JP2020052366A - 液晶素子、及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の液晶素子を有し、所定の光学的特性を有する光を出射させることが可能な液晶素子、及びその製造方法を提供する。【解決手段】第一液晶素子２３と第二液晶素子２４とを有する液晶素子２２において、第一液晶素子２３の光学面の形状（凸形状）と第二液晶素子２４の光学面の形状（凹形状）との組み合わせは、第一液晶素子２３の光学面を通過する光１０の光学的特性（位相差や収差等）と第二液晶素子２４の光学面を通過する光１０の光学的特性（位相差や収差等）とが互いに補完される関係となるように選択されている。これにより、液晶素子２２を通過する光１０の光学的特性（位相差や収差等）を改善することができる。【選択図】図２

Description

本発明は、液晶素子、及びその製造方法に関するものであり、特に電子ビューファインダー、ニアアイディスプレイ、プロジェクター等の製品向けの光変調素子として好適な液晶素子、及びその製造方法に関するものである。

複数の液晶素子を重ね合わせることにより一つの液晶素子として構成されたものが従来から知られている。（例えば、特許文献１、特許文献２参照）

図４は、従来の液晶素子を示す(ａ）上面図、（ｂ）Ａ−Ａ断面図である。図４に示す液晶素子１は、第一液晶素子２と第二液晶素子３とを備えている。第一液晶素子２と第二液晶素子３は、互いの光学面が対向するように重ね合わされ、透光性の接着剤等により接着されている。第一液晶素子２は、表面にＩＴＯ電極等の駆動電極が形成されたガラス等の透光性基板から成る第一基板２ａと第二基板２ｂとを駆動電極を互いに対向させて所定の位置および間隔で周辺シール６により貼り合せることで形成された隙間に液晶７が封入されたものである。第二液晶素子３は、表面にＩＴＯ電極等の対向電極が形成されたガラス等の透光性基板から成る第三基板３ａと第四基板３ｂとを駆動電極を互いに対向させて所定の位置および間隔で周辺シール６により貼り合わせることで形成された隙間に液晶７が封入されたものである。

外部から液晶素子１に入射した光１０は、第一液晶素子２の第一基板２ａ、液晶７、第二基板２ｂを順次通過した後、第二液晶素子３の第三基板３ａ、液晶７、第四基板３ｂを順次通過し、液晶素子１の外部へ出射する。この時、光１０は、第一液晶素子２の液晶７と第二液晶素子３の液晶７を通過することで光学的に変調され、所定の光学的特性を有する光となって液晶素子１の外部へ出射する。液晶素子１の外部へ出射した光１０は、例えば、画像を形成するために利用される。

特開平１０−２８８７６４ 特開２０００−４７２１４

図５は、液晶素子の理想形を示す断面図である。第一液晶素子２の第一基板２ａと第二基板２ｂ、ならびに第二液晶素子３の第三基板３ａと第四基板３ｂは、図５に示すようにそれぞれ平坦であることが理想的であり、特に、第一基板２ａと第二基板２ｂとの間の隙間１１と液晶７の厚さ、ならびに第三基板３ａと第四基板３ｂとの間の隙間１２と液晶７の厚さは、液晶７が封入された領域全体においてそれぞれ均一であることが理想的である。しかし、各基板には、図４に示した従来の液晶素子１のように、製造工程や材質に起因する反りや歪みがあり、しかもそれらの形状や程度には個体差があるため、実際には各基板を完全に平坦にすることは難しい。基板の平坦性が損なわれると、そこを通過する光の光学的特性（位相差や収差等）が変化するため、例えば、通過した光を画像の形成に利用した場合には、画像の光学的特性（色味や透過率等）が変化してしまうなどの問題が生じる。尚、基板の反りや歪みを完全に除去することは技術的に難易度が高く、コストもかかるため現実的ではない。

本発明は、以上の問題点に鑑みたもので、複数の液晶素子を有し、所定の光学的特性を有する光を出射させることが可能な液晶素子、及びその製造方法を提供することを目的とする。

第一液晶素子と、第二液晶素子と、を有する液晶素子であって、前記第一液晶素子の光学面の形状と、前記第二液晶表示素子の光学面の形状との組み合わせは、前記第一液晶素子の前記光学面を通過する光の光学的特性と、前記第二液晶素子の前記光学面を通過する光の光学的特性とが、互いに補完される関係となるように、選択されている、液晶素子とする。

前記第一液晶素子は、第一基板と第二基板との間に液晶が封入されたものであり、前記第一基板と前記第二基板は、前記光学面を有し、前記第二液晶素子は、第三基板と第四基板との間に液晶が封入されたものであり、前記第三基板と前記第四基板は、前記光学面を有する、液晶素子であっても良い。

前記第二基板の前記光学面と前記第三基板の前記光学面は、互いに近接するように配置され、且つ、何れか一方が他方に対して凸形状を有すると共に、他方が一方に対して凹形状を有し、当該凸形状と当該凹形状との組み合わせは、前記第一基板の前記光学面と前記第二基板の前記光学面とを通過する光の光学的特性と、前記第三基板の前記光学面と前記第四基板の前記光学面とを通過する光の光学的特性とが、互いに補完される関係となるように、選択されている、液晶素子であっても良い。

前記第一基板が有する前記光学面と前記第四基板が有する前記光学面は、互いに離反するように配置され、且つ、何れか一方が他方に対して凸形状を有すると共に、他方が一方に対して凹形状を有し、当該凸形状と当該凹形状の組み合わせは、前記第一基板の前記光学面と前記第二基板の前記光学面とを通過する光の光学的特性と、前記第三基板の前記光学面と前記第四基板の前記光学面とを通過する光の光学的特性とが、互いに補完される関係となるように、選択されている、液晶素子であっても良い。

前記光学的特性は、光の位相差又は収差である、液晶素子であっても良い。

第一液晶素子と、第二液晶素子と、を有する液晶素子の製造方法であって、前記第一液晶素子の光学面を通過する光の光学的特性と、前記第二液晶素子の光学面を通過する光の光学的特性とが、互いに補完される関係となるように、前記第一液晶素子の前記光学面の形状と、前記第二液晶表示素子の前記光学面の形状との組み合わせを、選択する工程を有する、液晶素子の製造方法とする。

本発明によれば、複数の液晶素子を有し、所定の光学的特性を有する光を出射させることが可能な液晶素子、及びその製造方法を提供することができる。

本発明の一実施例における液晶素子を備えた光変調装置を示す断面図 本発明の一実施例における液晶素子を示す断面図 本発明の一実施例における液晶素子の適切な組み合わせを選択する方法を示すフローチャート 従来の液晶素子を示す(ａ)上面図、（ｂ）Ａ−Ａ断面図 液晶素子の理想形を示す断面図

図１は、本発明の一実施例における液晶素子を備えた光変調装置を示す断面図、図２は、本発明の一実施例における液晶素子を示す（ａ）上面図、（ｂ）Ａ−Ａ断面図である。図１に示す光変調装置２０は、光源２１と液晶素子２２とを備えている。液晶素子２２は、第一液晶素子２３と第二液晶素子２４とを備えている。第一液晶素子２３と第二液晶素子２４は、互いの光学面が対向するように重ね合わされて透光性の接着剤等により接着されている。ここで、光学面は、光源２１から出射された光の主光束が通過する領域を意味する。

第一液晶素子２３は、表面にＩＴＯ電極等の駆動電極が形成されたガラス等の透光性基板から成る第一基板２３ａと第二基板２３ｂとを駆動電極を互いに対向させて所定の位置および間隔で周辺シール６により貼り合わせることで形成された隙間に液晶７が封入されたものである。

第二液晶素子２４は、表面にＩＴＯ電極等の駆動電極が形成されたガラス基板等から成る第三基板２４ａと第四基板２４ｂとを駆動電極を互いに対向させて所定の位置および間隔で周辺シール６により貼り合わせることで形成された隙間に液晶７が封入されたものである。

第一液晶素子２３の第一基板２３ａと第二基板２３ｂには、製造工程や材質に起因する反りや歪みが生じている。この実施例では、図２に示すように、第一基板２３ａの中央部は、光１０の入射方向とは反対方向へ向かって凸形状となるように湾曲し、第二基板２３ｂの中央部は、光１０の入射方向へ向かって凸形状となるように湾曲している。これにより、第一基板２３ａと第二基板２３ｂとの間の隙間と液晶７の厚さは、中央部が相対的に大きく、外周部が相対的に小さくなっており、液晶７が封入された領域全体において不均一となっている。

第二液晶素子２４の第三基板２４ａと第四基板２４ｂには、製造工程や材質に起因する反りや歪みが生じている。この実施例では、図２に示すように、第三基板２４ａの中央部は、光１０の入射方向へ向かって凹形状となるように湾曲し、第四基板２４ｂの中央部は、光１０の入射方向とは反対方向へ向かって凹形状となるように湾曲している。これにより、第三基板２４ａと第四基板２４ｂとの間の隙間と液晶７の厚さは、中央部が相対的に小さく、外周部が相対的に大きくなっており、液晶７が封入された領域全体において不均一となっている。

ここで、第一液晶素子２３の光学面の形状と第二液晶素子２４の光学面の形状との組み合わせは、第一液晶素子２３の光学面を通過する光１０の光学的特性（位相差や収差等）と、第二液晶素子２４の光学面を通過する光１０の光学的特性（位相差や収差等）とが、液晶素子２２全体として互いに補完される関係となるように選択されている。具体的には、第一液晶素子２３の第一基板２３ａの凸形状と第二基板２３ｂの凸形状とに起因して生じる光１０の光学的特性（位相差や収差等）における誤差が、第二液晶素子２４の第三基板２４ａの凹形状と第四基板２４ｂの凹形状とに起因して生じる光１０の光学的特性（位相差や収差等）における誤差により補完（相殺）され、液晶素子２２全体として光１０の光学的特性（位相差や収差等）が正常な状態となるように、第一液晶素子２３と第二液晶素子２４との適切な組み合わせが選択されている。

図３は、本発明の一実施例における液晶素子の適切な組み合わせを選択する方法を示すフローチャートである。第一液晶素子２３と第二液晶素子２４との適切な組み合わせを選択する方法としては、例えば、図３に示すように、まず、複数の液晶素子を作製した後に、光学波面測定機等を用いて液晶素子の全数について表面の平坦度（面精度）を測定し、その面精度特性の中で、例えば、PV（Peak to Valler）やPower成分（球面レンズ成分）に着目し、特性のランク分けを実施する。具体的には、Power成分であれば、例えば、Power>+λ/10をランク+2に定義し、+λ/10≧Power>+λ/20をランク+1に定義し、+λ/20≧Power≧-λ/20をランク0に定義し、-λ/20< Power≦-λ/10をランク-1に定義し、-λ/10≦Powerをランク-2に定義することで、５ランクにランク分けを実施する。次に、第一液晶素子２３をランク-2とした場合には、第二液晶素子２４をランク+2とした組み合わせを選択し、第一液晶素子２３をランク-1とした場合には、第二液晶素子２４をランク+1とした組み合わせを選択し、第一液晶素子２３をランク0とした場合には、第二液晶素子２４をランク0とした組み合わせを選択することにより、第一液晶素子２３と第二液晶素子２４との適切な組み合わせを選択する。第一液晶素子２３と第二液晶素子２４との適切な組み合わせは、それらの平坦度（面精度）の測定結果に基づいて、シミュレーション等により検証して選択することができる。このプロセスは、コンピューター等により自動化されていることが好ましい。

このように第一液晶素子２３と第二液晶素子２４との適切な組み合わせが選択された状態において、第一液晶素子２３の第一基板２３ａの凸形状は、外形的に見て、第二液晶素子２４の第四基板２４ｂの凹形状と実質的に一致し、第一液晶素子２３の第二基板２３ｂの凸形状は、外形的に見て、第二液晶素子２４の第三基板２４ａの凹形状と実質的に一致するような関係性が成り立っている。また、この状態において、第一液晶素子２３の第一基板２３ａと第二基板２３ｂとの間の隙間（距離）と、第二液晶素子２４の第三基板２４ａと第四基板２４ｂとの間の隙間（距離）とを、光１０の進行方向に沿って足し合わせた値は、液晶７が封入された領域全体において実質的に均一となっている。即ち、第一液晶素子２３に封入された液晶７の層と、第二液晶素子２４に封入された液晶７の層とを、液晶素子２２全体として一つの液晶７の層として見た場合に、この層の厚さは、液晶７が封入された領域全体において実質的に均一となっている。この状態は、図５に示す液晶素子の理想形に近似した状態であり、この状態の液晶素子２２から出射される光１０の光学的特性は、実質的に理想的なものである。

図１に示す光変調装置２０において、光源２１から液晶素子２２に入射した光１０は、第一液晶素子２３の第一基板２３ａ、液晶７、第二基板２３ｂを順次通過した後、第二液晶素子２４の第三基板２４ａ、液晶７、第四基板２４ｂを順次通過し、液晶素子２２の外部へ出射する。この時、光１０は、第一液晶素子２３の液晶７と第二液晶素子２４の液晶７を通過することで光学的に変調され、所定の光学的特性を有する光となって液晶素子２２の外部へ出射する。液晶素子２２の外部へ出射した光１０は、例えば、画像を形成するために利用される。尚、図１では、第一液晶素子２３と第二液晶素子２４が平坦なものとして描かれているが、この実施例において、それらは、図２に示すような凹凸形状を有している。

以上の実施例では、第一液晶素子２３と第二液晶素子２４との組み合わせが、それらの光学面の形状を考慮して適切に選択されているため、図４に示す従来の液晶素子１のように第一液晶素子２と第二液晶素子３との組み合わせが無作為に選択されたものと比較して、光の位相差や収差等を改善することができ、ひいてはその光を利用して形成される画像の歪み等を解消することができる。

以上の実施例において、液晶素子２２は、光源２１から出射された光を減衰させるための減光素子（アッテネータ）として構成されていても良い。また、第一液晶素子２３と第一液晶素子２４に用いられる液晶７は、強誘電性液晶であっても良い。また、光源２１は、レーザーを出射する光源であっても良い。

光学パワーや位相差量を大きくするために液晶層の厚い液晶素子を作製する場合、一般的に液晶層の薄い液晶素子を作製する場合に比べて、収差の少ない平坦な液晶素子を作製することは難しいが、以上の実施例のように複数の液晶素子を適切に組み合わせることで収差や平坦性に優れた液晶素子とすることができる。さらに、液晶層の厚みは一般的に2乗で液晶の応答速度に反映されるため、例えば、液晶層の厚みが通常の２分の１の液晶素子を２つ組み合わせた場合には、液晶の応答速度を4倍速くすることができる。この構成によれば、収差や平坦性に優れた上に、液晶の応答速度を速めることが可能な液晶素子とすることができる。

第一液晶素子２３の第一基板２３ａと第二基板２３ｂの形状と、第二液晶素子２４の第三基板２４ａと第四基板２４ｂの形状との組み合わせは、図２に示す凸形状と凹形状との組み合わせに限らず、第一液晶素子２３と第二液晶素子２４とを通過する光１０の光学的特性に応じてその他の組み合わせを選択することが可能である。例えば、第一液晶素子２３の第一基板２３ａと第二基板２３ｂがそれぞれ凹形状を有し、第二液晶素子２４の第三基板２４ａと第四基板２４ｂがそれぞれ凸形状を有するような組み合わせであっても良い。また、第一基板２３ａ、第二基板２３ｂ、第三基板２４ａ、及び第四基板２４ｂの形状は、図２に示すような単純な凹凸形状に限らず、例えば、凹凸形状が複数箇所に混在するような複雑な形状であっても良い。

液晶素子２２は、第一液晶素子２３や第二液晶素子２４のような液晶素子を３つ以上重ね合わせて一つの液晶素子として構成されたものであっても良い。この場合、それら３つ以上の液晶素子の形状の組み合わせは、上述のように、それらを通過する光の光学的特性が互いに補完される関係となるように選択されていることが好ましい。

第一液晶素子２３の第二基板２３ｂと第二液晶素子２４の第三基板２４ａとは、それらの互いに対向する光学面全体において、第一液晶素子２３と第二液晶素子２４との適切な位置関係がずれないように、空気層を介さずに接着剤等により接着されていることが好ましいが、第一液晶素子２３と第二液晶素子２４との適切な位置関係がずれないように固定することができるのであれば接着しなくても構わない。

１ 液晶素子
２ 第一液晶素子
２ａ 第一基板
２ｂ 第二基板
３ 第二液晶素子
３ａ 第三基板
３ｂ 第四基板
６ 周辺シール
７ 液晶
１０ 光
１１ 隙間
１２ 隙間
２１ 光源
２２ 液晶素子
２３ 第一液晶素子
２３ａ 第一基板
２３ｂ 第二基板
２４ 第二液晶素子
２４ａ 第三基板
２４ｂ 第四基板

Claims (6)

1. 第一液晶素子と、第二液晶素子と、を有する液晶素子であって、
   前記第一液晶素子の光学面の形状と、前記第二液晶表示素子の光学面の形状との組み合わせは、前記第一液晶素子の前記光学面を通過する光の光学的特性と、前記第二液晶素子の前記光学面を通過する光の光学的特性とが、互いに補完される関係となるように、選択されている、
   ことを特徴とする液晶素子。
2. 前記第一液晶素子は、第一基板と第二基板との間に液晶が封入されたものであり、前記第一基板と前記第二基板は、前記光学面を有し、前記第二液晶素子は、第三基板と第四基板との間に液晶が封入されたものであり、前記第三基板と前記第四基板は、前記光学面を有する、ことを特徴とする請求項１に記載の液晶素子。
3. 前記第二基板の前記光学面と前記第三基板の前記光学面は、互いに近接するように配置され、且つ、何れか一方が他方に対して凸形状を有すると共に、他方が一方に対して凹形状を有し、当該凸形状と当該凹形状との組み合わせは、前記第一基板の前記光学面と前記第二基板の前記光学面とを通過する光の光学的特性と、前記第三基板の前記光学面と前記第四基板の前記光学面とを通過する光の光学的特性とが、互いに補完される関係となるように、選択されている、ことを特徴とする請求項２に記載の液晶素子。
4. 前記第一基板が有する前記光学面と前記第四基板が有する前記光学面は、互いに離反するように配置され、且つ、何れか一方が他方に対して凸形状を有すると共に、他方が一方に対して凹形状を有し、当該凸形状と当該凹形状の組み合わせは、前記第一基板の前記光学面と前記第二基板の前記光学面とを通過する光の光学的特性と、前記第三基板の前記光学面と前記第四基板の前記光学面とを通過する光の光学的特性とが、互いに補完される関係となるように、選択されている、ことを特徴とする請求項２又は３に記載の液晶素子。
5. 前記光学的特性は、光の位相差又は収差である、ことを特徴とする請求項１〜４の何れか一つに記載の液晶素子。
6. 第一液晶素子と、第二液晶素子と、を有する液晶素子の製造方法であって、
   前記第一液晶素子の光学面を通過する光の光学的特性と、前記第二液晶素子の光学面を通過する光の光学的特性とが、互いに補完される関係となるように、前記第一液晶素子の前記光学面の形状と、前記第二液晶表示素子の前記光学面の形状との組み合わせを、選択する工程を有する、
   ことを特徴とする液晶素子の製造方法。

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