(57)【要約】【課題】液晶を利用して紫外光の透過を制御し、しかも広い入射角範囲にわたって均一な出射光のコントラストを得ることができる光シャッタ素子を提供する。【解決手段】液晶分子を一対の基板基板２，３面に対してそれぞれ実質的に平行に倒伏し、且つ一対の基板２，３間において９０°±１０°のツイスト角でツイスト配列した初期配向状態に配向させた液晶セル１を挟んで一対の紫外光偏光板１３，１４を配置し、前記液晶セル１のΔｎｄの値と、一対の紫外光偏光板１３，１４の吸収軸１３ａ，１４ａの向きとを、液晶分子が初期配向状態に配向したときに光の透過率が最小になり、液晶分子が電界の印加により配向状態を変えるのにともなって透過率が高くなるように設定した。【選択図】図３
2005283988.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の基板間に、液晶分子が前記一対の基板面に対してそれぞれ実質的に平行に倒伏した初期配向状態または前記一対の基板面に対してそれぞれ実質的に垂直に起立した初期配向状態に配向した液晶層が設けられ、前記一対の基板の互いに対向する内面の少なくとも一方に、前記液晶層に電界を印加して透過光の偏光状態を制御する複数の偏光制御部をマトリックス状に配列形成する電極が設けられた液晶セルと、
前記液晶セルを挟んで配置され、互いに直交する方向に吸収軸と吸収軸とをもち、入射した紫外光の互いに直交する２つの直線偏光成分のうち、前記吸収軸に平行な一方の直線偏光成分を吸収し、他方の直線偏光成分を透過させる一対の紫外光偏光板とを備え、
前記液晶セルの液晶の屈折率異方性Δｎと液晶層厚ｄとの積Δｎｄの値と、前記一対の紫外光偏光板の吸収軸の向きとが、前記液晶分子が前記初期配向状態に配向したときに光の透過率が最小になり、前記液晶分子が電界の印加により配向状態を変えるのにともなって前記透過率が高くなるように設定されていることを特徴とする光シャッタ素子。
【請求項２】
液晶セルの一対の基板の内面にそれぞれ互いに対向する領域により複数の偏光制御部を形成する電極が設けられ、液晶層の液晶分子は、前記一対の基板面に対してそれぞれ実質的に平行に倒伏し且つ前記一対の基板間において９０°±１０°のツイスト角でツイスト配列した初期配向状態に配向し、前記液晶セルのΔｎｄの値は３００ｎｍ〜４００ｎｍの範囲に設定されており、
前記液晶セルの一方の基板の近傍における液晶分子配向方向と前記一方の基板に隣接する一方の紫外光偏光板の吸収軸とのなす角が０°±１０°、前記液晶セルの他方の基板の近傍における液晶分子配向方向と前記他方の基板に隣接する他方の紫外光偏光板の吸収軸とのなす角が９０°±１０°、前記一対の紫外光偏光板の吸収軸のなす角が０°±１０°に設定されていることを特徴とする請求項１に記載の光シャッタ素子。
【請求項３】
液晶セルのΔｎｄの値は３００ｎｍ〜３４０ｎｍの範囲であることを特徴とする請求項２に記載の光シャッタ素子。
【請求項４】
液晶セルのΔｎｄの値は３２０ｎｍ〜３４０ｎｍであることを特徴とする請求項２に記載の光シャッタ素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、液晶を利用して紫外光の透過を制御する光シャッタ素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶を利用した光シャッタ素子は、従来、画像を表示する液晶表示素子と基本的に同じ構成とされている。
【０００３】
前記光シャッタ素子は、例えば光造形装置等に利用されており、光シャッタ素子を用いた光造形装置は、光源からの出射光を前記シャッタ素子に入射させ、その光の透過を前記シャッタ素子により制御して感光性材料に照射する構成となっている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平８―１４２２０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、前記光造形装置等を小型化するには、光源を光シャッタ素子の面積に比べて小さくするとともに、前記光源から光シャッタ素子までの距離を短くし、さらに、前記光源からの出射光を前記光シャッタ素子の略全域に入射させるために、前記光源からの出射光の広がり角を大きくすることが望まれる。
【０００５】
しかし、従来の液晶表示素子を用いた光シャッタ素子は、光を透過させる状態に制御された部分と光を遮断する状態に制御された部分との出射光強度の差、つまり出射光のコントラストが液晶表示素子を透過する光の角度によって大きく変化する。
【０００６】
そのため、従来の光シャッタ素子は、均一なコントラストが得られる光の透過角度の範囲が狭く、したがって、例えば光造形装置を小型化するために光源からの出射光の広がり角を大きくしたのでは、造形精度が低下してしまう。
【０００７】
この発明は、液晶を利用して紫外光の透過を制御し、しかも広い透過角度範囲にわたって均一な出射光のコントラストを得ることができる光シャッタ素子を提供することを目的としたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明の光シャッタ素子は、一対の基板間に、液晶分子が前記一対の基板面に対してそれぞれ実質的に平行に倒伏した初期配向状態または前記一対の基板面に対してそれぞれ実質的に垂直に起立した初期配向状態に配向した液晶層が設けられ、前記一対の基板の互いに対向する内面の少なくとも一方に、前記液晶層に電界を印加して透過光の偏光状態を制御する複数の偏光制御部をマトリックス状に配列形成する電極が設けられた液晶セルと、前記液晶セルを挟んで配置され、互いに直交する方向に吸収軸と吸収軸とをもち、入射した紫外光の互いに直交する２つの直線偏光成分のうち、前記吸収軸に平行な一方の直線偏光成分を吸収し、他方の直線偏光成分を透過させる一対の紫外光偏光板とを備え、前記液晶セルの液晶の屈折率異方性Δｎと液晶層厚ｄとの積Δｎｄの値と、前記一対の紫外光偏光板の吸収軸の向きとが、前記液晶分子が前記初期配向状態に配向したときに光の透過率が最小になり、前記液晶分子が電界の印加により配向状態を変えるのにともなって前記透過率が高くなるように設定されていることを特徴とする。
【０００９】
この光シャッタ素子においては、前記液晶セルの一対の基板の内面にそれぞれ互いに対向する領域により複数の偏光制御部を形成する電極を設け、前記液晶層の液晶分子を、前記一対の基板面に対してそれぞれ実質的に平行に倒伏し且つ前記一対の基板間において９０°±１０°のツイスト角でツイスト配列した初期配向状態に配向させるとともに、前記液晶セルのΔｎｄの値を３００ｎｍ〜４００ｎｍの範囲に設定し、前記液晶セルの一方の基板の近傍における液晶分子配向方向と前記一方の基板に隣接する一方の紫外光偏光板の吸収軸とのなす角を０°±１０°、前記液晶セルの他方の基板の近傍における液晶分子配向方向と前記他方の基板に隣接する他方の紫外光偏光板の吸収軸とのなす角を９０°±１０°、前記一対の紫外光偏光板の吸収軸のなす角を０°±１０°に設定するのが望ましい。
【００１０】
その場合、前記液晶セルのΔｎｄの値は３００ｎｍ〜３４０ｎｍの範囲に設定するのが好ましい。
【００１１】
さらに、前記液晶セルのΔｎｄの値は３２０ｎｍ〜３４０ｎｍに設定するのがより好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
この発明の光シャッタ素子は、一対の基板間に液晶層を設け、前記一対の基板の互いに対向する内面の少なくとも一方に、前記液晶層に電界を印加して透過光の偏光状態を制御する複数の偏光制御部をマトリックス状に配列形成する電極を設けた液晶セルを挟んで一対の紫外光偏光板を配置したものであるため、液晶を利用して紫外光の透過を制御することができる。
【００１３】
そして、この光シャッタ素子は、前記液晶セルの液晶層の液晶分子を、前記一対の基板面に対してそれぞれ実質的に平行に倒伏した初期配向状態または前記一対の基板面に対してそれぞれ実質的に垂直に起立した初期配向状態に配向させるとともに、前記液晶セルのΔｎｄの値と、前記一対の紫外光偏光板の吸収軸の向きとを、前記液晶分子が前記初期配向状態に配向したときに光の透過率が最小になり、前記液晶分子が電界の印加により配向状態を変えるのにともなって前記透過率が高くなるように設定しているため、光が透過する角度によるコントラストの変化を小さくし、広い透過角度範囲にわたって均一な出射光のコントラストを得ることができる。
【００１４】
この光シャッタ素子においては、前記液晶セルの一対の基板の内面にそれぞれ互いに対向する領域により複数の偏光制御部を形成する電極を設け、前記液晶層の液晶分子を、前記一対の基板面に対してそれぞれ実質的に平行に倒伏し且つ前記一対の基板間において９０°±１０°のツイスト角でツイスト配列した初期配向状態に配向させるとともに、前記液晶セルのΔｎｄの値を３００ｎｍ〜４００ｎｍの範囲に設定し、前記液晶セルの一方の基板の近傍における液晶分子配向方向と前記一方の基板に隣接する一方の紫外光偏光板の吸収軸とのなす角を０°±１０°、前記液晶セルの他方の基板の近傍における液晶分子配向方向と前記他方の基板に隣接する他方の紫外光偏光板の吸収軸とのなす角を９０°±１０°、前記一対の紫外光偏光板の吸収軸のなす角を０°±１０°に設定するのが望ましく、このようにすることにより、広い入射角範囲にわたって均一な出射光のコントラストを得るとともに、光を透過させる状態に制御された部分の透過率を高くすることができる。
【００１５】
その場合、前記液晶セルのΔｎｄの値は３００ｎｍ〜３４０ｎｍの範囲に設定するのが好ましく、このようにすることにより、より広い入射角範囲にわたって均一な出射光のコントラストを得ることができる。
【００１６】
さらに、前記液晶セルのΔｎｄの値は３２０ｎｍ〜３４０ｎｍに設定するのがより好ましい。このようにすることにより、さらに広い入射角範囲にわたって均一な出射光のコントラストを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１はこの発明の一実施形態を示す光シャッタ素子の分解斜視図、図２は前記光シャッタ素子の一部分の断面図である。
【００１８】
この光シャッタ素子は、図１及び図２のように、ガラス板または樹脂フィルムからなる一対の透明な基板間２，３に液晶層１０が設けられ、前記一対の基板２，３の互いに対向する内面にそれぞれ、互いに対向する領域により前記液晶層１０に電界を印加して透過光の偏光状態を制御する複数の偏光制御部ａをマトリックス状に配列形成する透明な電極４，５が設けられた液晶セル１と、前記液晶セル１を挟んで配置された一対の紫外光偏光板１３，１４とを備えている。
【００１９】
前記液晶セル１は、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）６をアクティブ素子とするアクティブマトリックス液晶素子であり、一方の基板、例えば図２において上側の基板（以下、上基板と言う）２の内面に一枚膜状の対向電極４を設け、他方の基板、つまり図２において下側の基板（以下、下基板と言う）３の内面に、行方向及び列方向に８０μｍ〜１２０μｍのピッチでマトリックス状に配列する複数の四角形ドット状電極５を設けるとともに、これらのドット状電極５にそれぞれ対応させて複数のＴＦＴ６を設け、前記対向電極４と複数のドット状電極５が互い対向する領域により、マトリックス状に配列する複数の偏光制御部ａを形成した構成となっている。
【００２０】
なお、図２では前記ＴＦＴ６を簡略化して示しているが、このＴＦＴ６は、前記下基板３の基板面に形成されたゲート電極と、このゲート電極を覆って前記基板面の略全域に設けられた透明なゲート絶縁膜と、このゲート絶縁膜の上に前記ゲート電極と対向させて形成されたｉ型半導体膜と、このｉ型半導体膜の両側部の上にｎ型半導体膜を介して形成されたソース電極及びドレイン電極とからなっている。
【００２１】
また、図２では省略しているが、前記下基板３の内面には、各行のＴＦＴ６にゲート信号を供給する複数のゲート配線と、各列のＴＦＴ６にデータ信号を供給する複数のデータ配線とが設けられており、前記ゲート配線は、基板３面に前記ＴＦＴ６のゲート電極と一体に形成されて前記ゲート絶縁膜により覆われ、前記データ配線は、前記ゲート絶縁膜の上に形成されて前記ＴＦＴ６のドレイン電極に接続されている。
【００２２】
そして、前記ドット状電極５は、前記ゲート絶縁膜の上に形成されており、そのドット状電極５に対応するＴＦＴ６のソース電極に接続されている。
【００２３】
また、前記一対の基板２，３の内面にはそれぞれ、前記電極４，５を覆ってポリイミド等からなる水平配向膜７，８が設けられており、これらの基板２，３の対向面は、前記配向膜７，８の膜面をそれぞれ実質的に互いに直交する方向にラビングすることにより配向処理されている。
【００２４】
前記一対の基板２，３は、前記複数の偏光制御部ａがマトリックス状に配列した偏光制御部配列エリアＡを囲む枠状のシール材９を介して接合されており、これらの基板２，３間の前記シール材９で囲まれた領域に液晶層１０が設けられている。
【００２５】
前記液晶層１０は誘電異方性が正のネマティック液晶からなっており、その液晶分子は、一対の基板２，３の近傍における配向方向を前記配向膜７，８により規定され、前記一対の基板２，３面に対してそれぞれ僅かなプレチルト角をもって実質的に平行に倒伏し且つ一対の基板２，３間においてツイスト配列している。
【００２６】
なお、前記ドット状電極５及びＴＦＴ６が設けられた下基板３は、その行方向の一端縁と列方向の一端縁とに、前記対向電極４が設けられた上基板２の外方に張出すドライバ搭載部を有しており、各行のＴＦＴ６にゲート信号を供給する図示しない複数のゲート配線は、行方向のドライバ搭載部に搭載されたゲート側ドライバ１１に接続され、各列のＴＦＴ６にデータ信号を供給する図示しない複数のデータ配線は、列方向のドライバ搭載部に搭載されたデータ側ドライバ１２に接続され、前記対向電極４は、前記シール材９による基板接合部に設けられたクロス接続部と前記ドライバ搭載部の一方または両方に形成された対向電極接続配線を介して前記ゲート側及びデータ側ドライバ１１，１２の一方または両方の基準電位に接続されている。
【００２７】
一方、前記液晶セル１を挟んで配置された一対の紫外光偏光板１３，１４はそれぞれ、互いに直交する方向に吸収軸１３ａ，１４ａ（図３参照）と吸収軸（図示せず）とをもち、入射した紫外光の互いに直交する２つの直線偏光成分のうち、前記吸収軸１３ａ，１４ａに平行な一方の直線偏光成分を吸収し、他方の直線偏光成分（吸収軸に平行な直線偏光成分）を透過させる偏光板である。
【００２８】
なお、これらの紫外光偏光板１３，１４は、３００ｎｍ〜４００ｎｍの紫外帯域から可視帯域の略全域にわたる波長域の波長光に対して偏光作用を示す偏光板か、あるいは、前記紫外帯域と可視帯域の一部の波長域の波長光とに対して偏光作用を示す偏光板が好ましい。
【００２９】
そして、この光シャッタ素子では、前記液晶セル１の液晶の屈折率異方性Δｎと液晶層厚ｄとの積Δｎｄの値と、前記一対の紫外光偏光板１３，１４の吸収軸１３ａ，１４ａの向きとを、液晶分子が一対の基板２，３面に対してそれぞれ僅かなプレチルト角をもって実質的に平行に倒伏し且つ一対の基板２，３間においてツイスト配列した初期配向状態に配向したときに光の透過率が最小になり、前記液晶分子が電界の印加により配向状態を変えるのにともなって前記透過率が高くなるように設定している。
【００３０】
図３は、前記液晶セル１の液晶分子配向状態と前記一対の紫外光偏光板１３，１４の配置状態を示しており、図において、３：００，６：００，９：００，１２：００は時計における３時，６時，９時，１２時の方位を示している。
【００３１】
図３のように、前記液晶セル１の上基板２の近傍における液晶分子配向方向（配向膜７のラビング方向）２ａは、３時方向に対し、上側から見て左回りに略４５°の方向、下基板３の近傍における液晶分子配向方向（配向膜８のラビング方向）３ａは、前記３時方向に対し、上側から見て右回りに略４５°の方向にあり、液晶分子は、図にそのツイスト方向を破線矢印で示したように、下基板３から上基板２に向かい、上側から見て右回りに、９０°±１０°のツイスト角でツイスト配列している。
【００３２】
そして、前記液晶セル１のΔｎｄの値は、５８９ｎｍの波長光に対して３００ｎｍ〜４００ｎｍの範囲に設定されている。
【００３３】
また、前記一対の紫外光偏光板１３，１４はそれぞれ、図３のように、その吸収軸１３ａ，１４ａを前記３時方向に対して上側から見て左回りに略４５°に向けて配置されるか、あるいは、前記吸収軸１３ａ，１４ａを前記時方向に対して上側から見て左回りに略１３５°の方向に向けて配置されている。
【００３４】
すなわち、前記一対の紫外光偏光板１３，１４は、前記液晶セル１の一方の基板、例えば上基板２に隣接する一方の紫外光偏光板（以下、上側紫外光偏光板という）１３の吸収軸１３ａを前記液晶セル１の一方の基板２の近傍における液晶分子配向方向２ａと実質的に平行にし、前記液晶セル１の他方の基板である下基板３に隣接する他方の紫外光偏光板（以下、下側紫外光偏光板という）１４の吸収軸１４ａを前記液晶セル１の下基板３の近傍における液晶分子配向方向３ａと実質的に直交させ、両方の紫外光偏光板１３，１４の吸収軸１３ａ，１４ａを実質的に平行にして配置されている。
【００３５】
この光シャッタ素子において、前記液晶セル１の上基板２の近傍における液晶分子配向方向２ａと前記上基板２に隣接する上側紫外光偏光板１３の吸収軸１３ａとのなす角は０°±１０°、前記液晶セル１の下基板３の近傍における液晶分子配向方向３ａと前記下基板３に隣接する下側紫外光偏光板１４の吸収軸１４ａとのなす角は９０°±１０°、前記一対の紫外光偏光板１３，１４の吸収軸１３ａ，１４ａのなす角は０°±１０°に設定されている。
【００３６】
この光シャッタ素子は、そのいずれか一方の面から入射した紫外帯域及び可視帯域の波長光のうち、少なくとも紫外帯域の紫外光の透過を制御するものであり、この光シャッタ素子にその一方の面、例えば図２において上側の面から入射した光（紫外帯域及び可視帯域の波長光）は、前記上側紫外光偏光板１３によりその吸収軸１３ａに平行な直線偏光成分を吸収され、この上側紫外光偏光板１３の吸収軸１３ａと直交する直線偏光（図示しない吸収軸と平行な直線偏光）となって液晶セル１に入射する。
【００３７】
前記液晶セル１に入射する直線偏光は、前記上側紫外光偏光板１３の特性に応じた波長範囲の光であり、例えば上側紫外光偏光板１３が上述した紫外帯域から可視帯域の略全域にわたる波長域の波長光に対して偏光作用を示す偏光板であるときは、前記紫外帯域から可視帯域の全域にわたる波長範囲の直線偏光が液晶セル１に入射し、また上側紫外光偏光板１３が紫外帯域と可視帯域の一部の波長域の波長光とに対して偏光作用を示す偏光板であるときは、前記紫外帯域の波長範囲と可視帯域の一部の波長範囲の直線偏光が液晶セル１に入射する。
【００３８】
前記液晶セル１に入射した前記直線偏光は、この液晶セル１の複数の偏光制御部ａの電極４，５間への印加電界に応じて偏光状態を制御され、ＯＦＦ電界を印加された偏光制御部、つまり液晶分子が一対の基板２，３面に対してそれぞれ実質的に平行に倒伏し且つ前記一対の基板間において９０°±１０°のツイスト角でツイスト配列した初期配向状態に配向した偏光制御部ａの液晶層１０を透過した光が、実質的に９０°旋光された直線偏光となって前記液晶セル１から出射し、液晶分子を基板２，３面に対して垂直に近いチルト角で立上がり配向させるＯＮ電界を印加された偏光制御部ａの液晶層１０を透過した光が、ほとんど偏光状態を変えずに液晶セル１への入射光と実質的に同じ直線偏光のまま前記液晶セル１から出射する。
【００３９】
そして、前記液晶セル１から出射した光は、吸収軸１４ａを前記上側紫外光偏光板１３の吸収軸１３ａと実質的に平行にして配置された下側紫外光偏光板１４に入射し、その光のうち、前記ＯＦＦ電界を印加された偏光制御部ａからの出射光（液晶層１０により実質的に９０°旋光された直線偏光）が、前記上側紫外光偏光板１３により吸収され、前記ＯＮ電界を印加された偏光制御部ａからの出射光（液晶層１０をほとんど偏光状態を変えずに透過した直線偏光）が、前記下側紫外光偏光板１４を透過してその下面から出射する。
【００４０】
この下側紫外光偏光板１４を透過して出射する直線偏光の波長範囲は、前記下側紫外光偏光板１４の特性に応じた波長範囲の光であり、例えば下側紫外光偏光板１４が上述した紫外帯域から可視帯域の略全域にわたる波長域の波長光に対して偏光作用を示す偏光板であるときは、前記紫外帯域から可視帯域の全域にわたる波長範囲の直線偏光が出射し、また下側紫外光偏光板１４が紫外帯域と可視帯域の一部の波長域の波長光とに対して偏光作用を示す偏光板であるときは、前記紫外帯域の波長範囲と可視帯域の一部の波長範囲の直線偏光が出射する。
【００４１】
このように、前記光シャッタ素子は、一対の基板２，３間に液晶層１０を設け、前記一対の基板２，３の互いに対向する内面にそれぞれ、互いに対向する領域により前記液晶層１０に電界を印加して透過光の偏光状態を制御する複数の偏光制御部ａをマトリックス状に配列形成する電極４，５を設けた液晶セル１を挟んで一対の紫外光偏光板１３，１４を配置したものであるため、液晶を利用して紫外光の透過を制御することができる。
【００４２】
しかも、前記光シャッタ素子は、前記液晶セル１の液晶層１０の液晶分子を、一対の基板２，３面に対してそれぞれ実質的に平行に倒伏した初期配向状態に配向させるとともに、前記液晶セル１のΔｎｄの値と、前記一対の紫外光偏光板１３，１４の吸収軸１３ａ，１４ａの向きとを、前記液晶分子が前記初期配向状態に配向したときに光の透過率が最小になり、前記液晶分子が電界の印加により配向状態を変えるのにともなって前記透過率が高くなるように設定しているため、光が入射する角度に依存する出射光のコントラストの変化を小さくし、広い入射角の範囲にわたって出射光の均一なコントラストを得ることができる。
【００４３】
すなわち、図４〜図６は、上述したように、液晶セル１の液晶層１０の液晶分子を一対の基板２，３面に対してそれぞれ実質的に平行に倒伏し且つ前記一対の基板２，３間において９０°±１０°のツイスト角でツイスト配列した初期配向状態に配向させるとともに、前記液晶セル１のΔｎｄの値を３００ｎｍ〜４００ｎｍの範囲に設定し、前記液晶セル１の上基板２の近傍における液晶分子配向方向２ａと前記上基板２に隣接する上側紫外光偏光板１３の吸収軸１３ａとのなす角を０°±１０°、前記液晶セル１の下基板３の近傍における液晶分子配向方向３ａと前記下基板３に隣接する下側紫外光偏光板１４の吸収軸１４ａとのなす角を９０°±１０°、前記一対の紫外光偏光板１３，１４の吸収軸１３ａ，１４ａのなす角を０°±１０°に設定した光シャッタ素子へ入射する光の入射角とその光の透過率を示した入射角―透過率特性と、前記光シャッタ素子へ入射する光の各入射角における出射光のコントラストを表す入射角―コントラスト特性を示しており、図４は液晶セル１のΔｎｄの値を３７０ｎｍに設定した光シャッタ素子（以下、実施例１の光シャッタ素子という）の特性、図５は液晶セル１のΔｎｄの値を３３０ｎｍに設定した光シャッタ素子（以下、実施例２の光シャッタ素子という）の特性、図６は液晶セル１のΔｎｄの値を３００ｎｍに設定した光シャッタ素子（以下、実施例３の光シャッタ素子という）の特性を示している。
【００４４】
また、図７は、液晶セルのΔｎｄの値と一対の紫外光偏光板の吸収軸の向きとを、液晶分子が一対の基板面に対してそれぞれ実質的に平行に倒伏し且つ前記一対の基板間において９０°±１０°のツイスト角でツイスト配列した初期配向状態に配向したときに光の透過率が最大になり、前記液晶分子が電界の印加により配向状態を変えるのにともなって前記透過率が低くなるように設定した比較例の光シャッタ素子の入射角―透過率特性と入射角―コントラスト特性を示しており、ここでは、前記実施形態の光シャッタ素子における紫外光偏光板１３，１４のいずれか一方の吸収軸の向きを実質的に９０°変えて一対の紫外光偏光板１３，１４の吸収軸１３ａ，１４ａのなす角を９０°±１０°に設定し、液晶セル１のΔｎｄの値を４３０ｎｍに設定した光シャッタ素子の特性を示している。
【００４５】
図４〜図７において、（ａ）及び（ｂ）は入射角―透過率特性を示すＯＮ時（ＯＮ電界印加時）及びＯＦＦ時（ＯＦＦ電界印加時）の等透過率線図、（ｃ）は入射角―コントラスト特性を示す等コントラスト線図であり、各図において、３：００，６：００，９：００，１２：００は時計における３時，６時，９時，１２時の方位を示し、破線円は光シャッタ素子の法線に対する入射角を示している。
【００４６】
なお、これらの等透過率線図及び等コントラスト線図において、透過率値とコントラスト値はいずれも３６５ｎｍ紫外光に対する値である。
【００４７】
前記比較例の光シャッタ素子は、ＯＦＦ時（ＯＦＦ電界の印加により液晶分子を基板面に対して実質的に平行に倒伏し且つ９０°±１０°のツイスト角でツイスト配列した初期配向状態に配向させたとき）は、図７（ａ）のように広い入射角にわたって充分な透過率が得られるが、ＯＮ時（ＯＮ電界の印加により液晶分子を基板面に対して垂直に近いチルト角で立上がり配向させたとき）の充分な暗さが得られる入射角範囲が図７（ｂ）のように非常に狭く、したがって、充分なコントラストが得られる入射角範囲が図７（ｃ）のように狭い。
【００４８】
それに対し、前記実施例１〜３の光シャッタ素子はいずれも、ＯＮ時（ＯＮ電界の印加により液晶分子を基板面に対して垂直に近いチルト角で立上がり配向させたとき）の充分な暗さが得られる入射角範囲が図４（ａ），図５（ａ），図６（ａ）のように広く、また、ＯＦＦ時（ＯＦＦ電界の印加により液晶分子を基板面に対して実質的に平行に倒伏し且つ９０°±１０°のツイスト角でツイスト配列した初期配向状態に配向させたとき）の充分な透過率が得られる入射角範囲も広く、したがって、図４（ｃ），図５（ｃ），図６（ｃ）のように、充分なコントラストが得られる入射角範囲が広い。
【００４９】
前記比較例の光シャッタ素子と前記実施例１〜３の光シャッタ素子の光を透過させる状態に制御された部分（比較例の光シャッタ素子ではＯＦＦ電界印加部、実施例１〜３の光シャッタ素子ではＯＮ電界印加部）の正面方向、つまり光シャッタ素子の法線付近の方向の透過率Ｔ０°は次の通りである。なお、この透過率Ｔ０°は、３６５ｎｍ紫外光に対する値である。
【００５０】
［正面方向透過率］
比較例    Ｔ０°＝１６．５％
実施例１  Ｔ０°＝１８．３％
実施例２  Ｔ０°＝１８．３％
実施例３  Ｔ０°＝１８．３％
また、前記比較例の光シャッタ素子と前記実施例１〜３の光シャッタ素子の光を透過させる状態に制御された部分の正面方向のコントラストＣｒ０°及び６時，１２時，９時，３時の各方位における正面方向に対して１０°の方向のコントラストＣｒ１０°（６：００），Ｃｒ１０°（１２：００），Ｃｒ１０°（９：００），Ｃｒ１０°（３：００）とを例示すると、これらの値は次の通りである。なお、これらのコントラストＣｒ０°，Ｃｒ１０°（６：００），Ｃｒ１０°（１２：００），Ｃｒ１０°（９：００），Ｃｒ１０°（３：００）は３６５ｎｍ紫外光に対する値である。
【００５１】
［正面方向コントラスト］
比較例    Ｃｒ０°＝２３０
実施例１  Ｃｒ０°＝６２
実施例２  Ｃｒ０°＝１２８９
実施例３  Ｃｒ０°＝８３
［１０°方向コントラスト］
比較例
Ｃｒ１０°（６：００） ＝  ２５０
Ｃｒ１０°（１２：００）＝    １７
Ｃｒ１０°（９：００） ＝７００
Ｃｒ１０°（３：００） ＝７００
実施例１
Ｃｒ１０°（６：００） ＝  １０６
Ｃｒ１０°（１２：００）＝    ５６
Ｃｒ１０°（９：００） ＝    ５１
Ｃｒ１０°（３：００） ＝    ５１
実施例２
Ｃｒ１０°（６：００） ＝１３６６
Ｃｒ１０°（１２：００）＝１０２２
Ｃｒ１０°（９：００） ＝  ６９８
Ｃｒ１０°（３：００） ＝  ７０１
実施例３
Ｃｒ１０°（６：００） ＝    ５０
Ｃｒ１０°（１２：００）＝    ８８
Ｃｒ１０°（９：００） ＝  １０６
Ｃｒ１０°（３：００） ＝  １０６
このように、前記比較例の光シャッタ素子は、正面方向コントラストＣｒ０°及び６時，９時，３時の各方位の１０°方向コントラストＣｒ１０°（６：００），Ｃｒ１０°（９：００），Ｃｒ１０°（３：００）は充分であるが、１２時方位の１０°方向コントラストＣｒ１０°（１２：００）が極端に低い。
【００５２】
それに対し、前記実施例１〜３の光シャッタ素子は、正面方向コントラストＣｒ０°及び６時，１２時，９時，３時の各方位の１０°方向コントラストＣｒ１０°（６：００），Ｃｒ１０°（１２：００），Ｃｒ１０°（９：００），Ｃｒ１０°（３：００）がいずれも充分であり、したがって、広い入射角範囲にわたって均一な出射光のコントラストを得ることができる。
【００５３】
しかも、上記のように、前記比較例の光シャッタ素子の正面方向透過率Ｔ０°は１６．５％であるが、前記実施例１〜３の光シャッタ素子はいずれも、正面方向透過率Ｔ０°が１８．３％と高く、したがって、光を透過させる状態に制御された部分の透過率を高くすることができる。
【００５４】
前記実施例１〜３の光シャッタ素子の入射角―コントラスト特性を比較すると、液晶セルのΔｎｄ値を３００ｎｍに設定した実施例３の光シャッタ素子は、前記Δｎｄ値を３７０ｎｍに設定した実施例１の光シャッタ素子に比べて、６時方位の１０°方向コントラストＣｒ１０°（６：００）が若干低いが、正面方向コントラストＣｒ０及び１２時，９時，３時の各方位の１０°方向Ｃｒ１０°（１２：００），Ｃｒ１０°（９：００），Ｃｒ１０°（３：００）がいずれも実施例１の光シャッタ素子よりも高い。
【００５５】
さらに、前記Δｎｄ値を３３０ｎｍに設定した実施例２の光シャッタ素子は、正面方向コントラストＣｒ０°及び６時，１２時，９時，３時の全ての方位における１０°方向のコントラストＣｒ１０°（６：００），Ｃｒ１０°（１２：００），Ｃｒ１０°（９：００），Ｃｒ１０°（３：００）が前記実施例１及び３の光シャッタ素子に比べて格段に高い。
【００５６】
なお、前記実施例２の光シャッタ素子は、液晶セルのΔｎｄ値を３３０ｎｍに設定したものであるが、Δｎｄ値が３２０ｎｍ〜３４０ｍの範囲であれば、前記実施例２の光シャッタ素子と同等の特性が得られる。
【００５７】
したがって、前記液晶セル１のΔｎｄの値は、上述した３００ｎｍ〜４００ｎｍの範囲のうち、３００ｎｍ〜３４０ｎｍの範囲に設定するのが好ましく、このようにすることにより、より広い入射角範囲にわたって均一な出射光のコントラストを得ることができる。
【００５８】
さらに、前記液晶セル１のΔｎｄの値は、前記実施例２の光シャッタ素子と同等の特性が得られる３２０ｎｍ〜３４０ｎｍの範囲に設定するのがより好ましく、このようにすることにより、さらに広い入射角範囲にわたって均一な出射光のコントラストを得ることができる。
【００５９】
そして、前記光シャッタ素子は、前記液晶セル１のマトリックス状に配列する複数の偏光制御部ａへの電界の印加により、紫外光の出射パターンを任意に制御することができるため、光造形装置等に利用することができる。
【００６０】
また、前記光シャッタ素子は、広い入射角範囲にわたって均一な出射光のコントラストを得ることができるため、例えば前記光造形装置を小型化するために、光源を光シャッタ素子の面積に比べて小さくするとともに、前記光源から光シャッタ素子までの距離を短くし、さらに、前記光源からの出射光を前記光シャッタ素子の偏光制御部配列エリアＡの全域に入射させるために、前記光源からの出射光の広がり角を大きくしても、高精度の光造形を行なうことができる。
【００６１】
前記光シャッタ素子において、一対の紫外光偏光板１３，１４は、上述したように、紫外帯域から可視帯域の略全域にわたる波長域の波長光に対して偏光作用を示す偏光板か、あるいは、前記紫外帯域と可視帯域の一部の波長域の波長光とに対して偏光作用を示す偏光板が好ましく、このような特性の紫外光偏光板を用いることにより、光シャッタ素子の動作を目視によっても確認することができる。
【００６２】
一対の紫外光偏光板１３，１４は、紫外帯域から可視帯域のうちの紫外帯域近くの帯域にわたる範囲の波長光に対して偏光作用を示すものがより好ましく、このような特性の紫外光偏光板を用いることにより、紫外光の透過率を高くすることができる。
【００６３】
なお、上記実施形態の光シャッタ素子では、液晶セル１の上基板２の近傍における液晶分子配向方向２ａと前記上基板２に隣接する上側紫外光偏光板１３の吸収軸１３ａとのなす角を０°±１０°、前記液晶セル１の下基板３の近傍における液晶分子配向方向３ａと前記下基板３に隣接する下側紫外光偏光板１４の吸収軸１４ａとのなす角を９０°±１０°にしているが、それと逆に、前記液晶セル１の上基板２の近傍における液晶分子配向方向２ａと上側紫外光偏光板１３の吸収軸１３ａとのなす角を９０°±１０°、前記液晶セル１の下基板３の近傍における液晶分子配向方向３ａと下側紫外光偏光板１４の吸収軸１４ａとのなす角を０°±１０°にしてもよく、その場合も、一対の紫外光偏光板１３，１４の吸収軸１３ａ，１４ａのなす角を０°±１０°に設定し、前記液晶セルのΔｎｄの値を上記実施形態と同じ３００ｎｍ〜４００ｎｍの範囲（好ましくは３００ｎｍ〜３４０ｎｍの範囲、より好ましくは３２０ｎｍ〜３４０ｎｍの範囲）に設定することにより、上記実施形態と同じ特性を得ることができる。
【００６４】
また、上記実施形態の光シャッタ素子は、液晶セル１を挟んで一対の紫外光偏光板１３．１４を配置したものであるが、前記液晶セル１と一対の紫外光偏光板１３，１４のいずれか一方または両方との間に、例えばディスコティック液晶分子またはネマチック液晶分子を一方の面から他方の面に向かってチルト角が順次大きくなるように配列させた液晶層を有する位相板をさらに配置してもよく、このようにすることにより、光を透過させる状態に制御された部分から、広範囲の方向に充分な強度の紫外光を出射することができる。
【００６５】
さらに、上記実施形態の光シャッタ素子は、液晶セル１の液晶分子の初期配向状態を、一対の基板２，３面に対してそれぞれ実質的に平行に倒伏し且つ前記一対の基板２，３間において９０°±１０°のツイスト角でツイスト配列した配向状態としているが、前記液晶セル１の液晶分子の初期配向状態は、一対の基板面に対してそれぞれ実質的に平行に倒伏し且つ前記一対の基板間において２３０°〜２６０°のツイスト角でツイスト配列した配向状態、液晶分子を一対の基板面に対してそれぞれ実質的に平行に倒伏し且つ分子長軸を一方向に揃えて配列した非ツイストのホモジニアス配向状態、あるいは、一対の基板面に対してそれぞれ実質的に垂直に起立しホメオトロピック配向状態等でもよく、その場合も、液晶セルのΔｎｄの値と、一対の紫外光偏光板１３，１４の吸収軸１３ａ，１４ａの向きとを、前記液晶分子が前記初期配向状態に配向したときに光の透過率が最小になり、前記液晶分子が電界の印加により配向状態を変えるのにともなって前記透過率が高くなるように設定することにより、入射角によるコントラストの変化を小さくし、広い入射角範囲にわたって均一な出射光のコントラストを得ることができる。
【００６６】
また、液晶セル１は、ＴＦＴをアクティブ素子とするものに限らず、ＴＦＤ（薄膜ダイオード）等をアクティブ素子とするアクティブマトリックス液晶セルでもよく、また、一対の基板のいずれか一方の内面に、前記液晶層への横方向電界の印加により透過光の偏光状態を制御する複数の偏光制御部をマトリックス状に配列形成する電極を設けた横電界型の液晶セルでもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】この発明の一実施形態を示す光シャッタ素子の分解斜視図。
【図２】前記光シャッタ素子の一部分の断面図。
【図３】前記光シャッタ素子の液晶セルの液晶分子配向状態と一対の紫外光偏光板の配置状態を示す図。
【図４】液晶セルのΔｎｄの値を３７０ｎｍに設定した実施例１の光シャッタ素子の入射角―透過率特性と入射角―コントラスト特性を示す図。
【図５】液晶セルのΔｎｄの値を３３０ｎｍに設定した実施例２の光シャッタ素子の入射角―透過率特性と入射角―コントラスト特性を示す図。
【図６】液晶セルのΔｎｄの値を３００ｎｍに設定した実施例３の光シャッタ素子の入射角―透過率特性と入射角―コントラスト特性を示す図。
【図７】比較例の光シャッタ素子の入射角―透過率特性と入射角―コントラスト特性を示す図。
【符号の説明】
【００６８】
１…液晶セル、２，３…基板、４，５…電極、６…ＴＦＴ、１０…液晶層、Ａ…偏光制御部配列エリアＡ、ａ…偏光制御部、１３，１４…紫外光偏光板、１３ａ，１４ａ…吸収軸。
【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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