JP5379053B2 - 光偏向装置 - Google Patents

Description

本発明は、液晶素子を用いて光の進行方向を変える光偏向を行う光偏向装置に関する。

立体映像鑑賞用に、液晶シャッタを用いためがねが提案されている（例えば特許文献１参照）。このような立体表示用めがねは、立体映像の左目用の画像表示時は、左目側の光線を透過させて右目側の光線は遮光し、右目用の画像表示時は、右目側の光線を透過させて左目側の光線は遮光する。このような立体表示用めがねに用いられる液晶シャッタは、偏光板を使用し、光透過率を高くすることが難しい。立体表示用めがねに適用できる新規な光学素子の技術が望まれる。

なお、近年、液晶材料としてコレステリックブルー相の研究が進められており、高分子安定化処理によりコレステリックブルー相の発現温度範囲を拡大させる技術が提案されている（例えば特許文献２参照）。

特開平６−１７８３２５号公報 特開２００３−３２７９６６号公報

本発明の一目的は、新規な構成の液晶素子を用い、立体映像鑑賞に適した光偏向装置を提供することである。

本発明の一観点によれば、ユーザの両目それぞれに対応して設けられた第１、第２光偏向液晶セルであって、それぞれ、誘電率異方性が正の液晶分子を含み、電圧非印加状態でコレステリックブルー相を示す液晶層と、相互に対向配置され、前記液晶層を挟持する一対の透明基板と、前記一対の透明基板の、前記液晶層側上方にそれぞれ形成され、前記液晶層に電圧を印加する一対の透明電極と、前記一対の透明基板の一方の、前記液晶層側上方に形成されたプリズム層とを有する第１、第２光偏向液晶セルと、前記第１光偏向液晶セルの液晶層をホメオトロピック相とするような高い第１電圧を前記第１光偏向液晶セルに印加するとともに、前記第２光偏向液晶セルの液晶層をコレステリックブルー相に保つような低い第２電圧を前記第２光偏向液晶セルに印加する第１状態と、前記第１光偏向液晶セルの液晶層をコレステリックブルー相に保つような低い第３電圧を前記第１光偏向液晶セルに印加するとともに、前記第２光偏向液晶セルの液晶層をホメオトロピック相とするような高い第４電圧を前記第２光偏向液晶セルに印加する第２状態とを、交互に切り替える第１の制御を行う駆動装置とを有する立体映像鑑賞に適した光偏向装置が提供される。

第１、第２光偏向液晶セルのそれぞれで、電圧印加により、液晶層がコレステリックブルー相からホメオトロピック相に変化し、屈折率が変化して、プリズムによる光偏向方向を変えることができる。

第１光偏向液晶セルがホメオトロピック相で第２光偏向液晶セルがコレステリックブルー相である第１状態と、第１光偏向液晶セルがコレステリックブルー相で第２光偏向液晶セルがホメオトロピック相である第２状態とを交互に切り替えることにより、立体映像の一方の目用の画像が、ユーザの一方の目に見え他方の目には目えない状態と、立体映像の他方の目用の画像が、ユーザの一方の目には見えずに他方の目に見える状態とを交互に切り替えることができる。

図１は、本発明の第１実施例（及び第２実施例）の光偏向液晶セルを概略的に示す厚さ方向断面図である。 図２Ａ及び図２Ｂは、それぞれ、第１実施例のプリズム層の概略斜視図及びプリズムの断面図である。 図３は、第１実施例の、ガラス基板上のプリズム層の概略平面図である。 図４は、ブルー相（ブルー相Ｉ）の構造を示す概略斜視図である。 図５は、第１（及び第２）応用例の立体表示用めがねを概略的に示す横方向断面図である。 図６Ａ及び図６Ｂは、それぞれ、ディスプレイに立体映像の右目用、左目用画像が表示されている状態を示す概略的な（ディスプレイからの光線の）光路図である。 図７Ａ及び図７Ｂは、それぞれ、ディスプレイに立体映像の右目用、左目用画像が表示されている状態を示す概略的な（ディスプレイ周辺からの光線の）光路図である。 図８Ａ及び図８Ｂは、それぞれ、第２実施例のプリズム層の概略斜視図及び概略平面図である。

まず、本発明の第１実施例による光偏向液晶セルの構造及び作製方法について説明する。

図１は、第１実施例の光偏向液晶セルを概略的に示す厚さ方向断面図である。一対のガラス基板１１、３１を用意する。ガラス基板１１、３１の厚さは、例えばそれぞれ０．７ｍｍｔである。

一方のガラス基板１１上には、透明電極１２が形成されている。透明電極１２は、例えば、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）で形成され、厚さは１５０ｎｍである。ＩＴＯの透明電極１２は、例えば、第二塩化鉄を用いたウエットエッチングや、レーザで不要なＩＴＯ膜を除去するレーザアブレーションにより、所望の平面形状にパターニングすることができる。

透明電極の形成されていない他方のガラス基板３１上に、プリズム層３を形成する。プリズム層３は、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２Ａ及び図２Ｂは、それぞれ、第１実施例のプリズム層３の概略斜視図及びプリズム３ａの（長さ方向に直交する）断面図である。各プリズム３ａは、例えば、頂角４５°、底角４５°及び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（プリズム幅方向）に並んでいる。プリズム３ａの高さ、プリズム３ａの底辺の長さ（プリズムのピッチ）は、例えば２０μｍである。

プリズム層３は、平面視上、中心軸３ｃに対して線対称（左右対称）な形状である。中心軸３ｃより右側のプリズム３ａは、右下がりの斜面を有し、中心軸３ｃより左側のプリズム３ａは、左下がりの斜面を有する。中心軸３ｃで、右側のプリズム３ａの右下がりの斜面と、左側のプリズム３ａの左下がりの斜面とが接して、稜線を形成している。

プリズム層３の好適な材料について説明する。後の、液晶セルのメインシール剤焼成工程において、例えば１５０℃以上での熱処理が行われる。また、後の、プリズム層３上の透明電極形成工程において、透明度の高い（抵抗の低い）透明電極形成のため、例えば１８０℃以上での熱処理が行われる。なお、（実施例では形成しないが、）プリズム層３上方に垂直配向膜を形成する場合には、垂直配向膜の焼成に例えば１６０℃以上での熱処理が行われる。そこで、（例えば１５０℃以上の）高温での熱処理に対して、特性が劣化しにくいプリズム材料が望まれる。

本願発明者は、複数のプリズム材料に対し、２２０℃で２時間ずつの熱処理を行い、熱処理前後での可視光領域の透過率の違いを評価した。その結果、アクリル系の紫外線（ＵＶ）硬化性樹脂が、短波長側でごく僅かに透過率の低下が見られるものの、ほぼ全可視波長域において熱処理前と同等の透過率を示し、特性（透過率）変化を少なくできることがわかった。なお、本明細書において、「特性（透過率）変化が少ない」とは、可視光領域（波長３８０ｎｍ〜７８０ｎｍ）での特性（透過率）変化が、熱処理前に比べて概ね２％以内である状態を示す。

アクリル系ＵＶ硬化性樹脂は、耐熱性だけでなく、ガラスへの密着性も優れていると共に、金属には密着しにくい（離型性が良い）という性質を有しており、実施例によるプリズム材料として好適である。なお、エポキシ系の樹脂も耐熱性に優れており、プリズム材料として使用可能であると考えられる。また、ポリイミドも使用可能である。

図３は、ガラス基板３１上のプリズム層３の概略平面図である。プリズム層３の作製方法について説明する。ガラス基板３１上に、アクリル系ＵＶ硬化性樹脂を滴下し、その上の所定位置に、プリズム層３の型が形成された金型を置き、厚手の石英部材などをガラス基板の裏側に配置して補強した状態でプレスを行う。プリズム層３の形成領域は、例えば横６０ｍｍ、縦３０ｍｍの広さである。なお、ＵＶ硬化性樹脂の滴下量は、プリズム形成領域の広さに合わせて調整することができる。

プレスして１分以上放置し、ＵＶ硬化性樹脂を十分広げた後、ガラス基板３１の裏側から紫外線を照射し、ＵＶ硬化性樹脂を硬化させる。紫外線の照射量は、例えば２０Ｊ／ｃｍ^２程度である。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。なお、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。

次に、プリズム層３の形成されたガラス基板３１を、洗浄機で洗浄する。例えば、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、ＵＶ照射、及び赤外（ＩＲ）乾燥を順に行うことができる。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等を行ってもよい。

図１に戻って説明を続ける。さらに、プリズム層３上に、例えばＩＴＯによる透明電極３２を形成する。プリズム層３上に直接透明電極３２を形成することもできるが、密着性向上のため、例えばＳｉＯ_２膜３３を介在させてもよい。ＳｉＯ_２膜３３は、例えば、基板温度を８０℃とし、スパッタリング（交流放電）で、厚さ５０ｎｍ形成する。

次に、ＳｉＯ_２膜３３上に、例えば、基板温度を１００℃とし、スパッタリング（交流放電）で、厚さ１００ｎｍのＩＴＯ膜を形成して、透明電極３２とする。ＳＵＳマスク、高温耐熱テープ等で不要部分をマスクすることにより、所望の部分に選択的にＩＴＯ膜を成膜することができる。ＩＴＯ膜の成膜後、ＩＴＯ膜の透明性及び導電性向上のため、例えば２２０℃で１時間の焼成を行う。

なお、成膜方法として、スパッタリングの他に、真空蒸着、イオンビーム法、化学気相堆積（ＣＶＤ）等を用いることもできる。この場合も、ＩＴＯ膜の透明性及び導電性向上のため、例えば２２０℃、１時間程度の焼成を行うことが望ましい。

次に、ガラス基板１１、３１を、洗浄機で洗浄する。例えば、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、ＵＶ照射、及び赤外（ＩＲ）乾燥を順に行う。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等を行うこともできる。

次に、ガラス基板３１上に、ギャップコントロール剤を例えば２ｗｔ％〜５ｗｔ％含むメインシール剤１６を形成する。形成方法として、スクリーン印刷やディスペンサを用いることができる。プリズム３ａの高さを含んだ（プリズムのベース層３ｂからの）液晶層１５の厚さが、例えば１０μｍ〜３５μｍとなるように、ギャップコントロール剤を選択する。例えば、ギャップコントロール剤として径が４５μｍの積水化学製のプラスチックボールを用い、これを三井化学製のシール剤ＥＳ−７５００に４ｗｔ％添加して、メインシール剤とする。

もう一方のガラス基板１１上には、ギャップコントロール剤１４として、例えば、径が２１μｍ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する。

次に、両ガラス基板１１、３１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て、空セルを形成する。例えば、１５０℃で３時間の熱処理を行う。

なお、必要に応じて、透明電極３２上に垂直配向膜４、透明電極１２上に垂直配向膜１３を形成することもできる。垂直配向膜は、例えばポリイミドにより、フレキソ印刷等で成膜され、例えば１８０℃で焼成される。

次に、空セルに、液晶材料を真空注入して、液晶層１５を形成する。液晶注入後、注入口にエンドシール剤を塗布して液晶セルを封止する。なお、液晶層の形成方法は真空注入に限らず、例えばＯｎｅ Ｄｒｏｐ Ｆｉｌｌ（ＯＤＦ）法を用いてもよい。

液晶層１５を形成する液晶材料として、誘電率異方性Δεが正の液晶分子を含み、電圧非印加時に（所定の温度範囲で）コレステリックブルー相（以下、ブルー相と呼ぶこともある）を示すものを用いる。

第１実施例では、以下のような液晶材料を用いる。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の割合で混合した混合液晶を用い、これにカイラル剤ＺＬＩ−４５７２（メルク製）を５．６％添加する。

そして、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を混合した混合モノマーを添加する。例えば、一官能性材料として、２−ｅｔｈｙｌｈｅｘｙｌａｃｒｙｌａｔｅ（ＥＨＡ）（アルドリッチ製）を、二官能性材料としてＲＭ２５７（メルク製）を用い、これらを７０：３０のモル比となるように混合する。

また、光重合開始剤として、２，２−ｄｉｍｅｔｈｏｘｙ−２−ｐｈｅｎｙｌａｃｅｔｏｐｈｅｎｏｎｅ（ＤＭＰＤＰ）を用い、これを混合モノマーに対して５ｍｏｌ％となるように添加する。

光重合開始剤を添加した光重合性混合モノマーを、カイラル剤を添加した混合液晶に対し８ｍｏｌ％となるように添加する。このようにして、液晶層１５を形成する液晶材料を調整する。なお、液晶、カイラル剤、光重合性モノマー、光重合開始剤は、これらに限定されない。ただし、光重合性モノマーは、一官能性のものと二官能性のものとを混合させることが望ましい。

このように形成した液晶セルを加熱すると、６０℃付近の狭い温度範囲でブルー相を示す。ブルー相を示す温度に保ったまま、液晶セルに紫外線を照射し、光重合性モノマーを重合させ高分子ネットワークを形成させることにより、ブルー相の高分子安定化を行うことができる。

例えば、以下のような紫外線照射を行う。まず、１秒照射したら１０秒無照射とする照射シーケンスを１０回繰り返す間欠的な照射を行う。そして、間欠的な照射の後、３分間の連続的な照射を行う。紫外線強度は、例えば３０ｍＷ／ｃｍ^２（３６５ｎｍ）とする。なお、露光条件はこれに限らず、例えば、紫外線強度をもっと弱くすることもできる（ただし、光重合にかかる時間は長くなる）。

高分子安定化処理された液晶セルは、−５℃〜６０℃程度の広い温度範囲でブルー相を示すようになる。なお、高分子安定化処理によりブルー相を示す温度範囲は、使用する液晶材料やその混合比、重合条件などを調整することにより拡大することが可能であろう。

以上のようにして、第１実施例の光偏向液晶セルが作製される。次に、第１実施例の光偏向液晶セルの動作について説明する。

実施例の光偏向液晶セルは、電圧非印加時、ブルー相を示す。以下、ブルー相についての一般的な記載は、九州大学先導物質化学研究所融合材料部門ナノ組織化分野菊池研究室のホームページの解説記事（http://kikuchi-lab.cm.kyushu-u.ac.jp/kikuchilab/bluephase.html）を参照する。

ブルー相は、光学的に等方性で、体心立方の対称性を有するブルー相Ｉ、単純立方の対称性を有するブルー相ＩＩ、及び、等方性の対称性を有するブルー相ＩＩＩの３種類がある。最も低温側でブルー相Ｉが現れ、最も高温側でブルー相ＩＩＩが現れる。本実施例の光偏向液晶セルは、ブルー相Ｉを用いている。

図４は、ブルー相Ｉの構造を示す概略斜視図である（上記解説記事による）。ブルー相では、中央付近の液晶分子については全ラテラル方向のねじれが許容された液晶分子の集合体である二重ねじれシリンダーＣｙを、互いに直交させて格子状に組み上げたような構造が形成されている。

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、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。従って、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、第１実施例の光偏向液晶セルは、ブルー相を示す電圧非印加時には、液晶層とプリズム層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。右下がりの斜面のプリズムと、左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、液晶層とプリズム層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の部材の屈折率と第２の部材の屈折率の差が、第１の部材の屈折率または第２の部材の屈折率に対して２％以内（より望ましくは１％以内）であるとき、両部材の屈折率が同等であるとする。

第１実施例と同様にして作製した光偏向液晶セル（ただし、プリズム斜面が一方向を向き、プリズム頂角が異なるプリズムを使用）を、光源と組み合わせて、光偏向装置を作製した。この光偏向液晶セルは、プリズム斜面が一方向を向いているので、入射光線の進行方向は、一方向に振られる。

この光偏向装置の投影像で、偏光成分間のずれは観察されず、光偏向液晶セルが、入射光の両偏光成分に対し同様な光偏向作用を示すことがわかった。

また、電圧非印加でプリズムにより光が偏向されている状態から、充分高い電圧（約５０Ｖ）印加により光が直進する状態まで、印加電圧増加に伴い光の進行方向を連続的に変えられることがわかった。

印加電圧増加により、電圧非印加時のブルー相の屈折率から、ホメオトロピック相の屈折率まで、屈折率が連続的に変わっているものと解釈される。充分高い印加電圧で液晶層がホメオトロピック相となる（つまり、液晶分子がすべて基板法線方向に立つ）と、それ以上、電圧を上げても屈折率は変わらず、光の進行方向は振られないこととなる。

さらに、液晶分子の立ち上がりと立ち下がりの室温での応答速度を測定したところ、ホメオトロピック相にする立ち上がりで約４００μｓｅｃ、ブルー相に戻す立ち下がりで約２５０μｓｅｃと、高速であることがわかった。

なお、実施例の光偏向液晶セルは、プリズム層側の基板において、プリズム層上に透明電極を形成している。プリズム層側の透明電極を、基板上に形成し、透明電極上にプリズム層を形成し、プリズム層を介して液晶層に電圧印加を行う構造の光偏向液晶セルでも、光偏向を行うことは可能である。ただし、プリズム層上に透明電極を形成した方が、駆動電圧の低減が図られる。

次に、第１実施例の光偏向液晶セルを応用した第１応用例の立体映像鑑賞用めがね（以下、立体表示用めがねと呼ぶ）について説明する。なお、光偏向液晶セルのサイズ、平面形状、プリズム斜面の角度等は、立体表示用めがねに適当となるよう、必要に応じて調整することができる。

図５は、応用例の立体表示用めがねの構成を概略的に示す横方向断面図である。立体表示用めがねは、左目用の光偏向液晶セル（左目用セル）４１Ｌと右目用の光偏向液晶セル（右目用セル）４１Ｒを含む。左目用、右目用セル４１Ｌ、４１Ｒは、プリズム長さ方向を垂直にして、顔に装着するためのフレーム部材４２に取り付けられている。

各セル４１Ｌ、４１Ｒは、プリズム層の（左右対称の）中心軸が、立体映像鑑賞者（ユーザ）の左目、右目の中心（瞳）と一致するように取り付けられていることが望ましい。立体表示用めがねは、また、立体映像用の画像信号と同期して、両セル４１Ｌ、４１Ｒを制御する駆動装置４３を備える。駆動装置４３は、交流電圧（例えば周波数１ｋＨｚ程度）を、電圧値を変えながら印加できる。

図６、図７を参照して、応用例の立体表示めがねの動作について説明する。図６Ａ、図７Ａは、ディスプレイ１００に立体映像の右目用画像が表示されている状態を示す概略的な光路図であり、図６Ｂ、図７Ｂは、ディスプレイ１００に立体映像の左目用画像が表示されている状態を示す概略的な光路図である。なお、ここでは、立体映像信号の再生装置も含めて、ディスプレイと呼んでいる。

ディスプレイ１００に、右目用画像と左目用画像とが、例えば１２０Ｈｚや２４０Ｈｚの周波数で交互に表示される。例えば、周波数１２０Ｈｚでは約８．３ｍｓｅｃごとに、周波数２４０Ｈｚでは約４．２ｍｓｅｃごとに、左右の表示が切り替わる。

図６Ａに示すように、右目用画像が表示されている状態で、右目用セル４１Ｒには、液晶層をホメオトロピック相とする高い電圧が印加されて、ディスプレイ１００から右目に向かう光線５１Ｒが、右目用セル４１Ｒをそのまま（プリズムで曲げられずに）透過する。これにより、右目用画像が、右目で見られる。

一方、左目用セル４１Ｌには、液晶層をブルー相に保つような低い電圧（なお、この低い電圧に、電圧ゼロも含めてよい）が印加されて、ディスプレイ１００から左目に向かう光線５１Ｌが、左目用セル４１Ｌのプリズムで偏向される。この例では、光線５１Ｌが、中心軸より右側のプリズムで右側に、左側のプリズムで左側に曲げられる。これにより、右目用画像が、視界から外れて、左目では見られなくなる。

そして、図７Ａに示すように、右目用画像が表示されている状態で、ディスプレイ１００の外の右側背景から左目近傍に向かう光線５２Ｌが、左目用セル４１Ｌの右側プリズムで曲げられて、左目に入るようになる。それと同時に、ディスプレイ１００の外の左側背景から左目近傍に向かう光線５３Ｌが、左目用セル４１Ｌの左側プリズムで曲げられて、左目に入るようになる。これにより、右目用画像が表示されている状態で、左目には、ディスプレイ１００の外の左右背景が重なって見えることとなる。

なお、ディスプレイ１００の外の右側背景から右目近傍に向かう光線５２Ｒ、及び、左側背景から右目近傍に向かう光線５３Ｒは、右目用セル４１Ｌのプリズムで曲げられないので、ディスプレイ左右の背景は、右目では見られない。

暗い室内での鑑賞等、ディスプレイ１００の周辺が暗い場合、左目には、意味のない暗い背景が見えることとなる。ディスプレイ１００の周辺が明るい場合であっても、左目に見えるのは、ディスプレイ１００の外の左右背景が重なった、不明瞭な景色となる。このように、右目用画像が表示されている状態で、左目に入ってくるのはノイズ的な景色となるため、鑑賞者は、右目で見える画像に集中できる。なお、ディスプレイ周辺を暗くした環境での鑑賞が、より望ましいであろう。

一方、図６Ｂ、図７Ｂに示すように、左目用画像が表示されている状態では、左目用セル４１Ｌに、液晶層をホメオトロピック相とする高い電圧が印加され、右目用セル４１Ｒには、液晶層をブルー相に保つような低い電圧が印加される。

ディスプレイ１００から左目に向かう光線６１Ｌが、左目用セル４１Ｌをそのまま透過して、左目用画像が、左目で見られる。ディスプレイ１００から右目に向かう光線６１Ｒは、右目用セル４１Ｒの左右プリズムで曲げられて、左目用画像は、右目では見られなくなる。そして、ディスプレイ１００の外の右側、左側の背景から右目近傍に向かう光線６２Ｒ、６３Ｒが、右目用セル４１Ｒの右側、左側プリズムで曲げられて右目に入り、右目には、ディスプレイ左右の背景が重なった、ノイズ的な景色が見える。鑑賞者は、左目で見える画像に集中できる。

右目用画像が右目で見られる状態と、左目用画像が左目で見られる状態とを、交互に切り替えることにより、鑑賞者は立体映像を鑑賞することができる。

なお、画像を見せない側（低電圧印加側）の光偏向液晶セルへの印加電圧は、液晶層をブルー相に保つような低い電圧範囲で、時間的に（例えばフレーム毎や、フレーム内で）変動させてもよい。

上述のように、光偏向液晶セルによる偏向角度は、印加電圧の変化により振ることができる。例えば、フレーム毎に印加電圧を変えることにより、画像を見せない側の目に見える背景が、フレーム毎に変化する。これにより、鑑賞者に見える景色が、意味のある像としては、より認識されにくくなる。

なお、画像を見せる側（高電圧印加側）の光偏向液晶セルへの印加電圧は、液晶層をホメオトロピック相とするような一定電圧とすることができる。

なお、立体映像を鑑賞しないときは、両目どちらのセルにも、ホメオトロピック相となる高い電圧を印加することにより、ほぼ通常の視覚を得ることができ、例えば、２次元表示された画像をそのまま見ることができる。

なお、実施例の光偏向液晶セルは、偏光板を用いていないので、高い光透過率（例えば、反射防止フィルム使用時に９０％以上）を得ることができる。例えば、（両目どちらのセルにも高電圧を印加した状態で）立体表示用めがねを掛けたまま行動する場合でも、暗いという違和感が少ない。

なお、上述のように、実施例の光偏向液晶セルは、立ち上がり応答速度が数百μｓｅｃのオーダ（例えば４００μｓｅｃ）、立ち下がり応答速度が数百μｓｅｃのオーダ（例えば２５０μｓｅｃ）と高速であるので、例えば２４０Ｈｚ等のより高速な周波数で表示される立体映像に対しても、余裕を持って駆動できる。

なお、画像を見せない側の目に対し、ディスプレイからの光線を、左右方向に曲げる例を説明したが、光偏向液晶セルを、プリズム長さ方向が水平となるようにセットして、上下方向の偏向を行うことも可能である。この場合、画像を見せない側の目には、ディスプレイ外の上下の背景が重なって見えることとなる。

なお、線対称な形状のプリズムにより、例えば左右両方への光偏向を行う例を説明したが、画像を見せない側の目に対し、画像を視界から外し、画像以外の背景を視界に入れるようにするという観点からは、一方のみに光偏向を行うプリズム（例えば、プリズム斜面の向きが一方向に揃ったプリズム）を用いることも可能である。例えば、暗い室内における鑑賞では、このような構成も有効であろう。

次に、第２実施例の光偏向液晶セルについて説明する。第１実施例と異なるのは、プリズム形状である。また、液晶層を形成する液晶材料として、第１実施例と異なる例を挙げる。その他の構造については、第１実施例と同様である。

図８Ａ及び図８Ｂは、それぞれ、第２実施例の光偏向液晶セルのプリズム層３の概略斜視図及び概略正面図である。中心３ｄに関し、同心に複数の円環状のプリズム３ａが配置され、平面視上、回転対称な（中心３ｄに関し円周方向に等方的な）形状のプリズムが形成されている。中心３ｄを通る厚さ方向断面で、各プリズム３ａは、例えば、頂角４５°、底角４５°及び９０°、高さ５．２μｍ、底辺の長さ（ピッチ）５．２μｍの三角形状である。

中心３ｄを通る任意の厚さ方向断面について、プリズム層３は、第１実施例のプリズム層と同様に、中心３ｄに関し両側で対称（左右対称）な形状である。中心３ｄより右側のプリズム部分は、右下がりの斜面を有し、中心３ｄより左側のプリズム部分は、左下がりの斜面を有する。中心部に配置されるプリズム３ａは、右下がりの斜面と左下がりの斜面とが接して、円錐形状となっている。プリズム層３の形成領域は、例えば横６０ｍｍ、縦３０ｍｍの広さである。

再び図１を参照する。第１実施例と同様にして、ガラス基板３１上に、プリズム層３、ＳｉＯ_２膜３３、透明電極３２を形成し、ガラス基板３１と、透明電極１２の形成されたもう一方のガラス基板１１とを重ね合わせて、空セルを形成する。

第２実施例では、プリズム３ａの高さを含んだ（プリズムのベース層３ｂからの）液晶層１５の厚さが、例えば１０μｍ〜１５μｍとなるように、ガラス基板３１側に形成するメインシール剤１６に添加するギャップコントロール剤を選択する。例えば、ギャップコントロール剤として径が２０μｍのプラスチックボールを用い、これをシール剤に添加して、メインシール剤とする。ガラス基板１１側に散布するギャップコントロール剤１４として、例えば、径が１０μｍのプラスチックボールを用いる。

そして、第１実施例と同様にして、空セルに液晶材料を真空注入して、液晶層１５を形成し、注入口にエンドシール剤を塗布して、液晶セルを封止する。

第２実施例では、以下のような液晶材料を用いる。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の割合で混合した混合液晶を用い、これにカイラル剤ＩＳＯ−６０ＢＡ２を６ｗｔ％添加する。

そして、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を混合した混合モノマーを添加する。例えば、一官能性材料として、２−ｅｔｈｙｌｈｅｘｙｌａｃｒｙｌａｔｅ（ＥＨＡ）（アルドリッチ製）を、二官能性材料としてＲＭ２５７（メルク製）を用い、これらを５０：５０のモル比となるように混合する。

また、光重合開始剤として、イルガキュア３６９（チバガイキ製）を用い、これを混合モノマーに対して５ｗｔ％となるように添加する。

光重合開始剤を添加した光重合性混合モノマーを、カイラル剤を添加した混合液晶に対し６ｍｏｌ％となるように添加する。このようにして、液晶層１５を形成する液晶材料を調整する。

このように形成した液晶セルを加熱すると、５０℃付近の狭い温度範囲でブルー相を示す。第１実施例と同様にして、ブルー相を示す温度に保ったまま、液晶セルに紫外線を照射することにより、ブルー相の高分子安定化を行う。高分子安定化処理された液晶セルは、−５℃〜５０℃程度の広い温度範囲でブルー相を示すようになる。

以上のようにして、第２実施例の光偏向液晶セルが作製される。第２実施例の光偏向液晶セルも、電圧印加により、液晶層の屈折率を、コレステリックブルー相の屈折率からホメオトロピック相の屈折率に変化させて、プリズムによる光偏向方向を振ることができる。

なお、第２実施例の光偏向液晶セルでは、ホメオトロピック相にするための高い電圧は５０Ｖ程度、室温での応答速度は、立ち上がりで８００μｓｅｃ程度、立ち下がりで１８０μｓｅｃ程度と期待される。

次に、第２実施例の光偏向液晶セルを応用した第２応用例の立体表示用めがねについて説明する。第２応用例の立体表示めがねの構成、動作は、図５〜図７を参照して説明したような、第１応用例の立体表示めがねと基本的に同様である。以下、第１応用例との違いについて説明する。

第２応用例の立体表示めがねでは、左目用セル、右目用セルの、プリズム層の（回転対称の）中心が、左目、右目の中心（瞳）と一致するように取り付けられていることが望ましい。

第１応用例では、中心軸に対して左右対称な形状のプリズムを用いた。このようなプリズムにより、画像を見せない側の目には、ディスプレイの右外側と左外側の背景が重なって見える。

第２応用例では、中心に対して回転対称な（円周方向に等方的な）プリズムを用いる。このようなプリズムにより、画像を見せない側の目には、ディスプレイの周囲全方向の景色が重なって見える。これにより、画像を見せない側の目に入る景色を、より不明瞭にできる。なお、画像に対応する光線は、画像を見せない側の目の周囲全方向に散らされることとなる。

なお、立体表示用めがねに用いるプリズム形状は、第１、第２実施例に示したものに限らない。線対称、回転対称な形状としなくてもよい。プリズムによる偏向方向を、面内位置により異ならせれば、複数方向からの光線を目の方向に偏向できることとなり、画像を見せない側の目に、複数の背景を重ねて見せることが可能となるので、鑑賞者が見る景色を不明瞭にするのに好ましい。

例えば、プリズムの傾斜角が場所により変動するようなプリズムとしてもよい。また例えば、断面形状がサインカーブ等の曲線となるような、曲面状のプリズムとすることもできる。このようなプリズムを用いれば、光線の偏向方向が位置ごとにばらつくので、画像を見せない側の目に入る景色を、より不明瞭にしやすくなる。

なお、光偏向液晶セルの外形は、長方形の他、５角形等の多角形にしてもよい。その場合は、スクライバーで斜めに傷を付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して丸みを持たせてもよい。

なお、液晶層をＯＤＦ法で形成する場合、紫外線照射により、紫外線硬化樹脂からなるメインシールの硬化と、液晶層のブルー相高分子安定化処理とを、同時に行ってもよい。４５℃〜６０℃程度の、ブルー相の発現する温度に加熱しながら、紫外線の全面照射を行う。

なお、上記応用例の立体表示めがねの使用において、立体映像を表示するディスプレイは、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、プラズマディスプレイ（ＰＤＰ）、有機エレクトロルミネセンス（ＥＬ）ディスプレイ、電界放出ディスプレイ（ＦＥＤ）、ブラウン管（ＣＲＴ）等、どのようなものでも用いることができ、特に制限はない。

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。

１１、３１ ガラス基板
１２、３２ 透明電極
３ プリズム層
３ａ プリズム
３ｂ ベース層
３ｃ （線対称の）中心軸
３ｄ （回転対称の）中心
４、１３ 垂直配向膜
１４ ギャップコントロール剤
１５ 液晶層
１６ メインシール剤
３３ ＳｉＯ_２膜
４１Ｌ、４１Ｒ 光偏向液晶セル
４２ フレーム部材
４３ 駆動装置
５１Ｌ、５１Ｒ （右目用画像に対応する）ディスプレイからの光線
５２Ｌ、５３Ｌ、５２Ｒ、５３Ｒ （右目用画像表示時の）ディスプレイ外部背景からの光線
６１Ｌ、６１Ｒ （左目用画像に対応する）ディスプレイからの光線
６２Ｌ、６３Ｌ、６２Ｒ、６３Ｒ （左目用画像表示時の）ディスプレイ外部背景からの光線
１００ ディスプレイ

Claims (9)

1. ユーザの両目それぞれに対応して設けられた第１、第２光偏向液晶セルであって、それぞれ、
   誘電率異方性が正の液晶分子を含み、電圧非印加状態でコレステリックブルー相を示す液晶層と、
   相互に対向配置され、前記液晶層を挟持する一対の透明基板と、
   前記一対の透明基板の、前記液晶層側上方にそれぞれ形成され、前記液晶層に電圧を印加する一対の透明電極と、
   前記一対の透明基板の一方の、前記液晶層側上方に形成されたプリズム層と
   を有する第１、第２光偏向液晶セルと、
   前記第１光偏向液晶セルの液晶層をホメオトロピック相とするような高い第１電圧を前記第１光偏向液晶セルに印加するとともに、前記第２光偏向液晶セルの液晶層をコレステリックブルー相に保つような低い第２電圧を前記第２光偏向液晶セルに印加する第１状態と、前記第１光偏向液晶セルの液晶層をコレステリックブルー相に保つような低い第３電圧を前記第１光偏向液晶セルに印加するとともに、前記第２光偏向液晶セルの液晶層をホメオトロピック相とするような高い第４電圧を前記第２光偏向液晶セルに印加する第２状態とを、交互に切り替える第１の制御を行う駆動装置と
   を有する立体映像鑑賞に適した光偏向装置。
2. 前記第１、第２光偏向液晶セルのそれぞれで、液晶層のホメオトロピック相での屈折率と、プリズム層の屈折率とが、同等である請求項１に記載の光偏向装置。
3. 前記第１、第２光偏向液晶セルのそれぞれで、液晶層がブルー相を示しているとき、プリズムが入射光線を偏向させる方向が、面内で異なる請求項１または２に記載の光偏向装置。
4. 前記駆動装置は、前記第２、第３の電圧の少なくとも一方を、時間的に変動させる請求項１〜３のいずれか１項に記載の光偏向装置。
5. 前記第１、第２光偏向液晶セルのプリズム層のそれぞれは、線対称な形状の部分、または回転対称な形状の部分を含み、対称の中心が、ユーザの両目の瞳の位置に配置される請求項１〜４のいずれか１項に記載の光偏向装置。
6. 前記第１、第２光偏向液晶セルのプリズム層のそれぞれは、曲面状のプリズム部分を含む請求項１〜４のいずれか１項に記載の光偏向装置。
7. 前記駆動装置は、さらに、前記第１の制御をしないとき、前記第１、第２光偏向液晶セルのそれぞれに、液晶層をホメオトロピック相とするような高い電圧を印加する第２の制御を行う請求項１〜６のいずれか１項に記載の光偏向装置。
8. 前記第１、第２光偏向液晶セルの液晶層のそれぞれで、液晶層の一部に高分子ネットワークが形成されて、コレステリックブルー相の高分子安定化がされている請求項１〜７のいずれか１項に記載の光偏向装置。
   に記載の光偏向装置。
9. 前記第１、第２光偏向液晶セルのそれぞれで、一対の透明電極のうち、プリズム層側の電極は、プリズム層の液晶層側上方に形成されている請求項１〜８のいずれか１項に記載の光偏向装置。

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