WO2022244662A1 - 照明装置および光学素子 - Google Patents

照明装置および光学素子 Download PDF

Info

Publication number
WO2022244662A1
WO2022244662A1 PCT/JP2022/019930 JP2022019930W WO2022244662A1 WO 2022244662 A1 WO2022244662 A1 WO 2022244662A1 JP 2022019930 W JP2022019930 W JP 2022019930W WO 2022244662 A1 WO2022244662 A1 WO 2022244662A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
liquid crystal
crystal cell
region
electrodes
substrate
Prior art date
Application number
PCT/JP2022/019930
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
健夫 小糸
多惠 黒川
幸次朗 池田
Original Assignee
株式会社ジャパンディスプレイ
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社ジャパンディスプレイ filed Critical 株式会社ジャパンディスプレイ
Priority to CN202280032332.0A priority Critical patent/CN117242298A/zh
Priority to JP2023522616A priority patent/JP7447359B2/ja
Publication of WO2022244662A1 publication Critical patent/WO2022244662A1/ja
Priority to US18/373,462 priority patent/US20240019107A1/en

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V14/00—Controlling the distribution of the light emitted by adjustment of elements
    • F21V14/003—Controlling the distribution of the light emitted by adjustment of elements by interposition of elements with electrically controlled variable light transmissivity, e.g. liquid crystal elements or electrochromic devices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
    • F21S2/00—Systems of lighting devices, not provided for in main groups F21S4/00 - F21S10/00 or F21S19/00, e.g. of modular construction
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V9/00—Elements for modifying spectral properties, polarisation or intensity of the light emitted, e.g. filters
    • F21V9/40—Elements for modifying spectral properties, polarisation or intensity of the light emitted, e.g. filters with provision for controlling spectral properties, e.g. colour, or intensity
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1335—Structural association of cells with optical devices, e.g. polarisers or reflectors
    • G02F1/1336—Illuminating devices
    • G02F1/133602—Direct backlight
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1343—Electrodes
    • G02F1/134309—Electrodes characterised by their geometrical arrangement
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1347—Arrangement of liquid crystal layers or cells in which the final condition of one light beam is achieved by the addition of the effects of two or more layers or cells
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
    • F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]

Definitions

  • One of the embodiments of the present invention relates to a lighting device and its driving method.
  • one embodiment of the present invention relates to a lighting device capable of expressing a pattern such as a character or a picture in a light irradiation area and a driving method thereof.
  • the irradiation area By modulating the light emitted from the light source or physically shielding a part of it, various characters and pictures are expressed in the area irradiated by the light from the light source (hereinafter referred to as the irradiation area).
  • the irradiation area There are known lighting devices capable of
  • JP 2009-145718 A Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-62122 Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2011-44328
  • One of the embodiments of the present invention is to provide a lighting device capable of expressing patterns such as characters and pictures in an irradiation area by variously changing the direction of light emission without increasing power consumption. Make it one of the tasks.
  • the illumination device comprises a light source, a first liquid crystal cell over the light source, and a second liquid crystal cell over the first liquid crystal cell.
  • Each of the first liquid crystal cell and the second liquid crystal cell has a first substrate, a plurality of first bottom electrodes, a plurality of second bottom electrodes, a first liquid crystal layer, and a second substrate.
  • the first substrate has a first region and a second region.
  • a plurality of first lower electrodes are positioned on the first region and extend in the column direction.
  • a plurality of second lower electrodes are positioned on the second region and extend in the column direction.
  • a first liquid crystal layer overlies the plurality of first bottom electrodes and the plurality of second bottom electrodes.
  • a second substrate overlies the first liquid crystal layer.
  • the plurality of first bottom electrodes and the plurality of second bottom electrodes are driven independently of each other.
  • the optical element includes a first substrate, a plurality of first lower electrodes, a plurality of second lower electrodes, a liquid crystal layer, a second substrate, a plurality of first upper electrodes, and a plurality of second upper electrodes.
  • the first substrate has a first region and a second region.
  • a plurality of first lower electrodes are positioned on the first region and extend in the column direction.
  • a plurality of second lower electrodes are positioned on the second region and extend in the column direction.
  • a liquid crystal layer overlies the plurality of first bottom electrodes and the plurality of second bottom electrodes.
  • the second substrate faces the first substrate via the liquid crystal layer and has a third region and a fourth region overlapping the first region and the second region, respectively.
  • a plurality of first upper electrodes are positioned under the third region and extend in the row direction.
  • a plurality of second upper electrodes are positioned under the fourth region and extend in the row direction.
  • the plurality of first lower electrodes, the plurality of second lower electrodes, the plurality of first upper electrodes, and the plurality of second upper electrodes are driven independently of each other.
  • FIG. 1 is a schematic perspective view of a lighting device according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is a schematic end view of a light source of an illumination device according to an embodiment of the invention
  • FIG. 1 is a schematic perspective view of a light source of an illumination device according to an embodiment of the invention
  • FIG. 4 is a schematic end view of a light source of an illumination device according to an embodiment of the invention
  • FIG. FIG. 2 is a schematic exploded perspective view of a liquid crystal cell of the lighting device according to the embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a schematic top view of the liquid crystal cell of the lighting device according to the embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a schematic end view of a liquid crystal cell of the illumination device according to the embodiment of the invention
  • FIG. 1 is a schematic perspective view of a light source of an illumination device according to an embodiment of the invention
  • FIG. 4 is a schematic end view of a light source of an illumination device according to an embodiment of the invention
  • FIG. FIG. 2 is
  • FIG. 2 is a schematic end view of a liquid crystal cell of the illumination device according to the embodiment of the invention.
  • FIG. 2 is a schematic end view of a liquid crystal cell of the illumination device according to the embodiment of the invention;
  • FIG. 2 is a schematic end view of a liquid crystal cell of the illumination device according to the embodiment of the invention;
  • FIG. 2 is a schematic top view of the liquid crystal cell of the lighting device according to the embodiment of the present invention;
  • FIG. 2 is a schematic end view of a liquid crystal cell of the illumination device according to the embodiment of the invention;
  • FIG. 2 is a schematic end view of a liquid crystal cell of the illumination device according to the embodiment of the invention;
  • FIG. 2 is a schematic end view of a liquid crystal cell of the illumination device according to the embodiment of the invention;
  • FIG. 2 is a schematic end view of a liquid crystal cell of the illumination device according to the embodiment of the invention;
  • FIG. 2 is a schematic end view of a liquid crystal cell of the illumination device according to the
  • FIG. 2 is a schematic end view of a liquid crystal cell of the illumination device according to the embodiment of the invention
  • FIG. 2 is a schematic end view of a liquid crystal cell of the illumination device according to the embodiment of the invention
  • FIG. 4 is a schematic end view for explaining the principle of operation of the liquid crystal cell of the lighting device according to the embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is a schematic end view for explaining the principle of operation of the liquid crystal cell of the lighting device according to the embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is a schematic end view for explaining the principle of operation of the liquid crystal cell of the lighting device according to the embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is a schematic end view for explaining the principle of operation of the liquid crystal cell of the lighting device according to the embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is a schematic end view for explaining the principle of operation of the liquid crystal cell of the lighting device according to the embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is a schematic end view for explaining the principle of operation of the liquid crystal cell of the lighting device according to the embodiment
  • FIG. 4 is a schematic diagram for explaining the operation principle of the liquid crystal cell of the lighting device according to the embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a schematic top view for explaining the principle of operation of the liquid crystal cell of the lighting device according to the embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a schematic top view for explaining the principle of operation of the liquid crystal cell of the lighting device according to the embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing an irradiation area of the lighting device according to the embodiment of the present invention
  • 4 is a timing chart of the lighting device according to the embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing an irradiation area of the lighting device according to the embodiment of the present invention
  • 4 is a timing chart of the lighting device according to the embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing an irradiation area of the lighting device according to the embodiment of the present invention
  • 4 is a timing chart of the lighting device according to the embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing an irradiation area of the lighting device according to the embodiment of the present invention
  • 4 is a timing chart of the lighting device according to the embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing an irradiation area of the lighting device according to the embodiment of the present invention
  • 1 is a schematic perspective view of a lighting device according to an embodiment of the present invention
  • FIG. FIG. 2 is a schematic top view of the light source of the lighting device according to the embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a schematic top view of the light source of the lighting device according to the embodiment of the present invention
  • 1 is a schematic perspective view of a lighting device according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 1 is a schematic top view of a lighting device according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 1 is a schematic top view of a lighting device according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 1 is a schematic top view of a lighting device according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 1 is a schematic exploded perspective view of a lighting device according to an embodiment of the present invention
  • the drawings may schematically represent the width, thickness, shape, etc. of each part compared to the actual embodiment, but this is only an example and does not limit the interpretation of the present invention. not something to do.
  • elements having the same functions as those described with respect to the previous drawings may be denoted by the same reference numerals, and redundant description may be omitted.
  • This code is used to collectively represent a plurality of identical or similar structures, and a hyphen and a natural number are added after the code to represent these individually.
  • lowercase letters may be attached after the reference numerals.
  • the term “above” means that the structure is in contact with the structure unless otherwise specified. , includes both the case of arranging another structure directly above and the case of arranging another structure above a certain structure via another structure.
  • the expression "a structure is exposed from another structure” means that a part of a structure is not covered by another structure, and the other structure The portion that is not covered by the body also includes a mode covered by another structure.
  • the aspect represented by this expression also includes an aspect in which a certain structure is not in contact with another structure.
  • FIG. 1 shows a schematic perspective view of a lighting device 100 .
  • the illumination device 100 has, as a basic configuration, a light source 110 and two optical elements that overlap the light source 110 and are provided on the light source 110 .
  • One optical element is the first liquid crystal cell 120-1 above the light source 110, and the other is the second liquid crystal cell that overlaps the first liquid crystal cell 120-1 and is provided on the first liquid crystal cell 120-1. 120-2.
  • the first liquid crystal cell 120-1 and the second liquid crystal cell 120-2 may be in direct contact or fixed to each other via an adhesive layer (not shown).
  • the light source 110 supports the first liquid crystal cell 120-1 and the second liquid crystal cell 120-2, and emits light in which the rays in the beam are parallel (also referred to as collimated light) or light with low diffusion. It has the function of generating (light with strong straightness) and emitting it upward. This light is supplied to the first liquid crystal cell 120-1 and the second liquid crystal cell 120-2.
  • a schematic diagram FIG. 2 of an end face of the light source 110 along the dashed line AA' in FIG. and one or more lenses 116 that focus the light from the light emitting elements 114 .
  • the housing 112 includes metal, plastic, or wood as a material, and is configured such that the reflectance of the internal surface to visible light is high.
  • the inner surface of the housing 112 includes a film containing metal such as aluminum, silver, gold, chromium, and stainless steel, a thin film containing high refractive material such as titanium oxide and tantalum oxide, and a low refractive material such as silicon oxide and magnesium fluoride.
  • a laminate of thin films containing a refractive index material may be arranged.
  • the shape, thickness, and size of the housing 112 are arbitrary, and may be appropriately set according to the performance required of the illumination device 100 (the size of the irradiation area, the optical characteristics of the lens 116, etc.).
  • the lens 116 may be arranged so as to overlap with one or a plurality of light emitting elements 114, and its optical characteristics can be appropriately set according to the degree of diffusion of light from the light emitting elements 114, the distance from the light emitting elements 114, and the like. Just do it.
  • a sloping surface 112a may be provided on the interior of housing 112 to provide collimated or less diffuse light. Also in this case, a lens 116 may be further provided to converge the light.
  • the light-emitting element 114 is an element that has a function of emitting light by supplying a current, and its structure is not restricted.
  • a typical example is a light emitting diode (LED).
  • a light-emitting diode has, as a basic structure, an electroluminescence element in which an inorganic light-emitting material such as gallium nitride or gallium nitride containing indium is sandwiched between a pair of electrodes, and a protective film that protects the electroluminescence element. Electroluminescence) to emit visible light.
  • the emission color of the light emitting element 114 can also be arbitrarily selected.
  • one or a plurality of light-emitting elements 114 that emit white light may be arranged in the housing 112, or a light-emitting element 114 that emits red light, a light-emitting element 114 that emits green light, and a light-emitting element 114 that emits blue light are provided.
  • the light source 110 may be configured to mix the light from the light emitting elements 114 to obtain light of various colors including white.
  • each light emitting element 114 there is no restriction on the size of each light emitting element 114.
  • the area occupied by each light emitting element 114 is 1.0 ⁇ 10 4 ⁇ m 2 or more and 1.0 ⁇ 10 6 ⁇ m 2 or less, or 4.0 ⁇ 10 4 ⁇ m 2 or more and 5.0.
  • a light-emitting diode having a size of 105 ⁇ m2 or less, or 9.0 ⁇ 104 ⁇ m2 or more and 2.5 ⁇ 105 ⁇ m2 or less can be used.
  • a so-called micro LED having a size of about 320 ⁇ m ⁇ 300 ⁇ m can be used as the light emitting element 114 .
  • each of the liquid crystal cells 120 comprises a first substrate 122 and a second substrate 130 opposite the first substrate 122, between which are various elements constituting a liquid crystal element.
  • a first lower electrode 136, a plurality of second lower electrodes 138, a plurality of first upper electrodes 140, a plurality of second upper electrodes 142, a liquid crystal layer 154, a first alignment film 150, a second alignment membrane 152) is disposed.
  • the first substrate 122 and the second substrate 130 function as base materials for giving mechanical strength to the liquid crystal cell 120, and the liquid crystal layer 154 is sealed. provide a space where Since the first substrate 122 and the second substrate 130 transmit light from the light source 110 to exhibit an illumination function, it is preferable that the first substrate 122 and the second substrate 130 contain a material that exhibits high transmittance with respect to the light from the light emitting element 114 . Therefore, it is preferable to configure the first substrate 122 and the second substrate 130 to include, for example, glass, quartz, or a polymeric material such as polyimide, polycarbonate, polyester, acrylic resin, or the like.
  • the first substrate 122 can be divided into a plurality of regions in each of the first liquid crystal cell 120-1 and the second liquid crystal cell 120-2.
  • the second substrate 130 can also be divided into a plurality of regions in each of the first liquid crystal cell 120-1 and the second liquid crystal cell 120-2.
  • the number of regions in the first substrate 122 and the second substrate 130 is not limited, and may be, for example, 2 or more and 20 or less, 2 or more and 10 or less, or 2 or more and 5 or less.
  • the shape of each region may be set arbitrarily. In the examples shown in FIGS. 5 and 8, a cloud-shaped region and a region of a shape surrounding it are formed.
  • the first substrate 122 and the second substrate 130 each have the same number of regions, and each region has the same shape, size, and arrangement between the first substrate 122 and the second substrate 130.
  • regions of the first substrate 122 overlap corresponding regions of the second substrate 130, respectively.
  • the first substrate 122 has two regions (first region 124 and second region 126), and the second substrate 130 also has two regions (third region 132 and fourth region 134).
  • the shapes of the first region 124 and the third region 132 are identical to each other and generally overlap each other.
  • the shapes of the second region 126 and the fourth region 134 are identical to each other and generally overlap each other.
  • the main surfaces of the first substrate 122 and the second substrate 130 are xy planes, and for convenience, the x direction is called the row direction, and the y direction perpendicular to the x direction is called the column direction.
  • the normal direction of the xy plane be the z direction.
  • the x-direction and the y-direction are directions parallel to the sides of the first substrate 122 or the second substrate 130 .
  • each liquid crystal cell 120 has a plurality of first lower electrodes 136 and a plurality of electrodes arranged in stripes having a plurality of columns on a first substrate 122 . It has a second bottom electrode 138 .
  • a plurality of first bottom electrodes 136 are disposed in the first region 124 and a plurality of second bottom electrodes 138 are disposed in the second region 126 .
  • the single region that selectively surrounds all of the plurality of first bottom electrodes 136 in the xy plane is the first region 124
  • the area is the second area 126 . As shown in FIG.
  • the first region 124 may be surrounded by the second region 126 , and although not shown, the second region 126 may be surrounded by the first region 124 .
  • the first region 124 and the second region 126 may be arranged such that one region does not completely surround the other.
  • the plurality of first lower electrodes 136 and the plurality of second lower electrodes 138 both extend in one direction, that is, in the column direction (the y direction in the example shown in FIG. 5).
  • first bottom electrode 136 may be arranged, or multiple first bottom electrodes 136 may be arranged so as to overlap in the y-direction.
  • second bottom electrode 138 may be arranged, or multiple second bottom electrodes 138 may be arranged so as to overlap in the y-direction.
  • the first region 124 and the second region 126 overlap in the y direction, even if one or more of the first lower electrodes 136 are sandwiched between two second lower electrodes 138 adjacent in the y direction, good.
  • each liquid crystal cell 120 has a plurality of first upper electrodes 140 and a plurality of second upper electrodes 140 arranged in stripes having a plurality of rows on a second substrate 130 . 142.
  • a plurality of first upper electrodes 140 are arranged in the third region 132 and a plurality of second upper electrodes 142 are arranged in the fourth region 134 .
  • the single region that selectively surrounds all of the plurality of first upper electrodes 140 in the xy plane is the third region 132
  • the single region that selectively surrounds the plurality of second upper electrodes 142 is the third region 132.
  • the area is the fourth area 134 . As shown in FIG.
  • the third region 132 may be surrounded by the fourth region 134, or the third region 132 may be surrounded by the fourth region 134 (not shown). Alternatively, third region 132 and fourth region 134 may be arranged such that one region does not completely surround the other.
  • the plurality of first lower electrodes 136 and the second lower electrodes 138 extend in a stripe shape in the column direction (y direction), and the plurality of first upper electrodes 140 and the second upper electrodes 140 extend in a stripe shape.
  • the electrodes 142 extend in the row direction (x direction), and although each electrode extends in the row direction or the column direction as a whole, it is possible to have a configuration in which one portion is slightly bent at multiple locations. be.
  • the extending directions of the first lower electrode 136 and the second lower electrode may also have an angle of about 1 to 10° with respect to the y direction.
  • the extending directions of the first upper electrode 140 and the second upper electrode 142 may also have an angle of about 1 to 10° with respect to the x direction.
  • the plurality of first upper electrodes 140 and the plurality of second upper electrodes 142 both extend in one direction, that is, in the row direction (the x direction in the example shown in FIG. 8). In each row, only a single first upper electrode 140 may be arranged, or multiple first upper electrodes 140 may be arranged so as to overlap in the x-direction. Similarly, in each row, only a single second top electrode 142 may be arranged, or multiple second top electrodes 142 may be arranged so as to overlap in the x-direction. Further, when the third region 132 and the fourth region 134 overlap in the x direction, even if one or more first upper electrodes 140 are sandwiched between two second upper electrodes 142 adjacent in the x direction, good.
  • both the plurality of first lower electrodes 136 and the plurality of second lower electrodes 138 may be arranged so as to extend in the row direction.
  • both the plurality of first upper electrodes 140 and the plurality of second upper electrodes 142 extend in the column direction.
  • the first lower electrode 136, the second lower electrode 138, the first upper electrode 140, and the second upper electrode 142 are all made of indium- It is preferably made of a conductive oxide such as tin oxide (ITO) or indium-zinc oxide (IZO) that exhibits high transmittance to visible light.
  • ITO tin oxide
  • IZO indium-zinc oxide
  • a constant voltage or a pulsed AC voltage is applied to each of the first lower electrode 136, the second lower electrode 138, the first upper electrode 140, and the second upper electrode 142.
  • AC voltages are applied to the plurality of first lower electrodes 136 so that the phases of adjacent first lower electrodes 136 are reversed in the row direction.
  • AC voltages are applied to the plurality of second lower electrodes 138 so that the phases of adjacent second lower electrodes 138 are inverted in the row direction, and the plurality of first upper electrodes 140 are applied in the column direction.
  • AC voltage is applied so that the phase is reversed between the first upper electrodes 140 adjacent to each other in the column direction, and the phases of the plurality of second upper electrodes 142 are reversed between the second upper electrodes 142 adjacent in the column direction.
  • An alternating voltage is applied as follows. AC voltages in the same phase are applied to the plurality of first lower electrodes 136 overlapping in the column direction, and AC voltages in the same phase are applied to the plurality of second lower electrodes 138 overlapping in the column direction. A voltage is applied. Similarly, AC voltages in the same phase are applied to the plurality of first upper electrodes 140 overlapping in the row direction, and the same phase AC voltages are applied to the plurality of second upper electrodes 142 overlapping in the row direction. AC voltage is applied.
  • the first lower electrode 136, the second lower electrode 138, the first upper electrode 140, and the second upper electrode 142 can be driven region by region (area drive). Specifically, the first bottom electrode 136 and the second bottom electrode 138 can be driven independently of each other. For this reason, for example, the same voltage or different AC voltages can be applied to the plurality of first lower electrodes 136 and the plurality of second lower electrodes 138 at the same time, or the plurality of first lower electrodes 136 and the plurality of second lower electrodes 136 can be applied at the same time.
  • One of the two bottom electrodes 138 can be inactive (ie, no voltage applied or a constant voltage applied) while the other is applied with an alternating voltage.
  • first top electrode 140 and the second top electrode 142 can also be driven independently of each other. Therefore, for example, the same voltage or different AC voltages can be applied to the plurality of first upper electrodes 140 and the plurality of second upper electrodes 142 at the same time. It is also possible to leave one of the upper electrodes 142 inactive (ie, apply no voltage or apply a constant voltage) while applying an AC voltage to the other.
  • FIGS. 6A to 10B are schematic end views taken along chain lines CC', DD', EE', and FF' in FIG. 5, respectively.
  • FIGS. 9A to 10B are schematic diagrams of end faces along chain lines GG', HH', JJ', and KK' in FIG. 8, respectively.
  • signal lines (first signal line 164, second signal line 164, second signal line 166 , third signal line 168 , fourth signal line 170 ) are arranged along the sides of the first substrate 122 .
  • These signal lines are formed of a metal such as aluminum, copper, tantalum, tungsten, titanium, molybdenum, or an alloy containing at least one of these metals, and are in contact with the first substrate 122 or over the base film 146 . It is provided on the first substrate 122 via the first substrate 122 .
  • Base film 146 may be formed of one or more films containing silicon-containing inorganic compounds such as silicon nitride and silicon oxide.
  • the interlayer insulating film 148 is formed on these signal lines.
  • the interlayer insulating film 148 may also be formed of one or more films containing a silicon-containing inorganic compound, or may be formed using a polymer compound such as epoxy resin, acrylic resin, polyimide, polyamide, silicon resin, or the like. good.
  • the first lower electrodes 136 selected alternately in the row direction out of the plurality of first lower electrodes 136 are electrically connected to the third signal line 168 through an opening formed in the interlayer insulating film 148. are connected (FIG. 6(A)). These first lower electrodes 136 may be directly connected to the third signal line 168, or as shown in FIG. may be connected to the third signal line 168 via . The third signal line 168 and wiring 172 may overlap the second bottom electrode 138 . On the other hand, the remaining first lower electrode 136 is electrically connected to the fourth signal line 170 through an opening formed in the interlayer insulating film 148 (FIG. 6B). These first lower electrodes 136 may be directly connected to the fourth signal line 170, or as shown in FIG.
  • the third signal line 168 and the fourth signal line 170 are supplied with a constant voltage or a pulsed AC voltage with phases inverted from each other. Therefore, when AC voltages are supplied to the third signal line 168 and the fourth signal line 170, the AC voltages applied to the first lower electrodes 136 adjacent in the row direction are opposite in phase to each other. .
  • the second lower electrodes 138 selected alternately in the row direction from among the plurality of second lower electrodes 138 are electrically connected to the first signal line 164 through openings formed in the interlayer insulating film 148 . are connected (FIG. 6(A)). These second lower electrodes 138 may be directly connected to the first signal line 164, or may be connected to the first signal line 164 via wiring (not shown) or the like. On the other hand, the remaining second lower electrode 138 is electrically connected to the second signal line 166 through an opening formed in the interlayer insulating film 148 (FIG. 6B). These second lower electrodes 138 may also be directly connected to the second signal line 166, or may be connected to the second signal line 166 via wiring (not shown).
  • the first signal line 164 and the second signal line 166 are supplied with a constant voltage or a pulsed AC voltage with phases inverted from each other. Therefore, when AC voltages are supplied to the first signal line 164 and the second signal line 166, the AC voltages applied to the second lower electrodes 138 adjacent in the row direction are opposite in phase to each other. .
  • the wiring 172 and the wiring 174 may be partially extended in the x direction.
  • the first lower electrodes 136 selected alternately in the row direction are connected to the third signal line 168 via the wiring 172, and the remaining first lower electrodes 136 are connected to the wiring. 174 to the fourth signal line 170 .
  • the second substrate 130 has a signal for supplying a constant voltage or an alternating voltage to the first top electrode 140 and the second top electrode 142 .
  • Lines (fifth signal line 180 , sixth signal line 182 , seventh signal line 184 , eighth signal line 186 ) are arranged along the sides of the second substrate 130 .
  • These signal lines are also formed using a material that can be used for the first signal line 164 to the fourth signal line 170 , and are in contact with the second substrate 130 or through the base film 176 . (under the second substrate 130 in FIGS. 9A to 10B).
  • the base film 176 may also be formed of one or more films containing silicon-containing inorganic compounds.
  • An interlayer insulating film 178 is formed on these signal lines.
  • the interlayer insulating film 178 may also be formed using a material that can be used for the interlayer insulating film 148 .
  • the first upper electrodes 140 selected alternately in the column direction among the plurality of first upper electrodes 140 are electrically connected to the seventh signal line 184 through openings formed in the interlayer insulating film 178 . are connected (FIG. 9(A)). These first upper electrodes 140 may be directly connected to the seventh signal line 184, or as shown in FIG. may be connected to the seventh signal line 184 via . The seventh signal line 184 and wiring 188 may overlap the second upper electrode 142 . On the other hand, the remaining first upper electrode 140 is electrically connected to the eighth signal line 186 through an opening formed in the interlayer insulating film 178 (FIG. 9B). These first upper electrodes 140 may be directly connected to the eighth signal line 186, or, as shown in FIG.
  • the seventh signal line 184 and the eighth signal line 186 are supplied with a constant voltage or a pulsed AC voltage with phases inverted from each other. Therefore, when AC voltages are supplied to the seventh signal line 184 and the eighth signal line 186, the AC voltages applied to the first upper electrodes 140 adjacent in the column direction are reversed in phase.
  • the second upper electrodes 142 selected alternately in the column direction out of the plurality of second upper electrodes 142 are electrically connected to the fifth signal line 180 through an opening formed in the interlayer insulating film 178. are connected (FIG. 9(A)). These second upper electrodes 142 may be directly connected to the fifth signal line 180, or may be connected to the fifth signal line 180 via wiring (not shown) or the like. On the other hand, the remaining second upper electrode 142 is electrically connected to the sixth signal line 182 through the opening formed in the interlayer insulating film 178 (FIG. 9B). These second upper electrodes 142 may also be directly connected to the sixth signal line 182, or may be connected to the sixth signal line 182 via wiring (not shown).
  • the fifth signal line 180 and the sixth signal line 182 are supplied with a constant voltage or a pulsed AC voltage with phases inverted from each other. Therefore, when AC voltages are supplied to the fifth signal line 180 and the sixth signal line 182, the AC voltages applied to the second upper electrodes 142 adjacent in the column direction are opposite in phase to each other.
  • the wiring 188 and the wiring 190 may be partially extended in the x direction.
  • the second upper electrodes 142 selected alternately in the column direction are connected to the seventh signal line 184 via the wiring 188, and the remaining second upper electrodes 142 are connected to the wiring.
  • 190 can be connected to the eighth signal line 186 .
  • signal lines are further provided. Specifically, when the number of regions of the first substrate 122 and the number of regions of the second substrate 130 are respectively n (n is a natural number of 2 or more), each of the first substrate 122 and the second substrate 130 has 2n regions. signal lines can be provided. In this specification, signal lines having the same function are denoted by the same reference numerals, and even when the signal lines denoted by the same reference numerals are divided into a plurality of parts, these signal lines are be the same.
  • the width of the first lower electrode 136 and the second lower electrode 138 (the length in the x direction intersecting with the y direction, which is the longitudinal direction) is selected, for example, from a range of 2 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less.
  • the distance between one lower electrode 136, the distance between second lower electrodes 138, and the distance between first lower electrode 136 and second lower electrode 138 may also be selected from the range of, for example, 2 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less.
  • the width of each of the first lower electrode 136 and the second lower electrode 138 and the pitch in the row direction can be 5 ⁇ m and 10 ⁇ m, respectively.
  • the width of each of the first upper electrode 140 and the second upper electrode 142 and the pitch in the column direction can be 5 ⁇ m and 10 ⁇ m, respectively.
  • a first alignment film 150 is provided on the plurality of first lower electrodes 136 and the plurality of second lower electrodes 138 (FIG. 6A). , FIG. 6B), above the plurality of first upper electrodes 140 and the plurality of second upper electrodes 142 (in FIGS. 9A-10B, below the plurality of first upper electrodes 140 and the plurality of second upper electrodes 142). ) is provided with a second alignment film 152 (FIGS. 9A and 9B).
  • the first substrate 122 and the second substrate 130 are attached and fixed by a sealing material 128 (FIG. 11). A space formed by the first substrate 122 , the second substrate 130 , and the sealing material 128 is filled with a liquid crystal layer 154 .
  • the first alignment film 150 and the second alignment film 152 contain polymers such as polyimide and polyester, and their surfaces are rubbed.
  • the orientation direction of the first orientation film 150 intersects the extending direction of the first lower electrode 136 and the second lower electrode 138 at a predetermined angle or perpendicularly (see arrows in FIG. 5).
  • the orientation direction of the second orientation film 152 intersects the extending direction of the first upper electrode 140 and the second upper electrode 142 at a predetermined angle or perpendicularly (see arrows in FIG. 8). Therefore, the alignment direction of the first alignment film 150 and the alignment direction of the second alignment film 152 cross or cross each other at a predetermined angle.
  • the alignment direction is the long axis direction of the liquid crystal molecules when the liquid crystal molecules are aligned in the absence of an electric field due to the influence of the alignment film.
  • the light distribution control directions of the first alignment film 150 and the second alignment film 152 may be controlled by optical alignment.
  • Photo-alignment is a rubbing-less alignment treatment using light.
  • an alignment film that has not undergone rubbing treatment is irradiated with polarized light in the ultraviolet region from a predetermined direction. This causes a photoreaction in the alignment film, introduces anisotropy to the surface of the alignment film, and imparts liquid crystal alignment controllability.
  • the liquid crystal layer 154 contains liquid crystal molecules.
  • the structure of liquid crystal molecules is not limited. Therefore, the liquid crystal molecules may be nematic liquid crystals, smectic liquid crystals, cholesteric liquid crystals, or chiral smectic liquid crystals.
  • the thickness d (see FIG. 11) of the liquid crystal layer 154 is also arbitrary. It is preferably larger than the pitch of electrode 138 , first upper electrode 140 and second upper electrode 142 .
  • the thickness d of the liquid crystal layer 154 is preferably set to 2 times or more and 10 times or less, 2 times or more and 5 times or less, or 2 times or more and 3 times or less the pitch of these electrodes.
  • a specific thickness of the liquid crystal layer 154 may be selected from a range of, for example, 20 ⁇ m to 60 ⁇ m or 20 ⁇ m to 50 ⁇ m.
  • spacers may be provided in the liquid crystal layer 154 to maintain this thickness throughout the illumination device 100 . Note that when the thickness of the liquid crystal layer 154 described above is adopted in a liquid crystal display device, the high liquid crystal responsiveness necessary for displaying moving images cannot be obtained, and it is difficult to exhibit the function of the liquid crystal display device. becomes.
  • each liquid crystal cell 120 on the first substrate 122, a constant voltage or AC voltage for illumination is generated and supplied from the first signal line 164 to the eighth signal line 186. is provided (FIG. 4).
  • the drive circuit 144 may be formed by appropriately combining various conductive films, semiconductor films, and conductive films patterned on the first substrate 122, or may be formed by an IC chip having an integrated circuit formed on a semiconductor substrate. may be formed by mounting on the first substrate 122 .
  • the driving circuit 144 is not provided on the first substrate 122, and the IC chip is mounted on a connector such as a flexible printed circuit (FPC) connected from the first signal line 164 to the eighth signal line 186. may be set as
  • FPC flexible printed circuit
  • Each liquid crystal cell 120 includes a plurality of first lower electrodes 136 and a plurality of second lower electrodes 138 arranged in stripes, a liquid crystal layer 154, and a first lower electrode 136 and a second lower electrode 138 arranged in stripes.
  • a plurality of first upper electrodes 140 and a plurality of second upper electrodes 142 crossing the two lower electrodes 138 are provided. Therefore, by controlling the voltage applied to these electrodes, the liquid crystal layer 154 can function as a kind of liquid crystal lens.
  • the electrodes arranged in the first region 124, the second region 126, the third region 132, and the fourth region 134 are controlled independently of each other.
  • the light passing through the first region 124 and the third region 132 and the light passing through the second region 126 and the fourth region 134 can be diffused separately.
  • the irradiation area of the light extracted through the cell 120 can be variously and arbitrarily controlled.
  • a pattern reflecting the shape of each region can be expressed in the irradiation region.
  • the operating principle and driving method of the illumination device 100 will be described below.
  • the “irradiation region” refers to a region where the object is irradiated with light when the illumination device 100 is driven.
  • the “irradiation region” is defined as a region in which a plane (irradiation plane) perpendicular to the normal to the main surface of the second substrate 130 of the liquid crystal cell 120 is irradiated with light from the illumination device 100. .
  • the principle of operation in the portion where the first region 124 and the third region 132 overlap and the principle of operation in the portion where the second region 126 and the fourth region 134 overlap are the same. will be explained.
  • FIGS. 12A and 12B show schematic diagrams of the end face of the liquid crystal cell 120 when not driven.
  • FIG. 12A is a schematic diagram viewed from the row direction (x direction)
  • FIG. 12B is a schematic diagram viewed from the column direction (y direction).
  • liquid crystal molecules are schematically drawn as ellipses.
  • the orientation directions of the first orientation film 150 and the second orientation film 152 are orthogonal to the directions in which the plurality of first lower electrodes 136 and the plurality of first upper electrodes 140 extend, respectively. . Therefore, when the liquid crystal cell 120 is not driven, that is, when no voltage is applied to the plurality of first lower electrodes 136 and the plurality of first upper electrodes 140, or when the plurality of first lower electrodes 136 and the plurality of second electrodes 140 are not applied. When a constant voltage is applied to each upper electrode 140, the orientation of the liquid crystal molecules is determined by the orientation direction without being affected by the electric field.
  • the long axis of the liquid crystal molecules is oriented along the direction (y direction) perpendicular to the direction (x direction) in which the first lower electrode 136 extends.
  • the long axis of the liquid crystal molecules is oriented along the direction (x direction) perpendicular to the direction (y direction) in which the first upper electrode 140 extends.
  • the alignment direction of the liquid crystal molecules rotates around the z-direction as it approaches the second substrate 130 from the first substrate 122 and is twisted by 90°.
  • phase are inverted between the first lower electrodes 136 adjacent in the row direction with respect to the plurality of first lower electrodes 136 of the first liquid crystal cell 120-1 and the second liquid crystal cell 120-2.
  • a pulsed AC voltage is applied so as to Similarly, for the plurality of first upper electrodes 140 of the first liquid crystal cell 120-1 and the second liquid crystal cell 120-2, the phases of the first upper electrodes 140 adjacent in the column direction are reversed.
  • a pulsed AC voltage is applied. Within each liquid crystal cell 120, the frequencies of these alternating voltages are the same.
  • the AC voltage may be selected, for example, from the range of 5V to 50V or 5V to 30V.
  • an electric field transverse electric field
  • an electric field vertical electric field
  • the vertical electric field can be ignored with respect to the horizontal electric field, and the liquid crystal molecules are aligned according to the horizontal electric field.
  • the liquid crystal molecules positioned substantially midway between the adjacent first lower electrodes 136 on the first substrate 122 side are oriented in the direction of the lateral electric field of the first substrate 122 . Since it is nearly parallel to the top surface, it retains its initial orientation. However, since the direction of the electric field is tilted in the z-direction as it approaches the first upper electrode 140, the liquid crystal molecules are also tilted in the z-direction, and the angle (tilt angle) increases. As a result, the liquid crystal molecules in the liquid crystal layer on the side of the first substrate 122 are oriented in an upward convex arc (FIG. 13A).
  • the direction of the lateral electric field of the liquid crystal molecules located approximately in the middle between the adjacent first upper electrodes 140 is approximately parallel to the lower surface of the second substrate 130.
  • the electric field direction is tilted in the z-direction as it approaches the first upper electrode 140, the liquid crystal molecules are also tilted in the z-direction, increasing the tilt angle.
  • the liquid crystal molecules in the liquid crystal layer on the side of the second substrate 130 are aligned in a downward convex circular arc shape (FIG. 13B).
  • FIG. 14 shows a schematic perspective view showing the orientation of the liquid crystal molecules shown in FIGS. 13A and 13B, and a schematic view showing the behavior of light passing through the two liquid crystal cells 120.
  • the directions in which the first lower electrodes 136 extend are parallel to each other, and the directions in which the first upper electrodes 140 extend are also parallel to each other. do.
  • a pulsed AC voltage is applied to the plurality of first lower electrodes 136 such that the phases of the adjacent first lower electrodes 136 are mutually inverted, and the plurality of first upper electrodes 140 are applied.
  • a pulsed AC voltage is applied between the adjacent first upper electrodes 140 so that the phases are mutually inverted, as shown in FIG.
  • Lateral electric fields perpendicular to each other are generated on both sides.
  • the liquid crystal molecules in the liquid crystal layer are oriented convexly between the first lower electrodes 136 adjacent on the first substrate 122 side, and the first upper electrodes adjacent on the second substrate 130 side are aligned. It is oriented convex downward between 140 .
  • the orientation of the liquid crystal molecules is twisted by 90° from the first lower electrode 136 toward the first upper electrode 140 .
  • the light emitted from the light source 110 first enters the first liquid crystal cell 120-1.
  • This light has a y-direction polarization component 200 (straight arrow in the figure) and an x-direction polarization component 206 (a circle with a cross in the figure).
  • the y-direction polarization component 200 and the x-direction polarization component 206 of the light before entering the liquid crystal cell 120 will be referred to as the S component and P component, respectively, and these names will be used regardless of the rotation of the polarization axis. .
  • the liquid crystal layer 154 Since the liquid crystal molecules are aligned along the y direction on the first lower electrode 136 side, the liquid crystal layer 154 has a refractive index distribution in the y direction. Therefore, the S component 200 incident on the liquid crystal layer 154 is diffused in the y direction by the refractive index distribution in the y direction on the first lower electrode 136 side. When this light passes through the liquid crystal layer 154, it is optically rotated by twisting the orientation of the liquid crystal molecules, and the polarization axis changes in the x direction. Then, since the liquid crystal layer 154 has a refractive index distribution in the x direction on the first upper electrode 140 side, this light is further diffused in the x direction. As a result, when the S component 200 passes through the liquid crystal layer 154 of the first liquid crystal cell 120-1, it becomes an S component 202 diffused in the x and y directions.
  • the P component 206 incident on the first liquid crystal cell 120-1 is diffused without being affected by the refractive index distribution because the refractive index distribution exists in the y direction on the first lower electrode 136 side.
  • the twisted orientation of the liquid crystal molecules causes optical rotation, and the polarization axis changes in the y direction.
  • the P component 206 whose polarization axis has changed in the y direction is not affected by the refractive index distribution.
  • the P component 206 passes through the liquid crystal layer 154 of the first liquid crystal cell 120-1, it becomes the P component 208 that is optically rotated without being diffused.
  • the longitudinal directions of the first lower electrode 136 are parallel to each other between the first liquid crystal cell 120-1 and the second liquid crystal cell 120-2, and the longitudinal directions of the first upper electrode 140 are parallel to each other. are also parallel to each other. Therefore, in the liquid crystal layer 154 of the second liquid crystal cell 120-2 as well, there is a refractive index component in the y direction on the first lower electrode 136 side, and a refractive index component in the x direction on the first upper electrode 140 side. There is a rate distribution.
  • the S component 200 becomes the S component 202 diffused in the x and y directions after passing through the first liquid crystal cell 120-1.
  • the S component 202 does not diffuse on the side of the first lower electrode 136 of the second liquid crystal cell 120-2 because its polarization axis is perpendicular to the direction of the refractive index distribution.
  • the S component 202 passes through the liquid crystal layer 154, it is optically rotated according to the twist of the orientation of the liquid crystal molecules, and the polarization axis changes in the y direction.
  • the refractive index distribution on the first upper electrode 140 side is in the x direction, it is not affected by the refractive index distribution.
  • the S component 202 is optically rotated by the second liquid crystal cell 120-2, it becomes the S component 204 without being diffused.
  • the S component 200 emitted from the light source 110 is diffused in the x and y directions by the first liquid crystal cell 120-1 and optically rotated to become the S component 202, which is then diffused by the second liquid crystal cell 120-2. rotatably, and finally become an S component 204 diffused in the x and y directions.
  • the P component 208 incident on the liquid crystal layer 154 of the second liquid crystal cell 120-2 diffuses in the y direction due to the refractive index distribution in the y direction on the first lower electrode 136 side.
  • this light passes through the liquid crystal layer 154, it is optically rotated by twisting the orientation of the liquid crystal molecules, and the polarization axis is in the x direction.
  • the liquid crystal layer 154 has a refractive index distribution in the x direction on the first upper electrode 140 side, this light is diffused in the x direction.
  • the P component 208 passes through the second liquid crystal cell 120-2 the P component 210 is optically rotated and diffused in the x and y directions.
  • the P component 206 emitted from the light source 110 is optically rotated without diffusion by the first liquid crystal cell 120-1, optically rotated by the second liquid crystal cell 120-2 and diffused in the x and y directions, Finally, the P component 210 is diffused in the x and y directions.
  • the degree of orientation of the liquid crystal molecules can be controlled by voltages applied to the first lower electrode 136 and the first upper electrode 140, respectively, the degree of light diffusion is also controlled by the first lower electrode 136 and the first upper electrode 140. It can be controlled by the voltage applied to the upper electrode 140 . Therefore, according to the mechanism described above, the degree of diffusion of light passing through the first region 124 and the third region 132 is independently controlled by voltages applied to the first lower electrode 136 and the first upper electrode 140. can do.
  • the diffusion of light is controlled by the horizontal electric field generated between adjacent first lower electrodes 136 and between adjacent first upper electrodes 140 . Therefore, for light diffusion, a potential difference should be provided between adjacent first lower electrodes 136 and/or between adjacent first upper electrodes 140 in each liquid crystal cell. For this reason, different constant voltages may be applied to adjacent first lower electrodes 136, or alternately selected alternating voltages may be applied to a plurality of first lower electrodes 136 and the remaining A constant voltage may be applied to the first lower electrode 136 of . The same is true for the first upper electrode 140 .
  • alternating voltage V 136-1 is applied to alternately selected first bottom electrodes 136 and the remaining first bottom electrodes 136 are applied. It is assumed that an AC voltage V 136-2 is applied to the lower electrode 136 of . AC voltage V 138 - 1 is applied to the plurality of second bottom electrodes 138 selected alternately, and AC voltage V 138 - 2 is applied to the remaining plurality of second bottom electrodes 138 . and Similarly, as shown in FIG. 15B, an alternating voltage V 140 - 1 is applied to alternately selected first top electrodes 140 and an alternating voltage V 140 - 1 is applied to the remaining first top electrodes 140 . Assume that voltage V 140-2 is applied.
  • AC voltage V 142-1 is applied to the plurality of second upper electrodes 142 selected alternately, and AC voltage V 142-2 is applied to the remaining plurality of second upper electrodes 142. and Also in this model, between the two liquid crystal cells 120, the first bottom electrode 136, the second bottom electrode 138, the first top electrode 140, and the second top electrode 142 are respectively parallel to each other.
  • the shape of the regions formed in each liquid crystal cell 120 is arbitrary, so in part of the following description, the first region 124 and the third region 132 have the same star shape. , and the second region 126 and the fourth region 134 have a shape surrounding the star shape.
  • the illumination device 100 provides an illuminated area 102-2 that is spread in the x and y directions compared to the illuminated area 102-1 formed when the two liquid crystal cells 120 are not driven (FIG. 17B). Also, since the voltage applied to each voltage is the same, the degree of diffusion of the light passing through the first region 124 and the third region 132 and the light passing through the second region 126 and the fourth region 134 is are approximately the same. Therefore, the shape of each area is not reflected, and the illuminance distribution in the irradiation area 102-2 is small.
  • each liquid crystal cell 120 an AC voltage is applied to the first lower electrodes 136 so that the phases of the adjacent first lower electrodes 136 are inverted, and the plurality of second lower electrodes 138 are An AC voltage is applied so that the phase is inverted between adjacent second lower electrodes 138 .
  • no voltage is applied to the plurality of first upper electrodes 140 and the plurality of second upper electrodes 142, or a constant voltage (eg, ground voltage) is applied.
  • no voltage is applied to the plurality of first lower electrodes 136 and the plurality of second lower electrodes 138, or a constant voltage (eg, ground voltage) is applied, and the plurality of first upper electrodes 136 and 138 are An AC voltage is applied to the electrodes 140 so that the phases of the adjacent first upper electrodes 140 are inverted, and the phases of the plurality of second upper electrodes 142 are inverted between the adjacent second upper electrodes 142. It is also possible to obtain an irradiation area spread in the y direction by applying an alternating voltage so as to. Also, the degree of spread can be controlled by the voltage of the AC voltage.
  • the light passing through the first region 124 and the third region 132 is not diffused. Since collimated light is emitted from the light source 110, the light passing through the first region 124 and the third region 132 does not spread greatly, and the irradiation region 102-4 with relatively high illuminance on the irradiation surface 104 is irradiated. Form.
  • the light passing through the second region 126 and the fourth region 134 is diffused by the refractive index distributions formed on the first substrate 122 and second substrate 130 sides of the liquid crystal layer 154, respectively. Therefore, although a wide illuminated area 102-5 is provided, the illuminance of this illuminated area 102-5 is lower than that of the illuminated area 102-4 due to the expansion of the illuminated area. As a result, a pattern in which the shapes of the first region 124 to the fourth region 134 are reflected on the irradiated surface 104 can be expressed using the difference in illuminance (FIG. 19B).
  • the light passing through the second region 126 and the fourth region 134 is not diffused. That is, the light emitted from the second region 126 and the fourth region 134 does not spread widely, and forms an irradiation region 102-6 with a relatively high illuminance on the irradiation surface 104.
  • FIG. 1 the light passing through the second region 126 and the fourth region 134 is not diffused. That is, the light emitted from the second region 126 and the fourth region 134 does not spread widely, and forms an irradiation region 102-6 with a relatively high illuminance on the irradiation surface 104.
  • the light passing through the first region 124 and the third region 132 is diffused by the refractive index distributions formed on the first substrate 122 side and the second substrate 130 side of the liquid crystal layer 154, respectively.
  • it provides an illuminated area 102-7 that is spread out compared to illuminated area 102-4, but the illumination intensity of this illuminated area 102-7 is lower than that of illuminated area 102-6.
  • a pattern in which the shapes of the first region 124 to the fourth region 134 are reflected on the irradiation surface 104 can be expressed using the difference in illuminance (FIG. 20B).
  • the cover 108 when a cover 108 that is translucent and diffuses light is provided over the liquid crystal cell 120 of the illumination device 100 , the cover 108 also serves as the irradiation surface 104 . A pattern reflecting the shapes of the first region 124 to the fourth region 134 can be expressed. Therefore, it is also possible to visually recognize the light source 110 expressing various patterns.
  • the embodiment of the present invention it is possible to arbitrarily distribute the light from the light source 110 and create irradiation areas of various shapes, and to create patterns reflecting the shape of each area. can be expressed on the illuminated surface.
  • This illumination device 100 does not require a polarizing plate that is used in liquid crystal projectors and liquid crystal display devices. Also, in expressing the light pattern, it is not necessary to physically shield the light from the light source 110 . Therefore, the light from the light source 110 can be effectively used. As a result, it is possible to express light patterns without causing an increase in power consumption.
  • Modification 1 As described in the first embodiment, there are no restrictions on the number of regions provided on the first substrate 122 and the second substrate 130 .
  • the first substrate 122 is further provided with a fifth region 220 and a sixth region 222
  • the second substrate 130 is provided with a fifth region, as shown in FIGS. 22A and 22B.
  • a seventh region 224 and an eighth region 226 may be provided that overlap 220 and sixth region 222, respectively.
  • a fifth region 220 and a sixth region 222 are surrounded by the first region 124 and a seventh region 224 and an eighth region 226 are surrounded by the third region 132 .
  • the light passing through the first region 124 and the third region 132 travels linearly and reaches the irradiation surface 104 at a high intensity. It is also possible to express relatively complicated figures such as numbers in order to give an irradiation area of illuminance.
  • the illumination device 100 may further include a plurality of liquid crystal cells 120 on the second liquid crystal cell 120-2.
  • the number of layers of the liquid crystal cell 120 is not limited, and may be 2 to 10, 2 to 6, or 2 to 4.
  • the total number of liquid crystal cells 120 is an even number.
  • FIG. 23 shows an example in which the third liquid crystal cell 120-3 and the fourth liquid crystal cell 120-4 are mounted on the second liquid crystal cell 120-2.
  • the shapes of the regions defined on the first substrate 122 and the second substrate 130 of the first liquid crystal cell 120-1 and the second liquid crystal cell 120-2, respectively. , and the shapes of the regions partitioned on the first substrate 122 and the second substrate 130 of the liquid crystal cell 120 may differ from each other.
  • lighting device 100 has third liquid crystal cell 120-3 and fourth liquid crystal cell 120-4 in addition to first liquid crystal cell 120-1 and second liquid crystal cell 120-2 (FIG. 23).
  • the first substrate 230 of the third liquid crystal cell 120-3 has a ninth region 232 and a third region 232 having different shapes from the first region 124 and the second region 126 of the first liquid crystal cell 120-1.
  • Ten regions 234 may be provided (FIG. 24A).
  • a plurality of first lower electrodes 236 and a plurality of second lower electrodes 238 can be selectively formed in the ninth region 232 and the tenth region 234, respectively.
  • the second substrate 240 of the third liquid crystal cell 120-3 has an eleventh region 242 having a shape different from the first region 124 and the second region 126 of the first liquid crystal cell 120-1. and a twelfth region 244 may be provided.
  • the shapes of the eleventh region 242 and the twelfth region 244 may be the same as the ninth region 232 and the tenth region 234, respectively.
  • a plurality of first upper electrodes 246 and a plurality of second upper electrodes 248 can be selectively arranged in the eleventh region 242 and the twelfth region 244, respectively. The same applies to the fourth liquid crystal cell 120-4, so the description is omitted.
  • the first lower electrode 236 and the second lower electrode 238 correspond to the first lower electrode 136 and the second lower electrode 138 of the first liquid crystal cell 120-1 and the second liquid crystal cell 120-2.
  • a driving method similar to that for the first lower electrode 136 and the second lower electrode 138 may be applied.
  • the first upper electrode 246 and the second upper electrode 248 are connected to the first upper electrode 140 and the second upper electrode 142 of the first liquid crystal cell 120-1 and the second liquid crystal cell 120-2. Therefore, a driving method similar to that for the first upper electrode 140 and the second upper electrode 142 may be applied.
  • the third liquid crystal cell 120-3 and the fourth liquid crystal cell 120-4 are appropriately driven.
  • a pair of liquid crystal cells (here, first liquid crystal cell 120-1 and second liquid crystal cell 120-2) and another pair of liquid crystal cells (here, third liquid crystal cell 120-3 and fourth liquid crystal cell 120-3) are formed.
  • a plurality of patterns can be expressed on the irradiation surface 104 by configuring the liquid crystal cell 120 so that the patterns expressed by the liquid crystal cell 120-4) are different.
  • Modification 3 25 in at least one of the liquid crystal cells 120, a single upper electrode 252 is provided on the second substrate 130 of the illumination device 250 according to this modification.
  • the lighting device 100 differs from the lighting device 100 described in the first embodiment in that the upper electrode 252 is arranged so as to overlap a plurality of regions provided on the first substrate 122 .
  • the top electrode 252 overlaps the plurality of first bottom electrodes 136 and the plurality of second bottom electrodes 138 .
  • the refractive index distribution of the liquid crystal layer 154 occurs only on the first substrate 122 side. Therefore, as can be seen from FIG. 14, a plurality of first liquid crystal cells 120-1 and 120-2 are arranged between the first liquid crystal cell 120-1 and the second liquid crystal cell 120-2 to diffuse the light in both the x-direction and the y-direction. It is preferable to arrange the first liquid crystal cell 120-1 and the second liquid crystal cell 120-2 such that the extending directions of the lower electrode 136 or the plurality of second lower electrodes 138 are different from each other.
  • a single lower electrode may be provided on the first substrate 122 and a plurality of first upper electrodes 140 and a plurality of second upper electrodes 142 may be provided on the second substrate 130 side. Even in this case, a plurality of first upper electrodes 140 or a plurality of first upper electrodes 140 are provided between the first liquid crystal cell 120-1 and the second liquid crystal cell 120-2 to diffuse light in both the x-direction and the y-direction. It is preferable to arrange the first liquid crystal cell 120-1 and the second liquid crystal cell 120-2 so that the extending directions of the second upper electrode 142 are different from each other.
  • electrodes may not be arranged on the second substrate 130 side.
  • a plurality of first lower electrodes 136 and a plurality of second lower electrodes 138 are arranged on the first substrate 122 in the first region 124 and the second region 126, respectively. Since the refractive index distribution of the liquid crystal layer 154 occurs only on the first substrate 122 side, as understood from FIG.
  • the first liquid crystal cell 120-1 and the second liquid crystal cell 120-2 are arranged such that the extending directions of the plurality of first lower electrodes 136 or the plurality of second lower electrodes 138 are different from each other. Deploying cell 120-2 is preferable.
  • the electrodes may not be arranged on the first substrate 122 side.
  • a plurality of first upper electrodes 140 and a plurality of second upper electrodes 142 are arranged in the third region 132 and the fourth region 134 of the second substrate 130, respectively.
  • a plurality of first upper electrodes 140 or a plurality of first upper electrodes 140 are provided between the first liquid crystal cell 120-1 and the second liquid crystal cell 120-2 to diffuse light in both the x-direction and the y-direction. It is preferable to arrange the first liquid crystal cell 120-1 and the second liquid crystal cell 120-2 so that the extending directions of the second upper electrode 142 are different from each other.
  • a refractive index distribution can be formed in the liquid crystal layer 154. Therefore, a pattern reflecting the shape of a plurality of regions provided on each substrate can be expressed on the irradiation surface 104. can. Therefore, similarly to the lighting device 100 according to the first embodiment, it is possible to provide a lighting device capable of expressing various patterns without causing an increase in power consumption.

Abstract

照明装置は、光源、光源上の第１の液晶セル、および第１の液晶セル上の第２の液晶セルを備える。第１の液晶セルと第２の液晶セルの各々は、第１の基板、複数の第１の下部電極、複数の第２の下部電極、第１の液晶層、および第２の基板を有する。第１の基板は第１の領域と第２の領域を有する。複数の第１の下部電極は、第１の領域上に位置し、列方向に延伸する。複数の第２の下部電極は、第２の領域上に位置し、列方向に延伸する。第１の液晶層は、複数の第１の下部電極と複数の第２の下部電極上に位置する。第２の基板は第１の液晶層上に位置する。複数の第１の下部電極と複数の第２の下部電極は、互いに独立して駆動される。

Description

照明装置および光学素子
　本発明の実施形態の一つは、照明装置とその駆動方法に関する。例えば、本発明の実施形態の一つは、光の照射領域に文字や絵などのパターンを表現可能な照明装置とその駆動方法に関する。
　光源から出射される光を変調する、あるいは一部を物理的に遮光することにより、光源からの光が照射される領域（以下、照射領域と記す）に様々な文字や絵などを表現することができる照明装置が知られている（特許文献１から３参照）。
特開２００９－１４５７１８号公報 特開２００４－６２１２２号公報 特開２０１１－４４３２８号公報
　本発明の実施形態の一つは、消費電力の増大を招くことなく、光の射出方向を多様に変化させることによって照射領域に文字や絵などのパターンを表現可能な照明装置を提供することを課題の一つとする。
　本発明の実施形態の一つは、照明装置である。この照明装置は、光源、光源上の第１の液晶セル、および第１の液晶セル上の第２の液晶セルを備える。第１の液晶セルと第２の液晶セルの各々は、第１の基板、複数の第１の下部電極、複数の第２の下部電極、第１の液晶層、および第２の基板を有する。第１の基板は第１の領域と第２の領域を有する。複数の第１の下部電極は、第１の領域上に位置し、列方向に延伸する。複数の第２の下部電極は、第２の領域上に位置し、列方向に延伸する。第１の液晶層は、複数の第１の下部電極と複数の第２の下部電極上に位置する。第２の基板は第１の液晶層上に位置する。複数の第１の下部電極と複数の第２の下部電極は、互いに独立して駆動される。
　本発明の実施形態の一つは、光学素子である。光学素子は、第１の基板、複数の第１の下部電極、複数の第２の下部電極、液晶層、第２の基板、複数の第１の上部電極、および複数の第２の上部電極を備える。第１の基板は、第１の領域と第２の領域を有する。複数の第１の下部電極は、第１の領域上に位置し、列方向に延伸する。複数の第２の下部電極は、第２の領域上に位置し、列方向に延伸する。液晶層は、複数の第１の下部電極と複数の第２の下部電極上に位置する。第２の基板は、液晶層を介して第１の基板に対向し、第１の領域と第２の領域とそれぞれ重なる第３の領域と第４の領域を有する。複数の第１の上部電極は、第３の領域下に位置し、行方向に延伸する。複数の第２の上部電極は、第４の領域下に位置し、行方向に延伸する。複数の第１の下部電極、複数の第２の下部電極、複数の第１の上部電極、および複数の第２の上部電極は、互いに独立して駆動される。
本発明の実施形態に係る照明装置の模式的斜視図。 本発明の実施形態に係る照明装置の光源の模式的端面図。 本発明の実施形態に係る照明装置の光源の模式的斜視図。 本発明の実施形態に係る照明装置の光源の模式的端面図。 本発明の実施形態に係る照明装置の液晶セルの模式的展開斜視図。 本発明の実施形態に係る照明装置の液晶セルの模式的上面図。 本発明の実施形態に係る照明装置の液晶セルの模式的端面図。 本発明の実施形態に係る照明装置の液晶セルの模式的端面図。 本発明の実施形態に係る照明装置の液晶セルの模式的端面図。 本発明の実施形態に係る照明装置の液晶セルの模式的端面図。 本発明の実施形態に係る照明装置の液晶セルの模式的上面図。 本発明の実施形態に係る照明装置の液晶セルの模式的端面図。 本発明の実施形態に係る照明装置の液晶セルの模式的端面図。 本発明の実施形態に係る照明装置の液晶セルの模式的端面図。 本発明の実施形態に係る照明装置の液晶セルの模式的端面図。 本発明の実施形態に係る照明装置の液晶セルの模式的端面図。 本発明の実施形態に係る照明装置の液晶セルの動作原理を説明する模式的端面図。 本発明の実施形態に係る照明装置の液晶セルの動作原理を説明する模式的端面図。 本発明の実施形態に係る照明装置の液晶セルの動作原理を説明する模式的端面図。 本発明の実施形態に係る照明装置の液晶セルの動作原理を説明する模式的端面図。 本発明の実施形態に係る照明装置の液晶セルの動作原理を説明する模式図。 本発明の実施形態に係る照明装置の液晶セルの動作原理を説明する模式的上面図。 本発明の実施形態に係る照明装置の液晶セルの動作原理を説明する模式的上面図。 本発明の実施形態に係る照明装置の照射領域を示す模式的図。 本発明の実施形態に係る照明装置のタイミングチャート。 本発明の実施形態に係る照明装置の照射領域を示す模式的図。 本発明の実施形態に係る照明装置のタイミングチャート。 本発明の実施形態に係る照明装置の照射領域を示す模式的図。 本発明の実施形態に係る照明装置のタイミングチャート。 本発明の実施形態に係る照明装置の照射領域を示す模式的図。 本発明の実施形態に係る照明装置のタイミングチャート。 本発明の実施形態に係る照明装置の照射領域を示す模式的図。 本発明の実施形態に係る照明装置の模式的斜視図。 本発明の実施形態に係る照明装置の光源の模式的上面図。 本発明の実施形態に係る照明装置の光源の模式的上面図。 本発明の実施形態に係る照明装置の模式的斜視図。 本発明の実施形態に係る照明装置の模式的上面図。 本発明の実施形態に係る照明装置の模式的上面図。 本発明の実施形態に係る照明装置の模式的展開斜視図。
　以下、本発明の各実施形態について、図面などを参照しつつ説明する。ただし、本発明は、そ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、形状など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。本明細書と各図において、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、同一の符号を付して、重複する説明を省略することがある。同一、あるいは類似する複数の構造を総じて表す際にはこの符号が用いられ、これらを個々に表す際には符号の後にハイフンと自然数が加えられる。また、一つの構造の一部を示す際には、符号の後に小文字のアルファベットを付すことがある。
　本明細書および請求項において、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「上に」と表記する場合、特に断りの無い限りは、ある構造体に接するように、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。
　本明細書および請求項において、二つの構造体が「直交する」という表現は、二つの構造体が垂直（９０°）に交差する状態のみならず、９０°±１０°の角度で交差する状態も含む。
　本明細書および請求項において、「ある構造体が他の構造体から露出する」という表現は、ある構造体の一部が他の構造体によって覆われていない態様を意味し、この他の構造体によって覆われていない部分は、さらに別の構造体によって覆われる態様も含む。また、この表現で表される態様は、ある構造体が他の構造体と接していない態様も含む。
＜第１実施形態＞
　本実施形態では、本発明の実施形態の一つである光学素子、および光学素子を備える照明装置１００とその駆動方法について説明する。
１．照明装置の全体構造
　図１に照明装置１００の模式的斜視図を示す。図１に示すように、照明装置１００は、基本的な構成として、光源１１０、光源１１０と重なり、光源１１０上に設けられる二つの光学素子を有する。一方の光学素子は光源１１０上の第１の液晶セル１２０－１であり、他方は第１の液晶セル１２０－１と重なり、第１の液晶セル１２０－１上に設けられる第２の液晶セル１２０－２である。第１の液晶セル１２０－１と第２の液晶セル１２０－２は、直接接してもよく、あるいは図示しない接着層を介して互いに固定されてもよい。
１－１．光源
　光源１１０は、第１の液晶セル１２０－１と第２の液晶セル１２０－２を支持するとともに、ビーム内の光線が平行となった光（コリメート光とも称する）、または拡散性の低い光（直進性が強い光）を生成し、その上方に射出する機能を備える。この光は、第１の液晶セル１２０－１と第２の液晶セル１２０－２に供給される。したがって、例えば図１の鎖線Ａ－Ａ´に沿った光源１１０の端面の模式図（図２）に示すように、光源１１０は、筐体１１２、筐体１１２内に配置される一つまたは複数の発光素子１１４、および発光素子１１４からの光を収束させる一つまたは複数のレンズ１１６を備えることができる。
　筐体１１２は、金属、プラスチック、あるいは木材を材料として含み、内部表面の可視光に対する反射率が高くなるように構成される。例えば、筐体１１２の内部表面には、アルミニウムや銀、金、クロム、ステンレスなどの金属を含む膜、酸化チタンや酸化タンタルなどの高屈折材料を含む薄膜と酸化ケイ素やフッ化マグネシウムなどの低屈折率材料を含む薄膜の積層体などを配置してもよい。筐体１１２の形状や厚さ、大きさは任意であり、照明装置１００に求められる性能（照射領域の大きさ、レンズ１１６の光学特性など）によって適宜設定すればよい。
　レンズ１１６は、一つまたは複数の発光素子１１４と重なるように配置すればよく、その光学特性も、発光素子１１４からの光の拡散の程度、発光素子１１４からの距離などに応じて適宜設定すればよい。
　あるいは、図３Ａと図３Ａの鎖線Ｂ－Ｂ´に沿った端面の模式図（図３Ｂ）に示すように、一つまたは複数の発光素子１１４からの光が筐体１１２の内部表面で反射してコリメート光または拡散性の低い光を与えるよう、筐体１１２の内部に傾斜面１１２ａを設けてもよい。この場合においても、光を収束させるためのレンズ１１６をさらに設けてもよい。
　発光素子１１４は、電流を供給することで発光する機能を有する素子であり、その構造に制約はない。典型的な例として、発光ダイオード（ＬＥＤ）が挙げられる。発光ダイオードは、例えば窒化ガリウム、インジウムを含む窒化ガリウムなどの無機発光体を一対の電極で挟持した電界発光素子、および電解発光素子を保護する保護膜を基本的な構造として有し、電界発光（Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）によって可視光を発光するように構成される。
　発光素子１１４の発光色も任意に選択することができる。例えば、白色発光を与える発光素子１１４を一つまたは複数筐体１１２内に配置してもよく、あるいは赤色発光の発光素子１１４、緑色発光の発光素子１１４、青色発光の発光素子１１４を設け、これらの発光素子１１４からの光を混合して白色を含む種々の色の発光が得られるように光源１１０を構成してもよい。
　各発光素子１１４の大きさに制約はなく、例えば、それぞれの占有面積が１．０×１０４μｍ２以上１．０×１０６μｍ２以下、４．０×１０４μｍ２以上５．０×１０５μｍ２以下、あるいは９．０×１０４μｍ２以上２．５×１０５μｍ２以下の発光ダイオードを用いることができる。一例として大きさが３２０μｍ×３００μｍ程度の所謂マイクロＬＥＤを発光素子１１４として用いることができる。
１－２．液晶セル
　上述したように、照明装置１００では、少なくとも二つの液晶セル１２０が光源１１０上に配置される。二つの液晶セル１２０の模式的な展開斜視図を図４に示す。二つの液晶セル１２０の構造は同一でもよく、異なってもよい。図４に示すように、液晶セル１２０の各々は、第１の基板１２２と第１の基板１２２に対向する第２の基板１３０を備え、これらの間に液晶素子を構成する種々の要素（複数の第１の下部電極１３６、複数の第２の下部電極１３８、複数の第１の上部電極１４０、複数の第２の上部電極１４２、液晶層１５４、第１の配向膜１５０、第２の配向膜１５２など）が配置される。
（１）第１の基板と第２の基板
　第１の基板１２２と第２の基板１３０は、液晶セル１２０に機械的強度を与えるための基材として機能するとともに、液晶層１５４が封止される空間を提供する。第１の基板１２２と第２の基板１３０は、光源１１０からの光を透過させて照明機能を発現するため、発光素子１１４からの光に対して高い透過率を示す材料を含むことが好ましい。したがって、例えばガラスや石英、またはポリイミドやポリカルボナート、ポリエステル、アクリル樹脂などの高分子材料を含むように第１の基板１２２と第２の基板１３０を構成することが好ましい。
　図５に模式的に示すように、各第１の液晶セル１２０－１と第２の液晶セル１２０－２のそれぞれにおいて、第１の基板１２２は複数の領域に区分することができる。同様に、図８に示すように、各第１の液晶セル１２０－１と第２の液晶セル１２０－２のそれぞれにおいて、第２の基板１３０も複数の領域に区分することができる。第１の基板１２２と第２の基板１３０において領域の数に制限はなく、例えば２以上２０以下、２以上１０以下、または２以上５以下でもよい。また、各領域の形状も任意に設定すればよい。図５と図８で示された例では、雲型形状の領域とそれを囲む形状の領域が形成されている。好ましくは、第１の基板１２２と第２の基板１３０がそれぞれ有する領域の数は同一であり、各領域は第１の基板１２２と第２の基板１３０の間で同一の形状、大きさ、配置を備える。この場合、第１の基板１２２の複数の領域が、それぞれ第２の基板１３０の対応する領域と重なる。以下、第１の基板１２２が二つの領域（第１の領域１２４と第２の領域１２６）を備え、第２の基板１３０も二つの領域（第３の領域１３２と第４の領域１３４）を備える例を用いて説明する。第１の領域１２４と第３の領域１３２の形状は互いに同じであり、互いに全体的に重なる。同様に、第２の領域１２６と第４の領域１３４の形状も互いに同じであり、互いに全体的に重なる。また、第１の基板１２２と第２の基板１３０の主面がｘｙ平面であり、便宜上、ｘ方向を行方向、ｘ方向に直交するｙ方向を列方向と呼ぶ。ｘｙ平面の法線方向をｚ方向とする。例えばｘ方向とｙ方向は、第１の基板１２２または第２の基板１３０の辺と平行な方向である。
（２）下部電極と上部電極
　図５に示すように、各液晶セル１２０は、第１の基板１２２上に複数の列を有するストライプ状に配置された複数の第１の下部電極１３６と複数の第２の下部電極１３８を有する。複数の第１の下部電極１３６は第１の領域１２４に配置され、複数の第２の下部電極１３８は第２の領域１２６に配置される。換言すると、ｘｙ平面において複数の第１の下部電極１３６の全てを選択的に囲む単一の領域が第１の領域１２４であり、複数の第２の下部電極１３８を選択的に囲む単一の領域が第２の領域１２６である。図５に示すように、第１の領域１２４は、第２の領域１２６に囲まれていてもよく、図示しないが第２の領域１２６が、第１の領域１２４に囲まれていてもよい。あるいは、一方の領域が他方を完全に囲まないように第１の領域１２４と第２の領域１２６を配置してもよい。
　複数の第１の下部電極１３６と複数の第２の下部電極１３８は、いずれも一方向、すなわち列方向（図５に示す例ではｙ方向）に延伸する。各列では、単一の第１の下部電極１３６のみが配置されてもよく、複数の第１の下部電極１３６がｙ方向において重なるように配置されてもよい。同様に、各列では、単一の第２の下部電極１３８のみが配置されてもよく、あるいは複数の第２の下部電極１３８がｙ方向において重なるように配置されてもよい。また、ｙ方向において第１の領域１２４と第２の領域１２６が重なる場合、ｙ方向において隣接する二つの第２の下部電極１３８によって一つまたは複数の第１の下部電極１３６が挟まれてもよい。
　同様に、図８に示すように、各液晶セル１２０は、第２の基板１３０上に複数の行を有するストライプ状に配置された複数の第１の上部電極１４０と複数の第２の上部電極１４２を有する。複数の第１の上部電極１４０は第３の領域１３２に配置され、複数の第２の上部電極１４２は第４の領域１３４に配置される。換言すると、ｘｙ平面において複数の第１の上部電極１４０の全てを選択的に囲む単一の領域が第３の領域１３２であり、複数の第２の上部電極１４２を選択的に囲む単一の領域が第４の領域１３４である。図８に示すように、第３の領域１３２は、第４の領域１３４に囲まれていてもよく、図示しないが第３の領域１３２が第４の領域１３４に囲まれていてもよい。あるいは、一方の領域が他方を完全に囲まないように第３の領域１３２と第４の領域１３４を配置してもよい。
　なお、本実施形態においては、複数の第１の下部電極１３６と第２の下部電極１３８が列方向（ｙ方向）にストライプ状に延伸し、複数の第１の上部電極１４０と第２の上部電極１４２が行方向（ｘ方向）に延伸するが、各電極は、全体としては行方向または列方向に延伸しているものの、１箇所は複数個所でわずかに屈曲する構成を有することも可能である。また、第１の下部電極１３６と第２の下部電極のそれぞれの延伸方向も、ｙ方向に対して１～１０°程度の角度を有しても構わない。また、第１の上部電極１４０と第２の上部電極１４２のそれぞれの延伸方向も、ｘ方向に対して１～１０°程度の角度を有しても構わない。
　複数の第１の上部電極１４０と複数の第２の上部電極１４２は、いずれも一方向、すなわち行方向（図８に示す例ではｘ方向）に延伸する。各行では、単一の第１の上部電極１４０のみが配置されてもよく、複数の第１の上部電極１４０がｘ方向において重なるように配置されてもよい。同様に、各行では、単一の第２の上部電極１４２のみが配置されてもよく、あるいは複数の第２の上部電極１４２がｘ方向において重なるように配置されてもよい。また、ｘ方向において第３の領域１３２と第４の領域１３４が重なる場合、ｘ方向において隣接する二つの第２の上部電極１４２によって一つまたは複数の第１の上部電極１４０が挟まれてもよい。
　図示しないが、複数の第１の下部電極１３６と複数の第２の下部電極１３８は、いずれも行方向に延伸するように配置してもよい。この場合、複数の第１の上部電極１４０と複数の第２の上部電極１４２は、いずれも列方向に延伸する。
　詳細は後述するが、光源１１０から入射する光は、第１の液晶セル１２０－１と第２の液晶セル１２０－２を通過し、照明装置１００から出射する。このため、液晶セル１２０に高い透光性を付与するため、第１の下部電極１３６、第２の下部電極１３８、第１の上部電極１４０、および第２の上部電極１４２は、いずれもインジウム－スズ酸化物（ＩＴＯ）やインジウム－亜鉛酸化物（ＩＺＯ）などの可視光に対して高い透過率を示す導電性酸化物で形成することが好ましい。
　第１の下部電極１３６、第２の下部電極１３８、第１の上部電極１４０、および第２の上部電極１４２には、いずれも一定電圧またはパルス状の交流電圧が与えられる。交流電圧の場合、複数の第１の下部電極１３６には、行方向で隣接する第１の下部電極１３６間で位相が反転するように交流電圧が与えられる。他の電極についても同様である。すなわち、複数の第２の下部電極１３８には、行方向で隣接する第２の下部電極１３８間で位相が反転するように交流電圧が与えられ、複数の第１の上部電極１４０は、列方向で隣接する第１の上部電極１４０間で位相が反転するように交流電圧が与えられ、複数の第２の上部電極１４２は、列方向で隣接する第２の上部電極１４２間で位相が反転するように交流電圧が与えられる。なお、列方向で重なる複数の第１の下部電極１３６に対しては、互いに同位相の交流電圧が与えられ、列方向で重なる複数の第２の下部電極１３８に対しても互いに同位相の交流電圧が与えられる。同様に、行方向で重なる複数の第１の上部電極１４０に対しては、互いに同位相の交流電圧が与えられ、行方向で重なる複数の第２の上部電極１４２に対しても互いに同位相の交流電圧が与えられる。
　各液晶セル１２０では、第１の下部電極１３６、第２の下部電極１３８、第１の上部電極１４０、および第２の上部電極１４２は領域ごとに駆動することができる（エリア駆動）。具体的には、第１の下部電極１３６と第２の下部電極１３８は、互いに独立して駆動することができる。このため、例えば複数の第１の下部電極１３６と複数の第２の下部電極１３８に同時に同一電圧または異電圧の交流電圧を与えることもでき、あるいは複数の第１の下部電極１３６と複数の第２の下部電極１３８の一方を非動作（すなわち、電圧を与えない、または一定電圧を与える）としつつ、他方に交流電圧を与えることもできる。同様に、第１の上部電極１４０と第２の上部電極１４２も互いに独立して駆動することができる。このため、例えば複数の第１の上部電極１４０と複数の第２の上部電極１４２に同時に同一電圧または異電圧の交流電圧を与えることもでき、複数の第１の上部電極１４０と複数の第２の上部電極１４２の一方を非動作（すなわち、電圧を与えない、または一定電圧を与える）としつつ、他方に交流電圧を与えることもできる。
　上述したエリア駆動を実現するための配線構造の一例を図６Ａから図１０Ｂを用いて説明する。図６Ａから図７Ｂは、それぞれ図５の鎖線Ｃ－Ｃ´、Ｄ－Ｄ´、Ｅ－Ｅ´、Ｆ－Ｆ´に沿った端面の模式図である。図９Ａから図１０Ｂは、それぞれ図８の鎖線Ｇ－Ｇ´、Ｈ－Ｈ´、Ｊ－Ｊ´、Ｋ－Ｋ´に沿った端面の模式図である。
　図６Ａと図６Ｂから理解されるように、第１の下部電極１３６と第２の下部電極１３８に一定電圧または交流電圧を供給するための信号線（第１の信号線１６４、第２の信号線１６６、第３の信号線１６８、第４の信号線１７０）が第１の基板１２２の辺に沿うように配置される。これらの信号線は、アルミニウムや銅、タンタル、タングステン、チタン、モリブデンなどの金属またはこれらの金属の少なくとも一つを含む合金などによって形成され第１の基板１２２と接するように、または下地膜１４６を介して第１の基板１２２上に設けられる。下地膜１４６は、窒化ケイ素や酸化ケイ素などのケイ素含有無機化合物を含む一つまたは複数の膜によって形成すればよい。これらの信号線の上には、層間絶縁膜１４８が形成される。層間絶縁膜１４８も、ケイ素含有無機化合物を含む一つまたは複数の膜によって形成してもよく、あるいはエポキシ樹脂やアクリル樹脂、ポリイミド、ポリアミド、シリコン樹脂などの高分子化合物を用いて形成してもよい。
　複数の第１の下部電極１３６のうち行方向において一つ置きに選択される第１の下部電極１３６は、層間絶縁膜１４８に形成される開口を介し、第３の信号線１６８と電気的に接続される（図６（Ａ））。これらの第１の下部電極１３６は、第３の信号線１６８と直接接続されてもよく、あるいは図６（Ａ）に示すように、第３の信号線１６８とは異なる層に存在する配線１７２を介して第３の信号線１６８と接続されてもよい。第３の信号線１６８と配線１７２は、第２の下部電極１３８と重なってもよい。一方、残りの第１の下部電極１３６は、層間絶縁膜１４８に形成される開口を介し、第４の信号線１７０と電気的に接続される（図６（Ｂ））。これらの第１の下部電極１３６は、第４の信号線１７０と直接接続されてもよく、あるいは図６（Ｂ）に示すように、第４の信号線１７０とは異なる層に存在する配線１７４を介して第４の信号線１７０と接続されてもよい。第３の信号線１６８と第４の信号線１７０には、一定電圧、または互いに位相が反転したパルス状の交流電圧が供給される。このため、第３の信号線１６８と第４の信号線１７０に対して交流電圧が供給される場合、行方向において隣合う第１の下部電極１３６に与えられる交流電圧は、互いに位相が反転する。
　複数の第２の下部電極１３８のうち行方向において一つ置きに選択される第２の下部電極１３８は、層間絶縁膜１４８に形成される開口を介し、第１の信号線１６４と電気的に接続される（図６（Ａ））。これらの第２の下部電極１３８は、第１の信号線１６４と直接接続されてもよく、図示しない配線などを介して第１の信号線１６４と接続されてもよい。一方、残りの第２の下部電極１３８は、層間絶縁膜１４８に形成される開口を介し、第２の信号線１６６と電気的に接続される（図６（Ｂ））。これらの第２の下部電極１３８も、第２の信号線１６６と直接接続されてもよく、あるいは図示しない配線を介して第２の信号線１６６と接続されてもよい。第１の信号線１６４と第２の信号線１６６には、一定電圧または互いに位相が反転したパルス状の交流電圧が供給される。このため、第１の信号線１６４と第２の信号線１６６に対して交流電圧が供給される場合、行方向において隣合う第２の下部電極１３８に与えられる交流電圧は、互いに位相が反転する。
　図７Ａと図７Ｂに示すように、配線１７２や配線１７４は、一部がｘ方向に延伸するように構成してもよい。この構成を採用することで、行方向において一つ置きに選択される第１の下部電極１３６を配線１７２を介して第３の信号線１６８と接続し、残りの第１の下部電極１３６を配線１７４を介して第４の信号線１７０と接続することができる。
　第２の基板１３０についても同様の配線配置を採用することができる。具体的には、図９Ａと図９Ｂから理解されるように、第２の基板１３０には、第１の上部電極１４０と第２の上部電極１４２に一定電圧または交流電圧を供給するための信号線（第５の信号線１８０、第６の信号線１８２、第７の信号線１８４、第８の信号線１８６）が第２の基板１３０の辺に沿って配置される。これらの信号線も、第１の信号線１６４から第４の信号線１７０で用いることができる材料を用いて形成され、第２の基板１３０と接するように、または下地膜１７６を介して第２の基板１３０上（図９Ａから図１０Ｂでは第２の基板１３０の下）に設けられる。下地膜１７６もケイ素含有無機化合物を含む一つまたは複数の膜によって形成すればよい。これらの信号線の上には、層間絶縁膜１７８が形成される。層間絶縁膜１７８も、層間絶縁膜１４８で使用可能な材料を用いて形成
すればよい。
　複数の第１の上部電極１４０のうち列方向において一つ置きに選択される第１の上部電極１４０は、層間絶縁膜１７８に形成される開口を介し、第７の信号線１８４と電気的に接続される（図９（Ａ））。これらの第１の上部電極１４０は、第７の信号線１８４と直接接続されてもよく、あるいは図９（Ａ）に示すように、第７の信号線１８４とは異なる層に存在する配線１８８を介して第７の信号線１８４と接続されてもよい。第７の信号線１８４と配線１８８は、第２の上部電極１４２と重なってもよい。一方、残りの第１の上部電極１４０は、層間絶縁膜１７８に形成される開口を介し、第８の信号線１８６と電気的に接続される（図９（Ｂ））。これらの第１の上部電極１４０は、第８の信号線１８６と直接接続されてもよく、あるいは図９（Ｂ）に示すように、第８の信号線１８６とは異なる層に存在する配線１９０を介して第８の信号線１８６と接続されてもよい。第７の信号線１８４と第８の信号線１８６には、一定電圧または互いに位相が反転したパルス状の交流電圧が供給される。このため、第７の信号線１８４と第８の信号線１８６に交流電圧が供給される場合、列方向において隣合う第１の上部電極１４０に与えられる交流電圧は、互いに位相が反転する。
　複数の第２の上部電極１４２のうち列方向において一つ置きに選択される第２の上部電極１４２は、層間絶縁膜１７８に形成される開口を介し、第５の信号線１８０と電気的に接続される（図９（Ａ））。これらの第２の上部電極１４２は、第５の信号線１８０と直接接続されてもよく、図示しない配線などを介して第５の信号線１８０と接続されてもよい。一方、残りの第２の上部電極１４２は、層間絶縁膜１７８に形成される開口を介し、第６の信号線１８２と電気的に接続される（図９（Ｂ））。これらの第２の上部電極１４２も、第６の信号線１８２と直接接続されてもよく、あるいは図示しない配線を介して第６の信号線１８２と接続されてもよい。第５の信号線１８０と第６の信号線１８２には、一定電圧または互いに位相が反転したパルス状の交流電圧が供給される。このため、第５の信号線１８０と第６の信号線１８２に交流電圧が供給される場合、列方向において隣合う第２の上部電極１４２に与えられる交流電圧は、互いに位相が反転する。
　図１０Ａ、図１０Ｂに示すように、配線１８８や配線１９０は、一部がｘ方向に延伸するように構成してもよい。この構成を採用することで、列方向において一つ置きに選択される第２の上部電極１４２を配線１８８を介して第７の信号線１８４と接続し、残りの第２の上部電極１４２を配線１９０を介して第８の信号線１８６と接続することができる。
　図示しないが、第１の基板１２２と第２の基板１３０に設けられる領域数が３以上の場合には、さらに信号線が設けられる。具体的には、第１の基板１２２と第２の基板１３０の領域数をそれぞれｎとすると（ｎは２以上の自然数）、第１の基板１２２と第２の基板１３０のそれぞれには、２ｎの信号線を設けることができる。なお、本明細書中では、同一の機能を有する信号線には同一の符号が付されており、同一の符号が付された信号線が複数に分割されている場合でも、これらの信号線は同一であるとする。
　第１の下部電極１３６と第２の下部電極１３８の幅（長手方向であるｙ方向と交差するｘ方向の長さ）は、例えば２μｍ以上１０μｍ以下の範囲から選択され、行方向で隣合う第１の下部電極１３６間の距離、第２の下部電極１３８間の距離、および第１の下部電極１３６と第２の下部電極１３８間の距離も例えば２μｍ以上１０μｍ以下の範囲から選択すればよい。典型的な例として、第１の下部電極１３６と第２の下部電極１３８の各々の幅と行方向におけるピッチは、それぞれ５μｍ、１０μｍとすることができる。
　第１の上部電極１４０と第２の上部電極１４２についても同様であり、これらの幅（長手方向であるｘ方向と交差するｙ方向の長さ）は、例えば２μｍ以上１０μｍ以下の範囲から選択され、列方向で隣接する第１の上部電極１４０間の距離、第２の上部電極１４２間の距離、および第１の上部電極１４０と第２の上部電極１４２間の距離も例えば２μｍ以上１０μｍ以下の範囲から選択すればよい。典型的な例として、第１の上部電極１４０と第２の上部電極１４２の各々の幅と列方向におけるピッチは、それぞれ５μｍ、１０μｍとすることができる。
（３）第１の配向膜、第２の配向膜、および液晶層
　複数の第１の下部電極１３６と複数の第２の下部電極１３８上には第１の配向膜１５０が設けられ（図６Ａ、図６Ｂ）、複数の第１の上部電極１４０と複数の第２の上部電極１４２の上（図９Ａから図１０Ｂでは複数の第１の上部電極１４０と複数の第２の上部電極１４２の下）には第２の配向膜１５２が設けられる（図９Ａ、図９Ｂ）。第１の基板１２２と第２の基板１３０は封止材１２８によって貼り合わされ、固定される（図１１）。第１の基板１２２、第２の基板１３０、および封止材１２８によって形成される空間には液晶層１５４が充填される。
　第１の配向膜１５０と第２の配向膜１５２は、ポリイミドやポリエステルなどの高分子を含み、これらの表面はラビング処理される。ラビング処理は、第１の配向膜１５０の配向方向が第１の下部電極１３６や第２の下部電極１３８が延伸する方向に対して所定の角度あるいは垂直で交差する（図５の矢印参照）。また、第２の配向膜１５２の配向方向が第１の上部電極１４０や第２の上部電極１４２が延伸する方向に対して所定の角度あるいは垂直で交差する（図８の矢印参照）。したがって、第１の配向膜１５０の配向方向と第２の配向膜１５２の配向方向は所定の角度で交差あるいは直交する。ここで、配向方向とは、配向膜の影響によって液晶分子が無電界状態で配向するときの液晶分子の長軸方向である。なお、ラビング処理に替えて、光配向によって第１の配向膜１５０と第２の配向膜１５２の配光制御方向を制御してもよい。光配向は、光を用いたラビングレスの配向処理であり、例えば、紫外領域の偏光を所定方向からラビング処理していない配向膜に照射する。これによって配向膜中で光反応を生じさせ、その配向膜表面に異方性を導入して液晶配向制御能を付与する。
　液晶層１５４には液晶分子が含まれる。液晶分子の構造は限定されない。したがって、液晶分子はネマチック液晶でもよく、あるいはスメクチック液晶、コレステリック液晶、キラルスメチック液晶でもよい。
　液晶層１５４の厚さｄ（図１１参照）、すなわち、第１の配向膜１５０と第２の配向膜１５２との間の距離も任意であるが、第１の下部電極１３６や第２の下部電極１３８、第１の上部電極１４０、第２の上部電極１４２のピッチよりも大きいことが好ましい。例えば、液晶層１５４の厚さｄは、これらの電極のピッチに対して２倍以上１０倍以下、２倍以上５倍以下、または２倍以上３倍以下に設定することが好ましい。具体的な液晶層１５４の厚さは、例えば２０μｍ以上６０μｍ以下または２０μｍ以上５０μｍ以下の範囲から選択すればよい。図示しないが、この厚さを照明装置１００の全体に亘って維持するためのスペーサを液晶層１５４内に設けてもよい。なお、上述した液晶層１５４の厚さを液晶表示装置において採用した場合、動画を表示するために必要な高い液晶応答性を得ることができず、液晶表示装置としての機能を発現することは困難となる。
（４）その他の構成
　各液晶セル１２０において、第１の基板１２２上には、照明用の一定電圧または交流電圧を生成して第１の信号線１６４から第８の信号線１８６へ供給するための駆動回路１４４が設けられる（図４）。駆動回路１４４は、第１の基板１２２上でパターニングされた種々の導電膜、半導体膜、導電膜を適宜組み合わせることで形成してもよく、あるいは半導体基板上に形成される集積回路を備えるＩＣチップを第１の基板１２２上に搭載することで形成してもよい。あるいは、駆動回路１４４を第１の基板１２２上に設けず、第１の信号線１６４から第８の信号線１８６に接続されるフレキシブル印刷基板（ＦＰＣ）などのコネクタ上にＩＣチップを駆動回路１４４として設けてもよい。
２．動作原理
　上述したように、発光素子１１４から出射される光は、第１の液晶セル１２０－１を通過し、さらに第２の液晶セル１２０－２を通過して照明装置１００から出射する。各液晶セル１２０には、ストライプ状に配置された複数の第１の下部電極１３６と複数の第２の下部電極１３８、液晶層１５４、およびストライプ状に配置され、第１の下部電極１３６と第２の下部電極１３８と交差する複数の第１の上部電極１４０と複数の第２の上部電極１４２が設けられる。このため、これらの電極に印加される電圧を制御することにより、液晶層１５４をある種の液晶レンズとして機能させることができる。また、第１の領域１２４、第２の領域１２６、第３の領域１３２、および第４の領域１３４に配置される電極は、互いに独立して制御される。その結果、第１の領域１２４と第３の領域１３２を通過する光と第２の領域１２６と第４の領域１３４を通過する光を個別に拡散させることができるため、光源１１０から二つの液晶セル１２０を介して取り出される光の照射領域を多様に、かつ、任意に制御することができる。また、各領域の形状を反映させたパターンを照射領域に表現することができる。以下、照明装置１００の動作原理と駆動方法について説明する。ここで、「照射領域」とは、照明装置１００を駆動した際に対象物上に光が照射される領域を指す。ただし、光の進行方向と対象物上の面の角度や照明装置１００と対象物との距離により、照射領域は変化する。したがって、「照射領域」とは、液晶セル１２０の第２の基板１３０の主面の法線に対して垂直な平面（照射面）に照明装置１００からの光が照射される領域と定義される。以下の説明では、第１の領域１２４と第３の領域１３２が重なる部分における動作原理と第２の領域１２６と第４の領域１３４が重なる部分における動作原理は同じであるため、前者の動作原理について説明する。
２－１．非駆動時
　図１２Ａと図１２Ｂに、非駆動時における液晶セル１２０の端面の模式図を示す。図１２Ａは行方向（ｘ方向）から見た模式図であり、図１２Ｂは列方向（ｙ方向）から見た模式図である。図１２Ａと図１２Ｂにおいて、液晶分子は楕円として模式的に描かれている。
　上述したように、第１の配向膜１５０と第２の配向膜１５２の配向方向は、それぞれ複数の第１の下部電極１３６と複数の第１の上部電極１４０が延伸する方向に対して直交する。このため、液晶セル１２０を駆動しない場合、すなわち、複数の第１の下部電極１３６と複数の第１の上部電極１４０に電圧を印加しない場合、または複数の第１の下部電極１３６と複数の第１の上部電極１４０にそれぞれ一定電圧を印加する場合には、液晶分子の配向は電界の影響を受けず、配向方向によって決定される。その結果、第１の下部電極１３６側では、液晶分子は長軸が第１の下部電極１３６が延伸する方向（ｘ方向）に垂直な方向（ｙ方向）に沿って配向する。一方、第１の上部電極１４０側では、液晶分子は長軸が第１の上部電極１４０が延伸する方向（ｙ方向）に垂直な方向（ｘ方向）に沿って配向する。さらに、液晶分子の配向方向は、第１の基板１２２から第２の基板１３０に近づくにつれてｚ方向を中心軸として旋回し、９０°捻じれる。
２－２．駆動時
　駆動時には、第１の液晶セル１２０－１と第２の液晶セル１２０－２の複数の第１の下部電極１３６に対し、行方向で隣接する第１の下部電極１３６間で位相が反転するようにパルス状の交流電圧が印加される。同様に、第１の液晶セル１２０－１と第２の液晶セル１２０－２の複数の第１の上部電極１４０に対し、列方向で隣接する第１の上部電極１４０で位相が反転するようにパルス状の交流電圧が印加される。それぞれの液晶セル１２０内で、これらの交流電圧の周波数は同一である。交流電圧は、例えば５Ｖ以上５０Ｖ以下、または５Ｖ以上３０Ｖ以下の範囲から選択すればよい。交流電圧の印加により、行方向で隣接する第１の下部電極１３６間および列方向で隣接する第１の上部電極１４０間には、それぞれ図１３Ａと図１３Ｂの矢印に示すように電界（横電界）が発生する。一方、第１の下部電極１３６と第１の上部電極１４０間でも電界（縦電界）が発生するが、上述したように、液晶層１５４の厚さｄは、隣接する第１の下部電極１３６間や第１の上部電極１４０間の距離の距離と比較して大きい。このため、縦電界は横電界に対して無視することが可能であり、液晶分子が横電界に従って配向する。
　液晶層１５４内に横電界が発生すると、第１の基板１２２側では、隣接する第１の下部電極１３６の間のほぼ中間に位置する液晶分子は、横電界の方向は第１の基板１２２の上面とほぼ平行であるため、初期の配向状態を保つ。しかしながら、第１の上部電極１４０に近づくにつれて電界方向がｚ方向に傾くため、液晶分子もｚ方向に傾き、その角度（チルト角）が増大する。その結果、第１の基板１２２側の液晶層中の液晶分子は、上に凸の円弧状に配向する（図１３Ａ）。第２の基板１３０側でも同様であり、隣接する第１の上部電極１４０の間のほぼ中間に位置する液晶分子は、横電界の方向は第２の基板１３０の下面とほぼ平行であるため、初期の配向状態を保つ。しかしながら、第１の上部電極１４０に近づくにつれて電界方向がｚ方向に傾くため、液晶分子もｚ方向に傾き、そのチルト角が増大する。その結果、第２の基板１３０側の液晶層中の液晶分子は、下に凸の円弧状に配向する（図１３Ｂ）。
　液晶分子の配向変化により、液晶層１５４に入射した光は、第１の基板１２２側の円弧状に配向した液晶分子の屈折率分布に従って拡散し、さらに第２の基板１３０側の円弧状に配向した液晶分子の屈折率分布に従って拡散する。その結果、液晶セル１２０は光を拡散するレンズとして機能する。この光の拡散メカニズムについて、図１４を用いて詳細に説明する。図１４には、図１３Ａと図１３Ｂに示す液晶分子の配向を示した模式的斜視図、および二つの液晶セル１２０を透過する光の挙動を示す模式図が示されている。ここでは、二つの液晶セル１２０の間で、第１の下部電極１３６が延伸する方向は互いに平行であり、第１の上部電極１４０が延伸する方向も互いに平行である例をモデルとして用いて説明する。
　上述したように、複数の第１の下部電極１３６に対し、隣接する第１の下部電極１３６間で互いに位相が反転するようにパルス状の交流電圧を印加し、複数の第１の上部電極１４０に対し、隣接する第１の上部電極１４０間で互いに位相が反転するようにパルス状の交流電圧を印加すると、図１４に示すように、第１の下部電極１３６側と第１の上部電極１４０側に互いに直交する横電界が発生する。その結果、液晶層中の液晶分子は、第１の基板１２２側で隣接する第１の下部電極１３６側間で上に凸に配向し、第２の基板１３０側で隣接する第１の上部電極１４０間で下に凸に配向する。また、液晶分子の配向は、第１の下部電極１３６から第１の上部電極１４０に向かうに従って９０°捻じれる。
　図１４に示すように、光源１１０から出射した光は、最初に第１の液晶セル１２０－１に入射する。この光はｙ方向の偏光成分２００（図中、直線矢印）とｘ方向の偏光成分２０６（図中、丸印にバツを付した記号）を有している。以下、便宜上、液晶セル１２０に入射する前の光のｙ方向の偏光成分２００をＳ成分、ｘ方向の偏光成分２０６をＰ成分と呼び、偏光軸の回転に依存せず、この名称を使用する。
　第１の下部電極１３６側では液晶分子はｙ方向に沿って配向しているため、液晶層１５４はｙ方向に屈折率分布を有する。このため、液晶層１５４に入射したＳ成分２００は、第１の下部電極１３６側のｙ方向の屈折率分布によってｙ方向に拡散する。この光は、液晶層１５４を通過する際、液晶分子の配向の捻じれによって旋光し、偏光軸がｘ方向に変化する。すると、第１の上部電極１４０側では、液晶層１５４はｘ方向に屈折率分布を有するため、この光はさらにｘ方向に拡散する。その結果、Ｓ成分２００は第１の液晶セル１２０－１の液晶層１５４を通過すると、ｘ方向とｙ方向に拡散したＳ成分２０２となる。
　一方、第１の液晶セル１２０－１に入射したＰ成分２０６は、第１の下部電極１３６側においては屈折率分布はｙ方向に存在するため、屈折率分布の影響を受けず、拡散することなく液晶分子の配向の捻じれによって旋光し、偏光軸がｙ方向に変化する。また、第１の上部電極１４０側の屈折率分布はｘ方向に存在するため、偏光軸がｙ方向に変化したＰ成分２０６は屈折率分布の影響を受けない。その結果、Ｐ成分２０６は、第１の液晶セル１２０－１の液晶層１５４を通過すると、拡散せずに旋光したＰ成分２０８となる。
　次に、第１の液晶セル１２０－１を通過した光を考える。上述したように、このモデルでは、第１の液晶セル１２０－１と第２の液晶セル１２０－２の間で第１の下部電極１３６の長手方向は互いに平行であり、第１の上部電極１４０の長手方向も互いに平行である。このため、第２の液晶セル１２０－２の液晶層１５４においても、第１の下部電極１３６側にはｙ方向に屈折率分が存在し、第１の上部電極１４０側にはｘ方向に屈折率分布が存在する。
　上述したように、Ｓ成分２００は、第１の液晶セル１２０－１を通過するとｘ方向とｙ方向に拡散したＳ成分２０２となる。このＳ成分２０２は、第２の液晶セル１２０－２の第１の下部電極１３６側ではその偏光軸が屈折率分布の方向と直交するため、拡散しない。Ｓ成分２０２は、液晶層１５４を通過する間、液晶分子の配向の捻じれに応じて旋光し、偏光軸がｙ方向に変化する。しかしながら、第１の上部電極１４０側の屈折率分布はｘ方向であるため、屈折率分布の影響を受けない。その結果、Ｓ成分２０２は、第２の液晶セル１２０－２によって旋光するものの、拡散せずにＳ成分２０４となる。纏めると、光源１１０から出射するＳ成分２００は、第１の液晶セル１２０－１によってｘ方向とｙ方向に拡散するとともに旋光してＳ成分２０２となり、第２の液晶セル１２０－２によって拡散せずに旋光し、最終的にｘ方向とｙ方向に拡散したＳ成分２０４となる。
　一方、第２の液晶セル１２０－２の液晶層１５４に入射したＰ成分２０８は、第１の下部電極１３６側のｙ方向の屈折率分布によってｙ方向に拡散する。この光は、液晶層１５４を通過する際、液晶分子の配向の捻じれによって旋光し、偏光軸がｘ方向になる。すると、第１の上部電極１４０側では、液晶層１５４はｘ方向に屈折率分布を有するため、この光はｘ方向に拡散する。その結果、Ｐ成分２０８は第２の液晶セル１２０－２を通過すると、旋光すると同時にｘ方向とｙ方向に拡散したＰ成分２１０となる。纏めると、光源１１０から出射するＰ成分２０６は、第１の液晶セル１２０－１によって拡散せずに旋光し、第２の液晶セル１２０－２によって旋光するとともにｘ方向とｙ方向に拡散し、最終的にｘ方向とｙ方向に拡散したＰ成分２１０となる。
　液晶分子の配向の程度は第１の下部電極１３６と第１の上部電極１４０に印加される電圧によってそれぞれ制御することができるため、光の拡散の程度も第１の下部電極１３６と第１の上部電極１４０に印加される電圧によって制御することが可能である。このため、上述したメカニズムに従い、第１の下部電極１３６と第１の上部電極１４０に印加される電圧によって第１の領域１２４と第３の領域１３２を通過する光の拡散の程度を独立に制御することができる。
　なお、光の拡散は隣接する第１の下部電極１３６間と隣接する第１の上部電極１４０間に発生する横電界によって制御される。したがって、光の拡散のためには、各液晶セルにおいて隣接する第１の下部電極１３６間および／または隣接する第１の上部電極１４０間に電位差が与えられれば良い。このため、隣接する第１の下部電極１３６に対して異なる電圧の一定電圧を印加してもよく、あるいは、一つ置きに選択される複数の第１の下部電極１３６に交流電圧を与え、残りの第１の下部電極１３６に一定電圧を与えてもよい。第１の上部電極１４０についても同様である。
３．配光制御
　上述したメカニズムを利用することにより、光源１１０からの照射領域を任意に制御するとともに、第１の領域１２４から第４の領域１３４の形状が反映されたパターンを照射面上に表現することができる。このことを以下説明する。
　以下の説明では、図１５Ａに示すように、各液晶セル１２０では、一つ置きに選択される複数の第１の下部電極１３６に対して交流電圧Ｖ１３６－１が、残りの複数の第１の下部電極１３６に対して交流電圧Ｖ１３６－２が印加されるものとする。一つ置きに選択される複数の第２の下部電極１３８に対して交流電圧Ｖ１３８－１が、残りの複数の第２の下部電極１３８に対して交流電圧Ｖ１３８－２が印加されるものとする。同様に、図１５Ｂに示すように、一つ置きに選択される複数の第１の上部電極１４０に対して交流電圧Ｖ１４０－１が、残りの複数の第１の上部電極１４０に対して交流電圧Ｖ１４０－２が印加されるものとする。一つ置きに選択される複数の第２の上部電極１４２に対して交流電圧Ｖ１４２－１が、残りの複数の第２の上部電極１４２に対して交流電圧Ｖ１４２－２が印加されるものとする。このモデルにおいても、二つの液晶セル１２０の間で、第１の下部電極１３６、第２の下部電極１３８、第１の上部電極１４０、および第２の上部電極１４２は、それぞれ互いに平行である。上述したように、各液晶セル１２０において形成される領域の形状は任意であるため、以下の説明の一部では、第１の領域１２４と第３の領域１３２が互いに同一の星型形状を有し、第２の領域１２６と第４の領域１３４が上記星型形状を囲む形状を有する例を用いる。
３－１．液晶セルの非駆動時
　液晶セル１２０が非駆動時の場合には、隣接する電極間に電界が発生しない。このため、液晶層１５４には屈折率分布が存在しないので、Ｓ成分２００とＰ成分２０６は各液晶セル１２０によって旋光するものの、拡散効果を受けない。したがって、例えば図１６に示すように、光源１１０から出射された光は二つの液晶セル１２０を通過しても大きく広がらず、床などの照射面１０４上に比較的狭い照射領域１０２－１を与える。
３－２．液晶セルの駆動時
　一例として、図１７Ａのタイミングチャートに示すように液晶セル１２０を駆動するケースを考える。ここでは、各液晶セル１２０において、複数の第１の下部電極１３６に対し、隣接する第１の下部電極１３６間で位相が反転するように交流電圧を与え、複数の第２の下部電極１３８に対し、隣接する第２の下部電極１３８間で位相が反転するように交流電圧を与える。同様に、各液晶セル１２０において、複数の第１の上部電極１４０に対し、隣接する第１の上部電極１４０間で位相が反転するように交流電圧を与え、複数の第２の上部電極１４２に対し、隣接する第２の上部電極１４２間で位相が反転するように交流電圧を与える。各電圧に印加される電圧は同一である。
　このように液晶セル１２０を動作させると、図１４から理解されるように、光源１１０からの光のＳ成分２００とＰ成分２０６は、二つの液晶セル１２０を通過することでｘ方向とｙ方向に拡散する。このため、照明装置１００は、二つの液晶セル１２０を駆動しない場合に形成される照射領域１０２－１と比較し、ｘ方向とｙ方向に広がった照射領域１０２－２を与える（図１７Ｂ）。また、各電圧に印加される電圧は同一であるため、第１の領域１２４と第３の領域１３２を通過する光と第２の領域１２６と第４の領域１３４を通過する光の拡散の程度は略同一となる。このため、各領域の形状は反映されず、照射領域１０２－２における照度分布は小さい。
　他の例として、図１８Ａのタイミングチャートに示すように液晶セル１２０を駆動するケースを考える。ここでは、各液晶セル１２０において、第１の下部電極１３６に対し、隣接する第１の下部電極１３６間で位相が反転するように交流電圧を与え、複数の第２の下部電極１３８に対し、隣接する第２の下部電極１３８間で位相が反転するように交流電圧を与える。一方、各液晶セル１２０において、複数の第１の上部電極１４０と複数の第２の上部電極１４２に対しては、電圧を印加しない、または一定電圧（例えば接地電圧）を与える。
　この場合、各液晶セル１２０の液晶層１５４の第２の基板１３０側には横電界が発生しないので、屈折率分布も生じない。したがって、図１４から理解されるように、Ｓ成分２００とＰ成分２０６は、いずれもｘ方向にのみ拡散する。その結果、図１８Ｂに模式的に示すように、照射領域１０２－１と比較して一方向（ｘ方向）に広がった照射領域１０２－３を与える。詳細な説明は割愛するが、複数の第１の下部電極１３６と複数の第２の下部電極１３８に対して電圧を印加しない、または一定電圧（例えば接地電圧）を与え、複数の第１の上部電極１４０に対して隣接する第１の上部電極１４０間で位相が反転するように交流電圧を与え、複数の第２の上部電極１４２に対して隣接する第２の上部電極１４２間で位相が反転するように交流電圧を与えることにより、ｙ方向に広がった照射領域を得ることも可能である。また、広がりの程度は交流電圧の電圧によって制御することができる。
　他の例として、図１９Ａのタイミングチャートに示すように液晶セル１２０を駆動するケースを考える。ここでは、各液晶セル１２０において、複数の第２の下部電極１３８に対し、隣接する第２の下部電極１３８間で位相が反転するように交流電圧を与え、複数の第２の上部電極１４２に対し、隣接する第２の上部電極１４２間で位相が反転するように交流電圧を与える。一方、各液晶セル１２０において、複数の第１の下部電極１３６と複数の第１の上部電極１４０に対しては、電圧を印加しない、または一定電圧を与える。
　このような駆動では、第１の領域１２４と第３の領域１３２を通過する光は拡散しない。光源１１０からはコリメートされた光が射出するため、第１の領域１２４と第３の領域１３２を通過する光は大きく広がることは無く、照射面１０４において比較的高い照度の照射領域１０２－４を形成する。
　一方、第２の領域１２６と第４の領域１３４を通過する光は、液晶層１５４の第１の基板１２２と第２の基板１３０側にそれぞれ形成される屈折率分布によって拡散する。したがって、広い照射領域１０２－５を与えるが、照射領域の拡大に起因し、この照射領域１０２－５の照度は照射領域１０２－４の照度と比較して低い。その結果、照射面１０４上に第１の領域１２４から第４の領域１３４の形状が反映されたパターンを照度の差を用いて表現することができる（図１９Ｂ）。
　逆の例として、図２０Ａのタイミングチャートに示すように液晶セル１２０を駆動するケースを考える。ここでは、各液晶セル１２０において、複数の第１の下部電極１３６に対し、隣接する第１の下部電極１３６間で位相が反転するように交流電圧を与え、複数の第１の上部電極１４０に対し、隣接する第１の上部電極１４０間で位相が反転するように交流電圧を与える。一方、各液晶セル１２０において、複数の第２の下部電極１３８と複数の第２の上部電極１４２に対しては、電圧を印加しない、または一定電圧を与える。
　このような駆動では、第２の領域１２６と第４の領域１３４を通過する光は拡散しない。すなわち、第２の領域１２６と第４の領域１３４から出射する光は大きく広がることは無く、照射面１０４において比較的高い照度の照射領域１０２－６を形成する。
　一方、第１の領域１２４と第３の領域１３２を通過する光は、液晶層１５４の第１の基板１２２と第２の基板１３０側にそれぞれ形成される屈折率分布によって拡散する。したがって、照射領域１０２－４と比較して広がった照射領域１０２－７を与えるが、この照射領域１０２－７の照度は照射領域１０２－６の照度と比較して低い。その結果、照射面１０４上に第１の領域１２４から第４の領域１３４の形状が反映されたパターンを照度の差を用いて表現することができる（図２０Ｂ）。
　図２１に示すように、照明装置１００の液晶セル１２０上に、透光性を有し、光を拡散するカバー１０８を設ける場合には、カバー１０８も照射面１０４となるため、カバー１０８上に第１の領域１２４から第４の領域１３４の形状が反映されたパターンを表現することができる。したがって、様々なパターンが表現された光源１１０を視認することも可能である。
　このように、本発明の実施形態を適用することにより、光源１１０からの光を任意に配光し、様々な形状の照射領域を作り出すことが可能となるとともに、各領域の形状を反映したパターンを照射面上に表現することができる。この照明装置１００では、液晶プロジェクタや液晶表示装置で使用される偏光板は必要としない。また、光パターンの表現においては、光源１１０の光を物理的に遮蔽する必要がない。このため、光源１１０からの光を有効に活用することができる。その結果、消費電力の増大を招くことなく光のパターンを表現することが可能となる。
＜第２実施形態＞
　本実施形態では、第１実施形態で述べた照明装置１００の変形例について説明する。第１実施形態で述べた構成と同一または類似する構成については説明を割愛することがある。
１．変形例１
　第１実施形態でも述べたように、第１の基板１２２と第２の基板１３０に設けられる領域の数に制約はない。このため、一つの変形例では、図２２Ａと図２２Ｂに示すように、第１の基板１２２にさらに第５の領域２２０と第６の領域２２２を設け、第２の基板１３０に第５の領域２２０と第６の領域２２２にそれぞれ重なる第７の領域２２４と第８の領域２２６を設けてもよい。この変形例では、第５の領域２２０と第６の領域２２２が第１の領域１２４によって囲まれ、第７の領域２２４と第８の領域２２６が第３の領域１３２に囲まれている。第１の領域１２４と第３の領域１３２を非駆動とし、他の領域を駆動させると、第１の領域１２４と第３の領域１３２を通過する光は直線的に進み、照射面１０４に高い照度の照射領域を与えるため、数字などの比較的複雑な図形を表現することも可能である。
２．変形例２
　照明装置１００は、第１の液晶セル１２０－１と第２の液晶セル１２０－２に加え、さらに複数の液晶セル１２０を第２の液晶セル１２０－２上に備えてもよい。液晶セル１２０の層数に制約はなく、２以上１０以下、２以上６以下、または２以上４以下でもよい。好ましくは、液晶セル１２０の総数は偶数である。図２３には、第３の液晶セル１２０－３と第４の液晶セル１２０－４が第２の液晶セル１２０－２上に搭載された例が示されている。
　液晶セル１２０の総数が２を超える場合、第１の液晶セル１２０－１と第２の液晶セル１２０－２のそれぞれの第１の基板１２２と第２の基板１３０上に区画される領域の形状と、それ以外の液晶セル１２０の第１の基板１２２と第２の基板１３０上に区画される領域の形状は、互いに異なってもよい。例えば、照明装置１００が第１の液晶セル１２０－１と第２の液晶セル１２０－２に加えて第３の液晶セル１２０－３と第４の液晶セル１２０－４を有する場合（図２３）、第３の液晶セル１２０－３の第１の基板２３０には、第１の液晶セル１２０－１の第１の領域１２４と第２の領域１２６と異なる形状を有する第９の領域２３２と第１０の領域２３４を設けてもよい（図２４Ａ）。これらの第９の領域２３２と第１０の領域２３４には、それぞれ複数の第１の下部電極２３６と複数の第２の下部電極２３８を選択的に形成することができる。同様に、第３の液晶セル１２０－３の第２の基板２４０には、第１の液晶セル１２０－１の第１の領域１２４と第２の領域１２６と異なる形状を有する第１１の領域２４２と第１２の領域２４４を設けてもよい。第１１の領域２４２と第１２の領域２４４の形状は、それぞれ第９の領域２３２と第１０の領域２３４と同一でもよい。これらの第１１の領域２４２と第１２の領域２４４には、それぞれ複数の第１の上部電極２４６と複数の第２の上部電極２４８を選択的に配置することができる。第４の液晶セル１２０－４についても同様であるため、説明は省略する。
　第１の下部電極２３６と第２の下部電極２３８は、第１の液晶セル１２０－１や第２の液晶セル１２０－２の第１の下部電極１３６と第２の下部電極１３８に対応するため、第１の下部電極１３６と第２の下部電極１３８と同様の駆動方法を適用すればよい。同様に、第１の上部電極２４６と第２の上部電極２４８は、第１の液晶セル１２０－１や第２の液晶セル１２０－２の第１の上部電極１４０と第２の上部電極１４２に対応するため、第１の上部電極１４０と第２の上部電極１４２と同様の駆動方法を適用すればよい。駆動方法に関する詳細な説明は割愛するが、第３の液晶セル１２０－３と第４の液晶セル１２０－４を適宜駆動する、より具体的には、第１の液晶セル１２０－１と第２の液晶セル１２０－２を非駆動とする状態で第３の液晶セル１２０－３と第４の液晶セル１２０－４を駆動させることで、第９の領域２３２から第１２の領域２４４の形状を反映したパターンを照射面１０４に表現することができる。同様に、第３の液晶セル１２０－３と第４の液晶セル１２０－４を非駆動とする状態で第１の液晶セル１２０－１と第２の液晶セル１２０－２を駆動させることで、第１の領域１２４から第８の領域２２６の形状を反映したパターンを照射面に表現することができる。
　このように、一対の液晶セル（ここでは第１の液晶セル１２０－１と第２の液晶セル１２０－２）と他の一対の液晶セル（ここでは第３の液晶セル１２０－３と第４の液晶セル１２０－４）が表現するパターンが異なるように液晶セル１２０を構成することで、複数のパターンを照射面１０４に表現することができる。
３．変形例３
　本変形例に係る照明装置２５０は、図２５の模式的な展開図に示されるように、少なくとも一方の液晶セル１２０において、第２の基板１３０には単一の上部電極２５２が設けられ、この上部電極２５２が第１の基板１２２に設けられる複数の領域と重なるように配置される点で第１実施形態で述べた照明装置１００と異なる。上部電極２５２は、複数の第１の下部電極１３６と複数の第２の下部電極１３８と重なる。
　照明装置２５０では、液晶層１５４の屈折率分布は第１の基板１２２側のみに生じる。したがって、図１４から理解されるように、ｘ方向とｙ方向の両方向に光を拡散させるため、第１の液晶セル１２０－１と第２の液晶セル１２０－２の間で複数の第１の下部電極１３６または複数の第２の下部電極１３８の延伸方向が互いに異なるように第１の液晶セル１２０－１と第２の液晶セル１２０－２を配置することが好ましい。
　図示しないが、第１の基板１２２上に単一の下部電極を設け、第２の基板１３０側に複数の第１の上部電極１４０と複数の第２の上部電極１４２を設けてもよい。この場合においても、ｘ方向とｙ方向の両方向に光を拡散させるため、第１の液晶セル１２０－１と第２の液晶セル１２０－２の間で複数の第１の上部電極１４０または複数の第２の上部電極１４２の延伸方向が互いに異なるように第１の液晶セル１２０－１と第２の液晶セル１２０－２を配置することが好ましい。
　図示しないが、第２の基板１３０側には、電極を配置しなくてもよい。この場合には、第１の基板１２２上には、第１の領域１２４と第２の領域１２６に、それぞれ複数の第１の下部電極１３６と複数の第２の下部電極１３８が配置される。液晶層１５４の屈折率分布は第１の基板１２２側のみに生じるため、図１４から理解されるように、ｘ方向とｙ方向の両方向に光を拡散させるため、第１の液晶セル１２０－１と第２の液晶セル１２０－２の間で複数の第１の下部電極１３６または複数の第２の下部電極１３８の延伸方向が互いに異なるように第１の液晶セル１２０－１と第２の液晶セル１２０－２を配置することが好ましい。
　あるいは、第１の基板１２２側に電極を配置しなくてもよい。この場合には、第２の基板１３０の第３の領域１３２と第４の領域１３４に、それぞれ複数の第１の上部電極１４０と複数の第２の上部電極１４２が配置される。この場合においても、ｘ方向とｙ方向の両方向に光を拡散させるため、第１の液晶セル１２０－１と第２の液晶セル１２０－２の間で複数の第１の上部電極１４０または複数の第２の上部電極１４２の延伸方向が互いに異なるように第１の液晶セル１２０－１と第２の液晶セル１２０－２を配置することが好ましい。
　上述した変形例１から３のいずれにおいても、液晶層１５４に屈折率分布を形成することができるため、各基板に設けられる複数の領域の形状を反映したパターンを照射面１０４に表現することができる。したがって、第１実施形態に係る照明装置１００と同様、消費電力の増大を招くことなく、種々のパターンを表現することが可能な照明装置を提供することが可能である。
　本発明の実施形態として上述した各実施形態は、相互に矛盾しない限りにおいて、適宜組み合わせて実施することができる。また、各実施形態の表示装置を基にして、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、又は、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。
　上述した各実施形態の態様によりもたらされる作用効果とは異なる他の作用効果であっても、本明細書の記載から明らかなもの、又は、当業者において容易に予測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。
　１００：照明装置、１０２－１：照射領域、１０２－２：照射領域、１０２－３：照射領域、１０２－４：照射領域、１０２－５：照射領域、１０２－６：照射領域、１０２－７：照射領域、１０４：照射面、１０８：カバー、１１０：光源、１１２：筐体、１１２ａ：傾斜面、１１４：発光素子、１１６：レンズ、１２０：液晶セル、１２０－１：第１の液晶セル、１２０－２：第２の液晶セル、１２０－３：第３の液晶セル、１２０－４：第４の液晶セル、１２２：第１の基板、１２４：第１の領域、１２６：第２の領域、１２８：封止材、１３０：第２の基板、１３２：第３の領域、１３４：第４の領域、１３６：第１の下部電極、１３８：第２の下部電極、１４０：第１の上部電極、１４２：第２の上部電極、１４４：駆動回路、１４６：下地膜、１４８：層間絶縁膜、１５０：第１の配向膜、１５２：第２の配向膜、１５４：液晶層、１６４：第１の信号線、１６６：第２の信号線、１６８：第３の信号線、１７０：第４の信号線、１７２：配線、１７４：配線、１７６：下地膜、１７８：層間絶縁膜、１８０：第５の信号線、１８２：第６の信号線、１８４：第７の信号線、１８６：第８の信号線、１８８：配線、１９０：配線、２００：Ｓ成分、２０２：Ｓ成分、２０４：Ｓ成分、２０６：Ｐ成分、２０８：Ｐ成分、２１０：Ｐ成分、２２０：第５の領域、２２２：第６の領域、２２４：第７の領域、２２６：第８の領域、２３０：第１の基板、２３２：第９の領域、２３４：第１０の領域、２３６：第１の下部電極、２３８：第２の下部電極、２４０：第２の基板、２４２：第１１の領域、２４４：第１２の領域、２４６：第１の上部電極、２４８：第２の上部電極、２５０：照明装置、２５２：上部電極
 

Claims (20)

  1. 　光源、
    　前記光源上の第１の液晶セル、および
    　前記第１の液晶セル上の第２の液晶セルを備え、
    　前記第１の液晶セルと前記第２の液晶セルの各々は、
    　　第１の領域と第２の領域を有する第１の基板、
    　　前記第１の領域上に位置し、列方向に延伸する複数の第１の下部電極、
    　　前記第２の領域上に位置し、前記列方向に延伸する複数の第２の下部電極、
    　　前記複数の第１の下部電極と前記複数の第２の下部電極上の第１の液晶層、および
    　　前記第１の液晶層上の第２の基板を有し、
    　前記複数の第１の下部電極と前記複数の第２の下部電極は、互いに独立して駆動される、照明装置。
  2. 　前記第１の液晶セルと前記第２の液晶セルの各々において、
    　　前記複数の第１の下部電極には、前記列方向に交差する行方向において隣接する前記第１の下部電極間で位相が反転するよう、交流電圧が印加され、
    　　前記複数の第２の下部電極には、前記行方向において隣接する前記第２の下部電極間で位相が反転するよう、交流電圧が印加される、請求項１に記載の照明装置。
  3. 　前記第１の液晶セルと前記第２の領域の間で、前記第１の領域は互いに重なり、形状が互いに同じである、請求項１に記載の照明装置。
  4. 　前記第１の液晶セルと前記第２の液晶セルの各々において、前記第１の領域は前記第２の領域に囲まれる、請求項１に記載の照明装置。
  5. 　前記第１の液晶セルと前記第２の液晶セルの各々において、前記複数の第１の下部電極の少なくとも一つは、前記複数の第２の下部電極から選択される二つと前記列方向において重なり、かつ、前記二つに挟まれる、請求項１に記載の照明装置。
  6. 　前記第１の液晶セルと前記第２の液晶セルの各々は、
    　　前記第１の液晶層と前記複数の第１の下部電極の間、および前記第１の液晶層と前記複数の第２の下部電極の間の第１の配向膜、および
    　　前記第１の液晶層と前記第２の基板の間の第２の配向膜をさらに有し、
    　前記第１の配向膜の配向方向は、前記列方向および前記第２の配向膜の配向方向と交差する、請求項１に記載の照明装置。
  7. 　前記第１の液晶セルと前記第２の液晶セルの各々は、前記第１の液晶層と前記第２の基板の間に、単一の上部電極をさらに有する、請求項１に記載の照明装置。
  8. 　前記第１の液晶セルと前記第２の液晶セルの各々において、前記第２の基板は、それぞれ前記第１の領域と前記第２の領域と重なる第３の領域と第４の領域を有し、
    　前記第１の液晶セルと前記第２の液晶セルの各々は、
    　　前記第３の領域下に位置し、前記列方向と交差する行方向に延伸する複数の第１の上部電極、および
    　　前記第４の領域下に位置し、前記行方向に延伸する複数の第２の上部電極をさらに有する、請求項１に記載の照明装置。
  9. 　前記第１の液晶セルと前記第２の液晶セルの各々において、
    　　前記複数の第１の上部電極には、前記列方向において隣接する前記第１の上部電極間で位相が反転するよう、交流電圧が印加され、
    　　前記複数の第２の上部電極には、前記列方向において隣接する前記第２の上部電極間で位相が反転するよう、交流電圧が印加される、請求項８に記載の照明装置。
  10. 　前記第１の液晶セルと前記第２の領域の間で、前記第３の領域は互いに重なり、形状が互いに同じである、請求項８に記載の照明装置。
  11. 　前記第１の液晶セルと前記第２の液晶セルの各々において、前記第１の領域と前記第３の領域は互いに重なり、形状が互いに同じである、請求項８に記載の照明装置。
  12. 　前記第２の液晶セル上の第３の液晶セル、および
    　前記第３の液晶セル上の第４の液晶セルをさらに備え、
    　前記第３の液晶セルと前記第４の液晶セルの各々は、
    　　第５の領域と第６の領域を有する第３の基板、
    　　前記第５の領域上に位置し、前記列方向に延伸する複数の第３の下部電極、
    　　前記第６の領域上に位置し、前記列方向に延伸する複数の第４の下部電極、
    　　前記複数の第３の下部電極と前記複数の第４の下部電極上の第２の液晶層、および
    　　前記第２の液晶層上の第４の基板を有し、
    　前記複数の第３の下部電極と前記複数の第４の下部電極は、互いに独立して駆動される、請求項１に記載の照明装置。
  13. 　前記第３の液晶セルと前記第４の液晶セルの各々において、
    　　前記複数の第３の下部電極には、前記列方向に交差する行方向において隣接する前記第３の下部電極間で位相が反転するよう、交流電圧が印加され、
    　　前記複数の第４の下部電極には、前記行方向において隣接する前記第４の下部電極間で位相が反転するよう、交流電圧が印加される、請求項１２に記載の照明装置。
  14. 　前記第１の液晶セルまたは前記第２の液晶セルの前記第１の基板の第１の領域は、前記第３の液晶セルまたは前記第４の液晶セルの前記第３の基板の前記第５の領域と形状が異なる、請求項１２に記載の照明装置。
  15. 　前記第３の液晶セルと前記第４の液晶セルの間で、前記第３の基板の前記第５の領域は、互いに重なり、形状が互いに同一である、請求項１２に記載の照明装置。
  16. 　前記第３の液晶セルと前記第４の液晶セルの各々において、前記複数の第３の下部電極の少なくとも一つは、前記複数の第４の下部電極から選択される二つと前記列方向において重なり、かつ、前記二つに挟まれる、請求項１２に記載の照明装置。
  17. 　前記第３の液晶セルと前記第４の液晶セルの各々は、
    　　前記第２の液晶層と前記複数の第３の下部電極の間、および前記第２の液晶層と前記複数の第４の下部電極の間の第３の配向膜、および
    　　前記第２の液晶層と前記第４の基板の間の第４の配向膜をさらに有し、
    　前記第３の配向膜の配向方向は、前記列方向および前記第４の配向膜の配向方向と交差する、請求項１２に記載の照明装置。
  18. 　前記第３の液晶セルと前記第４の液晶セルの各々は、前記第２の液晶層と前記第４の基板の間に、単一の上部電極をさらに有する、請求項１２に記載の照明装置。
  19. 　前記第３の液晶セルと前記第４の液晶セルの各々において、前記第２の基板は、それぞれ前記第５の領域と前記第６の領域と重なる第７の領域と第８の領域を有し、
    　前記第３の液晶セルと前記第４の液晶セルの各々は、
    　　前記第７の領域下に位置し、ストライプ状に配置され、前記列方向と交差する行方向に延伸する複数の第３の上部電極、および
    　　前記第８の領域下に位置し、ストライプ状に配置され、前記行方向に延伸する複数の第４の上部電極をさらに有する、請求項１２に記載の照明装置。
  20. 　　第１の領域と第２の領域を有する第１の基板、
    　　前記第１の領域上に位置し、列方向に延伸する複数の第１の下部電極、
    　　前記第２の領域上に位置し、前記列方向に延伸する複数の第２の下部電極、
    　　前記複数の第１の下部電極と前記複数の第２の下部電極上の液晶層、
    　　前記液晶層を介して前記第１の基板に対向し、前記第１の領域と前記第２の領域とそれぞれ重なる第３の領域と第４の領域を有する第２の基板、
    　　前記第３の領域下に位置し、行方向に延伸する複数の第１の上部電極、
    　　前記第４の領域下に位置し、前記行方向に延伸する複数の第２の上部電極、
    　前記複数の第１の下部電極、前記複数の第２の下部電極、前記複数の第１の上部電極、および前記複数の第２の上部電極は、互いに独立して駆動される、
    光学素子。
     
     
     
PCT/JP2022/019930 2021-05-21 2022-05-11 照明装置および光学素子 WO2022244662A1 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202280032332.0A CN117242298A (zh) 2021-05-21 2022-05-11 照明装置以及光学元件
JP2023522616A JP7447359B2 (ja) 2021-05-21 2022-05-11 照明装置および光学素子
US18/373,462 US20240019107A1 (en) 2021-05-21 2023-09-27 Illumination device and optical element

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021-086461 2021-05-21
JP2021086461 2021-05-21

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
US18/373,462 Continuation US20240019107A1 (en) 2021-05-21 2023-09-27 Illumination device and optical element

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2022244662A1 true WO2022244662A1 (ja) 2022-11-24

Family

ID=84140627

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2022/019930 WO2022244662A1 (ja) 2021-05-21 2022-05-11 照明装置および光学素子

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20240019107A1 (ja)
JP (1) JP7447359B2 (ja)
CN (1) CN117242298A (ja)
WO (1) WO2022244662A1 (ja)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07333598A (ja) * 1994-06-09 1995-12-22 Casio Comput Co Ltd 液晶表示装置

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7333598B2 (ja) 2019-08-29 2023-08-25 株式会社高尾 弾球遊技機

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07333598A (ja) * 1994-06-09 1995-12-22 Casio Comput Co Ltd 液晶表示装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN117242298A (zh) 2023-12-15
JP7447359B2 (ja) 2024-03-11
JPWO2022244662A1 (ja) 2022-11-24
US20240019107A1 (en) 2024-01-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10503013B2 (en) Display device including an optical modulator
KR102492786B1 (ko) 액정 표시 장치
KR102174381B1 (ko) 표시 장치
US9063261B2 (en) Light-controlling element, display device and illumination device
US20150370130A1 (en) Light-emitting modules and lighting modules
KR101948191B1 (ko) 전기 습윤 표시장치
KR100690487B1 (ko) 조명 장치 및 그 조명 장치를 이용하는 표시 장치
CN110750010A (zh) 显示装置
WO2022244662A1 (ja) 照明装置および光学素子
KR20180103685A (ko) 표시 장치
JP5683440B2 (ja) 照明装置および表示装置
KR100783810B1 (ko) 고분자 분산형 액정 모드를 채용한 액정 표시 장치
KR102084718B1 (ko) 백라이트 유닛 및 이를 포함하는 표시 장치 및 그 제조 방법
WO2022244661A1 (ja) 照明装置および光学素子
JP7345293B2 (ja) 液晶素子、照明装置
WO2023135937A1 (ja) 照明装置
US11385398B2 (en) Backlight unit and display apparatus having the same
JP2022156704A (ja) 通信装置および通信方法
JP2007248611A (ja) 面状光源装置及び液晶表示装置組立体
WO2023234109A1 (ja) 光学素子および光学素子を含む照明装置
KR102227019B1 (ko) 표시 장치
KR102664451B1 (ko) 액정 표시 장치
JP6045441B2 (ja) 調色装置及び調色素子
US11860488B2 (en) Display apparatus including a display panel and a backlight unit
US10989859B2 (en) Backlight unit and display apparatus including the same

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 22804575

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2023522616

Country of ref document: JP

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE