WO2024190482A1

WO2024190482A1 - 液晶光制御素子及び照明装置

Info

Publication number: WO2024190482A1
Application number: PCT/JP2024/008003
Authority: WO
Inventors: 幸次朗池田; 健夫小糸; 多惠黒川
Original assignee: 株式会社ジャパンディスプレイ
Priority date: 2023-03-15
Filing date: 2024-03-04
Publication date: 2024-09-19

Abstract

液晶光制御素子は、光入射側に配置される第１基板と光出射側に配置される第２基板と第１基板と第２基板との間の液晶層とをそれぞれ有する第１液晶セル、第２液晶セル、第３液晶セルから成り、第１液晶セル、第２液晶セル及び第３液晶セルが光源から放射される光の出射方向に重ねて配置されている。第１液晶セルは、第１基板及び第２基板の一方にのみ設けられた第１帯状電極及び第２帯状電極から成る第１電極を有する。第２液晶セルは、第１基板に設けられた第１帯状電極及び第２帯状電極から成る第１電極と、第２基板に設けられた第３帯状電極及び第４帯状電極から成る第２電極とを有する。第３液晶セルは、第１基板及び第２基板の一方にのみ設けられた、第１帯状電極及び第２帯状電極から成る第１電極を有する。

Description

液晶光制御素子及び照明装置

　本発明の一実施形態は、液晶の電気光学効果を利用して光源から放射される光の配光を制御する液晶光制御素子に関する。また、本発明の一実施形態は、液晶光制御素子を備えた照明装置に関する。

　液晶の屈折率が印加電圧によって変化する性質を利用して、照明の光の広がりを制御する技術が開発されている（例えば、特許文献１、２参照）。

国際公開第２０２２／１７６６８４号国際公開第２０２２／２０２２９９号

　特許文献１、２に開示される液晶光制御素子は４枚の液晶セルが重ねられた構成を有している。照明機器に液晶セルを組み込むことで、照明空間を演出することができ、商品の付加価値を高めることができる。一方、照明機器には小型化のニーズがあり、液晶光制御素子においても小型化が求められている。

　このような課題に鑑み本発明の一実施形態は、液晶光制御素子の小型化を図ることを目
的の一つとする。

　本発明の一実施形態に係る液晶光制御素子は、光入射側に配置される第１基板と光出射側に配置される第２基板と第１基板と第２基板との間の液晶層とをそれぞれ有する第１液晶セル、第２液晶セル、第３液晶セルから成り、第１液晶セル、第２液晶セル及び第３液晶セルが光源から放射される光の出射方向に重ねて配置されている。第１液晶セルは、第１基板及び第２基板の一方にのみ設けられた第１帯状電極及び第２帯状電極から成る第１電極を有する。第２液晶セルは、第１基板に設けられた第１帯状電極及び第２帯状電極から成る第１電極と、第２基板に設けられた第３帯状電極及び第４帯状電極から成る第２電極とを有する。第３液晶セルは、第１基板及び第２基板の一方にのみ設けられた、第１帯状電極及び第２帯状電極から成る第１電極を有する。

本発明の一実施形態に係る液晶光制御素子の構成と拡散の状態を示す。本発明の一実施形態に係る液晶光制御素子の構成と拡散の状態を示す。本発明の一実施形態に係る液晶光制御素子の構成と拡散の状態を示す。本発明の一実施形態に係る液晶光制御素子の構成と拡散の状態を示す。本発明の一実施形態に係る液晶光制御素子の構成と拡散の状態を示す。本発明の一実施形態に係る液晶光制御素子の構成と拡散の状態を示す。本発明の一実施形態に係る液晶光制御素子の構成と拡散の状態を示す。本発明の一実施形態に係る液晶光制御素子の構成と拡散の状態を示す。本発明の一実施形態に係る液晶光制御素子の構成と拡散の状態を示す。本発明の一実施形態に係る液晶光制御素子の構成と拡散の状態を示す。本発明の一実施形態に係る液晶光制御素子の構成と拡散の状態を示す。本発明の一実施形態に係る液晶光制御素子の構成と拡散の状態を示す。本発明の一実施形態に係る液晶光制御素子の構成と拡散の状態を示す。本発明の一実施形態に係る液晶光制御素子の構成と拡散の状態を示す。本発明の一実施形態に係る液晶光制御素子の構成と拡散の状態を示す。本発明の一実施形態に係る液晶光制御素子の構成と拡散の状態を示す。本発明の一実施形態に係る液晶光制御素子の配光を示す写真である。本発明の一実施形態に係る液晶光制御素子の配光を示す写真である。本発明の一実施形態に係る液晶光制御素子の配光特性を示すグラフである。本発明の一実施形態に係る液晶光制御素子の配光特性を示すグラフである。本発明の一実施形態に係る液晶光制御素子の構成を示す。本発明の一実施形態に係る液晶光制御素子の配光特性を示すグラフである。本発明の一実施形態に係る液晶光制御素子を有する照明装置の構成を示す。本発明の一実施形態に係る液晶光制御素子を構成する液晶セルの構造を斜視図で示す。本発明の一実施形態に係る液晶光制御素子を構成する液晶セルの電極の平面図を示す。本発明の一実施形態に係る液晶光制御素子を構成する液晶セルの電極の平面図を示す。本発明の一実施形態に係る液晶光制御素子を構成する液晶セルの動作を説明する図であり、電圧が印加されたときの液晶分子の配向状態を示す。本発明の一実施形態に係る液晶光制御素子を構成する液晶セルの動作を説明する図であり、電圧が印加されたときの液晶分子の配向状態を示す。本発明の一実施形態に係る液晶光制御素子を構成する液晶セルに印加される電圧と配光の関係を示す。本発明の一実施形態に係る液晶光制御素子を構成する液晶セルに印加される制御信号の波形を示す。本発明の一実施形態に係る液晶光制御素子を構成する液晶セルに印加される制御信号の波形を示す。

　以下、本発明の実施の形態を、図面等を参照しながら説明する。但し、本発明は多くの異なる態様で実施することが可能であり、以下に例示する実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。図面は説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号（又は数字の後にａ、ｂなどを付した符号）を付して、詳細な説明を適宜省略することがある。さらに各要素に対する「第１」、「第２」と付記された文字は、各要素を区別するために用いられる便宜的な標識であり、特段の説明がない限りそれ以上の意味を有しない。

　本明細書において、ある部材又は領域が他の部材又は領域の「上に（又は下に）」あるとする場合、特段の限定がない限りこれは他の部材又は領域の直上（又は直下）にある場合のみでなく他の部材又は領域の上方（又は下方）にある場合を含み、すなわち、他の部材又は領域の上方（又は下方）において間に別の構成要素が含まれている場合も含む。

　本明細書において、「旋光」とは直線偏光成分が液晶層を通過する際にその偏光軸を回転させる現象をいう。

　本明細書において、配向膜の「配向方向」とは、配向膜に配向規制力を付与する処理（例えば、ラビング処理）を行って配向膜上に液晶分子を配向させた場合に、液晶分子が配向する方向をいう。配向膜に行われた処理がラビング処理である場合は、配向膜の配向方向は、通常ラビング方向である。

　本明細書において、帯状電極の「延在方向」とは、平面視で帯状電極を見たときに、短辺（幅）と長辺（長さ）を有するパターンの長辺が延びる方向をいう。

　図１０は、本発明の一実施形態に係る照明装置２００の斜視図を示す。照明装置２００は、液晶光制御素子１００及び光源２０２を含む。液晶光制御素子１００は、光源２０２の側から、第１液晶セル１０、第２液晶セル２０、第３液晶セル３０が配列された構造を有する。第１液晶セル１０と第２液晶セル２０の間、第２液晶セル２０と第３液晶セル３０の間には図示されない透明接着層が設けられている。液晶光制御素子１００は、前後に隣接して配置される液晶セル同士が透明接着層で接着された構造を有する。

　液晶光制御素子１００は、図示されない制御回路と接続され、動作が制御される。液晶光制御素子１００と制御回路とはフレキシブル配線基板によって接続される。具体的に、第１フレキシブル配線基板Ｆ１が第１液晶セル１０と接続され、第２フレキシブル配線基板Ｆ２が第２液晶セル２０と接続され、第３フレキシブル配線基板Ｆ３が第３液晶セル３０と接続される。

　図１０に示す照明装置２００は、光源２０２から放射される光が液晶光制御素子１００を通して図面の手前側に出射されるように構成される。光源２０２は、白色光源を含み、必要に応じて白色光源と液晶光制御素子１００との間にレンズ等の光学素子が配置されていてもよい。白色光源は自然光に近い光を放射する光源であり、昼白色、電球色と呼ばれるような調光された光を放射するものであってもよい。光源２０２は配光範囲が狭い光源で構成されることが望ましく、例えば、ＬＥＤ光源にリフレクタ、レンズ等が組合わされた構成を有することが好ましい。

　図１１は、液晶セル１０を示す斜視図である。液晶セル１０は、第１基板Ｓ１１、第２基板Ｓ１２、第１電極Ｅ１１、第２電極Ｅ１２、第１配向膜ＡＬ１１、第２配向膜ＡＬ１２、第１液晶層ＬＣ１を含む。第１電極Ｅ１１が第１基板Ｓ１１に設けられ、第２電極Ｅ１２が第２基板Ｓ１２に設けられる。第１配向膜ＡＬ１１は、第１電極Ｅ１１を覆うように第１基板Ｓ１１に設けられ、第２配向膜ＡＬ１２は、第２電極Ｅ１２を覆うように第２基板Ｓ１２に設けられる。液晶層ＬＣ１は、第１基板Ｓ１１と第２基板Ｓ１２との間に設けられる。第１電極Ｅ１１及び第２電極Ｅ１２は第１液晶層ＬＣ１を挟んで対向するように配置される。

　第１電極Ｅ１１は、帯状パターン（又は櫛歯状のパターン）を有する第１帯状電極Ｅ１１Ａ及び第２帯状電極Ｅ１１Ｂを含む。第２電極Ｅ１２は、帯状パターン（又は櫛歯状のパターン）を有する第３帯状電極Ｅ１２Ａ及び第４帯状電極Ｅ１２Ｂを含む。第１帯状電極Ｅ１１Ａ及び第２帯状電極Ｅ１１Ｂは第１基板Ｓ１１の絶縁表面に交互に配置され、第３帯状電極Ｅ１２Ａ及び第４帯状電極Ｅ１２Ｂは第２基板Ｓ１２の絶縁表面に交互に配置される。

　図１１は、説明のためＸ、Ｙ、Ｚ軸方向を示す。液晶セル１０は、第１帯状電極Ｅ１１Ａ及び複数の第２帯状電極Ｅ１１Ｂの延在方向がＸ軸方向と平行であり、第３帯状電極Ｅ１２Ａ及び複数の第４帯状電極Ｅ１２Ｂの延在方向がＹ軸方向と平行である。すなわち、第１帯状電極Ｅ１１Ａ及び第２帯状電極Ｅ１１Ｂに対し、第３帯状電極Ｅ１２Ａ及び第４帯状電極Ｅ１２Ｂは交差するように配置される。第１帯状電極Ｅ１１Ａ及び第２帯状電極Ｅ１１Ｂの延在方向と、第３帯状電極Ｅ１２Ａ及び第４帯状電極Ｅ１２Ｂの延在方向とは、例えば、９０±１０度の範囲で交差し、好ましくは直交（９０度）する。

　なお、第１電極Ｅ１１及び第２電極Ｅ１２を構成する帯状電極の延在方向は、Ｘ軸やＹ軸に対し±１０度程度傾いていても構わない。また、帯状電極は所定方向に延在しつつ一部屈曲している構成も採用可能である。この場合、帯状電極が長さ方向において複数の延在方向を有することとなるが、各延在方向がＸ軸やＹ軸に対し±１０度程度傾いていても構わない。同様に、帯状電極は所定方向に延在しつつ一部湾曲している構成も採用可能である。この場合、帯状電極の各位置における接線方向を延在方向と見做し、各延在方向がＸ軸やＹ軸に対し±１０度程度傾いていても構わない。

　第１配向膜ＡＬ１１の配向方向ＡＬＤ１は第１帯状電極Ｅ１１Ａ及び第２帯状電極Ｅ１１Ｂの延在方向と交差する方向（Ｙ軸方向）に設けられ、第２配向膜ＡＬ１２の配向方向ＡＬＤ２は第３帯状電極Ｅ１２Ａ及び第４帯状電極Ｅ１２Ｂの延在方向と交差する方向（Ｘ軸方向）に設けられる。第１帯状電極Ｅ１１Ａ及び第２帯状電極Ｅ１１Ｂの延在方向と配向方向ＡＬＤ１とが交差する角度、並びに第３帯状電極Ｅ１２Ａ及び第４帯状電極Ｅ１２Ｂの延在方法と配向方向ＡＬＤ２とが交差する角度は、９０±１０度の範囲で設定可能である。

　第１基板Ｓ１１と第２基板Ｓ１２との間隔（以下、「セルギャップ」と呼ぶこともある。）は１０μｍ～１００μｍ、好ましくは１５μｍから５５μｍの範囲で適宜設定可能である。第１電極Ｅ１１及び第２電極Ｅ１２、並びに第１配向膜ＡＬ１１及び第２配向膜ＡＬ１２の膜厚は、第１基板Ｓ１１と第２基板Ｓ１２との間隔に比べて無視できる程度に小さい。したがって、第１基板Ｓ１１と第２基板Ｓ１２との間隔を第１液晶層ＬＣ１の厚さとみなすことができる。図１１には図示されないが、第１基板Ｓ１１と第２基板Ｓ１２との間には、間隔を一定に保つためのスペーサが設けられていてもよい。

　第１液晶層ＬＣ１は、例えば、ねじれネマチック液晶（ＴＮ（Twisted Nematic）液晶）が用いられる。第１電極Ｅ１１及び第２電極Ｅ１２に電圧が印加されない状態において、第１配向膜ＡＬ１１及び第２配向膜ＡＬ１２の配向規制力の影響を受ける第１液晶層ＬＣ１は、液晶分子ＬＣＭの長軸方向が配向膜の配向方向ＡＬＤ１、ＡＬＤ２と平行に配向する。第１配向膜ＡＬ１１の配向方向ＡＬＤ１と第２配向膜ＡＬ１２の配向方向ＡＬＤ２は交差（直交）するので、液晶分子ＬＣＭの長軸方向は、第１基板Ｓ１１から第２基板Ｓ１２にかけて９０度捩れるように徐々に配向方向が変化する。

　図１１に示す液晶分子ＬＣＭの初期配向状態に対し、第１帯状電極Ｅ１１Ａと第２帯状電極Ｅ１１Ｂとの間に電位差が生じるように電圧を印加することで、第１基板Ｓ１１側の液晶分子ＬＣＭの配向状態が変化する。また、第３帯状電極Ｅ１２Ａと第４帯状電極Ｅ１２Ｂとの間に電位差が生じるように電圧を印加することで、第２基板Ｓ１２側の液晶分子ＬＣＭの配向状態が変化する。

　図１２Ａは、第１基板Ｓ１１の平面図を示し、図１２Ｂは、第２基板Ｓ１２の平面図を示す。図１２Ａ及び図１２Ｂに示すように、第１電極Ｅ１１は、複数の第１帯状電極Ｅ１１Ａと複数の第２帯状電極Ｅ１１Ｂが所定の間隔で交互に配列され、第２電極Ｅ１２は、複数の第３帯状電極Ｅ１２Ａと複数の第４帯状電極Ｅ１２Ｂとが所定の間隔で交互に配列された構造を有する。

　図１２Ａに示すように、複数の第１帯状電極Ｅ１１Ａは、それぞれが第１給電線ＰＥ１１と接続され、複数の第２帯状電極Ｅ１１Ｂは、それぞれが第２給電線ＰＥ１２と接続される。第１給電線ＰＥ１１は第１接続端子Ｔ１１と接続され、第２給電線ＰＥ１２は第２接続端子Ｔ１２と接続される。第１接続端子Ｔ１１と第２接続端子Ｔ１２は第１基板Ｓ１１の端部の一辺に沿って設けられる。第１基板Ｓ１１には、第１接続端子Ｔ１１に隣り合って第３接続端子Ｔ１３が設けられ、第２接続端子Ｔ１２に隣り合って第４接続端子Ｔ１４が設けられる。第３接続端子Ｔ１３は、第５給電線ＰＥ１５と接続される。第５給電線ＰＥ１５は、第１基板Ｓ１１の面内の所定の位置に設けられた第１給電端子ＰＴ１１と接続される。第４接続端子Ｔ１４は、第６給電線ＰＥ１６と接続される。第６給電線ＰＥ１６は、第１基板Ｓ１１の面内の所定の位置に設けられた第２給電端子ＰＴ１２と接続される。

　複数の第１帯状電極Ｅ１１Ａは第１給電線ＰＥ１１と接続されることで同一の電圧が印加される。複数の第２帯状電極Ｅ１１Ｂは第２給電線ＰＥ１２と接続されることで同一の電圧が印加される。第１接続端子Ｔ１１と第２接続端子Ｔ１２とに異なる電圧が印加されると、複数の第１帯状電極Ｅ１１Ａと複数の第２帯状電極Ｅ１１Ｂとの間に電界が発生する。

　図１２Ｂに示すように、複数の第３帯状電極Ｅ１２Ａは、それぞれが第３給電線ＰＥ１３と接続され、複数の第４帯状電極Ｅ１２Ｂは、それぞれが第４給電線ＰＥ１４と接続される。第３給電線ＰＥ１３は第３接続端子Ｔ１３と接続され、第４給電線ＰＥ１４は第４接続端子Ｔ１４と接続される。第３給電端子ＰＴ１３は、第１基板Ｓ１１の第１給電端子ＰＴ１１に対応する位置に設けられ、第４給電端子ＰＴ１４は、第１基板Ｓ１１の第２給電端子ＰＴ１２に対応する位置に設けられる。第３給電端子ＰＴ１３と第１給電端子ＰＴ１１、及び第４給電端子ＰＴ１４と第２給電端子ＰＴ１２とは電気的に接続される。これらの給電端子間の電気的な接続には導電性ペーストが用いられる。導電性ペーストとして、例えば、銀ペーストが用いられる。

　第３接続端子Ｔ１３と第４接続端子Ｔ１４とに異なる電圧が印加されると、複数の第３帯状電極Ｅ１２Ａと複数の第４帯状電極Ｅ１２Ｂとの間に電界が発生する。すなわち、複数の第３帯状電極Ｅ１２Ａと複数の第４帯状電極Ｅ１２Ｂとにより横方向の電界が発生する。

　第１基板Ｓ１１及び第２基板Ｓ１２は透光性を有する基板であり、例えば、ガラス基板、樹脂基板である。第１電極Ｅ１１及び第２電極Ｅ１２は、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）やインジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）などの透明導電材料によって形成された透明電極である。給電線（第１給電線ＰＥ１１、第２給電線ＰＥ１２、第３給電線ＰＥ１３、第４給電線ＰＥ１４）、接続端子（第１接続端子Ｔ１１、第２接続端子Ｔ１２、第３接続端子Ｔ１３、第４接続端子Ｔ１４）は、アルミニウム、チタン、モリブデン、タングステンなどの金属材料によって形成される。なお、給電線（第１給電線ＰＥ１１、第２給電線ＰＥ１２、第３給電線ＰＥ１３、第４給電線ＰＥ１４）は、第１電極Ｅ１１及び第２電極Ｅ１２と同じ透明導電膜で形成されてもよい。もちろん、第１電極Ｅ１１と第２電極Ｅ１２のいずれか一方あるいは両方を金属材料又は透明導電膜に金属材料を重ねたものによって形成する構成も採用可能である。

　図１３Ａは、液晶セル１０を、第３帯状電極Ｅ１２Ａが延在する方向に対して垂直な方向からみたときの部分的な断面図を示し、図１３Ｂは、液晶セル１０を、第１帯状電極Ｅ１１Ａが延在する方向に対して垂直な方向からみたときの部分的な断面図を示す。図１３Ａ及び図１３Ｂは、第１配向膜ＡＬ１１の配向方向ＡＬＤ１と第２配向膜ＡＬ１２の配向方向ＡＬＤ２とが異なることを記号で示す。

　図１３Ａ及び図１３Ｂに示すように、第１基板Ｓ１１と第２基板Ｓ１２は間隔Ｄで対向して配置される。前述のように間隔Ｄは基板間距離であるが、実質的に第１液晶層ＬＣ１の厚さに相当する。また、図１３Ａ及び図１３Ｂは、第１帯状電極Ｅ１１Ａと第２帯状電極Ｅ１１Ｂ、並びに第３帯状電極Ｅ１２Ａと第４帯状電極Ｅ１２Ｂとの中心間距離ＭＷを示す。

　ここで、第１液晶層ＬＣ１の厚さに相当する間隔Ｄは、帯状電極の中心間距離ＭＷと同じ又はそれ以上の大きさを有することが好ましい（Ｄ≧ＭＷ）。すなわち、間隔Ｄは、中心間距離ＭＷの１倍以上の長さを有することが好ましい。例えば、第１液晶層ＬＣ１の厚さに相当する間隔Ｄは、帯状電極の中心間距離ＭＷに対して２倍以上の大きさを有することが好ましい。例えば、中心間距離ＭＷが１６μｍであるとき、第１液晶層ＬＣ１の厚さに相当する間隔Ｄは１６μｍ以上の大きさを有することが好ましく、例えば、２０μｍの大きさが好ましく、３０μｍの大きさを有することはより好ましい。

　帯状電極の中心間距離ＭＷと第１液晶層ＬＣ１の厚さに相当する間隔Ｄとがこのような関係を有することで、第１帯状電極Ｅ１１Ａと第２帯状電極Ｅ１１Ｂとの間に発生する電界と第３帯状電極Ｅ１２Ａと第４帯状電極Ｅ１２Ｂとの間に発生する電界の相互干渉が抑制される。

　液晶は配向状態により屈折率が変化することが知られている。第１液晶層ＬＣ１に電界が作用していないオフ（ＯＦＦ）状態では、液晶分子ＬＣＭの長軸方向が基板の表面に水平に配向し、かつ第１基板Ｓ１１側から第２基板Ｓ１２側にかけて９０度捩れた状態で配向する。このとき第１液晶層ＬＣ１は均一な屈折率分布を有する。液晶セル１０へ光が入射した場合、入射光は、偏光成分が液晶分子ＬＣＭの捩れによってその向きを遷移させる。この場合、入射光は、旋光しつつも屈折（又は散乱）することなく第１液晶層ＬＣ１を透過する。

　一方、図１３Ａに示すように、第１帯状電極Ｅ１１Ａと第２帯状電極Ｅ１１Ｂとの間に電界が発生するオン（ＯＮ）状態になると、液晶分子ＬＣＭの長軸が電界に沿うように配向する（液晶が正の誘電異方性を有する場合）。その結果、図１３Ａに示すように、第１液晶層ＬＣ１には、液晶分子ＬＣＭが、第１帯状電極Ｅ１１Ａ及び第２帯状電極Ｅ１１Ｂの上方で立ち上がる領域と、第１帯状電極Ｅ１１Ａと第２帯状電極Ｅ１１Ｂとの間で電界の分布に沿って斜めに配向する領域と、第１基板Ｓ１１から離れた領域で初期配向状態が維持される領域とが形成される。

　同様に、図１３Ｂに示すように、第３帯状電極Ｅ１２Ａと第４帯状電極Ｅ１２Ｂとの間に電界が発生するオン（ＯＮ）状態になると、第１液晶層ＬＣ１には、液晶分子ＬＣＭが、第３帯状電極Ｅ１２Ａ及び第４帯状電極Ｅ１２Ｂの上方で立ち上がる領域と、第３帯状電極Ｅ１２Ａと第４帯状電極Ｅ１２Ｂとの間で電界の分布に沿って斜めに配向する領域と、第２基板Ｓ１２から離れた領域で初期配向状態が維持される領域とが形成される。

　以降において、第１帯状電極Ｅ１１Ａ及び第２帯状電極Ｅ１１Ｂ、並びに第３帯状電極Ｅ１２Ａ及び第４帯状電極Ｅ１２Ｂよって生成される電界を「横電界」とも呼ぶ。

　図１３Ａ及び図１３Ｂに示すように、第１帯状電極Ｅ１１Ａ及び第２帯状電極Ｅ１１Ｂの間、並びに第３帯状電極Ｅ１２Ａ及び第４帯状電極Ｅ１２Ｂとの間に電界が発生すると、液晶分子ＬＣＭが液晶分子の長軸が電界の発生する方向に沿って凸円弧状に配向する領域が形成される。すなわち、図１３Ａに示すように、液晶分子ＬＣＭの初期配向の方向と、第１帯状電極Ｅ１１Ａと第２帯状電極Ｅ１１Ｂとの間に生じる横電界の方向が同じである場合、液晶分子ＬＣＭは電界の強度分布に従って第１基板Ｓ１１の表面に対し法線方向に傾いて（チルトして）配向する。

　この際、図１３Ａに示すように、第１液晶層ＬＣ１の厚さに相当する間隔Ｄは十分に大きいため、第１基板Ｓ１１側の電界が第２基板Ｓ１２側の液晶分子の配向に及ぼす影響は著しく小さく、第２基板Ｓ１２側の液晶分子ＬＣＭの配向状態は、第１基板Ｓ１１側に発生する電界の影響をほとんど受けない。図１３Ｂについても同様であり、第２基板Ｓ１２側の液晶分子ＬＣＭは、第３帯状電極Ｅ１２Ａと第４帯状電極Ｅ１２Ｂとにより発生する電界の影響を受けて配向状態が変化するが、第１基板Ｓ１１側の液晶分子ＬＣＭはこの電界の影響をほとんど受けない。

　帯状電極によって横電界が形成されることにより、第１液晶層ＬＣ１には凸円弧状の誘電率分布が形成される。第１液晶層ＬＣ１に入射した光の内、液晶分子ＬＣＭの初期配向の方向と平行な偏光成分は、当該誘電率分布によって放射状に拡散する。図１３Ａ及び図１３Ｂに示すように、液晶分子ＬＣＭの初期配向の方向は、第１基板Ｓ１１側と第２基板Ｓ１２側とで交差（直交）するため、第１基板Ｓ１１側と第２基板Ｓ１２側でそれぞれ異なる方向に光を拡散することが可能となる。

　このように、液晶セル１０を光が通過する場合、第１液晶層ＬＣ１における電界の形成状況に応じて一部の偏光成分は拡散しつつ透過し、残りの偏光成分はそのまま第１液晶層ＬＣ１を透過する状態を形成することができる。

　図１４は、液晶セル１０において、第１電極Ｅ１１の第１帯状電極Ｅ１１Ａ及び第２帯状電極Ｅ１１ＢがＸ軸方向に延在し、第２電極Ｅ１２の第３帯状電極Ｅ１２Ａ及び第４帯状電極Ｅ１２ＢがＹ軸方向に延在することを示す。図１４は、また、第１帯状電極Ｅ１１Ａに電圧ＶＨが印加され第２帯状電極Ｅ１１Ｂに電圧ＶＬ（ＶＬ＜ＶＨ）が印加され、第３帯状電極Ｅ１２Ａに電圧ＶＨが印加され第４帯状電極Ｅ１２Ｂに電圧ＶＬ（ＶＬ＜ＶＨ）が印加されている状態を示す。このような電圧印加条件により、第１基板Ｓ１１側ではＹ軸方向に横電界が発生し、第２基板Ｓ１２側ではＸ軸方向に横電界が発生する。

　図１４は、光源から出射された光が第１偏光成分ＰＬ１及び第２偏光成分ＰＬ２を有し、第１偏光成分ＰＬ１がＳ波に対応し第２偏光成分ＰＬ２がＰ波に対応することを示す。ここで、Ｓ波はＹ軸方向に振幅を有し、Ｐ波はＸ軸方向に振幅を有するものとする。そして、図１４に挿入された表に示すように、液晶セル１０に入射した光は、透過、旋光、拡散といった光学的な作用を受ける。表中に示す「透過」とは、所定の偏光成分の偏光軸が変化せず、また配光状態が変化せずそのまま透過することを指すものとする。「旋光」とは前述の通り直線偏光成分が液晶層を通過する際にその偏光軸が回転する現象を指す。そして、「拡散（Ｘ）」とは、偏光成分がＸ軸方向に拡散することを示し、「拡散（Ｙ）」とは、偏光成分がＹ軸方向に拡散することを示す。図１４に示す表に示される表記は、以降で説明される各実施形態においても同様である。

　図１４は、液晶セル１０に対して、第１基板Ｓ１１に第１偏光成分ＰＬ１（Ｓ波）及び第２偏光成分ＰＬ２（Ｐ波）を含む光が入射し、第２基板Ｓ１２から出射される状態を示す。

　図示されないが、第１配向膜ＡＬ１の配向方向ＡＬＤ１はＸ軸方向に平行であり、第２配向膜ＡＬ２の配向方向ＡＬＤ２はＹ軸方向に平行であり、第１液晶層ＬＣ１の液晶分子ＬＣＭの配向方向はこれらの配向膜による配向規制力の影響を受けている。したがって、第１基板Ｓ１１側の液晶分子ＬＣＭの長軸がＹ軸方向を向いており、第２基板Ｓ１２側の液晶分子ＬＣＭの長軸方向がＸ軸方向を向いている。

　第１基板Ｓ１１側から入射した光のうち、第１偏光成分ＰＬ１の光はＳ波の状態であり、第１電極Ｅ１１側で偏光方向が液晶分子ＬＣＭの長軸方向と平行であるため、液晶分子ＬＣＭの配向により形成される円弧状の屈折率分布の影響を受けてＹ軸方向に拡散する。そして、第１偏光成分ＰＬ１は第１液晶層ＬＣ１を第１基板Ｓ１１側から第２基板Ｓ１２側へ進むことにより、例えば、９０度旋光されてＰ波の状態に遷移する。第１偏光成分ＰＬ１は、第２電極Ｅ１２側で偏光方向が液晶分子ＬＣＭの長軸方向と平行であるため、液晶分子ＬＣＭの配向により形成される円弧状の屈折率分布の影響を受けてＸ軸方向に拡散する。一方、第２偏光成分ＰＬ２はＰ波の状態であり、第１電極Ｅ１１側で偏光方向が液晶分子ＬＣＭの長軸方向と交差するため、液晶分子ＬＣＭの配向により形成される円弧状の屈折率分布の影響を受けずにそのまま透過する。第２偏光成分ＰＬ２は、第１液晶層Ｌ
Ｃ１を第１基板Ｓ１１側から第２基板Ｓ１２側へ進むことにより、例えば、９０度旋光され、Ｓ波の状態に遷移する。第２偏光成分ＰＬ２はＳ波であるため、第２電極Ｅ１２側で偏光方向が液晶分子ＬＣＭの長軸方向と交差し、液晶分子ＬＣＭの配向により形成される円弧状の屈折率分布の影響を受けずにそのまま透過する。

　このように、図１４に示す液晶セル１０に光が入射すると、第１偏光成分ＰＬ１（Ｓ波）はＸ軸方向及びＹ軸方向に各１回拡散され、第１液晶層ＬＣ１で旋光されてＰ波の状態で出射され、第２偏光成分ＰＬ２（Ｐ波）は拡散されず、第１液晶層ＬＣ１で旋光されてＳ波の状態で出射される。

　なお、図１４は、第１基板Ｓ１１と第２基板Ｓ１２の両方に液晶分子ＬＣＭの配向状態を制御する電極が設けられる構成を示すが、液晶セルは当該電極が一方の基板のみに設けられる構成を有していてもよい。例えば、液晶セルは、第１基板Ｓ１１側又は第２基板Ｓ１２側のみに当該電極が設けられる構成を有していてもよい。

　本発明の一実施形態に係る液晶光制御素子１００は、液晶セル１０と同じような構成を有する液晶セルを３枚重ねることにより、光源から放射される光をさまざまな形状に配光することができる。より具体的には、以下では、上記液晶セル１０を典型例として、当該典型例から一部の電極を取り去った液晶セルや、当該典型例を、Ｚ軸を回転軸として９０度回転させた液晶セルや、あるいはこれらを組み合わせた液晶セルが採用される。以下に、その詳細を説明する。

［第１実施形態］
　図１Ａは、第１実施形態に係る液晶光制御素子１００Ａの構成を示す。液晶光制御素子１００Ａは、第１液晶セル１０、第２液晶セル２０、及び第３液晶セル３０がＺ軸方向に積層された構造を有する。図１Ａには光源が示されないが、光源から出射された光は、第１液晶セル１０、第２液晶セル２０、第３液晶セル３０の順に通過して照明空間に出射される。第１液晶セル１０、第２液晶セル２０、及び第３液晶セル３０のそれぞれは、光入射側に第１基板Ｓ１１、Ｓ２１、Ｓ３１が配置され、光出射側に第２基板Ｓ１２、Ｓ２２、Ｓ２３が配置される。

　なお、図１Ａは、説明のため、各液晶セルが離れて配置された様子を示すが、実際の液晶光制御素子１００Ａは、各液晶セルが透光性の接着剤で接着された構造を有する。また、図１Ａでは、簡単のため、配向膜の図示が省略されている。これらの注釈については、本実施形態で示す他の図面、及び他の実施形態で示す他の図面についても同様である。

　第１液晶セル１０は、第２基板Ｓ１２に第２電極Ｅ１２が設けられていないことを除き、図１４に示す液晶セル１０と同様の構成を有する。第１液晶セル１０は、第１基板Ｓ１１にのみ第１電極Ｅ１１が設けられ、第２基板Ｓ１２には液晶分子ＬＣＭの配向状態を制御する電極が設けられない構成を有する。第１電極Ｅ１１を構成する第１帯状電極Ｅ１１Ａ及び第２帯状電極Ｅ１１Ｂは、Ｘ軸方向に延在している。

　第２液晶セル２０は、図１４に示す液晶セル１０と同様の構成を有し、第１基板Ｓ２１側に第１電極Ｅ２１が設けられ、第２液晶層ＬＣ２を挟んで第２基板Ｓ２２側に第２電極Ｅ２２が設けられている。第１電極Ｅ２１の第１帯状電極Ｅ２１Ａ及び第２帯状電極Ｅ２１ＢがＸ軸方向に延在し、第２電極Ｅ２２の第３帯状電極Ｅ２２Ａ及び第４帯状電極Ｅ２２ＢがＹ軸方向に延在している。

　第３液晶セル３０は、第２基板Ｓ３２に第２電極Ｅ３２が設けられ、第１基板Ｓ３１には液晶分子ＬＣＭの配向状態を制御する電極が設けられていないことを除き、図１４に示す液晶セル１０と同様の構成を有する。第２電極Ｅ３２の第３帯状電極Ｅ３２Ａ及び第４帯状電極Ｅ３２ＢはＹ軸方向に延在している。

　なお、第１液晶セル１０において、第２基板Ｓ１２には配向膜（図示されず）が設けられており、その配向方向ＡＬＤ２は第１基板Ｓ１１側の配向膜の配向方向ＡＬＤ１と交差（直交）するように配設されている。また、第３液晶セル３０において、第１基板Ｓ３１には配向膜（図示されず）が設けられており、その配向方向ＡＬＤ１は第２基板Ｓ３２側の配向膜の配向方向ＡＬＤ２と交差（直交）するように配設されている。

　第１液晶セル１０、第２液晶セル２０、第３液晶セル３０は、制御信号ＬＨ１、ＨＬ１、ＣＶによって駆動される。図１５Ａは、制御信号ＬＨ１、ＨＬ１、ＣＶの波形を示す。制御信号ＬＨ１は、電圧レベルがＶＬ１からＶＨ１、ＶＨ１からＶＬ１へ変化する信号であり、制御信号ＨＬ１は、電圧レベルがＶＨ１からＶＬ１、ＶＬ１からＶＨ１へ周期的に変化する信号である。ローレベルの電圧ＶＬ１は、例えば、０Ｖ又は－１５Ｖの電圧であり、ハイレベルの電圧ＶＨ１は、例えば、３０Ｖ（ＶＬ１＝０Ｖに対して）又は１５Ｖ（ＶＬ１＝－１５Ｖに対して）である。制御信号ＬＨ１と制御信号ＨＬ１は同期しており、制御信号ＬＨ１がＶＨ１のレベルにあるとき、制御信号ＨＬ１はＶＬ１のレベルにあり、制御信号ＬＨ１がＶＬ１のレベルに変化すると制御信号ＨＬ１はＶＨ１のレベルに変化する。制御信号ＬＨ１、ＨＬ１の周期は１５～１００Ｈｚ程度である。一方、制御信号ＣＶは一定電圧の信号であり、例えば、ＶＬ１とＶＨ１の中間電圧又は０Ｖの電圧信号である。

　図１Ａは、第１液晶セル１０の第１帯状電極Ｅ１１Ａ及び第２帯状電極Ｅ１１Ｂに制御信号ＣＶが印加され、第２液晶セル２０の第１帯状電極Ｅ２１Ａ及び第２帯状電極Ｅ２１Ｂに制御信号ＣＶが印加され、第３帯状電極Ｅ２２Ａに制御信号ＬＨ１が印加され第４帯状電極Ｅ２２Ｂに制御信号ＨＬ１が印加され、第３液晶セル３０の第３帯状電極Ｅ３２Ａに制御信号ＬＨ１が印加され第４帯状電極Ｅ３２Ｂに制御信号ＨＬ１が印加される状態を示す。

　図１Ａに挿入された表に示すように、光源から出射された光の第１偏光成分ＰＬ１（Ｓ波）は、第１液晶セル１０、第２液晶セル２０、及び第３液晶セル３０の第３液晶層ＬＣ３でそれぞれ旋光されてＰ波の状態となり、第３液晶セル３０の第２電極Ｅ３２でＸ軸方向に拡散されて出射される。また、第２偏光成分ＰＬ２（Ｐ波）は、第１液晶セル１０及び第２液晶セル２０の第２液晶層ＬＣ２で旋光されてＰ波の状態となり、第２液晶セル２０の第２電極Ｅ２２でＸ軸方向に拡散され、第３液晶セル３０で旋光されてＳ波の状態で出射される。

　なお、本実施形態においては、第２液晶セル２０に着目すると、第１基板Ｓ２１の第１電極Ｅ２１と第２基板Ｓ２２の第２電極Ｅ２２が互いに直交しており、上記旋光とは実質的に９０度に旋光することを意味している。ここで、これら電極が９０度より小さい角度で交差している場合、旋光の角度は９０度より小さくなる。すなわち、上記「旋光」の角度は、第１電極Ｅ２１と第２電極Ｅ２２の交差角度に基づいて定められるものであって、９０度で旋光することはもちろん、９０度よりも小さい角度で旋光することも含み得る。別言すれば、上記「旋光」の角度は、第１基板Ｅ２１側の配向膜の配向方向ＡＬＤ１と第２基板Ｅ２２側の配向膜の配向方向ＡＬＤ２の交差角度に基づいて定められるものであるとも言うことができ、配向膜の配向方向の交差角度によっては、９０度で旋光することはもちろん、９０度よりも小さい角度で旋光することも含み得る。第１液晶セル１０及び第３液晶セル３０についても同様である。また、以下に示す他の実施形態についても同様である。

　したがって、液晶光制御素子１００Ａは、図１Ａに示す制御信号の印加条件により、第１偏光成分ＰＬ１及び第２偏光成分ＰＬ２を旋光させながら、各偏光成分ＰＬ１、ＰＬ２をＸ軸方向に１回拡散させることで、全体として光源からの光をＸ軸方向に拡散して出射する。すなわち、液晶光制御素子１００Ａは、光源から放射された光の配光状態をＸ軸方向に拡げることができる。このような配光パターンをライン配光と呼ぶことができる。

　図１Ｂは、第１液晶セル１０の第１帯状電極Ｅ１１Ａに制御信号ＬＨ１が印加され第２帯状電極Ｅ１１Ｂに制御信号ＨＬ１が印加され、第２液晶セル２０の第１帯状電極Ｅ２１Ａに制御信号ＬＨ１が印加され第２帯状電極Ｅ２１Ｂに制御信号ＨＬ１が印加され、第３帯状電極Ｅ２２Ａ及び第４帯状電極Ｅ２２Ｂに制御信号ＣＶが印加され、第３液晶セル３０の第３帯状電極Ｅ３２Ａ及び第４帯状電極Ｅ３２Ｂに制御信号ＣＶが印加される状態を示す。

　図１Ｂに挿入された表に示すように、光源から出射された光の第１偏光成分ＰＬ１（Ｓ波）は、第１液晶セル１０の第１電極Ｅ１１でＹ軸方向に拡散され、第１液晶セル１０の第１液晶層ＬＣ１、第２液晶セル２０、及び第３液晶セル３０でそれぞれ旋光されてＰ波の状態で出射される。また、第２偏光成分ＰＬ２（Ｐ波）は、第１液晶セル１０で旋光されてＳ波の状態となり、第２液晶セル２０の第１電極Ｅ２１でＹ軸方向に拡散され、第２液晶セル２０の第２液晶層ＬＣ２及び第３液晶セル３０でそれぞれ旋光されてＳ波の状態で出射される。

　したがって、液晶光制御素子１００Ａは、図１Ｂに示す制御信号の印加条件により、第１偏光成分ＰＬ１及び第２偏光成分ＰＬ２を旋光させながら、各偏光成分ＰＬ１、ＰＬ２をＹ軸方向に１回拡散させることで、全体として光源からの光をＹ軸方向に拡散して出射する。すなわち、液晶光制御素子１００Ａは、光源から放射された光の配光状態をＹ軸方向に拡げることができる。このような配光パターンは、図１Ａの場合と同様にライン配光と呼ぶことができる。

　図１Ｃは、第１液晶セル１０の第１帯状電極Ｅ１１Ａに制御信号ＬＨ１が印加され第２帯状電極Ｅ１１Ｂに制御信号ＨＬ１が印加され、第２液晶セル２０の第１帯状電極Ｅ２１Ａに制御信号ＬＨ１が印加され第２帯状電極Ｅ２１Ｂに制御信号ＨＬ１が印加され、第３帯状電極Ｅ２２Ａに制御信号ＬＨ１が印加され第４帯状電極Ｅ２２Ｂに制御信号ＨＬ１が印加され、第３液晶セル３・BR>Oの第３帯状電極Ｅ３２Ａに制御信号ＬＨ１が印加され第４帯状電極Ｅ３２Ｂに制御信号ＨＬ１が印加される状態を示す。

　図１Ｃに挿入された表に示すように、光源から出射された光の第１偏光成分ＰＬ１（Ｓ波）は、第１液晶セル１０の第１電極Ｅ１１でＹ軸方向に拡散され、第１液晶層ＬＣ１、第２液晶セル２０、及び第３液晶セル３０でそれぞれ旋光されてＰ波の状態となり、第２電極Ｅ３２でＸ軸方向に拡散されて出射される。また、第２偏光成分ＰＬ２（Ｐ波）は、第１液晶セル１０で旋光されてＳ波の状態となり、第２液晶セル２０の第１電極Ｅ２１でＹ軸方向に拡散され、第２液晶層ＬＣ２で旋光されてＰ波の状態となった後、第２電極Ｅ２２でＸ軸方向に拡散され、第３液晶セル３０で旋光されてＳ波の状態で出射される。

　したがって、液晶光制御素子１００Ａは、図１Ｃに示す制御信号の印加条件により、第１偏光成分ＰＬ１及び第２偏光成分ＰＬ２を旋光させながら、各偏光成分ＰＬ１、ＰＬ２をＸ軸方向及びＹ軸方向に各１回拡散させる。すなわち、少なくともいずれか一方の偏光成分を１方向のみでなく互いに交差する２方向（本実施形態においてはＸ軸方向とＹ軸方向）に拡散させることで、光源から放射された光の配光状態をＸ軸方向及びＹ軸方向に配光を拡げることができる。このような配光パターンは、円配光と呼ぶことができる。

　ところで、図１５Ｂは、図１５Ａとは異なる制御信号の一例を示す。制御信号ＬＨ１、ＨＬ１は、図１５Ａを参照して説明したものと同様である。制御信号ＬＨ２は、電圧レベルがＶＬ２からＶＨ２、ＶＨ２からＶＬ２へ変化する信号であり、制御信号ＨＬ２は、電圧レベルがＶＨ２からＶＬ２、ＶＬ２からＶＨ２へ周期的に変化する信号である。ローレベルの電圧ＶＬ２は、例えば、０Ｖ又は－３０Ｖの電圧であり、ハイレベルの電圧ＶＨ２は、例えば、６０Ｖ（ＶＬ２＝０Ｖに対して）又は３０Ｖ（ＶＬ１＝－３０Ｖに対して）である。制御信号ＬＨ２と制御信号ＨＬ２は同期しており、制御信号ＬＨ２がＶＨ２のレベルにあるとき、制御信号ＨＬ２はＶＬ２のレベルにあり、制御信号ＬＨ２がＶＬ２のレベルに変化すると制御信号ＨＬ２はＶＨ２のレベルに変化する。制御信号ＬＨ２、ＨＬ２の周期は制御信号ＬＨ１、ＨＬ１と同じである。

　このような２種類のレベルの制御信号を用いることにより、図１Ｃにおける円配光を楕円配光にすることが可能となる。より具体的には、第１液晶セル１０の第１帯状電極Ｅ１１Ａに制御信号ＬＨ１を印加すると共に第２帯状電極Ｅ１１Ｂに制御信号ＨＬ１を印加し、第２液晶セル２０の第１帯状電極Ｅ２１Ａに制御信号ＬＨ１を印加すると共に第２帯状電極Ｅ２１Ｂに制御信号ＨＬ１を印加し、且つ、第３帯状電極Ｅ２２Ａに制御信号ＬＨ２を印加すると共に第４帯状電極Ｅ２２Ｂに制御信号ＨＬ２を印可し、第３液晶セル３０の第３帯状電極Ｅ３２Ａに制御信号ＬＨ２を印可すると共に第４帯状電極Ｅ３２Ｂに制御信号ＨＬ２を印加する。

　これにより、Ｙ軸方向の配光状態（拡散度合い）よりもＸ軸方向の配光状態（拡散度合い）の方が大きい楕円配光を形成することができる。上記において、制御信号ＬＨ１と制御信号ＬＨ２とをそっくり入れ替え、且つ、制御信号ＨＬ１と制御信号ＨＬ２とをそっくり入れ替えることで、Ｘ軸方向の配光状態よりもＹ軸方向の配光方向の方が大きい楕円配光を形成することができる。

　図１Ｄは、第１液晶セル１０と第２液晶セル２０に、図１５Ｂに示すような異なる電圧レベルの制御信号を印加する一例を示す。すなわち、第１液晶セル１０の第１帯状電極Ｅ１１Ａに制御信号ＬＨ１が印加され第２帯状電極Ｅ１１Ｂに制御信号ＨＬ１が印加され、第２液晶セル２０の第１帯状電極Ｅ２１Ａ及び第２帯状電極Ｅ２１Ｂに制御信号ＣＶが印加され、第３帯状電極Ｅ２２Ａに制御信号ＬＨ２が印加され第４帯状電極Ｅ２２Ｂに制御信号ＨＬ２が印加され、第３液晶セル３０の第３帯状電極Ｅ３２Ａ及び第４帯状電極Ｅ３２Ｂに制御信号ＣＶが印加される状態を示す。

　図１Ｄに挿入された表に示すように、光源から出射された光の第１偏光成分ＰＬ１（Ｓ波）は、第１液晶セル１０の第１電極Ｅ１１でＹ軸方向に拡散され、第１液晶層ＬＣ１、第２液晶セル２０、及び第３液晶セル３０でそれぞれ旋光されてＰ波の状態で出射される。また、第２偏光成分ＰＬ２（Ｐ波）は、第１液晶セル１０及び第２液晶セル２０の第２液晶層ＬＣ２でそれぞれ旋光されてＰ波の状態となり、第２電極Ｅ２２でＸ軸方向に拡散され、第３液晶セル３０で旋光されてＳ波の状態で出射される。

　したがって、液晶光制御素子１００Ａは、図１Ｄに示す制御信号の印加条件により、第１偏光成分ＰＬ１及び第２偏光成分ＰＬ２を旋光させながら、第１偏光成分ＰＬ１については制御信号ＬＨ１、ＨＬ１によりＹ軸方向に１回、第２偏光成分ＰＬ２については制御信号ＬＨ２、ＨＬ２によりＸ軸方向に１回拡散させて出射する。すなわち、液晶光制御素子１００Ａは、光源から放射された光を、第１偏光成分ＰＬ１をＹ軸方向にのみ拡散し、第２偏光成分ＰＬ２をＸ軸方向にのみ拡散して配光することができる。このように各偏光成分を特定の方向にのみ互いに独立させて拡散させる制御を行うことより、十字の形状の配光パターンを形成することができる。かかる配光パターンを十字配光と呼ぶことができる。この場合において、第２液晶セル２０の第２電極Ｅ２２に印加される制御信号ＬＨ２、ＨＬ２の振幅が制御信号ＬＨ１、ＨＬ２１より大きいことから、Ｘ軸方向への拡散が大きい（広がりが大きい）状態となる。すなわち、液晶光制御素子１００Ａは、光源から放射された光をＹ軸方向に対してＸ軸方向に大きく引き延ばして配光することができる。別言すれば、制御信号の電圧レベルを変えることにより、十字配光をする際に、十字の広がり（Ｘ軸方向の長さとＹ軸方向の長さ）を変えることができる。なお、図１Ｄにおいて、第２液晶セル２０に印加される制御信号ＬＨ２、ＨＬ２を、第１液晶セル１０に印加される制御信号ＬＨ１、ＨＬ１に置き換えても、同様に十字配光を実現することができる。

　以上のとおり、本実施形態に係る液晶光制御素子１００Ａは、３つの液晶セルによって、光源から放射される光をさまざまな配光状態に変えることができる。本実施形態に係る液晶光制御素子１００Ａは、３つの液晶セルで構成されることから、薄形化が図られており、ひいては照明装置の小型化を図ることができる。

［第２実施形態］
　図２Ａは、第２実施形態に係る液晶光制御素子１００Ｂの構成を示す。第１実施形態に係る液晶光制御素子１００Ａに対し、本実施形態に係る液晶光制御素子１００Ｂは、第１液晶セル１０において、第１基板Ｓ１１側には電極が設けられず、第２基板Ｓ１２側に第２電極Ｅ１２が設けられ、第３液晶セル３０において、第１基板Ｓ３１側に第１電極Ｅ３１が設けられ、第２基板Ｓ３２側に電極が設けられていない点が相違する。なお、図２Ａに示すように、電極が設けられない第１基板Ｓ１１においても配向膜は設けられており、その配向方向ＡＬＤ１は、同一セル内の電極が設けられている第２基板Ｓ１２の配光膜の配向方向ＡＬＤ２に交差する。図２Ｂ～２Ｄについても同様である。

　図２Ａは、第１液晶セル１０の第３帯状電極Ｅ１２Ａに制御信号ＬＨ１が印加され第４帯状電極Ｅ１２Ｂに制御信号ＨＬ１が印加され、第２液晶セル２０の第１帯状電極Ｅ２１Ａ及び第２帯状電極Ｅ２１Ｂに制御信号ＣＶが印加され、第３帯状電極Ｅ２２Ａに制御信号ＬＨ１が印加され第４帯状電極Ｅ２２Ｂに制御信号ＨＬ１が印加され、第３液晶セル３０の第１帯状電極Ｅ３１Ａ及び第２帯状電極Ｅ３１Ｂに制御信号ＣＶが印加される状態を示す。

　図２Ａに挿入された表に示すように、光源から出射された光の第１偏光成分ＰＬ１（Ｓ波）は、第１液晶セル１０の第１液晶層ＬＣ１で旋光されてＰ波の状態となり、第２電極Ｅ１２でＸ軸方向に拡散され、第２液晶セル２０及び第３液晶セル３０でそれぞれ旋光されてＰ波の状態で出射される。また、第２偏光成分ＰＬ２（Ｐ波）は、第１液晶セル１０で旋光され、第２液晶セルの第２液晶層ＬＣ２で旋光されてＰ波の状態となり、第２電極Ｅ２２でＸ軸方向に拡散され、第３液晶セル３０で旋光されてＳ波の状態で出射される。

　したがって、液晶光制御素子１００Ｂは、図２Ａに示す制御信号の印加条件により、第１偏光成分ＰＬ１及び第２偏光成分ＰＬ２を旋光させながら、各偏光成分ＰＬ１、ＰＬ２をＸ軸方向に１回拡散させることで、全体として光源からの光をＸ軸方向に拡散して出射する。すなわち、液晶光制御素子１００Ｂは、光源から放射された光の配光状態をＸ軸方向に拡げて配光（ライン配光）することができる。

　図２Ｂは、第１液晶セル１０の第３帯状電極Ｅ１２Ａ及び第４帯状電極Ｅ１２Ｂに制御信号ＣＶが印加され、第２液晶セル２０の第１帯状電極Ｅ２１Ａに制御信号ＬＨ１が印加され第２帯状電極Ｅ２１Ｂに制御信号ＨＬ１が印加され、第３帯状電極Ｅ２２Ａ及び第４帯状電極Ｅ２２Ｂに制御信号ＣＶが印加され、第３液晶セル３０の第１帯状電極Ｅ３１Ａに制御信号ＬＨ１が印加され第２帯状電極Ｅ３１Ｂに制御信号ＨＬ１が印加される状態を示す。

　図２Ｂに挿入された表に示すように、光源から出射された光の第１偏光成分ＰＬ１（Ｓ波）は、第１液晶セル１０及び第２液晶セル２０でそれぞれ旋光されＳ波の状態となり、第３液晶セル３０の第１電極Ｅ３１でＹ軸方向に拡散され、第３液晶層ＬＣ３で旋光されてＰ波の状態で出射される。また、第２偏光成分ＰＬ２（Ｐ波）は、第１液晶セル１０で旋光されてＳ波の状態となり、第２液晶セル２０の第１電極Ｅ２１でＹ軸方向に拡散され、第２液晶層ＬＣ２で旋光され、さらに第３液晶セル３０で旋光されてＳ波の状態となり出射される。

　したがって、液晶光制御素子１００Ｂは、図２Ｂに示す制御信号の印加条件により、第１偏光成分ＰＬ１及び第２偏光成分ＰＬ２を旋光させながら、各偏光成分ＰＬ１、ＰＬ２をＹ軸方向に１回拡散させることで、全体として光源からの光をＹ軸方向に拡散して出射する。すなわち、液晶光制御素子１００Ｂは、光源から放射された光の配光状態をＹ軸方向に拡げて配光（ライン配光）することができる。

　図２Ｃは、第１液晶セル１０の第３帯状電極Ｅ１２Ａに制御信号ＬＨ１が印加され第４帯状電極Ｅ１２Ｂに制御信号ＨＬ１が印加され、第２液晶セル２０の第１帯状電極Ｅ２１Ａに制御信号ＬＨ１が印加され第２帯状電極Ｅ２１Ｂに制御信号ＨＬ１が印加され、第３帯状電極Ｅ２２Ａに制御信号ＬＨ１が印加され第４帯状電極Ｅ２２Ｂに制御信号ＨＬ１が印加され、第３液晶セル３０の第１帯状電極Ｅ３１Ａに制御信号ＬＨ１が印加され第２帯状電極Ｅ３１Ｂに制御信号ＨＬ１が印加される状態を示す。

　図２Ｃに挿入された表に示すように、光源から出射された光の第１偏光成分ＰＬ１（Ｓ波）は、第１液晶セル１０の第１液晶層ＬＣ１で旋光されてＰ波の状態となり、第２電極Ｅ１２でＸ軸方向に拡散され、第２液晶セル２０で旋光されてＳ波の状態となり、第３液晶セル３０の第１電極Ｅ３１でＹ軸方向に拡散され、第３液晶層ＬＣ３で旋光されてＰ波の状態となり出射される。また、第２偏光成分ＰＬ２（Ｐ波）は、第１液晶セル１０で旋光されてＳ波の状態となり、第２液晶セル２０の第１電極Ｅ２１でＹ軸方向に拡散され、第２液晶層ＬＣ２で旋光されてＰ波の状態となり、第２電極Ｅ２２でＸ軸方向に拡散され、第３液晶セル３０で旋光されてＳ波の状態で出射される。

　したがって、液晶光制御素子１００Ｂは、図２Ｃに示す制御信号の印加条件により、第１偏光成分ＰＬ１及び第２偏光成分ＰＬ２を旋光させながら、各偏光成分ＰＬ１、ＰＬ２をＸ軸方向及びＹ軸方向に１回拡散させることで、全体として光源からの光の配光状態をＸ軸及びＹ軸の両方向に拡げて配光（円配光）することができる。

　図２Ｄは、第１液晶セル１０の第３帯状電極Ｅ１２Ａに制御信号ＬＨ１が印加され第４帯状電極Ｅ１２Ｂに制御信号ＨＬ１が印加され、第２液晶セル２０の第１帯状電極Ｅ２１Ａに制御信号ＬＨ２が印加され第２帯状電極Ｅ２１Ｂに制御信号ＨＬ２が印加され、第３帯状電極Ｅ２２Ａ及び第４帯状電極Ｅ２２Ｂに制御信号ＣＶが印加され、第３液晶セル３０の第３帯状電極Ｅ３２Ａ及び第４帯状電極Ｅ３２Ｂに制御信号ＣＶが印加される状態を示す。

　図２Ｄに挿入された表に示すように、光源から出射された光の第１偏光成分ＰＬ１（Ｓ波）は、第１液晶セル１０の第１液晶層ＬＣ１で旋光されてＰ波の状態となり、第２電極Ｅ１２でＸ軸方向に拡散され、第２液晶セル２０及び第３液晶セル３０でそれぞれ旋光されてＰ波の状態で出射される。また、第２偏光成分ＰＬ２（Ｐ波）は、第１液晶セル１０で旋光されてＳ波の状態となり、第２液晶セル２０の第１電極Ｅ２１でＹ軸方向に拡散され、第２液晶層ＬＣ２で旋光され、さらに第３液晶セル３０で旋光されてＳ波の状態で出射される。

　したがって、液晶光制御素子１００Ｂは、図２Ｄに示す制御信号の印加条件により、第１偏光成分ＰＬ１及び第２偏光成分ＰＬ２を旋光させながら、第１偏光成分ＰＬ１については制御信号ＬＨ１、ＨＬ１によりＸ軸方向に１回、第２偏光成分ＰＬ２については制御信号ＬＨ２、ＨＬ２によりＹ軸方向に１回拡散させて出射する。すなわち、液晶光制御素子１００Ｂは、光源から放射された光を、第１偏光成分ＰＬ１についてはＸ軸方向に引き伸ばし、第２偏光成分ＰＬ２についてはＹ軸方向に引き延ばして十字配光することができる。この場合において、第２液晶セル２０の第１電極Ｅ２１に印加される制御信号ＬＨ２、ＨＬ２の振幅が制御信号ＬＨ１、ＨＬ１より大きいことから、Ｙ軸方向への拡散が大きい（広がりが大きい）配光をすることができる。なお、図２Ｄにおいて、第２液晶セル２０に印加される制御信号ＬＨ２、ＨＬ２を、第１液晶セル１０に印加される制御信号ＬＨ１、ＨＬ１に置き換えても、同様に十字配光を実現することができる。

　以上のとおり、本実施形態に係る液晶光制御素子１００Ｂは、３つの液晶セルによって、光源から放射される光をさまざまな配光状態に変えることができる。本実施形態に係る液晶光制御素子１００Ｂは、３つの液晶セルで構成されることから、薄形化が図られており、ひいては照明装置の小型化を図ることができる。

［第３実施形態］
　図３Ａは、第３実施形態に係る液晶光制御素子１００Ｃの構成を示す。第１実施形態に係る液晶光制御素子１００Ａに対し、本実施形態に係る液晶光制御素子１００Ｃは、第１液晶セル１０において、第１基板Ｓ１１側に電極が設けられず第２基板Ｓ１２側に第２電極Ｅ１２が設けられ、第２液晶セル２０において第１基板Ｓ２１側に電極が設けられず第２基板Ｓ２２側に第２電極Ｅ２２が設けられ、第３液晶セル３０において第１基板Ｓ３１側に第１電極Ｅ３１が設けられ第２基板Ｓ３２側に第２電極Ｅ３２が設けられた構成を有する。なお、図３Ａの符号ＡＬＤが示すように、電極がない基板においても配向膜は設けられており、その配向方向は、同一セル内の電極が設けられている基板の配光膜の配向方向に交差する。図３Ｂ～３Ｄについても同様である。

　図３Ａは、第１液晶セル１０の第３帯状電極Ｅ１２Ａ及び第４帯状電極Ｅ１２Ｂに制御信号ＣＶが印加され、第２液晶セル２０の第３帯状電極Ｅ２２Ａに制御信号ＬＨ１が印加され第４帯状電極Ｅ２２Ｂに制御信号ＨＬ１が印加され、第３液晶セル３０の第１帯状電極Ｅ３１Ａ及び第２帯状電極Ｅ３１Ｂに制御信号ＣＶが印加され、第３帯状電極Ｅ３２Ａに制御信号ＬＨ１が印加され第４帯状電極Ｅ３２Ｂに制御信号ＨＬ１が印加される状態を示す。

　図３Ａに挿入された表に示すように、光源から出射された光の第１偏光成分ＰＬ１（Ｓ波）は、第１液晶セル１０及び第２液晶セル２０でそれぞれ旋光されてＳ波の状態となり、第３液晶セル３０の第３液晶層ＬＣ３で旋光されてＰ波の状態となり、第２電極Ｅ３２でＸ軸方向に拡散されて出射される。また、第２偏光成分ＰＬ２（Ｐ波）は、第１液晶セル１０で旋光され、第２液晶セルの第２液晶層ＬＣ２で旋光されてＰ波の状態となり、第２電極Ｅ２２でＸ軸方向に拡散され、第３液晶セル３０で旋光されてＳ波の状態で出射される。

　したがって、液晶光制御素子１００Ｃは、図３Ａに示す制御信号の印加条件により、第１偏光成分ＰＬ１及び第２偏光成分ＰＬ２を旋光させながら、各偏光成分ＰＬ１、ＰＬ２をＸ軸方向に１回拡散させることで、全体として光源からの光をＸ軸方向に拡散して出射する。すなわち、液晶光制御素子１００Ｃは、光源から放射された光の配光状態をＸ軸方向に拡げて配光（ライン配光）することができる。

　図３Ｂは、第１液晶セル１０の第３帯状電極Ｅ１２Ａに制御信号ＬＨ１が印加され第４帯状電極Ｅ１２Ｂに制御信号ＨＬ１が印加され、第２液晶セル２０の第３帯状電極Ｅ２２Ａ及び第４帯状電極Ｅ２２Ｂに制御信号ＣＶが印加され、第３液晶セル３０の第１帯状電極Ｅ３１Ａに制御信号ＬＨ１が印加され第２帯状電極Ｅ３１Ｂに制御信号ＨＬ１が印加され、第３帯状電極Ｅ３２Ａ及び第４帯状電極Ｅ３２Ｂに制御信号ＣＶが印加される状態を示す。

　図３Ｂに挿入された表に示すように、光源から出射された光の第１偏光成分ＰＬ１（Ｓ波）は、第１液晶セル１０及び第２液晶セル２０でそれぞれ旋光されＳ波の状態となり、第３液晶セル３０の第１電極Ｅ３１でＹ軸方向に拡散され、第３液晶層ＬＣ３で旋光されてＰ波の状態で出射される。また、第２偏光成分ＰＬ２（Ｐ波）は、第１液晶セル１０の第１液晶層ＬＣ１で旋光されてＳ波の状態となり、第２電極Ｅ１２でＹ軸方向に拡散され、第２液晶セル２０及び第３液晶セル３０でそれぞれ旋光されてＳ波の状態となり出射される。

　したがって、液晶光制御素子１００Ｃは、図３Ｂに示す制御信号の印加条件により、第１偏光成分ＰＬ１及び第２偏光成分ＰＬ２を旋光させながら、各偏光成分ＰＬ１、ＰＬ２をＹ軸方向に１回拡散させることで、全体として光源からの光をＹ軸方向に拡散して出射する。すなわち、液晶光制御素子１００Ｃは、光源から放射された光の配光状態をＹ軸方向に拡げて配光（ライン配光）することができる。

　図３Ｃは、第１液晶セル１０の第３帯状電極Ｅ１２Ａに制御信号ＬＨ１が印加され第４帯状電極Ｅ１２Ｂに制御信号ＨＬ１が印加され、第２液晶セル２０の第３帯状電極Ｅ２２Ａに制御信号ＬＨ１が印加され第４帯状電極Ｅ２２Ｂに制御信号ＨＬ１が印加され、第３液晶セル３０の第１帯状電極Ｅ３１Ａに制御信号ＬＨ１が印加され第２帯状電極Ｅ３１Ｂに制御信号ＨＬ１が印加され、第３帯状電極Ｅ３２Ａに制御信号ＬＨ１が印加され第４帯状電極Ｅ３２Ｂに制御信号ＨＬ１が印加される状態を示す。

　図３Ｃに挿入された表に示すように、光源から出射された光の第１偏光成分ＰＬ１（Ｓ波）は、第１液晶セル１０及び第２液晶セル２０でそれぞれ旋光されてＳ波の状態となり、第３液晶セル３０の第１電極Ｅ３１でＹ軸方向に拡散され、第３液晶層ＬＣ３で旋光されてＰ波の状態となり、第２電極Ｅ３２でＸ軸方向に拡散されて出射される。また、第２偏光成分ＰＬ２（Ｐ波）は、第１液晶セル１０の第１液晶層ＬＣ１で旋光されてＳ波の状態となり、第２電極Ｅ１２でＹ軸方向に拡散され、第２液晶セル２０の第２液晶層ＬＣ２で旋光されてＰ波の状態となり、第２電極Ｅ２２でＸ軸方向に拡散され、第３液晶セル３０で旋光されてＳ波の状態で出射される。

　したがって、液晶光制御素子１００Ｃは、図３Ｃに示す制御信号の印加条件により、第１偏光成分ＰＬ１及び第２偏光成分ＰＬ２を旋光させながら、各偏光成分ＰＬ１、ＰＬ２をＸ軸方向及びＹ軸方向に１回拡散させることで、全体として光源から放射された光をＸ軸方向及びＹ軸方向に拡げて配光（円配光）することができる。

　図３Ｄは、第１液晶セル１０の第３帯状電極Ｅ１２Ａに制御信号ＬＨ１が印加され第４帯状電極Ｅ１２Ｂに制御信号ＨＬ１が印加され、第２液晶セル２０の第３帯状電極Ｅ２２Ａ及び第４帯状電極Ｅ２２Ｂに制御信号ＣＶが印加され、第３液晶セル３０の第１帯状電極Ｅ３１Ａ及び第２帯状電極Ｅ３１Ｂに制御信号ＣＶが印加され第３帯状電極Ｅ３２Ａに制御信号ＬＨ２が印加され第４帯状電極Ｅ３２Ｂに制御信号ＨＬ２が印加される状態を示す。

　図３Ｄに挿入された表に示すように、光源から出射された光の第１偏光成分ＰＬ１（Ｓ波）は、第１液晶セル１０及び第２液晶セル２０でそれぞれ旋光されてＳ波の状態となり、第３液晶セル３０の第３液晶層ＬＣ３で旋光されてＰ波の状態となり、第２電極Ｅ３２でＸ軸方向に拡散されて出射される。また、第２偏光成分ＰＬ２（Ｐ波）は、第１液晶セル１０の第１液晶層ＬＣ１で旋光されてＳ波の状態となり、第２電極Ｅ１２でＹ軸方向に拡散され、第２液晶セル２０及び第３液晶セル３０でそれぞれ旋光されＳ波の状態で出射される。

　したがって、液晶光制御素子１００Ｃは、図３Ｄに示す制御信号の印加条件により、第１偏光成分ＰＬ１及び第２偏光成分ＰＬ２を旋光させながら、第１偏光成分ＰＬ１については制御信号ＬＨ２、ＨＬ２によりＸ軸方向に１回、第２偏光成分ＰＬ２については制御信号ＬＨ１、ＨＬ１によりＹ軸方向に１回拡散させて出射する。すなわち、液晶光制御素子１００Ｃは、光源から放射された光を、第１偏光成分ＰＬ１についてはＸ軸方向に引き伸ばし、第２偏光成分ＰＬ２についてはＹ軸方向に引き延ばして十字配光することができる。この場合において、第３液晶セル３０の第２電極Ｅ３２に印加される制御信号ＬＨ２、ＨＬ２の振幅が制御信号ＬＨ１、ＨＬ１より大きいことから、Ｘ軸方向への拡散が大きい（広がりが大きい）配光をすることができる。なお、図３Ｄにおいて、第３液晶セル３０に印加される制御信号ＬＨ２、ＨＬ２を、第１液晶セル１０に印加される制御信号ＬＨ１、ＨＬ１に置き換えても、同様に十字配光を実現することができる。

　以上のとおり、本実施形態に係る液晶光制御素子１００Ｃは、３つの液晶セルによって、光源から放射される光をさまざまな配光状態に変えることができる。本実施形態に係る液晶光制御素子１００Ｃは、３つの液晶セルで構成されることから、薄形化が図られており、ひいては照明装置の小型化を図ることができる。

［第４実施形態］
　図４Ａは、第４実施形態に係る液晶光制御素子１００Ｄの構成を示す。第３実施形態に係る液晶光制御素子１００Ｃに対し、本実施形態に係る液晶光制御素子１００Ｄは、第１液晶セル１０において、第１基板Ｓ１１側に第１電極Ｅ１１が設けられ第２基板Ｓ１２側には電極が設けられず、第２液晶セル２０において第１基板Ｓ２１側に第１電極Ｅ２１が設けられ第２基板Ｓ２２側に電極が設けられていない点で相違する。第３液晶セル３０の構成は、第３実施形態と同様である。

　図４Ａは、第１液晶セル１０の第１帯状電極Ｅ１１Ａに制御信号ＬＨ１が印加され第２帯状電極Ｅ１１Ｂに制御信号ＨＬ１が印加され、第２液晶セル２０の第１帯状電極Ｅ２１Ａ及び第２帯状電極Ｅ２１Ｂに制御信号ＣＶが印加され、第３液晶セル３０の第１帯状電極Ｅ３１Ａ及び第２帯状電極Ｅ３１Ｂに制御信号ＣＶが印加され、第３帯状電極Ｅ３２Ａに制御信号ＬＨ１が印加され第４帯状電極Ｅ３２Ｂに制御信号ＨＬ１が印加される状態を示す。

　図４Ａに挿入された表に示すように、光源から出射された光の第１偏光成分ＰＬ１（Ｓ波）は、第１液晶セル１０及び第２液晶セル２０でそれぞれ旋光されてＳ波の状態となり、第３液晶セル３０の第３液晶層ＬＣ３で旋光されてＰ波の状態となり、第２電極Ｅ３２でＸ軸方向に拡散されて出射される。また、第２偏光成分ＰＬ２（Ｐ波）は、第１液晶セル１０の第１電極Ｅ１１でＸ軸方向に拡散され、第１液晶層ＬＣ１で旋光されてＳ波の状態となり、第２液晶セル２０及び第３液晶セル３０でそれぞれ旋光されてＳ波の状態で出射される。

　したがって、液晶光制御素子１００Ｄは、図４Ａに示す制御信号の印加条件により、第１偏光成分ＰＬ１及び第２偏光成分ＰＬ２を旋光させながら、各偏光成分ＰＬ１、ＰＬ２をＸ軸方向に１回拡散させることで、全体として光源からの光をＸ軸方向に拡散して出射する。すなわち、液晶光制御素子１００Ｄは、光源から放射された光の配光状態をＸ軸方向に拡げて配光（ライン配光）することができる。

　図４Ｂは、第１液晶セル１０の第１帯状電極Ｅ１１Ａ及び第２帯状電極Ｅ１１Ｂに制御信号ＣＶが印加され、第２液晶セル２０の第１帯状電極Ｅ２１Ａに制御信号ＬＨ１が印加され第２帯状電極Ｅ２１Ｂに制御信号ＨＬ１が印加され、第３液晶セル３０の第１帯状電極Ｅ３１Ａに制御信号ＬＨ１が印加され第２帯状電極Ｅ３１Ｂに制御信号ＨＬ１が印加され、第３帯状電極Ｅ３２Ａ及び第４帯状電極Ｅ３２Ｂに制御信号ＣＶが印加される状態を示す。

　図４Ｂに挿入された表に示すように、光源から出射された光の第１偏光成分ＰＬ１（Ｓ波）は、第１液晶セル１０及び第２液晶セル２０でそれぞれ旋光されＳ波の状態となり、第３液晶セル３０の第１電極Ｅ３１でＹ軸方向に拡散され、第３液晶層ＬＣ３で旋光されてＰ波の状態で出射される。また、第２偏光成分ＰＬ２（Ｐ波）は、第１液晶セル１０で旋光されてＳ波の状態となり、第２液晶セル２０の第１電極Ｅ２１でＹ軸方向に拡散され、第２液晶層ＬＣ２で旋光されてＰ波の状態となり、第３液晶セル３０で旋光されてＳ波の状態となり出射される。

　したがって、液晶光制御素子１００Ｄは、図４Ｂに示す制御信号の印加条件により、第１偏光成分ＰＬ１及び第２偏光成分ＰＬ２を旋光させながら、各偏光成分ＰＬ１、ＰＬ２をＹ軸方向に１回拡散させることで、全体として光源からの光をＹ軸方向に拡散して出射する。すなわち、液晶光制御素子１００Ｄは、光源から放射された光の配光状態をＹ軸方向に拡げて配光（ライン配光）することができる。

　図４Ｃは、第１液晶セル１０の第１帯状電極Ｅ１１Ａに制御信号ＬＨ１が印加され第２帯状電極Ｅ１１Ｂに制御信号ＨＬ１が印加され、第２液晶セル２０の第１帯状電極Ｅ２１Ａに制御信号ＬＨ１が印加され第２帯状電極Ｅ２１Ｂに制御信号ＨＬ１が印加され、第３液晶セル３０の第１帯状電極Ｅ３１Ａに制御信号ＬＨ１が印加され第２帯状電極Ｅ３１Ｂに制御信号ＨＬ１が印加され、第３帯状電極Ｅ３２Ａに制御信号ＬＨ１が印加され第４帯状電極Ｅ３２Ｂに制御信号ＨＬ１が印加される状態を示す。

　図４Ｃに挿入された表に示すように、光源から出射された光の第１偏光成分ＰＬ１（Ｓ波）は、第１液晶セル１０及び第２液晶セル２０でそれぞれ旋光されてＳ波の状態となり、第３液晶セル３０の第１電極Ｅ３１でＹ軸方向に拡散され、第３液晶層ＬＣ３で旋光されてＰ波の状態となり、第２電極Ｅ３２でＸ軸方向に拡散されて出射される。また、第２偏光成分ＰＬ２（Ｐ波）は、第１液晶セル１０の第１電極Ｅ１１でＸ軸方向に拡散され第１液晶層ＬＣ１で旋光されてＳ波の状態となり、第２液晶セル２０の第１電極Ｅ２１でＹ軸方向に拡散され第２液晶層ＬＣ２で旋光されてＰ波の状態となり、第３液晶セル３０で旋光されてＳ波の状態で出射される。

　したがって、液晶光制御素子１００Ｄは、図４Ｃに示す制御信号の印加条件により、第１偏光成分ＰＬ１及び第２偏光成分ＰＬ２を旋光させながら、各偏光成分ＰＬ１、ＰＬ２をＸ軸方向及びＹ軸方向に１回拡散させることで、全体として光源から放射された光の配光状態をＸ軸方向及びＹ軸方向に拡げて配光（円配光）することができる。

　図４Ｄは、第１液晶セル１０の第１帯状電極Ｅ１１Ａに制御信号ＬＨ１が印加され第２帯状電極Ｅ１１Ｂに制御信号ＨＬ１が印加され、第２液晶セル２０の第１帯状電極Ｅ２１Ａ及び第２帯状電極Ｅ２１Ｂに制御信号ＣＶが印加され、第３液晶セル３０の第１帯状電極Ｅ３１Ａに制御信号ＬＨ２が印加され第２帯状電極Ｅ３１Ｂに制御信号ＨＬ２が印加され第３帯状電極Ｅ３２Ａ及び第４帯状電極Ｅ３２Ｂに制御信号ＣＶが印加される状態を示す。

　図４Ｄに挿入された表に示すように、光源から出射された光の第１偏光成分ＰＬ１（Ｓ波）は、第１液晶セル１０及び第２液晶セル２０でそれぞれ旋光されてＳ波の状態となり、第３液晶セル３０の第１電極Ｅ３１でＹ軸方向に拡散され第３液晶層ＬＣ３で旋光されＰ波の状態で出射される。また、第２偏光成分ＰＬ２（Ｐ波）は、第１液晶セル１０の第１電極Ｅ１１でＸ軸方向に拡散され第１液晶層ＬＣ１で旋光されてＳ波の状態となり、第２液晶セル２０及び第３液晶セル３０でそれぞれ旋光されＳ波の状態で出射される。

　したがって、液晶光制御素子１００Ｄは、図４Ｄに示す制御信号の印加条件により、第１偏光成分ＰＬ１及び第２偏光成分ＰＬ２を旋光させながら、第１偏光成分ＰＬ１については制御信号ＬＨ２、ＨＬ２によりＹ軸方向に１回、第２偏光成分ＰＬ２については制御信号ＬＨ１、ＨＬ１によりＸ軸方向に１回拡散させて出射する。すなわち、液晶光制御素子１００Ｄは、光源から放射された光を、第１偏光成分ＰＬ１についてはＹ軸方向に引き伸ばし、第２偏光成分ＰＬ２についてはＸ軸方向に引き延ばして十字配光することができる。第１偏光成分ＰＬ１を旋光させながらＹ軸方向に１回、第２偏光成分ＰＬ２を旋光させながらＸ軸方向に１回拡散させる。この場合において、第３液晶セル３０の第１電極Ｅ３１に印加される制御信号ＬＨ２、ＨＬ２の振幅が制御信号ＬＨ１、ＨＬ１より大きいことから、Ｙ軸方向への拡散が大きい（広がりが大きい）配光をすることができる。なお、図４Ｄにおいて、第３液晶セル３０に印加される制御信号ＬＨ２、ＨＬ２を、第１液晶セル１０に印加される制御信号ＬＨ１、ＨＬ１に置き換えても、同様に十字配光を実現することができる。

　以上のとおり、本実施形態に係る液晶光制御素子１００Ｄは、３つの液晶セルによって、光源から放射される光をさまざまな配光状態に変えることができる。本実施形態に係る液晶光制御素子１００Ｄは、３つの液晶セルで構成されることから、薄形化が図られており、ひいては照明装置の小型化を図ることができる。

［第５実施形態］
　本実施形態は、第２実施形態に示す液晶光制御素子１００Ｂの配光特性を示す。図５Ａは、液晶光制御素子１００Ｂに制御信号を印加しないときに照明光の投影面を写した写真であり、図５Ｂは、図２Ｃを参照して説明したように、各液晶セルの全ての電極に制御信号ＬＨ１、ＨＬ１を印加したときの投影面の写真を示す。測定に用いた液晶光制御素子１００Ｂのセルギャップと電極ピッチは以下の通りである。また、液晶光制御素子１００Ｂを駆動する制御信号ＬＨ１、ＨＬ１は、ＶＨ１＝１５Ｖであり、ＶＬ１＝－１５Ｖである（図１５Ａ参照）。

　図５Ａに示すように、液晶光制御素子１００Ｂに制御信号を印加しない場合には、照明光の強度分布が光源の光強度分布をそのまま反映したものとなっている。これに対し、図５Ｂに示すように、制御信号ＬＨ１、ＨＬ１を印加した場合には縦方向及び横方向に照明光が拡散されていることがわかる。

　図６は、液晶光制御素子１００Ｂの輝度対角度特性を示す。図６に示すグラフの横軸は極角を示し、縦軸は輝度を示す。図６に示すグラフには、液晶光制御素子１００Ｂの特性と、参考例として４枚の液晶セルで構成された液晶光制御素子の特性を示す。グラフの縦軸に示す輝度は、参考例の素子において、極角が０度のときの輝度を１００として規格化した値である。

　なお、「極角」とは、液晶光制御素子の主面の法線方向と出射光の進行方向とが成す角度をいう。図６の挿入図に示すように、測定は、検出器３０１に対し、液晶光制御素子１００及び光源２０２を回転させながら行った。図示されるように液晶光制御素子１００の主面を検出器３０１に対して正対させた状態（液晶光制御素子１００の主面の法線方向に検出器３０１が配置されている状態）に対して、液晶光制御素子１００の主面を傾けた角度θが極角に相当する。すなわち、液晶光制御素子１００の主面が検出器３０１に対して正対しているとき極角は０度であり、液晶光制御素子１００を傾けるに従って極角θが大きくなる。そして、液晶光制御素子１００を検出器３０１に正対させたとき（極角０度）が正面輝度であり、極角を変化させたときにどのように輝度が変化するのかを調べることで、液晶光制御素子１００の配光特性を知ることができる。したがって、極角の変化に対して輝度の変化が小さいほど、光源２０２から放射される光を広い角度で配光できることを意味することとなる。

　図６のグラフに示すように、液晶光制御素子１００Ｂは、参考例の素子（液晶セルが４枚の素子）特性に比べて全体的に輝度が高くなっている。また、参考例の素子（液晶セルが４枚の素子）の配光角が５３度であるのに対し、液晶光制御素子１００Ｂの配光角が５２度であり、同等の配光角が得られている。なお、配光角とは、極角が０度のときの輝度に対して１／２の輝度になる角度（極角）をいう。

　この結果は、液晶セルを１枚削減することにより、輝度を高くすることができ、液晶光制御素子１００Ｂのような電極構成とすることで、広い配光角を維持することができることを示す。そして、このような液晶光制御素子を用いることで配光特性を劣化させずに照明装置の小型化を図ることができる。

［第６実施形態］
　本実施形態は、第２実施形態に示す液晶光制御素子１００Ｂにおいて、液晶セルのセルギャップを変化させたときの配光特性を示す。測定に用いた液晶光制御素子１００Ｂのセルギャップは以下の通りであり、第１液晶セル１０及び第３液晶セル３０のセルギャップが１５μｍであるのに対し第２液晶セル２０のセルギャップが５５μｍとなっている。すなわち、第１基板Ｓ２１と第２基板Ｓ２２のいずれにも電極を設けた第２液晶セル２０のセルギャップＤ２が、第１基板Ｓ１１、Ｓ３１と第２基板Ｓ１２、Ｓ３２のいずれか一方にのみ電極を有する第１液晶セル１０、第３液晶セル３０のセルギャップＤ１よりも大きい（Ｄ２＞Ｄ１）、といった関係を有している。本実施形態においては、Ｄ２＞３×Ｄ１となっているが、少なくともＤ２＞Ｄ１であればよく、Ｄ２＞２×Ｄ１はより好ましく、さらには、Ｄ２＞３×Ｄ１はさらに好ましい。他方、液晶分子を安定的に制御するためにはセルギャップにはおのずから限界があることから、Ｄ２≦１００μｍとすることが好ましく、かかる点を踏まえると、Ｄ２≦６×Ｄ１とすることはより好ましい。また、液晶光制御素子１００Ｂを駆動する制御信号ＬＨ１、ＨＬ１は、ＶＨ１＝１５Ｖであり、ＶＬ１＝－１５Ｖである。

　図７は、表２に示す構造を有する液晶光制御素子１００Ｂの輝度対角度特性を示す。図７のグラフに示すように、本実施形態に係る液晶光制御素子１００Ｂの特性は、第５実施形態に示す特性（図６参照）と比べて輝度が高くなっていることがわかる。また、配光角が５２度であり、第５実施形態に示す参考例の素子と比べて同等の配光角が得られている。図７に示すグラフの特性をみれば、液晶光制御素子１００Ｂを構成する液晶セルごとにセルギャップを変えても同様の特性を得ることができると推測される。このように液晶光制御素子を構成する液晶セルのセルギャップの大きさを液晶セルごとに変える構成は、第１実施形態、第３実施形態及び第４実施形態にも採用可能である。この際、両基板に電極を有する液晶セルのセルギャップを一方の基板にのみ電極を有する液晶セルのセルギャップよりも大きくすることはもちろん、当該一方の基板にのみ電極を有する液晶セルのセルギャップの大きさも異ならせる構成も採用可能である。

　本実施形態に示すように、一対の基板の内、片側にのみ電極を設ける液晶セルのセルギャップを小さくすることで、透過率を向上させることができ、液晶材料の使用量を削減することができる。また、このような液晶光制御素子を用いることで、照明装置の小型化を図り、同じ消費電力であっても輝度を向上させることができる。

［第７実施形態］
　本実施形態は、第２実施形態に示す液晶光制御素子１００Ｂにおいて、液晶セルの電極幅と電極ピッチを変化させたときの配光特性を示す。図８は、評価に用いた液晶光制御素子１００Ｂの構成を示す。図８に示す液晶光制御素子１００Ｂは、第１液晶セル１０及び第３液晶セル３０のセルギャップＤ１に対し、第２液晶セル２０のセルギャップＤ２が大きくなっている。また、第１液晶セル１０及び第３液晶セル３０の電極幅Ｗ１及び電極間隔Ｐ１に対し、第２液晶セル２０の電極幅Ｗ２及び電極間隔Ｐ２の関係は、Ｗ１＞・BR>V２及びＰ１＜Ｐ２の関係を有している。なお、第１液晶セル１０及び第３液晶セル３０のセルギャップＤ１と電極幅Ｗ１及び電極間隔Ｐ１との関係は、Ｄ１に対しＷ１＋Ｐ１の値が概略等しい関係を有するように設計されている。同様に、第２液晶セル２０のセルギャップＤ２と電極幅Ｗ２及び電極間隔Ｐ２との関係は、Ｄ２に対しＷ２＋Ｐ２の値が概略等しい関係を有するように設計されている。具体的な一例としては、表３に示すように、第１液晶セル１０及び第３液晶セル３０の電極幅／電極間隔は８μｍ／８μｍであり、第２液晶セル２０の電極幅／電極間隔は４μｍ／２４μｍである。第１液晶セル１０及び第３液晶セル３０は一方の基板にのみ電極が設けられる構成であるため、第２液晶セル２０のように当該基板上の電極によって形成される電界が他方の基板側の電界形成に影響を及ぼす、ということが生じない。このような所謂片側電極の液晶セルにおいては、電極間隔の２倍よりも小さいセルギャップを採用可能である。他方、第２液晶セルのように両基板に電極が設けられる液晶セルについては、電極間隔の２倍よりも大きいセルギャップを設けることが依然として好ましい。

　図９は、表３に示す構造を有する液晶光制御素子１００Ｂの輝度対角度特性を示す。図９のグラフに示すように、本実施形態に係る液晶光制御素子１００Ｂの特性は、第５施形態に示す特性（図７照）と比べて輝度が高くなっており、さらに極角が小さい領域で輝度の変化が小さい（グラフの曲線として平らな）領域が広がっていることがわかる。また、配光角が４７度であり、実用上十分な配光角が得られている。

　なお、本実施形態において、第２液晶セル２０の電極幅を第１液晶セル１０及び第３液晶セル３０に設けられる電極と同じ大きさとする構成も採用可能である。

　本実施形態に示すように、液晶セルの電極幅と電極間隔を変えることによっても、配光特性を変えることができる。特に、セルギャップの大きい液晶セルの電極幅を狭め電極間隔を広げることで、輝度が高く均一な領域を広げることができる。

　なお、本実施形態に示すような液晶セルのセルギャップと、電極幅及び電極間隔を変更する構成は、第１実施形態、第３実施形態、第４実施形態に示す液晶光制御素子に対しても同様に適用することができる。

　本発明の一実施形態として例示した液晶光制御素子の各種構成は、相互に矛盾しない限り適宜組み合わせることができる。また、本明細書及び図面に開示された液晶光制御素子を基にして、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。

　本明細書に開示された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。

１０：第１液晶セル、２０：第２液晶セル、３０：第３液晶セル、１００、１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ、１００Ｄ：液晶光制御素子、２００：照明装置、２０２：光源、ＡＬ１１：第１配向膜、ＡＬ１２：第２配向膜、ＡＬＤ１、ＡＬＤ２：配向方向、Ｅ１１、Ｅ２１、Ｅ３１：第１電極、Ｅ１１Ａ、Ｅ２１Ａ、Ｅ３１Ａ：第１帯状電極、Ｅ１１Ｂ、Ｅ２１Ｂ、Ｅ３１Ｂ：第２帯状電極、Ｅ１２、Ｅ２２、Ｅ３２：第２電極、Ｅ１２Ａ、Ｅ２２Ａ、Ｅ２３Ａ：第３帯状電極、Ｅ１２Ｂ、Ｅ２２Ｂ、Ｅ２３Ｂ：第４帯状電極、Ｆ１：第１フレキシブル配線基板、Ｆ２：第２フレキシブル配線基板、Ｆ３：第３フレキシブル配線基板、ＬＣ１：第１液晶層、ＬＣ２：第２液晶層、ＬＣ３：第３液晶層、ＬＣＭ：液晶分子、ＰＥ１１：第１給電線、ＰＥ１２：第２給電線、ＰＥ１３：第３給電線、ＰＥ１４：第４給電線、Ｓ１１：第１基板、Ｓ１２：第２基板、Ｔ１１：第１接続端子、Ｔ１２：第２接続端子、Ｔ１３：第３接続端子、Ｔ１４：第４接続端子

Claims

　光入射側に配置される第１基板と、光出射側に配置される第２基板と、前記第１基板と前記第２基板との間の液晶層と、をそれぞれ有する第１液晶セル、第２液晶セル、第３液晶セルから成り、
　前記第１液晶セル、前記第２液晶セル、及び前記第３液晶セルが、光源から放射される光の出射方向に重ねて配置され、
　前記第１液晶セルは、
　　前記第１基板及び前記第２基板の一方にのみ設けられた、第１帯状電極及び第２帯状電極から成る第１電極、を有し、
　前記第２液晶セルは、
　　前記第１基板に設けられた、第１帯状電極及び第２帯状電極から成る第１電極と、
　　前記第２基板に設けられた、第３帯状電極及び第４帯状電極から成る第２電極と、を有し、
　前記第３液晶セルは、
　　前記第１基板及び前記第２基板の一方にのみ設けられた、第１帯状電極及び第２帯状電極から成る第１電極、を有する、
ことを特徴とする液晶光制御素子。
　前記第１液晶セル、前記第２液晶セル、前記第３液晶セルが、前記光源から放射される光の出射方向にこの順番で配置され、
　前記第１液晶セルの第１電極が、前記第１液晶セルの第１基板に設けられ、
　前記第３液晶セルの第１電極が、前記第３液晶セルの第２基板に設けられている、
請求項１に記載の液晶光制御素子。
　前記第２液晶セルの第１帯状電極及び第２帯状電極が延在する方向と、前記第２液晶セルの第３帯状電極及び第４帯状電極が延在する方向とが交差し、
　前記第１液晶セルの第１帯状電極及び第２帯状電極が延在する方向が、前記第２液晶セルの第１帯状電極及び第２帯状電極が延在する方向と同じであり、
　前記第３液晶セルの第１帯状電極及び第２帯状電極が延在する方向が、前記第２液晶セルの第３帯状電極及び第４帯状電極が延在する方向と同じである、
請求項２に記載の液晶光制御素子。
　前記第１液晶セル、前記第２液晶セル、前記第３液晶セルが、前記光源から放射される光の出射方向にこの順番で配置され、
　前記第１液晶セルの第１電極が、前記第１液晶セルの第２基板に設けられ、
　前記第３液晶セルの第１電極のが、前記第３液晶セルの第１基板に設けられている、
請求項１に記載の液晶光制御素子。
　前記第２液晶セルの第１帯状電極及び第２帯状電極が延在する方向と、前記第２液晶セルの第３帯状電極及び第４帯状電極が延在する方向とが交差し、
　前記第１液晶セルの第１帯状電極及び第２帯状電極が延在する方向が、前記第２液晶セルの第１帯状電極及び第２帯状電極が延在する方向と交差し、
　前記第３液晶セルの第１帯状電極及び第２帯状電極が延在する方向が、前記第２液晶セルの第３帯状電極及び第４帯状電極が延在する方向と交差する、
請求項４に記載の液晶光制御素子。
　前記第１液晶セル、前記第３液晶セル、前記第２液晶セルが、前記光源から放射される光の出射方向にこの順番で配置され、
　前記第１液晶セルの第１電極が、前記第１液晶セルの第２基板に設けられ、
　前記第３液晶セルの第１電極が、前記第３液晶セルの第２基板に設けられている、
請求項１に記載の液晶光制御素子。
　前記第２液晶セルの第１帯状電極及び第２帯状電極が延在する方向と、前記第２液晶セルの第３帯状電極及び第４帯状電極が延在する方向とが交差し、
　前記第１液晶セルの第１帯状電極及び第２帯状電極が延在する方向が、前記第２液晶セルの第１帯状電極及び第２帯状電極が延在する方向と同じであり、
　前記第３液晶セルの第１帯状電極及び第２帯状電極が延在する方向が、前記第２液晶セルの第３帯状電極及び第４帯状電極が延在する方向と同じである、
請求項６に記載の液晶光制御素子。
　前記第１液晶セル、前記第３液晶セル、前記第２液晶セルが、前記光源から放射される光の出射方向にこの順番で配置され、
　前記第１液晶セルの第１電極が、前記第１液晶セルの第１基板に設けられ、
　前記第３液晶セルの第１電極が、前記第３液晶セルの第１基板に設けられている、
請求項１に記載の液晶光制御素子。
　前記第２液晶セルの第１帯状電極及び第２帯状電極が延在する方向と、前記第２液晶セルの第３帯状電極及び第４帯状電極が延在する方向とが交差し、
　前記第１液晶セルの第１帯状電極及び第２帯状電極が延在する方向が、前記第２液晶セルの第１帯状電極及び第２帯状電極が延在する方向と交差し、
　前記第３液晶セルの第１帯状電極及び第２帯状電極が延在する方向が、前記第２液晶セルの第３帯状電極及び第４帯状電極が延在する方向と交差する、
請求項８に記載の液晶光制御素子。
　前記第１液晶セル及び前記第３液晶セルのセルギャップに対し、前記第２液晶セルのセルギャップが大きい、
請求項１に記載の液晶光制御素子。
　前記第１液晶セルの第１帯状電極と第２帯状電極との間隔、及び前記第３液晶セルの第１帯状電極と第２帯状電極との間隔、に対し、
　前記第２液晶セルの第１帯状電極と第２帯状電極との間隔及び第３帯状電極と第４帯状電極との間隔が、大きい、
請求項１０に記載の液晶光制御素子。
　前記第１液晶セル、前記第２液晶セル、及び前記第３液晶セルは、前記第１基板側に第１配向膜が設けられ、前記第２基板側に第２配向膜が設けられ、
　前記第１配向膜の配向方向と前記第２配向膜の配向方向とは交差する、
請求項１に記載の液晶光制御素子。
　前記液晶層が、ＴＮ（ねじれネマチック）液晶である、
請求項１に記載の液晶光制御素子。
　請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の液晶光制御素子と、光源と、を含み、前記液晶光制御素子は前記光源から出射される光の光路上に設けられている、
ことを特徴とする照明装置。