(57)【要約】【課題】表面凹凸を有するプリズム上において均一な液晶配向を有する液晶光学素子を提供する。【解決手段】  液晶光学素子は、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、光配向により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が変化することを特徴とする。【選択図】  図１
2012173534.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、光配向により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が変化することを特徴とする液晶光学素子。
【請求項２】
第１及び第２の透明基板を準備する工程と、
前記第１及び第２の透明基板上に、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の透明電極を形成する工程と、
前記第１の透明電極の上方に、プリズムを有するプリズム層を形成する工程と、
前記プリズム層上に配向膜を形成する工程と、
前記プリズム層上に形成した配向膜に対して、光配向により配向処理を施す工程と、
前記第１及び第２の透明基板を、前記第１及び第２の透明電極が形成された側が向かい合うように重ね合わせる工程と、
前記第１及び第２の透明基板間に、液晶を注入して封止する工程と
を有する液晶光学素子の製造方法。
【請求項３】
前記プリズムの斜面は平坦な傾斜面であり、
前記配向処理を施す工程は、偏光性を有した紫外線を前記プリズムの平坦な傾斜面上に形成された前記配光膜に照射することによって行われ、
前記プリズムの平坦な傾斜面は前記紫外線照射方向に直交すると仮定された平面から１５°より大きく、９０°より小さい範囲で傾斜している請求項２記載の液晶光学素子の製造方法。
【請求項４】
前記プリズムの斜面は平坦な傾斜面であり、
前記配向処理を施す工程は、偏光性を有さない紫外線を前記プリズムの平坦な傾斜面上に形成された前記配光膜に照射することによって行われ、
前記プリズムの平坦な傾斜面は前記紫外線照射方向に直交すると仮定された平面から３０°より大きく、９０°より小さい範囲で傾斜している請求項２記載の液晶光学素子の製造方法。
【請求項５】
前記プリズムの斜面は、前記第１の透明基板の平面方向に対して傾斜する平坦な傾斜面であり、
前記配向処理を施す工程は、紫外線を前記プリズム層上に形成された配光膜に照射することにより行われ、
前記紫外線照射方向は、前記第１の透明基板の平面方向と直交する方向である請求項２記載の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、配光切り替え方法として、液晶光学素子を用いた方法が提案されている。例えば特許文献１は、一対の基板の一方の内面にプリズムを形成した液晶セルを用いて、光偏向を行う技術を開示する。電圧無印加状態と電圧印加状態とを切り替えて、液晶層の屈折率を切り替えることにより、光の進行方向を切り替える。
【０００３】
液晶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）は曲げることが出来るが、ある方向の偏光はそのまま透過する。光源が非偏光であり、光源の光を全て曲げたい場合はマイクロプリズム液晶光学素子を２組用意する必要がある（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
光源が偏光系もしくは光源とマイクロプリズム液晶光学素子の間に液晶表示装置など偏光系の光学系が配置される場合はマイクロプリズム液晶光学素子が１組あれば全ての光（画像）を曲げる事ができる。この時光源などから出射される偏光方向と、マイクロプリズム液晶光学素子において光源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。
【０００５】
例えば、光源側から出射される偏光方向と、マイクロプリズム液晶光学素子において光源側に施される配向処理の方向が４５度になるように配置した場合、約１／２の光は曲げられるが残りの光は制御することができなくなり、光源側から出射される偏光方向と、マイクロプリズム液晶光学素子において光源側に施される配向処理の方向が直交するように配置した場合には電気的に全く制御できなくなる。
【０００６】
従って、光源側から出射される偏光方向と、マイクロプリズム液晶光学素子において光源側に施される配向処理の方向が平行になるように配置することが、非常に重要である。なお、それに対して、プリズムの向きは、画像全体をどちらの方向に動かすかと言う面では重要であるが、配向を切り替えることが可能かどうかと言う面ではあまり重要ではない。
【０００７】
よって、マイクロプリズム液晶光学素子を透過する光（画像）の状態をなるべく鮮明になるようにするためには、きちんとした配向処理を行い、界面の液晶分子を一方向にきちんと並べることが非常に重要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−１４７３７７号公報
【特許文献２】特開２０１０−１４５６４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従来はプリズム上に配向膜を形成することなく、直接ラビング処理を行っていたが、ラビングされたプリズム材料では液晶分子を配向させる配向規制力が十分でなく、全ての液晶分子がラビング方向に向いていない。プリズム上に配向膜を形成すれば問題ないと考えられるが、多くのプリズム用形成材料は耐熱性が低く、配向膜を形成する熱処理（１８０℃以上）により特性が劣化してしまう。
【００１０】
また、プリズム上に配向規制力の高い配向膜（ポリイミドなど）を形成しラビング処理を行ったとしても完全に均一な液晶配向を得ることは困難である。それはプリズムの表面形状に起因していると考えられ、マイクロプリズム液晶光学素子で用いているプリズムには数μｍから数十μｍの表面凹凸があるため、ラビング処理で用いるラビング布の毛先がプリズム上（配向膜上）の全面にきちんと当たる事ができず、特に凹部においてきちんと配向されないためと考えられる。
【００１１】
本発明の目的は、表面凹凸を有するプリズム上において均一な液晶配向を有する液晶光学素子を提供することである。
【００１２】
本発明の他の目的は、表面凹凸を有するプリズム上に対しても均一な液晶配向を与えることが可能な液晶光学素子の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の一観点によれば、液晶光学素子は、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、光配向により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が変化することを特徴とする。
【００１４】
本発明の他の観点によれば、液晶光学素子の製造方法は、第１及び第２の透明基板を準備する工程と、前記第１及び第２の透明基板上に、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の透明電極を形成する工程と、前記第１の透明電極の上方に、プリズムを有するプリズム層を形成する工程と、前記プリズム層上に配向膜を形成する工程と、前記プリズム層上に形成した配向膜に対して、光配向により配向処理を施す工程と、前記第１及び第２の透明基板を、前記第１及び第２の透明電極が形成された側が向かい合うように重ね合わせる工程と、前記第１及び第２の透明基板間に、液晶を注入して封止する工程とを有する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、表面凹凸を有するプリズム上において均一な液晶配向を有する液晶光学素子を提供することができる。
【００１６】
また、本発明によれば、表面凹凸を有するプリズム上に対しても均一な液晶配向を与えることが可能な液晶光学素子の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１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】本発明の第１の実施例による光偏向液晶セル１００を組み込んだ光学系の構成を表す概念図である。
【図５】比較例による液晶セルＡ〜Ｅの配向に関する実験結果を示す表である。
【図６】本発明の第１の実施例による光偏向液晶セル１００を透過する光（画像）の状態を観察した第１の実験結果を示す表である。
【図７】本発明の第１の実施例による光偏向液晶セル１００を透過する光（画像）の状態を観察した第２の実験結果を示す表である。
【図８】本発明の第１の実施例による光配向の露光方向を説明するための概念図である。
【図９】本発明の第２の実施例による液晶セルの光配向処理を説明するための概念図である。
【図１０】本発明の第２の実施例による液晶セルを透過する光（画像）の状態を観察した第３の実験結果を示す表である。
【図１１】本発明の第３の実施例による液晶セルを透過する光（画像）の状態を観察した第４の実験結果を示す表である。
【図１２】本発明の第３の実施例による液晶セルを透過する光（画像）の状態を観察した第５の実験結果を示す表である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１は、本発明の第１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。
【００１９】
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。
【００２０】
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、本発明の第１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、本発明の第１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。
【００２１】
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（最低０μｍ〜最高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。また、プリズム層３のベース層（２μｍ〜３０μｍ）である。
【００２２】
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。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層３の型が形成された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。
【００２３】
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２０ｍＪ／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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
プリズム層３は液晶層１５と協働して、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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。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。
【００２９】
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３ａの斜面に対しては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）。なお、本実施例では、照度８．５ｍＷ／ｃｍ２（３１０ｎｍ）について１２０秒間露光した（照射量：約１Ｊ／ｃｍ２）が、波長２５４ｎｍの偏光フィルタを用いて、照度１．３ｍＷ／ｃｍ２で露光するようにしても良い。また、照射量についてはそれぞれの波長について３０秒、６０秒、１２０秒、３００秒と露光条件を変えて実験した。３０秒では光配向のみの配向力は弱かったが、６０秒でほぼ均一な配向が得られるようになった。但し僅かにずれた像が観察された。１２０秒では、ずれた像、ぼけた像ともほとんど観察されなくなった。それ以上露光量を増やしても結果に差は見られなかった。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。第１の実施例では、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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
第１の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。第１の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。
【００４１】
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。
【００４２】
したがって、第１の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（１．７１６、ただし４５度の斜面上での実行屈折率は概ね１．６程度）とプリズム層３の屈折率（１．５１）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。
【００４３】
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Ｏｎｅ  Ｄｒｏｐ  Ｆｉｌｌ（ＯＤＦ）法を用いてもよい。
【００４４】
なお、第１の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。
【００４５】
制御部２０は、例えば、外部からの情報に従い、光偏向液晶セル１００の透明電極２、１２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を透過する光を曲げる角度を調整する。
【００４６】
図４は、本発明の第１の実施例による光偏向液晶セル１００を組み込んだ光学系の概念図である。
【００４７】
上述した手法により作製した光偏向液晶セル１００を図４に示す光学系に組み込んで画像２３の変化の様子を観察した。背面に配置している液晶表示装置２２の偏光板２４の貼り方向と光偏向液晶セル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。光偏向液晶セル１００の透明電極２、１２にピン端子等をつなげることにより導通をとり、制御部２０から光偏向液晶セル１００に交流電圧を印加できるようにした。
【００４８】
光偏向液晶セル１００に電圧を印加したところ、液晶表示装置２２の静止画像の位置が電圧により移動する様子が観察された。この時、画像２３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。また二重像も観察されなかった。
【００４９】
液晶表示装置２２から出る光（画像）２３が直線偏光であれば、光偏向液晶セル１００により全ての光（画像）２３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（画像）２３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。
【００５０】
図５は、比較例による液晶セルＡ〜Ｅの配向に関する実験結果を示す表である。
【００５１】
比較例による液晶セルＡ〜Ｅは、本実施例による光偏向液晶セル１００のプリズム層３上の配向膜１３を日産化学製のＳＥ−４１０を用いて形成し、光配向の変わりにラビング処理で配向処理を行ったものである。液晶セルＡ〜Ｅは、それぞれラビング処理における押し込み量を、−０．８ｍｍ、−０．４ｍｍ、０ｍｍ、０．４ｍｍ、０．８ｍｍと変化させて作製した液晶セルである。押し込み量については、ガラス基板表面を０とし、基板から離れる方向をマイナス、押し込む方向をプラスとした。
【００５２】
ここでの評価実験は、液晶セルＡ〜Ｅに電圧を印加した場合と印加しなかった場合のそれぞれにおいて、液晶セルＡ〜Ｅを透過する光（画像）２３（図４）の状態を観察したものであり、具体的には、ずれた像の有無（像が二重に見えるか否か）及びぼやけの有無（像が散乱しているか否か）の２点について観察した。
【００５３】
ラビング処理における押し込み量を−０．８ｍｍとした液晶セルＡは、電圧無印加時には、ずれた像もぼやけも観察されなかったが、電圧印加時に白くぼやける現象が観察された。押し込み量を−０．４ｍｍとした液晶セルＢは、電圧無印加時及び無印加時の双方で、ずれた像とぼやけがわずかに観察された。押し込み量を０ｍｍとした液晶セルＣは、電圧無印加時にずれた像とぼやけが観察されたが、電圧印加時には、ずれた像もぼやけも観察されなかった。押し込み量を０．４ｍｍとした液晶セルＤは、電圧無印加時及び無印加時の双方で、ずれた像は観察されたが、ぼやけは観察されなかった。押し込み量を０．８ｍｍとした液晶セルＥは、電圧無印加時には、ずれた像もぼやけも観察されなかったが、電圧印加時にぼやけがわずかに観察された。以上のように、比較例Ａ〜Ｅでは、いずれの場合においても、ずれた像、ぼやけの面で電圧印加／無印加時の全ての状態に対し良好な画像を得る事はできていないことがわかる。
【００５４】
図６は、本発明の第１の実施例による光偏向液晶セル１００を透過する光（画像）２３（図４）の状態を観察した第１の実験結果を示す表である。上述の比較例と同様に、ずれた像の有無（像が二重に見えるか否か）及びぼやけの有無（像が散乱しているか否か）の２点について観察した。この第１の実験では、光偏向液晶セル１００の配向膜１３の材料及び光配向処理におけるＵＶ波長を変化させて液晶セルＦ〜Ｋを実際に作製して観察を行った。なお、紫外線露光は１２０秒間行い、その時の照射量は１５０ｍＪ／ｃｍ２であった。
【００５５】
液晶セルＦは、プリズム層３を形成した側のガラス基板１の配向膜１３を日産化学製のＳＥ−５１０を用いて形成し、紫外線露光に用いる偏光フィルタの波長を３１０ｎｍとして作製した。液晶セルＧは、液晶セルＦと同様に、日産化学製のＳＥ−５１０を用い、紫外線露光に用いた偏光フィルタの波長を２５４ｎｍとして作製した。
【００５６】
液晶セルＨは、プリズム層３を形成した側のガラス基板１の配向膜１３を日産化学製のＳＥ−１３０を用いて形成し、紫外線露光に用いる偏光フィルタの波長を３１０ｎｍとして作製した。液晶セルＩは、液晶セルＨと同様に、日産化学製のＳＥ−１３０を用い、紫外線露光に用いた偏光フィルタの波長を２５４ｎｍとして作製した。
【００５７】
液晶セルＪは、プリズム層３を形成した側のガラス基板１の配向膜１３を日産化学製のＳＥ−６１０を用いて形成し、紫外線露光に用いる偏光フィルタの波長を３１０ｎｍとして作製した。液晶セルＪは、液晶セルＩと同様に、日産化学製のＳＥ−６１０を用い、紫外線露光に用いた偏光フィルタの波長を２５４ｎｍとして作製した。
【００５８】
なお、紫外線の偏光方向はプリズム方向と平行、対向基板（ガラス基板１１）はいずれもプリズム層３を形成した側のガラス基板１と同じ配向膜材料を用い、アンチパラレルになるようラビング処理を行っている（押し込み量０．８ｍｍ）。また、光配向時の偏光フィルタの偏光方向はプリズム方向と平行になるようにし、ラビング方向はプリズム方向とは直交になるようにした。光配向では液晶分子は偏光フィルタの偏光方向とは直交方向に並ぶため、上記関係よりアンチパラレル配向が得られる。なお、ここで用いた光配向ではプレティルト角は発生しないためプリズムの傾斜方向に対してアンチパラレルになるようラビング方向に注意した。
【００５９】
液晶セルＧ（配向膜材料：ＳＥ−５１０、偏光フィルタ：２５４ｎｍ）において、電圧無印加時にずれた像がわずかに観察された。また、液晶セルＫ（配向膜材料：ＳＥ−６１０、偏光フィルタ：２５４ｎｍ）において、電圧印加時にぼやけがわずかに観察された。
【００６０】
液晶セルＦ、Ｈ、Ｉ、Ｊでは、電圧無印加時及び電圧印加時の双方でずれた画像もぼやけも観察されず、電圧印加／無印加時の全ての状態に対し良好な画像を得る事ができた。
【００６１】
図７は、本発明の第１の実施例による光偏向液晶セル１００を透過する光（画像）２３（図４）の状態を観察した第２の実験結果を示す表である。図８は、第１の実施例による光配向の露光方向を説明するための概念図である。
【００６２】
上述の比較例及び第１の実験と同様に、ずれた像の有無（像が二重に見えるか否か）及びぼやけの有無（像が散乱しているか否か）の２点について観察した。この第２の実験では、光配向処理における露光方向を、プリズムと平行（図８の矢印Ａの方向）、プリズムと直交（図８の矢印Ｂの方向）、左４５°（図８の矢印Ｃの方向）、右４５°（図８の矢印Ｄの方向）と変化させて、光偏向液晶セル１００を作製した。
【００６３】
図８の矢印Ａのようにプリズム方向と平行な偏光を当てた場合、液晶の配向方向はＵＶ光の偏光方向に直交するように並ぶため、配向状態はプリズム方向とは直交になり、液晶分子はプリズム３の斜面にそって並ぶことになる。電圧無印加時及び電圧印加時の双方でずれた画像もぼやけも観察されず、電圧印加／無印加時の全ての状態に対し良好な画像を得る事ができた。結果としてこの状態が、最も像を鮮明に保ったまま移動させることができた。
【００６４】
図８の矢印Ｂのようにプリズム方向と直交する偏光を当てた場合、液晶の配向方向はＵＶ光の偏光方向に直交するように並ぶため、配向状態はプリズム方向と平行になる。よって、液晶分子はプリズム３の斜面により傾斜されないためプレティルト角が無い状態と等価になる。結果として電圧印加時に僅かではあるが像がぼやける現象が見られた。なお、電圧ＯＮから電圧ＯＦＦに切り替える時にはぼやけはあまり観察されなかったことから、電圧ＯＦＦから電圧ＯＮへの立ち上がり時に見られやすい現象であると考えられる。
【００６５】
図８の矢印Ｃ及びＤのようにプリズム方向から左右４５°傾けた偏光を当てた場合、液晶の配向方向はＵＶ光の偏光方向に直交するように並ぶため、配向状態はプリズム方向と左右４５°ずれた方向になる。電圧無印加時に本来とは違う方向にずれる像が僅かながら観察された。左右４５°にずらした場合、プリズム形状効果による液晶の配向されやすさともっともかけ離れた配向方向であり、全面に均一な液晶配向が得られにくかったのではないかと考えられる。
【００６６】
図９は、本発明の第２の実施例による液晶セルの光配向処理を説明するための概念図である。
【００６７】
第２の実施例による液晶セルと第１の実施例による光偏向液晶セル１００との相違点は、光配向処理におけるプリズム層３を形成した側のガラス基板１の配向膜１３に対する紫外線露光時に、ガラス基板１を傾けて（プリズム３ａの斜面に対して角度をつけて）露光したことのみであり、その他の工程及び構成は図１に示す第１の実施例による光偏向液晶セル１００と同一である。
【００６８】
第２の実施例では、図９（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、ガラス基板１を傾けて光配向を実施した。なお、この第２の実施例では紫外線を偏光した光を照射する方法を用いた。３１０ｎｍの波長の偏光フィルタを用い、照度８．５ｍＷ／ｃｍ２（３１０ｎｍ）について１２０秒間露光した（照射量：約１Ｊ／ｃｍ２）。なお、波長２５４ｎｍの時は、照度を１．３ｍＷ／ｃｍ２とすることが好ましい。
【００６９】
図１０は、本発明の第２の実施例による液晶セルを透過する光（画像）２３（図４）の状態を観察した第３の実験結果を示す表である。
【００７０】
ここでの評価実験は、ガラス基板１を紫外線照射方向に直交する面（本実施例では、水平面）に対して、プリズム方向と直交する方向に−６０°〜＋６０°傾けて紫外線露光を行った液晶セルに、電圧を印加した場合と印加しなかった場合のそれぞれにおいて、液晶セルを透過する光（画像）２３（図４）の状態を観察したものであり、具体的には、ずれた像の有無（像が二重に見えるか否か）及びぼやけの有無（像が散乱しているか否か）の２点について観察した。なお、ここでは、図９（Ａ）に示すように、基板１の表面が紫外線照射方向に直交する面と平行な状態を、紫外線照射方向に直交する面に対する基板１の傾斜角（以下、単に基板傾斜角と呼ぶ）が０とみなし、図９（Ｂ）に示すように、基板１を左側に傾け、プリズム斜面に対する紫外線の入射角が小さくなる場合を基板傾斜角がマイナス、図９（Ｃ）に示すように基板１を右側に傾け、プリズム斜面に対する紫外線の入射角が大きくなる場合を基板傾斜角がプラスと定義する。また、本実施例では、基板傾斜角とプリズム３ａの頂角（本実施例では４５°）とを足したものが、プリズム３ａの斜面の紫外線照射方向に直交する面に対する角度（以下、プリズム斜面に対する傾斜角ないし入射角と呼ぶ）となる。
【００７１】
図１０の表に示すように、この第３の実験において、基板傾斜角（水平面に対する角度）が０°付近（プリズム斜面に対する傾斜角が４５°付近）、すなわち、基板傾斜角が−１５°〜＋３０°の範囲（プリズム斜面に対する傾斜角が３０°〜７５°の範囲）の時は、ずれた像もぼやけも無い事がわかった。
【００７２】
基板傾斜角が−３０°以下の場合に、ずれた像やぼやけが観察されるのは、プリズム３ａの一部が陰になってプリズム３ａの斜面にＵＶ光が全面に当たっていないためと考えられる。
【００７３】
一方、基板傾斜角が４５°以上の場合に、ぼやけが観察される理由は良くわかっていないが、例えば、基板傾斜角が４５°の場合は、プリズム斜面に対する傾斜角は、ほぼ９０°となるため、プリズム３ａの斜面の紫外線照射方向に対する角度は、ほぼ０°となり、ＵＶ光がプリズム３ａの斜面に十分に当たっていないと考えられる。また、基板傾斜角が６０°では、プリズム斜面に対する傾斜角が９０°以上になり、プリズム３ａの斜面にきちんと光配向がなされていないためと考えられる。
【００７４】
以上の実験結果より、光配向処理における紫外線照射方向とプリズム斜面に好ましい傾斜角範囲があることが考えられる。また、実験においては基板を傾斜させたが、同様の傾斜角範囲であれば紫外線照射方向の角度を変えても同様と考えられる。よって、実験における水平面は、紫外線照射方向と垂直な仮定された平面に置き換えて、傾斜角の基準とする。つまり、光配向処理におけるプリズム層３を形成した側のガラス基板１の配向膜１３に対する紫外線露光時に、偏光性を有した紫外線を照射する場合には、紫外線照射方向に直交する面に対して、プリズム３ａの斜面を１５°より大きく９０°より小さい範囲で傾斜させた状態で光照射することが好ましいと考えられる。
【００７５】
図１１は、本発明の第３の実施例による液晶セルを透過する光（画像）２３（図４）の状態を観察した第４の実験結果を示す表である。
【００７６】
第３の実施例による液晶セルと第１の実施例による光偏向液晶セル１００との相違点は、光配向処理におけるプリズム層３を形成した側のガラス基板１の配向膜１３に対する紫外線露光時に、無偏光の（偏光性を有さない）紫外線を照射して露光したこと、及び、無偏光の場合、異方性は基板面に当たる光の角度しか無く、傾斜面と平行になるような液晶配向規制力が生じるため、対向基板１１の配向膜１３の配向処理を第１の実施例とは９０°変えた方向に行ったことのみであり、その他の工程及び構成は図１に示す第１の実施例による光偏向液晶セル１００と同一である。なお、プレティルト角は基板同士を重ねたときプリズム３ａの傾斜角と平行な方向になるよう（近づくよう）ラビング方向を決めた。配向膜１３としては日産化学製のＳＥ−１３０を用いた。
【００７７】
第４の実験は、光配向処理における紫外線の露光時間を５秒、１０秒、２０秒として作製した液晶セルに電圧を印加した場合と印加しなかった場合のそれぞれにおいて、液晶セルを透過する光（画像）２３（図４）の状態を観察したものであり、具体的には、ずれた像の有無（像が二重に見えるか否か）及びぼやけの有無（像が散乱しているか否か）の２点について観察した。この第４の実験では、露光は照度７６ｍＷ／ｃｍ２（ピーク波長３５０ｎｍ）の条件で行った。また、基板傾斜角０°（プリズム斜面に対する傾斜角４５°）で、無偏光の紫外線を露光した
図１１に示す表から明らかなように、紫外線の照射時間が１０秒以上（７６０ｍＪ／ｃｍ２以上）であれば、ずれた像もぼやけも無い事がわかった。なお、それ以上露光量を増やしても結果に差は見られなかった。したがって、光配向処理におけるプリズム層３を形成した側のガラス基板１の配向膜１３に対する紫外線露光時に、偏光性を有さない紫外線を照射する場合には、紫外線の照射時間が１０秒以上（７６０ｍＪ／ｃｍ２以上）とすることが好ましいことがわかった。
【００７８】
次に、第２の実施例と同様に、光配向処理におけるプリズム層３を形成した側のガラス基板１の配向膜１３に対する紫外線露光時に、プリズム３ａの斜面に対して角度をつけて（ガラス基板１を傾けて）露光した。
【００７９】
図１２は、本発明の第３の実施例による液晶セルを透過する光（画像）２３（図４）の状態を観察した第５の実験結果を示す表である。第２の実施例と同様に、基板傾斜角を−６０°〜＋６０°として紫外線露光を行った液晶セルに、電圧を印加した場合と印加しなかった場合のそれぞれにおいて、液晶セルを透過する光（画像）２３（図４）の状態を観察したものであり、具体的には、ずれた像の有無（像が二重に見えるか否か）及びぼやけの有無（像が散乱しているか否か）の２点について観察した。露光時間は、２０秒に固定した。
【００８０】
図１２の表に示すように、この第５の実験において、基板傾斜角が０°〜＋３０°の範囲（プリズム斜面に対する傾斜角が４５°〜７５°の範囲）の時は、ずれた像もぼやけも無い事がわかった。一方、基板傾斜角が−１５°以下（プリズム斜面に対する傾斜角が３０°以下）の時、及び基板傾斜角が４５°以上（プリズム斜面に対する傾斜角が９０°以上）の時は、ずれた像やぼやけが観察された。
【００８１】
以上の実験結果より、偏光性を有した紫外線を照射した場合と同様に、光配向処理における紫外線照射方向とプリズム斜面に好ましい傾斜角範囲があることが考えられる。また、実験においては基板を傾斜させたが、同様の傾斜角範囲であれば紫外線照射方向の角度を変えても同様と考えられる。よって、実験における水平面は、紫外線照射方向と垂直な仮定された平面に置き換えて、傾斜角の基準とする。つまり、光配向処理におけるプリズム層３を形成した側のガラス基板１の配向膜１３に対する紫外線露光時に、偏光性を有さない紫外線を照射する場合には、紫外線照射方向に対して、プリズム３ａのプリズム斜面に対する傾斜角を３０°より大きく９０°より小さい範囲で傾斜させた状態で光照射することが好ましいと考えられる。
【００８２】
なお、全体として第１及び第２の実施例のように偏光フィルタを用いたとき（偏光性を有する紫外光を用いたとき）に比べぼやけの程度が悪かった。また傾斜角のマージンも狭い事がわかる。したがって、安定に均一像を得たい場合は偏光フィルタを用いた第１及び第２の実施例が好ましいといえる。
【００８３】
ただし、光照射時間は第３の実施例の方が第１及び第２の実施例よりも短くできるため、製造上は好ましい。また、第１及び第２の実施例では、偏光性を有する紫外光を用いるために、製造設備において、偏光のための光学系（例えば、コリメータ、偏光フィルタ等）を省略することができる。
【００８４】
以上、本発明の実施例によれば、光配向をプリズム層３上の配向膜１３に施すことにより、均一な液晶配向を与えることにできる。よって、電気的に（機械的稼動部なしに）光（画像）の方向を、画像の歪み、ぼやけ、二重像等のない鮮明な状態で移動させることができる。
【００８５】
また、一般に光配向は基板１を傾斜させるもしくは斜めから光を当てることで配向膜１３に異方性を付与しているが、本発明の第１〜第３の実施例によれば、プリズム３ａがあることで、プリズムの平坦な面が基板１の平面方向から傾斜しているため、紫外線を斜めから当てることなく基板１の平面方向に垂直な方向から照射したとしても（基板１が水平面にあり基板傾斜角を０°にしても）異方性を付与できる。
【００８６】
また、本発明の第１〜第３の実施例によれば、プリズム層３を耐熱性に優れた材料で形成するので、ポリイミドなどの配向膜（光配向性に優れたもの）をプリズム上に形成できる。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
本発明の各実施例による光偏向液晶セル１００は、画像を用いる多くの製品（プロジェクター、ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）、ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）、デジタルスチルカメラ等の光学系、各種ＬＣＤ（直視型）の表示機能追加）への応用が行える。
【００９２】
また画像でなくても高精度な配光制御が求められる製品（車両用ヘッドライト・テールライト（自動車、二輪車、自転車など）、各種照明機器（一般照明、舞台照明、特殊照明、車両用インテリア・エクステリア照明等）、光を曲げたい用途（防眩サンバイザー、防眩ミラー、防眩サングラス、各種光通信等）にも適用可能である。
【符号の説明】
【００９３】
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  制御部
２２  液晶表示装置
２３  光（画像）
１００  光偏向液晶セル
【図１】
2012173534.tif 000003
【図２】
2012173534.tif 000004
【図３】
2012173534.tif 000005
【図４】
2012173534.tif 000006
【図５】
2012173534.tif 000007
【図６】
2012173534.tif 000008
【図７】
2012173534.tif 000009
【図８】
2012173534.tif 000010
【図９】
2012173534.tif 000011
【図１０】
2012173534.tif 000012
【図１１】
2012173534.tif 000013
【図１２】
2012173534.tif 000014