液晶光スイッチング素子及び液晶光スイッチング素子の製造方法及び画像表示装置
【課題】光の利用効率を向上する事が可能で、反射光の方向を容易にコントロールできる液晶光スイッチング素子及び製造方法を提供することを目的としている。
【解決手段】全反射により光を伝えているガラス板等の導光体１０１に、液晶１０７を接触させ、電圧を印加する事により液晶分子の方向をコントロールする事により、実効的な屈折率を変化させ、全反射条件を満たさないようにし、光をスイッチングし、かつ斜面を有する反射膜により光の方向を変えて導光体１０１からほぼ垂直方向に取り出す。
【解決手段】全反射により光を伝えているガラス板等の導光体１０１に、液晶１０７を接触させ、電圧を印加する事により液晶分子の方向をコントロールする事により、実効的な屈折率を変化させ、全反射条件を満たさないようにし、光をスイッチングし、かつ斜面を有する反射膜により光の方向を変えて導光体１０１からほぼ垂直方向に取り出す。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光通信、光演算、光記憶装置、光プリンター、画像表示装置等に使用される液晶光スイッチング素子及び液晶光スイッチング素子の製造方法及び画像表示装置に関するものであり、特に投射型の画像表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の液晶光スイッチング素子は偏光板を二枚用いたものが知られている。
【０００３】図６にその概略構成を示す。偏光板６０１、６０８、ガラス板６０２、６０３、透明電極６０４、６０５、液晶分子６０６、６０７より構成され、透明電極間に電圧を印加することにより液晶分子の方向を変えて偏光面を回転させ光スイッチングを行うものであった。従来の液晶光スイッチング素子の製造方法は平面構造の電極が作成可能なものであり、透過型では透明電極、反射型ではアルミ電極をスパッタ等の真空プロセスにより製造するものであった。
【０００４】従来の画像表示装置は、偏光を液晶パネルに透過あるいは反射するよう照射し、不要なＯＦＦの時の光は偏光板が吸収するようにしたものであった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の液晶光スイッチング素子は偏光板を二枚使用する必要があるため透過率が悪く、光の利用効率を向上する事が難しかった。
【０００６】また従来の液晶光スイッチング素子の製造方法では平面構造の電極しか造る事ができず、反射光の方向をコントロールする事ができなかった。
【０００７】また従来の画像表示装置は、不要なＯＦＦの時の光を偏光板に吸収させるため偏光板の温度が上昇し耐久性に課題があった。また常に光が液晶に照射されるため、液晶の耐久性にも課題があった。またコントラストをさらに向上させたいと言う課題があった。
【０００８】そこで本発明は、偏光板は一枚で良くしたがって光の利用効率を向上する事が可能な液晶光スイッチング素子を提供することを目的としている。
【０００９】また本発明は、立体的な構造の電極を容易につくる事ができ、反射光の方向をコントロールする事が可能な液晶パネルが制作できる液晶光スイッチング素子の製造方法を提供することを目的としている。
【００１０】また本発明は、不要なＯＦＦの時の光を偏光板に吸収させる事なく、またＯＦＦの時には液晶に光が照射されず、信頼性の高い画像表示装置を提供することを目的としている。さらにコントラストの向上も目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の液晶光スイッチング素子は、全反射により光を伝える導光体と、導光体表面に設けた透明電極と、導光体に相対して設置する回路基板と、回路基板表面に作成した斜面を有する凹凸構造と、凹凸構造の表面に設けた反射膜及びアドレス電極とを有し、前記透明電極とアドレス電極の間に液晶を封止し、前記透明電極とアドレス電極間に電圧を印加する事により液晶の実効的な屈折率を異常光に対する値と常光に対する値の間で変化させる事により、全反射状態と、透過状態とを切替え、透過光を前記反射膜により方向を変えて取り出すことを特徴とする。
【００１２】請求項２に記載の液晶光スイッチング素子の製造方法は、回路基板上に樹脂の転写技術を用いて斜面を有する凹凸構造を作成する第一の工程と、その後凹凸構造を保持させたまま樹脂を僅かエッチングする事により回路基板上の電極端子を露出させる第二の工程と、その後反射膜及びアドレス電極となる金属膜を作成する第三の工程とを含む事を特徴とする。
【００１３】請求項３に記載の画像表示装置は、請求項１に記載の光スイッチング素子を二次元状に並べた画像表示素子と、偏光を導光体表面に設けた透明電極で全反射する角度で照射する照明手段と、投射レンズとを用いて画像を表示することを特徴とする。
【００１４】また請求項４に記載の液晶光スイッチング素子は、前記回路基板表面に作成した斜面を有する凹凸構造における斜面の角度は水平より約２０度から約４０度であり、好ましくは３０度である事を特徴とする。
【００１５】また請求項５に記載の液晶光スイッチング素子は、前記透明電極と反射膜の間の最も近接している個所の光路長は使用する波長の１／２波長より長く、好ましくは１波長より長くした事を特徴とする。
【００１６】また請求項６に記載の液晶光スイッチング素子の製造方法は、前記樹脂は紫外線硬化樹脂、あるいは熱硬化性樹脂あるいは熱可塑性樹脂である事を特徴とする。
【００１７】また請求項７に記載の画像表示装置は、請求項１に記載の光スイッチング素子を二次元状に並べた画像表示素子と、偏光を導光体表面に設けた透明電極で全反射する角度で照射する偏光変換光学系を含む照明手段と、投射レンズとを用いて画像を表示することを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下に図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。
【００１９】（実施例１）本発明の原理は、全反射により光を伝えているガラス板等の導光体に、液晶を接触させ、電圧を印加する事により液晶分子の方向をコントロールする事により、実効的な屈折率を変化させ、全反射条件を満たさないようにし、光をスイッチングし、かつ斜面を有する反射膜により光の方向を変えて導光体からほぼ垂直方向に取り出すところにある。
【００２０】図１に、本発明による液晶光スイッチング素子の概略構成を示す。
【００２１】ガラス製あるいは透明プラスチック製の導光体１０１には表面に透明電極１０２が設けてある。導光体１０１に相対して設置したシリコン製の液晶駆動用ＩＣ基板１０３の表面に、紫外線硬化樹脂を型転写する事により作成した断面形状が山形の凹凸構造１０４が設けてある。斜面の角度は水平から約２０度から約４０度で好ましくは３０度近くが良い。本実施例ではシリコン１１０面の異方性エッチングにより約３５度の斜面の多数の溝を有する母型を造り、それを元にして紫外線を透過する材料で型を作成し、これにより約３５度の斜面を有する凹凸構造を作成した。他の角度を使用したい場合は、母型をダイヤモンド工具を使用した超精密切削加工により作成する事が可能である。
【００２２】凹凸構造１０４の表面には、反射膜及びアドレス電極の機能を有するアルミニュウム薄膜１０５を設けてある。アルミニュウム薄膜１０５は電極端子１１２により液晶駆動用ＩＣに接続されている。透明電極１０２とアルミニュウム薄膜１０５の間に液晶を封止する。透明電極１０２とアルミニュウム薄膜１０５間の電圧を変化させる事により液晶分子の向きを１０７、１０８のように変化させ、実効的な屈折率を異常光に対する値と常光に対する値の間で変化させる事により、全反射状態と、透過状態とを切替える。直線偏光１０９を所定の角度で入射させ、液晶の実効的な屈折率を導光体あるいは透明電極の屈折率より低くした場合、光は界面で全反射し不要光１１０となる。直線偏光を同じように所定の角度で入射させ、液晶の実効的な屈折率を導光体あるいは透明の屈折率とほぼ等しいか高くした場合、光は界面を透過し、アルミニュウム薄膜１０５にまで至りそこで反射し方向を変えて出力光１１１となる。
【００２３】説明では液晶配向膜や、保護膜は省略したが、もちろん必要により使用する事が可能である。
【００２４】また上記の例とは逆に不要光１１０を利用する構成とする事ももちろん可能である。
【００２５】また液晶分子の向きは図１に限らず例えば逆の関係も、液晶材料特性の正負の選択により可能である。
【００２６】また、透明電極１０２とアルミニュウム薄膜１０５の間の最も近接している所の光路長は使用する波長の１／２波長より長く、好ましくは１波長より長くする。このようにすれば、全反射時のエバネッセント波がアルミニュウム薄膜１０５にほとんど届かないため、高コントラストが得られる。
【００２７】（実施例２）図２に本発明の液晶光スイッチング素子の製造方法の例を示す。
【００２８】図２（ａ）において、電極端子２０４を有し、表面をＣＭＰ技術により平坦化処理した液晶駆動用ＩＣ基板２０１上に、紫外線硬化樹脂２０２を塗布する。そこにガラス等の紫外線を透過する物質で作成した型２０３を押し付け、紫外線を照射する。型をはがすと図２（ｂ）のごとく凹凸構造２０５が転写により作成される。その後図２（ｃ）のごとく凹凸形状を保持させたまま樹脂を僅かにエッチングし、電極端子２０４を露出させる。、その後反射膜及びアドレス電極となるアルミニューム薄膜２０６を蒸着により作成する。さらにアルミニューム薄膜２０６を部分的にエッチングし、各画素ごとにアドレス電極を分離するための分離帯２０７を碁盤目状に作成する。
【００２９】（実施例３）図３に本発明の液晶光スイッチング素子の製造方法の他の例を示す。
【００３０】図３（ａ）において、電極端子２０４を有し、表面をＣＭＰ技術により平坦化処理した液晶駆動用ＩＣ基板２０１上に、熱硬化性樹脂３０２を塗布する。そこに金型３０１を押し付け加熱する。型をはがすと図３R>３（ｂ）のごとく凹凸構造３０３が転写により作成される。その後図３（ｃ）のごとく凹凸形状を保持させたまま樹脂を部分的に僅かにエッチングし、電極端子２０４を露出させる。、その後反射膜及びアドレス電極となるアルミニューム膜３０４を蒸着により作成する。さらにアルミニューム膜３０４を部分的にエッチングし、各画素ごとにアドレス電極を分離するための分離帯３０５を碁盤目状に作成する。
【００３１】ここでは耐熱特性を重視して熱硬化性樹脂を用いたが、特に高温で使用しない用途であれば熱過疎性樹脂を利用する事も可能である。
【００３２】（実施例４）図４に、本発明の液晶光スイッチング素子の製造方法の他の例を示す。
【００３３】この例は、画素ごとに反射面の傾きを所定の角度に変化させ、マイクロレンズ４０１から入射した光を再びもとのマイクロレンズに戻すために使用する凹凸構造を作成するものである。
【００３４】図４において、４０２、４０３、４０４は電極端子で表面をＣＭＰ技術により表面を平坦化する。凹凸構造４０５は紫外線硬化樹脂に型転写により作成する。凹凸構造４０５を僅かにエッチングし、電極端子を露出させる。、その後反射膜及びアドレス電極となるアルミニューム薄膜４０６、４０７、４０８を蒸着により作成する。さらにアルミニューム薄膜を部分的にエッチングし、各画素ごとにアドレス電極を分離するための分離帯を作成する。
【００３５】アルミニューム薄膜とマイクロレンズ４０１との間に透明電極を介して液晶を封止して使用する。
【００３６】上記の応用以外にも例えば、携帯用反射液晶パネルの視角特性改善用の四角錘状の凹凸構造を作成する事も本発明の液晶光スイッチング素子の製造方法を用いる事により可能である。
【００３７】（実施例５）図５に、本発明の画像表示装置に使用する他の光学系を示す。メタルハライドランプのアーク５０１より発した光は放物面鏡５０２によりほぼ平行光とされ、偏光変換光学系５０３によりほぼ直線偏光となる。コンデンサーレンズ５０４により回転カラーフィルタ５０５近傍へ集光され、角柱のロッドレンズ５０６により光量むらを低減し、再びコリメータレンズ５０７によりほぼ平行光あるいは若干の収束光として偏光板５０８により完全な直線偏光となり、台形プリズム５０９に入射し、本発明の実施例１に示した液晶光スイッチング素子５１０にいたる。液晶光スイッチング素子がＯＮしている場合、光は投射レンズ５１１によりスクリーン５１２に結像する。ＯＦＦの場合は全反射し、スクリーン５１２に至らない。ＯＦＦの場合の光は例えば台形プリズム５０９の工夫により再び光源に戻す事により再利用可能である。
【００３８】偏光変換光学系５０３の位置は上記の例以外に例えばコリメータレンズ５０７を透過した後の位置でも良い。またロッドレンズ５０６の位置は上記の例以外に例えば回転カラーフィルタ５０５に入射する前の位置でも良い。
【００３９】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明の請求項１の構成によれば、全反射状態と、透過状態とを切替えるため、理論的にほぼ無限大に近い高コントラストが得られ、しかも回路基板表面に作成した斜面によって方向を変えて導光体の上部より光を取り出すことができるため駆動回路の上部に反射液晶光スイッチング素子が構成でき、開口率を９０％以上とする事が可能である。
【００４０】またＯＦＦの時には液晶に光が照射されず、液晶や配向膜等の信頼性を高める事ができる。
【００４１】また本発明の請求項２の方法によれば、回路基板上に任意の立体構造が簡単に作成可能となるため、特に反射タイプの液晶の反射光の方向制御が自在にできるようになる。
【００４２】また本発明の請求項３の構成によれば、偏光板を一枚だけ使用して、高コントラストな明るい画像が表示可能な画像表示装置を実現できる。偏光板一枚の削減により約３０％のエネルギーが節約できる。また不要なＯＦＦの時の光を偏光板に吸収させる事がないため偏光板の劣化を少なくする事ができる。
【００４３】また本発明の請求項４の構成によれば、斜面を水平より約３０度程度とする事により、斜めより液晶光スイッチング素子に入射した光をほほ導光体に対して垂直方向に反射させる事が可能となり、その時斜面に影ができにくくする事が可能となる。
【００４４】また本発明の請求項５の構成によれば、全反射時のエバネッセント波が反射膜にほとんど届かないため、ＯＦＦの時の投射レンズに入る光量を減らす事ができ、高コントラストが得られる。
【００４５】また本発明の請求項６の方法によれば、紫外線硬化あるいは熱硬化等による容易な型転写を行う事が可能となる。
【００４６】また本発明の請求項７の構成によれば、通常の透過型の液晶プロジャクターで使用されている偏光変換光学系と同様に、利用できない偏光方向の光を利用可能とする事ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態、実施例１に係る液晶光スイッチング素子の概略構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態、実施例２に係る液晶光スイッチング素子の製造方法を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態、実施例３に係る液晶光スイッチング素子の製造方法を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態、実施例４に係る液晶光スイッチング素子の製造方法を示す説明図である。
【図５】本発明の実施の形態、実施例５に係る画像表示装置の概略構成を示す図である。
【図６】従来の液晶を用いた光スイッチング素子を示す図である。
【符号の説明】
１０１・・導光体
１０２・・透明電極
１０３、２０１・・液晶駆動用ＩＣ基板
１０４、２０５、４０５・・凹凸構造
１０５、２０６、３０４、４０６、４０７、４０８・・アルミニュウム薄膜
１０７、１０８・・液晶分子
１０９・・直線偏光
１１０・・不要光
１１１・・出力光
１１２、２０４、４０２、４０３、４０４・・電極端子
２０２・・紫外線硬化樹脂
２０３、３０１・・型
２０７、３０５・・分離帯
３０２・・熱硬化性樹脂
４０１・・マイクロレンズ
５０１・・アーク
５０２・・放物面鏡
５０３・・偏光変換光学系
５０４・・コンデンサーレンズ
５０５・・回転カラーフィルタ
５０６・・ロッドレンズ
５０７・・コリメータレンズ
５０８・・偏光板
５０９・・台形プリズム
５１０・・液晶光スイッチング素子
５１１・・投射レンズ
５１２・・スクリーン
６０１、６０８・・偏光板
６０２、６０３・・ガラス板
６０４、６０５・・透明電極
６０６、６０７・・液晶分子
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光通信、光演算、光記憶装置、光プリンター、画像表示装置等に使用される液晶光スイッチング素子及び液晶光スイッチング素子の製造方法及び画像表示装置に関するものであり、特に投射型の画像表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の液晶光スイッチング素子は偏光板を二枚用いたものが知られている。
【０００３】図６にその概略構成を示す。偏光板６０１、６０８、ガラス板６０２、６０３、透明電極６０４、６０５、液晶分子６０６、６０７より構成され、透明電極間に電圧を印加することにより液晶分子の方向を変えて偏光面を回転させ光スイッチングを行うものであった。従来の液晶光スイッチング素子の製造方法は平面構造の電極が作成可能なものであり、透過型では透明電極、反射型ではアルミ電極をスパッタ等の真空プロセスにより製造するものであった。
【０００４】従来の画像表示装置は、偏光を液晶パネルに透過あるいは反射するよう照射し、不要なＯＦＦの時の光は偏光板が吸収するようにしたものであった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の液晶光スイッチング素子は偏光板を二枚使用する必要があるため透過率が悪く、光の利用効率を向上する事が難しかった。
【０００６】また従来の液晶光スイッチング素子の製造方法では平面構造の電極しか造る事ができず、反射光の方向をコントロールする事ができなかった。
【０００７】また従来の画像表示装置は、不要なＯＦＦの時の光を偏光板に吸収させるため偏光板の温度が上昇し耐久性に課題があった。また常に光が液晶に照射されるため、液晶の耐久性にも課題があった。またコントラストをさらに向上させたいと言う課題があった。
【０００８】そこで本発明は、偏光板は一枚で良くしたがって光の利用効率を向上する事が可能な液晶光スイッチング素子を提供することを目的としている。
【０００９】また本発明は、立体的な構造の電極を容易につくる事ができ、反射光の方向をコントロールする事が可能な液晶パネルが制作できる液晶光スイッチング素子の製造方法を提供することを目的としている。
【００１０】また本発明は、不要なＯＦＦの時の光を偏光板に吸収させる事なく、またＯＦＦの時には液晶に光が照射されず、信頼性の高い画像表示装置を提供することを目的としている。さらにコントラストの向上も目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の液晶光スイッチング素子は、全反射により光を伝える導光体と、導光体表面に設けた透明電極と、導光体に相対して設置する回路基板と、回路基板表面に作成した斜面を有する凹凸構造と、凹凸構造の表面に設けた反射膜及びアドレス電極とを有し、前記透明電極とアドレス電極の間に液晶を封止し、前記透明電極とアドレス電極間に電圧を印加する事により液晶の実効的な屈折率を異常光に対する値と常光に対する値の間で変化させる事により、全反射状態と、透過状態とを切替え、透過光を前記反射膜により方向を変えて取り出すことを特徴とする。
【００１２】請求項２に記載の液晶光スイッチング素子の製造方法は、回路基板上に樹脂の転写技術を用いて斜面を有する凹凸構造を作成する第一の工程と、その後凹凸構造を保持させたまま樹脂を僅かエッチングする事により回路基板上の電極端子を露出させる第二の工程と、その後反射膜及びアドレス電極となる金属膜を作成する第三の工程とを含む事を特徴とする。
【００１３】請求項３に記載の画像表示装置は、請求項１に記載の光スイッチング素子を二次元状に並べた画像表示素子と、偏光を導光体表面に設けた透明電極で全反射する角度で照射する照明手段と、投射レンズとを用いて画像を表示することを特徴とする。
【００１４】また請求項４に記載の液晶光スイッチング素子は、前記回路基板表面に作成した斜面を有する凹凸構造における斜面の角度は水平より約２０度から約４０度であり、好ましくは３０度である事を特徴とする。
【００１５】また請求項５に記載の液晶光スイッチング素子は、前記透明電極と反射膜の間の最も近接している個所の光路長は使用する波長の１／２波長より長く、好ましくは１波長より長くした事を特徴とする。
【００１６】また請求項６に記載の液晶光スイッチング素子の製造方法は、前記樹脂は紫外線硬化樹脂、あるいは熱硬化性樹脂あるいは熱可塑性樹脂である事を特徴とする。
【００１７】また請求項７に記載の画像表示装置は、請求項１に記載の光スイッチング素子を二次元状に並べた画像表示素子と、偏光を導光体表面に設けた透明電極で全反射する角度で照射する偏光変換光学系を含む照明手段と、投射レンズとを用いて画像を表示することを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下に図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。
【００１９】（実施例１）本発明の原理は、全反射により光を伝えているガラス板等の導光体に、液晶を接触させ、電圧を印加する事により液晶分子の方向をコントロールする事により、実効的な屈折率を変化させ、全反射条件を満たさないようにし、光をスイッチングし、かつ斜面を有する反射膜により光の方向を変えて導光体からほぼ垂直方向に取り出すところにある。
【００２０】図１に、本発明による液晶光スイッチング素子の概略構成を示す。
【００２１】ガラス製あるいは透明プラスチック製の導光体１０１には表面に透明電極１０２が設けてある。導光体１０１に相対して設置したシリコン製の液晶駆動用ＩＣ基板１０３の表面に、紫外線硬化樹脂を型転写する事により作成した断面形状が山形の凹凸構造１０４が設けてある。斜面の角度は水平から約２０度から約４０度で好ましくは３０度近くが良い。本実施例ではシリコン１１０面の異方性エッチングにより約３５度の斜面の多数の溝を有する母型を造り、それを元にして紫外線を透過する材料で型を作成し、これにより約３５度の斜面を有する凹凸構造を作成した。他の角度を使用したい場合は、母型をダイヤモンド工具を使用した超精密切削加工により作成する事が可能である。
【００２２】凹凸構造１０４の表面には、反射膜及びアドレス電極の機能を有するアルミニュウム薄膜１０５を設けてある。アルミニュウム薄膜１０５は電極端子１１２により液晶駆動用ＩＣに接続されている。透明電極１０２とアルミニュウム薄膜１０５の間に液晶を封止する。透明電極１０２とアルミニュウム薄膜１０５間の電圧を変化させる事により液晶分子の向きを１０７、１０８のように変化させ、実効的な屈折率を異常光に対する値と常光に対する値の間で変化させる事により、全反射状態と、透過状態とを切替える。直線偏光１０９を所定の角度で入射させ、液晶の実効的な屈折率を導光体あるいは透明電極の屈折率より低くした場合、光は界面で全反射し不要光１１０となる。直線偏光を同じように所定の角度で入射させ、液晶の実効的な屈折率を導光体あるいは透明の屈折率とほぼ等しいか高くした場合、光は界面を透過し、アルミニュウム薄膜１０５にまで至りそこで反射し方向を変えて出力光１１１となる。
【００２３】説明では液晶配向膜や、保護膜は省略したが、もちろん必要により使用する事が可能である。
【００２４】また上記の例とは逆に不要光１１０を利用する構成とする事ももちろん可能である。
【００２５】また液晶分子の向きは図１に限らず例えば逆の関係も、液晶材料特性の正負の選択により可能である。
【００２６】また、透明電極１０２とアルミニュウム薄膜１０５の間の最も近接している所の光路長は使用する波長の１／２波長より長く、好ましくは１波長より長くする。このようにすれば、全反射時のエバネッセント波がアルミニュウム薄膜１０５にほとんど届かないため、高コントラストが得られる。
【００２７】（実施例２）図２に本発明の液晶光スイッチング素子の製造方法の例を示す。
【００２８】図２（ａ）において、電極端子２０４を有し、表面をＣＭＰ技術により平坦化処理した液晶駆動用ＩＣ基板２０１上に、紫外線硬化樹脂２０２を塗布する。そこにガラス等の紫外線を透過する物質で作成した型２０３を押し付け、紫外線を照射する。型をはがすと図２（ｂ）のごとく凹凸構造２０５が転写により作成される。その後図２（ｃ）のごとく凹凸形状を保持させたまま樹脂を僅かにエッチングし、電極端子２０４を露出させる。、その後反射膜及びアドレス電極となるアルミニューム薄膜２０６を蒸着により作成する。さらにアルミニューム薄膜２０６を部分的にエッチングし、各画素ごとにアドレス電極を分離するための分離帯２０７を碁盤目状に作成する。
【００２９】（実施例３）図３に本発明の液晶光スイッチング素子の製造方法の他の例を示す。
【００３０】図３（ａ）において、電極端子２０４を有し、表面をＣＭＰ技術により平坦化処理した液晶駆動用ＩＣ基板２０１上に、熱硬化性樹脂３０２を塗布する。そこに金型３０１を押し付け加熱する。型をはがすと図３R>３（ｂ）のごとく凹凸構造３０３が転写により作成される。その後図３（ｃ）のごとく凹凸形状を保持させたまま樹脂を部分的に僅かにエッチングし、電極端子２０４を露出させる。、その後反射膜及びアドレス電極となるアルミニューム膜３０４を蒸着により作成する。さらにアルミニューム膜３０４を部分的にエッチングし、各画素ごとにアドレス電極を分離するための分離帯３０５を碁盤目状に作成する。
【００３１】ここでは耐熱特性を重視して熱硬化性樹脂を用いたが、特に高温で使用しない用途であれば熱過疎性樹脂を利用する事も可能である。
【００３２】（実施例４）図４に、本発明の液晶光スイッチング素子の製造方法の他の例を示す。
【００３３】この例は、画素ごとに反射面の傾きを所定の角度に変化させ、マイクロレンズ４０１から入射した光を再びもとのマイクロレンズに戻すために使用する凹凸構造を作成するものである。
【００３４】図４において、４０２、４０３、４０４は電極端子で表面をＣＭＰ技術により表面を平坦化する。凹凸構造４０５は紫外線硬化樹脂に型転写により作成する。凹凸構造４０５を僅かにエッチングし、電極端子を露出させる。、その後反射膜及びアドレス電極となるアルミニューム薄膜４０６、４０７、４０８を蒸着により作成する。さらにアルミニューム薄膜を部分的にエッチングし、各画素ごとにアドレス電極を分離するための分離帯を作成する。
【００３５】アルミニューム薄膜とマイクロレンズ４０１との間に透明電極を介して液晶を封止して使用する。
【００３６】上記の応用以外にも例えば、携帯用反射液晶パネルの視角特性改善用の四角錘状の凹凸構造を作成する事も本発明の液晶光スイッチング素子の製造方法を用いる事により可能である。
【００３７】（実施例５）図５に、本発明の画像表示装置に使用する他の光学系を示す。メタルハライドランプのアーク５０１より発した光は放物面鏡５０２によりほぼ平行光とされ、偏光変換光学系５０３によりほぼ直線偏光となる。コンデンサーレンズ５０４により回転カラーフィルタ５０５近傍へ集光され、角柱のロッドレンズ５０６により光量むらを低減し、再びコリメータレンズ５０７によりほぼ平行光あるいは若干の収束光として偏光板５０８により完全な直線偏光となり、台形プリズム５０９に入射し、本発明の実施例１に示した液晶光スイッチング素子５１０にいたる。液晶光スイッチング素子がＯＮしている場合、光は投射レンズ５１１によりスクリーン５１２に結像する。ＯＦＦの場合は全反射し、スクリーン５１２に至らない。ＯＦＦの場合の光は例えば台形プリズム５０９の工夫により再び光源に戻す事により再利用可能である。
【００３８】偏光変換光学系５０３の位置は上記の例以外に例えばコリメータレンズ５０７を透過した後の位置でも良い。またロッドレンズ５０６の位置は上記の例以外に例えば回転カラーフィルタ５０５に入射する前の位置でも良い。
【００３９】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明の請求項１の構成によれば、全反射状態と、透過状態とを切替えるため、理論的にほぼ無限大に近い高コントラストが得られ、しかも回路基板表面に作成した斜面によって方向を変えて導光体の上部より光を取り出すことができるため駆動回路の上部に反射液晶光スイッチング素子が構成でき、開口率を９０％以上とする事が可能である。
【００４０】またＯＦＦの時には液晶に光が照射されず、液晶や配向膜等の信頼性を高める事ができる。
【００４１】また本発明の請求項２の方法によれば、回路基板上に任意の立体構造が簡単に作成可能となるため、特に反射タイプの液晶の反射光の方向制御が自在にできるようになる。
【００４２】また本発明の請求項３の構成によれば、偏光板を一枚だけ使用して、高コントラストな明るい画像が表示可能な画像表示装置を実現できる。偏光板一枚の削減により約３０％のエネルギーが節約できる。また不要なＯＦＦの時の光を偏光板に吸収させる事がないため偏光板の劣化を少なくする事ができる。
【００４３】また本発明の請求項４の構成によれば、斜面を水平より約３０度程度とする事により、斜めより液晶光スイッチング素子に入射した光をほほ導光体に対して垂直方向に反射させる事が可能となり、その時斜面に影ができにくくする事が可能となる。
【００４４】また本発明の請求項５の構成によれば、全反射時のエバネッセント波が反射膜にほとんど届かないため、ＯＦＦの時の投射レンズに入る光量を減らす事ができ、高コントラストが得られる。
【００４５】また本発明の請求項６の方法によれば、紫外線硬化あるいは熱硬化等による容易な型転写を行う事が可能となる。
【００４６】また本発明の請求項７の構成によれば、通常の透過型の液晶プロジャクターで使用されている偏光変換光学系と同様に、利用できない偏光方向の光を利用可能とする事ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態、実施例１に係る液晶光スイッチング素子の概略構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態、実施例２に係る液晶光スイッチング素子の製造方法を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態、実施例３に係る液晶光スイッチング素子の製造方法を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態、実施例４に係る液晶光スイッチング素子の製造方法を示す説明図である。
【図５】本発明の実施の形態、実施例５に係る画像表示装置の概略構成を示す図である。
【図６】従来の液晶を用いた光スイッチング素子を示す図である。
【符号の説明】
１０１・・導光体
１０２・・透明電極
１０３、２０１・・液晶駆動用ＩＣ基板
１０４、２０５、４０５・・凹凸構造
１０５、２０６、３０４、４０６、４０７、４０８・・アルミニュウム薄膜
１０７、１０８・・液晶分子
１０９・・直線偏光
１１０・・不要光
１１１・・出力光
１１２、２０４、４０２、４０３、４０４・・電極端子
２０２・・紫外線硬化樹脂
２０３、３０１・・型
２０７、３０５・・分離帯
３０２・・熱硬化性樹脂
４０１・・マイクロレンズ
５０１・・アーク
５０２・・放物面鏡
５０３・・偏光変換光学系
５０４・・コンデンサーレンズ
５０５・・回転カラーフィルタ
５０６・・ロッドレンズ
５０７・・コリメータレンズ
５０８・・偏光板
５０９・・台形プリズム
５１０・・液晶光スイッチング素子
５１１・・投射レンズ
５１２・・スクリーン
６０１、６０８・・偏光板
６０２、６０３・・ガラス板
６０４、６０５・・透明電極
６０６、６０７・・液晶分子
【特許請求の範囲】
【請求項１】全反射により光を伝える導光体と、該導光体表面に設けた透明電極と、前記導光体に相対して設置する回路基板と、該回路基板表面に作成した斜面を有する凹凸構造と、該凹凸構造の表面に設けた反射膜及びアドレス電極とを有し、前記透明電極と前記アドレス電極の間に液晶を封止し、前記透明電極と前記アドレス電極間に電圧を印加する事により前記液晶の実効的な屈折率を異常光に対する値と常光に対する値の間で変化させる事により、全反射状態と透過状態とを切替え、透過光を前記反射膜により方向を変えて取り出すことを特徴とする液晶光スイッチング素子。
【請求項２】回路基板上に樹脂の転写技術を用いて斜面を有する凹凸構造を作成する第一の工程と、その後前記凹凸構造を保持させたまま樹脂を僅かエッチングする事により前記回路基板上の電極端子を露出させる第二の工程と、その後反射膜及びアドレス電極となる金属膜を作成する第三の工程とを含む事を特徴とする液晶光スイッチング素子の製造方法。
【請求項３】請求項１に記載の光スイッチング素子を二次元状に並べた画像表示素子と、偏光を前記導光体表面に設けた前記透明電極で全反射する角度で照射する照明手段と、投射レンズとを用いて画像を表示することを特徴とする画像表示装置。
【請求項４】前記回路基板表面に作成した斜面を有する凹凸構造における斜面の角度は水平より約２０度から約４０度であり、好ましくは３０度である事を特徴とする請求項１に記載の液晶光スイッチング素子。
【請求項５】前記透明電極と前記反射膜の間の最も近接している個所の光路長は使用する波長の１／２波長より長く、好ましくは１波長より長くした事を特徴とする請求項１に記載の液晶光スイッチング素子。
【請求項６】前記樹脂は紫外線硬化樹脂、あるいは熱硬化性樹脂あるいは熱可塑性樹脂である事を特徴とする請求項２に記載の液晶光スイッチング素子の製造方法。
【請求項７】請求項１に記載の光スイッチング素子を二次元状に並べた画像表示素子と、偏光を前記導光体表面に設けた前記透明電極で全反射する角度で照射する偏光変換光学系を含む照明手段と、投射レンズとを用いて画像を表示することを特徴とする請求項３に記載の画像表示装置。
【請求項１】全反射により光を伝える導光体と、該導光体表面に設けた透明電極と、前記導光体に相対して設置する回路基板と、該回路基板表面に作成した斜面を有する凹凸構造と、該凹凸構造の表面に設けた反射膜及びアドレス電極とを有し、前記透明電極と前記アドレス電極の間に液晶を封止し、前記透明電極と前記アドレス電極間に電圧を印加する事により前記液晶の実効的な屈折率を異常光に対する値と常光に対する値の間で変化させる事により、全反射状態と透過状態とを切替え、透過光を前記反射膜により方向を変えて取り出すことを特徴とする液晶光スイッチング素子。
【請求項２】回路基板上に樹脂の転写技術を用いて斜面を有する凹凸構造を作成する第一の工程と、その後前記凹凸構造を保持させたまま樹脂を僅かエッチングする事により前記回路基板上の電極端子を露出させる第二の工程と、その後反射膜及びアドレス電極となる金属膜を作成する第三の工程とを含む事を特徴とする液晶光スイッチング素子の製造方法。
【請求項３】請求項１に記載の光スイッチング素子を二次元状に並べた画像表示素子と、偏光を前記導光体表面に設けた前記透明電極で全反射する角度で照射する照明手段と、投射レンズとを用いて画像を表示することを特徴とする画像表示装置。
【請求項４】前記回路基板表面に作成した斜面を有する凹凸構造における斜面の角度は水平より約２０度から約４０度であり、好ましくは３０度である事を特徴とする請求項１に記載の液晶光スイッチング素子。
【請求項５】前記透明電極と前記反射膜の間の最も近接している個所の光路長は使用する波長の１／２波長より長く、好ましくは１波長より長くした事を特徴とする請求項１に記載の液晶光スイッチング素子。
【請求項６】前記樹脂は紫外線硬化樹脂、あるいは熱硬化性樹脂あるいは熱可塑性樹脂である事を特徴とする請求項２に記載の液晶光スイッチング素子の製造方法。
【請求項７】請求項１に記載の光スイッチング素子を二次元状に並べた画像表示素子と、偏光を前記導光体表面に設けた前記透明電極で全反射する角度で照射する偏光変換光学系を含む照明手段と、投射レンズとを用いて画像を表示することを特徴とする請求項３に記載の画像表示装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０００−１７１８１３（Ｐ２０００−１７１８１３Ａ）
【公開日】平成１２年６月２３日（２０００．６．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願平１０−３４４２５５
【出願日】平成１０年１２月３日（１９９８．１２．３）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１２年６月２３日（２０００．６．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１０年１２月３日（１９９８．１２．３）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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