(57)【要約】【課題】  高速応答性を有する光学素子を提供する。【解決手段】  第１の基板と、当該第１の基板に対向する第２の基板の間に液晶層が形成されてなる光学素子であって、前記第１の基板の、前記第２の基板に対向する側に形成された第１の電極と、前記第１の電極上に形成された第１の配向膜と、前記第２の基板の、前記第１の基板に対向する側に形成された第２の電極と、前記第２の電極上に形成された第２の配向膜とを備え、前記第１の基板と前記第２の基板の間に、前記第１の配向膜および前記第２の配向膜の配向方向に略直交する方向に延伸する、帯状に形成された構造体を備えたことを特徴とする光学素子を用いて、光学素子の動作速度を高速とし、さらに光学素子の駆動電力を抑制した。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の基板と、当該第１の基板に対向する第２の基板の間に液晶層が形成されてなる光学素子であって、
前記第１の基板の、前記第２の基板に対向する側に形成された第１の電極と、
前記第１の電極上に形成された第１の配向膜と、
前記第２の基板の、前記第１の基板に対向する側に形成された第２の電極と、
前記第２の電極上に形成された第２の配向膜とを備え、
前記第１の基板と前記第２の基板の間に、前記第１の配向膜および前記第２の配向膜の配向方向に略直交する方向に延伸する、帯状に形成された構造体を備えたことを特徴とする光学素子。
【請求項２】
前記第１の配向膜と前記第２の配向膜がパラレル配向されていることを特徴とする請求項１記載の光学素子。
【請求項３】
前記第１の電極が、画素ごとに電圧が印加される画素電極であり、前記構造体が、平面視状態において、隣り合う画素電極間の隙間部分に配設されてなることを特徴とする請求項１または２記載の光学素子。
【請求項４】
前記構造体は、当該構造体を介して両側に位置する液晶部分を相互に連通可能とする連通許容構造を有することを特徴とする請求項１〜３のうち、いずれか１項記載の光学素子。
【請求項５】
前記構造体は複数形成され、隣接する当該構造体の設置間隔が１ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１〜４のうち、いずれか１項記載の光学素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子に係り、特に液晶を用いた光学素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
光学素子、例えば液晶を用いた光学素子は、液晶の旋光性や複屈折現象を利用して光の透過率や反射率を電気的に制御する素子である。このような光学素子は、例えば光通信のスイッチング素子や、表示装置などに用いられている。
【０００３】
このような光学素子の従来例について、図１に基づいて説明する。
【０００４】
図１を参照するに、一般的な構造を有する光学素子１は、基板２ａと、当該基板２ａと対向するように設けられた電極３ａ、および当該基板２ａと当該基板２ｂの間に形成された液晶層５を備えた構造をしている。
【０００５】
前記基板２ａ上には、電極３ａが形成され、さらに当該電極３ａを覆うように配向膜４ａが形成されている。一方、前記基板２ｂの前記基板２ａに対向する面には電極３ｂが形成され、当該電極３ｂを覆うように配向膜４ｂが形成されている。
【０００６】
前記液晶層５は、ネマティック液晶や強誘電性液晶等の液晶材料で形成される。また、電源６は光学素子１を駆動するための電源であり、前記電源６によって前記電極３ａおよび３ｂ間に電圧が印加され、液晶光学素子１を駆動する。
【０００７】
前記液晶光学素子１は、前記電極３ａおよび３ｂ間に電圧を印加した状態で、例えば前記基板２ａの側から入力光を入射させると、印加電圧に応じて液晶の配向方向が変化するため、当該入力光が前記液晶層５内で複屈折現象を生じてその位相が変化され、当該入力光は、前記基板２ｂから出射される。なお、光の入出射方向は、図１とは逆方向であってもよい。
【０００８】
このような、液晶を用いた光学素子では、高速応答性を得るために、液晶材料として強誘電性液晶や反誘電性液晶を用いることが好ましいとされている。
【０００９】
しかしながら、強誘電性液晶や反誘電性液晶は、一般に耐衝撃性が小さく、使用温度範囲が狭く、温度依存性が大きい、また二値動作を必要とする等、実用面での問題を有しており、現実的にはこれらの問題を排したネマティック液晶がおもに用いられている。
【００１０】
通常のネマティック液晶は、応答速度が遅いため、ネマティック液晶で最速の応答性を得るために、いわゆるπセルと呼ばれる動作モードが用いられている。
【００１１】
しかしながら、πセルは、１）液晶の配向をスプレイ配向からベンド配向に転移させる必要があり、２）かつその転移速度が遅く、３）また、転移させるには高電圧を印加するための特殊な駆動回路を設ける必要がある等の問題があった。
【００１２】
πセルのこれらの欠点を解消することを目的として、わずかな捩れを持つ形状を含むベンド形状の液晶分子配向を取らせた液晶光学素子が提案されている。（例えば特許文献１参照。）
【特許文献１】特開平８−８７０１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、上記したベンド配向構造の液晶を用いた液晶光学素子は、特定の特性を有する液晶材料を選択して用いることで転移の高速化を図るものであり、特定の材料に限定されることなく、簡易な方法で上記のπセルの本質的な欠点を改善するには至っていない。
【００１４】
本発明は、上記の問題を解決することを目的としている。本発明の具体的な課題は、高速応答性を有する光学素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は上記の課題を、第１の基板と、当該第１の基板に対向する第２の基板の間に液晶層が形成されてなる光学素子であって、前記第１の基板の、前記第２の基板に対向する側に形成された第１の電極と、前記第１の電極上に形成された第１の配向膜と、前記第２の基板の、前記第１の基板に対向する側に形成された第２の電極と、前記第２の電極上に形成された第２の配向膜とを備え、前記第１の基板と前記第２の基板の間に、前記第１の配向膜および前記第２の配向膜の配向方向に略直交する方向に延伸する、帯状に形成された構造体を備えたことを特徴とする光学素子により、解決する。
【００１６】
本発明に係る光学素子によれば、液晶と構造体との接触によって液晶の配向状態をより効果的に規制することができ、高速応答性を有する光学素子を得ることができる。
【００１７】
また、前記第１の配向膜と前記第２の配向膜とがパラレル配向されているようにすると、前記光学素子の応答性が高速となり、好適である。
【００１８】
また、本発明に係る光学素子においては、前記第１の電極が、画素ごとに電圧が印加される画素電極であり、前記構造体が、平面視状態において、隣り合う画素電極間の隙間部分に配設されてなると、画素の開口率が当該構造体によって減少することがなく、また、従来のツイストネマチック液晶を用いた素子に比べて残像のない滑らかな動画を得ることができる表示装置を構成することが可能となり、好適である。
【００１９】
また、前記構造体は、当該構造体を介して両側に位置する液晶部分を相互に連通可能とする連通許容構造とすると、液晶材料を注入して液晶層を形成するときに、液晶構造や厚みの均一な液晶層を容易に得ることができる。
【００２０】
また、前記構造体は複数形成され、隣接する当該構造体の設置間隔が１ｍｍ以下であると、液晶と構造体との接触によって液晶の配向状態をより効果的に規制することができ、高速応答性を有する光学素子を得ることができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、高速応答性を有する光学素子を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
次に、本発明の実施の形態について図面に基づき、説明する。
【実施例１】
【００２３】
図２（Ａ）は、本発明の実施例１による光学素子の断面図を示した図であり、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）を基板１１ｂの側からみた場合の平面図を模式的に示した図である。
【００２４】
図２（Ａ），（Ｂ）を参照するに、光学素子１０は、基板１１ａと、当該基板１１ａと対向するように設けられた電極基板１１ｂ、および当該基板１１ａと当該基板１１ｂの間に形成された液晶層１５を備えた構造をしている。
【００２５】
前記基板１１ａの、前記基板１１ｂに対向する面上には、電極１２ａが形成され、さらに当該電極１２ａを覆うように配向膜１３ａが形成されている。一方、前記基板１１ｂの前記基板１１ａに対向する面には電極１２ｂが形成され、当該電極１２ｂを覆うように配向膜１３ｂが形成されている。また、電源１６は光学素子１０を駆動するための電源であり、前記電源１６によって前記電極１２ａおよび１２ｂ間に電圧が印加され、光学素子１０を駆動する。
【００２６】
基板１１ａ、１１ｂは、少なくとも一方が、好ましくは、ポリカーボネイト樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアクリレート樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリエーテルスルフォン樹脂、エポキシ樹脂、アモルファスポリオレフィン樹脂、アクリル系紫外線硬化型樹脂、ガラスまたはシリコンのいずれかの材料で形成される。特に、基板１１ａ、１１ｂの双方を薄膜のプラスチック材料で形成すると、光学素子１０にフレキシブルな特性を持たせることができて、好適である。
【００２７】
電極１２ａ、１２ｂは、ＩＴＯ等の適宜の透明材料を用いて形成される。
【００２８】
配向膜１３ａ、１３ｂは、好ましくは、材料として、例えばポリイミド樹脂、酸化シリコン、ポリビニルアルコール樹脂等を用い、ラビング処理、光配向処理、斜方蒸着等の配向処理法を用いて配向処理される。
【００２９】
本実施例における光学素子１０においては、従来の光学素子とは異なり、前記基板１１ａと前記基板１１ｂの間の、前記液晶層１５中に、その断面形状が前記基板１１ａの側から前記基板１１ｂに向かうように形成された、構造体１４が設置されている。前記構造体１４は、前記液晶層１５の厚さＴ１と同一の長さ（高さ）Ｌ１を有し、前記配向膜１３ａおよび１３ｂに両端が固着される。
【００３０】
また、図２（Ｂ）には説明の便宜上、ｘ軸、ｙ軸を示すが、図中、前記配向膜１３ａおよび１３ｂの配向方向はｘ軸と略平行であり、ｙ軸は、帯状に形成された前記構造体１４が延伸する方向と略平行な関係を有している。すなわち、前記構造体１４の延伸方向と、前記配向膜１３ａおよび１３ｂの配向方向が、略直交するよう前記構造体１４が形成されている。また、この場合、略直交とは、前記配向膜１３ａおよび１３ｂの配向方向と、前記構造体１４が延伸する方向が形成する角度θが、８０°≦θ≦１００°の関係を満たすことを示す。
【００３１】
本実施例では前記液晶層には、例えばネマティック液晶、コレステリック液晶またはスメクティック液晶のいずれか、あるいはこれらの液晶の混合物を用いることができる。
【００３２】
本実施例では、前記構造体１４を設けたことにより、衝撃に弱い液晶材料の破損を抑制する効果を奏する。例えば、スメクティック液晶である強誘電性液晶、または反強誘電性液晶は、従来衝撃性に弱い、温度特性が不安定であるなどの問題があったが、液晶層中に構造体を設けたことにより、衝撃による液晶の破損を抑制し、また液晶の温度変化を緩和して液晶分子の配向を安定させることを可能としている。
【００３３】
また、液晶層１５は、印加する電圧（電界）に対してその配向状態を変化させる屈折率異方性を有する液晶材料で形成されているが、当該液晶層１５の液晶分子は、前記構造体１４の側面との濡れ性によって、ベンド配向をとりやすくなるという効果を奏する。
【００３４】
また、本発明の発明者は、このような液晶がベンド配向をとりやすくなるという効果は、前記配向膜１３ａおよび１３ｂの配向方向と、帯状に形成された前記構造体１４が延伸する方向とが略直交する構造とすることで得られることを見出した。
【００３５】
このように、ベンド配向を容易に形成することが可能となった場合、光学素子の動作速度が高速となり、すなわち光学素子が高速応答性を有し、また光学素子の駆動電力が抑制される効果を奏する。
【００３６】
例えば、前記配向膜１３ａおよび１３ｂの配向方向と、帯状に形成された前記構造体１４が延伸する方向とが略直交する構造の例である、ネマティック液晶のπセルに本実施例を適用した場合には、従来のπセルに比べてさらに光学素子の動作速度を向上させ、また光学素子の駆動電力を低減する効果を奏する。
【００３７】
従来はπセルを用いた場合には液晶の駆動初期において液晶をスプレイ配向緒からベンド配向に転移させる、いわゆる初期転移のための高い電圧を電極１２ａ、１２ｂ間に印加する必要があった。しかし、本実施例による構造体を設けたことにより、初期転移の動作が不用となり、電極１２ａ、１２ｂ間に電圧を印加する事無く、液晶層内に設けられた構造体によってスプレイ配向の無い安定したベンド配向状態を実現することが可能となり、光学素子の駆動電力を抑制し、さらに光学素子の動作速度を向上させることが可能となる。
【００３８】
また、このように液晶の配向状態をベンド配向とする効果を得るためには、以下に示すように、構造体１４を設置する設置間隔が重要である。図２（Ｂ）において、構造体１４の前記ｘ軸方向の幅Ｗ１を１μｍとした場合であって、構造体１４のｘ軸方向の設置間隔、すなわち構造体１４の、ｘ軸方向の中心位置から、隣接する構造体１４のｘ軸方向の中心位置の距離を、設置間隔Ｐ１とした場合、当該設置間隔Ｐ１を１ｍｍ以下とした場合に上記したような液晶をベンド配向させる効果を得ることが可能となることが実験により見出された。このことについては後述する。
【００３９】
またこの場合、液晶材料として、広がり弾性係数Ｋ１１と曲げ弾性係数Ｋ３３の比Ｋ３３／Ｋ１１が１．７以下の値を持つ液晶材料または広がり弾性係数Ｋ１１が２０（単位：ｐＮ）以下の値を持つ液晶材料を選択して用いると、低電圧での液晶配向制御が可能であり、高速動作のベンド配向セルを容易に実現できることから好適である。
【００４０】
以上説明した、基板１１ａ、１１ｂ等の液晶光学素子１０の各部材は、上記の各材料を用いて、定法（通常用いられる方法）により作製することができる。なお、構造体１４に用いる材料および構造体１４の製作方法については、後述する。
【００４１】
本実施例に係る液晶光学素子１０は、図２に示すように、基板１１ａの側から入射した光が基板１１ｂの側から出射する透過型素子である。液晶光学素子１０は、交流または直流の、電源１６によって電極１２ａ、１２ｂ間に電圧を印加することにより、液晶層１５の液晶（液晶分子）を駆動制御する。このとき、上記のように、液晶層１５の液晶は、液晶層１５中の構造体１４により容易にベンド配向をとるため、低い電圧で駆動し、さらに高速応答性を得ることができる。
【００４２】
また、液晶光学素子１０の両側に偏光子および検光子を設けることにより、光強度変調動作を得ることが可能となり、後述するように前記光学素子１０の構造を用いて表示用の画素を構成し、液晶表示素子（装置）を形成することも可能である。
【００４３】
また、液晶光学素子１０にさらに光学的な補償手段である位相補償板を設けることにより、高いコントラストおよび広い視野角を有する素子を得ることができる。
【００４４】
また、液晶光学素子１０では、構造体１４が形成された、前記基板１１ａおよび１１ｂ間に液晶材料を注入して液晶層を形成する場合、例えば図４、図７（Ａ）〜（Ｃ）で後述するように、前記構造体が、当該構造体を介して両側に位置する液晶部分を相互に連通可能とする連通許容構造を有するため、液晶材料の均一な注入操作を容易に行うことができると供に、液晶の状態が安定でかつ確実な高速応答動作を得ることができる。
【実施例２】
【００４５】
次に、前記光学素子１０の変形例である光学素子１０Ａの例を、図３（Ａ），（Ｂ）に基づき、説明する。
【００４６】
図３（Ａ）は、本発明の実施例２による光学素子１０Ａの断面図を示した図であり、図３（Ｂ）は、図３（Ａ）を基板１１ｂの側からみた場合の平面図を模式的に示した図である。ただし図中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する
第２実施例による液晶光学素子１０Ａは、基板１１ａと配向膜１３ａとの間に設けられる電極１２ｃが、例えばアルミニウム等の反射性を有する金属材料で形成されている点が、光学素子１０と相違する。
【００４７】
液晶光学素子１０ａは、反射型の素子であり、基板１２ｂの側から入射した光は、電極１４ｃで反射して再び基板１２ｂの側から出射される。このような反射型の素子の場合にもおいても、実施例１に記載した場合と同様の効果を奏する。
【実施例３】
【００４８】
また、前記光学素子１０の別の変形例である光学素子１０Ｂの断面図を図４に示す。ただし図中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００４９】
図４を参照するに、光学素子１０Ｂでは、構造体１４に換わって構造体１４ａ、１４ｂが形成されている。当該構造体１４ａ、１４ｂでは、当該構造体１４ａ、１４ｂを介して両側に位置する液晶部分が相互に連通可能とする連通許容構造となっているため、液晶材料の均一な注入操作を容易に行うことができると供に、液晶の状態が安定でかつ確実な高速応答動作を得ることができる。
【実施例４】
【００５０】
次に、本発明の実施例４による光学素子２０について、図５（Ａ），（Ｂ）を参照して説明する。ただし図中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００５１】
本実施例による光学素子２０は、図２（Ａ），（Ｂ）に示した透過型の光学素子１０と略同様の構造を有するが、液晶表示機能を有する素子である点で光学素子１０と相違する。
【００５２】
光学素子２０においては複数の画素Ｐｉが形成され、基板１１ａ、１１ｂ上に形成される電極は、画素Ｐｉに対応して形成された画素電極２２ａ、２２ｂである。この場合、液晶光学素子２０が単純駆動方式のときは、それぞれ相互に直交して、離間して配列される複数の電極帯の交差部分が画素電極２２ａ、２２ｂとなる。一方、液晶光学素子２０がアクティブ駆動方式のときは、トランジスタに接続される画素電極２２ａが画素単位に複数個設けられるとともに、画素電極２２ｂが１個の共通電極として設けられる。
【００５３】
上記のように構成される光学素子２０は、画素ごとに液晶を駆動することにより、画像を表示することができる。このとき、本実施例による光学素子は動作速度が高速であるため、従来のツイストネマティック液晶を用いた素子に比べて残像のない滑らかな動画を得ることができる。
【００５４】
また、光学素子２０では、図５（Ｂ）に示すように、複数の画素Ｐｉの間の、ｙ軸方向に延伸する直線状の隙間（以後ラインと呼ぶ）に構造体を形成したため、画素の開口部分が構造体２４で覆われていないために開口率が低下することなく、すなわち出力光が構造体で遮られることがないため、高輝度の画像表示を得る表示装置とすることができる。
【００５５】
また、本実施例の場合、構造体２４は、前記構造体１４と略同一の構造を有しているが、当該構造体２４は、画前記基板１１ａの側では、前記基板１１ａに固着（固定）され、前記基板１１ｂの側では前記電極２２ｂに固着された構造となっている。このように、構造体は、基板、当該基板上に形成された電極、または当該基板上に形成された配向膜のいずれに固着させた場合でも、構造体が安定し、好適である。
【実施例５】
【００５６】
また、前記光学素子２０の変形例である光学素子２０Ａを、図６（Ａ），（Ｂ）を参照して説明する。ただし図中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。本実施例による光学素子２０は、図５（Ａ），（Ｂ）に示した、表示機能を有する光学素子２０と略同様の構造を有するが、構造体の設置方法を変更している。
【００５７】
前記光学素子２０の場合は、複数の画素Ｐｉの間のラインに全て構造体を形成したが、本実施例では、当該ラインに、構造体２４ａを形成する部分と形成しない部分とを設けている。
【００５８】
本実施例の場合、例えば、複数の当該ラインについて、１ライン置きに構造体２４ａを形成している。このように、画素の隙間のラインに全て構造体を形成する必要はなく、本実施例の場合も実施例４の場合と同様の効果が得られる。
【００５９】
また、図７（Ａ）〜（Ｃ）には、さらに前記光学素子２０の別の変形例を示すが、断面図は省略している。また、図中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００６０】
図７（Ａ）〜（Ｃ）においては、いずれも前記構造体が、当該構造体を介して両側に位置する液晶部分を相互に連通可能とする連通許容構造を有するため、液晶材料の均一な注入操作を容易に行うことができると供に、液晶の状態が安定でかつ確実な高速応答動作を得ることができる。
【００６１】
また、図７（Ａ）〜（Ｃ）に示したいずれの場合においても、液晶層内に設けられた構造体によってスプレイ配向の無い安定したベンド配向状態を実現することが可能となり、光学素子の駆動電力を抑制し、さらに光学素子の動作速度を向上させることが可能となる効果は、実施例１の場合と同様である。
【００６２】
例えば図７（Ａ）に示す場合においては、ｙ軸方向に延伸した、複数の構造体２４ｂに、連通許容部２５が形成され、隣接する構造体においては連通孔２５を形成する位置を変更している。
【００６３】
また、図７（Ｂ）に示す場合においては、ｙ軸方向に延伸した、複数の構造体２４ｃに連通許容部２６が形成され、複数形成された構造体２４ｃにおいて、連通孔２６が同一の位置に形成されている。
【００６４】
また、図７（Ｃ）に示す場合においては、連通許容部２７を有する構造体２４ｄを、１ライン置きに形成している。
【００６５】
また、構造体、連通孔の形成方法はこれらの方法に限定されるものではなく、様々な変形・変更が可能である。
【実施例６】
【００６６】
次に、実施例１〜実施例５に示した光学素子を製作した例について示す。ただし先に説明した参照符号を用いる場合は、先に説明した場合と同様の内容を示ために説明を省略するが、以下文中同様とする。
【００６７】
まず、図２に示す光学素子１０を以下の方法によって製作した。ガラスからなる基板１１ａ上には透明電極からなる電極１２ａが設置され、当該電極１２ａ上にはポリミィド膜を形成し、ラビンング処理して配向膜１３ａを形成した。
【００６８】
同様に、ガラスからなる基板１１ｂ上には透明電極からなる電極１２ｂが設置され、当該電極１２ｂ上にはポリミィド膜を形成し、ラビンング処理して配向膜１３ｂを形成し、さらに配向膜１３ｂ上には、前記長さＬ１を６μｍとした構造体１４を形成した。
【００６９】
構造体１４の材質は特に限定されるものではなく、有機材料、無機材料など様々な材料を用いることが可能である。構造体１４を形成する方法としては、例えば、有機材料、無機材料からなる膜を塗布し、フォトリソグラフィ法によってパターニングする方法がある。この場合、フォトリソグラフィ法によってパターニングされたレジストをマスクにして、塗布された膜を例えばＲＩＥ（反応性イオンエッチング）などのドライエッチング法によりエッチングを行い、構造体１４を形成することが可能である。
【００７０】
また、反応性硬化高分子材料や、反応性硬化高分子材料と液晶材料の混合物を塗布して、反応硬化性高分子材料を重合、硬化させる光または電子線を局所的に照射することで、構造体１４を形成することも可能である。また、この場合は反応硬化性高分子材料を硬化させる条件を適宜選択することにより、液晶の配向制御が容易になる効果も奏する。
【００７１】
次に、配向膜１３ａと配向膜１３ｂがパラレル配向となるように基板１１ａと基板１１ｂを張り合わせ、配向膜１３ａと１３ｂの間にネマティック液晶を挟みこんでπセルを形成した。この場合、配向膜１３ａと１３ｂの配向方向と、構造体１４の延伸方向が直交するよう形成した。
【００７２】
また、セルギャップ（前記厚さＴ１）は球状のプラスチックスペーサー（径６μｍ）により、均一に６μｍとなるよう調整した。また、ネマティック液晶は、広がり弾性定数および曲がり弾性定数が１４（単位：ｐＮ）の低粘性材料を用いた。
【００７３】
上記の方法により、光学素子を５枚形成したところ、５枚のうち、４枚の光学素子では液晶の配向状態は、初期状態からベンド配向となった。また、５枚のうち、１枚の光学素子の配向状態はスプレイ配向であったが、前記電極１２ａ、１２ｂ間に５Ｖの電圧を印加して１０分保持したところ、液晶の配向状態がベンド配向となって安定化し、電圧の印加を停止した状態でもベンド配向からスプレイ配向への逆転移はみられなかった。
【００７４】
このようにして形成された光学素子の応答速度を測定したところ、立ち上がりおよび立下り時間はそれぞれ０．５ｍｓおよび２ｍｓであり、高速動作が確認された。
【００７５】
また、構造体１４の延伸方向と、配向膜１３ａ、１３ｂの配向方向が平行となるよう光学素子を形成したところ、液晶の配向状態はベンド配向に安定する事無く、スプレイ配向となった。このため、液晶の配向状態をベンド配向にするためには、配向膜の配向方向と、構造体の延伸方向を直交させる必要が有ることが確認された。
【００７６】
次に、前記構造体１４を配設する設置間隔、すなわち前記設置間隔Ｐ１を変更して液晶の配向状態を調べた結果を示す。上記の製造方法において、構造体１４の前記幅Ｗ１を１μｍとし、設置間隔Ｐ１を、それぞれ１０μｍ、５０μｍ、１００μｍ、５００μｍ、１ｍｍ、２ｍｍ、５ｍｍとして、異なる７種類の光学素子を作成した。
【００７７】
上記の光学素子の液晶の配向状態を調べたところ、前記設置間隔Ｐ１を１０μｍ、５０μｍ、１００μｍ、５００μｍおよび１ｍｍ、とした場合において、光学素子の液晶の配向状態はベンド配向となったが、当該設置間隔Ｐ１を２ｍｍまたは５ｍｍとした場合においては、光学素子の液晶の配向状態はスプレイ配向となり、液晶の配向状態をベンド配向とするためには当該設置間隔Ｐ１を１ｍｍ以下とすることが必要であることが見出された。
【００７８】
また、上記の光学素子１０の作成において、基板１１ａと配向膜１３ａとの間に設けられる電極を、例えばアルミニウム等の反射性を有する金属材料で形成された、前記電極１２ｃとすると、図３に示した反射型の光学素子１０Ａを形成することができる。
【実施例７】
【００７９】
また、実施例６記載の光学素子１０の製作方法と同様にして、図４に示した光学素子１０Ｂを製作した。この場合、構造体１４ａは、基板１１ａ側に、構造体１４ｂは基板１１ｂ側に、上記の光学素子１０の場合と同様の方法で形成した。
【００８０】
但し、本実施例の場合、前記構造体が、当該構造体を介して両側に位置する液晶部分を相互に連通可能とする連通許容構造を有するため、液晶材料の注入方法は真空注入法を適用した。本実施例による液晶注入においては、当該連通許容構造の効果によって、液晶材料の均一な注入操作を容易に行うことができた。
【００８１】
また、本実施例によって製作した光学素子１０Ｂについても、実施例６の場合と同様に、高速動作で駆動電力の少ない光学素子を得ることができた。
【実施例８】
【００８２】
また、実施例６記載の光学素子１０の製作において、基板を樹脂製のものに変更すると、折り曲げが可能な光学素子を形成することが可能となる。
【００８３】
本実施例では、実施例６記載の光学素子１０の製作において、基板１１ａおよび基板１１ｂに、ポリカーボネート樹脂からなる材料を用いたが、以下にその製造方法を、図２に基づいて説明する。
【００８４】
まず、構造体１４が形成された、透明電極からなる電極１２ａが形成されている、厚さ１００μｍのポリカーボネートからなる基板１１ａ上に、ポリミィド膜をコーティングし、ラビング処理して配向膜１３ａとし、当該配向膜１３ａ上に印刷法により、ネマティック液晶を塗布した。また、塗布する方法は、フレキソ法、活版（凸版）印刷法、オフセット（平板）印刷法、グラビア（凹版）印刷法のいずれの方法でも可能であった。
【００８５】
次に、透明電極からなる電極１２ｂが形成されている、厚さ１００μｍのポリカーボネートからなる基板１１ｂ上に、ポリミィド膜をコーティングし、ラビング処理して配向膜１３ｂとし、当該基板１１ａと、前記基板１１ａを張り合わせて、光学素子を形成した。
【００８６】
このようにして、形成された本実施例による光学素子は、実施例１の場合と同様に、動作速度が高速で、かつ駆動電力を抑制する効果がある。また当該光学素子は、折ったり、丸めたりすることが可能であり、当該光学素子を巻き取った後で、素子をひろげて動作速度を測定しても、素子を巻き取る前と同様に高速動作を行う事が確認された。
【実施例９】
【００８７】
次に、前記光学素子２０の作成方法を、図５に基づき説明する。まず、図５に図示しない液晶駆動素子、例えば駆動用トランジスタが形成された基板１１ａ上に、実施例６に記載した場合と同様にして、画素電極となる電極２２ａ、配向膜１３ａおよび構造体２４を形成した。この場合、構造体２４は、画素が隣接する隙間に規則的に形成した。
【００８８】
さらに、基板１１ｂ上に、実施例６に記載した場合と同様にして電極２２ｂ、配向膜１３ｂを形成し、前記基板１１ａと張り合わせて、液晶を注入した。
【００８９】
本実施例による光学素子２０は、実施例６記載の光学素子と同様に低駆動電力で動作速度が高速であった。液晶の配向状態を調べたところ、配向状態はベンド配向であることが確認された。
【００９０】
また、複数の画素を駆動して画像表示を行ったところ、従来のツイストネマティック液晶を用いた表示装置に比べて、残像の少ない滑らかな動画表示となることが確認できた。
【００９１】
また、前記光学素子２０と同様にして、図６に示したように、複数の画素の隙間のラインのうち、１ライン置きに構造体２４ａを形成した光学素子２０Ａを作製したところ、実施例６記載の光学素子と同様に液晶の配向状態はベンド配向となり、低駆動電力で動作速度が高速な光学素子となった。
【００９２】
また、光学素子２０の変形例である、図７（Ａ）〜（Ｃ）に示した光学素子を同様にして作製したところ、光学素子２０を作製した場合と同様に、低駆動電力で動作速度が高速となる光学素子を形成できた。この場合、液晶層が形成されている部分が、構造体の連通許容部を介して連通する構造になっているため、液晶注入は真空注入で行う事が可能となった。また、図７（Ａ）〜（Ｃ）に示す場合のように、構造体が一部不連続な部分（構造体が形成されない部分、もしくは挿通孔）があった場合でも、液晶の配向状態はベンド配向を維持することが確認された。
【００９３】
さらに、本実施例記載の光学素子２０の構造の、全体図を示した例を図８に示す。図８は、図５の光学素子２０の全体図を示した一例であり、図８に示した光学素子においては、複数の前記画素Ｐｉが形成され、隣接する画素の隙間のラインに複数の構造体２４が形成されている。さらに光学素子の周縁部には構造体２４ｆが形成され、複数の画素が当該構造体２４ｆに囲まれた構造をしている。
【００９４】
この場合、光学素子を製作する工程において液晶注入を容易とするために、構造体２４ｆは不連続な形状となっており、液晶を注入するための注入口３０ａ，３０ｂが設けられており、そのため、液晶材料の均一な注入操作を容易となった。また、この場合も光学素子の動作速度が高速であり、低駆動電力であることは実施例６記載の場合と同様である。
【実施例１０】
【００９５】
また、実施例６記載の場合において、ネマティック液晶を強誘電体液晶に変更し、また配向膜１３ａ、１３ｂが形成する配向を反パラレル配向とした光学素子を形成した。上記以外の形成方法は実施例６記載の場合と同一である。
【００９６】
本実施例による光学素子では、応答速度１００μｓ以下の高速動作が確認された。また、本実施例による光学素子は、構造体が基板１１ａと１１ｂの間の液晶層の内部に形成されているため、液晶層が構造体によって保持され、衝撃を与えた場合の液晶の破損が抑制され、衝撃を与えた場合でも安定な動作が得られることが確認された。
【００９７】
さらに、従来の強誘電体性液晶は熱安定性に欠けるという問題があったが、本実施例にかかる光学素子の場合は、液晶層内部の構造体によって温度変化の影響が緩和され、１０℃から７０℃の温度変化を与えた後であっても、室温時には液晶層の配向を壊す事無く安定な動作を示した。
【００９８】
さらに、本実施例による光学素子で、基板をポリカーボネートからなる材料に変更した場合には、さらに衝撃に対して破損しにくい構造となり、実施例８に記載した場合と同様に、素子を折り曲げることが可能となり、また素子を落下させた場合でも、液晶の配向性が安定していることが確認された。
【００９９】
以上、本発明を好ましい実施例について説明したが、本発明は上記の特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した要旨内において様々な変形・変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１００】
本発明によれば、高速応答性を有する光学素子を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０１０１】
【図１】従来の液晶光学素子の概略構成を示す図である。
【図２】本発明の実施例１に係る光学素子の概略構成を示す図であり、（ａ）は光学素子の断面構造を、（ｂ）は光学素子の平面構造を、それぞれ示す。
【図３】本発明の実施例２に係る光学素子の概略構成を示す図であり、（ａ）は光学素子の断面構造を、（ｂ）は光学素子の平面構造を、それぞれ示す。
【図４】本発明の実施例３に係る光学素子の概略構成を示す断面図である。
【図５】本発明の実施例４に係る光学素子の概略構成を示す図であり、（ａ）は光学素子の断面構造を、（ｂ）は光学素子の平面構造を、それぞれ示す。
【図６】本発明の実施例５に係る光学素子の概略構成を示す図であり、（ａ）は光学素子の断面構造を、（ｂ）は光学素子の平面構造を、それぞれ示す。
【図７】（Ａ）〜（Ｃ）は、図６の光学素子の変形例である。
【図８】図２の光学素子の全体を示した平面図である。
【符号の説明】
【０１０２】
１，１０，１０Ａ，１０Ｂ，２０，２０Ａ  光学素子
２ａ，２ｂ，１１ａ，１１ｂ  基板
３ａ，３ｂ，１２ａ，１２ｂ，２２ａ，２２ｂ  電極
４ａ，４ｂ，１３ａ，１３ｂ  配向膜
５，１５  液晶層
６，１６  電源
１４，２４，２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｆ  構造体
２５，２６，２７  連通許容部
３０ａ，３０ｂ  液晶注入口
Ｔ１  厚さ
Ｌ１  高さ
Ｗ１  幅
Ｐ１  設置間隔
Ｐｉ  画素
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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