JP2012027489A - 液晶レンズ及びその制御方法並びに3d表示装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】該液晶レンズは、間隔を置いて設置されている二つの電極構造と、二つの電極構造の間に設置され、初期配列方向に沿って配列する複数の液晶分子を含む液晶層とを含む。該電極構造は、第1電界を発生させ、第1電界は、液晶分子の配列方向を変更させることで、液晶層にレンズ効果を持たせる。該電極構造は、更に第2電界を発生させ、第2電界は、液晶分子を初期配列方向に復帰させ、液晶分子が初期配列方向にあると、液晶層にレンズ効果を持たない。本発明によれば、液晶レンズの応答時間を短くし、特に液晶層内の液晶分子が非レンズ効果状態に復帰する時間を短縮させることで、液晶レンズの効率を向上させており、液晶レンズの普及に有利である。
【選択図】図1
Description
例えば、伝統的な光学ズームレンズ群は、少なくとも二枚以上のレンズが互いに合わせて移動することがあってズーム効果を達成できるようになる。実際の応用過程において、該種類の光学ズームレンズ群は、比較的に重厚的で体積が大きいものが多く、ユーザの使用利便性に大きく影響する。
本発明による好ましい実施例として、第1線形電極と第2線形電極との間に電圧差を形成することで第1電界を発生させる。
本発明による好ましい実施例として、第2電極構造は、面電極を更に含み、面電極は、第2線形電極に積層されかつ絶縁的に設置されている。
本発明による好ましい実施例として、第1線形電極と第2線形電極及び面電極との間に電圧差を形成することで第1電界を発生させる。
本発明による好ましい実施例として、面電極と第2線形電極との間に電圧差を形成することで第2電界を発生させる。
本発明による好ましい実施例として、二つの電極構造は、第1電極構造と第2電極構造とを含み、第1電極構造は、互いに間隔を置いて設置されかつ第1延伸方向に沿って延伸する複数の第1線形電極を含み、第2電極構造は、互いに間隔を置いて設置されかつ第1延伸方向に平行する第2延伸方向に沿って延伸する複数の第2線形電極を含む。
本発明による好ましい実施例として、第1線形電極と第2線形電極との間に電圧差を形成することで第1電界を発生させる。
本発明による好ましい実施例として、第1電極構造は第1線形電極間に設置されている第1高抵抗材料層を更に含み、及び/又は、第2電極構造は第2線形電極間に設置されている第2高抵抗材料層を更に含む。
本発明による好ましい実施例として、初期配列方向は、第1延伸方向と交差する。
本発明による好ましい実施例として、液晶レンズは、第1基板と第2基板とを更に含み、二つの電極構造は、それぞれ第1基板と第2基板上に設置されている。
本発明による好ましい実施例として、液晶レンズは、第1配向層と第2配向層とを更に含み、第1配向層と第2配向層とは、液晶分子が初期配列方向に配列するように互いに合わせる。
本発明が技術問題を解決するために採用する技術案は、第1電極構造と、第1電極構造と間隔を置いて設置されている第2電極構造と、第1電極構造と第2電極構造との間に設置され、初期配列方向に沿って配列する複数の液晶分子を含む液晶層とを含む液晶レンズにおいて、第1電極構造は、互いに間隔を置いて設置されかつ第1延伸方向に沿って延伸する複数の第1線形電極を含み、第2電極構造は、互いに間隔を置いて設置されかつ第1延伸方向に平行する第2延伸方向に沿って延伸する複数の第2線形電極を含み、複数の第1線形電極間及び/又は複数の第2線形電極間は、初期配列方向に少なくとも一部平行する電界を、液晶分子が初期配列方向に復帰する過程において発生させ、液晶分子が初期配列方向にあると、液晶層にレンズ効果を持たないことである。
本発明による液晶レンズは、間隔を置いて設置されている二つの電極構造及び液晶層を含む。なお、液晶層は、二つの電極構造の間に設置されており、複数の液晶分子を含む。
具体的な実施過程において、該電極構造は、第1電界を発生させ、第1電界によって液晶分子が第1配列状態となり、もって液晶層にレンズ効果を持つこととなる。更に、該電極構造は、更に第2電界を発生させ、第2電界によって液晶分子が第2配列状態となる。液晶分子が第2配列状態にあると、液晶層にレンズ効果を持たない。
本実施例において、液晶レンズは、順に第1基板11、第1電極構造12、第1配向層13、液晶層14、第2配向層15、第2電極構造16及び第2基板17を含む。
なお、第1電極構造12は、第1基板11上に設置されており、複数の第1線形電極121を含む。複数の第1線形電極121は、互いに間隔を置いて設置されており、かつ第1延伸方向D1に沿って延伸する。
液晶層14内は、初期配列方向に沿って配列する液晶分子を含む。第1配向層13と第2配向層15とは、液晶分子が初期配列方向に沿って配列するように互いに合わせる。本実施例において、摩擦配向又は放射配向などによって第1配向層13の配向方向D3と第2配向層15の配向方向D4とが共に第1延伸方向D1と平行になるようにし、液晶分子の初期配列方向が第1延伸方向D1と平行になるようにする。
第1基板11と第2基板17は共にガラス基板であることが好ましい。もちろん、光が透過可能なものであれば、その他の材料の透明基板であってもよいが、ここでは枚挙しない。
誘電層162は酸化シリコン(SiOx)や窒化シリコン(SiNx)のような透明な絶縁材料であることが好ましいが、ここでは枚挙しない。
第1電界の発生過程について、次のように記述する。
図2のように、複数の第1線形電極121に適切な電圧V1、V2、V3及びV4を印加する。なお、良好なレンズ効果の形成を保証するために、V1、V2、V3はそれぞれV4に対して対称となる。具体的な実施過程において、第2線形電極161にゼロ電圧又は参考電圧Vrefを印加し、同時に面電極163にも同様にゼロ電圧又は参考電圧Vrefを印加する。このように、複数の第1線形電極121と第2線形電極161及び面電極163との間に対応する電圧差を形成し、該複数の電圧差によって液晶層14内に第1電界が発生する。液晶層14内の液晶分子は、第1電界の作用を受けて配列方向が変更し、液晶分子の液晶層14内での配列状況に応じて、異なるエリアの液晶分子の偏向角が異なり、もって液晶分子の屈折率に放物線状の変化が現れ、更にV1又はV4を中心としたレンズが形成され、液晶層14にレンズの効果を持たせる効果を達し、もって集光又は発散の目的を実現する。
図3のように、第2線形電極161にいずれも同様の電圧V1を印加し、面電極163にゼロ電圧又は参考電圧Vrefを印加する。このように、第2線形電極161と面電極163との間に電圧差を形成し、更に第2電界が発生する。該第2電界の方向は、同様に液晶分子の初期配列方向に平行するか少なくとも一部平行しており、もって液晶分子が第2電界の作用を受けて初期配列方向に快速に復帰し、液晶分子の液晶層14内での配列状況に応じて、初期配列方向のとき、異なるエリアの液晶分子の偏向角がほぼ一致であり、液晶層14にレンズ効果を持たなくなる。
図5に示す液晶レンズの構造は、図1〜図4に示す第1実施形態の液晶レンズの構造とは基本的に似ている。
第1実施形態の液晶レンズとの主な区別点としては、第2実施形態の液晶レンズの第2電極構造26が第2基板27上に設置されている複数の第2線形電極261を含むことにある。すなわち、第2電極構造26は、第1実施形態における第2線形電極161と第2基板17との間の面電極163及び付属誘電層162の構造が省かれている。
デバイス構造の変更に伴い、第2実施形態における液晶レンズの稼働原理も対応的に変化する。詳しくは、次のように記述する。
複数の第1線形電極221に、例えば中間の第1線形電極221対称の駆動電圧のような適切な電圧を印加し、第2線形電極261にゼロ電圧又は参考電圧Vrefを印加する。このように、複数の第1線形電極221と第2線形電極261との間に対応する電圧差を形成し、該複数の電圧差によって液晶層24内に第1電界が発生する。液晶層24内の液晶分子は、第1電界の作用を受けて配列方向が変更し、液晶分子の液晶層24内での配列状況に応じて、異なるエリアの液晶分子の偏向角が異なり、もって液晶分子の屈折率に放物線状の変化が現れ、更に中間電極を中心としたレンズが形成し、液晶層24にレンズの効果を持たせる効果を達し、もって集光又は発散の目的を実現する。
同様に、液晶レンズ形成過程を加速するために、該駆動電圧は過駆動電圧の方式を用いてもよい。その方法は、第1実施形態と類似しており、ここでは繰り返して説明しない。
隣接する第2線形電極261に交代して電圧V1とゼロ電圧又は参考電圧Vrefを印加する。このように、隣接する第2線形電極261間に電圧差を形成し、更に第2電界が発生する。なお、第2電界の方向は、液晶分子の初期配列方向に平行するか少なくとも一部平行しており、もって液晶分子が第2電界の作用を受けて初期配列方向に快速に復帰し、液晶分子の液晶層24内での配列状況に応じて、初期配列方向のとき、異なるエリアの液晶分子の偏向角がほぼ一致であり、液晶層24にレンズ効果を持たなくなる。上記方式では、面電極及び誘電層を省くことができ、製造工程を軽減している。
本実施例において、液晶レンズは、順に第1基板31、第1電極構造32、第1配向層33、液晶層34、第2配向層35、第2電極構造36及び第2基板37を含む。
なお、第1電極構造32は、第1基板31上に設置されており、複数の第1線形電極321を含む。該第1線形電極321は、互いに間隔を置いて設置されており、かつ第1延伸方向D1に沿って延伸する。
液晶層34は、第1電極構造32と第2電極構造36との間に設置されており、第1配向層33は、液晶層34と第1電極構造32との間に設置されており、第2配向層35は、液晶層34と第2電極構造36との間に設置されている。
第1基板31と第2基板37は共にガラス基板であることが好ましい。もちろん、光が透過可能なものであれば、その他の材料の透明基板であってもよいが、ここでは枚挙しない。
図7のように、第1線形電極321に電圧V1とV2を印加する。なお、図7中の二つのV1がV2に対して対称となり、液晶層34に良好なレンズ効果を形成するように保証する。具体的な実施過程において、第2線形電極361にいずれもゼロ電圧又は参考電圧Vrefを印加し、もって第1線形電極321と第2線形電極361との間に電圧差を形成し、更に第1電界が発生する。液晶層34内の液晶分子は、第1電界の作用を受けて配列方向が変更し、液晶分子の液晶層34内での配列状況に応じて、異なるエリアの液晶分子の偏向角が異なり、もって液晶分子の屈折率に放物線状の変化が現れ、更にV1又はV2を中心としたレンズが形成し、液晶層34にレンズの効果を持たせる効果を達し、もって集光の目的を実現する。
ステップS1001において、第1電界を提供する。該第1電界は、液晶分子の配列方向を変更させることにより、液晶層が第1状態となるようにする。第1状態では、液晶層にレンズ効果を持つ。
ステップS1002において、第2電界を提供する。該第2電界は、液晶分子を初期配列方向に復帰させる。なお、初期配列方向のとき、液晶層にレンズ効果を持たない。
該第2電界の方向が液晶分子の初期配列方向とは少なくとも一部平行することが好ましい。なお、初期配列方向とは、第1電界を提供しないときの液晶分子の配列方向である。
ほかの実施例では、第1電界を発生させて液晶分子が第1配列状態となるようにする。この場合、液晶分子が第1光学状態となり、液晶層にレンズ効果を持たせる。第2電界を発生させて液晶分子が第2配列状態となるようにする。この場合、液晶分子が第2光学状態となり、液晶層にレンズ効果を持たせない。留意すべきところとして、ほかの実施例において、第2電界の作用は、液晶分子の配列方向を電界印加のないときの初期配列方向に復帰させることに限られることはなく、液晶分子がその他の配列状態となるようにすることも含まれる。液晶層のレンズ効果を除去し、光が元々の方向で伝播できる作用であれば、いずれも本発明の精神に含まれる。ここでは枚挙しない。
液晶レンズの制御方法の具体的な過程について、上記の第1、第2、第3好ましい実施例に関する記述を参照する。ここでは繰り返して説明しない。
3D表示装置における液晶レンズについて、以上で詳細に記述しているため、ここでは繰り返して説明しない。
上記実施例では、本発明について例示的な記述をしたに過ぎない。当業者は、本願を読んだ上、本発明の精神と範囲を逸脱することなく本発明への様々な修正が可能である。
12 第1電極構造
121 第1線形電極
13 第1配向層
14 液晶層
15 第2配向層
16 第2電極構造
161 第2線形電極
162 誘電層
163 面電極
17 第2基板
26 第2電極構造
27 第2基板
221 第1線形電極
261 第2線形電極
24 液晶層
31 第1基板
32 第1電極構造
321 第1線形電極
322 第1高抵抗材料層
33 第1配向層
34 液晶層
35 第2配向層
36 第2電極構造
361 第2線形電極
362 第2高抵抗材料層
364 誘電層
363 面電極
37 第2基板
Claims (28)
- 間隔を置いて設置されている二つの電極構造と、
上記二つの電極構造の間に設置され、初期配列方向に沿って配列する複数の液晶分子を含む液晶層と、
を含む液晶レンズにおいて、
上記電極構造は、第1電界を発生させ、上記第1電界は、上記液晶分子の配列方向を変更させることで、上記液晶層にレンズ効果を持たせるようにし、
上記電極構造は、更に第2電界を発生させ、上記第2電界は、上記液晶分子を初期配列方向に復帰させ、液晶分子が上記初期配列方向にあると、上記液晶層にレンズ効果を持たないことを特徴とする液晶レンズ。 - 上記第2電界の方向は、上記液晶分子の初期配列方向と少なくとも一部平行していることを特徴とする請求項1に記載の液晶レンズ。
- 上記二つの電極構造の間に電圧差を形成することで上記第1電界を発生させ、上記電圧差は、上記液晶層にレンズ効果を生じさせるための過駆動電圧差及び上記液晶層にレンズ効果を維持させるための、上記過駆動電圧差より小さい安定電圧差を含むことを特徴とする請求項1に記載の液晶レンズ。
- 上記二つの電極構造は、第1電極構造と第2電極構造とを含み、上記第1電極構造は、互いに間隔を置いて設置されかつ第1延伸方向に沿って延伸する複数の第1線形電極を含み、上記第2電極構造は、互いに間隔を置いて設置されかつ上記第1延伸方向と交差する第2延伸方向に沿って延伸する複数の第2線形電極を含むことを特徴とする請求項1に記載の液晶レンズ。
- 上記第1線形電極と上記第2線形電極との間に電圧差を形成することで上記第1電界を発生させることを特徴とする請求項4に記載の液晶レンズ。
- 上記複数の第2線形電極間に電圧差を形成することで上記第2電界を発生させることを特徴とする請求項4に記載の液晶レンズ。
- 上記第2電極構造は、面電極を更に含み、上記面電極は、上記第2線形電極に積層されかつ絶縁的に設置されていることを特徴とする請求項4に記載の液晶レンズ。
- 上記第1線形電極と上記第2線形電極及び上記面電極との間に電圧差を形成することで上記第1電界を発生させることを特徴とする請求項7に記載の液晶レンズ。
- 上記面電極と上記第2線形電極との間に電圧差を形成することで上記第2電界を発生させることを特徴とする請求項7に記載の液晶レンズ。
- 上記初期配列方向は、上記第1延伸方向に平行していることを特徴とする請求項4に記載の液晶レンズ。
- 上記二つの電極構造は、第1電極構造と第2電極構造とを含み、上記第1電極構造は、互いに間隔を置いて設置されかつ第1延伸方向に沿って延伸する複数の第1線形電極を含み、上記第2電極構造は、互いに間隔を置いて設置されかつ上記第1延伸方向に平行する第2延伸方向に沿って延伸する複数の第2線形電極を含むことを特徴とする請求項1に記載の液晶レンズ。
- 上記第1線形電極と上記第2線形電極との間に電圧差を形成することで上記第1電界を発生させることを特徴とする請求項11に記載の液晶レンズ。
- 上記複数の第1線形電極間及び/又は上記複数の第2線形電極間に電圧差を形成することで上記第2電界を発生させることを特徴とする請求項11に記載の液晶レンズ。
- 上記第1電極構造は上記第1線形電極間に設置されている第1高抵抗材料層を更に含み、及び/又は、上記第2電極構造は上記第2線形電極間に設置されている第2高抵抗材料層を更に含むことを特徴とする請求項11に記載の液晶レンズ。
- 上記初期配列方向は、上記第1延伸方向と交差することを特徴とする請求項11に記載の液晶レンズ。
- 上記液晶レンズは、第1基板と第2基板とを更に含み、上記二つの電極構造は、それぞれ上記第1基板と上記第2基板上に設置されていることを特徴とする請求項1に記載の液晶レンズ。
- 上記液晶レンズは、第1配向層と第2配向層とを更に含み、上記第1配向層と上記第2配向層とは、上記液晶分子が上記初期配列方向に配列するように互いに合わせることを特徴とする請求項1に記載の液晶レンズ。
- 第1電極構造と、
上記第1電極構造と間隔を置いて設置されている第2電極構造と、
上記第1電極構造と上記第2電極構造との間に設置され、初期配列方向に沿って配列する複数の液晶分子を含む液晶層と、
を含む液晶レンズにおいて、
上記第1電極構造は、互いに間隔を置いて設置されかつ第1延伸方向に沿って延伸する複数の第1線形電極を含み、上記第2電極構造は、互いに間隔を置いて設置されかつ上記第1延伸方向と交差する第2延伸方向に沿って延伸する複数の第2線形電極を含み、上記第2電極構造は、上記初期配列方向に少なくとも一部平行する電界を、上記液晶分子が初期配列方向に復帰する過程において発生させ、液晶分子が上記初期配列方向にあると、上記液晶層にレンズ効果を持たないことを特徴とする液晶レンズ。 - 上記初期配列方向は、上記第1延伸方向に平行していることを特徴とする請求項18に記載の液晶レンズ。
- 第1電極構造と、
上記第1電極構造と間隔を置いて設置されている第2電極構造と、
上記第1電極構造と上記第2電極構造との間に設置され、初期配列方向に沿って配列する複数の液晶分子を含む液晶層と、
を含む液晶レンズにおいて、
上記第1電極構造は、互いに間隔を置いて設置されかつ第1延伸方向に沿って延伸する複数の第1線形電極を含み、上記第2電極構造は、互いに間隔を置いて設置されかつ上記第1延伸方向に平行する第2延伸方向に沿って延伸する複数の第2線形電極を含み、上記複数の第1線形電極間及び/又は上記複数の第2線形電極間は、上記初期配列方向に少なくとも一部平行する電界を、上記液晶分子が初期配列方向に復帰する過程において発生させ、液晶分子が上記初期配列方向にあると、上記液晶層にレンズ効果を持たないことを特徴とする液晶レンズ。 - 上記第1電極構造は上記第1線形電極間に設置されている第1高抵抗材料層を更に含み、及び/又は、上記第2電極構造は上記第2線形電極間に設置されている第2高抵抗材料層を更に含むことを特徴とする請求項20に記載の液晶レンズ。
- 間隔を置いて設置されている二つの電極構造と、
上記二つの電極構造の間に設置され、初期配列方向に沿って配列する複数の液晶分子を含む液晶層と、
を含む液晶レンズにおいて、
上記電極構造は、上記初期配列方向に少なくとも一部平行する電界を、上記液晶分子が初期配列方向に復帰する過程において発生させ、液晶分子が上記初期配列方向にあると、上記液晶層にレンズ効果を持たないことを特徴とする液晶レンズ。 - 相対的に設置されている二つの電極構造と、
二つの電極構造の間に設置されている液晶層と、
を含む液晶レンズにおいて、
上記電極構造は、第1電界を発生させ、上記第1電界は、上記液晶層中の液晶分子が第1光学状態となるようにして、上記液晶層にレンズ効果を持たせ、
上記電極構造は、更に第2電界を発生させ、上記第2電界は、上記液晶層中の液晶分子が第2光学状態となるようにして、上記液晶層にレンズ効果を持たせないことを特徴とする液晶レンズ。 - 相対的に設置されている二つの電極構造と、
二つの電極構造の間に設置されている液晶層と、
を含む液晶レンズにおいて、
上記電極構造は、第1電界を発生させ、上記第1電界は、上記液晶層中の液晶分子が第1配列状態となるようにして、上記液晶層にレンズ効果を持たせ、
上記電極構造は、更に第2電界を発生させ、上記第2電界は、上記液晶層中の液晶分子が第2配列状態となるようにして、上記液晶層にレンズ効果を持たせないことを特徴とする液晶レンズ。 - 液晶分子の配列方向を変更させることで上記液晶層にレンズ効果を生じさせるための第1電界を提供し、
上記液晶層がレンズ効果を持たなくなる初期配列方向に上記液晶分子を復帰させるための第2電界を提供することを含むことを特徴とする液晶レンズの制御方法。 - 上記第2電界の方向は、上記液晶分子の初期配列方向に少なくとも一部平行していることを特徴とする請求項25に記載の液晶レンズの制御方法。
- 液晶分子が液晶層にレンズ効果を持たせる第1配列状態となるようにする第1電界を提供し、
液晶分子が上記液晶層にレンズ効果を持たない第2配列状態となるようにする第2電界を提供することを含むことを特徴とする液晶レンズの制御方法。 - 液晶レンズを含む3D表示装置において、
上記液晶レンズは、
間隔を置いて設置されている二つの電極構造と、
上記二つの電極構造の間に設置され、初期配列方向に沿って配列する複数の液晶分子を含む液晶層と、を含み、
上記電極構造は、第1電界を発生させ、上記第1電界は、上記液晶分子の配列方向を変更させることで、上記液晶層にレンズ効果を持たせるようにし、
上記電極構造は、更に第2電界を発生させ、上記第2電界は、上記液晶分子を初期配列方向に復帰させ、液晶分子が上記初期配列方向にあると、上記液晶層にレンズ効果を持たないことを特徴とする3D表示装置。
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