WO2013183288A1 - 光偏向器、光偏向器の製造方法、及び、液晶ディスプレイ - Google Patents

光偏向器、光偏向器の製造方法、及び、液晶ディスプレイ Download PDF

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式井　愼一
崇 大迫
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Definitions

  • the present invention relates to an optical deflection element that deflects incident light, a manufacturing method thereof, and a liquid crystal display using the optical deflection element.
  • Patent Document 1 An optical deflector using an electric liquid crystal deflector that does not include a movable part and uses a change in refractive index of liquid crystal due to voltage application has been proposed.
  • Patent Document 2 A three-dimensional (3D) stereoscopic image display device using the above optical deflector has been proposed (Patent Document 2).
  • JP-T-2002-523802 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2011-81985 JP-A-7-98439
  • the present invention provides an optical deflector having a configuration capable of spreading liquid crystals into a uniform plane.
  • An optical deflector is an optical deflector that deflects and emits incident light by changing a refractive index of liquid crystal, and includes a pair of transparent electrodes facing each other and the pair of transparent electrodes A plurality of prisms arranged between electrodes and arranged on one facing surface of the pair of transparent electrodes, and provided between the pair of transparent electrodes, and from one of the pair of transparent electrodes to the other A portion of the space between the pair of transparent electrodes except for the plurality of prisms and the two spacers, in the space between the two spacers having a width in the direction larger than the plurality of prisms and the same width.
  • Liquid crystal provided.
  • the optical deflector of the present invention has a configuration capable of spreading the liquid crystal in a uniform plane.
  • FIG. 1 is a plan view and a side view of an optical deflector in the related art, and a schematic view of a liquid crystal display device.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram of the method of manufacturing the optical deflector according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram of a deflection angle when the optical deflector of the first embodiment is used.
  • FIG. 4 is a schematic configuration diagram of the optical deflector according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram of the method of manufacturing the optical deflector of the second embodiment.
  • FIG. 6 is a schematic configuration diagram of an optical deflector according to the second embodiment.
  • FIG. 7 is an explanatory diagram of the relationship between the refractive index difference and the refraction angle of the optical deflector.
  • FIG. 1 is a plan view and a side view of an optical deflector in the related art, and a schematic view of a liquid crystal display device.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram of the method
  • FIG. 8 is a conceptual diagram of a liquid crystal display device using the optical deflector of Embodiment 2, and a schematic configuration diagram of the optical deflector.
  • FIG. 9 is a conceptual diagram of a liquid crystal display device using the Fresnel lens of the second embodiment, and an explanatory diagram of the relationship between the prism angle and the refraction angle.
  • FIG. 10 is a schematic diagram of the first and second wirings of the ITO film used in the optical deflector of the second embodiment.
  • FIG. 11 is a third schematic wiring diagram of the ITO film used in the optical deflector of the second embodiment.
  • FIG. 12 is an explanatory diagram of the method of manufacturing the optical deflector of the third embodiment.
  • FIG. 13 is an explanatory diagram of the method of manufacturing the optical deflector according to the third embodiment.
  • optical deflectors for deflecting light.
  • the optical deflector is an indispensable device in, for example, a laser scanner used in a laser printer or the like, and conventionally, a polygon scanner, a galvano scanner, a MEMS mirror, or the like has been used.
  • a polygon scanner, a galvano scanner, a MEMS mirror, or the like can have a large deflection angle, since it includes a movable part, the movable part tends to cause a failure. Therefore, it is desired to develop an optical deflector that does not include a movable part and can be electrically scanned even for uses other than the above-described applications such as a laser printer.
  • FIGS. 1A and 1B are a front view and a side view of an optical deflector 10 according to the technique (related technique) disclosed in Patent Document 1, respectively.
  • the optical deflector 10 includes a liquid crystal 12, a dielectric 13, and electrodes 14a, 14b, and 14c.
  • the liquid crystal 12 has a triangular cross section.
  • the dielectric 13 has a complementary shape opposite to the triangular liquid crystal 12 and is disposed in contact with the liquid crystal 12.
  • the dielectric 13 may be a polymer resin such as plastic or may be made of glass or the like.
  • the electrodes 14 a, 14 b and 14 c are electrodes for applying a voltage to the liquid crystal 12 and the dielectric 13.
  • the electrode through which light incident on the liquid crystal 12 and the dielectric 13 passes is preferably a transparent electrode.
  • FIG. 1 shows three sets of electrodes 14a, 14b and 14c as electrodes, but of course only one of them may be used.
  • the light 11 enters the optical deflector 10 from the lower side of the liquid crystal 12 in the drawing. Assuming that the refractive index NL of the liquid crystal 12 and the refractive index ND of the dielectric 13 are the same in a state where no voltage is applied to the liquid crystal 12, the light 11 is transmitted at the interface between the liquid crystal 12 and the dielectric 13. It proceeds in the direction of the light 11s without being refracted. When a voltage is applied between the electrodes and the refractive index NL of the liquid crystal 12 becomes higher than the refractive index of the dielectric ND, the light 11 is refracted in the direction of the light 11h.
  • the optical deflector 10 can deflect the incident light 11.
  • this optical polarizer does not have a movable part, even if this optical deflector is used for the purpose of changing the illumination direction of planar light such as a headlight of a car as in Patent Document 2, It has the advantage of being less susceptible to vibrations and the like.
  • the 3D stereoscopic image display device shown in Patent Document 3 can be configured with a liquid crystal display device 20 as shown in FIG.
  • the liquid crystal display device 20 includes an optical deflector 10 a in which a large number of optical deflectors 10 are arranged, a light source 21, a liquid crystal panel 22, stereo cameras 23 a and 23 b, a control unit 24, and a light guide plate 25. Further, the liquid crystal panel 22, the optical deflector 10a, the light source 21, and the stereo cameras 23a and 23b are connected to the control unit 24.
  • the light 11 emitted from the light source 21 incident from the side surface of the light guide plate 25 is raised substantially vertically by the prism shape provided on the bottom surface and propagates from the light guide plate 25 while propagating through the inside of the light guide plate 25.
  • the light 11 incident on the optical deflector 10a substantially perpendicularly is deflected by each cell of the optical deflector 10a so as to be condensed on the right eye 26a of the viewer 26 at a predetermined timing at different angles.
  • the In synchronization with this timing, an image shown on the right eye is displayed on the liquid crystal panel 22.
  • the light 11 is deflected at a different angle for each place so that the light 11 is condensed on the left eye 26b, and an image shown on the left eye is displayed on the liquid crystal panel 22 in synchronization with this timing.
  • the viewer 26 recognizes the image displayed on the liquid crystal panel 22 as a 3D (three-dimensional) image by alternately switching this at predetermined time intervals (for example, 8.3 milliseconds, 120 Hz in terms of frequency). can do.
  • predetermined time intervals for example, 8.3 milliseconds, 120 Hz in terms of frequency.
  • the deflection angle of the optical deflector 10a is determined by a signal from the control unit 24 even when the position of the viewer 26 is changed. By adjusting, it is possible to continue focusing the right eye image on the right eye and the left eye image on the left eye. By doing so, even if the viewing position changes, it can continue to function as a privacy display or a 3D display. Of course, different images may be displayed on the liquid crystal panel 22 depending on the viewing position.
  • the liquid crystal is difficult to pass over the wall surface of the prism provided in an array like the dielectric 13 in FIG. As described above, it is difficult to form a uniform surface of the liquid crystal in the optical deflector manufactured using the ODF method.
  • the present invention provides an optical deflector having a configuration capable of spreading liquid crystals into a uniform plane.
  • the present invention enables a uniform inflow of liquid crystal without gaps by a simple method without degrading the light deflection performance.
  • an optical deflector is an optical deflector that deflects and emits incident light by changing the refractive index of liquid crystal, and is opposed to each other.
  • a width in a direction from one to the other of the plurality of prisms is larger than that of the plurality of prisms, and the plurality of prisms out of spaces between the pair of transparent electrodes, and two spacers having the same width.
  • a liquid crystal provided in a portion excluding the two spacers.
  • the spacer regulates the space between the transparent electrodes of the optical deflector so as not to become smaller than a predetermined height width in the manufacturing process of the optical deflector. Then, by disposing the liquid crystal material substance at a position between the spacers, the liquid crystal material substance is spread in a plane between the transparent electrodes, and a uniform plane liquid crystal is formed. Therefore, the optical deflector has a configuration capable of spreading the liquid crystal into a uniform surface.
  • the two spacers may be two prisms.
  • a prism having the same function as a prism arranged for deflecting incident light between the transparent electrodes of the optical deflector and having a height higher than that of the prism can be used as the spacer.
  • the spacer itself is a prism (has a prism function)
  • the spacer can deflect incident light in the same manner as other prisms. Therefore, the change in the deflection characteristics of the optical deflector due to the arrangement of the spacer can be eliminated.
  • each of the plurality of prisms and the shape of each of the two spacers may be similar.
  • the deflection characteristic of the spacer which is a prism can be made the same as that of other prisms.
  • the spacer when applied to the liquid crystal by the transparent electrode, the spacer can deflect incident light in the same manner as other prisms.
  • the optical deflector may further include a sealing agent that seals end portions of the pair of transparent electrodes, and the two spacers may be disposed at a position in contact with the sealing agent.
  • the spacer can be provided in the portion of the sealing agent that is attached so that the liquid crystal (liquid crystal material substance) does not come out of the optical deflector.
  • the sealant is in a region different from the effective region of the liquid crystal, this region is a portion that cannot be seen by the viewer. Therefore, even if a spacer exists in this region, the deflection characteristic of the optical deflector does not change, and the optical deflector has the same deflection characteristic as that without the spacer.
  • each of the plurality of prisms may have a symmetrical shape with respect to an axis of symmetry parallel to the normal line of the facing surface.
  • the liquid crystal liquid crystal material substance
  • each of the plurality of prisms is a rod-shaped prism having a right triangle in cross section, one side that is not the hypotenuse of the right triangle touches the opposing surface, and the symmetry axis of two sides excluding the one side The side closer to may be a hypotenuse.
  • the liquid crystal can spread so as to climb the hypotenuse of the right triangle toward the direction away from the symmetry axis. Therefore, the liquid crystal spreads more uniformly and a uniform planar liquid crystal is formed.
  • the symmetry axis may be located at a position penetrating the center of the pair of transparent electrodes in a cross section parallel to the bottom surface.
  • a uniform planar liquid crystal is formed even in a transparent electrode having a larger area.
  • the method of manufacturing an optical deflector includes a step of arranging the first transparent electrode, and a plurality of the deflectors arranged above the first transparent electrode and arranged on the upper surface of the first transparent electrode.
  • a liquid crystal display includes a light deflector described above, a backlight that makes light incident on the light deflector, and a liquid crystal panel on which light emitted from the light deflector enters.
  • the liquid crystal display may further include a detection unit that detects a position of the viewer's eyes, and the light deflector may deflect light toward the eye position detected by the detection unit.
  • the detection unit detects the positions of the left eye and the right eye of the viewer, and the optical deflector deflects light in a time division manner with respect to the positions of the left eye and the right eye detected by the detection unit.
  • the liquid crystal panel displays an image shown to the left eye when light is deflected toward the viewer's left eye, and displays an image shown to the right eye when light is deflected to the viewer's right eye. Also good.
  • a liquid crystal display equipped with such an optical deflector can make a viewer visually recognize a stereoscopic image.
  • FIG. 2 shows a manufacturing procedure of the optical deflector 104 according to the first embodiment.
  • the X axis (X direction), the Y axis (Y direction), and the Z axis (Z direction) are defined, and the direction thereof is “+” or “ ⁇ ”.
  • the “X direction” simply means both directions parallel to the X axis
  • the “+ X direction” means the direction in which X increases in the direction parallel to the X axis (coordinate axis). Means the direction of the arrow is facing.
  • the X direction is also called the horizontal direction
  • the Y direction is called the depth direction
  • Z is also called the vertical direction.
  • the optical deflector 104 includes a lower glass substrate 100a, an upper glass substrate 100b, a lower ITO (Indium Tin Oxide) film 101a, an upper ITO film 101b, prisms 102a and 102b, and a liquid crystal 103.
  • ITO is an abbreviation for indium tin oxide, and is widely used as a transparent electrode.
  • a lower ITO film 101a is formed on the lower glass substrate 100a by vapor deposition or the like, and prisms 102a and 102b are provided thereon.
  • the plurality of prisms 102a may have the same height or different heights.
  • the height (width in the Y direction) of the prism 102b is higher than that of the prism 102a having the maximum height (maximum height).
  • At least two prisms 102b are formed, and are characterized by having the same height. In other words, two or more prisms 102b having the same height may be formed.
  • “equal” means that they are substantially equal, and does not merely indicate that they are exactly the same.
  • the prisms 102a and 102b In order to fabricate the prisms 102a and 102b, for example, when the prisms 102a and 102b are made of resin, an ultraviolet curable resin is applied on the lower ITO film 101a in advance, and a mold obtained by cutting the shape of the prisms 102a and 102b is used. You may shape
  • the prisms 102a and 102b may be made of glass. In that case, the prism shape can be manufactured by etching or the like. The material and manufacturing method of the prisms 102a and 102b may be appropriately adopted according to the size and necessary specifications, and are not limited here.
  • a right triangle is used as an example of the shape of the bottom surface (cross section) of the prisms 102a and 102b.
  • the shape is not limited unless particularly described.
  • the interval between the prisms 102a is, for example, about 10 ⁇ m
  • the interval between the prisms 102b is, for example, about several centimeters.
  • these lengths are examples, and the present invention is not limited to these lengths.
  • the prism 102b is disposed between the lower ITO film 101a and the upper ITO film 101b, and can be regulated so as not to be narrower than a predetermined interval between the lower ITO film 101a and the upper ITO film 101b. It doesn't have to be a prism. That is, instead of the prism 102b, a spacer having a height equal to the predetermined interval may be used. In the following description, the prism 102b is used as a spacer unless otherwise specified.
  • a liquid crystal 103 (liquid crystal material) is dropped on the prism 102a manufactured in FIG.
  • the liquid crystal 103 is dropped on a section defined by at least two prisms 102b.
  • the upper glass substrate 100b on which the upper ITO film 101b is formed by vapor deposition or the like is brought close to the lower glass substrate 100a so that the upper ITO film 101b is on the liquid crystal 103 side.
  • the liquid crystal 103 can be produced by spreading it uniformly over the entire optical deflector 104.
  • the optical deflector 104 of the present embodiment includes a prism 102b having a height higher than that of the surrounding prism 102a. Further, the optical deflector 104 is manufactured by dropping the liquid crystal 103 into a section delimited by the prism 102b and sandwiching it between the upper glass substrate 100b and the lower glass substrate 100a. As a result, a gap can be provided between the prism 102a and the upper ITO film 101b, and the liquid crystal 103 can easily exceed the prism 102a, so that the liquid crystal 103 can be uniformly and easily spread over the entire optical deflector 104.
  • the difference in height between the prisms 102a and 102b is preferably as small as possible so that the liquid crystal 103 can be overcome. This is because the smaller the difference in height between the prisms 102a and 102b, the smaller the amount of liquid crystal used.
  • the shape of the prism 102c having a height higher than that of the prism 102a may be similar to the prism 102a. If it does in this way, incident light can be changed in the same direction by applying the same voltage to the whole.
  • the light 115a enters the optical deflector 114 perpendicularly, it can be deflected by applying the same voltage regardless of the location. That is, it is not necessary to change the voltage to be applied depending on the location, and the ITO film can be formed with a simple solid pattern. Therefore, the optical deflector 114 can be configured easily and inexpensively.
  • FIG. 3 shows the case where the light 115a is incident vertically, but the same effect can be obtained even when the light 115a is incident at a different angle.
  • the periphery of the liquid crystal element is usually sealed with a sealing agent (epoxy resin or the like). Therefore, like the optical deflector 115 in FIG. 4, a prism 102d higher than the prism 102a may be disposed in a portion where the sealant 105 is disposed.
  • a sealing agent epoxy resin or the like. Therefore, like the optical deflector 115 in FIG. 4, a prism 102d higher than the prism 102a may be disposed in a portion where the sealant 105 is disposed.
  • the thickness of the optical deflector 115 can be easily controlled and effective.
  • the liquid crystal 103 in the region 106 can be uniformly distributed.
  • a high prism 102d may be arranged in the effective area 106 of the optical deflector 115.
  • the prism 102d of the sealant 105 portion does not have to be similar to the prism 102a, and may have an arbitrary shape.
  • “effective area” means that a viewer recognizes light emitted through the area.
  • light emitted through an area that is not an effective area does not enter the eyes of the viewer and is not recognized by the viewer.
  • the lower glass substrate 100a and the upper glass substrate 100b are used as the transparent substrates.
  • this is not particularly limited to the glass substrate, and a resin substrate or the like is used as long as it transmits light.
  • a resin substrate or the like is used as long as it transmits light.
  • the lower ITO film 101a and the upper ITO film 101b are used as the transparent electrodes, this is not particularly limited to ITO as the transparent electrodes, and of course, a metal thin film, IZO (indium zinc oxide) or the like may be used. It is not limited to.
  • FIG. 5 shows a manufacturing procedure of the optical deflector 205 according to the second embodiment.
  • the optical deflector 205 includes a lower glass substrate 200a, an upper glass substrate 200b, lower ITO films 201a-1, 201a-2, 201a-3 and 201a-4, an upper ITO film 201b, and prisms 202a, 202b and 202c. And 202d, and a liquid crystal 203.
  • the difference between the optical deflector 205 and the optical deflector 114 of the first embodiment is that the hypotenuses of the right triangles of the cross sections of the prisms 102a and 102b in the first embodiment are all in the same direction (upper right on the page).
  • the hypotenuse is the upper right in the prism 202a, the upper left in the 202b, the upper right in the 202c, and the upper left in the 202d. That is, the prism 202a and the prism 202b are symmetrical with respect to the symmetry axis 204a, and the part of the prism 202c and the prism 202d are symmetrical with respect to the symmetry axis 204b. .
  • the prisms 202a, 202b, 202c, and 202d are arranged on the lower ITO films 201a-1, 201a-2, 201a-3, and 201a-4 with the symmetry axes 204a and 204b as axes.
  • the manufacturing method is as described in the first embodiment.
  • the liquid crystal 203 is dropped in the vicinity of the symmetry axes 204a and 204b.
  • the upper ITO film 201b is provided on the liquid crystal 203 side from the upper glass substrate 200b provided with the upper ITO film 201b by vapor deposition or the like from the upper part of FIG. And sandwich.
  • the liquid crystal 203 dropped in the vicinity of the symmetry axis 204b only has to get over the hypotenuse of each prism when getting over each prism, so that it can easily get over each prism. Therefore, the liquid crystal 203 is uniformly and rapidly filled between the lower ITO films 201a-1, 201a-2, 201a-3 and 201a-4 and the upper ITO film 201b.
  • the prisms 202a, 202b, 202c, and 202d having the hypotenuses facing in the same direction are formed on the lower ITOs 201a, 201b, 201c, and 201d, and the prisms 202a, 202b, 202c, and 202d are respectively manufactured. Therefore, even if prisms having different hypotenuse positions are arranged, incident light can be deflected in the same direction.
  • the shapes of the prisms 202a, 202b, 202c and 202d are all right triangles, but the shape is not particularly limited as long as it has the same effect.
  • a description has been given using a right triangle as an example that is most easily understood and effective.
  • the intervals between the ITO films are clearly provided so that the lower ITO films 201a-1, 201a-2, 201a-3 and 201a-4 are not the same electrode.
  • the interval should be as narrow as possible, preferably 10 micrometers or less.
  • the prisms 202e and 202f are bilaterally symmetric with respect to the symmetry axis 204c arranged at the substantially central position of the cross section of the optical deflector 206, and the oblique side of the prism 202e is directed to the symmetry axis 204c. If the oblique side of the prism 202f is also arranged in the direction of the symmetry axis 204c, the liquid crystal 203 may be dropped only in the vicinity of the symmetry axis 204c of the light deflector 206 when the light deflector 206 is manufactured.
  • the device 206 has the advantage that it can be manufactured.
  • the prism angle ⁇ is defined so that the hypotenuse of the prism is located at the upper right of the prism.
  • ⁇ 45 degrees.
  • the relationship between the refractive index difference (N ⁇ N0) and the refractive angle is as follows. This is indicated by the solid line in FIG.
  • the dotted line is obtained by extrapolating the slope of the solid line when the refractive index difference is near zero.
  • the linearity deteriorates as the absolute value of the refractive index difference increases.
  • the linearity deteriorates on the negative side of the refraction angle ⁇ (that is, when the refractive index N of the liquid crystal 203 is smaller than the refractive index N0 of the prism 202g). Therefore, the optical deflector 10a of the liquid crystal display device 20 shown in FIG. 1C uses the optical deflector 206 of FIG. 6A like the liquid crystal display device 207 of FIG.
  • the device 207 can be configured. Further, an optical deflector 208 as shown in FIG. 8B may be used instead of the optical deflector 206 of the liquid crystal display device 207.
  • the lower ITO film is divided into eight parts 201a-8 to 201a-14, and the width of the ITO film becomes narrower as it approaches the side surface from the center. As the liquid crystal display device of the present embodiment is closer to the side surface of the optical deflector 208, the light deflection angle becomes larger.
  • the width of the ITO film is made the same or narrower. Since the applied voltage can be accurately corrected as it approaches the side surface from the center, the deviation in linearity can be accurately corrected, and the deflection is less likely to be shifted toward the right eyes 26a and 26b of the viewer 26. Therefore, the liquid crystal display device 207 with higher image quality can be configured.
  • the liquid crystal display device 211 may include a Fresnel lens 210 at the rear stage of the optical deflector 206.
  • the Fresnel lens 210 can reduce the deflection angle required for the optical deflector 206.
  • the Fresnel lens 210 can reduce the deflection angle of the peripheral portion of the optical deflector 206.
  • the optical deflector 206 may be deflected with substantially the same deflection angle over the entire surface. By doing so, the required specification of the refractive index variation of the liquid crystal used in the optical deflector 206 is relaxed. Further, the optical deflector 206 can be configured at low cost.
  • the optical deflector 206 can reduce the voltage applied to the liquid crystal, and thus has an advantage that it can be configured at low cost including the drive circuit.
  • the linearity between the refractive index difference and the refraction angle is good.
  • the refractive index of the liquid crystal 203 has only to be changed substantially linearly with respect to the position of the viewer 26, so that there is an advantage that the control becomes simple.
  • FIG. 9B shows the relationship between the prism angle ⁇ and the deflection angle ⁇ of the Fresnel lens shown in FIG. In the graph of FIG.
  • the solid line is the relationship between the prism angle and the refraction angle
  • the dotted line is an extrapolation of the relationship between the prism angle and the refraction angle when the prism angle is near zero.
  • the optical deflector 208 when the prism angle of the Fresnel lens is increased, the relationship between the prism angle and the refraction angle is not linear. Therefore, in the liquid crystal display device 211, by using the optical deflector 208 instead of the optical deflector 206, the refractive index is more accurately adjusted especially in the region where the linearity of the Fresnel lens 210 is deteriorated, that is, the region closer to the side surface of the Fresnel lens. Can be controlled.
  • the liquid crystal display device 211 uses the optical deflector 208, so that the width of the ITO film becomes the same or narrower as it approaches the side surface from the center, and the linearity of the Fresnel lens 210 and the optical deflector 206 itself deteriorates.
  • a high-quality stereoscopic image display device or liquid crystal display device with reduced crosstalk can be configured.
  • the Fresnel lens 210 is disposed at the rear stage of the optical deflector 206.
  • the Fresnel lens 210 may be disposed at the front stage of the optical deflector 206, and the position thereof is limited here. is not.
  • FIG. 10 shows a view of the lower ITO films 201a-8 to 201a-14 provided on the lower glass substrate 200a of FIG. 8 as seen from the direction of arrow A in FIG.
  • the lower ITO films 201a-8 to 201a-15 are bundled at the port 209a and connected to the control unit 24.
  • the lower TIOs 201a-8 to 201a-15 may be bundled at two locations of the ports 209b and 209c as shown in FIG. In this way, the distance from the port 209b to the portion where each of the lower ITO films 201a-8 to 201a-11 has the maximum width (the portion intersecting the broken line A in FIG. 10B) is The total is shorter than if it was one.
  • the variation in the distance from the port to the lower ITO film is shortened.
  • the port 209c and the lower ITO films 201a-12 to 201a-15 are lowered as a whole, so that the time constant when driving the liquid crystal is reduced.
  • the liquid crystal can be driven at a high speed, and the variation in resistance value of each of the lower ITO films 201a-8 to 201a-15 can be suppressed, so that the variation in the liquid crystal driving speed depending on the location on the liquid crystal panel 22 can be suppressed. Therefore, the liquid crystal display device 207 with high image quality can be configured.
  • ports 209d and 209e may be provided at two locations, upper and lower. In this case, it is necessary to connect to the control unit 24 by cables from the two ports 209d and 209e at the top and bottom.
  • the ports 209f and 209g can be taken out from the same side by drawing the top and bottom of the lower glass substrate 200a with an ITO film.
  • FIG. 11B is a view of the lower ITO films 201a-8 to 201a-15 provided on the lower glass substrate 200a as viewed from the direction of arrow B in FIG. In this way, since the two adjacent ports 209f and 209g can be connected to the control unit 24, the wiring distance is short, the wiring resistance is low, the liquid crystal driving speed can be increased, and the device size is small.
  • the liquid crystal display device 207 can be configured.
  • optical deflector 205 shown in this embodiment can be realized by adding the characteristics to the optical deflector 104 shown in Embodiment 1, or only the characteristics of the optical deflector 205. It can also be realized.
  • the optical deflector 205 shown in the present embodiment is an optical deflector that deflects and emits incident light by modulating the refractive index of liquid crystal, and includes a pair of transparent electrodes facing each other, A plurality of prisms arranged between a pair of transparent electrodes and arranged on one facing surface of the pair of transparent electrodes; and the spaces between the pair of transparent electrodes, the plurality of prisms and the two It can be said that the plurality of prisms are symmetrical with respect to an axis of symmetry parallel to the normal line of the facing surface.
  • the method of manufacturing the optical deflector 205 shown in the present embodiment includes a step of arranging the first transparent electrode, and a plurality of the optical deflectors 205 provided above the first transparent electrode and arranged on the upper surface of the first transparent electrode.
  • the plurality of prisms can be said to be symmetrical with respect to an axis of symmetry parallel to the normal of the upper surface of the first transparent electrode.
  • FIG. 12 shows a manufacturing procedure of the optical deflector 304 according to the third embodiment.
  • the optical deflector 304 includes a lower glass substrate 300a, an upper glass substrate 300b, a lower ITO film 301a, an upper ITO film 301b, a prism 302, and a liquid crystal 303.
  • a prism 302 is provided on a lower glass substrate 300a on which a lower ITO 301a is deposited.
  • the upper glass substrate 300b on which the upper ITO film 301b is deposited is disposed so that the upper ITO film 301b is on the upper side.
  • the liquid crystal 303 is dropped on the upper ITO film 301b.
  • the lower glass substrate 300a provided with the prism 302 is turned upside down and sandwiched between the upper glass substrate 300b onto which the liquid crystal has been dropped with the prism 302 facing downward.
  • the liquid crystal 303 can be uniformly spread over the entire optical deflector 304 without having to climb the wall surface of the prism 302.
  • the flat plate 305 or the like is brought into contact with the liquid crystal 303 on the upper glass substrate 300b as shown in FIG. By spreading in a plane, the liquid crystal can be spread more uniformly over the entire optical deflector 304.
  • the flat plate 305 was used here as an example, it is not limited to this as long as it has the same effect.
  • FIG. 13 shows a manufacturing procedure of the optical deflector 307.
  • the optical deflector 307 has the optical deflector shown in FIG. 12A until the prism 302 is provided on the lower glass substrate 300a on which the lower ITO film 301a is deposited. The same as 304.
  • the liquid crystal 303 is dropped directly on the lower glass substrate 300a provided with the prism 302.
  • the bead 306 secures a certain space between the prism 302 and the upper ITO film 301b, so that the liquid crystal 303 can be uniformly spread over the entire optical deflector 304.
  • the kinematic viscosity of the liquid crystal 303 is high, the beads 306 do not enter the depth of the prism 302, so that the cell gap becomes non-uniform. Therefore, the kinematic viscosity of the liquid crystal is preferably 40 mm 2 / s or less. In this case, the beads 306 and the prism 302 correspond to spacers.
  • the optical deflector of the present invention can easily and uniformly spread the liquid crystal in the plane of the optical deflector, an inexpensive optical deflector can be configured.
  • the liquid crystal display device is configured using an optical deflector, it can be used for a high-quality 3D liquid crystal display device or a privacy display with a simple configuration, which is useful.

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Abstract

液晶の屈折率を変化させることで、入射光を偏向して出射する光偏向器（１０４）であって、互いに対向する一対のＩＴＯ膜（１０１ａ、１０１ｂ）と、一対の透明電極の間に設けられ、前記一対の透明電極のうちの一方の対向面上に並ぶ複数のプリズム（１０２ａ）と、一対の透明電極の間に設けられ、一対の透明電極のうちの一方から他方へ向かう方向の幅が複数のプリズムより大きく、かつ、幅が互いに等しい２つのスペーサ（１０２ｂ）と、一対の透明電極の間の空間のうち、複数のプリズムと２つのスペーサとを除く部分に設けられる液晶（１０３）とを備える。

Description

光偏向器、光偏向器の製造方法、及び、液晶ディスプレイ
　本発明は、入射する光を偏向する光偏向素子とその製造方法、及び光偏向素子を用いた液晶ディスプレイに関する。
　可動部を含まず、電圧印加による液晶の屈折率変動を利用した電気的な液晶偏向器を用いた光偏向器が提案されている（特許文献１）。
　上記の光偏向器を用いた三次元（３Ｄ）立体画像表示装置が提案されている（特許文献２）。
特表２００２－５２３８０２号公報 特開２０１１－８１９８５号公報 特開平７－９８４３９号公報
　しかしながら、ＯＤＦ法（Ｏｎｅ　Ｄｒｏｐ　Ｆｉｌｌｉｎｇ法）を用いて製造される光偏向器では、液晶の均一な面を形成するのが困難であった。
　そこで、本発明は、液晶を均一な面状に広げることが可能な構成の光偏向器を提供する。
　本発明の一態様に係る光偏向器は、液晶の屈折率を変化させることで、入射光を偏向して出射する光偏向器であって、互いに対向する一対の透明電極と、前記一対の透明電極の間に設けられ、前記一対の透明電極のうちの一方の対向面上に並ぶ複数のプリズムと、前記一対の透明電極の間に設けられ、前記一対の透明電極のうちの一方から他方へ向かう方向の幅が前記複数のプリズムより大きく、かつ、前記幅が互いに等しい２つのスペーサと、前記一対の透明電極の間の空間のうち、前記複数のプリズムと前記２つのスペーサとを除く部分に設けられる液晶とを備える。
　本発明の光偏向器は、液晶を均一な面状に広げることが可能な構成である。
図１は、関連技術における光偏向器の平面図及び側面図と、液晶表示装置の概略図とである。 図２は、実施の形態１の光偏向器の製造方法の説明図である。 図３は、実施の形態１の光偏向器を用いた場合の偏向角の説明図である。 図４は、実施の形態１の光偏向器の概略構成図である。 図５は、実施の形態２の光偏向器の製造方法の説明図である。 図６は、実施の形態２の光偏向器の概略構成図である。 図７は、光偏向器の屈折率差と屈折角との関係の説明図である。 図８は、実施の形態２の光偏向器を用いた液晶表示装置の概念図、及び、光偏向器の概略構成図である。 図９は、実施の形態２のフレネルレンズを用いた液晶表示装置の概念図、及び、プリズム角度と屈折角との関係の説明図である。 図１０は、実施の形態２の光偏向器に用いるＩＴＯ膜の第一及び第二の配線概略図である。 図１１は、実施の形態２の光偏向器に用いるＩＴＯ膜の第三の配線概略図である。 図１２は、実施の形態３の光偏向器の製造方法の説明図である。 図１３は、実施の形態３の光偏向器の製造方法の説明図である。
（本発明の基礎となった知見）
　本発明者は、「背景技術」の欄において記載した光偏向器に関し、以下の問題が生じることを見出した。
　光を偏向する光偏向器は、従来から種々研究されている。光偏向器は、例えばレーザプリンタ等に用いられるレーザスキャナにおいては欠かすことのできないデバイスであり、従来はポリゴンスキャナ、ガルバノスキャナ、又はＭＥＭＳミラー等が使用されていた。しかし、ポリゴンスキャナ、ガルバノスキャナ、又はＭＥＭＳミラー等は、偏向角を大きくとれるものの、可動部を含むので、可動部が故障の原因となりやすい。そこで、上記のレーザプリンタ等の用途以外であっても、可動部を含まず、電気的に走査することができる光偏向器の開発が望まれている。
　その要望に対して、下記特許文献１にあるように、可動部を含まず、電圧印加による液晶の屈折率変動を利用した電気的な液晶偏向器を用いた光偏向器が提案されている。これによると、可動部を用いずに、電圧の印加のみで光を偏向することができるため、信頼性の高い光偏向器を構成することができる。この光偏向器１０の原理を図１を用いて説明する。
　図１の（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、特許文献１に開示される技術（関連技術）による光偏向器１０の正面図及び側面図である。光偏向器１０は、液晶１２と、誘電体１３と、電極１４ａ、１４ｂ及び１４ｃとを備える。
　液晶１２は、断面が三角形形状である。
　誘電体１３は、三角形状の液晶１２に対して反対向きで相補形状であり、液晶１２に接して配置されている。誘電体１３は、プラスチック等の高分子樹脂等でも構わないしガラス等で構成しても構わない。
　電極１４ａ、１４ｂ及び１４ｃは、液晶１２及び誘電体１３に電圧を印加するための電極である。液晶１２及び誘電体１３に入射する光が通過する電極（図１では電極１４ａ）は、透明電極であることが望ましい。
　図１においては、電極として電極１４ａ、１４ｂ及び１４ｃの３組の電極を図示したが、もちろんどれか一つだけであっても構わない。
　光１１は、液晶１２の図面下側から光偏向器１０に入射する。液晶１２に電圧が印加されていない状態において、液晶１２の屈折率ＮＬと誘電体１３の屈折率ＮＤとが同じであると仮定すると、光１１は、液晶１２と誘電体１３との境界面で屈折せずに光１１ｓの方向に進行する。電極間に電圧を印加し、液晶１２の屈折率ＮＬが誘電体ＮＤの屈折率よりも高くなった場合には、光１１は光１１ｈの方向に屈折する。また、液晶１２の屈折率ＮＬが誘電体ＮＤの屈折率よりも低くなった場合には、光１１は光１１ｍの方向に屈折する。このように、光偏向器１０は、入射光１１を偏向することができる。特許文献１に示されるように、このような素子を横方向に複数個配列することで、幅広い光を任意の方向に偏向可能な光偏向器を構成することが可能である。
　本光偏光器は可動部を有しないため、特許文献２のように本光偏向器を車のヘッドライトのような面状光の照明方向を変えるような目的にも使用した場合であっても、振動等の影響を受けにくいという利点を有する。
　また、上で述べたような光偏向器を用いて、特許文献３に示すような三次元（３Ｄ）立体画像表示装置が提案されている。特許文献３に示す３Ｄ立体画像表示装置は、光偏向器１０を元にして、図１の（ｃ）に示すような液晶表示装置２０において構成することができる。液晶表示装置２０は、光偏向器１０を多数配列させた光偏向器１０ａと、光源２１と液晶パネル２２と、ステレオカメラ２３ａ及び２３ｂと、制御部２４と、導光板２５とを備える。さらに液晶パネル２２と光偏向器１０ａと光源２１とステレオカメラ２３ａ及び２３ｂとは、制御部２４に接続されている。導光板２５の側面から入射した光源２１から出射された光１１は、導光板２５の内部を伝搬しながら、底面に設けられたプリズム形状により略垂直に立ち上げられ、導光板２５から出射する。光偏向器１０ａに略垂直に入射した光１１は、光偏向器１０ａの各セルによって、所定のタイミングにおいて、場所毎に異なる角度で、視認者２６の右目２６ａに集光されるように偏向される。このタイミングに同期して液晶パネル２２に、右目に見せる画像を表示する。さらに上記所定のタイミングの後に、今度は左目２６ｂに光１１が集光されるように場所毎に異なる角度で光１１が偏向され、このタイミングに同期して液晶パネル２２に、左目に見せる画像を表示する。これを所定の時間間隔（例えば８．３ミリ秒、周波数に換算すれば１２０Ｈｚ）ごとに交互に切り替えることにより、視認者２６は液晶パネル２２に表示される画像を３Ｄ（三次元）画像として認識することができる。また、右目用画像及び左目用画像として同じ画像を液晶パネルに表示した場合は、２Ｄ（二次元）画像として認識されるが、この場合は、視認者２６以外の人は画像を認識できないため、プライバシーディスプレイとして構成することができる。また、ステレオカメラ２３ａ及び２３ｂにより視認者２６の両目の位置を認識することで、視認者２６の位置が変わった場合であっても、制御部２４からの信号により光偏向器１０ａの偏向角を調整することで、右目画像を右目に、左目画像を左目に集光し続けることができる。こうすることで、視聴位置が変わった場合であっても、プライバシーディスプレイ、又は、３Ｄディスプレイとしても機能し続けることができる。勿論視聴位置により、液晶パネル２２に異なる画像を表示しても構わない。
　しかしながら、本光偏向器を製造する際にＯＤＦ法（Ｏｎｅ　Ｄｒｏｐ　Ｆｉｌｌｉｎｇ法）を用いた場合、例えば図１の誘電体１３のようなアレイ状に設けたプリズムの壁面を液晶が越えにくくなる。このように、ＯＤＦ法を用いて製造される光偏向器では、液晶の均一な面を形成するのが困難であった。
　そこで、本発明は、液晶を均一な面状に広げることが可能な構成の光偏向器を提供する。また、本発明は、光の偏向性能を劣化させることなく、簡便な方法で液晶のすきまのない均一な流入を可能にする。
　このような問題を解決するために、本発明の一態様に係る光偏向器は、液晶の屈折率を変化させることで、入射光を偏向して出射する光偏向器であって、互いに対向する一対の透明電極と、前記一対の透明電極の間に設けられ、前記一対の透明電極のうちの一方の対向面上に並ぶ複数のプリズムと、前記一対の透明電極の間に設けられ、前記一対の透明電極のうちの一方から他方へ向かう方向の幅が前記複数のプリズムより大きく、かつ、前記幅が互いに等しい２つのスペーサと、前記一対の透明電極の間の空間のうち、前記複数のプリズムと前記２つのスペーサとを除く部分に設けられる液晶とを備える。
　これによれば、スペーサは、光偏向器の製造過程で、光偏向器の透明電極の間の空間が所定の高さ幅より小さくならないように規制する。そして、スペーサの間の位置に液晶材料物質を配置することにより、透明電極の間に液晶材料物質を面状に広げ、均一な面状の液晶が形成される。よって、光偏向器は、液晶を均一な面状に広げることが可能な構成である。
　例えば、前記２つのスペーサは、２つのプリズムであるとしてもよい。
　これによれば、光偏向器の透明電極の間に入射光を偏向させるために配置されるプリズムと同じ機能を有するものであって、当該プリズムより高さが高いものをスペーサとして用いることができる。スペーサ自体がプリズムである（プリズムの機能を有する）ので、スペーサが他のプリズムと同様に入射光を偏向させることができる。そのため、スペーサが配置されることによる光偏向器の偏向特性の変化をなくすことができる。
　例えば、前記複数のプリズムのそれぞれの形状と、前記２つのスペーサのそれぞれの形状とは、相似であるとしてもよい。
　これによれば、プリズムであるスペーサの偏向特性を、他のプリズムと同じにすることができる。その結果、透明電極により液晶に印加したときに、スペーサは、他のプリズムと同じように入射光を偏向させることができる。
　例えば、前記光偏向器は、さらに、前記一対の透明電極の端部を封止するシール剤を備え、前記２つのスペーサは、前記シール剤に接する位置に配置されるとしてもよい。
　これによれば、液晶（液晶材料物質）が光偏向器の外部に出ないように取り付けられるシール剤の部分にスペーサを設けることができる。シール剤が液晶の有効領域と異なる領域にある場合には、この領域は視認者から見えない部分である。よって、この領域にスペーサが存在するとしても光偏向器の偏向特性は変化せず、光偏向器は、スペーサがない場合と同様の偏向特性を有する。
　例えば、前記複数のプリズムのそれぞれは、前記対向面の法線に平行な対称軸に対して対称形状であるとしてもよい。
　これによれば、対称軸の位置に液晶（液晶材料物質）が滴下された後に透明電極を配置すると、液晶は対称軸から離れる方向に向かって広がることができる。
　例えば、前記複数のプリズムのそれぞれは、断面が直角三角形である棒状のプリズムであり、前記直角三角形の斜辺でない１辺が前記対向面に接し、前記１辺を除く２辺のうちの前記対称軸に近い方の辺が斜辺であるとしてもよい。
　これによれば、液晶が対称軸から離れる方向に向かって、直角三角形の斜辺を登るようにして広がることができる。よって、液晶がより均一に広がり、均一な面状の液晶が形成される。
　例えば、前記対称軸は、前記底面に平行な断面において、前記一対の透明電極の中心を貫く位置にあるとしてもよい。
　これによれば、より大きな面積を有する透明電極においても、均一な面状の液晶が形成される。
　また、本発明の一態様に係る光偏向器の製造方法は、第一透明電極を配置する工程と、前記第一透明電極の上方に設けられ、前記第一透明電極の上面上に並ぶ複数のプリズムを配置する工程と、前記第一透明電極の上方に設けられ、上下方向の幅が前記複数のプリズムより大きく、かつ、前記幅が互いに等しい２つのスペーサを配置する工程と、配置された２つのスペーサで区切られた区間のそれぞれに、前記第一透明電極の上方から液晶を滴下する工程と、前記複数のプリズム及び前記２つのスペーサの上方に第二透明電極を配置する工程とを含む。
　これにより、上記の光偏向器と同様の効果を奏する。
　また、本発明の一態様に係る液晶ディスプレイは、上記に記載の光偏向器と、前記光偏向器に対して光を入射するバックライトと、前記光偏向器が出射した光が入射する液晶パネルとを備える。
　さらに、前記液晶ディスプレイは、さらに、視認者の目の位置を検出する検出部を備え、前記光偏向器は、前記検出部が検出した目の位置に向けて光を偏向するとしてもよい。
　さらに、前記検出部は、視認者の左目および右目のそれぞれの位置を検出し、前記光偏向器は、前記検出部が検出した左目および右目のそれぞれの位置に対して、時分割で光を偏向し、前記液晶パネルは、視認者の左目に向けて光が偏向されたタイミングで左目に見せる画像を表示し、かつ視認者の右目に光が偏向されたタイミングで右目に見せる画像を表示するとしてもよい。
　このような光偏向器を搭載した液晶ディスプレイにより、視認者に立体画像を視認させることができる。
　以下、実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
　なお、同じ要素には同じ符号を付しており、説明を省略する場合もある。また、図面は、理解しやすくするためにそれぞれの構成要素を主体に模式的に示している。
　（実施の形態１）
　図２は、実施の形態１にかかる光偏向器１０４の製造手順を示す。なお、図２に示す座標軸のように、Ｘ軸（Ｘ方向）、Ｙ軸（Ｙ方向）、及びＺ軸（Ｚ方向）を定義し、さらに、それらの向きを「＋」又は「－」で表す。つまり、単に「Ｘ方向」というときは、Ｘ軸に平行な方向の両方の向きのことを意味し、「＋Ｘ方向」というときは、Ｘ軸に平行な方向のうちＸが増加する向き（座標軸の矢印が向いている向き）を意味する。また、Ｘ方向を水平方向、Ｙ方向を奥行き方向、Ｚを垂直方向ともよぶ。
　光偏向器１０４は、下ガラス基板１００ａと、上ガラス基板１００ｂと、下ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ　Ｔｉｎ　Ｏｘｉｄｅ）膜１０１ａと、上ＩＴＯ膜１０１ｂと、プリズム１０２ａと、１０２ｂと、液晶１０３とを備える。なお、ここで、ＩＴＯとはインジウムすず酸化物の略で、透明電極として広く使用されている。
　光偏向器１０４を製造する場合、まず、図２の（ａ）に示すように、下ガラス基板１００ａ上に下ＩＴＯ膜１０１ａを蒸着等で製膜し、その上にプリズム１０２ａ及び１０２ｂを設ける。複数のプリズム１０２ａは、高さが互いに等しくてもよいし、それぞれの高さが異なっていてもよい。プリズム１０２ｂの高さ（Ｙ方向の幅）は、プリズム１０２ａのうち高さが最大であるもの（最大高さ）よりも高い。プリズム１０２ｂは、少なくとも２つ形成され、高さが互いに等しいことが特徴である。言い換えれば、プリズム１０２ｂは、高さが互いに等しいものが２つ以上形成されてもよい。ここで、「等しい」とは、実質的に等しいことを意味するのであって、厳密に一致することだけを示すものではない。
　プリズム１０２ａ及び１０２ｂを製作するには、例えば、プリズム１０２ａ及び１０２ｂが樹脂である場合、事前に紫外線硬化樹脂を下ＩＴＯ膜１０１ａの上に塗布し、プリズム１０２ａ及び１０２ｂの形状を切削した金型を準備しておき、その形状を転写しながら紫外線を照射することで、成形しても構わない。勿論樹脂を直接切削しても構わない。プリズム１０２ａ及び１０２ｂはガラスを用いてもよく、その場合はエッチング等でプリズム形状を製作することができる。プリズム１０２ａ及び１０２ｂの素材、製作方法はそのサイズや必要仕様に応じて、適宜採用すればよく、ここではそれを限定しない。また、ここではプリズム１０２ａ及び１０２ｂの底面（断面）の形状の一例として直角三角形を用いたが、特に効果を述べる場合を除き、形状を限定するものでもない。また、プリズム１０２ａのそれぞれの間隔は、例えば、１０μｍ程度であり、プリズム１０２ｂのそれぞれの間隔は、例えば、数ｃｍ程度である。ただし、これらの長さは例であり、本発明はこれらの長さに限定されない。
　なお、プリズム１０２ｂは、下ＩＴＯ膜１０１ａと、上ＩＴＯ膜１０１ｂとの間に配置され、下ＩＴＯ膜１０１ａと上ＩＴＯ膜１０１ｂとの間に所定間隔より狭まらないように規制することができれば、プリズムでなくてもかまわない。つまり、プリズム１０２ｂの代わりに、高さが当該所定間隔に等しいスペーサを用いてもかまわない。以下の説明は、特に断わらない場合は、スペーサとしてプリズム１０２ｂを用いる場合の説明である。
　次に、図２の（ｂ）にて、図２の（ａ）で製作したプリズム１０２ａの上に液晶１０３（液晶材料物質）を滴下する。ここで、少なくとも２つ形成されたプリズム１０２ｂにより区切られた区間に対して液晶１０３が滴下される。この状態で、上ＩＴＯ膜１０１ｂが液晶１０３側となるようにして、上ＩＴＯ膜１０１ｂを蒸着等で製膜した上ガラス基板１００ｂを、下ガラス基板１００ａに近づける。こうすることで、液晶１０３を光偏向器１０４全体に均一に広げて製造することができる。
　上記のようにしない場合に想定される製造方法について図２の（ｄ）を用いて説明する。想定される製造方法においては、プリズム１０２ｂがなく、すべてのプリズムが均一な高さのプリズム１０２ａで構成されているとする。この場合、図２の（ｄ）に示すように、液晶が滴下された位置から広がるときに、上ＩＴＯ膜とプリズム１０２ａとが接触した部分ができると、接触した位置より先に液晶が広がることができない。その結果、液晶は、滴下された位置の近傍に局在し、上ＩＴＯ膜１０１ｂと下ＩＴＯ膜１０１ａとの間に液晶で満たされない空間１０３ｓが生ずるという問題がある。
　上記の問題に対して、本実施の形態の光偏向器１０４は、周囲のプリズム１０２ａよりも高さを高くしたプリズム１０２ｂを備える。さらに、光偏向器１０４は、液晶１０３がプリズム１０２ｂにより区切られる区間に滴下され、上ガラス基板１００ｂと下ガラス基板１００ａとで挟み込まれることにより製造される。これにより、プリズム１０２ａと上ＩＴＯ膜１０１ｂとの間に隙間を設けることができ、液晶１０３はプリズム１０２ａを容易に越えることができるので、液晶１０３が均一かつ簡便に光偏向器１０４全体に行き渡る。また、プリズム１０２ａ及び１０２ｂの高さの差は、液晶１０３が乗り越えられる範囲で小さい方がよい。なぜなら、プリズム１０２ａ及び１０２ｂの高さの差が小さいほど、使用する液晶の量を少なくすることができるためである。
　また、図３の光偏向器１１４に示すように、プリズム１０２ａよりも高さを高くしたプリズム１０２ｃの形状を、プリズム１０２ａの相似形状としてもよい。このようにすると、全体に同じ電圧を印加することにより、入射光を同じ方向に変更させることができる。例えば、図３のように光１１５ａが光偏向器１１４に垂直に入射した場合、場所によらず同じ電圧を印加することにより偏向させることができる。つまり、場所によって印加する電圧を変更する必要がなく、ＩＴＯ膜を単純なベタパターンで製膜できる。よって、簡便かつ安価に光偏向器１１４を構成することができる。図３は、光１１５ａが垂直に入射する場合であるが、勿論異なる角度で入射する場合でも同様の効果を奏する。
　また、液晶素子は通常、その周囲をシール剤（エポキシ樹脂等）等で封止される。そこで、図４の光偏向器１１５のように、シール剤１０５が配置される部分に、プリズム１０２ａよりも高いプリズム１０２ｄを配置してもよい。このように、シール剤１０５で封止する領域までプリズムを形成し、さらにシールする部分のプリズムの高さを高くしておくことで、光偏向器１１５の厚みを簡便にコントロールでき、かつ、有効領域１０６内の液晶１０３を均一に行き渡らせることができる。もちろんこの光偏向器１１５の有効領域１０６内に高さの高いプリズム１０２ｄを配置しても構わない。このとき、シール剤１０５の部分のプリズム１０２ｄは、プリズム１０２ａの相似形である必要はなく、任意の形状で構わない。なお、ここで「有効領域」とは、当該領域を通過して出射する光が視認者に認識されるという意味である。反対に、有効領域でない領域を通過して出射する光は視認者の目に入らず、視認者に認識されない。
　なお、本実施の形態において、透明基板として下ガラス基板１００ａ及び上ガラス基板１００ｂを用いたが、これは特にガラス基板に限定するものではなく、光を透過するものであれば樹脂基板等を用いてもよく、ガラス基板に限定されない。
　また、透明電極として下ＩＴＯ膜１０１ａ及び上ＩＴＯ膜１０１ｂを用いたが、これは特に透明電極としてＩＴＯに限定するものではなく、勿論金属薄膜やＩＺＯ（インジウム亜鉛酸化物）等でもかまわず、ＩＴＯに限定されない。
　（実施の形態２）
　図５は、実施の形態２にかかる光偏向器２０５の製造手順を示す。光偏向器２０５は、下ガラス基板２００ａと、上ガラス基板２００ｂと、下ＩＴＯ膜２０１ａ－１、２０１ａ－２、２０１ａ－３及び２０１ａ－４と、上ＩＴＯ膜２０１ｂと、プリズム２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃ及び２０２ｄと、液晶２０３とを備える。光偏向器２０５と実施の形態１の光偏向器１１４との違いは、実施の形態１でのプリズム１０２ａ及び１０２ｂのそれぞれの断面の直角三角形の斜辺がすべて同じ向き（紙面上で右上）であったのに対して、実施の形態２の光偏向器２０５では、それぞれ斜辺が、プリズム２０２ａでは右上、２０２ｂでは左上、２０２ｃでは右上、２０２ｄでは左上としてある。すなわち、対称軸２０４ａを軸として、プリズム２０２ａとプリズム２０２ｂとは対称形状を成しており、またプリズム２０２ｃの一部とプリズム２０２ｄとは、対称軸２０４ｂを軸として、対称形状を成している。
　まず、図５の（ａ）のように、対称軸２０４ａ及び２０４ｂを軸として、プリズム２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃ及び２０２ｄを、下ＩＴＯ膜２０１ａ―１、２０１ａ―２、２０１ａ―３及び２０１ａ―４の上に製作する。製作の仕方は実施の形態１で述べたとおりである。次に、図５の（ｂ）に示すように、対称軸２０４ａ及び２０４ｂの近傍に液晶２０３を滴下する。さらに、図５の（ｃ）に示すとおり、図５の（ｂ）の上から、上ＩＴＯ膜２０１ｂを蒸着等で設けた上ガラス基板２００ｂを、上ＩＴＯ膜２０１ｂが液晶２０３の側に来るようにして挟み込む。こうすることで、対称軸２０４ｂの近傍に滴下された液晶２０３は、各プリズムを乗り越える時に各プリズムの斜辺を乗り越えればよいので、各プリズムを容易に乗り越えることができる。よって、液晶２０３が均一かつ迅速に、下ＩＴＯ膜２０１ａ―１、２０１ａ―２、２０１ａ―３及び２０１ａ―４と、上ＩＴＯ膜２０１ｂとの間に満たされる。
　なお、下ＩＴＯ２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃ及び２０１ｄのように分割してパターニングして蒸着し、その上に同じ方向を向いた斜辺を有するプリズム２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃ及び２０２ｄをそれぞれ製作することで、各プリズムに対して別々の電圧を印加することができるので、斜辺の位置が異なるプリズムが配置されていても、入射する光を同じ方向に偏向することができるという利点を有する。
　なお、ここではプリズム２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃ及び２０２ｄの形状はいずれも直角三角形としたが、同様な効果を有するのであれば特にその形状は限定されない。ここでは、最も理解しやすく効果的な例として、直角三角形を用いて説明した。
　なお、図５では、下ＩＴＯ膜２０１ａ－１、２０１ａ－２、２０１ａ－３及び２０１ａ－４が同一の電極ではないことが分かり易いように各ＩＴＯ膜の間隔を明確に設けているが、実際にはこの間隔はできるだけ狭い方がよく、１０マイクロメータ以下が好ましい。
　また、図６のように光偏向器２０６の断面の略中心の位置に配置した対称軸２０４ｃを挟んでプリズム２０２ｅ及び２０２ｆが左右対称になるように、かつプリズム２０２ｅの斜辺が対称軸２０４ｃの向きにあり、プリズム２０２ｆの斜辺も同じく対称軸２０４ｃの向きに配置すると、光偏向器２０６を製作時には、光偏向器２０６の対称軸２０４ｃ近傍のみに液晶２０３を滴下すればよく、極めて簡便に光偏向器２０６を製作できるという利点を有する。
　次に、プリズム２０２ｇの屈折率Ｎ０に対して液晶２０３の屈折率Ｎを変動させた場合の屈折角θに関して、図７を用いて説明する。図７の（ａ）に示す通り、プリズムの斜辺がプリズムの右上に位置するようにプリズムの角度φを定義する。ここでは、例えば、φ＝４５度とする。また、プリズムの屈折率Ｎ０＝１．７とし、さらに上ガラス基板２００ｂからの出射角を、紙面右側を正（プラス）とした時、屈折率差（Ｎ－Ｎ０）と屈折角との関係を図７の（ｂ）の実線で示す。点線は、屈折率差が０近傍にある時の実線の傾きを外挿したものである。屈折率差（Ｎ－Ｎ０）と屈折角との関係は、屈折率差の絶対値が大きくなるにつれて、リニアリティが悪化していることがわかる。特に、屈折角θがマイナスの側（即ち液晶２０３の屈折率Ｎがプリズム２０２ｇの屈折率Ｎ０よりも小さい場合）にリニアリティが悪化することが分かる。よって、図１の（ｃ）で示した液晶表示装置２０の光偏向器１０ａは、図８の（ａ）の液晶表示装置２０７のように、図６の（ａ）の光偏向器２０６を用いて構成することで、液晶パネル２２の側面近傍から偏向される光であっても、視認者２６の右目２６ａ及び左目２６ｂに対してずれの少ない偏向を行うことができるので、画質の良い液晶表示装置２０７を構成することが可能になる。また、液晶表示装置２０７の光偏向器２０６の替わりに、図８の（ｂ）に示すような光偏向器２０８を用いても構わない。光偏向器２０８は、下ＩＴＯ膜を２０１ａ－８～２０１ａ－１４と８分割しており、さらに中心から側面に近づくほど、ＩＴＯ膜の幅を狭くしてある。本実施の形態の液晶表示装置のように、光偏向器２０８の側面に近くなるほど光の偏向角は大きくなるが、このように中心から側面に近づくほどＩＴＯ膜の幅を同じもしくは狭くすることにより、中心から側面に近づくほど印加する電圧を精密に補正することが可能になるため、リニアリティのずれを精密に補正することができ、視認者２６の右目２６ａ、２６ｂに向けてさらにずれのすくない偏向を行うことができるため、さらに画質のよい液晶表示装置２０７を構成することができる。
　また、図９の（ａ）に示すように、液晶表示装置２１１は、光偏向器２０６の後段に、フレネルレンズ２１０を備えてもよい。フレネルレンズ２１０は、光偏向器２０６に要求される偏向角を小さくすることができる。フレネルレンズ２１０は、特に、光偏向器２０６の周辺部の偏向角を小さくすることができる。そして、光偏向器２０６は、全面に渡ってほぼ同じ偏向角で偏向すればよいことになる。こうすることで、光偏向器２０６に用いる液晶の屈折率変動の要求仕様が緩和される。また、光偏向器２０６は、安価に構成することができる。また、光偏向器２０６は、液晶に印加する電圧を小さくすることができるので、駆動回路を含めて安価に構成することができるという利点を有する。また、図７の（ｂ）で示した通り、屈折率差が小さい場合には屈折率差と屈折角とのリニアリティが良い。必要な屈折率差が小さい場合には、視認者２６の位置に対してほぼ線形に、液晶２０３の屈折率を変動させればよいので、制御が簡便になるという利点も有する。図９の（ｂ）には、図９の（ｃ）に示すフレネルレンズのプリズム角度ψと偏向角αとの関係を示す。図９の（ｂ）のグラフにおいて、実線はプリズム角度と屈折角との関係であり、点線は、プリズム角度が０近傍である時のプリズム角度と屈折角との関係を外挿したものである。光偏向器２０６と同様に、フレネルレンズもプリズム角度が大きくなると、プリズム角度と屈折角の関係がリニアではなくなる。よって、液晶表示装置２１１において、光偏向器２０６の代わりに光偏向器２０８を用いることによって、特にフレネルレンズ２１０のリニアリティが悪化する領域、つまり、フレネルレンズの側面に近い領域ほど、屈折率を精密に制御できる。また、液晶表示装置２１１は、光偏向器２０８を用いることで、中心から側面に近づくほどＩＴＯ膜の幅を同じもしくは狭くすることになり、フレネルレンズ２１０や、光偏向器２０６そのもののリニアリティの悪化を補正することができ、クロストークの低減された高画質な立体画像表示装置や液晶表示装置を構成することができる。
　なお、フレネルレンズ２１０は、図９の（ａ）においては、光偏向器２０６の後段に配置したが、もちろん光偏向器２０６の前段に配置しても構わず、ここではその位置を限定するものではない。
　次に、図８の下ガラス基板２００ａに設けられた下ＩＴＯ膜２０１ａ－８～２０１ａ－１４を、図８の矢印Ａの方向から見た図を、図１０に示す。下ＩＴＯ膜２０１ａ－８～２０１ａ－１５は、ポート２０９ａにおいて束ねられて、制御部２４に接続される。下ＴＩＯ２０１ａ－８～２０１ａ－１５は、図１０の（ｂ）のように、ポート２０９ｂ及び２０９ｃの二箇所で束ねても構わない。このようにすると、ポート２０９ｂから、下ＩＴＯ膜２０１ａ－８～２０１ａ－１１のそれぞれが最大幅になる部分（図１０の（ｂ）において、破線Ａと交差する部分）までの距離が、ポートがひとつであった場合よりもトータルとして短くなる。また、下ＩＴＯ膜２０１ａ－８～２０１ａ－１１について、ポートから当該下ＩＴＯ膜までの距離のばらつきが短くなる。また、ポート２０９ｃと下ＩＴＯ膜２０１ａ－１２～２０１ａ－１５とについても上記と同様である。こうすることで、ポートから各下ＩＴＯ２０１ａ－８～２０１ａ－１５までの抵抗がトータルとして低くなるので、液晶を駆動する時の時定数が小さくなる。これにより、液晶を高速に駆動させることが可能となり、さらに各下ＩＴＯ膜２０１ａ－８～２０１ａ－１５の抵抗値のばらつきが抑えられるので、液晶パネル２２上の場所に依存した液晶駆動速度のばらつきが抑えられ、高画質な液晶表示装置２０７を構成することが可能になる。
　また、図１１の（ａ）に示すように、上下二箇所にポート２０９ｄ及び２０９ｅを備えても構わない。この場合、上下二箇所のポート２０９ｄ及び２０９ｅからケーブルにより制御部２４に接続する必要がある。例えば、図１１の（ｂ）に示すように、下ガラス基板２００ａの上下をＩＴＯ膜で引き回すことにより、同じ側からポート２０９ｆ及び２０９ｇを取り出すことも可能である。ここで、図１１の（ｂ）は、下ガラス基板２００ａに設けられた下ＩＴＯ膜２０１ａ－８～２０１ａ－１５を、図８の矢印Ｂの方向から見た図である。こうすることで、近接する二つのポート２０９ｆ及び２０９ｇから制御部２４に接続することができるため、配線距離が短く配線抵抗が低く、液晶の駆動速度を速くすることができ、さらに装置サイズの小さな液晶表示装置２０７を構成することができる。
　なお、本実施の形態において示した光偏向器２０５は、その特徴を実施の形態１で示した光偏向器１０４に追加して実現することも可能であるし、光偏向器２０５の特徴だけで実現することも可能である。
　つまり、本実施の形態において示した光偏向器２０５は、液晶の屈折率を変調することで、入射光を偏向して出射する光偏向器であって、互いに対向する一対の透明電極と、前記一対の透明電極の間に設けられ、前記一対の透明電極のうちの一方の対向面上に並ぶ複数のプリズムと、前記一対の透明電極の間の空間のうち、前記複数のプリズムと前記２つのスペーサとを除く部分に設けられる液晶とを備え、前記複数のプリズムは、前記対向面の法線に平行な対称軸に対して対称形状である、ともいえる。
　また、本実施の形態において示した光偏向器２０５の製造方法は、第一透明電極を配置する工程と、前記第一透明電極の上方に設けられ、前記第一透明電極の上面上に並ぶ複数のプリズムを配置する工程と、配置された２つのスペーサで区切られた区間のそれぞれに、前記第一透明電極の上方から液晶を滴下する工程と、前記複数のプリズム及び前記２つのスペーサの上方に第二透明電極を配置する工程とを含み、前記複数のプリズムは、前記第一透明電極の上面の法線に平行な対称軸に対して対称形状である、ともいえる。
　（実施の形態３）
　図１２は、実施の形態３にかかる光偏向器３０４の製造手順を示す。光偏向器３０４は、下ガラス基板３００ａと、上ガラス基板３００ｂと、下ＩＴＯ膜３０１ａと、上ＩＴＯ膜３０１ｂと、プリズム３０２と、液晶３０３とを備える。
　まず、図１２の（ａ）に示すように、光偏向器１０４と同様に、下ＩＴＯ３０１ａを蒸着した下ガラス基板３００ａの上に、プリズム３０２を設ける。次に、上ＩＴＯ膜３０１ｂを蒸着した上ガラス基板３００ｂを、上ＩＴＯ膜３０１ｂが上になるように配置する。そして液晶３０３を上ＩＴＯ膜３０１ｂの上に滴下する。
　さらに、プリズム３０２を設けた下ガラス基板３００ａを上下反転し、プリズム３０２が下を向いた状態で、液晶が滴下された上ガラス基板３００ｂと挟み込む。こうすることで、液晶３０３は、プリズム３０２の壁面を登る必要なく、光偏向器３０４全体に均一に広げられることができる。また、上ガラス基板３００ｂと下ガラス基板３００ａとで液晶３０３を挟み込む前の段階で、図１２の（ｄ）のように上ガラス基板３００ｂの上の液晶３０３に平板３０５等を接触させて液晶３０３を面内で広げておくことで、さらに均一に光偏向器３０４全体に液晶を広げることができる。勿論、ここでは一例として平板３０５を用いたが、同様な効果を有するものであればこれに限定されない。
　また、図１３では、光偏向器３０７の製造手順を示す。光偏向器３０７は、図１３の（ａ）に示す通り、下ＩＴＯ膜３０１ａを蒸着した下ガラス基板３００ａの上にプリズム３０２を設ける所までは、図１２の（ａ）に示した光偏向器３０４と同様である。光偏向器３０７においては、プリズム３０２を設けた下ガラス基板３００ａの上に直接に液晶３０３を滴下するが、その際、ビーズ３０６を同時に封入することにより、図１３の（ｃ）のようにこのビーズ３０６がプリズム３０２と上ＩＴＯ膜３０１ｂとの間に一定のスペースを確保することで、液晶３０３が光偏向器３０４全体に均一に広げられることができる。この際、液晶３０３の動粘度が高いと、ビーズ３０６がプリズム３０２の奥まで入り込まず、そのためにセルギャップが不均一になる。そのため、液晶の動粘度は４０ｍｍ２／ｓ以下であることが好ましい。この場合、ビーズ３０６とプリズム３０２とが、スペーサに対応する。
　なお、上で述べた実施の形態に示す構成は一例であって、発明の趣旨を逸脱しない範囲でさまざまな変形を加えることができるのは言うまでも無い。また、上で述べた各実施の形態やそれらを変形した発明を組み合わせて用いることももちろん可能である。
　本発明の光偏向器は、液晶を光偏向器の面内に簡便かつ均一に広げることができるので、安価な光偏向器を構成できる。また、光偏向器を用いて液晶表示装置を構成することで、簡便な構成で高画質な３Ｄ液晶表示装置やプライバシーディスプレイ等に用いることが可能であり、有用である。
１０、１０ａ、１０４、１１４、１１５、２０５、２０６、２０８、３０４、３０７　　光偏向器
１１、１１ｈ、１１ｓ、１１ｍ、１１５ａ　　光
１２　　液晶
１３　　誘電体
１４ａ、１４ｂ、１４ｃ　　電極
２０、２０７、２１１　　液晶表示装置
２１　　光源
２２　　液晶パネル
２３ａ、２３ｂ　　ステレオカメラ
２４　　制御部
２５　　導光板
２６　　視認者
２６ａ　　右目
２６ｂ　　左目
１００ａ、２００ａ、３００ａ　　下ガラス基板
１００ｂ、２００ｂ、３００ｂ　　上ガラス基板
１０１ａ、２０１ａ－１～２０１ａ－１５、３０１ａ　　下ＩＴＯ膜
１０１ｂ、２０１ｂ、２０１ｃ、３０１ｂ　　上ＩＴＯ膜
１０２ａ、１０２ｃ、１０２ｄ、２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃ、２０２ｄ、２０２ｅ、２０２ｆ、２０２ｇ、３０２　　プリズム
１０２ｂ　　プリズム（スペーサ）
１０３、２０３、３０３　　液晶
１０３ｓ　　空間
１０５　　シール剤
１０６　　有効領域
２０４ａ、２０４ｂ、２０４ｃ　　対称軸
２０９ａ、２０９ｂ、２０９ｃ、２０９ｄ、２０９ｅ、２０９ｆ、２０９ｇ　　ポート
２１０　　フレネルレンズ
３０５　　平板
３０６　　ビーズ
 

Claims (11)

  1. 　液晶の屈折率を変化させることで、入射光を偏向して出射する光偏向器であって、
    　互いに対向する一対の透明電極と、
    　前記一対の透明電極の間に設けられ、前記一対の透明電極のうちの一方の対向面上に並ぶ複数のプリズムと、
    　前記一対の透明電極の間に設けられ、前記一対の透明電極のうちの一方から他方へ向かう方向の幅が前記複数のプリズムより大きく、かつ、前記幅が互いに等しい２つのスペーサと、
    　前記一対の透明電極の間の空間のうち、前記複数のプリズムと前記２つのスペーサとを除く部分に設けられる液晶とを備える
    　光偏向器。
  2. 　前記２つのスペーサは、２つのプリズムである
    　請求項１に記載の光偏向器。
  3. 　前記複数のプリズムのそれぞれの形状と、前記２つのスペーサのそれぞれの形状とは、相似である
    　請求項２に記載の光偏向器。
  4. 　前記光偏向器は、さらに、
    　前記一対の透明電極の端部を封止するシール剤を備え、
    　前記２つのスペーサは、前記シール剤に接する位置に配置される
    　請求項１～３のいずれか１項に記載の光偏向器。
  5. 　前記複数のプリズムのそれぞれは、
    　前記対向面の法線に平行な対称軸に対して対称形状である
    　請求項１～４のいずれか１項に記載の光偏向器。
  6. 　前記複数のプリズムのそれぞれは、断面が直角三角形である棒状のプリズムであり、
    　前記直角三角形の斜辺でない１辺が前記対向面に接し、前記１辺を除く２辺のうちの前記対称軸に近い方の辺が斜辺である
    　請求項５に記載の光偏向器。
  7. 　前記対称軸は、前記複数のプリズムの断面において、前記一対の透明電極の中心を貫く位置にある
    　請求項１～６のいずれか１項に記載の光偏向器。
  8. 　第一透明電極を配置する工程と、
    　前記第一透明電極の上方に設けられ、前記第一透明電極の上面上に並ぶ複数のプリズムを配置する工程と、
    　前記第一透明電極の上方に設けられ、上下方向の幅が前記複数のプリズムより大きく、かつ、前記幅が互いに等しい２つのスペーサを配置する工程と、
    　配置された２つのスペーサで区切られた区間のそれぞれに、前記第一透明電極の上方から液晶を滴下する工程と、
    　前記複数のプリズム及び前記２つのスペーサの上方に第二透明電極を配置する工程とを含む
    　光偏向器の製造方法。
  9. 　請求項１～７のいずれか１項に記載の光偏向器と、
    　前記光偏向器に対して光を入射するバックライトと、
    　前記光偏向器が出射した光が入射する液晶パネルとを備える
    　液晶ディスプレイ。
  10. 　前記液晶ディスプレイは、さらに、
    　視認者の目の位置を検出する検出部を備え、
    　前記光偏向器は、前記検出部が検出した目の位置に向けて光を偏向する
    　請求項９に記載の液晶ディスプレイ。
  11. 　前記検出部は、視認者の左目および右目のそれぞれの位置を検出し、
    　前記光偏向器は、前記検出部が検出した左目および右目のそれぞれの位置に対して、時分割で光を偏向し、
    　前記液晶パネルは、視認者の左目に向けて光が偏向されたタイミングで左目に見せる画像を表示し、かつ視認者の右目に光が偏向されたタイミングで右目に見せる画像を表示する
    　請求項１０に記載の液晶ディスプレイ。
     
     
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