WO2022176361A1 - 光学素子 - Google Patents

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liquid crystal
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optical element
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多惠 黒川
健夫 小糸
幸次朗 池田
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株式会社ジャパンディスプレイ
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    • G02F2201/122—Constructional arrangements not provided for in groups G02F1/00 - G02F7/00 electrode having a particular pattern

Definitions

  • An embodiment of the present invention relates to an optical element using liquid crystal.
  • liquid crystal lenses optical elements that utilize the change in the refractive index of liquid crystals by adjusting the voltage applied to the liquid crystals.
  • development of a lighting device using a light source and a liquid crystal lens is underway (see, for example, Patent Document 1, Patent Document 2, or Patent Document 3).
  • the liquid crystal cells constituting the liquid crystal lens are stacked, if the shape and arrangement of the electrodes for applying voltage to the liquid crystal are the same, the distribution of the directions in which the light is refracted becomes the same. Depending on the method of lamination, moiré due to light interference or coloring due to the wavelength dependence of the refractive index may occur.
  • a structure has been proposed in which the electrodes are formed so that the distance between the electrodes is different. , the light diffusion performance (that is, light distribution) may be degraded.
  • one object of an embodiment of the present invention is to provide an optical element capable of satisfactorily controlling light distribution while reducing moire.
  • An optical element is an optical element comprising at least two stacked liquid crystal cells, each of the at least two liquid crystal cells having a first transparent electrode and a second liquid crystal cell in a first direction.
  • a liquid crystal layer between the first substrate and the second substrate, the second transparent electrode includes a first bent portion bent in the first direction, and the fourth transparent electrode includes , including a second bend that bends in the second direction.
  • FIG. 1 is a schematic perspective view of an optical element according to one embodiment of the present invention
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an optical element according to one embodiment of the present invention
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an optical element according to one embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing alignment of liquid crystals in a liquid crystal layer in an optical element according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing alignment of liquid crystals in a liquid crystal layer in an optical element according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing the alignment of liquid crystal molecules in the liquid crystal layer when a voltage is applied in the optical element according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a schematic perspective view of an optical element according to one embodiment of the present invention
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an optical element according to one embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is a schematic
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing the alignment of liquid crystal molecules in the liquid crystal layer when a voltage is applied in the optical element according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view illustrating control of light distribution by an optical element according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view illustrating control of light distribution by an optical element according to one embodiment of the present invention.
  • 4 is a timing chart showing potentials applied to each transparent electrode included in the optical element according to one embodiment of the present invention.
  • 4 is a graph showing the front relative luminance with respect to d/p in the liquid crystal cell of the optical element according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic diagram illustrating the shape and arrangement of the first transparent electrode and the second transparent electrode of the first liquid crystal cell of the optical element according to one embodiment of the present invention. Schematic diagram for explaining the shape and arrangement of a first transparent electrode, a second transparent electrode, a third transparent electrode, and a fourth transparent electrode of a first liquid crystal cell of an optical element according to one embodiment of the present invention. is.
  • FIG. 3 is a schematic diagram illustrating the shape and arrangement of the first transparent electrode and the second transparent electrode of the first liquid crystal cell of the optical element according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic diagram illustrating the shape and arrangement of the first transparent electrode and the second transparent electrode of the first liquid crystal cell of the optical element according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic diagram illustrating the shape and arrangement of the first transparent electrode and the second transparent electrode of the first liquid crystal cell of the optical element according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic diagram illustrating the shape and arrangement of the first transparent electrode and the second transparent electrode of the first liquid crystal cell of the optical element according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic diagram illustrating the shape and arrangement of the first transparent electrode and the second transparent electrode of the first liquid crystal cell of the optical element according to one embodiment of the present invention. Lamination of the first transparent electrode and the second transparent electrode of the first liquid crystal cell and the first transparent electrode and the second transparent electrode of the second liquid crystal cell of the optical element according to one embodiment of the present invention It is a schematic diagram explaining the arrangement in.
  • each structure When a single film is processed to form multiple structures, each structure may have different functions and roles, and each structure may have a different base on which it is formed. However, these multiple structures originate from films formed as the same layer in the same process and have the same material. Therefore, these multiple films are defined as existing in the same layer.
  • FIG. 10 An optical element 10 according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 7.
  • FIG. 1 An optical element 10 according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 7.
  • FIG. 10 An optical element 10 according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 7.
  • FIG. 1 An optical element 10 according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 7.
  • FIG. 1 is a schematic perspective view of an optical element 10 according to one embodiment of the invention.
  • the optical element 10 includes a first liquid crystal cell 110, a second liquid crystal cell 120, and an optical elastic resin layer .
  • the optical elastic resin layer 130 is provided between the first liquid crystal cell 110 and the second liquid crystal cell 120 . That is, the first liquid crystal cell 110 and the second liquid crystal cell 120 are stacked in the z-axis direction with the optical elastic resin layer 130 interposed therebetween.
  • the optical elastic resin layer 130 can adhere and fix the first liquid crystal cell 110 and the second liquid crystal cell 120 .
  • an adhesive containing an optical elastic resin such as a translucent acrylic resin can be used.
  • FIG. 2A and 2B are schematic cross-sectional views of the optical element 10 according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 2A is a schematic cross-sectional view in the zx plane cut along the A1-A2 line shown in FIG. 1
  • FIG. 2B is a schematic cross-sectional view along the B1-B2 line shown in FIG. It is a schematic cross-sectional view in the cut yz-plane.
  • the x-axis direction and the y-axis direction may be described as the first direction and the second direction, respectively.
  • the first liquid crystal cell 110 includes a first substrate 111-1, a second substrate 111-2, a first transparent electrode 112-1, a second transparent electrode 112-2, and a third transparent electrode 112-3. , a fourth transparent electrode 112 - 4 , a liquid crystal layer 113 , a first alignment film 114 - 1 , a second alignment film 114 - 2 and a sealant 115 .
  • the second liquid crystal cell 120 includes a first substrate 121-1, a second substrate 121-2, a first transparent electrode 122-1, a second transparent electrode 122-2, and a third transparent electrode 122-3. , a fourth transparent electrode 122 - 4 , a liquid crystal layer 123 , a first alignment film 124 - 1 , a second alignment film 124 - 2 and a sealant 125 .
  • FIG. 1 shows the optical element 10 including two liquid crystal cells (the first liquid crystal cell 110 and the second liquid crystal cell 120), the number of liquid crystal cells included in the optical element 10 is not limited to two. .
  • the optical element 10 should include at least two liquid crystal cells.
  • a plurality of liquid crystal cells do not necessarily have the same structure and need not be stacked in the same direction. have the same structure and are stacked in the same direction. Therefore, only the configuration of the first liquid crystal cell 110 will be described below, and the description of the configuration of the second liquid crystal cell 120 may be omitted for convenience.
  • a first transparent electrode 112-1 and a second transparent electrode 112-2 are provided on the first substrate 111-1.
  • Each of the first transparent electrode 112-1 and the second transparent electrode 112-2 extends in the y-axis direction, and the first transparent electrode 112-1 and the second transparent electrode 112-2 extend in the x-axis direction. are arranged in alternating directions.
  • the first transparent electrode 112-1 and the second transparent electrode 112-2 are formed in a comb shape on the first substrate 111-1.
  • a first alignment film 114-1 is provided on the first substrate 111-1 so as to cover the first transparent electrode 112-1 and the second transparent electrode 112-2.
  • a third transparent electrode 112-3 and a fourth transparent electrode 112-4 are provided on the second substrate 111-2.
  • Each of the third transparent electrode 112-3 and the fourth transparent electrode 112-4 extends in the x-axis direction, and the third transparent electrode 112-3 and the fourth transparent electrode 112-4 extend in the y They are arranged alternately in the axial direction.
  • the third transparent electrode 112-3 and the fourth transparent electrode 112-4 are formed in a comb shape on the second substrate 111-2.
  • a second alignment film 114-2 is provided on the second substrate 111-2 so as to cover the third transparent electrode 112-3 and the fourth transparent electrode 112-4.
  • the first substrate 111-1 and the second substrate 111-2 are composed of the first transparent electrode 112-1 and the second transparent electrode 112-2 on the first substrate 111-1 and the second substrate.
  • a third transparent electrode 112-3 and a fourth transparent electrode 112-4 on 111-2 are arranged to face each other. Therefore, the extending direction of the first transparent electrode 112-1 and the second transparent electrode 112-2 and the extending direction of the third transparent electrode 112-3 and the fourth transparent electrode 112-4 cross each other.
  • the extending direction of the first transparent electrode 112-1 and the second transparent electrode 112-2 is orthogonal to the extending direction of the third transparent electrode 112-3 and the fourth transparent electrode 112-4.
  • a sealing material 115 is arranged around the periphery of each of the first substrate 111-1 and the second substrate 111-2.
  • first substrate 111-1 and the second substrate 111-2 are bonded together with the sealing material 115 interposed therebetween.
  • first substrate 111-1 more specifically, the first alignment film 114-1
  • second substrate 111-2 more specifically, the second alignment film 114-2
  • a liquid crystal is sealed in a space surrounded by the sealing material 115 and a liquid crystal layer 113 is formed.
  • spacers are scattered or photospacers are formed on the first substrate 111-1 or the second substrate 111-2, so that the first substrate 111-1 and the second substrate 111-2 are separated. may be pasted together. In this case, the photospacer can maintain the gap of the liquid crystal layer 113 .
  • each of the first substrate 111-1 and the second substrate 111-2 for example, a transparent rigid substrate such as a glass substrate, a quartz substrate, or a sapphire substrate is used.
  • a flexible substrate having translucency such as a polyimide resin substrate, an acrylic resin substrate, a siloxane resin substrate, or a fluorine resin substrate. can also be adopted.
  • Each of the first transparent electrode 112-1, the second transparent electrode 112-2, the third transparent electrode 112-3, and the fourth transparent electrode 112-4 is for forming an electric field in the liquid crystal layer 113. Acts as an electrode.
  • As each of the first transparent electrode 112-1, the second transparent electrode 112-2, the third transparent electrode 112-3, and the fourth transparent electrode 112-4 for example, indium tin oxide (ITO) Alternatively, a transparent conductive material such as indium-zinc oxide (IZO) is used.
  • the liquid crystal layer 113 can refract transmitted light or change the polarization state of transmitted light according to the alignment state of the liquid crystal molecules.
  • the liquid crystal of the liquid crystal layer 113 for example, nematic liquid crystal can be used.
  • positive liquid crystal is adopted in this embodiment, it is also possible to employ a negative liquid crystal by changing the initial alignment direction of the liquid crystal molecules.
  • the liquid crystal preferably contains a chiral agent that imparts twist to the liquid crystal molecules.
  • Each of the first alignment film 114-1 and the second alignment film 114-2 aligns liquid crystal molecules in the liquid crystal layer 113 in a predetermined direction.
  • polyimide resin or the like can be used for each of the first alignment film 114-1 and the second alignment film 114-2.
  • each of the first alignment film 114-1 and the second alignment film 114-2 may be imparted with alignment properties by an alignment treatment such as a rubbing method or a photo-alignment method.
  • the rubbing method is a method of rubbing the surface of the alignment film in one direction.
  • the photo-alignment method is a method of irradiating an alignment film with linearly polarized ultraviolet rays.
  • the sealing material 115 adheres and fixes the first substrate 111-1 and the second substrate 111-2.
  • an epoxy resin adhesive for example, an epoxy resin adhesive, an acrylic resin adhesive, or the like can be used.
  • the adhesive may be of an ultraviolet curable type or a heat curable type.
  • the optical element 10 can control the light distribution of unpolarized light. Therefore, it is not necessary to provide a pair of polarizing plates on the outer surface of each substrate, such as those provided on the front and rear surfaces of a liquid crystal display element.
  • each of the first transparent electrode 112-1, the second transparent electrode 112-2, the third transparent electrode 112-3, and the fourth transparent electrode 112-4 is By applying different voltages, the orientation of the liquid crystals in the liquid crystal layer 113 can be controlled.
  • the second liquid crystal cell 120 is also the same.
  • 3A and 3B are schematic cross-sectional views showing the alignment of liquid crystal molecules in the liquid crystal layer 113 in the optical element 10 according to one embodiment of the present invention.
  • 3A and 3B correspond to a portion of the cross-sectional view of the first liquid crystal cell 110 shown in FIGS. 2A and 2B, respectively.
  • the first substrate 111-1 and the second substrate 111-2 are bonded together with an inter-substrate distance d.
  • the first alignment film 114-1 of the first substrate 111-1 and the second alignment film 114-2 of the second substrate 111-2 are respectively subjected to alignment treatment in the x-axis direction and the y-axis direction. It is done. Therefore, in the liquid crystal layer 113, the long axis of the liquid crystal molecules on the first substrate 111-1 side is oriented along the x-axis direction when no voltage is applied to the transparent electrodes (in FIGS. 3A and 3B, for convenience, , the alignment direction of the liquid crystal molecules aligned in the horizontal direction of the paper is indicated by an arrow symbol.).
  • the alignment direction of the liquid crystal molecules on the first substrate 111-1 side is orthogonal to the extending direction of the first transparent electrode 112-1 and the second transparent electrode 112-2.
  • the liquid crystal molecules on the second substrate 111-2 side have their long axes oriented along the y-axis direction when no voltage is applied to the transparent electrodes (in FIGS.
  • the orientation direction of the liquid crystal molecules oriented in the direction is indicated by using a symbol with a cross in a circle.). That is, the alignment direction of the liquid crystal molecules on the second substrate 111-2 side is orthogonal to the extending direction of the third transparent electrode 112-3 and the fourth transparent electrode 112-4.
  • the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer 113 are oriented in a state twisted by 90 degrees from the first substrate 111-1 toward the second substrate 111-2 in the z-axis direction. More specifically, in FIG. 4A, the liquid crystal molecules on the first substrate 111-1 side have their long axes in the x-axis direction (horizontal direction on the paper surface) along the alignment direction of the first alignment film 114-1. Oriented in the facing direction. In addition, the liquid crystal molecules on the second substrate 111-2 side are aligned with the major axis directed in the y-axis direction (the direction normal to the paper surface) along the alignment direction of the second alignment film 114-2. . Further, the liquid crystal molecules between them gradually change the direction of the long axis from the x-axis direction to the y-axis direction from the first substrate 111-1 to the second substrate 111-2.
  • 4A and 4B are schematic cross-sectional views showing the alignment of liquid crystal molecules in the liquid crystal layer 113 when a voltage is applied in the optical element 10 according to one embodiment of the present invention.
  • 4A and 4B similarly to FIGS. 3A and 3B, the alignment directions of the first alignment film 114-1 and the second alignment film 114-2 are indicated by crosses in arrows or circles. is shown using the symbol
  • a Low potential is applied to the first transparent electrode 112-1 and the third transparent electrode 112-3, and a low potential is applied to the second transparent electrode 112-2 and the fourth transparent electrode 112-4.
  • a high potential is applied (in FIGS. 4A and 4B, for convenience, the low potential and high potential are illustrated using “ ⁇ ” and “+” symbols, respectively). That is, potential differences are generated between the first transparent electrode 112-1 and the second transparent electrode 112-2 and between the third transparent electrode 112-3 and the fourth transparent electrode 112-4.
  • the liquid crystal molecules on the first substrate 111-1 side are oriented according to the electric field (potential distribution) generated between the first transparent electrode 112-1 and the second transparent electrode 112-2.
  • the long axes of the liquid crystal molecules on the first substrate 111-1 side are aligned along the direction from the first transparent electrode 112-1 to the second transparent electrode 112-2.
  • the liquid crystal molecules on the second substrate 111-2 side are aligned along the direction from the third transparent electrode 112-3 to the fourth transparent electrode 112-4.
  • an electric field generated between adjacent transparent electrodes on the same substrate may be referred to as a lateral electric field.
  • liquid crystal molecules on the side of the first substrate 111-1 are aligned in the x-axis direction in the absence of an electric field. 2 is the same as the direction of the transverse electric field between . Therefore, the orientation of the liquid crystal molecules located substantially in the center between the first transparent electrode 112-1 and the second transparent electrode 112-2 in plan view is hardly changed even by the lateral electric field. Liquid crystal molecules closer to the first transparent electrode 112-1 or the second transparent electrode 112-2 than the center are aligned with a tilt in the z-axis direction corresponding to the lateral electric field. Therefore, as shown in FIG.
  • the liquid crystal molecules on the first substrate 111-1 side are all , the electrodes are oriented in arcuate shapes extending from the first transparent electrode 112-1 to the second transparent electrode 112-2 when viewed from the first substrate 111-1 between adjacent transparent electrodes.
  • the liquid crystal molecules on the second substrate 111-2 side are aligned in the y-axis direction, but the alignment of the liquid crystal molecules is different between the third transparent electrode 112-3 and the fourth transparent electrode 112-4.
  • the orientation of the liquid crystal molecules located substantially in the center between the third transparent electrode 112-3 and the fourth transparent electrode 112-4 is hardly changed even by the lateral electric field.
  • Liquid crystal molecules closer to the third transparent electrode 112-3 or the fourth transparent electrode 112-4 than the center are aligned with a tilt in the z-axis direction. Therefore, as shown in FIG. 5C, due to the influence of the horizontal electric field between the third transparent electrode 112-3 and the fourth transparent electrode 112-4, the liquid crystal molecules on the second substrate 111-2 side are all , the electrodes are oriented in arcuate shapes extending from the third transparent electrode 112-3 to the fourth transparent electrode 112-4 when viewed from the second substrate 111-2 between adjacent transparent electrodes. Therefore, the light incident on the liquid crystal layer 113 is diffused according to the refractive index distribution of the liquid crystal molecules aligned in a convex arc on the first substrate 111-1 side or the second substrate 111-2 side. Become.
  • the first transparent electrode 112-1 of the first substrate 111-1 and the first transparent electrode 112-1 does not affect the alignment of the liquid crystal molecules on the second substrate 111-2 side, or is so small that it can be ignored.
  • the lateral electric field between the third transparent electrode 112-3 and the fourth transparent electrode 112-4 on the second substrate 111-2 is applied to the orientation of the liquid crystal molecules on the first substrate 111-1 side. have no effect or are so small as to be negligible.
  • the liquid crystal layer 113 (or liquid crystal molecules) on the first substrate 111-1 side means the liquid crystal layer (or liquid crystal molecules) from the surface of the first substrate 111-1 to d/2. ).
  • the liquid crystal layer 113 (or liquid crystal molecules) on the second substrate 111-2 side refers to the liquid crystal layer (or liquid crystal molecules) from the surface of the second substrate 111-2 to d/2.
  • the voltage applied to each of the first transparent electrode 112-1, the second transparent electrode 112-2, the third transparent electrode 112-3, and the fourth transparent electrode is controlled.
  • the refractive index distribution of the liquid crystal layer 113 changes as the orientation of the liquid crystal molecules changes. Therefore, the first liquid crystal cell 110 can diffuse the transmitted light.
  • the optical element 10 utilizes changes in the refractive index distributions of the liquid crystal layer 113 of the first liquid crystal cell 110 and the liquid crystal layer 123 of the second liquid crystal cell 120 to control the light distribution of light passing through the optical element 10 . can be done.
  • FIGS. 5A and 5B are schematic cross-sectional views explaining control of light distribution by the optical element 10 according to one embodiment of the present invention.
  • the optical element 10 shown in FIGS. 5A and 5B corresponds to part of the cross-sectional view of the first liquid crystal cell 110 and the second liquid crystal cell 120 shown in FIG. 2A.
  • no potential is applied to any of the transparent electrodes.
  • a Low potential is applied to the first transparent electrode 112-1 and the third transparent electrode 112-3 of the first liquid crystal cell 110, and the second transparent electrode 112-2 is applied. and a high potential is applied to the fourth transparent electrode 112-4.
  • a Low potential is applied to the first transparent electrode 122-1 and the third transparent electrode 122-3 of the second liquid crystal cell 120, and the second transparent electrode 122-2 and the fourth transparent electrode 122-3 are applied. 4 is applied with a high potential.
  • the low potential and the high potential are shown using symbols "-" and "+”, respectively.
  • the first alignment film 114-1 of the first liquid crystal cell 110 and the first alignment film 124-1 of the second liquid crystal cell 120 are aligned in the x-axis direction. processing is taking place.
  • the second alignment film 114-2 of the first liquid crystal cell 110 and the second alignment film 124-2 of the second liquid crystal cell 120 are aligned in the y-axis direction. Therefore, in the first liquid crystal cell 110, the alignment direction of the first alignment film 114-1 is the x-axis direction, and the alignment direction of the second alignment film 114-2 is the y-axis direction.
  • the alignment direction of the first alignment film 124-1 is the x-axis direction, and the alignment direction of the second alignment film 124-2 is the y-axis direction.
  • Light incident on the first substrate 111-1 of the first liquid crystal cell 110 has x-axis polarized light (P-polarized component) and y-axis polarized light (S-polarized component).
  • the polarized light component in the x-axis direction will be referred to as the first polarized light component 310
  • the polarized light component in the y-axis direction will be referred to as the second polarized light component 320, and these polarized light components
  • the first polarization component 310 and the second polarization component 320 respectively correspond to the P-polarization component and S-polarization component of the light emitted from the light source (see (1) in FIG. 5B).
  • the P-polarized component is illustrated using an arrow (an arrow indicating the horizontal direction of the paper surface)
  • the S-polarized component is illustrated using a circle with a cross (an arrow indicating the normal direction of the paper surface). is shown using
  • the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer 113 on the first substrate 111-1 side of the first liquid crystal cell 110 have their long axes oriented along the x-axis direction.
  • the liquid crystal molecules When a horizontal electric field is generated between the electrode 112-1 and the second transparent electrode 112-2, the liquid crystal molecules have a refractive index distribution in the x-axis direction.
  • the long axis of the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer 113 on the second substrate 111-2 side of the first liquid crystal cell 110 is aligned along the y-axis direction.
  • the liquid crystal molecules have a refractive index distribution in the y-axis direction.
  • the first polarized light component 310 incident on the optical element 10 enters the first substrate 111-1 and then reaches the second substrate 111-2.
  • the polarization component changes to the S polarization component according to the twist of the liquid crystal alignment (see (2) to (4) in FIG. 5B). More specifically, the first polarization component 310 has a polarization axis in the x-axis direction on the first substrate 111-1 side, but the polarization axis changes in the process of passing through the liquid crystal layer 113 in the thickness direction.
  • the second substrate 111-2 side has a polarization axis in the y-axis direction, and then emitted from the second substrate 111-2 side (see (5) in FIG. 5B ).
  • FIG. 5B when a horizontal electric field is generated between the first transparent electrode 112-1 and the second transparent electrode 112-2, the alignment state of the liquid crystal molecules changes due to the influence of the horizontal electric field. 4A, and the refractive index distribution changes.
  • the polarization axis of the first polarization component 310 is parallel to the alignment direction of the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer 113 on the first substrate 111-1 side on the first substrate 111-1 side, It diffuses in the x-axis direction according to the change in the refractive index distribution of the liquid crystal molecules. Further, by changing the polarization axis from the x-axis direction to the y-axis direction in the liquid crystal layer 113, the polarization axis of the first polarization component 310 on the second substrate 111-2 side is changed to the second polarization axis. It is parallel to the alignment direction of the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer 113 on the substrate 111-2 side.
  • the first polarized light component 310 diffuses in the y-axis direction according to the change in the refractive index distribution of the liquid crystal molecules.
  • the second polarized light component 320 that was the S polarized component before entering the optical element 10 (more specifically, the first liquid crystal cell 110) is transferred to the first substrate 111.
  • its polarization component changes to a P polarization component according to the twist of the liquid crystal orientation (see (2) to (4) in FIG. 5B).
  • the second polarization component 320 has a polarization axis in the y-axis direction on the first substrate 111-1 side, but the polarized light component 320 changes in the process of passing through the liquid crystal layer 113 in the thickness direction.
  • the second substrate 111-2 side has a polarization axis in the x-axis direction, and then emitted from the second substrate 111-2 side (see (5) in FIG. 5B ).
  • the second polarization component 320 is , the polarization axis is orthogonal to the alignment direction of the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer 113 on the side of the first substrate 111-1. do.
  • the second polarization component 320 changes its polarization axis from the y-axis direction to the x-axis direction in the liquid crystal layer 113, so that the second substrate 111-2 side has the polarization axis of the second polarization component 320. Since the alignment direction of the liquid crystal molecules on the substrate 111-2 side is also orthogonal, the light passes through without being diffused without being affected by the refractive index distribution of the liquid crystal molecules.
  • the second polarized component 320 which was the S polarized component before entering the optical element 10, changes its polarization axis from the y-axis direction to the x-axis direction in the process of passing through the first liquid crystal cell 110, and becomes P Although it becomes a polarization component, diffusion like the first polarization component 310 does not occur.
  • the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer 123 of the second liquid crystal cell 120 also have the same refractive index distribution as the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer 113 of the first liquid crystal cell 110 . Therefore, basically the same phenomenon as in the first liquid crystal cell 110 occurs also in the second liquid crystal cell 120 .
  • the first polarized light component 310 and the second polarized light component 320 are affected by the refractive index distribution of the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer 113 because their polarization axes are switched by passing through the first liquid crystal cell 110 .
  • the polarization components are also interchanged. That is, as shown in FIG.
  • the optical element 10 by stacking two liquid crystal cells (the first liquid crystal cell 110 and the second liquid crystal cell 120), the polarization direction of the light incident on the optical element 10 is divided into two. degree, so that the polarization direction before and after incidence remains unchanged (see (1) and (9) in FIG. 5B).
  • the optical element 10 can change the refractive index distribution of the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer of the liquid crystal cell to refract the transmitted light.
  • the first liquid crystal cell 110 diffuses the light of the first polarization component 310 (P polarization component) in the x-axis direction, the y-axis direction, or both the x-axis and y-axis directions
  • the liquid crystal cell 120 diffuses the light of the second polarization component 320 (the S polarization component) in the x-axis direction, the y-axis direction, or both the x-axis and y-axis directions. Therefore, when diffusing unpolarized light without changing the polarization state of the light, the number of layers of the optical element 10 is preferably an even number.
  • FIG. 5B the process of the diffusion and the change of the polarization axis in the process in which the respective polarized light components pass through the optical element 10 has been explained.
  • the optical element 10 in FIG. 5A is in a state in which no potential is applied to each transparent electrode (a state in which there is no potential difference between adjacent transparent electrodes), and is different from the optical element in FIG. 5B except that the polarized component is not diffused.
  • the polarization axis of the polarization component is changed.
  • the description of the polarization components passing through the optical elements in FIG. 5A will be given the same reference numerals as (1) to (9) in FIG. 5B, and the description thereof will be omitted.
  • an optical elastic resin layer 130 is provided between the first liquid crystal cell 110 and the second liquid crystal cell 120, as shown in FIGS. 5A and 5B.
  • the light enters the interface between the second substrate 111-2 of the first liquid crystal cell 110 and the optical elastic resin layer 130 or the interface between the first substrate 121-1 of the second liquid crystal cell 120 and the optical elastic resin layer 130.
  • the refractive index of the optical elastic resin of the optical elastic resin layer 130 is close to the refractive index of the second substrate 111-2 of the first liquid crystal cell 110 and the refractive index of the first substrate 121-1 of the second liquid crystal cell 120. things are preferred.
  • the optical element 10 is arranged at a position close to the light source, and the temperature of the optical element 10 may rise due to the heat from the light source.
  • the thickness of the optical elastic resin layer 130 is the same as that of the first substrate 111-1 in the first liquid crystal cell 110 so that the influence of thermal expansion of the optical elastic resin of the optical elastic resin layer 130 can be mitigated. and the second substrate 111-2 or the substrate-to-substrate distance d between the first substrate 121-1 and the second substrate 121-2 in the second liquid crystal cell 120.
  • the optical element 10 can control the light distribution of transmitted light by the potential applied to each transparent electrode. That is, the optical element 10 can form a predetermined light distribution pattern.
  • the optical element 10 can form a predetermined light distribution pattern.
  • FIG. 6 formation of a light distribution pattern spreading in the x-axis direction using an optical element 10 having two liquid crystal cells (a first liquid crystal cell 110 and a second liquid crystal cell 120).
  • FIG. 6 is a timing chart showing potentials applied to each transparent electrode included in the optical element 10 according to one embodiment of the present invention.
  • Table 1 shows the potential signs ( V11 , etc.) shown in FIG.
  • the potential applied to each transparent electrode is defined as a first potential (variable potential, for example, a low potential of 0 V and a high potential of 30 V), and a second potential having a phase opposite to the first potential.
  • potential fluctuating potential, for example, 0 V for Low potential and 30 V for High potential
  • third potential intermediate potential, for example, 15 V.
  • the third potential is a potential between the Low potential and the High potential, and may be a fixed potential or a variable potential. Note that the voltage values are not limited to 0 V, 15 V, and 30 V described in FIG.
  • a first potential and a second potential are applied to the first transparent electrode 112-1 and the second transparent electrode 112-2, respectively.
  • a third potential is applied to each of the third transparent electrode 112-3 and the fourth transparent electrode 112-4.
  • the phases of the first potential applied to the first transparent electrode 112-1 and the second potential applied to the second transparent electrode 112-2 are reversed. Therefore, a potential difference (for example, +30V or -30V) is generated between the first transparent electrode 112-1 and the second transparent electrode 112-2.
  • a potential difference for example, +30V or -30V
  • the third transparent electrode 112-3 and the fourth transparent electrode 112-4 on the second substrate 111-2 side are the first electrodes on the first substrate 111-1 side in either state. +15 V or -15 V is generated between the transparent electrode 112-1 and the second transparent electrode 112-2, and when viewed in absolute value, one transparent electrode on the first substrate 111-1 side is applied. There is no bias in the potential difference between the electrodes and the other transparent electrode.
  • the liquid crystal molecules on the first substrate 111-1 side change their alignment state according to the potential difference between the first transparent electrode 112-1 and the second transparent electrode 112-2 (FIGS. 4A and 4B). etc.).
  • the liquid crystal molecules on the second substrate 111-2 side have no potential difference between the third transparent electrode 112-3 and the fourth transparent electrode 112-4. Since the first substrate 111-1 and the second substrate 111-2 are sufficiently separated from each other so as not to be affected by the potential on the -1 side, the orientation direction is not changed from the initial orientation direction.
  • the third potential applied to the third transparent electrode 112-3 and the fourth transparent electrode 112-4 is an intermediate potential between the first potential and the second potential, Even if a low potential and a high potential are alternately applied to the transparent electrode 112-1 and the second transparent electrode 112-2, no capacitance is accumulated, and the liquid crystal molecules on the side of the second substrate 111-2 do not accumulate. does not change its orientation.
  • the first potential and the second potential are applied to the first transparent electrode 122-1 and the second transparent electrode 122-2, respectively.
  • a third potential is applied to each of the third transparent electrode 122-3 and the fourth transparent electrode 122-4.
  • the phases of the first potential applied to the first transparent electrode 122-1 and the second potential applied to the second transparent electrode 122-2 are reversed. Therefore, a potential difference (for example, +30V or -30V) is generated between the first transparent electrode 122-1 and the second transparent electrode 122-2.
  • a potential difference for example, +30V or -30V
  • the third transparent electrode 122-3 and the fourth transparent electrode 122-4 on the second substrate 121-2 side are connected to the first electrode on the first substrate 121-1 side in either state. +15 V or -15 V is generated between the transparent electrode 122-1 and the second transparent electrode 122-2, and when viewed in absolute value, one transparent electrode on the first substrate 121-1 side is applied. There is no bias in the potential difference between the electrodes and the other transparent electrode.
  • the liquid crystal molecules on the first substrate 121-1 side change their alignment state according to the potential difference between the first transparent electrode 122-1 and the second transparent electrode 122-2 (FIGS. 4A and 4B). etc.).
  • the liquid crystal molecules on the second substrate 121-2 side have no potential difference between the third transparent electrode 122-3 and the fourth transparent electrode 122-4. Since the first substrate 121-1 and the second substrate 121-2 are sufficiently separated from each other so as not to be affected by the potential on the -1 side, the orientation direction is not changed from the initial orientation direction.
  • the third potential applied to the third transparent electrode 122-3 and the fourth transparent electrode 122-4 is an intermediate potential between the first potential and the second potential, Even if a low potential and a high potential are alternately applied to the transparent electrode 122-1 and the second transparent electrode 122-2, no capacitance is accumulated, and the liquid crystal molecules on the second substrate 121-2 side do not accumulate. does not change its orientation.
  • the potential fluctuations of the first transparent electrode 112-1 and the second transparent electrode 112-2 of the first liquid crystal cell 110 are respectively It is synchronized with the potential fluctuations of the transparent electrode 122-1 and the second transparent electrode 122-2.
  • the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer 113 on the first substrate 111-1 side of the first liquid crystal cell 110 transmit light polarized in the x-axis direction. can be refracted into Therefore, the first liquid crystal cell 110 can diffuse light polarized in the x-axis direction in the x-axis direction.
  • liquid crystal molecules of the liquid crystal layer 123 on the first substrate 121-1 side of the second liquid crystal cell 120 also refract the light polarized in the x-axis direction in the x-axis direction. Therefore, the second liquid crystal cell 120 also diffuses light polarized in the x-axis direction in the x-axis direction.
  • each transparent electrode when the potential of each transparent electrode is as shown in FIG. 6, light is incident on the optical element 10 from the first substrate 111-1 side of the first liquid crystal cell 110 (see FIGS. 5A and 5B). ), and in the process of passing through the first liquid crystal cell 110, x
  • the first polarized light component 310 having the polarization axis in the axial direction changes the polarization axis in the y-axis direction while diffusing in the x-axis direction on the first substrate 111-1 side.
  • the second polarization component 320 with polarization in the y-axis direction changes the polarization axis from the y-axis direction to the x-axis direction without diffusion.
  • the second polarized light component 320 whose polarization axis is changed from the y-axis direction to the x-axis direction without diffusing in the first liquid crystal cell 110 passes through the second liquid crystal cell 120 in the x-axis direction. , and then change the polarization axis in the y-axis direction.
  • the first polarized light component 310 whose polarization axis is changed from the x-axis direction to the y-axis direction while diffusing in the first liquid crystal cell 110 changes its polarization axis from the y-axis direction to the x-axis direction without diffusing. change.
  • the light incident on the optical element 10 is diffused in the x-axis direction while passing through the first liquid crystal cell 110 or the second liquid crystal cell 120 . Therefore, the light transmitted through the optical element 10 can form a light distribution pattern that spreads in the x-axis direction.
  • the light distribution angle which indicates the distribution of light distribution, can be controlled by the magnitude of the voltage applied to the transparent electrode. For example, when the voltage applied to the transparent electrode is increased, the light distribution angle is increased and the light is more diffused.
  • the light distribution angle can also be controlled by, for example, the distance d between the substrates or the pitch p between adjacent transparent electrodes.
  • FIG. 7 is a graph showing the front relative luminance (relative luminance at 0 degrees) versus d/p in the liquid crystal cell of the optical element 10 according to one embodiment of the present invention.
  • the inter-substrate distance d is the distance between the first substrate 111-1 and the second substrate 111-2 of the first liquid crystal cell 110 (or the second substrate 111-2), as shown in FIGS. distance between the first substrate 121-1 and the second substrate 121-2 of the liquid crystal cell 120).
  • the pitch p is the distance between two adjacent transparent electrodes on the first substrate 111-1 (or the first substrate 121-1) or the second substrate 111-2 (or the second substrate 121-2). is the center-to-center distance.
  • the front relative luminance is the light incident from the first substrate 111-1 (or the first substrate 121-1) and emitted from the second substrate 111-2 (or the second substrate 121-2).
  • the graph shown in FIG. 7 is normalized by setting the brightness of light to 1 when there is no optical element 10 (when there is only a light source). Therefore, the y-axis of the graph shown in FIG. 7 can also be said to be the relative luminance ratio when the luminance without the optical element 10 is set to 1.
  • the first transparent electrode 112-1 and the second transparent electrode 112-2 were formed on the first substrate 111-1. 2, the third transparent electrode 112-3 and the fourth transparent electrode 112-4 are not formed on the substrate 111-2. Further, when measuring luminance, a Low potential (0 V) was applied to the first transparent electrode 112-1, and a High potential (30 V) was applied to the second transparent electrode 112-2.
  • the front relative luminance decreases as d/p increases, but the rate of decrease in front relative luminance differs greatly between d/p ⁇ 1 and d/p ⁇ 1.
  • the front relative luminance is 0.1 or less, and thereafter the front relative luminance is stable even if d/p is increased. This indicates that the diffusion of light by the liquid crystal cell is sufficient when d/p ⁇ 1. That is, d/p ⁇ 1 provides excellent light diffusion. Therefore, in the optical element 10, the inter-substrate distance d and the pitch p preferably satisfy d/p ⁇ 1, more preferably d/p ⁇ 2.
  • the transparent electrode material has a high refractive index, which may affect the transmittance of the liquid crystal cell. Therefore, it is preferable that the width of the transparent electrode is small. That is, the inter-electrode distance b between two adjacent transparent electrodes is preferably equal to or less than the width a of the transparent electrodes. For example, if the inter-electrode distance b is expressed in relation to the pitch p, it is preferable to satisfy p/2 ⁇ b.
  • the optical element 10 according to this embodiment can control the light distribution of light passing through the optical element 10 by controlling the voltage applied to each transparent electrode.
  • the optical element 10 according to this embodiment has a shape and arrangement of transparent electrodes that can reduce moire or coloring.
  • FIG. 8 is a schematic diagram illustrating the shape and arrangement of the first transparent electrode 112-1 and the second transparent electrode 112-2 of the first liquid crystal cell 110 of the optical element 10 according to one embodiment of the present invention. be.
  • the first transparent electrodes 112-1 and the second transparent electrodes 112-2 on the first substrate 111-1 of the first liquid crystal cell 110 are alternately arranged in the x-axis direction.
  • Each of the first transparent electrode 112-1 and the second transparent electrode 112-2 is provided to extend in the y-axis direction.
  • the first transparent electrode 112-1 is provided in a linear shape in the y-axis direction.
  • the second transparent electrode 112-2 is provided in a dogleg shape having a first bent portion 116-1 bent in the x-axis direction. That is, the second transparent electrode 112-2 has a straight portion having a predetermined angle with respect to the extending direction (y-axis direction) of the first transparent electrode 112-1 and a first bent portion connecting the straight portion.
  • the predetermined angle is very small, ie, 0 degrees or more and 4 degrees or less. Therefore, the side edge of the first transparent electrode 112-1 is perpendicular to the alignment direction (y-axis direction) of the first alignment film 114-1, while the side edge of the second transparent electrode 112-2 is It is inclined by the predetermined angle with respect to the alignment direction of the first alignment film 114-1. Further, when the width (distance between the long sides) of the linear portion of the second transparent electrode 112-2 provided at an angle to the y-axis direction is a1, the second transparent electrode 112-2 Although the length in the x - axis direction is slightly larger than a1, the length of the straight portion in the x - axis direction can be regarded as a1. Therefore, in the following description, for the sake of convenience, the length of the second transparent electrode 112-2 in the x - axis direction is assumed to be a1.
  • the extending direction of the electrodes refers to a direction parallel to the extending direction of the linearly extending electrodes.
  • the y-axis direction and the x-axis direction on the side of the second substrate 111-2 are shown.
  • the two second transparent electrodes 112-2 adjacent to the first transparent electrode 112-1 are provided line-symmetrically about the extending direction of the first transparent electrode 112-1. Therefore, as shown in FIG. 8, the second transparent electrode 112-2 on the left side and the second transparent electrode 112-2 in the middle are mutually different when viewed from the first transparent electrode 112-1 in the middle. is at the furthest position. In addition, the second transparent electrode 112-2 in the middle and the second transparent electrode 112-2 on the right side are located at the first bending portion 116-1 of each other when viewed from the first transparent electrode 112-1 on the right side. 1 is closest. In the shape and arrangement of the transparent electrodes shown in FIG.
  • inter-electrode distance gradually changes in the y-axis direction, and the second transparent electrode 112-2 is inclined with respect to the y-axis direction, so that the adjacent first transparent electrode 112-1 and the second transparent electrode 112-1 are separated from each other.
  • the electric field formed between the electrode 112-2 also changes slightly along the y-axis. Therefore, it is possible to reduce moiré caused by light interference and coloring caused by wavelength dependence.
  • the orientation of light ie, the light distribution angle, can also be controlled by the inter-substrate distance d and the pitch p.
  • the shape and arrangement of the transparent electrodes shown in FIG. 8 preferably satisfy d/p 1 ⁇ 1, more preferably d/p 1 ⁇ 2.
  • the first liquid crystal cell 110 controls the voltage applied to the first transparent electrode 112-1 and the second transparent electrode 112-2 to sufficiently diffuse the transmitted light. be able to.
  • the first bent portion 116-1 is provided only at one location along the length direction (y-axis direction) of the second transparent electrode 112-2.
  • a configuration in which a plurality of bent portions 116-1 are provided along the length direction can also be adopted.
  • FIG. 9 shows the first transparent electrode 112-1, second transparent electrode 112-2, third transparent electrode 112-3, and a schematic diagram for explaining the shape and arrangement of a fourth transparent electrode.
  • the third transparent electrode 112-3 and the fourth transparent electrode 112-4 on the second substrate 111-2 of the first liquid crystal cell 110 are rotated by 90 degrees to form the first transparent electrode 112-1 and the fourth transparent electrode 112-1. It has the same shape and arrangement as the second transparent electrode 112-2. That is, the third transparent electrode 112-3 and the fourth transparent electrode 112-4 are alternately arranged in the y-axis direction, and each of the third transparent electrode 112-3 and the fourth transparent electrode 112-4 is provided to extend in the x-axis direction.
  • the third transparent electrode 112-3 is arranged linearly in the x-axis direction.
  • the fourth transparent electrode 112-4 is provided in a dogleg shape having a second bent portion 116-2 bent in the y-axis direction.
  • Two fourth transparent electrodes 112-4 adjacent to the third transparent electrode 112-3 are provided line-symmetrically with respect to the extending direction of the third transparent electrode 112-3. Therefore, in the optical element 10 according to the present embodiment as well, since the pitch and the distance between the transparent electrodes are changed, moire and coloring can be reduced.
  • the third transparent electrode 112-3 and the fourth transparent electrode 112-4 have a second maximum pitch p 2 and a second maximum inter-electrode distance b 2 at the second bend 116-2.
  • the shape and arrangement of the transparent electrodes shown in FIG. 9 also preferably satisfy d/p 2 ⁇ 1, more preferably d/p 2 ⁇ 2.
  • the first liquid crystal cell 110 controls the voltage applied to the third transparent electrode 112-3 and the fourth transparent electrode 112-4 to sufficiently diffuse the transmitted light. be able to.
  • the optical element 10 according to the present embodiment can control the voltage applied to each transparent electrode to control the light distribution of the transmitted light. Moreover, in the optical element 10 according to the present embodiment, since the pitch and the distance between the transparent electrodes are changed, moiré and coloring can be reduced.
  • a first transparent electrode 112A-1 and a second transparent electrode 112A-1 different in shape and arrangement from the first transparent electrode 112-1 and the second transparent electrode 112-2 described in the first embodiment.
  • the shape and arrangement of the transparent electrode 112A-2 will be described.
  • FIG. 10 is a schematic diagram illustrating the shape and arrangement of the first transparent electrode 112A-1 and the second transparent electrode 112A-2 of the first liquid crystal cell 110 of the optical element 10 according to one embodiment of the present invention. be.
  • the configurations of the first transparent electrode 112A-1 and the second transparent electrode 112A-2 are the same as those of the first transparent electrode 112-1 and the second transparent electrode 112-2 described in the first embodiment. If the configuration is the same as that of , the description may be omitted.
  • the first transparent electrode 112A-1 and the second transparent electrode 112A-2 are alternately arranged in the x-axis direction, and the first transparent electrode 112A-1 and the second transparent electrode 112A-1 are arranged alternately.
  • 112A-2 are provided to extend in the y-axis direction.
  • the first transparent electrode 112A-1 is provided in a linear shape in the y-axis direction.
  • the second transparent electrode 112A-2 is provided in a curved shape that bends in the x-axis direction.
  • the second transparent electrode 112A-2 has a curved portion that curves with respect to the extending direction (y-axis direction) of the first transparent electrode 112A-1 and a curved portion that changes direction in the x-axis direction. 1 top 116A-1.
  • the two second transparent electrodes 112A-2 adjacent to the first transparent electrode 112A-1 are provided line-symmetrically about the extending direction of the first transparent electrode 112A-1. Therefore, the side edge of the first transparent electrode 112A-1 is perpendicular to the alignment direction (y-axis direction) of the first alignment film 114-1, while the side edge of the second transparent electrode 112-2 is It is curved with respect to the alignment direction of the first alignment film 114-1.
  • the first transparent electrode 112A-1 and the second transparent electrode 112A-2 have a first maximum pitch p 1 and a first maximum inter-electrode distance b 1 at the first top 116A-1.
  • the shape and arrangement of the transparent electrodes shown in FIG. 10 also preferably satisfy d/p 1 ⁇ 1, more preferably d/p 1 ⁇ 2.
  • the first liquid crystal cell 110 controls the voltage applied to the first transparent electrode 112A-1 and the second transparent electrode 112A-2 to sufficiently diffuse the transmitted light. be able to.
  • the optical element 10 according to the present embodiment can control the voltage applied to each transparent electrode to control the light distribution of the transmitted light. Further, in the optical element 10 according to the present embodiment, the pitch of each transparent electrode and the distance between the electrodes gradually change along the y-axis direction, and the second transparent electrode 112-2 curves along the y-axis direction. Therefore, the electric field formed between the first transparent electrode 112-1 and the second transparent electrode 112-2 adjacent to each other slightly changes along the y-axis direction. Therefore, moiré and coloring can be reduced.
  • FIG. 11 is a schematic diagram illustrating the shape and arrangement of the first transparent electrode 112B-1 and the second transparent electrode 112B-2 of the first liquid crystal cell 110 of the optical element 10 according to one embodiment of the present invention. be.
  • the configurations of the first transparent electrode 112B-1 and the second transparent electrode 112B-2 are the same as those of the first transparent electrode 112-1 and the second transparent electrode 112-2 described in the first embodiment. If the configuration is the same as that of , the description may be omitted.
  • the first transparent electrode 112B-1 and the second transparent electrode 112B-2 are alternately arranged in the x-axis direction.
  • 112B-2 are provided to extend in the y-axis direction.
  • the first transparent electrode 112B-1 is provided in a linear shape in the y-axis direction.
  • the second transparent electrode 112B-2 is provided in a dogleg shape having a first bent portion 116B-1 bent in the x-axis direction. Therefore, in the optical element 10 according to the present embodiment as well, since the pitch and the distance between the transparent electrodes are changed, moire and coloring can be reduced.
  • the two second transparent electrodes 112B-2 adjacent to the first transparent electrode 112B-1 are aligned in the extending direction of the first transparent electrode 112B-1. It is provided asymmetrically as an axis. Specifically, the first bent portions 116B-1 of the two second transparent electrodes 112B-2 adjacent to the first transparent electrode 112B-1 are provided at different positions. Therefore, it is possible to reduce the symmetry of the arrangement of the transparent electrodes, thereby further reducing the occurrence of moire or coloring.
  • the first transparent electrode 112B-1 and the second transparent electrode 112B-2 have a first maximum pitch p 1 and a first maximum inter-electrode distance b 1 at the first bent portion 116B-1.
  • the shape and arrangement of the transparent electrodes shown in FIG. 11 also preferably satisfy d/p 1 ⁇ 1, more preferably d/p 1 ⁇ 2.
  • the first liquid crystal cell 110 of the optical element 10 controls the voltage applied to the first transparent electrode 112B-1 and the second transparent electrode 112B-2. , the transmitted light can be sufficiently diffused.
  • the optical element 10 according to the present embodiment can control the voltage applied to each transparent electrode to control the light distribution of the transmitted light.
  • the optical element 10 according to the present embodiment since the pitch and the distance between the transparent electrodes are changed, it is possible to reduce occurrence of moire and coloring.
  • FIG. 12 is a schematic diagram illustrating the shape and arrangement of the first transparent electrode 112C-1 and the second transparent electrode 112C-2 of the first liquid crystal cell 110 of the optical element 10 according to one embodiment of the present invention. be.
  • the configurations of the first transparent electrode 112C-1 and the second transparent electrode 112C-2 are the same as those of the first transparent electrode 112-1 and the second transparent electrode 112-2 described in the first embodiment. If the configuration is the same as that of , the description may be omitted.
  • the first transparent electrode 112C-1 and the second transparent electrode 112C-2 are alternately arranged in the x-axis direction, and the first transparent electrode 112C-1 and the second transparent electrode 112C-2 are arranged alternately.
  • 112C-2 are provided to extend in the y-axis direction.
  • the first transparent electrode 112C-1 is provided in a linear shape in the y-axis direction.
  • the second transparent electrode 112C-2 is provided in a zigzag shape including a plurality of first bent portions 116C-1 bent in the x-axis direction. Therefore, in the optical element 10 according to the present embodiment as well, since the pitch and the distance between the transparent electrodes are changed, moire and coloring can be reduced.
  • the transparent electrodes shown in FIG. It is provided asymmetrically as an axis.
  • the two second transparent electrodes 112C-2 adjacent to the first transparent electrode 112C-1 have different numbers of first bent portions 116C-1. Therefore, it is possible to reduce the symmetry of the arrangement of the transparent electrodes, thereby further reducing the occurrence of moire or coloring.
  • the first transparent electrode 112C-1 and the second transparent electrode 112C-2 are arranged at a first maximum pitch p 1 and a first maximum electrode pitch p 1 at one of the plurality of first bends 116C-1. has an inter - distance b1.
  • the shape and arrangement of the transparent electrodes shown in FIG. 12 also preferably satisfy d/p 1 ⁇ 1, more preferably d/p 1 ⁇ 2.
  • the first liquid crystal cell 110 of the optical element 10 controls the voltage applied to the first transparent electrode 112B-1 and the second transparent electrode 112B-2. , the transmitted light can be sufficiently diffused.
  • the optical element 10 according to the present embodiment can control the voltage applied to each transparent electrode to control the light distribution of the transmitted light.
  • the optical element 10 according to the present embodiment since the pitch and the distance between the transparent electrodes are changed, it is possible to reduce occurrence of moire and coloring.
  • FIG. 13 is a schematic diagram illustrating the shape and arrangement of the first transparent electrode 112D-1 and the second transparent electrode 112D-2 of the first liquid crystal cell 110 of the optical element 10 according to one embodiment of the present invention. be.
  • the configurations of the first transparent electrode 112D-1 and the second transparent electrode 112D-2 are the same as those of the first transparent electrode 112-1 and the second transparent electrode 112-2 described in the first embodiment. If the configuration is the same as that of , the description may be omitted.
  • the first transparent electrode 112D-1 and the second transparent electrode 112D-2 are alternately arranged in the x-axis direction.
  • 112D-2 are provided to extend in the y-axis direction.
  • the first transparent electrode 112D-1 is provided linearly in the y-axis direction.
  • the second transparent electrode 112D-2 is provided in a zigzag shape including a plurality of first bent portions 116D-1 bent in the x-axis direction. Therefore, in the optical element 10 according to the present embodiment as well, since the pitch and the distance between the transparent electrodes are changed, moire and coloring can be reduced.
  • the transparent electrodes shown in FIG. It is provided asymmetrically as an axis. Specifically, the positions of the first bent portions 116D-1 of the second transparent electrode 112D-2 are randomly provided. Therefore, it is possible to reduce the symmetry of the arrangement of the transparent electrodes, thereby further reducing the occurrence of moire or coloring.
  • the fact that the positions of the first bent portions 116D-1 in the second transparent electrode 112D-2 are random means that the number of the first bent portions 116D-1 for each second transparent electrode 112D-2 , the position, and the position between the first bent portion 116D-1 and the first transparent electrode 112D-1 adjacent thereto. say different things.
  • the minimum inter-electrode distance bs between the first transparent electrode 112D-1 and the second transparent electrode 112D -2 is set to a predetermined value.
  • the minimum inter-electrode distance bs may be a value set by the user or a value determined by photolithography or the like.
  • the first transparent electrode 112D-1 and the second transparent electrode 112D-2 are arranged at a first maximum pitch p 1 and a first maximum electrode width at one of the plurality of first bends 116D-1. has an inter - distance b1.
  • the shape and arrangement of the transparent electrodes shown in FIG. 13 also preferably satisfy d/p 1 ⁇ 1, more preferably d/p 1 ⁇ 2.
  • the minimum inter-electrode distance b s is set, and it is necessary to satisfy p 1 >a 1 +b s . Therefore, in the shape and arrangement of the transparent electrodes shown in FIG. 13, it is preferable to satisfy a 1 +b s ⁇ p 1 ⁇ d, and it is more preferable to satisfy a 1 +b s ⁇ p 1 ⁇ d/2.
  • the first liquid crystal cell 110 of the optical element 10 controls the voltage applied to the first transparent electrode 112D-1 and the second transparent electrode 112D-2. , the transmitted light can be sufficiently diffused.
  • the optical element 10 according to the present embodiment can control the voltage applied to each transparent electrode to control the light distribution of the transmitted light.
  • the optical element 10 according to the present embodiment since the pitch and the distance between the transparent electrodes are changed, it is possible to reduce occurrence of moire and coloring.
  • FIG. 14 shows the first transparent electrode 112-1 and the second transparent electrode 112-2 of the first liquid crystal cell 110 of the optical element 10 according to one embodiment of the present invention, and the second transparent electrode 112-2 of the second liquid crystal cell 120.
  • 1 is a schematic diagram for explaining the arrangement of lamination of one transparent electrode 122-1 and a second transparent electrode 122-2.
  • the first liquid crystal cell 110 and the second liquid crystal cell 120 are not laminated so that the positions of the transparent electrodes in plan view match. That is, the first liquid crystal cell 110 and the second liquid crystal cell 120 are arranged such that the extending direction of the first transparent electrode 112-1 of the first liquid crystal cell 110 and the first transparent electrode 122 of the second liquid crystal cell 120 It is laminated at an angle ⁇ with the extending direction of ⁇ 1.
  • the angle ⁇ is, for example, 0 degrees or more and 4 degrees or less.
  • first bent portion of the first transparent electrode 112-1 of the first liquid crystal cell 110 and the first bent portion of the first transparent electrode 112-1 of the second liquid crystal cell 120 overlap each other. preferably not. The same applies to the second bending portion.
  • the symmetry between liquid crystal cells can be further reduced, and the occurrence of moire and coloring can be reduced.
  • the optical element 10 according to the present embodiment can control the voltage applied to each transparent electrode to control the light distribution of transmitted light.
  • the pitch and inter-electrode distance between the transparent electrodes are changed even in the lamination direction of the liquid crystal cell, so moiré and coloring can be further reduced.
  • optical element 110 first liquid crystal cell 111-1: first substrate 111-2: second substrate 112-1, 112A-1, 112B-1, 112C-1, 112D-1 : first transparent electrode 112-2, 112A-2, 112B-2, 112C-2, 112D-2: second transparent electrode 112-3: third transparent electrode 112-4: fourth transparent electrode 113: liquid crystal layer 114-1: first alignment film 114-2: second alignment film 115: sealing material 116-1, 116B-1, 116C-1, 116D-1: second 1 bent portion 116A-1: first top portion 116-2: second bent portion 120: second liquid crystal cell 121-1: first substrate 121-2: second substrate 122-1: first transparent electrode, 122-2: second transparent electrode, 122-3: third transparent electrode, 122-4: fourth transparent electrode, 123: liquid crystal layer, 124-1: third 1 alignment film, 124-2: second alignment film, 125: sealing material, 130: optical elastic resin layer, 310: first polarization component, 320: second polarization component

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Abstract

モアレを低減しつつも良好に配光を制御することができる光学素子を提供する。光学素子（１０）は、積層された少なくとも２つの液晶セル（１１０，１２０）を含む光学素子であって、少なくとも２つの液晶セルの各々は、第１の方向に第１の透明電極（１１２－１，１２２－１）と第２の透明電極（１１２－２，１２２－２）とが交互に配置された第１の基板（１１１－１，１２１－１）と、第１の方向と交差する第２の方向に第３の透明電極（１１２－３，１２２－３）と第４の透明電極とが交互に配置された第２の基板（１１１－２，１２１－２）と、第１の基板と第２の基板との間の液晶層（１１３，１２３）と、を含み、第２の透明電極は、第１の方向に屈曲する第１の屈曲部を含み、第４の透明電極は、前記第２の方向に屈曲する第２の屈曲部を含む。

Description

光学素子
　本発明の一実施形態は、液晶を利用した光学素子に関する。
　従来より、液晶に印加する電圧を調整し、液晶の屈折率が変化することを利用した光学素子、いわゆる液晶レンズが知られている。また、光源および液晶レンズを用いた照明装置の開発が進められている（例えば、特許文献１、特許文献２、または特許文献３参照）。
特開２００５－３１７８７９号公報 特開２０１０－２３０８８７号公報 特開２０１４－１６０２７７号公報
　しかしながら、液晶レンズを構成する液晶セルが積層された場合において、液晶に電圧を印加する電極の形状および配置が同一であると、光が屈折する方向の分布が同一となり、その結果、液晶セルの積層の仕方によっては光の干渉によるモアレまたは屈折率の波長依存性による色付きが生じる場合があった。平行に設けられた直線形状の電極の場合において、電極間距離が異なるように電極を形成する構成も提案されているが、電極間距離が大きすぎると、液晶セルの液晶が配向しにくくなるため、光の拡散性能（すなわち、光の配光）が低下する虞があった。
　本発明の一実施形態は、上記問題に鑑み、モアレを低減しつつも良好に配光を制御することができる光学素子を提供することを目的の一つとする。
　本発明の一実施形態に係る光学素子は、積層された少なくとも２つの液晶セルを含む光学素子であって、少なくとも２つの液晶セルの各々は、第１の方向に第１の透明電極と第２の透明電極とが交互に配置された第１の基板と、第１の方向と交差する第２の方向に第３の透明電極と第４の透明電極とが交互に配置された第２の基板と、第１の基板と第２の基板との間の液晶層と、を含み、第２の透明電極は、第１の方向に屈曲する第１の屈曲部を含み、第４の透明電極は、前記第２の方向に屈曲する第２の屈曲部を含む。
本発明の一実施形態に係る光学素子の模式的な斜視図である。 本発明の一実施形態に係る光学素子の模式的な断面図である。 本発明の一実施形態に係る光学素子の模式的な断面図である。 本発明の一実施形態に係る光学素子において、液晶層の液晶の配向を示す模式的な断面図である。 本発明の一実施形態に係る光学素子において、液晶層の液晶の配向を示す模式的な断面図である。 本発明の一実施形態に係る光学素子において、電圧が印加されたときにおける液晶層の液晶分子の配向を示す模式的な断面図である。 本発明の一実施形態に係る光学素子において、電圧が印加されたときにおける液晶層の液晶分子の配向を示す模式的な断面図である。 本発明の一実施形態に係る光学素子による光の配光の制御を説明する模式的な断面図である。 本発明の一実施形態に係る光学素子による光の配光の制御を説明する模式的な断面図である。 本発明の一実施形態に係る光学素子に含まれる各透明電極に印加する電位を示すタイミングチャートである。 本発明の一実施形態に係る光学素子の液晶セルにおいて、ｄ／ｐに対する正面相対輝度を示すグラフである。 本発明の一実施形態に係る光学素子の第１の液晶セルの第１の透明電極および第２の透明電極の形状および配置を説明する模式図である。 本発明の一実施形態に係る光学素子の第１の液晶セルの第１の透明電極、第２の透明電極、第３の透明電極、および第４の透明電極の形状および配置を説明する模式図である。 本発明の一実施形態に係る光学素子の第１の液晶セルの第１の透明電極および第２の透明電極の形状および配置を説明する模式図である。 本発明の一実施形態に係る光学素子の第１の液晶セルの第１の透明電極および第２の透明電極の形状および配置を説明する模式図である。 本発明の一実施形態に係る光学素子の第１の液晶セルの第１の透明電極および第２の透明電極の形状および配置を説明する模式図である。 本発明の一実施形態に係る光学素子の第１の液晶セルの第１の透明電極および第２の透明電極の形状および配置を説明する模式図である。 本発明の一実施形態に係る光学素子の第１の液晶セルの第１の透明電極および第２の透明電極と、第２の液晶セルの第１の透明電極および第２の透明電極との積層における配置を説明する模式図である。
　以下、本発明の各実施形態において、図面等を参照しつつ説明する。但し、本発明は、その技術的思想の要旨を逸脱しない範囲において様々な態様で実施することができ、以下に例示する実施形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。
　図面は、説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、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、図示の形状そのものが本発明の解釈を限定するものではない。また、図面において、明細書中で既出の図に関して説明したものと同様の機能を備えた要素には、別図であっても同一の符号を付して、重複する説明を省略する場合がある。
　ある一つの膜を加工して複数の構造体を形成した場合、各々の構造体は異なる機能、役割を有する場合があり、また各々の構造体はそれが形成される下地が異なる場合がある。しかしながらこれら複数の構造体は、同一の工程で同一層として形成された膜に由来するものであり、同一の材料を有する。従って、これら複数の膜は同一層に存在しているものと定義する。
　ある構造体の上に他の構造体を配置する態様を表現するにあたり、単に「上」と表記する場合、特に断りの無い限りは、ある構造体に接して、直上に他の構造体を配置する場合と、ある構造体の上方に、さらに別の構造体を介して他の構造体を配置する場合との両方を含むものとする。
＜第１実施形態＞
　図１～図７を参照して、本発明の一実施形態に係る光学素子１０について説明する。
［１．光学素子の構成］
　図１は、本発明の一実施形態に係る光学素子１０の模式的な斜視図である。図１に示すように、光学素子１０は、第１の液晶セル１１０、第２の液晶セル１２０、および光学弾性樹脂層１３０を含む。光学弾性樹脂層１３０は、第１の液晶セル１１０と第２の液晶セル１２０との間に設けられている。すなわち、第１の液晶セル１１０と第２の液晶セル１２０とは、光学弾性樹脂層１３０を間に挟んでｚ軸方向に積層されている。
　光学弾性樹脂層１３０は、第１の液晶セル１１０と第２の液晶セル１２０とを接着し、固定することができる。光学弾性樹脂層１３０としては、光学弾性樹脂、例えば、透光性を有したアクリル樹脂を含む接着材を用いることができる。
　図２Ａおよび図２Ｂは、本発明の一実施形態に係る光学素子１０の模式的な断面図である。具体的には、図２Ａは、図１に示すＡ１－Ａ２線に沿って切断されたｚｘ面内の模式的な断面図であり、図２Ｂは、図１に示すＢ１－Ｂ２線に沿って切断されたｙｚ面内の模式的な断面図である。なお、以下では、ｘ軸方向およびｙ軸方向を、それぞれ、第１の方向および第２の方向として記載する場合がある。
　第１の液晶セル１１０は、第１の基板１１１－１、第２の基板１１１－２、第１の透明電極１１２－１、第２の透明電極１１２－２、第３の透明電極１１２－３、第４の透明電極１１２－４、液晶層１１３、第１の配向膜１１４－１、第２の配向膜１１４－２、およびシール材１１５を含む。第２の液晶セル１２０は、第１の基板１２１－１、第２の基板１２１－２、第１の透明電極１２２－１、第２の透明電極１２２－２、第３の透明電極１２２－３、第４の透明電極１２２－４、液晶層１２３、第１の配向膜１２４－１、第２の配向膜１２４－２、およびシール材１２５を含む。
　図１では、２つの液晶セル（第１の液晶セル１１０および第２の液晶セル１２０）を含む光学素子１０を示したが、光学素子１０に含まれる液晶セルの数は２つに限られない。光学素子１０には、少なくとも２つの液晶セルが含まれていればよい。また、光学素子１０は、必ずしも複数の液晶セルが同一の構造を有し、同一の方向で積層される必要はないが、以下では、便宜上、第１の液晶セル１１０と第２の液晶セル１２０とが同一の構造を有し、同一の方向で積層されるものとして説明する。そのため、以下では、第１の液晶セル１１０の構成のみを説明し、便宜上、第２の液晶セル１２０の構成の説明は省略する場合がある。
　第１の基板１１１－１上には、第１の透明電極１１２－１および第２の透明電極１１２－２が設けられている。第１の透明電極１１２－１および第２の透明電極１１２－２の各々はｙ軸方向に延在し、第１の透明電極１１２－１と第２の透明電極１１２－２とは、ｘ軸方向に交互に配置されている。換言すると、第１の透明電極１１２－１および第２の透明電極１１２－２は、第１の基板１１１－１上に、櫛歯形状で形成されている。また、第１の透明電極１１２－１および第２の透明電極１１２－２を覆うように、第１の基板１１１－１上に第１の配向膜１１４－１が設けられている。
　第２の基板１１１－２上には、第３の透明電極１１２－３および第４の透明電極１１２－４が設けられている。第３の透明電極１１２－３および第４の透明電極１１２－４の各々は、ｘ軸方向に延在し、第３の透明電極１１２－３と第４の透明電極１１２－４とは、ｙ軸方向に交互に配置されている。換言すると、第３の透明電極１１２－３および第４の透明電極１１２－４は、第２の基板１１１－２上に、櫛歯形状で形成されている。また、第３の透明電極１１２－３および第４の透明電極１１２－４を覆うように、第２の基板１１１－２上に第２の配向膜１１４－２が設けられている。
　第１の基板１１１－１と第２の基板１１１－２とは、第１の基板１１１－１上の第１の透明電極１１２－１および第２の透明電極１１２－２と、第２の基板１１１－２上の第３の透明電極１１２－３および第４の透明電極１１２－４とが対向するように配置されている。したがって、第１の透明電極１１２－１および第２の透明電極１１２－２の延在方向と、第３の透明電極１１２－３および第４の透明電極１１２－４の延在方向は交差している。なお、第１の透明電極１１２－１および第２の透明電極１１２－２の延在方向と、第３の透明電極１１２－３および第４の透明電極１１２－４の延在方向は直交していてもよい。また、第１の基板１１１－１および第２の基板１１１－２の各々の周辺部には、シール材１１５が配置されている。すなわち、第１の基板１１１－１と第２の基板１１１－２とは、シール材１１５を介して接着されている。また、第１の基板１１１－１（より具体的には、第１の配向膜１１４－１）、第２の基板１１１－２（より具体的には、第２の配向膜１１４－２）、およびシール材１１５で囲まれた空間には、液晶が封入され、液晶層１１３が形成されている。なお、第１の基板１１１－１または第２の基板１１１－２上には、スペーサが散布され、またはフォトスペーサが形成されて、第１の基板１１１－１と第２の基板１１１－２とが貼り合わされてもよい。この場合、フォトスペーサにより、液晶層１１３のギャップを保持することができる。
　第１の基板１１１－１および第２の基板１１１－２の各々として、例えば、ガラス基板、石英基板、またはサファイア基板などの透光性を有する剛性基板が用いられる。また、第１の基板１１１－１および第２の基板１１１－２の各々として、例えば、ポリイミド樹脂基板、アクリル樹脂基板、シロキサン樹脂基板、またはフッ素樹脂基板などの透光性を有する可撓性基板を用いる構成も採用可能である。
　第１の透明電極１１２－１、第２の透明電極１１２－２、第３の透明電極１１２－３、および第４の透明電極１１２－４の各々は、液晶層１１３に電界を形成するための電極として機能する。第１の透明電極１１２－１、第２の透明電極１１２－２、第３の透明電極１１２－３、および第４の透明電極１１２－４の各々として、例えば、インジウム・スズ酸化物（ＩＴＯ）またはインジウム・亜鉛酸化物（ＩＺＯ）などの透明導電材料が用いられる。
　液晶層１１３は、液晶分子の配向状態に応じて、透過する光を屈折し、または透過する光の偏光状態を変化させることができる。液晶層１１３の液晶として、例えば、ネマティック液晶などを用いることができる。液晶は、本実施形態においてはポジ型を採用しているが、液晶分子の初期の配向方向などを変更することによりネガ型を採用する構成も可能である。また、液晶には、液晶分子にねじれを付与するカイラル剤が含まれていることが好ましい。
　第１の配向膜１１４－１および第２の配向膜１１４－２の各々は、液晶層１１３内の液晶分子を所定の方向に配列する。第１の配向膜１１４－１および第２の配向膜１１４－２の各々は、例えば、ポリイミド樹脂などを用いることができる。なお、第１の配向膜１１４－１および第２の配向膜１１４－２の各々は、ラビング法または光配向法などの配向処理によって配向特性が付与されてもよい。ラビング法は、配向膜の表面を一方向に擦る方法である。また、光配向法は、配向膜に直線偏光の紫外線を照射する方法である。
　シール材１１５は、第１の基板１１１－１と第２の基板１１１－２とを接着し、固定する。シール材１１５として、例えば、エポキシ樹脂接着材またはアクリル樹脂接着材などを用いることができる。接着材は、紫外線硬化型であってもよく、熱硬化型であってもよい。
　光学素子１０は、少なくとも２つの液晶セル（第１の液晶セル１１０および第２の液晶セル１２０）を含むことにより、無偏光の光の配光を制御することができる。そのため、各基板の外側表面には、例えば、液晶表示素子の表裏面に設けられるような一対の偏光板を設ける必要はない。また、第１の液晶セル１１０では、第１の透明電極１１２－１、第２の透明電極１１２－２、第３の透明電極１１２－３、および第４の透明電極１１２－４のそれぞれに、異なる電圧を印加することによって、液晶層１１３の液晶の配向を制御することができる。第２の液晶セル１２０も同様である。
［２．液晶の配向の制御］
　図３Ａおよび図３Ｂを参照して、液晶層１１３の液晶の配向について詳細に説明する。
　図３Ａおよび図３Ｂは、本発明の一実施形態に係る光学素子１０において、液晶層１１３の液晶分子の配向を示す模式的な断面図である。図３Ａおよび図３Ｂは、それぞれ、図２Ａおよび図２Ｂに示す第１の液晶セル１１０の断面図の一部に対応するものである。
　図３Ａおよび図３Ｂに示すように、第１の基板１１１－１と第２の基板１１１－２とは、基板間距離ｄを有するように貼り合わされている。また、第１の基板１１１－１の第１の配向膜１１４－１および第２の基板１１１－２の第２の配向膜１１４－２は、それぞれ、ｘ軸方向およびｙ軸方向に配向処理が行われている。そのため、液晶層１１３において、第１の基板１１１－１側の液晶分子は、透明電極に電圧を印加しない状態では、長軸がｘ軸方向に沿って配向する（図３Ａおよび図３Ｂでは、便宜上、紙面左右方向に配向する液晶分子の配向方向を矢印の記号を用いて示す。）。すなわち、第１の基板１１１－１側の液晶分子の配向方向は、第１の透明電極１１２－１と第２の透明電極１１２－２の延在方向に対して直交している。また、第２の基板１１１－２側の液晶分子は、透明電極に電圧を印加しない状態では、長軸がｙ軸方向に沿って配向する（図３Ａおよび図３Ｂでは、便宜上、紙面法線方向に配向する液晶分子の配向方向を丸印の中にバツを付した記号を用いて示す。）。すなわち、第２の基板１１１－２側の液晶分子の配向方向は、第３の透明電極１１２－３と第４の透明電極１１２－４の延在方向に対して直交している。したがって、液晶層１１３の液晶分子は、ｚ軸方向において、第１の基板１１１－１から第２の基板１１１－２に向かうにつれて９０度ねじれた状態で配向している。より具体的には、図４Ａにおいては、第１の基板１１１－１側の液晶分子は、第１の配向膜１１４－１の配向方向に沿ってｘ軸方向（紙面左右方向）に長軸を向けた状態で配向されている。また、第２の基板１１１－２側の液晶分子は、第２の配向膜１１４－２の配向方向に沿ってｙ軸方向（紙面法線方向）に長軸を向けた状態で配向されている。また、これらの間にある液晶分子は、第１の基板１１１－１から第２の基板１１１－２に向かうにつれて徐々に長軸の向きをｘ軸方向からｙ軸方向に変化させている。
　続いて、図４Ａおよび図４Ｂを参照して、電圧が印加されたときにおける液晶層１１３の液晶の配向について詳細に説明する。
　図４Ａおよび図４Ｂは、本発明の一実施形態に係る光学素子１０において、電圧が印加されたときにおける液晶層１１３の液晶分子の配向を示す模式的な断面図である。また、図４Ａおよび図４Ｂでは、図３Ａおよび図３Ｂと同様に、第１の配向膜１１４－１および第２の配向膜１１４－２の配向方向を、矢印または丸印の中にバツを付した記号を用いて図示している。
　図４Ａおよび図４Ｂにおいては、第１の透明電極１１２－１および第３の透明電極１１２－３にＬｏｗ電位が印加され、第２の透明電極１１２－２および第４の透明電極１１２－４にＨｉｇｈ電位が印加されている（図４Ａおよび図４Ｂでは、便宜上、Ｌｏｗ電位およびＨｉｇｈ電位を、それぞれ、「－」および「＋」の記号を用いて図示している。）。すなわち、第１の透明電極１１２－１と第２の透明電極１１２－２との間および第３の透明電極１１２－３と第４の透明電極１１２－４との間には、電位差が生じている。この場合、第１の基板１１１－１側の液晶分子は、第１の透明電極１１２－１と第２の透明電極１１２－２との間に生じる電界（電位分布）にしたがって配向する。すなわち、第１の基板１１１－１側の液晶分子の長軸は、第１の透明電極１１２－１から第２の透明電極１１２－２へ向かう方向に沿って配向する。同様に、第２の基板１１１－２側の液晶分子は、第３の透明電極１１２－３から第４の透明電極１１２－４へ向かう方向に沿って配向する。なお、以下では、同一基板上で隣接する透明電極間に生じる電界を横電界と言う場合がある。
　さらに、液晶分子の配向について詳細に説明する。第１の基板１１１－１側の液晶分子は、無電界状態ではｘ軸方向に配向しているが、当該液晶分子の配向は、第１の透明電極１１２－１と第２の透明電極１１２－２との間の横電界の向きと同じである。そのため、平面視において第１の透明電極１１２－１と第２の透明電極１１２－２との間のほぼ中央に位置する液晶分子は、当該横電界によっても配向がほとんど変化しない。また、中央よりも第１の透明電極１１２－１または第２の透明電極１１２－２に近い液晶分子は、横電界に対応してｚ軸方向に傾き（チルト）を有して配向する。そのため、図４Ａに示すように、第１の透明電極１１２－１と第２の透明電極１１２－２との間の横電界の影響によって、第１の基板１１１－１側の液晶分子は、全体として、隣接する透明電極間ごとに第１の基板１１１－１からみて第１の透明電極１１２－１から第２の透明電極１１２－２へ向かう凸の円弧状に配向する。同様に、第２の基板１１１－２側の液晶分子は、ｙ軸方向に配向しているが、当該液晶分子の配向は、第３の透明電極１１２－３と第４の透明電極１１２－４との間の横電界の向きと同じである。そのため、第３の透明電極１１２－３と第４の透明電極１１２－４との間のほぼ中央に位置する液晶分子は、当該横電界によっても配向がほとんど変化しない。また、中央よりも第３の透明電極１１２－３または第４の透明電極１１２－４に近い液晶分子は、ｚ軸方向に傾き（チルト）を有して配向する。そのため、図５Ｃに示すように、第３の透明電極１１２－３と第４の透明電極１１２－４との間の横電界の影響によって、第２の基板１１１－２側の液晶分子は、全体として、隣接する透明電極間ごとに第２の基板１１１－２からみて第３の透明電極１１２－３から第４の透明電極１１２－４へ向かう凸の円弧状に配向する。したがって、液晶層１１３に入射した光は、第１の基板１１１－１側または第２の基板１１１－２側の凸の円弧状に配向された液晶分子の屈折率分布にしたがって拡散されることになる。
　第１の基板１１１－１と第２の基板１１１－２とは、十分に離れた基板間距離ｄを有しているため、第１の基板１１１－１の第１の透明電極１１２－１と第２の透明電極１１２－２との間の横電界は、第２の基板１１１－２側の液晶分子の配向に対して影響を及ぼさない、または、無視できるほどに小さい。同様に、第２の基板１１１－２の第３の透明電極１１２－３と第４の透明電極１１２－４との間の横電界は、第１の基板１１１－１側の液晶分子の配向に対して影響を及ぼさない、または、無視できるほどに小さい。
　なお、本明細書において、第１の基板１１１－１側の液晶層１１３（または、液晶分子）とは、第１の基板１１１－１の表面からｄ／２までの液晶層（または、液晶分子）をいう。同様に、第２の基板１１１－２側の液晶層１１３（または、液晶分子）とは、第２の基板１１１－２の表面からｄ／２までの液晶層（または、液晶分子）をいう。
　第１の液晶セル１１０では、第１の透明電極１１２－１、第２の透明電極１１２－２、第３の透明電極１１２－３、および第４の透明電極のそれぞれに印加される電圧を制御することにより、液晶層１１３の液晶分子の配向を変化させることができる。液晶分子の配向の変化に伴い、液晶層１１３の屈折率分布が変化する。そのため、第１の液晶セル１１０は、透過する光を拡散することができる。光学素子１０は、第１の液晶セル１１０の液晶層１１３および第２の液晶セル１２０の液晶層１２３の屈折率分布の変化を利用し、光学素子１０を透過する光の配光を制御することができる。
［３．光学素子による配光の制御］
　図５Ａおよび図５Ｂを参照して、光学素子１０による光の配光の制御について詳細に説明する。
　図５Ａおよび図５Ｂは、本発明の一実施形態に係る光学素子１０による光の配光の制御を説明する模式的な断面図である。図５Ａおよび図５Ｂに示す光学素子１０は、図２Ａに示す第１の液晶セル１１０および第２の液晶セル１２０の断面図の一部に対応するものである。図５Ａに示す光学素子１０では、いずれの透明電極にも電位が印可されていない。また、図５Ｂに示す光学素子１０では、第１の液晶セル１１０の第１の透明電極１１２－１および第３の透明電極１１２－３にＬｏｗ電位が印加され、第２の透明電極１１２－２および第４の透明電極１１２－４にＨｉｇｈ電位が印加されている。同様に、第２の液晶セル１２０の第１の透明電極１２２－１および第３の透明電極１２２－３にＬｏｗ電位が印加され、第２の透明電極１２２－２および第４の透明電極１２２－４にＨｉｇｈ電位が印加されている。なお、図７Ｂでは、便宜上、Ｌｏｗ電位およびＨｉｇｈ電位を、それぞれ、「－」および「＋」の記号を用いて図示している。
　図５Ａおよび図５Ｂに示す光学素子１０では、第１の液晶セル１１０の第１の配向膜１１４－１および第２の液晶セル１２０の第１の配向膜１２４－１は、ｘ軸方向に配向処理が行われている。一方、第１の液晶セル１１０の第２の配向膜１１４－２および第２の液晶セル１２０の第２の配向膜１２４－２は、ｙ軸方向に配向処理が行われている。したがって、第１の液晶セル１１０では、第１の配向膜１１４－１の配向方向はｘ軸方向であり、第２の配向膜１１４－２の配向方向はｙ軸方向である。同様に、第２の液晶セル１２０では、第１の配向膜１２４－１の配向方向はｘ軸方向であり、第２の配向膜１２４－２の配向方向はｙ軸方向である。
　図５Ａおよび図５Ｂでは、光は、第１の液晶セル１１０の第１の基板１１１－１に対して垂直な方向から入射し、第２の液晶セル１２０の第２の基板１２１－２から出射する。第１の液晶セル１１０の第１の基板１１１－１に入射する光は、ｘ軸方向の偏光（Ｐ偏光成分）と、ｙ軸方向の偏光（Ｓ偏光成分）とを有している。そこで、以下では、便宜上、光源から発せられる光のうち、ｘ軸方向の偏光成分を第１の偏光成分３１０とし、また、ｙ軸方向の偏光成分を第２の偏光成分３２０とし、これらの偏光成分が図５Ｂの光学素子１０を透過する過程を説明する。
　第１の偏光成分３１０および第２の偏光成分３２０は、それぞれ、光源から出射された光のＰ偏光成分およびＳ偏光成分に対応する（図５Ｂ中の（１）参照）。なお、図５Ａおよび図５Ｂでは、Ｐ偏光成分は矢印（紙面水平方向を示す矢印）を用いて図示され、Ｓ偏光成分は丸印にバツを付した記号（紙面法線方向を示す矢印）を用いて図示されている。
　第１の液晶セル１１０の第１の基板１１１－１側における液晶層１１３の液晶分子は、長軸がｘ軸方向に沿って配向されているため、図５Ｂに示すように、第１の透明電極１１２－１と第２の透明電極１１２－２との間に横電界が発生すると、当該液晶分子はｘ軸方向に屈折率分布を有する。また、第１の液晶セル１１０の第２の基板１１１－２側における液晶層１１３の液晶分子は、長軸がｙ軸方向に沿って配向されているため、第３の透明電極１１２－３と第４の透明電極１１２－４との間に横電界が発生すると、当該液晶分子はｙ軸方向に屈折率分布を有する。
　そのため、光学素子１０（より具体的には、第１の液晶セル１１０）に入射する第１の偏光成分３１０は、第１の基板１１１－１に入射した後、第２の基板１１１－２に向かうにつれて、液晶配向のねじれに従ってその偏光成分がＳ偏光成分に変化する（図５Ｂ中の（２）～（４）参照）。より具体的には、第１の偏光成分３１０は、第１の基板１１１－１側ではｘ軸方向に偏光軸を有しているが、液晶層１１３の厚さ方向に通過する過程でその偏光軸を徐々に変化させ、第２の基板１１１－２側ではｙ軸方向に偏光軸を有することとなり、その後、第２の基板１１１－２側から出射される（図５Ｂ中の（５）参照）。ここで、図５Ｂに示すように、第１の透明電極１１２－１と第２の透明電極１１２－２との間に横電界が発生すると、当該横電界の影響で液晶分子の配向状態が図４Ａのように変化し、屈折率分布が変化する。また、第１の偏光成分３１０は、第１の基板１１１－１側においては、その偏光軸が当該第１の基板１１１－１側における液晶層１１３の液晶分子の配向方向に平行であるため、当該液晶分子の屈折率分布の変化に応じてｘ軸方向に拡散する。また、第１の偏光成分３１０は、液晶層１１３内で偏光軸をｘ軸方向からｙ軸方向に変化させることによって、第２の基板１１１－２側においては、その偏光軸が当該第２の基板１１１－２側における液晶層１１３の液晶分子の配向方向に平行となる。ここで、図５Ｂに示すように、第３の透明電極１１２－３と第４の透明電極１１２－４との間に横電界が発生すると、当該横電界の影響で液晶分子の配向状態が図４Ｂのように変化し、屈折率分布が変化する。このため、第１の偏光成分３１０は、当該液晶分子の屈折率分布の変化に応じてｙ軸方向に拡散する。
　また、図５Ｂに示すように、光学素子１０（より具体的には、第１の液晶セル１１０）に入射する前にＳ偏光成分であった第２の偏光成分３２０は、第１の基板１１１－１に入射した後、第２の基板１１１－２に向かうにつれて、液晶配向のねじれに従ってその偏光成分がＰ偏光成分に変化する（図５Ｂ中の（２）～（４）参照）。より具体的には、第２の偏光成分３２０は、第１の基板１１１－１側ではｙ軸方向に偏光軸を有しているが、液晶層１１３の厚さ方向に通過する過程でその偏光軸を徐々に変化させ、第２の基板１１１－２側ではｘ軸方向に偏光軸を有することとなり、その後、第２の基板１１１－２側から出射される（図５Ｂ中の（５）参照）。ここで、第１の透明電極１１２－１と第２の透明電極１１２－２との間に横電界が発生しても、第２の偏光成分３２０は、第１の基板１１１－１側においては、その偏光軸が当該第１の基板１１１－１側における液晶層１１３の液晶分子の配向方向に直交しているため、当該液晶分子の屈折率分布の影響を受けず、そのまま拡散せずに通過する。また、第２の偏光成分３２０は、液晶層１１３内で偏光軸をｙ軸方向からｘ軸方向に変化させることによって、第２の基板１１１－２側においては、その偏光軸が当該第２の基板１１１－２側における液晶分子の配向方向とも直交することになるため、当該液晶分子の屈折率分布の影響を受けず、そのまま拡散せずに通過する。
　すなわち、光学素子１０に入射する前にＳ偏光成分であった第２の偏光成分３２０は、第１の液晶セル１１０を通過する過程で偏光軸をｙ軸方向からｘ軸方向に変化させてＰ偏光成分となるものの、第１の偏光成分３１０のような拡散は生じない。
　第２の液晶セル１２０の液晶層１２３の液晶分子も、第１の液晶セル１１０の液晶層１１３の液晶分子と同様の屈折率分布を有する。そのため、第２の液晶セル１２０内においても、基本的に、第１の液晶セル１１０内と同様の現象が生じる。一方、第１の偏光成分３１０および第２の偏光成分３２０は、第１の液晶セル１１０を通過することで、その偏光軸が入れ替わるため、液晶層１１３の液晶分子の屈折率分布の影響を受ける偏光成分も入れ替わる。すなわち、図５Ｂに示すように、第２の液晶セル１２０の第１の透明電極１２２－１と第２の透明電極１２２－２との間および第３の透明電極１２２－３と第４の透明電極１１２－４との間に横電界が発生しても、第２の液晶セル１２０を通過する第１の偏光成分３１０はその偏光軸をｙ軸方向から再びｘ軸方向に変化するものの（図５Ｂ中の（６）～（８）参照）、拡散は生じない。一方、第２の液晶セル１２０を通過する第２の偏光成分３２０は、その偏光軸をｘ軸方向から再びｙ軸方向に変化しつつ（図５Ｂ中の（６）～（８）参照）、かつ、液晶層１２３の液晶分子の屈折率分布の影響を受けて拡散する。
　以上からわかるように、光学素子１０では、２つの液晶セル（第１の液晶セル１１０および第２の液晶セル１２０）を積層させることにより、光学素子１０に入射される光の偏光状方向を２度にわたって変化させ、その結果、入射前と入射後での偏光方向を変わらなくすることができる（図５Ｂ中の（１）および（９）参照）。他方、当該光学素子１０は、液晶セルの液晶層の液晶分子が有する屈折率分布を変化させ、透過する光を屈折させることができる。より具体的には、第１の液晶セル１１０が第１の偏光成分３１０（Ｐ偏光成分）の光をｘ軸方向、ｙ軸方向、またはｘ軸とｙ軸の両方向に拡散させ、第２の液晶セル１２０が第２の偏光成分３２０（Ｓ偏光成分）の光をｘ軸方向、ｙ軸方向、またはｘ軸とｙ軸の両方向に拡散させる。したがって、無偏光の光に対して、光の偏光状態を変えることなく、光を拡散させる場合、光学素子１０の積層数は偶数であることが好ましい。
　また、上記では、主として図５Ｂを用いてそれぞれの偏光成分が光学素子１０を通過する過程で拡散および偏光軸を変化させる過程を説明した。図５Ａの光学素子１０は、各透明電極に電位を印可していない状態（隣り合う透明電極間に電位差がない状態）であり、偏光成分を拡散させない点を除いては図５Ｂの光学素子と同じように偏光成分の偏光軸を変化させる。説明の重複を避けるべく、図５Ａの光学素子を通過する偏光成分の説明は図５Ｂの（１）～（９）と同じ符号を付してその説明を省略する。
　なお、図５Ａおよび図５Ｂに示すように、第１の液晶セル１１０と第２の液晶セル１２０との間には、光学弾性樹脂層１３０が設けられている。光は、第１の液晶セル１１０の第２の基板１１１－２と光学弾性樹脂層１３０との界面または第２の液晶セル１２０の第１の基板１２１－１と光学弾性樹脂層１３０との界面においても屈折され得る。そのため、光学弾性樹脂層１３０の光学弾性樹脂の屈折率は、第１の液晶セル１１０の第２の基板１１１－２および第２の液晶セル１２０の第１の基板１２１－１の屈折率に近いものが好ましい。また、光学素子１０は、光源に近い位置に配置され、光源からの熱によって温度が上昇する場合がある。この場合、光学弾性樹脂層１３０の光学弾性樹脂の熱膨張の影響を緩和することができるように、光学弾性樹脂層１３０の厚さは、第１の液晶セル１１０における第１の基板１１１－１と第２の基板１１１－２との間または第２の液晶セル１２０における第１の基板１２１－１と第２の基板１２１－２との間の基板間距離ｄよりも大きいことが好ましい。
　光学素子１０は、各透明電極に印加する電位によって、透過する光の配光を制御することができる。すなわち、光学素子１０は、所定の配光パターンを形成することができる。ここで、一例として、図６を参照して、２つの液晶セル（第１の液晶セル１１０および第２の液晶セル１２０）を有する光学素子１０を用いたｘ軸方向に拡がる配光パターンの形成について説明する。
　図６は、本発明の一実施形態に係る光学素子１０に含まれる各透明電極に印加する電位を示すタイミングチャートである。なお、図６に記載された電位の符号（Ｖ１１など）は、表１のとおりである。
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　また、以下では、便宜上、各透明電極に印加する電位を、第１の電位（変動電位、例えば、Ｌｏｗ電位が０ＶおよびＨｉｇｈ電位が３０Ｖ）、第１の電位と位相が反転している第２の電位（変動電位、例えば、Ｌｏｗ電位が０ＶおよびＨｉｇｈ電位が３０Ｖ）、および第３の電位（中間電位、例えば、１５Ｖ）として説明する。第３の電位は、Ｌｏｗ電位とＨｉｇｈ電位との間の電位であり、固定電位であってもよく、変動電位であってもよい。なお、電圧の値は、図６に記載された０Ｖ、１５Ｖ、および３０Ｖに限られない。
　第１の液晶セル１１０では、第１の透明電極１１２－１および第２の透明電極１１２－２に、それぞれ、第１の電位および第２の電位が印加される。また、第３の透明電極１１２－３および第４の透明電極１１２－４の各々に第３の電位が印加される。第１の透明電極１１２－１に印加される第１の電位と、第２の透明電極１１２－２に印加される第２の電位とは、位相が反転している。そのため、第１の透明電極１１２－１と第２の透明電極１１２－２との間には、電位差（例えば、＋３０Ｖまたは－３０Ｖ）が生じている。これに対し、第２の基板１１１－２側の第３の透明電極１１２－３と第４の透明電極１１２－４との間は、無電位状態となっている。また、第２の基板１１１－２側の第３の透明電極１１２－３および第４の透明電極１１２－４は、いずれの状態であっても、第１の基板１１１－１側の第１の透明電極１１２－１との間または第２の透明電極１１２－２との間に＋１５Ｖまたは－１５Ｖが生じており、絶対値で見た場合に、第１の基板１１１－１側の一方の透明電極との間および他方の透明電極との間での電位差に偏りはない。
　これにより、第１の基板１１１－１側の液晶分子は、第１の透明電極１１２－１と第２の透明電極１１２－２との間の電位差に従って配向状態を変化させる（図４Ａおよび図４Ｂなど参照）。一方、第２の基板１１１－２側の液晶分子は、第３の透明電極１１２－３と第４の透明電極１１２－４との間に電位差が生じておらず、また、第１の基板１１１－１側の電位による影響を受けないほど第１の基板１１１－１と第２の基板１１１－２とが十分に離れているため、初期配向方向から配向方向を変化させない。また、第３の透明電極１１２－３および第４の透明電極１１２－４に印加される第３の電位は第１の電位と第２の電位との間の中間電位であるため、第１の透明電極１１２－１と第２の透明電極１１２－２とに、Ｌｏｗ電位とＨｉｇｈ電位とが交互に印加されても容量が蓄積されることはなく、第２の基板１１１－２側の液晶分子の配向状態が変化することはない。
　第２の液晶セル１２０では、第１の透明電極１２２－１および第２の透明電極１２２－２に、それぞれ、第１の電位および第２の電位が印加される。また、第３の透明電極１２２－３および第４の透明電極１２２－４の各々に第３の電位が印加される。第１の透明電極１２２－１に印加される第１の電位と、第２の透明電極１２２－２に印加される第２の電位とは、位相が反転している。そのため、第１の透明電極１２２－１と第２の透明電極１２２－２との間には、電位差（例えば、＋３０Ｖまたは－３０Ｖ）が生じている。これに対し、第２の基板１２１－２側の第３の透明電極１２２－３と第４の透明電極１２２－４との間は、無電位状態となっている。また、第２の基板１２１－２側の第３の透明電極１２２－３および第４の透明電極１２２－４は、いずれの状態であっても、第１の基板１２１－１側の第１の透明電極１２２－１との間または第２の透明電極１２２－２との間に＋１５Ｖまたは－１５Ｖが生じており、絶対値で見た場合に、第１の基板１２１－１側の一方の透明電極との間および他方の透明電極との間での電位差に偏りはない。
　これにより、第１の基板１２１－１側の液晶分子は、第１の透明電極１２２－１と第２の透明電極１２２－２との間の電位差に従って配向状態を変化させる（図４Ａおよび図４Ｂなど参照）。一方、第２の基板１２１－２側の液晶分子は、第３の透明電極１２２－３と第４の透明電極１２２－４との間に電位差が生じておらず、また、第１の基板１２１－１側の電位による影響を受けないほど第１の基板１２１－１と第２の基板１２１－２とが十分に離れているため、初期配向方向から配向方向を変化させない。また、第３の透明電極１２２－３および第４の透明電極１２２－４に印加される第３の電位は第１の電位と第２の電位との間の中間電位であるため、第１の透明電極１２２－１と第２の透明電極１２２－２とに、Ｌｏｗ電位とＨｉｇｈ電位とが交互に印加されても容量が蓄積されることはなく、第２の基板１２１－２側の液晶分子の配向状態が変化することはない。
　また、図６に示すように、第１の液晶セル１１０の第１の透明電極１１２－１および第２の透明電極１１２－２の電位変動は、それぞれ、第２の液晶セル１２０の第１の透明電極１２２－１および第２の透明電極１２２－２の電位変動と同期している。
　各透明電極に上述のような電位を印加した場合、第１の液晶セル１１０の第１の基板１１１－１側の液晶層１１３の液晶分子は、ｘ軸方向の偏光を有する光をｘ軸方向に屈折することができる。そのため、第１の液晶セル１１０は、ｘ軸方向の偏光を有する光をｘ軸方向に拡散することができる。
　また、第２の液晶セル１２０の第１の基板１２１－１側の液晶層１２３の液晶分子も、ｘ軸方向の偏光を有する光をｘ軸方向に屈折させる。そのため、第２の液晶セル１２０も、ｘ軸方向の偏光を有する光をｘ軸方向に拡散する。
　すなわち、各透明電極の電位が図６に示すものであるとき、光学素子１０は、第１の液晶セル１１０の第１の基板１１１－１側から光が入射される（図５Ａおよび図５Ｂに示すように、第１の液晶セル１１０の下方側から第１の基板１１１－１に向けて光が照射されることを意味する。）と、第１の液晶セル１１０を通過する過程において、ｘ軸方向の偏光軸を有する第１の偏光成分３１０は第１の基板１１１－１側でｘ軸方向に拡散しつつ、偏光軸をｙ軸方向に変化させる。他方、ｙ軸方向の偏光を有する第２の偏光成分３２０は、拡散することなく、偏光軸をｙ軸方向からｘ軸方向に変化させる。そして、これらの偏光成分はそのまま第２の液晶セル１２０に入射する。第１の液晶セル１１０内で拡散することなく、ｙ軸方向からｘ軸方向に偏光軸を変化させた第２の偏光成分３２０は、第２の液晶セル１２０を通過する過程において、ｘ軸方向に拡散し、その後、偏光軸をｙ軸方向に変化させる。他方、第１の液晶セル１１０内で拡散しつつ偏光軸をｘ軸方向からｙ軸方向に変化させた第１の偏光成分３１０は、拡散することなく偏光軸をｙ軸方向からｘ軸方向に変化させる。このように、光学素子１０に入射する光は、第１の液晶セル１１０または第２の液晶セル１２０を通過する過程で、いずれもｘ軸方向に拡散することとなる。したがって、光学素子１０を透過した光は、ｘ軸方向に拡がる配光パターンを形成することができる。
　光の配光の分布を示す配光角は、透明電極に印加する電圧の大きさによって制御することができる。例えば、透明電極に印加する電圧を高くすると、配光角が大きくなり、光がより拡散される。また、配光角は、例えば、基板間距離ｄまたは隣接する透明電極間のピッチｐによっても制御することができる。
［４．基板間距離とピッチの相関関係］
　図７を参照して、基板間距離ｄとピッチｐとの相関関係について詳細に説明する。
　図７は、本発明の一実施形態に係る光学素子１０の液晶セルにおいて、ｄ／ｐに対する正面相対輝度（０度における相対輝度）を示すグラフである。基板間距離ｄは、図３Ａ～図４Ｂに示したように、第１の液晶セル１１０の第１の基板１１１－１と第２の基板１１１－２との間の距離（または、第２の液晶セル１２０の第１の基板１２１－１と第２の基板１２１－２との間の距離）である。また、ピッチｐは、第１の基板１１１－１（または第１の基板１２１－１）または第２の基板１１１－２（または第２の基板１２１－２）上の隣接する２つの透明電極の中心間距離である。また、正面相対輝度は、第１の基板１１１－１（または第１の基板１２１－１）から入射され、第２の基板１１１－２（または第２の基板１２１－２）から出射される光において、第２の基板１１１－２の垂直方向（０度）から出射される光の輝度である。図７に示すグラフは、光学素子１０がない場合（光源のみの場合）の光の輝度を１として規格化されている。したがって、図７に示すグラフのｙ軸は、光学素子１０がない場合の輝度を１とした場合の相対輝度比ということもできる。
　なお、図７に示すグラフのデータを取得した液晶セルは、第１の基板１１１－１上に第１の透明電極１１２－１および第２の透明電極１１２－２が形成されているが、第２の基板１１１－２上に第３の透明電極１１２－３および第４の透明電極１１２－４が形成されていない。また、輝度の測定時には、第１の透明電極１１２－１にＬｏｗ電位（０Ｖ）を印加し、第２の透明電極１１２－２にＨｉｇｈ電位（３０Ｖ）を印加した。
　図７に示すように、ｄ／ｐが大きくなると正面相対輝度は低下するが、ｄ／ｐ＜１とｄ／ｐ≧１とでは正面相対輝度の低下の割合が大きく異なる。ｄ／ｐ＜１では、正面相対輝度がｄ／ｐ＝１に近づくにつれて大きく低下するものの、正面輝度比は０．２～０．４程度の正面輝度が測定された。これは、液晶セルによる光の拡散に伴う輝度の低下を示しているものの、当該拡散が未だ十分でないことを示している。これに対し、ｄ／ｐ≧１では、正面相対輝度が０．１以下となり、その後、ｄ／ｐを大きくしても正面相対輝度は安定している。これは、ｄ／ｐ≧１では液晶セルによる光の拡散が十分であることを示している。すなわち、ｄ／ｐ≧１では、優れた光拡散が得られる。したがって、光学素子１０においては、基板間距離ｄとピッチｐがｄ／ｐ≧１を満たすことが好ましく、ｄ／ｐ≧２を満たすことがさらに好ましい。
　また、透明電極材料は屈折率が高く、液晶セルの透過率に影響を及ぼす場合がある。そのため、透明電極の幅は小さいことが好ましい。すなわち、隣接する２つの透明電極の間の電極間距離ｂは、透明電極の幅ａ以下であることが好ましい。例えば、電極間距離ｂをピッチｐとの関係で表せば、ｐ／２≦ｂを満たすことが好ましい。
　以上説明したように、本実施形態に係る光学素子１０は、各透明電極に印加する電圧を制御することにより、光学素子１０を透過する光の配光を制御することができる。但し、各透明電極が単に直線状に延在されている場合、光の干渉によるモアレまたは屈折率の波長依存性による色付きが生じる。そのため、本実施形態に係る光学素子１０は、モアレまたは色付きを低減することができる透明電極の形状および配置を有する。
［５．透明電極の形状および配置］
　図８は、本発明の一実施形態に係る光学素子１０の第１の液晶セル１１０の第１の透明電極１１２－１および第２の透明電極１１２－２の形状および配置を説明する模式図である。
　図８に示すように、第１の液晶セル１１０の第１の基板１１１－１上の第１の透明電極１１２－１と第２の透明電極１１２－２とは、ｘ軸方向に交互に配置され、第１の透明電極１１２－１および第２の透明電極１１２－２の各々は、ｙ軸方向に延在するように設けられている。第１の透明電極１１２－１は、ｙ軸方向に直線形状で設けられている。これに対し、第２の透明電極１１２－２は、ｘ軸方向に屈曲する第１の屈曲部１１６－１を有するくの字形状で設けられている。すなわち、第２の透明電極１１２－２は、第１の透明電極１１２－１の延在方向（ｙ軸方向）に対して所定の角度を有する直線部と、直線部を接続する第１の屈曲部１１６－１とを含む。なお、所定の角度は、０度以上４度以下と非常に小さい。そのため、第１の透明電極１１２－１の側縁は第１の配向膜１１４－１の配向方向（ｙ軸方向）に対して垂直である一方、第２の透明電極１１２－２の側縁は第１の配向膜１１４－１の配向方向に対して上記の所定の角度だけ傾くことになる。また、ｙ軸方向に対して角度を有して設けられる第２の透明電極１１２－２の直線部の幅（長辺間の距離）がａ１である場合、第２の透明電極１１２－２のｘ軸方向の長さはａ１よりも僅かに大きくなるものの、ｘ軸方向における直線部の長さはａ１とみなしてよい。したがって、以下では、便宜上、ｘ軸方向における第２の透明電極１１２－２の長さがａ１であるとして説明する。
　また、以下において、電極の延在方向とは、直線的に延在する電極の延在方向に平行な方向を指すものであって、より具体的には、第１の基板１１１－１側ではｙ軸方向、第２の基板１１１－２側ではｘ軸方向のことを示す。
　第１の透明電極１１２－１に隣接する２つの第２の透明電極１１２－２は、第１の透明電極１１２－１の延在方向を軸として線対称に設けられている。このため、図８に示すように、左側の第２の透明電極１１２－２と真ん中の第２の透明電極１１２－２とは、真ん中の第１の透明電極１１２－１から見た場合に互いの第１の屈曲部１１６－１が最も遠い位置にある。また、真ん中の第２の透明電極１１２－２と右側の第２の透明電極１１２－２とは、右側の第１の透明電極１１２－１から見た場合に互いの第１の屈曲部１１６－１が最も近い位置にある。図８に示す透明電極の形状および配置では、第１の透明電極１１２－１と第２の透明電極１１２－２とのピッチおよび第１の透明電極１１２－１と第２の透明電極との間の電極間距離がｙ軸方向にわたって徐々に変化するとともに、第２の透明電極１１２－２がｙ軸方向に対して傾いているために隣接する第１の透明電極１１２－１と第２の透明電極１１２－２との間に形成される電界もｙ軸方向にわたって微妙に変化する。そのため、光の干渉によるモアレおよび波長依存性による色付きを低減することができる。
　第１の透明電極１１２－１と第２の透明電極１１２－２とは、第１の屈曲部１１６－１において、第１の最大ピッチｐ１および第１の最大電極間距離ｂ１を有する。すなわち、ｐ１＝ａ１＋ｂ１を満たす。上述したように、光の配向、すなわち、配光角は、基板間距離ｄおよびピッチｐによっても制御することができる。図８に示す透明電極の形状および配置では、ｄ／ｐ１≧１を満たすことが好ましく、ｄ／ｐ１≧２を満たすことがさらに好ましい。また、第１の最大ピッチｐ１と第１の最大電極間距離ｂ１との関係においては、ｐ１／２≦ｂ１を満たすことが好ましい。これらの条件を満たすことにより、第１の液晶セル１１０は、第１の透明電極１１２－１および第２の透明電極１１２－２に印加する電圧を制御して、透過する光を十分に拡散させることができる。
　なお、図８では、第１の屈曲部１１６－１は第２の透明電極１１２－２の長さ方向（ｙ軸方向）にわたって１か所にのみ設けられている構成であるが、当該第１の屈曲部１１６－１が長さ方向にわたって複数設けられる構成も採用可能である。
　図９は、本発明の一実施形態に係る光学素子１０の第１の液晶セル１１０の第１の透明電極１１２－１、第２の透明電極１１２－２、第３の透明電極１１２－３、および第４の透明電極の形状および配置を説明する模式図である。
　第１の液晶セル１１０の第２の基板１１１－２上の第３の透明電極１１２－３および第４の透明電極１１２－４は、９０度回転させた第１の透明電極１１２－１および第２の透明電極１１２－２と同様の形状および配置を有する。すなわち、第３の透明電極１１２－３と第４の透明電極１１２－４とは、ｙ軸方向に交互に配置され、第３の透明電極１１２－３および第４の透明電極１１２－４の各々は、ｘ軸方向に延在するように設けられている。第３の透明電極１１２－３は、ｘ軸方向に直線形状で設けられている。これに対し、第４の透明電極１１２－４は、ｙ軸方向に屈曲する第２の屈曲部１１６－２を有するくの字形状で設けられている。また、第３の透明電極１１２－３に隣接する２つの第４の透明電極１１２－４は、第３の透明電極１１２－３の延在方向を軸として線対称に設けられている。そのため、本実施形態に係る光学素子１０においても、各透明電極におけるピッチおよび電極間距離が変化しているため、モアレおよび色付きの発生を低減することができる。
　第３の透明電極１１２－３と第４の透明電極１１２－４とは、第２の屈曲部１１６－２において、第２の最大ピッチｐ２および第２の最大電極間距離ｂ２を有する。第３の透明電極１１２－３および第４の透明電極１１２－４の各々の幅はａ２であり、ｐ２＝ａ２＋ｂ２を満たす。図９に示す透明電極の形状および配置においても、ｄ／ｐ２≧１を満たすことが好ましく、ｄ／ｐ２≧２を満たすことがさらに好ましい。また、第２の最大ピッチｐ２と第２の最大電極間距離ｂ２との関係においては、ｐ２／２≦ｂ２を満たすことが好ましい。これらの条件を満たすことにより、第１の液晶セル１１０は、第３の透明電極１１２－３および第４の透明電極１１２－４に印加する電圧を制御して、透過する光を十分に拡散させることができる。
　以上説明したように、本実施形態に係る光学素子１０は、各透明電極に印加する電圧を制御し、透過する光の配光を制御することができる。また、本実施形態に係る光学素子１０では、各透明電極におけるピッチおよび電極間距離が変化しているため、モアレおよび色付きを低減することができる。
＜第２実施形態＞
　図１０を参照して、第１実施形態で説明した第１の透明電極１１２－１および第２の透明電極１１２－２の形状および配置とは異なる第１の透明電極１１２Ａ－１および第２の透明電極１１２Ａ－２の形状および配置について説明する。
　図１０は、本発明の一実施形態に係る光学素子１０の第１の液晶セル１１０の第１の透明電極１１２Ａ－１および第２の透明電極１１２Ａ－２の形状および配置を説明する模式図である。なお、以下では、第１の透明電極１１２Ａ－１および第２の透明電極１１２Ａ－２の構成が、第１実施形態で説明した第１の透明電極１１２－１および第２の透明電極１１２－２の構成と同様であるとき、その説明を省略する場合がある。
　図１０に示すように、第１の透明電極１１２Ａ－１と第２の透明電極１１２Ａ－２とは、ｘ軸方向に交互に配置され、第１の透明電極１１２Ａ－１および第２の透明電極１１２Ａ－２の各々は、ｙ軸方向に延在するように設けられている。第１の透明電極１１２Ａ－１は、ｙ軸方向に直線形状で設けられている。これに対し、第２の透明電極１１２Ａ－２は、ｘ軸方向に屈曲を有する曲線形状で設けられている。すなわち、第２の透明電極１１２Ａ－２は、第１の透明電極１１２Ａ－１の延在方向（ｙ軸方向）に対して湾曲する曲線部と、ｘ軸方向における曲線部の向きが変化する第１の頂部１１６Ａ－１とを含む。なお、第１の透明電極１１２Ａ－１に隣接する２つの第２の透明電極１１２Ａ－２は、第１の透明電極１１２Ａ－１の延在方向を軸として線対称に設けられている。そのため、第１の透明電極１１２Ａ－１の側縁は第１の配向膜１１４－１の配向方向（ｙ軸方向）に対して垂直である一方、第２の透明電極１１２－２の側縁は第１の配向膜１１４－１の配向方向に対して湾曲することになる。
　第１の透明電極１１２Ａ－１と第２の透明電極１１２Ａ－２とは、第１の頂部１１６Ａ－１において、第１の最大ピッチｐ１および第１の最大電極間距離ｂ１を有する。第１の透明電極１１２Ａ－１および第２の透明電極１１２Ａ－２の各々の幅はａ１であり、ｐ１＝ａ１＋ｂ２を満たす。図１０に示す透明電極の形状および配置においても、ｄ／ｐ１≧１を満たすことが好ましく、ｄ／ｐ１≧２を満たすことがさらに好ましい。また、第１の最大ピッチｐ１と第１の最大電極間距離ｂ１との関係においては、ｐ１／２≦ｂ１を満たすことが好ましい。これらの条件を満たすことにより、第１の液晶セル１１０は、第１の透明電極１１２Ａ－１および第２の透明電極１１２Ａ－２に印加する電圧を制御して、透過する光を十分に拡散させることができる。
　以上説明したように、本実施形態に係る光学素子１０は、各透明電極に印加する電圧を制御し、透過する光の配光を制御することができる。また、本実施形態に係る光学素子１０では、各透明電極におけるピッチおよび電極間距離がｙ軸方向にわたって徐々に変化するとともに、第２の透明電極１１２－２がｙ軸方向に対して湾曲しているために隣接する第１の透明電極１１２－１と第２の透明電極１１２－２との間に形成される電界もｙ軸方向にわたって微妙に変化する。そのため、モアレおよび色付きの発生を低減することができる。
＜第３実施形態＞
　図１１を参照して、第１実施形態および第２実施形態で説明した透明電極の形状および配置とは異なる第１の透明電極１１２Ｂ－１および第２の透明電極１１２Ｂ－２の形状および配置について説明する。
　図１１は、本発明の一実施形態に係る光学素子１０の第１の液晶セル１１０の第１の透明電極１１２Ｂ－１および第２の透明電極１１２Ｂ－２の形状および配置を説明する模式図である。なお、以下では、第１の透明電極１１２Ｂ－１および第２の透明電極１１２Ｂ－２の構成が、第１実施形態で説明した第１の透明電極１１２－１および第２の透明電極１１２－２の構成と同様であるとき、その説明を省略する場合がある。
　図１１に示すように、第１の透明電極１１２Ｂ－１と第２の透明電極１１２Ｂ－２とは、ｘ軸方向に交互に配置され、第１の透明電極１１２Ｂ－１および第２の透明電極１１２Ｂ－２の各々は、ｙ軸方向に延在するように設けられている。第１の透明電極１１２Ｂ－１は、ｙ軸方向に直線形状で設けられている。これに対し、第２の透明電極１１２Ｂ－２は、ｘ軸方向に屈曲する第１の屈曲部１１６Ｂ－１を有するくの字形状で設けられている。そのため、本実施形態に係る光学素子１０においても、各透明電極におけるピッチおよび電極間距離が変化しているため、モアレおよび色付きの発生を低減することができる。
　また、図１１に示す透明電極の形状および配置では、第１の透明電極１１２Ｂ－１に隣接する２つの第２の透明電極１１２Ｂ－２が、第１の透明電極１１２Ｂ－１の延在方向を軸として非対称に設けられている。具体的には、第１の透明電極１１２Ｂ－１に隣接する２つの第２の透明電極１１２Ｂ－２のそれぞれの第１の屈曲部１１６Ｂ－１が異なる位置に設けられている。そのため、透明電極の配置の対称性を低下させることができるため、さらに、モアレまたは色付きの発生を低減することができる。
　第１の透明電極１１２Ｂ－１と第２の透明電極１１２Ｂ－２とは、第１の屈曲部１１６Ｂ－１において、第１の最大ピッチｐ１および第１の最大電極間距離ｂ１を有する。第１の透明電極１１２Ｂ－１および第２の透明電極１１２Ｂ－２の各々の幅はａ１であり、ｐ１＝ａ１＋ｂ２を満たす。図１１に示す透明電極の形状および配置においても、ｄ／ｐ１≧１を満たすことが好ましく、ｄ／ｐ１≧２を満たすことがさらに好ましい。また、第１の最大ピッチｐ１と第１の最大電極間距離ｂ１との関係においては、ｐ１／２≦ｂ１を満たすことが好ましい。これらの条件を満たすことにより、本実施形態に係る光学素子１０の第１の液晶セル１１０は、第１の透明電極１１２Ｂ－１および第２の透明電極１１２Ｂ－２に印加する電圧を制御して、透過する光を十分に拡散させることができる。
　以上説明したように、本実施形態に係る光学素子１０は、各透明電極に印加する電圧を制御し、透過する光の配光を制御することができる。また、本実施形態に係る光学素子１０では、各透明電極におけるピッチおよび電極間距離が変化しているため、モアレおよび色付きの発生を低減することができる。
＜第４実施形態＞
　図１２を参照して、第１実施形態～第３実施形態で説明した透明電極の形状および配置とは異なる第１の透明電極１１２Ｃ－１および第２の透明電極１１２Ｃ－２の形状および配置について説明する。
　図１２は、本発明の一実施形態に係る光学素子１０の第１の液晶セル１１０の第１の透明電極１１２Ｃ－１および第２の透明電極１１２Ｃ－２の形状および配置を説明する模式図である。なお、以下では、第１の透明電極１１２Ｃ－１および第２の透明電極１１２Ｃ－２の構成が、第１実施形態で説明した第１の透明電極１１２－１および第２の透明電極１１２－２の構成と同様であるとき、その説明を省略する場合がある。
　図１２に示すように、第１の透明電極１１２Ｃ－１と第２の透明電極１１２Ｃ－２とは、ｘ軸方向に交互に配置され、第１の透明電極１１２Ｃ－１および第２の透明電極１１２Ｃ－２の各々は、ｙ軸方向に延在するように設けられている。第１の透明電極１１２Ｃ－１は、ｙ軸方向に直線形状で設けられている。これに対し、第２の透明電極１１２Ｃ－２は、ｘ軸方向に屈曲する複数の第１の屈曲部１１６Ｃ－１を含むジグザグ形状で設けられている。そのため、本実施形態に係る光学素子１０においても、各透明電極におけるピッチおよび電極間距離が変化しているため、モアレおよび色付きの発生を低減することができる。
　また、図１２に示す透明電極の形状および配置では、第１の透明電極１１２Ｃ－１に隣接する２つの第２の透明電極１１２Ｃ－２が、第１の透明電極１１２Ｃ－１の延在方向を軸として非対称に設けられている。具体的には、第１の透明電極１１２Ｃ－１に隣接する２つの第２の透明電極１１２Ｃ－２のそれぞれが有する第１の屈曲部１１６Ｃ－１の数が異なる。そのため、透明電極の配置の対称性を低下させることができるため、さらに、モアレまたは色付きの発生を低減することができる。
　第１の透明電極１１２Ｃ－１と第２の透明電極１１２Ｃ－２とは、複数の第１の屈曲部１１６Ｃ－１のうちの１つにおいて、第１の最大ピッチｐ１および第１の最大電極間距離ｂ１を有する。第１の透明電極１１２Ｃ－１および第２の透明電極１１２Ｃ－２の各々の幅はａ１であり、ｐ１＝ａ１＋ｂ１を満たす。図１２に示す透明電極の形状および配置においても、ｄ／ｐ１≧１を満たすことが好ましく、ｄ／ｐ１≧２を満たすことがさらに好ましい。また、第１の最大ピッチｐ１と第１の最大電極間距離ｂ１との関係においては、ｐ１／２≦ｂ１を満たすことが好ましい。これらの条件を満たすことにより、本実施形態に係る光学素子１０の第１の液晶セル１１０は、第１の透明電極１１２Ｂ－１および第２の透明電極１１２Ｂ－２に印加する電圧を制御して、透過する光を十分に拡散させることができる。
　以上説明したように、本実施形態に係る光学素子１０は、各透明電極に印加する電圧を制御し、透過する光の配光を制御することができる。また、本実施形態に係る光学素子１０では、各透明電極におけるピッチおよび電極間距離が変化しているため、モアレおよび色付きの発生を低減することができる。
＜第５実施形態＞
　図１３を参照して、第１実施形態～第４実施形態で説明した透明電極の形状および配置とは異なる第１の透明電極１１２Ｄ－１および第２の透明電極１１２Ｄ－２の形状および配置について説明する。
　図１３は、本発明の一実施形態に係る光学素子１０の第１の液晶セル１１０の第１の透明電極１１２Ｄ－１および第２の透明電極１１２Ｄ－２の形状および配置を説明する模式図である。なお、以下では、第１の透明電極１１２Ｄ－１および第２の透明電極１１２Ｄ－２の構成が、第１実施形態で説明した第１の透明電極１１２－１および第２の透明電極１１２－２の構成と同様であるとき、その説明を省略する場合がある。
　図１３に示すように、第１の透明電極１１２Ｄ－１と第２の透明電極１１２Ｄ－２とは、ｘ軸方向に交互に配置され、第１の透明電極１１２Ｄ－１および第２の透明電極１１２Ｄ－２の各々は、ｙ軸方向に延在するように設けられている。第１の透明電極１１２Ｄ－１は、ｙ軸方向に直線形状に設けられている。これに対し、第２の透明電極１１２Ｄ－２は、ｘ軸方向に屈曲する複数の第１の屈曲部１１６Ｄ－１を含むジグザグ形状で設けられている。そのため、本実施形態に係る光学素子１０においても、各透明電極におけるピッチおよび電極間距離が変化しているため、モアレおよび色付きの発生を低減することができる。
　また、図１３に示す透明電極の形状および配置では、第１の透明電極１１２Ｄ－１に隣接する２つの第２の透明電極１１２Ｄ－２が、第１の透明電極１１２Ｄ－１の延在方向を軸として非対称に設けられている。具体的には、第２の透明電極１１２Ｄ－２の第１の屈曲部１１６Ｄ－１の位置がランダムに設けられている。そのため、透明電極の配置の対称性を低下させることができるため、さらに、モアレまたは色付きの発生を低減することができる。ここで、第２の透明電極１１２Ｄ－２における第１の屈曲部１１６Ｄ－１の位置がランダムであるとは、第２の透明電極１１２Ｄ－２ごとに、第１の屈曲部１１６Ｄ－１の数、位置、および第１の屈曲部１１６Ｄ－１とこれに隣接する第１の透明電極１１２Ｄ－１との間の位置が異なることを言い、端的には第２の透明電極１１２Ｄ－２ごとに形状が異なることを言う。なお、この場合、第１の基板１１１－１上の複数の第２の透明電極１１２Ｄ－２の形状がすべて異なることが好ましいが、互いに隣接する複数本において形状が異なる組が繰り返し配列されていてもよい。第４の透明電極１１２Ｄ－４も同様である。
　第１の屈曲部１１６Ｄ－１をランダムに形成する場合、第１の透明電極１１２Ｄ－１と第２の透明電極１１２Ｄ－２との間の最小電極間距離ｂｓは、所定の設定値とすることができる。例えば、最小電極間距離ｂｓは、ユーザによって設定される値であってもよく、フォトリソグラフィーなどの精度によって決定される値であってもよい。
　第１の透明電極１１２Ｄ－１と第２の透明電極１１２Ｄ－２とは、複数の第１の屈曲部１１６Ｄ－１のうちの１つにおいて、第１の最大ピッチｐ１および第１の最大電極間距離ｂ１を有する。第１の透明電極１１２Ｄ－１および第２の透明電極１１２Ｄ－２の各々の幅はａ１であり、ｐ１＝ａ１＋ｂ１を満たす。図１３に示す透明電極の形状および配置においても、ｄ／ｐ１≧１を満たすことが好ましく、ｄ／ｐ１≧２を満たすことがさらに好ましい。但し、図１３に示す透明電極の形状および配置においては、最小電極間距離ｂｓが設定されており、ｐ１＞ａ１＋ｂｓを満たす必要がある。したがって、図１３に示す透明電極の形状および配置においては、ａ１＋ｂｓ＜ｐ１≦ｄを満たすことが好ましく、ａ１＋ｂｓ＜ｐ１≦ｄ／２を満たすことがさらに好ましい。
　また、第１の最大ピッチｐ１と第１の最大電極間距離ｂ１との関係においては、ｐ１／２≦ｂ１を満たすことが好ましい。これらの条件を満たすことにより、本実施形態に係る光学素子１０の第１の液晶セル１１０は、第１の透明電極１１２Ｄ－１および第２の透明電極１１２Ｄ－２に印加する電圧を制御して、透過する光を十分に拡散させることができる。
　以上説明したように、本実施形態に係る光学素子１０は、各透明電極に印加する電圧を制御し、透過する光の配光を制御することができる。また、本実施形態に係る光学素子１０では、各透明電極におけるピッチおよび電極間距離が変化しているため、モアレおよび色付きの発生を低減することができる。
＜第６実施形態＞
　図１４を参照して、第１の液晶セル１１０および第２の液晶セル１２０の積層における透明電極の配置について説明する。
　図１４は、本発明の一実施形態に係る光学素子１０の第１の液晶セル１１０の第１の透明電極１１２－１および第２の透明電極１１２－２と、第２の液晶セル１２０の第１の透明電極１２２－１および第２の透明電極１２２－２との積層における配置を説明する模式図である。
　図１４では、第１の液晶セル１１０と第２の液晶セル１２０とは、平面視における透明電極の位置が一致するように積層されていない。すなわち、第１の液晶セル１１０および第２の液晶セル１２０は、第１の液晶セル１１０の第１の透明電極１１２－１の延在方向と第２の液晶セル１２０の第１の透明電極１２２－１の延在方向とのなす角αを有して積層されている。角度αは、例えば、０度以上４度以下である。第１の液晶セル１１０の透明電極の延在方向と、第２の液晶セル１２０の透明電極の延在方向とをずらすことで、液晶セル間においても対称性を低下させることができる。そのため、モアレおよび色付きの発生を低減することができる。なお、第１の液晶セル１１０の第１の透明電極１１２－１の第１の屈折部と、第２の液晶セル１２０の第１の透明電極１１２－１の第１の屈折部とは、重畳していないことが好ましい。第２の屈折部も同様である。液晶セル間にける対称性をさらに低下させることができ、さらに、モアレおよび色付きの発生を低減することができる。
　以上説明したように、本実施形態に係る光学素子１０は、各透明電極に印加する電圧を制御し、透過する光の配光を制御することができる。また、本実施形態に係る光学素子１０では、液晶セルの積層方向においても各透明電極におけるピッチおよび電極間距離が変化しているため、さらに、モアレおよび色付きを低減することができる。
　本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例および修正例に相当し得るものであり、それら変更例および修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。例えば、上述の各実施形態に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除もしくは設計変更を行ったもの、または、工程の追加、省略もしくは条件変更を行ったものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含まれる。
　また、本実施形態において態様によりもたらされる他の作用効果について本明細書の記載から明らかなもの、または当業者において適宜想到し得るものについては、当然に本発明によりもたらされるものと解される。
１０：光学素子、　１１０：第１の液晶セル、　１１１－１：第１の基板、　１１１－２：第２の基板、　１１２－１、１１２Ａ－１、１１２Ｂ－１、１１２Ｃ－１、１１２Ｄ－１：第１の透明電極、　１１２－２、１１２Ａ－２、１１２Ｂ－２、１１２Ｃ－２、１１２Ｄ－２：第２の透明電極、　１１２－３：第３の透明電極、　１１２－４：第４の透明電極、　１１３：液晶層、　１１４－１：第１の配向膜、　１１４－２：第２の配向膜、　１１５：シール材、　１１６－１、１１６Ｂ－１、１１６Ｃ－１、１１６Ｄ－１：第１の屈曲部、　１１６Ａ－１：第１の頂部、　１１６－２：第２の屈曲部、　１２０：第２の液晶セル、　１２１－１：第１の基板、　１２１－２：第２の基板、　１２２－１：第１の透明電極、　１２２－２：第２の透明電極、　１２２－３：第３の透明電極、　１２２－４：第４の透明電極、　１２３：液晶層、　１２４－１：第１の配向膜、　１２４－２：第２の配向膜、　１２５：シール材、　１３０：光学弾性樹脂層、　３１０：第１の偏光成分、　３２０：第２の偏光成分

Claims (20)

  1. 　積層された少なくとも２つの液晶セルを含む光学素子であって、
    　前記少なくとも２つの液晶セルの各々は、
    　　第１の方向に第１の透明電極と第２の透明電極とが交互に配置された第１の基板と、
    　　前記第１の方向と交差する第２の方向に第３の透明電極と第４の透明電極とが交互に配置された第２の基板と、
    　　前記第１の基板と前記第２の基板との間の液晶層と、を含み、
    　前記第２の透明電極は、前記第１の方向に屈曲する第１の屈曲部を含み、
    　前記第４の透明電極は、前記第２の方向に屈曲する第２の屈曲部を含む、光学素子。
  2. 　前記第２の方向は、前記第１の方向と直交する、請求項１に記載の光学素子。
  3. 　前記第２の透明電極は、くの字形状を有する、請求項１または請求項２に記載の光学素子。
  4. 　前記第１の透明電極を介して隣接する一対の前記第２の透明電極は、前記第１の透明電極の延在方向を軸として線対称に設けられている、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の光学素子。
  5. 　前記第１の透明電極を介して隣接する一対の前記第２の透明電極は、前記第１の透明電極の延在方向を軸として非対称に設けられている、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の光学素子。
  6. 　前記第１の透明電極を介して隣接する一対の前記第２の透明電極は、前記第１の屈曲部の数が異なる、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の光学素子。
  7. 　前記第１の基板と前記第２の基板との間の基板間距離ｄと、前記第１の透明電極と前記第２の透明電極との第１の最大ピッチｐ１とは、ｄ／ｐ１≧１を満たす、請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の光学素子。
  8. 　ｄ／ｐ１≧２を満たす、請求項７に記載の光学素子。
  9. 　前記第１の最大ピッチｐ１と、前記第１の透明電極と前記第２の透明電極との間の第１の最大電極間距離ｂ１とは、ｐ１／２≦ｂ１を満たす、請求項７または請求項８に記載の光学素子。
  10. 　前記基板間距離ｄと、前記第３の透明電極と前記第４の透明電極との第２の最大ピッチｐ２は、ｄ／ｐ２≧１を満たす、請求項７乃至請求項９のいずれか一項に記載の光学素子。
  11. 　ｄ／ｐ２≧２を満たす、請求項１０に記載の光学素子。
  12. 　前記第２の最大ピッチｐ２と、前記第３の透明電極と前記第４の透明電極との間の第２の最大電極間距離ｂ２とは、ｐ２／２≦ｂ２を満たす、請求項１０または請求項１１に記載の光学素子。
  13. 　複数の前記第２の透明電極の形状は互いに異なり、
    　前記第１の透明電極と前記第２の透明電極との第１の最大ピッチｐ１と、前記第１の基板と前記第２の基板との間の基板間距離ｄと、前記第１の透明電極および前記第２の透明電極の各々の幅ａ１と、所定の設定値ｂｓとは、ａ１＋ｂｓ＜ｐ１≦ｄを満たす、請求項１または請求項２に記載の光学素子。
  14. 　ａ１＋ｂｓ＜ｐ１≦ｄ／２を満たす、請求項１３に記載の光学素子。
  15. 　前記第１の最大ピッチｐ１と、前記第１の透明電極と前記第２の透明電極との間の第１の最大電極間距離ｂ１とは、ｐ１／２≦ｂ１を満たす、請求項１３または請求項１４に記載の光学素子。
  16. 　複数の前記第４の透明電極の形状は互いに異なり、
    　前記第３の透明電極と前記第４の透明電極との第２の最大ピッチｐ２と、前記基板間距離ｄと、前記第３の透明電極および前記第４の透明電極の各々の幅ａ２と、前記所定の設定値ｂｓとは、ａ２＋ｂｓ＜ｐ２≦ｄを満たす、請求項１３乃至請求項１５のいずれか一項に記載の光学素子。
  17. 　ａ２＋ｂｓ＜ｐ２≦ｄ／２を満たす、請求項１６に記載の光学素子。
  18. 　前記第２の最大ピッチｐ２と、前記第３の透明電極と前記第４の透明電極との間の第２の最大電極間距離ｂ２とは、ｐ２／２≦ｂ２を満たす、請求項１６または請求項１７に記載の光学素子。
  19. 　前記少なくとも２つの液晶セルは、第１の液晶セルおよび第２の液晶セルを含み、
    　前記第１の液晶セルの前記第１の屈曲部は、前記第２の液晶セルの前記第１の屈曲部と重畳せず、
    　前記第１の液晶セルの前記第２の屈曲部は、前記第２の液晶セルの前記第２の屈曲部と重畳しない、請求項１に記載の光学素子。
  20. 　前記少なくとも２つの液晶セルは、第１の液晶セルおよび第２の液晶セルを含み、
    　前記第１の液晶セルの前記第１の透明電極の延在方向と前記第２の液晶セルの前記第１の透明電極の延在方向とのなす角αは、０度より大きく、かつ、４度以下である、請求項１乃至請求項１９のいずれか一項に記載の光学素子。
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