JP2006058780A - 光学素子及び表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 比較的容易に製造することができる微細構造を備えた光学素子及び比較的容易に製造することができる微細構造を備えた光学素子を有する表示装置を提供する。
【解決手段】 光学素子は、基板及び前記基板に所定の方向に配向して配置される複数の樹脂繊維を有する。あるいは、光学素子は、基板及び前記基板に所定の方向に配向して且つその所定の方向と垂直な方向に規則的な間隔で配置される複数の樹脂繊維を有する。また、光学素子は、基板及び入射光が回折及び干渉するように基板に配置される複数の樹脂繊維を有する。光学素子は、複数の樹脂繊維の間に液晶を有すると共に液晶に電圧を印加する電極を有してもよい。表示装置は、このような光学素子を有する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、光学素子及び表示装置に関する。

現在、光拡散素子は、反射型の光拡散素子及び透過型の光拡散素子に大別され、いずれの光拡散素子も液晶表示装置に用いられている（例えば、非特許文献１参照）。すなわち、バックライトのような光源又は外光の拡散光から射出される光を光拡散素子によって均一且つ等方的に拡散させ、拡散された光を液晶表示部材に照射することによって、液晶表示部材に形成された画像を照明する。

反射型の光拡散素子は、例えば、フィルムの表面に金属を真空蒸着することによって製作される。このような反射型の光拡散素子においては、真空蒸着によって形成される金属膜によって、光を拡散する。また、透過型の光拡散素子は、透明な基板の表面を研削して、つや消し処理することによって、又は、透明樹脂のフィルム内にその樹脂と異なる屈折率を備えた微粒子を分散させることによって、形成される。表面の研削によって製作された透過型の光拡散素子においては、光拡散素子の表面に形成された多数の凹凸によって、光を拡散させる。また、微粒子を分散させることによって製作された透過型の光拡散素子においては、透明樹脂の屈折率と透明樹脂のフィルム内に埋め込まれた微粒子との屈折率の差によって、光を拡散させる。

ここで、液晶表示装置を高輝度化するためには、光拡散素子の拡散パターンが調整されている又は制御されることが望まれる。例えば、液晶表示装置の視野角内にバックライト又は外光の拡散光を集中させることができれば、その拡散光を表示光として効率よく利用することができる。これにより、液晶表示装置による表示の高輝度化又は省電力化を達成することが期待される。

しかしながら、上記の反射型の光拡散素子及び透過型の光拡散素子は、光拡散素子に入射する光をほぼ等方的に拡散する機能を有するのみであり、光拡散素子による光の拡散パターンを調整又は制御することは、困難である。例えば、上記の表面の研削によって製作される透過型の光拡散素子においては、光拡散素子の表面に特定の方向に沿った微細な溝を形成することは、困難であり、また、微粒子を分散させることによって製作された透過型の光拡散素子においては、透明樹脂内に、透明樹脂の屈折率と異なる屈折率を供えた微粒子を異方性化して埋め込むことも困難である。

一方、光拡散素子に微細構造を形成する方法としては、従来の回折格子の作製などに用いられる、基板にレジストを塗付してレジストを露光によってパターニングするフォトリソグラフィ法及び加熱により軟化した樹脂などに微細構造を備えた金属の型を押し当てるプレス加工技術が挙げられる。このような微細構造の形成方法を用いて、所望の拡散光の拡散パターンを得ることができるように、光拡散素子に異方性を有する微細構造を形成することも考えられる。しかしながら、フォトリソグラフィ法においては、光波長以下の微細構造を高精度に形成することは、困難であり、微細構造の製作工程も煩雑であり、微細構造を安価に製造することができないという問題点がある。また、プレス加工技術においては、基板を加熱する工程が必要であるために、基板が、フィルム基板である場合には、加熱により基板が歪曲するなど、基板自体の損傷を受けやすく、また、光波長以下の微細構造を高精度に形成することが困難であるという問題点がある。

なお、本発明に関係する先行技術文献として、液晶及合成樹脂前駆体の混合液が分子配向を伴う場合、合成樹脂の分散構造が異方性化することが、非特許文献２に開示されている。特に、液晶及び樹脂前駆体の混合液の薄膜に対する光重合による相分離は、例えば、非特許文献３に開示されている。また、液晶及び樹脂前駆体の混合液の薄膜に対する熱重合による相分離は、非特許文献４に開示されている。
内田龍男、内池平樹著「フラットパネルディスプレイ大事典」、工業調査会、ｐ．１９６−ｐ．２００ Ｙ．Ｋ．Ｆｕｎｇ，Ｄ．Ｋ．Ｙａｎｇ，Ｓ．Ｙｉｎｇ，Ｌ．Ｃ．Ｃｈｉｅｎ，Ｓ．Ｚｕｍｅｒ ａｎｄ Ｊ．Ｗ．Ｄｏａｎｅ："Ｐｏｌｙｍｅｒ ｎｅｔｗｏｒｋｓ ｆｏｒｍｅｄ ｉｎ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ"，Ｌｉｑ．Ｃｒｙｓｔ．，１９，６，ｐｐ．７９７−８０ｌ（１９９５） Ｎ．Ａ．Ｖａｚ，Ｇ．Ｗ．Ｓｍｉｔｈ ａｎｄ Ｇ．Ｐ．Ｍｏｎｔｇｏｍｅｒｙ，Ｊｒ．："Ａ ｌｉｇｈｔ ｃｏｎｔｒｏｌ ｆｉｌｍ ｃｏｍｐｏｓｅｄ ｏｆ ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ ｄｒｏｐｌｅｔｓ ｄｉｓｐｅｒｓｅｄ ｉｎ ａ ＵＶ−ｃｕｒａｂｌｅ ｐｏｌｙｍｅｒ"，Ｍｏｌ．Ｃｒｙｓｔ．Ｌｉｑ．Ｃｒｙｓｔ．，ｖｏｌ．１４６，ｐｐ．１−１５（１９８７） Ｎ．Ａ．Ｖａｚ，Ｇ．Ｗ．Ｓｍｉｔｈ ａｎｄ Ｇ．Ｐ．Ｍｏｎｔｇｏｍｅｒｙ，Ｊｒ．："Ａ ｌｉｇｈｔ ｃｏｎｔｒｏｌ ｆｉｌｍ ｃｏｍｐｏｓｅｄ ｏｆ ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ ｄｒｏｐｌｅｔｓ ｄｉｓｐｅｒｓｅｄ ｉｎ ａｎ ｅｐｏｘｙ ｍａｔｒｉｘ"，Ｍｏｌ．Ｃｒｙｓｔ．Ｌｉｑ．Ｃｒｙｓｔ．，ｖｏｌ．１４６，ｐｐ．１７−３４（１９８７）

本発明は、比較的容易に製造することができる微細構造を備えた光学素子及び該光学素子を有する表示装置を提供することを目的とする。

請求項１記載の発明は、光学素子において、基板及び前記基板に所定の方向に配向して配置される複数の樹脂繊維を有することを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、比較的容易に製造することができる微細構造を備えた光学素子を提供することができる。

請求項２記載の発明は、光学素子において、基板及び前記基板に所定の方向に配向して且つ前記所定の方向と垂直な方向に規則的な間隔で配置される複数の樹脂繊維を有することを特徴とする。

請求項２記載の発明によれば、比較的容易に製造することができる微細構造を備えた光学素子を提供することができる。

請求項３記載の発明は、光学素子において、基板及び入射光が回折及び干渉するように前記基板に配置される複数の樹脂繊維を有することを特徴とする。

請求項３記載の発明によれば、比較的容易に製造することができる微細構造を備えた光学素子を提供することができる。

請求項４記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光学素子において、前記複数の樹脂繊維の間に液晶を有すると共に前記液晶に電圧を印加する電極を有することを特徴とする。

請求項４記載の発明によれば、比較的容易に製造することができる微細構造及び液晶を備えた光学素子を提供することができる。

請求項５記載の発明は、表示装置において、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の光学素子を有することを特徴とする。

請求項５記載の発明によれば、比較的容易に製造することができる微細構造を備えた光学素子を有する表示装置を提供することができる。

本発明によれば、比較的容易に製造することができる微細構造を備えた光学素子及び該光学素子を有する表示装置を提供することができる。

次に、本発明の実施の形態を図面と共に説明する。

まず、本発明による光学素子を図面と共に説明する。

本発明による第一の実施形態の光学素子は、基板及び前記基板に所定の方向に配向して配置される複数の樹脂繊維を有する光学素子である。

本発明による第一の実施形態の光学素子は、様々な光学的用途に用いられ得るが、特に、入射する光を透過又は反射させると共に拡散する光拡散素子に適する。例えば、本発明による第一の実施形態の光学素子は、液晶表示装置における光拡散板として用いることができる。

本発明による第一の実施形態の光学素子に含まれる基板は、本発明による光学素子を透過型の光学素子として使用する場合には、基板は、適用する波長の光を透過させる基板であり、ガラス及びプラスチックのような材料で形成される透明な基板である。一方、本発明による光学素子を反射型の光学素子として使用する場合には、基板は、ガラス及びプラスチックのような透明基板に限定されず、金属及びセラミックなどの様々な材料で形成された基板を使用することができる。また、本発明による光学素子を軽量化する場合、及び本発明による光学素子に可撓性を付与する場合には、基板の材料は、プラスチックであることが好ましい。基板に用いられるプラスチックの材料としては、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリエーテルスルホンなどが挙げられる。なお、基板の形態は、特に限定されず、板状であってもよく、フィルム状であってもよい。

本発明第一の実施形態の光学素子において基板に配置される樹脂繊維は、公知の液晶性の樹脂前駆体を重合させて得られる繊維状の樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、及びそれらの共重合体などのような樹脂材料で形成される繊維状の樹脂である。

本発明による第一の実施形態の光学素子においては、基板に複数の樹脂繊維が所定の方向に配向して配置されている。本明細書及び特許請求の範囲において、複数の樹脂繊維が、所定の方向に配向して配置されるとは、複数の樹脂繊維が延在する方向が、等方的に、すなわち無作為な方向ではなく、複数の樹脂繊維が延在する方向が、ある特定の方向に偏して分布することを意味する。また、複数の樹脂繊維が、所定の方向に配向して配置されることは、光学素子に光を入射させたとき、光学素子から拡散される光が、等方的に拡散されない、すなわち、複数の樹脂繊維が配向する所定の方向と垂直な方向に拡散されることで確認することができる。本明細書及び特許請求の範囲において、光学素子から拡散される光が、複数の樹脂繊維が配向する所定の方向と垂直な方向に拡散されるとは、光学素子に入射する光の進行方向に沿った軸まわりに、対称的に（円錐状に）拡散されるのではなく、非対称的に（楕円錐状に）拡散されることを意味する。なお、樹脂繊維が延在する方向とは、樹脂繊維が配向した方向であり、樹脂繊維の両方の末端を結ぶ直線の方向を意味する。また、所定の方向は、特に限定されないが、通常は、基板の表面に平行なある一つの方向である。

また、本発明による第一の実施形態の光学素子において複数の樹脂繊維が、基板に配置されるとは、複数の樹脂繊維が、基板の表面上に接触して直接的に配置される場合及び基板と樹脂繊維の間に設けられる任意の層を介して間接的に配置される場合の両方を含む。

本発明による第一の実施形態の光学素子においては、複数の樹脂繊維は、光の波長程度である数百ｎｍから数十μｍの間隔で所定の方向に配向して基板に配置される。よって、本発明による第一の実施形態の光学素子によれば、比較的容易に製造することができる微細構造を備えた光学素子を提供することができる。なお、複数の樹脂繊維は、互いに分離して配置されてもよく、互いに重なり合って配置されてもよい。

また、本発明による第一の実施形態の光学素子においては、入射光を複数の樹脂繊維が配向する所定の方向と垂直な方向に拡散させる。すなわち、基板における複数の樹脂繊維が、所定の方向に配向する配置を調整することで、光学素子に入射する光を、所定の方向と垂直な方向に沿って所定の角度範囲に拡散させる光学素子を提供することができる。より詳しくは、基板に配置される複数の樹脂繊維の間には、数百ｎｍから数十μｍの間隔が所定の方向に配向して形成されており、光学素子に入射する光は、複数の樹脂繊維の間に形成される間隔を通じて透過するか、複数の樹脂繊維によって反射させられる。このとき、複数の樹脂繊維の微細な間隔によって、光学素子に入射する光は、回折されて、複数の樹脂繊維の配置に応じた所定の方向と垂直な方向及び所定の角度範囲に拡散することになる。従って、基板に配置される複数の樹脂繊維の配置に関する配向性が高いほど、光が特定の方向に大きく偏って拡散される（逆に等方性が高いほど、光は、等方的に（円錐状に）拡散される）。

図１は、本発明による第一の実施形態の光学素子を説明する模式図である。図１（ａ）は、本発明による第一の実施形態の光学素子の構成を説明する図であり、図１（ｂ）は、本発明による第一の実施形態の光学素子による拡散光の強度分布を説明する図である。図１（ａ）に示すように、本発明による第一の実施形態の光学素子としての透過型の光拡散素子１００は、基板１０、配向膜４０、配向膜４０を介して基板１０より上に（すなわち、配向膜４０の表面に）所定の方向（Ｙ方向）に配向して配置される複数の樹脂繊維２０を有する。複数の樹脂繊維２０は、配向膜４０を介して基板１０に等方的に（無作為な方向に）配置されておらず、樹脂繊維２０が延在する方向を平均したＹ方向に偏った方向に配向して配置されている。なお、複数の樹脂繊維２０は、互いに分離されて配置されてもよく、互いに重なり合って配置されてもよい。次に、図１（ａ）に示すように、透過型の光拡散素子１００に光を入射させると、入射光は、複数の樹脂繊維２０の間隔を透過するが、このとき、図中の矢印に示すように、複数の樹脂繊維２０が延在する方向を平均したＹ方向と垂直なＸ方向に回折される。図１（ａ）においては、光は、Ｘ方向に広がった角度範囲で拡散している。よって、光拡散素子１００に入射した光の強度分布は、図１（ｂ）に示すように、複数の樹脂繊維２０が延在する方向と概略平行なＹ方向には、ほとんど広がらないが、Ｙ方向と垂直なＸ方向に大きく広がる。すなわち、光拡散素子１００に入射した光は、複数の樹脂繊維が配向する所定の方向（Ｙ方向）と垂直な方向（Ｘ方向）に拡散する。このように、基板１０に直接又は間接的に複数の樹脂繊維２０を所定の方向（Ｙ方向）に配向して配置することで、光拡散素子１００に入射した光を、所定の方向と垂直な方向（Ｘ方向）に所定の角度範囲で拡散させることができる。なお、光拡散素子１００によって拡散される光の非等方性は、基板１０に直接又は間接的に複数の樹脂繊維２０の配置に関する配向性の程度に依存する。

本発明による第二の実施形態の光学素子は、基板及び前記基板に所定の方向に配向して且つその所定の方向と垂直な方向に規則的な間隔で配置される複数の樹脂繊維を有する光学素子である。

本発明による第二の実施形態の光学素子は、様々な光学的用途に用いられ得るが、特に、入射する光を透過又は反射させると共に拡散する光拡散素子に適する。例えば、本発明における第二の実施形態の光学素子は、液晶表示装置における光拡散板として用いることができる。

本発明による第二の実施形態の光学素子に含まれる基板は、本発明による光学素子を透過型の光学素子として使用する場合には、基板は、適用する波長の光を透過させる基板であり、ガラス及びプラスチックのような材料で形成される透明な基板である。一方、本発明による光学素子を反射型の光学素子として使用する場合には、基板は、ガラス及びプラスチックのような透明基板に限定されず、金属及びセラミックなどの様々な材料で形成された基板を使用することができる。また、本発明による光学素子を軽量化する場合、及び本発明による光学素子に可撓性を付与する場合には、基板の材料は、プラスチックであることが好ましい。基板に用いられるプラスチックの材料としては、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリエーテルスルホンなどが挙げられる。なお、基板の形態は、特に限定されず、板状であってもよく、フィルム状であってもよい。

本発明による第二の実施形態の光学素子において基板に配置される樹脂繊維は、公知の液晶性の樹脂前駆体を重合させて得られる繊維状の樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、及びそれらの共重合体などのような樹脂材料で形成される繊維状の樹脂である。

本発明による第二の実施形態の光学素子においては、基板に複数の樹脂繊維が所定の方向に配向して且つその所定の方向と垂直な方向に規則的な間隔で配置されている。本明細書及び特許請求の範囲において、複数の樹脂繊維が、所定の方向に配向して且つその所定の方向と垂直な方向に規則的な間隔で配置されるとは、複数の樹脂繊維が延在する方向が、ある特定の方向に偏して分布しており、複数の樹脂繊維が延在する方向の平均的な方向と垂直な方向に概略規則的な間隔で複数の樹脂繊維が分布することを意味する。ここで、概略規則的な間隔とは、（複数の樹脂繊維の間隔が特定の間隔のみに限定される）完全に規則的な間隔であってもよく、実質的に規則性があると判断される（入射する光が分散して散乱されると認められる）程度の規則的な間隔を含む。よって、複数の樹脂繊維の間における間隔の大きさは、一定の間隔でもよく、離散的な複数種の大きさの間隔でもよく、連続的な分布の間隔であってもよい。また、複数の樹脂繊維が、所定の方向に配向して且つその所定の方向と垂直な方向に規則的な間隔で配置されることは、光学素子に光を入射させたとき、光学素子から拡散される光が、複数の樹脂繊維が配向する所定の方向と垂直な方向に分散して、拡散させることで確認することができる。本明細書及び特許請求の範囲において、光学素子から拡散される光が、複数の樹脂繊維が配向する所定の方向と垂直な方向に拡散されるとは、光学素子に入射する光の進行方向に沿った軸まわりに、対称的に（円錐状に）拡散されるのではなく、非対称的に拡散されることを意味し、光学素子から拡散される光が、分散して拡散されるとは、ある方向における拡散される光の強度分布が、複数の有意な極大を有することを意味する。なお、樹脂繊維が延在する方向とは、樹脂繊維が配向した方向であり、樹脂繊維の両方の末端を結ぶ直線の方向を意味する。また、所定の方向は、特に限定されないが、通常は、基板の表面に平行なある一つの方向である。

また、本発明による第二の実施形態の光学素子において複数の樹脂繊維が、基板に配置されるとは、複数の樹脂繊維が、基板の表面上に接触して直接的に配置される場合及び基板と樹脂繊維の間に設けられる任意の層を介して間接的に配置される場合の両方を含む。

本発明による第二の実施形態の光学素子においては、複数の樹脂繊維は、光の波長程度である数百ｎｍから数十μｍの規則的な間隔で所定の方向に配向して基板に配置される。よって、本発明による第二の実施形態の光学素子によれば、比較的容易に製造することができる微細構造を備えた光学素子を提供することができる。なお、複数の樹脂繊維は、互いに分離して配置されてもよく、互いに重なり合って配置されてもよい。

また、本発明による第二の実施形態の光学素子においては、入射光を複数の樹脂繊維が配向する所定の方向と垂直な方向に分散して拡散させる。すなわち、基板における複数の樹脂繊維が、複数の樹脂繊維が配向する所定の方向と垂直な方向に沿った規則的な間隔の配置を調整することで、光学素子に入射する光を、複数の樹脂繊維が配向する所定の方向と垂直な方向に沿って所定の角度方向に分散して拡散させる光学素子を提供することができる。すなわち、本発明による第二の実施形態の光学素子は、本発明による第一の実施形態の光学素子と比較して、入射光を複数の樹脂繊維が配向する所定の方向と垂直な方向に沿って、より限定された角度領域に、より集中的に、拡散させることができる。より詳しくは、基板に配置される複数の樹脂繊維の間には、数百ｎｍから数十μｍの規則的な間隔が、複数の樹脂繊維が配向する所定の方向と垂直な方向に形成されており、光学素子に入射する光は、複数の樹脂繊維の間に形成される規則的な間隔を通じて透過するか、規則的な間隔で配置された複数の樹脂繊維によって反射させられる。このとき、複数の樹脂繊維の微細且つ規則的な間隔によって、光学素子に入射する光は、回折されると共に干渉して、複数の樹脂繊維の配置、すなわち、複数の樹脂繊維間の規則的な間隔の大きさに応じた、複数の樹脂繊維が配向する所定の方向と垂直な方向における所定の角度に拡散することになる。従って、基板に配置される複数の樹脂繊維の配置に関する規則性が高いほど、光が所定の方向における特定の角度に限定されて拡散される。また、基板に配置される複数の樹脂繊維の規則的な間隔が、微細であるほど、光学素子に入射する光は、より大きく分散して拡散される。

なお、本発明による第二の実施形態の光学素子に入射する光は、単色光であってもよく、白色光のような連続光であってもよい。通常、複数の樹脂繊維の間における間隔の大きさは、離散的又は連続的に分布するので、本発明による第二の実施形態の光学素子に白色光のような連続光を入射させても、複数の樹脂繊維の間隔によって回折及び干渉した様々な回折次数の様々な波長の光が、重なり合い、光学素子によって拡散される光は、波長ごとに分散されることはほとんどない。すなわち、本発明による第二の実施形態の光学素子に白色光を入射させるとき、白色光が、複数の樹脂繊維が配向する所定の方向と垂直な方向に分散して（所定の方向における所定の角度に）拡散される。

図２は、本発明による第二の実施形態の光学素子を説明する模式図である。図２（ａ）は、本発明による第二の実施形態の光学素子の構成を説明する図であり、図２（ｂ）は、本発明による第二の実施形態の光学素子による拡散光の強度分布を説明する図である。図２（ａ）に示すように、本発明による第二の実施形態の光学素子としての透過型の光拡散素子１００は、基板１０、配向膜４０、配向膜４０を介して基板１０より上に（すなわち、配向膜４０の表面に）所定の方向（Ｙ方向）に配向して且つその所定の方向と垂直な方向（Ｘ方向）に規則的な間隔で配置される複数の樹脂繊維２０を有する。複数の樹脂繊維２０は、配向膜４０を介して基板１０に、樹脂繊維２０が延在する方向を平均したＹ方向に偏った方向に配向して配置され、また、樹脂繊維２０が延在する方向を平均したＹ方向と垂直な方向に規則的な間隔で配置されている。なお、複数の樹脂繊維２０は、複数の樹脂繊維２０が所定の方向（Ｙ方向）に配向して且つその所定の方向と垂直な方向（Ｘ方向）に規則的な間隔で配置されていれば、互いに分離されて配置されてもよく、互いに重なり合って配置されてもよい。次に、図２（ａ）に示すように、透過型の光拡散素子１００に光を入射させると、入射光は、複数の樹脂繊維２０の規則的な間隔を透過するが、このとき、図中の矢印に示すように、複数の樹脂繊維２０が延在する方向を平均したＹ方向と垂直なＸ方向に、分散して回折される。図２（ａ）においては、光は、Ｘ方向において三つの角度に分散して拡散している。よって、光拡散素子１００に入射した光の強度分布は、図２（ｂ）に示すように、光は、複数の樹脂繊維２０が延在する方向と概略平行なＹ方向には、分散しないが、Ｙ方向と垂直なＸ方向に分散して、三つの極大を有する強度分布となる。すなわち、光拡散素子１００に入射した光は、複数の樹脂繊維が配向する所定の方向（Ｙ方向）と垂直な方向（Ｘ方向）に分散して拡散する。このように、基板１０に直接又は間接的に複数の樹脂繊維２０を所定の方向（Ｙ方向）に配向して且つその所定の方向と垂直な方向（Ｘ方向）に規則的な間隔で配置することによって、光拡散素子１００に入射した光を、複数の樹脂繊維が配向する所定の方向（Ｙ方向）と垂直な方向（Ｘ方向）における所定の角度に集中して拡散させることができる。なお、光拡散素子１００によって拡散される光の分散性は、基板１０に直接又は間接的に複数の樹脂繊維２０の配置に関する規則的な間隔の大きさ及び規則性の程度に依存する。

本発明による第三の実施形態の光学素子は、本発明による第一の実施形態の光学素子又は本発明による第二の実施形態の光学素子において、複数の樹脂繊維の間に液晶を有すると共に液晶に電圧を印加する電極を有する。本発明による第三の実施形態の光学素子によれば、比較的容易に製造することができる微細構造及び液晶を備えた光学素子を提供することができる。

本発明による第三の実施形態の光学素子において、複数の樹脂繊維の間に含まれる液晶は、任意の液晶であってもよいが、好ましくは、本発明による第三の実施形態の光学素子を製造する工程において温度によってネマティック相及びスメクテイック相のいずれか一方の相を呈する液晶である。このような温度によってネマティック相及びスメクテイック相の少なくとも一方の相を呈する液晶としては、ビフェニル系、ターフェニル系、フェニルシクロヘキサン系、フッ素系、トラン系、及びエステル系の液晶並びに強誘電性液晶が挙げられる。強誘電性液晶は、不斉炭素原子及び双極子モーメントを有する液晶であり、アゾキシ系強誘電性液晶、ビフェニル系強誘電性液晶、及びエステル系強誘電性液晶などが挙げられる。複数の樹脂繊維の間に含まれる液晶は、複数の樹脂繊維を形成した後に加えることもできるが、温度によってネマティック相及びスメクテイック相の少なくとも一方の相を呈する液晶を用いる場合には、後述の本発明による光学素子の製造方法によって、複数の樹脂繊維及び液晶を含む複合膜を、より容易に製造することができる。

液晶に電圧を印加するための電極は、液晶に電圧を印加して液晶を駆動させることができれば、任意の電極でもよい。また、液晶を挟んで二つの電極を対向させて、液晶に電圧を印加して液晶を駆動させることができれば、本発明による第三の実施形態の光学素子におけるいずれの場所に二つの電極を設けてもよい。本発明による第三の実施形態の光学素子において、光が電極を通過する構成を採用するときには、光が通過する電極は、透明な電極であり、透明な電極の材料としては、錫をドープした酸化インジウム（Ｉｎ_２Ｏ_３：Ｓｎ）（いわゆる酸化スズインジウム：ＩＴＯ）などが挙げられる。

本発明による第三の実施形態の光学素子によれば、入射光を、複数の樹脂繊維が配向する所定の方向と垂直な方向に又は複数の樹脂繊維が配向する所定の方向と垂直な方向に分散して、拡散すると共に、拡散される光の強度を制御することが可能である。本発明による第三の実施形態の光学素子が、本発明による第一の実施形態の光学素子において、複数の樹脂繊維の間に液晶を有すると共に液晶に電圧を印加する電極を有するように構成される場合には、基板に所定の方向に配向して配置される複数の樹脂繊維によって入射光を複数の樹脂繊維が配向する所定の方向と垂直な方向に拡散すると共に、液晶を挟む電極に電圧を印加して液晶を駆動することで、拡散される光の強度を変化させることが可能である。すなわち、液晶を挟む電極に印加する電圧を変化させることで、複数の樹脂繊維が配向する所定の方向と垂直な方向に拡散される光の強度を制御することができる光学素子を提供することができる。一方、本発明による第三の実施形態の光学素子が、本発明による第二の実施形態の光学素子において、複数の樹脂繊維の間に液晶を有すると共に液晶に電圧を印加する電極を有するように構成される場合には、基板に所定の方向に配向して且つその所定の方向と垂直な方向に規則的な間隔で配置される複数の樹脂繊維によって入射光を複数の樹脂繊維が配向する所定の方向と垂直な方向に分散して拡散させると共に、液晶を挟む電極に電圧を印加して液晶を駆動することで、拡散される光の強度を変化させることが可能である。すなわち、液晶を挟む電極に印加する電圧を変化させることで、複数の樹脂繊維が配向する所定の方向と垂直な方向に分散して拡散される光の強度を制御することができる光学素子を提供することができる。

図３は、本発明による第三の実施形態の光学素子を説明する模式図である。図３に示すように、本発明による第三の実施形態の光学素子としての透過型の光拡散素子１００は、第一の基板１０、第一の基板１０に設けられた第一の配向膜４０、第一の配向膜４０に設けられた、複数の樹脂繊維２０及び液晶３０を含む複合膜８０、複合膜８０に設けられた複合膜８０側に第二の配向膜を有する第二の基板５０（簡単のため、図３においては、第二の配向膜の図示を省略する）、第一の基板１０に備え付けられた第一の電極６０、及び第二の基板５０に備え付けられた第二の電極７０を有する。複合膜８０において、複数の樹脂繊維２０は、所定の方向に配向して且つその所定の方向と垂直な方向に規則的な間隔で配置されている。なお、複数の樹脂繊維２０は、複数の樹脂繊維２０が所定の方向に配向して規則的な間隔で配置されていれば、互いに分離されて配置されてもよく、互いに重なり合って配置されてもよい。また、複合膜８０においては、複数の樹脂繊維２０の間における間隔に液晶３０を有する。すなわち、図３に示す光学素子は、図２（ａ）に示す光学素子において、複数の樹脂繊維２０の間における間隔に液晶３０を有し、複数の樹脂繊維２０及び液晶３０を含む複合膜８０を形成し、複合膜８０に第二の基板５０を設け、第一の基板１０及び第二の基板５０に、それぞれ、第一の電極６０及び第二の電極７０を設けることによって構成される。

次に、透過型の光拡散素子１００に光を入射させると、入射光は、複数の樹脂繊維２０の規則的な間隔に存在する液晶３０を透過し、図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、複数の樹脂繊維２０が延在する方向を平均した方向と垂直な方向に、分散して回折される。すなわち、光拡散素子１００に入射した光は、複数の樹脂繊維が配向する所定の方向と垂直な方向に分散して拡散する。ここで、第一の電極６０及び第二の電極７０の間に電圧を印加して、第一の電極６０及び第二の電極７０の間に存在する液晶３０を駆動することで、液晶３０を通過する光の強度を変化させることができる。このようにして、図３に示す光拡散素子１００によれば、第一の電極６０及び第二の電極７０の間に印加する電圧を変化させることで、光拡散素子１００によって複数の樹脂繊維が配向する所定の方向と垂直な方向に分散して拡散される光の強度を制御することができる。

次に、本発明による光学素子の製造方法を図面と共に説明する。

本発明による光学素子に製造方法は、基板に、ネマティック相及びスメクティック相の少なくとも一方を示す液晶及び樹脂前駆体を含む混合液を塗布し、液晶及び樹脂前駆体を含む混合液の薄膜を形成する第一の工程、及び混合液の薄膜を加熱する又は混合液の薄膜に光を照射して、混合液の薄膜における樹脂前駆体を重合させて、樹脂繊維を得る第二の工程を含む。

まず、基板に、ネマティック相及びスメクティック相の少なくとも一方を示す液晶及び樹脂前駆体を含む混合液を塗布し、液晶及び樹脂前駆体を含む混合液の薄膜を形成する第一の工程を説明する。

基板には、前述の材料で形成された基板を用いる。基板に液晶及び樹脂前駆体を含む混合液を塗布する工程は、基板に直接混合液を塗布すること、及び基板に配向膜などの他の単数又は複数の層を形成した後、その層又はそれらの層を介して間接的に（その層又は最上の層に直接に）混合液を塗布することを含む。

本発明による光学素子の製造方法に用いられる液晶は、上述したような温度によってネマティック相及びスメクティック相の少なくとも一方の相を示す液晶である。温度によってネマティック相及びスメクティック相の少なくとも一方の相を示す液晶は、特定の方向に整列した液晶相を示す。

本発明による光学素子の製造方法に用いられる樹脂前駆体は、液晶との混合液を調製するため、用いられる液晶に対して高い相溶性を有する樹脂前駆体である。このような液晶に対して高い相溶性を有する樹脂前駆体としては、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、及びそれらの共重合体などの樹脂前駆体（モノマー及びオリゴマーなど）、並びに用いられる液晶に対して高い相溶性を有すると共にそれ自体で分子配向性を有する液晶性の樹脂前駆体（モノマー及びオリゴマーなど）が挙げられる。液晶性の樹脂前駆体は、樹脂前駆体の状態で液晶相を示し、重合によって樹脂繊維を生じる樹脂前駆体であり、分子配向性を与える液晶の分子骨格（コア及びアルキル鎖などの側鎖）を有し、液晶分子骨格の一方の末端にアクリル基などの結合基を有する樹脂前駆体である。液晶性の樹脂前駆体は、液晶分子骨格の一方の末端に結合した結合基によって互いに重合し、樹脂繊維を生ずることになる。所定の方向に配向して又は所定の方向に配向して且つその所定の方向と垂直な方向に規則的な間隔で配置される複数の樹脂繊維を得るためには、樹脂前駆体は、液晶性の樹脂前駆体であることが好ましい。液晶性の樹脂前駆体は、分子配向性を有するため、特定の方向に重合して、特定の方向に延在する樹脂繊維を形成することが相対的に容易である。特に、所定の方向に配向して且つその所定の方向と垂直な方向に規則的な間隔で配置される複数の樹脂繊維を得るためには、液晶性の樹脂前駆体を使用することが望まれる。なお、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、及びそれらの共重合体などの樹脂前駆体は、等方性の樹脂前駆体であり、液晶性の樹脂前駆体ではない。これらの等方性の樹脂前駆体は、分子配向性を有さないが、所定の方向に配向して配置される複数の樹脂繊維を得ることは可能である。また、これらの等方性の樹脂前駆体も、その濃度が低い場合には、混合液は、液晶相を示す。

液晶及び樹脂前駆体を含む混合液における樹脂前駆体の含有率は、樹脂繊維を形成することを達成するためには、好ましくは、１０重量％以上５０重量％以下である。混合液における樹脂前駆体の含有率が、１０重量％未満であると、樹脂前駆体の量が少なすぎて、樹脂繊維を形成することができず、樹脂前駆体が液晶中に溶解した状態のままである可能性が高くなる。混合液における樹脂前駆体の含有率が、５０重量％を超えると、複数の樹脂繊維の密度が高くなりすぎ、複数の樹脂繊維の間における間隔を形成することが困難になる場合がある。

次に、基板に液晶及び樹脂前駆体の混合液を基板の表面又は基板に設けた層の最表面に塗布して、厚さ数μｍの均一な薄膜である、液晶及び樹脂前駆体の混合液の薄膜を形成する。混合液を塗布する手段としては、量産性及び生産性に優れたロールコーティング、ディッピング、スピンコーティング、キャスティング、スプレー、ドクターブレードコーティング、及びワイヤーバーコーティングなどの方法が挙げられる。

次に、混合液の薄膜を加熱する又は混合液の薄膜に光を照射して、混合液の薄膜における樹脂前駆体を重合させて、樹脂繊維を得る第二の工程を説明する。まず、混合液の薄膜に含まれる液晶が、ネマティック相又はスメクテイック相を示す温度まで、加熱などによって、混合液の薄膜の温度を制御する。

次に、混合液に含まれる液晶が、ネマティック相又はスメクテイック相を示す状態で、紫外線などの光照射による光重合、加熱による熱重合、及び反応重合などの重合方法を用いて、樹脂前駆体を重合させて、液晶及び樹脂前駆体を重合して得られる樹脂繊維を相分離させる（自己組織化を引き起こす）。なお、光重合は、液晶がネマティック相又はスメクテイック相を示す一定の温度で重合させることができる点、また、混合液の薄膜の温度（樹脂前駆体の熱運動）を制御して、相分離の進行を調整することも可能である点で、好ましい。なお、熱重合は、液晶がネマティック相又はスメクテイック相を示す温度の範囲内で重合させることが望ましい。液晶及び樹脂繊維の相分離は、相分離機構の一つであるスピノーダル分解によって達成される。液晶及び樹脂前駆体の混合液の薄膜におけるスピノーダル分解とは、混合液の薄膜における局所的濃度ゆらぎによって進行する相分離機構であり、液晶及び樹脂繊維による微細構造に微小な周期性を付与することが可能となる。ここでは、混合液の薄膜の相分離において、液晶中で樹脂前駆体を重合させると、液晶が、特定の方向に整列すると共に、液晶が整列する方向に従って樹脂繊維が形成される。このようにして、相分離によって、所定の方向に配向して配置される複数の樹脂繊維又は所定の方向に配向して且つその所定の方向に垂直な規則的な間隔で配置される複数の樹脂繊維を形成することができる。なお、重合反応による液晶及び樹脂繊維の相分離において、空気中の酸素によって樹脂前駆体の重合反応が阻害されることを防止するために、重合反応は、窒素雰囲気中で行うことが望ましい。

さらに、液晶及び樹脂前駆体の混合液の薄膜の温度、混合液における液晶及び樹脂前駆体の含有率、並びに光重合における紫外光の照射強度などのその他の樹脂前駆体の重合反応条件などの相分離の条件によって、生成する樹脂繊維の形態及び複数の樹脂繊維の配置（非等方性、間隔の規則性など）を制御することができる。

本発明による光学素子の製造方法は、好ましくは、基板に液晶及び樹脂前駆体を含む混合液を塗布する前に、基板に配向膜を設ける工程をさらに含む。配向膜は、混合液又は液晶及び樹脂前駆体を含む混合液の薄膜における液晶及び樹脂前駆体の分子配向を所定の方向に制御する。配向膜としては、摩擦（ラビング）配向処理又は偏光紫外光の照射による光配向処理が施されたポリイミド樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、及び斜方蒸着されたＳｉＯ膜及びＳｉＯ_２膜のいずれも用いることができる。基板に配向膜を設けた場合には、配向膜の表面に液晶及び樹脂前駆体の混合液を塗布して、配向膜の表面において混合液を所定の方向に配向させる。そして、配向膜の表面で樹脂前駆体を重合させ、液晶及び樹脂繊維を相分離させる。

樹脂前駆体を重合させて、樹脂繊維を形成した後は、残留する液晶を廃棄してもよい。残留する液晶を廃棄する方法としては、エタノールなどの液晶を溶解させる溶媒を用いて液晶を除去し、基板に樹脂繊維を露出させる。

本発明による光学素子の製造方法によれば、液晶及び樹脂前駆体の混合液の薄膜における相分離を用いて、基板に所定の方向に配向して又は所定の方向に配向して且つその所定の方向に垂直な規則的な間隔で配置される複数の樹脂繊維を有する光学素子を比較的容易に製造することができる。

また、液晶及び樹脂前駆体の混合液の薄膜を、第一の配向膜を有する第一の基板及び第二の配向膜を有する第二の基板の間にはさみ込んでもよい。この際、第一の配向膜及び第二の配向膜の両方が、混合液の薄膜側に配置される。また、第一の配向膜の配向性及び第二の配向膜の配向性は、実質的に一致するように、第一の配向膜及び第二の配向膜を配置する。なお、第一の配向膜の配向性及び第二の配向膜の配向性が実質的に一致するとは、第一の配向膜の配向性及び第二の配向膜の配向性を調整する誤差範囲内で二つの配向膜の配向性が一致することを意味する。このように、配向性が実質的に一致する二つの配向膜を設けることによって、配向膜による液晶及び樹脂前駆体を所定に方向に配向させる効果が向上するため、混合液の分子配向を、より向上させることができる。これにより、所定の方向に配向して、より規則的な間隔で配置される樹脂繊維を形成することができる。なお、二つの配向膜の間に配置された混合液の薄膜において樹脂前駆体を重合させることによって、樹脂繊維を形成した後、二つの配向膜の間に残留する液晶を除去する場合には、一方の基板及び配向膜を取り除く必要がある。なお、液晶中の樹脂繊維は、破損を受け易い。そこで、一旦、二つの配向膜の間における液晶の温度を、液晶の結晶化温度以下に冷却し、液晶を固化させることによって、樹脂繊維の形態を、結晶化した液晶によって保護した後、一方の基板及び配向膜を除去する。このようにして、形成された樹脂繊維の破損を防止することができる。また、二つの配向膜の間に残留する液晶を除去せずに、液晶及び樹脂繊維を挟む第一の基板及び第二の基板に、液晶に電圧を印加することができる二つの電極を設けてもよい。この場合には、二つの配向膜の間に挟まれた液晶を、電極に電圧を印加することで、駆動することができる。

図４（ａ）〜（ｃ）は、本発明による光学素子製造方法の例を説明する模式図である。図４（ａ）に示すように、基板１０に配向膜４０を設け、配向膜４０に液晶３０及び樹脂前駆体２５の混合液を塗布し、液晶３０及び樹脂前駆体２５を含む混合液の薄膜８０を形成する。次に、混合液の薄膜８０の温度を、液晶３０がネマティック相又はスメクティック相を示す温度に調整する。このとき、混合液の薄膜８０において、液晶３０及び樹脂前駆体２５は、配向膜４０によって、所定の方向に配向させられる。次に、図４（ｂ）に示すように、混合液の薄膜８０に紫外光を照射して、樹脂前駆体２５を光重合させるか、又は混合液の薄膜８０を加熱することによって、配向した樹脂前駆体２５を熱重合させる。これにより、樹脂前駆体２５が、重合し、配向膜４０によって与えられた混合液の分子配向を反映して液晶３０及び樹脂繊維２０が、相分離すると同時に、樹脂繊維２０が形成される。これにより、配向膜４０の表面に所定の方向に配向して又は所定の方向に配向して且つその所定の方向に垂直な規則的な間隔で配置された複数の樹脂繊維２０が提供される。最後に、図４（ｃ）に示すように、液晶３０及び複数の樹脂繊維２０を含む複合膜８０に残留する液晶３０を、エタノール等で除去し、本発明による光学素子を得ることができる。

次に、本発明による表示装置を図面と共に説明する。

本発明による表示装置は、本発明による光学素子を有する。本発明による表示装置によれば、比較的容易に製造することができる微細構造を備えた光学素子を有する表示装置を提供することができる。なお、本発明による表示装置は、本発明による光学素子及び公知の構成部品を用いて、公知の製造方法（組み立て方法）によって製造することができる。

また、本発明による表示装置は、本発明による光学素子を有することで、本発明による光学素子に入射する光を、複数の樹脂繊維が配向する所定の方向と垂直な方向に又は複数の樹脂繊維が配向する所定の方向と垂直な方向に分散して、拡散させ、その拡散された光を用いて表示動作を行うことができる。よって、本発明による光学素子によって、表示パネルに向かって、所定の方向に広い角度の範囲で光を照射すること、又は所定の方向に特定の角度に集中的に照射することで、高輝度な表示装置を提供することができる。また、本発明による光学素子によって、表示パネルに向かって、特定の角度の範囲内に光を拡散させることで、急角度で表示パネルに入射する光を減少させると共に緩やかな角度で入射する光を増加させて、表示パネルに効率良く光を照射することもできる。その結果、光の利用効率が向上するため、従来と同等の輝度の表示装置を得る場合であっても、光源の出力を低減することができる。よって、光源の消費電力も抑制され、より安価な表示装置を提供することができる。

例えば、本発明による表示装置が、透過型の液晶表示装置である場合には、蛍光管、冷陰極管、及び発光ダイオードなどのバックライトの光は、導光板を通して伝搬した後、本発明による光学素子としての光拡散素子によって拡散され、その拡散された光を、的確に液晶パネルの視野角に相当する角度範囲のみに、振り向けることが可能になる。また、本発明による表示装置が、反射型の液晶表示装置である場合には、本発明による光学素子としての光拡散素子によって、液晶パネル内の全反射によって表示に寄与しない角度に拡散することを低減することができるため、外光を効率良く利用することが可能となり、明るい反射表示を得ることができる。

図５は、従来の透過型の液晶表示装置と本発明による液晶表示装置との比較に関する図であり、（ａ）は、従来の透過型の液晶表示装置の図であり、（ｂ）は、本発明による液晶表示装置の図である。

図５（ａ）に示すように、従来の透過型の液晶表示装置２０５は、液晶パネル１２０、バックライトの光を液晶表示パネル１２０に向かって射出する導光板１１０、及び導光板１１０から射出される光を拡散させて液晶表示パネル１２０に照射する従来の光拡散素子１０５を有する。従来の透過型の液晶表示装置２０５においては、導光板１１０から射出される光が、従来の光拡散素子１０５によって等方的に拡散しているため、従来の光拡散素子１０５の法線に対して急な角度で拡散された光は、液晶表示パネル１２０を通じて、液晶表示パネル１２０の法線に対して急な角度で射出されるか、又は液晶表示パネル１２０内で全反射を繰り返し、液晶表示パネル１２０内で減衰する。観察者は、一般に、液晶表示パネル１２０の法線に対して緩やかな角度から液晶表示パネル１２０を観察するので、液晶表示パネル１２０の法線に対して急な角度で射出された光は、観察者の目に届かない場合が多く、液晶表示パネル１２０の輝度に寄与しない。また、液晶表示パネル１２０内で全反射を繰り返し、液晶表示パネル１２０内で減衰する光も、当然に、液晶表示パネル１２０の輝度に寄与しない。よって、従来の透過型の液晶表示装置２０５においては、導光板１１０から射出される光量の一部を有効に利用していない。

これに対して、図５（ｂ）に示すように、本発明による表示装置としての透過型の液晶表示装置２００は、液晶パネル１２０、バックライトの光を液晶表示パネル１２０に向かって射出する導光板１１０、及び導光板１１０から射出される光を拡散させて液晶表示パネル１２０に照射する本発明による光学素子としての光拡散素子１００を有する。本発明による透過型の液晶表示装置２００においては、導光板１１０から射出される光が、本発明による光拡散素子１００によって複数の樹脂繊維が配向する所定の方向と垂直な方向に又は複数の樹脂繊維が配向する所定の方向と垂直な方向に分散して、拡散させることができるため、導光板１１０から射出される光を所定の角度範囲内に拡散するか、又は導光板１１０から射出される光を、所定の角度へ分散して拡散させることができる。すなわち、複数の樹脂繊維の配置が適切に調整された本発明による光拡散素子１００を用いることで、導光板１１０から射出される光を、液晶表示パネル１２０の法線方向に対して緩やかな角度で、液晶表示パネル１２０に入射させることができる。これにより、液晶表示パネル１２０の法線に対して急な角度で射出する光及び液晶表示パネル１２０内で全反射を繰り返し、液晶表示パネル１２０内で減衰する光を低減させると同時に、液晶表示パネル１２０の法線方向に対して緩やかな角度で射出される光を増加させることができる。液晶表示パネル１２０の法線方向に対して緩やかな角度で射出される光は、観察者の目に到達する確率が高いため、液晶表示パネル１２０の輝度の向上に寄与することができる。従って、本発明による液晶表示装置２００は、同じ光源の出力で従来の液晶表示装置２０５よりも高い輝度を有するか、又は同じ輝度で従来の液晶表示装置２０５におけるよりも低い光源の出力、よって低い光源の消費電力を有する。後者の場合には、本発明による液晶表示装置２００は、従来の液晶表示装置２０５と比較して安価な表示装置となる。

本発明による表示装置には、透過型又は反射型の液晶表示装置のみならず、表示パネルとして電気泳動ディスプレイのような光変調素子を用いた表示装置など様々な表示装置が含まれる。

（二つの配向膜で配向させた複数の樹脂繊維が所定の方向に配置された光学素子の例）
ポリイミド系配向膜の原材料（ＪＳＲ社，ＡＬ−１２５４）をスピンコーティング法（回転速度３０００ｒｐｍ，時間９０秒）によって、二つのガラス基板の表面に塗布し、焼成（温度１８０℃，時間１２０分）することで、二つのガラス基板にそれぞれ配向膜を形成した。次に、それぞれの配向膜の表面に、ナイロン布を用いてラビング処理（毛先押し込み量０．４ｍｍ）を施した。一方のガラス基板上に設けられた配向膜の表面に、ネマティック相を呈する強誘電性液晶及びアクリル系液晶性モノマー（樹脂前駆体）（ＤＩＣ社，ＵＣＬ−００１）の混合液を、調製し（重量混合比は、液晶：液晶性モノマー＝７：３であった。また、２μｍ径のスペーサを散布した。）、スピンコーティング法（回転速度２０００ｒｐｍ，時間６０秒）により塗布した。次に、配向膜を有する他方のガラス基板を、配向膜の表面が、液晶及び液晶性モノマーの混合液と密着するように、重ねた。このとき、二つのガラス基板に設けられた二つの配向膜のラビング方向を一致させた。次に、得られた混合液の薄膜に、混合液がネマティック相を維持するために７５℃に加熱しながら、４０ｍＷ／ｃｍ^２の紫外光（中心波長３６５ｎｍ）を、１５分間照射して、液晶性モノマーを光重合させて液晶と樹脂の相分離を誘起し、樹脂繊維を形成した。複数の樹脂繊維が形成された後、液晶及び複数の樹脂繊維を含む複合膜を、液晶の結晶化温度（−１５℃）以下まで液体窒素を用いて冷却し、一方の配向膜を有する基板を取り除いて、エタノール溶媒で液晶を溶出し、本発明による光学素子を得た。図６（ａ）は、本実施例で得られた光学素子における複数の樹脂繊維の電子顕微鏡写真を示す図である。図６（ａ）に示すように、本実施例で得られた光学素子における複数の樹脂繊維は、部分的に重なり合っているが、特定の方向に偏して延在し、基板に設けられた配向膜の表面に配向して配置されていた。

本実施例で得られた光学素子の複数の樹脂繊維が配置された面に垂直にＨｅ−Ｎｅレーザ（波長６３３ｎｍ）を照射したところ、複数の樹脂繊維が延在する方向を平均した方向に対して概ね垂直方向に広がった拡散光が観察された。図６（ｂ）は、本実施例で得られた光学素子に対して入射したレーザ光の拡散光の強度分布を示す図である。また、図６（ｃ）は、図６（ｂ）に示す強度分布の中心を通る、複数の樹脂繊維が延在する方向を平均した方向に対して垂直な方向に沿った、レーザ光の拡散光の強度分布を示す図である。図６（ｂ）及び図６（ｃ）に示すように、本実施例で得られた光学素子に入射した光は、複数の樹脂繊維が延在する方向を平均した方向と垂直な方向における特定の角度の範囲に広がった強度分布を有し、複数の樹脂繊維が配向する方向と垂直な方向に拡散されたことを確認することができた。なお、複数の樹脂繊維が延在する方向を平均した方向に対して概ね垂直方向に拡散された光の拡散角度（全角）は、約２０°であった。

（複数の樹脂繊維が所定の方向に且つその所定の方向に垂直な規則的な間隔で配置された光学素子の例）
ポリイミド系配向膜の原材料（ＪＳＲ社，ＡＬ−１２５４）をスピンコーティング法（回転速度３０００ｒｐｍ，時間９０秒）によって、ガラス基板の表面に塗布し、焼成（温度１８０℃，時間１２０分）することで、配向膜を形成した。次に、配向膜の表面に、ナイロン布を用いてラビング処理（毛先押し込み量０．４ｍｍ）を施した。ガラス基板上に設けられた配向膜の表面に、シアノ系ネマティック液晶（メルク社，ＢＬ−００８）及びアクリル系液晶性モノマー（樹脂前駆体）（ＤＩＣ社，ＵＣＬ−００１）の混合液を、調製し（重量混合比は、液晶：液晶性モノマー＝４：１であった）、スピンコーティング法（回転速度２０００ｒｐｍ，時間６０秒）により塗布した。得られた混合液の薄膜に室温（２４℃）にて４０ｍＷ／ｃｍ^２の紫外光（中心波長３６５ｎｍ）を、窒素雰囲気で１５分間照射して、液晶性モノマーを光重合させて液晶と樹脂の相分離を誘起し、樹脂繊維を形成した。複数の樹脂繊維が形成された後、エタノール溶媒で液晶を溶出し、本発明による光学素子を得た。図７（ａ）は、本実施例で得られた光学素子における複数の樹脂繊維の電子顕微鏡写真を示す図である。図７（ａ）に示すように、本実施例で得られた光学素子における複数の樹脂繊維は、部分的に重なり合っているが、特定の方向に偏して延在し、且つ複数の樹脂の間における間隔は、概略一定の間隔（約３μｍ）であり、基板に設けられた配向膜の表面に配向して且つその配向する方向と垂直な方向に規則的な間隔で配置されていた。

本実施例で得られた光学素子の複数の樹脂繊維が配置された面に垂直にＨｅ−Ｎｅレーザ（波長６３３ｎｍ）を照射したところ、複数の樹脂繊維が延在する方向を平均した方向に対して概ね垂直方向に広がった拡散光が観察され、また、複数の樹脂繊維が延在する方向を平均した方向に概ね垂直方向に分散した拡散光（回折光）も観察された。図７（ｂ）は、本実施例で得られた光学素子に対して入射したレーザ光の拡散光の強度分布を示す図である。また、図７（ｃ）は、図７（ｂ）に示す強度分布の中心を通る、複数の樹脂繊維が延在する方向を平均した方向に対して垂直な方向に沿った、レーザ光の拡散光の強度分布を示す図である。図７（ｂ）及び図７（ｃ）に示すように、本実施例で得られた光学素子に入射した光は、複数の樹脂繊維が延在する方向を平均した方向と垂直な方向における特定の角度の範囲に広がった強度分布を有すると共に複数の樹脂繊維が延在する方向を平均した方向と垂直な方向における特定の角度に強度分布の極大を有し、複数の樹脂繊維が配向する方向と垂直な方向に分散して拡散されたことを確認することができた。なお、レーザ光の進行方向に対する、複数の樹脂繊維が延在する方向を平均した方向に対して概ね垂直方向に分散して拡散された光（回折光）の角度（回折角）は、約１１°であった。得られた回折角の値、レーザ光の波長、及び回折次数から得られた複数の樹脂繊維の間隔は、電子顕微鏡から得られた複数の樹脂繊維の間隔と一致した。

（二つの配向膜で配向させた複数の樹脂繊維が所定の方向に且つその所定の方向に垂直な規則的な間隔で配置された光学素子の例（１）−低い照射強度での光重合）
ポリイミド系配向膜の原材料（ＪＳＲ社，ＡＬ−１２５４）をスピンコーティング法（回転速度３０００ｒｐｍ，時間９０秒）によって、二つのガラス基板の表面に塗布し、焼成（温度１８０℃，時間１２０分）することで、二つのガラス基板にそれぞれ配向膜を形成した。次に、それぞれの配向膜の表面に、ナイロン布を用いてラビング処理（毛先押し込み量０．４ｍｍ）を施した。一方のガラス基板上に設けられた配向膜の表面に、ネマティック相を呈する強誘電性液晶及びアクリル系液晶性モノマー（樹脂前駆体）（ＤＩＣ社，ＵＣＬ−００１）の混合液を、調製し（重量混合比は、液晶：液晶性モノマー＝４：１であった。また、２μｍ径のスペーサを散布した。）、スピンコーティング法（回転速度２０００ｒｐｍ，時間６０秒）により塗布した。次に、配向膜を有する他方のガラス基板を、配向膜の表面が、液晶及び液晶性モノマーの混合液と密着するように、重ねた。このとき、二つのガラス基板に設けられた二つの配向膜のラビング方向を一致させた。次に、得られた混合液の薄膜に、混合液がネマティック相を維持するために７５℃に加熱しながら、１ｍＷ／ｃｍ^２の紫外光（中心波長３６５ｎｍ）を、１５分間照射して、液晶性モノマーを光重合させて液晶と樹脂の相分離を誘起し、樹脂繊維を形成した。複数の樹脂繊維が形成された後、液晶及び複数の樹脂繊維を含む複合膜を、液晶の結晶化温度（−１５℃）以下まで液体窒素を用いて冷却し、一方の配向膜を有する基板を取り除いて、エタノール溶媒で液晶を溶出し、本発明による光学素子を得た。図８（ａ）は、本実施例で得られた光学素子における複数の樹脂繊維の電子顕微鏡写真を示す図である。図８（ａ）に示すように、本実施例で得られた光学素子における複数の樹脂繊維は、部分的に重なり合っているが、特定の方向に偏して延在し、且つ複数の樹脂の間における間隔は、概略一定の間隔（約４μｍ）であり、基板に設けられた配向膜の表面に配向して且つその配向する方向と垂直な方向に規則的な間隔で配置されていた。

本実施例で得られた光学素子の複数の樹脂繊維が配置された面に垂直にＨｅ−Ｎｅレーザ（波長６３３ｎｍ）を照射したところ、複数の樹脂繊維が延在する方向を平均した方向に対して概ね垂直方向に広がった拡散光が観察され、また、複数の樹脂繊維が延在する方向を平均した方向に概ね垂直方向に分散した拡散光（回折光）も観察された。図８（ｂ）は、本実施例で得られた光学素子に対して入射したレーザ光の拡散光の強度分布を示す図である。また、図８（ｃ）は、図８（ｂ）に示す強度分布の中心を通る、複数の樹脂繊維が延在する方向を平均した方向に対して垂直な方向に沿った、レーザ光の拡散光の強度分布を示す図である。図８（ｂ）及び図８（ｃ）に示すように、本実施例で得られた光学素子に入射した光は、複数の樹脂繊維が延在する方向を平均した方向と垂直な方向における特定の角度の範囲に広がった強度分布を有すると共に複数の樹脂繊維が延在する方向を平均した方向と垂直な方向における特定の角度に強度分布の極大を有し、複数の樹脂繊維が配向する方向と垂直な方向に分散して拡散されたことを確認することができた。なお、レーザ光の進行方向に対する、複数の樹脂繊維が延在する方向を平均した方向に対して概ね垂直方向に分散して拡散された光（回折光）の角度（回折角）は、約７°であった。得られた回折角の値、レーザ光の波長、及び回折次数から得られた複数の樹脂繊維の間隔は、電子顕微鏡から得られた複数の樹脂繊維の間隔と一致した。

（二つの配向膜で配向させた複数の樹脂繊維が所定の方向に且つその所定の方向に垂直な規則的な間隔で配置された光学素子の例（１）−高い照射強度での光重合）
ポリイミド系配向膜の原材料（ＪＳＲ社，ＡＬ−１２５４）をスピンコーティング法（回転速度３０００ｒｐｍ，時間９０秒）によって、二つのガラス基板の表面に塗布し、焼成（温度１８０℃，時間１２０分）することで、二つのガラス基板にそれぞれ配向膜を形成した。次に、それぞれの配向膜の表面に、ナイロン布を用いてラビング処理（毛先押し込み量０．４ｍｍ）を施した。一方のガラス基板上に設けられた配向膜の表面に、ネマティック相を呈する強誘電性液晶及びアクリル系液晶性モノマー（樹脂前駆体）（ＤＩＣ社，ＵＣＬ−００１）の混合液を、調製し（重量混合比は、液晶：液晶性モノマー＝４：１であった。また、２μｍ径のスペーサを散布した。）、スピンコーティング法（回転速度２０００ｒｐｍ，時間６０秒）により塗布した。次に、配向膜を有する他方のガラス基板を、配向膜の表面が、液晶及び液晶性モノマーの混合液と密着するように、重ねた。このとき、二つのガラス基板に設けられた二つの配向膜のラビング方向を一致させた。次に、得られた混合液の薄膜に、混合液がネマティック相を維持するために７５℃に加熱しながら、４０ｍＷ／ｃｍ^２の紫外光（中心波長３６５ｎｍ）を、１５分間照射して、液晶性モノマーを光重合させて液晶と樹脂の相分離を誘起し、樹脂繊維を形成した。複数の樹脂繊維が形成された後、液晶及び複数の樹脂繊維を含む複合膜を、液晶の結晶化温度（−１５℃）以下まで液体窒素を用いて冷却し、一方の配向膜を有する基板を取り除いて、エタノール溶媒で液晶を溶出し、本発明による光学素子を得た。図９（ａ）は、本実施例で得られた光学素子における複数の樹脂繊維の電子顕微鏡写真を示す図である。図９（ａ）に示すように、本実施例で得られた光学素子における複数の樹脂繊維は、部分的に重なり合っているが、特定の方向に偏して延在し、且つ複数の樹脂の間における間隔は、概略一定の間隔（約３μｍ）であり、基板に設けられた配向膜の表面に配向して且つその配向する方向と垂直な方向に規則的な間隔で配置されていた。

本実施例で得られた光学素子の複数の樹脂繊維が配置された面に垂直にＨｅ−Ｎｅレーザ（波長６３３ｎｍ）を照射したところ、複数の樹脂繊維が延在する方向を平均した方向に対して概ね垂直方向に広がった拡散光が観察され、また、複数の樹脂繊維が延在する方向を平均した方向に概ね垂直方向に分散した拡散光（回折光）も観察された。図９（ｂ）は、本実施例で得られた光学素子に対して入射したレーザ光の拡散光の強度分布を示す図である。また、図９（ｃ）は、図９（ｂ）に示す強度分布の中心を通る、複数の樹脂繊維が延在する方向を平均した方向に対して垂直な方向に沿った、レーザ光の拡散光の強度分布を示す図である。図９（ｂ）及び図９（ｃ）に示すように、本実施例で得られた光学素子に入射した光は、複数の樹脂繊維が延在する方向を平均した方向と垂直な方向における特定の角度の範囲に広がった強度分布を有すると共に複数の樹脂繊維が延在する方向を平均した方向と垂直な方向における特定の角度に強度分布の極大を有し、複数の樹脂繊維が配向する方向と垂直な方向に分散して拡散されたことを確認することができた。なお、レーザ光の進行方向に対する、複数の樹脂繊維が延在する方向を平均した方向に対して概ね垂直方向に分散して拡散された光（回折光）の角度（回折角）は、約１１°であった。得られた回折角の値、レーザ光の波長、及び回折次数から得られた複数の樹脂繊維の間隔は、電子顕微鏡から得られた複数の樹脂繊維の間隔と一致した。

なお、実施例３（１ｍＷ／ｃｍ^２の紫外光）及び実施例４（４０ｍＷ／ｃｍ^２の紫外線）を比較すると、紫外光の照射強度が低い場合（実施例３）に得られた光学素子における複数の樹脂繊維の非等方性は、紫外光の照射強度が高い場合（実施例４）に得られた光学素子における複数の樹脂繊維の非等方性よりも高い（複数の樹脂繊維が、より特定の方向に偏して延在する）。また、相対的に高い非等方性を備えた複数の樹脂繊維の配置を有する光学素子は、相対的に低い非等方性を備えた複数の樹脂繊維の配置を有する光学素子と比較して、複数の樹脂繊維が延在する方向を平均した方向に沿った拡散光の分布が狭くなり、拡散光が特定の角度に良好に分散して拡散されることが確認された。

以上、本発明の実施の形態及び実施例を具体的に説明してきたが、本発明は、これらの実施の形態及び実施例に限定されるものではなく、これら本発明の実施の形態及び実施例を、本発明の主旨及び範囲を逸脱することなく、変更又は変形することができる。

本発明は、比較的容易に製造することができる微細構造を備えた光学素子及び該光学素子を有する表示装置に適用することができる。

本発明による第一の実施形態の光学素子を説明する模式図であり、（ａ）は、本発明による第一の実施形態の光学素子の構成を説明する図であり、（ｂ）は、本発明による第一の実施形態の光学素子による拡散光の強度分布を説明する図である。 本発明による第二の実施形態の光学素子を説明する模式図であり、（ａ）は、本発明による第二の実施形態の光学素子の構成を説明する図であり、（ｂ）は、本発明による第二の実施形態の光学素子による拡散光の強度分布を説明する図である。 本発明による第三の実施形態の光学素子を説明する模式図である。 （ａ）〜（ｃ）は、本発明による光学素子製造方法の例を説明する模式図である。 従来の透過型の液晶表示装置と本発明による液晶表示装置との比較に関する図であり、（ａ）は、従来の透過型の液晶表示装置の図であり、（ｂ）は、本発明による液晶表示装置の図である。 （ａ）は、実施例１で得られた光学素子における複数の樹脂繊維の電子顕微鏡写真を示す図であり、（ｂ）は、実施例１で得られた光学素子に対して入射したレーザ光の拡散光の強度分布を示す図であり、（ｃ）は、特定の方向に沿ったレーザ光の拡散光の強度分布を示す図である。 （ａ）は、実施例２で得られた光学素子における複数の樹脂繊維の電子顕微鏡写真を示す図であり、（ｂ）は、実施例２で得られた光学素子に対して入射したレーザ光の拡散光の強度分布を示す図であり、（ｃ）は、特定の方向に沿ったレーザ光の拡散光の強度分布を示す図である。 （ａ）は、実施例３で得られた光学素子における複数の樹脂繊維の電子顕微鏡写真を示す図であり、（ｂ）は、実施例３で得られた光学素子に対して入射したレーザ光の拡散光の強度分布を示す図であり、（ｃ）は、特定の方向に沿ったレーザ光の拡散光の強度分布を示す図である。 （ａ）は、実施例４で得られた光学素子における複数の樹脂繊維の電子顕微鏡写真を示す図であり、（ｂ）は、実施例４で得られた光学素子に対して入射したレーザ光の拡散光の強度分布を示す図であり、（ｃ）は、特定の方向に沿ったレーザ光の拡散光の強度分布を示す図である。

符号の説明

１０ （第一の）基板
２０ 樹脂繊維
２５ 樹脂前駆体
３０ 液晶
４０ （第一の）配向膜
５０ 第二の基板
６０ 第一の電極
７０ 第二の電極
８０ 混合液の薄膜／複合膜
１００ 光拡散素子
２００、２０５ 液晶表示装置

Claims (5)

1. 基板及び前記基板に所定の方向に配向して配置される複数の樹脂繊維を有することを特徴とする光学素子。
2. 基板及び前記基板に所定の方向に配向して且つ前記所定の方向と垂直な方向に規則的な間隔で配置される複数の樹脂繊維を有することを特徴とする光学素子。
3. 基板及び入射光が回折及び干渉するように前記基板に配置される複数の樹脂繊維を有することを特徴とする光学素子。
4. 前記複数の樹脂繊維の間に液晶を有すると共に前記液晶に電圧を印加する電極を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光学素子。
5. 請求項１乃至４のいずれか一項に記載の光学素子を有することを特徴とする表示装置。

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