JP2012042806A

JP2012042806A - 液晶シャッター素子

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Publication number: JP2012042806A
Application number: JP2010185146A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Toko; 康夫都甲; Hiroshi Tsuchihashi; 博史土橋
Original assignee: Stanley Electric Co Ltd
Current assignee: Stanley Electric Co Ltd
Priority date: 2010-08-20
Filing date: 2010-08-20
Publication date: 2012-03-01
Anticipated expiration: 2030-08-20
Also published as: JP5706112B2

Abstract

【課題】入射光線の透過率を向上させた液晶シャッター素子を提供する。
【解決手段】液晶シャッター素子は、第１の透明基板と、前記第１の透明基板上に形成された第１の透明電極と、前記第１の透明基板に対向する第２の透明基板と、前記第２の透明基板上に形成される微小プリズムと、前記微小プリズム上に形成される第２の透明電極と、前記第１及び第２の透明基板間に挟まれ、コレスティックブルー相を示す液晶分子を有する液晶層と、前記第１又は第２の透明基板と平行に配置され、直行光を通過させ、斜行光を遮るルーバーとを有する。
【選択図】図６

Description

本発明は、液晶シャッター素子に関する。

従来、偏光方向が９０°異なる左右視の画像をディスプレイ装置に表示し、当該左右視の画像の偏光方向にそれぞれ対応した偏光板をそれぞれ左右の目に合うように張った偏光めがねを用いた立体視が知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、立体表示を行うために、ディスプレイ装置を時分割駆動して左眼用画像と右眼用画像とを交互に表示し、これに同期して左右のシャッターを開閉させる液晶シャッターめがねが知られている（例えば、特許文献２参照）。ディスプレイ装置に左眼用画像が表示されている時には、左側の液晶シャッターを開けて右側の液晶シャッターを閉じ、右眼用画像が表示されている時には、右側の液晶シャッターを開けて左側の液晶シャッターを閉じることにより、ディスプレイ装置上の表示画像を立体視する。

特開平０５−２５７０８３号公報特開平０６−１７８３２５号公報

特許文献１に記載の技術では、偏光板を用いているため、解像度が１／２になってしまう。また、偏光板は透過率が低いという問題点がある。さらには、特許文献１に記載の技術では、立体視可能なディスプレイ装置が液晶表示装置等の偏光タイプのものに限定されてしまう。

特許文献２に記載の技術は、解像度を低下させずに、偏光タイプ以外のディスプレイ装置を使用して、立体視を可能としている。しかし、特許文献２に記載の技術による液晶シャッターは透過率が非常に低く、明るいものでも透過率は４５％以下であり、暗いものでは３０％以下となってしまう。

本発明の目的は、入射光線の透過率を向上させた液晶シャッター素子を提供することである。

本発明の一観点によれば、液晶シャッター素子は、第１の透明基板と、前記第１の透明基板上に形成された第１の透明電極と、前記第１の透明基板に対向する第２の透明基板と、前記第２の透明基板上に形成される微小プリズムと、前記微小プリズム上に形成される第２の透明電極と、前記第１及び第２の透明基板間に挟まれ、コレスティックブルー相を示す液晶分子を有する液晶層と、前記第１又は第２の透明基板と平行に配置され、直行光を通過させ、斜行光を遮るルーバーとを有する。

本発明によれば、入射光線の透過率を向上させた液晶シャッター素子を提供することができる。

本発明の実施例による光偏向液晶セルを概略的に示す厚さ方向断面図である。微小プリズム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。微小プリズム３の概略斜視図であり、右側部分にプリズム３ｂの断面形状の拡大図を示す。本発明の実施例によるルーバー６の一部の概略断面図である。ルーバー６単体での視角特性を表すグラフである。本発明の実施例による液晶シャッター素子１０１の概略断面図である。ルーバー６の配置例を示す概念図である。本発明の実施例による液晶シャッター素子１０１を装着した液晶シャッターめがね１０３の使用例を表す概念図である。本発明の実施例による液晶シャッター素子１０１をデジタルカメラ５００の電子シャッターとして使用する例を説明するための概念図である。

図１は、本発明の実施例による光偏向液晶セルを概略的に示す厚さ方向断面図である。１枚のガラス基板１と透明電極１２が形成されたガラス基板１１を用意した。ガラス基板１は、厚さ０．７ｍｍｔ以下であり、材質は無アルカリガラスである。

ガラス基板１１は、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１２は、厚さ１５０ｎｍであり、材質はインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）で、所望の平面形状にパターニングされている。パターニングは、ガラス基板１１を洗浄機にて洗浄した後に、周知のフォトリソグラフィ工程により行った。ＩＴＯのエッチング方法としては、ウェットエッチング（第２塩化鉄）を用いることができる。洗浄方法は、後述するガラス基板１２の洗浄方法と同一である。

まず、ガラス基板１上に微小プリズム（プリズム層）３を形成する。微小プリズム３は、ガラス基板１上に形成されるベース層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。

図２は、微小プリズム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、頂角約４５°、底角が約４５°と約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１０μｍであり、プリズム３ａの底辺の長さ（プリズムのピッチ）は約１０μｍである。本実施例では、図２に示すパターンを微小プリズム３の１ユニット（１２０μｍ幅）とし、同じパターンの繰り返しが数ユニット続くものを作製した。微小プリズム３の各ユニットの断面形状は各ユニットの中央部分を境に線対称形状を有している。本実施例では、左右６個ずつのプリズム３ａが、各ユニットの中央部分を境に線対称に並んで形成される。なお、中央部分のプリズム３ａを頂角約９０°、底角が双方とも約４５°の三角柱状と考え、その左右に頂角約４５°、底角が約４５°と約９０°の三角柱状のプリズム３ａがそれぞれ５つずつ、微小プリズム３の中央を対称軸として線対称に並んでいると考えてもよい。

なお、微小プリズム３は図３に示すように、各ユニットの中央部分の底角（α°）が最も大きく端のほうに行くに従い小さくなるものでもよい。図３に示す例では、中央のプリズム３ａの底角（α°）が約４５°、一番端のプリズム３ａの底角（α°）が約２５°程度としたが、後述するルーバーとの組み合わせにより最適化することが望ましい。

図１に戻り、微小プリズム３の作製方法について説明する。ガラス基板１上に、所定量の耐熱性プリズム材料（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３０ｍｍ×横６０ｍｍである。

プレスして１分以上放置し、耐熱性プリズム材料を十分広げた後、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を硬化させた。紫外線の照射量は２００ｍＪ／ｃｍ^２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。

耐熱性プリズム材料の硬化後、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をプリズム金型から剥離した。

プリズム層３の大きさは、耐熱性プリズム材料の滴下量を調整することにより行った。滴下量を調整してプリズム形成領域全体（縦３０ｍｍ×横６０ｍｍ）のうちの必要な領域に微小プリズム３を形成した。なお、紫外線照射領域をマスク等を用いて制御することによりプリズム層３の大きさを調整してもよい。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。

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。

次に、プリズム付きガラス基板１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。

その後、プリズム層３を形成した側のガラス基板１上に、後述するＩＴＯ膜の密着性を向上させるためにＳｉＯ_２膜４を薄く形成した。ＳｉＯ_２膜４の形成には、スパッタ法（交流放電）を用いた。８０℃に基板加熱し、５００Åの厚さに形成した。なお、このＳｉＯ_２膜４は省略可能である。なお、均一膜厚の層は、入射光を入射角度に応じて面内方向にシフトする機能は有するが、光の進行方向を変える機能は有さない。

引き続き、ＳｉＯ_２膜４上に、スパッタ法（交流放電）を用いてＩＴＯ膜２を形成した。ここでは、１００℃に基板加熱し、１０００Åの厚さにＩＴＯ膜２を形成した。このとき、ＳＵＳマスクなどを用いて余分なところにはＩＴＯ膜が形成されないようにしてもよい。なお、ＩＴＯ膜２は、スパッタ法に限らず、真空蒸着法、イオンビーム法、ＣＶＤ法などで形成してもよい。

次に、プリズム付きガラス基板１と、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。

次に、プリズム付きガラス基板１上のプリズム非形成部分に、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。液晶層５の厚さが、例えば１０μｍ〜２０μｍとなるように、ギャップコントロール剤を選択した。なお、微小プリズム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５の厚さも変化する。

ここでは、ギャップコントロール剤として径が３０μｍ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。

プリズムを形成しない側のガラス基板（ＩＴＯ付きガラス基板）１１上には、ギャップコントロール剤１４として径が１７μｍ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。

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。こうして、５〜２５μｍのセル厚を有する空セルを作製した。なお、微小プリズム３の形状により、セル厚は場所により異なる。また、本実施例では、微小プリズム３と液晶層５との界面での屈折率差が重要であり、セル厚に性能はほとんど依存しない。また、ブルー相ではセル厚に応答速度は依存しないものの、駆動電圧はセル厚に依存し、セル圧が厚いほど駆動電圧が高くなる。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５を形成した。液晶注入後、注入口にエンドシール剤を塗布し、封止した。

実施例では、作製された空セルに注入する材料として、ある温度範囲でコレステリックブルー相を示す液晶と、高分子安定化のための光重合性モノマーに光重合開始剤を添加したものとを混合した材料を用いる。

具体的には、液晶として、フッ素系混合液晶であるＪＣ１０４１−ＸＸ（チッソ製、Δｎ：０．１４２）と４−ｃｙａｎｏ−４’−ｐｅｎｔｙｌｂｉｐｈｅｎｙｌ（５ＣＢ）（メルク製、Δｎ：０．１８４）を１：１の割合で混合し、これにカイラル剤ＩＳＯ−６ＯＢＡ２を６ｗｔ％添加した。また光重合性モノマーとして、一官能性の材料と二官能性の材料とを混合して添加した。ここでは、一官能性材料としてＥＨＡを、二官能性材料としてＲＭ２５７（メルク製）を５０：５０のモル比となるように混合し、また光重合開始剤としてイルガキュア３６９（チバガイギー製）を用いて混合モノマーに対して５ｗｔ％となるように添加した。この混合モノマーを上記液晶の混合系に対し６ｍｏｌ％となるように添加して注入用の液晶を作製した。液晶、カイラル剤、モノマー、光重合開始剤は、これらに限るものではないが、光重合性モノマーは、一官能性の材料と二官能性の材料とを混合することが望ましい。

以上のようにして、液晶を注入して封止した液晶セルを加熱すると、ある温度範囲（５０℃付近）でブルー相を示した。そのブルー相を示す温度に保ったまま紫外線を長時間照射し、液晶層５の一部に高分子ネットワークを形成して高分子安定化させた。ここでは、３０ｍＷ／ｃｍ^２（３６５ｎｍ）の光を照射したが、初めに短い周期で間欠露光を行い、最後に長時間露光した。具体的には、１秒照射１０秒無照射を１０回繰り返した後、最後に３分間連続照射を行った。なお、露光条件はこれに限らず、例えば、もっと弱い照度で露光してもよいが、その場合、紫外線硬化にかかる時間は長くなる。このようにして高分子安定化させた液晶セルは広い温度範囲（−５℃〜５０℃程度）でコレステリックブルー相を示した。この温度範囲は使用する材料やその混合比、重合条件などにより拡大することができる。以上により、本実施例の光偏向液晶セル１００が完成する。

ブルー相は、光学的に等方性であるため、実施例の光偏向液晶セル１００の基板法線方向から見た液晶層の屈折率は、液晶材料の常光線屈折率ｎｏと異常光線屈折率ｎｅの平均的な値（（２ｎｏ＋ｎｅ）／３）になり、光偏向液晶セル１００への入射光線（基板法線方向に進行する光線）の相互に直交する偏光成分の両方で等しくなる。

一方、実施例の光偏向液晶セル１００は、電圧印加時、液晶層厚さ方向に電圧が印加され、正の誘電率異方性により、ブルー相における液晶分子のねじれ構造が解消し、ほぼ全ての液晶分子が基板垂直方向に立ち上がって、ホメオトロピック相を示す。

ホメオトロピック相では、基板法線方向から見た液晶層の屈折率は、常光線屈折率ｎｏとなり、光偏向液晶セル１００への入射光線（基板法線方向に進行する光線）の相互に直交する偏光成分の両方で等しくなる。

本実施例では、液晶材料の常光線屈折率ｎｏは１．５２１であり、異常光線屈折率ｎｅは１．６８３である。したがって、入射光に対する液晶層の屈折率は、偏光方向に依らず、電圧非印加時のブルー相で１．５７４程度となり、電圧印加時のホメオトロピック相で１．５２１となると見積もられる。また、プリズム材料の屈折率は１．５１である。

以上より、本実施例による光偏向液晶セル１００は、ブルー相を示す電圧非印加時には、液晶層１５とプリズム層３の屈折率が異なるので、プリズムの作用で入射光を偏向することとなる。微小プリズム３の各ユニットの中央部分を境に左側のプリズム３ａ（左下がりの斜面のプリズム）と右側のプリズム３ａ（右下がりの斜面のプリズム）とで、光線が振られる方向は反対となる。一方、ホメオトロピック相を示す電圧印加時には、液晶層１５とプリズム層３の屈折率が同等となり、プリズム斜面の向きに依らず、入射光をほぼそのまま直進させることとなる。そして、これらの作用は入射光の偏光方向に依存しない。

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。

実施例の光偏向液晶セル１００では、１枚の光偏向液晶セル１００であっても全ての光に対してその角度を制御することができる。なお、曲げる角度を変える場合はプリズム３ａの角度を変更するか、液晶材料を変更する必要がある。

以上述べたように、本実施例による光偏向液晶セル１００は、両基板１、１１の内側に微小な傾斜状の突起形状からなるプリズム層３と、一定の温度範囲でブルー相を示す液晶層５と、透明電極２、１２を含んで構成される。透明電極２、１２を介して、液晶層５に電圧を印加し、セル厚方向に液晶分子の配列を変化させ、すなわち、液晶層５の屈折率を変化させ、プリズム層３の斜面と液晶層５の界面を透過する光の屈折角をスネルの法則により変化させ、該透過する光の方向を電気的に制御することができる。

図４は、本発明の実施例によるルーバー６の一部の概略断面図である。以下、図４を参照して、ルーバー６の作製方法を説明する。

まず、ルーバー用の基板として、板厚１１８〜１２０μｍの透明シリコーンゴムシート６１を多数枚用意する。なお、ゴムシート６１の厚さは、図２のプリズム層３の１ユニットの幅（本実施例では、約１２０μｍ）に対応して選択される。次に、透明シリコーンゴムシート６１のそれぞれの表面に、光吸収膜（遮光膜）６２を、スピンコートにより約１．５μｍの厚さで形成した。ここでは、東京応化製のブラックレジスト（高抵抗ブラックレジストＢＫ８３１０）を用いた。その後、１００℃で１６０秒間、ホットプレートによりプリベークした後、紫外線（３５０ｎｍ、３０ｍＷ／ｃｍ^２）を照射量が約２００ｍＪ／ｃｍ^２となるように照射した。このブラックレジストは、紫外線露光により、遮光性になる。なお、遮光膜６２の材料は、上記に限らす、カーボンブラック等の一般的な有機顔料あるいは無機顔料でもよい。

続いて、上記のように作製した遮光膜６２付き透明ゴムシート６１を多数枚積層し、加熱及び加圧してこれらの多数枚の透明ゴムシート６１が一体化したブロック体を形成する。なお、ここで積層する透明ゴムシート６１の枚数は、図１に示す光偏向液晶セル１００の幅に依存する。さらに、上記ブロック体をゴムシート表面に垂直な切断面でスライスすることにより、透明シリコーンゴムと薄い遮光膜が一定間隔で並んだ構造のルーバー６が得られる。スライスする際の厚さ（図中縦方向のルーバー６の厚さ）は、図２（Ａ）に示す形状のプリズム層３を用いる場合には、１〜２ｍｍ程度が好ましい。また、図２（Ｂ）に示す形状のプリズム層３を用いる場合には、スライスする際の厚さ（図中縦方向のルーバー６の厚さ）は、０．１〜０．４ｍｍ程度が好ましい。なお、ルーバー６の幅及び高さは、図１に示す光偏向液晶セル１００のプリズム層３の幅及び高さに合わせて設定される。

スライスされたゴム基板は、通常の基板よりも脆く剥がれやすいため、補強用に別の透明基板（補強用基板）６３を粘着剤等で、ルーバー６の両面（光偏向液晶セル１００と対向する面及びその反対面）に貼り付ける。なお、補強用基板６３は省略することもできる。

図５は、ルーバー６単体での視角特性を表すグラフである。縦軸は透過率（％）を表し、横軸は視角（°）を表す。なお、視角特性の測定には、大塚電子製のＬＣＤ−５２００を用いた。

光軸の中心部に図４に示すルーバー６を配置し、ルーバー６の直交方向（図４における左右方向）に投光機と受光機の角度を傾けていった時の透過率の変化を測定した。正面（０°付近）では、８０％以上の透過率を示すが、左右のどちらかに傾くにしたがって、透過率は減少し、基板法線方向から約２５°以上傾くと透過率は０％となり、完全に遮光されることが分かった。

図６は、本発明の実施例による液晶シャッター素子１０１の概略断面図である。図１に示す光偏向液晶セル１００と図４に示すルーバー６を貼り合わせることにより、液晶シャッター素子１０１を作製する。

観察者側（液晶シャッターめがねとして用いる場合に観察者の目のある側）にルーバー６、その反対側（液晶シャッターめがねとして用いる場合にディスプレイ装置側）に光偏向液晶セル１００を配置する。ルーバー６内の遮光膜６２の位置（約１２０μｍ間隔）と、光偏向液晶セル１００内のプリズムパターンの１ユニットの境界部分（約１２０μｍ間隔）とが、面内で一致するように配置する。

光偏向液晶セル１００とルーバー６との距離は、シャッター機能を発揮させる場合において重要である。光偏向液晶セル１００に電圧を加えていない時（光偏向液晶セル１００内の微小プリズム３によりそこを透過する光が曲げられる状態）について考えると、光偏向液晶セル１００とルーバー６との距離が短いほど光を遮光するために光偏向液晶セル１００で光を曲げる角度を大きくする必要があり、距離が長いほど光を曲げる角度が小さくても遮光することができる。このような観点から、微小プリズム３からルーバー６までの距離は、概ね０．２ｍｍ〜４ｍｍ程度が望ましいと考えられる。なお、中央のプリズム３ａで曲げられた光は約２．５ｍｍ先で遮光膜６１に当たる。

ルーバー６の向きは、例えば、図７（Ａ）に示すように遮光膜６１が縦のストライプ状になるように配置する場合（以下、単に「縦配置」と呼ぶ）と、図７（Ｂ）に示すように遮光膜６１が横のストライプ状になるように配置する場合（以下、単に「横配置」と呼ぶ）とが考えられる。

本発明者らが実際に本実施例による液晶シャッター素子１０１を通して、ディスプレイ装置に表示された画像を観察した場合、図７（Ａ）に示す縦配置の方が、立体表示の画像をクリアに見ることができることが分かった。これはおそらく、ルーバー６を横配置にすると、一般的なディスプレイ装置においては画面書き換え走査とルーバー６の間で干渉が生じ、画面内に位置不定の画像の濃淡が観察され、画像品質を低下させるからであると考えられる。ルーバー６を縦配置にした場合には、このような問題は発生しないので、既存のディスプレイ装置と容易に組み合わせて用いることが可能となる。

なお、ルーバー６を横配置にする場合でも、液晶シャッター素子１０１のシャッター切り換え速度に対して画面のリフレッシュレートが十分に早いディスプレイ装置を採用すること、画面書き換えに対して厳密にシャッター動作を制御することで画質向上を期待できる。

光偏向液晶セル１００に高い電圧を加える時（光偏向液晶セル１００内の微小プリズム３により、そこを通過する光が曲げられない状態）について考察すると、光偏向液晶セル１００があっても無くてもほとんど差が無い状態となるため、ルーバー６を通して画像を見ることになる。この時の視野はルーバー６で遮光される方向に対しても５０°程度の視野があり、遮光されない方向については、通常とほぼ同じように見ることが可能である。したがって、観察者の視野をほとんど妨げることが無い。立体表示を見る以外のときは、両目の液晶シャッター素子１０１ともこの状態にしておくことで通常とほぼ同等の視野が得られるため、観察者は液晶シャッターめがねをはずすことなく通常の生活活動を行うこともできる。

図８は、本発明の実施例による液晶シャッター素子１０１を装着した液晶シャッターめがね１０３の使用例を表す概念図である。

作製した２つの液晶シャッター素子１０１（右目用１０１Ｒと左目用１０１Ｌ）をフレーム（図示せず）に装着し、２つの液晶シャッター素子１０１の光偏向液晶セル１００それぞれと制御回路１０２とを接続して液晶シャッターめがね１０３を作製した。

制御回路１０２は、ディスプレイ装置２００が表示する画像と同期させて交流電圧（周波数１ＫＨｚ〜１００ＫＨｚ程度）の電圧値を変えながら、光偏向液晶セル１００に電圧を印加することができる回路である。

ディスプレイ装置２００は、例えば、液晶表示装置（ＬＣＤ）、プラズマディスプレイ（ＰＤＰ）、有機ＥＬディスプレイ、電界放出ディスプレイ（ＦＥＤ）、ブラウン管（ＣＲＴ）ディスプレイ等の表示装置であり、立体表示を行うために、左目用画像２０１Ｌと右目用画像２０１Ｒをそれぞれ高速で切り換えながら表示する。表示切替の周波数は、例えば、１２０Ｈｚや２４０Ｈｚである。表示切替の周波数を１２０Ｈｚとした場合、約８．３ｍｓｅｃごとに表示を切り換え、２４０Ｈｚとした場合は、約４．２ｍｓｅｃごとに表示を切り換える。

なお、光偏向液晶セル１００の液晶セル（ブルー相）の応答速度は、室温において、立ち上がりで約２００μｓｅｃ、立ち下がりで約２０μｓｅｃであり、１２０Ｈｚ駆動での立体表示のみならず２４０Ｈｚ駆動での立体表示に必要な応答速度に対しても十分に速く、余裕を持って対応可能である。

図８（Ａ）に示すように、左目用画像２０１Ｌが表示されているときは、液晶シャッターめがね１０３の左目側に装着された液晶シャッター素子１０１Ｌには高い電圧（ＬＣＤＯＮ：例えば、２０Ｖ）が印加され、液晶分子の配列はホメオトロピック配向状態となり、微小プリズム３と液晶層５の屈折率がほぼ等しくなり、光偏向液晶セル１００に入射した光は、微小プリズム３により曲げられることなく透過し、左目では左目用画像２０１Ｌをルーバー６Ｌを通して見ることができる。

一方、液晶シャッターめがね１０３の右目側に装着された液晶シャッター素子１０１Ｒには低い電圧が印加され（もしくは電圧を印加せず（ＬＣＤＯＦＦ））、液晶分子の配列は光学的等方相状態となり、液晶シャッター素子１０１Ｒに入射する左目用画像２０１Ｌは光偏向液晶セル１００Ｒの微小プリズム３Ｒにより曲げられてルーバー６Ｒ内の遮光膜６１Ｒに吸収され、右目では画像を見ることができなくなる。

図８（Ｂ）に示すように、右目用画像２０１Ｒが表示されているときは、液晶シャッターめがね１０３の右目側に装着された液晶シャッター素子１０１Ｒには高い電圧（ＬＣＤＯＮ：例えば、２０Ｖ）が印加され、液晶分子の配列はホメオトロピック配向状態となり、微小プリズム３と液晶層５の屈折率がほぼ等しくなり、光偏向液晶セル１００に入射した光は、微小プリズム３により曲げられることなく透過し、右目では右目用画像２０１Ｒをルーバー６Ｒを通して見ることができる。一方、液晶シャッターめがね１０３の左目側に装着された液晶シャッター素子１０１Ｌには低い電圧が印加され（もしくは電圧を印加せず（ＬＣＤＯＦＦ））、液晶分子の配列は光学的等方相状態となり、液晶シャッター素子１０１Ｌに入射する右目用画像２０１Ｒは光偏向液晶セル１００Ｌの微小プリズム３Ｌにより曲げられてルーバー６Ｌ内の遮光膜６１Ｌに吸収され、左目では画像を見ることができなくなる。

ルーバー６を備えていない場合、微小プリズム３により曲げられた左目用画像２０１Ｌ又は右目用画像２０１Ｒは、各微小プリズム３ごとに分割された画像となり、かつ微小プリズム３の配列に応じて分割後の配列順を異ならせた画像として右目又は左目に向かい進行する。

制御回路により液晶シャッターが低電圧（又は電圧０）とされ左目用画像２０１Ｌが右目に、又は右目用画像２０１Ｒが左目に進行するときの画像は、微小プリズム３の屈折による斜方からの進行であり、微小に分割された画像であり、配列順が元画像と異なる画像であるため、左目用画像２０１Ｌとして右目で、あるいは右目用画像２０１Ｒとして左目で認識されることはない。

このため、ルーバー６の不存在構成は立体表示を行う基本動作において障害となることはない。しかし、左目で左目用画像を、右目で右目用画像を認識するときに、同時に他方の目に対する視覚刺激を受けると、画像の詳細部についての目への刺激が相対的に低下し、認識漏れ、誤認識等を生じる。

本実施例では、左目用画像視認時期に右目が、右目用画像視認時期に左目がそれぞれ画像が見えない構成とすることで、左目用画像２０１Ｌと右目用画像２０１Ｒの分離を明確に行い、左目用又は右目用画像をより明確に左目又は右目で認識できるようにすることで、より臨場感を高めた立体表示効果を増進させることができる。

上述の図８（Ａ）の動作と図８（Ｂ）の動作を高速で切り換えることにより、観察者は立体表示を見ることが可能となる。

なお、立体表示を行わない時は、両方の液晶シャッター素子１０１に対して高い電圧をかけておけば、立体表示ではない通常の画像をめがねをはずさずにそのまま見ることができる。この時の各液晶シャッター素子１０１の透過率は少なくとも７５％以上（反射防止フィルム使用時）であり、ほとんど裸眼と変わらず明るい画像を見ることができる。

図９は、本発明の実施例による液晶シャッター素子１０１をデジタルカメラ５００の電子シャッターとして使用する例を説明するための概念図である。

液晶シャッター素子１０１をデジタルカメラ５００の電子シャッターとして使用する場合には、図に示すように、液晶シャッター素子１０１の入射光側にコリメータ３００を配置し、出射光側には受光素子４００を配置する。コリメータ３００は、画像をほぼ平行光にする光学系である。受光素子４００は、例えば、固体撮像素子であり、照射される光に応じた画像信号を出力する。デジタルカメラ５００の電子シャッターとして液晶シャッター素子１０１を用いることにより、機械動作部の無い電子シャッターを実現することができる。

制御回路５０２は、デジタルカメラ５００のユーザのシャッター操作に応じて、光偏向液晶セル１００に電圧を印加することができる回路である。

光偏向液晶セル１００の微小プリズム３の傾斜角と１ユニットのピッチ、液晶の屈折率差（ＬＣＤＯＮ時とＬＣＤＯＦＦ時）、ルーバー６のピッチ厚さ、微小プリズム３とルーバー６との距離等を適宜設定する。

光偏向液晶セル１００に電圧を印加しなかった時（もしくは低い電圧を印加した時）は、図９（Ａ）に示すように、液晶シャッター素子１０１の光偏向液晶セル１００を透過した光が、微小プリズム３により曲げられ、全てルーバー６の遮光膜６１に吸収されるように設計される。したがって、光偏向液晶セル１００に電圧を印加しなかった時（もしくは低い電圧を印加した時）は、液晶シャッター素子１０１は閉じた状態となる。

光偏向液晶セル１００に２０Ｖ以上の高い電圧を印加すると、図９（Ｂ）に示すように、微小プリズム３と液晶層５の屈折率がほぼ等しくなり、光偏向液晶セル１００に入射した光は、微小プリズム３により曲げられることなく透過し、受光素子４００に照射される。したがって、光偏向液晶セル１００に高い電圧を印加した時は、液晶シャッター素子１０１は開いた状態となる。

液晶シャッター素子１０１をデジタルカメラ５００の電子シャッターとして使用する場合には、シャッターを開けるときのみ電力を消費し、シャッターを閉じる時は、電圧を印加しないでよく、シャッターを開けている時間は圧倒的に短いので、電力を消費しない。

デジタルカメラの光学シャッターに要求される応答速度は１／４０００秒（２５０μｓｅｃ）程度であるが、本発明の実施例で用いているブルー相液晶は上述したように非常に早い応答性能を有しているため、デジタルカメラの光学シャッターに要求される応答性を満たしている。

また、図５のグラフから明らかなように、透過時（高い電圧の印加時）の透過率は８５％程度であり、遮光時（低い電圧の印加時又は電圧無印加時）の透過率はほぼ０％であって、高い消光比を示している。また、反射防止膜をつけるなどの対策を講じることで、さらに高い透過率も期待できる。

以上、本発明の実施例によれば、入射光の透過率の非常に高い液晶シャッター素子を提供することができる。また、ブルー相液晶を用いるため、応答速度が充分に速く、画像のちらつき等がない。さらに、偏光板が不要なので、コスト面、透過率、重さ、厚さ、信頼性において有利である。

なお、液晶セル外形は、長方形に限らず、五角形などの多角形にしてもよい。その場合、スクライバーで斜めに傷をつけるなどして異形カットすればよい。また、角の部分は面取りなどをして丸みを持たせてもよい。

また、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ＯｎｅＤｒｏｐＦｉｌｌ（ＯＤＦ）法を用いてもよい。この時、紫外線による硬化と、ブルー相液晶の紫外線によるポリマー化とを、４５〜６０℃程度の所定の温度に加熱しながら、紫外線を全面に照射することにより、同時に行ってもよい。

なお、実施例の液晶セルでは、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ミクロパールＡＵ（積水化学工業製）のような金メッキを施したスチレンボールなどの導電性とギャップ安定性を備えた部材を添加する構造等とすればよい。

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。

１、１１ガラス基板
２、１２透明電極
３微小プリズム（プリズム層）
３ａ、３ｂプリズム
４ＳｉＯ_２膜
５液晶層
６ルーバー
１４ギャップコントロール剤
１６メインシール剤
６１透明シリコーンゴムシート
６２光吸収膜（遮光膜）
６３透明基板（補強用基板）
１００光偏向液晶セル
１０１液晶シャッター素子
１０２制御回路
１０３液晶シャッターめがね
２００ディスプレイ装置
２０１画像
３００コリメータ
４００受光素子
５００デジタルカメラ
５０２制御回路

Claims

第１の透明基板と、
前記第１の透明基板上に形成された第１の透明電極と、
前記第１の透明基板に対向する第２の透明基板と、
前記第２の透明基板上に形成される微小プリズムと、
前記微小プリズム上に形成される第２の透明電極と、
前記第１及び第２の透明基板間に挟まれ、コレスティックブルー相を示す液晶分子を有する液晶層と、
前記第１又は第２の透明基板と平行に配置され、直行光を通過させ、斜行光を遮るルーバーと
を有する液晶シャッター素子。
前記微小プリズムの断面形状は、斜辺が前記第２の透明基板より立ち上がる直角三角形状であり、一定のピッチで前記斜辺の傾きが逆転する請求項１記載の液晶シャッター素子。
前記ルーバーは、光透過部材と遮光部材とを前記微小プリズムの一定ピッチの２倍のピッチで交互に配列して形成される請求項２記載の液晶シャッター素子。