WO2022176436A1

WO2022176436A1 - 偏光変換素子

Info

Publication number: WO2022176436A1
Application number: PCT/JP2022/000572
Authority: WO
Inventors: 駿一木村; 寿治松島
Original assignee: 株式会社ジャパンディスプレイ
Priority date: 2021-02-19
Filing date: 2022-01-11
Publication date: 2022-08-25
Also published as: JPWO2022176436A1; US20230408873A1

Abstract

実施形態の目的は、面内で所望の方向に偏光軸を有する光を透過する偏光変換素子を提供することにある。　一実施形態によれば、偏光変換素子は、第１透明基板と、第１配線及び第２配線と、前記第１配線及び前記第２配線と接する透明な平面電極と、前記平面電極を覆う第１絶縁膜と、前記第１絶縁膜上に配置され同一方向に延出した複数の第１帯電極を有する制御電極と、前記制御電極を覆う第１配向膜と、を備えた第１基板と、第２透明基板と、第２配向膜と、を備えた第２基板と、前記第１基板と前記第２基板との間に配置された液晶層と、を備え、前記第１配向膜の配向処理方向、及び、前記第２配向膜の配向処理方向は、互いに平行であり、且つ、前記第１帯電極の延出方向とは交差し、前記制御電極は、平面視で前記平面電極に重畳し、前記第１配線の印加電圧は、前記第２配線の印加電圧よりも高くなるように構成され、前記平面電極は、電圧勾配を有するように構成されている。

Description

偏光変換素子

　本発明の実施形態は、偏光変換素子に関する。

　近年、ヘッドアップディスプレイ装置が種々提案されている。一例として、表示器と、表示器から出射された表示光を反射する反射面を有するコンバイナと、を備えた表示装置が提案されている。このような表示装置においては、例えば反射面の形状などに応じて、表示光の偏光軸を面内で回転させることが要求される。

特開２０１８－３０５２２号公報

　実施形態の目的は、面内で所望の方向に偏光軸を有する光を透過する偏光変換素子を提供することにある。

　一実施形態によれば、偏光変換素子は、　
　第１内面及び第１外面を有する第１透明基板と、前記第１内面に配置された第１配線及び第２配線と、前記第１配線及び前記第２配線と接する透明な平面電極と、前記平面電極を覆う第１絶縁膜と、前記第１絶縁膜上に配置され同一方向に延出した複数の第１帯電極を有する制御電極と、前記制御電極を覆う第１配向膜と、を備えた第１基板と、第２内面及び第２外面を有する第２透明基板と、前記第２内面に配置された第２配向膜と、を備えた第２基板と、前記第１基板と前記第２基板との間に配置された液晶層と、を備え、前記第１配向膜の配向処理方向、及び、前記第２配向膜の配向処理方向は、互いに平行であり、且つ、前記第１帯電極の延出方向とは交差し、前記制御電極は、平面視で前記平面電極に重畳し、前記第１配線の印加電圧は、前記第２配線の印加電圧よりも高くなるように構成され、前記平面電極は、電圧勾配を有するように構成されている。

　一実施形態によれば、面内で所望の方向に偏光軸を有する光を透過する偏光変換素子を提供することができる。

図１は、偏光変換素子１の一構成例を示す断面図である。図２は、図１に示した第１基板ＳＵＢ１の一構成例を示す平面図である。図３は、平面電極ＰＥの電圧勾配の一例を説明するための図である。図４は、平面電極ＰＥの電圧勾配の他の例を説明するための図である。図５は、平面電極ＰＥと制御電極ＣＥとの間に電位差が生じていないオフ状態における液晶分子ＬＭの配向状態を示している。図６は、平面電極ＰＥと制御電極ＣＥとの間に電位差が生じたオン状態における液晶分子ＬＭの配向状態を示している。図７は、オン状態での偏光変換素子１の作用を説明するための図である。図８は、オフ時の液晶分子ＬＭ１の配向状態を示す図である。図９は、制御例１の液晶分子ＬＭ１の配向状態を示す図である。図１０は、制御例２の液晶分子ＬＭ１の配向状態を示す図である。図１１は、制御例３の液晶分子ＬＭ１の配向状態を示す図である。図１２は、偏光変換素子１の第１方向Ｘに沿った位置と光ＬＯの偏光角度との関係を示す図である。図１３は、図１に示した偏光変換素子１の一構成例を示す平面図である。図１４は、オン状態における液晶分子ＬＭの配向状態を示している。図１５は、オン状態での偏光変換素子１の作用を説明するための図である。図１６は、オフ時の液晶分子ＬＭ１の配向状態を示す図である。図１７は、制御例４の液晶分子ＬＭ１の配向状態を示す図である。図１８は、制御例５の液晶分子ＬＭ１の配向状態を示す図である。図１９は、偏光変換素子１の第１方向Ｘに沿った位置と光ＬＯの偏光角度との関係を示す図である。図２０は、図１に示した偏光変換素子１の一構成例を示す平面図である。図２１は、オン状態における液晶分子ＬＭの配向状態を示している。図２２は、オフ時の液晶分子ＬＭ１の配向状態を示す図である。図２３は、制御例６の液晶分子ＬＭ１の配向状態を示す図である。図２４は、制御例７の液晶分子ＬＭ１の配向状態を示す図である。図２５は、制御例８の液晶分子ＬＭ１の配向状態を示す図である。図２６は、図１に示した偏光変換素子１の一構成例を示す平面図である。図２７は、オン状態における液晶分子ＬＭの配向状態を示している。図２８は、オフ時の液晶分子ＬＭ１の配向状態を示す図である。図２９は、制御例９の液晶分子ＬＭ１の配向状態を示す図である。図３０は、制御例１０の液晶分子ＬＭ１の配向状態を示す図である。

　以下、本実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、開示はあくまで一例に過ぎず、当業者において、発明の主旨を保っての適宜変更について容易に想到し得るものについては、当然に本発明の範囲に含有されるものである。また、図面は、説明をより明確にするため、実際の態様に比べて、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同一又は類似した機能を発揮する構成要素には同一の参照符号を付し、重複する詳細な説明を適宜省略することがある。

　図１は、偏光変換素子１の一構成例を示す断面図である。なお、図示した偏光変換素子１の断面図において、第１方向Ｘ、第２方向Ｙ、及び、第３方向Ｚは、互いに直交しているが、９０度以外の角度で互いに交差していてもよい。第１方向Ｘ及び第２方向Ｙは、例えば偏光変換素子１に含まれる基板に平行な方向に相当し、また、第３方向Ｚは、偏光変換素子１の厚さ方向に相当する。

　偏光変換素子１は、例えば液晶素子であり、第１基板ＳＵＢ１と、第２基板ＳＵＢ２と、液晶層ＬＣと、を備えている。液晶層ＬＣは、第１基板ＳＵＢ１と第２基板ＳＵＢ２との間に保持され、シールＳＥによって封止されている。ここで説明する偏光変換素子１は、一例として、基板主面に沿った電界Ｅ１によって液晶層ＬＣを駆動し、液晶層ＬＣに含まれる液晶分子ＬＭの配向状態を制御するものである。ここでの基板主面とは、第１方向Ｘ及び第２方向Ｙによって規定されるＸ－Ｙ平面に相当する。

　第１基板ＳＵＢ１は、第２基板ＳＵＢ２の前面側に位置している。第１基板ＳＵＢ１は、第１透明基板１０と、第１配線Ｌ１及び第２配線Ｌ２を含む複数の配線と、第１絶縁膜１１と、第２絶縁膜１２と、平面電極ＰＥと、制御電極ＣＥと、第１配向膜ＡＬ１と、を備えている。

　第１透明基板１０は、Ｘ－Ｙ平面とほぼ平行な第１内面１０Ａ及び第１外面１０Ｂを有している。第１配線Ｌ１及び第２配線Ｌ２を含む各配線は、第１内面１０Ａに配置されている。図１に示す例では、第２絶縁膜１２は、第１内面１０Ａに配置され、各配線まで貫通したコンタクトホールＣＨを有している。但し、第２絶縁膜１２は、省略されてもよい。

　平面電極ＰＥは、第２絶縁膜１２の表面に配置され、且つ、第２絶縁膜１２に接している。また、平面電極ＰＥは、コンタクトホールＣＨにおいて第１配線Ｌ１及び第２配線Ｌ２等の配線に接している。第２絶縁膜１２が省略された場合、平面電極ＰＥは、第１内面１０Ａに配置され、各配線と接する。後述するが、第１配線Ｌ１は、第２配線Ｌ２とは異なる電圧が印加されるように構成されており、これにより、平面電極ＰＥには電圧勾配を形成することができる。
　第１絶縁膜１１は、平面電極ＰＥを覆っている。制御電極ＣＥは、第１絶縁膜１１の表面に配置され、且つ、第１絶縁膜１１に接している。第１配向膜ＡＬ１は、制御電極ＣＥを覆っている。

　第２基板ＳＵＢ２は、第２透明基板２０と、第２配向膜ＡＬ２と、を備えている。第２透明基板２０は、Ｘ－Ｙ平面とほぼ平行な第２内面２０Ａ及び第２外面２０Ｂを有している。第２配向膜ＡＬ２は、第２内面２０Ａに配置されている。第１配向膜ＡＬ１及び第２配向膜ＡＬ２は、液晶層ＬＣに接触している。

　第２透明基板２０の第２外面２０Ｂには、帯電防止層３０が配置されている。帯電防止層３０は、透明な導電膜である。

　第１透明基板１０及び第２透明基板２０は、例えばガラス基板や樹脂基板などの絶縁基板である。また、第１透明基板１０及び第２透明基板２０は、可撓性を有していてもよい。第１絶縁膜１１及び第２絶縁膜１２は、例えばシリコン酸化物などの透明な無機絶縁膜である。

　制御電極ＣＥ及び帯電防止層３０は、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）やインジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）などの透明導電材料によって形成された透明電極である。第１配線Ｌ１及び第２配線Ｌ２を含む各配線は、ＩＴＯなどの透明導電材料によって形成されてもよいし、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）などの金属材料によって形成されてもよい。なお、平面電極ＰＥに接する配線数は、２本に限らず、３本以上であってもよい。また、これらの配線が金属材料によって形成される場合には、不所望な反射を抑制する観点、あるいは、透過率の低下を抑制する観点で、配線幅が小さいことが望ましい。

　平面電極ＰＥは、制御電極ＣＥとは異なる材料（あるいは制御電極ＣＥよりも高抵抗の材料）によって形成された透明電極である。しかも、平面電極ＰＥは、第１配線Ｌ１及び第２配線Ｌ２を含む各配線の配線抵抗の１００倍以上のシート抵抗を有するように形成されている。
　一例では、平面電極ＰＥは、ＩＧＺＯなどのインジウム系酸化物、ＺｎＯなどの金属酸化物によって形成された高抵抗導電膜である。これらの材料によって形成された平面電極ＰＥを高抵抗化するためには、平面電極ＰＥは、シリコン酸化物などの酸素供給能力を有する絶縁膜と接することが望ましい。このため、図１に示す例では、平面電極ＰＥに接する第１絶縁膜１１及び第２絶縁膜１２は、シリコン酸化物によって形成されることが望ましい。

　液晶層ＬＣは、例えば負の誘電率異方性を有するネガ型液晶材料によって構成されているが、後述するように、正の誘電率異方性を有するポジ型液晶材料によって構成されていてもよい。

　第１配向膜ＡＬ１及び第２配向膜ＡＬ２は、Ｘ－Ｙ平面に略平行な配向規制力を有する水平配向膜である。第１配向膜ＡＬ１の配向処理方向ＡＤ１、及び、第２配向膜ＡＬ２の配向処理方向ＡＤ２は、互いにほぼ平行である。ここでの配向処理とは、ラビング処理であってもよいし、光配向処理であってもよい。液晶分子ＬＭは、制御電極ＣＥと平面電極ＰＥとの間に電位差が生じていないオフ状態では、配向処理方向ＡＤ１及びＡＤ２に沿って初期配向している。

　このような偏光変換素子１において、帯電防止層３０は直線偏光ＬＩの入射面を有し、第１外面１０Ｂは直線偏光（あるいは楕円偏光）Ｌ１の出射面に相当する。配向処理方向ＡＤ１及びＡＤ２、あるいは、Ｘ－Ｙ平面における液晶分子ＬＭの初期配向方向は、直線偏光ＬＩの偏光軸と平行である。

　直線偏光ＬＩが透過する有効領域ＡＡにおいて、制御電極ＣＥは第１絶縁膜１１を介して平面電極ＰＥに重畳している。
　平面電極ＰＥは、有効領域ＡＡのほぼ全域に亘って配置された単一の電極であり、スリット等を有していないシート状電極である。制御電極ＣＥは、有効領域ＡＡのほぼ全域に亘って配置された単一の電極であり、複数の帯電極（あるいは、複数のスリット）を有する櫛歯電極である。制御電極ＣＥの詳細については後述する。

　制御電極ＣＥ及び平面電極ＰＥは、第１基板ＳＵＢ１の近傍において液晶層ＬＣに所定の駆動電圧を印加するように制御される。制御電極ＣＥと平面電極ＰＥとの間に電位差が生じたオン状態では、制御電極ＣＥと平面電極ＰＥとの間に電界Ｅ１が形成される。電界Ｅ１は、液晶層ＬＣに作用し、第１基板ＳＵＢ１の近傍の液晶分子ＬＭが初期配向方向とは異なる方向に配向する。一方で、第２基板ＳＵＢ２の近傍の液晶分子ＬＭは、初期配向状態に維持される。

　このため、液晶層ＬＣの一部の領域において、第３方向Ｚに並ぶ複数の液晶分子ＬＭは、図１に示すようなツイスト配向している。液晶層ＬＣのうち、ツイスト配向した液晶分子ＬＭを含む領域は、直線偏光の偏光軸を回転させる旋光能を有している。

　このような偏光変換素子１を備えた表示装置においては、例えば、偏光変換素子１の背面側に、点線で示す表示パネルＰＮＬが配置される。つまり、表示パネルＰＮＬ及び偏光変換素子１は、第３方向Ｚにおいて対向している。第２基板ＳＵＢ２は、表示パネルＰＮＬと第１基板ＳＵＢ１との間に位置している。表示パネルＰＮＬは、例えば偏光板を備え、第２基板ＳＵＢ２に向けて、直線偏光ＬＩを出射する。偏光変換素子１は、入射光である直線偏光ＬＩの偏光軸が所望の角度に回転した直線偏光（あるいは楕円偏光）Ｌ１を出射する。

　　《第１実施形態》　
　図２は、図１に示した第１基板ＳＵＢ１の一構成例を示す平面図である。
　平面電極ＰＥは、シールＳＥで囲まれた内側の有効領域ＡＡに配置されている。
　第１配線Ｌ１及び第２配線Ｌ２は、それぞれ第２方向Ｙに沿って延出し、第１方向Ｘに並んでいる。第１配線Ｌ１は、有効領域ＡＡのうちの第１方向Ｘに沿った一端側（図の左側）に位置し、コンタクトホールＣＨにおいて平面電極ＰＥと接している。第２配線Ｌ２は、有効領域ＡＡのうちの第１方向Ｘに沿った他端側（図の右側）に位置し、コンタクトホールＣＨにおいて平面電極ＰＥと接している。第１配線Ｌ１及び第２配線Ｌ２は、それぞれシールＳＥの外側に引き出され、それぞれ所定の電圧が印加されるように構成されている。

　なお、ここでは、平面電極ＰＥと接続される配線として、第１配線Ｌ１及び第２配線Ｌ２を図示したが、第１配線Ｌ１と第２配線Ｌ２との間に他の配線が配置されてもよい。つまり、平面電極ＰＥと接続される配線は、３本以上であってもよい。

　点線で示す制御電極ＣＥは、平面電極ＰＥに重畳している。制御電極ＣＥは、複数の第１帯電極Ｃ１１と、帯状の共通電極ＣＣ１１及びＣＣ１２と、を有している。共通電極ＣＣ１１及びＣＣ１２の各々は、第１方向Ｘに延出し、第２方向Ｙにおいて間隔をおいて並んでいる。複数の第１帯電極Ｃ１１は、共通電極ＣＣ１１と共通電極ＣＣ１２との間に位置し、第１方向Ｘに間隔をおいて並んでいる。第１帯電極Ｃ１１の一端側は、共通電極ＣＣ１１に接続されている。第１帯電極Ｃ１１の他端側は、共通電極ＣＣ１２に接続されている。

　複数の第１帯電極Ｃ１１は、同一方向に延出している。第２方向Ｙを基準方向としたとき、第１帯電極Ｃ１１の延出方向ＥＸ１は、第２方向Ｙに対して反時計回りに鋭角のなす角度θ１で交差している。第１帯電極Ｃ１１の各々は、共通電極ＣＣ１１及びＣＣ１２に対して９０度とは異なる角度で交差している。一例では、なす角度θ１は、４５°より小さく、直線偏光を維持する観点では１０°以下であることが好ましく、Ｘ－Ｙ平面において偏光軸を回転させる角度の最大値に設定される。

　図３は、平面電極ＰＥの電圧勾配の一例を説明するための図である。
　図３に示す例では、第１配線Ｌ１の印加電圧Ｖ１は、第２配線Ｌ２の印加電圧Ｖ２よりも高くなるように設定されている（Ｖ１＞Ｖ２）。この場合、平面電極ＰＥの面内での電圧分布に着目すると、平面電極ＰＥは、第１配線Ｌ１と接する位置から第２配線Ｌ２と接する位置に向かって電圧が次第に低下するような電圧勾配を有している。

　一例では、印加電圧Ｖ１は５Ｖであり、印加電圧Ｖ２は０Ｖである。平面電極ＰＥにおいて、第１配線Ｌ１と接する位置付近の電圧が５Ｖとなり、第２配線Ｌ２と接する位置付近の電圧が０Ｖとなり、第１配線Ｌ１と第２配線Ｌ２との間において、５Ｖから０Ｖの電圧勾配が形成される。

　図４は、平面電極ＰＥの電圧勾配の他の例を説明するための図である。
　図４に示す例は、図３に示す例と比較して、平面電極ＰＥに接する配線数が多い点で相違している。図４に示す例では、５本の配線Ｌ１１乃至Ｌ１５が平面電極ＰＥに接している。平面電極ＰＥのうち、隣り合う配線の間の領域、例えば、配線Ｌ１１と配線Ｌ１２との間の領域ＰＥＡは、長方形状に形成されている。

　このような例においては、配線Ｌ１１と接する位置から配線Ｌ１３と接する位置に向かって電圧が次第に低下するような電圧勾配と、配線Ｌ１３と接する位置から配線Ｌ１５と接する位置に向かって電圧が次第に増加するような電圧勾配とを形成することができる。

　一例では、配線Ｌ１１乃至Ｌ１５は等間隔で並び、配線Ｌ１１の印加電圧Ｖ１１は５Ｖであり、配線Ｌ１２の印加電圧Ｖ１２は２．５Ｖであり、配線Ｌ１３の印加電圧Ｖ１３は０Ｖであり、配線Ｌ１４の印加電圧Ｖ１４は２．５Ｖであり、配線Ｌ１５の印加電圧Ｖ１５は５Ｖである。

　平面電極ＰＥにおいて、配線Ｌ１１と接する位置付近の電圧が５Ｖとなり、配線Ｌ１２と接する位置付近の電圧が２．５Ｖとなり、配線Ｌ１３と接する位置付近の電圧が０Ｖとなり、配線Ｌ１１と配線Ｌ１３との間において、５Ｖから０Ｖの電圧勾配が形成される。また、平面電極ＰＥにおいて、配線Ｌ１４と接する位置付近の電圧が２．５Ｖとなり、配線Ｌ１５と接する位置付近の電圧が５Ｖとなり、配線Ｌ１３と配線Ｌ１５との間において、０Ｖから５Ｖの電圧勾配が形成される。

　図４に示す例のように、平面電極ＰＥに接する配線数が多いほど、平面電極ＰＥの電圧勾配をより細かく制御することができる。なお、配線Ｌ１１乃至Ｌ１５の各々の印加電圧については、図示した例に限らず、平面電極ＰＥにおいて種々の電圧勾配を形成することができる。

　図５及び図６は、図２に示した第１基板ＳＵＢ１を備える偏光変換素子１における液晶分子ＬＭの配向状態を説明するための図である。なお、ここでは、第２基板ＳＵＢ２の図示を省略し、平面視において、第３方向Ｚに並ぶ複数の液晶分子ＬＭの配向状態を示している。複数の液晶分子ＬＭとして、第１基板ＳＵＢ１の近傍（あるいは第１配向膜ＡＬ１の近傍）の液晶分子ＬＭ１と、第２基板ＳＵＢ２の近傍（あるいは第２配向膜ＡＬ２の近傍）の液晶分子ＬＭ２と、液晶分子ＬＭ１と液晶分子ＬＭ２との間（液晶層ＬＣの中間層）に位置する液晶分子ＬＭ３と、を図示している。

　図５は、平面電極ＰＥと制御電極ＣＥとの間に電位差が生じていないオフ状態における液晶分子ＬＭの配向状態を示している。制御電極ＣＥの第１帯電極Ｃ１１は、第１配線Ｌ１に近接する第１領域Ａ１、及び、第２配線Ｌ２に近接する第２領域Ａ２を含む有効領域ＡＡのほぼ全域に重畳している。
　有効領域ＡＡのほぼ全域おいて、液晶分子ＬＭ１乃至ＬＭ３は、配向処理方向ＡＤ１及びＡＤ２に沿って初期配向している。第２方向Ｙを基準方向としたとき、配向処理方向ＡＤ１及びＡＤ２は、第２方向Ｙに対して時計回りに鋭角のなす角度θ２で交差し、しかも、第１帯電極Ｃ１１の延出方向ＥＸ１と交差している。なす角度θ２は、第１帯電極Ｃ１１の延出方向ＥＸ１と第２方向Ｙとのなす角度θ１とほぼ同一である。

　図６は、平面電極ＰＥと制御電極ＣＥとの間に電位差が生じたオン状態における液晶分子ＬＭの配向状態を示している。第１配線Ｌ１の印加電圧は第２配線Ｌ２の印加電圧よりも高く、平面電極ＰＥは図示したような電圧勾配を有している。

　このとき、第１領域Ａ１の平面電極ＰＥと制御電極ＣＥとの間の電位差は、第２領域Ａ２の平面電極ＰＥと制御電極ＣＥとの間の電位差よりも大きい。一例では、第２領域Ａ２の平面電極ＰＥと制御電極ＣＥとの間の電位差は、ほぼゼロである。このため、第１基板ＳＵＢ１の近傍の液晶分子ＬＭ１に着目すると、第２領域Ａ２の液晶分子ＬＭ１はほぼ初期配向状態に維持されているのに対して、第１領域Ａ１の液晶分子ＬＭ１は初期配向方向とは異なる方向に配向している。

　液晶分子ＬＭ１は、ネガ型であり、第１帯電極Ｃ１１と平面電極ＰＥとの間の電界に交差するように配向する。したがって、第１領域Ａ１の液晶分子ＬＭ１を駆動するための最大電圧が印加された場合に、液晶分子ＬＭ１は、Ｘ－Ｙ平面において、その長軸が第１帯電極Ｃ１１の延出方向ＥＸ１にほぼ平行となるように配向する。

　Ｘ－Ｙ平面において、オフ状態での液晶分子ＬＭ１の長軸とオン状態での液晶分子ＬＭ１の長軸とのなす角度を変位角として定義すると、第１領域Ａ１の液晶分子ＬＭ１の変位角は最大となり、第２領域Ａ２の液晶分子ＬＭ１の変位角は最小となる。

　平面電極ＰＥは、上記の通り、第１配線Ｌ１の側から第２配線Ｌ２の側に向かって次第に電圧が低下するような電圧勾配を有している。このため、平面電極ＰＥと制御電極ＣＥとの間の電位差は、第１領域Ａ１から第２領域Ａ２に向かって次第に低下する。したがって、液晶分子ＬＭ１の変位角は、第１領域Ａ１から第２領域Ａ２に向かって次第に低下する。

　一方で、第２基板ＳＵＢ２の近傍の液晶分子ＬＭ２は、第１領域Ａ１及び第２領域Ａ２を含む有効領域ＡＡのほぼ全域において、ほぼ初期配向状態に維持されている。

　このため、各領域では、第３方向Ｚに沿って並んだ液晶分子ＬＭは、各々の長軸が第２基板ＳＵＢ２から第１基板ＳＵＢ１に向かって反時計回りにツイスト配向している。
　Ｘ－Ｙ平面において、液晶分子ＬＭ１の長軸と液晶分子ＬＭ２の長軸とのなす角度をツイスト角として定義すると、第１領域Ａ１のツイスト角は、第２領域Ａ２のツイスト角より大きい。また、第１領域Ａ１のツイスト角は最大となり、第２領域Ａ２のツイスト角は最小となる。ツイスト角は、第１領域Ａ１から第２領域Ａ２に向かって次第に低下する。

　図７は、オン状態での偏光変換素子１の作用を説明するための図である。図７においては、説明に必要な構成のみを図示している。

　図７に示す例では、偏光変換素子１への入射光は、配向処理方向ＡＤ１及びＡＤ２（あるいは液晶分子の初期配向方向）に平行な偏光軸を有する直線偏光ＬＩである。偏光軸は、丸で囲んだ矢印で示している。偏光変換素子１からの出射光は、偏光変換素子１の透過領域に応じて異なる偏光軸を有する光ＬＯである。光ＬＯは、直線偏光あるいは楕円偏光である。

　第２領域Ａ２では、液晶分子ＬＭ１の長軸は、配向処理方向ＡＤ１にほぼ平行である。このため、第２領域Ａ２を透過した光ＬＯの偏光軸は、配向処理方向ＡＤ１等にほぼ平行であり、直線偏光ＬＩの偏光状態を維持している。

　第１領域Ａ１では、液晶分子ＬＭ１の長軸は、第１帯電極Ｃ１１の延出方向ＥＸ１にほぼ平行である。このため、第１領域Ａ１を透過した光ＬＯの偏光軸は、延出方向ＥＸ１にほぼ平行である。また、第１領域Ａ１を透過した光ＬＯの偏光軸は、第２領域Ａ２を透過した光ＬＯの偏光軸と、第２方向Ｙに関して、線対称である。

　第１領域Ａ１と第２領域Ａ２とのほぼ中間に位置する第３領域Ａ３では、液晶分子ＬＭ１の長軸は、第２方向Ｙにほぼ平行である。このため、第３領域Ａ３を透過した光ＬＯの偏光軸は、第２方向Ｙにほぼ平行である。

　つまり、偏光変換素子１からの出射光である光ＬＯの偏光軸は、オン状態の液晶分子ＬＭ１の長軸にほぼ平行である。したがって、このような偏光変換素子１によれば、Ｘ－Ｙ平面内で、所望の方向に偏光軸を有する光ＬＯを出射することができる。

　次に、偏光変換素子１のいくつかの制御例について説明する。なお、以下の制御例で説明する各配線の印加電圧は一例であって、これに限定されるものではない。

　図８は、オフ時の液晶分子ＬＭ１の配向状態を示す図である。
　５本の配線Ｌ１１乃至Ｌ１５は、それぞれ平面電極ＰＥに接している。配線Ｌ１１乃至Ｌ１５は、第１方向Ｘに沿って等間隔で並んでいる。配線Ｌ１３は、配線Ｌ１１と配線Ｌ１５との間のほぼ中間に位置している。
　配線Ｌ１１乃至Ｌ１５のそれぞれの印加電圧は０Ｖである。このとき、制御電極ＣＥと平面電極ＰＥとの間に電位差が形成されず、液晶分子ＬＭ１は、それぞれ配向処理方向ＡＤ１及びＡＤ２に沿って初期配向している。

　図９は、制御例１の液晶分子ＬＭ１の配向状態を示す図である。
　配線Ｌ１１の印加電圧は８Ｖであり、配線Ｌ１２の印加電圧は６Ｖであり、配線Ｌ１３の印加電圧は４Ｖであり、配線Ｌ１４の印加電圧は２Ｖであり、配線Ｌ１５の印加電圧は０Ｖである。

　これにより、平面電極ＰＥにおいて、配線Ｌ１１と接する位置付近の電圧が８Ｖとなり、配線Ｌ１１と配線Ｌ１２との間の電圧が７Ｖとなり、配線Ｌ１２と接する位置付近の電圧が６Ｖとなり、配線Ｌ１２と配線Ｌ１３との間の電圧が５Ｖとなり、配線Ｌ１３と接する位置付近の電圧が４Ｖとなり、配線Ｌ１３と配線Ｌ１４との間の電圧が３Ｖとなり、配線Ｌ１４と接する位置付近の電圧が２Ｖとなり、配線Ｌ１４と配線Ｌ１５との間の電圧が１Ｖとなり、配線Ｌ１５と接する位置付近の電圧が０Ｖとなり、平面電極ＰＥの電圧勾配が形成される。

　制御電極ＣＥと平面電極ＰＥとの間に電位差は、配線Ｌ１１から配線Ｌ１５に向かって次第に低下する。制御電極ＣＥの印加電圧が０Ｖの場合、配線Ｌ１５に重畳する領域の電位差は０Ｖである。

　これにより、液晶分子ＬＭ１のうち、配線Ｌ１１付近の液晶分子ＬＭ１１は第１帯電極Ｃ１１に沿って配向し、配線Ｌ１５付近の液晶分子ＬＭ１５は初期配向状態に維持され、配線Ｌ１３付近の液晶分子ＬＭ１３は第２方向Ｙに沿って配向している。液晶分子ＬＭ１１及びＬＭ１５は、液晶分子ＬＭ１３を基準として、線対称に配向している。

　図１０は、制御例２の液晶分子ＬＭ１の配向状態を示す図である。
　配線Ｌ１１の印加電圧は８Ｖであり、配線Ｌ１２の印加電圧は６．５Ｖであり、配線Ｌ１３の印加電圧は５Ｖであり、配線Ｌ１４の印加電圧は３．５Ｖであり、配線Ｌ１５の印加電圧は２Ｖである。

　これにより、平面電極ＰＥにおいて、配線Ｌ１１と接する位置付近の電圧が８Ｖとなり、配線Ｌ１１と配線Ｌ１２との間の電圧が７.２５Ｖとなり、配線Ｌ１２と接する位置付近の電圧が６.５Ｖとなり、配線Ｌ１２と配線Ｌ１３との間の電圧が５.７５Ｖとなり、配線Ｌ１３と接する位置付近の電圧が５Ｖとなり、配線Ｌ１３と配線Ｌ１４との間の電圧が４．２５Ｖとなり、配線Ｌ１４と接する位置付近の電圧が３．５Ｖとなり、配線Ｌ１４と配線Ｌ１５との間の電圧が２．７５Ｖとなり、配線Ｌ１５と接する位置付近の電圧が２Ｖとなり、平面電極ＰＥの電圧勾配が形成される。

　制御電極ＣＥと平面電極ＰＥとの間に電位差は、配線Ｌ１１から配線Ｌ１５に向かって次第に低下する。制御電極ＣＥの印加電圧が０Ｖの場合、配線Ｌ１５に重畳する領域の電位差は２Ｖである。

　これにより、液晶分子ＬＭ１のうち、配線Ｌ１１付近の液晶分子ＬＭ１１は第１帯電極Ｃ１１に沿って配向し、配線Ｌ１５付近の液晶分子ＬＭ１５は初期配向方向とは異なる方向に配向し、配線Ｌ１４付近の液晶分子ＬＭ１４は第２方向Ｙに沿って配向している。配線Ｌ１３付近の液晶分子ＬＭ１３、及び、液晶分子ＬＭ１５は、液晶分子ＬＭ１４を基準として、線対称に配向している。

　図１１は、制御例３の液晶分子ＬＭ１の配向状態を示す図である。
　配線Ｌ１１の印加電圧は６Ｖであり、配線Ｌ１２の印加電圧は５Ｖであり、配線Ｌ１３の印加電圧は４Ｖであり、配線Ｌ１４の印加電圧は３Ｖであり、配線Ｌ１５の印加電圧は２Ｖである。

　これにより、平面電極ＰＥにおいて、配線Ｌ１１と接する位置付近の電圧が６Ｖとなり、配線Ｌ１１と配線Ｌ１２との間の電圧が５.５Ｖとなり、配線Ｌ１２と接する位置付近の電圧が５Ｖとなり、配線Ｌ１２と配線Ｌ１３との間の電圧が４.５Ｖとなり、配線Ｌ１３と接する位置付近の電圧が４Ｖとなり、配線Ｌ１３と配線Ｌ１４との間の電圧が３．５Ｖとなり、配線Ｌ１４と接する位置付近の電圧が３Ｖとなり、配線Ｌ１４と配線Ｌ１５との間の電圧が２．５Ｖとなり、配線Ｌ１５と接する位置付近の電圧が２Ｖとなり、平面電極ＰＥの電圧勾配が形成される。

　これにより、液晶分子ＬＭ１のうち、配線Ｌ１１付近の液晶分子ＬＭ１１は第１帯電極Ｃ１１に沿って配向し、配線Ｌ１５付近の液晶分子ＬＭ１５は初期配向方向とは異なる方向に配向し、配線Ｌ１３付近の液晶分子ＬＭ１３は第２方向Ｙに沿って配向している。但し、配線Ｌ１１の印加電圧は、図９及び図１０に示した例の印加電圧よりも低い。このため、液晶分子ＬＭ１１の変位角は、図９及び図１０に示した例の変位角よりも小さい。液晶分子ＬＭ１１及びＬＭ１５は、液晶分子ＬＭ１３を基準として、線対称に配向している。

　次に、上記の制御例１乃至３の各偏光変換素子１を透過した光ＬＯの偏光軸について説明する。

　図１２は、偏光変換素子１の第１方向Ｘに沿った位置と光ＬＯの偏光角度との関係を示す図である。横軸は、配線Ｌ１３の位置をＸ＝０としたときの偏光変換素子１の第１方向Ｘに沿った位置に相当する。縦軸は、光ＬＯの偏光角度に相当する。偏光角度は、偏光軸が第２方向Ｙに平行である場合を偏光角度＝０°として表し、第２方向Ｙに対して時計回りの角度を正（＋）の角度として表し、第２方向Ｙに対して反時計回りの角度を負（－）の角度として表している。

　制御例１によれば、図中にＡで示すように、配線Ｌ１３の位置を中心として、－α°から＋α°までの範囲の偏光角度の分布を得ることができる。αは、液晶分子ＬＭの初期配向方向、及び、第１帯電極Ｃ１１の延出方向ＥＸ１によって適宜設定することができる。つまり、－α°は図５に示したθ１に等しく、＋α°は図５に示したθ２に等しい。

　制御例２によれば、図中にＢで示すように、－α°から＋β°までの範囲の偏光角度の分布を得ることができる。但し、β°はα°より小さい角度である。また、偏光角度が０°の位置を、偏光変換素子１の中心（Ｘ＝０）とは異なる位置にずらすことができる。

　制御例３によれば、図中にＣで示すように、配線Ｌ１３の位置を中心として、－β°から＋β°までの範囲の偏光角度の分布を得ることができる。βは、液晶分子ＬＭ１に印加する電圧（あるいは配線Ｌ１１乃至Ｌ１５の印加電圧）を制御することによって適宜設定することができる。

　　《第２実施形態》　
　図１３は、図１に示した偏光変換素子１の一構成例を示す平面図である。なお、ここでは、第２基板ＳＵＢ２の図示を省略し、平面視において、第３方向Ｚに並ぶ複数の液晶分子ＬＭの配向状態を示している。複数の液晶分子ＬＭとして、第１基板ＳＵＢ１の近傍（あるいは第１配向膜ＡＬ１の近傍）の液晶分子ＬＭ１と、第２基板ＳＵＢ２の近傍（あるいは第２配向膜ＡＬ２の近傍）の液晶分子ＬＭ２と、液晶分子ＬＭ１と液晶分子ＬＭ２との間（液晶層ＬＣの中間層）に位置する液晶分子ＬＭ３と、を図示している。

　制御電極ＣＥは、平面電極ＰＥに重畳している。制御電極ＣＥは、複数の第１帯電極Ｃ１１と、複数の第２帯電極Ｃ１２と、帯状の共通電極ＣＣ１１及びＣＣ１２と、を有している。共通電極ＣＣ１１及びＣＣ１２の各々は、第１方向Ｘに延出し、第２方向Ｙにおいて間隔をおいて並んでいる。

　複数の第１帯電極Ｃ１１、及び、複数の第２帯電極Ｃ１２は、共通電極ＣＣ１１と共通電極ＣＣ１２との間に位置し、第１方向Ｘに間隔をおいて並んでいる。第１帯電極Ｃ１１及び第２帯電極Ｃ１２の一端側は、共通電極ＣＣ１１に接続されている。第１帯電極Ｃ１１及び第２帯電極Ｃ１２の他端側は、共通電極ＣＣ１２に接続されている。

　複数の第１帯電極Ｃ１１は、第１実施形態と同様に、同一方向に延出している。第２方向Ｙを基準方向としたとき、第１帯電極Ｃ１１の延出方向ＥＸ１は、第２方向Ｙに対して反時計回りに鋭角のなす角度θ１で交差している。第１帯電極Ｃ１１の各々は、共通電極ＣＣ１１及びＣＣ１２に対して９０度とは異なる角度で交差している。第１帯電極Ｃ１１は、第１領域Ａ１に重畳しているが、第２領域Ａ２には重畳していない。

　複数の第２帯電極Ｃ１２は、同一方向に延出している。但し、第２帯電極Ｃ１２は、第１帯電極Ｃ１１とは異なる方向に延出している。第２方向Ｙを基準方向としたとき、第２帯電極Ｃ１２の延出方向ＥＸ２は、第２方向Ｙに対して時計回りに鋭角のなす角度θ２で交差している。第２帯電極Ｃ１２の各々は、共通電極ＣＣ１１及びＣＣ１２に対して９０度とは異なる角度で交差している。第２帯電極Ｃ１２は、第２領域Ａ２に重畳しているが、第１領域Ａ１には重畳していない。

　一例では、なす角度θ１及びθ２は、同一角度であり、Ｘ－Ｙ平面において偏光軸を回転させる角度の最大値に設定される。つまり、第１帯電極Ｃ１１及び第２帯電極Ｃ１２は、第２方向Ｙを基準として線対称である。

　図１３に示すオフ状態では、第１領域Ａ１、第２領域Ａ２、及び、第３領域Ａ３を含む有効領域ＡＡのほぼ全域において、液晶分子ＬＭ１乃至ＬＭ３は、配向処理方向ＡＤ１及びＡＤ２に沿って初期配向している。第２方向Ｙを基準方向としたとき、配向処理方向ＡＤ１及びＡＤ２は、第２方向Ｙに平行である。
　配向処理方向ＡＤ１及びＡＤ２と第１帯電極Ｃ１１の延出方向ＥＸ１とのなす角度θ１は、配向処理方向ＡＤ１及びＡＤ２と第２帯電極Ｃ１２の延出方向ＥＸ２とのなす角度θ２と同一である。

　図１４は、オン状態における液晶分子ＬＭの配向状態を示している。第１配線Ｌ１の印加電圧、及び、第２配線Ｌ２の印加電圧は、第３配線Ｌ３の印加電圧よりも高く、平面電極ＰＥは図示したような電圧勾配を有している。

　このとき、第１領域Ａ１の平面電極ＰＥと制御電極ＣＥとの間の電位差、及び、第２領域Ａ２の平面電極ＰＥと制御電極ＣＥとの間の電位差は、第３領域Ａ３の平面電極ＰＥと制御電極ＣＥとの間の電位差よりも大きい。一例では、第３領域Ａ３の電位差は、ほぼゼロである。

　このため、第１基板ＳＵＢ１の近傍の液晶分子ＬＭ１に着目すると、第３領域Ａ３の液晶分子ＬＭ１は、ほぼ初期配向状態に維持されているのに対して、第１領域Ａ１の液晶分子ＬＭ１、及び、第２領域Ａ２の液晶分子ＬＭ１は、初期配向方向とは異なる方向に配向している。

　液晶分子ＬＭ１は、ネガ型であり、第１帯電極Ｃ１１と平面電極ＰＥとの間の電界、あるいは、第２帯電極Ｃ１２と平面電極ＰＥとの間の電界に交差するように配向する。
　したがって、第１領域Ａ１の液晶分子ＬＭ１を駆動するための最大電圧が印加された場合に、液晶分子ＬＭ１は、Ｘ－Ｙ平面において、その長軸が第１帯電極Ｃ１１の延出方向ＥＸ１にほぼ平行となるように配向する。また、第２領域Ａ２の液晶分子ＬＭ１を駆動するための最大電圧が印加された場合に、液晶分子ＬＭ１は、Ｘ－Ｙ平面において、その長軸が第２帯電極Ｃ１２の延出方向ＥＸ２にほぼ平行となるように配向する。

　第１領域Ａ１の液晶分子ＬＭ１の変位角、及び、第２領域Ａ２の液晶分子ＬＭ１の変位角は最大となり、第３領域Ａ３の液晶分子ＬＭ１の変位角は最小となる。

　平面電極ＰＥは、上記の通り、第１配線Ｌ１から第３配線Ｌ３に向かって次第に電圧が低下するような電圧勾配を有し、また、第３配線Ｌ３から第２配線Ｌ２に向かって次第に電圧が増加するような電圧勾配を有している。このため、平面電極ＰＥと制御電極ＣＥとの間の電位差は、第１領域Ａ１から第３領域Ａ３に向かって次第に低下し、また、第３領域Ａ３から第２領域Ａ２に向かって次第に増加する。したがって、液晶分子ＬＭ１の変位角は、第１領域Ａ１から第３領域Ａ３に向かって次第に低下し、また、第３領域Ａ３から第２領域Ａ２に向かって次第に増加する。

　一方で、第２基板ＳＵＢ２の近傍の液晶分子ＬＭ２は、第１領域Ａ１、第２領域Ａ２、及び、第３領域Ａ３を含む有効領域ＡＡのほぼ全域において、ほぼ初期配向状態に維持されている。
　このため、第１領域Ａ１から第３領域Ａ３までの領域では、第３方向Ｚに沿って並んだ液晶分子ＬＭは、各々の長軸が第２基板ＳＵＢ２から第１基板ＳＵＢ１に向かって反時計回りにツイスト配向している。
　また、第３領域Ａ３から第２領域Ａ２までの領域では、第３方向Ｚに沿って並んだ液晶分子ＬＭは、各々の長軸が第２基板ＳＵＢ２から第１基板ＳＵＢ１に向かって時計回りにツイスト配向している。

　第１領域Ａ１及び第２領域Ａ２のツイスト角は、第３領域Ａ３のツイスト角より大きい。また、第１領域Ａ１及び第２領域Ａ２のツイスト角は最大となり、第３領域Ａ３のツイスト角は最小となる。また、ツイスト角は、第１領域Ａ１から第３領域Ａ３に向かって次第に低下し、第３領域Ａ３から第２領域Ａ２に向かって次第に増加する。

　図１５は、オン状態での偏光変換素子１の作用を説明するための図である。図１５においては、説明に必要な構成のみを図示している。

　図１５に示す例では、偏光変換素子１への入射光は、第２方向Ｙに平行な偏光軸を有する直線偏光ＬＩである。偏光変換素子１からの出射光は、偏光変換素子１の透過領域に応じて異なる偏光軸を有する光ＬＯである。光ＬＯは、直線偏光あるいは楕円偏光である。

　第１領域Ａ１を透過した光ＬＯの偏光軸は、第１帯電極Ｃ１１の延出方向ＥＸ１にほぼ平行である。第２領域Ａ２を透過した光ＬＯの偏光軸は、第２帯電極Ｃ１２の延出方向ＥＸ２にほぼ平行である。第３領域Ａ３を透過した光ＬＯの偏光軸は、第２方向Ｙにほぼ平行であり、直線偏光ＬＩの偏光状態を維持している。第１領域Ａ１を透過した光ＬＯの偏光軸、及び、第２領域Ａ２を透過した光ＬＯの偏光軸は、第２方向Ｙに関して、線対称である。

　このような偏光変換素子１においても、Ｘ－Ｙ平面内で、所望の方向に偏光軸を有する光ＬＯを出射することができる。

　図１６は、オフ時の液晶分子ＬＭ１の配向状態を示す図である。
　配線Ｌ１１乃至Ｌ１５のそれぞれの印加電圧は０Ｖである。このとき、制御電極ＣＥと平面電極ＰＥとの間に電位差が形成されず、液晶分子ＬＭ１は、それぞれ配向処理方向ＡＤ１及びＡＤ２（あるいは第２方向Ｙ）に沿って初期配向している。

　図１７は、制御例４の液晶分子ＬＭ１の配向状態を示す図である。
　配線Ｌ１１の印加電圧は８Ｖであり、配線Ｌ１２の印加電圧は４Ｖであり、配線Ｌ１３の印加電圧は０Ｖであり、配線Ｌ１４の印加電圧は４Ｖであり、配線Ｌ１５の印加電圧は８Ｖである。

　これにより、平面電極ＰＥにおいて、配線Ｌ１１と接する位置付近の電圧が８Ｖとなり、配線Ｌ１１と配線Ｌ１２との間の電圧が６Ｖとなり、配線Ｌ１２と接する位置付近の電圧が４Ｖとなり、配線Ｌ１２と配線Ｌ１３との間の電圧が２Ｖとなり、配線Ｌ１３と接する位置付近の電圧が０Ｖとなり、配線Ｌ１３と配線Ｌ１４との間の電圧が２Ｖとなり、配線Ｌ１４と接する位置付近の電圧が４Ｖとなり、配線Ｌ１４と配線Ｌ１５との間の電圧が６Ｖとなり、配線Ｌ１５と接する位置付近の電圧が８Ｖとなり、平面電極ＰＥの電圧勾配が形成される。

　制御電極ＣＥと平面電極ＰＥとの間に電位差は、配線Ｌ１１から配線Ｌ１３に向かって次第に低下し、また、配線Ｌ１３から配線Ｌ１５に向かって次第に増加する。制御電極ＣＥの印加電圧が０Ｖの場合、配線Ｌ１３に重畳する領域の電位差は０Ｖである。

　これにより、液晶分子ＬＭ１のうち、配線Ｌ１１付近の液晶分子ＬＭ１１は第１帯電極Ｃ１１に沿って配向し、配線Ｌ１３付近の液晶分子ＬＭ１３は初期配向状態に維持されて第２方向Ｙに沿って配向し、配線Ｌ１５付近の液晶分子ＬＭ１５は第２帯電極Ｃ１２に沿って配向している。液晶分子ＬＭ１１及びＬＭ１５は、液晶分子ＬＭ１３を基準として、線対称に配向している。

　図１８は、制御例５の液晶分子ＬＭ１の配向状態を示す図である。
　配線Ｌ１１の印加電圧は４Ｖであり、配線Ｌ１２の印加電圧は２Ｖであり、配線Ｌ１３の印加電圧は０Ｖであり、配線Ｌ１４の印加電圧は２Ｖであり、配線Ｌ１５の印加電圧は４Ｖである。

　これにより、平面電極ＰＥにおいて、配線Ｌ１１と接する位置付近の電圧が４Ｖとなり、配線Ｌ１１と配線Ｌ１２との間の電圧が３Ｖとなり、配線Ｌ１２と接する位置付近の電圧が２Ｖとなり、配線Ｌ１２と配線Ｌ１３との間の電圧が１Ｖとなり、配線Ｌ１３と接する位置付近の電圧が０Ｖとなり、配線Ｌ１３と配線Ｌ１４との間の電圧が１Ｖとなり、配線Ｌ１４と接する位置付近の電圧が２Ｖとなり、配線Ｌ１４と配線Ｌ１５との間の電圧が３Ｖとなり、配線Ｌ１５と接する位置付近の電圧が４Ｖとなり、平面電極ＰＥの電圧勾配が形成される。

　これにより、液晶分子ＬＭ１のうち、配線Ｌ１１付近の液晶分子ＬＭ１１は第１帯電極Ｃ１１に沿って配向し、配線Ｌ１５付近の液晶分子ＬＭ１５は第２帯電極Ｃ１２に沿って配向し、配線Ｌ１３付近の液晶分子ＬＭ１３は第２方向Ｙに沿って配向している。但し、配線Ｌ１１の印加電圧及び配線Ｌ１５の印加電圧は、図１７に示した例の印加電圧よりも低い。このため、液晶分子ＬＭ１１及び液晶分子ＬＭ１５のそれぞれの変位角は、図１７に示した例の変位角よりも小さい。液晶分子ＬＭ１１及びＬＭ１５は、液晶分子ＬＭ１３を基準として、線対称に配向している。

　次に、上記の制御例４及び５の各偏光変換素子１を透過した光ＬＯの偏光軸について説明する。

　図１９は、偏光変換素子１の第１方向Ｘに沿った位置と光ＬＯの偏光角度との関係を示す図である。
　制御例４によれば、図中にＤで示すように、配線Ｌ１３の位置を中心として、－α°から＋α°までの範囲の偏光角度の分布を得ることができる。αは、第１帯電極Ｃ１１の延出方向ＥＸ１、及び、第２帯電極Ｃ１２の延出方向ＥＸ２によって適宜設定することができる。つまり、－α°は図１３に示したθ１に等しく、＋α°は図１３に示したθ２に等しい。
　制御例５によれば、図中にＥで示すように、配線Ｌ１３の位置を中心として、－β°から＋β°までの範囲の偏光角度の分布を得ることができる。但し、β°はα°より小さい角度である。βは、液晶分子ＬＭ１に印加する電圧（あるいは配線Ｌ１１乃至Ｌ１５の印加電圧）を制御することによって適宜設定することができる。

　上記の第１実施形態及び第２実施形態では、液晶層ＬＣがネガ型液晶材料によって構成されている場合について説明したが、以下の第３実施形態及び第４実施形態では、液晶層ＬＣがポジ型液晶材料によって構成されている場合について説明する。

　　《第３実施形態》　
　図２０は、図１に示した偏光変換素子１の一構成例を示す平面図である。なお、ここでは、第２基板ＳＵＢ２の図示を省略し、平面視において、第３方向Ｚに並ぶ複数の液晶分子ＬＭの配向状態を示している。複数の液晶分子ＬＭとして、液晶分子ＬＭ１と、液晶分子ＬＭ２と、液晶分子ＬＭ３と、を図示している。

　制御電極ＣＥは、平面電極ＰＥに重畳している。制御電極ＣＥは、複数の第１帯電極Ｃ１１と、帯状の共通電極ＣＣ１及びＣＣ２と、を有している。共通電極ＣＣ１及びＣＣ２の各々は、第２方向Ｙに延出し、第１方向Ｘにおいて間隔をおいて並んでいる。
　複数の第１帯電極Ｃ１１は、共通電極ＣＣ１と共通電極ＣＣ２との間に位置し、第２方向Ｙに間隔をおいて並び、共通電極ＣＣ１及び共通電極ＣＣ２の少なくとも一方に接続されている。

　複数の第１帯電極Ｃ１１は、同一方向に延出している。第２方向Ｙを基準方向としたとき、第１帯電極Ｃ１１の延出方向ＥＸ１は、第２方向Ｙに対して時計回りに鋭角のなす角度θ１で交差している。第１帯電極Ｃ１１の各々は、共通電極ＣＣ１及びＣＣ２に対して９０度とは異なる角度で交差している。また、第２方向Ｙを基準方向としたとき、配向処理方向ＡＤ１及びＡＤ２は、第２方向Ｙに対して時計回りに鋭角のなす角度θ２で交差している。なす角度θ２は、なす角度θ１より小さい。一例では、なす角度θ１は、４５°より大きく、直線偏光を維持する観点では８０°以上であることが好ましい。また、なす角度θ２は、４５°より小さく、直線偏光を維持する観点では１０°以下であることが好ましい。

　図２０に示すオフ状態では、図５を参照して説明したのと同様に、有効領域ＡＡのほぼ全域において、液晶分子ＬＭ１乃至ＬＭ３は、配向処理方向ＡＤ１及びＡＤ２に沿って初期配向している。

　図２１は、オン状態における液晶分子ＬＭの配向状態を示している。第１配線Ｌ１の印加電圧は第２配線Ｌ２の印加電圧よりも高く、平面電極ＰＥは図示したような電圧勾配を有している。

　このとき、第１領域Ａ１の平面電極ＰＥと制御電極ＣＥとの間の電位差は、第２領域Ａ２の平面電極ＰＥと制御電極ＣＥとの間の電位差よりも大きい。一例では、第２領域Ａ２の平面電極ＰＥと制御電極ＣＥとの間の電位差は、ほぼゼロである。
　このため、第１基板ＳＵＢ１の近傍の液晶分子ＬＭ１に着目すると、第２領域Ａ２の液晶分子ＬＭ１はほぼ初期配向状態に維持されているのに対して、第１領域Ａ１の液晶分子ＬＭ１は初期配向方向とは異なる方向に配向している。

　液晶分子ＬＭ１は、ポジ型であり、第１帯電極Ｃ１１と平面電極ＰＥとの間の電界に沿うように配向する。
　したがって、第１領域Ａ１の液晶分子ＬＭ１を駆動するための最大電圧が印加された場合に、液晶分子ＬＭ１は、Ｘ－Ｙ平面において、その長軸が第１帯電極Ｃ１１の延出方向ＥＸ１とほぼ直交するように配向する。

　第１領域Ａ１の液晶分子ＬＭ１の変位角は最大となり、第２領域Ａ２の液晶分子ＬＭ１の変位角は最小となる。

　平面電極ＰＥは、上記の通り、第１配線Ｌ１から第２配線Ｌ２に向かって次第に電圧が低下するような電圧勾配を有している。このため、平面電極ＰＥと制御電極ＣＥとの間の電位差は、第１領域Ａ１から第２領域Ａ２に向かって次第に低下する。したがって、液晶分子ＬＭ１の変位角は、第１領域Ａ１から第２領域Ａ２に向かって次第に低下する。

　このため、各領域では、第３方向Ｚに沿って並んだ液晶分子ＬＭは、各々の長軸が第２基板ＳＵＢ２から第１基板ＳＵＢ１に向かって反時計回りにツイスト配向している。
　第１領域Ａ１のツイスト角は最大となり、第２領域Ａ２のツイスト角は最小となる。また、ツイスト角は、第１領域Ａ１から第２領域Ａ２に向かって次第に低下する。つまり、液晶層ＬＣがポジ型液晶材料によって構成された第３実施形態においても、上記の第１実施形態と同様の光学作用を有する偏光変換素子１が提供される。

　図２２は、オフ時の液晶分子ＬＭ１の配向状態を示す図である。
　配線Ｌ１１乃至Ｌ１５のそれぞれの印加電圧は０Ｖである。このとき、制御電極ＣＥと平面電極ＰＥとの間に電位差が形成されず、液晶分子ＬＭ１は、それぞれ配向処理方向ＡＤ１及びＡＤ２に沿って初期配向している。

　図２３は、制御例６の液晶分子ＬＭ１の配向状態を示す図である。
　配線Ｌ１１の印加電圧は８Ｖであり、配線Ｌ１２の印加電圧は６Ｖであり、配線Ｌ１３の印加電圧は４Ｖであり、配線Ｌ１４の印加電圧は２Ｖであり、配線Ｌ１５の印加電圧は０Ｖである。これにより、平面電極ＰＥには、図示したような電圧勾配が形成される。電位勾配の詳細は、図９を参照して説明したのと同様である。

　これにより、液晶分子ＬＭ１のうち、配線Ｌ１１付近の液晶分子ＬＭ１１は第１帯電極Ｃ１１とほぼ直交するように配向し、配線Ｌ１５付近の液晶分子ＬＭ１５は初期配向状態に維持され、配線Ｌ１３付近の液晶分子ＬＭ１３は第２方向Ｙに沿って配向している。液晶分子ＬＭ１１及びＬＭ１５は、液晶分子ＬＭ１３を基準として、線対称に配向している。

　図２４は、制御例７の液晶分子ＬＭ１の配向状態を示す図である。
　配線Ｌ１１の印加電圧は８Ｖであり、配線Ｌ１２の印加電圧は６．５Ｖであり、配線Ｌ１３の印加電圧は５Ｖであり、配線Ｌ１４の印加電圧は３．５Ｖであり、配線Ｌ１５の印加電圧は２Ｖである。これにより、平面電極ＰＥには、図示したような電圧勾配が形成される。電位勾配の詳細は、図１０を参照して説明したのと同様である。

　これにより、液晶分子ＬＭ１のうち、配線Ｌ１１付近の液晶分子ＬＭ１１は第１帯電極Ｃ１１とほぼ直交するように配向し、配線Ｌ１５付近の液晶分子ＬＭ１５は初期配向方向とは異なる方向に配向し、配線Ｌ１４付近の液晶分子ＬＭ１４は第２方向Ｙに沿って配向している。配線Ｌ１３付近の液晶分子ＬＭ１３、及び、液晶分子ＬＭ１５は、液晶分子ＬＭ１４を基準として、線対称に配向している。

　図２５は、制御例８の液晶分子ＬＭ１の配向状態を示す図である。
　配線Ｌ１１の印加電圧は６Ｖであり、配線Ｌ１２の印加電圧は５Ｖであり、配線Ｌ１３の印加電圧は４Ｖであり、配線Ｌ１４の印加電圧は３Ｖであり、配線Ｌ１５の印加電圧は２Ｖである。これにより、平面電極ＰＥには、図示したような電圧勾配が形成される。電位勾配の詳細は、図１１を参照して説明したのと同様である。

　これにより、液晶分子ＬＭ１のうち、配線Ｌ１１付近の液晶分子ＬＭ１１は第１帯電極Ｃ１１と交差するように配向し、配線Ｌ１５付近の液晶分子ＬＭ１５は初期配向方向とは異なる方向に配向し、配線Ｌ１３付近の液晶分子ＬＭ１３は第２方向Ｙに沿って配向している。但し、配線Ｌ１１の印加電圧は、図２３及び図２４に示した例の印加電圧よりも低い。このため、液晶分子ＬＭ１１の変位角は、図２３及び図２４に示した例の変位角よりも小さい。液晶分子ＬＭ１１及びＬＭ１５は、液晶分子ＬＭ１３を基準として、線対称に配向している。

　このような第３実施形態においても、上記したのと同様の効果が得られる。

　　《第４実施形態》　
　図２６は、図１に示した偏光変換素子１の一構成例を示す平面図である。なお、ここでは、第２基板ＳＵＢ２の図示を省略し、平面視において、第３方向Ｚに並ぶ複数の液晶分子ＬＭの配向状態を示している。複数の液晶分子ＬＭとして、液晶分子ＬＭ１と、液晶分子ＬＭ２と、液晶分子ＬＭ３と、を図示している。

　制御電極ＣＥは、平面電極ＰＥに重畳している。制御電極ＣＥは、複数の第１帯電極Ｃ１１と、複数の第２帯電極Ｃ１２と、帯状の共通電極ＣＣ１及びＣＣ２と、を有している。共通電極ＣＣ１及びＣＣ２の各々は、第２方向Ｙに延出し、第１方向Ｘにおいて間隔をおいて並んでいる。

　複数の第１帯電極Ｃ１１、及び、複数の第２帯電極Ｃ１２は、共通電極ＣＣ１と共通電極ＣＣ２との間に位置し、第２方向Ｙに間隔をおいて並んでいる。第１帯電極Ｃ１１一端側は、共通電極ＣＣ１に接続されている。第２帯電極Ｃ１２の一端側は、共通電極ＣＣ２に接続されている。また、第１帯電極Ｃ１１及び第２帯電極Ｃ１２は、有効領域ＡＡのほぼ中央（あるいは第３配線Ｌ３に重畳する領域）において互いに接続されている。

　複数の第１帯電極Ｃ１１は、第３実施形態と同様に、同一方向に延出している。第２方向Ｙを基準方向としたとき、第１帯電極Ｃ１１の延出方向ＥＸ１は、第２方向Ｙに対して時計回りに鋭角のなす角度θ１で交差している。第１帯電極Ｃ１１の各々は、共通電極ＣＣ１及びＣＣ２に対して９０度とは異なる角度で交差している。

　複数の第２帯電極Ｃ１２は、同一方向に延出している。但し、第２帯電極Ｃ１２は、第１帯電極Ｃ１１とは異なる方向に延出している。第２方向Ｙを基準方向としたとき、第２帯電極Ｃ１２の延出方向ＥＸ２は、第２方向Ｙに対して反時計回りに鋭角のなす角度θ２で交差している。第２帯電極Ｃ１２の各々は、共通電極ＣＣ１及びＣＣ２に対して９０度とは異なる角度で交差している。

　一例では、なす角度θ１及びθ２は、同一角度である。つまり、第１帯電極Ｃ１１及び第２帯電極Ｃ１２は、第２方向Ｙを基準として線対称である。

　図２６に示すオフ状態では、図１３を参照して説明したのと同様に、有効領域ＡＡのほぼ全域において、液晶分子ＬＭ１乃至ＬＭ３は、配向処理方向ＡＤ１及びＡＤ２に沿って初期配向している。第２方向Ｙを基準方向としたとき、配向処理方向ＡＤ１及びＡＤ２は、第２方向Ｙに平行である。

　図２７は、オン状態における液晶分子ＬＭの配向状態を示している。第１配線Ｌ１の印加電圧、及び、第２配線Ｌ２の印加電圧は、第３配線Ｌ３の印加電圧よりも高く、平面電極ＰＥは図示したような電圧勾配を有している。

　液晶分子ＬＭ１は、ポジ型であり、第１帯電極Ｃ１１と平面電極ＰＥとの間の電界、あるいは、第２帯電極Ｃ１２と平面電極ＰＥとの間の電界に沿うように配向する。
　したがって、第１領域Ａ１の液晶分子ＬＭ１を駆動するための最大電圧が印加された場合に、液晶分子ＬＭ１は、Ｘ－Ｙ平面において、その長軸が第１帯電極Ｃ１１の延出方向ＥＸ１とほぼ直交するように配向する。また、第２領域Ａ２の液晶分子ＬＭ１を駆動するための最大電圧が印加された場合に、液晶分子ＬＭ１は、Ｘ－Ｙ平面において、その長軸が第２帯電極Ｃ１２の延出方向ＥＸ２とほぼ直交するように配向する。

　一方で、第２基板ＳＵＢ２の近傍の液晶分子ＬＭ２は、第１領域Ａ１、第２領域Ａ２、及び、第３領域Ａ３を含む有効領域ＡＡのほぼ全域において、ほぼ初期配向状態に維持されている。

　このため、第１領域Ａ１から第３領域Ａ３までの領域では、第３方向Ｚに沿って並んだ液晶分子ＬＭは、各々の長軸が第２基板ＳＵＢ２から第１基板ＳＵＢ１に向かって反時計回りにツイスト配向している。
　また、第３領域Ａ３から第２領域Ａ２までの領域では、第３方向Ｚに沿って並んだ液晶分子ＬＭは、各々の長軸が第２基板ＳＵＢ２から第１基板ＳＵＢ１に向かって時計回りにツイスト配向している。

　第１領域Ａ１及び第２領域Ａ２のツイスト角は最大となり、第３領域Ａ３のツイスト角は最小となる。また、ツイスト角は、第１領域Ａ１から第３領域Ａ３に向かって次第に低下し、第３領域Ａ３から第２領域Ａ２に向かって次第に増加する。つまり、液晶層ＬＣがポジ型液晶材料によって構成された第４実施形態においても、上記の第２実施形態と同様の光学作用を有する偏光変換素子１が提供される。

　図２８は、オフ時の液晶分子ＬＭ１の配向状態を示す図である。
　配線Ｌ１１乃至Ｌ１５のそれぞれの印加電圧は０Ｖである。このとき、制御電極ＣＥと平面電極ＰＥとの間に電位差が形成されず、液晶分子ＬＭ１は、それぞれ配向処理方向ＡＤ１及びＡＤ２（あるいは第２方向Ｙ）に沿って初期配向している。

　図２９は、制御例９の液晶分子ＬＭ１の配向状態を示す図である。
　配線Ｌ１１の印加電圧は８Ｖであり、配線Ｌ１２の印加電圧は４Ｖであり、配線Ｌ１３の印加電圧は０Ｖであり、配線Ｌ１４の印加電圧は４Ｖであり、配線Ｌ１５の印加電圧は８Ｖである。これにより、平面電極ＰＥには、図示したような電圧勾配が形成される。電位勾配の詳細は、図１７を参照して説明したのと同様である。

　これにより、液晶分子ＬＭ１のうち、配線Ｌ１１付近の液晶分子ＬＭ１１は第１帯電極Ｃ１１とほぼ直交するように配向し、配線Ｌ１３付近の液晶分子ＬＭ１３は初期配向状態に維持されて第２方向Ｙに沿って配向し、配線Ｌ１５付近の液晶分子ＬＭ１５は第２帯電極Ｃ１２とほぼ直交するように配向している。液晶分子ＬＭ１１及びＬＭ１５は、液晶分子ＬＭ１３を基準として、線対称に配向している。

　図３０は、制御例１０の液晶分子ＬＭ１の配向状態を示す図である。
　配線Ｌ１１の印加電圧は４Ｖであり、配線Ｌ１２の印加電圧は２Ｖであり、配線Ｌ１３の印加電圧は０Ｖであり、配線Ｌ１４の印加電圧は２Ｖであり、配線Ｌ１５の印加電圧は４Ｖである。これにより、平面電極ＰＥには、図示したような電圧勾配が形成される。電位勾配の詳細は、図１８を参照して説明したのと同様である。

　これにより、液晶分子ＬＭ１のうち、配線Ｌ１１付近の液晶分子ＬＭ１１は第１帯電極Ｃ１１と交差するように配向し、配線Ｌ１５付近の液晶分子ＬＭ１５は第２帯電極Ｃ１２と交差するように配向し、配線Ｌ１３付近の液晶分子ＬＭ１３は第２方向Ｙに沿って配向している。但し、配線Ｌ１１の印加電圧及び配線Ｌ１５の印加電圧は、図２９に示した例の印加電圧よりも低い。このため、液晶分子ＬＭ１１及び液晶分子ＬＭ１５のそれぞれの変位角は、図２９に示した例の変位角よりも小さい。液晶分子ＬＭ１１及びＬＭ１５は、液晶分子ＬＭ１３を基準として、線対称に配向している。

　このような第４実施形態においても、上記したのと同様の効果が得られる。

　以上説明したように、本実施形態によれば、面内で所望の方向に偏光軸を有する光を透過する偏光変換素子を提供することができる。

　なお、この発明は、上記実施形態そのものに限定されるものではなく、その実施の段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。

　１…偏光変換素子　ＡＡ…有効領域
　ＳＵＢ１…第１基板　１０…第１透明基板　１１…第１絶縁膜　１２…第２絶縁膜
　ＳＵＢ２…第２基板　２０…第２透明基板
　Ｌ１…第１配線　Ｌ２…第２配線　ＰＥ…平面電極
　ＣＥ…制御電極　Ｃ１１…第１帯電極　Ｃ１２…第２帯電極
　ＬＣ…液晶層　ＬＭ…液晶分子　Ａ１…第１領域　Ａ２…第２領域　Ａ３…第３領域
　ＡＬ１…第１配向膜　ＡＬ２…第２配向膜
　３０…帯電防止層

Claims

　第１内面及び第１外面を有する第１透明基板と、前記第１内面に配置された第１配線及び第２配線と、前記第１配線及び前記第２配線と接する透明な平面電極と、前記平面電極を覆う第１絶縁膜と、前記第１絶縁膜上に配置され同一方向に延出した複数の第１帯電極を有する制御電極と、前記制御電極を覆う第１配向膜と、を備えた第１基板と、
　第２内面及び第２外面を有する第２透明基板と、前記第２内面に配置された第２配向膜と、を備えた第２基板と、
　前記第１基板と前記第２基板との間に配置された液晶層と、を備え、
　前記第１配向膜の配向処理方向、及び、前記第２配向膜の配向処理方向は、互いに平行であり、且つ、前記第１帯電極の延出方向とは交差し、
　前記制御電極は、平面視で前記平面電極に重畳し、
　前記第１配線の印加電圧は、前記第２配線の印加電圧よりも高くなるように構成され、
　前記平面電極は、電圧勾配を有するように構成されている、偏光変換素子。
　前記平面電極は、ＩＧＺＯ、ＺｎＯのいずれかによって形成され、
　前記第１絶縁膜は、シリコン酸化物によって形成されている、請求項１に記載の偏光変換素子。
　前記第１基板は、さらに、第２絶縁膜を備え、
　前記第２絶縁膜は、前記第１内面に配置され、前記第１配線及び前記第２配線まで貫通したコンタクトホールを有し、前記平面電極に接し、シリコン酸化物によって形成されている、請求項２に記載の偏光変換素子。
　前記平面電極のシート抵抗は、前記第１配線及び前記第２配線の配線抵抗の１００倍以上である、請求項１に記載の偏光変換素子。
　前記液晶層は、前記第１配線に近接する第１領域と、前記第２配線に近接する第２領域と、を有し、
　前記平面電極と前記制御電極との間に電位差が生じたオン状態における平面視で、前記第１領域における液晶分子のツイスト角は、前記第２領域における液晶分子のツイスト角より大きい、請求項１に記載の偏光変換素子。
　前記第１帯電極は、平面視で、前記第１領域及び前記第２領域に重畳している、請求項５に記載の偏光変換素子。
　前記制御電極は、さらに、同一方向に延出した複数の第２帯電極を有し、
　前記第１帯電極の延出方向は、前記第２帯電極の延出方向とは異なり、
　前記配向処理方向と前記第１帯電極とのなす角度は、前記配向処理方向と前記第２帯電極とのなす角度と同一である、請求項１に記載の偏光変換素子。
　前記液晶層は、前記第１配線に近接し前記第１帯電極と重畳する第１領域と、前記第２配線に近接し前記第２帯電極と重畳する第２領域と、前記第１領域と前記第２領域との間の第３領域と、を有し、
　前記平面電極と前記制御電極との間に電位差が生じたオン状態における平面視で、前記第１領域における液晶分子は、前記第２領域における液晶分子とは逆回りにツイスト配向し、しかも、
　前記第１領域における液晶分子のツイスト角、及び、前記第２領域における液晶分子のツイスト角は、前記第３領域における液晶分子のツイスト角より大きい、請求項７に記載の偏光変換素子。
　さらに、前記第２外面に配置された帯電防止層を備え、
　前記帯電防止層は、直線偏光の入射面を有し、
　前記第１外面は、出射面である、請求項１に記載の偏光変換素子。
　前記平面電極と前記制御電極との間に電位差が生じたオン状態では、前記液晶層は、前記第２外面から入射した直線偏光の偏光軸を回転させる、請求項９に記載の偏光変換素子。