WO2021059734A1 - 光制御装置 - Google Patents

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WO2021059734A1
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liquid crystal
substrate
crystal cell
common electrode
control device
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PCT/JP2020/029048
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三井　雅志
健夫 小糸
多惠 黒川
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株式会社ジャパンディスプレイ
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Definitions

  • An embodiment of the present invention relates to an optical control device.
  • an optical control device using a liquid crystal cell mainly focuses or diverges light rays having a monopolarizing component.
  • an optical control device is disclosed in which two liquid crystal cells are laminated, one liquid crystal cell modulates one polarization component, and the other liquid crystal cell modulates the other polarization component.
  • An object of the present embodiment is to provide an optical control device that can be manufactured at low cost.
  • a first liquid crystal cell including a first substrate provided with a plurality of first control electrodes, a second substrate, and a first liquid crystal layer twist-oriented between the first substrate and the second substrate.
  • a second liquid crystal cell including a third substrate provided with a plurality of second control electrodes, a fourth substrate, and a second liquid crystal layer twist-oriented between the third substrate and the fourth substrate. The second liquid crystal cell is laminated on the first liquid crystal cell, the first control electrode is superimposed on the second control electrode, and the first liquid crystal cell is the first of the incident natural light.
  • the second liquid crystal cell has a function of modulating the polarization component and converting it into a second polarization component, and converting the third polarization component of the incident natural light into a fourth polarization component with almost no modulation.
  • an optical control device having a function of hardly modulating the second polarization component transmitted through the first liquid crystal cell and modulating the fourth polarization component transmitted through the first liquid crystal cell.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of the optical control device 100 of the present embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing a configuration example of the first liquid crystal cell 1.
  • FIG. 3 is an exploded perspective view showing a main part of the optical control device 100.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining the liquid crystal lens LL1 formed in the first liquid crystal cell 1.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining the operation of the liquid crystal lenses LL1 and LL2 by the optical control device 100.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining the operation of the liquid crystal lenses LL1 and LL2 by the optical control device 100.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing another configuration example of the optical control device 100.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of the optical control device 100 of the present embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing a configuration example of the first liquid crystal cell 1.
  • FIG. 3 is an exploded perspective view showing a main part of the optical
  • FIG. 8 is a diagram showing another configuration example of the optical control device 100 of the present embodiment.
  • FIG. 9 is a diagram for explaining the liquid crystal lens LL1 formed in the first liquid crystal cell 1 shown in FIG.
  • FIG. 10 is a diagram showing another configuration example of the optical control device 100 of the present embodiment.
  • FIG. 11 is a diagram showing an example of another shape of the first control electrode E1.
  • FIG. 12 is a diagram showing an example of another shape of the first control electrode E1.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view showing another configuration example of the optical control device 100.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of the optical control device 100 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.
  • viewing the XY plane defined by the first direction X and the second direction Y is referred to as a plan view.
  • the optical control device 100 includes a first liquid crystal cell 1, a second liquid crystal cell 2, and a control unit CT.
  • the first liquid crystal cell 1 and the second liquid crystal cell 2 have substantially the same components.
  • the first liquid crystal cell 1 includes a first substrate SUB1, a second substrate SUB2, and a first liquid crystal layer LC1.
  • the first substrate SUB1 includes an insulating substrate 11, a plurality of first control electrodes E1 provided on the insulating substrate 11, and an alignment film AL1 that covers the first control electrode E1.
  • the second substrate SUB2 includes an insulating substrate 12, a first common electrode C1 provided on the insulating substrate 12, and an alignment film AL2 covering the first common electrode C1.
  • the first common electrode C1 faces a plurality of first control electrodes E1.
  • the second liquid crystal cell 2 includes a third substrate SUB3, a fourth substrate SUB4, and a second liquid crystal layer LC2.
  • the third substrate SUB3 includes an insulating substrate 13, a plurality of second control electrodes E2 provided on the insulating substrate 13, and an alignment film AL3 that covers the second control electrode E2.
  • the second control electrode E2 is formed so as to overlap the first control electrode E1 in the third direction Z.
  • the fourth substrate SUB 4 includes an insulating substrate 14, a second common electrode C2 provided on the insulating substrate 14, and an alignment film AL4 covering the second common electrode C2.
  • the second common electrode C2 faces a plurality of second control electrodes E2.
  • the insulating substrates 11 to 14 are transparent substrates such as a glass substrate and a resin substrate.
  • the first control electrode E1, the second control electrode E2, the first common electrode C1, and the second common electrode C2 are formed of a transparent conductive material such as indium tin oxide (ITO) or indium zinc oxide (IZO). It is a transparent electrode.
  • the alignment films AL1 to AL4 are horizontal alignment films having an orientation regulating force substantially parallel to the XY plane.
  • the alignment treatment direction AD1 of the alignment film AL1 and the alignment treatment direction AD3 of the alignment film AL3 are both parallel to the first direction X.
  • the alignment treatment direction AD2 of the alignment film AL2 and the alignment treatment direction AD4 of the alignment film AL4 are both parallel to the second direction Y. That is, in the first liquid crystal cell 1, the orientation processing direction AD1 is orthogonal to the orientation processing direction AD2, and in the second liquid crystal cell 2, the orientation processing direction AD3 is orthogonal to the orientation processing direction AD4.
  • the alignment treatment may be a rubbing treatment or a photo-alignment treatment.
  • the first liquid crystal layer LC1 is held by the alignment films AL1 and AL2 between the first substrate SUB1 and the second substrate SUB2, and has a 90 ° twist-oriented liquid crystal molecule LM1.
  • the second liquid crystal layer LC2 is held by the alignment films AL3 and AL4 between the third substrate SUB3 and the fourth substrate SUB4, and has a 90 ° twist-oriented liquid crystal molecule LM2.
  • These first liquid crystal layer LC1 and second liquid crystal layer LC2 have, for example, positive dielectric anisotropy.
  • the second liquid crystal cell 2 is laminated on the first liquid crystal cell 1 in the third direction Z.
  • the insulating substrate 12 and the insulating substrate 13 are adhered to each other by a transparent adhesive layer 3.
  • the refractive index of the adhesive layer 3 is equivalent to the refractive index of the insulating substrates 12 and 13.
  • the outer surface 11A of the insulating substrate 11 and the outer surface 14A of the insulating substrate 14 are in contact with the air layer, respectively.
  • the control unit CT includes voltage control units DCT1 and DCT2.
  • the voltage control unit DCT1 controls the voltage to be applied to the first control electrode E1 and the first common electrode C1 in the first liquid crystal cell 1.
  • the voltage control unit DCT2 controls the voltage to be applied to the second control electrode E2 and the second common electrode C2 in the second liquid crystal cell 2.
  • Such an optical control device 100 is combined with, for example, a light source that emits natural light, and is installed so that the outer surface 11A becomes an incident surface of natural light.
  • the first liquid crystal cell 1 modulates the first polarization component of the incident natural light and converts it into the second polarization component, and converts the third polarization component of the incident natural light into the fourth polarization component with almost no modulation. It has a function to convert.
  • the second liquid crystal cell 2 has a function of hardly modulating the second polarization component transmitted through the first liquid crystal cell 1 and modulating the fourth polarization component transmitted through the first liquid crystal cell 1. The functions of the first liquid crystal cell 1 and the second liquid crystal cell 2 will be described in detail later.
  • the modulation here means that the refractive index distribution type lens (hereinafter referred to as a liquid crystal lens) formed on the liquid crystal layer focuses or diverges the polarized light component transmitted through the liquid crystal layer. That is, the first liquid crystal cell 1 focuses or diverges the first polarized component, and the second liquid crystal cell 2 focuses or diverges the fourth polarized component. Further, in the first liquid crystal cell 1, the third polarized light component is hardly focused or diverged, and similarly, in the second liquid crystal cell 2, the second polarized light component is hardly focused or diverged.
  • the degree of focusing or divergence (modulation rate) is controlled by the voltage applied to the liquid crystal layer. That is, the modulation rate of the first polarization component in the first liquid crystal cell 1 is controlled by the voltage control unit DCT1, and the modulation rate of the fourth polarization component in the second liquid crystal cell 2 is controlled by the voltage control unit DCT2.
  • the first liquid crystal cell 1 and the second liquid crystal cell 2 have substantially the same components and have the same optical rotation ability.
  • both the first liquid crystal cell 1 and the second liquid crystal cell 2 have an optical rotation ability to rotate the polarization plane of the incident polarized light component (linearly polarized light) by 90 °. That is, the polarization plane of the first polarization component is orthogonal to the polarization plane of the second polarization component, and the polarization plane of the third polarization component is orthogonal to the polarization plane of the fourth polarization component.
  • the first polarization component and the third polarization component are orthogonal to each other, the first polarization component and the fourth polarization component have the same polarization plane, and the second polarization component and the third polarization component have the same polarization. It has a surface.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing a configuration example of the first liquid crystal cell 1.
  • the first liquid crystal cell 1 will be described, but the second liquid crystal cell 2 also has the same cross-sectional structure as the first liquid crystal cell 1, and the description thereof will be omitted.
  • the plurality of first control electrodes E1 are arranged at intervals in the first direction X in the first modulation region A11.
  • the feeder line PL is provided in the peripheral region A12 outside the first modulation region A11.
  • the plurality of first control electrodes E1 and the feeder line PL are electrically connected to the voltage control unit DCT1 shown in FIG.
  • the first common electrode C1 is, for example, a single flat plate electrode located on substantially the entire surface of the first modulation region A11 and a part of which extends to the peripheral region A12.
  • the first common electrode C1 faces the plurality of first control electrodes E1 via the first liquid crystal layer LC1 in the first modulation region A11.
  • the first common electrode C1 faces the feeder line PL in the peripheral region A12.
  • the first substrate SUB1 and the second substrate SUB2 are adhered by the seal SE in the peripheral region A12.
  • the seal SE includes a conductive material CD.
  • the conductive material CD is interposed between the feeder line PL and the first common electrode C1, and electrically connects the feeder line PL and the first common electrode C1.
  • FIG. 3 is an exploded perspective view showing a main part of the optical control device 100.
  • the first common electrode C1 superimposed on the first modulation region A11 and the second common electrode C2 superimposed on the second modulation region A21 are shown by dotted lines.
  • the plurality of first control electrodes E1 are arranged in the first modulation region A11 at regular intervals D1 in the first direction X.
  • Each of the first control electrodes E1 is, for example, a strip-shaped electrode extending in the second direction Y.
  • Each of the first control electrodes E1 has an equivalent width W1 along the first direction X.
  • the plurality of second control electrodes E2 are arranged in the second modulation region A21 at regular intervals D2 in the first direction X.
  • Each of the second control electrodes E2 is, for example, a strip-shaped electrode extending in the second direction Y.
  • Each of the second control electrodes E2 has an equivalent width W2 along the first direction X.
  • the width W1 is equivalent to the width W2, and the interval D1 is equivalent to the interval D2. That is, in a plan view, the plurality of first control electrodes E1 are superimposed on the plurality of second control electrodes E2, respectively.
  • the widths W1 and W2 and the intervals D1 and D2 are, for example, 10 ⁇ m to 30 ⁇ m.
  • the first modulation region A11 and the second modulation region A21 are formed in a rectangular shape extending in the first direction X, but may be formed in a rectangular shape extending in the second direction Y. It may be formed in a circular shape, an elliptical shape, or other shape.
  • the first modulation region A11 and the second modulation region A21 have the same shape and overlap each other in a plan view.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining the liquid crystal lens LL1 formed in the first liquid crystal cell 1.
  • the second liquid crystal cell 2 can also form a liquid crystal lens LL2 similar to the liquid crystal lens LL1 described with reference to FIG.
  • FIG. 4A shows an OFF state in which no potential difference is generated between the first control electrodes E11 to E15 and the first common electrode C1.
  • the liquid crystal molecule LM1 contained in the first liquid crystal layer LC1 is twist-oriented due to the orientation-regulating force of the alignment films AL1 and AL2.
  • FIG. 4B shows an ON state (ON) in which a potential difference is formed between the first control electrodes E11 to E15 and the first common electrode C1.
  • the voltage control unit DCT1 supplies predetermined voltages to the first control electrodes E11 to E15 and the first common electrode C1, respectively.
  • the first liquid crystal layer LC1 has a positive dielectric anisotropy. Therefore, in the state where the electric field is formed, the liquid crystal molecule LM1 is oriented so that its long axis is along the electric field.
  • the first control electrodes E11, E12, E13, E14, and E15 are supplied with voltages of 7V, 3V, 0V, 3V, and 7V, respectively, and the first common electrode C1 is supplied with a voltage of 0V.
  • the major axis of the liquid crystal molecule LM1 is the third direction Z. Oriented along. Almost no electric field is formed in the region where the first control electrode E13 and the first common electrode C1 face each other, and the liquid crystal molecule LM1 is maintained in the initial oriented state (twisted oriented state). In the region where the first control electrode E12 and the first common electrode C1 face each other, the region where the first control electrode E11 and the first common electrode C1 face each other, and the first control electrode E13 and the first common electrode C1 are located. An intermediate orientation state with the opposing regions is formed.
  • the liquid crystal molecule LM1 has a refractive index anisotropy ⁇ n. Therefore, the first liquid crystal layer LC1 has a refractive index distribution according to the orientation state of the liquid crystal molecule LM1. Alternatively, the first liquid crystal layer LC1 has a retardation distribution or a phase distribution represented by ⁇ n ⁇ d, where d is the thickness of the first liquid crystal layer LC1 along the third direction Z. The thickness d is, for example, 10 ⁇ m to 50 ⁇ m.
  • the liquid crystal lens LL1 shown by the dotted line in the figure is formed by such a refractive index distribution, a retardation distribution, or a phase distribution.
  • the illustrated liquid crystal lens LL1 functions as a convex lens.
  • the operation of the liquid crystal lenses LL1 and LL2 by the optical control device 100 will be described with reference to FIGS. 5 and 6.
  • the linearly polarized light having a polarization plane along the first direction X is referred to as the first polarized light (P polarized light) POL1 and is along the second direction Y.
  • Linearly polarized light having a plane of polarization is referred to as second polarized light (S polarized light) POL2.
  • the light source LS emits natural light including the first polarized POL1 and the second polarized POL2.
  • the first liquid crystal cell 1 is located between the light source LS and the second liquid crystal cell 2.
  • the first polarized light (first polarized light component) POL1 of the natural light is focused by the liquid crystal lens LL1 in the first liquid crystal cell 1, and the polarization plane is rotated by 90 degrees to the second. It is converted to polarized light (second polarized light component) POL2.
  • the second polarized POL2 that has passed through the first liquid crystal cell 1 is transmitted through the second liquid crystal cell 2 without being focused by the liquid crystal lens LL2, and its polarization plane is rotated by 90 degrees and converted into the first polarized POL1. .. That is, of the natural light radiated from the light source LS, the first polarized POL1 is focused by the optical control device 100.
  • the second polarized light (third polarized light component) POL2 of the natural light is transmitted in the first liquid crystal cell 1 without being focused by the liquid crystal lens LL1, and the polarization plane thereof is rotated by 90 degrees. Is converted to the first polarized light (fourth polarized light component) POL1.
  • the first polarized POL1 transmitted through the first liquid crystal cell 1 is focused by the liquid crystal lens LL2 in the second liquid crystal cell 2, and its polarization plane is rotated by 90 degrees to be converted into the second polarized POL2. That is, of the natural light radiated from the light source LS, the second polarized light POL2 is focused by the optical control device 100.
  • a first liquid crystal cell 1 for modulating the first polarized POL1 of natural light and a second liquid crystal cell 2 for modulating the second polarized POL2 of natural light can be configured with the same specifications. Therefore, regardless of the shape of the modulation region, by stacking the first liquid crystal cell 1 and the second liquid crystal cell 2, it is possible to provide an optical control device 100 that modulates (focuses or diverges) natural light. Further, according to the present embodiment, the production line can be unified as compared with the case where the first liquid crystal cell 1 and the second liquid crystal cell 2 are configured with different specifications, and the optical control device can be used at low cost. 100 can be manufactured.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing another configuration example of the optical control device 100.
  • the configuration example shown in FIG. 7 is different from the configuration example shown in FIG. 1 in that the first substrate SUB1 and the third substrate SUB3 are bonded by the transparent adhesive layer 3. Further, the second substrate SUB2 and the fourth substrate SUB4 are in contact with the air layer. More specifically, the adhesive layer 3 adheres the insulating substrate 11 and the insulating substrate 13.
  • the refractive index of the adhesive layer 3 is equivalent to the refractive index of the insulating substrates 11 and 13.
  • the outer surface 12A of the insulating substrate 12 and the outer surface 14A of the insulating substrate 14 are in contact with the air layer, respectively.
  • the first common electrode C1 is provided on the inner surface 12B of the insulating substrate 12, and the second common electrode C2 is provided on the inner surface 14B of the insulating substrate 14. That is, in the optical control device 100, the first liquid crystal layer LC1 and the second liquid crystal layer LC2 are located between the first common electrode C1 and the second common electrode C2, which are flat plate electrodes.
  • the first common electrode C1 and the second common electrode C2 formed by ITO are a conductive layer and also function as an ultraviolet absorbing layer.
  • the same effect as the above configuration example can be obtained.
  • the ultraviolet rays incident from the outer surface 12A are absorbed by the first common electrode C1
  • the ultraviolet rays incident from the outer surface 14A are absorbed by the second common electrode C2. Therefore, deterioration of the first liquid crystal layer LC1 and the second liquid crystal layer LC2 due to ultraviolet rays is suppressed.
  • the electric charge of the second substrate SUB2 is discharged via the first common electrode C1
  • the electric charge of the fourth substrate SUB4 is discharged via the second common electrode C2. Therefore, in the first liquid crystal layer LC1 and the second liquid crystal layer LC2, poor orientation of the liquid crystal molecules due to undesired charging is suppressed.
  • FIG. 8 is a diagram showing another configuration example of the optical control device 100 of the present embodiment.
  • the first substrate SUB1 includes the first control electrode E1 and the first common electrode C1, and the first common electrode is provided.
  • C1 differs in that it is located between adjacent first control electrodes E1.
  • the first control electrode E1 and the first common electrode C1 are located in the same layer.
  • the first control electrode E1 and the first common electrode C1 are provided on the insulating substrate 11 and covered with the alignment film AL1.
  • the first control electrode E1 and the first common electrode C1 are formed of, for example, the same transparent conductive material.
  • one first control electrode E1 is arranged between the adjacent first common electrodes C1, but a plurality of first control electrodes E1 are arranged between the adjacent first common electrodes C1. May be arranged, or a plurality of first common electrodes C1 may be arranged between adjacent first control electrodes E1.
  • the third substrate SUB3 includes the second control electrode E2 and the second common electrode C2.
  • the second common electrode C2 is located between the adjacent second control electrodes E2. Further, the second control electrode E2 and the second common electrode C2 are located in the same layer.
  • the width of the first common electrode C1 is the same as the width W2 of the second common electrode C2, and the distance between the first control electrode E1 and the first common electrode C1 is the same as that of the second control electrode E2 and the second common electrode C2. Is equivalent to the interval of.
  • the second control electrode E2 is located directly above the first control electrode E1, and the second common electrode C2 is located directly above the first common electrode C1. That is, in a plan view, the plurality of first control electrodes E1 are superimposed on the plurality of second control electrodes E2, and the plurality of first common electrodes C1 are superimposed on the plurality of second common electrodes C2, respectively.
  • the first liquid crystal cell 1 and the second liquid crystal cell 2 are adhered to each other by a transparent adhesive layer 3.
  • the second substrate SUB2 and the third substrate SUB3 are adhered to each other by the adhesive layer 3.
  • the refractive index of the adhesive layer 3 is equivalent to the refractive index of the insulating substrates 12 and 13.
  • the outer surfaces of the insulating substrate 11 and the insulating substrate 14 are in contact with the air layer.
  • No electrodes are provided on the second substrate SUB2 and the fourth substrate SUB4.
  • an ultraviolet absorbing layer may be provided on the outer surface of the fourth substrate SUB4 (or the outer surface of the insulating substrate 14). Specific examples of the ultraviolet absorbing layer will be described later with reference to FIG.
  • FIG. 9 is a diagram for explaining the liquid crystal lens LL1 formed in the first liquid crystal cell 1 shown in FIG. In FIG. 9, only the configuration necessary for the explanation is shown. Although description is omitted, the second liquid crystal cell 2 can also form a liquid crystal lens LL2 similar to the liquid crystal lens LL1 described with reference to FIG. 9.
  • FIG. 9A shows an OFF state in which no potential difference is generated between the first control electrode E1 and the first common electrode C1.
  • the liquid crystal molecule LM1 contained in the first liquid crystal layer LC1 is twist-oriented due to the orientation-regulating force of the alignment films AL1 and AL2.
  • FIG. 9B shows an ON state (ON) in which a potential difference is formed between the first control electrode E1 and the first common electrode C1.
  • the voltage control unit DCT1 supplies a predetermined voltage to the first control electrode E1 and the first common electrode C1, respectively.
  • the liquid crystal molecule LM1 is oriented so that its long axis is along the electric field.
  • the liquid crystal lens LL1 as shown by the dotted line in the figure is formed.
  • the same effect as the above configuration example can be obtained.
  • the feeder line PL and the conductive material CD as described with reference to FIG. 2 are not required, and the configuration can be simplified.
  • the first substrate SUB1 and the third substrate SUB3 may be bonded by the transparent adhesive layer 3 in the same manner as in the configuration example shown in FIG. 7.
  • FIG. 10 is a diagram showing another configuration example of the optical control device 100 of the present embodiment.
  • the first substrate SUB1 is an insulating film (first insulating film) located between the first control electrode E1 and the first common electrode C1. It differs in that it has IL1. That is, the first control electrode E1 is different from the first common electrode C1 in that it is located in a different layer.
  • the first common electrode C1 is provided on the insulating substrate 11 and is covered with the insulating film IL1.
  • the first control electrode E1 is provided on the insulating film IL1 and is covered with the alignment film AL1.
  • the first common electrode C1 is located between the adjacent first control electrodes E1.
  • the third substrate SUB3 includes an insulating film (second insulating film) IL2 located between the second control electrode E2 and the second common electrode C2.
  • the second common electrode C2 is provided on the insulating substrate 13 and is covered with the insulating film IL2.
  • the second control electrode E2 is provided on the insulating film IL2 and is covered with the alignment film AL3.
  • the second common electrode C2 is located between the adjacent second control electrodes E2.
  • the width of the first common electrode C1 is the same as the width W2 of the second common electrode C2, and the distance between the first control electrode E1 and the first common electrode C1 is the same as that of the second control electrode E2 and the second common electrode C2. Is equivalent to the interval of.
  • the second control electrode E2 is located directly above the first control electrode E1, and the second common electrode C2 is located directly above the first common electrode C1. That is, in a plan view, the plurality of first control electrodes E1 are superimposed on the plurality of second control electrodes E2, and the plurality of first common electrodes C1 are superimposed on the plurality of second common electrodes C2, respectively.
  • the second substrate SUB2 and the third substrate SUB3 are adhered to each other by a transparent adhesive layer 3.
  • the refractive index of the adhesive layer 3 is equivalent to the refractive index of the insulating substrates 12 and 13.
  • the outer surfaces of the insulating substrate 11 and the insulating substrate 14 are in contact with the air layer.
  • No electrodes are provided on the second substrate SUB2 and the fourth substrate SUB4.
  • an ultraviolet absorbing layer may be provided on the outer surface of the fourth substrate SUB4 (or the outer surface of the insulating substrate 14). Specific examples of the ultraviolet absorbing layer will be described later with reference to FIG.
  • the same effect as that of the configuration example shown in FIG. 8 can be obtained in the configuration example shown in FIG.
  • the first control electrode E1 and the first common electrode C1 to which different voltages are supplied are provided with the insulating film IL1 interposed therebetween, the distance between the electrodes arranged in the same layer is widened, and the yield can be improved. ..
  • the first substrate SUB1 and the third substrate SUB3 may be bonded by the transparent adhesive layer 3 in the same manner as in the configuration example shown in FIG. 7.
  • the first control electrode E1 and the second control electrode E2, and the first common electrode C1 and the second common electrode C2 described with reference to FIGS. 8 and 10 are strip-shaped electrodes described with reference to FIG. It may be present or may have other shapes. Examples of other shapes will be described below.
  • the first control electrode E1 is formed in a substantially circular dot shape.
  • the first common electrode C1 is formed in an annular shape surrounding each of the plurality of first control electrodes E1.
  • the plurality of first control electrodes E1 and the first common electrode C1 are each electrically connected to the voltage control unit DCT1.
  • a lens array can be formed by forming an electric field between each of the first control electrodes E1 and the first common electrode C1.
  • the plurality of first control electrodes E1 are formed concentrically.
  • Each of the plurality of first control electrodes E1 is electrically connected to the voltage control unit DCT1.
  • a circular lens can be formed by controlling the voltage supplied to each of the first control electrodes E1.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view showing another configuration example of the optical control device 100.
  • the configuration example shown in FIG. 13 is different from the configuration examples shown in FIGS. 8 and 10 in that the first substrate SUB1 and the third substrate SUB3 are bonded by the transparent adhesive layer 3. Further, the second substrate SUB2 and the fourth substrate SUB4 are located on the opposite side of the adhesive layer 3. Further, the first ultraviolet absorbing layer 21 is provided on the outer surface of the first liquid crystal cell 1 (or the outer surface of the second substrate SUB2), and the second is provided on the outer surface of the second liquid crystal cell 2 (or the outer surface of the fourth substrate SUB4).
  • the ultraviolet absorbing layer 22 is provided.
  • the first ultraviolet absorbing layer 21 is provided on the outer surface 12A of the insulating substrate 12, and the second ultraviolet absorbing layer 22 is provided on the outer surface 14A of the insulating substrate 14. That is, in the optical control device 100, the first liquid crystal layer LC1 and the second liquid crystal layer LC2 are located between the first ultraviolet absorbing layer 21 and the second ultraviolet absorbing layer 22.
  • the first ultraviolet absorbing layer 21 and the second ultraviolet absorbing layer 22 are transparent conductive layers formed by, for example, ITO.
  • the same effect as that of the configuration example described with reference to FIG. 7 can be obtained. That is, the ultraviolet rays incident from the second substrate SUB2 side on which the electrodes are not provided are absorbed by the first ultraviolet absorbing layer 21. Further, the ultraviolet rays incident from the SUB4 side of the fourth substrate on which the electrodes are not provided are absorbed by the second ultraviolet absorbing layer 22. Therefore, deterioration of the first liquid crystal layer LC1 and the second liquid crystal layer LC2 due to ultraviolet rays is suppressed.
  • the first control electrode E1 and the first common electrode C1 of the first substrate SUB1 are located in the same layer, but the first control electrode E1 is the same as the first common electrode C1. May be located in different layers.
  • the second control electrode E2 and the second common electrode C2 of the third substrate SUB3 may be located in the same layer, or the second control electrode E2 is located in a layer different from the second common electrode C2. You may.
  • the present invention is not limited to the above embodiment itself, and at the stage of its implementation, the constituent elements can be modified and embodied within a range that does not deviate from the gist thereof.
  • various inventions can be formed by an appropriate combination of the plurality of components disclosed in the above-described embodiment. For example, some components may be removed from all the components shown in the embodiments. Further, the components of different embodiments may be combined as appropriate.
  • Optical control device 1 ... 1st liquid crystal cell 2 ... 2nd liquid crystal cell 3 ...

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Abstract

本実施形態の目的は、低コストで製造することが可能な光制御装置を提供することにある。　本実施形態の光制御装置は、複数の第１制御電極を備えた第１基板と、第２基板と、前記第１基板と前記第２基板との間においてツイスト配向した第１液晶層と、を備えた第１液晶セルと、複数の第２制御電極を備えた第３基板と、第４基板と、前記第３基板と前記第４基板との間においてツイスト配向した第２液晶層と、を備えた第２液晶セルと、を備え、前記第２液晶セルは、前記第１液晶セルに積層され、前記第１制御電極は、前記第２制御電極に重畳し、前記第１液晶セルは、入射した自然光のうちの第１偏光成分を変調するとともに第２偏光成分に変換し、入射した自然光のうちの第３偏光成分をほとんど変調することなく第４偏光成分に変換する機能を有し、前記第２液晶セルは、前記第１液晶セルを透過した前記第２偏光成分をほとんど変調せず、前記第１液晶セルを透過した前記第４偏光成分を変調する機能を有する。

Description

光制御装置
　本発明の実施形態は、光制御装置に関する。
　近年、液晶セルを用いた光制御装置が提案されている。このような光制御装置は、主として、一偏光成分の光線を集束させたり発散させたりするものである。一例では、２つの液晶セルを積層し、一方の液晶セルにおいて一方の偏光成分を変調し、他方の液晶セルにおいて他方の偏光成分を変調する光制御装置が開示されている。
米国特許出願公開第2019/0033669号明細書
　本実施形態の目的は、低コストで製造することが可能な光制御装置を提供することにある。
　本実施形態によれば、　
　複数の第１制御電極を備えた第１基板と、第２基板と、前記第１基板と前記第２基板との間においてツイスト配向した第１液晶層と、を備えた第１液晶セルと、複数の第２制御電極を備えた第３基板と、第４基板と、前記第３基板と前記第４基板との間においてツイスト配向した第２液晶層と、を備えた第２液晶セルと、を備え、前記第２液晶セルは、前記第１液晶セルに積層され、前記第１制御電極は、前記第２制御電極に重畳し、前記第１液晶セルは、入射した自然光のうちの第１偏光成分を変調するとともに第２偏光成分に変換し、入射した自然光のうちの第３偏光成分をほとんど変調することなく第４偏光成分に変換する機能を有し、前記第２液晶セルは、前記第１液晶セルを透過した前記第２偏光成分をほとんど変調せず、前記第１液晶セルを透過した前記第４偏光成分を変調する機能を有する、光制御装置が提供される。
　本実施形態によれば、低コストで製造することが可能な光制御装置を提供することができる。
図１は、本実施形態の光制御装置１００の一構成例を示す図である。 図２は、第１液晶セル１の構成例を示す断面図である。 図３は、光制御装置１００の主要部を示す分解斜視図である。 図４は、第１液晶セル１に形成される液晶レンズＬＬ１を説明するための図である。 図５は、光制御装置１００による液晶レンズＬＬ１及びＬＬ２の作用を説明するための図である。 図６は、光制御装置１００による液晶レンズＬＬ１及びＬＬ２の作用を説明するための図である。 図７は、光制御装置１００の他の構成例を示す断面図である。 図８は、本実施形態の光制御装置１００の他の構成例を示す図である。 図９は、図８に示した第１液晶セル１に形成される液晶レンズＬＬ１を説明するための図である。 図１０は、本実施形態の光制御装置１００の他の構成例を示す図である。 図１１は、第１制御電極Ｅ１の他の形状の例を示す図である。 図１２は、第１制御電極Ｅ１の他の形状の例を示す図である。 図１３は、光制御装置１００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、本実施形態の光制御装置１００の一構成例を示す図である。一例では、第１方向Ｘ、第２方向Ｙ、及び、第３方向Ｚは、互いに直交しているが、９０度以外の角度で交差していてもよい。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。
　光制御装置１００は、第１液晶セル１と、第２液晶セル２と、制御部ＣＴと、を備えている。第１液晶セル１及び第２液晶セル２は、実質的に同一の構成要素を有するものである。
　第１液晶セル１は、第１基板ＳＵＢ１と、第２基板ＳＵＢ２と、第１液晶層ＬＣ１と、を備えている。第１基板ＳＵＢ１は、絶縁基板１１と、絶縁基板１１上に設けられた複数の第１制御電極Ｅ１と、第１制御電極Ｅ１を覆う配向膜ＡＬ１と、を備えている。第２基板ＳＵＢ２は、絶縁基板１２と、絶縁基板１２上に設けられた第１共通電極Ｃ１と、第１共通電極Ｃ１を覆う配向膜ＡＬ２と、を備えている。第１共通電極Ｃ１は、複数の第１制御電極Ｅ１に対向している。　
　第２液晶セル２は、第３基板ＳＵＢ３と、第４基板ＳＵＢ４と、第２液晶層ＬＣ２と、を備えている。第３基板ＳＵＢ３は、絶縁基板１３と、絶縁基板１３上に設けられた複数の第２制御電極Ｅ２と、第２制御電極Ｅ２を覆う配向膜ＡＬ３と、を備えている。第２制御電極Ｅ２は、第３方向Ｚにおいて第１制御電極Ｅ１に重畳するように形成されている。第４基板ＳＵＢ４は、絶縁基板１４と、絶縁基板１４上に設けられた第２共通電極Ｃ２と、第２共通電極Ｃ２を覆う配向膜ＡＬ４と、を備えている。第２共通電極Ｃ２は、複数の第２制御電極Ｅ２に対向している。
　絶縁基板１１乃至１４は、例えばガラス基板や樹脂基板などの透明基板である。　
　第１制御電極Ｅ１、第２制御電極Ｅ２、第１共通電極Ｃ１、及び、第２共通電極Ｃ２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。
　配向膜ＡＬ１乃至ＡＬ４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。例えば、配向膜ＡＬ１の配向処理方向ＡＤ１及び配向膜ＡＬ３の配向処理方向ＡＤ３は、いずれも第１方向Ｘに平行である。また、配向膜ＡＬ２の配向処理方向ＡＤ２及び配向膜ＡＬ４の配向処理方向ＡＤ４は、いずれも第２方向Ｙに平行である。つまり、第１液晶セル１において配向処理方向ＡＤ１は配向処理方向ＡＤ２に直交し、第２液晶セル２において配向処理方向ＡＤ３は配向処理方向ＡＤ４に直交している。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液晶層ＬＣ１は、第１基板ＳＵＢ１と第２基板ＳＵＢ２との間において配向膜ＡＬ１及びＡＬ２によって保持され、９０°ツイスト配向した液晶分子ＬＭ１を有している。同様に、第２液晶層ＬＣ２は、第３基板ＳＵＢ３と第４基板ＳＵＢ４との間において配向膜ＡＬ３及びＡＬ４によって保持され、９０°ツイスト配向した液晶分子ＬＭ２を有している。これらの第１液晶層ＬＣ１及び第２液晶層ＬＣ２は、例えば、正の誘電率異方性を有している。
　第２液晶セル２は、第３方向Ｚにおいて第１液晶セル１の上に積層されている。絶縁基板１２と絶縁基板１３とは、透明な接着層３によって互いに接着されている。接着層３の屈折率は、絶縁基板１２及び１３の屈折率と同等である。一方で、絶縁基板１１の外面１１Ａ及び絶縁基板１４の外面１４Ａは、それぞれ空気層に接している。
　制御部ＣＴは、電圧制御部ＤＣＴ１及びＤＣＴ２を備えている。電圧制御部ＤＣＴ１は、第１液晶セル１において第１制御電極Ｅ１及び第１共通電極Ｃ１に印加すべき電圧を制御する。電圧制御部ＤＣＴ２は、第２液晶セル２において第２制御電極Ｅ２及び第２共通電極Ｃ２に印加すべき電圧を制御する。
　このような光制御装置１００は、例えば、自然光を放射する光源と組み合わされ、外面１１Ａが自然光の入射面となるように設置される。第１液晶セル１は、入射した自然光のうちの第１偏光成分を変調するとともに第２偏光成分に変換し、入射した自然光のうちの第３偏光成分をほとんど変調することなく第４偏光成分に変換する機能を有するものである。第２液晶セル２は、第１液晶セル１を透過した第２偏光成分をほとんど変調せず、第１液晶セル１を透過した第４偏光成分を変調する機能を有するものである。第１液晶セル１及び第２液晶セル２の機能については、後に詳述する。
　ここでの変調とは、液晶層に形成される屈折率分布型レンズ（以下、液晶レンズと称する）により、液晶層を透過する偏光成分を集束または発散することをいう。つまり、第１液晶セル１は第１偏光成分を集束または発散し、第２液晶セル２は、第４偏光成分を集束または発散する。また、第１液晶セル１においては、第３偏光成分はほとんど集束も発散もなされず、同様に、第２液晶セル２においては、第２偏光成分はほとんど集束も発散もなされない。集束または発散の度合い（変調率）は、液晶層に印加される電圧によって制御される。つまり、第１液晶セル１における第１偏光成分の変調率は、電圧制御部ＤＣＴ１によって制御され、第２液晶セル２における第４偏光成分の変調率は、電圧制御部ＤＣＴ２によって制御される。
　また、上記の通り、第１液晶セル１及び第２液晶セル２は、実質的に同一の構成要素を有するものであり、同等の旋光能を有している。本実施形態では、第１液晶セル１及び第２液晶セル２は、いずれも、入射した偏光成分（直線偏光）の偏光面を９０°回転させる旋光能を有している。つまり、第１偏光成分の偏光面は第２偏光成分の偏光面と直交し、第３偏光成分の偏光面は第４偏光成分の偏光面と直交する。第１偏光成分及び第３偏光成分が互いに直交する場合、第１偏光成分及び第４偏光成分は、同一の偏光面を有し、また、第２偏光成分及び第３偏光成分は、同一の偏光面を有するものである。
　図２は、第１液晶セル１の構成例を示す断面図である。ここでは、第１液晶セル１について説明するが、第２液晶セル２も第１液晶セル１と同様の断面構造を有しており、その説明については省略する。　
　第１基板ＳＵＢ１において、複数の第１制御電極Ｅ１は、第１変調領域Ａ１１において、第１方向Ｘに間隔をおいて並んでいる。給電線ＰＬは、第１変調領域Ａ１１の外側の周辺領域Ａ１２に設けられている。複数の第１制御電極Ｅ１、及び、給電線ＰＬは、図１に示した電圧制御部ＤＣＴ１に電気的に接続されている。　
　第２基板ＳＵＢ２において、第１共通電極Ｃ１は、例えば、第１変調領域Ａ１１の略全面に位置するとともにその一部が周辺領域Ａ１２にも延在した単一の平板電極である。第１共通電極Ｃ１は、第１変調領域Ａ１１において、第１液晶層ＬＣ１を介して複数の第１制御電極Ｅ１と対向している。第１共通電極Ｃ１は、周辺領域Ａ１２において給電線ＰＬと対向している。　
　第１基板ＳＵＢ１及び第２基板ＳＵＢ２は、周辺領域Ａ１２において、シールＳＥによって接着されている。シールＳＥは、導通材ＣＤを備えている。導通材ＣＤは、給電線ＰＬと第１共通電極Ｃ１との間に介在し、給電線ＰＬと第１共通電極Ｃ１とを電気的に接続している。
　図３は、光制御装置１００の主要部を示す分解斜視図である。なお、第１変調領域Ａ１１に重畳する第１共通電極Ｃ１、及び、第２変調領域Ａ２１に重畳する第２共通電極Ｃ２は、点線で示している。複数の第１制御電極Ｅ１は、第１変調領域Ａ１１において、第１方向Ｘに一定の間隔Ｄ１をおいて並んでいる。第１制御電極Ｅ１の各々は、例えば、第２方向Ｙに延出した帯状電極である。第１制御電極Ｅ１の各々は、第１方向Ｘに沿って同等の幅Ｗ１を有している。複数の第２制御電極Ｅ２は、第２変調領域Ａ２１において、第１方向Ｘに一定の間隔Ｄ２をおいて並んでいる。第２制御電極Ｅ２の各々は、例えば、第２方向Ｙに延出した帯状電極である。第２制御電極Ｅ２の各々は、第１方向Ｘに沿って同等の幅Ｗ２を有している。幅Ｗ１は幅Ｗ２と同等であり、また、間隔Ｄ１は間隔Ｄ２と同等である。つまり、平面視においては、複数の第１制御電極Ｅ１は、複数の第２制御電極Ｅ２とそれぞれ重畳する。幅Ｗ１及びＷ２、及び、間隔Ｄ１及びＤ２は、例えば、１０μｍ～３０μｍである。
　図３に示す例では、第１変調領域Ａ１１及び第２変調領域Ａ２１は、第１方向Ｘに延びた長方形状に形成されているが、第２方向Ｙに延びた長方形状に形成されてもよいし、円形、楕円形、その他の形状に形成されてもよい。第１変調領域Ａ１１及び第２変調領域Ａ２１は、同一形状であり、平面視において、互いに重畳する。
　図４は、第１液晶セル１に形成される液晶レンズＬＬ１を説明するための図である。図４においては、説明に必要な構成のみを図示している。なお、説明を省略するが、第２液晶セル２においても、図４を参照して説明する液晶レンズＬＬ１と同様の液晶レンズＬＬ２を形成することができる。
　図４の（Ａ）は、第１制御電極Ｅ１１乃至Ｅ１５と、第１共通電極Ｃ１との間に電位差が生じていないオフ状態（ＯＦＦ）を示している。第１液晶層ＬＣ１に含まれる液晶分子ＬＭ１は、配向膜ＡＬ１及びＡＬ２の配向規制力により、ツイスト配向している。
　図４の（Ｂ）は、第１制御電極Ｅ１１乃至Ｅ１５と、第１共通電極Ｃ１との間に電位差が形成されたオン状態（ＯＮ）を示している。電圧制御部ＤＣＴ１は、第１制御電極Ｅ１１乃至Ｅ１５、及び、第１共通電極Ｃ１にそれぞれ所定の電圧を供給する。第１液晶層ＬＣ１は、上記の通り、正の誘電率異方性を有している。このため、液晶分子ＬＭ１は、電界が形成された状態ではその長軸が電界に沿うように配向する。一例では、第１制御電極Ｅ１１、Ｅ１２、Ｅ１３、Ｅ１４、Ｅ１５には、それぞれ７Ｖ、３Ｖ、０Ｖ、３Ｖ、７Ｖの電圧が供給され、第１共通電極Ｃ１には０Ｖの電圧が供給される。
　第１制御電極Ｅ１１及びＥ１５の各々と第１共通電極Ｃ１とが対向する領域には、第３方向Ｚに沿った電界が形成されるため、液晶分子ＬＭ１は、その長軸が第３方向Ｚに沿うように配向する。第１制御電極Ｅ１３と第１共通電極Ｃ１とが対向する領域には、ほとんど電界が形成されず、液晶分子ＬＭ１は、初期配向状態（ツイスト配向した状態）に維持される。第１制御電極Ｅ１２と第１共通電極Ｃ１とが対向する領域には、第１制御電極Ｅ１１と第１共通電極Ｃ１とが対向する領域と、第１制御電極Ｅ１３と第１共通電極Ｃ１とが対向する領域との中間の配向状態が形成される。第１制御電極Ｅ１４と第１共通電極Ｃ１とが対向する領域には、第１制御電極Ｅ１５と第１共通電極Ｃ１とが対向する領域と、第１制御電極Ｅ１３と第１共通電極Ｃ１とが対向する領域との中間の配向状態が形成される。
　液晶分子ＬＭ１は、屈折率異方性Δｎを有している。このため、第１液晶層ＬＣ１は、液晶分子ＬＭ１の配向状態に応じた屈折率分布を有する。あるいは、第１液晶層ＬＣ１は、第１液晶層ＬＣ１の第３方向Ｚに沿った厚さをｄとしたとき、Δｎ・ｄで表されるリタデーションの分布、または、位相分布を有する。なお、厚さｄは、一例では、１０μｍ～５０μｍである。図中に点線で示した液晶レンズＬＬ１は、このような屈折率分布、リタデーションの分布、または、位相分布によって形成されるものである。図示した液晶レンズＬＬ１は、凸レンズとして機能する。
　次に、光制御装置１００による液晶レンズＬＬ１及びＬＬ２の作用について図５及び図６を参照しながら説明する。以下の説明では、光の進行方向が第３方向Ｚに沿う場合に、第１方向Ｘに沿った偏光面を有する直線偏光を第１偏光（Ｐ偏光）ＰＯＬ１と称し、第２方向Ｙに沿った偏光面を有する直線偏光を第２偏光（Ｓ偏光）ＰＯＬ２と称する。光源ＬＳは、第１偏光ＰＯＬ１及び第２偏光ＰＯＬ２を含む自然光を放射するものである。第１液晶セル１は、光源ＬＳと第２液晶セル２との間に位置している。
　図５に示すように、自然光のうちの第１偏光（第１偏光成分）ＰＯＬ１は、第１液晶セル１において、液晶レンズＬＬ１によって集束されるとともに、その偏光面が９０度回転して第２偏光（第２偏光成分）ＰＯＬ２に変換される。第１液晶セル１を透過した第２偏光ＰＯＬ２は、第２液晶セル２において、液晶レンズＬＬ２によって集束されることなく透過し、その偏光面が９０度回転して第１偏光ＰＯＬ１に変換される。つまり、光源ＬＳから放射された自然光のうち、第１偏光ＰＯＬ１は、光制御装置１００によって集束される。
　図６に示すように、自然光のうちの第２偏光（第３偏光成分）ＰＯＬ２は、第１液晶セル１において、液晶レンズＬＬ１によって集束されることなく透過し、その偏光面が９０度回転して第１偏光（第４偏光成分）ＰＯＬ１に変換される。第１液晶セル１を透過した第１偏光ＰＯＬ１は、第２液晶セル２において、液晶レンズＬＬ２によって集束されるとともに、その偏光面が９０度回転して第２偏光ＰＯＬ２に変換される。つまり、光源ＬＳから放射された自然光のうち、第２偏光ＰＯＬ２は、光制御装置１００によって集束される。
　このような光制御装置１００によれば、自然光のうちの第１偏光ＰＯＬ１を変調するための第１液晶セル１、及び、自然光のうちの第２偏光ＰＯＬ２を変調するための第２液晶セル２は、同一仕様で構成することができる。このため、変調領域の形状にかかわらず、第１液晶セル１及び第２液晶セル２を積層することで、自然光を変調（集束または発散）する光制御装置１００を提供することができる。そして、本実施形態によれば、第１液晶セル１及び第２液晶セル２が異なる仕様で構成された場合と比較して、製造ラインを一本化することができ、低コストで光制御装置１００を製造することができる。
　図７は、光制御装置１００の他の構成例を示す断面図である。図７に示す構成例は、図１に示した構成例と比較して、第１基板ＳＵＢ１と第３基板ＳＵＢ３とが透明な接着層３によって接着された点で相違している。また、第２基板ＳＵＢ２及び第４基板ＳＵＢ４は、空気層に接している。より具体的には、接着層３は、絶縁基板１１と絶縁基板１３とを接着している。接着層３の屈折率は、絶縁基板１１及び１３の屈折率と同等である。一方で、絶縁基板１２の外面１２Ａ及び絶縁基板１４の外面１４Ａは、それぞれ空気層に接している。　
　第１共通電極Ｃ１は絶縁基板１２の内面１２Ｂに設けられ、第２共通電極Ｃ２は絶縁基板１４の内面１４Ｂに設けられている。つまり、光制御装置１００において、第１液晶層ＬＣ１及び第２液晶層ＬＣ２は、平板電極である第１共通電極Ｃ１及び第２共通電極Ｃ２の間に位置している。例えばＩＴＯによって形成された第１共通電極Ｃ１及び第２共通電極Ｃ２は、導電層であるとともに、紫外線吸収層として機能する。
　このような構成例によれば、上記の構成例と同様の効果が得られる。加えて、外面１２Ａから入射する紫外線は第１共通電極Ｃ１で吸収され、また、外面１４Ａから入射する紫外線は第２共通電極Ｃ２で吸収される。したがって、第１液晶層ＬＣ１及び第２液晶層ＬＣ２の紫外線による劣化が抑制される。　
　また、第２基板ＳＵＢ２の電荷は、第１共通電極Ｃ１を経由して放電され、第４基板ＳＵＢ４の電荷は、第２共通電極Ｃ２を経由して放電される。したがって、第１液晶層ＬＣ１及び第２液晶層ＬＣ２において、不所望な帯電に起因した液晶分子の配向不良が抑制される。
　図８は、本実施形態の光制御装置１００の他の構成例を示す図である。図８に示す構成例は、図１に示した構成例と比較して、第１液晶セル１において、第１基板ＳＵＢ１が第１制御電極Ｅ１及び第１共通電極Ｃ１を備え、第１共通電極Ｃ１は隣接する第１制御電極Ｅ１の間に位置している点で相違している。また、第１制御電極Ｅ１及び第１共通電極Ｃ１は、同一層に位置している。例えば、第１制御電極Ｅ１及び第１共通電極Ｃ１は、絶縁基板１１の上に設けられ、配向膜ＡＬ１によって覆われている。これらの第１制御電極Ｅ１及び第１共通電極Ｃ１は、例えば同一の透明導電材料によって形成されている。なお、図示した例では、隣接する第１共通電極Ｃ１の間に１個の第１制御電極Ｅ１が配置されているが、隣接する第１共通電極Ｃ１の間に複数個の第１制御電極Ｅ１が配置されてもよいし、隣接する第１制御電極Ｅ１の間に複数個の第１共通電極Ｃ１が配置されてもよい。
　第２液晶セル２においても、第１液晶セル１と同様に、第３基板ＳＵＢ３が第２制御電極Ｅ２及び第２共通電極Ｃ２を備えている。第２共通電極Ｃ２は、隣接する第２制御電極Ｅ２の間に位置している。また、第２制御電極Ｅ２及び第２共通電極Ｃ２は、同一層に位置している。
　第１共通電極Ｃ１の幅は第２共通電極Ｃ２の幅Ｗ２と同等であり、また、第１制御電極Ｅ１と第１共通電極Ｃ１との間隔は第２制御電極Ｅ２と第２共通電極Ｃ２との間隔と同等である。第２制御電極Ｅ２は第１制御電極Ｅ１の直上に位置し、第２共通電極Ｃ２は第１共通電極Ｃ１の直上に位置している。つまり、平面視においては、複数の第１制御電極Ｅ１は複数の第２制御電極Ｅ２とそれぞれ重畳し、複数の第１共通電極Ｃ１は複数の第２共通電極Ｃ２とそれぞれ重畳する。
　第１液晶セル１及び第２液晶セル２は、透明な接着層３によって互いに接着されている。図示した例では、第２基板ＳＵＢ２及び第３基板ＳＵＢ３は、接着層３によって互いに接着されている。接着層３の屈折率は、絶縁基板１２及び１３の屈折率と同等である。一方で、絶縁基板１１及び絶縁基板１４のそれぞれの外面は、空気層に接している。第２基板ＳＵＢ２及び第４基板ＳＵＢ４においては、電極が設けられていない。特に、第４基板ＳＵＢ４からの紫外線の入射を抑制する観点で、第４基板ＳＵＢ４の外面（あるいは絶縁基板１４の外面）に紫外線吸収層が設けられてもよい。紫外線吸収層の具体例については、図１３を参照しながら後述する。
　図９は、図８に示した第１液晶セル１に形成される液晶レンズＬＬ１を説明するための図である。図９においては、説明に必要な構成のみを図示している。なお、説明を省略するが、第２液晶セル２においても、図９を参照して説明する液晶レンズＬＬ１と同様の液晶レンズＬＬ２を形成することができる。　
　図９の（Ａ）は、第１制御電極Ｅ１と第１共通電極Ｃ１との間に電位差が生じていないオフ状態（ＯＦＦ）を示している。第１液晶層ＬＣ１に含まれる液晶分子ＬＭ１は、配向膜ＡＬ１及びＡＬ２の配向規制力により、ツイスト配向している。　
　図９の（Ｂ）は、第１制御電極Ｅ１と第１共通電極Ｃ１との間に電位差が形成されたオン状態（ＯＮ）を示している。電圧制御部ＤＣＴ１は、第１制御電極Ｅ１及び第１共通電極Ｃ１にそれぞれ所定の電圧を供給する。液晶分子ＬＭ１は、電界が形成された状態ではその長軸が電界に沿うように配向する。これにより、図中に点線で示したような液晶レンズＬＬ１が形成される。
　図８及び図９に示した構成例においても、上記の構成例と同様の効果が得られる。加えて、このような構成例においては、図２を参照して説明したような給電線ＰＬ及び導通材ＣＤが不要となり、構成を簡素化することができる。なお、図８及び図９に示した構成例においては、図７に示した構成例と同様に、第１基板ＳＵＢ１と第３基板ＳＵＢ３とが透明な接着層３によって接着されてもよい。
　図１０は、本実施形態の光制御装置１００の他の構成例を示す図である。図１０に示す構成例は、図８に示した構成例と比較して、第１基板ＳＵＢ１が第１制御電極Ｅ１と第１共通電極Ｃ１との間に位置する絶縁膜（第１絶縁膜）ＩＬ１を備えた点で相違している。つまり、第１制御電極Ｅ１は、第１共通電極Ｃ１とは異なる層に位置している点で相違している。例えば、第１共通電極Ｃ１は、絶縁基板１１の上に設けられ、絶縁膜ＩＬ１によって覆われている。第１制御電極Ｅ１は、絶縁膜ＩＬ１の上に設けられ、配向膜ＡＬ１によって覆われている。第１共通電極Ｃ１は、隣接する第１制御電極Ｅ１の間に位置している。
　第２液晶セル２においても、第１液晶セル１と同様に、第３基板ＳＵＢ３が第２制御電極Ｅ２と第２共通電極Ｃ２との間に位置する絶縁膜（第２絶縁膜）ＩＬ２を備えている。例えば、第２共通電極Ｃ２は、絶縁基板１３の上に設けられ、絶縁膜ＩＬ２によって覆われている。第２制御電極Ｅ２は、絶縁膜ＩＬ２の上に設けられ、配向膜ＡＬ３によって覆われている。第２共通電極Ｃ２は、隣接する第２制御電極Ｅ２の間に位置している。
　第１共通電極Ｃ１の幅は第２共通電極Ｃ２の幅Ｗ２と同等であり、また、第１制御電極Ｅ１と第１共通電極Ｃ１との間隔は第２制御電極Ｅ２と第２共通電極Ｃ２との間隔と同等である。第２制御電極Ｅ２は第１制御電極Ｅ１の直上に位置し、第２共通電極Ｃ２は第１共通電極Ｃ１の直上に位置している。つまり、平面視においては、複数の第１制御電極Ｅ１は複数の第２制御電極Ｅ２とそれぞれ重畳し、複数の第１共通電極Ｃ１は複数の第２共通電極Ｃ２とそれぞれ重畳する。
　第２基板ＳＵＢ２及び第３基板ＳＵＢ３は、透明な接着層３によって互いに接着されている。接着層３の屈折率は、絶縁基板１２及び１３の屈折率と同等である。一方で、絶縁基板１１及び絶縁基板１４のそれぞれの外面は、空気層に接している。第２基板ＳＵＢ２及び第４基板ＳＵＢ４においては、電極が設けられていない。特に、第４基板ＳＵＢ４からの紫外線の入射を抑制する観点で、第４基板ＳＵＢ４の外面（あるいは絶縁基板１４の外面）に紫外線吸収層が設けられてもよい。紫外線吸収層の具体例については、図１３を参照しながら後述する。
　図１０に示した構成例においても、図８に示した構成例と同様の効果が得られる。加えて、互いに異なる電圧が供給される第１制御電極Ｅ１及び第１共通電極Ｃ１が絶縁膜ＩＬ１を挟んで設けられるため、同一層に並んだ電極の間隔が広がり、歩留まりを向上することができる。なお、図１０に示した構成例においては、図７に示した構成例と同様に、第１基板ＳＵＢ１と第３基板ＳＵＢ３とが透明な接着層３によって接着されてもよい。
　図８及び図１０を参照して説明した第１制御電極Ｅ１及び第２制御電極Ｅ２、及び、第１共通電極Ｃ１及び第２共通電極Ｃ２については、図３を参照して説明した帯状電極であってもよいし、その他の形状であってもよい。他の形状の例について、以下に説明する。
　図１１に示す例では、第１制御電極Ｅ１は、ほぼ円形のドット状に形成されている。第１共通電極Ｃ１は、複数の第１制御電極Ｅ１をそれぞれ囲む環状に形成されている。複数の第１制御電極Ｅ１、及び、第１共通電極Ｃ１は、それぞれ電圧制御部ＤＣＴ１に電気的に接続されている。例えば、第１制御電極Ｅ１の各々と第１共通電極Ｃ１との間に電界が形成されることにより、レンズアレイを形成することができる。
　図１２に示す例では、複数の第１制御電極Ｅ１は、同心円状に形成されている。複数の第１制御電極Ｅ１は、それぞれ電圧制御部ＤＣＴ１に電気的に接続されている。例えば、第１制御電極Ｅ１の各々に供給する電圧を制御することにより、円形のレンズを形成することができる。
　図１３は、光制御装置１００の他の構成例を示す断面図である。図１３に示す構成例は、図８及び図１０に示した構成例と比較して、第１基板ＳＵＢ１と第３基板ＳＵＢ３とが透明な接着層３によって接着された点で相違している。また、第２基板ＳＵＢ２及び第４基板ＳＵＢ４は、接着層３とは反対側に位置している。また、第１液晶セル１の外面（あるいは第２基板ＳＵＢ２の外面）には第１紫外線吸収層２１が設けられ、第２液晶セル２の外面（あるいは第４基板ＳＵＢ４の外面）には第２紫外線吸収層２２が設けられている。より具体的には、第１紫外線吸収層２１は絶縁基板１２の外面１２Ａに設けられ、第２紫外線吸収層２２は絶縁基板１４の外面１４Ａに設けられている。つまり、光制御装置１００において、第１液晶層ＬＣ１及び第２液晶層ＬＣ２は、第１紫外線吸収層２１及び第２紫外線吸収層２２の間に位置している。第１紫外線吸収層２１及び第２紫外線吸収層２２は、例えばＩＴＯなどによって形成された透明な導電層である。
　このような構成例によれば、図７を参照して説明した構成例と同様の効果が得られる。つまり、電極が設けられていない第２基板ＳＵＢ２側から入射する紫外線は、第１紫外線吸収層２１で吸収される。また、電極が設けられていない第４基板ＳＵＢ４側から入射する紫外線は、第２紫外線吸収層２２で吸収される。したがって、第１液晶層ＬＣ１及び第２液晶層ＬＣ２の紫外線による劣化が抑制される。
　なお、図１３に示した構成例においては、第１基板ＳＵＢ１の第１制御電極Ｅ１及び第１共通電極Ｃ１が同一層に位置しているが、第１制御電極Ｅ１が第１共通電極Ｃ１とは異なる層に位置していてもよい。同様に、第３基板ＳＵＢ３の第２制御電極Ｅ２及び第２共通電極Ｃ２が同一層に位置していてもよいし、第２制御電極Ｅ２が第２共通電極Ｃ２とは異なる層に位置していてもよい。
　以上説明したように、本実施形態によれば、低コストで製造することが可能な光制御装置を提供することができる。
　なお、この発明は、上記実施形態そのものに限定されるものではなく、その実施の段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。
　１００…光制御装置　１…第１液晶セル　２…第２液晶セル　３…接着層
　ＳＵＢ１…第１基板　Ｅ１…第１制御電極　ＳＵＢ２…第２基板　ＬＣ１…第１液晶層
　ＳＵＢ３…第３基板　Ｅ２…第２制御電極　ＳＵＢ４…第４基板　ＬＣ２…第２液晶層
　Ｃ１…第１共通電極　Ｃ２…第２共通電極
　Ａ１１…第１変調領域　Ａ２１…第２変調領域
　ＩＬ１、ＩＬ２…絶縁膜
　ＬＬ１、ＬＬ２…液晶レンズ
　２１…第１紫外線吸収層　２２…第２紫外線吸収層

Claims (18)

  1. 　複数の第１制御電極を備えた第１基板と、第２基板と、前記第１基板と前記第２基板との間においてツイスト配向した第１液晶層と、を備えた第１液晶セルと、
    　複数の第２制御電極を備えた第３基板と、第４基板と、前記第３基板と前記第４基板との間においてツイスト配向した第２液晶層と、を備えた第２液晶セルと、を備え、
    　前記第２液晶セルは、前記第１液晶セルに積層され、
    　前記第１制御電極は、前記第２制御電極に重畳し、
    　前記第１液晶セルは、入射した自然光のうちの第１偏光成分を変調するとともに第２偏光成分に変換し、入射した自然光のうちの第３偏光成分をほとんど変調することなく第４偏光成分に変換する機能を有し、
    　前記第２液晶セルは、前記第１液晶セルを透過した前記第２偏光成分をほとんど変調せず、前記第１液晶セルを透過した前記第４偏光成分を変調する機能を有する、光制御装置。
  2. 　前記第１液晶セル及び前記第２液晶セルは、同等の旋光能を有し、
    　前記第２偏光成分及び前記第３偏光成分は、同一の偏光面を有し、
    　前記第１偏光成分及び前記第４偏光成分は、同一の偏光面を有している、請求項１に記載の光制御装置。
  3. 　前記複数の第１制御電極、及び、前記複数の第２制御電極は、それぞれ第１方向に間隔をおいて並び、前記第１方向に交差する第２方向に延出している、請求項１に記載の光制御装置。
  4. 　前記第１制御電極の幅は、前記第２制御電極の幅と同等であり、
    　前記第１制御電極の間隔は、前記第２制御電極の間隔と同等である、請求項３に記載の光制御装置。
  5. 　前記第１液晶セルは、前記複数の第１制御電極が設けられた第１変調領域を有し、
    　前記第２液晶セルは、前記複数の第２制御電極が設けられた第２変調領域を有し、
    　前記第１変調領域及び前記第２変調領域は、同一形状であり、長方形状に形成されている、請求項４に記載の光制御装置。
  6. 　前記第２基板は、前記複数の第１制御電極に対向する第１共通電極を備え、
    　前記第４基板は、前記複数の第２制御電極に対向する第２共通電極を備えている、請求項５に記載の光制御装置。
  7. 　さらに、前記第１基板と前記第３基板とを接着する透明な接着層を備えている、請求項６に記載の光制御装置。
  8. 　前記第２基板及び前記第４基板は、空気層に接している、請求項７に記載の光制御装置。
  9. 　さらに、前記第２基板と前記第３基板とを接着する透明な接着層を備えている、請求項６に記載の光制御装置。
  10. 　前記第１基板及び前記第４基板は、空気層に接している、請求項９に記載の光制御装置。
  11. 　前記第１基板は、さらに、隣接する前記第１制御電極の間に位置する第１共通電極を備え、
    　前記第１制御電極及び前記第１共通電極は、同一層に位置し、
    　前記第２基板は、さらに、隣接する前記第２制御電極の間に位置する第２共通電極を備え、
    　前記第２制御電極及び前記第２共通電極は、同一層に位置し、
    　前記第１共通電極は、前記第２共通電極に重畳している、請求項１に記載の光制御装置。
  12. 　さらに、前記第１液晶セルと前記第２液晶セルとを接着する透明な接着層と、
    　前記第１液晶セルの外面及び前記第２液晶セルの外面の少なくとも一方に設けられた紫外線吸収層と、を備え、
    　前記紫外線吸収層は、透明な導電層である、請求項１１に記載の光制御装置。
  13. 　さらに、前記第１基板と前記第３基板とを接着する透明な接着層と、
    　前記第２基板の外面に設けられた第１紫外線吸収層と、
    　前記第４基板の外面に設けられた第２紫外線吸収層と、を備え、
    　前記第１紫外線吸収層及び前記第２紫外線吸収層は、透明な導電層である、請求項１１に記載の光制御装置。
  14. 　前記第１基板は、さらに、隣接する前記第１制御電極の間に位置する第１共通電極と、前記第１制御電極と前記第１共通電極との間に位置する第１絶縁膜と、を備え、
    　前記第２基板は、さらに、隣接する前記第２制御電極の間に位置する第２共通電極と、前記第２制御電極と前記第２共通電極との間に位置する第２絶縁膜と、を備え、
    　前記第１共通電極は、前記第２共通電極に重畳している、請求項１に記載の光制御装置。
  15. 　さらに、前記第１液晶セルと前記第２液晶セルとを接着する透明な接着層と、
    　前記第１液晶セルの外面及び前記第２液晶セルの外面の少なくとも一方に設けられた紫外線吸収層と、を備え、
    　前記紫外線吸収層は、透明な導電層である、請求項１４に記載の光制御装置。
  16. 　さらに、前記第１基板と前記第３基板とを接着する透明な接着層と、
    　前記第２基板の外面に設けられた第１紫外線吸収層と、
    　前記第４基板の外面に設けられた第２紫外線吸収層と、を備え、
    　前記第１紫外線吸収層及び前記第２紫外線吸収層は、透明な導電層である、請求項１４に記載の光制御装置。
  17. 　前記第１基板は、さらに、前記複数の第１制御電極をそれぞれ囲む第１共通電極を備えている、請求項１に記載の光制御装置。
  18. 　前記複数の第１制御電極は、同心円状に形成されている、請求項１に記載の光制御装置。
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