(57)【要約】  複屈折液晶セルの製造を以下の通り行う。表面レリーフ構造として形成され、液晶配向性を備えた外表面を有する等方性材料層が形成される。液晶配向性を備えた外表面を有する可撓性シートが形成される。硬化性複屈折液晶材料が、等方性材料層および可撓性シートのうちの一方または両方に塗布される。外表面を有する等方性材料層上に、可撓性シートを貼付し、可撓性シートは、液晶材料を間に有して互いに対向され、液晶セルが形成される。液晶材料が硬化され、液晶セルから可撓性シートが除去される。
2010510552.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）表面レリーフ構造に形成され、液晶配向性を備えた外表面を有する第１の材料層と
（ｂ）液晶配向性を備えた外表面を有する可撓性シートとを形成することと、
前記第１の材料層の前記外表面および前記可撓性シートの前記外表面のうちの一方または両方に硬化性複屈折液晶材料を塗布することと、
前記第１の材料層上に、前記可撓性シートの前記外表面と前記第１の材料層の前記外表面が対向するように、これらの間に前記液晶材料を挟んで前記可撓性シートを貼付することにより液晶セルを形成することと、
前記液晶材料を硬化させることと、
前記液晶セルから前記可撓性シートを除去し、複屈折液晶素子を形成することと、を含む複屈折液晶素子の製造方法。
【請求項２】
前記可撓性シートは、前記可撓性シートと前記第１の材料層の液晶配向性の配向方向との間にねじれを有する前記第１の材料層上に貼付される、請求項１に記載の複屈折液晶素子の製造方法。
【請求項３】
前記第１の材料層上に前記可撓性シートを貼付するステップを、前記第１の材料層上に前記可撓性シートを覆い掛けることにより行う、請求項１または２に記載の複屈折液晶素子の製造方法。
【請求項４】
前記第１の材料層上へ前記可撓性シートを貼付するステップを、前記可撓性シートと、前記第１の材料層との間のギャップに液晶を供給して前記硬化性複屈折液晶材料を塗布するステップと同時に行う、請求項３に記載の複屈折液晶素子の製造方法。
【請求項５】
等方性材料からなる前記第１の材料層上に前記可撓性シートを貼付するステップを行う前に、コーティングプロセスにより前記第１の材料層の前記外表面および前記可撓性シートの前記外表面の一方または両方に前記液晶材料を塗布する、請求項１乃至３の何れか１項に記載の複屈折液晶素子の製造方法。
【請求項６】
前記第１の材料層上に前記可撓性シートを貼付するステップは、可撓性材料の外表面上に前記液晶材料を塗布する部材を接触させながら移動させることをさらに含む、請求項１〜５の何れか１項に記載の複屈折液晶素子の製造方法。
【請求項７】
前記第１の材料層が基板上に形成され、かつ、前記硬化性複屈折液晶材料を塗布するステップと、前記第１の材料層上に前記可撓性シートを貼付するステップと、前記液晶材料を硬化させるステップと、前記液晶セルから前記可撓性シートを除去するステップと、を行う際、前記第１の材料層が前記基板上に存在する、請求項１〜６の何れか１項に記載の複屈折液晶素子の製造方法。
【請求項８】
前記可撓性シートを除去した後に、前記複屈折液晶素子から前記基板を除去することをさらに含む、請求項７に記載の複屈折液晶素子の製造方法。
【請求項９】
前記可撓性シートの材料はポリマーである、請求項１〜８の何れか１項に記載の複屈折液晶素子の製造方法。
【請求項１０】
前記可撓性シートの材料は、ポリエチレンテレフタレート、ポリビニルアルコール、ポリカーボネート、トリアセチルセルロースまたはそれらの混合物を含む、請求項１〜９の何れか１項に記載の複屈折液晶素子の製造方法。
【請求項１１】
前記可撓性シートの前記外表面は、前記可撓性シートの固有の材料特性により液晶配向性を備える、請求項１〜１０の何れか１項に記載の複屈折液晶素子の製造方法。
【請求項１２】
前記可撓性シートの前記外表面は、ラビングが施されて略均一な液晶配向性を形成する、請求項１〜１１の何れか１項に記載の複屈折液晶素子の製造方法。
【請求項１３】
前記第１の材料は等方性である、請求項１〜１２の何れか１項に記載の複屈折液晶素子の製造方法。
【請求項１４】
前記第１の材料はポリマーである、請求項１３に記載の複屈折液晶素子の製造方法。
【請求項１５】
前記第１の材料は複屈折材料であり、前記複屈折材料の複数の屈折率の少なくとも１つの屈折率と実質的に同一の少なくとも１つの屈折率を有する、請求項１〜１４の何れか１項に記載の複屈折液晶素子の製造方法。
【請求項１６】
前記第１の材料層の前記外表面は、前記液晶配向性を備えた配向層を有する、請求項１〜１５の何れか１項に記載の複屈折液晶素子の製造方法。
【請求項１７】
前記液晶材料は過冷却特性を有する、請求項１〜１６の何れか１項に記載の複屈折液晶素子の製造方法。
【請求項１８】
前記液晶材料は、電磁放射により硬化され、前記可撓性シートは、前記電磁放射を透過させ、前記液晶材料の硬化ステップは、前記可撓性シートを介して前記電磁放射を照射して行う、請求項１〜１７の何れか１項に記載の複屈折液晶素子の製造方法。
【請求項１９】
前記可撓性シートは、剥離により除去される、請求項１〜１８の何れか１項に記載の複屈折液晶素子の製造方法。
【請求項２０】
複数の前記複屈折液晶素子をマザーガラス状に一括して製造するために適用され、個々の前記複屈折液晶素子を切り出すことをさらに含む、請求項１〜１９の何れか１項に記載の複屈折液晶素子の製造方法。
【請求項２１】
請求項１〜２０の何れか１項に記載された方法により製造された前記複屈折液晶素子と、画素プレーンと、前記画素プレーンの出力側に配置された偏光子とで構成される表示部を含む非スイッチング自動立体視表示装置において、
前記複屈折液晶素子は、前記表示部からの出力偏光に平行な偏光の光に対しレンズ機能を実質上提供し、直交する偏光状態の光に対しレンズ機能を実質上提供しない非スイッチング自動立体視表示装置。
【請求項２２】
画素プレーンと、当該画素プレーンと前記画素プレーンの出力側に配置された偏光子とで構成される表示部と、複屈折液晶素子を含む非スイッチング自動立体視表示装置において、
前記複屈折液晶素子は、前記表示部の出力偏光に平行な偏光の光に対しレンズ機能を実質上提供し、直交する偏光状態の光に対しレンズ機能を実質上提供しない非スイッチング自動立体視表示装置。
【請求項２３】
前記複屈折液素子は、請求項１乃至２０の何れか１項に記載された方法を用いて形成される、請求項２２に記載の非スイッチング自動立体視表示装置。
【請求項２４】
複屈折光学素子は、表面レリーフ構造および平面基板において、液晶の配向方向間にねじれを有する、請求項２１または２２に記載の非スイッチング自動立体視表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面レリーフ複屈折液晶素子の製造に関する。かかる素子は、広範囲の用途への使用に適し、自動立体視３Ｄディスプレイに限定されず、発光型表示装置で使用される輝度向上ディスプレイ、特に、透過型および半透過型ディスプレイシステム、光学ネットワーキングで用いるスイッチ素子を含む用途への使用に適する。
【背景技術】
【０００２】
表面レリーフ複屈折光学素子は、例えば、ＷＯ−０３／０１５４２４およびＷＯ−２００５／００６０５６で説明されている。複屈折マイクロレンズアレイは、等方性材料と配列された複屈折液晶材料との間の表面レリーフ界面から形成される。第１の直線偏光状態の光は、装置を透過し、等方性材料と複屈折液晶材料との間の表面レリーフ界面で、第１の屈折率段差（ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ  ｉｎｄｅｘ  ｓｔｅｐ）に直面（ｓｅｅ）する一方、第２の直交した直線偏光状態の光は、界面で第２の異なった屈折率段差に直面する。バックライト用のこのタイプの複屈折素子は、例えば、ＵＳ５７５１３８８で説明されている。偏光光を放射するこのタイプのバックライトシステムは、ＵＳ２００３／００５８３８３において説明され、ここで構造性複屈折光学素子は、第１の偏光の光を屈折させるが、第２の偏光の光を屈折させないように構成されている。
【０００３】
複屈折液晶素子は、図１に示されるような液晶セル充填方法により形成することができる。ガラスやポリマー基板などのリジッド基板２は、ＵＶキャスティング、エンボス、熱成形またはその他既知の方法により、その表面上に形成された等方性ポリマー層４を有する。層４の外表面には表面レリーフ構造が形成され、その上にポリイミドなどの配向膜６を備える。配向膜６は、例えば、スピンコーティング、印刷またはその他既知の方法により形成されてもよい。配向膜６が硬化され、ラビングが行われると、指向性液晶配向性が生成される。第２の配向膜１０を有する第２のリジッド基板８は配向膜６，１０間でセルギャップを形成し、このセルギャップには、矢印１４で示すように、典型的には高温で複屈折液晶材料１２が毛細管充填される。液晶材料１２は、硬化性液晶材料でもよい。この場合、充填後に、光や電子ビーム照射などにより硬化を行う。そのような材料は高い耐久性を与え、装置の厚さを低減することができる。
【０００４】
かかる毛細管充填プロセスは、多数の問題を有する。細長いシリンドリカルレンズのアレイを有するレンチキュラー表面は、共通の表面レリーフ構造である。この場合、毛細管充填はレンズの長さに沿って屡々生じる。しかし、これらのレンズは、閉塞（詰まり）を起こしやすく、その結果均一に充填されず、光学的性能を低下させる気泡を発生させる虞がある。硬化性液晶材料において、気泡は、ある種の重合性液晶材料の硬化を抑制する酸素を含む可能性がある。これは、硬化材料中に、気泡付近の液晶材料の配向性を低下させる歪み領域を生じさせる虞がある。
【０００５】
さらに、この充填は、配向膜６，１０間に大きなスペーサギャップを組み入れることにより達成することができる。しかし、かかる方法は、不都合なことに、多くの材料を用いるため、コストを増加させる。さらに、付加的材料の厚さを均一に維持することは困難であるため、最終装置は平坦とならず、例えば、自動立体視表示システム中などで光出力を不均一にさせる虞がある。
【０００６】
充填を行う際は、気泡が形成されることを防ぐために、真空を利用してもよい。真空装置は、不都合なことに高価であり、真空充填に必要な高い真空レベルは、レンズポリマー材料に適合しないかもしれない。
【０００７】
かかる装置は、２つの基板２，８がさらに必要である。かかる基板は、典型的には０．４ｍｍ以上の厚さを有する。そのため、ディスプレイの全体厚さが大きい。製造後の厚さを減少させるために、本発明者は、硬化液晶材料１２から基板８を概念的に除去することを考慮したが、これには問題がある。リジッド基板８は除去が困難である。基板８がガラスからなる場合、割れ易い。液晶材料１２と配向膜６，１０との間の界面の表面エネルギは近似し、どの表面においても剥離が予測不能に発生するため、剥離リリースを不安定にさせる。また、配向膜６に対する液晶材料１２の接着力を可能なだけ高くすると、装置の耐久性を最大にすることができる。高い表面エネルギは、液晶材料１２に湿潤剤を加えることにより達成することができる。しかしその場合、配向膜１０への接着力が増大するため、この平坦な界面における剥離の信頼性を低下させる。
【０００８】
さらに、この方法では、配向膜１０を加えることにより、処理方法のコストが増加する。
【０００９】
さらに、この方法では、充填処理に長い時間がかかり、特に、大型ディスプレイまたはマザーガラス処理方法に必要な大型セルの場合、長時間がかかる。液晶材料１２がポリマー液晶である場合、紫外線照射などで硬化される前に、熱硬化しやすい。これは、かかる材料は、長時間処理において信頼性が高い状態で使用することが困難であることを意味する。早期硬化は、不均一な液晶配向領域を発生させ、充填エラーを発生させる虞がある。
【００１０】
他の問題としては、図１に示すように、複屈折素子をマザーガラス状に製造した場合、マザーガラス状に処理された後にマザーガラスをカットして個々の素子に分離することが困難になる。ポリマー材料４または硬化液晶材料１２に剥離を発生させずに、硬化ポリマー層４および液晶材料１２と共に２つの異なる基板８，２をカットすることが要求される。
【００１１】
これらの問題の少なくとも一部を軽減させることができる表面レリーフ複屈折液晶素子の製造方法を提供することが望ましい。
【発明の概要】
【００１２】
この目的を達成するため、本発明者は、液晶材料のコーティング加工による、硬化フィルムとしての液晶層の形成を概念的に考慮する。溶剤中の液晶を使用する均一な厚さの複屈折光学フィルムの製造は、例えば、米国特許第５，１３２，１４７、米国特許第６，２６２，７８８およびＭｏｃｋ−Ｋｎｏｂｌａｕｃｈによる「Ｐａｌｉｏｃｏｌｏｒ  ｐｏｌｙｍｅｒｉｓａｂｌｅ  ｌｉｑｕｉｄ  ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  ａｃｒｙｌａｔｅｓ  ｆｏｒ  ｔｈｅ  ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ  ｏｆ  ｕｌｔｒａｔｈｉｎ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｆｉｌｍｓ」、ＳＩＤダイジェスト２００６において説明されている。後者において、塗布液は、溶媒溶液中にポリマー液晶材料を含む。溶液はポリマーフィルムの表面に塗布される。塗布後、溶液を蒸発させ、材料を紫外線で露光することによりフィルムが硬化される。
【００１３】
図２は、本発明者が複屈折液晶素子を作製するために検討した、かかる塗布方法を適用する装置の概念図を示す。この装置を用い、配向膜６を有する基板２上のポリマー層４の表面レリーフ構造は、重合性液晶１２を充填したスロットコーター１９などのコーターにより上塗りされる。かかる構成により、空気または窒素などのガスと接触し、液晶材料のフィルム２１が生成される。その後、紫外線光源２３によりフィルムが硬化される。原理上、図１を参照して上述された既知の製造処理における第２の基板８の使用に関連する問題の一部を軽減させることができる。しかし、硬化性液晶を伴う表面レリーフ光学素子の塗布工程が実際に行われると、以下のような多数の問題点が発生する。
【００１４】
既知のコーティング方法を用いた場合、プレーナ装置（ｐｌａｎａｒ  ｄｅｖｉｃｅ）中の液晶材料の典型的な乾燥膜厚は１μｍ〜１０μｍであり、１０μｍ〜３０μｍの液晶材料のウェット膜厚の堆積を必要とする。対照的に、自動立体視表示装置で用いられる表面レリーフレンズの典型的なサグ（ｓａｇ）は１５μｍ〜６０μｍであり、液晶材料の典型的な硬化フィルムの厚さは、既知の塗布方法により行われるよりも実質上大きい。
【００１５】
また、素子上の乾燥材料の流動は、素子の幅にわたる異なる乾燥特性に起因して、平坦な表面をもたらさないかもしれない。
【００１６】
さらに、かかる概念的な技術により、液晶材料のフィルム２１は、配向膜６のみによって配向されるが、これには問題がある。液晶材料と単一層の配向膜６の相互作用は、フィルム２１からの距離が増大するにつれて減少する。そのため、液晶材料中に配向アーチファクト（ａｌｉｇｎｍｅｎｔ  ａｒｔｅｆａｃｔｓ）が現れ、フィルム２１の厚さに応じて配向アーチファクトが増大する。比較的厚い表面レリーフ複屈折素子は、液晶材料の両側にアライメントが提供されることが望ましい。
【００１７】
さらに、液晶材料の一方側のプレーナおよび表面レリーフ構造においても、配向方向間に制御されたねじれが存在することが望ましい。１層のアライメント層を有する構造において、配向を画定する上面が存在しないため、正確なねじれを達成することができない。
【００１８】
さらに、被覆微細構造が有する表面張力により、レンズの中心と比べ、レンズの端部において異なる配向性を有する、上面が非平面と思われる構造を発生させる。かかる構造により、光学的品質は低下する。素子は、後続の扱いの最中に清潔に維持する必要がある。そのため、付加的保護カバーを加える必要があり、素子のコストが増大した。
【００１９】
本発明が提供する複屈折液晶素子の製造方法は、（ａ）表面レリーフ構造に形成され、液晶配向性を備えた外表面を有する第１の材料層と、（ｂ）液晶配向性を備えた外表面を有する可撓性シートと、が形成されることと、
第１の材料層の外表面および可撓性シートの外表面のうちの一方または両方に硬化性複屈折液晶材料を塗布することと、
第１の材料層上に、可撓性シートと第１の材料層の外表面が対向するように、これらの間に液晶材料を挟んで可撓性シートを貼付することにより液晶セルを形成することと、
液晶材料を硬化させることと、
液晶セルから可撓性シートを除去し、複屈折液晶材料素子を形成することと、を含む。
【００２０】
この製造方法は、図１を参照しながら上述した既知の方法と、図２を参照しながら上述した概念的方法から分かるように、多数の長所を提供する。
【００２１】
図２を参照しながら説明した上述の概念的方法と比較し、本方法は、硬化前に、液晶配向性を有する可撓性シートの応用を付加的に含む。そのため、硬化処理を行う最中に、液晶材料の両側上にアライメント（配向）が提供される。これは多数の長所を提供する。最も重要なこととしては、アライメントアーチファクト（ａｌｉｇｎｍｅｎｔ  ａｒｔｅｆａｃｔ）が低減される。同様に、可撓性シートおよび第１の材料層（例えば、等方性材料からなる）の液晶配向性の配向方向間のねじれを有する、可撓性シートを貼付することにより、複屈折液晶材料中に配向方向の安定したねじれを発生させることができる。
【００２２】
第１の材料層および可撓性シートのプレチルト角度や安定性などの配向性は、素子の全寿命の全期間というよりも、重合法工程を行う最中だけ維持する必要がある。硬化後に硬化された液晶材料の上面は、装置の領域全体にわたり平坦に維持され、光学的品質を向上させることができる。
【００２３】
液晶材料の塗布は直接的に行う。これは、可撓性シートおよび等方性材料層の一方または両方に塗布してもよい。上述の既知のコーティング技術を使用することは可能であるが、必ずしも絶対的に必要なわけではなく、液晶材料の上方境界を形成する可撓性シートを使用することにより、既知のコーティング技術よりも速いが精度が低い方法で塗布する場合、特に好ましい。例えば、液晶材料は、限定された領域に堆積され、可撓性シートにより素子にわたって力が施されてもよい。
【００２４】
さらに、硬化後に可撓性シートを除去した結果、これらの長所は、表面レリーフ構造を備える第１の材料層と反対側の液晶材料上の基板を有さない得られた複屈折液晶素子で達成することができる。そのため、得られた素子は、素子が非常に厚い図１に示すような上述した既知の方法の欠点を被ることがない。
【００２５】
さらに、２つのリジッド基板の使用と比較した場合、例えば剥離など、可撓性シートの除去が行い易い。それが有する柔軟性から、可撓性シートの表面エネルギは、液晶材料を硬化させた後に、液晶セルからの剥離を便利に行うことができる。
【００２６】
図１に示すような既知の上述の方法に対する他の長所を以下に記す。
【００２７】
液晶材料は、毛細管充填を行う必要がない上、毛細管または真空充填と比較し、大きい領域にわたって非常に短いタイムスケールで塗布することができる。そのため、素子は、早期硬化しにくくなる。さらに、硬化を行う最中に液晶材料を可撓性シートで覆うと、素子は真空充填を行ったり、窒素雰囲気中で硬化させる必要がないため、装置のコストおよび複雑度を低減させることができる。
【００２８】
可撓性シートは、厚さが薄いため、材料コストを最小にすることができる。
【００２９】
電磁放射により硬化される液晶材料を使用することが理想的である場合、可撓性シートは電磁放射を透過させることができ、液晶材料を硬化させるステップは、可撓性シートを介して電磁放射を照射させて行う。
【００３０】
この方法は、便利なことにマザーガラス状に形成された素子に適用してもよい。この場合、複数の複屈折液晶素子は、マザーガラス状に一括して形成され、この方法は、液晶材料を硬化させた後、レーザ切断などによる個々の複屈折液晶素子を切断することをさらに含む。代替としては、標準的なガラス切断技術を用いて硬化された構造のスクライブ・ブレイクを行ってもよい。
【００３１】
可撓性シートの材料は、材料本来の特性により液晶配向性が提供されるように選択されてもよい。貼付する前にラビングなどの処理を行い、配向性を強化させてもよい。この場合、可撓性シートは、個々にコーティングされて処理された配向層を形成する必要はなく、被覆ガラス基板よりも製造コストが安価である。
【００３２】
空間光変調器の表面にレンズアレイが装着されたレンチキュラーディスプレイがよく知られている。典型的に、空気中（ｉｎ  ａｉｒ）のレンズはディスプレイと揃えて装着される。しかし、標準的な材料を使用した場合、空気中のレンズ表面の反射率は４〜５％である。高レベルの正面反射を生成するかかるレンズは、曲線表面を有し、ライトアップされた環境において、正面における画面コントラストを低下させる。スクリーン表面の視認性が高い場合、立体視深度キューを有するビジュアルコンフリクトが生じるため、画像深度を大量に提供する能力が低下する。かかるレンズには、高価であるか、或いは標準的な反射防止層の塗布では困難な材料および表面を用いる。また、かかるレンズは、空気中において全内反射のアーチファクトを示す。安価な反射防止膜に適した表面を提供しながら、かかるレンズからのフレネル反射および全内反射のアーチファクトを低減させることが望まれる。
【００３３】
空間光変調器の出力側にレンチキュラースクリーンが装着された従来技術のレンチキュラー表示システムには、平坦表面および表面レリーフ構造を含むレンチキュラースクリーンの２つの配置が概念的に存在する。第１の配置では、空間光変調器からの光が平坦表面およびレンチキュラースクリーン材料を透過し、表面レリーフ構造を介して出力される。かかるレンズは、環境光源を拡散させ、レンズ表面の視認性を提供するレンズ表面における反射の影響をうけ、３Ｄの画質を低下させた。第２の配置では、光が空間光変調器から空気ギャップ中に出力され、表面レリーフ構造上に入射され、レンチキュラースクリーン材料を透過し、平坦表面から出力される。かかる配置は、第１の配置と実質上同じように、曲線レンズ表面における反射アーチファクトの影響を受けるとともに、典型的に顕著な全内反射のアーチファクトを示し、環境光源が表面レリーフ構造の内表面により反射される。この全内反射は、高レベルの表面視認性を提供するため、装置性能が低下した。
【００３４】
レンズ表面に低屈折率材料が接触されたレンズが知られている。しかし、十分な屈折率段差を生成させるために、フッ素重合体などを材料の１つとして使用しなければならないことが報告されている。このフッ素重合体は、高価であり、パネルに接着させることは容易でなかった。代替としては、シリコーンオイルなどの低屈折率材料を使用することもできるが、リークの発生を防止するために封止しなければならなかった。表面における屈折率段差が低減されるため、かかるレンズの反射率も低減されるが、レンズ表面の反射率は、両方の偏光状態で提示される。
【００３５】
本発明の複屈折光学素子は、低減されたフレネル反射および全内反射のアーチファクトを有する非スイッチング３Ｄディスプレイに使用することができる。かかるディスプレイは、都合が良いことに表面視認性が非常に低く、フロントスクリーンのコントラストを大幅に低下させずにライトアップされた環境で使用することもできる。かかるディスプレイは、スクリーン外の奥行き範囲を増大させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
以下、さらに理解しやすいように、添付図面を参照しながら、制限的な例示により本発明の実施例を説明する。
【図１】従来技術の充填方法を行う際の表面レリーフ複屈折液晶素子を示す側面図である。
【図２】概念的なコーティング装置を示す側面図である。
【図３ａ】表面レリーフ複屈折液晶素子の製造装置を示す側面図である。
【図３ｂ】表面レリーフ複屈折液晶素子の製造方法を示す流れ図である。
【図３ｃ】表面レリーフ複屈折液晶素子の表面上の配向方向を示す概略図である。
【図３ｄ】他の製造装置を示す側面図である。
【図３ｅ】他の製造装置を示す側面図である。
【図３ｆ】コーティング工程を行う際にスペーサ層を使用してＬＣ厚みの増大を示す。
【図３ｇ】ツールの構造を示す。
【図３ｈ】マザーガラス基板の切断を示す平面図である。
【図４】複屈折拡散板を使用したバックライトおよびディスプレイを示す側面図である。
【図５】複屈折拡散板を示す側面図である。
【図６】表面レリーフ複屈折液晶素子を使用した代替的なバックライト構成を示す側面図である。
【図７】表面レリーフ複屈折液晶素子が組み込まれた投写装置を示す側面図である。
【図８】ビーム分割光学素子を示す側面図である。
【図９】２層焦点合わせ装置を示す側面図である。
【図１０ａ】本発明のレンズ中の配向方向を示す平面図である。
【図１０ｂ】本発明のレンズ中の配向方向を示す側面図である。
【図１１ａ】ダブルレンズを示す。
【図１１ｂ】ダブルレンズの配向メカニズムを示す。
【図１２】本発明のレンズを使用した３Ｄオンリーディスプレイを示す。
【図１３ａ】他の実施形態の側面図である。
【図１３ｂ】他の実施形態の側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下、図３ｂを基に、図３ａに示す装置を用いた表面レリーフ複屈折液晶素子の製造方法を説明する。図３ｂに示すステップは、如何なる順序で行ってもよく、以下で説明する順序だけに限定されるわけではない。
【００３８】
ステップ３０により、ガラスまたはポリマーからなるリジッド基板２は、表面上に形成された表面レリーフ層４を有する。表面レリーフ層４は、この例では、異方性およびポリマーである第１の材料を含む。表面レリーフ層４の外表面（図３ａの最上層）が表面レリーフ構造に形成され、この場合、シリンドリカルレンズ表面のアレイを含む。基板２は、例えば、複屈折液晶素子の平面度または寸法安定性が重要でないとき、代替として半剛性または可撓性でもよい。基板２は、例えば等方性ポリマー材料４と同じ材料からなってもよい。
【００３９】
ステップ３２において、例えば、洗浄および／またはＵＶオゾン処理により表面汚染を除去し、表面レリーフ層４の表面レリーフ構造を処理する。
【００４０】
配向膜６は、ステップ３４においてレンズ表面上にコーティングされ、従来技術と同様に曲線状に形成されてから、ラビング処理のステップ３６が行われる。配向膜６には、液晶配向性を有する表面レリーフ層４の表面レリーフ構造が提供される。代替としては、ステップ３６は、光配向ステップを含んでもよい。
【００４１】
続いて、ステップ３８において、基板が図３ａに示すような装置で加熱される。この加熱は、例えば、ヒータパッド２６を用いたり、装置の表面にわたって熱風を吹きつけたり、例えば９０℃などの所望の温度であるオーブンに装置を置いたりして行う。処理温度は、以下で述べるように、一般に複屈折液晶材料１２のネマチック相転移温度の結晶よりも高いが、材料の熱硬化を最小にすることができる。過冷却である材料を使用した場合、処理温度は、好ましくは結晶のネマチック相転移温度よりも低い。好ましい材料を用いた場合、これには室温も含まれる。
【００４２】
ステップ４０では、紫外線硬化性液晶材料１２を光重合開始剤と混合し、紫外線照射を行って硬化を向上させる。液晶材料１２は、例えば、Ｍｅｒｃｋ社のＲＭ２５７もしくはＲＭＭ３４ｃ、またはＢＡＳＦ社のＬＣ２４２、ＬＣ２７０またはＬＣ１０５７でもよい。この材料は、メソゲンおよび非メソゲンの混合物を含んでもよい。付加的なネマチック液晶材料が加えられ、屈折率および粘性パラメータを修正し、液晶ゲル材料を形成してもよい。
【００４３】
液晶材料１２は、過冷却性を有しているため、装置が延長時間で結晶のネマチック相転移温度よりも低い温度に冷却されると、配向されたネマチック状態に維持される。かかる材料は、相転移温度でネマチック相を溶かす結晶相を有する。ネマチック相材料を冷却するとき、液晶のネマチック特性を維持する過冷却状態を達成することができる。過冷却材は、好ましくは結晶のネマチック相転移温度以上で材料よりも高い粘性を有し、硬化工程を行うときにフローに対して敏感でない。かかる材料は、都合が良いことにフローにより、硬化を行う最中にストレスを最小にすることができる。
【００４４】
紫外線により重合させるときに考え得るラジカル重合の光開始剤は、例えば、ＣＩＢＡ  ＧＥＩＧＹ社のＩｒｇａｃｕｒｅ  ６５１、Ｉｒｇａｃｕｒｅ  １８４、Ｄａｒｏｃｕｒｅ  １１７３もしくはＤａｒｏｃｕｒｅ  ４２０５またはＢＡＳＦ社のＴＰＯ−Ｌである。光開始剤の濃度は、０．０１〜１０％を含むことが好ましく、０．１〜３％であればさらに好ましい。
【００４５】
さらに、表面湿潤および配向膜６への液晶材料１２の接着性を向上させるために、３Ｍ社のＦｌｕｏｒａｄ  １７１、ＤｕＰｏｎｔ社のＺｏｎｙｌ  ＦＳＮまたはＢＡＳＦ社のＢＹＫ３６１などの界面活性剤材料を液晶材料１２中に組み込んでもよい。界面活性剤の濃度は、０．０１〜１％であることが好ましい。更なる成分として、例えば、触媒、安定材、連鎖移動剤、共反応モノマーを含んでもよい。
【００４６】
代替として、層４は、液晶配向性を有する物質から形成され、層６が省略されてもよい。層４の表面には、ＬＣＤ産業において既知のラビングを行ってもよい。
【００４７】
材料は、ステップ４０において、ジクロロメタン、メチルエチルケトンまたはその他既知の低沸点溶剤などの溶剤中に混合される。混合後、ステップ４２において、ヒュームフード中で溶剤を約１２時間室温でボイルオフし、混合された液晶材料１２の乾燥残渣が残る。ステップ４４では、材料をネマチック相まで加熱して真空にし、混合物から残留気泡を除去する。
【００４８】
液晶配向性を備える外表面（図３ｄの最下位）を有する可撓性シート１６の準備は以下の通りである。可撓性シート１６は、剥離により液晶セルから除去することができる程度に可撓性を有する。そのため、リジッド基板２よりも可撓性を有する。代替としては、可撓性シート１６は、リジッド基板２と類似の可撓性を有してもよい。剥離性能を最適化させるため、シート１６に対する材料１２の接着力は、材料１２と膜６との界面、膜６と材料４との界面、材料４と基板２との界面における接着力よりも小さくなければならない。
【００４９】
可撓性シート１６は、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、トリアセチルセルロース（ＴＡＣ）またはそれらの混合物からなるポリマーからなるフィルムであることが好ましい。等方性または複屈折基板を使用する。基板が被覆可撓性シート１６から除去されない場合、等方性基板を使用することが好ましい。可撓性シート１６の厚さは５０μｍ〜３００μｍの範囲内であるが、必ずしもこの範囲内だけに限定されるわけではない。
【００５０】
代替として、可撓性シート１６は、良好な複屈折特性を有し、光学構造中の付加的な波長板として用い、例えば、分離偏光スイッチング素子（図示せず）の視野角を増大させることができる。
【００５１】
ステップ４６において、伸縮方向は、交差した偏光子と、伸縮方向に対応して配向された可撓性シート１６との間の最大消光の可撓性シート１６の角度を検知することにより決定される。
【００５２】
可撓性シート１６の材料が選択され、液晶配向性を本質的に提供する。セルへ貼付する前に、ステップ４８において、ＬＣＤ産業で既知のラビングを可撓性シート１６に行ってもよい。複屈折フィルムを使用した場合、ラビング工程により、可撓性シート１６の伸縮方向に対し平行に配向させることができる。可撓性シート１６は、伸縮方向以外でラビングされてもよい。
【００５３】
図３ａに示すように、ステップ５０において、ディスペンサ１１を用い、層４の表面レリーフ構造に、加熱された液晶材料１２を塗布する。ディスペンサ１１には、例えば、加熱された漏斗が含まれ、液晶材料１２が液状で塗布されてもよい。代替としては、ディスペンサ１１は、装置中で液晶のネマチック相転移温度よりも高く加熱された液晶材料１２を塗布してもよい。好ましくは、液晶材料１２の単一のコーティングが必要となる。図３ａに示すように、本実施形態において、液晶材料１２の厚さは制約を受けないため、液晶材料１２は、最終素子の許容レベル以上に膨出される。
【００５４】
ステップ５２において、可撓性シート１６上で、可撓性シート１６の外表面と接触しながら移動する塗布バー１８により、層４上に可撓性シート１６を覆い掛ける（垂れ下げる）ことにより、複屈折液晶材料１２の表面に可撓性シート１６が貼付される。実際、図３ａから分かるように、液晶材料１２を塗布するステップ５０と、可撓性シート１６を貼付するステップ５２とを同時に行い、可撓性シート１６が覆い掛けられた（垂れ下げられた）際に、層４と、塗布バー１８の前にある可撓性シート１６との間のギャップに液晶材料１２を塗布する。つまり、塗布バー１８により液晶材料１２を絞り、塗布バー１８の高さにより厚さを制御する。これにより、表面レリーフ構造に対向する液晶材料１２の表面を平坦にすることができる。
【００５５】
塗布バー１８は、様々な形状の部材にすることができる。この塗布バー１８は、断面円形状を有してもよく、ゴム材料などの外被２０を任意に有してもよい。代替として、この塗布バー１８は、ゴムワイパーなど、非円形状断面を有してもよい。塗布バー１８は、矢印２２，２４に示すように、可撓性シート１６の表面にわたるようにそれぞれ回転または摺動され、可撓性シート１６と配向膜６との間で１層の材料１２を捕捉する。図３ａに示すように、塗布方向は、レンチキュラーアレイ微細構造のレンズの幾何学的軸線に対して直交している。しかし、かかる細長い構造の場合、材料が気泡を補足せずにチャネルを均等に流れることができるように、レンズの幾何学的軸線に対する塗布方向を平行にすることが好ましい。
【００５６】
可撓性シート１６の配向は、層４に対応して選択され、可撓性シート１６と層４との配向間の所望のねじれ角度を提供することができる。これは、以下で述べる硬化を行った後に、液晶材料１２内の液晶ダイレクタのツイスト角を調整する。この配向は、例えば、図３ｃに示すようなものである。層４の表面レリーフ構造の配向は、レンチキュラーアレイ中のシリンドリカルレンズの幾何学的軸線に対して平行であり、可撓性シート１６上の配向に対する角度は１３５度である。光学アーキテクチャの必要に応じ、代替の配向方向を用いてもよい。
【００５７】
ステップ５０において、液晶材料１２を塗布する技術は上述したことと異なってもよく、一般に、可撓性シート１６および層４の一方または両方に液晶材料が塗布される。
【００５８】
一例として、図３ｄに示すように、ステップ５０の変形例において、可撓性シート１６上に液晶材料１２が塗布される。液晶材料１２は、既知のコーティング技術により、ネマチック、過冷却ネマチックまたは結晶状態で、可撓性シート１６に塗布されてもよい。表面６に近い箇所に可撓性シート１６を貼付すると、材料１２を加熱してネマチック相にするかもしれない。好ましくは、ステップ５０において、可撓性シート１６を貼付する前に液晶材料１２を塗布すると、コーティング方法の複雑度を低減させることができる。好ましくは、ネマチック液体材料の所望の厚さは、層４に貼付する前に、可撓性シート１６上の層の厚さを決めて設定することができる。
【００５９】
他の例として、図３ｅは、可撓性シート１６を貼付するステップ５２の前に、層４上に液晶材料１２をコーティングさせるステップ５０の変形例を示す。液晶材料１２は、例えば、バーコータにより、既知のコーティング技術によりコーティングを行い、加熱されたコーティング装置中に導入する前に過冷却または結晶状態にしてもよい。好ましくは、コーティング方法の複雑性を低減させるために、ステップ５２において可撓性シート１６を貼付する前に、層４上に液晶材料１２を供給してもよい。コーティングを行った後、可撓性シート１６は均等な厚さを提供することができるため、図３ｅの材料１２を均一に供給する必要はない。
【００６０】
図３ｆに示すように、本発明の他の実施形態では、等方性材料４は、表面上に形成された構造７を有してもよい。コーティング工程において、この構造７は、フィルム１６と液晶層１７との間に間隔を提供するために用いられる。フィルム１６の厚さを調整し、構造７の間の領域の厚さに好適な均一性を提供してもよい。かかる層は、好ましくは液晶層の厚さを増大させるために、導くのに十分な量がレンズ端部の領域に発生するため、レンズの全域にわたり偏光回転を生成させることができる。図３ｇは、かかる表面を形成するために用いられるツール１５０の構造を示す。表面１５２は、所望のレンズ表面に対応したレンズ構造を有する。この表面は、その中に形成された付加的なホール１５４を有してもよい。レプリカがツールから形成されると、レンズアレイの表面の上方に構造７が形成される。ホール１５４は、規則的かランダム的に分布されてもよい。この孔は、線状構造物を含んでもよい。
【００６１】
他の実施形態では、図３ｆに示すように、スペーサーボール９をＬＣ材料１２中に混合させてもよい。支柱７およびボール９は、一緒に使用してもよいし替わりに使用してもよい。また、スペーサをシート１６中に代替として形成してもよい。
【００６２】
代替としては、コーティングを行う前に、ステップ５０において、可撓性シート１６および層４に液晶材料１２を塗布してもよい。
【００６３】
好ましくは、真空状態の下で液晶材料１２を使用する必要がないため、表面レリーフ層４から材料を抽出するために、設備投資費用を減らし、アライメントの汚染効果を減らすことができる。
【００６４】
ステップ５２を行った後、装置はステップ５４において、残留ディスクリネーションをアニールするために残してもよい。この装置は、ステップ５６において冷却されて温度が下げられ、液晶材料１２の複屈折率を増加させ、硬化の際の粘度を上昇させるか、あるいは基板の屈折率に対する通常の素子の屈折率を調整する。
【００６５】
ステップ５８において、光源２８から、電磁（例えば、紫外線）放射などの活性放射線により、液晶材料１２がソリッドフィルム１７に硬化される。紫外線ランプを濾過し、液晶材料１２により吸収されて悪影響を発生させる波長成分を除去してもよい。好ましくは、可撓性シート１６は、不活性で覆う必要がなく、酸素の存在により硬化が抑制されるタイプに液晶材料１２をすることができるため、装置のコストおよび複雑度を低減させることができる。
【００６６】
図３ｈに示すように、硬化を行った後に、線６８に沿って基板２をカットしてブレイクし、個々の複屈折液晶素子に切り出されるマザーガラス処理ステップ５９を行う。基板２がガラスである場合、カットはスクライブにより行われてもよい。ステップ５９は、代替としてステップ６０およびステップ６２の後に行ってもよい。「マザーガラス処理」という用語は、一般に基板２のカットの意味を有する。
【００６７】
その後、剥離ステップ６０において、液晶材料１２の層１７の平坦表面から可撓性シート１６を除去する。ここで、除去を非常に容易にするために、比較的低い表面エネルギーを提供する可撓性シート１６が可撓性を有することが特に好ましい。例えば、可撓性シート１６は単に剥離させることができる。
【００６８】
装置の組み立てを行う前に、保護フィルムとして用いる可撓性シート１６を使用すると、処理後のクリーニングステップを省略することができる。そのため、処理した後に、他の保護フィルムが必要なくなる。可撓性シート１６を保護フィルムとして用いるために、配送およびその後の取扱いの後に、剥離ステップ６０を行ってもよい。かかるステップにより、製作を行った後と、装置を組み立てる前とに表面を洗浄する必要がなくなり、コストを低減させ、潜在的損傷が表面に発生することを低減させることができる。
【００６９】
ステップ５８の後に（およびステップ６０および６２の前または後に）、剥離工程を行って基板２を除去してもよい。
【００７０】
他の実施形態では、塗布バー１８の圧力および速度を調整することにより、微細構造層の上部と、可撓性シート１６の底部との間にギャップを形成し、液晶の増厚層１７を増大させるようにしてもよい。
【００７１】
一般にこの材料は再処理または廃棄が行われ、可撓性シート１６は、剥離を行った後に再利用することが可能である。
【００７２】
可撓性シート１６は、液晶材料１２の配向をその表面で向上させることができるように、回折配向構造をさらに含んでもよい。任意のこととして、可撓性シート１６は、回折配向層が組み込まれた金属フィルムにより代替してもよい。この場合、レンズを介して下方から液晶材料１２を硬化してもよい。
【００７３】
配向膜６のプレチルトを低減し、傾いた微細構造表面上でレンズの中央に向かう液晶材料１２の偏向を最小にしてもよい。プレチルトを低減させると、レンズ装置のコントラストが向上する。
【００７４】
当該素子は、加熱された真空チャックまたはその他のメカニズム上に保持されるため、上面が平坦に保持され、冷却中に歪構造が発生することを防ぐことができる。
【００７５】
この方法により製造された複屈折液晶素子は、様々な目的のために使用することができる。以下、非制限的な例示を挙げる。
【００７６】
当該素子は、例えば、ＷＯ−０３／０１５４２４およびＷＯ−２００５／００６０５６で説明されているように、交換可能な自動立体視表示装置で使用される複屈折マイクロレンズアレイとして使用されてもよい。
【００７７】
当該素子は、例えば、図４に示すように、液晶バックライト装置中で使用される複屈折散乱素子として使用してもよい。かかる装置は、ディスプレイのバックライト中の偏光を再利用するために使用すると、装置の効率を向上させることができる。透過型または半透過型ディスプレイは、光源１００、導波路１０２および反射フィルム１０４を含む。典型的に、付加的フィルムが挿入され、これには、例えば、３ＭのＢＥＦなどのプリズムフィルム１０６、拡散板１０８および３ＭのＤＢＥＦなどの反射偏光フィルム１１０が含まれる。拡散板１０８は、図５に示すような複屈折拡散素子を含んでもよい。かかるフィルムには、基板２、等方性材料４および複屈折材料１２が含まれてもよい。第１の偏光子の光線１２２は、複屈折と等方性材料との間の微細構造の界面において屈折率合致に直面し、光線１２４が屈折率段差に入射する（ｓｅｅ）ため、光線１２４がバックライトにより屈折される一方、光１２２は屈折されない。好ましくは、拡散される光線が、基板１１４、画素層１１６、基板１１８および出力偏光子１２０をさらに含むディスプレイの偏光子１１０および偏光子１１２を透過する。拡散されない光線は、偏光子１１０によりバックライトへ反射される。光は、再循環されてバックライト中で無偏光化され、ディスプレイの出力側に返される。複屈折拡散板は、好ましくは、再循環される光を拡散させない。かかる配置により、偏光子１１０からの光線１２２の反射効率を増大させることができるため、偏光子１１２内の光吸収が低減し、表示効率全体を増大させることができる。
【００７８】
当該素子は、偏光されたバックライト中で使用される複屈折プリズムフィルムとして用いてもよい。
【００７９】
当該素子は、図６に示すように、バックライトの偏光感応コリメータ素子として用いてもよい。光源２４０は、例えばＬＥＤが、フレネルレンズ開口２４２の開口の後に位置する。レンズは、基板２、等方性層４および複屈折層１２を含む。第１の偏光子の光は、レンズ４，２４２，１２により実際に平行光化されるが、直交する偏光は非平行である。平行光は、光線２４６に沿って偏光感応リフレクタ１１０を透過する。この光は、ＬＣＤパネルの入力偏光子を透過する。非平行光は、バックライトに返されて再循環される。かかる配置により再循環光の拡散を向上させることができ、バックライトからの平行光がパネルを透過し、好ましくは、表示輝度性を向上させることができる。かかる配置により、ＬＥＤ光源の視認性をさらに低減させることができる。代替としては、拡散点において、平行光が偏光子１１０により反射され、非平行光が透過されてもよい。入射光が軸上にある場合、かかる構成により、偏光子１１０により光の反射効率を増大させることができる。
【００８０】
図７に示すように、当該素子は、偏光感応投影スクリーンとして用いてもよい。照明表示装置２００は、投写レンズ２０２により結像される。偏光スイッチ２０４は、投射レンズからの出力偏光を制御する。第１の偏光光は、本発明の複屈折性光学素子を含む投写スクリーン２０６上に照射される。スクリーン２０６は、例えば、フレネルレンズでもよい。スクリーンは、投写レンズの瞳近くの物体２１０からディスプレイ前の領域２１４へ光線２１２を導く。スクリーン２０８は、光線２１２上に効果を及ぼさない複屈折拡散微細構造を含んでもよい。直交する偏光状態において、スクリーン２０８に当たって光束２１８中に拡散される光線２１６上に光学効果は発生しない。そのため、偏光スイッチ２０４は、投影ディスプレイの方向性を制御するために用いてもよい。拡散モードを使用すると広視野角を提供することができ、指向性モードを使用すると角度範囲が限定された高輝度の高ゲインスクリーンを提供することができる。かかるスクリーンは、例えば、レーザ投光器として用いるのに適当である。画像２１４は、観察者の動きに対応して追跡を行う。複数の画像２１４は、複数の投影用開口部２１０から生成されることが可能であるため、例えば、自動立体視ビュー機能を有効にすることができる。この場合、レンズ２０６の機能が有効にされ、拡散板２０８の機能が無効にされる。
【００８１】
図８に示すように、当該素子は偏光ビーム分割器として用いてもよい。プリズム微細構造表面２２３は、第１の等方性屈折率を有する第１のポリマー材料２２２中の基板２２０上に形成される。複屈折材料２２４は、微細構造上に形成される。偏光状態２２８の入射光線２２６は、界面表面２２３において第１の屈折率段差に直面し、光線２３０に沿って屈折する。直交する偏光状態２２９の光は、表面２２３で異なる屈折率段差に直面し、光線２３２に沿って異なる屈折が発生する。かかる要素は、製造コストが安価で、キューブ型の偏光ビーム分割器と比べて構造が平坦である。かかる素子は、エンコーダ、投光器、光ファイバー通信、バックライト装置、またはその他偏光依存スイッチング装置中で用いられてもよい。
【００８２】
当該素子は、図９に示すように偏光依存回折素子として用いてもよい。双機能装置は、基板２４４、等方性ポリマー２３４、表面レリーフ回折界面２３８を有する液晶ポリマー２３６により形成された第１の表面レリーフ回折構造から形成される。第２の回折素子は、第２の基板２４５、等方性ポリマー２３７、表面レリーフ回折界面２３９を有する液晶ポリマー２３５により形成される。１／４波長板２４８は、装置の出力に適合する。この装置は、２層光媒体層など、２つの分離表面上に光点を結像させるために用いることができる。第１の偏光状態２４０の光は装置上に照射される。この第１の要素は、この偏光状態の光の界面２３８において屈折率段差を有するが、第２の偏光状態２４２の光の屈折率段差は有さない。回折界面２３８は、基板２５０の第１の表面上の第１のスポット２５２上へ光を導くように配置されている。波長板２４８は、偏光状態を円偏光へ変換させる。第２の回折要素は、基板２５０の異なる表面で第２のスポット２５４へ偏光子２４２を結像させる。回折界面２３８，２３９は、同じ効果を有するフレネルレンズなどのレンズ構造により代替してもよい。本発明は、好ましくは異なる偏光状態により分離された焦点を生成させることができる。かかる実施形態は、ビーム分割素子の必要性を克服し、２つの焦点システムの出力を結合させることができるため、製造が安価かつ簡便となる。かかる要素は、例えば、ＤＶＤリード／ライトメカニズムおよび光学位置エンコーダ中で用いられる。
【００８３】
上述の全ての実施形態において、複屈折層を製作した後に、感圧性接着剤やハードコートなどの層が素子の外層に塗布されてもよい。かかる層は、コーティング工程を介して塗布される。
【００８４】
他の実施形態において、層４は、液晶配向機能を提供するために配向が可能なダイポールを含む材料からなってもよい。図１０ａに示すように、層４の材料は上面に表面レリーフ構造を形成してもよく、その表面をラビングして配列方向を形成し、レンチキュラー軸に配向してもよい。好ましくは、層４上に付加的配向膜６を形成する必要が無い場合、コストおよび配向層の焼成に必要な工程温度を低減させることができる。層４の材料は、非晶質または部分的に整列されたダイポール構造と複屈折されてもよい。代替としては、層４の材料は、均一に整列されたダイポールを有してもよく、層４の材料の屈折率の一つが、進相軸アライメントを有する複屈折材料１２の少なくとも１つの屈折率に整合し、一の偏光状態に対して２つの材料は略同じ屈折率を有する。直交する偏光状態にとって、各材料の複屈折により決定される異なる屈折率を有する。
【００８５】
一つの説明実施例において、層４の材料は、伸縮工程を用いて形成される熱可塑性材料であるため、伸縮方向５に対して平行な偏光は高屈折率を有する。代替としては、高屈折率は、伸縮方向５に対して直交している。表面レリーフ構造は、例えば、エンボスによりその表面のうちの一面上に形成される。これは、フィルムの伸縮方向５に対して直交された幾何学的軸方向３を有するレンチキュラー構造を有する。材料は、レンチキュラー軸方向３に対して平行にラビングされ、層表面でダイポールを再整列させる。本発明の方法を使用することにより、層４の材料の表面に液晶層を塗布すると、他の配向膜を必要とせずに、図１０ｂに示すような構造を形成することができる。層４の材料屈折率は、フィルムの伸縮方向５に対して平行な方向で（レンズ軸方向３に直交する）、液晶１２と屈折率が合致するが、伸縮方向５に直角な屈折率（レンズ軸方向３に対して平行）は、液晶１２と屈折率段差を形成する。伸縮方向に対して平行な偏光は、略光学機能と直面せずに、直交された偏光は、屈折率段差に直面する。このように、好ましくはレンズの光学的パワーを増大させることができる。
【００８６】
層４の材料は、ＰＥＴ、ポリカーボネート、液晶またはその他複屈折材料などの複屈折熱可塑性でもよい。典型的に、層４の材料の複屈折率は、液晶材料１２の複屈折率よりも大幅に小さい。方向３，５は、代替として平行にしてもよい。
【００８７】
かかるレンズは、ウェブ工程で形成することが好ましい。本発明の全ての実施形態において、基板２は複屈折でもよい。基板が偏光子とレンズ構造４，１２との間にある場合、基板２の複数の屈折率のうちの少なくとも１つが、材料４の表面で液晶１２の配向に対して平行または直交に配向されてもよい。基板２がレンズ４，１２とディスプレイの出力側との間にある場合、出力偏光子が存在せず、基板が任意の配向を有してもよい。本発明の構造は、ウェブまたはロールツーロール工程を用いて形成してもよい。これは装置のコストを低減させ、製造装置のサイズを増大させることがあった。
【００８８】
本発明の素子の他の応用では、利用可能な材料からなる素子の光学的パワーを増大させることが望ましい。例えば、本発明のレンズの焦点距離を低減させることが望ましい。利用可能な等方性材料は、典型的に１．４５〜１．６の範囲の屈折率を有する。利用可能な液晶材は、典型的に０．０６〜０．３の範囲の複屈折率を有する。硬化性液晶材は、典型的に０．１２〜０．２の範囲の複屈折率を有する。表面曲率の半径が低減されるため、表面の光学的パワーを増大させることができる。しかし、曲率半径が小さすぎる場合、表面のチルトが高く、サグが高いため、液晶層の厚さが大きくなり、収差効果が増大し、全内反射効果が顕著となる。さらに、低い屈折率段差を有する２つの曲面からなる光学的パワーが等しいレンズは、高複屈折率を有する一表面よりもフレネル反射が小さい。
【００８９】
レンズの光学的性能は、図１１ａに示すように、２つの屈折表面の結合により強化されることが望ましい。本発明の方法により製作される第１および第２のレンズアレイは、基板３００，３０２、等方性材料３０４，３０６、複屈折材料３０８，３１０および接着剤または光結合材料３１２を含む。２つの表面の位置合わせは、例えば、接合を行う前に、顕微鏡および並進ステージを使用して光学的配向をアクティブにすることにより、２つの表面間の整合を行ってもよい。図１１ｂは、さらに受動配向メカニズムを示す。コーティングを行う際、等方性表面領域は、コーティングされずに位置合わせ面３１６，３１８が露出される。位置合わせ装置３１４が挿入されると、２つの表面間に横方向の整合が提供される。かかる整合装置は、例えば、ボールまたは繊維でもよい。
【００９０】
本発明の素子の他の応用において、指向性ディスプレイは、図１２に示すように画素プレーン３１９を有する液晶ディスプレイなどのように、偏光出力ディスプレイの前に本発明の複屈折レンズアレイを接合することにより構成されてもよい。例えば、ディスプレイの出力偏光子３２０は、電気ベクトル伝達方向３２２を有してもよい。レンズアレイのプレーン表面３２４上の配向方向３２６は、方向３２２に対して平行であり、レンズアレイ表面３２８上の配向方向３３０は、レンズ光学的軸方向３３１に対して平行でもよい。
【００９１】
かかる要素は、既知の安価の固体材料を用いた表面視認性が低い高品質のレンズアレイを提供し、例えば、液晶材料を封止せずに、直接扱うことができる。好ましくは、レンズがパネルの偏光方向と整合されるため、１つの偏光状態の入射光（等方性と複屈折材料との間の屈折率が合致する）がレンズ界面で反射されないため、レンズアレイ表面の視認性が半減する。直交する偏光状態において、フレネル反射および全内反射のアーチファクトは、空気中のレンズ表面と比べて実質上低減される。光学的素子の正面表面は、さらに反射防止およびハードコート被覆を行うことができるため、空気中のディスプレイからの鏡面反射を低減させ、ディスプレイの耐久性を向上させることができる。レンズは、ディスプレイ３１８の画素コラムの方向と比べ、傾いた光学的軸方向３３１を有してもよい。
【００９２】
従来のディスプレイと比べ、かかるディスプレイは、ライトアップされた環境でレンズ視認性のレベルが低いため、高品質の３Ｄ画像を生成させることができる。ディスプレイ表面の視認性が低減されるため、ディスプレイ表面からのビジュアルコンフリクト（ｖｉｓｕａｌ  ｃｏｎｆｌｉｃｔ）が発生せずに、ディスプレイ表面（クロスされた不均等状態）から３Ｄ画像が延伸されてもよい。かかるレンズにより、有利なことに大きな画像深度を有する明るい３Ｄ画像を提供することができる。
【００９３】
図１３ａに示すように、本発明の他の実施形態において、硬化された液晶材料１２は、さらに接着層３４２によりキャリア基板３４０と接合されてから、硬化されたポリマー材料１２が層４，６から剥離されるため、空気中の表面レリーフ複屈折レンズが形成される。その後、硬化されたポリマーは、層４の材料から剥離され、空気中で表面レリーフ複屈折レンズが形成される。図１３ｂに示すように、かかるレンズは、表示装置３４６とともに使用され、複屈折材の複数の屈折率のうちの一つと合致した屈折率を有する中間材３４４をさらに用いる。コーティングを行うときに使用するキャリア基板２および材料４は、装置の動作中に使用する基板３４０および率整合材３４４と異なってもよい。例えば、屈折率を調整せずに、材料４を調整してアライメント機能およびリリース機能を提供し、材料３４４が屈折率で調整されて接着を行ってもよい。これにより、装置の性能を最適化させることができる。
【図１】
2010510552.tif 000003
【図２】
2010510552.tif 000004
【図３ａ】
2010510552.tif 000005
【図３ｂ】
2010510552.tif 000006
【図３ｃ】
2010510552.tif 000007
【図３ｄ】
2010510552.tif 000008
【図３ｅ】
2010510552.tif 000009
【図３ｆ】
2010510552.tif 000010
【図３ｇ】
2010510552.tif 000011
【図３ｈ】
2010510552.tif 000012
【図４】
2010510552.tif 000013
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０ａ】
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【図１０ｂ】
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【図１１ａ】
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【図１１ｂ】
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【図１２】
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【図１３ａ】
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【図１３ｂ】
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【国際調査報告】
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