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KR20230138036A - 액정 광 제어 장치 - Google Patents

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KR20230138036A
KR20230138036A KR1020237030744A KR20237030744A KR20230138036A KR 20230138036 A KR20230138036 A KR 20230138036A KR 1020237030744 A KR1020237030744 A KR 1020237030744A KR 20237030744 A KR20237030744 A KR 20237030744A KR 20230138036 A KR20230138036 A KR 20230138036A
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KR
South Korea
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liquid crystal
crystal cell
electrode
strip
substrate
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Pending
Application number
KR1020237030744A
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English (en)
Inventor
고지로 이께다
다께오 고이또
다에 구로까와
Original Assignee
가부시키가이샤 재팬 디스프레이
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.)
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Publication date
Application filed by 가부시키가이샤 재팬 디스프레이 filed Critical 가부시키가이샤 재팬 디스프레이
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Abstract

액정 광 제어 장치는, 제1 액정 셀과, 제1 액정 셀과 겹치는 제2 액정 셀과, 제2 액정 셀과 겹치는 제3 액정 셀과, 제3 액정 셀과 겹치는 제4 액정 셀을 포함한다. 제1 액정 셀, 제2 액정 셀, 제3 액정 셀 및 제4 액정 셀 각각은, 제1 배향막을 포함하는 제1 기판과, 띠상의 패턴을 포함하는 전극과 제2 배향막을 포함하는 제2 기판과, 제1 기판과 제2 기판의 사이의 액정층을 포함하고, 제1 배향막의 배향 방향과 제2 배향막의 배향 방향이 교차하도록 마련된다. 띠상의 패턴을 포함하는 전극은, 띠상의 패턴의 길이 방향이 제2 배향막의 배향 방향과 교차하는 방향으로 배치되고, 제2 배향막의 배향 방향과 동일한 방향으로 횡전계를 발생시킨다.

Description

액정 광 제어 장치
본 발명의 일 실시 형태는, 액정의 전기 광학 효과를 이용하여 광원으로부터 방사되는 광의 배광을 제어하는 장치에 관한 것이다.
액정 소자를 사용하여, 광원으로부터 방사되는 광의 배광을 제어하는 기술이 알려져 있다. 예를 들어, 동심원상으로 원환 전극이 마련된 액정 셀에 의해, 광원으로부터 방사되는 광의 확산을 제어하는 조명 장치가 개시되어 있다(특허문헌 1, 2 참조).
일본 특허 공개 제2010-230887호 공보 일본 특허 공개 제2005-317879호 공보
네마틱 액정을 사용한 액정 소자는, 입사광의 편광 성분의 배향을 회전시킨다(이하, 이러한 현상을 선광이라고도 함). 또한, 액정층에 굴절률 분포를 생기게 함으로써 입사광을 확산시키는 것도 가능하다. 이러한 액정 소자에 있어서는, 입사광이 액정층에 의해 확산하고 나서 선광되면, 선광시킨 광의 손실이 커져 배광 패턴의 형상이 흐트러져버리는 경우가 있다.
본 발명의 일 실시 형태는, 광의 손실을 억제하고, 배광 패턴의 흐트러짐이 억제된 액정 광 제어 장치를 제공하는 것을 목적의 하나로 한다.
본 발명의 일 실시 형태에 관한 액정 광 제어 장치는, 제1 액정 셀과, 제1 액정 셀과 겹치는 제2 액정 셀과, 제2 액정 셀과 겹치는 제3 액정 셀과, 제3 액정 셀과 겹치는 제4 액정 셀을 포함한다. 제1 액정 셀, 제2 액정 셀, 제3 액정 셀 및 제4 액정 셀 각각은, 제1 배향막을 포함하는 제1 기판과, 띠상의 패턴을 포함하는 전극과 제2 배향막을 포함하는 제2 기판과, 제1 기판과 제2 기판의 사이의 액정층을 포함하고, 제1 배향막의 배향 방향과 제2 배향막의 배향 방향이 교차하도록 마련된다. 띠상의 패턴을 포함하는 전극은, 띠상의 패턴의 길이 방향이 제2 배향막의 배향 방향과 교차하는 방향으로 배치되어, 제2 배향막의 배향 방향과 동일한 방향으로 횡전계를 발생시킨다.
본 발명의 일 실시 형태에 관한 액정 광 제어 장치는, 제1 액정 셀과, 제1 액정 셀과 겹치는 제2 액정 셀과, 제2 액정 셀과 겹치는 제3 액정 셀과, 제3 액정 셀과 겹치는 제4 액정 셀을 포함한다. 제1 액정 셀, 제2 액정 셀, 제3 액정 셀 및 제4 액정 셀 각각은, 띠상의 패턴을 포함하는 제1 전극과 제1 배향막을 포함하는 제1 기판과, 띠상의 패턴을 포함하는 제2 전극과 제2 배향막을 포함하는 제2 기판과, 제1 기판과 제2 기판의 사이의 액정층을 포함하고, 제1 배향막의 배향 방향과 제2 배향막의 배향 방향이 교차하도록 마련되고, 제1 전극의 띠상의 패턴의 길이 방향과, 제2 전극의 띠상의 패턴의 길이 방향은 교차하도록 배치되고, 제2 전극의 띠상의 패턴의 길이 방향이 제2 배향막의 배향 방향과 교차하는 방향으로 배치된다. 제1 액정 셀 및 제3 액정 셀은, 제2 전극이 제2 배향막의 배향 방향과 동일한 방향으로 횡전계를 발생시키고, 제2 액정 셀 및 제4 액정 셀은, 제1 전극이 제1 배향막의 배향 방향과 동일한 방향으로 횡전계를 발생시킨다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 관한 액정 광 제어 장치의 구성을 모식적으로 도시하는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 관한 액정 광 제어 장치를 구성하는 액정 광 제어 소자의 전개도를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 관한 액정 광 제어 소자를 구성하는 제1 액정 셀, 제2 액정 셀, 제3 액정 셀 및 제4 액정 셀의 전극의 배치를 도시하는 사시도이다.
도 4a는 본 발명의 일 실시 형태에 관한 액정 광 제어 소자를 구성하는 액정 셀의 제1 기판에 마련되는 전극을 도시하는 평면도이다.
도 4b는 본 발명의 일 실시 형태에 관한 액정 광 제어 소자를 구성하는 액정 셀의 제2 기판에 마련되는 전극을 도시하는 평면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 형태에 관한 액정 광 제어 소자를 구성하는 액정 셀의 단면 구조의 일례를 도시하는 도면이다.
도 6a는 본 발명의 일 실시 형태에 관한 액정 광 제어 소자를 구성하는 액정 셀의 동작을 설명하는 도면이며, 전압이 인가되지 않는 상태의 액정 분자의 배향 상태를 나타낸다.
도 6b는 본 발명의 일 실시 형태에 관한 액정 광 제어 소자를 구성하는 액정 셀의 동작을 설명하는 도면이며, 전압이 인가되었을 때의 액정 분자의 배향 상태를 나타낸다.
도 6c는 본 발명의 일 실시 형태에 관한 액정 광 제어 소자를 구성하는 액정 셀의 동작을 설명하는 도면이며, 액정을 구동하는 전극에 인가되는 제어 신호의 파형을 나타낸다.
도 7a는 본 발명의 일 실시 형태에 관한 액정 광 제어 소자를 구성하는 액정 셀의 동작을 설명하는 도면이며, 제1 전극과 제2 전극의 배치를 도시하는 사시도를 나타낸다.
도 7b는 본 발명의 일 실시 형태에 관한 액정 광 제어 소자를 구성하는 액정 셀의 동작을 설명하는 도면이며, 제1 전극에 전압이 인가되었을 때의 액정 분자의 배향 상태를 나타낸다.
도 7c는 본 발명의 일 실시 형태에 관한 액정 광 제어 소자를 구성하는 액정 셀의 동작을 설명하는 도면이며, 제2 전극에 전압이 인가되었을 때의 액정 분자의 배향 상태를 나타낸다.
도 8은 2개의 액정 셀에 의해, 제1 편광 성분 및 제2 편광 성분이 확산되는 현상을 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 형태에 관한 액정 광 제어 소자를 구성하는 제1 액정 셀, 제2 액정 셀, 제3 액정 셀 및 제4 액정 셀의 전극의 배치를 도시하는 사시도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시 형태에 관한 액정 광 제어 장치의 동작을 설명하는 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시 형태에 관한 액정 광 제어 장치의 동작을 제어하는 신호를 나타낸다.
도 12는 본 발명의 일 실시 형태에 관한 액정 광 제어 장치의 동작을 설명하는 도면이다.
도 13은 본 발명의 일 실시 형태에 관한 액정 광 제어 장치의 동작을 설명하는 도면이다.
도 14는 본 발명의 일 실시 형태에 관한 액정 광 제어 장치의 구성을 설명하는 도면이다.
도 15는 본 발명의 일 실시 형태에 관한 액정 광 제어 장치의 구성을 설명하는 도면이다.
도 16은 본 발명의 일 실시 형태에 관한 액정 광 제어 장치의 동작을 설명하는 도면이다.
도 17a는 제1 실시 형태에 나타내는 액정 광 제어 소자에 의해 얻어지는 배향 형상의 일례를 나타낸다.
도 17b는 참고예 1에 나타내는 액정 광 제어 소자에 의해 얻어지는 배향 형상의 일례를 나타낸다.
도 18a는 제2 실시 형태에 나타내는 액정 광 제어 소자에 의해 얻어지는 배향 형상의 일례를 나타낸다.
도 18b는 참고예 2에 나타내는 액정 광 제어 소자에 의해 얻어지는 배향 형상의 일례를 나타낸다.
이하, 본 발명의 실시 형태를, 도면 등을 참조하면서 설명한다. 단, 본 발명은 많은 다른 양태로 실시하는 것이 가능하며, 이하에 예시하는 실시 형태의 기재 내용에 한정하여 해석되는 것은 아니다. 도면은 설명을 보다 명확하게 하기 위해서, 실제 양태에 비하여, 각 부의 폭, 두께, 형상 등에 대해서 모식적으로 표현되는 경우가 있지만, 어디까지나 일례이며, 본 발명의 해석을 한정하는 것은 아니다. 또한, 본 명세서와 각 도면에 있어서, 기출 도면에 관해서 상술한 것과 마찬가지의 요소에는, 동일한 부호(또는 숫자 뒤에 a, b 등을 첨부한 부호)를 부여하고, 상세한 설명을 적절히 생략하는 경우가 있다. 또한 각 요소에 대한 「제1」, 「제2」라고 부기된 문자는, 각 요소를 구별하기 위하여 사용되는 편의적인 표지이며, 특별한 설명이 없는 한 그 이상의 의미를 갖지 않는다.
본 명세서에 있어서, 어떤 부재 또는 영역이 다른 부재 또는 영역의 「상에(또는 하에)」 있다고 하는 경우, 특별한 한정이 없는 한 이것은 다른 부재 또는 영역의 바로 위(또는 바로 아래)에 있는 경우뿐만 아니라, 다른 부재 또는 영역의 상방(또는 하방)에 있는 경우를 포함하고, 즉, 다른 부재 또는 영역의 상방(또는 하방)에 있어서 사이에 다른 구성 요소가 포함되어 있는 경우도 포함한다.
본 명세서에 있어서, 「선광」이란, 직선 편광 성분이 액정층을 통과할 때 그 편광축을 회전시키는 현상을 말한다.
본 명세서에 있어서, 배향막의 「배향 방향」이란, 배향막에 배향 규제력을 부여하는 처리(예를 들어, 러빙 처리)를 행하여 배향막 상에 액정 분자를 배향시킨 경우에, 액정 분자가 배향하는 방향을 말한다. 배향막에 행해진 처리가 러빙 처리인 경우에는, 배향막의 배향 방향은, 통상 러빙 방향이다.
본 명세서에 있어서, 띠상의 패턴의 「길이 방향」이란, 평면으로 보아 띠상의 패턴을 보았을 때, 짧은 변(폭)과 긴 변(길이)을 갖는 패턴의 긴 변이 연장되는 방향을 말한다. 또한, 띠상의 패턴은, 평면으로 보아 직사각 형상의 패턴을 포함하고, 또한 긴 변 도중에 적어도 1회 굴곡 또는 만곡된 패턴도 포함하는 것으로 한다.
도 1은, 본 발명의 일 실시 형태에 관한 액정 광 제어 장치(100)의 사시도를 나타낸다. 액정 광 제어 장치(100)는, 액정 광 제어 소자(102) 및 회로 기판(104)을 포함한다. 액정 광 제어 소자(102)는 복수의 액정 셀을 포함한다. 본 실시 형태에 있어서, 액정 광 제어 소자(102)는 적어도 4개의 액정 셀을 포함한다.
도 1은, 액정 광 제어 소자(102)가, 제1 액정 셀(10), 제2 액정 셀(20), 제3 액정 셀(30) 및 제4 액정 셀(40)을 포함하는 일례를 나타낸다. 제1 액정 셀(10), 제2 액정 셀(20), 제3 액정 셀(30) 및 제4 액정 셀(40)은 평판상의 패널이며, 각각의 액정 셀의 평판면이 중첩하도록 배치되어 있다. 제1 액정 셀(10)과 제2 액정 셀(20)의 사이, 제2 액정 셀(20)과 제3 액정 셀(30)의 사이, 제3 액정 셀(30)과 제4 액정 셀(40)의 사이에는 도시되지 않는 투명 접착층이 마련되어 있다. 액정 광 제어 소자(102)는, 전후에 인접하여 배치되는 액정 셀끼리 투명 접착층으로 접착된 구조를 갖는다.
회로 기판(104)은, 액정 광 제어 소자(102)를 구동하는 회로를 포함한다. 제1 액정 셀(10)은 제1 플렉시블 배선 기판(F1)에서 회로 기판(104)과 접속되고, 제2 액정 셀(20)은 제2 플렉시블 배선 기판(F2)에서 회로 기판(104)과 접속되고, 제3 액정 셀(30)은 제3 플렉시블 배선 기판(F3)에서 회로 기판(104)과 접속되고, 제4 액정 셀(40)은 제4 플렉시블 배선 기판(F4)에서 회로 기판(104)과 접속된다. 회로 기판(104)은, 각 액정 셀에 대하여, 플렉시블 배선 기판을 통해서 액정의 배향 상태를 제어하는 제어 신호를 출력한다.
도 1에 도시하는 액정 광 제어 장치(100)는, 액정 광 제어 소자(102)의 배면측에 광원부(106)가 배치된다. 액정 광 제어 장치(100)는, 광원부(106)로부터 방사되는 광이 액정 광 제어 소자(102)를 통해서 도면의 전방측에 출사되도록 구성되어 있다. 액정 광 제어 소자(102)는, 광원부(106)측으로부터 제1 액정 셀(10), 제2 액정 셀(20), 제3 액정 셀(30), 제4 액정 셀(40)이 이 순번으로 배치되어 있다.
광원부(106)는, 백색 광원을 포함하고, 필요에 따라 백색 광원과 액정 광 제어 소자(102)의 사이에 렌즈 등의 광학 소자가 배치되어 있어도 된다. 백색 광원은 자연광에 가까운 광을 방사하는 광원이며, 주백색, 전구색이라고 불리는 조광된 광을 방사하는 것이어도 된다. 액정 광 제어 장치(100)는, 광원부(106)로부터 방사된 광의 확산 방향을 액정 광 제어 소자(102)에 의해 제어하는 기능을 갖는다. 액정 광 제어 소자(102)는, 광원부(106)로부터 방사되는 광을, 사각 형상, 십자 형상 등의 배광 패턴으로 성형하는 기능을 갖는다.
도 2는, 도 1에 도시하는 액정 광 제어 소자(102)의 전개도를 나타낸다. 액정 광 제어 소자(102)는, 제1 액정 셀(10), 제2 액정 셀(20), 제3 액정 셀(30) 및 제4 액정 셀(40)을 포함한다.
제1 액정 셀(10)은, 제1 기판(S11)과, 제2 기판(S12)을 포함한다. 제1 기판(S11)과 제2 기판(S12)은 간극을 갖고 대향하여 배치된다. 제1 기판(S11)과 제2 기판(S12)의 간극부에는, 도시되지 않는 액정층이 마련된다. 제1 플렉시블 배선 기판(F1)은 제1 기판(S11)에 접속된다.
제2 액정 셀(20)은, 제1 기판(S21), 제2 기판(S22) 및 제2 플렉시블 배선 기판(F2)을 포함하고, 제1 액정 셀(10)과 마찬가지의 구성을 갖고 있다. 제3 액정 셀(30)은, 제1 기판(S31), 제2 기판(S32) 및 제3 플렉시블 배선 기판(F3)을 포함하고, 제1 액정 셀(10)과 마찬가지의 구성을 갖고 있다. 제4 액정 셀(40)은, 제1 기판(S41), 제2 기판(S42) 및 제4 플렉시블 배선 기판(F4)을 포함하고, 제1 액정 셀(10)과 마찬가지의 구성을 갖고 있다.
제1 액정 셀(10)과 제2 액정 셀(20)의 사이에는, 제1 투명 접착층(TA1)이 배치된다. 제1 투명 접착층(TA1)은, 가시광을 투과하고, 제1 액정 셀(10)의 제2 기판(S12)과 제2 액정 셀(20)의 제1 기판(S21)을 접착하고 있다. 제2 액정 셀(20)과 제3 액정 셀(30)의 사이에는, 제2 투명 접착층(TA2)이 배치된다. 제2 투명 접착층(TA2)은, 가시광을 투과하고, 제2 액정 셀(20)의 제2 기판(S22)과 제3 액정 셀(30)의 제1 기판(S31)을 접착하고 있다. 제3 액정 셀(30)과 제4 액정 셀(40)의 사이에는, 제3 투명 접착층(TA3)이 배치된다. 제3 투명 접착층(TA3)은, 가시광을 투과하고, 제3 액정 셀(30)의 제2 기판(S32)과 제4 액정 셀(40)의 제1 기판(S41)을 접착하고 있다.
제1 투명 접착층(TA1), 제2 투명 접착층(TA2) 및 제3 투명 접착층(TA3)은 투과율이 높고, 굴절률이 제1 기판(S11, S21, S31, S41) 및 제2 기판(S12, S22, S23, S24)에 가까운 것이 바람직하다. 제1 투명 접착층(TA1), 제2 투명 접착층(TA2) 및 제3 투명 접착층(TA3)으로서는, 광학 탄성 수지를 사용할 수 있으며, 예를 들어, 투광성을 가진 아크릴 수지를 포함하는 접착재를 사용할 수 있다. 또한, 액정 광 제어 소자(102)는, 광원부(106)로부터 복사되는 열로 온도가 상승하기 때문에, 제1 투명 접착층(TA1), 제2 투명 접착층(TA2), 제3 투명 접착층(TA3)의 열팽창 계수는, 제1 기판 및 제2 기판의 열팽창 계수와 가까운 값을 갖고 있는 것이 바람직하다.
그러나, 제1 투명 접착층(TA1), 제2 투명 접착층(TA2) 및 제3 투명 접착층(TA3)의 열팽창 계수는, 예를 들어, 유리 기판보다 높은 경우가 많으므로, 온도 상승 시의 응력 완화를 고려할 필요가 있다. 제1 투명 접착층(TA1), 제2 투명 접착층(TA2) 및 제3 투명 접착층(TA3)의 두께는, 온도 상승 시의 열응력을 완화하기 위해서, 각 액정 셀(제1 액정 셀(10), 제2 액정 셀(20), 제3 액정 셀(30), 제4 액정 셀(40))의 셀 갭(액정층의 두께)보다 두꺼운 것이 바람직하다.
후술되는 바와 같이, 제1 액정 셀(10), 제2 액정 셀(20), 제3 액정 셀(30) 및 제4 액정 셀(40)은, 실질적으로 동일한 구조를 갖는다. 본 실시 형태에 관한 액정 광 제어 소자(102)는, 제1 액정 셀(10) 및 제2 액정 셀(20)에 대하여 제3 액정 셀(30) 및 제4 액정 셀(40)이 90도로 회전한 상태에서 겹쳐진 구조를 갖는다. 다시 말하면, 본 실시 형태에 관한 액정 광 제어 소자(102)는, 복수의 액정 셀을 포함하고, 적어도 하나의 액정 셀과, 그 적어도 하나의 액정 셀에 인접하는(중첩되는) 다른 액정 셀이 90도로 회전한 상태로 배치된 구조를 포함한다. 또한, 본 실시예에서는, 제3 액정 셀(30) 및 제4 액정 셀(40)은, 제1 액정 셀(10) 및 제2 액정 셀(20)에 대하여 90도로 회전하고 있지만, 당해 회전 각도는 90±10도의 범위에서 설정 가능하다.
도 2는, 제1 액정 셀(10) 및 제2 액정 셀(20)의 배치를 기준으로 한 경우, 제3 액정 셀(30) 및 제4 액정 셀(40)은 90도로 회전한 상태로 배치되어 있다. 한편, 제3 액정 셀(30) 및 제4 액정 셀(40)을 기준으로 한 경우, 제1 액정 셀(10) 및 제2 액정 셀(20)은 90도의 범위에서 회전한 상태로 배치되어 있다고 할 수 있다. 동일한 전극 패턴을 갖는 액정 셀을 복수매 중첩하고, 그 중의 일부 액정 셀을 회전시킴으로써, 전극 배치에 변화를 부여할 수 있어, 적층된 액정 셀을 통과하는 광의 확산에 변화를 부여할 수 있다. 이하에 그 상세를 설명한다.
도 3은 액정 광 제어 소자(102)의 구성을 설명하는 사시도이며, 제1 액정 셀(10), 제2 액정 셀(20), 제3 액정 셀(30) 및 제4 액정 셀(40) 각각에 마련되는 전극의 배치를 나타낸다. 또한, 도 3은, 설명을 위해서, X축, Y축 및 Z축을 나타낸다. 이하의 설명에 있어서, X축 방향이란 X축을 따른 방향을 나타내고, Y축 방향이란 Y축을 따른 방향을 나타내고, Z축 방향이란 Z축을 따른 방향을 나타낸다.
제1 액정 셀(10), 제2 액정 셀(20), 제3 액정 셀(30) 및 제4 액정 셀(40)은, Z축 방향으로 겹쳐서 배치된다. 실제의 액정 광 제어 소자(102)는 각 액정 셀이 밀접하도록 배치되지만, 도 3은, 설명을 위해서, 각 액정 셀이 전개된 상태로 나타낸다.
제1 액정 셀(10)은, 제1 기판(S11) 및 제2 기판(S12), 제1 전극(E11) 및 제2 전극(E12), 및 제1 기판(S11)과 제2 기판(S12)의 사이의 제1 액정층(LC1)을 포함한다. 제1 전극(E11)은 제1 기판(S11)과 제1 액정층(LC1)의 사이에 배치되고, 제2 전극(E12)은 제2 기판(S12)과 제1 액정층(LC1)의 사이에 배치된다. 또한, 상술한 바와 같이 제1 기판(S11) 및 제2 기판(S12)은 서로 대향하고 있으며, 당해 대향면을 내면으로 하고, 내면과 반대측의 면을 외면으로 정의하는 것도 가능하다. 이 경우, 제1 전극(E11)은 제1 기판의 내면에 마련되고, 제2 전극(E12)은 제2 기판의 내면에 마련되어 있다. 이하에 설명하는 제2 액정 셀(20), 제3 액정 셀(30) 및 제4 액정 셀(40)에 대해서도 마찬가지이다.
제1 전극(E11)은 띠상으로 형성된 복수의 제1 띠상 전극(E11A) 및 띠상으로 형성된 복수의 제2 띠상 전극(E11B)을 포함하고, 제2 전극(E12)은 띠상으로 형성된 복수의 제3 띠상 전극(E12A) 및 띠상으로 형성된 복수의 제4 띠상 전극(E12B)을 포함한다. 복수의 제1 띠상 전극(E11A)과 복수의 제2 띠상 전극(E11B)은, 빗살이 서로 맞물리도록 이격되어 교대로 배치되고, 복수의 제3 띠상 전극(E12A)과 복수의 제4 띠상 전극(E12B)은 빗살이 서로 맞물리도록 교대로 배치된다.
복수의 제1 띠상 전극(E11A) 및 복수의 제2 띠상 전극(E11B)의 길이 방향이 Y축 방향과 평행한 방향으로 배치되고, 복수의 제3 띠상 전극(E12A) 및 복수의 제4 띠상 전극(E12B)의 길이 방향이 X축 방향과 평행한 방향으로 배치된다. 다시 말하면, 복수의 제1 띠상 전극(E11A) 및 복수의 제2 띠상 전극(E11B)과, 복수의 제3 띠상 전극(E12A) 및 복수의 제4 띠상 전극(E12B)은, 길이 방향이 교차하도록 배치된다. 이 교차각은, 바람직하게는 90±10도이며, 보다 바람직하게는 90도(직교)이다.
제2 액정 셀(20)은, 제1 기판(S21) 및 제2 기판(S22), 제1 전극(E21) 및 제2 전극(E22), 및 제1 기판(S21)과 제2 기판(S22)의 사이의 제2 액정층(LC2)을 포함한다. 제1 전극(E21)은 제1 기판(S21)과 제2 액정층(LC2)의 사이에 배치되고, 제2 전극(E22)은 제2 기판(S22)과 제2 액정층(LC2)의 사이에 배치된다.
제1 전극(E21)은 띠상으로 형성된 복수의 제1 띠상 전극(E21A) 및 띠상으로 형성된 복수의 제2 띠상 전극(E21B)을 포함하고, 제2 전극(E22)은 띠상으로 형성된 복수의 제3 띠상 전극(E22A) 및 띠상으로 형성된 복수의 제4 띠상 전극(E22B)을 포함한다. 복수의 제1 띠상 전극(E21A)과 복수의 제2 띠상 전극(E21B)은 빗살이 서로 맞물리도록 교대로 배치되고, 복수의 제3 띠상 전극(E22A)과 복수의 제4 띠상 전극(E22B)은 빗살이 서로 맞물리도록 교대로 배치된다.
복수의 제1 띠상 전극(E21A) 및 복수의 제2 띠상 전극(E21B)의 길이 방향이 Y축 방향과 평행한 방향으로 배치되고, 복수의 제3 띠상 전극(E22A) 및 복수의 제4 띠상 전극(E22B)의 길이 방향이 X축 방향과 평행한 방향으로 배치된다. 다시 말하면, 복수의 제1 띠상 전극(E21A) 및 복수의 제2 띠상 전극(E21B)과, 복수의 제3 띠상 전극(E22A) 및 복수의 제4 띠상 전극(E22B)은, 길이 방향이 교차하도록 배치된다. 이 교차각은, 바람직하게는 90±10도이며, 보다 바람직하게는 90도(직교)이다.
제3 액정 셀(30)은, 제1 기판(S31) 및 제2 기판(S32), 제1 전극(E31) 및 제2 전극(E32), 및 제1 기판(S31)과 제2 기판(S32)의 사이의 제3 액정층(LC3)을 포함한다. 제1 전극(E31)은 제1 기판(S31)과 제3 액정층(LC3)의 사이에 배치되고, 제2 전극(E32)은 제2 기판(S32)과 제3 액정층(LC3)의 사이에 배치된다.
제1 전극(E31)은 띠상으로 형성된 복수의 제1 띠상 전극(E31A) 및 띠상으로 형성된 복수의 제2 띠상 전극(E31B)을 포함하고, 제2 전극(E32)은 띠상으로 형성된 복수의 제3 띠상 전극(E32A) 및 띠상으로 형성된 복수의 제4 띠상 전극(E32B)을 포함한다. 복수의 제1 띠상 전극(E31A)과 복수의 제2 띠상 전극(E31B)은 빗살이 서로 맞물리도록 교대로 배치되고, 복수의 제3 띠상 전극(E32A)과 복수의 제4 띠상 전극(E32B)은 빗살이 서로 맞물리도록 교대로 배치된다.
복수의 제1 띠상 전극(E31A) 및 복수의 제2 띠상 전극(E31B)의 길이 방향이 X축 방향과 평행한 방향으로 배치되고, 복수의 제3 띠상 전극(E32A) 및 복수의 제4 띠상 전극(E32B)의 길이 방향이 Y축 방향과 평행한 방향으로 배치된다. 다시 말하면, 복수의 제1 띠상 전극(E31A) 및 복수의 제2 띠상 전극(E31B)과, 복수의 제3 띠상 전극(E32A) 및 복수의 제4 띠상 전극(E32B)은, 길이 방향이 교차하도록 배치된다. 이 교차각은, 바람직하게는 90±10도이며, 보다 바람직하게는 90도(직교)이다.
제4 액정 셀(40)은, 제1 기판(S41) 및 제2 기판(S42), 제1 전극(E41) 및 제2 전극(E42), 및 제1 기판(S41)과 제2 기판(S42)의 사이의 제4 액정층(LC4)을 포함한다. 제1 전극(E41)은 제1 기판(S41)과 제4 액정층(LC4)의 사이에 배치되고, 제2 전극(E42)은 제2 기판(S42)과 제4 액정층(LC4)의 사이에 배치된다.
제1 전극(E41)은 띠상으로 형성된 복수의 제1 띠상 전극(E41A) 및 띠상으로 형성된 복수의 제2 띠상 전극(E41B)을 포함하고, 제2 전극(E42)은 띠상으로 형성된 복수의 제3 띠상 전극(E42A) 및 띠상으로 형성된 복수의 제4 띠상 전극(E42B)을 포함한다. 복수의 제1 띠상 전극(E41A)과 복수의 제2 띠상 전극(E41B)은 빗살이 서로 맞물리도록 교대로 배치되고, 복수의 제3 띠상 전극(E42A)과 복수의 제4 띠상 전극(E42B)은 빗살이 서로 맞물리도록 교대로 배치된다.
복수의 제1 띠상 전극(E41A) 및 복수의 제2 띠상 전극(E41B)의 길이 방향이 X축 방향과 평행한 방향으로 배치되고, 복수의 제3 띠상 전극(E42A) 및 복수의 제4 띠상 전극(E42B)의 길이 방향이 Y축 방향과 평행한 방향으로 배치된다. 다시 말하면, 복수의 제1 띠상 전극(E41A) 및 복수의 제2 띠상 전극(E41B)과, 복수의 제3 띠상 전극(E42A) 및 복수의 제4 띠상 전극(E42B)은, 길이 방향이 교차하도록 배치된다. 이 교차각은, 바람직하게는 90±10도이며, 보다 바람직하게는 90도(직교)이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 액정 광 제어 소자(102)는, 제1 액정 셀(10)의 제1 띠상 전극(E11A) 및 제2 띠상 전극(E11B)의 길이 방향과 제2 액정 셀(20)의 제1 띠상 전극(E21A) 및 제2 띠상 전극(E21B)의 길이 방향이 동일한 방향으로 배치되고, 제3 액정 셀(30)의 제1 띠상 전극(E31A) 및 제2 띠상 전극(E31B)의 길이 방향과 제4 액정 셀(40)의 제1 띠상 전극(E41A) 및 제2 띠상 전극(E41B)의 길이 방향이 동일한 방향으로 배치된다.
그리고, 제1 액정 셀(10)의 제1 띠상 전극(E11A) 및 제2 띠상 전극(E11B) 그리고 제2 액정 셀(20)의 제1 띠상 전극(E21A) 및 제2 띠상 전극(E21B)의 길이 방향과, 제3 액정 셀(30)의 제1 띠상 전극(E31A) 및 제2 띠상 전극(E31B) 그리고 제4 액정 셀(40)의 제1 띠상 전극(E41A) 및 제2 띠상 전극(E41B)의 길이 방향은, 교차하도록 배치되어 있다. 이 교차각은, 바람직하게는 90±10도이며, 보다 바람직하게는 90도(직교)이다.
마찬가지로, 액정 광 제어 소자(102)는, 제1 액정 셀(10)의 제3 띠상 전극(E12A) 및 제4 띠상 전극(E12B)의 길이 방향과 제2 액정 셀(20)의 제3 띠상 전극(E22A) 및 제4 띠상 전극(E22B)의 길이 방향은 동일한 방향으로 배치되고, 제3 액정 셀(30)의 제3 띠상 전극(E32A) 및 제4 띠상 전극(E32B)의 길이 방향과 제4 액정 셀(40)의 제3 띠상 전극(E42A) 및 제4 띠상 전극(E42B)의 길이 방향은 동일한 방향으로 배치된다.
그리고, 제1 액정 셀(10)의 제3 띠상 전극(E12A) 및 제4 띠상 전극(E12B) 그리고 제2 액정 셀(20)의 제3 띠상 전극(E22A) 및 제4 띠상 전극(E22B)의 길이 방향과, 제3 액정 셀(30)의 제3 띠상 전극(E32A) 및 제4 띠상 전극(E32B) 그리고 제4 액정 셀(40)의 제3 띠상 전극(E42A) 및 제4 띠상 전극(E42B)의 길이 방향은, 교차하도록 배치되어 있다. 이 교차각은, 바람직하게는 90±10도이며, 보다 바람직하게는 90도(직교)이다.
이와 같이, 본 실시 형태에 관한 액정 광 제어 소자(102)는, 제1 액정 셀(10) 및 제2 액정 셀(20)의 제1 전극(E11, E21)이, 복수의 띠상의 패턴이 배열된 전극 형상을 갖고, 그 길이 방향이 Y축 방향과 평행한 방향으로 배치되어 있다. 또한, 제3 액정 셀(30) 및 제4 액정 셀(40)의 제1 전극(E31, E41)이, 복수의 띠상의 패턴이 배열된 전극 형상을 갖고, 그 길이 방향이 X축 방향과 평행한 방향으로 배치되어 있다. 그리고, 제1 액정 셀(10) 및 제2 액정 셀(20)의 제1 전극(E11, E21)의 띠상의 패턴의 길이 방향과, 제3 액정 셀(30) 및 제4 액정 셀(40)의 제1 전극(E31, E41)의 띠상의 패턴의 길이 방향은, 그 길이 방향이 교차하도록 배치되어 있다. 이때의 교차각은 상기한 바와 같이 90±10도의 범위인 것이 바람직하고, 직교(90도)하고 있는 것이 보다 바람직하다.
제1 액정 셀(10)에 마련되는 제1 전극(E11) 및 제2 전극(E12), 제2 액정 셀(20)에 마련되는 제1 전극(E21) 및 제2 전극(E22), 제3 액정 셀(30)에 마련되는 제1 전극(E31) 및 제2 전극(E32) 및 제4 액정 셀(40)에 마련되는 제1 전극(E41) 및 제2 전극(E42)은, 평면으로 보아 대략 동일한 크기를 갖고 있다. 도 3에는 도시되지 않았지만, 광원부(106)는, 제1 액정 셀(10)의 하방측에 배치된다. 광원부(106)로부터 방사되어, 액정 광 제어 소자(102)에 입사하는 광은, 제1 액정 셀(10), 제2 액정 셀(20), 제3 액정 셀(30) 및 제4 액정 셀(40) 모두를 통과하여 출사된다.
제1 액정 셀(10), 제2 액정 셀(20), 제3 액정 셀(30) 및 제4 액정 셀(40)은, 실질적으로 마찬가지의 구성을 갖고 있지만, 이하, 대표해서 제1 액정 셀(10)에 대하여 보다 구체적으로 설명한다.
도 4a는, 제1 기판(S11)의 평면도를 나타내고, 도 4b는, 제2 기판(S12)의 평면도를 나타낸다. 보다 구체적으로는, 도 4a는, 제1 기판(S11)의 내면의 평면도를 나타내고, 도 4b는, 제2 기판(S12)의 내면의 평면도를 나타낸다.
도 4a에 도시하는 바와 같이, 제1 전극(E11)이 제1 기판(S11)에 마련된다. 제1 전극(E11)은 복수의 제1 띠상 전극(E11A)과 복수의 제2 띠상 전극(E11B)을 포함한다. 복수의 제1 띠상 전극(E11A) 및 복수의 제2 띠상 전극(E11B)은 띠상의 패턴을 갖는다. 도 4a에 도시하는 바와 같이, 복수의 제1 띠상 전극(E11A)과 복수의 제2 띠상 전극(E11B)은 소정의 간격으로 이격되어 교대로 배치된다.
복수의 제1 띠상 전극(E11A) 각각은 제1 급전선(PL11)과 접속되고, 복수의 제2 띠상 전극(E11B) 각각은 제2 급전선(PL12)과 접속된다. 제1 급전선(PL11)은 제1 접속 단자(T11)와 접속되고, 제2 급전선(PL12)은 제2 접속 단자(T12)와 접속된다. 제1 접속 단자(T11)와 제2 접속 단자(T12)는 제1 기판(S11)의 단부의 한 변을 따라 마련된다.
제3 접속 단자(T13)가 제1 접속 단자(T11)에 인접하여 마련되고, 제4 접속 단자(T14)가 제2 접속 단자(T12)에 인접하여 마련된다. 제3 접속 단자(T13)는 제5 급전선(PL15)과 접속된다. 제5 급전선(PL15)은 제1 급전 단자(PT11)와 접속된다. 제1 급전 단자(PT11)는 제1 기판(S11)의 면 내의 소정의 위치에 마련된다. 제4 접속 단자(T14)는 제6 급전선(PL16)과 접속된다. 제6 급전선(PL16)은 제2 급전 단자(PT12)와 접속된다. 제2 급전 단자(PT12)는 제1 기판(S11)의 면 내의 소정의 위치에 마련된다.
제1 급전선(PL11)에 접속된 복수의 제1 띠상 전극(E11A)과 제2 급전선(PL12)에 접속된 복수의 제2 띠상 전극(E11B)에는, 다른 전압 또는 동일한 전압이 인가된다. 복수의 제1 띠상 전극(E11A)과 복수의 제2 띠상 전극(E11B)에 각각 다른 레벨의 전압이 인가되면, 양쪽 전극간의 전위차에 의해 전계(횡전계)가 발생한다.
도 4b에 도시하는 바와 같이, 제2 전극(E12)이 제2 기판(S12)에 마련된다. 제2 전극(E12)은 복수의 제3 띠상 전극(E12A)과 복수의 제4 띠상 전극(E12B)을 포함한다. 복수의 제3 띠상 전극(E12A) 및 복수의 제4 띠상 전극(E12B)은 띠상의 패턴을 갖는다. 도 4b에 도시하는 바와 같이, 복수의 제3 띠상 전극(E12A)과 복수의 제4 띠상 전극(E12B)은 소정의 간격으로 이격되어 교대로 배치된다.
복수의 제3 띠상 전극(E12A) 각각은 제3 급전선(PL13)과 접속되고, 복수의 제4 띠상 전극(E12B) 각각은 제4 급전선(PL14)과 접속된다. 제3 급전선(PL13)은 제3 급전 단자(PT13)와 접속되고, 제4 급전선(PL14)은 제4 급전 단자(PT14)와 접속된다. 제3 급전 단자(PT13)는 제1 기판(S11)측의 제1 급전 단자(PT11)에 대응하는 위치에 마련되고, 제4 급전 단자(PT14)는 제1 기판(S11)측의 제2 급전 단자(PT12)에 대응하는 위치에 마련된다.
제3 급전선(PL13)에 접속된 복수의 제3 띠상 전극(E12A)과 제4 급전선(PL14)에 접속된 복수의 제4 띠상 전극(E12B)에는, 다른 전압 또는 동일한 전압이 인가된다. 복수의 제3 띠상 전극(E12A)과 복수의 제4 띠상 전극(E12B)에 각각 다른 레벨의 전압이 인가되면, 양쪽 전극간의 전위차에 의해 전계(횡전계)가 발생한다.
제1 기판(S11)에 마련되는 제1 접속 단자(T11), 제2 접속 단자(T12), 제3 접속 단자(T13) 및 제4 접속 단자(T14)는, 도시되지 않는 플렉시블 배선 기판과 접속된다. 제2 기판(S12)측에는 플렉시블 배선 기판과 접속되는 단자가 마련되지 않지만, 도전성 재료에 의해, 제3 급전 단자(PT13)가 제1 급전 단자(PT11)와 전기적으로 접속되고, 제4 급전 단자(PT14)가 제2 급전 단자(PT12)와 전기적으로 접속된다.
도 5는, 도 4a 및 도 4b에 도시하는 A1-A2선에 대응하는 제1 액정 셀(10)의 단면 구조를 나타낸다.
제1 액정 셀(10)은, 입사광을 편광하여, 확산하는 것이 가능한 유효 영역(AA)을 갖는다. 제1 전극(E11) 및 제2 전극(E12)은 유효 영역(AA) 내에 배치된다. 제1 기판(S11)과 제2 기판(S12)은, 제1 전극(E11)과 제2 전극(E12)이 대향하도록 배치되어, 유효 영역(AA)의 외측에 마련된 시일재(SE)에 의해 접착된다. 제1 액정층(LC1)은, 제1 기판(S11)과 제2 기판(S12) 사이에 끼워지고, 시일재(SE)에 둘러싸인 영역에 형성된다.
제1 기판(S11)측의 제1 전극(E11)은, 제1 띠상 전극(E11A) 및 제2 띠상 전극(E11B)을 포함하고, 제2 기판(S12)측의 제2 전극(E12)은 제3 띠상 전극(E12A) 및 제4 띠상 전극(E12B)을 포함한다. 도 5는, 제1 띠상 전극(E11A) 및 제2 띠상 전극(E11B)의 길이 방향과 제3 띠상 전극(E12A) 및 제4 띠상 전극(E12B)의 길이 방향이 교차하도록 배치되는 양태를 나타낸다.
제1 배향막(AL11)이 제1 기판(S11)에 마련되고, 제2 배향막(AL12)이 제2 기판(S12)에 마련된다. 제1 배향막(AL11)은 제1 전극(E11)을 덮도록 마련되고, 제2 배향막(AL12)은 제2 전극(E12)을 덮도록 마련된다.
제1 급전 단자(PT11) 및 제3 급전 단자(PT13)가 시일재(SE)의 외측에 배치된다. 제1 급전 단자(PT11)와 제3 급전 단자(PT13)는 제1 도전성 부재(CP11)에 의해 전기적으로 접속된다. 제1 도전성 부재(CP11)는 도전성 페이스트재로 형성되며, 예를 들어, 은 페이스트, 카본 페이스트가 사용된다. 또한, 도 5에는 도시되지 않지만, 제2 급전 단자(PT12)와 제4 급전 단자(PT14)도 마찬가지로 도전성 부재로 전기적으로 접속된다.
제1 기판(S11) 및 제2 기판(S12)은 투광성을 갖는 기판이며, 예를 들어, 유리 기판, 수지 기판이다. 제1 전극(E11) 및 제2 전극(E12)은, 인듐 주석 산화물(ITO)이나 인듐 아연 산화물(IZO) 등의 투명 도전 재료에 의해 형성된 투명 전극이다. 급전선(제1 급전선(PL11), 제2 급전선(PL12), 제3 급전선(PL13), 제4 급전선(PL14), 제5 급전선(PL15), 제6 급전선(PL16)), 접속 단자(제1 접속 단자(T11), 제2 접속 단자(T12), 제3 접속 단자(T13), 제4 접속 단자(T14)) 및 급전 단자(제1 급전 단자(PT11), 제2 급전 단자(PT12), 제3 급전 단자(PT13), 제4 급전 단자(PT14))는, 알루미늄, 티타늄, 몰리브덴, 텅스텐 등의 금속 재료에 의해 형성된다. 또한, 급전선(제1 급전선(PL11), 제2 급전선(PL12), 제3 급전선(PL13), 제4 급전선(PL14), 제5 급전선(PL15), 제6 급전선(PL16))은, 제1 전극(E11) 및 제2 전극(E12)과 동일한 투명 도전막으로 형성되어도 된다. 제1 배향막(AL1) 및 제2 배향막(AL2)은, 기판의 주 평면에 대략 평행한 배향 규제력을 갖는 수평 배향막으로 형성된다. 제1 액정층(LC1)은, 예를 들어, 비틀린 네마틱 액정(TN(Twisted Nematic) 액정)이 사용된다. 또한, 도 5에는 도시되지 않지만, 제1 기판(S11)과 제2 기판(S12)의 사이에는, 양쪽 기판의 간격을 일정하게 유지하기 위한 스페이서가 마련되어 있어도 된다.
이어서, 도 6 내지 도 8을 참조하여, 제1 액정 셀(10)에서의 전기 광학 효과에 대하여 설명한다. 또한, 도 6 내지 도 8에서는, 설명에 필요한 구성만을 도시하고 있다.
도 6a 및 도 6b는, 제1 액정 셀(10)의 부분적인 단면 모식 구조를 나타낸다. 도 6a는, 제1 기판(S11)측의 제1 배향막(AL11)과 제2 기판(S12)측의 제2 배향막(AL12)의 배향 방향이 다른 것을 나타낸다. 구체적으로는, 제1 배향막(AL11)의 배향 방향(ALD1)이 지면의 법선 방향을 향하고 있고, 제2 배향막(AL12)의 배향 방향(ALD2)이 지면의 좌우 방향을 향하고 있다. 제1 전극(E11)은 제1 띠상 전극(E11A) 및 제2 띠상 전극(E11B)을 포함하고, 그 길이 방향이 배향 방향(ALD1)과 직교하도록 배치되어 있다. 제2 전극(E12)은 제3 띠상 전극(E12A) 및 제4 띠상 전극(E12B)을 포함하고, 그 길이 방향이 배향 방향(ALD2)과 직교하도록 배치되어 있다. 또한, 제1 배향막(AL1) 및 제2 배향막(AL2)의 배향 처리로서는, 러빙 처리이어도 되고, 광 배향 처리이어도 된다. 또한, 제1 배향막(AL1)의 배향 방향(ALD1)과 제1 띠상 전극(E11A) 및 제2 띠상 전극(E11B)이 교차하는 각도, 및 제2 배향막(AL2)의 배향 방향(ALD2)과 제3 띠상 전극(E12A) 및 제4 띠상 전극(E12B)이 교차하는 각도는, 직교에 한정되지 않고 90도±10도의 범위에서 설정 가능하다.
제1 액정층(LC1)으로서 TN 액정이 사용된다. 제1 배향막(AL11)의 배향 방향(ALD1)과 제2 배향막(AL12)의 배향 방향(ALD2)은 직교하기 때문에, 제1 액정층(LC1)의 액정 분자는, 외부 전기장의 작용을 받지 않는 상태에서 제1 배향막(AL11)으로부터 제2 배향막(AL12)에 걸쳐서, 액정 분자의 장축 방향이 90도 비틀어지게 배향한다. 도 6a는, 제1 띠상 전극(E11A) 및 제2 띠상 전극(E11B)에 전압이 인가되지 않는 상태를 나타내고, 액정 분자의 장축 방향이 90도 비틀어져서 배향하고 있는 상태를 나타낸다. 구체적으로는, 제1 배향막(AL11)측에서 액정 분자의 장축 방향이 지면의 법선 방향으로 배향하고, 제2 배향막(AL12)측에서 액정 분자의 장축 방향이 지면의 좌우 방향으로 배향하고 있다.
또한, 도 6a는, 제1 액정층(LC1)이 포지티브형 비틀린 네마틱 액정(TN 액정)으로 형성되고, 액정 분자의 장축이 배향막의 배향 방향과 동일한 방향으로 배향하는 예를 나타내지만, 배향막의 배향 방향을 90도 회전시키는, 즉, 각 배향막(AL11, AL12)의 배향 방향을 제1 기판(S11)의 제1 전극(E11) 및 제2 기판(S12)의 제2 전극(E12)의 연장 방향을 따르게 함으로써, 네가티브형 액정을 사용할 수 있다. 액정에는, 액정 분자에 비틀림을 부여하는 키랄제가 포함되어 있는 것이 바람직하다.
도 6b는, 제1 띠상 전극(E11A) 및 제2 띠상 전극(E11B)이 동전위(예를 들어, 접지 전위)에 고정되고, 제3 띠상 전극(E12A)에 로우 레벨의 전압(VL)이 인가되고, 제4 띠상 전극(E12B)에 하이 레벨의 전압(VH)이 인가된 상태를 나타낸다. 이 상태에서는, 제1 기판(S11)측에는 전계가 발생하지 않고, 제3 띠상 전극(E12A)과 제4 띠상 전극(E12B)의 사이에 가로 방향의 전계가 발생한다. 도 6b에 도시하는 바와 같이, 제2 기판(S12)측의 액정 분자는 횡전계의 영향을 받아서 배향 방향이 변화한다. 즉, 제2 기판(S12)측의 액정 분자는, 장축 방향이 전계의 방향과 평행한 방향을 향하도록 배향이 변화한다.
제3 띠상 전극(E12A) 및 제4 띠상 전극(E12B)에 인가되는 로우 레벨의 전압(VL) 및 하이 레벨의 전압(VH)의 값은 적절히 설정된다. 예를 들어, 로우 레벨의 전압(VL1)으로서 0V가 인가되고, 하이 레벨의 전압(VH1)으로서 5 내지 30V의 전압이 인가된다. 제3 띠상 전극(E12A) 및 제4 띠상 전극(E12B)에는, 로우 레벨의 전압(VL)과 하이 레벨의 전압(VH)이 교대로 교체되는 전압이 인가된다. 예를 들어, 도 6c에 도시하는 바와 같이, 어느 일정 기간에 있어서, 제3 띠상 전극(E12A)에 로우 레벨의 전압(VL)이 인가되고 제4 띠상 전극(E12B)에 하이 레벨의 전압(VH)가 인가되고, 다음 일정 기간에는, 제3 띠상 전극(E12A)에 하이 레벨의 전압(VH)이 인가되고 제4 띠상 전극(E12B)에 로우 레벨의 전압(VL)이 인가되도록, 2개의 전극간에서 전압의 레벨이 동기하여 주기적으로 변화되도록 전압을 인가해도 된다.
제3 띠상 전극(E12A) 및 제4 띠상 전극(E12B)에 교대로 로우 레벨의 전압(VL)과 하이 레벨의 전압(VH)을 인가함으로써, 교번 전계를 발생시켜, 제1 액정층(LC1)의 열화를 억제할 수 있다. 또한, 제3 띠상 전극(E12A) 및 제4 띠상 전극(E12B)에 인가하는 전압의 주파수는, 액정 분자가 전계의 변화에 추종할 수 있는 주파수이면 되며, 예를 들어, 15 내지 100Hz의 범위의 주파수가 선택된다. 또한, 제1 띠상 전극(E11A) 및 제2 띠상 전극(E11B)에 인가되는 전위는, 상기 로우 레벨 전압의 전위와 하이 레벨 전압의 전위의 중간 전위이어도 상관없다.
도 7a는, 제1 액정 셀(10)의 부분적인 사시도이며, 제1 띠상 전극(E11A) 및 제2 띠상 전극(E11B), 제1 배향막(AL1), 제3 띠상 전극(E12A) 및 제4 띠상 전극(E12B), 제2 배향막(AL2), 그리고 제1 액정층(LC1)을 나타낸다. 도 7b 및 도 7c는 제1 액정 셀(10)의 단면 모식도를 나타낸다. 도 7b는, 도 7a에 도시하는 제1 액정 셀(10)을 도면 중에 나타내는 A측에서 보았을 때의 단면 모식도를 나타내고, 도 7c는, 도 7a에 도시하는 B측에서 보았을 때의 단면 모식도를 나타낸다. 또한, 도 7b 및 도 7c는, 제1 배향막(AL11)의 배향 방향(ALD1)과 제2 배향막(AL12)의 배향 방향(ALD2)이 교차하는 것을 나타낸다.
도 7b 및 도 7c에 도시하는 바와 같이, 제1 띠상 전극(E11A)과 제2 띠상 전극(E11B)은 중심간 거리(W)로 배치되고, 제3 띠상 전극(E12A)과 제4 띠상 전극(E12B)은 마찬가지로 중심간 거리(W)로 배치된다. 이 중심간 거리(W)는, 도 7a에 도시하는 제1 띠상 전극(E11A)의 폭(a), 제1 띠상 전극(E11A)의 단부로부터 제2 띠상 전극(E11B)의 단부까지의 간격(b)에 대하여, W=a+b의 관계를 갖는다. 또한, 제1 띠상 전극(E11A) 및 제2 띠상 전극(E11B)과, 제3 띠상 전극(E12A) 및 제4 띠상 전극(E12B)은 이격되어, 서로 직교한 상태에서 대향 배치되어 있다. 제1 기판(S11)과 제2 기판(S12)은 간격(D)으로 대향하여 배치되어 있고, 간격(D)은, 실질적으로 제1 액정층(LC1)의 두께에 상당한다. 실제로는, 제1 기판(S11)에 제1 띠상 전극(E11A) 및 제1 배향막(AL11)이 마련되고, 제2 기판(S12)에는 제3 띠상 전극(E12A) 및 제2 배향막(AL12) 등이 마련되지만, 이들 전극 및 배향막의 두께는, 간격(D)의 크기에 비하여 충분히 작으므로, 제1 액정층(LC1)의 두께는 간격(D)과 동일시할 수 있다.
제1 액정 셀(10)에 있어서, 간격(D)은, 띠상 전극의 중심간 거리(W)에 대하여 동일하거나, 그 이상의 크기를 갖고 있는 것이 바람직하다. 즉, 간격(D)은, 중심간 거리(W)의 1배 이상의 길이를 갖는 것이 바람직하다. 예를 들어, 간격(D)은, 띠상 전극의 중심간 거리(W)에 대하여 2배 이상의 크기를 갖고 있는 것이 바람직하다. 제1 띠상 전극(E11A)의 폭이 5㎛이며, 제1 띠상 전극(E11A) 및 제2 띠상 전극(E11B)의 폭(a)이 5㎛이며, 제1 띠상 전극(E11A)의 단부로부터 제2 띠상 전극(E11B)의 단부까지의 간격(b)이 5㎛인 경우, 띠상 전극의 중심간 거리(W)는 10㎛가 된다. 이에 대해, 간격(D)은 10㎛ 이상의 크기를 갖고 있는 것이 바람직하다.
띠상 전극의 중심간 거리(W)와 상기 간격(D)이 이러한 관계를 가짐으로써, 제1 띠상 전극(E11A) 및 제2 띠상 전극(E11B)측의 전계와 제3 띠상 전극(E12A) 및 제4 띠상 전극(E12B)측의 전계의 상호 간섭을 억제하는 것이 가능하게 된다. 즉, 도 7b 및 도 7c에 도시하는 바와 같이, 제3 띠상 전극(E12A)과 제4 띠상 전극(E12B)의 사이에 생성되는 전계에 의해, 그 근방에 있는 액정 분자의 배향을 제어할 때, 제1 띠상 전극(E11A) 및 제2 띠상 전극(E11B)의 근방에 있는 액정 분자의 배향에 영향을 미치지 않도록 할 수 있다.
그런데, 액정은 배향 상태에 따라 굴절률이 변화하는 것으로 알려져 있다. 도 6a에 도시하는 바와 같이, 제1 액정층(LC1)에 전계가 작용하고 있지 않은 오프(OFF) 상태에서는, 액정 분자의 장축 방향이 기판의 표면에 수평하게 배향하고, 또한 제1 기판(S11)측으로부터 제2 기판(S12)측에 걸쳐서 90도 비틀어진 상태로 배향하고 있다. 액정층(LC1)은, 이 배향 상태에서 거의 균일한 굴절률 분포를 갖고 있다. 이 때문에, 제1 액정 셀(10)에 입사한 광의 제1 편광 성분(PL1) 및 제1 편광 성분(PL1)에 직교하는 제2 편광 성분(PL2)은, 액정 분자의 초기 배향의 영향을 받아서 선광하지만, 거의 굴절(혹은 산란)되지 않고 제1 액정층(LC1)을 투과한다. 여기서, 제1 편광 성분(PL1)이란, 자연광 중, 예를 들어 P 편광에 상당하고, 제2 편광 성분(PL2)은, 예를 들어 S 편광에 상당하는 것으로 한다.
한편, 도 6b에 도시하는 바와 같이, 제3 띠상 전극(E12A)과 제4 띠상 전극(E12B)에 전압이 인가되어 전계가 형성된 온(ON) 상태에서는, 제1 액정층(LC1)이 정의 유전율 이방성을 갖고 있는 경우, 액정 분자는 장축이 전계를 따르도록 배향한다. 그 결과, 도 6b에 도시하는 바와 같이, 액정 분자가, 제3 띠상 전극(E12A) 및 제4 띠상 전극(E12B)의 상방에서 거의 수직으로 상승되는 영역, 제3 띠상 전극(E12A)과 제4 띠상 전극(E12B)의 사이에서 전계의 분포를 따라 비스듬히 배향하는 영역, 제3 띠상 전극(E12A) 및 제4 띠상 전극(E12B)으로부터 이격된 영역에서 초기 배향 상태가 유지되는 영역이 형성된다.
도 6b에 도시하는 바와 같이, 제3 띠상 전극(E12A) 및 제4 띠상 전극(E12B)의 전극간에서는, 액정 분자의 장축이 전계가 발생하는 방향을 따라 볼록 원호상으로 배향된다. 즉, 도 6a 및 도 6b에 도시하는 바와 같이, 액정 분자의 초기 배향의 방향과, 제3 띠상 전극(E12A)과 제4 띠상 전극(E12B)의 사이에 생기는 횡전계의 방향이 동일하고, 도 6b에 모식적으로 도시된 바와 같이, 양쪽 전극간의 대략 중앙에 위치하는 액정 분자의 배향 방향은 거의 변화하지 않는 것으로 되지만, 중앙부로부터 각각의 전극측에 위치하는 액정 분자는 전계의 강도 분포에 따라서 제2 기판(S12)의 표면에 대하여 법선 방향으로 경사져서(틸트해서) 배향한다. 따라서, 제3 띠상 전극(E12A)과 제4 띠상 전극(E12B)의 사이에서 액정 분자가 원호상으로 배향한다.
도 7b 및 도 7c를 참조하여 설명한 바와 같이, 액정층(LC1)의 두께가 충분히 두껍기 때문에, 제2 기판(S12)측에서 액정 분자의 배향이 변화하는 경우에도, 제1 기판(S11)측의 액정 분자는 초기 배향의 상태가 유지된다.
액정 분자는, 굴절률 이방성(Δn)을 갖고 있다. 이 때문에, 온 상태의 제1 액정층(LC1)은, 액정 분자의 배향 상태에 따른 굴절률 분포, 혹은, 리타데이션 분포를 갖는다. 여기에서의 리타데이션이란, 제1 액정층(LC1)의 두께를 d로 했을 때, Δn·d로 표현되는 것이다. 온 상태에서는, 제1 편광 성분(PL1)은, 제1 액정층(LC1)을 투과할 때, 제1 액정층(LC1)의 굴절률 분포의 영향을 받아서 확산된다. 액정층(LC1)에는 원호상의 유전율 분포가 형성되므로, 입사한 광(액정 분자의 초기 배향의 방향과 평행한 편광 성분)이 방사상으로 확산하게 된다.
도 8은, 제1 편광 성분(PL1) 및 제2 편광 성분(PL2)이 액정층에 의해 확산되는 현상을 모식적으로 도시한다. 여기에서는, 설명을 위해서 사용하는 X축, Y축, Z축의 각 방향이 도 8에 도시하는 관계에 있는 것으로 한다. 즉, 도 8에서는, X축이 지면의 좌우 방향, Y축이 지면에 대하여 법선 방향, Z축이 지면의 상하 방향으로 있는 것으로 한다.
도 8은, 제1 액정 셀(10)과 제2 액정 셀(20)이 적층된 상태를 나타내고, 각각의 액정 셀의 제1 기판(S11, S21), 제2 기판(S12, S22), 제1 띠상 전극(E11A, E21A), 제2 띠상 전극(E11B, E21B), 제1 배향막(AL11, AL21), 제2 배향막(AL12, AL22), 제1 액정층(LC1), 제2 액정층(LC2)을 나타낸다. 여기서, 제1 액정 셀(10)과 제2 액정 셀(20)의 사이에 마련되는 제1 투명 접착층(TA1)은 생략되어 있다.
또한, 제1 액정 셀(10)의 제1 띠상 전극(E11A) 및 제2 띠상 전극(E11B), 제2 액정 셀(20)의 제1 띠상 전극(E21A) 및 제2 띠상 전극(E21B)은, 길이 방향이 X축 방향으로 배치되어 있고, 제1 액정 셀(10)의 제3 띠상 전극(E12A) 및 제4 띠상 전극(E12B), 제2 액정 셀(20)의 제3 띠상 전극(E22A) 및 제4 띠상 전극(E22B)은, 길이 방향이 Y축 방향으로 배향되어 있는 것으로 한다. 또한, 제1 배향막(AL11, AL21)의 배향 방향(ALD1)이 Y축 방향과 동일한 방향이며, 제2 배향막(AL12, AL22)의 배향 방향(ALD2)이 X축 방향과 동일한 방향인 것으로 한다. 따라서, 배향막에 의해 배향 방향이 규제되는 제1 액정층(LC1) 및 제2 액정층(LC2)의 액정 분자는, 제1 기판(S11, S21)측에서 장축이 Y축 방향을 향하여 배향하고 있고, 제2 기판(S12, S22)측에서 장축이 X축 방향을 향하여 배향하고 있다.
도 8은, 제1 편광 성분(PL1) 및 제2 편광 성분(PL2)을 포함하는 광이 제1 액정 셀(10)측으로부터 입사하여, 제2 액정 셀(20)로부터 출사될 때까지의 과정을 모식적으로 도시한다. 여기서, 제1 편광 성분(PL1)은 편광축이 X축 방향과 동일한 방향에 있고, 제2 편광 성분(PL2)은 편광축이 Y축 방향과 동일한 방향에 있다. 다시 말하면, 제1 편광 성분(PL1)의 편광축은, 제1 배향막(AL11, AL21)의 배향 방향(ALD1)과 직교하는 방향에 있고, 제2 배향막(AL12, AL22)의 배향 방향(ALD2)과 평행한 방향에 있고, 제2 편광 성분(PL2)의 편광축은, 제1 배향막(AL11, AL21)의 배향 방향(ALD1)과 평행한 방향에 있고, 제2 배향막(AL12, AL22)의 배향 방향(ALD2)과 직교하는 방향에 있다.
도 8은, 제1 액정 셀(10)의 제1 띠상 전극(E11A) 및 제2 띠상 전극(E11B)이 동일한 전위를 갖고 있으며(또는 양쪽 띠상 전극에 동일한 전압이 인가되어 있으며), 제3 띠상 전극(E12A) 및 제4 띠상 전극(E12B)의 한쪽에 로우 레벨의 전압(VL)이 인가되고, 다른 쪽에 하이 레벨의 전압(VH)이 인가된 상태를 나타낸다. 제2 액정 셀(20)도 마찬가지이며, 제1 띠상 전극(E21A) 및 제2 띠상 전극(E21B)이 동일한 전위를 갖고 있으며(또는 양쪽 띠상 전극에 동일한 전압이 인가되어 있으며), 제3 띠상 전극(E22A) 및 제4 띠상 전극(E22B)의 한쪽에 로우 레벨의 전압(VL)이 인가되고, 다른 쪽에 하이 레벨의 전압(VH)이 인가된 상태를 나타낸다.
제1 액정 셀(10)의 제3 띠상 전극(E12A) 및 제4 띠상 전극(E12B)에 의해 생성되는 전계의 작용에 의해, 제1 액정층(LC1)의 제2 기판(S12)측의 액정 분자는 수직으로 상승되는 영역, 전계의 분포를 따라 비스듬히 배향하는 영역, 초기 배향 상태가 유지되는 영역 등이 형성된다. 마찬가지로, 제2 액정 셀(20)의 제3 띠상 전극(E22A) 및 제4 띠상 전극(E22B)에 의해 생성되는 전계의 작용에 의해, 제2 액정층(LC2)의 제2 기판(S22)측의 액정 분자는 수직으로 상승되는 영역, 전계의 분포를 따라 비스듬히 배향하는 영역, 초기 배향 상태가 유지되는 영역 등이 형성된다. 한편, 제1 액정 셀(10)의 제1 기판(S11)측의 액정 분자 및 제2 액정 셀(20)의 제1 기판(S21)측의 액정 분자는 초기 배향의 상태가 유지되어 있다.
이어서, 이러한 상태의 제1 액정 셀(10) 및 제2 액정 셀(20)을 제1 편광 성분(PL1) 및 제2 편광 성분(PL2)이 통과할 때, 제1 액정층(LC1) 및 제2 액정층(LC2)으로부터 받는 작용에 대하여 설명한다.
제1 액정 셀(10)에 입사한 제1 편광 성분(PL1)은, 제1 액정층(LC1)에 의해 선광되어서 편광축이 X축 방향에서 Y축 방향으로 변화한다(제1 편광 성분(PL1)이 제2 편광 성분(PL2)으로 변화한다고도 할 수 있음). 제1 액정층(LC1)은, 제2 기판(S12)측에서 제3 띠상 전극(E12A)과 제4 띠상 전극(E12B)에 의해 형성되는 횡전계의 영향을 받아, 도 7c를 참조하여 설명한 바와 같이 액정 분자의 장축이 볼록 원호상으로 배향하고 있다. 그러나, 제1 편광 성분(PL1)으로부터 제2 편광 성분(PL2)으로 선광된 편광 성분의 편광축이 Y축 방향인 것에 반해, 제2 기판(S12)측의 액정 분자의 배향 방향이 X축 방향이기 때문에, 이 편광 성분은 확산되지 않고 제1 액정층(LC1)을 투과한다.
제1 액정 셀(10)을 투과함으로써 편광축이 90도 선광되어, 제2 편광 성분(PL2)으로 된 편광 성분은, 제2 액정 셀(20)을 투과할 때 제2 액정층(LC2)의 작용을 받아서 편광축의 방향이 다시 90도 회전하여 제1 편광 성분(PL1)으로 된다. 제2 액정 셀(20)에서는, 제2 액정층(LC2)의 제2 기판(S22)측의 액정 분자의 장축이 볼록 원호상으로 배향하고 있다. 제2 액정층(LC2)은, 액정 분자의 배향 상태에 따른 굴절률 분포를 갖고 있기 때문에, 액정 분자의 배향 방향과 동일한 방향의 편광 성분은, 액정 분자의 굴절률 분포의 변화에 따라서 X축 방향으로 확산한다. 즉, 제2 편광 성분(PL2)으로부터 제1 편광 성분(PL1)으로 선광된 편광 성분의 편광축이 X축 방향이며, 제2 기판(S22)측의 액정 분자의 배향 방향도 X축 방향이기 때문에, 이 편광 성분은 제2 액정층(LC2)을 투과할 때 X축 방향으로 확산된다.
한편, 제1 액정 셀(10)에 입사한 제2 편광 성분(PL2)은, 제1 액정층(LC1)에 의해 선광되어서 편광축이 Y축 방향에서 X축 방향으로 변화한다(제2 편광 성분(PL2)이 제1 편광 성분(PL1)으로 변화한다고도 할 수 있음). 제1 액정층(LC1)은, 제2 기판(S12)측에서 제3 띠상 전극(E12A)과 제4 띠상 전극(E12B)에 의해 형성되는 횡전계의 영향을 받아, 액정 분자의 장축이 볼록 원호상으로 배향하고 있다. 제1 액정층(LC1)은, 액정 분자의 배향 상태에 따른 굴절률 분포를 갖고 있기 때문에, 액정 분자의 배향 방향과 동일한 방향의 편광 성분은, 액정 분자의 굴절률 분포의 변화에 따라서 X축 방향으로 확산한다. 즉, 제2 편광 성분(PL2)으로부터 제1 편광 성분(PL1)으로 선광된 편광 성분의 편광축과, 제2 기판(S12)측의 액정 분자의 장축의 배향 방향이 동일한 X축 방향에 있기 때문에, 이 편광 성분은 제1 액정층(LC1)을 투과할 때 제2 기판(S12)측에서 X축 방향으로 확산된다.
제1 액정 셀(10)을 투과함으로써 편광축이 90도 선광되어, 제2 편광 성분(PL2)에서 제1 편광 성분(PL1)으로 변화한 편광 성분은, 제2 액정 셀(20)을 투과할 때 제2 액정층(LC2)의 작용을 받아서 편광축의 방향이 다시 90도 회전하여 제2 편광 성분(PL2)으로 된다. 제2 액정 셀(20)에서는, 제2 액정층(LC2)의 제2 기판(S22)측의 액정 분자의 장축이 볼록 원호상으로 배향하고 있다. 제2 액정층(LC2)에 의해 제1 편광 성분(PL1)으로부터 제2 편광 성분(PL2)으로 선광된 편광 성분의 편광축이 Y축 방향이며, 제2 기판(S22)측의 액정 분자의 배향 방향이 X축 방향이기 때문에, 이 편광 성분은 제2 액정층(LC2)을 확산되지 않고 투과한다.
이와 같이, 제1 편광 성분(PL1)은, 제1 액정 셀(10) 및 제2 액정 셀(20)을 투과할 때 2회 선광되어, 제2 기판(S22)측에서 1회 X축 방향으로 확산된다. 제2 편광 성분(PL2)은, 제1 액정 셀(10) 및 제2 액정 셀(20)을 투과할 때 2회 선광되어, 제2 기판(S12)측에서 1회 X축 방향으로 확산된다. 다시 말하면, 제1 편광 성분(PL1) 및 제2 편광 성분(PL2)은 제1 기판(S11, S21)측에서는 확산되지 않고, 액정층에서 선광된 후, 제2 기판(S12) 또는 제2 기판(S22)측에서 X축 방향으로 확산된다.
이와 같이, 각각의 편광 성분이 액정층에서 선광되고 나서 확산됨으로써, 선광 시의 광의 손실을 저감할 수 있다. 다시 말하면, 각각의 편광 성분을 선광하기 전에 확산하지 않도록 함으로써, 확산하면서의 선광을 없앨 수 있어, 선광 시의 광의 손실을 저감하고, 배광 패턴의 형상의 혼란을 억제할 수 있다.
이상으로부터 명백한 바와 같이, 동일한 구조를 갖는 2개의 액정 셀을 적층시키고, 이 2개의 액정 셀을 통과하는 광의 편광 방향을 2도에 걸쳐 변화시켜, 그 결과, 입사 전과 출사 후의 편광 방향이 변함없는 상태로 할 수 있다. 한편, 각각의 액정 셀의 제2 기판측(광 입사측과는 반대측)에 볼록 원호상의 굴절률 분포를 형성함으로써, 투과하는 광을 확산할 수 있다. 구체적으로는, 제1 액정 셀(10)에 의해, 제2 편광 성분(PL2)의 광을 선광시킨 후 X축 방향으로 확산시키고, 제2 액정 셀(20)에 의해, 제1 편광 성분(PL1)의 광을 선광시킨 후 X축 방향으로 확산시킬 수 있다. 즉, 제1 액정 셀(10) 및 제2 액정 셀(20)을 적층시켜, 각 액정 셀의 제2 기판측(광 입사측과는 반대측)의 액정층에 굴절률 분포를 형성함으로써, 광의 편광 상태를 바꾸지 않고 광을 확산할 수 있다.
이상과 같이, 동일 구조를 갖는 2개의 액정 셀을 적층시킴으로써, 입사광의 편광 방향을 2회 변화시켜서, 2개의 액정 셀을 통과하는 전후에서 편광 방향이 변하지 않도록 할 수 있다. 한편, 액정층의 광 입사측과는 반대측이 되는 기판 상에 횡전계를 작용시켜 굴절률 분포를 형성함으로써, 통과하는 광을 특정 방향으로 굴절시킬 수 있다. 보다 구체적으로는, 제1 액정 셀(10)이 제2 편광 성분(PL2)의 광을 선광시킨 후 X축 방향으로 확산시키고, 제2 액정 셀(20)이 제1 편광 성분(PL1)의 광을 선광시킨 후 X축 방향으로 확산시킬 수 있다.
이와 같이, 제1 액정층(LC1) 및 제2 액정층(LC2)을 통과하는 입사광은, 제1 편광 성분(PL1)이 제2 액정층(LC2)에서 확산되고, 제2 편광 성분(PL2)이 제1 액정층(LC1)에서 확산된다. 또한, 제1 액정층(LC1) 및 제2 액정층(LC2)을 통과하는 입사광은, 제1 액정층(LC1) 및 제2 액정층(LC2)에서 각각 90도 선광된다. 다시 말하면, 제1 편광 성분(PL1) 및 제2 편광 성분(PL2)을 포함하는 입사광은, 제1 액정 셀(10)에서 제2 편광 성분(PL2)이 확산되고, 제2 액정 셀(20)에서 제1 편광 성분(PL1)이 확산된다. 즉, 제1 액정 셀(10)과 제2 액정 셀(20)을 겹침으로써, 특정 편광 성분의 확산을 개별로 제어할 수 있고, 광원으로부터 방사되는 광의 배광을 제어할 수 있다.
또한, 도 3은, 제1 액정 셀(10)에 대해서, 제1 전극(E11)과 제2 전극(E12)이 동일한 구성의 띠상 전극을 갖는 예를 나타내지만, 제1 전극(E11)의 구성은 이 예에 한정되지 않는다. 예를 들어, 도 9에 도시하는 바와 같이, 제1 전극(E11)이 제1 액정층(LC1)의 대략 전체면에 대응하는 평판상의 전극(솔리드 전극)으로 형성되어 있어도 된다. 제2 액정 셀(20), 제3 액정 셀(30) 및 제4 액정 셀(40)에 대해서도 마찬가지이다. 본 실시 형태에 관한 액정 광 제어 소자(102)는, 광 입사측에 배치되는 제1 전극에 의해 볼록 원호상의 굴절률 분포를 형성하지 않기 때문에, 제1 전극이 평판상의 전극(솔리드 전극)으로 형성되어 있어도 마찬가지의 작용 효과를 얻을 수 있다.
그런데, 광은 다른 매질의 경계면에서 굴절하는데, 굴절각은 광의 파장에 의해 바뀌는 것으로 알려져 있다. 굴절률 분포가 형성된 액정층에 광이 입사하는 경우, 파장마다 굴절각이 다르기 때문에, 광원의 종류나 조사하는 대상물과의 거리에 따라서는, 액정 광 제어 소자(102)에 광을 투과시킴으로써 형성되는 배광 패턴의 주변 부분에 색 분리가 시인되는 경우가 있다.
이에 반해, 본 실시 형태에 관한 액정 광 제어 소자(102)는, 도 3 및 도 9에 도시하는 바와 같이, 4개의 액정 셀을 광원의 광로 상에서 중첩하여, 4개의 액정 셀 중, 적어도 2개의 액정 셀을 다른 액정 셀에 대하여 90도 회전시켜서 배치함으로써 색 분리를 억제하고 있다. 즉, 본 실시 형태에 관한 액정 광 제어 소자(102)는, 선광 시의 광 손실을 저감해서 배광 패턴의 혼란을 억제할 수 있을 뿐 아니라, 배광 패턴의 색 분리를 억제할 수 있다.
이하에, 본 발명의 일 실시 형태에 관한 액정 광 제어 소자(102)의 구성과 동작을, 복수의 실시 형태로 나누어서 상세하게 설명한다.
제1 실시 형태:
도 10은, 제1 실시 형태에 관한 액정 광 제어 소자(102)의 각 액정 셀에서의 띠상 전극의 배치와, 입사광의 편광 상태 및 확산이 각 액정 셀에 의해 제어되는 양태를 나타낸다. 본 실시 형태에 있어서, 제1 액정 셀(10), 제2 액정 셀(20), 제3 액정 셀(30) 및 제4 액정 셀(40)에서의 각 전극의 배치는, 도 3에 도시하는 구조와 마찬가지이다.
액정 광 제어 소자(102)는, 제1 액정 셀(10) 및 제2 액정 셀(20)의 액정 배향 방향이 동일하며, 제1 전극(E11, E21)에서의 띠상 전극(E11A, E11B, E21A, E21B)의 길이 방향이 동일한 방향을 향하고 있고, 이들 전극에 교차하는 제2 전극(E12, E22)에서의 띠상 전극(E12A, E12B, E22A, E22B)의 길이 방향이 동일한 방향을 향하고 있다. 또한, 제3 액정 셀(30) 및 제4 액정 셀(40)의 액정 배향 방향이 동일하며, 제1 전극(E31, E41)에서의 띠상 전극(E31A, E31B, E41A, E41B)의 길이 방향이 동일한 방향을 향하고 있고, 이들 전극에 교차하는 제2 전극(E32, E42)에서의 띠상 전극(E32A, E32B, E42A, E42B)의 길이 방향이 동일한 방향을 향하고 있다. 그리고, 제1 액정 셀(10) 및 제2 액정 셀(20)에서의 제2 전극(E12, E22)의 띠상 전극(E12A, E12B, E22A, E22B)의 길이 방향과, 제3 액정 셀(30) 및 제4 액정 셀(40)에서의 제2 전극(E32, E42)의 띠상 전극(E32A, E32B, E42A, E42B)의 길이 방향과는 90의 각도로 교차하고 있다.
또한, 각 액정 셀의 제1 전극(E11, E21, E31, E41)과 제2 전극(E12, E22, E32, E42)은 서로의 연장 방향을 직교시키고 있다. 후술하는 도 13, 도 14 및 도 15에 도시하는 실시 형태에 대해서도 마찬가지이다. 또한, 제1 액정 셀(10) 및 제2 액정 셀(20)에 대하여, 제3 액정 셀(30) 및 제4 액정 셀(40)을 90도±10도의 범위에서 회전시킨 상태에서 적층하는 구성도 채용 가능하다. 또한, 각 액정 셀의 제1 전극(E11, E21, E31, E41)과 제2 전극(E12, E22, E32, E42)의 연장 방향을 90도±10도의 범위에서 설정하는 구성도 채용 가능하다.
도 10은, 제1 액정 셀(10), 제2 액정 셀(20), 제3 액정 셀(30) 및 제4 액정 셀(40)에서의 전극의 배치, 배향막에 의한 배향 방향(화살표), 액정 분자의 초기 배향을 나타낸다. 액정층은 포지티브형 액정으로 형성되어 있고, 각 액정 셀에 제어 신호가 입력되지 않는 초기 상태에서는 액정의 장축 방향이 띠상 전극과 교차하는 방향(직교하는 방향)으로 배향하고 있다. 즉, 제1 액정 셀(10), 제2 액정 셀(20), 제3 액정 셀(30), 및 제4 액정 셀(40)의 제1 기판(S11, S21, S31, S41)측의 배향막(제1 배향막)의 배향 방향과, 띠상의 패턴을 갖는 제1 전극(E11, E21, E31, E41)의 길이 방향이 교차하도록 배치되고, 제2 기판(S12, S22, S32, S42)측의 배향막(제2 배향막)의 배향 방향과, 띠상의 패턴을 갖는 제2 전극(E12, E22, E32, E42)의 길이 방향이 교차하도록 배치되어 있다.
도 10에 도시하는 배치에 따르면, 제1 액정 셀(10) 및 제2 액정 셀(20)의 제1 기판(S11, S21)측의 배향막(도시되지 않음)의 배향 방향이 X축 방향에 평행한 방향을 향하고 있고, 제2 기판(S12, S22)측의 배향막(도시되지 않음)의 배향 방향이 Y축 방향과 평행한 방향을 향하고 있다. 따라서, 제1 액정 셀(10) 및 제2 액정 셀(20)의 제1 전극(E11, E21)의 띠상 패턴의 길이 방향이 Y축 방향과 평행한 방향을 향하고 있고, 제2 전극(E12, E22)의 띠상 패턴의 길이 방향이 X축 방향과 평행한 방향을 향하고 있다. 또한, 제3 액정 셀(30) 및 제4 액정 셀(40)의 제1 기판(S31, S41)측의 배향막(도시되지 않음)의 배향 방향이 Y축 방향에 평행한 방향을 향하고 있고, 제2 기판(S32, S42)측의 배향막(도시되지 않음)의 배향 방향이 X축 방향과 평행한 방향을 향하고 있다. 따라서, 제3 액정 셀(30) 및 제4 액정 셀(40)의 제1 전극(E31, E41)의 띠상 패턴의 길이 방향이 X축 방향과 평행한 방향을 향하고 있고, 제2 전극(E32, E42)의 띠상 패턴의 길이 방향이 Y축 방향과 평행한 방향을 향하고 있다. 또한, 배향막의 배향 방향은, 본 실시 형태에서는, X축 방향 및 Y축 방향의 정의에 따르면, 띠상의 패턴을 갖는 전극의 연장 방향에 대하여 90도의 방향으로 설정되지만, 90±10도의 방향에 대해서도 설정 가능하다.
이하의 설명에서, 제1 편광 성분(PL1)의 편광 방향과 동일한 방향을 Y축 방향, 제2 편광 성분(PL2)의 편광 방향과 동일한 방향을 X축 방향으로 한다. 또한, 도 10의 표 중에 나타내지는 (확산 광 1X)란, 당해 위치에 이르기까지 편광 성분이 X축 방향으로 1도 확산한 것을 나타내고, (확산 광 1X1Y)란, 당해 위치에 이르기까지 편광 성분이 X축 방향으로 1도 확산하고, 또한, Y축 방향으로도 1도 확산한 것을 나타낸다. 도 12 내지 도 15에 대해서도 마찬가지이다.
도 10은, 횡전계를 형성하고 있는 전극을 해칭으로 나타낸다. 또한, 도 10에는 표가 삽입되어 있고, 제1 편광 성분(PL1) 및 제2 편광 성분(PL2)을 포함하는 광이 각 액정 셀의 제1 전극, 액정층, 제2 전극을 통과할 때의 각각의 편광 성분의 상태를, 투과, 선광, 확산이라는 용어에 의해 나타낸다. 여기서 「투과」란 편광 성분이 확산이나 선광 등이 되지 않고 그대로 통과하는 것을 나타낸다. 또한, 「선광」이란, 편광 성분이 그 편광 방향을 90도 천이시킨 것을 나타낸다. 또한, 「확산」이란, 당해 편광 성분이 액정 분자의 굴절률 분포의 영향을 받아서 확산하고 있는 것을 나타낸다. 따라서, 도표 중, 예를 들어 제1 전극에서 「투과」로 되어 있는 것은, 액정층의 제1 전극 근방에서 상기 「투과」의 현상이 생긴 것을 나타낸다. 또한, 액정층에서 「선광」이라고 되어 있는 것은, 편광 성분이 액정층을 제1 기판측으로부터 제2 기판측을 향하는 과정에서 편광 방향을 90도 천이시키고 있는 것을 나타낸다.
액정 광 제어 소자(102)는, 광 입사측으로부터, 제1 액정 셀(10), 제2 액정 셀(20), 제3 액정 셀(30), 제4 액정 셀(40)이 이 순번으로 배치되어 있다. 액정 광 제어 소자(102)에 입사하는 광은, 제1 편광 성분(PL1) 및 제1 편광 성분(PL1)에 직교하는 제2 편광 성분(PL2)을 포함한다.
도 10에 도시하는 바와 같이, 제1 액정 셀(10)의 제2 전극(E12)과 제2 액정 셀(20)의 제2 전극(E22)은 길이 방향이 동일한 방향으로 배치되어 있고, 제1 편광 성분(PL1)을 Y축 방향으로 확산할 수 있다. 또한, 제3 액정 셀(30)의 제2 전극(E32)과 제4 액정 셀(40)의 제2 전극(E42)은 길이 방향이 동일한 방향으로 배치되어 있고, 제2 편광 성분(PL2)을 X축 방향으로 확산할 수 있다.
액정 광 제어 소자(102)가 입사광의 편광 상태 및 확산 상태를 제어하기 위해서, 각 액정 셀에 제어 신호가 입력된다. 도 11은 각 액정 셀의 전극에 인가되는 제어 신호의 파형의 일례를 나타낸다. 각 액정 셀에는, 도 11에 도시하는 제어 신호(A), 제어 신호(B), 제어 신호(E)의 어느 것의 신호가 입력된다. 제어 신호(A, B)에서, VL1은 로우 레벨의 전압, VH1은 하이 레벨의 전압을 의미한다. 예를 들어, VL1은 0V 또는 -15V의 전압이며, VH1은 (0V에 대하여) 30V 또는 (-15V에 대하여) 15V이다. 제어 신호(A)와 제어 신호(B)는 동기하고 있으며, 제어 신호(A)가 VL1의 레벨에 있을 때 제어 신호(B)는 VH1의 레벨에 있고, 제어 신호(A)가 VH1의 레벨로 변화하면 제어 신호(B)는 VL1의 레벨로 변화한다. 제어 신호(A, B)의 주기는 15 내지 100Hz 정도이다. 한편, 제어 신호(E)는 일정 전압의 신호이며, 예를 들어, 제어 신호(E)는 VL1과 VH1의 중간 전압으로, VL1=0V, VH1=30V의 경우에는 VE=15V이고, VL1=-15V, VH1=+15V의 경우에는 VE=0V가 된다.
액정 광 제어 장치(100)는, 액정 광 제어 소자(102)의 각 액정 셀에 인가하는 제어 신호의 선택에 의해, 광원부(106)로부터 방사되는 광의 배광 패턴을 다양하게 제어할 수 있다. 본 실시 형태는, 액정 광 제어 소자(102)에 의해 광원부(106)로부터 방사되는 광을 사각 형상의 배광 패턴으로 제어하는 일례를 나타낸다.
표 1은, 도 10에 도시하는 액정 광 제어 소자(102)의 각 액정 셀에 인가되는 제어 신호를 나타낸다. 또한, 표 1에 나타내는 제어 신호(A, B, E)는, 도 11에 도시하는 제어 신호에 대응하고 있다.
도 10 및 표 1에 도시하는 바와 같이 액정 광 제어 소자(102)의 각 액정 셀에 제어 신호가 입력된다. 제1 액정 셀(10)의 제1 띠상 전극(E11A) 및 제2 띠상 전극(E11B)에 제어 신호(E)가 입력되고, 제3 띠상 전극(E12A)에 제어 신호(A)가 입력되고, 제4 띠상 전극(E12B)에 제어 신호(B)가 입력된다. 표 1에 나타내는 바와 같이, 제2 액정 셀(20), 제3 액정 셀(30) 및 제4 액정 셀(40)에 대해서도, 제1 액정 셀(10)과 마찬가지로 제어 신호(A, B, E)가 입력된다. 즉, 도 10에 도시하는 액정 광 제어 소자(102)는, 각 액정 셀의 제1 전극에 제어 신호(E)가 인가되고, 제2 전극에 제어 신호(A, B)가 인가되고, 제2 기판측에서만 횡전계가 발생하고 있다.
액정 광 제어 소자(102)의 동작 시에는, 각 액정 셀의 각 띠상 전극에 표 1에 나타내는 제어 신호가 입력된다. 제1 액정 셀(10), 제2 액정 셀(20), 제3 액정 셀(30) 및 제4 액정 셀(40)에 대하여, 표 1에 나타내는 제어 신호가 입력되면, 각 액정 셀은 도 7c에 도시하는 바와 같이 제2 기판측의 액정 분자가 횡전계의 영향을 받아서 배향 상태가 변화한다.
도 10에 있어서 제1 편광 성분(PL1)에 주목하면, 제1 액정 셀(10)에 입사하는 제1 편광 성분(PL1)의 편광축의 방향은, 제1 액정층(LC1)의 제1 기판(S11)측의 액정 분자의 장축 방향에 대하여 교차하는 방향(직교하는 방향)에 있다. 제1 전극(E11)은 횡전계를 발생시키고 있지 않기 때문에, 제1 편광 성분(PL1)은 확산되지 않고 그대로 제2 기판(S12)측을 향한다. 또한, 제1 편광 성분(PL1)은, 제1 액정층(LC1)을 제1 기판(S11)측으로부터 제2 기판(S12)측을 향하는 과정에서 액정 분자의 비틀린 배향에 따라서 90도 선광된다. 이에 의해, 제1 편광 성분(PL1)은 제2 편광 성분(PL2)으로 천이한다. 제2 기판(S12)측에서는, 제2 전극(E12)이 횡전계를 발생시키고 있지만, 제2 편광 성분(PL2)의 편광축의 방향은 제2 기판(S12)측의 액정 분자의 장축 방향과 교차하는 방향에 있다. 이 때문에, 제2 기판(S12)측의 액정 분자가 제2 전극(E12)에 의해 생기는 전계에 의해 굴절률 분포를 변화시키고 있지만, 제2 편광 성분(PL2)은 그 영향을 받지 않고 그대로 투과한다. 즉, 제1 편광 성분(PL1)은, 제1 액정 셀(10)을 통과하는 과정에서 제2 편광 성분(PL2)으로 천이하는 한편, 확산 등은 되지 않고 제2 기판(S12)측으로부터 출사된다.
그리고, 제1 액정 셀(10)로부터 출사된 제2 편광 성분(PL2)이 제2 액정 셀(20)에 입사한다. 당해 제2 편광 성분(PL2)은, 그 편광축의 방향이 제2 액정층(LC2)의 제1 기판(S21)측의 액정 분자의 장축 방향과 평행한 방향에 있다. 그러나, 제1 전극(E21)은 횡전계를 발생시키고 있지 않기 때문에, 제2 편광 성분(PL2)은 확산되지 않고 그대로 제2 기판(S22)측을 향한다. 또한, 제2 편광 성분(PL2)은, 제2 액정층(LC2)을 제1 기판(S21)측으로부터 제2 기판(S22)측을 향하는 과정에서 액정 분자의 비틀린 배향에 따라서 90도 선광된다. 이에 의해, 제2 편광 성분(PL2)은 제1 편광 성분(PL1)으로 천이한다. 여기서, 제1 편광 성분(PL1)의 편광축은 제2 기판(S22)측의 액정 분자의 장축 방향과 평행한 방향에 있다. 제2 기판(S22)측의 액정 분자는 제2 전극(E22)에 의해 생기는 횡전계에 의해 굴절률 분포를 변화시키고 있기 때문에, 당해 제1 편광 성분(PL1)은 Y축 방향으로 확산되고, 그 후, 제2 액정 셀(20)로부터 출사된다. 즉, 제2 액정 셀(20)에 입사한 제2 편광 성분(PL2)은, 당해 제2 액정 셀(20)을 통과하는 과정에서 제1 편광 성분(PL1)으로 천이하여 Y축 방향으로 확산한다.
이와 같이, 입사광 중, 제1 편광 성분(PL1)은 제1 액정 셀(10)에 입사해서 제2 액정 셀(20)로부터 출사될 때까지, 제2 편광 성분(PL2)으로 한번 천이하고 나서 다시 제1 편광 성분(PL1)으로 천이하고, 또한, 제2 액정 셀(20)에서 Y축 방향으로 1회 확산된다.
제3 액정 셀(30)은, 제1 전극(E31)의 길이 방향이 제1 액정 셀(10)의 제1 전극(E11) 및 제2 액정 셀(20)의 제1 전극(E21)과 90도의 각도로 교차하고, 제2 전극(E32)의 길이 방향이 제1 액정 셀(10)의 제2 전극(E12) 및 제2 액정 셀(20)의 제2 전극(E22)과 90도의 각도로 교차하고 있다. 또한, 제4 액정 셀(40)도 마찬가지로, 제1 전극(E41)의 길이 방향이 제1 액정 셀(10)의 제1 전극(E11) 및 제2 액정 셀(20)의 제1 전극(E21)과 90도의 각도로 교차하고, 제2 전극(E42)의 길이 방향이 제1 액정 셀(10)의 제2 전극(E12) 및 제2 액정 셀(20)의 제2 전극(E22)과 90도의 각도로 교차하고 있다. 따라서, 이들 제3 액정 셀과 제4 액정 셀에서는, 각 편광 성분에 대하여, 제1 액정 셀(10) 및 제2 액정 셀(20)에서 생긴 현상이 역전된다. 또한, 당해 교차 각도는 90±10도의 범위에서 설정 가능하다.
제2 액정 셀(20)을 통과해서 Y축 방향으로 1회 확산된 제1 편광 성분(PL1)(확산 광 1Y)이 제3 액정 셀(30)에 입사하면, 당해 제1 편광 성분(PL1)(확산 광 1Y)은 그 편광축의 방향이 제3 액정층(LC3)의 제1 기판(S31)측의 액정 분자의 장축 방향과 평행한 방향으로 된다. 그러나, 제1 전극(E31)은 횡전계를 발생시키고 있지 않기 때문에, 제3 액정 셀(30)에 입사한 제1 편광 성분(PL1)(확산 광 1Y)은 확산되지 않고, 제3 액정층(LC3)을 제1 기판(S31)측으로부터 제2 기판(S32)측을 향하는 과정에서 액정 분자의 비틀린 배향에 따라서 90도 선광된다. 이에 의해, 제1 편광 성분(PL1)(확산 광 1Y)은 제2 편광 성분(PL2)(확산 광 1Y)으로 천이한다. 여기서, 제2 편광 성분(PL2)(확산 광 1Y)의 편광축은 제2 기판(S32)측의 액정 분자의 장축 방향과 평행한 방향에 있다. 제2 기판(S32)측의 액정 분자는 제2 전극(E32)에 의해 생기는 횡전계에 의해 굴절률 분포를 변화시키고 있기 때문에, 당해 제2 편광 성분(PL2)(확산 광 1Y)은 X축 방향으로 확산되고, 그 후, 제3 액정 셀(30)로부터 출사된다. 즉, 제3 액정 셀(30)에 입사한 제1 편광 성분(PL1)(확산 광 1Y)은 당해 제3 액정 셀(30)을 통과하는 과정에서 제2 편광 성분(PL2)으로 천이하여 X축 방향으로 확산한다(확산 광 1X1Y).
제3 액정 셀(30)로부터 출사되어, 제4 액정 셀(40)에 입사한 제2 편광 성분(PL2)(확산 광 1X1Y)의 편광축의 방향은, 제4 액정층(LC4)의 제1 기판(S41)측의 액정 분자의 장축 방향에 대하여 교차하는 방향에 있다. 그러나, 제1 전극(E41)은 횡전계를 발생시키고 있지 않기 때문에, 제4 액정 셀(40)에 입사한 제2 편광 성분(PL2)(확산 광 1X1Y)은 확산되지 않고, 제4 액정층(LC4)을 제1 기판(S41)측으로부터 제2 기판(S42)측을 향하는 과정에서 액정 분자의 비틀린 배향에 따라서 90도 선광된다. 이에 의해, 제2 편광 성분(PL2)(확산 광 1X1Y)은 제1 편광 성분(PL1)(확산 광 1X1Y)으로 천이한다. 또한, 제1 편광 성분(PL1)(확산 광 1X1Y)의 편광축의 방향은 제2 기판(S42)측의 액정 분자의 장축 방향과 교차하는 방향에 있다. 이 때문에, 제2 기판(S42)측의 액정 분자가 제2 전극(E42)에 의해 생기는 횡전계에 의해 굴절률 분포를 변화시키고 있지만, 제1 편광 성분(PL1)(확산 광 1X1Y)은 그 영향을 받지 않고, 그대로 투과한다. 즉, 제2 편광 성분(PL2)(확산 광 1X1Y)은, 제4 액정 셀(40)을 통과하는 과정에서 제1 편광 성분(PL1)(확산 광 1X1Y)으로 천이하는 한편, 확산 등은 되지 않고 제4 액정 셀(40)로부터 출사된다.
이와 같이, 제3 액정 셀(30)에 입사하는 제1 편광 성분(PL1)(확산 광 1Y)은 제4 액정 셀(40)로부터 출사될 때까지, 제3 액정층(LC3) 및 제4 액정층(LC4)에서 각각 90도 선광되고, 또한 제3 액정 셀(30)에서 X축 방향으로 확산되어, 제1 편광 성분(PL1)(확산 광 1X1Y)으로서 제4 액정 셀(40)로부터 출사된다.
따라서, 광원으로부터 출사되는 제1 편광 성분(PL1)은, 제1 액정 셀(10)에 입사하여 제4 액정 셀(40)로부터 출사될 때까지의 동안에, 편광축이 90도의 각도로 4회 선광되고, X축 방향으로 1회 및 Y축 방향으로 1회 확산된다.
한편, 제1 액정 셀(10)에 입사하는 제2 편광 성분(PL2)의 편광 성분은, 그 편광축의 방향이 제1 액정층(LC1)의 제1 기판(S11)측의 액정 분자의 장축 방향에 대하여 평행한 방향이다. 그러나, 제1 전극(E11)은 횡전계를 발생시키고 있지 않기 때문에, 제2 편광 성분(PL2)은 확산되지 않고 그대로 제2 기판(S12)측을 향한다. 또한, 제2 편광 성분(PL2)은, 제1 액정층(LC1)을 제1 기판(S11)측으로부터 제2 기판(S12)측을 향하는 과정에서 액정 분자의 비틀린 배향에 따라서 90도 선광된다. 이에 의해, 제2 편광 성분(PL2)은 제1 편광 성분(PL1)으로 천이한다. 제1 편광 성분(PL1)의 편광축의 방향은 제2 기판(S12)측의 액정 분자의 장축 방향과 평행한 방향에 있다. 제2 기판(S12)측의 액정 분자가 제2 전극(E12)에 의해 생기는 전계에 의해 굴절률 분포를 변화시키고 있으므로, 제1 액정층(LC1)에 의해 천이된 제1 편광 성분(PL1)은, 제2 기판(S12)측의 액정 분자에 의해 형성되는 굴절률 분포에 의해 Y축 방향으로 확산된다. 즉, 제1 액정 셀(10)에 입사한 제2 편광 성분(PL2)은, 제1 액정 셀(10)을 통과하는 과정에서 제1 편광 성분(PL1)으로 천이하여 Y 방향으로 확산한다(확산 광 1Y).
그리고, 제1 액정 셀(10)로부터 출사된 제1 편광 성분(PL1)(확산 광 1Y)은 제2 액정 셀(20)에 입사한다. 제2 액정 셀(20)에 입사하는 제1 편광 성분(PL1)(확산 광 1Y)의 편광축의 방향은, 제2 액정층(LC2)의 제1 기판(S21)측의 액정 분자의 장축 방향에 대하여 교차하는 방향(직교하는 방향)에 있다. 그러나, 제1 전극(E21)은 횡전계를 발생시키고 있지 않기 때문에, 제1 편광 성분(PL1)(확산 광 1Y)은 확산되지 않고 그대로 제2 기판(S22)측을 향한다. 또한, 제1 편광 성분(PL1)(확산 광 1Y)은, 제2 액정층(LC2)을 제1 기판(S21)측으로부터 제2 기판(S22)측을 향하는 과정에서 액정 분자의 비틀린 배향에 따라서 90도 선광된다. 이에 의해, 제1 편광 성분(PL1)(확산 광 1Y)은 제2 편광 성분(PL2)(확산 광 1Y)으로 천이한다. 제2 편광 성분(PL2)의 편광축의 방향은 제2 기판(S22)측의 액정 분자의 장축 방향과 교차하는 방향에 있다. 이 때문에, 제2 기판(S22)측의 액정 분자가 제2 전극(E22)에 의해 생기는 전계에 의해 굴절률 분포를 변화시키고 있지만, 제2 편광 성분(PL2)(확산 광 1Y)은 그 영향을 받지 않고, 그대로 투과한다. 즉, 제2 액정 셀(20)에 입사한 제1 편광 성분(PL1)(확산 광 1Y)은, 제2 액정 셀(20)을 통과하는 과정에서 제2 편광 성분(PL2)(확산 광 1Y)으로 천이하지만, 확산되지 않고 투과한다.
이와 같이, 입사광 중, 제2 편광 성분(PL2)은 제1 액정 셀(10)에 입사해서 제2 액정 셀(20)로부터 출사될 때까지, 제1 편광 성분(PL1)으로 한번 천이하고 나서 다시 제2 편광 성분(PL2)으로 천이하고, 또한, 제1 액정 셀(10)에서 Y축 방향으로 1회 확산된다.
제1 액정 셀(10) 및 제2 액정 셀(20)에서 각각 90도 선광되고, 또한 제1 액정 셀(10)에서 Y축 방향으로 1회 확산된 제2 편광 성분(PL2)(확산 광 1Y)이 제3 액정 셀(30)에 입사한다. 제3 액정 셀(30)에 입사하는 제2 편광 성분(PL2)(확산 광 1Y)의 편광 방향은, 제3 액정층(LC3)의 제1 기판(S31)측의 액정 분자의 장축 방향에 대하여 교차하는 방향(직교하는 방향)에 있다. 제1 전극(E31)은 횡전계를 발생시키고 있지 않기 때문에, 제3 액정 셀(30)에 입사한 제2 편광 성분(PL2)(확산 광 1Y)은 확산되지 않고, 제3 액정층(LC3)을 제1 기판(S31)측으로부터 제2 기판(S32)측을 향하는 과정에서 액정 분자의 비틀린 배향에 따라서 90도 선광된다. 이에 의해, 제2 편광 성분(PL2)(확산 광 1Y)은 제1 편광 성분(PL1)(확산 광 1Y)으로 천이한다. 또한, 제1 편광 성분(PL1)(확산 광 1Y)의 편광 방향은 제2 기판(S32)측의 액정 분자의 장축 방향과 교차하는 방향에 있다. 이 때문에, 제2 기판(S32)측의 액정 분자가 제2 전극(E32)에 의해 생기는 전계에 의해 굴절률 분포를 변화시키고 있지만, 제1 편광 성분(PL1)(확산 광 1Y)은 그 영향을 받지 않고, 그대로 투과한다. 즉, 제3 액정 셀(30)에 입사한 제2 편광 성분(PL2)(확산 광 1Y)은, 제3 액정 셀(30)을 통과하는 과정에서 제1 편광 성분(PL1)(확산 광 1Y)으로 천이하지만, 확산되지 않고 투과한다.
제3 액정 셀(30)을 통과하여, Y 방향으로 1회 확산되고, 제1 액정 셀(10), 제2 액정 셀(20), 제3 액정 셀(30)에서 각각 90도 선광된 제1 편광 성분(PL1)(확산 광 1Y)이 제4 액정 셀(40)에 입사하면, 당해 제1 편광 성분(PL1)(확산 광 1Y)은, 그 편광 방향이 제4 액정층(LC4)의 제1 기판(S41)측의 액정 분자의 장축 방향과 평행한 방향으로 되어 있다. 그러나, 제1 전극(E41)은 횡전계를 발생시키고 있지 않기 때문에, 제4 액정 셀(40)에 입사한 제1 편광 성분(PL1)(확산 광 1Y)은 확산되지 않고, 제4 액정층(LC4)을 제1 기판(S41)측으로부터 제2 기판(S42)측을 향하는 과정에서 액정 분자의 비틀린 배향에 따라서 90도 선광된다. 이에 의해, 제1 편광 성분(PL1)(확산 광 1Y)은 다시 제2 편광 성분(PL2)(확산 광 1Y)으로 천이한다. 이 제2 편광 성분(PL2)(확산 광 1Y)의 편광 방향은 제2 기판(S42)측의 액정 분자의 장축 방향과 평행하다. 여기서, 제2 기판(S42)측의 액정 분자는 제2 전극(E42)에 의해 생기는 횡전계에 의해 굴절률 분포를 변화시키고 있기 때문에, 이 제2 편광 성분(PL2)(확산 광 1Y)은 당해 액정 분자의 굴절률 분포의 영향을 받아서 X축 방향으로 확산되어 제4 액정 셀(40)로부터 제2 편광 성분(확산 광 1X1Y)으로서 출사된다.
이와 같이, 제3 액정 셀(30)에 입사하는 제2 편광 성분(PL2)(확산 광 1Y)은, 제4 액정 셀(40)로부터 출사될 때까지, 제1 편광 성분(PL1)(확산 광 1Y)으로 한번 천이하고 나서 다시 제2 편광 성분(PL2)(확산 광 1Y)으로 천이하고, 또한, 제4 액정 셀(40)에서 X축 방향 1회 확산되어, 제2 편광 성분(PL2)(확산 광 1X1Y)으로서 출사된다.
따라서, 광원으로부터 출사되는 제2 편광 성분(PL2)은, 제1 액정 셀(10)에 입사하여 제4 액정 셀(40)로부터 출사될 때까지의 동안에, 편광축이 90도의 각도로 4회 선광되어, X축 방향으로 1회 및 Y축 방향으로 1회 확산된다.
도 10에 도시하는 액정 광 제어 소자(102)의 동작에 의하면, 광원부(106)로부터 출사된 광의 제1 편광 성분(PL1)이 X축 방향으로 1회 및 Y축 방향으로 1회 확산되고, 제2 편광 성분(PL2)이 X축 방향으로 1회 및 Y축 방향으로 1회 확산됨으로써, 사각 형상의 배광 패턴이 성형된다. 제1 편광 성분(PL1) 및 제2 편광 성분(PL2)은, 모두 액정층에서 선광된 후에 X축 방향 및 Y축 방향으로 확산되므로, 선광 시의 광의 손실을 저감할 수 있다. 다시 말하면, 제1 편광 성분(PL1) 및 제2 편광 성분(PL2)을 최초로 선광하기 전에 확산하지 않도록 함으로써, 이러한 과정에서의 확산하면서의 선광을 없앨 수 있어, 선광 시의 광의 손실을 저감할 수 있다. 이에 의해, 액정 광 제어 소자(102)에 의해 광원의 배광 패턴을 제어할 때, 배광 패턴의 형상의 흐트러짐을 억제할 수 있다.
또한, 도 10에 도시하는 구성의 액정 광 제어 소자(102)에 의하면, 다른 액정 셀에 마련되고, 또한 액정층을 사이에 두고 광 입사측과는 반대측에 배치되는 전극에 의해, 하나의 편광 성분을 X축 방향 및 Y축 방향으로 확산시킴으로써, 색 분리를 방지할 수 있다.
도 10에 도시하는 액정 광 제어 소자(102)의 동작 모드는, 각 액정 셀의 제1 전극에서 횡전계를 발생시키지 않기 때문에, 도 9 및 도 12에 도시하는 구성의 액정 광 제어 소자에 의해서도 마찬가지로 사각 형상의 배광 패턴을 형성할 수 있다. 도 9 및 도 12는, 각 액정 셀의 제1 전극이 평판상의 전극(솔리드 전극)으로 형성되어 있는 경우의 예를 나타낸다. 도 9 및 도 12에서, 각 액정 셀의 액정 분자의 배향 방향, 제2 전극(E12, E22, E32, E42)의 배치 및 제2 전극에 인가되는 제어 신호는, 도 10에 도시하는 예와 동일하다(도 12 참조).
도 12에 삽입된 표에 나타내는 바와 같이, 제1 액정 셀(10), 제2 액정 셀(20), 제3 액정 셀(30) 및 제4 액정 셀(40)을 투과하는 제1 편광 성분(PL1) 및 제2 편광 성분(PL2)의 천이는, 도 10에 도시하는 실시 형태와 동일하여 상세한 설명은 생략한다. 도 12에 도시하는 바와 같이 제1 전극을 평판상의 전극(솔리드 전극)으로 치환했다고 해도, 광원부(106)로부터 출사된 광의 제1 편광 성분(PL1)을 X축 방향으로 1회 및 Y축 방향으로 1회 확산하고, 제2 편광 성분(PL2)을 X축 방향으로 1회 및 Y축 방향으로 1회 확산할 수 있어, 사각 형상의 배광 패턴을 형성할 수 있다.
제2 실시 형태:
본 실시 형태는, 광원부로부터 방사되는 광을 십자 형상으로 배광할 수 있는 액정 광 제어 소자(102)의 구성과 동작의 일례를 나타낸다. 도 13은, 본 실시 형태에 관한 액정 광 제어 소자(102)의 각 액정 셀에서의 띠상 전극의 배치와, 입사광의 편광 상태 및 확산이 각 액정 셀에 의해 제어되는 양태를 나타낸다. 도 13에 도시하는 제1 액정 셀(10), 제2 액정 셀(20), 제3 액정 셀(30) 및 제4 액정 셀(40)에서의 띠상 전극의 배치는 제1 실시 형태와 마찬가지이다.
표 2는, 도 13에 도시하는 액정 광 제어 소자(102)에 있어서, 각 액정 셀에 인가되는 제어 신호를 나타낸다. 또한, 표 2에 나타내는 제어 신호(A, B, E)는, 도 11에 도시하는 제어 신호에 대응하는 것이다.
도 13 및 표 2에 나타내는 바와 같이 액정 광 제어 소자(102)의 각 액정 셀에 제어 신호가 입력된다. 제1 액정 셀(10)의 제1 띠상 전극(E11A) 및 제2 띠상 전극(E11B)에 제어 신호(E)가 입력되고, 제3 띠상 전극(E12A)에 제어 신호(A)가 입력되고, 제4 띠상 전극(E12B)에 제어 신호(B)가 입력된다. 표 2에 나타내는 바와 같이 제3 액정 셀(30)도 제1 액정 셀(10)과 마찬가지로 제어 신호가 입력된다. 단, 제3 액정 셀(30)은, 띠상 전극의 길이 방향의 배향, 배향막의 배향 방향 및 액정 분자의 장축 방향의 배향이 제1 액정 셀(10)과 다르게 되어 있다. 제2 액정 셀(20)의 제1 띠상 전극(E21A)에 제어 신호(A)가 입력되고, 제2 띠상 전극(E21B)에 제어 신호(B)가 입력되고, 제3 띠상 전극(E22A) 및 제4 띠상 전극(E22B)에 제어 신호(E)가 입력된다. 표 2에 나타내는 바와 같이 제4 액정 셀(40)도 제2 액정 셀(20)과 마찬가지로 제어 신호가 입력된다. 단, 제4 액정 셀(40)은, 띠상 전극의 길이 방향의 배향, 배향막의 배향 방향 및 액정 분자의 장축 방향의 배향이 제1 액정 셀(10)과 다르게 되어 있다. 이와 같이, 도 13에 도시하는 액정 광 제어 소자(102)는, 제1 액정 셀(10) 및 제3 액정 셀(30)에서는 제2 기판(S12, S32)측에서 횡전계가 발생하고, 제2 액정 셀(20) 및 제4 액정 셀(40)에서는 제1 기판(S21, S41)측에서 횡전계가 발생하는 구성을 갖고 있다.
액정 광 제어 소자(102)의 동작 시에는, 각 액정 셀의 각 띠상 전극에 표 2에 나타내는 제어 신호가 입력된다. 표 2에 나타내는 제어 신호가 각 액정 셀에 입력되면, 제1 액정 셀(10) 및 제3 액정 셀(30)에서는 제2 기판(S12, S32)측에 횡전계가 발생하고, 제2 액정 셀(20) 및 제4 액정 셀(40)에서는 제1 기판(S21, S41)측에 횡전계가 발생하여, 액정 분자가 횡전계의 영향을 받아서 배향 상태가 변화한다.
도 13에서 제1 편광 성분(PL1)에 주목하면, 제1 편광 성분(PL1)은, 제1 실시 형태와 마찬가지로 제1 액정 셀(10)을 통과하는 과정에서 제2 편광 성분(PL2)으로 천이하여, 확산은 되지 않고 제2 기판(S12)측으로부터 출사된다.
그리고, 제1 액정 셀(10)로부터 출사된 제2 편광 성분(PL2)이 제2 액정 셀(20)에 입사한다. 당해 제2 편광 성분(PL2)은, 그 편광축의 방향이 제2 액정층(LC2)의 제1 기판(S21)측의 액정 분자의 장축 방향과 평행한 방향에 있다. 제1 기판(S21)측의 액정 분자는 제1 전극(E21)에 의해 생기는 횡전계에 의해 굴절률 분포를 변화시키고 있기 때문에, 당해 제2 편광 성분(PL2)은 X축 방향으로 확산된다. 또한, 제2 편광 성분(PL2)은, 제2 액정층(LC2)을 제1 기판(S21)측으로부터 제2 기판(S22)측을 향하는 과정에서 액정 분자의 비틀린 배향에 따라서 90도 선광된다. 이에 의해, X축 방향으로 확산된 제2 편광 성분(PL2)(확산 광 1X)은 제1 편광 성분(PL1)으로 천이한다. 제2 전극(E22)은 횡전계를 발생시키고 있지 않기 때문에, 제1 편광 성분(PL1)(확산 광 1X)은 확산되지 않고 그대로 제2 기판(S22)을 투과하여 제2 액정 셀(20)로부터 출사된다. 즉, 제2 액정 셀(20)에 입사한 제2 편광 성분(PL2)은, 당해 제2 액정 셀(20)을 통과하는 과정에서 X축 방향으로 확산되어, 제1 편광 성분(PL1)(확산 광 1X)으로 천이하여 출사된다.
이와 같이, 입사광 중, 제1 편광 성분(PL1)은 제1 액정 셀(10)에 입사해서 제2 액정 셀(20)로부터 출사될 때까지, 제2 편광 성분(PL2)으로 한번 천이하고 나서 다시 제1 편광 성분(PL1)으로 천이하고, 또한, 제2 액정 셀(20)에서 X축 방향으로 1회 확산된다.
제1 실시 형태와 마찬가지로, 제3 액정 셀(30)은, 제1 전극(E31)의 길이 방향이 제1 액정 셀(10)의 제1 전극(E11) 및 제2 액정 셀(20)의 제1 전극(E21)과 90도의 각도로 교차하고, 제2 전극(E32)의 길이 방향이 제1 액정 셀(10)의 제2 전극(E12) 및 제2 액정 셀(20)의 제2 전극(E22)과 90도의 각도로 교차하고 있다. 또한, 제4 액정 셀(40)도 마찬가지로, 제1 전극(E41)의 길이 방향이 제1 액정 셀(10)의 제1 전극(E11) 및 제2 액정 셀(20)의 제1 전극(E21)과 90도의 각도로 교차하고, 제2 전극(E42)의 길이 방향이 제1 액정 셀(10)의 제2 전극(E12) 및 제2 액정 셀(20)의 제2 전극(E22)과 90도의 각도로 교차하고 있다. 따라서, 제3 액정 셀 및 제4 액정 셀에서는, 각 편광 성분에 대하여 제1 액정 셀(10) 및 제2 액정 셀(20)에서 생긴 현상이 역전된다. 또한, 당해 교차 각도는 90±10도의 범위에서 설정 가능하다.
제2 액정 셀(20)을 통과해서 X축 방향으로 1회 확산된 제1 편광 성분(PL1)(확산 광 1X)이 제3 액정 셀(30)에 입사하면, 당해 제1 편광 성분(PL1)(확산 광 1X)은, 그 편광축의 방향이 제3 액정층(LC3)의 제1 기판(S31)측의 액정 분자의 장축 방향과 평행한 방향으로 된다. 그러나, 제1 전극(E31)은 횡전계를 발생시키고 있지 않기 때문에, 제3 액정 셀(30)에 입사한 제1 편광 성분(PL1)(확산 광 1X)은 확산되지 않고, 제3 액정층(LC3)을 제1 기판(S31)측으로부터 제2 기판(S32)측을 향하는 과정에서 액정 분자의 비틀린 배향에 따라서 90도 선광된다. 이에 의해, 제1 편광 성분(PL1)(확산 광 1X)은 제2 편광 성분(PL2)(확산 광 1X)으로 천이한다. 여기서, 제2 편광 성분(PL2)(확산 광 1X)의 편광축은 제2 기판(S32)측의 액정 분자의 장축 방향과 평행한 방향에 있다. 제2 기판(S32)측의 액정 분자는 제2 전극(E32)에 의해 생기는 횡전계에 의해 굴절률 분포를 변화시키고 있기 때문에, 당해 제2 편광 성분(PL2)(확산 광 1X)은 X축 방향으로 확산되고, 그 후, 제3 액정 셀(30)로부터 출사된다. 즉, 제3 액정 셀(30)에 입사한 제1 편광 성분(PL1)(확산 광 1X)은, 당해 제3 액정 셀(30)을 통과하는 과정에서 제2 편광 성분(PL2)(확산 광 1X)으로 천이하여 또한 X축 방향으로 확산한다.
제4 액정 셀(40)은 제1 전극(E41)이 횡전계를 발생시키고 있고, 제1 기판(S41)측의 액정 분자가 제1 전극(E41)에 의해 생기는 횡전계에 의해 굴절률 분포를 변화시키고 있다. 그러나, 제4 액정 셀(40)에 입사한 제2 편광 성분(PL2)(확산 광 2X)의 편광축의 방향은, 제4 액정층(LC4)의 제1 기판(S41)측의 액정 분자의 장축 방향에 대하여 교차하는 방향에 있기 때문에 확산되지 않고, 제4 액정층(LC4)을 제1 기판(S41)측으로부터 제2 기판(S42)측을 향하는 과정에서 액정 분자의 비틀린 배향에 따라서 90도 선광된다. 이에 의해, 제2 편광 성분(PL2)(확산 광 2X)은 제1 편광 성분(PL1)(확산 광 2X)으로 천이한다. 제2 전극(E42)은 횡전계를 발생시키고 있지 않기 때문에, 제1 편광 성분(PL1)(확산 광 2X)은 확산되지 않고 그대로 제2 기판(S42)을 투과하여 제4 액정 셀(40)로부터 출사된다. 즉, 제4 액정 셀(40)에 입사한 제2 편광 성분(PL2)(확산 광 2X)은, 당해 제4 액정 셀(40)을 통과하는 과정에서 확산되지 않고 제1 편광 성분(PL1)(확산 광 2X)으로 천이하여 출사된다.
이와 같이, 제3 액정 셀(30)에 입사하는 제1 편광 성분(PL1)(확산 광 1X)은 제4 액정 셀(40)로부터 출사될 때까지, 제3 액정층(LC3) 및 제4 액정층(LC4)에서 각각 90도 선광되고, 또한 제3 액정 셀(30)에서 X축 방향으로 확산되어, 제1 편광 성분(PL1)(확산 광 2X)으로서 제4 액정 셀(40)로부터 출사된다.
따라서, 광원으로부터 출사되는 제1 편광 성분(PL1)은, 제1 액정 셀(10)에 입사하여 제4 액정 셀(40)로부터 출사될 때까지의 동안에, 편광축이 90도의 각도로 4회 선광되고, X축 방향으로 2회 확산된다.
이어서, 도 13에서 제2 편광 성분(PL2)에 주목하면, 제2 편광 성분(PL2)은, 제1 실시 형태와 마찬가지로 제1 액정 셀(10)을 통과하는 과정에서 제1 편광 성분(PL1)으로 천이하고, 제2 기판(S12)측에서 Y축 방향으로 확산되어서 제2 기판(S12)측으로부터 출사된다.
제2 액정 셀(20)은 제1 전극(E21)이 횡전계를 발생시키고 있고, 제1 기판(S21)측의 액정 분자가 제1 전극(E21)에 의해 생기는 횡전계에 의해 굴절률 분포를 변화시키고 있다. 그러나, 제2 액정 셀(20)에 입사하는 제1 편광 성분(PL1)(확산 광 1Y)의 편광축의 방향은, 제2 액정층(LC2)의 제1 기판(S21)측의 액정 분자의 장축 방향에 대하여 교차하는 방향(직교하는 방향)에 있기 때문에 확산되지 않고, 제2 액정층(LC2)을 제1 기판(S21)측으로부터 제2 기판(S22)측을 향하는 과정에서 액정 분자의 비틀린 배향에 따라서 90도 선광된다. 이에 의해, 제1 편광 성분(PL1)(확산 광 1Y)은 제2 편광 성분(PL2)(확산 광 1Y)으로 천이한다. 제2 전극(E22)은 횡전계를 발생시키고 있지 않기 때문에, 제2 편광 성분(PL2)(확산 광 1Y)은 확산되지 않고 그대로 제2 기판(S22)을 투과하여 제2 액정 셀(20)로부터 출사된다. 즉, 제2 액정 셀(20)에 입사한 제1 편광 성분(PL1)(확산 광 1Y)은 당해 제2 액정 셀(20)을 통과하는 과정에서 확산되지 않고 제2 편광 성분(PL2)(확산 광 1Y)으로 천이하여 출사된다.
이와 같이, 입사광 중, 제2 편광 성분(PL2)은 제1 액정 셀(10)에 입사해서 제2 액정 셀(20)로부터 출사될 때까지, 제1 편광 성분(PL1)으로 한번 천이하여 Y축 방향으로 1회 확산되고, 제2 액정 셀(20)에서 다시 제2 편광 성분(PL2)(확산 광 1Y)으로 천이한다.
제1 액정 셀(10) 및 제2 액정 셀(20)에서 각각 90도 선광되고, 또한 제1 액정 셀(10)에서 Y축 방향으로 1회 확산된 제2 편광 성분(PL2)(확산 광 1Y)이 제3 액정 셀(30)에 입사한다. 제3 액정 셀(30)에 입사하는 제2 편광 성분(PL2)(확산 광 1Y)의 편광 방향은, 제3 액정층(LC3)의 제1 기판(S31)측의 액정 분자의 장축 방향에 대하여 교차하는 방향(직교하는 방향)에 있다. 제1 전극(E31)은 횡전계를 발생시키고 있지 않기 때문에, 제3 액정 셀(30)에 입사한 제2 편광 성분(PL2)(확산 광 1Y)은 확산되지 않고, 제3 액정층(LC3)을 제1 기판(S31)측으로부터 제2 기판(S32)측을 향하는 과정에서 액정 분자의 비틀린 배향에 따라서 90도 선광된다. 이에 의해, 제2 편광 성분(PL2)(확산 광 1Y)은 제1 편광 성분(PL1)(확산 광 1Y)으로 천이한다. 또한, 제1 편광 성분(PL1)(확산 광 1Y)의 편광 방향은 제2 기판(S32)측의 액정 분자의 장축 방향과 교차하는 방향에 있다. 이 때문에, 제2 기판(S32)측의 액정 분자가 제2 전극(E32)에 의해 생기는 전계에 의해 굴절률 분포를 변화시키고 있지만, 제1 편광 성분(PL1)(확산 광 1Y)은 그 영향을 받지 않고, 그대로 투과한다. 즉, 제3 액정 셀(30)에 입사한 제2 편광 성분(PL2)(확산 광 1Y)은, 제3 액정 셀(30)을 통과하는 과정에서 제1 편광 성분(PL1)(확산 광 1Y)으로 천이하지만, 확산되지 않고 투과한다.
제3 액정 셀(30)을 투과하여, Y축 방향으로 1회 확산되고, 제1 액정 셀(10), 제2 액정 셀(20), 제3 액정 셀(30)에서 각각 90도 선광된 제1 편광 성분(PL1)(확산 광 1Y)이 제4 액정 셀(40)에 입사하면, 당해 제1 편광 성분(PL1)(확산 광 1Y)은 그 편광 방향이 제4 액정층(LC4)의 제1 기판(S41)측의 액정 분자의 장축 방향과 평행한 방향으로 되어 있다. 제1 기판(S41)측의 액정 분자는, 제1 전극(E41)에 의해 생기는 횡전계에 의해 굴절률 분포를 변화시키고 있기 때문에, 당해 제1 편광 성분(PL1)(확산 광 1Y)은 Y축 방향으로 확산된다. 또한, 제1 편광 성분(PL1)(확산 광 1Y)은, 제4 액정층(LC4)을 제1 기판(S41)측으로부터 제2 기판(S42)측을 향하는 과정에서 액정 분자의 비틀린 배향에 따라서 90도 선광된다. 이에 의해, Y축 방향으로 확산된 제1 편광 성분(PL1)(확산 광 2Y)은 제2 편광 성분(PL2)(확산 광 2Y)으로 천이하여 제4 액정 셀(40)로부터 출사된다.
이와 같이, 제3 액정 셀(30)에 입사하는 제2 편광 성분(PL2)(확산 광 1Y)은, 제4 액정 셀(40)로부터 출사될 때까지, 제1 편광 성분(PL1)(확산 광 1Y)으로 한번 천이하고 나서 제4 액정 셀(40)에서 Y축 방향으로 1회 확산되고, 다시 제2 편광 성분(PL2)(확산 광 2Y)으로 천이하여 출사된다.
따라서, 광원으로부터 출사되는 제2 편광 성분(PL2)은, 제1 액정 셀(10)에 입사하여 제4 액정 셀(40)로부터 출사될 때까지의 동안에, 편광축이 90도의 각도로 4회 선광되고, Y축 방향으로 2회 확산된다.
도 13에 도시하는 액정 광 제어 소자(102)에 의하면, 광원부(106)로부터 출사된 광의 제1 편광 성분(PL1)이 X축 방향으로 2회 확산되고, 제2 편광 성분(PL2)이 Y축 방향으로 2회 확산됨으로써, 십자 형상의 배광 패턴이 성형된다. 2개의 편광 성분 중, 제2 편광 성분(PL2)은 액정층에서 선광된 후에 Y축 방향으로 확산되므로, 선광 시의 광의 손실을 저감할 수 있다. 다시 말하면, 제2 편광 성분(PL2)을 선광하기 전에 확산하지 않도록 함으로써, 확산하면서의 선광을 없앨 수 있어, 선광 시의 광의 손실을 저감할 수 있다. 이에 의해, 액정 광 제어 소자(102)에 의해 광원의 배광 패턴을 제어할 때, 배광 패턴의 형상의 흐트러짐을 억제할 수 있다.
또한, 도 13에 도시하는 구성의 액정 광 제어 소자(102)에 의하면, 다른 액정 셀에 마련되고, 또한 액정층을 사이에 두고 광 입사측과는 반대측에 배치되는 전극에 의해, 하나의 편광 성분을 X축 방향 또는 Y축 방향으로 확산시킴으로써, 색 분리를 방지할 수 있다.
제3 실시 형태:
본 실시 형태는, 액정 광 제어 소자(102)의 제3 구성예를 나타낸다. 도 14는, 본 실시 형태에 관한 액정 광 제어 소자(102)의 각 액정 셀에서의 띠상 전극의 배치를 나타낸다. 도 14에 도시하는 제1 액정 셀(10), 제2 액정 셀(20), 제3 액정 셀(30) 및 제4 액정 셀(40)에서의 띠상 전극의 배치는 제1 실시 형태와 마찬가지이지만, 제2 액정 셀(20)의 제2 액정층(LC2N) 및 제4 액정 셀(40)의 제4 액정층(LC4N)에 네가티브형 액정이 사용되고 있는 점에서 상이하다.
복수의 액정 셀 중, 적어도 하나의 액정 셀에 네가티브형 액정을 사용하고, 다른 액정 셀에 포지티브형 액정을 사용함으로써도, 광원부로부터 방사되는 광의 배광 패턴을 제어할 수 있다. 또한, 본 실시 형태에 있어서, 제1 액정 셀(10)의 제1 전극(E11), 제2 액정 셀(20)의 제1 전극(E21), 제3 액정 셀(30)의 제1 전극(E31) 및 제4 액정 셀(40)의 제1 전극(E41)은, 제1 실시 형태에서 도 12에 도시하는 평판상의 전극(솔리드 전극)으로 치환할 수 있다.
제4 실시 형태:
본 실시 형태는, 액정 광 제어 소자(102)의 제4 구성예를 나타낸다. 도 15는, 본 실시 형태에 관한 액정 광 제어 소자(102)의 각 액정 셀에서의 띠상 전극의 배치를 나타낸다. 도 15에 도시하는 제1 액정 셀(10), 제2 액정 셀(20), 제3 액정 셀(30) 및 제4 액정 셀(40)에서의 띠상 전극의 배치는 제1 실시 형태와 마찬가지이지만, 제2 액정 셀(20)의 배향막(도시되지 않음)의 배향 방향 및 제4 액정 셀(40)의 배향막(도시되지 않음)의 배향 방향이, 제1 액정 셀(10) 및 제3 액정 셀(30)과 다르게 되어 있다. 즉, 제1 액정 셀(10) 및 제3 액정 셀(30)의 배향막(도시되지 않음)의 배향 방향이 띠상 전극의 길이 방향에 교차하는 방향인 것에 반해, 제2 액정 셀(20) 및 제4 액정 셀(40)의 배향막(도시되지 않음)의 배향 방향은 띠상 전극의 길이 방향과 동일한 방향을 향하고 있다. 즉, 도 15에 모식적으로 도시된 바와 같이, 제1 액정 셀(10) 및 제3 액정 셀(30)의 액정층의 액정 분자의 장축이 제1 전극(E11, E31) 및 제2 전극(E12, E32)의 길이 방향과 교차하는 방향으로 배향하고 있는 것에 반해, 제2 액정 셀(20) 및 제4 액정 셀(40)의 액정층의 액정 분자의 장축은, 제1 전극(E21, E41) 및 제2 전극(E22, E42)의 길이 방향과 평행한 방향으로 배향하고 있는 점에서 제1 실시 형태와 상이하다.
도 15에 도시하는 배치에 따르면, 제1 액정 셀(10) 및 제4 액정 셀(40)의 제1 기판(S11, S41)측의 배향막(도시되지 않음)의 배향 방향이 X축 방향에 평행한 방향을 향하고 있고, 제2 기판(S12, S42)측의 배향막(도시되지 않음)의 배향 방향이 Y축 방향과 평행한 방향을 향하고 있다. 제1 액정 셀(10)의 제1 전극(E11)의 띠상 패턴의 길이 방향이 Y축 방향과 평행한 방향을 향하고 있고, 제2 전극(E12)의 띠상 패턴의 길이 방향이 X축 방향과 평행한 방향을 향하고 있고, 제4 액정 셀(40)의 제1 전극(E41)의 띠상 패턴의 길이 방향이 X축 방향과 평행한 방향을 향하고 있고, 제2 전극(E42)의 띠상 패턴의 길이 방향이 Y축 방향과 평행한 방향을 향하고 있다.
또한, 제2 액정 셀(20) 및 제3 액정 셀(30)의 제1 기판(S21, S31)측의 배향막(도시되지 않음)의 배향 방향이 Y축 방향에 평행한 방향을 향하고 있고, 제2 기판(S22, S32)측의 배향막(도시되지 않음)의 배향 방향이 X축 방향과 평행한 방향을 향하고 있다. 그리고, 제2 액정 셀(20)의 제1 전극(E21)의 띠상 패턴의 길이 방향이 Y축 방향과 평행한 방향을 향하고 있고, 제2 전극(E22)의 띠상 패턴의 길이 방향이 X축 방향과 평행한 방향을 향하고 있고, 제3 액정 셀(30)의 제1 전극(E31)의 띠상 패턴의 길이 방향이 X축 방향과 평행한 방향을 향하고 있고, 제2 전극(E32)의 띠상 패턴의 길이 방향이 Y축 방향과 평행한 방향을 향하고 있다. 또한, 배향막의 배향 방향은, 본 실시 형태에서는, X축 방향 및 Y축 방향의 정의에 따르면 띠상의 패턴을 갖는 전극의 연장 방향에 대하여 90도의 방향으로 설정되지만, 90±10도의 방향에 대해서도 설정 가능하다.
표 3은, 도 15에 도시하는 액정 광 제어 소자(102)에 있어서, 각 액정 셀에 인가되는 제어 신호의 일례를 나타낸다. 또한, 표 3에 나타내는 제어 신호(A, B, E)는, 도 11에 도시하는 제어 신호에 대응하는 것이다. 또한, 표 3에서 배향 방향이 교차 또는 평행으로 되어 있는 것은 상기 액정 분자의 배향에 대응하는 것이다.
도 15 및 표 3에 도시하는 바와 같이, 액정 광 제어 소자(102)의 각 액정 셀에는 제1 실시 형태와 마찬가지로 제어 신호가 입력된다. 액정 광 제어 소자(102)의 동작 시에는, 각 액정 셀의 각 띠상 전극에 표 3에 나타내는 제어 신호가 입력된다.
또한, 본 실시 형태에 있어서, 제1 액정 셀(10)의 제1 전극(E11), 제2 액정 셀(20)의 제1 전극(E21), 제3 액정 셀(30)의 제1 전극(E31) 및 제4 액정 셀(40)의 제1 전극(E41)은, 제1 실시 형태에서 도 12에 도시하는 평판상의 전극(솔리드 전극)으로 치환할 수 있다.
제5 실시 형태:
제1 실시 형태에 나타내는 액정 광 제어 소자(102)에 있어서, 제1 액정 셀(10)의 제1 전극(E11)만을 도 9에 도시하는 바와 같은 평판상의 전극(솔리드 전극)으로 해도 된다. 도 16은, 제1 실시 형태에 나타내는 액정 광 제어 소자(102)의 제1 전극(E11)을 평판상 전극(E11)으로 한 구성을 나타낸다. 이러한 전극 구성으로 해도, 제1 실시 형태에 나타내는 액정 광 제어 소자(102)와 마찬가지의 동작을 할 수 있다. 또한, 당해 구성에 한하지 않고, 제1 액정 셀 내지 제4 액정 셀의 어느 하나 또는 복수의 제1 기판측의 전극을 상기 평판상 전극으로 하는 구성도 채용 가능하다.
제6 실시 형태:
본 실시 형태는, 제1 실시 형태에 나타내는 액정 광 제어 소자 및 제2 실시 형태에 나타내는 액정 광 제어 소자의 배향 형상을 나타낸다.
도 17a는, 제1 실시 형태에 나타내는 액정 광 제어 소자에 의해 얻어지는 배향 형상을 나타낸다. 도 17a에 도시하는 바와 같이, 제1 실시 형태에 나타내는 액정 광 제어 소자 및 그 구동 조건에 의하면, 정사각형의 배향 형상을 얻을 수 있다.
도 17b는 참고예 1을 나타낸다. 참고예 1은, 액정 셀의 전극 배치가 제1 실시 형태에 나타내는 액정 광 제어 소자와 동일하지만, 구동 조건이 달라, 각 액정 셀의 제1 전극측에 전압을 인가하고, 제2 전극측에는 횡전계를 발생시키지 않는 조건에서 구동된 결과를 나타낸다. 도 17b에 도시하는 바와 같이, 참고예 1의 경우에도 정사각형에 가까운 배향 형상이 얻어지고 있지만, 도 17a에 도시하는 결과와 비교하면, 윤곽이 변형되어 있는 것을 알 수 있다.
도 18a는, 제2 실시 형태에 나타내는 액정 광 제어 소자에 의해 얻어지는 배향 형상을 나타낸다. 도 18a에 도시하는 바와 같이, 제1 실시 형태에 나타내는 액정 광 제어 소자 및 그 구동 조건에 의하면, 십자 형상의 배향 형상을 얻을 수 있다.
도 18b는 참고예 2를 나타낸다. 참고예 2는, 액정 셀의 전극 배치가 제2 실시 형태에 나타내는 액정 광 제어 소자와 구동 조건이 반대이어서, 제1 액정 셀(10)의 제1 전극(E11), 제2 액정 셀(20)의 제2 전극(E22), 제3 액정 셀(30)의 제1 전극(E31), 제4 액정 셀(40)의 제2 전극(E42)에서 횡전계를 발생시킨 경우를 나타낸다. 도 18b에 도시하는 바와 같이, 참고예 1의 경우에도 십자 형상에 가까운 배향 형상이 얻어지고 있지만, 도 18a의 결과와 비교하면, 제2 실시 형태에 나타내는 것쪽이, 십자 형상이 샤프한 것을 알 수 있다.
도 17a 및 도 17b, 도 18a 및 도 18b의 결과로부터 명백한 바와 같이, 하나의 액정 셀에서 편측의 전극(제1 기판측 또는 제2 기판측의 전극)에서만 횡전계를 발생시키는 경우에는, 제1 실시 형태 및 제2 실시 형태에 나타내는 바와 같이, 광원부측의 액정 셀에서는, 광 입사측과는 반대측의 전극(제2 기판의 제2 전극)에서 확산시키도록 하는 편이, 샤프한 배향 형상이 얻어지는 것을 알 수 있다.
즉, 상기 본 실시 형태에서 나타내는 바와 같이, 적어도 제1 액정 셀(10)에 입사하는 광을 선광하기 전에 확산시키지 않도록 함으로써, 확산하면서의 선광을 방지할 수 있어, 선광 시의 광의 손실을 저감하고, 배광 패턴의 형상의 흐트러짐을 억제할 수 있다.
10: 제1 액정 셀 20: 제2 액정 셀
30: 제3 액정 셀 40: 제4 액정 셀
100: 액정 광 제어 장치 102: 액정 광 제어 소자
104: 회로 기판 106: 광원부
S11, S21, S31, S41: 제1 기판 S12, S22, S32, S42: 제2 기판
F1: 제1 플렉시블 배선 기판 F2: 제2 플렉시블 배선 기판
F3: 제3 플렉시블 배선 기판 F4: 제4 플렉시블 배선 기판
TA1: 제1 투명 접착층 TA2: 제2 투명 접착층
TA3: 제3 투명 접착층 LC1: 제1 액정층
LC2: 제2 액정층 LC3: 제3 액정층
LC4: 제4 액정층 E11, E21, E31, E41: 제1 전극
E11A, E21A, E31A, E41A: 제1 띠상 전극
E11B, E21B, E31B, E41B: 제2 띠상 전극
E12, E22, E32, E42: 제2 전극
E12A, E22A, E32A, E42A: 제3 띠상 전극
E12B, E22B, E32B, E42B: 제4 띠상 전극
PL11: 제1 급전선 PL12: 제2 급전선
PL13: 제3 급전선 PL14: 제4 급전선
PL15: 제5 급전선 PL16: 제6 급전선
T11: 제1 접속 단자 T12: 제2 접속 단자
T13: 제3 접속 단자 T14: 제4 접속 단자
PT11: 제1 급전 단자 PT12: 제2 급전 단자
PT13: 제3 급전 단자 PT14: 제4 급전 단자
AL11: 제1 배향막 AL12: 제2 배향막
SE: 시일재 CP11: 제1 도전성 부재

Claims (10)

  1. 제1 액정 셀과,
    상기 제1 액정 셀과 겹치는 제2 액정 셀과,
    상기 제2 액정 셀과 겹치는 제3 액정 셀과,
    상기 제3 액정 셀과 겹치는 제4 액정 셀을 포함하고,
    상기 제1 액정 셀, 상기 제2 액정 셀, 상기 제3 액정 셀 및 상기 제4 액정 셀 각각은,
    제1 배향막을 포함하는 제1 기판과,
    띠상의 패턴을 포함하는 전극과 제2 배향막을 포함하는 제2 기판과,
    상기 제1 기판과 상기 제2 기판의 사이의 액정층을 포함하고,
    상기 제1 배향막의 배향 방향과 상기 제2 배향막의 배향 방향이 교차하도록 마련되고,
    상기 띠상의 패턴을 포함하는 전극은, 상기 띠상의 패턴의 길이 방향이 상기 제2 배향막의 배향 방향과 교차하는 방향으로 배치되고, 상기 제2 배향막의 배향 방향과 동일한 방향으로 횡전계를 발생시키는 것을 특징으로 하는, 액정 광 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 액정 셀 및 상기 제2 액정 셀 각각의 상기 띠상의 패턴을 포함하는 전극의 상기 띠상의 패턴의 길이 방향이 제1 방향으로 배치되고,
    상기 제3 액정 셀 및 상기 제4 액정 셀 각각의 상기 띠상의 패턴을 포함하는 전극의 상기 띠상의 패턴의 길이 방향이 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 배치되고,
    상기 제1 방향이 상기 제1 배향막의 배향 방향과 교차하고, 상기 제2 방향이 상기 제2 배향막의 배향 방향과 교차하는, 액정 광 제어 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 띠상의 패턴을 포함하는 전극은, 상기 띠상의 패턴을 갖는 적어도 하나의 제1 띠상 전극과, 상기 띠상의 패턴을 갖는 적어도 하나의 제2 띠상 전극을 포함하고, 상기 적어도 하나의 제1 띠상 전극과 상기 적어도 하나의 제2 띠상 전극은 이격되어 교대로 배치되어 있는, 액정 광 제어 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제1 띠상 전극과 상기 제2 띠상 전극의 사이에서 횡전계를 발생시키는, 액정 광 제어 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 액정층이 비틀린 네마틱 액정인, 액정 광 제어 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제1 기판에 평판상 전극을 갖는, 액정 광 제어 장치.
  7. 제1 액정 셀과,
    상기 제1 액정 셀과 겹치는 제2 액정 셀과,
    상기 제2 액정 셀과 겹치는 제3 액정 셀과,
    상기 제3 액정 셀과 겹치는 제4 액정 셀을 포함하고,
    상기 제1 액정 셀, 상기 제2 액정 셀, 상기 제3 액정 셀 및 상기 제4 액정 셀 각각은,
    띠상의 패턴을 포함하는 제1 전극과 제1 배향막을 포함하는 제1 기판과,
    띠상의 패턴을 포함하는 제2 전극과 제2 배향막을 포함하는 제2 기판과,
    상기 제1 기판과 상기 제2 기판의 사이의 액정층을 포함하고,
    상기 제1 배향막의 배향 방향과 상기 제2 배향막의 배향 방향이 교차하도록 마련되고,
    상기 제1 전극의 상기 띠상의 패턴의 길이 방향과, 상기 제2 전극의 상기 띠상의 패턴의 길이 방향은, 교차하도록 배치되고,
    상기 제2 전극의 상기 띠상의 패턴의 길이 방향이 상기 제2 배향막의 배향 방향과 교차하는 방향으로 배치되고,
    상기 제1 액정 셀 및 상기 제3 액정 셀은, 상기 제2 전극이 상기 제2 배향막의 배향 방향과 동일한 방향으로 횡전계를 발생시키고,
    상기 제2 액정 셀 및 상기 제4 액정 셀은, 상기 제1 전극이 상기 제1 배향막의 배향 방향과 동일한 방향으로 횡전계를 발생시키는 것을 특징으로 하는, 액정 광 제어 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제1 액정 셀의 상기 제2 배향막의 배향 방향과, 상기 제3 액정 셀의 상기 제2 배향막의 배향 방향이 교차하고,
    상기 제2 액정 셀의 상기 제1 배향막의 배향 방향과, 상기 제4 액정 셀의 상기 제1 배향막의 배향 방향이 교차하는, 액정 광 제어 장치.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 제1 전극은, 상기 띠상의 패턴을 갖는 적어도 하나의 제1 띠상 전극과, 상기 띠상의 패턴을 갖는 적어도 하나의 제2 띠상 전극을 포함하고, 상기 적어도 하나의 제1 띠상 전극과 상기 적어도 하나의 제2 띠상 전극은 이격되어 교대로 배치되고,
    상기 제2 전극은, 상기 띠상의 패턴을 갖는 적어도 하나의 제3 띠상 전극과, 상기 띠상의 패턴을 갖는 적어도 하나의 제4 띠상 전극을 포함하고, 상기 적어도 하나의 제3 띠상 전극과 상기 적어도 하나의 제4 띠상 전극은 이격되어 교대로 배치되어 있는, 액정 광 제어 장치.
  10. 제7항에 있어서, 상기 액정층이 비틀린 네마틱 액정인, 액정 광 제어 장치.
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