JP2014112157A - マイクロレンズアレイおよびこれを用いた照明制御装置 - Google Patents

マイクロレンズアレイおよびこれを用いた照明制御装置 Download PDF

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Abstract

【課題】 液晶マイクロレンズアレイおよび照明制御装置において、多角形パターン（マイクロレンズ）から出射される光の方向等を制御する。
【解決手段】
マイクロレンズアレイ１で、２枚の基板（ガラス基板１０１，１０２）の間に液晶層１１が形成され、一方の基板と液晶層との間にパターン電極アレイ層１２が形成され、他方の基板と液晶層との間に透明なグランド電極層１３が形成されている。
パターン電極アレイ層１２は、多角形または円形の輪郭をなす複数のパターン電極の行列から構成される。各パターン電極（四角形パターン１４）は、輪郭ラインが第１電極１４１と第２電極１４２とに分割されて構成され、同一行または同一列を構成する各パターン電極の第１電極および第２電極はそれぞれ連続接続される。各第１電極１４１および各第２電極１４２の少なくとも一方の電圧を調整することで光の方向等が制御される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、液晶の屈折率の変化を利用したマイクロレンズアレイおよび照明制御装置に関する。具体的には、本発明は、多角形パターン電極や円形パターン電極の輪郭ラインを第１電極と第２電極の２つに分けて両電極に所定の電圧をそれぞれ与えることで、各パターン電極（各マイクロレンズ）から出射される光の方向を制御できる技術、あるいは各パターン電極から出射される光の方向や集光または散乱効果を可変調整できる技術に関する。
従来、屈折率が電圧により変化するという液晶の性質を利用した液晶マイクロレンズアレイが知られている（特許文献１および特許文献２参照）。
この種の液晶マイクロレンズアレイ８では、図１７（Ａ）に示すように、交流電源ＡＣにより、液晶層８０内に、位置に応じて電気力線が変化する交流電界が形成される。これにより、液晶マイクロレンズアレイ８は、ソリッドタイプのレンズと同様の特性を持つことができる。図１７（Ａ）では、電極８１とグランド電極層８２の間に形成される電気力線をＤMで示してある。
また、屈折率が電圧により変化するという液晶の性質を利用した液晶レンチキュラーレンズが知られている（特許文献３参照）。この液晶レンチキュラーレンズ９では、図１７（Ｂ）に示すように、交流電源ＡＣ1，ＡＣ2により液晶層９０内に、位置に応じて電気力線が変化する交流電界が形成される。これにより、液晶レンチキュラーレンズ９は、ソリッドタイプのレンチキュラーレンズと同様の特性を持つことができる。図１７（Ｂ）の液晶レンチキュラーレンズ９では、第１電極９１および第２電極９２とグランド９３の間に形成される電気力線をＤLで示してある。
特開平１０−２３９６７６ 特開２０１２−２７４１１ 特開２０１２−１４１５５２ 特開２００９−２０２７５２
ところで、スマートフォンやタブレット端末等の携帯機器は高機能化しており、近い将来、これらの機器に使用される表示装置には、３Ｄ表示機能（立体視機能）が標準搭載されることが予想される。
レンチキュラーレンズ（特許文献３参照）を利用した３Ｄ表示は、水平視差を利用している。水平視差を利用した３Ｄ表示では、表示に使用される画像データ量は少ないが、臨場感に欠けることがある。
従来から、スマートフォンやタブレット端末等に、水平視差および垂直視差を利用した３Ｄ表示機能を搭載するという要求がある。しかし、水平視差および垂直視差を同時に利用した実用的な表示技術は提案されていない。
本発明の目的は、液晶の屈折率の変化を利用したマイクロレンズアレイに関し、具体的には、多角形パターン電極や円形パターン電極から出射される光の方向を制御することである。
本発明の他の目的は、３Ｄ表示装置に使用できるマイクロレンズアレイを提供することである。
本発明技術は、上述したように、マイクロレンズアレイを用いた３Ｄ表示装置に応用できるほか、車両の前照灯照射方向を調整するための制御装置、照明の照射方向を調整するための制御装置、または広告表示・案内表示用の照明の表示を切り替えるための制御装置として使用することができる。
たとえば、多くの国では、車両には自動式の前照灯照射方向調節装置（前照灯照射方向を上下に切替える照明制御機構）の搭載が義務付けられている。たとえば、前照灯をサーボモータにより姿勢制御することで、前照灯照射方向を制御できる。しかし、従来の自動式の前照灯照射方向調節装置（照明制御機構）は、サーボモータの保守が煩わしくなり、また部品としてサーボモータを使用するために製造コストが高くなり、さらにサーボモータの占有空間が必要となるために装置が大型化する、という問題がある。
また、ＬＥＤ光源を用いた読書灯が車両のシートや航空機のシートに備えられている（特許文献４参照）。通常、この種の読書灯は、保守が煩わしく、コスト高となり、装置が大型化するといった理由から、照明制御機構は搭載されない。
本発明のさらに他の目的は、照明制御機構を備えた装置として使用できるマイクロレンズアレイを提供することである。
本発明のマイクロレンズアレイは（１）〜（６）を要旨とする。
（１）
２枚の基板間に液晶層が形成され、一方の基板と前記液晶層との間（通常、前記一方の基板の前記液晶層側の面）にパターン電極アレイ層が形成され、他方の基板と前記液晶層との間（通常、前記他方の基板の前記液晶層側の面）に透明なグランド電極層が形成されているマイクロレンズアレイにおいて、
前記パターン電極アレイ層は、多角形または円形の輪郭をなす複数のパターン電極の行列から構成され、
前記各パターン電極は、各輪郭ラインが第１電極と第２電極とに分割されて構成され、同一行または同一列を構成する前記各パターン電極の前記第１電極および前記第２電極はそれぞれ連続接続され、
前記各第１電極および前記各第２電極の少なくとも一方の電圧を調整することで動作することを特徴とするマイクロレンズアレイ。
本発明のマイクロレンズアレイ、または本発明の照明制御装置に使用されるマイクロレンズアレイ（「本発明にかかるマイクロレンズアレイ」と言う）では、グランド電極層は、液晶層の他方の面の全面にわたり形成することができる。また、グランド電極層は、パターン電極の形状に応じて、たとえば連続接続されたドット形状マトリクスとすることができる。
本発明にかかるマイクロレンズアレイでは、液晶層の厚さはたとえばパターン電極の大きさおよび形状に応じて適宜設定することができる。
なお、本発明では、平行な隣接する２本の電極ラインにより、２分割された後述する四角形や六角形の行列を作ることができる。通常、パターン電極が四角形や六角形の場合には、電圧分布が同じ（鏡面対称でもなく、回転対称でもない）パターン電極を繰り返して配置することによりパターン電極のアレイが構成される。
本発明では、隣接する２本の電極ラインの間、すなわち第１電極と第２電極との間のすきまを、たとえばブラックマトリクスで埋めると、不要な漏れ光などを遮蔽することができ、これにより、特性が向上する。
本請求項のマイクロレンズアレイでは、第１電極および第２電極の電圧は、適宜の値に設定される。これにより、多角形または円形の輪郭をなすパターン電極とグランド電極層との間の屈折率分布が変更される。これにより、パターン電極により構成されるレンズが一次元方向（たとえば、左右方向）に変位し、または当該レンズの光軸が一次元方向に傾斜する。
本請求項にかかるマイクロレンズアレイは、ディスプレイの左右方向への偏向を行う補助装置として使用することができる。
（２）
前記パターン電極が、三角形、四角形または六角形の輪郭をなすことを特徴とする（１）に記載のマイクロレンズアレイ。
本発明の照明制御装置では、パターン電極の輪郭が、三角形、四角形（ひし形、平行四辺形を含む）または六角形であるときは、多数のパターン電極は稠密に配置できる。また、パターン電極の輪郭（三角形、四角形または六角形）は、たとえば細長（または扁平）に形成することができる。
（３）
（１）または（２）に記載のマイクロレンズアレイにおいて、
前記パターン電極アレイ層と、前記一方の基板との間に、透明絶縁層および透明な制御電極が積層形成されていることを特徴とするマイクロレンズアレイ。
（４）
２枚の基板間に液晶層が形成され、一方の基板面と前記液晶層との間（通常、前記一方の基板の前記液晶層側の面）に、第１パターン電極アレイ層および第２パターン電極アレイ層が積層形成され、他方の基板と前記液晶層との間（通常、前記他方の基板の前記液晶層側の面）に透明なグランド電極層が形成されているマイクロレンズアレイにおいて、
前記第１パターン電極アレイ層は、多角形または円形の輪郭の一部をなす複数の第１パターン電極の行列から構成されるとともに、前記第２パターン電極アレイ層は、前記輪郭の他の一部をなす第２パターン電極の行列から構成され、
前記各第１パターン電極は各輪郭ラインが第１電極と第２電極とに分割されて構成され、同一行または同一列を構成する前記第１パターン電極の前記第１電極および前記第２電極はそれぞれ連続接続され、
前記各第２パターン電極は各輪郭ラインが第１電極と第２電極とに分割されて構成され、同一行または同一列を構成する前記第２パターン電極の前記第１電極および前記第２電極はそれぞれ連続接続され、
前記第１パターン電極の前記各第１電極および前記各第２電極の少なくとも一方の電圧、および
前記第２パターン電極の前記各第１電極および前記各第２電極の少なくとも一方の電圧を調整することで動作することを特徴とするマイクロレンズアレイ。
本発明のマイクロレンズアレイが、ディスプレイに応用される場合には、マイクロレンズアレイは、液晶または有機ＥＬからなる画像形成装置と組み合わされる。パターン電極のサイズは、画像形成装置の１画素に対応することができる。これらの画像形成装置における画像表示部のグランド電極層はマイクロレンズアレイのグランド電極層と共用することができる。この場合には、グランド電極層は、通常、液晶層の他方の面の全面にわたり形成される。また、画像形成装置の画素制御用のマトリクスアレイは、グランド電極層の背面側に設けられる。
本請求項のマイクロレンズアレイでは、第１電極および第２電極の電圧は、適宜の値に設定される。すなわち、多角形または円形の輪郭をなすパターン電極とグランド電極層との間の屈折率分布が変更される。これにより、パターン電極により構成されるレンズが二次元方向（たとえば、左右上下方向）に変位し、またはレンズの光軸が二次元方向に傾斜する。
本請求項にかかるマイクロレンズアレイは、ディスプレイの左右方向への偏向を行う補助装置として使用することができる。この補助装置が備えられたディスプレイでは、補助装置が、斜めから見ても画像が見やすくなるように、マイクロレンズアレイの光軸の角度を調節することができる。
（５）
前記複数の第１パターン電極および前記複数の第２パターン電極が重ね合わされて生成されるパターン電極が、三角形、四角形または六角形の輪郭をなすことを特徴とする（４）に記載のマイクロレンズアレイ。
（６）
（４）または（５）に記載のマイクロレンズアレイにおいて、
前記第１パターン電極アレイ層および第２パターン電極アレイ層の積層体と、前記一方の基板との間に、透明絶縁層および透明な制御電極が積層形成されていることを特徴とするマイクロレンズアレイ。
本発明のマイクロレンズアレイを用いた照明制御装置は（７）および（８）を要旨とする。
（７）
（１）〜（３）の何れかに１項に記載のマイクロレンズアレイを備え、前記マイクロレンズアレイから出射される光の方向が可変調整され、または集光効果または散乱効果が可変調整されることを特徴とする照明制御装置。
（８）
（４）〜（６）の何れかに１項に記載のマイクロレンズアレイを備え、前記マイクロレンズアレイから出射される光の方向が可変調整され、または集光効果または散乱効果が可変調整されることを特徴とする照明制御装置。
本発明のマイクロレンズアレイを用いた照明制御装置は、たとえば、車両の自動式前照灯照射方向調節装置（上下方向、上下左右方向の適宜経の調節）として使用できる。また、航空機、車両のシートに付属する遠隔制御式の読書灯として使用することもできる。
本発明のマイクロレンズアレイによれば、たとえば、多角形や円形のパターンの輪郭ライン（パターン電極）が第１電極と第２電極の２つ分割される。これにより、液晶内部の電気力線が第１電極側または第２電極側に偏り、屈折率の分布も同様に偏る。すなわち、本発明のマイクロレンズアレイは、ソリッドタイプのマイクロレンズアレイと同様の機能を奏するとともに、第１電極および第２電極に与える電圧を調整することで、各レンズの光軸を同時に変位させたり傾斜させることができる。
また、本発明のマイクロレンズアレイによれば、多角形や円形のパターンの輪郭ライン（パターン電極）を、二層に分け各層でそれぞれ２つに分割することができる。そして、前記輪郭ラインを二層合計で４つに分割することができる。これにより、液晶内部の電気力線が横方向に偏るとともに縦方向にも偏り、屈折率の分布も同様に横方向および縦方向に偏る。
したがって、スマートフォンやタブレット端末等の携帯機器用の、水平視差式の３Ｄ表示装置または水平・垂直視差式の３Ｄ表示装置の提供が可能となる。
本発明の照明制御装置によれば、モータを使用しない、車両の自動式前照灯照射方向調節装置（上下左右方向への調節）や、読書灯などの照射方向制御装置を提供できる。
図１は本発明のマイクロレンズアレイの実施形態を示す説明図であり、図１（Ａ）はマイクロレンズアレイの平面説明図、図１（Ｂ）はマイクロレンズアレイの側面説明図である。 図２は図１に示したマイクロレンズアレイの全体を示す平面説明図である。 図３は図１に示したマイクロレンズアレイにおいて、開口部の幅、液晶層の厚みおよび絶縁層の厚みが所定値であるときの第１電極の電圧と第２電極の電圧に応じて開口部における屈折率が変化する様子を干渉縞により示す図であり、図３（Ａ）は第１電極の電圧と第２電極の電圧が４Ｖのときの干渉縞を示す図、図３（Ｂ）は第１電極の電圧と第２電極の電圧が６Ｖのときの干渉縞を示す図、図３（Ｃ）は第１電極の電圧と第２電極の電圧が８Ｖのときの干渉縞を示す図である（各実施形態において、印加電圧は周波数１ｋＨｚの正弦波であり、その値は実効値を示している）。 図４は図１に示したマイクロレンズアレイにおいて、開口部の幅、液晶層の厚みおよび絶縁層の厚みが所定値であるときの第１電極の電圧と第２電極の電圧に応じて開口部における屈折率が変化する様子を干渉縞により示す図であり、図４（Ａ）は第１電極の電圧が３Ｖ、第２電極の電圧が８Ｖのときの干渉縞を示す図、図４（Ｂ）は第１電極の電圧が３Ｖ、第２電極の電圧が１０Ｖのときの干渉縞により示す図、図４（Ｃ）は第１電極の電圧が３Ｖ、第２電極の電圧が１２Ｖのときの干渉縞を示す図である。 図５は本発明のマイクロレンズアレイの他の実施形態を示す説明図であり、図５（Ａ）はマイクロレンズアレイの平面説明図、図５（Ｂ）はマイクロレンズアレイの側面説明図である。 図６は図５に示したマイクロレンズアレイの全体を示す平面説明図である。 図７は図５に示したマイクロレンズアレイにおいて、開口部の幅、液晶層の厚みおよび絶縁層の厚みが所定値であるときの第１電極の電圧と第２電極の電圧に応じて開口部における屈折率が変化する様子を干渉縞により示す図であり、図７（Ａ）は第１電極の電圧と第２電極の電圧が２Ｖのときの干渉縞を示す図、図７（Ｂ）は第１電極の電圧と第２電極の電圧が４Ｖのときの干渉縞を示す図、図７（Ｃ）は第１電極の電圧と第２電極の電圧が６Ｖのときの干渉縞により示す図である。 図８（Ａ）は図５に示したマイクロレンズアレイにおいて、第１電極の電圧と第２電極の電圧の値を変化させたときの図７で示した干渉縞により求めた光学位相差を示す図、図８（Ｂ）は第１電極の電圧と第２電極の電圧の値を変化させたときの印加電圧と光学位相差から求めた焦点距離との関係を示す図である。 図９は図５に示したマイクロレンズアレイにおいて、開口部の幅、液晶層の厚みおよび絶縁層の厚みが所定値であるときの第１電極の電圧と第２電極の電圧に応じて開口部における屈折率が変化する様子を干渉縞により示す図であり、図９（Ａ）は第１電極の電圧が６Ｖ、第２電極の電圧が４Ｖのときの干渉縞を示す図、図９（Ｂ）は第１電極の電圧が８Ｖ、第２電極の電圧が４Ｖのときの干渉縞を示す図、図９（Ｃ）は第１電極の電圧が１１Ｖ、第２電極の電圧が４Ｖのときの干渉縞を示す図である。 図１０（Ａ）は図５に示したマイクロレンズアレイにおいて、第２電極の電圧を４Ｖ（一定）として第１電極の電圧の値を変化させたときの図９で示した干渉縞により求めた光学位相差を示す図、図１０（Ｂ）は第２電極の電圧を４Ｖとして第１電極の電圧の値を変化させたときの電圧と光学位相差から求めた焦点距離との関係を示す図である。 図１１は本発明のマイクロレンズアレイの他の実施形態を示す図であり、（Ａ）は第１パターン電極アレイ層を示す平面説明図、（Ｂ）は第２パターン電極アレイ層を示す平面説明図、（Ｃ）はマイクロレンズアレイの側面説明図である。 図１２は図１１に示したマイクロレンズアレイを応用したディスプレイの構造説明図である。 図１３は図１に示した本発明のマイクロレンズアレイの実施形態を示す説明図であり、（Ａ）はマイクロレンズアレイの平面説明図、（Ｂ）は透明な制御電極および高抵抗層が積層形成されているマイクロレンズアレイの側面説明図である。 図１４は図５に示した本発明のマイクロレンズアレイの実施形態を示す説明図であり、（Ａ）はマイクロレンズアレイの平面説明図、（Ｂ）は透明な制御電極および高抵抗層が積層形成されているマイクロレンズアレイの側面説明図である。 図１５は本発明の照明制御装置の一実施形態を示す説明図であり、（Ａ）は照明制御装置の基本構成を示す図、（Ｂ）は（Ａ）の照明制御装置の作用を説明する図である。 図１６は、パターン電極が三角形の場合を示す図である。 図１７（Ａ）は液晶マイクロレンズアレイの従来技術の説明図、図１７（Ｂ）は液晶レンチキュラーレンズの従来技術の説明図である。
図１（Ａ），（Ｂ）および図２は本発明のマイクロレンズアレイの実施形態を示す説明図である。
図１（Ａ）に示すように、マイクロレンズアレイ１のパターン電極アレイ層１２は、複数の四角形パターン電極１４の行列から構成されている。本実施形態において、行ＣＬＭと列ＲＯＷは約６７°で交差している。四角形パターン電極１４は、各輪郭ラインＬが第１電極１４１と第２電極１４２とに分割されて構成されている。そして、図２にも示すように、同一行または同一列を構成する四角形パターン電極１４の第１電極１４１および第２電極１４２はそれぞれ連続に接続されている。図２では第１電極１４１に電源ＡＣ1が接続され、第２電極１４２に電源ＡＣ2が接続されている。
図１（Ｂ）に示すように、マイクロレンズアレイ１は、ガラス基板１０１の液晶層１１側の面にパターン電極アレイ層１２（第１電極１４１と第２電極１４２とからなる四角形パターン電極１４）が形成され他方のガラス基板１０２の液晶層１１側の面にグランド電極層１３が形成されている。
また、図１（Ｂ）では、液晶層１１とパターン電極アレイ層１２との間には、絶縁層１５が形成されている。図示しないが、たとえば液晶層１１と絶縁層１５との間には（または絶縁層１５に代えて）、高抵抗層（たとえば面抵抗が１０9〜１０11Ωで、厚さが約５０ｎｍの酸化亜鉛膜：ＺｎＯ）を設けることができる。図１（Ｂ）では、電気力線をＤで示してある。
本実施形態では液晶層１１の厚さは６０μｍ、開口幅は３００μｍ、輪郭ラインＬの幅は５０μｍである。また、絶縁層１５の厚さは５μｍである。
絶縁層１５は、良好な特性を得るために使用されるもので、その厚さ等は、四角形パターン電極１４の開口幅と液晶層１１の厚さに関係する。絶縁層１５は、。ただし、四角形パターン電極１４の開口幅と液晶層１１の厚さを調整することで、絶縁層１５を省くことができる。
なお、絶縁層１５の液晶層１１に接する面およびグランド電極層１３の液晶層１１に接する面には、図示されていない配向膜が配置される。配向膜は、一方向にラビング処理を行った厚さが約５０ｎｍのポリイミド膜であり、液晶分子は基板面に平行にラビング方向に配向している。
液晶層１１にしきい値以上の電界が加えられると、液晶分子は電界強度に対応して電界の方向に再配向する性質があり、液晶の弾性エネルギーと電界によるエネルギーが釣り合うような配向状態となる。四角形パターン電極１４の輪郭から、開口部の中心方向に向かって電界強度が減少する場合には、液晶分子の長軸方向が円形パターン電極の縁付近において基板面に対して垂直方向に傾いているが、中心付近では傾きの角度が小さくなる。すなわち、ラビング方向に偏光した入射光に対して、実効的な屈折率は四角形パターン電極１４の輪郭ライン付近（縁付近）に比べて四角形パターン電極１４の中心付近で大きくなり、正のレンズ特性すなわち凸レンズ特性を示す。
図３（Ａ）に、第１電極１４１の電圧Ｖ1と第２電極１４２の電圧Ｖ2が４Ｖのとき（Ｖ1＝Ｖ2＝４Ｖ）の屈折率の変化を干渉縞により示す。ここで、隣り合う干渉縞の光学位相差は２πである。図３（Ｂ）に、同じく電圧Ｖ1と電圧Ｖ2が６Ｖのとき（Ｖ1＝Ｖ2＝６Ｖ）の屈折率の変化を干渉縞により示す。図３（Ｃ）に、同じく電圧Ｖ1と電圧Ｖ2が８Ｖのとき（Ｖ1＝Ｖ2＝８Ｖ）の屈折率の変化を干渉縞により示す。図３（Ａ）〜図３（Ｃ）において、印加電圧は周波数１ｋＨｚの正弦波である。
図４（Ａ）に第１電極１４１の電圧Ｖ1が３Ｖ、第２電極１４２の電圧Ｖ2が８Ｖのとき（Ｖ1＝３Ｖ，Ｖ2＝８Ｖ）の屈折率の変化を干渉縞により示す。図３（Ｂ）に、同じく電圧Ｖ1が３Ｖ、電圧Ｖ2が１０Ｖのとき（Ｖ1＝３Ｖ，Ｖ2＝１０Ｖ）の屈折率の変化を干渉縞により示す。図３（Ｃ）に、同じく電圧Ｖ1が３Ｖ、電圧Ｖ2が１２Ｖのとき（Ｖ1＝３Ｖ，Ｖ2＝１２Ｖ）の屈折率の変化を干渉縞により示す。印加電圧の低い方へ円形状の干渉縞の分布が移動していため、印加電圧が高い電極側と比較して印加電圧が低い電極側の屈折率分布が緩やかになる。なお、図４（Ａ）〜図４（Ｃ）において、印加電圧は周波数１ｋＨｚの正弦波である。
次に、他の実施の形態について説明する。図５（Ａ）に示すように、マイクロレンズアレイ２のパターン電極アレイ層２２は、複数の六角形パターン電極２４の行列から構成されている。本実施形態において、行ＣＬＭと列ＲＯＷは６７°で交差している。六角形パターン電極２４は、各輪郭ラインＬが第１電極２４１と第２電極２４２とに分割されて構成されている。そして、図６にも示すように、同一行または同一列を構成する六角形パターン電極２４の第１電極２４１および第２電極２４２はそれぞれ連続に接続されている。図６では第１電極２４１に電源ＡＣ1が接続され、第２電極２４２に電源ＡＣ2が接続されている。
図５（Ｂ）に示すように、マイクロレンズアレイ２は、ガラス基板２０１の液晶層２１側の面にパターン電極アレイ層２２（第１電極２４１と第２電極２４２とからなる六角形パターン電極２４）が形成され他方のガラス基板２０２の液晶層２１側の面にグランド電極層２３が形成されている。
図５（Ｂ）では、ガラス基板２０１の液晶層２１側の面とパターン電極アレイ層２２との間には、絶縁層２５が形成されている。図示しないが、液晶層２１と絶縁層２５との間には（または絶縁層２５に代えて）、高抵抗層（たとえば面抵抗が１０9〜１０11Ωで、厚さが約５０ｎｍの酸化亜鉛膜：ＺｎＯ）を設けることができる。図５（Ｂ）では、電気力線をＤで示してある。
なお、絶縁層２５およびグランド電極層２３の液晶層２１に接する面には、図示されていない配向膜が配置される。配向膜は、一方向にラビング処理を行った厚さが約５０ｎｍのポリイミド膜であり、液晶分子は基板面に平行にラビング方向に配向している。
本実施形態では液晶層２１の厚さは６０μｍ、開口幅は３００μｍ、輪郭ラインＬの幅は５０μｍである。また、絶縁層２５の厚さは５μｍである。
絶縁層２５は、良好な特性を得るために使用されるもので、その厚さ等は六角形パターン電極２４の開口幅と液晶層２１の厚さに関係する。ただし、六角形パターン電極２４の開口幅と液晶層２１の厚さを調整することで、絶縁層２５を省くことができる。
図７（Ａ）に、第１電極２４１の電圧Ｖ1と第２電極２４２の電圧Ｖ2が２Ｖのとき（Ｖ1＝Ｖ2＝２Ｖ）の屈折率の変化を干渉縞により示す。図７（Ｂ）に、同じく第１電極２４１の電圧Ｖ1と第２電極２４２の電圧Ｖ2が４Ｖのとき（Ｖ1＝Ｖ2＝４Ｖ）の屈折率の変化を干渉縞により示す。図７（Ｃ）に、同じく第１電極２４１の電圧Ｖ1と第２電極２４２の電圧Ｖ2が６Ｖのとき（Ｖ1＝Ｖ2＝６Ｖ）の屈折率の変化を干渉縞により示す。
図８（Ａ）に、電圧Ｖ1（＝Ｖ2）の値を変化させたときの光学位相差を示す。隣り合う干渉縞の光学位相差が２πであるため、光学位相差分布を求めることができる。六角形パターン電極２４の縁付近で電界が大きく、中央部で電界が最小になるため、放物線状の屈折率分布を得ることができる。また、図８（Ｂ）に、電圧Ｖ1（＝Ｖ2）の値を変化させたときの電圧と焦点距離との関係を示す。印加電圧の増加と共に、焦点距離が一度減少した後増加する特性が得られており、六角形パターン電極２４に印加する電圧を可変調整することにより、焦点距離を広範囲かつ連続的に増減することが可能である。
図９（Ａ）に第１電極２４１の電圧Ｖ1が６Ｖ、第２電極２４２の電圧Ｖ2が４Ｖのとき（Ｖ1＝６Ｖ，Ｖ2＝４Ｖ）の屈折率の変化を干渉縞により示す。印加電圧の低い方へ円形状の干渉縞の分布が移動していため、印加電圧が高い電極側と比較して印加電圧が低い電極側の屈折率分布が緩やかになる。
また、図９（Ｂ）に電圧Ｖ1が８Ｖ、電圧Ｖ2が４Ｖのとき（Ｖ1＝８Ｖ，Ｖ2＝４Ｖ）の屈折率の変化を、図９（Ｃ）に電圧Ｖ1が１１Ｖ、電圧Ｖ2が４Ｖのとき（Ｖ1＝１１Ｖ，Ｖ2＝４Ｖ）の屈折率の変化をそれぞれ干渉縞により示す。
図１０（Ａ）に、第２電極２４２の電圧Ｖ2が４Ｖ、第１電極２４１の電圧Ｖ1の値を変化させたときの光学位相差を示す。また、図１０（Ｂ）に、第２電極２４２の電圧Ｖ2が４Ｖ、第１電極２４１の電圧Ｖ1の値を変化させたときの電圧と焦点距離との関係を示す。印加電圧の増加と共に、焦点距離が変化する特性が得られている。
なお、図１では電極パターンが四角形である場合について説明し、図５では電極パターンが六角形である場合について示したが、電極パターンの形状はこれらに限定されるものではなく、円形や他の多角形（たとえば、三角形）であっても、同様の効果を得ることができる。
図１１（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）および図１２（Ａ），（Ｂ）は本発明のマイクロレンズアレイのさらに他の実施形態を示す図である。
図１１（Ａ）に示す第１パターン電極アレイ層３２ａと図１１（Ｂ）に示す第２パターン電極アレイ層３２ｂが直交する方向に配置されている。
図１１（Ｃ）に示すように、マイクロレンズアレイ３は、ガラス基板３０１の液晶層３１側の面に、第１パターン電極アレイ層３２ａと第２パターン電極アレイ層３２ｂとが積層形成されている。他方のガラス基板３０２の液晶層３１側の面にグランド電極層３３が形成されている。また、図１１（Ｃ）では、液晶層３１と第１パターン電極アレイ層３２ａとの間には、絶縁層３５ａが形成され、第１パターン電極アレイ層３２ａと第２パターン電極アレイ層３２ｂとの間には絶縁層３５ｂが形成されている。図示しないが、液晶層３１と絶縁層３５ａとの間には（または絶縁層３５に代えて）、高抵抗層（たとえば面抵抗が１０9〜１０11Ωで、厚さが約５０ｎｍの酸化亜鉛膜：ＺｎＯ）を設けることができる。図１１（C）では、電気力線をＤで示してある。
図１１（Ａ）に示す第１パターン電極アレイ層３２ａに形成された第１パターン電極３４１および図１１（Ｂ）に示す第２パターン電極アレイ層３２ｂに形成された第２パターン電極３４２により、四角形パターン電極３４（四角形としては図示されていない）が構成される。
第１パターン電極３４１の第１電極３４１１および第２電極３４１２と、第２パターン電極３４２の第１電極３４２１および第２電極３４２２とが直交することにより、開口部における屈折率の変化を横方向および縦方向に調整することが可能である。
図１１（Ａ），（B），（C）では、第１パターン電極３４１および第２パターン電極３４２により、複数の四角形パターン電極３４（四角形としては図示されていない）の行列が構成される場合について説明した。電極パターンの形状はこれらに限定されるものではなく、円形や他の多角形（たとえば、三角形や六角形）であっても、同様の効果を得ることができる。
なお、絶縁層３５ａの液晶層３１に接する面およびグランド電極層３３の液晶層３１に接する面には、図示されていない配向膜が配置される。配向膜は、一方向にラビング処理を行った厚さが約５０ｎｍのポリイミド膜であり、液晶分子は基板面に平行にラビング方向に配向している。
本実施形態では、絶縁層３５ａおよび絶縁層３５ｂの厚さはそれぞれ５μｍであり、液晶層３１は６０μｍである。
絶縁層３５ａは、良好な特性を得るために使用されるもので、その厚さ等は四角形パターン電極３４の開口幅と液晶層４１の厚さに関係する。ただし、四角形パターン電極３４の開口幅と液晶層３１の厚さを調整することで、絶縁層３５ａを省くことができる。
図１２はマイクロレンズアレイ３を応用したディスプレイの構造説明図である。
図１２において、マイクロレンズアレイ３は、液晶層３１と第１パターン電極アレイ層３２ａと第２パターン電極アレイ層３２ｂとグランド電極層３３とからなる。液晶層３１と第１パターン電極アレイ層３２ａとの間には、図示しない絶縁層（図１１の絶縁層３５ａ）および／または高抵抗層（たとえば面抵抗が１０9〜１０11Ωで、厚さが約５０ｎｍの酸化亜鉛膜：ＺｎＯ）が設けられる。たとえば、絶縁層は第１パターン電極アレイ層３２ａ側、高抵抗層は液晶層３１側に設けられる。
第１パターン電極アレイ層３２ａおよび第２パターン電極アレイ層３２ｂは、絶縁層３２ｂを挟んで積層されて形成されている。第１パターン電極アレイ層３２ａには、四角形の輪郭の一部（本実施形態では四角形の対向する２辺）をなす第１パターン電極３４１が形成され、第２パターン電極アレイ層３２ｂには、四角形輪郭の他の一部（本実施形態では四角形の対向する他の２辺）をなす第１パターン電極３４２が形成される。
図１１で説明したように、第１パターン電極３４１は輪郭ラインが第１電極３４１１と第２電極３４１２（本実施形態では四角形の対向する２辺）に分割されて構成され、同一行または同一列を構成する第１電極３４１１および第２電極３４１２はそれぞれ連続接続されている。
また、第２パターン電極３４２は輪郭ラインが第１電極３４２１と第２電極３４２２とに分割されて構成され、同一行または同一列を構成する第１電極３４２１および第２電極３４２２はそれぞれ連続接続されている。
第１パターン電極３４１の第１電極３４１１には交流電源Ａ1が接続され、第１パターン電極３４１の第２電極３４１２には交流電源Ａ2が接続される。また、第２パターン電極３４２の第１電極３４２１には交流電源Ａ3が接続され、第２パターン電極３４２の第２電極３４２２には交流電源Ａ4が接続される。
交流電源ＡＣ1，ＡＣ2，ＡＣ3およびＡＣ4の出力電圧を変更することにより（たとえば、ＡＣ1およびＡＣ3を固定しておきＡＣ2およびＡＣ4の出力電圧値を変更してもよい）、第１パターン電極３４１および第２パターン電極３４２により構成されるレンズが二次元方向（左右前後方向）に変位し、または当該レンズの光軸が二次元方向（左右前後方向）に傾斜する。
図１２ではマイクロレンズアレイ３の背面には有機ＥＬ等からなる３Ｄ画像を出力する画像形成装置３００が配置されており、マイクロレンズアレイ３は３Ｄディスプレイ用の３Ｄパネルとして使用することができる。
図１３（Ａ），（Ｂ）および図１４（Ａ），（Ｂ）により、凹レンズ特性の機能を付加したマイクロレンズアレイの実施形態を説明する。
図１３（Ａ），（Ｂ）に示すマイクロレンズアレイ４の構成は、図１（Ａ），（Ｂ）で説明したマイクロレンズアレイ１に、後述する透明制御電極層４７および絶縁層４５が付加されている他は、概ね図１（Ａ），（Ｂ）で説明したマイクロレンズアレイ１の構成と同じである。
図１３（Ａ），（Ｂ）における構成部材等は、図１（Ａ），（Ｂ）における構成部材等と次の関係にある。
すなわち、液晶層４１は液晶層１１に、パターン電極アレイ層４２はパターン電極アレイ層１２に、グランド電極層４３はグランド電極層１３に、四角形パターン電極４４は四角形パターン電極１４に、絶縁層４５は絶縁層１５に、ガラス基板４０１，４０２はガラス基板１０１，１０２に、第１電極４４１層は第１電極１４１層に、第２電極４４１層は第２電極１４２に対応する。
図１３（Ａ）では、四角形パターン電極４４の行列を行ＣＬＭと列ＲＯＷ（約６７°）で示してあり、四角形パターン電極４４の輪郭ラインを符号Ｌで示してある。また、図１３（Ｂ）では、第１電極２４１の電圧をＶ1で示し、第２電極１４２の電圧をＶ2で示してあり、電気力線をＤで示してある
図１３（Ａ），（Ｂ）に示すマイクロレンズアレイ４では、ガラス基板４０１に透明制御電極層４７が形成され絶縁層４６を挟んでパターン電極アレイ層４２が形成されている。本実施形態でも、図示はしないが、絶縁層４６と電極層４７との間に（または、絶縁層４６に代えて）、高抵抗層（たとえば面抵抗が１０9〜１０11Ωで、厚さが約５０ｎｍの酸化亜鉛膜：ＺｎＯ）を形成することができる。
絶縁層４５の液晶層４１に接する面およびグランド電極層４３の液晶層４１に接する面には、図示されていない配向膜が配置される。配向膜は、一方向にラビング処理を行った厚さが約５０ｎｍのポリイミド膜であり、液晶分子は基板面に平行にラビング方向に配向している。
図１３（Ｂ）に示した電気力線Ｄからもわかるように、本実施形態では、マイクロレンズアレイ４は凹レンズ特性を奏することができる。すなわち、マイクロレンズアレイ４では、透明制御電極４７に印加する電圧により開口部中央から液晶分子を再配向することができるため、レンズ特性として凹レンズ特性の機能が付加される。透明制御電極４７とパターン電極アレイ層４２との間に設けられる図示しない高抵抗層は、四角形パターン電極４４により生じた電界を中継することで、電界分布を滑らかに調整する効果を有している。そのため、四角形パターン電極４４の開口径と液晶層４１の厚みに関する制限条件が解消され、性能の高いマイクロレンズが非常に容易にできる。なお、マイクロレンズアレイ４は、構造によっては、高抵抗層を省くことができる。なお、高抵抗層等の機能については周知である（特許文献３等を参照）。
図１４（Ａ），（Ｂ）に示すマイクロレンズアレイ５の構成は、図５（Ａ），（Ｂ）で説明したマイクロレンズアレイ２に、後述する透明制御電極層５７および絶縁層５６が付加されている他は、概ね図５（Ａ），（Ｂ）で説明したマイクロレンズアレイ２の構成と同じである。
図１４（Ａ），（Ｂ）における構成部材等は、図５（Ａ），（Ｂ）における構成部材等と次の関係にある。
すなわち、液晶層５１は液晶層２１に、パターン電極アレイ層５２はパターン電極アレイ層２２に、グランド電極層５３はグランド電極層２３に、六角形パターン電極５４は六角形パターン電極２４に、絶縁層５５は絶縁層２５に、ガラス基板５０１，５０２はガラス基板２０１，２０２に、第１電極５４１層は第１電極２４１層に、第２電極５４１層は第２電極２４２に対応する。
図１４（Ａ）では、六角形パターン電極５４の行列を行ＣＬＭと列ＲＯＷで示してあり、六角形パターン電極５４の輪郭ラインを符号Ｌで示してある。また、図１４（Ｂ）では、第１電極５４１の電圧をＶ1で示し、第２電極５４２の電圧をＶ2で示してあり、電気力線をＤで示してある
図１４（Ａ），（Ｂ）に示すマイクロレンズアレイ５では、ガラス基板５０１に透明制御電極層５７が形成され絶縁層５６を挟んでパターン電極アレイ層５２が形成されている。本実施形態でも、図示はしないが、絶縁層５６と電極層５７との間に（または、絶縁層５６に代えて）、高抵抗層（たとえば面抵抗が１０9〜１０11Ωで、厚さが約５０ｎｍの酸化亜鉛膜：ＺｎＯ）を形成することができる。
絶縁層５５の液晶層５１に接する面およびグランド電極層５３の液晶層５１に接する面には、図示されていない配向膜が配置される。配向膜は、一方向にラビング処理を行った厚さが約５０ｎｍのポリイミド膜であり、液晶分子は基板面に平行にラビング方向に配向している。
図１４（Ｂ）に示した電気力線Ｄからもわかるように、本実施形態では、マイクロレンズアレイ５は凹レンズ特性を奏することができる。すなわち、マイクロレンズアレイ５では、透明制御電極５７に印加する電圧により開口部中央から液晶分子を再配向することができるため、レンズ特性として凹レンズ特性の機能が付加される。透明制御電極５７とパターン電極アレイ層５２との間に設けられる図示しない高抵抗層は、六角形パターン電極５４により生じた電界を中継することで、電界分布を滑らかに調整する効果を有している。そのため、六角形パターン電極５４の開口径と液晶層５１の厚みに関する制限条件が解消され、性能の高いマイクロレンズが容易に実現できる。
なお、マイクロレンズアレイ５は構造によっては、高抵抗層を省くことができる。なお、高抵抗層等の機能については周知である（特許文献３等を参照）。
なお、図１３では電極パターンが四角形である場合について説明し、図１４では電極パターンが六角形である場合について示したが、電極パターンの形状はこれらに限定されるものではなく、円形や他の多角形であっても、同様の効果を得ることができる。
上記の実施形態では、パターン電極アレイ層における各パターン電極の開口幅が一定である場合について説明した。しかし、全てのパターン電極が同一の寸法である必要はない。多角形パターン電極を構成する第１電極および第２電極を、同一行または同一列ごとに異なる寸法にする（たとえば、奇数行または偶数行（または奇数列または偶数列）で異なる形状のパターン電極とする）ことで、より多彩な特性や効果を発揮することが可能となる。
図１５（Ａ），（Ｂ）はマイクロレンズアレイを用いた照明制御装置の実施形態を示す説明図である。図１５（Ａ），（Ｂ）のマイクロレンズアレイは、車両の前照灯照射方向を調整するための制御装置、読書灯等の照射方向を調整するための制御装置として使用される。
図１５（Ａ）において、照明制御装置６０は、マイクロレンズアレイ６と光源６８と制御回路６９からなる。本実施形態では、マイクロレンズアレイ６の構成は、図１から図４に示したマイクロレンズアレイ１と同じである。液晶層６１の一方の面にパターン電極アレイ層６２が形成され他方の面にグランド電極層６３が形成されている。
パターン電極アレイ層６２には四角形パターン電極６４の行列が形成されている。四角形パターン電極６４の輪郭ラインは、半分が第１電極６４１からなり残りの半部が第２電極６４２からなる。第１電極６４１および第２電極６４２によりレンズが構成される。
第１電極６４１には交流電源ＡＣ1が接続され、第２電極６４２にはＡＣ2が接続されている。交流電源ＡＣ1およびＡＣ2の出力電圧は制御回路６９からの信号により制御される。
交流電源ＡＣ1およびＡＣ2の出力電圧を変更することにより（たとえば、ＡＣ1を固定しておきＡＣ2の出力電圧値を変更してもよい）、第１電極６４１，第２パターン電極６４２により構成されるレンズが一次元方向（たとえば、左右方向）に変位し、または当該レンズの光軸が一次元方向（左右、前後等）に傾斜する。これにより、図１５（Ｂ）の矢印で示すように、照射される領域を変更することができる。
照明制御装置６０では、図１１（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）および図１２（Ａ），（Ｂ）で説明したマイクロレンズアレイを使用することもできる。この場合には、第１パターン電極３４１，第２パターン電極３４２により構成されるマイクロレンズが二次元方向（左右、前後等）に変位し、または当該レンズの光軸が二次元方向（左右、前後等）に傾斜するように制御される。
図１５の実施形態においては、絶縁層および高抵抗層について説明はしなかったが、マイクロレンズアレイ１〜５ついて説明したように、適宜の箇所に絶縁層を設けることができる。また、パターン電極６４と液晶との間に高抵抗層を設けることで、液晶層６１内の電界分布を滑らかに調整することができる。
なお、既に述べたが、パターン電極は、四角形，六角形でもよいし、図１６に示すような三角形でもよい。図１６において、三角形パターン電極７４は、第１パターン電極７４１と第２パターン電極７４２により構成できる。
なお、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、適宜の設計変更した態様は、本発明の技術的範囲に含まれる。
本発明のマイクロレンズアレイは、通常のソリッドタイプのレンズアレイとは異なる。多角形パターン電極や円形パターン電極の輪郭ラインを構成する第１電極とグランド電極層との電圧および第２電極とグランド電極層との間の電圧が可変調整され、液晶層内における実効的な屈折率分布が適宜変更される。これにより、マイクロレンズの焦点距離が変更され、マイクロレンの光軸が適宜方向に傾斜する。したがって、スマートフォンやタブレット端末等の携帯機器用の、水平視差を考慮した３Ｄ表示装置、水平視差および垂直視差を考慮した３Ｄ表示装置への応用が期待される。また、可動部を有しない照明制御装置等、多彩の用途への応用が可能である。
１，２，３，４，５，６，８ マイクロレンズアレイ
９ 液晶レンチキュラーレンズ
１１，２１，３１，４１，５１，８０，６１ 液晶層
１２，２２，３２，４２，５２，６２ パターン電極アレイ層
１３，２３，３３，４３，５３，８２，６３ グランド電極層
１４，３４，４４ 四角形パターン電極
１５，２５，３５，４５，４６，５５，５６ 絶縁層
２４，５４ 六角形パターン電極
４７，５７ 制御電極（透明電極）
６０ 照明制御装置
６８ 光源
６９ 制御回路
７４ 三角形パターン電極
８１ 電極
９１，１４１，２４１，３４１，３４３，４４１，５４１，６４１，７４１ 第１電極
９２，１４２，２４２，３４２，３４４，４４２，５４２，６４２，７４２ 第２電極
１０１，１０２，２０１，２０２，３０１，３０２，４０１，４０２，５０１，５０２ ガラス基板
３００ 画像形成装置
Ｌ 輪郭ライン
図１（Ｂ）に示すように、マイクロレンズアレイ１は、ガラス基板１０１の液晶層１１側の面にパターン電極アレイ層１２（第１電極１４１と第２電極１４２とからなる四角形パターン電極１４）が形成され他方のガラス基板１０２の液晶層１１側の面にグランド電極層１３が形成されている。
また、図１（Ｂ）では、液晶層１１とパターン電極アレイ層１２との間には、絶縁層１５が形成されている。図示しないが、たとえば液晶層１１と絶縁層１５との間には（または絶縁層１５に代えて）、高抵抗層（たとえば面抵抗が１０9〜１０11Ωで、厚さが約５０ｎｍの酸化亜鉛膜：ＺｎＯ）を設けることができる。図１（Ｂ）では、電気力線をＤで示してある。
本実施形態では液晶層１１の厚さは６０μｍ、開口幅は３００μｍ、輪郭ラインＬの幅は５０μｍである。また、絶縁層１５の厚さは５μｍである。
絶縁層１５は、良好な特性を得るために使用されるもので、その厚さ等は、四角形パターン電極１４の開口幅と液晶層１１の厚さに関係する。ただし、四角形パターン電極１４の開口幅と液晶層１１の厚さを調整することで、絶縁層１５を省くことができる。
なお、絶縁層１５の液晶層１１に接する面およびグランド電極層１３の液晶層１１に接する面には、図示されていない配向膜が配置される。配向膜は、一方向にラビング処理を行った厚さが約５０ｎｍのポリイミド膜であり、液晶分子は基板面に平行にラビング方向に配向している。
液晶層１１にしきい値以上の電界が加えられると、液晶分子は電界強度に対応して電界の方向に再配向する性質があり、液晶の弾性エネルギーと電界によるエネルギーが釣り合うような配向状態となる。四角形パターン電極１４の輪郭から、開口部の中心方向に向かって電界強度が減少する場合には、液晶分子の長軸方向が円形パターン電極の縁付近において基板面に対して垂直方向に傾いているが、中心付近では傾きの角度が小さくなる。すなわち、ラビング方向に偏光した入射光に対して、実効的な屈折率は四角形パターン電極１４の輪郭ライン付近（縁付近）に比べて四角形パターン電極１４の中心付近で大きくなり、正のレンズ特性すなわち凸レンズ特性を示す。
図９（Ａ）に第１電極２４１の電圧Ｖ1が６Ｖ、第２電極２４２の電圧Ｖ2が４Ｖのとき（Ｖ1＝６Ｖ，Ｖ2＝４Ｖ）の屈折率の変化を干渉縞により示す。印加電圧の低い方へ円形状の干渉縞の分布が移動しているため、印加電圧が高い電極側と比較して印加電圧が低い電極側の屈折率分布が緩やかになる。
また、図９（Ｂ）に電圧Ｖ1が８Ｖ、電圧Ｖ2が４Ｖのとき（Ｖ1＝８Ｖ，Ｖ2＝４Ｖ）の屈折率の変化を、図９（Ｃ）に電圧Ｖ1が１１Ｖ、電圧Ｖ2が４Ｖのとき（Ｖ1＝１１Ｖ，Ｖ2＝４Ｖ）の屈折率の変化をそれぞれ干渉縞により示す。
図１２はマイクロレンズアレイ３を応用したディスプレイの構造説明図である。
図１２において、マイクロレンズアレイ３は、液晶層３１と第１パターン電極アレイ層３２ａと第２パターン電極アレイ層３２ｂとグランド電極層３３とからなる。液晶層３１と第１パターン電極アレイ層３２ａとの間には、図示しない絶縁層（図１１の絶縁層３５ａ）および／または高抵抗層（たとえば面抵抗が１０9〜１０11Ωで、厚さが約５０ｎｍの酸化亜鉛膜：ＺｎＯ）が設けられる。たとえば、絶縁層は第１パターン電極アレイ層３２ａ側、高抵抗層は液晶層３１側に設けられる。
第１パターン電極アレイ層３２ａおよび第２パターン電極アレイ層３２ｂは、絶縁層３２ｃを挟んで積層されて形成されている。第１パターン電極アレイ層３２ａには、四角形の輪郭の一部（本実施形態では四角形の対向する２辺）をなす第１パターン電極３４１が形成され、第２パターン電極アレイ層３２ｂには、四角形輪郭の他の一部（本実施形態では四角形の対向する他の２辺）をなす第１パターン電極３４２が形成される。
図１１で説明したように、第１パターン電極３４１は輪郭ラインが第１電極３４１１と第２電極３４１２（本実施形態では四角形の対向する２辺）に分割されて構成され、同一行または同一列を構成する第１電極３４１１および第２電極３４１２はそれぞれ連続接続されている。
また、第２パターン電極３４２は輪郭ラインが第１電極３４２１と第２電極３４２２とに分割されて構成され、同一行または同一列を構成する第１電極３４２１および第２電極３４２２はそれぞれ連続接続されている。
第１パターン電極３４１の第１電極３４１１には交流電源Ａ1が接続され、第１パターン電極３４１の第２電極３４１２には交流電源Ａ2が接続される。また、第２パターン電極３４２の第１電極３４２１には交流電源Ａ3が接続され、第２パターン電極３４２の第２電極３４２２には交流電源Ａ4が接続される。
交流電源ＡＣ1，ＡＣ2，ＡＣ3およびＡＣ4の出力電圧を変更することにより（たとえば、ＡＣ1およびＡＣ3を固定しておきＡＣ2およびＡＣ4の出力電圧値を変更してもよい）、第１パターン電極３４１および第２パターン電極３４２により構成されるレンズが二次元方向（左右前後方向）に変位し、または当該レンズの光軸が二次元方向（左右前後方向）に傾斜する。
図１２ではマイクロレンズアレイ３の背面には有機ＥＬ等からなる３Ｄ画像を出力する画像形成装置３００が配置されており、マイクロレンズアレイ３は３Ｄディスプレイ用の３Ｄパネルとして使用することができる。
図１３（Ａ），（Ｂ）および図１４（Ａ），（Ｂ）により、凹レンズ特性の機能を付加したマイクロレンズアレイの実施形態を説明する。
図１３（Ａ），（Ｂ）に示すマイクロレンズアレイ４の構成は、図１（Ａ），（Ｂ）で説明したマイクロレンズアレイ１に、後述する透明制御電極層４７および絶縁層４５が付加されている他は、概ね図１（Ａ），（Ｂ）で説明したマイクロレンズアレイ１の構成と同じである。
図１３（Ａ），（Ｂ）における構成部材等は、図１（Ａ），（Ｂ）における構成部材等と次の関係にある。
すなわち、液晶層４１は液晶層１１に、パターン電極アレイ層４２はパターン電極アレイ層１２に、グランド電極層４３はグランド電極層１３に、四角形パターン電極４４は四角形パターン電極１４に、絶縁層４５は絶縁層１５に、ガラス基板４０１，４０２はガラス基板１０１，１０２に、第１電極４４１層は第１電極１４１層に、第２電極４４１層は第２電極１４２に対応する。
図１３（Ａ）では、四角形パターン電極４４の行列を行ＣＬＭと列ＲＯＷ（約６７・）で示してあり、四角形パターン電極４４の輪郭ラインを符号Ｌで示してある。また、図１３（Ｂ）では、第１電極４４１の電圧をＶ1で示し、第２電極４４２の電圧をＶ2で示してあり、電気力線をＤで示してある
図１３（Ａ），（Ｂ）に示すマイクロレンズアレイ４では、ガラス基板４０１に透明制御電極層４７が形成され絶縁層４６を挟んでパターン電極アレイ層４２が形成されている。本実施形態でも、図示はしないが、絶縁層４６と電極層４７との間に（または、絶縁層４６に代えて）、高抵抗層（たとえば面抵抗が１０9〜１０11Ωで、厚さが約５０ｎｍの酸化亜鉛膜：ＺｎＯ）を形成することができる。
絶縁層４５の液晶層４１に接する面およびグランド電極層４３の液晶層４１に接する面には、図示されていない配向膜が配置される。配向膜は、一方向にラビング処理を行った厚さが約５０ｎｍのポリイミド膜であり、液晶分子は基板面に平行にラビング方向に配向している。
図１３（Ｂ）に示した電気力線Ｄからもわかるように、本実施形態では、マイクロレンズアレイ４は凹レンズ特性を奏することができる。すなわち、マイクロレンズアレイ４では、透明制御電極４７に印加する電圧により開口部中央から液晶分子を再配向することができるため、レンズ特性として凹レンズ特性の機能が付加される。透明制御電極４７とパターン電極アレイ層４２との間に設けられる図示しない高抵抗層は、四角形パターン電極４４により生じた電界を中継することで、電界分布を滑らかに調整する効果を有している。そのため、四角形パターン電極４４の開口径と液晶層４１の厚みに関する制限条件が解消され、性能の高いマイクロレンズが非常に容易にできる。なお、マイクロレンズアレイ４は、構造によっては、高抵抗層を省くことができる。なお、高抵抗層等の機能については周知である（特許文献３等を参照）。
図１４（Ａ），（Ｂ）に示すマイクロレンズアレイ５の構成は、図５（Ａ），（Ｂ）で説明したマイクロレンズアレイ２に、後述する透明制御電極層５７および絶縁層５６が付加されている他は、概ね図５（Ａ），（Ｂ）で説明したマイクロレンズアレイ２の構成と同じである。
図１４（Ａ），（Ｂ）における構成部材等は、図５（Ａ），（Ｂ）における構成部材等と次の関係にある。
すなわち、液晶層５１は液晶層２１に、パターン電極アレイ層５２はパターン電極アレイ層２２に、グランド電極層５３はグランド電極層２３に、六角形パターン電極５４は六角形パターン電極２４に、絶縁層５５は絶縁層２５に、ガラス基板５０１，５０２はガラス基板２０１，２０２に、第１電極５４１層は第１電極２４１層に、第２電極５４２層は第２電極２４２に対応する。
図１４（Ａ）では、六角形パターン電極５４の行列を行ＣＬＭと列ＲＯＷで示してあり、六角形パターン電極５４の輪郭ラインを符号Ｌで示してある。また、図１４（Ｂ）では、第１電極５４１の電圧をＶ1で示し、第２電極５４２の電圧をＶ2で示してあり、電気力線をＤで示してある
図１４（Ａ），（Ｂ）に示すマイクロレンズアレイ５では、ガラス基板５０１に透明制御電極層５７が形成され絶縁層５６を挟んでパターン電極アレイ層５２が形成されている。本実施形態でも、図示はしないが、絶縁層５６と電極層５７との間に（または、絶縁層５６に代えて）、高抵抗層（たとえば面抵抗が１０9〜１０11Ωで、厚さが約５０ｎｍの酸化亜鉛膜：ＺｎＯ）を形成することができる。
絶縁層５５の液晶層５１に接する面およびグランド電極層５３の液晶層５１に接する面には、図示されていない配向膜が配置される。配向膜は、一方向にラビング処理を行った厚さが約５０ｎｍのポリイミド膜であり、液晶分子は基板面に平行にラビング方向に配向している。
図１４（Ｂ）に示した電気力線Ｄからもわかるように、本実施形態では、マイクロレンズアレイ５は凹レンズ特性を奏することができる。すなわち、マイクロレンズアレイ５では、透明制御電極５７に印加する電圧により開口部中央から液晶分子を再配向することができるため、レンズ特性として凹レンズ特性の機能が付加される。透明制御電極５７とパターン電極アレイ層５２との間に設けられる図示しない高抵抗層は、六角形パターン電極５４により生じた電界を中継することで、電界分布を滑らかに調整する効果を有している。そのため、六角形パターン電極５４の開口径と液晶層５１の厚みに関する制限条件が解消され、性能の高いマイクロレンズが容易に実現できる。
なお、マイクロレンズアレイ５は構造によっては、高抵抗層を省くことができる。なお、高抵抗層等の機能については周知である（特許文献３等を参照）。
なお、図１３では電極パターンが四角形である場合について説明し、図１４では電極パターンが六角形である場合について示したが、電極パターンの形状はこれらに限定されるものではなく、円形や他の多角形であっても、同様の効果を得ることができる。

Claims (8)

  1. ２枚の基板間に液晶層が形成され、一方の基板と前記液晶層との間にパターン電極アレイ層が形成され、他方の基板と前記液晶層との間に透明なグランド電極層が形成されているマイクロレンズアレイにおいて、
    前記パターン電極アレイ層は、多角形または円形の輪郭をなす複数のパターン電極の行列から構成され、
    前記各パターン電極は、各輪郭ラインが第１電極と第２電極とに分割されて構成され、同一行または同一列を構成する前記各パターン電極の前記第１電極および前記第２電極はそれぞれ連続接続され、
    前記各第１電極および前記各第２電極の少なくとも一方の電圧を調整することで動作することを特徴とするマイクロレンズアレイ。
  2. 前記パターン電極が、三角形、四角形または六角形の輪郭をなすことを特徴とする請求項１に記載のマイクロレンズアレイ。
  3. 請求項１または請求項２に記載のマイクロレンズアレイにおいて、
    前記パターン電極アレイ層と、前記一方の基板との間に、透明絶縁層および透明な制御電極が積層形成されていることを特徴とするマイクロレンズアレイ。
  4. ２枚の基板間に液晶層が形成され、一方の基板面と前記液晶層との間に、第１パターン電極アレイ層および第２パターン電極アレイ層が積層形成され、他方の基板と前記液晶層との間に透明なグランド電極層が形成されているマイクロレンズアレイにおいて、
    前記第１パターン電極アレイ層は、多角形または円形の輪郭の一部をなす複数の第１パターン電極の行列から構成されるとともに、前記第２パターン電極アレイ層は、前記輪郭の他の一部をなす第２パターン電極の行列から構成され、
    前記各第１パターン電極は各輪郭ラインが第１電極と第２電極とに分割されて構成され、同一行または同一列を構成する前記第１パターン電極の前記第１電極および前記第２電極はそれぞれ連続接続され、
    前記各第２パターン電極は各輪郭ラインが第１電極と第２電極とに分割されて構成され、同一行または同一列を構成する前記第２パターン電極の前記第１電極および前記第２電極はそれぞれ連続接続され、
    前記第１パターン電極の前記各第１電極および前記各第２電極の少なくとも一方の電圧、および
    前記第２パターン電極の前記各第１電極および前記各第２電極の少なくとも一方の電圧を調整することで動作することを特徴とするマイクロレンズアレイ。
  5. 前記複数の第１パターン電極および前記複数の第２パターン電極が重ね合わされて生成されるパターン電極が、三角形、四角形または六角形の輪郭をなすことを特徴とする請求項４に記載のマイクロレンズアレイ。
  6. 請求項４または請求項５に記載のマイクロレンズアレイにおいて、
    前記第１パターン電極アレイ層および第２パターン電極アレイ層の積層体と、前記一方の基板との間に、透明絶縁層および透明な制御電極が積層形成されていることを特徴とするマイクロレンズアレイ。
  7. 請求項１〜請求項３の何れかに１項に記載のマイクロレンズアレイを備え、前記マイクロレンズアレイから出射される光の方向が可変調整され、または集光効果または散乱効果が可変調整されることを特徴とする照明制御装置。
  8. 請求項４〜請求項６の何れかに１項に記載のマイクロレンズアレイを備え、前記マイクロレンズアレイから出射される光の方向が可変調整され、または集光効果または散乱効果が可変調整されることを特徴とする照明制御装置。
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