JPH09152579A

JPH09152579A - 屈折型液晶素子

Info

Publication number: JPH09152579A
Application number: JP1141196A
Authority: JP
Inventors: Hisaya Kato; 久弥加藤; Takeshi Ishikawa; 岳史石川; Shoichi Onda; 正一恩田
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1995-09-26
Filing date: 1996-01-26
Publication date: 1997-06-10

Abstract

(57)【要約】【課題】高コントラストな表示を得ること。【解決手段】液晶層７は、分子の配向状態を電気的に
制御することにより層７内の屈折率分布を変化させるこ
とができる。透明固体物質からなる高分子層３は、入射
光の進行方向を法線方向とする仮想平面Ａに対して角度
θをもつ突起面４ａを有し、かつ、液晶層７の屈折率と
ほぼ等しい屈折率を有する。高分子層３には、液晶層７
を透過した光が入射され、液晶層７の屈折率分布に応じ
て入射光を透過又は屈折させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＯＨＰ（ｏｖｅｒ
ｈｅａｄｐｒｏｊｅｃｔｏｒ）等のプロジェクタ、
各種表示用パネル型ディスプレイ等に使用可能な屈折型
液晶素子、特に、基板間に設けた液晶層の界面形状を尖
頭突起状とし、この突起界面によって電界印加時は光を
透過させ、電界無印加時は光を屈折させることにより、
高コントラスト化を図るようにした屈折型液晶素子に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】特開平６−３２４３１０号公報には、通
常の高分子分散型液晶を構成する電極付きの透明基板の
うちの一方に、断面形状が屋根型又は鋸歯型の屈折体を
設けることにより、電界印加時は屈折率整合により液晶
層透過光を透過させ、電界無印加時は液晶層での散乱光
をさらに屈折させることにより散乱度を向上させて高コ
ントラスト化を図るという提案が開示されている。

【０００３】しかし、この提案によると、液晶層は高分
子中に液晶滴が分散して構成されるため、基板面に高分
子が接することになる。従って、この接触部分における
屈折率は、液晶層の散乱状態によらず高分子材料と基板
材料もしくは電極材料との屈折率差と等しくなり、液晶
層が散乱状態であっても、基板面によっては散乱度を向
上させる効果が少ないという問題がある。また、高分子
中に液晶滴を分散した構造では、液晶の体積に対する液
晶と高分子との界面の表面積の比が大きいために、界面
特有の現象として電圧上昇時と電圧降下時において発生
する透過率のヒステリシスが無視できないほど大きくな
るという問題がある。

【０００４】また、特開平５−２３２４５７号公報に
は、通常の高分子分散型液晶を構成する電極付きの透明
基板のうちの一方に、歯車形状の凹凸を設けることによ
り、電界印加時は屈折率整合により液晶層透過光を透過
させ、電界無印加時は屈折させることによりコントラス
トを得るという提案が開示されている。

【０００５】しかし、この提案によると、歯車形状の頂
部及び底部が基板面とほぼ平行であるため、これらの部
分では、電界無印加時においても、基板面に垂直入射す
る入射光は屈折しない。従って、この構造では高コント
ラストな表示を得ることはできないという問題がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】これらの問題点は、液
晶層が高分子分散型液晶からなっているために、電界無
印加時の液晶層における散乱が、高分子中に分散された
液晶滴と周囲の高分子壁との界面での屈折率差を利用し
ていること、又は、突起形状が入射光の屈折を有効に発
現させるのに適さない形状であることに起因する。

【０００７】本発明は、上記の点に着目し、高コントラ
ストな表示を得ることができる屈折型液晶素子を提供す
ることを第１の課題とする。

【０００８】さらに、本発明は、上記課題を解決するよ
うにした高コントラストな表示が可能な屈折型液晶素子
において、より一層高コントラストな表示を可能にする
屈折型液晶素子を提供することを第２の課題としてい
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】第１の課題の下、請求項
１の発明によると、透過屈折機構は、液晶層の屈折率分
布に応じて液晶層からの入射光を透過又は屈折させるた
め、当該液晶素子から出射する出射光の光軸を液晶層の
屈折率分布に応じて変化させることができる。従って、
当該液晶素子の出射側にシュリーレン絞り（後述する図
２参照）を配置することにより、この絞りによって出射
光を透過又は遮断させることができ、高コントラストを
得ることが可能となる。

【００１０】請求項２の発明によると、液晶層の屈折率
とほぼ等しい屈折率を有する透明固体物質の突起面が、
液晶層を透過してくる入射光の進行方向を法線方向とす
る仮想平面に対して角度を有しているため、突起面に入
射した光は液晶層の屈折率分布に応じて透過又は僅かに
屈折し、当該液晶素子から出射するようになる。従っ
て、当該液晶素子の出射側にシュリーレン絞り（後述す
る図２参照）を配置することにより、この絞りによって
出射光を透過又は遮断させることができ、高コントラス
トを得ることが可能となる。

【００１１】請求項４の発明において、透明固体物質の
屈折率は、（ｎ_e ＋ｎ_o ）／２又は（ｎ_e ＋２ｎ_o ）／
３のいずれかと０．０５以上の差を有することを特徴と
している。このように透明固体物質の屈折率を定めた理
由を以下に述べる。

【００１２】液晶層に電界を印加しない場合、液晶層内
の液晶分子は、液晶層が厚ければマクロ的に見てランダ
ムに配向していると考えてよい。この場合の平均屈折率
は、常光屈折率（液晶分子のような屈折率異方性を有す
る異方性媒質において、分子長軸方向の屈折率をい
う。）ｎ_o と異常光屈折率（液晶分子のような屈折率異
方性を有する異方性媒質において、分子短軸方向の屈折
率をいう。）ｎ_e を用いると、（ｎ_e ＋２ｎ_o ）／３で
表される。一方、液晶層が薄い場合、液晶分子は界面の
形状に沿うように配向するため、液晶層の平均屈折率
は、大まかには（ｎ_e＋ｎ_o ）／２に近い値となる。従
って、透明固体物質の屈折率とこれらの値との差が０．
０５未満の場合、液晶層と突起の間での光の屈折が不十
分となってしまう。具体的には、常光屈折率ｎ_o が１．
５２５、異常光屈折率ｎ_e が１．７７１である液晶材料
（メルク社製、ＢＬ−００２）の場合、（ｎ_e ＋２ｎ
_o ）／３＝１．６０７、（ｎ_e ＋ｎ_o ）／２＝１．６４
８である。液晶層が厚い場合、透明固体物質の屈折率を
１．５５７とすると、突起面への入射角が４５度の場
合、界面での屈折角は４６．９度となる。この場合、最
終的に基板から出射する光の出射角は入射光と２．９度
をなす。一般にシュリーレン光学絞りの開口角度は片側
３度以上であるため、２．９度の出射光はシュリーレン
絞りを透過してしまい、光を遮断できない。同様に、液
晶層が薄い場合を考えると、透明固体物質の屈折率が
１．５９８とし、入射角を４５度とすると、界面での屈
折角は４６．８度となる。この場合、最終的に基板から
出射する光の出射角は、入射光と２．９度をなす。この
場合も出射光はシュリーレン絞りを透過してしまい、光
を遮断できない。従って、透明固体物質の屈折率として
は、液晶の平均屈折率（ｎ_e ＋２ｎ_o）／３又は（ｎ_e
＋ｎ_o ）／２と０．０５以上の差があることが望まし
い。

【００１３】第２の課題の下、請求項１０の発明は、透
明固体物質の突起面を、入射光の進行方向を法線方向と
する仮想平面に対し、なす角度が変化するよう形成した
こと、換言すると曲面で構成したことを特徴としてい
る。突起面を曲面ではなく平面で構成した場合には、透
明固体物質と液晶層との界面が入射光の光軸に対してな
す角度が一定となるため、屈折光の進行方向は一義的に
揃うようになり、このため、表示素子を反射型直視パネ
ルとして使用する場合、屈折光の出射方向からパネルを
見たときに屈折光によるノイズ光が見えるようになる。
しかし、上記のように突起面を平面ではなく曲面で構成
すると、透明固体物質と液晶層との界面が入射光の光軸
に対してなす角度が一定ではないため、屈折光の進行方
向は連続的に分散されるようになり、このため、表示素
子を反射型直視パネルとして使用する場合、白濁して見
え、屈折光によるノイズ光は見えなくなる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。

【００１５】図１は、一実施形態である屈折型液晶素子
の概念図を示している。

【００１６】図１において、屈折型液晶素子は、ガラス
基板（基板）２と、透明電極１と、突起４を有し、透明
固体物質からなる高分子層（透過屈折機構）３と、液晶
層７と、透明電極５と、ガラス基板（基板）６とを積層
したような構造をしている。

【００１７】このような構成の屈折型液晶素子は次のよ
うにして作られる。まず、厚さ２５ｎｍのＩＴＯ（イン
ジウム錫酸化物）透明電極１を片面に施したガラス基板
２上に、該ガラス基板２とほぼ等しい屈折率を有する高
分子層３としてアクリル樹脂をスピン塗布し、高分子層
３の表面に、入射光の進行方向を法線とする仮想面Ａに
対して一定角度θを有する突起面４ａをもつ断面鋸歯状
の突起４を型プレスにより設ける。次に、透明電極５が
片面に施された別のガラス基板６に対し、直径５μｍの
樹脂スぺーサ（図示せず）によって間隔を一定に保ちつ
つ電極１、５同士を向かい合わせて固定する。最後に、
両ガラス基板２、６間に、複屈折を有し常光屈折率が高
分子層３及びガラス基板２、６とほぼ等しい液晶材料Ｂ
Ｌ００２（メルク社製）を封入して液晶層７を形成する
ことにより、屈折型液晶素子を得る。

【００１８】次に、上記屈折型液晶素子の作動を説明す
る。

【００１９】両透明電極１、５間に電界を印加しない場
合、液晶層７の分子配向はガラス基板６側から垂直入射
する光に対して揃っていないため、液晶層７の屈折率は
高分子層３の屈折率と一致せず、入射光は突起面４ａで
屈折する。このとき、突起面４ａの角度θを適当に選ぶ
ことにより、入射光の屈折角度をシュリーレン光学系
（図２参照）における絞りの開口角以上とすることがで
きるので、電界無印加時にはシュリーレン絞りを通過す
る光強度をほぼ零にすることができ、対向するガラス基
板２側から観測するとほぼ完全な遮断状態を得ることが
できる。例えば、高分子層３の屈折率を１．５とし、両
ガラス基板２、６の基板面もしくは仮想面Ａと突起面４
ａとのなす角度θを４５度とした場合、ガラス基板６に
垂直入射した光は突起面４ａにおいて電界無印加時に約
８度に屈折され、ガラス基板２からの出射時には、さら
に約１４度に屈折されて出射する。一方、両透明電極
１、５間に電界を印加すると、液晶層７の分子配向が電
界方向に揃うため、屈折率が高分子層３の屈折率と整合
する。従って、突起面４ａでの屈折率差がなくなるため
入射光は直進し、対向するガラス基板２側から観測する
と透過状態となる。この光はシュリーレン絞りを透過す
ることができるので、この結果、電界印加時と電界無印
加時のコントラストを向上させることができる。

【００２０】なお、透明電極１、５は、材料としてＩＴ
Ｏの他、酸化錫等とし、また、これらの多層構造とし、
さらに、膜厚としては２５ｎｍに限定されるものではな
い。さらに、透明電極１、５の形成位置も液晶層７を挟
む位置であれば足り、例えば透明電極１を突起４上に設
けてよいし、この場合に高分子層３とガラス基板２を同
じ材質として一体化することも構わない。

【００２１】また、高分子層３の材料はアクリル樹脂に
限定されず、その他、ポリカーボネート、ＰＶＡ等の他
の樹脂や、ガラス等の他の透明材料を用いてもよく、ま
た、形成方法はスピン塗布の他、貼り合わせ等他の方法
であってもよい。

【００２２】また、突起４の形状は全ての突起間で同一
形状である必要はなく、また、角度θは直進光の進行方
向を５度程度以上屈折させることができれば足り、全反
射面より大きければよい。さらに、突起４の形成方法は
プレスに限らず型を用いた流し込み、ラビング、エッチ
ング等、他の方法であってもよい。例えば、単結晶Ｓｉ
に異方性エッチングを施すことによって多数のピラミッ
ド状の突起を形成し、これを型として用いてもよい。こ
の場合、ピラミッド状の突起面を（１，１，１）面とす
れば、ガラス基板６に垂直入射した光は突起面４ａにお
いて電界無印加時に約１４度に屈折され、ガラス基板２
からの出射時にはさらに約２１度に屈折されて出射す
る。また、個々の突起４は、各表示画素と１対１に対応
させることが望ましい。また、突起４寄りのガラス基板
２側から光を入射させるようにしてもよい。

【００２３】さらに、ガラス基板２、６間の間隔を一定
に保つために用いる樹脂スぺーサ（図示せず）について
も、材質、サイズ、形状になんら制限はない。例えば、
材質はガラス、繊維等でもよいし、形状も球でもよい。

【００２４】また、液晶層７の材料はＢＬ００２でなく
てもよく、複屈折を有する他のネマチック、コレステリ
ック、強誘電性液晶材料等を使用できる。

【００２５】図３〜図１３は、それぞれ他の実施形態で
ある屈折型液晶素子の概念図を示している。

【００２６】図３図示の屈折型液晶素子は、突起４を断
面屋根状のものとした例である。なお、これらの突起４
は全ての突起間で同一形状である必要はない。

【００２７】図４図示の屈折型液晶素子は、入射側の基
板６と対向する基板２の一方の面に、窒化アルミニウム
（屈折率１．８６程度）、酸化アルミニウム（屈折率
１．６程度）等のガラスより屈折率の高い物質をスパッ
タリング等により１．５μｍ程度設け、この面を研磨等
により基板面に対して傾斜させることによって傾斜層８
を形成し、この傾斜層８により、電界無印加時に突起面
４ａで屈折した入射光をさらに屈折させる構造としてい
る。例えば、突起面４ａの角度θを４５度とし、窒化ア
ルミニウムの傾斜層８の傾斜角度αを３度に設定する
と、電界無印加時には出射角度βは１８．２度となり、
傾斜層８を設けない場合と比べ大きくなる。この場合、
電界印加時の屈折角度は５．４度にとどまるため、入射
光はシュリーレン絞りを透過することができる。

【００２８】図５図示の屈折型液晶素子は、突起４を両
方の基板２、６に設ける構造としたものである。

【００２９】図６図示の屈折型液晶素子は、両面に突起
４、４を有するフィルム（高分子層）３を液晶層７、７
で挟み多層突起構造としたものである。

【００３０】図７図示の屈折型液晶素子は、片面に突起
４を有するフィルム（高分子層）３を液晶層７、７で挟
み多層突起構造としたものである。

【００３１】図８図示の屈折型液晶素子は、図７図示の
一方の突起４と他方の突起４の頂部の位置を突起層ごと
にずらした構造のものである。

【００３２】図９図示の屈折型液晶素子は、図８図示の
多層突起構造の液晶素子において、一方の突起４と他方
の突起４のピッチを変えた構造のものである。

【００３３】図１０図示の屈折型液晶素子は、図９図示
の液晶素子において、一方の突起４と他方の突起４の位
置を突起層ごとにずらした構造のものである。

【００３４】なお、図６〜図１０に例示したような多層
突起構造の液晶素子において、多層の突起層は全て同じ
材質からなる必要はなく、その１層又は２層以上を異な
る材質としてもよい。

【００３５】図１１図示の屈折型液晶素子は、入射光
を、ガラス基板６の基板面に対して斜め方向から入射さ
せる構造としたものである。この場合、出射光を受光す
るシュリーレン絞りは、電界印加時の透過光又は電界無
印加時の屈折光の出射光軸に合わせて設定すればよい。
なお、この液晶素子に図４図示の液晶素子と同様な傾斜
層８を設けるようにしてもよい。

【００３６】図１２図示の屈折型液晶素子は、上記図１
〜図１１に示した液晶素子が透過型のものであるのに対
し反射型のものであり、入射側のガラス基板６と対向す
るガラス基板２上の電極を、アルミニウム等の高反射率
をもつ材質からなる反射電極９で構成している。例え
ば、突起４の形状について突起面４ａの角度θが４５度
である鋸歯状とした場合、電界無印加時には、垂直入射
光の出射角度βは２２．７度となり、シュリーレン絞り
を通過しない。

【００３７】図１３図示の屈折型液晶素子は、図１２図
示の屈折型液晶素子において、入射側のガラス基板６の
一方の面に窒化アルミニウム、酸化アルミニウム等のガ
ラスよりも屈折率の高い物質をスパッタリング等により
１．５μｍ程度設け、この面を研磨等によりガラス基板
６の基板面に対して傾斜させて傾斜層８を形成すること
により、電界無印加時に突起面４ａで屈折した入射光を
さらに屈折させる構造としたものである。例えば、窒化
アルミニウムからなる傾斜層８の傾斜角度αを２度とし
た場合、電界無印加時には出射角度βは２８．７度にま
で増大する。この場合、電界印加時の屈折角度（出射角
度β）は５．２度にとどまるため、シュリーレン絞りを
透過させることができる。

【００３８】図１４は、さらに他の実施形態である屈折
型液晶素子の概念図を示している。

【００３９】図１４において、屈折型液晶素子は、ガラ
ス基板（基板）２と、反射電極９と、突起４を有し、透
明固体物質からなる高分子層（透過屈折機構）３と、液
晶層７と、透明電極５と、ガラス基板（基板）６とを積
層したような構造をしている。

【００４０】このような構成の屈折型液晶素子は次のよ
うにして作られる。まず、厚さ３００ｎｍに蒸着したＡ
ｌ層からなる反射電極９を片面に施したガラス基板２上
に、該ガラス基板２とほぼ等しい屈折率を有する高分子
層３としてアクリル樹脂をスピン塗布し、高分子層３の
表面に、入射光の進行方向を法線とする仮想面Ａに対し
て連続的に角度θが３０度から６０度まで変化する突起
面４ａをもつ突起４を超精密旋盤法により切削して設け
る。次に、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）からなる透明
電極５が片面に厚さ２５ｎｍで施された別のガラス基板
６に対し、直径５μｍの樹脂スぺーサ（図示せず）によ
って間隔を一定に保ちつつ電極１、５同士を向かい合わ
せて固定する。最後に、両ガラス基板２、６間に、複屈
折を有し常光屈折率が高分子層３及びガラス基板２、６
とほぼ等しい液晶材料ＢＬ００２（メルク社製）を封入
して液晶層７を形成することにより、屈折型液晶素子を
得る。

【００４１】次に、上記屈折型液晶素子の作動を説明す
る。

【００４２】両電極９、５間に電界を印加しない場合、
液晶層７の分子配向はガラス基板６側から垂直入射する
光に対して揃っていないため、液晶層７の屈折率は高分
子層３の屈折率と一致せず、入射光は突起面４ａで屈折
する。このとき、突起面４ａの角度θが面内で変化して
いるため、入射光は突起面４ａによる屈折角度が面内で
変化する。従って、基板２上に設けられた反射電極９に
て正反射され、再び突起面４ａで屈折されて最後に基板
６側から出射する際には、出射角が広い分布をもつ。本
実施例のように、高分子層３の屈折率を１．５とし、仮
想面Ａと突起面４ａとのなす角度θを３０度から６０度
まで連続的に変化させた場合、両電極９、５間に電圧を
印加すると、液晶層７の分子配光が電界方向に揃うため
屈折率が高分子層３の屈折率と整合し突起面４ａでの屈
折率差がなくなるため入射光は直進し反射電極９で反射
された後に基板６から出射しても透明に見える。一方、
電界無印加時には、基板６に入射した光は、突起面４ａ
において約５度から約７度まで連続的に屈折され、反射
電極９により正反射され再び突起面４ａで屈折した後基
板６から出射するときには±１７度の範囲で連続的に分
散されて出射され白濁して見えるようになる。従って、
ノイズ光がある一方向に集中することがなく角度分布し
ているため見やすくなる。

【００４３】なお、図１４図示の液晶素子において、透
明電極５は、材料としてＩＴＯの他、酸化錫等とし、ま
た、これらの多層構造とし、さらに、膜厚としては２５
ｎｍに限定されるものではない。反射電極９についても
Ａｌの他、Ａｕ、Ｔｉなど他の材料としてもよく、ま
た、膜厚も３００ｎｍに限定する必要はない。

【００４４】また、高分子層３の材料はアクリル樹脂に
限定されず、その他、ポリカーボネート、ＰＶＡ等の他
の樹脂や、ガラス等の他の透明材料を用いてもよい。例
えば、ＳＯＧ（スピンオングラス）を用いてもよいし、
二酸化珪素等の酸化膜を用いてもよい。また、形成方法
はスピン塗布の他、貼り合わせ等他の方法であってもよ
い。

【００４５】また、突起面４ａと仮想面Ａとのなす角度
θについても、直進光の進行方向を５度程度以上屈折さ
せることができれば足り、６０度から３０度までの範囲
に限定する必要はないし、全反射角より大きければなお
よい。

【００４６】また、突起４の形状は紡錘形（図１５）、
片紡錘形（図１６）、角度が連続的に変化する鋸歯形
等、他の形としてもよいし、全ての突起間で同一形状で
ある必要はない。

【００４７】また、突起４の形成方法は超精密旋盤法に
よる切削に限定する必要はなく、プレス、型を用いた流
し込み、エッチング等、他の方法であってもよい。例え
ば、超精密旋盤法によって切削した型を用いて高分子層
３をプレス成形することにより突起４を形成することも
できる。また、単結晶Ｓｉに異方性エッチングを施すこ
とによって多数のピラミッド状の突起を形成し、これに
さらに軽く等方的エッチングを施して先端部にいくほど
角度を滑らかにした後、熱酸化処理とエッチングによっ
て先端部を再度尖らせ、これを型として用いることもで
きる。この場合、ピラミッド状の突起面を（１，１，
１）面とすれば、ガラス基板６に垂直入射した光は突起
面４ａにおいて電界無印加時に約６度から７度に屈折さ
れ、ガラス基板２からの出射時には±１９度にわたって
屈折されて出射する。

【００４８】また、突起４は、同一ピッチでありかつ頂
部の位置が一致する２つの突起４、４を両方の基板２、
６に設ける構造としてもよいし（図１７）、頂部の位置
をずらして両方の基板２、６に設ける構造としてもよい
し（図１８）、ピッチを異ならせて両方の基板２、６に
設ける構造としてもよい（図１９）。また、片面又は両
面に突起４を有するフィルムを液晶層７中に挟み多層突
起構造としてもよい。このような多層構造の場合、突起
４は全て同じ材料、形状からなる必要はなく、その１層
または２層以上を異なる材料、形状としてもよい。

【００４９】また、個々の突起４は、各表示画素と１対
１に対応させることが望ましい。また、突起４寄りのガ
ラス基板２側から光を入射させるようにしてもよい。

【００５０】また、ガラス基板２、６間の間隔を一定に
保つために用いる樹脂スぺーサ（図示せず）について
も、材質、サイズ、形状になんら制限はない。例えば、
材質はガラス、繊維等でもよいし、形状も球でもよい。

【００５１】また、液晶層７の材料はＢＬ００２でなく
てもよく、複屈折を有する他のネマチック、コレステリ
ック、強誘電性液晶材料等を使用できる。

【００５２】また、反射電極９は、適当な形にパターニ
ングされ単純マトリクス駆動用表示素子としてもよい。

【００５３】また、基板２は、ガラス基板である必要は
なく、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）、ＭＯＳ−ＦＥＴ等
のアクティブマトリクス型駆動素子を形成したＳｉ基板
等を用いることは実用的で好ましい。

【００５４】また、本表示素子にカラー表示機能を付与
することを目的として、両基板２、６間に１枚または複
数枚のカラーフィルタを挿入する構造とすることは実用
的で望ましい（図２０）。

【００５５】また、図１４図示の液晶素子においては、
入射光は仮想面Ａに垂直入射するものとして取り扱った
が、仮想面Ａの法線に対して角度をもった入射光に対し
ても突起面４ａの角度θを適当なものとすれば、同様な
効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施形態である屈折型液晶素子の概念図

【図２】シュリーレン光学系の概念図

【図３】他の実施形態である屈折型液晶素子の概念図

【図４】他の実施形態である屈折型液晶素子の概念図

【図５】他の実施形態である屈折型液晶素子の概念図

【図６】他の実施形態である屈折型液晶素子の概念図

【図７】他の実施形態である屈折型液晶素子の概念図

【図８】他の実施形態である屈折型液晶素子の概念図

【図９】他の実施形態である屈折型液晶素子の概念図

【図１０】他の実施形態である屈折型液晶素子の概念図

【図１１】他の実施形態である屈折型液晶素子の概念図

【図１２】他の実施形態である屈折型液晶素子の概念図

【図１３】他の実施形態である屈折型液晶素子の概念図

【図１４】他の実施形態である屈折型液晶素子の概念図

【図１５】他の実施形態である屈折型液晶素子の概念図

【図１６】他の実施形態である屈折型液晶素子の概念図

【図１７】他の実施形態である屈折型液晶素子の概念図

【図１８】他の実施形態である屈折型液晶素子の概念図

【図１９】他の実施形態である屈折型液晶素子の概念図

【図２０】他の実施形態である屈折型液晶素子の概念図

【符号の説明】

２、６ガラス基板（基板）３透明固体物質からなる高分子層（透過屈折機構）４突起４ａ突起面７液晶層８傾斜層９反射材からなる反射電極

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも一方が透明である２枚の基板
と、両基板間に配置され、分子の配向状態を電気的に制御す
ることにより層内の屈折率分布を変化させることができ
る液晶層と、前記液晶層を透過した光が入射され、前記液晶層の屈折
率分布に応じて入射光を透過又は屈折させる透過屈折機
構とを有することを特徴とする屈折型液晶素子。
【請求項２】前記透過屈折機構は、前記２枚の基板の
うち一方の基板に形成されるとともに、前記入射光の進
行方向を法線方向とする仮想平面に対して角度をもつ突
起面を有し、かつ、電気的に分子配向を制御することに
より実現される前記液晶層の屈折率とほぼ等しい屈折率
を有する透明固体物質からなることを特徴とする請求項
１に記載の屈折型液晶素子。
【請求項３】前記透過屈折機構は、前記入射光の進行
方向を法線方向とする仮想平面に対して角度をもつ突起
面を有し、かつ、電気的に分子配向を制御することによ
り実現される前記液晶層の屈折率とほぼ等しい屈折率を
有する透明固体物質を、１層又は２層以上有することを
特徴とする請求項１に記載の屈折型液晶素子。
【請求項４】前記透明固体物質は、その屈折率が、前
記液晶層の異常光屈折率をｎ_e 、常光屈折率をｎ_o とし
たとき、（ｎ_e ＋ｎ_o ）／２又は（ｎ_e ＋２ｎ_o ）／３
のいずれかと０．０５以上の差を有することを特徴とす
る請求項２又は３に記載の屈折型液晶素子。
【請求項５】光が出射する側の基板上に、この基板に
用いた材料よりも屈折率の高い物質を設け、この物質の
表面の法線方向と前記基板の基板面の法線方向とが角度
を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記
載の屈折型液晶素子。
【請求項６】光が入射する側の基板と対向する基板の
基板面、又は、当該基板面上に設けられた反射材によっ
て入射光を反射し、この反射光を、前記光が入射する側
の基板から出射させることを特徴とする請求項１〜５の
いずれかに記載の屈折型液晶素子。
【請求項７】前記透過屈折機構は、画素単位で形成さ
れていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記
載の屈折型液晶素子。
【請求項８】前記透明固体物質の前記突起面は、前記
仮想面に対して入射光の全反射角以上の角度を有するこ
とを特徴とする請求項２〜７のいずれかに記載の屈折型
液晶素子。
【請求項９】前記２枚の基板のうち少なくとも１つの
基板の液晶層側表面に、配向処理が施されていることを
特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の屈折型液晶
素子。
【請求項１０】少なくとも一方が透明である２枚の基
板と、両基板間に配置され、分子の配向状態を電気的に制御す
ることにより層内の屈折率分布を変化させることができ
る液晶層と、前記液晶層を透過した光が入射され、前記液晶層の屈折
率分布に応じて入射光を透過又は屈折させる透過屈折機
構とを有し、前記透過屈折機構は、前記２枚の基板のうち少なくとも
一方に形成されているとともに、前記入射光の進行方向
を法線方向とする仮想平面に対してなす角度が変化する
突起面を有し、かつ、電気的に分子配光を制御すること
により実現される前記液晶の屈折率とほぼ等しい屈折率
を有する透明固体物質からなることを特徴とする屈折型
液晶素子。
【請求項１１】前記透明固体物質は、１層又は２層以
上からなることを特徴とする請求項１０に記載の屈折型
液晶素子。
【請求項１２】前記透明固体物質は、その屈折率が、
前記液晶層の異常光屈折率をｎ_e 、常光屈折率をｎ_o と
したとき、（ｎ_e ＋ｎ_o ）／２又は（ｎ_e ＋２ｎ_o ）／
３のいずれかと０．０５以上の差を有することを特徴と
する請求項１０又は１１に記載の屈折型液晶素子。
【請求項１３】光が出射する側の基板上に、この基板
に用いた材料よりも屈折率の高い物質を設け、この物質
の表面の法線方向と前記基板の基板面の法線方向とが角
度を有することを特徴とする請求項１０〜１２のいずれ
かに記載の屈折型液晶素子。
【請求項１４】光が入射する側の基板と対向する基板
の基板面、又は、当該基板面上に設けられた反射材によ
って入射光を反射し、この反射光を、前記光が入射する
側の基板から出射させることを特徴とする請求項１０〜
１３のいずれかに記載の屈折型液晶素子。
【請求項１５】前記透過屈折機構は、画素単位で形成
されていることを特徴とする請求項１０〜１４のいずれ
かに記載の屈折型液晶素子。
【請求項１６】前記透明固体物質の前記突起面は、前
記仮想面に対して入射光の全反射角以上の角度を有する
ことを特徴とする請求項１０〜１５のいずれかに記載の
屈折型液晶素子。
【請求項１７】前記２枚の基板のうち少なくとも１つ
の基板の液晶層側表面に、配向処理が施されていること
を特徴とする請求項１０〜１６のいずれかに記載の屈折
型液晶素子。