジェクタシステムとその駆動方法
JP2005209639A (ja) * 2003-12-25 2005-08-04 Sumitomo Chemical Co Ltd 導光板及びバックライト並びに液晶表示装置
WO2012081567A1 (ja) * 2010-12-15 2012-06-21 シャープ株式会社 液晶装置
JP2014082109A (ja) * 2012-10-17 2014-05-08 Samsung R&D Institute Japan Co Ltd 導光板、面光源装置および表示装置

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