JP2011175147A - Image display system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、表示画像に視覚効果（例えば揺らぎ感）を与えることが可能な画像表示システムに関する。 The present invention relates to an image display system capable of giving a visual effect (for example, a feeling of fluctuation) to a display image.
特開平１０−４８５９７号公報（特許文献１）には、プリズムアレイと液晶層とを組み合わせた構成を有する光学装置を用いることにより、入射光の進行方向を変更する技術が開示されている（特許文献１の図１８等）。例えば、この光学装置を通して画像を観察したならば、当該画像を平行移動させる視覚効果が得られると考えられる。 Japanese Patent Laid-Open No. 10-48597 (Patent Document 1) discloses a technique for changing the traveling direction of incident light by using an optical device having a configuration in which a prism array and a liquid crystal layer are combined (patent). FIG. 18 etc. of literature 1). For example, if an image is observed through this optical device, it is considered that a visual effect that translates the image is obtained.
ところで、特許文献１に係る光学装置を用いた場合、特定の方向に画像を平行移動させることは可能であるとしても、画像が平行移動する位置を自在に変化させることや画像に揺らぎ感（揺れるような表示）を与えること等の視覚効果を実現することは困難である。従来、このような視覚効果は、例えば表示用の画像データに対して画像処理を行うことにより実現されていた。しかし、このような画像処理を実現するには膨大なデータ演算が必要となるため、処理能力の低いプロセッサでは画像処理が間に合わず、処理能力の高いプロセッサを用いる必要がある。特に、動画に対して視覚効果を付与しようと考えた場合には、データ演算量が莫大なものとなる。このため、膨大なデータ演算を必要とせずに、比較的簡易な構成によって表示画像に視覚効果（例えば揺らぎ感）を付与し得る技術が望まれていた。 By the way, when the optical device according to Patent Document 1 is used, even if it is possible to translate an image in a specific direction, the position at which the image is translated can be freely changed, and the image can be shaken (swaying). It is difficult to realize a visual effect such as giving such a display. Conventionally, such a visual effect has been realized by performing image processing on image data for display, for example. However, in order to realize such image processing, a huge amount of data computation is required. Therefore, it is necessary to use a processor with high processing capability because a processor with low processing capability cannot keep up with image processing. In particular, when it is intended to give a visual effect to a moving image, the amount of data calculation becomes enormous. For this reason, there has been a demand for a technique that can add a visual effect (for example, a feeling of fluctuation) to a display image with a relatively simple configuration without requiring enormous data calculation.
本発明に係る具体的態様は、膨大なデータ演算を必要とせずに、比較的簡易な構成によって表示画像に視覚効果（例えば揺らぎ感）を与えられる技術を提供することを目的の１つとする。 A specific aspect of the present invention is to provide a technique that can give a visual effect (for example, a feeling of fluctuation) to a display image with a relatively simple configuration without requiring enormous data calculation.
本発明に係る一態様の画像表示システムは、出射光が偏光している画像表示装置と、この画像表示装置の前面側に配置される光学素子と、を含む。光学素子は、（ａ）第１基板と、（ｂ）第１基板上に設けられた第１電極と、（ｃ）第１電極上に設けられたプリズムアレイと、（ｄ）第１電極及びプリズムアレイを覆って第１基板上に設けられており、配向処理が施された第１配向膜と、（ｅ）第２基板と、（ｆ）第２基板上に設けられた第２電極と、（ｇ）第２電極を覆って第２基板上に設けられており、配向処理が施された第２配向膜と、（ｈ）第１基板の第１配向膜と第２基板の第２配向膜との相互間に設けられた液晶層と、を有する。そして、この光学素子は、第１基板側を画像表示装置と向かい合わせ、且つ、第１配向膜に施された配向処理の方向と画像表示装置の出射光の偏光方向とを略平行にして配置される。 An image display system according to an aspect of the present invention includes an image display device in which emitted light is polarized, and an optical element disposed on the front side of the image display device. The optical element includes: (a) a first substrate; (b) a first electrode provided on the first substrate; (c) a prism array provided on the first electrode; (d) a first electrode; A first alignment film which is provided on the first substrate so as to cover the prism array and has been subjected to alignment treatment; (e) a second substrate; and (f) a second electrode provided on the second substrate; (G) a second alignment film which is provided on the second substrate so as to cover the second electrode and has been subjected to alignment treatment; and (h) a first alignment film of the first substrate and a second alignment film of the second substrate. A liquid crystal layer provided between the alignment film and the alignment film. The optical element is arranged so that the first substrate side faces the image display device, and the direction of alignment treatment applied to the first alignment film and the polarization direction of the emitted light of the image display device are substantially parallel. Is done.
本発明に係る他の態様の画像表示システムは、出射光が偏光している画像表示装置と、この画像表示装置の前面側に配置される光学素子と、を含む。光学素子は、（ａ）第１基板と、（ｂ）第１基板上に設けられたプリズムアレイと、（ｃ）プリズムアレイ上に設けられた第１電極と、（ｄ）プリズムアレイ及び第１電極を覆って第１基板上に設けられており、配向処理が施された第１配向膜と、（ｅ）第２基板と、（ｆ）第２基板上に設けられた第２電極と、（ｇ）第２電極を覆って第２基板上に設けられており、配向処理が施された第２配向膜と、（ｈ）第１基板の第１配向膜と第２基板の第２配向膜との相互間に設けられた液晶層と、を有する。そして、この光学素子は、第１基板側を画像表示装置と向かい合わせ、且つ、第１配向膜に施された配向処理の方向と画像表示装置の出射光の偏光方向とを略平行にして配置される。 An image display system according to another aspect of the present invention includes an image display device in which emitted light is polarized, and an optical element disposed on the front side of the image display device. The optical element includes (a) a first substrate, (b) a prism array provided on the first substrate, (c) a first electrode provided on the prism array, (d) a prism array and a first A first alignment film which is provided on the first substrate so as to cover the electrode and has been subjected to an alignment treatment; (e) a second substrate; and (f) a second electrode provided on the second substrate; (G) a second alignment film which is provided on the second substrate so as to cover the second electrode and has been subjected to an alignment treatment; and (h) a first alignment film of the first substrate and a second alignment of the second substrate. A liquid crystal layer provided between the film and the film. The optical element is arranged so that the first substrate side faces the image display device, and the direction of alignment treatment applied to the first alignment film and the polarization direction of the emitted light of the image display device are substantially parallel. Is done.
上記した各態様の画像表示システムにおいては、第１電極および第２電極を介して液晶層に電圧を印加することにより液晶分子の配列を変化させたときに、液晶層の屈折率値が変化する。このとき、微少な斜面を有するプリズムアレイと液晶層との界面を透過する光の屈折角を変化させることができる。この作用に基づき、液晶層へ印加する電圧の大きさを適宜設定し、或いは当該電圧を時間的に変化させることにより、光学素子を介して視認される画像表示装置の表示画像に多彩な視覚効果（位置移動、揺らぎ等）を与えることができる。本発明に係る光学素子は機械的作動部を有しないので、簡易な構成によって表示画像に視覚効果を与えられる。また、画像表示装置側では視覚効果を得るための膨大なデータ演算が不要である。また、画像表示装置からの出射光の偏光方向と、光学素子における第１配向膜への配向処理の方向とを揃えることにより、光の利用効率が高まるので、表示画像の透過率（すなわち光量）の低下を抑制することができる。 In the image display system of each aspect described above, the refractive index value of the liquid crystal layer changes when the arrangement of the liquid crystal molecules is changed by applying a voltage to the liquid crystal layer via the first electrode and the second electrode. . At this time, the refraction angle of light transmitted through the interface between the prism array having a minute slope and the liquid crystal layer can be changed. Based on this action, by appropriately setting the magnitude of the voltage applied to the liquid crystal layer or changing the voltage over time, various visual effects can be applied to the display image of the image display device that is viewed through the optical element. (Position movement, fluctuation, etc.) can be given. Since the optical element according to the present invention does not have a mechanical operation unit, a visual effect can be given to a display image with a simple configuration. In addition, the image display device does not require a huge amount of data calculation for obtaining a visual effect. Further, since the light use efficiency is increased by aligning the polarization direction of the light emitted from the image display device and the direction of the alignment treatment to the first alignment film in the optical element, the transmittance of the display image (that is, the light amount). Can be suppressed.
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態の画像表示システムの全体構成を示す模式的な斜視図である。図１に示す画像表示システムは、画像表示装置１と、この画像表示装置１の前面に配置された略透明な薄板状の光学素子２と、光学素子２を駆動する駆動装置３と、を含んで構成されている。
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic perspective view showing the overall configuration of the image display system of the first embodiment. The image display system shown in FIG. 1 includes an image display device 1, a substantially transparent thin plate-like optical element 2 disposed in front of the image display device 1, and a drive device 3 that drives the optical element 2. It consists of
画像表示装置１は、外部から入力される画像信号に基づいて画像（動画又は静止画）を表示する。この画像表示装置１としては、例えばバックライトと偏光板を使った液晶表示装置が用いられる。なお、本実施形態の画像表示装置１は、出射される光が偏光していればよく、液晶表示装置のみに限定されない。例えば、単色タイプで外観が鏡面になっていない有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）表示装置等を画像表示装置１として用いてもよい。 The image display device 1 displays an image (moving image or still image) based on an image signal input from the outside. As the image display device 1, for example, a liquid crystal display device using a backlight and a polarizing plate is used. Note that the image display device 1 of the present embodiment is not limited to a liquid crystal display device as long as the emitted light is polarized. For example, an organic EL (electroluminescence) display device or the like that is a single color type and does not have a mirror appearance may be used as the image display device 1.
光学素子２は、外観上ほぼ透明な薄板状の素子であり、画像表示装置１の前面、すなわち画像表示装置１と観察者との間に配置される。この光学素子２は、駆動装置３から供給される駆動信号に応じて、画像表示装置１から出射される光の状態を制御する。それにより、観察者側において視認される表示画像に視覚効果（詳細は後述）が与えられる。 The optical element 2 is a thin plate-like element that is substantially transparent in appearance, and is disposed on the front surface of the image display apparatus 1, that is, between the image display apparatus 1 and an observer. The optical element 2 controls the state of light emitted from the image display device 1 in accordance with a drive signal supplied from the drive device 3. Thereby, a visual effect (details will be described later) is given to the display image visually recognized on the viewer side.
図２は、光学素子２の構造を示す模式的な断面図である。なお、図２においては便宜上、一部構成を除いてハッチング記載を省略する（後述する図面においても同様）。図２に示す本実施形態の光学素子２は、第１基板１１、第１電極１２、プリズムアレイ１３、配向膜（第１配向膜）１４、第２基板１５、第２電極１６、配向膜（第２配向膜）１７、液晶層１８を含んで構成される。 FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing the structure of the optical element 2. In FIG. 2, for the sake of convenience, hatching is omitted except for some components (the same applies to the drawings described later). The optical element 2 of this embodiment shown in FIG. 2 includes a first substrate 11, a first electrode 12, a prism array 13, an alignment film (first alignment film) 14, a second substrate 15, a second electrode 16, an alignment film ( (Second alignment film) 17 and a liquid crystal layer 18 are included.
第１基板１１および第２基板１５は、それぞれ、例えばガラス基板、プラスチック基板等の透明基板である。第１基板１１と第２基板１５との相互間には、例えば多数のスペーサー（粒状体）が分散して配置されており、それらのスペーサーによって第１基板１１と第２基板１５との相互間隔が保たれる。 The first substrate 11 and the second substrate 15 are transparent substrates such as a glass substrate and a plastic substrate, respectively. Between the first substrate 11 and the second substrate 15, for example, a large number of spacers (granular bodies) are dispersed and arranged, and the distance between the first substrate 11 and the second substrate 15 is determined by these spacers. Is preserved.
第１電極１２は、第１基板１１の一面側に設けられている。同様に、第２電極１６は、第２基板１５の一面側に設けられている。第１電極１２および第２電極１６、それぞれ、例えばインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）などの透明導電膜を用いて構成される。例えば本実施形態では、第１電極１２、第２電極１６ともに、基板一面に形成されている。なお、第１電極１２、第２電極１６は、適宜パターニングされていてもよい。 The first electrode 12 is provided on one surface side of the first substrate 11. Similarly, the second electrode 16 is provided on one surface side of the second substrate 15. Each of the first electrode 12 and the second electrode 16 is configured using a transparent conductive film such as indium tin oxide (ITO). For example, in the present embodiment, both the first electrode 12 and the second electrode 16 are formed over the entire surface of the substrate. Note that the first electrode 12 and the second electrode 16 may be appropriately patterned.
プリズムアレイ１３は、複数の微少な傾斜状の突起形状(プリズム)を一方向に配列して構成されている。図３にプリズムアレイ１３の模式的な斜視図を示す。図３のように、本実施形態における各プリズムの断面形状は直角三角形（例えば頂角７５°、底角が１５°と９０°）である。また、各プリズムの配置ピッチＰは例えば２０μｍ程度、高さｔは例えば５．２μｍ程度である。図３に示すように、プリズムアレイ１３は、上面から見るとスリット形状に形成されている。このプリズムアレイ１３は、例えば耐熱性および密着性に優れた樹脂材料を成形することにより得られる。プリズムアレイ１３の成形方法の詳細については後述する。 The prism array 13 is configured by arranging a plurality of minute inclined projection shapes (prisms) in one direction. FIG. 3 shows a schematic perspective view of the prism array 13. As shown in FIG. 3, the cross-sectional shape of each prism in the present embodiment is a right triangle (for example, apex angle 75 °, base angles 15 ° and 90 °). The arrangement pitch P of each prism is, for example, about 20 μm, and the height t is, for example, about 5.2 μm. As shown in FIG. 3, the prism array 13 is formed in a slit shape when viewed from above. The prism array 13 is obtained by molding a resin material having excellent heat resistance and adhesion, for example. Details of the method of forming the prism array 13 will be described later.
配向膜１４は、第１基板１１の一面側に、第１電極１２およびプリズムアレイ１３を覆うようにして設けられている。また、配向膜１７は、第２基板１５の一面側に、第２電極１６を覆うようにして設けられている。本実施形態においては、配向膜１４および配向膜１７として、液晶層１８の液晶分子の初期状態（電圧無印加時）における配向状態を水平配向状態に規制するもの（水平配向膜）が用いられている。これらの配向膜１４、１７に対しては、所定の表面処理（ラビング処理、光配向処理等）が施されている。 The alignment film 14 is provided on one surface side of the first substrate 11 so as to cover the first electrode 12 and the prism array 13. The alignment film 17 is provided on one surface side of the second substrate 15 so as to cover the second electrode 16. In the present embodiment, as the alignment film 14 and the alignment film 17, a film (horizontal alignment film) that restricts the alignment state of the liquid crystal molecules in the liquid crystal layer 18 in the initial state (when no voltage is applied) to the horizontal alignment state is used. Yes. These alignment films 14 and 17 are subjected to a predetermined surface treatment (rubbing treatment, optical alignment treatment, etc.).
液晶層１８は、第１基板１１の一面と第２基板１５の一面の相互間に設けられている。本実施形態においては、誘電率異方性Δεが正（Δε＞０）のネマティック液晶材料を用いて液晶層１８が構成されている。液晶層１８に図示された太線は、液晶層１８内の液晶分子を模式的に示したものである。電圧無印加時における液晶分子は、第１基板１１および第２基板１５の各基板面に対して所定のプレティルト角を有してほぼ水平に配向する。 The liquid crystal layer 18 is provided between one surface of the first substrate 11 and one surface of the second substrate 15. In the present embodiment, the liquid crystal layer 18 is configured using a nematic liquid crystal material having a positive dielectric anisotropy Δε (Δε> 0). The bold lines shown in the liquid crystal layer 18 schematically show the liquid crystal molecules in the liquid crystal layer 18. The liquid crystal molecules when no voltage is applied are aligned substantially horizontally with a predetermined pretilt angle with respect to the substrate surfaces of the first substrate 11 and the second substrate 15.
図４は、画像表示装置１からの出射光の偏光方向と、光学素子２における配向処理の方向との関係を説明するための図である。図示のように、本実施形態の画像表示装置１は、偏光板を備えた液晶表示装置であり、当該偏光板を通過した出射光が方向ａ１に偏光している。図示の例では、画像表示装置１の左右方向を基準として４５°の方向に出射光が偏光している。これに対して、第１基板１１は、配向膜１４へ施された配向処理の方向ａ２が上記した出射光の偏光方向ａ１と略平行になるように配置されている。図示の例では、配向処理の方向ａ２は、プリズムアレイ１３の各プリズムの長手方向（延在方向）ａ３との間で略４５°に設定されている。また、第２基板１５は、配向膜１７へ施された配向処理の方向ａ４が上記した第１基板１１の配向処理の方向ａ２との間でアンチパラレルの関係になるように配置されている。 FIG. 4 is a diagram for explaining the relationship between the polarization direction of the emitted light from the image display device 1 and the direction of the alignment treatment in the optical element 2. As shown in the figure, the image display device 1 of the present embodiment is a liquid crystal display device including a polarizing plate, and emitted light that has passed through the polarizing plate is polarized in a direction a1. In the illustrated example, the outgoing light is polarized in a 45 ° direction with respect to the horizontal direction of the image display device 1. In contrast, the first substrate 11 is arranged so that the direction a2 of the alignment treatment applied to the alignment film 14 is substantially parallel to the polarization direction a1 of the emitted light. In the illustrated example, the orientation processing direction a <b> 2 is set to approximately 45 ° with respect to the longitudinal direction (extending direction) a <b> 3 of each prism of the prism array 13. In addition, the second substrate 15 is arranged so that the direction a4 of the alignment treatment applied to the alignment film 17 is in an anti-parallel relationship with the direction a2 of the alignment treatment of the first substrate 11 described above.
ここで、第１基板１１の配向処理の方向ａ２を画像表示装置１の出射光の偏光方向ａ１と略平行とすることによる利点について説明する。通常、液晶層１８の液晶分子は、細長い形状を有しており、ある方向の偏光（液晶分子の長軸方向）は曲げることができるが、ある方向の偏光はそのまま透過する。したがって、画像表示装置１からの出射光の偏光方向ａ１と、光学素子２において画像表装置側１に配置される第１基板１１に施される配向処理の方向ａ２とが平行になるように配置することにより、原理的には、出射光の全成分を曲げることができる。すなわち、光の利用効率が高くなる。 Here, an advantage of making the direction a2 of the alignment treatment of the first substrate 11 substantially parallel to the polarization direction a1 of the emitted light of the image display device 1 will be described. Usually, the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer 18 have an elongated shape, and polarized light in a certain direction (long axis direction of the liquid crystal molecules) can be bent, but polarized light in a certain direction is transmitted as it is. Accordingly, the polarization direction a1 of the emitted light from the image display device 1 is arranged so that the direction a2 of the alignment treatment applied to the first substrate 11 arranged on the image display device side 1 in the optical element 2 is parallel. By doing so, in principle, all components of the emitted light can be bent. That is, the light utilization efficiency is increased.
これに対して、例えば画像表示装置１からの出射光の偏光方向ａ１と光学素子２における配向処理の方向ａ２が４５°になるように配置した場合には、原理的に、出射光のうち約１／２の成分は曲げられるが残りの成分は制御することができなくなる。さらに、偏光方向ａ１と配向処理の方向ａ２とが直交するように配置した場合には、原理的に、光学素子２によって画像表示装置１の出射光を制御することができなくなる。 On the other hand, in the case where the polarization direction a1 of the emitted light from the image display device 1 and the orientation processing direction a2 in the optical element 2 are 45 °, for example, in principle, about a part of the emitted light. The half component is bent, but the remaining components cannot be controlled. Further, when the polarization direction a1 and the alignment treatment direction a2 are arranged so as to be orthogonal to each other, in principle, the light emitted from the image display device 1 cannot be controlled by the optical element 2.
したがって、画像表示装置１からの出射光の偏光方向ａ１と、光学素子２における配向処理の方向ａ２とが略平行になるように配置することがより望ましいといえる。なお、プリズムアレイ１３の各プリズムの長手方向ａ３については、表示画像全体をどちらの方向に移動させるかという点では考慮する必要があるが、表示画像を移動可能かという点ではどの方向に設定しても影響がない。 Therefore, it can be said that it is more desirable to arrange so that the polarization direction a1 of the emitted light from the image display device 1 and the orientation processing direction a2 in the optical element 2 are substantially parallel. The longitudinal direction a3 of each prism of the prism array 13 needs to be considered in which direction the entire display image is moved, but in which direction the display image can be moved is set in which direction. There is no effect.
次に、第１実施形態の画像表示システムにおける光学素子２の製造方法の一例について詳述する。 Next, an example of a method for manufacturing the optical element 2 in the image display system of the first embodiment will be described in detail.
まず、第１基板１１および第２基板１５として用いるためのガラス基板を用意する。これらのガラス基板としては、予めＩＴＯ（インジウム錫酸化物）などの透明導電材料からなる導電膜を有するものがより好ましい。例えば、厚さが１５００ÅのＩＴＯ膜を有し、板厚が０．７ｍｍ、ガラス材質が無アルカリガラスであるガラス基板を１セット用意する。第１基板１１、第２基板１５のそれぞれについて、ＩＴＯ膜を適宜パターニングすることにより、第１電極１２、第２電極１６を形成する。 First, glass substrates for use as the first substrate 11 and the second substrate 15 are prepared. As these glass substrates, those having a conductive film made of a transparent conductive material such as ITO (indium tin oxide) in advance are more preferable. For example, a set of glass substrates having an ITO film with a thickness of 1500 mm, a plate thickness of 0.7 mm, and a glass material made of non-alkali glass is prepared. The first electrode 12 and the second electrode 16 are formed by appropriately patterning the ITO film for each of the first substrate 11 and the second substrate 15.
次に、第１基板１１の第１電極１２上にプリズムアレイ１３を形成する。ここでは、断面が三角形状であり、そのピッチＰが２０ミクロン、高さｔが約５．２μｍ、頂角７５°、底角が１５°と９０°であり、上面から見るとスリット形状を有する金型（全体の大きさが例えば横８０ｍｍ×縦８０ｍｍ）を用いて、図６および図７に示す製造方法によってプリズムアレイ１３を形成する。 Next, the prism array 13 is formed on the first electrode 12 of the first substrate 11. Here, the cross section has a triangular shape, the pitch P is 20 microns, the height t is about 5.2 μm, the apex angle is 75 °, the base angles are 15 ° and 90 °, and the slit shape is seen from above. The prism array 13 is formed by a manufacturing method shown in FIGS. 6 and 7 using a mold (the overall size is, for example, 80 mm wide × 80 mm long).
ここで、一般にプリズム用材料は耐熱性が低く、プリズムアレイ１３上に配向膜１４を形成する際の熱処理（例えば１８０℃以上）により特性が劣化してしまう場合が多い。これに対して、本実施形態では、図５にその特性を示すように、熱処理前後での透過率特性の低下がほとんど生じない光硬化性（紫外線硬化性）のアクリル系樹脂を用いる。図５に示す特性は、２２０℃で２時間の熱処理を行い、熱処理前後での透過率の違いを評価したものである。図示のサンプルのように、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初期と同等の透過率を示す材料を用いてプリズムアレイ１３を形成することがより好ましい。ここで用いたアクリル系樹脂は、耐熱性だけでなくガラスへの密着性も優れているととも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、本実施形態のプリズムアレイ１３を形成する材料として好適である。なお、これ以外のエポキシ系の樹脂も耐熱性に優れており、適用可能と考えられる。 Here, in general, the prism material has low heat resistance, and the characteristics are often deteriorated by heat treatment (for example, 180 ° C. or more) when the alignment film 14 is formed on the prism array 13. On the other hand, in this embodiment, as shown in FIG. 5, a photocurable (ultraviolet curable) acrylic resin that hardly causes a decrease in transmittance characteristics before and after the heat treatment is used. The characteristics shown in FIG. 5 are obtained by performing a heat treatment at 220 ° C. for 2 hours and evaluating the difference in transmittance before and after the heat treatment. As in the sample shown in the figure, the prism array 13 is formed by using a material that shows a transmittance equivalent to the initial value in almost all visible wavelength regions, although the transmittance is slightly decreased on the short wavelength side. preferable. The acrylic resin used here has not only heat resistance but also excellent adhesion to glass and has a property of being difficult to adhere to metal (good releasability). It is suitable as a material for forming the array 13. Other epoxy resins are also excellent in heat resistance and are considered applicable.
上記のような光硬化性樹脂を用いたプリズムアレイ１３の製造工程を図６および図７に基づいて詳述する。まず、図６（ａ）に示すように、土台６３の上側に金型６０をセットする。金型６０の大きさは、例えば横８０ｍｍ×縦６０ｍｍ程度とすることができる。この金型６０には、表面に離型剤もしくはコーティング剤が施されていることが好ましい。また、金型６０にエアー抜き用の微小な溝が形成されていることも好ましい。 The manufacturing process of the prism array 13 using the photocurable resin as described above will be described in detail with reference to FIGS. First, as shown in FIG. 6A, the mold 60 is set on the upper side of the base 63. The size of the mold 60 can be, for example, about 80 mm wide × 60 mm long. The mold 60 is preferably provided with a mold release agent or coating agent on the surface. Further, it is also preferable that a minute groove for venting air is formed in the mold 60.
次いで、図６（ｂ）に示すように、金型６０の上に所定量の光硬化性樹脂材料６１を供給する。光硬化性樹脂材料６１としては、例えば屈折率１．５１の材料を用いることができる。本工程における光硬化性樹脂材料６１の供給量（滴下量）を制御することにより、光学素子２のプリズムアレイ１３を所望の大きさに形成できる。 Next, as shown in FIG. 6B, a predetermined amount of the photocurable resin material 61 is supplied onto the mold 60. As the photocurable resin material 61, for example, a material having a refractive index of 1.51 can be used. By controlling the supply amount (drop amount) of the photocurable resin material 61 in this step, the prism array 13 of the optical element 2 can be formed in a desired size.
次いで、図６（ｃ）に示すように、金型６０の上に、光硬化性樹脂材料６１を挟んで第１基板１１を重ね合わせる。なお、図示の便宜上、第１電極１２を省略して示している。なお、第１基板１１の重ね合わせを真空中で行ってもよい。 Next, as illustrated in FIG. 6C, the first substrate 11 is overlaid on the mold 60 with the photocurable resin material 61 interposed therebetween. For convenience of illustration, the first electrode 12 is omitted. Note that the first substrate 11 may be superposed in a vacuum.
さらに、図６（ｄ）に示すように、第１基板１１の裏面側に厚手の石英（例えば円形のもの）などの透明な基板６４を配置する。次いで、図６（ｅ）に示すように、所定の治具６５を用いてこの基板６４をプレスする。例えば、１分間以上プレスすることが望ましい。それにより、第１基板１１が金型６０側へ押圧され、光硬化性樹脂材料６１が金型６０と第１基板１１の間隙において十分に広がる。 Further, as shown in FIG. 6D, a transparent substrate 64 such as thick quartz (for example, circular) is disposed on the back surface side of the first substrate 11. Next, as shown in FIG. 6E, the substrate 64 is pressed using a predetermined jig 65. For example, it is desirable to press for 1 minute or more. Accordingly, the first substrate 11 is pressed toward the mold 60 side, and the photocurable resin material 61 is sufficiently spread in the gap between the mold 60 and the first substrate 11.
次いで、図７（ａ）に示すように、基板６４および第１基板１１を介して光（本例では紫外線）を照射することにより光硬化性樹脂材料６１を硬化させる。それにより、第１基板１１の片面上にプリズムアレイ１３が形成される。本工程において、遮光マスク等を用いて紫外線の照射範囲を制御することによってもプリズムアレイ１３の大きさを加減できる。本工程における紫外線の照射量は例えば２０Ｊ／ｃｍ２程度とすればよい。なお、樹脂が硬化すればよいため、照射量はさほど厳密ではない。ただし、本実施形態では第１基板１１がＩＴＯ膜からなる第１電極１２を有するので、ＩＴＯ膜が紫外線を吸収することを考慮し、ＩＴＯ膜の膜厚に応じて紫外線の照射量を加減する必要がある。 Next, as shown in FIG. 7A, the photocurable resin material 61 is cured by irradiating light (ultraviolet rays in this example) through the substrate 64 and the first substrate 11. Thereby, the prism array 13 is formed on one surface of the first substrate 11. In this step, the size of the prism array 13 can be adjusted by controlling the irradiation range of ultraviolet rays using a light shielding mask or the like. What is necessary is just to let the irradiation amount of the ultraviolet-ray in this process be about 20 J / cm < 2 >, for example. In addition, since resin should just harden | cure, an irradiation amount is not so exact | strict. However, in the present embodiment, since the first substrate 11 includes the first electrode 12 made of an ITO film, the amount of irradiation with ultraviolet rays is adjusted according to the thickness of the ITO film in consideration that the ITO film absorbs ultraviolet rays. There is a need.
次いで、図７（ｂ）に示すように基板６４、治具６５を取り外す。さらに、図７（ｃ）に示すように、別の治具６６を土台６３の下側にセットする。この治具６６には複数（例えば８つ）の突起部６６ａが設けられている。各突起部６６ａは、ある程度の固さを有し、かつ先端に弾力性を有している。また、土台６３には、各突起部６６ａに対応した位置に設けられた複数の貫通孔６３ａを有している。 Next, as shown in FIG. 7B, the substrate 64 and the jig 65 are removed. Further, as shown in FIG. 7C, another jig 66 is set below the base 63. The jig 66 is provided with a plurality of (for example, eight) protrusions 66a. Each protrusion 66a has a certain degree of hardness and has elasticity at the tip. In addition, the base 63 has a plurality of through holes 63a provided at positions corresponding to the respective protrusions 66a.
次いで、図７（ｄ）に示すように、各貫通孔６３ａに各突起部６６ａを貫通させるようにして土台６３に治具６６を組み合わせることによって各突起部６６ａを第１基板１１に突き当てて、第１基板１１を金型６０から剥離する。このとき、第１基板１１がなるべく平行状態を保ったまま上方向へ移動するように治具６６を移動させる。 Next, as shown in FIG. 7D, each projection 66a is abutted against the first substrate 11 by combining the base 66 with the jig 66 so that each projection 66a passes through each through-hole 63a. The first substrate 11 is peeled from the mold 60. At this time, the jig 66 is moved so that the first substrate 11 moves upward while keeping the parallel state as much as possible.
以上により、図７（ｅ）に示すように、第１基板１１上に透明樹脂膜からなるプリズムアレイ１３が完成する。その後、このプリズムアレイ１３が形成された第１基板１１を洗浄機により洗浄する。洗浄は、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、紫外線（ＵＶ）照射、赤外線（ＩＲ）乾燥の順に行うことができるがこれに限定されない。高圧スプレー洗浄やプラズマ洗浄などを行ってもよい。 As described above, as shown in FIG. 7E, the prism array 13 made of the transparent resin film is completed on the first substrate 11. Thereafter, the first substrate 11 on which the prism array 13 is formed is cleaned by a cleaning machine. The cleaning can be performed, for example, in the order of brush cleaning using an alkaline detergent, pure water cleaning, air blow, ultraviolet (UV) irradiation, and infrared (IR) drying, but is not limited thereto. High pressure spray cleaning or plasma cleaning may be performed.
次いで、プリズムアレイ１３が形成された第１基板１１に配向膜１４を形成する。同様に、第２基板１５に配向膜１７を形成する。ここでは例えばポリイミドを配向膜として用いる。フレキソ印刷法、インクジェット法、スピンコート法、スリットコート法、スリット法とスピンコート法の組みあわせ等の適宜の方法で配向膜材料を第１基板１１上、第２基板１５上にそれぞれ適当な膜厚（例えば８００Å程度）で塗布し、熱処理（例えば１８０℃で１．５時間の焼成）を行う。そして、熱処理によって得られた配向膜１４、１７のそれぞれに対して配向処理を行う。ここでは配向処理として、例えばラビング処理を行うが、光配向処理等の配向処理であってもよい。また、この配向処理は、第１基板１１と第２基板１５とを重ね合わせたときに各基板上の液晶分子の配向方向がアンチパラレル配向になるように行う。 Next, an alignment film 14 is formed on the first substrate 11 on which the prism array 13 is formed. Similarly, an alignment film 17 is formed on the second substrate 15. Here, for example, polyimide is used as the alignment film. An appropriate film is formed on the first substrate 11 and the second substrate 15 by an appropriate method such as a flexographic printing method, an inkjet method, a spin coating method, a slit coating method, or a combination of a slit method and a spin coating method. The film is applied in a thickness (for example, about 800 mm) and heat treatment (for example, baking at 180 ° C. for 1.5 hours) is performed. Then, alignment treatment is performed on each of the alignment films 14 and 17 obtained by the heat treatment. Here, for example, a rubbing process is performed as the alignment process, but an alignment process such as an optical alignment process may be used. In addition, this alignment treatment is performed so that the alignment direction of the liquid crystal molecules on each substrate is antiparallel when the first substrate 11 and the second substrate 15 are overlapped.
ここで、図４に示したように本実施形態では、配向処理の方向ａ２がプリズムアレイ１３の各プリズムの延在方向ａ３に対して４５°となるように配向処理が行われる。なお、配向処理の方向ａ２とプリズムの延在方向ａ３との相対的関係はこれに限定されない。本例においてプリズムアレイ１３の各プリズムの延在方向ａ３に対して、配向処理の方向ａ２を４５°としたのは、上記したように画像表示装置１からの出射光が４５°方向に偏光しているので、その画像を左右(もしくは上下)に動かすのには配向処理の方向ａ２を４５°とするのがよいためである。なお、画像を斜め方向(斜め４５°)に動かしたい場合には、プリズムの延在方向ａ３と平行方向(もしくは直交方向)に配向処理の方向ａ２を設定すればよい。 Here, as shown in FIG. 4, in this embodiment, the alignment process is performed so that the alignment process direction a <b> 2 is 45 ° with respect to the extending direction a <b> 3 of each prism of the prism array 13. Note that the relative relationship between the orientation processing direction a2 and the prism extending direction a3 is not limited thereto. In this example, with respect to the extending direction a3 of each prism of the prism array 13, the orientation processing direction a2 is set to 45 ° because the light emitted from the image display device 1 is polarized in the 45 ° direction as described above. Therefore, in order to move the image left and right (or up and down), it is preferable to set the orientation process direction a2 to 45 °. If the image is to be moved in an oblique direction (oblique 45 °), the orientation processing direction a2 may be set in a direction parallel to (or orthogonal to) the prism extending direction a3.
次いで、一方の基板（例えば第１基板１１）上に、ギャップコントロール剤を適量（例えば２〜５ｗｔ％）含んだメインシール剤を形成する。メインシール剤の形成は、例えばスクリーン印刷やディスペンサーによる。また、ギャップコントロール剤の径は、プリズムアレイ１３のベース層とプリズムの高さを含め、液晶層１８の厚さが１０〜２０μｍ程度となるように材料を選ぶことができる。本実施形態では、ギャップコントロール剤としてその径が３０μｍのプラスチックボールを用いる。また、他方の基板（例えば第２基板１５）上にはギャップコントロール剤を散布する。例えば本実施形態では、１７μｍのプラスチックボールを乾式のギャップ散布機によって散布する。 Next, a main sealant containing an appropriate amount (for example, 2 to 5 wt%) of a gap control agent is formed on one substrate (for example, the first substrate 11). The main sealant is formed by screen printing or a dispenser, for example. The diameter of the gap control agent can be selected so that the thickness of the liquid crystal layer 18 is about 10 to 20 μm including the base layer of the prism array 13 and the height of the prism. In this embodiment, a plastic ball having a diameter of 30 μm is used as the gap control agent. A gap control agent is sprayed on the other substrate (for example, the second substrate 15). For example, in the present embodiment, 17 μm plastic balls are spread by a dry gap spreader.
次いで、第１基板１１と第２基板１５とを重ね合わせ、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る。ここでは、例えば１５０℃で３時間の熱処理を行う。その後、第１基板１１と第２基板１５の間隙に液晶材料を充填することにより液晶層１８を形成する。液晶材料の充填は、例えば真空注入法によって行う。本実施形態では、誘電率異方性△εが正、屈折率異方性Δｎが０．２９８の液晶材料を用いる。液晶材料の注入後、その注入口にエンドシール剤を塗布し封止する。そして、封止後に適宜熱処理（例えば１２０℃で１時間）を行うことにより、液晶層１８の液晶分子の配向状態を整える。 Next, the main substrate is cured by superimposing the first substrate 11 and the second substrate 15 and performing a heat treatment in a state where pressure is constantly applied by a press or the like. Here, for example, heat treatment is performed at 150 ° C. for 3 hours. Thereafter, a liquid crystal layer 18 is formed by filling a gap between the first substrate 11 and the second substrate 15 with a liquid crystal material. The liquid crystal material is filled by, for example, a vacuum injection method. In this embodiment, a liquid crystal material having a positive dielectric anisotropy Δε and a refractive index anisotropy Δn of 0.298 is used. After the liquid crystal material is injected, an end sealant is applied to the inlet and sealed. Then, the alignment state of the liquid crystal molecules in the liquid crystal layer 18 is adjusted by appropriately performing a heat treatment after sealing (for example, at 120 ° C. for 1 hour).
以上により本実施形態の光学素子２が得られる。この光学素子２を画像表示装置１の前面に配置することにより、本実施形態の画像表示システムが得られる（図１参照）。光学素子２の第１電極１２および第２電極１６を用いて液晶層１８に交流電圧を印加すると、光学素子２を介して観察される画像表示装置１の表示画像は、左右方向にゆらゆら揺れるように視認される。この原理は以下のように考えられる。 Thus, the optical element 2 of the present embodiment is obtained. By disposing the optical element 2 on the front surface of the image display device 1, the image display system of the present embodiment is obtained (see FIG. 1). When an alternating voltage is applied to the liquid crystal layer 18 using the first electrode 12 and the second electrode 16 of the optical element 2, the display image of the image display device 1 observed through the optical element 2 may fluctuate in the horizontal direction. Visible to. This principle can be considered as follows.
すなわち、第１電極１２および第２電極１６を介して液晶層１８に電圧を印加することにより、液晶分子の配列が変化する。これにより、液晶層１８の屈折率値が変化するため、複数の微少な傾斜状の突起形状であるプリズムアレイ１３と液晶層１８との界面を透過する光の屈折角が変化する（スネルの法則）。液晶層１８へ印加される電圧を交流電圧とすることで、プリズムアレイ１３と液晶層１８との界面を通過する光の屈折角の大きさを動的に変化させることができる。屈折角の大きさは、プリズムアレイ１３の形状や液晶層１８の屈折率異方性の値等により一概にいえないが、上記した数値例で製造した光学素子２においては６°程度である。また、プリズムアレイ１３の斜面の傾斜角度を４５°にすると最大で１８°程度までの範囲で屈折角を変えることができる。 That is, by applying a voltage to the liquid crystal layer 18 via the first electrode 12 and the second electrode 16, the alignment of the liquid crystal molecules changes. As a result, the refractive index value of the liquid crystal layer 18 changes, so that the refractive angle of light transmitted through the interface between the prism array 13 and the liquid crystal layer 18 having a plurality of minutely inclined projection shapes changes (Snell's law). ). By making the voltage applied to the liquid crystal layer 18 an AC voltage, the refraction angle of light passing through the interface between the prism array 13 and the liquid crystal layer 18 can be dynamically changed. The size of the refraction angle cannot be generally specified depending on the shape of the prism array 13 or the value of the refractive index anisotropy of the liquid crystal layer 18, but is about 6 ° in the optical element 2 manufactured in the above numerical example. Further, when the inclination angle of the inclined surface of the prism array 13 is 45 °, the refraction angle can be changed in a range up to about 18 °.
本実施形態の光学素子２では、複数の微小プリズムを一方向に配列してなるプリズムアレイ１３を設けているため、必然的に場所によりセル厚（液晶層１８の層厚）が異なることになる。一般には、液晶層１８の液晶分子の応答速度はセル厚に依存し、セル厚の２乗に比例すると言われている。このため、液晶層１８に印加する電圧を少しずつ連続的に変えると、セル厚が一番厚い位置での応答速度より電圧を変える速度が速い場合には、セル厚の違いによるレスポンスの違いにより、画像の位置を変える角度（上記の屈折角）に微妙にずれが生じる。その屈折角のずれを積極的に利用することにより、液晶表示装置１の表示画像は、光学素子２を介して観察者によって視認される際にゆらゆらと陽炎のように揺れて見える。 In the optical element 2 of the present embodiment, since the prism array 13 formed by arranging a plurality of minute prisms in one direction is provided, the cell thickness (layer thickness of the liquid crystal layer 18) inevitably varies depending on the location. . In general, it is said that the response speed of the liquid crystal molecules in the liquid crystal layer 18 depends on the cell thickness and is proportional to the square of the cell thickness. For this reason, if the voltage applied to the liquid crystal layer 18 is continuously changed little by little, if the speed of changing the voltage is faster than the response speed at the position where the cell thickness is the thickest, the difference in response due to the difference in cell thickness. A slight shift occurs in the angle (the refraction angle) for changing the position of the image. By actively utilizing the deviation of the refraction angle, the display image of the liquid crystal display device 1 appears to fluctuate like a hot flame when it is viewed by an observer through the optical element 2.
例えば、遊技機用の表示手段として本実施形態の画像表示システムを用いた場合には、“確率変動（確変）”状態に入ったときに、光学素子２の液晶層１８へ印加する電圧を連続的に上げ下げして陽炎の様に揺れる状態を表示し、確定したときには液晶層１８へ高い電圧を印加し、くっきりと見える画像を表示させるなど、これまでになかった視覚効果を実現できる。また、本実施形態の画像表示システムの用途は遊技機に限定されず、自動車用表示装置、各種照明用表示装置（一般照明、自動販売機等）など幅広い用途が考えられる（以下の実施形態も同様）。 For example, when the image display system of the present embodiment is used as display means for a gaming machine, the voltage applied to the liquid crystal layer 18 of the optical element 2 is continuously applied when the “probability variation (probability variation)” state is entered. It is possible to realize an unprecedented visual effect, such as displaying a state of shaking like a hot flame by moving it up and down and applying a high voltage to the liquid crystal layer 18 when it is confirmed to display a clearly visible image. In addition, the application of the image display system of the present embodiment is not limited to game machines, and a wide range of applications such as a display device for automobiles, various display devices for lighting (general lighting, vending machines, etc.) can be considered (the following embodiments are also included) The same).
なお、本実施形態の光学素子２は、一般的な液晶素子とは異なり偏光板が不要であるため原理的に高透過率である。具体的には、光学素子自体の透過率として９０％以上が見込まれ、光学素子２の表面に反射防止コート（ＡＲコート）を施した場合には９５％以上の透過率が見込まれる（後述する各実施形態においても同様）。 The optical element 2 of the present embodiment has a high transmittance in principle because a polarizing plate is not required unlike a general liquid crystal element. Specifically, the transmittance of the optical element itself is expected to be 90% or more, and a transmittance of 95% or more is expected when an antireflection coating (AR coating) is applied to the surface of the optical element 2 (described later). The same applies to each embodiment).
（第２実施形態）
上述した第１実施形態では、第１電極１２の上側にプリズムアレイ１３を配置した光学素子２が用いられていたが、プリズムアレイ上に第１電極を配置してもよい。上記した図５に示したような高い耐熱性を有する樹脂材料を用いて形成されたプリズムアレイ上であれば、その上側にＩＴＯ等の透明導電材料からなる第１電極を設けることができる。以下、詳細に説明する。
(Second Embodiment)
In the first embodiment described above, the optical element 2 in which the prism array 13 is disposed above the first electrode 12 is used. However, the first electrode may be disposed on the prism array. The first electrode made of a transparent conductive material such as ITO can be provided on the upper side of the prism array formed using the resin material having high heat resistance as shown in FIG. Details will be described below.
図８は、第２実施形態の光学素子の構造を示す模式的な断面図である。なお、画像表示システムの全体構成は第１実施形態の場合と同様である（図１参照）。図８に示す本実施形態の光学素子２ａは、第１基板１１、第１電極１２ａ、プリズムアレイ１３ａ、配向膜１４ａ、第２基板１５、第２電極１６、配向膜１７、液晶層１８を含んで構成される。第１実施形態に係る光学素子２との相違点は、第１基板１１上にプリズムアレイ１３ａが形成され、その上側に第１電極１２ａ、配向膜１４ａが形成されている点である。それ以外の共通要素については詳細な説明を省略する。 FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing the structure of the optical element of the second embodiment. The overall configuration of the image display system is the same as that in the first embodiment (see FIG. 1). The optical element 2a of this embodiment shown in FIG. 8 includes a first substrate 11, a first electrode 12a, a prism array 13a, an alignment film 14a, a second substrate 15, a second electrode 16, an alignment film 17, and a liquid crystal layer 18. Consists of. The difference from the optical element 2 according to the first embodiment is that a prism array 13a is formed on the first substrate 11, and a first electrode 12a and an alignment film 14a are formed on the upper side. Detailed descriptions of other common elements are omitted.
次に、第２実施形態の画像表示システムにおける光学素子２ａの製造方法の一例を詳述する。 Next, an example of a manufacturing method of the optical element 2a in the image display system of the second embodiment will be described in detail.
まず、第１基板１１および第２基板１５として用いるためのガラス基板を用意する。本実施形態では、第１基板１１としては導電膜を有しないガラス基板を用意する。また、第２基板１５としては、予めＩＴＯ（インジウム錫酸化物）などの透明導電材料からなる導電膜を有するガラス基板を用意することが好ましい。 First, glass substrates for use as the first substrate 11 and the second substrate 15 are prepared. In the present embodiment, a glass substrate having no conductive film is prepared as the first substrate 11. As the second substrate 15, it is preferable to prepare a glass substrate having a conductive film made of a transparent conductive material such as ITO (indium tin oxide) in advance.
次いで、第１基板１１の一面上に、プリズムアレイ１３ａを形成する。プリズムアレイ１３ａの形成方法については上記した第１実施形態におけるプリズムアレイ１３の場合と同様であるため、ここでは詳細な説明を省略する。 Next, a prism array 13 a is formed on one surface of the first substrate 11. Since the formation method of the prism array 13a is the same as that of the prism array 13 in the first embodiment described above, detailed description thereof is omitted here.
次いで、第１基板１１のプリズムアレイ１３ａ上に、第１電極１２ａを形成する。例えば、まずプリズムアレイ１３ａが形成された第１基板１１を洗浄機にて洗浄する。洗浄方法としては、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、ＩＲ乾燥の順に行うことができるが、これに限定されない。高圧スプレー洗浄やプラズマ洗浄などを行ってもよい。その次に、プリズムアレイ１３ａ上に、第１電極１２ａとなるべき透明導電膜を形成する。本例ではプリズムアレイ１３ａ上にＩＴＯ膜を成膜する。 Next, the first electrode 12 a is formed on the prism array 13 a of the first substrate 11. For example, the first substrate 11 on which the prism array 13a is formed is first cleaned with a cleaning machine. As a cleaning method, for example, brush cleaning using an alkaline detergent, pure water cleaning, air blow, UV irradiation, and IR drying can be performed in this order, but not limited thereto. High pressure spray cleaning or plasma cleaning may be performed. Next, a transparent conductive film to be the first electrode 12a is formed on the prism array 13a. In this example, an ITO film is formed on the prism array 13a.
ここで、プリズムアレイ１３ａ上に直接にＩＴＯ膜を成膜してもよいが、ＩＴＯ膜の密着性をより向上させるために、プリズムアレイ１３ａ上に酸化珪素（ＳｉＯ２）膜を薄く形成することも好ましい。酸化珪素膜の形成は、例えばスパッタ法（交流放電）を用いて行うことができる。例えば、第１基板１１を８０℃に加熱しながら成膜を行うことにより、５００Å程度の膜厚の酸化珪素膜を形成する。それに引き続き、例えばスパッタ法（交流放電）にてＩＴＯ膜を形成する。例えば、第１基板１１を１００℃に加熱しながら成膜を行うことにより、約１０００Å程度の膜厚のＩＴＯ膜を形成する。このときＳＵＳマスクなどを用いて余分な所にはＩＴＯ膜が形成されないようにしてもよい。その後、必要に応じてＩＴＯ膜をパターニングすることにより、第１電極１２ａが得られる。なお、ここでは成膜方法の一例としてスパッタ法を挙げたが、真空蒸着法、イオンビーム法、化学気相堆積法（ＣＶＤ法）などの成膜方法を用いてもよい。 Here, an ITO film may be formed directly on the prism array 13a, but in order to further improve the adhesion of the ITO film, a thin silicon oxide (SiO 2 ) film is formed on the prism array 13a. Is also preferable. The silicon oxide film can be formed using, for example, a sputtering method (AC discharge). For example, by forming a film while heating the first substrate 11 at 80 ° C., a silicon oxide film having a thickness of about 500 mm is formed. Subsequently, an ITO film is formed by, for example, sputtering (AC discharge). For example, by forming the film while heating the first substrate 11 to 100 ° C., an ITO film having a thickness of about 1000 mm is formed. At this time, an SUS mask or the like may be used so that the ITO film is not formed in an extra portion. Then, the 1st electrode 12a is obtained by patterning an ITO film | membrane as needed. Note that although a sputtering method has been described here as an example of a film formation method, a film formation method such as a vacuum evaporation method, an ion beam method, or a chemical vapor deposition method (CVD method) may be used.
また、第２基板１５について、ＩＴＯ膜を適宜パターニングすることにより第２電極１６を形成する。例えば、ＩＴＯ膜付きのガラス基板を上記方法で洗浄した後に、一般的なフォトリソ工程を用いてＩＴＯ膜をパターニングする。エッチング方法としては、例えば第二塩化鉄を用いたウェットエッチングを採用できる。 Further, the second electrode 16 is formed on the second substrate 15 by appropriately patterning the ITO film. For example, after a glass substrate with an ITO film is washed by the above method, the ITO film is patterned using a general photolithography process. As an etching method, for example, wet etching using ferric chloride can be employed.
次いで、第１基板１１、第２基板１５のそれぞれを洗浄機により洗浄する。洗浄方法としては、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、ＩＲ乾燥の順に行うことができるが、これに限定されない。高圧スプレー洗浄やプラズマ洗浄などを行ってもよい。 Next, each of the first substrate 11 and the second substrate 15 is cleaned by a cleaning machine. As a cleaning method, for example, brush cleaning using an alkaline detergent, pure water cleaning, air blow, UV irradiation, and IR drying can be performed in this order, but not limited thereto. High pressure spray cleaning or plasma cleaning may be performed.
次いで、プリズムアレイ１３ａが形成された第１基板１１に配向膜１４ａを形成する。同様に、第２基板１５に配向膜１７を形成する。ここでは例えばポリイミドを配向膜として用いる。各配向膜１４ａ、１７の形成方法については上記した第１実施形態と同様であり、ここでは説明を省略する。この配向処理は、第１基板１１と第２基板１５とを重ね合わせたときに各基板上の液晶分子の配向方向がアンチパラレル配向になるように行う。 Next, an alignment film 14a is formed on the first substrate 11 on which the prism array 13a is formed. Similarly, an alignment film 17 is formed on the second substrate 15. Here, for example, polyimide is used as the alignment film. The method of forming the alignment films 14a and 17 is the same as that in the first embodiment, and the description thereof is omitted here. This alignment process is performed so that the alignment direction of the liquid crystal molecules on each substrate is antiparallel when the first substrate 11 and the second substrate 15 are overlapped.
次いで、一方の基板（例えば第１基板１１）上に、ギャップコントロール剤を適量含んだメインシール剤を形成する。また、他方の基板（例えば第２基板１５）上にはギャップコントロール剤を散布する。本工程についてもその詳細は第１実施形態と同様であり、ここでは説明を省略する。 Next, a main sealant containing an appropriate amount of a gap control agent is formed on one substrate (for example, the first substrate 11). A gap control agent is sprayed on the other substrate (for example, the second substrate 15). The details of this process are the same as those in the first embodiment, and a description thereof is omitted here.
次いで、第１基板１１と第２基板１５とを重ね合わせ、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る。その後、第１基板１１と第２基板１５の間隙に液晶材料を充填することにより液晶層１８を形成する。液晶材料の注入後、その注入口にエンドシール剤を塗布し封止する。そして、封止後に適宜熱処理を行うことにより、液晶層１８の液晶分子の配向状態を整える。本工程についてもその詳細は第１実施形態と同様であり、ここでは説明を省略する。 Next, the main substrate is cured by superimposing the first substrate 11 and the second substrate 15 and performing a heat treatment in a state where pressure is constantly applied by a press or the like. Thereafter, a liquid crystal layer 18 is formed by filling a gap between the first substrate 11 and the second substrate 15 with a liquid crystal material. After the liquid crystal material is injected, an end sealant is applied to the inlet and sealed. Then, the alignment state of the liquid crystal molecules in the liquid crystal layer 18 is adjusted by appropriately performing a heat treatment after sealing. The details of this process are the same as those in the first embodiment, and a description thereof is omitted here.
以上により本実施形態の光学素子２ａが得られる。この光学素子２ａを画像表示装置１の前面に配置することにより、本実施形態の画像表示システムが得られる（図１参照）。本実施形態の光学素子２ａについても、画像表示装置１からの出射光の偏光方向ａ１と、光学素子２ａの配向処理の方向ａ２とが平行となるように配置される（図４参照）。この光学素子２ａの第１電極１２および第２電極１６を用いて液晶層１８に交流電圧を印加すると、光学素子２ａを介して観察される画像表示装置１の表示画像は、左右方向にゆらゆら揺れるように視認される。また、液晶層１８に印加する電圧の大きさを徐々に上げていくと、光学素子２ａを介して視認される表示画像の位置が連続的に変化する。 Thus, the optical element 2a of the present embodiment is obtained. By disposing the optical element 2a on the front surface of the image display device 1, the image display system of the present embodiment is obtained (see FIG. 1). The optical element 2a of the present embodiment is also arranged so that the polarization direction a1 of the emitted light from the image display device 1 and the orientation process direction a2 of the optical element 2a are parallel to each other (see FIG. 4). When an AC voltage is applied to the liquid crystal layer 18 using the first electrode 12 and the second electrode 16 of the optical element 2a, the display image of the image display device 1 observed through the optical element 2a fluctuates in the horizontal direction. As seen. Further, when the magnitude of the voltage applied to the liquid crystal layer 18 is gradually increased, the position of the display image that is visually recognized through the optical element 2a changes continuously.
なお、液晶層１８に印加する電圧の大きさは数ボルト程度で十分であり、第１実施形態の光学素子２に比較して低電圧化が図られる。これは、第２実施形態の光学素子２ａにおいては、第１基板１１上の第１電極１２ａと液晶層１８との間にプリズムアレイ１３ａが存在することなく、第１電極１２ａから直接的に液晶層１８へ電圧を印加できることが一因であると考え得る。また、プリズムアレイ１３ａにより液晶層１８の厚み（セル厚）が場所によって異なるが、配向処理の方向をアンチパラレルとしている本実施形態の光学素子２ａは、液晶層１８の厚さに対して閾値がほとんど依存しないため、プリズムアレイ１３ａと液晶層１８界面の屈折率変化の場所による差異がほとんどないことも一因であると考え得る。 It should be noted that the voltage applied to the liquid crystal layer 18 may be about several volts, and the voltage can be reduced as compared with the optical element 2 of the first embodiment. This is because in the optical element 2a of the second embodiment, the liquid crystal layer 18 does not have the prism array 13a between the first electrode 12a and the liquid crystal layer 18 on the first substrate 11, and the liquid crystal directly from the first electrode 12a. It can be considered that one reason is that a voltage can be applied to the layer 18. Further, although the thickness (cell thickness) of the liquid crystal layer 18 varies depending on the location due to the prism array 13a, the optical element 2a of the present embodiment in which the direction of the alignment process is anti-parallel has a threshold with respect to the thickness of the liquid crystal layer 18. Since it hardly depends, it can be considered that there is almost no difference depending on the location of the refractive index change at the interface between the prism array 13a and the liquid crystal layer 18.
上記した条件例に基づいて作製した光学素子２ａにおいては、液晶層１８に２．５ボルトを印加したときに表示画像が徐々に変化し始め、４ボルトで完全に移動して視認された。また、この電圧値の間では表示画像が同じ形のまま徐々に移動する様子が観察された。したがって、第２実施形態の光学素子２ａを用いた画像表示システムは、光学素子２ａへ印加する電圧を低くできるだけでなく連続的に配光を制御できるため、新規な視覚効果を実現できる。 In the optical element 2a produced based on the above-described condition example, when 2.5 volts was applied to the liquid crystal layer 18, the display image started to gradually change and was visually recognized by moving completely at 4 volts. Further, it was observed that the display image gradually moved in the same shape between the voltage values. Therefore, the image display system using the optical element 2a according to the second embodiment can not only lower the voltage applied to the optical element 2a but also control the light distribution continuously, so that a novel visual effect can be realized.
（第３実施形態）
上述した第２実施形態では、光学素子２ａのプリズムアレイ１３ａ上に形成された第１電極１２ａには特段のパターニングが施されていなかったが、プリズムアレイ上の第１電極をパターニングすることも好ましい。以下、詳細に説明する。
(Third embodiment)
In the second embodiment described above, the first electrode 12a formed on the prism array 13a of the optical element 2a is not specially patterned. However, it is also preferable to pattern the first electrode on the prism array. . Details will be described below.
図９は、第３実施形態の光学素子の構造を示す模式的な断面図である。なお、画像表示システムの全体構成は第１実施形態の場合と同様である（図１参照）。図９に示す本実施形態の光学素子２ｂは、第１基板１１、複数の第１電極１２ｂ、プリズムアレイ１３ｂ、配向膜１４ｂ、第２基板１５、複数の第２電極１６ｂ、配向膜１７、液晶層１８を含んで構成される。第２実施形態に係る光学素子２ａとの相違点は、各第１電極１２ｂ、各第２電極１２ｂともに、ストライプ状（短冊状）の複数の電極からなる点である。それ以外の共通要素については詳細な説明を省略する。 FIG. 9 is a schematic cross-sectional view showing the structure of the optical element of the third embodiment. The overall configuration of the image display system is the same as that in the first embodiment (see FIG. 1). The optical element 2b of this embodiment shown in FIG. 9 includes a first substrate 11, a plurality of first electrodes 12b, a prism array 13b, an alignment film 14b, a second substrate 15, a plurality of second electrodes 16b, an alignment film 17, and a liquid crystal. A layer 18 is included. The difference from the optical element 2a according to the second embodiment is that each of the first electrodes 12b and the second electrodes 12b includes a plurality of striped (strip-shaped) electrodes. Detailed descriptions of other common elements are omitted.
図１０は、画像表示装置１からの出射光の偏光方向と、光学素子２ｂにおける配向処理の方向との関係を説明するための図である。上記のように、画像表示装置１はその出射光が方向ａ１に偏光している（図示の例では４５°の方向）。これに対して、第１基板１１は、配向膜１４へ施された配向処理の方向ａ２が上記した出射光の偏光方向ａ１と略平行になるように配置されている。図示の例では、配向処理の方向ａ２は、プリズムアレイ１３の各プリズムの長手方向（各第１電極１２ｂの延在方向）ａ３との間で略４５°に設定されている。また、第２基板１５は、配向膜１７へ施された配向処理の方向ａ４が上記した第１基板１１の配向処理の方向ａ２との間でアンチパラレルの関係になるように配置されている。また、配向処理の方向ａ２は、各第２電極１６ｂの延在方向ａ５との間で略４５°に設定されている。 FIG. 10 is a diagram for explaining the relationship between the polarization direction of the emitted light from the image display device 1 and the direction of the alignment treatment in the optical element 2b. As described above, in the image display device 1, the emitted light is polarized in the direction a1 (45 ° direction in the illustrated example). In contrast, the first substrate 11 is arranged so that the direction a2 of the alignment treatment applied to the alignment film 14 is substantially parallel to the polarization direction a1 of the emitted light. In the illustrated example, the orientation processing direction a2 is set to approximately 45 ° with respect to the longitudinal direction (extending direction of each first electrode 12b) a3 of each prism of the prism array 13. In addition, the second substrate 15 is arranged so that the direction a4 of the alignment treatment applied to the alignment film 17 is in an anti-parallel relationship with the direction a2 of the alignment treatment of the first substrate 11 described above. Further, the direction a2 of the alignment treatment is set to approximately 45 ° with respect to the extending direction a5 of each second electrode 16b.
次に、第３実施形態の画像表示システムにおける光学素子２ｂの製造方法の一例について詳述する。光学素子２ｂの製造方法は基本的に上記した第２実施形態の光学素子２ａの製造方法と共通であり、相違点を中心に説明する。 Next, an example of a method for manufacturing the optical element 2b in the image display system of the third embodiment will be described in detail. The manufacturing method of the optical element 2b is basically the same as the manufacturing method of the optical element 2a of the second embodiment described above, and the differences will be mainly described.
まず、第１基板１１上にプリズムアレイ１３ｂが形成される。次いで、プリズムアレイ１３ｂ上にＩＴＯ膜などの透明導電膜が形成される。上記のように、プリズムアレイ１３ｂ上に酸化珪素膜を薄く形成した後に透明導電膜を形成することも好ましい。 First, the prism array 13 b is formed on the first substrate 11. Next, a transparent conductive film such as an ITO film is formed on the prism array 13b. As described above, it is also preferable to form a transparent conductive film after forming a thin silicon oxide film on the prism array 13b.
次いで、プリズムアレイ１３ｂ上に透明導電膜であるＩＴＯ膜を形成する。そして、このＩＴＯ膜をパターニングすることにより、複数の第１電極１２ｂを形成する。本実施形態では、フォトリソグラフィ技術によってパターニングを行う。エッチング方法としては、例えば第二塩化鉄を用いたウェットエッチングを採用できる。 Next, an ITO film, which is a transparent conductive film, is formed on the prism array 13b. Then, a plurality of first electrodes 12b are formed by patterning this ITO film. In the present embodiment, patterning is performed by a photolithography technique. As an etching method, for example, wet etching using ferric chloride can be employed.
このときに用いるフォトマスクとして、例えば本実施形態ではパターン幅（ＩＴＯ膜が形成されている部分の幅）が８０μｍ、線間の幅（第１電極１２ｂの相互間距離）が２０μｍとなるようなフォトマスクを用いる。これにより、プリズムアレイ１３ｂの各プリズムの延在方向と平行な方向に延びるストライプ状パターンの複数の第１電極１２ｂが得られる。なお、各第１電極１２ｂの延在方向と各プリズムの延在方向とは必ずしも平行でなくともよく、直交させてもよいし任意の角度をもっていてもよい。ただし、各プリズムの延在方向と各第１電極１２ｂの延在方向とを平行またはこれに近い角度に配置したほうが第１電極１２ｂの断線をより防ぎやすい。 As a photomask used at this time, for example, in this embodiment, the pattern width (width of the portion where the ITO film is formed) is 80 μm, and the width between lines (distance between the first electrodes 12b) is 20 μm. A photomask is used. Thereby, a plurality of first electrodes 12b having a stripe pattern extending in a direction parallel to the extending direction of each prism of the prism array 13b is obtained. The extending direction of each first electrode 12b and the extending direction of each prism do not necessarily have to be parallel, but may be orthogonal to each other or have an arbitrary angle. However, it is easier to prevent disconnection of the first electrode 12b by arranging the extending direction of each prism and the extending direction of each first electrode 12b in parallel or at an angle close thereto.
また、本実施形態では、第２基板１５上に複数の第２電極１６ｂを形成する。具体的には、第２基板１５上に透明導電膜であるＩＴＯ膜を形成し、このＩＴＯ膜をパターニングすることにより、複数の第２電極１６ｂを形成する。本実施形態では、フォトリソグラフィ技術によってパターニングを行う。エッチング方法としては、例えば第二塩化鉄を用いたウェットエッチングを採用できる。各第２電極１６ｂの形状は任意であり、本実施形態では各第１電極１２ｂと同様なストライプ状パターンとする。また、各第２電極１２ｂは、それらの延在方向が各第１電極１２ｂの延在方向と直交するように形成する。 In the present embodiment, a plurality of second electrodes 16 b are formed on the second substrate 15. Specifically, an ITO film that is a transparent conductive film is formed on the second substrate 15, and the ITO film is patterned to form a plurality of second electrodes 16b. In the present embodiment, patterning is performed by a photolithography technique. As an etching method, for example, wet etching using ferric chloride can be employed. The shape of each second electrode 16b is arbitrary, and in this embodiment, the second electrode 16b has a stripe pattern similar to that of each first electrode 12b. The second electrodes 12b are formed so that their extending directions are orthogonal to the extending directions of the first electrodes 12b.
次いで、第１基板１１、第２基板１５のそれぞれを適宜洗浄した後に、第１基板１１上に配向膜１４ｂを形成し、第２基板１５上に配向膜１７を形成する。次いで、一方の基板（例えば第１基板１１）上に、ギャップコントロール剤を適量含んだメインシール剤を形成し、かつ他方の基板（例えば第２基板１５）上にはギャップコントロール剤を散布する。次いで、第１基板１１と第２基板１５とを重ね合わせ、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る。その後、第１基板１１と第２基板１５の間隙に液晶材料を充填することにより液晶層１８を形成する。液晶材料の注入後、その注入口にエンドシール剤を塗布し封止する。そして、封止後に適宜熱処理を行うことにより、液晶層１８の液晶分子の配向状態を整える。これら各工程についての詳細は第１実施形態および第２実施形態と同様であり、ここでは説明を省略する。 Next, after each of the first substrate 11 and the second substrate 15 is appropriately washed, an alignment film 14 b is formed on the first substrate 11, and an alignment film 17 is formed on the second substrate 15. Next, a main sealant containing an appropriate amount of a gap control agent is formed on one substrate (for example, the first substrate 11), and the gap control agent is sprayed on the other substrate (for example, the second substrate 15). Next, the main substrate is cured by superimposing the first substrate 11 and the second substrate 15 and performing a heat treatment in a state where pressure is constantly applied by a press or the like. Thereafter, a liquid crystal layer 18 is formed by filling a gap between the first substrate 11 and the second substrate 15 with a liquid crystal material. After the liquid crystal material is injected, an end sealant is applied to the inlet and sealed. Then, the alignment state of the liquid crystal molecules in the liquid crystal layer 18 is adjusted by appropriately performing a heat treatment after sealing. Details of these steps are the same as those in the first embodiment and the second embodiment, and a description thereof is omitted here.
以上により本実施形態の光学素子２ｂが得られる。この光学素子２ｂを画像表示装置１の前面に配置することにより、本実施形態の画像表示システムが得られる（図１参照）。本実施形態の光学素子２ｂについても、画像表示装置１からの出射光の偏光方向ａ１と、光学素子２ａの配向処理の方向ａ２とが平行となるように配置される（図１０参照）。この光学素子２ａの各第１電極１２ｂおよび各第２電極１６ｂを用いて液晶層１８に種々の電圧を印加した場合に、光学素子２ｂを介して観察される画像表示装置１の表示画像がどのように視認されるかを、図１１〜図１６に基づいて説明する。なお、図１１〜図１４において、光学素子２ｂは、図中の上下方向に各第２電極１６ｂが並ぶように配置されているものとする。また、図１５、図１６において、光学素子２ｂは、図中の上下方向に各第１電極１２ｂが並ぶように配置されているものとする。 Thus, the optical element 2b of the present embodiment is obtained. By disposing the optical element 2b on the front surface of the image display device 1, the image display system of the present embodiment is obtained (see FIG. 1). The optical element 2b of the present embodiment is also arranged so that the polarization direction a1 of the light emitted from the image display device 1 and the orientation direction a2 of the optical element 2a are parallel (see FIG. 10). When various voltages are applied to the liquid crystal layer 18 using the first electrodes 12b and the second electrodes 16b of the optical element 2a, which display image of the image display device 1 is observed through the optical element 2b. Whether or not it is visually recognized will be described with reference to FIGS. 11 to 14, the optical element 2b is arranged such that the second electrodes 16b are arranged in the vertical direction in the figure. 15 and 16, the optical element 2b is arranged such that the first electrodes 12b are arranged in the vertical direction in the drawings.
図１１に示す例では、第１基板１１の各第１電極１２ｂには基準電位（接地電位）を与え、第２基板１５の各第２電極１６ｂには基準電位よりも相対的に高い電位（例えば数ボルトの電位）を与えた。また、画像表示装置１の表示画像としては、光学素子２ｂによる効果を分かりやすくするために四角い表示パターンを含む表示画像を用いた（以下も同様）。全ての第２電極１２ｂに対して一定の電位を印加したところ、光学素子２ｂを介して視認される表示画像は図示のように四角いパターンを含む表示画像となった。また、各第２電極１６ｂへ印加する電圧の大きさに応じ、光学素子２ｂを介して観察される表示画像は、本来の位置に対して横方向に移動した形で視認された。ここでいう「本来の位置」とは、画像表示装置１によって表示され、光学素子２ｂを介さないで視認した場合の表示画像の位置である。 In the example shown in FIG. 11, a reference potential (ground potential) is applied to each first electrode 12b of the first substrate 11, and a potential (relatively higher than the reference potential) is applied to each second electrode 16b of the second substrate 15. For example, a potential of several volts) was applied. Further, as a display image of the image display device 1, a display image including a square display pattern was used in order to easily understand the effect of the optical element 2b (the same applies to the following). When a constant potential was applied to all the second electrodes 12b, the display image viewed through the optical element 2b became a display image including a square pattern as shown in the figure. Further, the display image observed through the optical element 2b according to the magnitude of the voltage applied to each of the second electrodes 16b was visually recognized as being moved in the lateral direction with respect to the original position. The “original position” here is a position of a display image displayed by the image display device 1 and visually recognized without using the optical element 2b.
図１２に示す例では、第１基板１１の各第１電極１２ｂには基準電位（接地電位）を与えた。また、第２基板１５の各第２電極１６ｂには基準電位よりも相対的に高い電位（例えば数ボルトの電位）であってその大きさが連続的に（時間的に）変化する電位を与えた。このとき、光学素子２ｂを介して観察される表示画像は、図示のように四角いパターンを含む表示画像が、各第２電極１６ｂへの印加電圧の変化に対応して左右方向にゆらゆら揺れて視認された（第１実施形態、第２実施形態と同様）。 In the example shown in FIG. 12, a reference potential (ground potential) is applied to each first electrode 12b of the first substrate 11. Further, each second electrode 16b of the second substrate 15 is given a potential that is relatively higher than the reference potential (for example, a potential of several volts) and whose magnitude changes continuously (in time). It was. At this time, the display image observed through the optical element 2b is visually recognized as the display image including a square pattern fluctuates in the left-right direction corresponding to the change in the voltage applied to each second electrode 16b as shown in the figure. (Similar to the first embodiment and the second embodiment).
図１３に示す例では、第１基板１１の各第１電極１２ｂには基準電位（接地電位）を与えた。また、第２基板１５の各第２電極１６ｂには、基準電位よりも相対的に高い電位（例えば数Ｖの電位）であって、図示のように各第２電極１６ｂに異なる電位を与えた。詳細には、一番上と中央と一番下の第２電極１６ｂには、それぞれ所定の電位Ｖ１を与えた。また、一番上から中央までに並んだ各第２電極１６ｂには、Ｖ１よりも高い電位であって、一番上から上１／４の位置の第２電極１６ｂが最大電位（例えばＶ１より１ボルト程度高い電位）となるように、隣り合う電極同士で徐々に変化する電位を与えた。また、中央から一番下までに並んだ各第２電極１６ｂには、Ｖ１よりも低い電位であって、中央から下１／４の位置の第２電極１６ｂが最小電位（例えばＶ１より１ボルト程度低い電位）となるように、隣り合う電極同士で徐々に変化する電位を与えた。このとき、光学素子２ｂを介して観察される表示画像は、図示のように表示画像に含まれる四角いパターンが、各第２電極１６ｂへの印加電圧の変化に対応してＳ字状に歪んだ状態に視認された。 In the example shown in FIG. 13, a reference potential (ground potential) is applied to each first electrode 12 b of the first substrate 11. Further, each second electrode 16b of the second substrate 15 has a relatively higher potential (for example, a potential of several volts) than the reference potential, and a different potential is applied to each second electrode 16b as shown in the figure. . Specifically, a predetermined potential V1 is applied to the top, center, and bottom second electrodes 16b. Further, each second electrode 16b arranged from the top to the center has a potential higher than V1, and the second electrode 16b located at the upper 1/4 position from the top has a maximum potential (for example, from V1). A potential that gradually changes between adjacent electrodes was applied so that the potential was about 1 volt higher. In addition, each second electrode 16b arranged from the center to the bottom has a potential lower than V1, and the second electrode 16b located at the lower 1/4 position from the center has a minimum potential (for example, 1 volt from V1). A potential that gradually changes between adjacent electrodes was applied so that the potential was about a low potential. At this time, in the display image observed through the optical element 2b, the square pattern included in the display image is distorted in an S shape corresponding to the change in the voltage applied to each second electrode 16b as shown in the figure. Visible to the state.
図１４に示す例では、図１３に示した例における各第２電極１６ｂへ与える電位を連続的に（時間的に）増減させている。このとき、光学素子２ｂを介して観察される表示画像は、図示のように表示画像に含まれる四角いパターンが、各第２電極１６ｂへの印加電圧の変化に対応してＳ字状に歪んだ状態のまま左右にゆらゆら揺れて視認された。 In the example shown in FIG. 14, the potential applied to each second electrode 16b in the example shown in FIG. 13 is increased or decreased continuously (in time). At this time, in the display image observed through the optical element 2b, the square pattern included in the display image is distorted in an S shape corresponding to the change in the voltage applied to each second electrode 16b as shown in the figure. It was visually swaying from side to side as it was.
図１５に示す例では、第２基板１５の各第２電極１６ｂには基準電位（接地電位）を与えた。また、第１基板１５の各第１電極１２ｂには、基準電位よりも相対的に高い電位（例えば数ボルトの電位）であって、図示のように各第１電極１２ｂに異なる電位を与えた。詳細には、一番左と中央と一番右の第１電極１２ｂには、それぞれ所定の電位Ｖ１を与えた。また、一番左から中央までに並んだ各第１電極１２ｂには、Ｖ１よりも高い電位であって、一番左から左１／４の位置の第１電極１２ｂが最大電位（例えばＶ１より１ボルト程度高い電位）となるように、隣り合う電極同士で徐々に変化する電位を与えた。また、中央から一番右までに並んだ各第１電極１２ｂには、Ｖ１よりも低い電位であって、中央から右１／４の位置の第１電極１２ｂが最小電位（例えばＶ１より１ボルト程度低い電位）となるように、隣り合う電極同士で徐々に変化する電位を与えた。このとき、光学素子２ｂを介して観察される表示画像は、図示のように表示画像に含まれる四角いパターンが、縦方向に濃淡を有する状態に視認された。 In the example illustrated in FIG. 15, a reference potential (ground potential) is applied to each second electrode 16 b of the second substrate 15. Further, each first electrode 12b of the first substrate 15 has a relatively higher potential than the reference potential (for example, a potential of several volts), and a different potential is applied to each first electrode 12b as shown in the figure. . Specifically, a predetermined potential V1 is applied to the leftmost, centered, and rightmost first electrodes 12b. Further, the first electrode 12b arranged from the leftmost to the center has a potential higher than V1, and the first electrode 12b at the position of the leftmost 1/4 from the leftmost has a maximum potential (for example, from V1). A potential that gradually changes between adjacent electrodes was applied so that the potential was about 1 volt higher. Further, each first electrode 12b arranged from the center to the rightmost side has a potential lower than V1, and the first electrode 12b located at the right 1/4 position from the center has a minimum potential (for example, 1 volt from V1). A potential that gradually changes between adjacent electrodes was applied so that the potential was about a low potential. At this time, the display image observed through the optical element 2b was visually recognized in a state in which the square pattern included in the display image has light and shade in the vertical direction as illustrated.
図１６に示す例では、図１５に示した例における各第１電極１２ｂへ与える電位を連続的に（時間的に）増減させている。このとき、光学素子２ｂを介して観察される表示画像は、図示のように表示画像に含まれる四角いパターンが縦方向に濃淡を有する状態のまま左右にゆらゆら揺れて視認された。 In the example shown in FIG. 16, the potential applied to each first electrode 12b in the example shown in FIG. 15 is increased or decreased continuously (in time). At this time, the display image observed through the optical element 2b was visually recognized as swaying from side to side while the square pattern included in the display image was shaded in the vertical direction as illustrated.
なお、図１１〜図１６に示す各例の何れにおいても、例えば１００〜１０００Ｈｚ程度の高周波(矩形波）を基本としてその実効値が０．１ヘルツから１０ヘルツ程度の周期で変動する電位を各第１電極１２ｂ又は各第２電極１６ｂに与えることがより望ましい。液晶層１８に直流成分が加わることを回避できる点と、常に表示画像を少し動かした状態でゆらゆら揺れた状態に視認させる場合の駆動に対応しやすい点で有利だからである。 In any of the examples shown in FIGS. 11 to 16, for example, potentials whose effective values fluctuate in a cycle of about 0.1 Hz to about 10 Hz based on a high frequency (rectangular wave) of about 100 to 1000 Hz, for example. It is more desirable to give to the 1st electrode 12b or each 2nd electrode 16b. This is because it is advantageous in that it is possible to avoid the application of a direct current component to the liquid crystal layer 18 and that it is easy to deal with driving in the case where the display image is always moved slightly and shaken.
また、上記の図１３〜図１６の例においては、各第１電極１２ｂまたは各第２電極１６ｂに対して与えられる電位の増減が１周期分であったが、より細かな周期で増減する電位を与えることにより、表示画像のＳ字状の歪みをより細かくし、或いは濃淡のピッチを細かくすることが可能である。また、必ずしも連続的に電位を増減する必要はなく、不連続に増減する電位を与えてもよい。それにより、表示画像の歪みや濃淡の変化も不連続なものとなる。 In the examples of FIGS. 13 to 16, the increase / decrease of the potential applied to each first electrode 12b or each second electrode 16b is one cycle, but the potential increases / decreases in a finer cycle. By providing the above, it is possible to make the S-shaped distortion of the display image finer, or to make the gray pitch finer. Further, it is not always necessary to increase or decrease the potential continuously, and a potential that increases or decreases discontinuously may be applied. Thereby, the distortion of the display image and the change in shading become discontinuous.
このように、複数の第１電極１２ｂ又は複数の第２電極１６ｂを設け、それぞれに異なる大きさの電位を与えることにより変化に富んだ視覚効果を実現できる。 In this manner, a variety of visual effects can be realized by providing a plurality of first electrodes 12b or a plurality of second electrodes 16b and applying different potentials to each.
（変形実施の態様）
本発明は上述した各実施形態の内容に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々に変形して実施をすることが可能である。例えば、上記した第１実施形態の光学素子における第１電極を、第３実施形態の光学素子における第１電極のように構成してもよい。この場合でも同様の作用効果が得られる。また、第３実施形態の光学素子において、第１電極又は第２電極のいずれかはストライプ状等に構成せず、一体に構成されていてもよい。その場合、プリズムアレイがない側である第２電極のみストライプ状等にパターニングすると、エッチングによりプリズムアレイがダメージを受ける確率が減るのでより好ましい。
(Modified embodiment)
The present invention is not limited to the contents of the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope of the gist of the present invention. For example, the first electrode in the optical element of the first embodiment described above may be configured like the first electrode in the optical element of the third embodiment. Even in this case, the same effect can be obtained. In the optical element of the third embodiment, either the first electrode or the second electrode may not be formed in a stripe shape or the like, but may be formed integrally. In that case, it is more preferable to pattern only the second electrode on the side where there is no prism array in a stripe shape or the like because the probability of the prism array being damaged by etching is reduced.
また、上記各実施形態において、液晶層１８は水平配向に規制されていたが、９０°捩れ配向等の捩れ配向としてもよい。また、液晶層１８にカイラル剤を添加することなどにより液晶分子の配列方向を変えてもよい。また、液晶層１８を形成する際の手法は真空注入にのみ限定されず、ＯＤＦ法を用いてもよい。 Further, in each of the embodiments described above, the liquid crystal layer 18 is restricted to horizontal alignment, but may be twisted alignment such as 90 ° twisted alignment. Further, the alignment direction of the liquid crystal molecules may be changed by adding a chiral agent to the liquid crystal layer 18. Further, the method for forming the liquid crystal layer 18 is not limited to vacuum injection, and an ODF method may be used.
また、プリズムアレイの断面形状は、上記した三角形状にのみ限定されない。断面形状は、例えば正弦波（サインカーブ）状でもよい。また、プリズムアレイの上面形状は、上記したストライプ状にのみ限定されない。上面形状は、例えば格子状、同心円状、楕円状、フレネルレンズ状、ドット状などでもよい。さらに、プリズムアレイの各プリズムの長手方向と配向処理の方向とを４５°にしていたが、角度はこれに限定されず、狙いとする用途、視覚効果に応じて適宜設定できる。 Further, the cross-sectional shape of the prism array is not limited to the triangular shape described above. The cross-sectional shape may be, for example, a sine wave (sine curve). Further, the upper surface shape of the prism array is not limited to the stripe shape described above. The top surface shape may be, for example, a lattice shape, a concentric circle shape, an ellipse shape, a Fresnel lens shape, or a dot shape. Further, although the longitudinal direction of each prism of the prism array and the direction of the orientation treatment are set to 45 °, the angle is not limited to this and can be set as appropriate according to the intended use and visual effect.
１…画像表示装置、２、２ａ、２ｂ…光学素子、３…駆動装置、１１…第１基板、１２、１２ａ、１２ｂ…第１電極、１３、１３ａ、１３ｂ…プリズムアレイ、１４、１４ａ、１４ｂ…配向膜、１５…第２基板、１６、１６ｂ…第２電極、１７…配向膜、１８…液晶層 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Image display apparatus 2, 2, 2a, 2b ... Optical element, 3 ... Drive apparatus, 11 ... 1st board | substrate, 12, 12a, 12b ... 1st electrode, 13, 13a, 13b ... Prism array, 14, 14a, 14b ... Alignment film, 15 ... Second substrate, 16, 16b ... Second electrode, 17 ... Alignment film, 18 ... Liquid crystal layer
Claims (4)
前記画像表示装置の前面側に配置される光学素子と、
を含み、
前記光学素子は、
第１基板と、
前記第１基板上に設けられた第１電極と、
前記第１電極上に設けられたプリズムアレイと、
前記第１電極及び前記プリズムアレイを覆って前記第１基板上に設けられており、配向処理が施された第１配向膜と、
第２基板と、
前記第２基板上に設けられた第２電極と、
前記第２電極を覆って前記第２基板上に設けられており、配向処理が施された第２配向膜と、
前記第１基板の前記第１配向膜と前記第２基板の前記第２配向膜の相互間に設けられた液晶層と、
を有し、
当該光学素子は、前記第１基板側を前記画像表示装置と向かい合わせ、且つ、前記第１配向膜に施された前記配向処理の方向と前記画像表示装置の前記出射光の偏光方向を略平行にして配置された、
画像表示システム。 An image display device in which the emitted light is polarized;
An optical element disposed on the front side of the image display device;
Including
The optical element is
A first substrate;
A first electrode provided on the first substrate;
A prism array provided on the first electrode;
A first alignment film that is provided on the first substrate so as to cover the first electrode and the prism array and is subjected to alignment treatment;
A second substrate;
A second electrode provided on the second substrate;
A second alignment film that is provided on the second substrate so as to cover the second electrode and has been subjected to an alignment treatment;
A liquid crystal layer provided between the first alignment film of the first substrate and the second alignment film of the second substrate;
Have
The optical element has the first substrate side facing the image display device, and the direction of the alignment treatment applied to the first alignment film is substantially parallel to the polarization direction of the emitted light of the image display device. Arranged in the
Image display system.
前記画像表示装置の前面側に配置された光学素子と、
を含み、
前記光学素子は、
第１基板と、
前記第１基板上に設けられたプリズムアレイと、
前記プリズムアレイ上に設けられた第１電極と、
前記プリズムアレイ及び前記第１電極を覆って前記第１基板上に設けられており、配向処理が施された第１配向膜と、
第２基板と、
前記第２基板上に設けられた第２電極と、
前記第２電極を覆って前記第２基板上に設けられており、配向処理が施された第２配向膜と、
前記第１基板の前記第１配向膜と前記第２基板の前記第２配向膜の相互間に設けられた液晶層と、
を有し、
当該光学素子は、前記第１基板側を前記画像表示装置と向かい合わせ、且つ、前記第１配向膜に施された前記配向処理の方向と前記画像表示装置の前記出射光の偏光方向を略平行にして配置された、
画像表示システム。 An image display device in which the emitted light is polarized;
An optical element disposed on the front side of the image display device;
Including
The optical element is
A first substrate;
A prism array provided on the first substrate;
A first electrode provided on the prism array;
A first alignment film that is provided on the first substrate so as to cover the prism array and the first electrode and is subjected to an alignment process;
A second substrate;
A second electrode provided on the second substrate;
A second alignment film that is provided on the second substrate so as to cover the second electrode and has been subjected to an alignment treatment;
A liquid crystal layer provided between the first alignment film of the first substrate and the second alignment film of the second substrate;
Have
The optical element has the first substrate side facing the image display device, and the direction of the alignment treatment applied to the first alignment film is substantially parallel to the polarization direction of the emitted light of the image display device. Arranged in the
Image display system.
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