專利名稱：液晶光學(xué)元件及液晶光學(xué)元件的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及液晶光學(xué)元件及液晶光學(xué)元件的制造方法。
背景技術(shù)：
以往，作為配光切換方法，公開了使用液晶光學(xué)元件的方法。例如，專利文獻(xiàn)I公開了如下技術(shù)使用在一對基板中的一方的內(nèi)表面上形成了棱鏡的液晶單兀來使光偏轉(zhuǎn)。通過對未施加電壓的狀態(tài)和施加了電壓的狀態(tài)進(jìn)行切換來切換液晶層的折射率，由此對光的行進(jìn)方向進(jìn)行切換。液晶具有細(xì)長的分子形狀，某個(gè)方向上的偏振光(液晶分子的長軸方向)能夠轉(zhuǎn)向，而某個(gè)方向的偏振光能夠直接透過。在光源為非偏振光，且要使光源的光全部轉(zhuǎn)向時(shí)，需要準(zhǔn)備2組微棱鏡液晶光學(xué)元件(例如，參照專利文獻(xiàn)2)。在光源為偏振光系統(tǒng)或者在光源與微棱鏡液晶光學(xué)元件之間配置有液晶顯示裝置等偏振光系統(tǒng)的光學(xué)系統(tǒng)時(shí)，如果微棱鏡液晶光學(xué)元件為I組，則能夠使所有的光(圖像)轉(zhuǎn)向。當(dāng)此時(shí)從光源等射出的偏振光方向、與微棱鏡液晶光學(xué)兀件中對光源側(cè)施加的取向處理的方向未被配置為平行時(shí)，一部分的光不會(huì)轉(zhuǎn)向。例如，當(dāng)從光源側(cè)射出的偏振光方向與微棱鏡液晶光學(xué)兀件中對光源側(cè)施加的取向處理的方向被配置成45度時(shí),約有1/2的光發(fā)生轉(zhuǎn)向,但無法控制其余的光，當(dāng)從光源側(cè)射出的偏振光方向與微棱鏡液晶光學(xué)元件中對光源側(cè)施加的取向處理的方向被配置成垂直時(shí)，在電氣上完全無法進(jìn)行控制。因此,從光源側(cè)射出的偏振光方向與微棱鏡液晶光學(xué)兀件中對光源側(cè)施加的取向處理的方向配置成平行，是非常重要的。另外，相對于此，關(guān)于棱鏡的朝向，從使圖像整體向哪個(gè)方向移動(dòng)的方面看，棱鏡的朝向很重要，但從能夠切換取向的方面看，棱鏡的朝向不是
很重要。由此，為了使透過微棱鏡液晶光學(xué)元件的光(圖像)的狀態(tài)盡量鮮明，重要的是要進(jìn)行整齊的取向處理，使界面中的液晶分子整齊地排列在一個(gè)方向上。專利文獻(xiàn)I日本特開2006-147377號公報(bào)專利文獻(xiàn)2日本特開2010-145646號公報(bào)以往，不在棱鏡上形成取向膜，而是直接進(jìn)行摩擦處理，但是，在摩擦后的棱鏡材料中，實(shí)現(xiàn)液晶分子的取向的取向限制力不充分，不是所有的液晶分子都朝向摩擦方向。如果在棱鏡上形成取向膜就不會(huì)有問題，但是，大多數(shù)的棱鏡用形成材料的耐熱性低，其特性會(huì)因形成取向膜的熱處理(180°C以上)而劣化。另外，即使在棱鏡上形成了取向限制力高的取向膜(聚酰亞胺等)并進(jìn)行了摩擦處理，也很難得到完全均勻的液晶取向。這是由棱鏡的表面形狀引起的，由于在微棱鏡液晶光學(xué)元件中使用的棱鏡上存在幾Pm到幾十Pm的表面凹凸，因此，無法使摩擦處理中使用的摩擦布的毛端良好地接觸于棱鏡上(取向膜上)的整個(gè)面，特別是在凹部中不能實(shí)現(xiàn)良好的取向。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種在具有表面凹凸的棱鏡上具有均勻的液晶取向的液晶光學(xué)兀件。本發(fā)明的另一目的在于，提供一種在具有表面凹凸的棱鏡上也能夠?qū)嵤┚鶆虻囊壕∠虻囊壕Ч鈱W(xué)元件的制造方法。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，液晶光學(xué)元件具有彼此相對的一對第I透明基板和第2透明基板；形成在所述第I透明基板和第2透明基板上，對所述第I透明基板和第2透明基板之間施加電壓的一對第I透明電極和第2透明電極；具有棱鏡的棱鏡層，該棱鏡層形成在所述第I透明基板和第2透明基板中的一方的上方；取向膜，該取向膜形成在所述棱鏡層上，通過光取向被實(shí)施了取向處理；以及具有液晶分子的液晶層，該液晶層夾在所述第I透明基板和第2透明基板之間，通過使施加給所述第I透明電極和第2透明電極的電壓變化，來改變所述液晶層的折射率，使透過所述棱鏡的斜面與所述液晶層之間的界面的光的折射角變化。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，液晶光學(xué)元件的制造方法包括以下步驟準(zhǔn)備第I透明基板和第2透明基板；在所述第I透明基板和第2透明基板上，形成對所述第I透明基板和第2透明基板之間施加電壓的一對第I透明電極和第2透明電極；在所述第I透明電極的上方，形成具有棱鏡的棱鏡層；在所述棱鏡層上形成取向膜；通過光取向?qū)π纬稍谒隼忡R層上的取向膜實(shí)施取向處理；以所述第I透明基板和第2透明基板的形成有所述第I透明電極和第2透明電極的一側(cè)相對的方式，將所述第I透明基板和第2透明基板疊合；以及對所述第I透明基板和第2透明基板之間注入液晶而進(jìn)行密封。根據(jù)本發(fā)明，能夠提供一種在具有表面凹凸的棱鏡上具有均勻的液晶取向的液晶光學(xué)兀件。另外，根據(jù)本發(fā)明，能夠提供一種對具有表面凹凸的棱鏡也能夠?qū)嵤┚鶆虻囊壕∠虻囊壕Ч鈱W(xué)元件的制造方法。


圖I是本發(fā)明的第I實(shí)施例中的光偏轉(zhuǎn)液晶單元100的概略剖面圖。圖2是棱鏡層3的概略立體圖。圖3是玻璃基板I上的棱鏡層3的概略俯視圖。圖4是表示本發(fā)明的第I實(shí)施例中安裝了光偏轉(zhuǎn)液晶單元100的光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的概念圖。圖5是示出比較例的與液晶單元A E的取向有關(guān)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的表。圖6是示出本發(fā)明的第I實(shí)施例中觀察透過光偏轉(zhuǎn)液晶單元100的光(圖像)的狀態(tài)而得到的第I實(shí)驗(yàn)結(jié)果的表。
圖7是示出本發(fā)明的第I實(shí)施例中觀察透過光偏轉(zhuǎn)液晶單元100的光(圖像)的狀態(tài)而得到的第2實(shí)驗(yàn)結(jié)果的表。圖8是用于說明本發(fā)明的第I實(shí)施例中的光取向的曝光方向的概念圖。圖9是用于說明本發(fā)明的第2實(shí)施例中的液晶單元的光取向處理的概念圖。
圖10是示出本發(fā)明的第2實(shí)施例中觀察透過液晶單元的光(圖像)的狀態(tài)而得到的第3實(shí)驗(yàn)結(jié)果的表。圖11是示出本發(fā)明的第3實(shí)施例中觀察透過液晶單元的光(圖像)的狀態(tài)而得到的第4實(shí)驗(yàn)結(jié)果的表。圖12是示出本發(fā)明的第3實(shí)施例中觀察透過液晶單元的光(圖像)的狀態(tài)的第5實(shí)驗(yàn)結(jié)果的表。符號說明1、11 :玻璃基板;2、12 :透明電極；3 :棱鏡層；3a :棱鏡；3b :基層；13 :取向膜；14 間隙控制劑；15 :液晶層；20 :控制部;22 :液晶顯不裝置；23 :光(圖像)；100 :光偏轉(zhuǎn)液晶單元。
具體實(shí)施例方式圖I是概略地示出本發(fā)明的第I實(shí)施例中的光偏轉(zhuǎn)液晶單元(液晶光學(xué)元件)100的厚度方向剖面圖。準(zhǔn)備了形成有透明電極的一對玻璃基板(形成有透明電極2的玻璃基板I及形成有透明電極12的玻璃基板11)。玻璃基板I、11的厚度分別為0. 7mmt，材質(zhì)為無堿玻璃。透明電極2、12的厚度分別為150nm，材質(zhì)為銦錫氧化物(ITO)，且被構(gòu)圖為期望的平面形狀。在單側(cè)的玻璃基板I的透明電極2上形成有棱鏡層3。棱鏡層3具有在基層3b上排列棱鏡3a而得到的形狀?；鶎?b的厚度例如為2iim 30iim左右。在本實(shí)施例中，使用了 UV硬化型的丙烯酸類樹脂等、對于180°C以上的熱處理特性(透過率)變化小的材料(以下，簡稱為耐熱性棱鏡材料)，來形成棱鏡層3。另外，通過使用UV硬化型的丙烯酸類樹脂等、對于180°C以上的熱處理特性(透過率)變化小(能夠進(jìn)行180°C以上的熱處理)的材料，能夠在棱鏡上形成以往非常難做到的由聚酰亞胺等構(gòu)成的LCD用取向膜。另外，在本說明書中，“特性(透過率)變化小”是指與熱處理之前相比特性(透過率)變化為大致2%以內(nèi)的狀態(tài)。UV硬化型的丙烯酸類樹脂不僅耐熱性優(yōu)異，還具有與玻璃的密接性優(yōu)異且不易與金屬密接(脫模性良好)的性質(zhì)，適合作為形成本發(fā)明的第I實(shí)施例的棱鏡的材料。另外，環(huán)氧系樹脂的耐熱性也很優(yōu)異，可以用作形成本發(fā)明的第I實(shí)施例的棱鏡的材料。另夕卜，還可使用聚酰亞胺。圖2是棱鏡層3的概略立體圖，右側(cè)部分中示出了棱鏡3a的截面形狀的放大圖。各棱鏡3a例如是頂角約為45°、底角約為45°和90°的三角柱狀，多個(gè)棱鏡3a在與棱鏡長度方向垂直的方向(將該方向稱為棱鏡寬度方向)上，以方向一致的方式進(jìn)行排列。棱鏡3a的高度約為20 ii m(最低0 ii m 最高20 y m)，棱鏡3a的底邊長度(棱鏡的間距)約為20 ii m。另外，基層3b是棱鏡層3的基層(2 ii m 30 ii m)。圖3是玻璃基板I上的棱鏡層3的概略俯視圖。對棱鏡層3的制作方法進(jìn)行說明。 在玻璃基板I (縱150mmX橫150mmX厚0. 7mm t)的透明電極2上，滴下規(guī)定量的耐熱性棱鏡材料3R(例如，紫外線(UV)硬化型的丙烯酸類樹脂)，在其上的規(guī)定位置處，放置形成有棱鏡層3的模具的棱鏡金屬模具(該棱鏡層3的模具帶有脫模劑或者涂布劑)，在將厚的石英部件等配置在基板背側(cè)進(jìn)行了加強(qiáng)的狀態(tài)下，進(jìn)行了沖壓。金屬模具的尺寸(棱鏡形成區(qū)域的尺寸)為縱80mmX橫80mm。
在進(jìn)行沖壓并放置了 I分鐘以上而使耐熱性棱鏡材料3R充分地?cái)U(kuò)散之后,從玻璃基板I的背側(cè)照射紫外線，使耐熱性棱鏡材料3R硬化。紫外線的照射量為20mJ/cm2。紫外線的照射量只要恰當(dāng)?shù)卦O(shè)定為能使樹脂硬化即可。另外，由于ITO會(huì)吸收紫外線，因此，如果透明電極的膜厚變化，則也需要改變紫外線照射量。在耐熱性棱鏡材料3R硬化之后，拆下石英、沖壓夾具等，并按壓形成有棱鏡層3的玻璃基板1，由此從棱鏡金屬模具上脫離。
另外，棱鏡層3的大小是通過調(diào)整耐熱性棱鏡材料3R的滴下量來確定的。調(diào)整滴下量，在棱鏡形成區(qū)域整體Al (縱80mmX橫80mm)中的必要區(qū)域A2 (縱60mmX橫60mm)中形成了棱鏡層3。另外，構(gòu)成棱鏡層3的UV硬化式的丙烯酸類樹脂的折射率為I. 51。棱鏡層3具有如下功能與液晶層15協(xié)作，通過頂角的角度來改變從一邊入射并從另一邊射出的光的行進(jìn)方向。回到圖I繼續(xù)進(jìn)行說明。通過清洗機(jī)對帶有棱鏡的玻璃基板I和另一方的帶有ITO的玻璃基板11進(jìn)行了清洗。清洗方法是按照使用了堿性洗滌劑的毛刷清洗、純水清洗、吹氣、紫外線照射、赤外線干燥的順序進(jìn)行的。另外，清洗方法不限于此，也可以進(jìn)行高壓噴沖清洗、等離子清洗等。接著，在棱鏡層3上及另一方的玻璃基板11的透明電極12上，通過聚酰亞胺等形成了取向膜13。通過在棱鏡層3上形成取向膜13，能夠使取向限制力充分。這里，通過柔性版印刷法形成厚度為SOnm的“日産化學(xué)”制的SE-130，并在180°C下進(jìn)行了 I. 5小時(shí)的燒制。另外，取向膜的材料不限于上述材料，可使用市面上銷售的多種聚酰亞胺取向膜材料。接著，對棱鏡層3上的取向膜13實(shí)施作為取向處理的光取向。這里使用了從法線方向?qū)ΣＡЩ?1照射使紫外線偏振后的光的方法。即，從相對于棱鏡3a的斜面傾斜了 45°的方向?qū)忡R3a的斜面進(jìn)行了照射。曝光中使用的偏振濾光器的波長為310nm，以照度8.5mW/cm2進(jìn)行了 120秒鐘的曝光(照射量約lj/cm2)。另外，在本實(shí)施例中，雖然是以照度8. 5mff/cm2(310nm)進(jìn)行了 120秒鐘的曝光(照射量約lj/cm2)，但也可以使用波長254nm的偏振濾光器，以照度I. 3mff/cm2進(jìn)行曝光。另外，關(guān)于照射量，針對各個(gè)波長，以30秒、60秒、120秒、300秒改變曝光條件進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。在30秒的情況下，光取向的取向力較弱，而在60秒的情況下，得到了基本均勻的取向。但是，觀察到了略微偏移的像。在120秒的情況下，幾乎觀察不到偏移的像和模糊的像。即使進(jìn)一步增加曝光量，結(jié)果上也看不出差
巳關(guān)于光取向方向，使得曝光中使用的偏振濾光器的偏振方向與棱鏡方向(圖2的X方向)平行。液晶分子的取向方向是與紫外光的偏振方向垂直地排列的。作為結(jié)果，使得液晶分子取向?yàn)榕c棱鏡方向垂直的方向(圖2的y方向)。通過使用光取向作為取向方法，由此，即使在存在凹凸的棱鏡層3上，也能夠得到均勻的液晶取向。作為結(jié)果，與摩擦處理相比，顯著提高了投影像的畫質(zhì)。對于另一方的帶有ITO的玻璃基板11的取向膜13,作為取向處理實(shí)施了摩擦處理。以壓入量0. 8mm用力地按壓而進(jìn)行了摩擦處理，以達(dá)到強(qiáng)錨定(Strong Anchoring)。摩擦的方向以與棱鏡層3的傾斜方向呈反向平行的方式，成為圖I的箭頭18的方向(與圖2的X方向相反的方向)。另外，也可以對玻璃基板11的取向膜13實(shí)施光取向。接著，在形成了棱鏡層3的一側(cè)的玻璃基板I上，形成了含有2wt% 5wt%的間隙控制劑的主密封劑16。作為形成方法，可使用絲網(wǎng)印刷法或分配法。以使包括棱鏡高度(0iim 20iim)在內(nèi)、液晶層15的厚度例如成為10 y m 35 y m的方式,選擇了間隙控制齊U。另外，由于棱鏡層3的高度隨位置而變化，因此也要與此對應(yīng)地改變液晶層15的厚度。這里，作為間隙控制劑，選擇直徑為45 y m的“積水化學(xué)”制的塑料球，將該塑料球以4wt%的方式添加到“三井化學(xué)”制的密封劑ES-7500中，形成了主密封劑16。在未形成棱鏡 的一側(cè)的玻璃基板11上，使用干式的間隙散布機(jī)，散布作為間隙控制劑14的直徑為21 y m的“積水化學(xué)”制的塑料球。接著，將兩個(gè)玻璃基板1、11疊合，在用沖壓機(jī)等施加了一定壓力的狀態(tài)下進(jìn)行熱處理，由此使主密封劑硬化。這里，以150°C進(jìn)行了 3小時(shí)的熱處理。在這樣制作出的空單元中，真空地注入液晶而形成了液晶層15。在第I實(shí)施例中，作為液晶，使用了 Ae 為正、An = 0. 212、ne = I. 716、no = I. 504 的“ J 卟夕(Merck)，，公司制的液晶。另外，雖然使用液晶的An越大的材料，越能夠增大圖像的彎曲，但有時(shí)An大的液晶的取向性不是很好，因此在本實(shí)施例中，使用了 An較大且取向性優(yōu)異的材料。在注入液晶之后，進(jìn)行沖壓并排出多余的液晶，然后，在注入口處涂布端部密封劑進(jìn)行了密封。在密封之后，在120°C下進(jìn)行I小時(shí)的熱處理，使得液晶的取向狀態(tài)整齊。由此，制作出光偏轉(zhuǎn)液晶單元100。在通過光取向來進(jìn)行取向膜13的取向處理時(shí)，需要快速地進(jìn)行從液晶的注入到熱處理為止的處理。這是因?yàn)?，棱鏡層3上的取向膜13的光取向的取向限制力不是特別強(qiáng)，會(huì)出現(xiàn)在受到液晶注入時(shí)的液晶流動(dòng)影響的方向上進(jìn)行取向(流動(dòng)取向)的現(xiàn)象。為了消除該現(xiàn)象，進(jìn)行高溫處理，使液晶暫時(shí)達(dá)到各向同性溫度以上，由此，能夠消除流動(dòng)取向而重新取向?yàn)樵瓉淼墓馊∠蛩鶎?shí)現(xiàn)的方向。但是，在該方法中，當(dāng)從注入液晶起經(jīng)過較長時(shí)間時(shí)，流動(dòng)取向會(huì)穩(wěn)定下來，多少在熱處理中無法完全去除(將此稱為取向的記憶性)。因此，希望盡量快速地進(jìn)行從注入液晶到熱處理為止的處理，如果可能，希望為3小時(shí)以內(nèi)，最遲也要在24小時(shí)以內(nèi)進(jìn)行熱處理。在第I實(shí)施例的光偏轉(zhuǎn)液晶單元100中，在未施加電壓狀態(tài)下，液晶分子的長軸與棱鏡長度方向垂直，通過施加電壓，液晶分子的長軸立起至基板法線方向。在第I實(shí)施例使用的液晶中，對于電矢量的振動(dòng)方向與液晶分子的長軸方向平行的偏振成分，表現(xiàn)出I. 716的折射率，對于電矢量的振動(dòng)方向與液晶分子的長軸方向垂直的偏振成分，表現(xiàn)出I. 504的折射率。構(gòu)成棱鏡層3的UV硬化型的丙烯酸類樹脂的折射率是I. 51，這等同于電矢量的振動(dòng)方向與液晶分子的長軸方向垂直的偏振成分所對應(yīng)的液晶折射率。另外，當(dāng)?shù)贗材料的折射率與第2材料的折射率之差處于第I材料的折射率或第2材料的折射率的3%以內(nèi)(更優(yōu)選為2%以內(nèi))時(shí)，兩種材料的折射率視為等同。因此，在第I實(shí)施例的光偏轉(zhuǎn)液晶單元100中，當(dāng)施加了使得液晶分子的長軸沿基板法線方向立起的電壓時(shí)，液晶層的折射率(I. 504)與棱鏡層3的折射率(I. 51)等同，因此棱鏡的作用消失，入射光會(huì)基本原樣地直線前進(jìn)。另一方面，當(dāng)未施加電壓時(shí)(包含施加了低電壓時(shí))，液晶層的折射率(I. 716，而在45度的斜面上的有效折射率大致為I. 6左右)與棱鏡層3的折射率(I. 51)不同，因此棱鏡產(chǎn)生作用，使入射光發(fā)生折射。另外，也可以在棱鏡形成用的金屬模具中形成用于抽出空氣的微小的槽。此外，也可以在真空中將金屬模具和基板疊合。另外，液晶的注入方法不限于真空注入，例如也可以使用 One Drop Fill (ODF :滴注)法。另外，在第I實(shí)施例的光偏轉(zhuǎn)液晶單元100中，使用了比棱鏡圖案更大的、在上下基板之間以90°交叉的長方形形狀的電極圖案，從兩個(gè)基板側(cè)取出端子，并且，在主密封部分中使上下基板的電極不交叉。通過在主密封部分中使上下基板的電極不交叉，能夠抑制短路。另外，在想要從單側(cè)取出端子的情況下，可采用在主密封部分中添加上下導(dǎo)通用的金球的構(gòu)造等。控制部20例如根據(jù)來自外部的信息，對施加給光偏轉(zhuǎn)液晶單元100的透明電極2、12上的電壓進(jìn)行控制，由此調(diào)整透過光偏轉(zhuǎn)液晶單元100的光的轉(zhuǎn)向角度。圖4是本發(fā)明的第I實(shí)施例中安裝了光偏轉(zhuǎn)液晶單元100的光學(xué)系統(tǒng)的概念圖。將通過上述方法制作的光偏轉(zhuǎn)液晶單元100組裝到圖4所示的光學(xué)系統(tǒng)中，觀察 了圖像23的變化狀態(tài)。以如下方式使方向一致地進(jìn)行了配置，所述方式是配置在背面的液晶顯示裝置22的偏振板24的粘貼方向與光偏轉(zhuǎn)液晶單元100的液晶分子取向方向平行。通過在光偏轉(zhuǎn)液晶單元100的透明電極2、12上連接引腳端子等而獲得導(dǎo)通，能夠從控制部20向光偏轉(zhuǎn)液晶單元100施加交流電壓。當(dāng)對光偏轉(zhuǎn)液晶單元100施加了電壓時(shí)，觀察了液晶顯示裝置22的靜止圖像的位置隨電壓而移動(dòng)的狀態(tài)。此時(shí)，圖像23的畫質(zhì)基本未發(fā)生劣化，能夠僅使其位置移動(dòng)。并且，也沒有觀察到重影像。如果從液晶顯示裝置22發(fā)出的光(圖像)23為線偏振光，則能夠通過光偏轉(zhuǎn)液晶單元100使所有的光(圖像)23轉(zhuǎn)向。另外，能夠通過光偏轉(zhuǎn)液晶單元100使光(圖像)23轉(zhuǎn)向的角度的可控范圍因單元構(gòu)造(棱鏡形狀、液晶的折射率的各向異性等)而不同，但是能夠轉(zhuǎn)向至18°左右。圖5是示出比較例的與液晶單元A E的取向有關(guān)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的表。比較例的液晶單元A E是這樣的單元使用“日産科學(xué)”制的SE-410來形成本實(shí)施例的光偏轉(zhuǎn)液晶單元100的棱鏡層3上的取向膜13，通過摩擦處理按照光取向的變化進(jìn)行了取向處理。液晶單元A E是按照-0. 8mm、-0. 4mm、0mm、0. 4mm、0. 8mm分別改變摩擦處理中的壓入量所制作的液晶單元。關(guān)于壓入量，設(shè)玻璃基板表面為O、與基板相離的方向?yàn)樨?fù)、壓入方向?yàn)檎?。這里的評價(jià)實(shí)驗(yàn)是分別在對液晶單元A E施加了電壓的情況下和未施加電壓的情況下，觀察了透過液晶單元A E的光(圖像)23 (圖4)的狀態(tài)，具體地講，對偏移像的有無(是否能看到像的重影)及模糊的有無(像是否散亂)這2點(diǎn)進(jìn)行了觀察。對于摩擦處理中的壓入量為-0. 8mm的液晶單元A，在未施加電壓時(shí)，沒有觀察到偏移像和模糊，但是在施加了電壓時(shí)觀察到了泛白的現(xiàn)象。對于壓入量為-0. 4mm的液晶單兀B,在未施加電壓時(shí)及施加了電壓時(shí)雙方,都略微觀察到了偏移像和模糊。對于壓入量為Omm的液晶單元C，在未施加電壓時(shí)觀察到了偏移像和模糊，但當(dāng)施加了電壓時(shí)，未觀察到偏移像和模糊。對于壓入量為0. 4mm的液晶單兀D，在未施加電壓時(shí)及施加了電壓時(shí)雙方，都觀察到了偏移像，但是未觀察到模糊。對于壓入量為0. 8mm的液晶單元E,在未施加電壓時(shí)，未觀察到偏移像和模糊，但當(dāng)施加了電壓時(shí)，略微觀察到了模糊。如上所述可知在比較例A E中，無論是哪種情況，從偏移像和模糊這些方面看，無法得到對于施加了電壓/未施加電壓時(shí)這所有狀態(tài)都良好的圖像。圖6是示出本發(fā)明的第I實(shí)施例中觀察透過光偏轉(zhuǎn)液晶單元100的光(圖像)23(圖4)的狀態(tài)而得到的第I實(shí)驗(yàn)結(jié)果的表。與上述比較例相同，對偏移像的有無(是否能看到像的重影)及模糊的有無(像是否散亂)這2點(diǎn)進(jìn)行了觀察。在該第I實(shí)驗(yàn)中，使光偏轉(zhuǎn)液晶單元100的取向膜13的材料及光取向處理中的UV波長變化而實(shí)際制作了液
晶單元F K并進(jìn)行了觀察。另外，進(jìn)行120秒鐘的紫外線曝光，此時(shí)的照射量為150mJ/ cm o液晶單元F是通過如下方式制作的使用“日産化學(xué)”制的SE-510來制成形成有棱鏡層3的一側(cè)的玻璃基板I的取向膜13，使紫外線曝光中使用的偏振濾光器的波長成為310nm,由此制作出液晶單元F。液晶單元G與液晶單元F相同,是使用”日産化學(xué)”制的SE-510，使紫外線曝光中使用的偏振濾光器的波長成為254nm而制作的。液晶單元H是通過如下方式制作的使用“日産化學(xué)”制的SE-130來制成形成有棱鏡層3的一側(cè)的玻璃基板I的取向膜13，使紫外線曝光中使用的偏振濾光器的波長成為310nm，由此制作出液晶單元H。液晶單元I與液晶單元H相同，是使用“日産化學(xué)”制的SE-130，使紫外線曝光中使用的偏振濾光器的波長成為254nm而制作的。液晶單元J是通過如下方式制作的使用“日産化學(xué)”制的SE-610來制成形成有棱鏡層3的一側(cè)的玻璃基板I的取向膜13，使紫外線曝光中使用的偏振濾光器的波長成為310nm，由此制作出液晶單元J。液晶單元K與液晶單元J相同，是使用“日産化學(xué)”制的SE-610，使紫外線曝光中使用的偏振濾光器的波長成為254nm而制作的。另外，紫外線的偏振方向與棱鏡方向平行，相對基板(玻璃基板11)都使用了與形成有棱鏡層3的一側(cè)的玻璃基板I相同的取向膜材料，以反向平行的方式進(jìn)行了摩擦處理(壓入量0. 8mm)。另外,使光取向時(shí)的偏振濾光器的偏振方向與棱鏡方向平行,使摩擦方向與棱鏡方向垂直。在光取向中，液晶分子在與偏振濾光器的偏振方向垂直的方向上排列，因此，通過上述關(guān)系，能夠得到反向平行取向。另外，這里使用的光取向中，由于不會(huì)產(chǎn)生預(yù)傾角，因此，要注意使摩擦方向與棱鏡的傾斜方向反向平行。在液晶單元G(取向膜材料SE_510，偏振濾光器254nm)中，當(dāng)未施加電壓時(shí)略微觀察到了偏移像。并且，在液晶單元K(取向膜材料SE-610，偏振濾光器254nm)中，當(dāng)施加了電壓時(shí)略微觀察到模糊。在液晶單兀F、H、I、J中,對于未施加電壓時(shí)及施加了電壓時(shí)雙方而言，都沒有觀察到偏移圖像和模糊，對于施加了電壓/未施加電壓時(shí)這所有狀態(tài)，都能得到良好的圖像。圖7是示出本發(fā)明的第I實(shí)施例中觀察透過光偏轉(zhuǎn)液晶單元100的光(圖像)23(圖4)的狀態(tài)而得到的第2實(shí)驗(yàn)結(jié)果的表。圖8是用于說明第I實(shí)施例的光取向的曝光方向的概念圖。與上述的比較例及第I實(shí)驗(yàn)相同，對偏移像的有無(是否能看到像的重影)及模糊的有無(像是否散亂)這2點(diǎn)進(jìn)行了觀察。在該第2實(shí)驗(yàn)中，使光取向處理中的曝光方向按照與棱鏡平行(圖8的箭頭A的方向)、與棱鏡垂直(圖8的箭頭B的方向)、左45° (圖8的箭頭C的方向)、右45° (圖8的箭頭D的方向)進(jìn)行變化，從而制作了光偏轉(zhuǎn)液晶單元 100。如圖8的箭頭A所示，在照射與棱鏡方向平行的偏振光的情況下，液晶的取向方向以與UV光的偏振方向垂直的方式排列，因此取向狀態(tài)與棱鏡方向垂直，液晶分子沿著棱鏡3的斜面排列。對于未施加電壓時(shí)及施加了電壓時(shí)雙方而言，都沒有觀察到偏移圖像和模糊，對于施加了電壓/未施加電壓時(shí)這所有狀態(tài)，都能得到良好的圖像。作為結(jié)果，該狀態(tài)能夠使像保持最鮮明的狀態(tài)而移動(dòng)。如圖8的箭頭B所示，在照射與棱鏡方向垂直的偏振光的情況下，液晶的取向方向以與UV光的偏振方向垂直的方式排列，因此取向狀態(tài)與棱鏡方向平行。由此，由于液晶分子未因棱鏡3的斜面而傾斜，因此等價(jià)于無預(yù)傾角的狀態(tài)。作為結(jié)果，當(dāng)施加了電壓時(shí)，看到了像略微模糊的現(xiàn)象。另外，當(dāng)從電壓接通切換到電壓斷開時(shí)，基本觀察不到模糊，因此認(rèn)為這是從電壓斷開向電壓接通的啟動(dòng)時(shí)容易看到的現(xiàn)象。如圖8的箭頭C及D所示，在照射相對于棱鏡方向左右傾斜了 45°的偏振光的情 況下，液晶的取向方向以與UV光的偏振方向垂直的方式排列，因此取向狀態(tài)成為相對于棱鏡方向左右偏移了 45°的方向。在未施加電壓時(shí)，在與原來不同的方向上觀察到略微的偏移像。在左右偏離了 45°的情況下，是基于棱鏡形狀效應(yīng)的液晶取向難易度最難的取向方向，認(rèn)為很難在整個(gè)面上得到均勻的液晶取向。圖9是用于說明本發(fā)明的第2實(shí)施例的液晶單元的光取向處理的概念圖。第2實(shí)施例的液晶單元與第I實(shí)施例的光偏轉(zhuǎn)液晶單元100的不同點(diǎn)僅在于在光取向處理中對形成有棱鏡層3的一側(cè)的玻璃基板I的取向膜13進(jìn)行紫外線曝光時(shí),使玻璃基板I傾斜(相對于棱鏡3a的斜面帶有角度)而進(jìn)行了曝光。其他步驟及結(jié)構(gòu)與圖I所示的第I實(shí)施例的光偏轉(zhuǎn)液晶單元100相同。在第2實(shí)施例中，如圖9(A) (C)所示，使玻璃基板I傾斜而實(shí)施了光取向。另夕卜，在該第2實(shí)施例中，使用了照射使紫外線偏振后的光的方法。使用310nm波長的偏振濾光器，以照度8. 5mff/cm2(310nm)進(jìn)行了 120秒鐘的曝光(照射量約lj/cm2)。另外，在波長為254nm時(shí),優(yōu)選使照度為I. 3mW/cm2。圖10是示出本發(fā)明的第2實(shí)施例中觀察透過液晶單元的光(圖像)23(圖4)的狀態(tài)而得到的第3實(shí)驗(yàn)結(jié)果的表。這里的評價(jià)實(shí)驗(yàn)是針對玻璃基板1，使與棱鏡方向垂直的方向相對于與紫外線照射方向垂直的面(在本實(shí)施例中為水平面)傾斜-60° +60°，進(jìn)行紫外線曝光，在這樣的液晶單元中，分別在施加了電壓的情況下和未施加電壓的情況下，觀察了透過液晶單元的光(圖像)23 (圖4)的狀態(tài)，具體地講，對偏移像的有無(是否能看到像的重影)及模糊的有無(像是否散亂)這2點(diǎn)進(jìn)行了觀察。另外，這里，如圖9(A)所示，將基板I的表面平行于與紫外線照射方向垂直的面的狀態(tài)下的、基板I相對于與紫外線照射方向垂直的面的傾斜角(以下，簡單地稱為基板傾斜角)視為0，如圖9(B)所示，將基板I向左側(cè)傾斜、從而紫外線相對于棱鏡斜面的入射角變小時(shí)的基板傾斜角定義為負(fù)，如圖9(C)所示，將基板I向右側(cè)傾斜、從而紫外線相對于棱鏡斜面的入射角變大時(shí)的基板傾斜角定義為正。另夕卜，在本實(shí)施例中，基板傾斜角與棱鏡3a的頂角(在本實(shí)施例中為45° )相加后的角度是棱鏡3a的斜面相對于與紫外線照射方向垂直的面的角度(以下，稱為相對于棱鏡斜面的傾斜角或者入射角)。如圖10的表所示，可知在該第3實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)基板傾斜角(相對于水平面的角度)為O。附近(相對于棱鏡斜面的傾斜角為45°附近)時(shí)，即，當(dāng)基板傾斜角處于-15° +30°的范圍(相對于棱鏡斜面的傾斜角為30° 75°的范圍)內(nèi)時(shí)，不存在偏移像和模糊。在基板傾斜角為-30°以下的情況下，之所以觀察到偏移像和模糊，是因?yàn)槔忡R3a的一部分變暗，UV光沒有照射到棱鏡3a的整個(gè)斜面。另一方面，在基板傾斜角為45°以上的情況下，不是很清楚觀察到模糊的原因，但可以認(rèn)為例如在基板傾斜角為45°的情況下，相對于棱鏡斜面的傾斜角大致為90°，因此棱鏡3a的斜面相對于紫外線照射方向的角度大致為0°，UV光未充分照射到棱鏡3a的斜面。另外，可知，在基板傾斜角為60°的情況下，相對于棱鏡斜面的傾斜角為90°以上，未對棱鏡3a的斜面良好地進(jìn)行光取向。根據(jù)以上的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，認(rèn)為在光取向處理中，紫外線照射方向與棱鏡斜面之間存在理想的傾斜角范圍。另外，雖然在實(shí)驗(yàn)中是使基板傾斜，但只要是相同的傾斜角范圍，則改變紫外線照射方向的角度也是同樣的。由此，將實(shí)驗(yàn)中的水平面置換為與紫外線照射方 向垂直的假想平面，作為傾斜角的基準(zhǔn)。也就是說，在光取向處理中對形成有棱鏡層3的一側(cè)的玻璃基板I的取向膜13進(jìn)行紫外線曝光時(shí)，在照射具有偏振性的紫外線的情況下，認(rèn)為以下方式是理想的在使棱鏡3a的斜面相對于與紫外線照射方向垂直的面以大于15°且小于90°的范圍傾斜的狀態(tài)下，進(jìn)行光照射。圖11是示出本發(fā)明的第3實(shí)施例中觀察透過液晶單元的光(圖像)23(圖4)的狀態(tài)而得到的第4實(shí)驗(yàn)結(jié)果的表。第3實(shí)施例的液晶單元與第I實(shí)施例的光偏轉(zhuǎn)液晶單元100的不同點(diǎn)僅在于在光取向處理中對形成有棱鏡層3的一側(cè)的玻璃基板I的取向膜13進(jìn)行紫外線曝光時(shí)，照射非偏振的(不具有偏振性的)紫外線而進(jìn)行了曝光，并且對于非偏振光，關(guān)于各向異性，僅存在照射到基板面的光的角度，產(chǎn)生與傾斜面平行的液晶取向限制力，因此是在與第I實(shí)施例相比改變了 90°的方向上，實(shí)施相對基板11的取向膜13的取向處理。其他步驟及結(jié)構(gòu)與圖I所示的第I實(shí)施例的光偏轉(zhuǎn)液晶單元100相同。另外，將摩擦方向確定為當(dāng)基板彼此重疊時(shí)，使得預(yù)傾角成為與棱鏡3a的傾斜角平行的方向(接近)。作為取向膜13，使用了“日産化學(xué)”制的SE-130。第4實(shí)驗(yàn)是分別在對液晶單元(使光取向處理中的紫外線的曝光時(shí)間成為5秒、10秒、20秒而制作出的液晶單元)施加了電壓的情況下和未施加電壓的情況下，觀察了透過液晶單元的光(圖像)23 (圖4)的狀態(tài)，具體地講，對偏移像的有無(是否能看到像的重影)及模糊的有無(像是否散亂)這2點(diǎn)進(jìn)行了觀察。在該第4實(shí)驗(yàn)中，曝光是在照度76mW/cm2(峰值波長350nm)的條件下進(jìn)行的。另外，使基板傾斜角為0° (相對于棱鏡斜面的傾斜角為45° )而曝光了非偏振的紫外線。從圖11所示的表中可以清楚地看出如果紫外線的照射時(shí)間為10秒以上(760mJ/cm2以上)，則不存在偏移像和模糊。另外，即使進(jìn)一步增加曝光量，在結(jié)果上也看不出差異。因此，在光取向處理中對形成有棱鏡層3的一側(cè)的玻璃基板I的取向膜13進(jìn)行紫外線曝光時(shí)，在照射不具有偏振性的紫外線的情況下，優(yōu)選使紫外線的照射時(shí)間成為10秒以上(760mJ/cm2以上)。接著，與第2實(shí)施例相同，在光取向處理中對形成有棱鏡層3的一側(cè)的玻璃基板I的取向膜13進(jìn)行紫外線曝光時(shí)，相對于棱鏡3a的斜面帶有角度地(使玻璃基板I傾斜地)進(jìn)行了曝光。圖12是示出 本發(fā)明的第3實(shí)施例中觀察透過液晶單元的光(圖像)23(圖4)的狀態(tài)而得到的第5實(shí)驗(yàn)結(jié)果的表。與第2實(shí)施例相同，在使基板傾斜角成為-60° +60°而進(jìn)行了紫外線曝光的液晶單元中，分別在施加了電壓的情況下和未施加電壓的情況下，觀察了透過液晶單元的光(圖像)23 (圖4)的狀態(tài)，具體地講，對偏移像的有無(是否能看到像的重影)及模糊的有無(像是否散亂)這2點(diǎn)進(jìn)行了觀察。曝光時(shí)間固定為20秒。如圖12的表所示可知在該第5實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)基板傾斜角處于0° +30°的范圍(相對于棱鏡斜面的傾斜角為45° 75°的范圍)內(nèi)時(shí)，不存在偏移像和模糊。另一方面，當(dāng)基板傾斜角為-15°以下(相對于棱鏡斜面的傾斜角為30°以下)時(shí)，以及當(dāng)基板傾斜角為45°以上(相對于棱鏡斜面的傾斜角為90°以上)時(shí)，觀察到了偏移像或模糊。根據(jù)以上的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，與照射了具有偏振性的紫外線的情況相同，認(rèn)為在光取向處理中，紫外線照射方向與棱鏡斜面之間存在理想的傾斜角范圍。另外，雖然在實(shí)驗(yàn)中是使基板傾斜，但如果是相同的傾斜角范圍，則改變紫外線照射方向的角度也是相同的。由此，將實(shí)驗(yàn)中的水平面置換為與紫外線照射方向垂直的假想平面，作為傾斜角的基準(zhǔn)。也就是說，在光取向處理中對形成有棱鏡層3的一側(cè)的玻璃基板I的取向膜13進(jìn)行紫外線曝光時(shí)，在照射不具有偏振性的紫外線的情況下，認(rèn)為以下方式是理想的在使棱鏡3a的斜面相對于紫外線照射方向的傾斜角以大于30°且小于90°的范圍傾斜的狀態(tài)下，進(jìn)行光照射。另外，作為整體，與第I及第2實(shí)施例那樣使用了偏振濾光器時(shí)(使用了具有偏振性的紫外光時(shí))相比，模糊的程度變差。而且可知傾斜角的范圍也較窄。因此可以說，在想要得到穩(wěn)定、均勻的像的情況下，優(yōu)選的是使用了偏振濾光器的第I及第2實(shí)施例。但是，第3實(shí)施例的光照射時(shí)間可以比第I及第2實(shí)施例短，因此對制造而言是優(yōu)選的。另外，在第I及第2實(shí)施例中，由于使用了具有偏振性的紫外光，因此在制造設(shè)備中，可省略用于進(jìn)行偏振的光學(xué)系統(tǒng)(例如，準(zhǔn)直器、偏振濾光器等)。以上，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，通過對棱鏡層3上的取向膜13實(shí)施光取向，能夠賦予均勻的液晶取向。由此，能夠在電氣上(不存在機(jī)械方式的工作部)以不存在圖像的失真、模糊、重影像等的鮮明狀態(tài)使光(圖像)的方向移動(dòng)。另外，一般而言，光取向是通過使基板I傾斜或者從傾斜方向照射光來對取向膜13賦予各向異性，但根據(jù)本發(fā)明的第I 第3實(shí)施例，由于存在棱鏡3a，因而棱鏡的平坦面相對于基板I的平面方向傾斜，因此，即使不從傾斜方向照射紫外線而是從與基板I的平面方向垂直的方向進(jìn)行照射(即使基板I位于水平面，基板傾斜角為0° )，也能夠賦予各向異性。另外，根據(jù)本發(fā)明的第I 第3實(shí)施例，用耐熱性優(yōu)異的材料來形成棱鏡層3，因此，能夠在棱鏡上形成聚酰亞胺等的取向膜(光取向性優(yōu)異的膜)。另外，在上述實(shí)施例中，使用三角柱狀的棱鏡，且使用了底角為45°和90°的棱鏡，但底角不限于此。關(guān)于垂直入射到基板的光線，從基板以適當(dāng)?shù)木徍徒嵌攘⑵鸬男泵鏄?gòu)成棱鏡，在接近于垂直的底角處立起的面不構(gòu)成棱鏡。通過如上所述的結(jié)構(gòu)，能夠容易地在各單兀中向同一方向進(jìn)行偏轉(zhuǎn)。另外，在上述實(shí)施例中，將三角柱狀棱鏡的間距設(shè)為20 U m。棱鏡的的間距優(yōu)選為I Ii m 100 u m的范圍。另外，棱鏡的形狀不限于實(shí)施例中所示的形狀，例如截面形狀也可以是正弦曲線狀。以上基于實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了說明，但本發(fā)明不限于此。例如，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠想到各種變更、改進(jìn)、組合等。本發(fā)明的各實(shí)施例的光偏轉(zhuǎn)液晶單元100可應(yīng)用于使用了圖像的多種產(chǎn)品(投影儀、平視顯示器(HUD)、頭戴式顯示器(HMD)、數(shù)碼相機(jī)等的光學(xué)系統(tǒng)、各種LCD (直視型)的顯示功能的增加)。
另外，還可以應(yīng)用于不是圖像而是要求高精度的配光控制的產(chǎn)品(車輛用前照燈/尾燈(汽車、摩托車、自行車等)、各種照明設(shè)備(一般照明、舞臺(tái)照明、特殊照明、車輛用室內(nèi)/外部照明等)、希望使光轉(zhuǎn)向的用途(防眩遮陽板、防眩鏡、防眩太陽鏡、各種光通信
坐')
寸/ o
權(quán)利要求
1.一種液晶光學(xué)元件，其特征在于，該液晶光學(xué)元件具有 彼此相對的一對第I透明基板和第2透明基板； 形成在所述第I透明基板和第2透明基板上，對所述第I透明基板和第2透明基板之間施加電壓的一對第I透明電極和第2透明電極； 具有棱鏡的棱鏡層，該棱鏡層形成在所述第I透明基板和第2透明基板中的一方的上方； 取向膜，該取向膜形成在所述棱鏡層上，通過光取向被實(shí)施了取向處理；以及具有液晶分子的液晶層，該液晶層夾在所述第I透明基板和第2透明基板之間，通過使施加給所述第I透明電極和第2透明電極的電壓變化，來改變所述液晶層的折射率，使透過所述棱鏡的斜面與所述液晶層之間的界面的光的折射角變化。
2.一種液晶光學(xué)元件的制造方法，其特征在于，該制造方法包括以下步驟 準(zhǔn)備第I透明基板和第2透明基板； 在所述第I透明基板和第2透明基板上，形成對所述第I透明基板和第2透明基板之間施加電壓的一對第I透明電極和第2透明電極； 在所述第I透明電極的上方，形成具有棱鏡的棱鏡層； 在所述棱鏡層上形成取向膜； 通過光取向?qū)π纬稍谒隼忡R層上的取向膜實(shí)施取向處理； 以所述第I透明基板和第2透明基板的形成有所述第I透明電極和第2透明電極的一側(cè)相對的方式，將所述第I透明基板和第2透明基板疊合；以及 對所述第I透明基板和第2透明基板之間注入液晶而進(jìn)行密封。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的液晶光學(xué)元件的制造方法，其特征在于， 所述棱鏡的斜面為平坦的傾斜面， 實(shí)施所述取向處理的步驟是通過對形成于所述棱鏡的平坦的傾斜面上的所述取向膜照射具有偏振性的紫外線而進(jìn)行的， 所述棱鏡的平坦的傾斜面相對于假定與所述紫外線的照射方向垂直的平面在大于15°且小于90°的范圍內(nèi)傾斜。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的液晶光學(xué)元件的制造方法，其特征在于， 所述棱鏡的斜面為平坦的傾斜面， 實(shí)施所述取向處理的步驟是通過對形成于所述棱鏡的平坦的傾斜面上的所述取向膜照射不具有偏振性的紫外線而進(jìn)行的， 所述棱鏡的平坦的傾斜面相對于假定與所述紫外線的照射方向垂直的平面在大于30°且小于90°的范圍內(nèi)傾斜。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的液晶光學(xué)元件的制造方法，其特征在于， 所述棱鏡的斜面是相對于所述第I透明基板的平面方向傾斜的平坦的傾斜面， 實(shí)施所述取向處理的步驟是通過對形成于所述棱鏡層上的取向膜照射紫外線而進(jìn)行的， 所述紫外線的照射方向是與所述第I透明基板的平面方向垂直的方向。
全文摘要
本發(fā)明提供液晶光學(xué)元件及液晶光學(xué)元件的制造方法，液晶光學(xué)元件在具有表面凹凸的棱鏡上具有均勻的液晶取向。該液晶光學(xué)元件的特征在于，具有彼此相對的一對第1和第2透明基板；一對第1和第2透明電極，它們形成在所述第1和第2透明基板上，對所述第1和第2透明基板之間施加電壓；棱鏡層，其形成在所述第1和第2透明基板中的一方的上方，且具有棱鏡；取向膜，其形成在所述棱鏡層上，通過光取向被實(shí)施了取向處理；以及液晶層，其夾在所述第1和第2透明基板之間，且具有液晶分子，通過使施加給所述第1和第2透明電極的電壓變化，來改變所述液晶層的折射率，使透過所述棱鏡的斜面與所述液晶層之間的界面的光的折射角變化。
文檔編號G02F1/1333GK102645790SQ20121004084
公開日2012年8月22日 申請日期2012年2月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月22日
發(fā)明者都甲康夫 申請人:斯坦雷電氣株式會(huì)社