WO2021149407A1 - 光制御装置及び照明装置 - Google Patents

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健夫 小糸
多惠 黒川
三井　雅志
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株式会社ジャパンディスプレイ
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Definitions

  • the embodiment of the present invention relates to an optical control device and a lighting device.
  • an optical control device using a liquid crystal cell mainly focuses or diverges 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 and a lighting device capable of reducing manufacturing costs.
  • the optical control device of this embodiment is A first liquid crystal cell having a first liquid crystal layer between a pair of substrates, a second liquid crystal cell having a second liquid crystal layer between a pair of substrates, and an arrangement between the first liquid crystal cell and the second liquid crystal cell.
  • a plurality of substrates of each of the first liquid crystal cell and the second liquid crystal cell are arranged in one direction on the insulating substrate and formed in a band shape.
  • a first electrode, a first inorganic insulating film covering the plurality of first electrodes, and a plurality of second electrodes intersecting the first electrode on the first inorganic insulating film and formed in a band shape are provided. ing.
  • the optical control device of this embodiment is A first liquid crystal cell having a first liquid crystal layer between a pair of substrates, a second liquid crystal cell having a second liquid crystal layer between a pair of substrates, and an arrangement between the first liquid crystal cell and the second liquid crystal cell.
  • Each one of the first liquid crystal cell and the second liquid crystal cell includes an insulating substrate, a flat plate-shaped first electrode arranged on the insulating substrate, and the above-mentioned It includes a first inorganic insulating film that covers the first electrode, and a plurality of second electrodes that are concentrically arranged on the first inorganic insulating film and superimpose on the first electrode.
  • the lighting device of this embodiment is It includes a light source and the above-mentioned optical control device configured to control the light emitted from the light source.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of the lighting device 100 of the present embodiment.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of the optical control device 200.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line AB of the first liquid crystal cell 10 shown in FIG.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining the optical action in the first liquid crystal cell 10.
  • FIG. 5 is a plan view showing a second configuration example of the first liquid crystal cell 10.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view taken along the line AB of the first liquid crystal cell 10 shown in FIG.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining the optical action in the first liquid crystal cell 10.
  • FIG. 8 is a plan view showing a third configuration example of the first liquid crystal cell 10.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view taken along the line AB of the first liquid crystal cell 10 shown in FIG.
  • FIG. 10 is a plan view showing a fourth configuration example of the first liquid crystal cell 10.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view taken along the line AB of the first liquid crystal cell 10 shown in FIG.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of the lighting 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.
  • the first direction X and the second direction Y correspond to the directions parallel to the substrate included in the lighting device 100
  • the third direction Z corresponds to the thickness direction of the lighting device 100.
  • viewing the XY plane defined by the first direction X and the second direction Y is referred to as a plan view.
  • the lighting device 100 includes a light source LS, an optical control device 200 configured to control the light emitted from the light source LS, and a control unit CT.
  • the light source LS emits light along the third direction Z.
  • the light emitted from the light source LS is, for example, natural light.
  • the optical control device 200 is superimposed on the light source LS in the third direction Z.
  • the optical control device 200 includes a first liquid crystal cell 10, a second liquid crystal cell 20, and a polarization conversion element PC.
  • the first liquid crystal cell 10 and the second liquid crystal cell 20 have substantially the same components, but may have different components.
  • the polarization conversion element PC is arranged between the first liquid crystal cell 10 and the second liquid crystal cell 20.
  • the first liquid crystal cell 10 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 and a first alignment film AL1.
  • the light source LS is arranged so as to face the insulating substrate 11 in the third direction Z.
  • the second substrate SUB2 includes an insulating substrate 12 and a second alignment film AL2 that covers the insulating substrate 12.
  • the first liquid crystal layer LC1 is held between the first substrate SUB1 and the second substrate SUB2, and is in contact with the first alignment film AL1 and the second alignment film AL2.
  • the first liquid crystal layer LC1 is sealed by the seal SE1.
  • the second liquid crystal cell 20 includes a third substrate SUB3, a fourth substrate SUB4, and a second liquid crystal layer LC2.
  • the third substrate SUB3 includes an insulating substrate 21 and a third alignment film AL3.
  • the fourth substrate SUB4 includes an insulating substrate 22 and a fourth alignment film AL4 that covers the insulating substrate 22.
  • the second liquid crystal layer LC2 is held between the third substrate SUB3 and the fourth substrate SUB4, and is in contact with the third alignment film AL3 and the fourth alignment film AL4.
  • the second liquid crystal layer LC2 is sealed by the seal SE2.
  • the third substrate SUB3 has the same components as the first substrate SUB1
  • the fourth substrate SUB4 has the same components as the second substrate SUB2, and the second liquid crystal layer.
  • the configuration of LC2 is the same as that of the first liquid crystal layer LC1.
  • the polarization conversion element PC includes a fifth substrate SUB5, a sixth substrate SUB6, and a third liquid crystal layer LC3.
  • the fifth substrate SUB 5 includes an insulating substrate 31 and a fifth alignment film AL5 that covers the insulating substrate 31.
  • the sixth substrate SUB 6 includes an insulating substrate 32 and a sixth alignment film AL6 that covers the insulating substrate 32.
  • the third liquid crystal layer LC3 is held between the fifth substrate SUB5 and the sixth substrate SUB6, and is in contact with the fifth alignment film AL5 and the sixth alignment film AL6.
  • the third liquid crystal layer LC3 is sealed by the seal SE3.
  • the fifth alignment film AL5 and the sixth alignment film AL6 are horizontal alignment films having an orientation regulating force substantially parallel to the XY plane, and are oriented in a predetermined direction.
  • the alignment treatment may be a rubbing treatment or a photo-alignment treatment.
  • the orientation treatment direction of the fifth alignment film AL5 intersects the orientation treatment direction of the sixth alignment film AL6.
  • the third liquid crystal layer LC3 contains a liquid crystal molecule LM3 twist-oriented between the fifth alignment film AL5 and the sixth alignment film AL6.
  • Such a polarization conversion element PC does not include an electrode. Therefore, no electric field is formed in the third liquid crystal layer LC3, and the orientation state of the liquid crystal molecules LM3 is maintained by the orientation restricting force of the fifth alignment film AL5 and the sixth alignment film AL6.
  • the insulating substrates 11 and 12, the insulating substrates 21 and 22, and the insulating substrates 31 and 32 are transparent substrates such as a glass substrate and a resin substrate.
  • the polarization conversion element PC is superimposed on the first liquid crystal cell 10 in the third direction Z.
  • the insulating substrate 12 and the insulating substrate 31 are adhered to each other by the transparent adhesive layer AD1.
  • the refractive index of the adhesive layer AD1 is equivalent to the refractive index of the insulating substrates 12 and 31.
  • the second liquid crystal cell 20 is superimposed on the polarization conversion element PC in the third direction Z.
  • the insulating substrate 32 and the insulating substrate 21 are adhered to each other by the transparent adhesive layer AD2.
  • the refractive index of the adhesive layer AD2 is equivalent to the refractive index of the insulating substrates 32 and 21.
  • the control unit CT includes a light source control unit LCT and voltage control units DCT1 and DCT2.
  • the light source control unit LCT controls, for example, the current value for driving the light source LS.
  • the voltage control unit DCT1 controls the voltage to be applied to the first liquid crystal layer LC1.
  • the voltage control unit DCT2 controls the voltage to be applied to the second liquid crystal layer LC2.
  • the orientation processing direction AD5 of the fifth alignment film AL5 is parallel to the second direction Y
  • the orientation processing direction AD6 of the sixth alignment film AL6 is parallel to the first direction X. That is, the orientation processing direction AD5 is orthogonal to the orientation processing direction AD6.
  • the liquid crystal molecule LM3 is twist-oriented by 90 ° between the 5th alignment film AL5 and the 6th alignment film AL6 due to the orientation restricting force of the 5th alignment film AL5 and the 6th alignment film AL6.
  • the polarization conversion element PC having such a configuration has an optical rotation ability to rotate the polarization plane of the polarization component (linearly polarized light) of the incident light by 90 °.
  • the polarization conversion element PC converts the first polarization component of the incident light into the second polarization component, and converts the second polarization component of the incident light into the first polarization component.
  • the polarization plane of the first polarization component is orthogonal to the polarization plane of the second polarization component.
  • the polarizing component having a polarization plane along the first direction X is called the first polarized light (P-polarized light) POL1, and has a polarizing plane along the second direction Y.
  • the polarized light component is referred to as second polarized light (S polarized light) POL2.
  • the first polarized component is the first polarized POL1
  • the second polarized component is the second polarized POL2.
  • the polarization conversion element PC is a twisted nematic liquid crystal element having no electrode has been described, but the present invention is not limited to this. That is, the polarization conversion element PC may be another element having a function of converting the first polarization component of the incident light into the second polarization component and converting the second polarization component of the incident light into the first polarization component. good.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of the optical control device 200.
  • the first substrate SUB1 includes a plurality of first electrodes E1 and a plurality of second electrodes E2.
  • the plurality of first electrodes E1 are arranged in the first direction X.
  • Each of the first electrodes E1 extends in the second direction Y and is formed in a band shape.
  • the plurality of second electrodes E2 are arranged in the second direction Y and intersect with the plurality of first electrodes E1.
  • Each of the second electrodes E2 extends in the first direction X and is formed in a band shape.
  • the second substrate SUB2 shown by the dotted line does not have an electrode, but may have a common electrode facing the first electrode E1 and the second electrode E2.
  • the plurality of first electrodes E1 are electrically connected to the voltage supply unit VS1. Of the plurality of first electrodes E1, different voltages may be supplied to the adjacent first electrodes, or the same voltage may be supplied to all the first electrodes E1.
  • the plurality of second electrodes E2 are electrically connected to the voltage supply unit VS2. Of the plurality of second electrodes E2, different voltages may be supplied to the adjacent second electrodes, or the same voltage may be supplied to all the second electrodes E2.
  • the voltage supply unit VS2 supplies each of the second electrodes E2 with a voltage different from that of the first electrode E1, but may supply the same voltage as the first electrode E1.
  • the voltage supply to the second electrode E2 by the voltage supply unit VS2 may be performed at the same time as the voltage supply to the first electrode E1 by the voltage supply unit VS1 or may be performed at different timings. Further, the voltage supply to the first electrode E1 and the voltage supply to the second electrode E2 may be alternately performed.
  • the third substrate SUB3 includes a plurality of electrodes E11 and a plurality of electrodes E12.
  • the plurality of electrodes E11 are arranged in the first direction X.
  • Each of the electrodes E11 extends in the second direction Y and is formed in a band shape.
  • the plurality of electrodes E12 are aligned in the second direction Y and intersect with the plurality of electrodes E11.
  • Each of the electrodes E12 extends in the first direction X and is formed in a band shape.
  • the electrode E11 is superimposed on the first electrode E1 in the third direction Z
  • the electrode E12 is superimposed on the second electrode E2 in the third direction Z.
  • the electrode E11 may be arranged with respect to the first electrode E1 in the first direction X, or the electrode E12 may be arranged with respect to the second electrode E2 in the second direction Y. Further, the extending direction of the electrode E11 does not have to be parallel to the extending direction of the first electrode E1, and the extending direction of the electrode E12 does not have to be parallel to the extending direction of the second electrode E2.
  • the fourth substrate SUB4 shown by the dotted line does not have an electrode, but may have a common electrode facing the electrode E11 and the electrode E12.
  • the plurality of electrodes E11 are electrically connected to the voltage supply unit VS11, and the plurality of electrodes E12 are electrically connected to the voltage supply unit VS12.
  • the voltage supply unit VS12 supplies each of the electrodes E12 with a voltage different from that of the electrode E11, but may supply the same voltage as the electrode E11.
  • the voltage supply to the electrode E12 by the voltage supply unit VS12 may be performed at the same time as the voltage supply to the electrode E11 by the voltage supply unit VS11, or may be performed at different timings. Further, the voltage supply to the electrode E11 and the voltage supply to the electrode E12 may be alternately performed.
  • the voltage supply to the first electrode E1 and the voltage supply to the electrode E11 may be performed at the same time, and the voltage supply to the second electrode E2 and the voltage supply to the electrode E12 may be performed at the same time.
  • the voltage supply to the first electrode E1 and the electrode E11 and the voltage supply to the second electrode E2 and the electrode E12 may be alternately performed.
  • the first electrode E1 and the second electrode E2 are orthogonal to each other, but may intersect at an angle other than 90 °.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line AB of the first liquid crystal cell 10 shown in FIG.
  • the first electrode E1 is arranged on the insulating substrate 11 and covered with the insulating film IL1.
  • the second electrode E2 is arranged on the insulating film IL1 and is covered with the first alignment film AL1.
  • the first electrode E1 and the second electrode E2 are transparent electrodes formed of a transparent conductive material such as indium tin oxide (ITO) or indium zinc oxide (IZO).
  • the insulating film IL1 corresponds to a transparent first inorganic insulating film formed of silicon oxide, silicon nitride or the like.
  • the insulating film IL1 may be a transparent organic insulating film. Further, at least one of an inorganic insulating film and an organic insulating film may be arranged between the insulating substrate 11 and the first electrode E1.
  • the first alignment film AL1 and the second alignment film AL2 are horizontal alignment films and are oriented in a predetermined direction.
  • the orientation treatment direction of the first alignment film AL1 is substantially parallel to the orientation treatment direction of the second alignment film AL2.
  • the first liquid crystal layer LC1 contains a liquid crystal molecule LM1 that is homogenically oriented (horizontally oriented) between the first alignment film AL1 and the second alignment film AL2.
  • the first liquid crystal layer LC1 is a positive type having a positive dielectric anisotropy, but may be a negative type having a negative dielectric anisotropy.
  • the second liquid crystal cell 20 also has the same cross-sectional structure as the first liquid crystal cell 10.
  • the voltage control unit DCT1 supplies a predetermined voltage to the first electrode E1 and the second electrode E2, an electric field is formed in the first liquid crystal layer LC1, and the long axis of the liquid crystal molecule LM1 is along the electric field. Oriented to.
  • the liquid crystal molecule LM1 has a refractive index anisotropy ⁇ n. Therefore, the on-state first liquid crystal layer LC1 in which the electric field is formed has a refractive index distribution according to the orientation state of the liquid crystal molecule LM1.
  • the first liquid crystal layer LC1 has a retardation distribution represented by ⁇ n ⁇ d, where d is the thickness of the first liquid crystal layer LC1 along the third direction Z.
  • Such a refractive index distribution or retardation distribution forms a liquid crystal lens. That is, the liquid crystal lens here corresponds to a refractive index distribution type lens formed on the first liquid crystal layer LC1.
  • the first liquid crystal cell 10 on which such a liquid crystal lens is formed generates an optical action of scattering the incident light by refracting (focusing and diverging) the incident light.
  • the degree of scattering (modulation rate) is controlled by the voltage applied to the first liquid crystal layer LC1. That is, the modulation factor in the first liquid crystal cell 10 is controlled by the voltage control unit DCT1.
  • the first liquid crystal cell 10 has been described, but as described above, the second liquid crystal cell 20 has the same components as the first liquid crystal cell 10. Therefore, even in the second liquid crystal cell 20, the same liquid crystal lens as in the first liquid crystal cell 10 can be formed in the on state.
  • the modulation factor in the second liquid crystal cell 20 is controlled by the voltage control unit DCT2.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining the optical action in the first liquid crystal cell 10.
  • FIG. 4A is a diagram for explaining the optical action of the plurality of first electrodes E1 arranged in the first direction X.
  • FIG. 4A is a diagram for explaining the optical action of the plurality of first electrodes E1 arranged in the first direction X.
  • different voltages are supplied to the adjacent first electrodes E1 and the electric field between these first electrodes E1 acts on the first liquid crystal layer LC1.
  • a refractive index distribution due to an electric field from the first electrode E1 is formed on the first liquid crystal layer LC1.
  • the first polarized light POL1 is scattered in a direction substantially orthogonal to the extending direction of the first electrode E1.
  • FIG. 4B is a diagram for explaining the optical action of the plurality of second electrodes E2 arranged in the second direction Y.
  • FIG. 4B is a diagram for explaining the optical action of the plurality of second electrodes E2 arranged in the second direction Y.
  • different voltages are supplied to the adjacent second electrodes E2 and the electric field between these second electrodes E2 acts on the first liquid crystal layer LC1.
  • a refractive index distribution due to an electric field from the second electrode E2 is formed on the first liquid crystal layer LC1.
  • the first polarized light POL1 is scattered in the second direction Y which is substantially orthogonal to the first direction X which is the extending direction of the second electrode E2. Therefore, as shown in FIG. 4C, the first polarized POL1 is scattered in at least four directions in the XY plane.
  • the optical action in the first liquid crystal cell 10 has been described, but the second liquid crystal cell 20 also realizes the same optical action as the first liquid crystal cell 10.
  • the light emitted from the light source LS first becomes the incident light on the first liquid crystal cell 10.
  • a part of the polarized light component for example, the first polarized light POL1
  • the polarized light component for example, the second polarized light POL2
  • the polarized light component for example, the second polarized light POL2
  • the second polarized POL2 transmitted through the first liquid crystal cell 10 is converted into the first polarized POL1 in the polarization conversion element PC.
  • the transmitted light of the polarization conversion element PC is the incident light to the second liquid crystal cell 20.
  • the first polarized light POL1 converted in the polarization conversion element PC is scattered in a plurality of directions in the second liquid crystal cell 20. Therefore, both the first polarized light component and the second polarized light component of the light emitted from the light source LS are scattered in a plurality of directions in the optical control device 200.
  • one substrate of each includes a plurality of electrode layers, and the first liquid crystal cell 10 and the second liquid crystal cell 20 have a plurality of electrode layers.
  • Each other substrate does not have electrodes (or the other substrate may have solid electrodes that are not finely patterned). Therefore, when the one substrate and the other substrate are bonded together, high-precision alignment is not required, and an expensive device is not required. Therefore, the manufacturing cost can be reduced.
  • the first liquid crystal cell 10 and the second liquid crystal cell 20 have the same constituent elements, and are manufactured as compared with the case where the first liquid crystal cell 10 and the second liquid crystal cell 20 are configured with different specifications. The line can be unified, and the optical control device 200 can be manufactured at low cost.
  • FIG. 5 is a plan view showing a second configuration example of the first liquid crystal cell 10.
  • the second configuration example shown in FIG. 5 is different from the first configuration example shown in FIG. 2 in that the first substrate SUB1 is further provided with the third electrode E3. That is, the plurality of first electrodes E1 are arranged in the first direction X. Each of the first electrodes E1 extends in the second direction Y and is formed in a band shape. The plurality of second electrodes E2 are arranged in a direction different from that of the first electrode E1. Each of the second electrodes E2 is formed in a band shape and intersects with the first electrode E1. The plurality of third electrodes E3 are arranged in different directions from the first electrode E1 and the second electrode E2.
  • Each of the third electrodes E3 is formed in a band shape and intersects the first electrode E1 and the second electrode E2.
  • the first electrode E1, the second electrode E2, and the third electrode E3 intersect each other at 60 ° in the XY plane.
  • the first electrode E1, the second electrode E2, and the third electrode E3 may intersect at an angle other than 60 °.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view taken along the line AB of the first liquid crystal cell 10 shown in FIG.
  • the first electrode E1 is arranged on the insulating substrate 11 and covered with the insulating film IL1.
  • the second electrode E2 is arranged on the insulating film IL1 and is covered with the insulating film IL2.
  • the third electrode E3 is arranged on the insulating film IL2 and is covered with the first alignment film AL1.
  • the third electrode E3 is a transparent electrode formed of a transparent conductive material such as indium tin oxide (ITO) or indium zinc oxide (IZO).
  • the insulating film IL2 corresponds to a transparent second inorganic insulating film formed of silicon oxide, silicon nitride or the like.
  • the second liquid crystal cell 20 also has the same structure as the first liquid crystal cell 10, and the second liquid crystal cell 20 has a structure similar to that of the first liquid crystal cell 10.
  • the electrode E11 superimposed on the first electrode E1, the electrode E12 superimposed on the second electrode E2, and the electrode E13 superimposed on the third electrode E3 are provided.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining the optical action in the first liquid crystal cell 10.
  • the orientation in the XY plane is defined with reference to the first direction X.
  • the first electrode E1 extends in an direction in which the angle ⁇ 1 formed with respect to the first direction X is 90 °.
  • the second electrode E2 extends in an direction in which the angle ⁇ 2 formed with respect to the first direction X is 150 °.
  • the third electrode E3 extends in an direction in which the angle ⁇ 3 formed with respect to the first direction X is 30 °.
  • FIG. 7A is a diagram for explaining the optical action of the plurality of first electrodes E1.
  • the first polarized POL1 is scattered in the 0 ° -180 ° direction in the XY plane.
  • FIG. 7B is a diagram for explaining the optical action of the plurality of second electrodes E2.
  • the first polarized POL1 is scattered in the 60 ° -240 ° direction in the XY plane.
  • FIG. 7C is a diagram for explaining the optical action of the plurality of third electrodes E3.
  • the first polarized POL1 is scattered in the 120 ° -300 ° direction in the XY plane. Therefore, as shown in FIG. 7D, the first polarized POL1 is scattered in at least 6 directions in the XY plane.
  • the optical action in the first liquid crystal cell 10 has been described, but the second liquid crystal cell 20 also realizes the same optical action as the first liquid crystal cell 10. Therefore, the same effect as that of the first configuration example can be obtained in the second configuration example.
  • the incident light on the optical control device 200 is scattered in more directions.
  • FIG. 8 is a plan view showing a third configuration example of the first liquid crystal cell 10.
  • the third configuration example shown in FIG. 8 is different from the first configuration example shown in FIG. 2 in the shapes of the first electrode E1 and the second electrode E2. That is, the first electrode E1 is formed in a flat plate shape in the XY plane.
  • the plurality of second electrodes E2 are arranged concentrically and are superimposed on the first electrode E1.
  • the gap between the adjacent second electrodes E2 is also superimposed on the first electrode E1.
  • the centers O of the first electrode E1 and the second electrode E2 are superimposed on the XY plane.
  • FIG. 8 is a plan view showing a third configuration example of the first liquid crystal cell 10.
  • the third configuration example shown in FIG. 8 is different from the first configuration example shown in FIG. 2 in the shapes of the first electrode E1 and the second electrode E2. That is, the first electrode E1 is formed in a flat plate shape in the XY plane.
  • the plurality of second electrodes E2 are
  • the first electrode E1 is formed in a circular shape, but it is sufficient that the first electrode E1 is arranged between the adjacent second electrodes E2, and the shape is not limited to the illustrated example.
  • the first electrode E1 may be formed in a quadrangular shape or may be formed in another polygonal shape in accordance with the quadrangular first substrate SUB1.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of the first liquid crystal cell 10 shown in FIG. 8 along the line AB.
  • the first electrode E1 is arranged on the insulating substrate 11 and covered with the insulating film IL1.
  • the second electrode E2 is arranged on the insulating film IL1 and is covered with the first alignment film AL1.
  • the second liquid crystal cell 20 also has the same structure as the first liquid crystal cell 10, and the second liquid crystal cell 20 has a structure similar to that of the first liquid crystal cell 10.
  • the electrode E11 superimposing on the first electrode E1 and the electrode E12 superimposing on the second electrode E2 are provided.
  • the same effect as that of the first configuration example can be obtained.
  • the incident light on the optical control device 200 is scattered in almost all directions in the XY plane.
  • FIG. 10 is a plan view showing a fourth configuration example of the first liquid crystal cell 10.
  • the fourth configuration example shown in FIG. 10 is different from the third configuration example shown in FIG. 8 in that the orientation nucleus AN is provided.
  • the orientation nucleus AN is arranged so as to overlap the second electrode E2 located at the center of the plurality of second electrodes E2.
  • the oriented nucleus AN only needs to be located near the center of the second electrode E2, and does not require highly accurate alignment.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view taken along the line AB of the first liquid crystal cell 10 shown in FIG.
  • the first alignment film AL1 and the second alignment film AL2 are vertical alignment films having an orientation regulating force along the normal line of the first liquid crystal cell 10.
  • the first liquid crystal layer LC1 is, for example, a negative type.
  • the liquid crystal molecule LM1 of the first liquid crystal layer LC1 is oriented so that its major axis is along the third direction Z in a state where no voltage is applied.
  • the second substrate SUB2 includes a fourth electrode E4 and an oriented nucleus AN.
  • the fourth electrode E4 is arranged between the insulating substrate 12 and the second alignment film AL2.
  • the fourth electrode E4 is a solid electrode that has not been made into a fine putter.
  • the fourth electrode E4 faces the first electrode E1 and the second electrode E2 with the first liquid crystal layer LC1 interposed therebetween, and forms an electric field between the first electrode E1 and the second electrode E2. can do.
  • the alignment nucleus AN is a protrusion protruding from the second substrate SUB2 toward the first substrate SUB1, but may be an opening penetrating the fourth electrode E4.
  • the second liquid crystal cell 20 also has the same structure as the first liquid crystal cell 10, and the second liquid crystal cell 20 has a structure similar to that of the first liquid crystal cell 10.
  • the electrode E11 superimposing on the first electrode E1, the electrode E12 superimposing on the second electrode E2, and the alignment nucleus AN are provided.
  • the same effect as that of the third configuration example can be obtained.
  • the arrangement of the oriented nucleus AN makes it possible to improve the response speed of the liquid crystal molecules to the electric field.
  • the present invention is not limited to the above embodiment itself, and at the stage of its implementation, the components 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. In addition, components from different embodiments may be combined as appropriate.
  • Optical control device 10 ... 1st liquid crystal cell SUB1 ... 1st substrate E1 ... 1st electrode E2 ... 2nd electrode E3 ... 3rd electrode AL1 ... 1st alignment film SUB2 ... 2nd substrate AL2 ... 2nd Alignment film LC1 ... 1st liquid crystal layer 20 ... 2nd liquid crystal cell SUB3 ... 3rd substrate AL3 ... 3rd alignment film SUB4 ... 4th substrate AL4 ... 4th alignment film LC2 ... 2nd liquid crystal layer PC ... Polarization conversion element SUB5 ... 5 substrate AL5 ... 5th alignment film SUB6 ... 6th substrate AL6 ... 6th alignment film LC3 ... 3rd liquid crystal layer

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Abstract

本実施形態の目的は、製造コストを低減することが可能な光制御装置及び照明装置を提供することにある。　本実施形態の光制御装置は、一対の基板間に第１液晶層を備える第１液晶セルと、一対の基板間に第２液晶層を備える第２液晶セルと、前記第１液晶セルと前記第２液晶セルとの間に配置された偏光変換素子と、を備え、前記第１液晶セル及び前記第２液晶セルの各々の一方の基板は、絶縁基板と、前記絶縁基板上において一方向に並び、帯状に形成された複数の第１電極と、前記複数の第１電極を覆う第１無機絶縁膜と、前記第１無機絶縁膜上において前記第１電極と交差し、帯状に形成された複数の第２電極と、を備えている。

Description

光制御装置及び照明装置
　本発明の実施形態は、光制御装置及び照明装置に関する。
　近年、液晶セルを用いた光制御装置が提案されている。このような光制御装置は、主として、一偏光成分を集束させたり発散させたりするものである。一例では、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。他の例では、複数の液晶レンズが重なり、一方の液晶レンズの帯状電極と、他方の液晶レンズの帯状電極とがずれて重なり、疑似的に帯状電極を微細配置する技術が知られている。　
　液晶層を挟んで対向する電極が配置される構成においては、一対の基板を貼り合わせる際に高い精度が要求される。
米国特許出願公開第2019/0025657号明細書 特開２０１０－２３０８８７号公報
　本実施形態の目的は、製造コストを低減することが可能な光制御装置及び照明装置を提供することにある。
　本実施形態の光制御装置は、　
　一対の基板間に第１液晶層を備える第１液晶セルと、一対の基板間に第２液晶層を備える第２液晶セルと、前記第１液晶セルと前記第２液晶セルとの間に配置された偏光変換素子と、を備え、前記第１液晶セル及び前記第２液晶セルの各々の一方の基板は、絶縁基板と、前記絶縁基板上において一方向に並び、帯状に形成された複数の第１電極と、前記複数の第１電極を覆う第１無機絶縁膜と、前記第１無機絶縁膜上において前記第１電極と交差し、帯状に形成された複数の第２電極と、を備えている。
　本実施形態の光制御装置は、　
一対の基板間に第１液晶層を備える第１液晶セルと、一対の基板間に第２液晶層を備える第２液晶セルと、前記第１液晶セルと前記第２液晶セルとの間に配置された偏光変換素子と、を備え、前記第１液晶セル及び前記第２液晶セルの各々の一方の基板は、絶縁基板と、前記絶縁基板上に配置された平板状の第１電極と、前記第１電極を覆う第１無機絶縁膜と、前記第１無機絶縁膜上において同心円状に配置され、前記第１電極に重畳する複数の第２電極と、を備えている。
　本実施形態の照明装置は、　
　光源と、前記光源から出射された光を制御するように構成された上記の光制御装置と、を備えている。
　本実施形態によれば、製造コストを低減することが可能な光制御装置及び照明装置を提供することができる。
図１は、本実施形態の照明装置１００の一構成例を示す図である。 図２は、光制御装置２００の分解斜視図である。 図３は、図２に示した第１液晶セル１０のＡ－Ｂ線に沿った断面図である。 図４は、第１液晶セル１０における光学的作用を説明するための図である。 図５は、第１液晶セル１０の第２構成例を示す平面図である。 図６は、図５に示した第１液晶セル１０のＡ－Ｂ線に沿った断面図である。 図７は、第１液晶セル１０における光学的作用を説明するための図である。 図８は、第１液晶セル１０の第３構成例を示す平面図である。 図９は、図８に示した第１液晶セル１０のＡ－Ｂ線に沿った断面図である。 図１０は、第１液晶セル１０の第４構成例を示す平面図である。 図１１は、図１０に示した第１液晶セル１０のＡ－Ｂ線に沿った断面図である。
　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、本実施形態の照明装置１００の一構成例を示す図である。一例では、第１方向Ｘ、第２方向Ｙ、及び、第３方向Ｚは、互いに直交しているが、９０度以外の角度で交差していてもよい。第１方向Ｘ及び第２方向Ｙは、照明装置１００に含まれる基板に平行な方向に相当し、また、第３方向Ｚは、照明装置１００の厚さ方向に相当する。本実施形態においては、第１方向Ｘ及び第２方向Ｙで規定されるＸ－Ｙ平面を見ることを平面視という。
　照明装置１００は、光源ＬＳと、光源ＬＳから出射された光を制御するように構成された光制御装置２００と、制御部ＣＴと、を備えている。光源ＬＳは、第３方向Ｚに沿って光を出射する。光源ＬＳから出射される光は、例えば、自然光である。光制御装置２００は、第３方向Ｚにおいて光源ＬＳに重畳している。光制御装置２００は、第１液晶セル１０と、第２液晶セル２０と、偏光変換素子ＰＣと、を備えている。第１液晶セル１０及び第２液晶セル２０は、実質的に同一の構成要素を有するものであるが、異なる構成要素を有するものであってもよい。偏光変換素子ＰＣは、第１液晶セル１０と第２液晶セル２０との間に配置されている。
　第１液晶セル１０は、第１基板ＳＵＢ１と、第２基板ＳＵＢ２と、第１液晶層ＬＣ１と、を備えている。第１基板ＳＵＢ１は、絶縁基板１１と、第１配向膜ＡＬ１と、を備えている。光源ＬＳは、第３方向Ｚにおいて絶縁基板１１と対向するように配置されている。第２基板ＳＵＢ２は、絶縁基板１２と、絶縁基板１２を覆う第２配向膜ＡＬ２と、を備えている。第１液晶層ＬＣ１は、第１基板ＳＵＢ１と第２基板ＳＵＢ２との間に保持され、第１配向膜ＡＬ１及び第２配向膜ＡＬ２に接触している。第１液晶層ＬＣ１は、シールＳＥ１によって封止されている。
　第２液晶セル２０は、第３基板ＳＵＢ３と、第４基板ＳＵＢ４と、第２液晶層ＬＣ２と、を備えている。第３基板ＳＵＢ３は、絶縁基板２１と、第３配向膜ＡＬ３と、を備えている。第４基板ＳＵＢ４は、絶縁基板２２と、絶縁基板２２を覆う第４配向膜ＡＬ４と、を備えている。第２液晶層ＬＣ２は、第３基板ＳＵＢ３と第４基板ＳＵＢ４の間に保持され、第３配向膜ＡＬ３及び第４配向膜ＡＬ４に接触している。第２液晶層ＬＣ２は、シールＳＥ２によって封止されている。このような第２液晶セル２０において、第３基板ＳＵＢ３は第１基板ＳＵＢ１と同一の構成要素を有し、第４基板ＳＵＢ４は第２基板ＳＵＢ２と同一の構成要素を有し、第２液晶層ＬＣ２の構成は第１液晶層ＬＣ１の構成と同一である。
　偏光変換素子ＰＣは、第５基板ＳＵＢ５と、第６基板ＳＵＢ６と、第３液晶層ＬＣ３と、を備えている。第５基板ＳＵＢ５は、絶縁基板３１と、絶縁基板３１を覆う第５配向膜ＡＬ５と、を備えている。第６基板ＳＵＢ６は、絶縁基板３２と、絶縁基板３２を覆う第６配向膜ＡＬ６と、を備えている。第３液晶層ＬＣ３は、第５基板ＳＵＢ５と第６基板ＳＵＢ６との間に保持され、第５配向膜ＡＬ５及び第６配向膜ＡＬ６に接触している。第３液晶層ＬＣ３は、シールＳＥ３によって封止されている。第５配向膜ＡＬ５及び第６配向膜ＡＬ６は、Ｘ－Ｙ平面に略平行な配向規制力を有する水平配向膜であり、所定の方向に配向処理されている。なお、配向処理とは、ラビング処理であってもよいし、光配向処理であってもよい。第５配向膜ＡＬ５の配向処理方向は、第６配向膜ＡＬ６の配向処理方向に交差している。第３液晶層ＬＣ３は、第５配向膜ＡＬ５と第６配向膜ＡＬ６との間でツイスト配向した液晶分子ＬＭ３を含んでいる。このような偏光変換素子ＰＣは、電極を備えていない。したがって、第３液晶層ＬＣ３には電界は形成されず、液晶分子ＬＭ３の配向状態は、第５配向膜ＡＬ５及び第６配向膜ＡＬ６の配向規制力によって維持される。
　絶縁基板１１及び１２、絶縁基板２１及び２２、及び、絶縁基板３１及び３２は、例えばガラス基板や樹脂基板などの透明基板である。
　偏光変換素子ＰＣは、第３方向Ｚにおいて第１液晶セル１０の上に重畳している。絶縁基板１２と絶縁基板３１とは、透明な接着層ＡＤ１によって互いに接着されている。接着層ＡＤ１の屈折率は、絶縁基板１２及び３１の屈折率と同等である。
　第２液晶セル２０は、第３方向Ｚにおいて偏光変換素子ＰＣの上に重畳している。絶縁基板３２と絶縁基板２１とは、透明な接着層ＡＤ２によって互いに接着されている。接着層ＡＤ２の屈折率は、絶縁基板３２及び２１の屈折率と同等である。
　制御部ＣＴは、光源制御部ＬＣＴと、電圧制御部ＤＣＴ１及びＤＣＴ２と、を備えている。光源制御部ＬＣＴは、例えば光源ＬＳを駆動する電流値を制御する。電圧制御部ＤＣＴ１は、第１液晶層ＬＣ１に印加すべき電圧を制御する。電圧制御部ＤＣＴ２は、第２液晶層ＬＣ２に印加すべき電圧を制御する。
　ここで偏光変換素子ＰＣの役割について説明する。　
　偏光変換素子ＰＣにおいて、例えば、第５配向膜ＡＬ５の配向処理方向ＡＤ５は第２方向Ｙに平行であり、第６配向膜ＡＬ６の配向処理方向ＡＤ６は第１方向Ｘに平行である。つまり、配向処理方向ＡＤ５は、配向処理方向ＡＤ６に直交している。液晶分子ＬＭ３は、第５配向膜ＡＬ５及び第６配向膜ＡＬ６の配向規制力により、第５配向膜ＡＬ５と第６配向膜ＡＬ６との間で９０°ツイスト配向している。このような構成の偏光変換素子ＰＣは、入射光の偏光成分（直線偏光）の偏光面を９０°回転させる旋光能を有している。例えば、偏光変換素子ＰＣは、入射光のうちの第１偏光成分を第２偏光成分に変換し、入射光のうちの第２偏光成分を第１偏光成分に変換する。第１偏光成分の偏光面は、第２偏光成分の偏光面と直交するものである。光の進行方向が第３方向Ｚに沿う場合に、第１方向Ｘに沿った偏光面を有する偏光成分を第１偏光（Ｐ偏光）ＰＯＬ１と称し、第２方向Ｙに沿った偏光面を有する偏光成分を第２偏光（Ｓ偏光）ＰＯＬ２と称する。例えば、第１偏光成分は第１偏光ＰＯＬ１であり、第２偏光成分は第２偏光ＰＯＬ２である。　
　ここでは、偏光変換素子ＰＣが電極を備えないツイストネマティック液晶素子である場合について説明したが、これに限らない。すなわち、偏光変換素子ＰＣは、入射光の第１偏光成分を第２偏光成分に変換するとともに、入射光の第２偏光成分を第１偏光成分に変換する機能を有する他の素子であってもよい。
　　《第１構成例》
　図２は、光制御装置２００の分解斜視図である。なお、図２においては、主要部のみを図示している。　
　第１液晶セル１０において、第１基板ＳＵＢ１は、複数の第１電極Ｅ１と、複数の第２電極Ｅ２と、を備えている。複数の第１電極Ｅ１は、第１方向Ｘに並んでいる。第１電極Ｅ１の各々は、第２方向Ｙに延出し、帯状に形成されている。複数の第２電極Ｅ２は、第２方向Ｙに並び、複数の第１電極Ｅ１と交差している。第２電極Ｅ２の各々は、第１方向Ｘに延出し、帯状に形成されている。点線で示す第２基板ＳＵＢ２は、電極を備えていないが、第１電極Ｅ１及び第２電極Ｅ２と対向する共通電極を備えていてもよい。　
　複数の第１電極Ｅ１は、電圧供給部ＶＳ１と電気的に接続されている。複数の第１電極Ｅ１のうち、隣接する第１電極には異なる電圧が供給されてもよいし、すべての第１電極Ｅ１に同一の電圧が供給されてもよい。　
　複数の第２電極Ｅ２は、電圧供給部ＶＳ２と電気的に接続されている。複数の第２電極Ｅ２のうち、隣接する第２電極には異なる電圧が供給されてもよいし、すべての第２電極Ｅ２に同一の電圧が供給されてもよい。一例では、電圧供給部ＶＳ２は、第２電極Ｅ２の各々に対して、第１電極Ｅ１とは異なる電圧を供給するが、第１電極Ｅ１と同一の電圧を供給する場合もあり得る。電圧供給部ＶＳ２による第２電極Ｅ２への電圧供給は、電圧供給部ＶＳ１による第１電極Ｅ１への電圧供給と同時に行われてもよいし、異なるタイミングで行われてもよい。また、第１電極Ｅ１への電圧供給と、第２電極Ｅ２への電圧供給とが交互に行われてもよい。
　第２液晶セル２０において、第３基板ＳＵＢ３は、複数の電極Ｅ１１と、複数の電極Ｅ１２と、を備えている。複数の電極Ｅ１１は、第１方向Ｘに並んでいる。電極Ｅ１１の各々は、第２方向Ｙに延出し、帯状に形成されている。複数の電極Ｅ１２は、第２方向Ｙに並び、複数の電極Ｅ１１と交差している。電極Ｅ１２の各々は、第１方向Ｘに延出し、帯状に形成されている。一例では、電極Ｅ１１は第３方向Ｚにおいて第１電極Ｅ１に重畳し、電極Ｅ１２は第３方向Ｚにおいて第２電極Ｅ２に重畳している。なお、電極Ｅ１１は第１電極Ｅ１に対して第１方向Ｘにずれて配置されてもよいし、電極Ｅ１２は第２電極Ｅ２に対して第２方向Ｙにずれて配置されてもよい。また、電極Ｅ１１の延出方向は第１電極Ｅ１の延出方向と平行でなくてもよいし、電極Ｅ１２の延出方向は第２電極Ｅ２の延出方向と平行でなくてもよい。点線で示す第４基板ＳＵＢ４は、電極を備えていないが、電極Ｅ１１及び電極Ｅ１２と対向する共通電極を備えていてもよい。　
　複数の電極Ｅ１１は電圧供給部ＶＳ１１と電気的に接続され、複数の電極Ｅ１２は電圧供給部ＶＳ１２と電気的に接続されている。一例では、電圧供給部ＶＳ１２は、電極Ｅ１２の各々に対して、電極Ｅ１１とは異なる電圧を供給するが、電極Ｅ１１と同一の電圧を供給する場合もあり得る。電圧供給部ＶＳ１２による電極Ｅ１２への電圧供給は、電圧供給部ＶＳ１１による電極Ｅ１１への電圧供給と同時に行われてもよいし、異なるタイミングで行われてもよい。また、電極Ｅ１１への電圧供給と、電極Ｅ１２への電圧供給とが交互に行われてもよい。第１電極Ｅ１への電圧供給と、電極Ｅ１１への電圧供給とが同時に行われ、第２電極Ｅ２への電圧供給と、電極Ｅ１２への電圧供給とが同時に行われてもよい。第１電極Ｅ１及び電極Ｅ１１への電圧供給と、第２電極Ｅ２及び電極Ｅ１２への電圧供給とが交互に行われてもよい。
　なお、図２に示す第１構成例において、第１電極Ｅ１及び第２電極Ｅ２は、互いに直交しているが、９０°以外の角度で交差していてもよい。
　図３は、図２に示した第１液晶セル１０のＡ－Ｂ線に沿った断面図である。　
　第１基板ＳＵＢ１において、第１電極Ｅ１は、絶縁基板１１の上に配置され、絶縁膜ＩＬ１によって覆われている。第２電極Ｅ２は、絶縁膜ＩＬ１の上に配置され、第１配向膜ＡＬ１によって覆われている。第１電極Ｅ１及び第２電極Ｅ２は、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）やインジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）などの透明導電材料によって形成された透明電極である。絶縁膜ＩＬ１は、シリコン酸化物、シリコン窒化物などで形成された透明な第１無機絶縁膜に相当する。なお、絶縁膜ＩＬ１は、透明な有機絶縁膜であってもよい。また、絶縁基板１１と第１電極Ｅ１との間には、無機絶縁膜及び有機絶縁膜の少なくとも一方が配置されてもよい。
　第１配向膜ＡＬ１及び第２配向膜ＡＬ２は、水平配向膜であり、所定の方向に配向処理されている。一例では、第１配向膜ＡＬ１の配向処理方向は、第２配向膜ＡＬ２の配向処理方向とほぼ平行である。第１液晶層ＬＣ１は、第１配向膜ＡＬ１と第２配向膜ＡＬ２との間でホモジニアス配向（水平配向）した液晶分子ＬＭ１を含んでいる。例えば、第１液晶層ＬＣ１は、正の誘電率異方性を有するポジ型であるが、負の誘電率異方性を有するネガ型であってもよい。
　図３においては、第１液晶セル１０の断面構造について説明したが、第２液晶セル２０も第１液晶セル１０と同様の断面構造を有している。
　ところで、電圧制御部ＤＣＴ１が第１電極Ｅ１及び第２電極Ｅ２にそれぞれ所定の電圧を供給した場合、第１液晶層ＬＣ１に電界が形成され、液晶分子ＬＭ１は、その長軸が電界に沿うように配向する。
　液晶分子ＬＭ１は、屈折率異方性Δｎを有している。このため、電界が形成されたオン状態の第１液晶層ＬＣ１は、液晶分子ＬＭ１の配向状態に応じた屈折率分布を有する。あるいは、第１液晶層ＬＣ１は、第１液晶層ＬＣ１の第３方向Ｚに沿った厚さをｄとしたとき、Δｎ・ｄで表されるリタデーションの分布を有する。このような屈折率分布、または、リタデーションの分布は、液晶レンズを形成する。すなわち、ここでの液晶レンズとは、第１液晶層ＬＣ１に形成される屈折率分布型レンズに相当するものである。このような液晶レンズが形成された第１液晶セル１０は、入射光を屈折（集束、発散）することによって入射光を散乱する光学的作用を発生する。散乱の度合い（変調率）は、第１液晶層ＬＣ１に印加される電圧によって制御される。つまり、第１液晶セル１０における変調率は、電圧制御部ＤＣＴ１によって制御される。
　ここでは、第１液晶セル１０について説明したが、上記の通り、第２液晶セル２０は第１液晶セル１０と同一の構成要素を有している。このため、第２液晶セル２０においても、オン状態では第１液晶セル１０と同様の液晶レンズを形成することができる。第２液晶セル２０における変調率は、電圧制御部ＤＣＴ２によって制御される。
　図４は、第１液晶セル１０における光学的作用を説明するための図である。　
　図４の（Ａ）は、第１方向Ｘに並んだ複数の第１電極Ｅ１による光学的作用を説明するための図である。例えば、隣接する第１電極Ｅ１に異なる電圧が供給され、これらの第１電極Ｅ１の間の電界が第１液晶層ＬＣ１に作用する場合を想定する。第１液晶層ＬＣ１には、第１電極Ｅ１からの電界による屈折率分布が形成される。このような第１液晶層ＬＣ１への入射光のうち、例えば第１偏光ＰＯＬ１は、第１電極Ｅ１の延出方向に対してほぼ直交する方向に散乱される。第１電極Ｅ１が第２方向Ｙに延出している場合、第１偏光ＰＯＬ１は、第１方向Ｘに散乱される。　
　図４の（Ｂ）は、第２方向Ｙに並んだ複数の第２電極Ｅ２による光学的作用を説明するための図である。例えば、隣接する第２電極Ｅ２に異なる電圧が供給され、これらの第２電極Ｅ２の間の電界が第１液晶層ＬＣ１に作用する場合を想定する。第１液晶層ＬＣ１には、第２電極Ｅ２からの電界による屈折率分布が形成される。このような第１液晶層ＬＣ１への入射光のうち、第１偏光ＰＯＬ１は、第２電極Ｅ２の延出方向である第１方向Ｘに対してほぼ直交する第２方向Ｙに散乱される。　
　したがって、図４の（Ｃ）に示すように、第１偏光ＰＯＬ１は、Ｘ－Ｙ平面において、少なくとも４方位に散乱される。
　ここでは、第１液晶セル１０における光学的作用について説明したが、第２液晶セル２０も第１液晶セル１０と同様の光学的作用が実現される。図１に戻って説明すると、光源ＬＳから出射された光は、まず第１液晶セル１０への入射光となる。入射光のうち、一部の偏光成分（例えば第１偏光ＰＯＬ１）は、第１液晶セル１０において複数の方位に散乱される。入射光のうち、第１液晶セル１０においてほとんど散乱されることなく透過した偏光成分（例えば第２偏光ＰＯＬ２）は、偏光変換素子ＰＣにおいて、その偏光面が９０度回転される。つまり、第１液晶セル１０を透過した第２偏光ＰＯＬ２は、偏光変換素子ＰＣにおいて第１偏光ＰＯＬ１に変換される。偏光変換素子ＰＣの透過光は、第２液晶セル２０への入射光となる。偏光変換素子ＰＣにおいて変換された第１偏光ＰＯＬ１は、第２液晶セル２０において複数の方位に散乱される。したがって、光源ＬＳから出射された光の第１偏光成分及び第２偏光成分は、いずれも光制御装置２００において複数の方位に散乱される。
　このような光制御装置２００を構成する第１液晶セル１０及び第２液晶セル２０において、各々の一方の基板が複数の電極層を備えており、第１液晶セル１０及び第２液晶セル２０の各々の他方の基板は電極を備えていない（あるいは、他方の基板は、微細なパターン化がなされていないベタ電極を備えていてもよい）。このため、一方の基板と他方の基板とを貼り合わせる際に、高精度の位置合わせが不要であり、また、高価な装置を必要としない。したがって、製造コストを低減することができる。　
　また、第１液晶セル１０及び第２液晶セル２０は、同一の構成要素を有するものであり、第１液晶セル１０及び第２液晶セル２０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２００を製造することができる。
　　《第２構成例》　
　図５は、第１液晶セル１０の第２構成例を示す平面図である。図５に示す第２構成例は、図２に示した第１構成例と比較して、第１基板ＳＵＢ１がさらに第３電極Ｅ３を備えた点で相違している。すなわち、複数の第１電極Ｅ１は、第１方向Ｘに並んでいる。第１電極Ｅ１の各々は、第２方向Ｙに延出し、帯状に形成されている。複数の第２電極Ｅ２は、第１電極Ｅ１とは異なる方向に並んでいる。第２電極Ｅ２の各々は、帯状に形成され、第１電極Ｅ１と交差している。複数の第３電極Ｅ３は、第１電極Ｅ１及び第２電極Ｅ２とは異なる方向に並んでいる。第３電極Ｅ３の各々は、帯状に形成され、第１電極Ｅ１及び第２電極Ｅ２と交差している。図５に示す第２構成例では、第１電極Ｅ１、第２電極Ｅ２、及び、第３電極Ｅ３は、Ｘ－Ｙ平面において、互いに６０°で交差している。なお、第１電極Ｅ１、第２電極Ｅ２、及び、第３電極Ｅ３は、６０°以外の角度で交差してもよい。
　図６は、図５に示した第１液晶セル１０のＡ－Ｂ線に沿った断面図である。第１基板ＳＵＢ１において、第１電極Ｅ１は、絶縁基板１１の上に配置され、絶縁膜ＩＬ１によって覆われている。第２電極Ｅ２は、絶縁膜ＩＬ１の上に配置され、絶縁膜ＩＬ２によって覆われている。第３電極Ｅ３は、絶縁膜ＩＬ２の上に配置され、第１配向膜ＡＬ１によって覆われている。第３電極Ｅ３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。絶縁膜ＩＬ２は、シリコン酸化物、シリコン窒化物などで形成された透明な第２無機絶縁膜に相当する。
　図５及び図６においては、第１液晶セル１０の第２構成例について説明したが、第２液晶セル２０も第１液晶セル１０と同様の構造を有しており、第２液晶セル２０は、第１電極Ｅ１に重畳する電極Ｅ１１、第２電極Ｅ２に重畳する電極Ｅ１２、及び、第３電極Ｅ３に重畳する電極Ｅ１３を備えている。
　図７は、第１液晶セル１０における光学的作用を説明するための図である。ここでは、第１方向Ｘを基準として、Ｘ－Ｙ平面内の方位を規定する。第１電極Ｅ１は、第１方向Ｘに対するなす角度θ１が９０°の方位に延出している。第２電極Ｅ２は、第１方向Ｘに対するなす角度θ２が１５０°の方位に延出している。第３電極Ｅ３は、第１方向Ｘに対するなす角度θ３が３０°の方位に延出している。
　図７の（Ａ）は、複数の第１電極Ｅ１による光学的作用を説明するための図である。第１液晶層ＬＣ１への入射光のうち、第１偏光ＰＯＬ１は、Ｘ－Ｙ平面において、０°－１８０°方位に散乱される。　
　図７の（Ｂ）は、複数の第２電極Ｅ２による光学的作用を説明するための図である。第１液晶層ＬＣ１への入射光のうち、第１偏光ＰＯＬ１は、Ｘ－Ｙ平面において、６０°－２４０°方位に散乱される。　
　図７の（Ｃ）は、複数の第３電極Ｅ３による光学的作用を説明するための図である。第１液晶層ＬＣ１への入射光のうち、第１偏光ＰＯＬ１は、Ｘ－Ｙ平面において、１２０°－３００°方位に散乱される。　
　したがって、図７の（Ｄ）に示すように、第１偏光ＰＯＬ１は、Ｘ－Ｙ平面において、少なくとも６方位に散乱される。
　ここでは、第１液晶セル１０における光学的作用について説明したが、第２液晶セル２０も第１液晶セル１０と同様の光学的作用が実現される。したがって、第２構成例においても、第１構成例と同様の効果が得られる。加えて、光制御装置２００への入射光がより多くの方位に散乱される。
　　《第３構成例》　
　図８は、第１液晶セル１０の第３構成例を示す平面図である。図８に示す第３構成例は、図２に示した第１構成例と比較して、第１電極Ｅ１及び第２電極Ｅ２の形状が相違している。すなわち、第１電極Ｅ１は、Ｘ－Ｙ平面において、平板状に形成されている。複数の第２電極Ｅ２は、同心円状に配置され、第１電極Ｅ１に重畳している。隣接する第２電極Ｅ２の間隙も、第１電極Ｅ１に重畳している。第１電極Ｅ１及び第２電極Ｅ２の中心Ｏは、Ｘ－Ｙ平面において、重畳している。図８に示す例では、第１電極Ｅ１は、円形状に形成されているが、隣接する第２電極Ｅ２の間に配置されていればよく、その形状は図示した例に限らない。例えば、第１電極Ｅ１は、四角形状の第１基板ＳＵＢ１に合わせて、四角形状に形成されてもよいし、他の多角形状に形成されてもよい。
　図９は、図８に示した第１液晶セル１０のＡ－Ｂ線に沿った断面図である。第１基板ＳＵＢ１において、第１電極Ｅ１は、絶縁基板１１の上に配置され、絶縁膜ＩＬ１によって覆われている。第２電極Ｅ２は、絶縁膜ＩＬ１の上に配置され、第１配向膜ＡＬ１によって覆われている。
　図８及び図９においては、第１液晶セル１０の第３構成例について説明したが、第２液晶セル２０も第１液晶セル１０と同様の構造を有しており、第２液晶セル２０は、第１電極Ｅ１に重畳する電極Ｅ１１、及び、第２電極Ｅ２に重畳する電極Ｅ１２を備えている。
　このような第３構成例においても、第１構成例と同様の効果が得られる。加えて、光制御装置２００への入射光がＸ－Ｙ平面においてほぼ全方位に散乱される。
　　《第４構成例》　
　図１０は、第１液晶セル１０の第４構成例を示す平面図である。図１０に示す第４構成例は、図８に示した第３構成例と比較して、配向核ＡＮが設けられた点で相違している。配向核ＡＮは、複数の第２電極Ｅ２のうち、中央部に位置する第２電極Ｅ２に重畳するように配置されている。配向核ＡＮは、概ね第２電極Ｅ２の中央付近に位置していればよく、高精度の位置合わせを必要としない。
　図１１は、図１０に示した第１液晶セル１０のＡ－Ｂ線に沿った断面図である。第１配向膜ＡＬ１及び第２配向膜ＡＬ２は、第１液晶セル１０の法線に沿った配向規制力を有する垂直配向膜である。第１液晶層ＬＣ１は、例えばネガ型である。第１液晶層ＬＣ１の液晶分子ＬＭ１は、電圧が印加されていない状態で、その長軸が第３方向Ｚに沿うように配向している。　
　第２基板ＳＵＢ２は、第４電極Ｅ４と、配向核ＡＮと、を備えている。第４電極Ｅ４は、絶縁基板１２と第２配向膜ＡＬ２との間に配置されている。第４電極Ｅ４は、微細なパター化がなされていないベタ電極である。第４電極Ｅ４は、第１液晶層ＬＣ１を挟んで第１電極Ｅ１及び第２電極Ｅ２と対向しており、第１電極Ｅ１との間、及び、第２電極Ｅ２との間で電界を形成することができる。図１１に示す第４構成例では、配向核ＡＮは、第２基板ＳＵＢ２から第１基板ＳＵＢ１に向かって突出した突起であるが、第４電極Ｅ４を貫通する開口であってもよい。
　図１０及び図１１においては、第１液晶セル１０の第４構成例について説明したが、第２液晶セル２０も第１液晶セル１０と同様の構造を有しており、第２液晶セル２０は、第１電極Ｅ１に重畳する電極Ｅ１１、第２電極Ｅ２に重畳する電極Ｅ１２、及び、配向核ＡＮを備えている。
　このような第４構成例においても、第３構成例と同様の効果が得られる。加えて、配向核ＡＮが配置されたことにより、液晶分子の電界に対する応答速度を向上することができる。
　以上説明したように、本実施形態によれば、製造コストを低減することが可能な光制御装置及び照明装置を提供することができる。
　なお、この発明は、上記実施形態そのものに限定されるものではなく、その実施の段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。
　１００…照明装置　２００…光制御装置
　１０…第１液晶セル　ＳＵＢ１…第１基板　Ｅ１…第１電極　Ｅ２…第２電極　Ｅ３…第３電極　ＡＬ１…第１配向膜　ＳＵＢ２…第２基板　ＡＬ２…第２配向膜　ＬＣ１…第１液晶層
　２０…第２液晶セル　ＳＵＢ３…第３基板　ＡＬ３…第３配向膜　ＳＵＢ４…第４基板　ＡＬ４…第４配向膜　ＬＣ２…第２液晶層
　ＰＣ…偏光変換素子　ＳＵＢ５…第５基板　ＡＬ５…第５配向膜　ＳＵＢ６…第６基板　ＡＬ６…第６配向膜　ＬＣ３…第３液晶層

Claims (16)

  1. 　一対の基板間に第１液晶層を備える第１液晶セルと、
    　一対の基板間に第２液晶層を備える第２液晶セルと、
    　前記第１液晶セルと前記第２液晶セルとの間に配置された偏光変換素子と、を備え、
    　前記第１液晶セル及び前記第２液晶セルの各々の一方の基板は、
    　絶縁基板と、
    　前記絶縁基板上において一方向に並び、帯状に形成された複数の第１電極と、
    　前記複数の第１電極を覆う第１無機絶縁膜と、
    　前記第１無機絶縁膜上において前記第１電極と交差し、帯状に形成された複数の第２電極と、を備えている、光制御装置。
  2. 　前記第１電極及び前記第２電極は、互いに直交している、請求項１に記載の光制御装置。
  3. 　前記一方の基板は、さらに、
    　前記複数の第２電極を覆う第２無機絶縁膜と、
    　前記第２無機絶縁膜上において前記第１電極及び前記第２電極と交差し、帯状に形成された複数の第３電極と、を備えている、請求項１に記載の光制御装置。
  4. 　前記第１電極、前記第２電極、及び、前記第３電極は、互いに６０°で交差している、請求項３に記載の光制御装置。
  5. 　一対の基板間に第１液晶層を備える第１液晶セルと、
    　一対の基板間に第２液晶層を備える第２液晶セルと、
    　前記第１液晶セルと前記第２液晶セルとの間に配置された偏光変換素子と、を備え、
    　前記第１液晶セル及び前記第２液晶セルの各々の一方の基板は、
    　絶縁基板と、
    　前記絶縁基板上に配置された平板状の第１電極と、
    　前記第１電極を覆う第１無機絶縁膜と、
    　前記第１無機絶縁膜上において同心円状に配置され、前記第１電極に重畳する複数の第２電極と、を備えている、光制御装置。
  6. 　前記第１液晶セル及び前記第２液晶セルの各々は、一対の垂直配向膜を備えている、請求項５に記載の光制御装置。
  7. 　前記第１液晶セル及び前記第２液晶セルの各々の他方の基板は、前記複数の第２電極のうち、中央部に位置する前記第２電極に重畳する配向核を備えている、請求項６に記載の光制御装置。
  8. 　前記偏光変換素子は、一対の基板間に第３液晶層を備え、
    　前記第３液晶層は、ツイスト配向した液晶分子を含んでいる、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の光制御装置。
  9. 　光源と、
    　前記光源から出射された光を制御するように構成された光制御装置と、
    　を備え、
    　前記光制御装置は、
    　一対の基板間に第１液晶層を備える第１液晶セルと、
    　一対の基板間に第２液晶層を備える第２液晶セルと、
    　前記第１液晶セルと前記第２液晶セルとの間に配置された偏光変換素子と、を備え、
    　前記第１液晶セル及び前記第２液晶セルの各々の一方の基板は、
    　絶縁基板と、
    　前記絶縁基板上において一方向に並び、帯状に形成された複数の第１電極と、
    　前記複数の第１電極を覆う第１無機絶縁膜と、
    　前記第１無機絶縁膜上において前記第１電極と交差し、帯状に形成された複数の第２電極と、を備えている、照明装置。
  10. 　前記第１電極及び前記第２電極は、互いに直交している、請求項９に記載の照明装置。
  11. 　前記一方の基板は、さらに、
    　前記複数の第２電極を覆う第２無機絶縁膜と、
    　前記第２無機絶縁膜上において前記第１電極及び前記第２電極と交差し、帯状に形成された複数の第３電極と、を備えている、請求項９に記載の照明装置。
  12. 　前記第１電極、前記第２電極、及び、前記第３電極は、互いに６０°で交差している、請求項１１に記載の照明装置。
  13. 　光源と、
    　前記光源から出射された光を制御するように構成された光制御装置と、
    　を備え、
    　前記光制御装置は、
    　一対の基板間に第１液晶層を備える第１液晶セルと、
    　一対の基板間に第２液晶層を備える第２液晶セルと、
    　前記第１液晶セルと前記第２液晶セルとの間に配置された偏光変換素子と、を備え、
    　前記第１液晶セル及び前記第２液晶セルの各々の一方の基板は、
    　絶縁基板と、
    　前記絶縁基板上に配置された平板状の第１電極と、
    　前記第１電極を覆う第１無機絶縁膜と、
    　前記第１無機絶縁膜上において同心円状に配置され、前記第１電極に重畳する複数の第２電極と、を備えている、照明装置。
  14. 　前記第１液晶セル及び前記第２液晶セルの各々は、一対の垂直配向膜を備えている、請求項１３に記載の照明装置。
  15. 　前記第１液晶セル及び前記第２液晶セルの各々の他方の基板は、前記複数の第２電極のうち、中央部に位置する前記第２電極に重畳する配向核を備えている、請求項１４に記載の照明装置。
  16. 　前記偏光変換素子は、一対の基板間に第３液晶層を備え、
    　前記第３液晶層は、ツイスト配向した液晶分子を含んでいる、請求項９乃至１５のいずれか１項に記載の照明装置。
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