(57)【要約】      （修正有）【課題】印加する電圧を変化させることにより透過する光の屈折角を制御することが可能な液晶光学素子を提供する。【解決手段】光偏向液晶セル１００は、相互に対向する一対の第１及び第２の透明基板と、前記第１及び第２の透明基板上に形成され、前記第１及び第２の透明基板間に電圧を印加する一対の第１及び第２の透明電極と、前記第１及び第２の透明基板の一方の上方に形成されるプリズムを有するプリズム層と、前記プリズム層上に形成され、液晶表示装置２２の偏光板の偏光方向と平行に配向処理が施された配向膜と、前記第１及び第２の透明基板間に挟まれ、液晶分子を有する液晶層とを有し、制御部２８は、外部からの情報に従い、前記第１及び第２の透明電極に印加する電圧を変化させることにより、前記液晶層の屈折率を変化させて前記プリズムの斜面と前記液晶層の界面を通過する光の屈折角を制御する。【選択図】図４
2012078434.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
偏光板を用いた液晶表示装置と、
透明な薄板状の光偏向液晶セルと、
制御部と
を有する液晶光学素子であって、
前記光偏向液晶セルは、
相互に対向する一対の第１及び第２の透明基板と、
前記第１及び第２の透明基板上に形成され、前記第１及び第２の透明基板間に電圧を印加する一対の第１及び第２の透明電極と、
前記第１及び第２の透明基板の一方の上方に形成されるプリズムを有するプリズム層と、
前記プリズム層上に形成され、前記液晶表示装置の偏光板の偏光方向と平行に配向処理が施された配向膜と、
前記第１及び第２の透明基板間に挟まれ、液晶分子を有する液晶層とを有し、
前記制御部は、外部からの情報に従い、前記第１及び第２の透明電極に印加する電圧を変化させることにより、前記液晶層の屈折率を変化させて前記プリズムの斜面と前記液晶層の界面を通過する光の屈折角を制御する液晶光学素子。
【請求項２】
前記配向膜は光配向により配向処理が施された請求項１記載の液晶光学素子。
【請求項３】
光源と、偏光板を用いた液晶表示装置と、透明な薄板状の光偏向液晶セルと、制御部とを有する液晶光学素子であって、前記光偏向液晶セルは、相互に対向する一対の第１及び第２の透明基板と、前記第１及び第２の透明基板上に形成され、前記第１及び第２の透明基板間に電圧を印加する一対の第１及び第２の透明電極と、前記第１及び第２の透明基板の一方の上方に形成されるプリズムを有するプリズム層と、前記プリズム層上に形成され、前記液晶表示装置の偏光板の偏光方向と平行に配向処理が施された配向膜と、前記第１及び第２の透明基板間に挟まれ、液晶分子を有する液晶層とを有し、前記制御部は、外部からの情報に従い、前記第１及び第２の透明電極に印加する電圧を変化させることにより、前記液晶層の屈折率を変化させて前記プリズムの斜面と前記液晶層の界面を通過する光の屈折角を制御する液晶光学素子の製造方法であって、前記配向膜の配向処理が光配向であることを特徴とする液晶光学素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶光学素子及び液晶光学素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車等の車両における情報表示装置として、いわゆるヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）が知られている。ヘッドアップディスプレイは、フロントガラス下部に設けられたプロジェクタからの表示画像を、当該フロントガラスに設けられたコンバイナ（透光性反射部材）で運転者に向けて反射させることにより、運転者がフロントガラス前方の景色と虚像である表示画像を重ねて視認できるようにするものである。
【０００３】
運転者の体格や車両のシート形状等によって、運転者の視点の高さが異なるので、運転者の視点の位置が変わっても、運転者が表示画像を視認できるようにヘッドアップディスプレイを調整できるようにすることが求められている。
【０００４】
例えば、特許文献１及び特許文献２には、表示装置からの画像光を反射させる反射板をコンバイナの前段に設け、運転者の視点に合わせて鮮明な虚像が得られるように、反射板の傾きをモータ等の機械的作動部により調整する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０５−２２９３６６号公報
【特許文献２】特開２００３−３９９８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来のように機械的作動部により視点位置の変化に対応する場合は、装置の大きさや重さへの影響がある。特にヘッドアップディスプレイを装着する部分はスペースが限られていることが多いので、装置の大きさは車両に搭載する面で問題となる。
【０００７】
また、機械的作動部は長期信頼性に問題があったり、ノイズの発生、高価なステッピングモータやマイコンが必要になったりすることがある。
【０００８】
さらに、太陽光などの強い光線がコンバイナ側から反射板等を介して表示装置に逆光として入射した場合に虚像が見づらくなるため、バックライト用の光源の光度を高めて虚像をより明るくするなどの対策が必要である。
【０００９】
本発明の目的は、印加する電圧を変化させることにより透過する光の屈折角を制御することが可能な液晶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】
【００１０】
本発明の一観点によれば、液晶光学素子は、光源と、偏光板を用いた液晶表示装置と、透明な薄板状の光偏向液晶セルと、制御部とを有する液晶光学素子であって、前記光偏向液晶セルは、相互に対向する一対の第１及び第２の透明基板と、前記第１及び第２の透明基板上に形成され、前記第１及び第２の透明基板間に電圧を印加する一対の第１及び第２の透明電極と、前記第１及び第２の透明基板の一方の上方に形成されるプリズムを有するプリズム層と、前記プリズム層上に形成され、前記液晶表示装置の偏光板の偏光方向と平行に配向処理が施された配向膜と、前記第１及び第２の透明基板間に挟まれ、液晶分子を有する液晶層とを有し、前記制御部は、外部からの情報に従い、前記第１及び第２の透明電極に印加する電圧を変化させることにより、前記液晶層の屈折率を変化させて前記プリズムの斜面と前記液晶層の界面を通過する光の屈折角を制御する。
【００１１】
本発明の他の観点によれば、光源と、偏光板を用いた液晶表示装置と、透明な薄板状の光偏向液晶セルと、制御部とを有する液晶光学素子であって、前記光偏向液晶セルは、相互に対向する一対の第１及び第２の透明基板と、前記第１及び第２の透明基板上に形成され、前記第１及び第２の透明基板間に電圧を印加する一対の第１及び第２の透明電極と、前記第１及び第２の透明基板の一方の上方に形成されるプリズムを有するプリズム層と、前記プリズム層上に形成され、前記液晶表示装置の偏光板の偏光方向と平行に配向処理が施された配向膜と、前記第１及び第２の透明基板間に挟まれ、液晶分子を有する液晶層とを有し、前記制御部は、外部からの情報に従い、前記第１及び第２の透明電極に印加する電圧を変化させることにより、前記液晶層の屈折率を変化させて前記プリズムの斜面と前記液晶層の界面を通過する光の屈折角を制御する液晶光学素子の製造方法は、前記配向膜の配向処理が光配向であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、印加する電圧を変化させることにより透過する光の屈折角を制御することが可能な液晶光学素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施例による光偏向液晶セル１００の概略断面図である。
【図２】プリズム層３の概略斜視図である。
【図３】ガラス基板１上のプリズム層３の概略平面図である。
【図４】本発明の実施例による光偏向液晶セル１００を光学系２０に組み込んだヘッドアップディスプレイの構成を表す概念図である。
【図５】図４に示すヘッドアップディスプレイにおいて、観察者（ドライバー）の身長（視点位置）に合わせて光軸調整を行う例を説明するための概念図である。
【図６】図４に示すヘッドアップディスプレイにおいて、視点位置を固定して、ドライバーから見える虚像の位置を調整する例を説明するための概念図である。
【図７】本実施例のヘッドアップディスプレイを用いて進行方向をフロントガラス２５に、実環境（景色）に合わせて矢印（虚像）２７を表示する例を示す概念図である。
【図８】外光の液晶表示装置への入射を防ぐことが可能なヘッドアップディスプレイの光学系２０の構成例を示す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１は、本発明の実施例による光偏向液晶セル（液晶光学素子）１００を概略的に示す厚さ方向断面図である。
【００１５】
透明電極が形成された一対のガラス基板（透明電極２が形成されたガラス基板１、及び、透明電極１２が形成されたガラス基板１１）を用意した。ガラス基板１、１１は、それぞれ、厚さ０．７ｍｍｔであり、材質は無アルカリガラスである。透明電極２、１２は、それぞれ、厚さ１５０ｎｍであり、材質はインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）であり、所望の平面形状にパターニングされている。
【００１６】
片側のガラス基板１の透明電極２上に、プリズム層３を形成した。プリズム層３は、ベース層３ｂ上にプリズム３ａが並んだ形状を有する。ベース層３ｂの厚さは、例えば２μｍ〜３０μｍ程度である。本実施例では、ＵＶ硬化型のアクリル系樹脂等の１８０℃以上の熱処理に対する特性（透過率）変化の少ない材料（以下、単に耐熱性プリズム材料と呼ぶ）を用いてプリズム層３を形成する。なお、ＵＶ硬化型のアクリル系樹脂等の１８０℃以上の熱処理に対する特性（透過率）変化の少ない（１８０℃以上の熱処理が可能な）材料を用いることにより、従来では非常に困難であったポリイミド等からなるＬＣＤ用配向膜をプリズム上に形成できる。なお、本明細書において、「特性（透過率）変化の少ない」とは、特性（透過率）変化が熱処理前に比べて概ね２％以内である状態を示す。ＵＶ硬化型のアクリル系樹脂は、耐熱性だけでなく、ガラスへの密着性も優れていると共に金属には密着しにくい（離型性が良い）という性質を有しており、本発明の実施例によるプリズムを形成する材料として好適である。また、エポキシ系の樹脂も耐熱性に優れており、本発明の実施例によるプリズムを形成する材料として使用可能であると考えられる。また、ポリイミドも使用可能である。
【００１７】
図２は、プリズム層３の概略斜視図であり、右側部分にプリズム３ａの断面形状の拡大図を示す。各プリズム３ａは、例えば、頂角約４５°、底角が約４５°及び約９０°の三角柱状であり、複数のプリズム３ａが、プリズム長さ方向と直交する方向（この方向を、プリズム幅方向と呼ぶこととする）に、方向を揃えて並んでいる。プリズム３ａの高さは約２０μｍであり、プリズム３ａの底辺の長さ（プリズムのピッチ）は約２０μｍである。
【００１８】
図３は、ガラス基板１上のプリズム層３の概略平面図である。プリズム層３の作製方法について説明する。プリズム層３の型が形成され、ガラス基板１（縦１５０ｍｍ×横１５０ｍｍ×厚さ０．７ｍｍｔ）の透明電極２上に、所定量の耐熱性プリズム材料３Ｒ（例えば、紫外線（ＵＶ）硬化型のアクリル系樹脂）を滴下し、その上の所定位置に、離型剤もしくはコーティング剤付きのプリズム金型を置き、厚手の石英部材などを基板の裏側に配置して補強した状態でプレスを行った。金型のサイズ（プリズム形成領域のサイズ）は、縦８０ｍｍ×横８０ｍｍである。
【００１９】
プレスして１分以上放置し、耐熱性プリズム材料３Ｒを十分広げた後、ガラス基板１の裏側から紫外線を照射し、耐熱性プリズム材料３Ｒを硬化させた。紫外線の照射量は２００ｍＪ／ｃｍ２とした。紫外線の照射量は、樹脂が硬化するように適宜設定すればよい。なお、ＩＴＯは紫外線を吸収するため、透明電極の膜厚が変われば紫外線照射量も変える必要があろう。
【００２０】
耐熱性プリズム材料３Ｒの硬化後、石英、プレス治具などを取り外し、プリズム層３が形成されたガラス基板１を押し下げることにより、プリズム金型から剥離する。
【００２１】
なお、プリズム層３の大きさは、耐熱性プリズム材料３Ｒの滴下量を調整することにより行う。滴下量を調整してプリズム形成領域全体Ａ１（縦８０ｍｍ×横８０ｍｍ）のうちの必要な領域Ａ２（縦６０ｍｍ×横６０ｍｍ）にプリズム層３を形成した。なお、プリズム層３を構成するＵＶ硬化型のアクリル系樹脂の屈折率は、１．５１である。
【００２２】
プリズム層３は、頂角の角度により、１辺から入射し、他辺から出射する光の進行方向を変える機能を有する。
【００２３】
図１に戻って説明を続ける。プリズム付きガラス基板１と、もう一方のＩＴＯ付きガラス基板１１を洗浄機にて洗浄した。洗浄方法は、アルカリ洗剤を用いたブラシ洗浄、純水洗浄、エアーブロー、紫外線照射、赤外線乾燥の順に行った。なお、洗浄方法はこれに限らず、高圧スプレー洗浄やプラズマ洗浄などを行ってもよい。
【００２４】
次に、プリズム層３上及びもう一方のガラス基板１１の透明電極１２上に、ポリイミド等により配向膜１３を形成した。プリズム層３上に配向膜１３を形成することにより、配向規制力を十分なものにすることができる。ここでは、日産化学製のＳＥ−１３０をフレキソ印刷法で厚さ８０ｎｍ形成して、１８０℃で１．５時間焼成を行った。焼成後、配向膜１３に配向処理を行った。配向膜１３の配向方向は、両ガラス基板を重ね合わせてセルを形成したとき、プリズム層３上の配向膜１３ともう一方のガラス基板１１の透明電極１２上の配向膜１３のラビング方向とがアンチパラレルとなるように定めた。なお、配向膜の材料は上記のものに限らず市販の多くのポリイミド配向膜材料が使用可能である。
【００２５】
次に、プリズム層３上の配向膜１３に対して、配向処理として光配向を実施した。ここでは紫外線を偏光した光をガラス基板１１に対して法線方向から照射する方法を用いた。すなわち、プリズム層３の傾斜面に対しては４５°傾けた方向から照射した。露光に用いた偏光フィルタの波長は３１０ｎｍであり、照度８．５ｍＷ／ｃｍ２で１２０秒間露光した（照射量：約１Ｊ/ｃｍ２）。光配向方向は、露光に用いる偏光フィルタの偏光方向とプリズム方向（図２のｘ方向）が平行となるようにした。液晶分子の配向方向は紫外光の偏光方向に直交するように並ぶ。結果としてプリズム方向と直交する方向（図２のｙ方向）に液晶分子が配向するようにした。なお、プリズム層３上の配向膜１３に対して、配向処理としてラビング処理を実施してもよい。ラビング処理を行う場合は、例えば、図２のｙ方向に押し込み量０．８ｍｍで行う。
【００２６】
配向方法として光配向を用いることにより、凸凹のあるプリズム層３上においても、均一な液晶配向を得ることができるようになる。結果として、ラビング処理に比べて、投影像の画質が著しく向上する。
【００２７】
もう一方のＩＴＯ付きガラス基板１１の配向膜１３に対しては、配向処理としてラビング処理を実施した。ストロングアンカリングになるように、押し込み量０．８ｍｍで、強めに押し込んでラビング処理を行った。ラビングの方向はプリズム層３の傾斜方向に対してアンチパラレルになるように、図１の矢印１８の方向（図２のｘ方向とは逆方向）に行った。なお、ガラス基板１１の配向膜１３に対して光配向を行ってもよい。
【００２８】
次に、プリズム層３を形成した側のガラス基板１上に、ギャップコントロール剤を２ｗｔ％〜５ｗｔ％含んだメインシール剤１６を形成した。形成方法として、スクリーン印刷やディスペンサが用いられる。プリズム層３のベース層（２μｍ〜３０μｍ）とプリズムの高さ（０μｍ〜２０μｍ）を含め液晶層１５の厚さが、例えば１０μｍ〜３５μｍとなるように、ギャップコントロール剤を選択した。なお、プリズム層３は位置によって高さが変化するので、それに応じて液晶層１５の厚さも変化する。
【００２９】
ここでは、ギャップコントロール剤として径が４５μｍの積水化学製のプラスチックボールを選択し、これを三井化学製のシール剤ＥＳ−７５００に４ｗｔ％添加して、メインシール剤１６とした。
【００３０】
プリズムを形成しない側のガラス基板１１上には、ギャップコントロール剤１４として径が２１μｍの積水化学製のプラスチックボールを、乾式のギャップ散布機を用いて散布した。
【００３１】
次に、両ガラス基板１、１１の重ね合わせを行い、プレス機などで圧力を一定に加えた状態で熱処理することにより、メインシール剤を硬化させた。ここでは、１５０℃で３時間の熱処理を行った。
【００３２】
このようにして作製された空セルに、液晶を真空注入して、液晶層１５を形成した。実施例では、液晶として、Δεが正でΔｎ＝０．２１２、ｎｅ＝１．７１６、ｎｏ＝１．５０４のメルク製のものを用いた。なお、液晶のΔｎが大きな材料を用いるほど画像を大きく曲げることが可能であるが、Δｎが大きな液晶は配向性があまりよくない場合があるため本実施例では比較的Δｎが大きく配向性に優れた材料を用いた。
【００３３】
液晶注入後、プレスを行い余分な液晶を吐き出してから、注入口にエンドシール剤を塗布し、封止した。封止後、１２０℃で１時間の熱処理を行い、液晶の配向状態を整えた。このようにして、光偏向液晶セル１００を作製した。
【００３４】
配向膜１３の配向処理を光配向により行った場合には、液晶の注入から熱処理まではなるべく速やかに行う必要がある。なぜならばプリズム層３上の配向膜１３の光配向の配向規制力はそれほど強くなく、液晶注入時の液晶の流れの影響を受ける方向に配向（流動配向）する現象が見られる。これを解消するためには、高温処理を行い、液晶を一旦等方相温度以上にすることで流動配向を消去して本来の光配向に起因した方向に再配向させることができる。しかし、この方法では液晶を注入してから時間がたってしまうと流動配向が安定してしまい、多少の熱処理では完全に消去できなくなる（これを配向のメモリー性と呼ぶ）。したがって、液晶の注入から熱処理まではなるべく速やかに行うことが望ましく、可能であれば３時間以内、遅くとも２４時間以内に熱処理を行うことが望ましい。
【００３５】
実施例の光偏向液晶セル１００において、電圧無印加状態で、液晶分子の長軸がプリズム長さ方向に直交し、電圧印加により、液晶分子の長軸が基板法線方向に立ち上がる。実施例に用いた液晶は、電気ベクトルの振動方向が液晶分子の長軸方向に平行な偏光成分に対して、屈折率１．７１６を示し、電気ベクトルの振動方向が液晶分子の長軸方向に垂直な偏光成分に対して、屈折率１．５０４を示す。
【００３６】
プリズム層３を構成するＵＶ硬化型のアクリル系樹脂の屈折率は、１．５１であり、電気ベクトルの振動方向が液晶分子の長軸方向に垂直な偏光成分に対する液晶の屈折率と同等である。なお、第１の材料の屈折率と第２の材料の屈折率との差が、第１の材料の屈折率または第２の材料の屈折率に対して３％以内（より好ましくは２％以内）であるとき、両材料の屈折率が同等であるとする。
【００３７】
したがって、実施例による光偏向液晶セル１００は、液晶分子の長軸が基板法線方向に立ち上がる電圧印加時には、液晶層の屈折率（１．５０４）とプリズム層３の屈折率（１．５１）が同等となるので、プリズムの作用は消滅し、入射光をほぼそのまま直進させることとなる。一方、電圧非印加時（低い電圧の印加時を含む）には、液晶層の屈折率とプリズム層３の屈折率が異なるので、プリズムの作用が生じ、入射光を屈折させることとなる。
【００３８】
なお、プリズム形成用の金型にはエア抜き用の微小な溝を形成してもよい。また、金型と基板とは真空中で重ね合わせてもよい。なお、液晶の注入方法は真空注入に限らず、例えばＯｎｅＤｒｏｐ Ｆｉｌｌ（ＯＤＦ）法を用いてもよい。
【００３９】
なお、実施例の光偏向液晶セル１００では、プリズムパターンより広く上下基板間で９０°に交差した長方形状の電極パターンを用い、両基板側から端子を取り、また、メインシール部分で上下基板の電極が交差しないようにした。メインシール部分で上下基板の電極を交差させないことにより、短絡が抑制される。なお、片側から端子を取りたい場合は、メインシールに上下導通用の金ボールを添加する構造等とすればよい。
【００４０】
以上のようにして作製した液晶セル１００をプロジェクター光学系に組み込んで画像の変化の様子を観察した。液晶プロジェクターに予め配置されている液晶表示装置の偏光板の貼り方向と液晶セル１００の液晶分子配向方向が平行になるように向きを合わせて配置した。液晶セル１００の透明電極にピン端子等をつなげることにより導通をとり、液晶セル１００に交流電圧を印加できるようにした。液晶セル１００はプロジェクターレンズの外側に配置した。
【００４１】
液晶セル１００に電圧を印加したところ、プロジェクターにより投影された画像の位置が電圧により上下方向に移動する様子が観察された。この時、画像の画質はほとんど劣化することなく、その位置だけを移動させることができた。
【００４２】
なお、液晶分子は細長い分子形状を有しており、ある方向の偏光（液晶分子の長軸方向）は曲げることができるが、ある方向の偏光はそのまま透過する。したがって、光源から出た光がヘッドアップディスプレイやプロジェクター用の液晶表示装置を経由して出射される偏光方向と、液晶セル１００の液晶表示装置側に施される配向処理の方向が平行になるように配置しないと、全ての光を曲げることはできなくなる。
【００４３】
図４は、本発明の実施例による光偏向液晶セル１００を光学系２０に組み込んだヘッドアップディスプレイの構成を表す概念図である。
【００４４】
ヘッドアップディスプレイの光学系２０は車両３０のフロントガラス２５下方に搭載される。ＬＥＤ等の光源２１の光は、ある程度平行光になるように配光制御された状態で液晶表示装置２２に入射される。液晶表示装置２２に表示される画像２６は、液晶表示装置２２の表示面に平行に配置される光偏向液晶セル１００を透過して、反射板２４により上方向に反射されて、コンバイナ兼用のフロントガラス２５上に投影される。液晶表示装置２２は、偏光板を用いており、液晶表示装置２２から出射する画像２６の光は直線偏光状態になっている。この偏光の軸と光偏向液晶セル１００のオフ時の液晶分子配列方向が平行になるように、光偏向液晶セル１００の向きを合わせて配置した。制御部２８は、光偏向液晶セル１００に印加する電圧を制御することにより、光偏向液晶セル１００が画像２６の光を曲げる角度を調整する。
【００４５】
図５は、図４に示すヘッドアップディスプレイにおいて、観察者（ドライバー）の身長（視点位置）に合わせて光軸調整を行う例を説明するための概念図である。
【００４６】
この例では、液晶表示装置２２からに入射した光が下向きに曲がるようにプリズム層３の向きを合わせている。この時の光偏向液晶セル１００の液晶層１５内の液晶分子の配向方向はプリズム方向と直交となっている。本実施例で用いた材料やプリズム角度では、光は光偏向液晶セル１００により最大１２°程度曲げられる。ヘッドアップディスプレイで取ることの可能な光路長は車両３０への設置スペースによって制限されるが、例えば、本実施例では、光路長を５０ｃｍとしているので、フロントガラス２５に投影される画像２６は、上下にその位置を１０ｃｍ程度移動させることが可能である。図に示すように、投影像が見える虚像２７の位置に対してフロントガラス２５の位置は、視点位置Ｐ１、Ｐ２までの距離の約１／２の位置に該当するため、フロントガラス２５に投影する位置を１０ｃｍ程度上下できるのであれば、視点位置においてはその２倍の２０ｃｍの高さ調整ができることになる。したがって、光偏向液晶セル１００に電圧を印加して画像２６を直行させる場合の視点位置をＰ１とし、光偏向液晶セル１００に電圧を印加せずに画像２６を最大限曲げた場合の視点位置をＰ２とした場合、視点位置Ｐ１とＰ２は、約２０ｃｍの距離がある。よって、ドライバーの座高（視点位置）の差が２０ｃｍ程度あっても、ドライバーの見やすい位置に投影像をあわせることができる。なお、ヘッドアップディスプレイの光路長を長くすることにより、さらに大きな範囲で投影像の位置を調整可能となる。
【００４７】
図６は、図４に示すヘッドアップディスプレイにおいて、視点位置を固定して、ドライバーから見える虚像の位置を調整する例を説明するための概念図である。
【００４８】
図５を参照して説明したように、異なる視点位置のドライバーが同じ位置に虚像を見えるようにもできるが、視点位置を固定すると虚像の見える位置を調整可能である。
【００４９】
光偏向液晶セル１００に印加する電圧を変化させることにより画像２６がフロントガラス２５に投影される位置を下方向に移動させ、同一視点位置Ｐ３から見た投影像（虚像）の位置をＰ４からＰ５に移動する。電圧を印加せずに最大角度（本実施例では、１２°）曲げた状態が位置Ｐ４であり、電圧を印加して光を曲げない状態が位置Ｐ５である。
【００５０】
近年、カーナビゲーションシステムを搭載する車両が増加しつつあるが、路地がたくさんある場合など、ドライバーがどの路地で曲れば良いかが判りにくい場合がある。そのため、図７に示すように本実施例のヘッドアップディスプレイを用いて進行方向をフロントガラス２５に、実環境（景色）に合わせて矢印（虚像）２７を表示し、実際に曲がるべき交差点をドライバーに強く認識させることができる。図７（Ａ）では、実際に曲がるべき交差点（以下、単に「目標交差点」とする）を矢印２７で指し示している。この状態から、車両が前方に移動すると、図７（Ｂ）に示すように、目標交差点が近づいてくるため、それに伴い矢印２７と目標交差点が見える位置にずれが生じるが、光偏向液晶セル１００に印加する電圧を制御することにより矢印２７の表示位置を下方向に移動させ、常に矢印２７の位置を目標交差点が見えている位置に合わせることができる。
【００５１】
図６に示す例の場合、制御部２８は、車両３０に搭載されているカーナビゲーションシステム等から車両３０の位置情報（目標交差点までの距離情報、３Ｄセンサーによる高低情報、操舵角情報等）を取得し、該取得した位置情報に基づき光偏向液晶セル１００に印加する電圧を制御する。例えば、目標交差点までの距離が小さくなるに従い、光偏向液晶セル１００に印加する電圧を上昇させ、光偏向液晶セル１００で画像２６を曲げる角度を小さくし、フロントガラス２５に投影される画像２６の位置を下方向に移動させる。
【００５２】
このように、車両３０の進行（位置）に合わせて投影像（矢印）２７の位置を移動させることにより、ドライバーは目標交差点を間違えることなく運転をすることが可能となる。また、矢印の投影像２７の輝度を、車両３０から目標交差点までの距離が遠い場合には、暗めに設定し、近づくにつれて明るめに設定することで、距離感を強調することもできる。したがって、本発明の実施例による光偏向液晶セル１００を用いたヘッドアップディスプレイは、上述の例のようにフロントガラス２５に矢印２７等を表示し、進行方向を実風景と同期させて表示するようなナビゲーションシステムに好適である。
【００５３】
図８は、外光の液晶表示装置への入射を防ぐことが可能なヘッドアップディスプレイの光学系２０の構成例を示す概念図である。
【００５４】
基本的構成は図５に示す例と同様であるが、光偏向液晶セル１００と液晶表示装置２２との位置関係が異なる。光偏向液晶セル１００を液晶表示装置２２から所定の距離を置いて配置する。この距離は、少なくとも光偏向液晶セル１００で可能な最大角度（この例では１２°）で光を曲げた場合に、フロントガラス２５方面から光偏向液晶セル１００に入射した外光２９が液晶表示装置２２の表示面に入射しないようになるのに十分な距離である。
【００５５】
一般に、フロントガラス２５の方面から太陽光などの強い光線２９が逆光として光学系２０に入射した場合、虚像２７は見づらくなり、バックライト用の光源２１の光度を高めて虚像２７をより明るくするなどの対策が必要となるが、本実施例の光偏向液晶セル１００を用いることにより、太陽光などの光線２９が液晶表示装置２２に入らないように調節することが可能である。太陽光などの外光２９が液晶表示装置２２に入射する方向に来たときには、例えば、センサ（図示せず）などで光２９が液晶表示装置２２に入射してきた事を感知して、制御部２８により光偏向液晶セル１００に印加する電圧を調整し、太陽光２９が液晶表示装置２２に入らないように光２９を逃がすようにする。この時、投影像２７の位置は最適な位置から少しずれることがあるものの、ドライバーは投影像を認識可能である。このような構成により光源２１の輝度を高く設定することなく逆光対策を行うことができる。
【００５６】
以上、本発明の実施例によれば、液晶表示装置２２から出る光が直線偏光であれば、光偏向液晶セル１００により全ての光を曲げることが可能である。なお、光偏向液晶セル１００により光を曲げることのできる角度は、セル構造（プリズム形状、液晶の屈折率異方性等）により制御可能な範囲が異なるが、１８°程度まで曲げることが可能である。
【００５７】
また、本発明の実施例によれば、機械的作動部なしに、電圧によりヘッドアップディスプレイなどのプロジェクター光学系による投影像の位置を連続的に制御することができる。よって、視点の高さに合わせた画像の位置調整が可能である。さらに、視点の高さと投影像の位置と実風景の位置を調整してあわせることが可能である。
【００５８】
なお、上述の実施例では、車両３０に搭載されるヘッドアップディスプレイを例に説明したが、動きに合わせて角度調整を行うことができるので、船舶やヘリコプター、農機等のピッチ姿勢が大きく変動するものに搭載されるヘッドアップディスプレイ等にも好適である。
【００５９】
また、本発明の実施例によれば、光源の輝度を高くすること無く、プロジェクター光学系の逆光対策を行うことができる。
【００６０】
なお、上述の実施例では、光偏向液晶セル１００により光を上下に曲げる例のみを説明したが、プリズム層３の向きを変えることで、左右方向又は斜め方向に光を曲げることもできる。さらに、光偏向液晶セル１００を２枚使用することにより、上下方向及び左右方向に光を曲げることも可能となる。
【００６１】
なお、実施例の光偏向液晶セル１００は、偏光板を用いる液晶光学素子に比べ、高透過率である。各セルの光透過率として９０％以上、反射防止コーティングにより９５％以上が見込まれる。
【００６２】
実施例の光照射装置は、機械的な作動部なしに、照射方向を変えることができる。なお、上記実施例では、電圧オフとオンとで照射方向を２方向に切り替える例を主に説明したが、図７を参照して説明したように、中間調電圧を印加することにより、連続的に照射方向を制御することも可能である。
【００６３】
なお、上記実施例では、三角柱状のプリズムを用い、底角として、４５°及び９０°であるものを用いたが、底角はこれに限らない。基板に垂直入射した光線について、基板から適当に緩い角度で立ち上がる斜面がプリズムを構成し、垂直に近い底角で立ち上がる面はプリズムを構成しない。このような構成により、各セルで一方向への偏向が容易になる。
【００６４】
また、上記実施例では、三角柱状プリズムのピッチを２０μｍとした。プリズムのピッチは１μｍ〜１００μｍの範囲であることが好ましい。
【００６５】
なお、プリズムの形状は、実施例で示したものに限らず、例えば、断面形状がサインカーブ状でもよい。
【００６６】
なお、光源として、発光ダイオード（ＬＥＤ）の他に、例えば、ＨＩＤランプ、電界放射（ＦＥ）光源、蛍光灯等が考えられる。
【００６７】
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【符号の説明】
【００６８】
１、１１  ガラス基板
２、１２  透明電極
３  プリズム層
３ａ  プリズム
３ｂ  ベース層
１３  配向膜
１４  ギャップコントロール剤
１５  液晶層
２０  光学系
２１  光源
２２  液晶表示装置
２４  反射板
２５  フロントガラス（コンバイナ）
２６  画像
２７  投影像
２８  制御部
２９  外光
３０  車両
１００  光偏向液晶セル
【図１】
2012078434.tif 000003
【図２】
2012078434.tif 000004
【図３】
2012078434.tif 000005
【図４】
2012078434.tif 000006
【図５】
2012078434.tif 000007
【図６】
2012078434.tif 000008
【図７】
2012078434.tif 000009
【図８】
2012078434.tif 000010