(57)【要約】      （修正有）【課題】色ムラの少ない良好な光照射パターンを実現する。【解決手段】液晶光学素子は、対向配置された第１基板３１及び第２基板３２、第１基板３１と第２基板３２の各一面側にそれぞれ配置された電極３５、３６、複数のプリズムを有して第１基板３１の一面側に配置されたプリズムアレイ３３、プリズムアレイ３３と接して第１基板３１と第２基板３２の各一面の相互間に配置された液晶層３４を備える。プリズムアレイ３３は、複数のプリズムが平面視において同心円状に設けられており、液晶層３４は、少なくとも液晶層３４とプリズムアレイ３３との界面及びその近傍における液晶分子がプリズムアレイ３３の形状に沿って同心円状に配向している。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向配置された第１基板及び第２基板と、
前記第１基板と前記第２基板の各一面側にそれぞれ配置された電極と、
複数のプリズムを有して前記第１基板の一面側に配置されたプリズムアレイと、
前記プリズムアレイと接して前記第１基板と前記第２基板の各一面の相互間に配置された液晶層と、
を含み、
前記プリズムアレイは、前記複数のプリズムが平面視において同心円状に設けられており、
前記液晶層は、少なくとも当該液晶層と前記プリズムアレイとの界面及びその近傍における液晶分子が前記プリズムアレイの形状に沿って同心円状に配向している、
液晶光学素子。
【請求項２】
前記液晶層は、更に当該液晶層と前記第２基板との界面及びその近傍における液晶分子が同心円状に配向している、請求項１に記載の液晶光学素子。
【請求項３】
前記第２基板の前記電極と前記液晶層との間に配置された配向膜、を更に含む請求項１又は２に記載の液晶光学素子。
【請求項４】
前記液晶層は、前記液晶分子が前記第１基板及び前記第２基板の各基板面と略水平方向に配向している、請求項１〜３の何れか１項に記載の液晶光学素子。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか１項に記載の液晶光学素子と、
前記液晶光学素子へ光を入射させる光源と、
を含む、照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶光学素子並びにこれを用いた照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特開２００８−８９７８２号公報（特許文献１）には、液晶光学素子とこれを使用したストロボ装置の先行例が開示されている。この先行例にかかる液晶光学素子は、対向する面に透明電極が形成された一対のガラス基板、それらの間に配置された液晶層、少なくとも一方のガラス基板に設けられたプリズムアレイを備えている。また、ストロボ装置は、上記の液晶光学素子と光源等を組み合わせて構成されている。このストロボ装置は、液晶光学素子の液晶層に印加する電圧を増減することによって液晶層の屈折率を変化させ、それにより液晶層とプリズムアレイの界面における両者の屈折率差を変えることで、液晶光学素子を通過する光の配光特性を可変制御する。
【０００３】
ところで、上記の液晶光学素子に白色光源からの光を入射させた場合に、電圧印加時と電圧無印加時のいずれにおいても光照射パターンの色ムラを生じるという不都合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−８９７８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明に係る具体的態様は、色ムラの少ない良好な光照射パターンを実現することが可能な光照射技術を提供することを目的の１つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本願発明者による検討の結果、上記した先行例の液晶光学素子における課題は、プリズムアレイの材料によって生じる色収差が原因となる場合と、プリズムのサイズが小さい場合生じる回折作用が原因となる場合が複合しているという知見が得られた。かかる知見に基づいて、本願発明者は下記のような発明を創作するに至った。
【０００７】
本発明に係る一態様の液晶光学素子は、（ａ）対向配置された第１基板及び第２基板と、（ｂ）第１基板と第２基板の各一面側にそれぞれ配置された電極と、（ｃ）複数のプリズムを有して第１基板の一面側に配置されたプリズムアレイと、（ｄ）プリズムアレイと接して第１基板と第２基板の各一面の相互間に配置された液晶層を含み、（ｅ）プリズムアレイは、複数のプリズムが平面視において同心円状に設けられており、（ｆ）液晶層は、少なくとも当該液晶層とプリズムアレイとの界面及びその近傍における液晶分子がプリズムアレイの形状に沿って同心円状に配向している、ことを特徴とする液晶光学素子である。
【０００８】
上記の液晶光学素子によれば、プリズムアレイの形状効果を利用して液晶層の液晶分子を同心円状に配向させているので、この液晶分子の配向方向に沿って偏光を制御することができる。このため、液晶光学素子から出射する光は同じ方向の偏光が重ならない状態となり、光照射パターンの色ムラが改善される。また、プリズムアレイの各プリズムの配置ピッチを１０μｍ以上のオーダーにできるので、回折作用による色ムラを発生しにくくすることができる。また、プリズムアレイの形状に沿わせて液晶層の配向を制御するので、少なくともプリズムアレイが設けられる第１基板側には配向処理が不要となり、さらに第２基板側も配向処理を省略し得るので、配向処理に起因する液晶層の配向不良を減少させることができる。
【０００９】
上記の液晶光学素子において、更に、液晶層は液晶層と第２基板との界面及びその近傍における液晶分子が同心円状に配向していてもよい。
【００１０】
上記の液晶光学素子は、第２基板の電極と液晶層との間に配置された配向膜、を更に備えてもよい。
【００１１】
これにより、液晶層の配向状態をより良好にすることができる。
【００１２】
上記の液晶光学素子において、液晶層は、液晶分子が第１基板及び第２基板の各基板面と略水平方向に配向していてもよい。
【００１３】
本発明に係る一態様の照明装置は、上記した何れかの液晶光学素子と、この液晶光学素子へ光を入射させる光源を含んで構成される。ここでいう「照明装置」には、ストロボ装置のほか、屋内照明、街路灯、懐中電灯等の一般照明器具、自動車用照明灯具、二輪車用灯具など種々の照明装置が含まれる。
【００１４】
これによれば、色ムラの少ない良好な光照射パターンを実現することが可能な照明装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１（Ａ）および図１（Ｂ）は、一実施形態のストロボ装置（照明装置）の構成を示す模式図である。
【図２】図２は、第１実施形態の液晶光学素子の構成を示す模式断面図である。
【図３】図３は、第１実施形態におけるプリズムアレイの模式平面図である。
【図４】図４（Ａ）、図４（Ｂ）、図４（Ｃ）は、第１実施形態の液晶光学素子を用いたストロボ装置の光照射パターンについて説明するための図である。
【図５】図５は、第２実施形態の液晶光学素子の構成を示す模式断面図である。
【図６】図６は、第３実施形態のストロボ装置の構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００１７】
図１（Ａ）および図１（Ｂ）は、一実施形態のストロボ装置（照明装置）の構成を示す模式図である。本実施形態のストロボ装置は、白色ＬＥＤ（発光素子）を有する光源（白色光源）１と、この光源１から出射する光を集光してスポット配光を形成するレンズ（非球面凸レンズ）２と、このレンズ２によって集光された光の照射パターンを制御するための液晶光学素子３を含んで構成されている。また、液晶光学素子３には図示しない駆動装置が接続され、この駆動装置によって液晶光学素子３へ電圧が供給される。
【００１８】
液晶光学素子３は、液晶層とプリズムアレイを備えており、駆動装置による電圧供給を受けて液晶層における液晶分子の配向状態が変化し、それによって液晶層とプリズムアレイの界面における屈折率差を生じさせることで、液晶光学素子３を通過する光の屈折角を変化させて光の進行方向を変化させる。
【００１９】
例えば、液晶光学素子３は、液晶層が電圧無印加時において水平配向状態であり、電圧印加時に液晶層の略全体を垂直配向状態へ遷移するように構成されているとする。このとき、電圧印加時には図１（Ａ）に示すように液晶層とプリズムアレイとの界面における屈折率差がなくなり、液晶光学素子３に入射した光は基本的にその進行方向が変わらず、一次レンズであるレンズ２を通したものと同じ光照射パターンになる。すなわち、電圧印加時には光照射パターンがより狭角となる（図１（Ａ）参照）。これに対して、電圧無印加時には図１（Ｂ）に示すように液晶層のプリズムアレイとの界面における屈折率差が生じ、液晶光学素子に入射した光はその一部成分の進行方向が変化し、ハート型の光照射パターンとなる。このハート型の光照射パターンと上記したレンズ２を通したものと同じ光照射パターンとが合成されることにより、電圧無印加時には光照射パターンがより広角となる（図１（Ｂ）参照）。このように本実施形態のストロボ装置は、光源１から出射する光の光照射パターンを電気的に、かつ連続的に制御することが可能である。
【００２０】
本実施形態のストロボ装置の全体構成および概略動作は以上の通りであり、次に、液晶光学素子のより詳細な実施形態について説明する。
【００２１】
図２は、第１実施形態の液晶光学素子の構成を示す模式断面図である。図２に示す第１実施形態の液晶光学素子は、非結像系の素子であり、相互に対向配置された第１基板３１および第２基板３２と、第１基板３１の一面側に配置されたプリズムアレイ３３と、第１基板３１と第２基板３２の各一面の間に配置された液晶層３４と、第１基板３１の一面側に配置された第１電極３５と、第２基板３２の一面側に配置された第２電極３６と、第２基板３２の一面側に第２電極３６を覆って配置された配向膜３７を含んで構成されている。
【００２２】
第１基板３１と第２基板３２は、それぞれガラス基板等の透明基板である。例えば、厚さ０．７ｍｍ程度のガラス基板を用いることができる。第１基板３１と第２基板３２の間には図示しないギャップコントロール材が設けられており、両者間の間隙が例えば数μｍ〜数十μｍに保持されている。
【００２３】
第１電極３５は、例えばＩＴＯ（インジウム錫酸化物）膜などの透明導電膜からなり、第１基板３１の一面側に設けられている。同様に、第２電極３６は、例えばＩＴＯ膜などの透明導電膜からなり、第２基板３２の一面側に設けられている。これらの第１電極３５および第２電極３６は上記した駆動装置（図示省略）に接続されており、液晶層３４に電圧を印加するために用いられる。
【００２４】
配向膜３７は、第２基板３２の一面側に第２電極３６を覆って設けられている。この配向膜３７としては、例えば液晶層３４の液晶分子を基板面と水平に配向させる水平配向膜が用いられる。なお、配向膜３７は省略されてもよい。
【００２５】
プリズムアレイ３３は、中心部に配置された非球面凸レンズ部とその周囲に同心円状に配列された複数のプリズムを有しており、第１基板３１の一面側に設けられている。このプリズムアレイ３３は、例えば紫外線硬化樹脂を用いて形成することができる。非球面凸レンズ部は、例えばレンズ高さが１０μｍ、直径２．０ｍｍ〜５．５ｍｍに形成されている。なお、この非球面凸レンズ部を省略し、この部分からプリズムを設けてもよい。
【００２６】
本実施形態のプリズムアレイ３３は、それぞれの断面が三角形状であり、平面視において同心円状に形成されたプリズムを有して構成されている。プリズムアレイ３３の各プリズムの屈折面は、一次レンズであるレンズ２を透過した光の一部成分をハート型の光照射パターンにするために必要な角度に設定されている。具体的には、各プリズムの屈折面は、第１基板３１を透過してプリズムアレイ３３に入射する光（以下「入射光」という）の一部成分である異常光の進行方向が光源１の光軸から離れる方向となるように配置されている。また、各プリズムは、例えばプリズム高さを１０μｍ、各プリズムの配置ピッチを１０μｍ〜１８．５μｍの間に設定されている。各プリズムの配置ピッチを１４．６μｍ以上とすることにより虹色の照射パターンが生じないため、この数値条件によれば各プリズムのサイズによる回折作用を原因とした色ムラは生じないといえる。
【００２７】
液晶層３４は、プリズムアレイ３３と接して第１基板３１と第２基板３２の相互間に配置されている。例えば本実施形態では、液晶層３４は、誘電率異方性が正のネマティック液晶材料を第１基板３１と第２基板３２の相互間に注入することによって形成されている。本実施形態の液晶層３４は、電圧無印加時における液晶分子の配向方向が基板面に略水平となる水平配向状態に設定されている。
【００２８】
図３は、第１実施形態におけるプリズムアレイの模式平面図である。本実施形態においては液晶層３４を一軸配向させるための配向処理は特段に行われていない。このため、図３に模式的に示すように、液晶層３４における各液晶分子３４１は、少なくとも第１基板３１側においてはプリズムアレイ３３の各プリズムによって画定される溝に沿って同心円状に配列する。なお、第２基板３２と液晶層３４との界面付近における液晶分子の配向状態は、第２基板３２への配向処理の有無により一概にいえないが、例えば第２基板３２へ特段の配向処理を施していない場合には、プリズムアレイ３３と液晶層３４との界面における配向状態の影響を受け、これと同様の同心円状に液晶分子３４１が配列すると配向すると考えられる。そして、液晶層３４へ入射した光の偏光方向３４２は、図３に示すように液晶分子３４１に沿って制御される。
【００２９】
ここで、液晶光学素子３による配光制御について詳細に説明する。液晶光学素子３における液晶層３４は、屈折率異方性および誘電率異方性を有する媒体であり、印加された電圧の大きさに応じて液晶分子の配向状態が変化する。このとき、常光（常光線）に対する屈折率ｎｏは液晶分子の配向状態によらず一定である。ここで、常光に対する屈折率ｎｏは液晶層３４の液晶材料の液晶分子短軸方向の屈折率と等しいので、この液晶分子短軸方向の屈折率がプリズムアレイ３３の屈折率とほぼ等しければ常光の進行方向は液晶分子の配向状態によらず入射光と同じになる。これに対して、異常光（異常光線）に対する屈折率ｎｅは液晶分子の配向状態により変化する。この異常光に対する屈折率ｎｅが最大となるのは、液晶層３４に比較的高い電圧を印加して液晶層３４のほぼ全体で液晶分子の配向状態が垂直配向状態に遷移したときであり、このときの異常光に対する屈折率ｎｅは液晶分子長軸方向の屈折率と等しくなる。
【００３０】
このため、液晶光学素子３の液晶層３４に電圧を印加してない場合は、無偏光である光源１からの光（白色光）は、プリズムアレイ３３の各プリズムと液晶層３４との界面の屈折率差により液晶分子の配向方向と平行な偏光が屈折により制御される。この屈折により制御された光は、第２基板３２までの間にある液晶分子の配向に沿って進み、液晶光学素子３から出射する。本実施形態の液晶層３４における液晶分子は上記のように同心円状に配向しており（図３参照）、偏光同士が重なり合わないため、干渉による色ムラが減少する。なお、例えば、液晶分子の配向方向に対して４５°傾いた偏光は、プリズムアレイ３３の各プリズムと液晶層３４との界面で常光と異常光に分離する。この分離の割合は、液晶分子の配向方向と偏光方向のなす角度が平行に近ければ、各プリズムと液晶層３４との界面で屈折する光の割合が増える。
【００３１】
図４（Ａ）、図４（Ｂ）、図４（Ｃ）は、第１実施形態の液晶光学素子を用いたストロボ装置の光照射パターンについて説明するための図である。液晶光学素子３へ電圧が印加されている場合には、液晶層３４における常光、異常光のそれぞれに対する屈折率がプリズムアレイ３３の屈折率と等しく、両者の界面における光の屈折は生じない。このため図４（Ａ）に示すように、液晶光学素子３を通過した光の照射パターンはレンズ２を通過した光の照射パターンと同じになり、狭角配光パターンとなる。一方、液晶光学素子３へ電圧が印加されていない場合には、液晶層３４における異常光に対する屈折率がプリズムアレイ３３の屈折率と差を生じ、両者の界面における光の屈折を生じる。このため図４（Ｂ）に示すように、異常光は周辺に分離したハート型の照射パターンとなる。また、このときの常光の照射パターンは図４（Ａ）に示した照射パターンとなる。したがって、図４（Ｃ）に示すように常光と異常光を合成した照射パターンは広角配光パターンとなる。
【００３２】
図５は、第２実施形態の液晶光学素子の構成を示す模式断面図である。図５に示す第２実施形態の液晶光学素子は、基本的に第１実施形態の液晶光学素子と共通の構造を有しており、第１基板３１の一面側に設けられたプリズムアレイの形状が異なっている。なお、第１実施形態と共通する構成要素については同一符号を用いており、それらの詳細説明は省略する。このプリズムアレイ３３ａは、上記した第１実施形態の液晶光学素子におけるプリズムアレイ３３と同様の材料を用いて形成されており、中心部に非球面凹レンズ部を有し、その周囲に同心円状に配列された複数のプリズムを有している。プリズムアレイ３３ａの各プリズムの屈折面は、一次レンズであるレンズ２を透過した光の一部成分を集光するために必要な角度に設定されている。具体的には、各プリズムの屈折面は、第１基板３１を透過してプリズムアレイ３３ａに入射する光の一部成分である異常光の進行方向が光源１の光軸へ近づく方向となるように配置されている。このような構造とすることで一次レンズであるレンズ２の配光（例えば全角４５°、中心光度５０％）をさらにスポット配光にすることや焦点を結ぶことができる。
【００３３】
図６は、第３実施形態のストロボ装置の構成を示す模式断面図である。図６に示す第３実施形態のストロボ装置は、基本的に第１実施形態のストロボ装置と共通の構造を有しており、レンズ２が省略され、代わりにリフレクタ４を有する点が第１実施形態とは異なっている。なお、第１実施形態と共通する構成要素については同一符号を用いており、それらの詳細説明は省略する。リフレクタ４は、光源１からの光を集光して液晶光学素子へ入射させる。このようなリフレクタ４を用いることで光源１の配置に自由度が高まる。なお、液晶光学素子としては第１実施形態のものを例示したが、第２実施形態のものであってもよい。
【００３４】
以下に、液晶光学素子の実施例を説明する。
【００３５】
透明導電膜であるＩＴＯ（インジウム錫酸化物）膜が形成された１対のガラス基板を用意する。ＩＴＯ膜の膜厚は１５００Å、ガラス基板の板厚は０．７ｍｍ、ガラス基板の材質は無アルカリガラスもしくはソーダライムガラスである。ＩＴＯ膜は必要に応じて適宜パターニングする。このＩＴＯ膜は電極として用いられる。
【００３６】
一方のガラス基板（以下「下基板」という。）の一面側に、例えば精密金型を用いた反転転写によって上記した同心円状のプリズムアレイを形成する。具体的には、下基板の一面上に所定量のアクリル系紫外線硬化性樹脂（屈折率１．５１）を滴下し、その上に精密金型を所定の位置に置き、厚手の石英基板などを下基板の裏側に配置して補強した状態でプレスを行う。紫外線硬化性樹脂は精密金型の中央部分に精密なディスペンサーを用いて必要量を滴下する。ここで、すぐに下基板を押し付けてしまうと紫外線硬化性樹脂と精密金型の間に気泡が入った場合にこの気泡の逃げる場所がなくなるため、気泡が残留してしまいやすい。したがって、時間をかけて気泡を逃がしながら少しずつ押し込むことで、紫外線硬化性樹脂と精密金型の間に気泡のない状態で樹脂を広げる。このとき、周囲の気圧は低いことが望ましく、気圧が低いほど押し込む速度を早くすることができる。また周囲の気圧を概ね２０Ｔｏｒｒ（約２.６７ｋＰａ）以下にすれば、押し込み速度を気にせずに重ね合せることができる。
【００３７】
プレス後１分間以上放置することにより紫外線硬化性樹脂を精密金型と下基板の間に十分に広げた後、下基板側（石英基板側）から紫外線を照射して紫外線硬化性樹脂を硬化させる。紫外線の照射量は例えば２Ｊ/ｃｍ２とすることができるが、紫外線硬化性樹脂が硬化すればよいので照射量はあまり重要ではなく、適宜設定すればよい。プレス時の圧力は一定とし、プリズムアレイの大きさは主として紫外線硬化性樹脂の滴下量で制御する。
【００３８】
次に、プリズムアレイが形成された下基板を洗浄する。洗浄は例えば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が、洗浄方法はこれに限らない。高圧スプレー洗浄やプラズマ洗浄などを行ってもよい。
【００３９】
以上でプリズムアレイを有する下基板が完成する。なお、ここではＩＴＯ膜からなる電極がプリズムアレイの下側（プリズムアレイと下基板との間）に配置される場合について説明したが、プリズムアレイ上に電極を形成してもよい。その場合には、絶縁体であるプリズムアレイを介さずに液晶層へ電圧を印加できるため望ましい形態ともいえる。もっとも、プリズムアレイを介して液晶層に電圧を印加した場合においても数ボルトの電圧で液晶層の配向状態を変化させて光制御を行えるため、電極の位置はプリズムアレイの下側であっても実用上は問題ない。
【００４０】
次に、他方のガラス基板（以下「上基板」という。）の一面側に、ポリイミド膜などからなる配向膜を形成する。ここでは、水平配向膜材料をフレキソ印刷法にて８００Åの膜厚となるように塗布し、１８０℃、１．５時間の条件で焼成を行う。ここで用いる配向膜としては、アンカリング強度（液晶分子への吸着力を含む）の強い材料が望ましい。具体的にはＴＮ型液晶ディスプレイやＩＰＳ型液晶ディスプレイに用いられているポリイミド系の材料が望ましい。なお、ここでは、比較用の実施例として配向膜を形成しない上基板も用意する。
【００４１】
配向膜の焼成後、配向処理としてラビングを実施してもよい。ラビング条件、ラビング方向については適宜に設定できる。但し、プリズムの形状（平面形状）に異方性がある場合は、異方性に応じて最適なラビング方向を選択することが望ましい。ここでは、比較用の実施例として、ラビング処理を施した上基板とラビング処理を施さない上基板を用意する。なお、プリズムアレイの設けられた下基板には配向膜を形成せず、配向処理も施さない。
【００４２】
次に、下基板の一面上に、スクリーン印刷法により、もしくはディスペンサーを用いて、ギャップコントロール材を２〜５ｗｔ％含んだメインシール材を形成する。ここでは、ギャップコントロール材として粒径５０μｍのプラスチックボールを用いる。このプラスチックボールをシール材に４ｗｔ％添加し、メインシール材とする。また、上基板の一面上にもギャップコントロール材を散布する。ここでは粒径５０μｍのプラスチックボールを乾式のギャップ散布機によって散布する。
【００４３】
次に、上基板と下基板を重ね合わせ、プレス機などで圧力を一定に加えた状態で熱処理しメインシール材を硬化させた。ここでは１５０℃で３時間の熱処理を行う。こうして５０μｍ程度（プリズムアレイの形状によりセル厚は場所により異なる）のセル厚を有する空セルを作製した。
【００４４】
次に、空セルに液晶材料を真空注入することにより液晶層を形成する。液晶材料としてはΔεが正、Δｎが０．２９８のものを用いる。液晶材料の注入後、プレスを行い余分な液晶材料を排出させてから、注入口にエンドシール材を塗布して封止した。
【００４５】
注入口の封止後、再配向処理（１２０℃で１時間の熱処理）を行うことにより液晶層の配向状態を整える。液晶材料の注入から再配向処理まではなるべく速やかに行うことが望まれる。なぜならば、プリズムアレイ表面の液晶分子への配向規制力はそれほど強くなく、液晶材料の注入時の液晶材料の流れの影響を受けてその流れる方向に配向する現象（流動配向現象）が生じるためである。これを解消するには高温の熱処理を行い、液晶材料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プリズムアレイの形状に対応した配向方向に再配向させることができるが、注入後に長い時間が経過してしまうと流動配向状態が安定してしまい、多少の熱処理では流動配向を完全に消去できなくなるからである（配向のメモリー性）。したがって、なるべく速やかに再配向処理までを完了させることが望ましく、可能であれば３時間以内、遅くとも２４時間以内に再配向処理を行うことが望ましい。
【００４６】
なお、再配向処理を効果的に行うには配向膜が形成されていることが望ましい（再配向処理に必要な温度・時間などの条件は界面膜により異なる）。一般に配向膜がないと再配向処理に必要な温度が高くなり、望ましくない。また、再配向処理を効果的に行うには配向処理が行われていることが望ましく、特にラビング法が望ましい（再配向処理に必要な温度・時間などの条件は配向状態により異なる）。一般に配向処理条件が弱いほど再配向処理に必要な温度が高くなり、望ましくない。特に配向処理を行っていない場合は高い配向処理温度が必要になることが分かっている。
【００４７】
また、下基板ではプリズムアレイの形状に起因した配向状態を取り得る。液晶分子の配向は表面形状（表面凹凸）により規制され配向することが知られており、μｍオーダーの表面形状に起因して液晶分子が揃って並ぶことが知られている。しかしながら、その配向規制力は非常に弱く、通常の真空注入による製造方法では流動配向を生じやすい。この場合も再配向処理を上記した条件で素早く行うことにより流動配向を消去しプリズムアレイの形状に起因した配向状態に再配向することが可能である。再配向処理を行うには、液晶分子を界面吸着から解き放つためのエネルギー（ここでは熱エネルギー）が必要である。ここで必要なエネルギーは、プリズムアレイの形成に用いる材料や配向膜材料等の界面膜、液晶材料によって異なるが、おおむね液晶の相転移温度付近もしくはそれ以上である。相転移温度付近になった液晶分子は配向の秩序度が低下する傾向にあり、その異なる程度がバルク・界面・配向の有無によって異なる。
【００４８】
一般に、液晶分子の配向の秩序度は、配向処理した界面において最も高く、次いでバルク、次いで配向処理をしていない界面（配向膜有）、次いで配向処理をしていない界面（配向膜無し）、という順番になることが偏光顕微鏡観察などからわかっている。また、表面凹凸に基づく液晶分子の配向の秩序度は、表面凹凸のある界面において最も高く、次いでバルク、次いで表面凹凸のない界面という順番であると類推される（但し表面凹凸の形状如何ではバルクとの順序は逆転し得る）。したがって、本実施例では、相転移温度付近の熱を与える再配向処理を行うことにより液晶層を再配向させることができ、プリズムアレイと液晶層の界面における液晶分子の配向方向をほぼ同心円状に制御することができる。なお、上基板に配向膜を形成し配向処理を施した場合にはこの上基板と液晶層の界面における液晶分子は配向処理方向に沿って並び、配向処理をしていない場合は上基板と液晶層の界面における液晶分子は同心円状に並ぶと考えられる。本実施例の液晶光学素子では、配光制御を行うという観点からはプリズムアレイと液晶層の界面における液晶分子の配向状態がより重要であるため、下基板側の配向状態をいかに揃えるかが重要となる。
【００４９】
上基板に配向膜を形成しラビング処理を行った場合、配向膜を形成したがラビング処理を行っていない場合、配向膜を形成しない場合のそれぞれの液晶光学素子について、液晶層の配向状態を比較したところ、上基板に配向膜を形成しラビング処理を行った液晶光学素子が最も良い配向状態であった。これは上基板に配向膜を形成しラビングを行うことで再配向を行いやすい条件にした結果であるといえる。なお、エネルギーを高めることで再配向のしやすさを向上することもできるが、なるべく高熱の処理工程を設けないことが望ましい。
【００５０】
以上のような本実施形態並びに実施例によれば、プリズムアレイの形状効果を利用して液晶層の液晶分子を同心円状に配向させているので、この液晶省分子の配向方向に沿って偏光を制御することができる。このため、液晶光学素子から出射する光は同じ方向の偏光が重ならない状態となり、光照射パターンの色ムラが改善される。また、プリズムアレイの各プリズムの配置ピッチを１０μｍ以上のオーダーにできるので、回折作用による色ムラを発生しにくくすることができる。また、プリズムアレイの形状に沿わせて液晶層の配向を制御するので、少なくともプリズムアレイが設けられる第１基板側には配向処理が不要となり、さらに第２基板側も配向処理を省略し得るので、配向処理に起因する液晶層の配向不良を減少させることができる。
【００５１】
なお、本発明は上述した実施形態の内容に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々に変形して実施をすることが可能である。
【００５２】
例えば、上記した実施形態はデジタルスチールカメラ、カメラ付き携帯電話、ビデオカメラ等におけるＬＥＤを光源とするストロボ装置について例示していたが、本発明の適用範囲はこれに限定されず、屋内照明、街路灯、懐中電灯等の一般照明器具、自動車用照明灯具、二輪車用灯具など種々の照明装置に適用することが可能である。
【００５３】
また、上記した各実施形態においてストロボ装置の目標配光を得るために光源と液晶光学素子の間に配置されていたレンズは、非球面凸レンズに限定されず、球面レンズ、フレネルレンズ、回折レンズであってもよい。また、リフレクタ、ランバーシアン発光ＬＥＤ、一次レンズと同様な配光制御レンズ付きＬＥＤなどを用いることで一次レンズを省略してもよい。
【００５４】
また、上記した各実施形態においては、液晶光学素子は電圧無印加時に水平配向状態に設定された液晶層を備えていたが、外部から電気的に屈折率を可変できる限りにおいて液晶層は水平配向状態に限定されず、例えば液晶材料として負の誘電率異方性を用いた垂直配向状態としてもよい。
【符号の説明】
【００５５】
１：光源
２：レンズ
３：液晶光学素子
４：リフレクタ
３１：第１基板
３２：第２基板
３３、３３ａ：プリズムアレイ
３４：液晶層
３５：第１電極
３６：第２電極
３７：配向膜
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図３】
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