JP2008176174A - 配向層ならびにそれを用いる液晶表示装置および光学素子 - Google Patents

Abstract

【課題】液晶表示装置などに用いられ、放射状に延びる配向溝によって視野角を拡大することができる配向膜において、前記配向溝を、中心点付近まで安定した放射形状に形成するとともに、間隔に、中心側と外方側とで大きな差が生じないようにする。
【解決手段】一方の基板の対向面側に設けられる配向膜が各画素Ａの中心Ｐ０から前記放射状に延びる配向溝２を有し、他方の基板の対向面側に設けられる配向膜が各画素Ａの中心Ｐ０に対して同心円状に形成される配向溝３を有することで、どの方向から見ても一様に見えるようにした液晶パネル１において、前記画素Ａの中心Ｐ０から放射状に延びる配向溝２を、前記中心Ｐ０に近付くにつれて間引く。したがって、中心点付近まで安定した放射形状を作成できるとともに、間隔に中心側と外方側とで大きな差が生じないようにすることができ、視野角の拡大に対して大きな効果を得ることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶表示装置や光学素子などに用いられる配向層ならびにそれを用いる前記液晶表示装置および光学素子に関する。

表示用液晶デバイスにおいて、視野角を拡大することは課題であり、液晶材料の改良から配向方法にいたるまで多くの研究がなされている。配向を工夫した手法としては、配向エリアを分割して逆方向のラビングを行うマスクラビング法、リブ法、光配向層法などがある。たとえば、特許文献１には、ＴＮ方式の液晶を用いて、画素毎に、配向溝を、一方の基板側では同心状とし、他方の基板側では放射状とすることで、各画素がどの方向から見ても同じ条件となり、前記視野角を拡大することが示されている。前記配向溝は、凸条であっても同様の効果を得ることができる。
特開平６−３２４３３７号公報

上述の従来技術では、放射状の配向溝を用いることで視野角の拡大が可能になるけれども、画素の外方側で適切な溝間隔にしようとすると、中心（光軸）側は溝だらけになり、中心（光軸）側を適切な溝間隔にしようとすると、外方側は溝がまばらになり、配向による効果が得られないという問題がある。

本発明の目的は、配向溝または凸条に中心付近まで安定した放射形状を作成できるとともに、配向溝または凸条の間隔に、中心側と外方側とで大きな差が生じないようにすることができる配向層ならびにそれを用いる液晶表示装置および光学素子を提供することである。

本発明の配向層は、一軸の屈折率異方性を有する材料を含む複屈折層に接触して前記材料を配向させるための配向層において、該配向層の面方向に放射状に延びる配向溝または凸条を有し、前記配向溝または凸条は、該配向層の中心に近付くにつれて間引かれていることを特徴とする。

また、本発明の配向層は、一軸の屈折率異方性を有する材料を含む複屈折層に接触して前記材料を配向させるための配向層において、該配向層の面方向に放射状に延び、かつ領域を均等な角度でｍ×２^ｎ（ｍ，ｎは自然数）に分割する配向溝または凸条を有し、前記配向溝または凸条は、該配向層の中心から所定の距離だけ離反する毎に、その半径地点までの本数をｍ×２^ｎ本とするとき、その半径の円周外側において、ｍ×２^ｎ＋１本に増加されてゆくことを特徴とする。

上記の構成によれば、液晶表示装置の画素毎や、光学ピックアップにおける光ディスクの複屈折補正素子として用いられる光学素子などに用いられ、液晶などの一軸の屈折率異方性を有する材料を含む複屈折層の表層に接触して前記材料を所定の方向に配向させるための配向層において、矩形の表示領域や円形のビーム通過領域の中心から放射状に延びて、配向溝または凸条を形成するようにし、その配向溝または凸条の間隔に、中心側と外方側とで大きな差が生じないように、前記配向溝または凸条を、中心に近付くにつれて間引く。すなわち、前記配向溝または凸条は、矩形の表示領域や円形のビーム通過領域を均等にｍ×２^ｎ（ｍ，ｎは自然数）に分割し、中心から所定の距離だけ離反する毎に、その半径地点までの本数をｍ×２^ｎ本とするとき、その半径地点までの配向溝または凸条間に新たな配向溝または凸条がその半径地点を基点として形成され始め、その半径地点から前記配向溝または凸条はｍ×２^ｎ＋１本に増加してゆく。

したがって、前記配向溝または凸条に中心付近まで安定した放射形状を作成できるとともに、前述のように配向溝または凸条の間隔に、中心側と外方側とで大きな差が生じないようにすることができる。これによって、液晶表示装置における視野角の拡大や、光学ピックアップにおける複屈折補正に対して大きな効果を得ることができる。

さらにまた、本発明の配向層では、前記配向溝または凸条は、中心から離反するにつれて、幅広に形成されることを特徴とする。

上記の構成によれば、中心側と外方側とにおいて、前記配向溝または凸条の間隔を、より均一にすることができる。

また、本発明の液晶表示装置は、対を成す基板の内、一方の基板の対向面側に前記の配向層を有し、他方の基板の対向面側に同心円状の配向溝または凸条が形成された配向層を有し、前記配向溝または凸条がナノインプリントから成ることを特徴とする。

上記の構成によれば、選択的なラビングは工数が掛かるとともに、ラビングは完全な放射状および同心状にできないのに対して、ナノインプリントを用いることで、完全な放射状および同心状の前記配向溝または凸条を連続して作成することができる。

したがって、視野角を拡大することができる液晶表示装置を簡易に実現することができる。

さらにまた、本発明の光学素子は、対を成す基板の対向面側に前記の配向層をそれぞれ有し、前記複屈折層は、前記一軸の屈折率異方性を有する材料としての液晶と、硬化性樹脂とを含み、リング状の電極で電界を印加することで、前記液晶の軸を、中心部分で面方向に、外方側になるにつれて厚み方向に起立させてゆき、その状態で固形化した前記硬化性樹脂によって固定化されていることを特徴とする。

上記の構成によれば、前記一軸の屈折率異方性を有する材料として液晶を用い、光学ピックアップにおいて光ディスクの複屈折補正素子として用いられる光学素子において、前記の配向層を用いるとともに、リング状の電極、好ましくは光出射側をべた電極、入射側を前記リング状の電極で電界を印加することで、前記液晶の軸を、中心部分で面方向に、外方側になるにつれて厚み方向に起立させてゆくことができる。その状態で、前記材料に混合された硬化性樹脂を硬化させて前記複屈折層を固定化させ、必要に応じて前記電極を撤去するなどして前記光学素子を完成させる。

したがって、光ビームの光軸側よりも外周側での位相が進み、光ディスクの複屈折による影響を打ち消すことができ、分解能を向上できる光学素子を実現することができる。

また、本発明の光学素子は、対を成す基板の対向面側に前記の配向層をそれぞれ有し、前記一軸の屈折率異方性を有する材料は液晶であり、リング状の電極で電界を印加することで、前記液晶の軸の傾きを、中心部分と外方側とで異なるように変化させることを特徴とする。

上記の構成によれば、前記一軸の屈折率異方性を有する材料として液晶を用い、光学ピックアップにおいて光ディスクの複屈折補正素子として用いられる光学素子において、前記の配向層を用いるとともに、リング状の電極、好ましくは光出射側をべた電極、入射側を前記リング状の電極として電界を印加することで、前記液晶の軸の傾きを中心部分と外方側とで異なるように変化させ、外方側になるにつれて厚み方向に起立させてゆくことができる。

したがって、光ビームの光軸側よりも外周側での位相が進み、光ディスクの複屈折による影響を打ち消すことができ、分解能を向上できる光学素子を実現することができる。また、電界強度を変化することで、前記位相の進み具合を調整することができる。

本発明の配向層は、以上のように、液晶表示装置の画素毎や、光学ピックアップにおける光ディスクの複屈折補正素子として用いられる光学素子などに用いられ、液晶などの一軸の屈折率異方性を有する材料を含む樹脂層の表層に接触して前記材料を所定の方向に配向させるための配向層において、矩形の表示領域や円形のビーム通過領域の中心から放射状に延びて、配向溝または凸条を形成するようにし、その配向溝または凸条の間隔に、中心側と外方側とで大きな差が生じないように、前記配向溝または凸条を、中心に近付くにつれて間引く。

それゆえ、前記配向溝または凸条に中心付近まで安定した放射形状を作成できるとともに、前述のように配向溝または凸条の間隔に、中心側と外方側とで大きな差が生じないようにすることができる。これによって、液晶表示装置における視野角の拡大や、光学ピックアップにおける複屈折補正に対して大きな効果を得ることができる。

さらにまた、本発明の配向層では、以上のように、前記配向溝または凸条を、中心から離反するにつれて、幅広に形成する。

それゆえ、中心側と外方側とにおいて、前記配向溝または凸条の間隔を、より均一にすることができる。

また、本発明の液晶表示装置は、以上のように、対を成す基板の内、一方の基板の対向面側に前記の配向層を有し、他方の基板の対向面側に同心円状の配向溝または凸条が形成された配向層を有し、前記配向溝または凸条をナノインプリントによって形成する。

それゆえ、選択的なラビングは工数が掛かるとともに、ラビングは完全な放射状および同心状にできないのに対して、ナノインプリントを用いることで、完全な放射状および同心状の前記配向溝または凸条を連続して作成することができ、視野角を拡大することができる液晶表示装置を簡易に実現することができる。

さらにまた、本発明の光学素子は、以上のように、前記一軸の屈折率異方性を有する材料として液晶を用い、光学ピックアップにおいて光ディスクの複屈折補正素子として用いられる光学素子において、前記の配向層を用いるとともに、リング状の電極、好ましくは光出射側をべた電極、入射側を前記リング状の電極で電界を印加することで、前記液晶の軸を、中心部分で面方向に、外方側になるにつれて厚み方向に起立させてゆくことができ、その状態で混合した硬化性樹脂を硬化させて前記複屈折層を固定化させ、必要に応じて前記電極を撤去するなどして前記光学素子を完成させる。

それゆえ、光ビームの光軸側よりも外周側での位相が進み、光ディスクの複屈折による影響を打ち消すことができ、分解能を向上できる光学素子を実現することができる。

また、本発明の光学素子は、以上のように、前記一軸の屈折率異方性を有する材料として液晶を用い、光学ピックアップにおいて光ディスクの複屈折補正素子として用いられる光学素子において、前記の配向層を用いるとともに、リング状の電極、好ましくは光出射側をべた電極、入射側を前記リング状の電極として電界を印加することで、前記液晶の軸の傾きを中心部分と外方側とで異なるように変化させ、外方側になるにつれて厚み方向に起立させてゆくことができる。

それゆえ、光ビームの光軸側よりも外周側での位相が進み、光ディスクの複屈折による影響を打ち消すことができ、分解能を向上できる光学素子を実現することができる。また、電界強度を変化することで、前記位相の進み具合を調整することができる。

［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の一形態に係る液晶表示装置を実現する液晶パネル１の一部分を拡大して示す正面図である。この液晶パネル１は、前記特許文献１と同様に、一対のガラス基板の内、一方の基板の対向面側に設けられる配向層である配向膜は、各画素Ａの中心Ｐ０から放射状に延びる配向溝または凸条２を有し、他方の基板の対向面側に設けられる配向膜は、各画素Ａの中心Ｐ０に対して同心円状に形成される配向溝または凸条３を有する。

前記配向溝または凸条２，３は、配向膜となる樹脂シートに電子線描画等で形成され、エッチングにより転写したものをそのまま前記配向膜として用いてもよく、或いは型材に前記電子線描画等で形成され、エッチングにより転写したものがナノインプリントなどの型として用いられ、前記樹脂シートに転写したものを前記配向膜として用いてもよい。また、別の作成方法として露光とエッチングとによるフォトリソグラフィによって形成してもかまわない。しかしながら、多数の画素Ａのそれぞれに形成するにあたって、ナノインプリントが好ましい。前記配向溝または凸条２，３から成る配向層を、母材であるガラス基板に直接刻設した場合、上述のような別途の膜は不要となる。

そして、その配向膜は、電極が形成された基板の前記対向面側に貼付けられ、それらの間に液晶が充填されるとともに、適宜スペーサが設けられ、外周部が気密に封止されて前記液晶パネル１が完成する。その後、パネル周縁部などに駆動回路或いはそれに接続されるプリント基板などが接続される。

注目すべきは、本実施の形態では、一軸の屈折率異方性を有する材料を含む複屈折層である前記液晶層に接触して液晶材料を配向させるための前記配向膜において、前記画素Ａの中心Ｐ０から放射状に延びる配向溝または凸条２が、前記中心Ｐ０に近付くにつれて間引かれていることである。すなわち、画素Ａの領域を均等な角度でｍ×２^ｎ（ｍ，ｎは自然数）に分割する配向溝または凸条２において、中心Ｐ０から所定の距離だけ離反し、所定の間隔が開く毎に、その半径地点までの本数をｍ×２^ｎ本とするとき、その半径地点までの配向溝または凸条間の中間に新たな配向溝または凸条がその半径地点を基点として形成され始め、その半径地点から前記配向溝または凸条はｍ×２^ｎ＋１本に増加してゆくことである。図１の例では、ｍ＝２、ｎ＝３であり、中心Ｐ０から延びる配向溝または凸条２ａは１６本、途中からそれらの配向溝または凸条２ａの間に形成される配向溝または凸条２ｂも１２×２^３で１６本になり、前記配向溝または凸条２ａ，２ｂの間に形成される配向溝または凸条２ｃは、２×２^４で３２本になり、分割数は６４となる。

また、たとえばｍ＝２、ｎの初期値を１、最大値を４とすると、図２で示すように、配向溝または凸条２ａは４本、配向溝または凸条２ｂも４本になり、前記配向溝または凸条２ａ，２ｂの間に形成される配向溝または凸条２ｃは、８本、前記配向溝または凸条２ａ，２ｂ，２ｃの間に形成される配向溝または凸条２ｄは、１６本になり、分割数は３２となる。さらにまた、たとえばｍ＝３、ｎの初期値を１、最大値を３とすると、図３で示すように、配向溝または凸条２ａは６本、配向溝または凸条２ｂも６本になり、前記配向溝または凸条２ａ，２ｂの間に形成される配向溝または凸条２ｃは１２本、前記配向溝または凸条２ａ，２ｂ，２ｃの間に形成される配向溝または凸条２ｄは２４本になり、分割数は４８となる。

このように構成することで、前記配向溝または凸条２ａに中心点付近まで安定した放射形状を作成できるとともに、前述のように配向溝または凸条２ａ，２ｂ，２ｃの間隔に、中心側と外方側とで大きな差が生じないようにすることができる。これによって、液晶表示装置における視野角の拡大に対して大きな効果を得ることができる。

また、特許文献１や特開２００５−３３２４３５号公報のような選択的なラビング（マスクラビング法）は工数が掛かり、大量生産時にはコストがかかるとともに、ラビングは完全な放射状や同心状にできないのに対して、またリブ法ではリブを付加する工程を必要とするのに対して、前述のようにナノインプリントを用いることで、完全な放射状および同心状の前記配向溝または凸条２，３を連続して簡易に作成することができる。したがって、視野角を拡大することができる液晶表示装置を簡易に実現することができる。

なお、中心Ｐ０を通る前記配向溝または凸条２ａも、図４で示すように、厳密には中心Ｐ０付近で途切れた形態であってもよく、形成する配向溝または凸条２ａ，２ｂ，２ｃの内で、最も長いものを指す。

［実施の形態２］
図５は、本発明の実施の他の形態に係る液晶表示装置を実現する液晶パネル１’の一部分を拡大して示す正面図である。この液晶パネル１’は、図１で示す液晶パネル１に類似し、対応する部分には同一の参照符号を付して示し、その説明を省略する。注目すべきは、この液晶パネル１’では、各画素Ａ’の中心Ｐ０から放射状に延びる配向溝または凸条２’（２ａ’，２ｂ’，２ｃ’）が、中心Ｐ０から離反するにつれて、幅広に形成されていることである。

したがって、中心Ｐ０側と外方側とにおいて、前記配向溝または凸条２’の間隔を、より均一にすることができる。

［実施の形態３］
図６および図７は、本発明の実施のさらに他の形態に係る光学素子１０の製造工程を説明するための模式的な断面図である。この光学素子１０は、前述の図１および図５で示す液晶パネル１，１’に類似し、対応する部分には同一の参照符号を付して示し、その説明を省略する。この光学素子１０は、光ディスクに記録再生を行う光学ピックアップに搭載され、前記光ディスクの複屈折補正素子として用いられる。

一般に、光ディスクの光学系では、光源から発せられた直線偏光の光は、ビームスプリッタを素通し、１／４波長板を通過することで円偏光となった後、集光レンズで集光されて前記光ディスクに照射され、反射光は、入射光路を逆に辿り、１／４波長板を通過後、入射光とは９０度回転した直線偏光となり、偏光ビームスプリッタで入射光路とは別の方向に反射されて受光器で受光されるようになっている。

その系において、光ディスクには入射光は集光光として入射するので、光軸から離れた外側程入射角度が大きく、光ディスクが不要の複屈折異方性を持つと、前記外側程複屈折が大きくなり、円偏光で入射した光が、反射後楕円偏光になってしまう。これによって、光量の低下だけでなく、スポット光のサイズが大きくなり、分解能を低下させる。そこで、そのような複屈折異方性を打ち消すような、外側程光の位相が進む複屈折補正素子が、前記１／４波長板と光ディスクとの間に介在される。このような光学ピックアップの構造および機能は、前記特開２００５−３３２４３５号公報などに詳しく説明されている。

注目すべきは、この光学素子１０では、対を成す基板１１，１２の対向面側に、図１や図５で示す放射状の配向溝または凸条２，２’を有する配向膜１４，１５をそれぞれ有し、それらの間には液晶を含有した光硬化樹脂１６および適宜図示しないスペーサが充填されとともに、外周部がシール部材１７によって気密に封止された後、前記光硬化樹脂１６が以下に示すようにして硬化されることである。

すなわち、図６で示すように、前記基板１１，１２の外表面側（配向膜１４，１５とは反対側）には、電極１８，１９が形成されたダミー基板２０，２１がそれぞれ積層され、前記電極１８，１９間に電源２２から電圧が印加され、該電極１８，１９間に電界が発生している状態で前記光硬化樹脂１６に紫外線が照射されて固定化される。前記ダミー基板２０および電極１８と、前記ダミー基板２１と電極１９との内、少なくとも一方は前記紫外線に対して透明であり、その透明である側の基板側から前記紫外線照射が行われる。また、前記基板１１，１２は、前記光ディスクへの照射光に対して透明である。

前記電極１８，１９の一方（図３および図４では１８）は基板１１，１２の外周縁に臨んで形成されるリング状の電極であり、前記電極１８，１９の他方（図３および図４では１９）はべた電極である。そして、電源２２は、所定期間は交流を印加して液晶を活性化させた後、前記の光硬化中および光硬化前の所定時間に亘っては直流を印加する。前記の形状の前記電極１８，１９間に電圧を印加することで、図８において参照符号３０で示すような電界が生じる。そして、その電界は、電極１８，１９が対向している該光学素子１０の周縁部側で強く、中心部側で弱くなる。したがって、図８および図９で示すように、光硬化樹脂１６中において、液晶分子１６ａが、該光学素子１０の中心部付近では面方向に倒れ、半径に応じた位置で傾きが変わってゆき、周縁部付近では厚み方向に起立する。

この状態で直流を印加して液晶分子１６ａの動きを止め、前記紫外線を照射して硬化させた後、図７および図９で示すように前記電極１８，１９と共にダミー基板２０，２１を除去すると、光学素子１０が完成する。このような光学素子１０を、リング状の電極１８が形成されていた基板１１側を光源側の光入射側とし、べた電極１９が形成されていた基板１１側を光ディスク側の光出射側として用いることで、光ビームの光軸側よりも外周側での位相が進み、光ディスクの複屈折による影響を打ち消すことができ、分解能を向上することができる。

なお、光学素子１０は、必ずしも固形化していなくてもよく、図１０の光学素子３１で示すように、常時交流電界を印加しておくための電極１８，１９および電源３２が設けられている構成であれば、固形化していなくても同様の複屈折補正効果を得ることができる。この場合、電界強度を調整することで、前記位相の進み具合を調整することができる。また、電極１９が必ずしもベタ電極である必要はなく、電極１８と同様にリング状であってもよく、その場合は電極１８，１９が形成されている部分と形成されていない部分とで電界の変化が急になるので、前述の液晶分子１６ａの配向方向の変化が急になる。

本発明の実施の一形態に係る液晶表示装置を実現する液晶パネルの一部分を拡大して示す正面図である。 前記液晶パネルの他の例における一部分を拡大して示す正面図である。 前記液晶パネルのさらに他の例における一部分を拡大して示す正面図である。 前記液晶パネルの他の例における一部分を拡大して示す正面図である。 本発明の実施の他の形態に係る液晶表示装置を実現する液晶パネルの一部分を拡大して示す正面図である。 本発明の実施のさらに他の形態に係る光学素子の製造工程を説明するための模式的な断面図である。 本発明の実施のさらに他の形態に係る光学素子の製造工程を説明するための模式的な断面図である。 図６および図７で示す光学素子における液晶分子の配向方向を説明するための模式的な断面図である。 図６および図７で示す光学素子における液晶分子の配向方向を説明するための模式的な断面図である。 本発明の実施のさらに他の形態に係る光学素子の模式的な断面図である。

符号の説明

１，１’ 液晶パネル
２，２’；２ａ，２ａ’，２ｂ，２ｂ’，２ｃ，２ｃ’；３ 配向溝または凸条
１０，３１ 光学素子
１１，１２ 基板
１４，１５ 配向膜
１６ 光硬化樹脂
１７ シール部材
１８，１９ 電極
２０，２１ ダミー基板
２２，３２ 電源
１６ａ 液晶分子

Claims (6)

1. 一軸の屈折率異方性を有する材料を含む複屈折層に接触して前記材料を配向させるための配向層において、
   該配向層の面方向に放射状に延びる配向溝または凸条を有し、前記配向溝または凸条は、該配向層の中心に近付くにつれて間引かれていることを特徴とする配向層。
2. 一軸の屈折率異方性を有する材料を含む複屈折層に接触して前記材料を配向させるための配向層において、
   該配向層の面方向に放射状に延び、かつ領域を均等な角度でｍ×２^ｎ（ｍ，ｎは自然数）に分割する配向溝または凸条を有し、前記配向溝または凸条は、該配向層の中心から所定の距離だけ離反する毎に、その半径地点までの本数をｍ×２^ｎ本とするとき、その半径の円周外側において、ｍ×２^ｎ＋１本に増加されてゆくことを特徴とする配向層。
3. 前記配向溝または凸条は、中心から離反するにつれて、幅広に形成されることを特徴とする請求項１または２記載の配向層。
4. 対を成す基板の内、一方の基板の対向面側に前記請求項１〜３のいずれか１項に記載の配向層を有し、他方の基板の対向面側に同心円状の配向溝または凸条が形成された配向層を有し、前記配向溝または凸条がナノインプリントから成ることを特徴とする液晶表示装置。
5. 対を成す基板の対向面側に前記請求項１〜３のいずれか１項に記載の配向層をそれぞれ有し、前記複屈折層は、前記一軸の屈折率異方性を有する材料としての液晶と、硬化性樹脂とを含み、リング状の電極で電界を印加することで、前記液晶の軸を、中心部分で面方向に、外方側になるにつれて厚み方向に起立させてゆき、その状態で固形化した前記硬化性樹脂によって固定化されていることを特徴とする光学素子。
6. 対を成す基板の対向面側に前記請求項１〜３のいずれか１項に記載の配向層をそれぞれ有し、前記一軸の屈折率異方性を有する材料は液晶であり、リング状の電極で電界を印加することで、前記液晶の軸の傾きを、中心部分と外方側とで異なるように変化させることを特徴とする光学素子。

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