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公開番号2025015789
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-01-30
出願番号2024202230,2023543793
出願日2024-11-20,2022-08-05
発明の名称液晶光制御素子及び照明装置
出願人株式会社ジャパンディスプレイ
代理人弁理士法人高橋・林アンドパートナーズ
主分類G02F 1/13 20060101AFI20250123BHJP(光学)
要約【課題】光源から放射される光の強度分布を精密に制御することのできる液晶光制御素子を提供する。
【解決手段】液晶光制御素子は、第1乃至第4の液晶セルのそれぞれが、第1基板、第1基板に対向する第2基板、第1基板及び第2基板に設けられた帯状パターンを有する第1乃至第4電極、第1基板と第2基板との間の液晶層を含む。当該液晶セルが重ねて配置され、第1及び第2電極の帯状パターンが配置され、第1配向膜の配向方向が第1及び第2電極の帯状パターンの延在方向と交差し、第3及び第4電極との帯状パターンが配置され、第2配向膜の配向方向が第3及び第4電極の帯状パターンの延在方向と交差し且つ第1配向膜の配向方向と交差し、第1及び第4液晶セルは、第1及び第2電極が同電位となり、第3及び第4電極との間に横電界が形成され、第2及び第3液晶セルは、第1及び第2電極との間に横電界が形成され、第3及び第4電極が同電位となる。
【選択図】図10
特許請求の範囲【請求項１】
第１液晶セル、第２液晶セル、第３液晶セル、第４液晶セルを有し、
前記第１乃至第４液晶セルのそれぞれは、
第１基板と、前記第１基板に対向する第２基板と、
前記第１基板に設けられた帯状パターンを有する第１電極及び第２電極と、
前記第２基板に設けられた帯状パターンを有する第３電極及び第４電極と、
前記第１基板に設けられた第１配向膜と、前記第２基板に設けられた第２配向膜と、
前記第１基板と前記第２基板との間の液晶層と、を含み、
前記第１電極と前記第２電極との前記帯状パターンが交互に配置され、且つ、前記第１配向膜の配向方向が前記第１電極と前記第２電極の帯状パターンの延在方向と交差するように設けられ、
前記第３電極と前記第４電極との前記帯状パターンが交互に配置され、且つ、前記第２配向膜の配向方向が前記第３電極と前記第４電極の帯状パターンの延在方向と交差すると共に前記第１配向膜の配向方向と交差するように設けられ、
前記第１乃至第４液晶セルが、光の入射側から出射側に向けて前記第１液晶セル、前記第２液晶セル、前記第３液晶セル、及び前記第４液晶セルの順で積層され、
前記第１乃至第４液晶セルのそれぞれは、前記第１基板側から光が入射するように配置される、
前記第１液晶セル及び前記第２液晶セルの前記第１電極及び前記第２電極の前記延在方向が第１方向と平行に配置され、
前記第３液晶セル及び前記第４液晶セルの前記第１電極及び前記第２電極の前記延在方向が前記第１方向と交差する第２方向と平行に配置され、
前記第１液晶セル及び前記第４液晶セルは、前記第１電極及び前記第２電極が同電位となり、第３電極及び前記第４電極との間に横電界が形成されるように電圧が印加され、
前記第２液晶セル及び前記第３液晶セルは、前記第１電極及び前記第２電極との間に横電界が形成されるように電圧が印加され、第３電極及び前記第４電極が同電位とされる、
ことを特徴とする液晶光制御素子。
続きを表示（約 2,100 文字）【請求項２】
第１液晶セル、第２液晶セル、第３液晶セル、第４液晶セル、第５液晶セルを有し、
前記第１乃至第５液晶セルのそれぞれは、
第１基板と、前記第１基板に対向する第２基板と、
前記第１基板に設けられた帯状パターンを有する第１電極及び第２電極と、
前記第２基板に設けられた帯状パターンを有する第３電極及び第４電極と、
前記第１基板に設けられた第１配向膜と、前記第２基板に設けられた第２配向膜と、
前記第１基板と前記第２基板との間の液晶層と、を含み、
前記第１電極と前記第２電極との前記帯状パターンが交互に配置され、且つ、前記第１配向膜の配向方向が前記第１電極と前記第２電極の帯状パターンの延在方向と交差するように設けられ、
前記第３電極と前記第４電極との前記帯状パターンが交互に配置され、且つ、前記第２配向膜の配向方向が前記第３電極と前記第４電極の帯状パターンの延在方向と交差すると共に前記第１配向膜の配向方向と交差するように設けられ、
前記第１乃至第５液晶セルが、光の入射側から出射側に向けて前記第１液晶セル、前記第２液晶セル、前記第３液晶セル、前記第４液晶セル、及び前記第５液晶セルの順で積層され、
前記第１乃至第５液晶セルのそれぞれは、前記第１基板側から光が入射するように配置され、
前記第２液晶セル及び前記第３液晶セルの前記第１電極及び前記第２電極の前記延在方向が第１方向と平行に配置され、
前記第１液晶セル、前記第４液晶セル及び前記第５液晶セルの前記第１電極及び前記第２電極の前記延在方向が前記第１方向と交差する第２方向と平行に配置されている、
ことを特徴とする液晶光制御素子。
【請求項３】
前記第１液晶セル、前記第２液晶セル、及び前記第５液晶セルは、前記第１電極及び前記第２電極が同電位となり、第３電極及び前記第４電極との間に横電界が形成されるように電圧が印加され、
前記第３液晶セル及び前記第４液晶セルは、前記第１電極及び前記第２電極との間に横電界が形成されるように電圧が印加され、第３電極及び前記第４電極が同電位とされる、請求項２に記載の液晶光制御素子。
【請求項４】
第１液晶セル、第２液晶セル、第３液晶セル、第４液晶セル、第５液晶セル、第６液晶セルを有し、
前記第１乃至第６液晶セルのそれぞれは、
第１基板と、前記第１基板に対向する第２基板と、
前記第１基板に設けられた帯状パターンを有する第１電極及び第２電極と、
前記第２基板に設けられた帯状パターンを有する第３電極及び第４電極と、
前記第１基板に設けられた第１配向膜と、前記第２基板に設けられた第２配向膜と、
前記第１基板と前記第２基板との間の液晶層と、を含み、
前記第１電極と前記第２電極との前記帯状パターンが交互に配置され、且つ、前記第１配向膜の配向方向が前記第１電極と前記第２電極の帯状パターンの延在方向と交差するように設けられ、
前記第３電極と前記第４電極との前記帯状パターンが交互に配置され、且つ、前記第２配向膜の配向方向が前記第３電極と前記第４電極の帯状パターンの延在方向と交差すると共に前記第１配向膜の配向方向と交差するように設けられ、
前記第1乃至第６液晶セルが、光の入射側から出射側に向けて前記第１液晶セル、前記
第２液晶セル、前記第３液晶セル、前記第４液晶セル、前記第５液晶セル、及び前記第６液晶セルの順で積層され、
前記特徴第１乃至第６液晶セルのそれぞれは、前記第１基板側から光が入射するように配置され、
前記第１液晶セル及び前記第２液晶セルの前記第１電極及び前記第２電極の前記延在方向が第２方向と平行に配置され、
前記第３液晶セル及び前記第４液晶セルの前記第１電極及び前記第２電極の前記延在方向が前記第２方向と交差する第１方向と平行に配置され、
前記第５液晶セル及び前記第６液晶セルの前記第１電極及び前記第２電極の前記延在方向が前記第２方向と平行に配置されている、
ことを特徴とする液晶光制御素子。
【請求項５】
前記第１液晶セル、前記第４液晶セル、及び前記第５液晶セルは、前記第３電極及び前記第４電極が同電位となり、第１電極及び前記第２電極との間に横電界が形成されるように電圧が印加され、
前記第２液晶セル、前記第３液晶セル、及び前記第６液晶セルは、前記第１電極及び前記第２電極との間に横電界が形成されるように電圧が印加され、第３電極及び前記第４電極が同電位とされる、請求項４に記載の液晶光制御素子。
【請求項６】
前記液晶層が、ＴＮ（ねじれネマチック）液晶である、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の液晶光制御素子。
【請求項７】
請求項１乃至５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。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
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素子に関する。本発明の他の一実施形態は、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素子を備えた装置に関する。
続きを表示（約 2,900 文字）【背景技術】
【０００２】
液晶レンズを備えた照明装置が開示されている。例えば、２つの液晶レンズを重ね合わせ、それぞれの液晶レンズに設けられる帯状の透明電極の重なり具合を調整して光の照射ムラを解消するようにした照明装置が開示されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０１０－２３０８８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
液晶レンズを用いた照明装置は、水平方向及び垂直方向への光の拡散を制御することができる。しかし、極角方向の配光に関しては精密な制御ができないことが問題となる。すなわち、従来の液晶レンズを用いた照明装置は拡散光の精密な配光制御ができないことが問題となっている。
【０００５】
本発明の一実施形態は、光源から放射される光の強度分布を精密に制御することのできる液晶光制御素子を提供することを目的とする。また、本発明の一実施形態は、光源から放射される光の強度分布を精密制御することのできる液晶光制御素子を備えた照明装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一実施形態に係る液晶光制御素子は、複数の液晶セルを有し、複数の液晶セルのそれぞれは、第１基板と、第１基板に対向する第２基板と、第１基板及び第２基板の少なくとも一方に設けられた帯状パターンを有する第１電極及び第２電極と、第１基板に設けられた第１配向膜と、第２基板に設けられた第２配向膜と、第１基板と第２基板との間の液晶層と、を含む。複数の液晶セルが重ねて配置され、第１電極と第２電極との帯状パターンが交互に配置され、第１電極と第２電極との間に横電界が形成されるように電圧が印加され、第１配向膜の配向方向が帯状パターンの延在方向と交差するように設けられ、第２配向膜の配向方向が、第１配向膜の配向方向と交差するように設けられている。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
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第１基板に設けられる電極を示す平面図である。
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第２基板に設けられる電極を示す平面図である。
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断面構造の一例を示す。
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、電圧が印加されない状態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る。
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を説明する図であり、液晶セルから出射される偏光波のプロファイルの一例を示す。
本発明の第１実施形態に係る液晶光制御素子の構成（第１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。
本発明の第１実施形態に係る液晶光制御素子の構成（第１の構成の変形例）と拡散の状態を示す。
本発明の第１実施形態に係る液晶光制御素子の構成（第１の構成の変形例）と拡散の状態を示す。
本発明の第１実施形態に係る液晶光制御素子の構成（第２の構成）と拡散の状態を示す。
参考例に係る液晶光制御素子の構成と拡散の状態を示す。
本発明の第１実施形態に係る液晶光制御素子の特性として、液晶光制御素子の輝度－角度特性のグラフを示す。
本発明の第１実施形態に係る液晶光制御素子の特性として、出射光のプロファイルを示す。
本発明の第１実施形態に係る液晶光制御素子の特性として、出射光のプロファイルを示す。
本発明の第１実施形態に係る液晶光制御素子の特性として、出射光のプロファイルを示す。
本発明の第１実施形態に係る液晶光制御素子の特性として、出射光のプロファイルを示す。
本発明の第２実施形態に係る液晶光制御素子の構成（第３の構成）と拡散の状態を示す。
本発明の第２実施形態に係る液晶光制御素子の構成（第４の構成）と拡散の状態を示す。
参考例に係る液晶光制御素子の構成と拡散の状態を示す。
本発明の第２実施形態に係る液晶光制御素子の輝度－角度特性のグラフを示す。
本発明の第３実施形態に係る液晶光制御素子の構成（第５の構成）と拡散の状態を示す。
本発明の第３実施形態に係る液晶光制御素子の構成（第５の構成）と拡散の状態を示す。
参考例に係る液晶光制御素子の構成と拡散の状態を示す。
本発明の第３実施形態に係る液晶光制御素子の輝度－角度特性のグラフを示す。
本発明の一実施形態に係る照明装置の斜視図を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
（【００１１】以降は省略されています）

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