JP2020166169A - レンズアレイおよび表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 光学特性を切り替え可能なレンズアレイおよび表示装置を提供する。【解決手段】 一実施形態に係るレンズアレイは、複数のレンズ素子を備えている。さらに、前記複数のレンズ素子の各々が、屈折率が異なる２つの層の境界面と、前記境界面を変形させるアクチュエータと、を備えている。【選択図】 図３

Description

本発明の実施形態は、レンズアレイおよび表示装置に関する。

従来、液晶表示素子、有機エレクトロルミネッセンス表示素子、電子泳動素子などの表示素子を用いた種々のタイプの表示装置が存在する。このような表示装置において、視野角を広げるために、拡散フィルムが表示面に配置されることがある。また、視野角を特定方向に限定するために、例えば多数の微小なルーバーを備えた視野角制御フィルムが表示面に配置されることもある。

これらの光学フィルムは、いずれも拡散や視野角限定のような光学特性が固定的に付与されたものであり、例えば光の拡散の程度や視野角を切り替えることはできない。そこで、使用状況に応じて光学特性を切り替え可能とする技術の開発が望まれていた。なお、このような技術は、表示に関してだけでなく、種々の使用態様が考えられる。

特開２００２−３７２７２７号公報 特開２０１３−１８２２２５号公報

本開示は、光学特性を切り替え可能なレンズアレイおよび表示装置を提供することを目的の一つとする。

一実施形態に係るレンズアレイは、複数のレンズ素子を備えている。さらに、前記複数のレンズ素子の各々が、屈折率が異なる２つの層の境界面と、前記境界面を変形させるアクチュエータと、を備えている。

他の実施形態に係るレンズアレイは、第１レンズ素子と、第２レンズ素子と、を備えている。前記第１レンズ素子は、屈折率が異なる２つの層の第１境界面と、前記第１境界面を変形させる第１アクチュエータと、を含む。前記第２レンズ素子は、前記第１境界面に対向する、屈折率が異なる２つの層の第２境界面と、前記第２境界面を変形させる第２アクチュエータと、を含む。

一実施形態に係る表示装置は、バックライトと、前記バックライトからの光を用いて画像を表示する表示パネルと、前記バックライトと前記表示パネルとの間に配置された前記レンズアレイと、を備えている。

図１は、第１実施形態に係るレンズアレイの概略的な構成を示す図である。 図２は、第１実施形態に係るレンズアレイの概略的な断面図である。 図３は、境界面を図２に示した形状から変形させた状態を示す、レンズアレイの概略的な断面図である。 図４は、第１実施形態に係るレンズ素子に適用し得る構造の一例を示す平面図である。 図５は、図４に示したアクチュエータの概略的な断面図である。 図６は、境界面が第２形状である場合のアクチュエータおよび高屈折率層の一例を示す概略的な斜視図である。 図７は、第２実施形態に係るレンズアレイの概略的な断面図である。 図８は、境界面が第２実施形態に係る第２形状である場合のアクチュエータおよび高屈折率層の一例を示す概略的な斜視図である。 図９は、第３実施形態に係るレンズアレイの概略的な断面図である。 図１０は、境界面を図９に示した形状から変形させた状態を示す、レンズアレイの概略的な断面図である。 図１１は、第４実施形態に係るレンズアレイの概略的な断面図である。 図１２は、第５実施形態に係るレンズアレイの概略的な断面図である。 図１３は、第６実施形態に係るレンズアレイの概略的な断面図である。 図１４は、第７実施形態に係るアクチュエータの概略的な平面図である。 図１５は、第７実施形態に係る第２形状の境界面の一例を示す概略的な斜視図である。 図１６は、第７実施形態に係る第２形状の境界面の他の一例を示す概略的な斜視図である。 図１７は、第８実施形態に係るレンズ素子に適用し得る構成の一例を示す平面図である。 図１８は、図１７に示したアクチュエータの概略的な断面図である。 図１９は、第９実施形態に係るレンズアレイの概略的な構成を示す図である。 図２０は、図１９に示したスイッチング素子の構成の一例を示す概略的な断面図である。 図２１は、第１０実施形態に係るレンズ素子に適用し得る構成の一例を示す平面図である。 図２２は、図２１に示したアクチュエータの概略的な断面図である。 図２３は、図２１に示したアクチュエータの他の例を示す概略的な断面図である。 図２４は、第１適用例に係る表示装置の概略的な構成を示す図である。 図２５は、第１適用例に係る表示装置の概略的な構成を示す図である。 図２６は、第２適用例に係る表示装置の概略的な構成を示す図である。 図２７は、第２適用例に係る表示装置の概略的な構成を示す図である。 図２８は、第３適用例に係る表示装置の概略的な構成を示す図である。 図２９は、第４適用例に係る調光パネルの概略的な構成を示す図である。 図３０は、第４適用例に係る調光パネルの概略的な構成を示す図である。

いくつかの実施形態につき、図面を参照しながら説明する。
なお、開示はあくまで一例に過ぎず、当業者において、発明の主旨を保っての適宜変更について容易に想到し得るものについては、当然に本発明の範囲に含有される。また、図面は、説明をより明確にするため、実際の態様に比べて模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。各図において、連続して配置される同一又は類似の要素については符号を省略することがある。また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同一又は類似した機能を発揮する構成要素には同一の参照符号を付し、重複する詳細な説明を省略することがある。

以下の第１乃至第１０実施形態においては、レンズアレイに適用し得る構成を開示する。また、第１乃至第１０実施形態の説明の後に、レンズアレイを用いた表示装置や、レンズアレイのその他の適用例を開示する。

［第１実施形態］
図１は、第１実施形態に係るレンズアレイ１の概略的な構成を示す図である。図示したように、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向を定義する。これらＸ，Ｙ，Ｚ方向は、例えば互いに直交するが、９０度以外の角度で交わってもよい。以下、Ｚ方向と平行にレンズアレイ１を見ることを平面視と呼ぶ。レンズアレイ１は、例えば矩形の平板状である。ただし、レンズアレイ１は、例えば円形や矩形以外の多角形状など、他の形状であってもよい。

レンズアレイ１は、複数のレンズ素子ＬＤを備えている。これらレンズ素子ＬＤは、Ｘ方向およびＹ方向にマトリクス状に配列されている。各レンズ素子ＬＤは、境界面ＢＦと、アクチュエータＡＣとを含む。境界面ＢＦは、例えば後述する高屈折率層１２と低屈折率層３０のように、屈折率の異なる２つの層の界面である。アクチュエータＡＣは、境界面ＢＦの形状を変形させる。

各レンズ素子ＬＤのアクチュエータＡＣは、コントローラ２によって制御される。コントローラ２は、レンズアレイ１と別途に設けられるものであってもよいし、レンズアレイ１の一部であってもよい。

図２は、レンズアレイ１の概略的な断面図である。レンズアレイ１は、第１基板ＳＵＢ１と、第１基板ＳＵＢ１に対向する第２基板ＳＵＢ２と、第１基板ＳＵＢ１および第２基板ＳＵＢ２の間の低屈折率層３０とを備えている。一例として、低屈折率層３０は空間（空気、その他の気体、または真空）であるが、屈折率が低い液体や固体を含んでもよい。

第１基板ＳＵＢ１は、第１絶縁基板１０と、配線層１１と、アクチュエータＡＣと、高屈折率層１２とを備えている。配線層１１は、例えば各アクチュエータＡＣに電圧を供給するための配線や１つまたは複数の絶縁層を含むが、図２においては簡略化して示している。

第１絶縁基板１０は、例えばガラスで形成することができる。配線層１１は、透光性を有しており、第１絶縁基板１０の上面（第２基板ＳＵＢ２との対向面）に設けられている。アクチュエータＡＣは、透光性を有しており、配線層１１の上方に設けられている。高屈折率層１２は、例えば透明な樹脂材料により形成され、アクチュエータＡＣを覆っている。高屈折率層１２は、低屈折率層３０よりも高い屈折率を有している。図２の例においては、高屈折率層１２の表面（高屈折率層１２と低屈折率層３０の界面）が境界面ＢＦに相当する。

図２の例において、隣り合うレンズ素子ＬＤのアクチュエータＡＣは、互いに接している。また、隣り合うレンズ素子ＬＤの高屈折率層１２も互いに接している。隣り合うレンズ素子ＬＤの高屈折率層１２が一体的に切れ目なく形成されてもよい。

第２基板ＳＵＢ２は、第２絶縁基板２０を備えている。第２絶縁基板２０は、例えばガラスで形成することができる。第２基板ＳＵＢ２は、第２絶縁基板２０の他にも透光性の絶縁層や導電層、さらにはレンズ素子ＬＤの境界と重畳する遮光層を含んでもよい。

レンズアレイ１は、第１基板ＳＵＢ１と第２基板ＳＵＢ２の間に配置されたスペーサ４０をさらに備えている。スペーサ４０は、第２基板ＳＵＢ２から第１基板ＳＵＢ１に向けて延びている。他の例として、スペーサ４０は、第１基板ＳＵＢ１から第２基板ＳＵＢ２に向けて延びてもよい。

図２の例においては、スペーサ４０の先端が接着層４１によって高屈折率層１２に接着されている。ただし、接着層４１を設けずに、スペーサ４０の先端が第１基板ＳＵＢ１に接触してもよい。あるいは、スペーサ４０の先端と第１基板ＳＵＢ１との間に隙間が存在してもよい。スペーサ４０は、例えば透光性を有するが、遮光性を有してもよい。

本実施形態に係るレンズアレイ１は、アクチュエータＡＣにより境界面ＢＦを変形させることで、レンズアレイ１を透過する光の屈折に関する特性を切り替える。以下、図２および図３を用いて、アクチュエータＡＣの動作の具体例について説明する。

図３は、各レンズ素子ＬＤのアクチュエータＡＣが境界面ＢＦを図２に示した形状から変形させた状態を示す、レンズアレイ１の概略的な断面図である。以下、図２における境界面ＢＦの形状を第１形状、図３における境界面ＢＦの形状を第２形状と呼ぶ。

図２に示す第１形状は、第１絶縁基板１０の上面（Ｘ−Ｙ平面）と平行な平面である。一方、図３に示す第２形状は、アクチュエータＡＣを支持する第１絶縁基板１０から離れる方向に向けた凸状の曲面である。

一例として、図３に示すように、Ｚ方向に対して傾き且つレンズアレイ１を第１基板ＳＵＢ１から第２基板ＳＵＢ２に透過する光Ｌに着目する。このような光Ｌは、第２形状の境界面ＢＦによって、Ｚ方向に対する傾きが小さくなるように屈折する。すなわち、第２形状の境界面ＢＦにより、光Ｌのような拡散光を実質的にＺ方向と平行な光（平行光）に変換することができる。

ここで、第１形状の曲率を第１曲率と定義し、第２形状の曲率を第２曲率と定義する。本実施形態において、第２曲率は、第１曲率よりも大きい。なお、図２に示すように第１形状が平面である場合、第１曲率は０である。ただし、第１曲率は、必ずしも０である必要はない。すなわち、第１形状は、第２形状よりも緩やかな曲面であってもよい。

第１形状および第２形状は、位置によって曲率が変化してもよい。この場合、第１曲率は、第１形状の各位置における曲率の平均値や最大値として定義することができる。同様に、第２曲率は、第２形状の各位置における曲率の平均値や最大値として定義することができる。

境界面ＢＦが第１形状である場合、レンズ素子ＬＤを透過する光は、第１視野角を有している。境界面ＢＦが第２形状である場合、レンズ素子ＬＤを透過する光は、第１視野角と異なる第２視野角を有している。図３に示したようにレンズ素子ＬＤを拡散光である光Ｌが透過する場合、第１視野角が第２視野角よりも大きい。

アクチュエータＡＣは、境界面ＢＦの曲率を多段的に変化させることが可能であってもよい。この場合には、レンズアレイ１を透過する光の拡散の程度を多段的に変化させることができる。

アクチュエータＡＣとしては、境界面ＢＦを少なくとも第１形状および第２形状に変形させることが可能な種々の素子を用いることができる。以下、一例として、電圧が印加されたことに応じて変形するピエゾ素子（ピエゾ膜）を用いたアクチュエータＡＣを想定し、レンズ素子ＬＤの具体的な構造を開示する。

図４は、レンズ素子ＬＤに適用し得る構造の一例を示す平面図である。アクチュエータＡＣは、透光性のピエゾ素子ＰＺと、第１電極Ｅ１と、第２電極Ｅ２とを備えている。スペーサ４０は、例えばレンズ素子ＬＤを囲う枠状（格子状）である。スペーサ４０は、例えばＹ方向に延びる線状など、他の形状であってもよい。

第１電極Ｅ１は、Ｘ方向におけるレンズ素子ＬＤの中央部と重畳し、かつＹ方向に長尺に延びる線状である。第２電極Ｅ２は、例えば複数のレンズ素子ＬＤに亘る形状を有しており、第１電極Ｅ１と重畳している。なお、第１電極Ｅ１は、Ｙ方向に並ぶ複数のレンズ素子ＬＤに亘って連続的に延びる線状であってもよい。また、第２電極Ｅ２は、レンズ素子ＬＤごとに分割されてもよい。第１電極Ｅ１および第２電極Ｅ２は、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）等の透明導電材料で形成することができる。

図５は、Ｘ−Ｚ平面に沿うアクチュエータＡＣの概略的な断面図である。第１電極Ｅ１は、ピエゾ素子ＰＺの下面（第１絶縁基板１０側の面）に接している。第２電極Ｅ２は、ピエゾ素子ＰＺの上面（第２基板ＳＵＢ２側の面）に接し、複数のレンズ素子ＬＤに亘って連続的に設けられている。高屈折率層１２は、第２電極Ｅ２の上面に接している。

図５の例においては、隣り合うレンズ素子ＬＤのピエゾ素子ＰＺの間に隙間が設けられている。この隙間には、例えば絶縁性の材料で形成されたバンクＢＫが配置されている。一例として、バンクＢＫは、ピエゾ素子ＰＺの全周囲を囲う形状である。また、図５の例においては、隣り合うレンズ素子ＬＤの高屈折率層１２の間にも隙間が設けられている。なお、隣り合うレンズ素子ＬＤの高屈折率層１２は、図２および図３に示したように互いに接してもよい。同様に、隣り合うレンズ素子ＬＤのピエゾ素子ＰＺは、互いに接してもよい。

第１電極Ｅ１は、配線層１１に含まれる配線と電気的に接続されている。図１に示したコントローラ２は、この配線を介して第１電極Ｅ１に対し可変的に電圧を印加する。また、コントローラ２は、第２電極Ｅ２に対し共通電圧を印加する。

図５（ａ）に示すレンズ素子ＬＤにおいては、第１電極Ｅ１と第２電極Ｅ２の間に電位差が形成されていない。この場合、ピエゾ素子ＰＺは平坦であり、境界面ＢＦは図２に示した第１形状となる。

一方、図５（ｂ）に示すレンズ素子ＬＤにおいては、第１電極Ｅ１と第２電極Ｅ２の間に電位差が形成されている。この場合、ピエゾ素子ＰＺは湾曲し、これに伴い境界面ＢＦは図３に示した第２形状となる。他の例として、第１電極Ｅ１と第２電極Ｅ２の間に電位差が形成されていないときにピエゾ素子ＰＺが湾曲し、当該電位差が形成されているときにピエゾ素子ＰＺが平坦であってもよい。境界面ＢＦおよびピエゾ素子ＰＺの曲率は、第１電極Ｅ１に印加する電圧（第１電極Ｅ１と第２電極Ｅ２の電位差）によって制御することができる。

なお、本実施形態においては、各レンズ素子ＬＤの第１電極Ｅ１に対して同じ電圧が印加される。したがって、全てのレンズ素子ＬＤの境界面ＢＦが同じ形状となる。

図５の例においては、隣り合うピエゾ素子ＰＺの間に隙間（バンクＢＫ）が設けられているので、あるピエゾ素子ＰＺの変形に伴う力が、隣のピエゾ素子ＰＺに伝達されにくい。同様に、隣り合う高屈折率層１２の間に隙間が設けられているので、ある高屈折率層１２の変形に伴う力が、隣の高屈折率層１２に伝達されにくい。これらにより、隣り合うレンズ素子ＬＤにおけるアクチュエータＡＣの相互作用が抑制でき、結果として各レンズ素子ＬＤにおける境界面ＢＦの第２形状を安定させることができる。さらに、レンズ素子ＬＤの境界部分において、アクチュエータＡＣの動作に起因した高屈折率層１２等の破壊を抑制することができる。

アクチュエータＡＣは、例えばピエゾ素子ＰＺの基となる材料を第１電極Ｅ１や配線層１１の上にスピンコートやスリットコートにより塗布し、これをアニールにより結晶化させ、さらにその上に第２電極Ｅ２を形成し、所定の矩形波の電圧を第１電極Ｅ１および第２電極Ｅ２の間に印加してピエゾ素子ＰＺを分極化することにより作成できる。また、ピエゾ素子ＰＺの材料としては、例えばポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）やフッ化ビニリデン−三フッ化エチレン共重合体（ＶＤＦ／ＴｒＦＥ）を用いることができる。なお、アクチュエータＡＣの形成方法およびピエゾ素子ＰＺの材料は、ここで挙げた例に限定されない。

図６は、境界面ＢＦが第２形状である場合のアクチュエータＡＣおよび高屈折率層１２の一例を示す概略的な斜視図である。図４の例のように第１電極Ｅ１を設けた場合、ピエゾ素子ＰＺは、例えば図５に示す断面形状でＹ方向に一様に延びる形状に変形する。すなわち、ピエゾ素子ＰＺの形状は、第１電極Ｅ１とピエゾ素子ＰＺとが重畳する部分が頂部となる凸状である。したがって図６に示すように、境界面ＢＦも、ピエゾ素子ＰＺとともに同様の形状（第２形状）に変形する。

例えば、図６に示す第２形状の境界面ＢＦは、円柱面の一部に相当する形状と言うことができる。ただし、第２形状の境界面ＢＦにおいて、Ｘ−Ｚ平面に沿う断面形状の曲率がＹ方向の位置によって異なってもよい。

以上説明したように、本実施形態に係るレンズアレイ１においては、複数のレンズ素子ＬＤの各々が、境界面ＢＦと、境界面ＢＦを変形させるアクチュエータＡＣとを備えている。そして、境界面ＢＦの形状により、レンズアレイ１を透過する光に対する光学的な特性を切り替えることができる。

レンズアレイ１の構成は、図１乃至図６を用いて説明した例に限られない。以下、レンズアレイ１に適用し得る他の実施形態を開示する。各実施形態においては、主に第１実施形態との相違点について説明する。各実施形態において特に言及しない構成については、第１実施形態あるいは他の実施形態に開示した構成を適用し得る。

［第２実施形態］
図７は、第２実施形態に係るレンズアレイ１の概略的な断面図であり、図３と同じく境界面ＢＦが第２形状に変形した状態を示している。図３における第２形状は第１絶縁基板１０から離れる方向に向けた凸状の曲面であったが、図７における第２形状は第１絶縁基板１０に向けた凹状の曲面である。

一例として、図７に示すように、Ｚ方向に平行であり且つレンズアレイ１を第１基板ＳＵＢ１から第２基板ＳＵＢ２に透過する光Ｌに着目する。このような光Ｌは、第２形状の境界面ＢＦによって、Ｚ方向に対し傾く方向に屈折する。すなわち、本実施形態においては、第２形状の境界面ＢＦにより、光Ｌのような平行光を拡散光に変換することができる。この場合、境界面ＢＦが第２形状であるときのレンズ素子ＬＤの第２視野角は、境界面ＢＦが第１形状であるときのレンズ素子ＬＤの第１視野角よりも大きい。

図８は、境界面ＢＦが第２形状である場合のアクチュエータＡＣおよび高屈折率層１２の一例を示す概略的な斜視図である。アクチュエータＡＣとしては、第１実施形態と同様に、ピエゾ素子ＰＺ、第１電極Ｅ１および第２電極Ｅ２を備える構成を適用できる。本実施形態において、ピエゾ素子ＰＺは、例えば第１電極Ｅ１とピエゾ素子ＰＺとが重畳する部分が底部となる凹状に変形する。したがって図８に示すように、境界面ＢＦも、ピエゾ素子ＰＺとともに同様の形状（第２形状）に変形する。

本実施形態の構成であっても、境界面ＢＦの形状により、レンズアレイ１を透過する光に対する光学的な特性を切り替えることができる。

［第３実施形態］
図９は、第３実施形態に係るレンズアレイ１の概略的な断面図である。本実施形態においては、第１基板ＳＵＢ１だけでなく、第２基板ＳＵＢ２もレンズ素子および配線層を備えている。第２基板ＳＵＢ２のレンズ素子は、アクチュエータ、高屈折率層および境界面を含む。

以下、第１基板ＳＵＢ１におけるレンズ素子、配線層、アクチュエータ、高屈折率層および境界面を、それぞれ第１レンズ素子ＬＤ１、第１配線層１１、第１アクチュエータＡＣ１、第１高屈折率層１２および第１境界面ＢＦ１と呼ぶ。また、第２基板ＳＵＢ２におけるレンズ素子、配線層、アクチュエータ、高屈折率層および境界面を、それぞれ第２レンズ素子ＬＤ２、第２配線層２１、第２アクチュエータＡＣ２、第２高屈折率層２２および第２境界面ＢＦ２と呼ぶ。

第１レンズ素子ＬＤ１と第２レンズ素子ＬＤ２は、例えば同じサイズであり、互いに対向している。ただし、第１レンズ素子ＬＤ１と第２レンズ素子ＬＤ２が異なるサイズを有してもよい。第１高屈折率層１２、第１アクチュエータＡＣ１、第２高屈折率層２２および第２アクチュエータＡＣ２は、第１絶縁基板１０と第２絶縁基板２０との間に位置している。

図９の例においては、第１高屈折率層１２および第２高屈折率層２２が、低屈折率層３０を介して対向している。第１高屈折率層１２および第２高屈折率層２２は、いずれも低屈折率層３０より高い屈折率を有している。第１高屈折率層１２と低屈折率層３０の界面が第１境界面ＢＦ１に相当し、第２高屈折率層２２と低屈折率層３０の界面が第２境界面ＢＦ２に相当する。第１境界面ＢＦ１と第２境界面ＢＦ２は、低屈折率層３０を介して対向している。

図９においては、第１境界面ＢＦ１および第２境界面ＢＦ２がいずれも平坦である。第１アクチュエータＡＣ１および第２アクチュエータＡＣ２には、例えば第１実施形態と同じくピエゾ素子ＰＺ、第１電極Ｅ１および第２電極Ｅ２を含む構成を適用し得る。

図１０は、第１境界面ＢＦ１および第２境界面ＢＦ２を変形させた状態を示す、レンズアレイ１の概略的な断面図である。本実施形態において、第１アクチュエータＡＣ１は、第１境界面ＢＦ１を第１絶縁基板１０から離れる方向に向けた凸状の曲面に変形させる。また、第２アクチュエータＡＣ２は、第２境界面ＢＦ２を第２絶縁基板２０から離れる方向に向けた凸状の曲面に変形させる。

以下、図９に示す第１境界面ＢＦ１の形状を第１形状、図１０に示す第１境界面ＢＦ１の形状を第２形状、図９に示す第２境界面ＢＦ２の形状を第３形状、図１０に示す第２境界面ＢＦ２の形状を第４形状と呼ぶ。

第１形状、第２形状、第３形状および第４形状の曲率を、それぞれ第１曲率、第２曲率、第３曲率および第４曲率と定義する。本実施形態において、第２曲率は、第１曲率よりも大きい。また、第４曲率は、第３曲率よりも大きい。

一例として、図１０に示すように、Ｚ方向に平行であり且つレンズアレイ１を第１基板ＳＵＢ１から第２基板ＳＵＢ２に透過する光Ｌに着目する。このような光Ｌは、第２形状の第１境界面ＢＦ１によって、Ｚ方向に対し傾く方向に屈折する。さらに、この光Ｌは、第２境界面ＢＦ２によって、Ｚ方向に対する傾きがさらに増すように屈折する。全体として、光Ｌは、特定の位置に向けて集光するように屈折する。

なお、図１０においては、第１境界面ＢＦ１が第２形状であり、同時に第２境界面ＢＦ２が第４形状である状態を例示した。他の例として、レンズアレイ１は、第１境界面ＢＦ１が第１形状であり、第２境界面ＢＦ２が第４形状である状態を実現してもよい。また、レンズアレイ１は、第１境界面ＢＦ１が第２形状であり、第２境界面ＢＦ２が第３形状である状態を実現してもよい。

［第４実施形態］
第４実施形態においては、第３実施形態と同じく、第１基板ＳＵＢ１が第１レンズ素子ＬＤ１を備え、第２基板ＳＵＢ２が第２レンズ素子ＬＤ２を備える構成の他の例を開示する。

図１１は、第４実施形態に係るレンズアレイ１の概略的な断面図であり、図１０と同じく第１境界面ＢＦ１が第２形状に変形し、第２境界面ＢＦ２が第４形状に変形した状態を示している。本実施形態における第２形状は、第１絶縁基板１０に向けた凹状の曲面である。また、本実施形態における第４形状は、第２絶縁基板２０に向けた凹状の曲面である。

一例として、図１１に示すように、Ｚ方向に平行であり且つレンズアレイ１を第１基板ＳＵＢ１から第２基板ＳＵＢ２に透過する光Ｌに着目する。このような光Ｌは、第２形状の第１境界面ＢＦ１によって、Ｚ方向に対し傾く方向に屈折する。さらに、この光Ｌは、第２境界面ＢＦ２によって、Ｚ方向に対する傾きがさらに増すように屈折する。全体として、光Ｌは、第１レンズ素子ＬＤ１および第２レンズ素子ＬＤ２によって拡散される。

なお、図１１においては、第１境界面ＢＦ１が第２形状であり、同時に第２境界面ＢＦ２が第４形状である状態を例示した。他の例として、レンズアレイ１は、第１境界面ＢＦ１が第１形状であり、第２境界面ＢＦ２が第４形状である状態を実現してもよい。また、レンズアレイ１は、第１境界面ＢＦ１が第２形状であり、第２境界面ＢＦ２が第３形状である状態を実現してもよい。

［第５実施形態］
第５実施形態においては、第３実施形態と同じく、第１基板ＳＵＢ１が第１レンズ素子ＬＤ１を備え、第２基板ＳＵＢ２が第２レンズ素子ＬＤ２を備える構成の他の例を開示する。

図１２は、第５実施形態に係るレンズアレイ１の概略的な断面図である。本実施形態においては、第１絶縁基板１０および第２絶縁基板２０が可撓性を有している。このような第１絶縁基板１０および第２絶縁基板２０の材料としては、例えばポリイミド等の樹脂材料を用いることができる。第１絶縁基板１０および第２絶縁基板２０が可撓性を有する場合、任意の形状に曲げることが可能なレンズアレイ１を実現できる。

図１２の例においては、第１アクチュエータＡＣ１の変形に伴い、第１配線層１１および第１絶縁基板１０も変形している。さらに、第２アクチュエータＡＣ２の変形に伴い、第２配線層２１および第２絶縁基板２０も変形している。

図１２に示すレンズアレイ１は、第１高屈折率層１２および第２高屈折率層２２を備えていない。さらに、第１基板ＳＵＢ１と第２基板ＳＵＢ２の間の空間は、液晶ＬＣで満たされている。液晶ＬＣは、例えば第１アクチュエータＡＣ１および第２アクチュエータＡＣ２と同様の屈折率を有している。そのため、液晶ＬＣと第１アクチュエータＡＣ１の界面、および、液晶ＬＣと第２アクチュエータＡＣ２の界面においては、光が殆ど屈折しない。

一方、第１絶縁基板１０の下面（第２基板ＳＵＢ２と対向しない側の面）は、レンズアレイ１が配置される空間の雰囲気、例えば空気と接している。本実施形態においては、第１絶縁基板１０の当該下面が、第１境界面ＢＦ１に相当する。この場合、第１絶縁基板１０が第１高屈折率層であり、レンズアレイ１が配置される空間の雰囲気が低屈折率層である。

第２絶縁基板２０の上面（第１基板ＳＵＢ１と対向しない側の面）についても、レンズアレイ１が配置される空間の雰囲気と接している。本実施形態においては、第２絶縁基板２０の当該上面が、第２境界面ＢＦ２に相当する。この場合、第２絶縁基板２０が第２高屈折率層であり、レンズアレイ１が配置される空間の雰囲気が低屈折率層である。

図１２の例においては、第１アクチュエータＡＣ１が第２基板ＳＵＢ２に向けた凸状であり、第２アクチュエータＡＣ２が第１基板ＳＵＢ１に向けた凸状である。この場合、第１境界面ＢＦ１は第２基板ＳＵＢ２に向けた凹状の曲面（第２形状）となり、第２境界面ＢＦ２は第１基板ＳＵＢ１に向けた凹状の曲面（第４形状）となる。なお、第１アクチュエータＡＣ１が変形していない場合には、第１境界面ＢＦ１が平面（第１形状）である。同様に、第２アクチュエータＡＣ２が変形していない場合には、第２境界面ＢＦ２が平面（第３形状）である。

一例として、図１２に示すように、Ｚ方向に平行であり且つレンズアレイ１を第１基板ＳＵＢ１から第２基板ＳＵＢ２に透過する光Ｌに着目する。このような光Ｌは、第２形状の第１境界面ＢＦ１によって、Ｚ方向に対し傾く方向に屈折する。さらに、この光Ｌは、第２境界面ＢＦ２によって、Ｚ方向に対する傾きがさらに増すように屈折する。全体として、光Ｌは、第１レンズ素子ＬＤ１および第２レンズ素子ＬＤ２によって拡散される。

なお、図１２においては、第１境界面ＢＦ１が第２形状であり、同時に第２境界面ＢＦ２が第４形状である状態を例示した。他の例として、レンズアレイ１は、第１境界面ＢＦ１が第１形状であり、第２境界面ＢＦ２が第４形状である状態を実現してもよい。また、レンズアレイ１は、第１境界面ＢＦ１が第２形状であり、第２境界面ＢＦ２が第３形状である状態を実現してもよい。

［第６実施形態］
第６実施形態においては、第５実施形態と同様の構成において、第１境界面ＢＦ１および第２境界面ＢＦ２に適用し得る他の形状を開示する。

図１３は、第６実施形態に係るレンズアレイ１の概略的な断面図であり、図１２と同じく第１境界面ＢＦ１が第２形状に変形し、第２境界面ＢＦ２が第４形状に変形した状態を示している。本実施形態における第１境界面ＢＦ１の第２形状は、第２基板ＳＵＢ２から離れる方向に向けた凸状の曲面である。また、本実施形態における第４形状は、第１基板ＳＵＢ１から離れる方向に向けた凸状の曲面である。

一例として、図１３に示すように、Ｚ方向に平行であり且つレンズアレイ１を第１基板ＳＵＢ１から第２基板ＳＵＢ２に透過する光Ｌに着目する。このような光Ｌは、第２形状の第１境界面ＢＦ１によって、Ｚ方向に対し傾く方向に屈折する。さらに、この光Ｌは、第２境界面ＢＦ２によって、Ｚ方向に対する傾きがさらに増すように屈折する。全体として、光Ｌは、特定の位置に向けて集光するように屈折する。

なお、図１３においては、第１境界面ＢＦ１が第２形状であり、同時に第２境界面ＢＦ２が第４形状である状態を例示した。他の例として、レンズアレイ１は、第１境界面ＢＦ１が第１形状であり、第２境界面ＢＦ２が第４形状である状態を実現してもよい。また、レンズアレイ１は、第１境界面ＢＦ１が第２形状であり、第２境界面ＢＦ２が第３形状である状態を実現してもよい。

［第７実施形態］
境界面ＢＦの第２形状は、図６および図８に示したものに限られない。本実施形態においては、第２形状の他の例を開示する。

図１４は、第７実施形態に係るアクチュエータＡＣの概略的な平面図である。このアクチュエータＡＣは、第１実施形態と同じく、ピエゾ素子ＰＺと、第１電極Ｅ１と、第２電極Ｅ２とを備えている。第１電極Ｅ１、ピエゾ素子ＰＺ、第２電極Ｅ２は、この順でＺ方向に積層されている。第２電極Ｅ２の上に境界面ＢＦを有する高屈折率層１２が配置されている。

本実施形態において、第１電極Ｅ１は、ピエゾ素子ＰＺの中心近傍と重畳する正円形である。なお、第１電極Ｅ１は、楕円形や多角形等の他の形状であってもよい。

図１５は、本実施形態における第２形状の境界面ＢＦの一例を示す概略的な斜視図である。この例においては、第１電極Ｅ１と第２電極Ｅ２の間に電位差が形成されたとき、境界面ＢＦが中心近傍に向けて隆起した凸状の曲面に変形する。凸状の曲面の頂部は、第１電極Ｅ１と対向している。

図１６は、本実施形態における第２形状の境界面ＢＦの他の例を示す概略的な斜視図である。この例においては、第１電極Ｅ１と第２電極Ｅ２の間に電位差が形成されたとき、境界面ＢＦが中心近傍に向けて下降した凹状の曲面に変形する。凹状の曲面の底部は、第１電極Ｅ１と対向している。

本実施形態の構成であっても、第１実施形態と同様に、レンズアレイ１を透過する光に対する光学的な特性を境界面ＢＦの形状によって切り替えることができる。本実施形態においては、高屈折率層１２の表面が境界面ＢＦである例を開示したが、第５および第６実施形態のように第１絶縁基板１０や第２絶縁基板２０の表面が境界面ＢＦ（第１境界面ＢＦ１および第２境界面ＢＦ２）である場合にも、図１５および図１６と同様の第２形状（第４形状）を適用できる。

［第８実施形態］
アクチュエータＡＣの構成は、ピエゾ素子ＰＺを用いるものに限られない。本実施形態においては、アクチュエータＡＣの他の例を開示する。

図１７は、本実施形態に係るレンズ素子ＬＤに適用し得る構成の一例を示す平面図である。スペーサ４０の形状は、図４の例と同様である。本実施形態において、アクチュエータＡＣは、複数の形状記憶合金ＳＭＡと、第１配線ＬＮ１と、第２配線ＬＮ２とを備えている。

複数の形状記憶合金ＳＭＡは、いずれもＸ方向に延びる線状であり、Ｙ方向に並んでいる。各形状記憶合金ＳＭＡの一端は第１配線ＬＮ１に接続され、他端は第２配線ＬＮ２に接続されている。第１配線ＬＮ１および第２配線ＬＮ２は、例えば配線層１１に含まれる配線を介してコントローラ２に接続されている。

高屈折率層１２は、複数の形状記憶合金ＳＭＡと重畳している。なお、図１７においては６本の形状記憶合金ＳＭＡを示しているが、アクチュエータＡＣはより多数または少数の形状記憶合金ＳＭＡを備えてもよい。

図１８は、Ｘ−Ｚ平面に沿うアクチュエータＡＣの概略的な断面図である。アクチュエータＡＣは、複数の形状記憶合金ＳＭＡに加え、支持基板ＳＴと、第１絶縁層ＩＬ１と、第２絶縁層ＩＬ２とをさらに備えている。支持基板ＳＴは、例えばＳｉ基板であり、レンズアレイ１が備える複数のレンズ素子ＬＤの全体と重畳する大きさを有している。第１絶縁層ＩＬ１および第２絶縁層ＩＬ２は、例えばいずれもＳｉＯ２膜であり、支持基板ＳＴの上面および下面をそれぞれ覆っている。形状記憶合金ＳＭＡは、第１絶縁層ＩＬ１の下に配置されている。

支持基板ＳＴは、各レンズ素子ＬＤにおいて、開口ＡＰを有している。開口ＡＰの平面形状は、例えば高屈折率層１２の平面形状と同様の矩形状であるが、この例に限定されない。各形状記憶合金ＳＭＡは、開口ＡＰと交差している。

形状記憶合金ＳＭＡは、例えばＴｉ−Ｎｉ形状記憶合金であり、特定温度未満の低温領域で変形された場合でも、上記特定温度以上の高温領域まで加熱すると形状を回復する性質を有している。

例えば、アクチュエータＡＣが室温程度に低温であるとき、図１８（ａ）に示すレンズ素子ＬＤのように、形状記憶合金ＳＭＡが凸状に盛り上がる。これに伴い、境界面ＢＦも凸状の曲面（すなわち第２形状または第４形状）となる。

第１配線ＬＮ１、各形状記憶合金ＳＭＡおよび第２配線ＬＮ２を含む回路に電流が供給されると、ジュール熱により形状記憶合金ＳＭＡが昇温する。このとき、形状記憶合金ＳＭＡが形状回復し、図１８（ｂ）に示すように平坦となる。これに伴い、境界面ＢＦも平面または緩やかな曲面（すなわち第１形状または第３形状）となる。

なお、形状記憶合金ＳＭＡが再び低温になると、形状記憶合金ＳＭＡ、第１絶縁層ＩＬ１および支持基板ＳＴの熱膨張率差に起因したバイアス力により、形状記憶合金ＳＭＡが凸状に変形する。具体例には、形状記憶合金ＳＭＡがＴｉ−Ｎｉ、支持基板ＳＴがＳｉ、第１絶縁層ＩＬ１がＳｉＯ２の場合、Ｔｉ−Ｎｉ、Ｓｉ、ＳｉＯ２の順で熱膨張率が大きい。したがって、高温領域から低温領域に遷移する際、第１絶縁層ＩＬ１の熱収縮が支持基板ＳＴ等に比べて小さいため、第１絶縁層ＩＬ１のバイアス力により形状記憶合金ＳＭＡが開口ＡＰに対応する位置で盛り上がる。

本実施形態の構成であっても、図６または図８と同様に湾曲した境界面ＢＦを得ることができる。なお、例えば形状記憶合金ＳＭＡを線状ではなく開口ＡＰを覆うフィルム状にするなどして、図１５と同様に中心近傍に向けて隆起した境界面ＢＦや、図１６と同様に中心近傍に向けて下降した境界面ＢＦを実現してもよい。

なお、ピエゾ素子や形状記憶合金の他にも、アクチュエータＡＣとしては、例えば誘電エラストマーなど電気的に形状を制御可能な種々の素子を利用することができる。すなわち、アクチュエータＡＣの構成は、境界面ＢＦを変形させることができれば特に限定されない。

［第９実施形態］
複数のレンズ素子ＬＤのアクチュエータＡＣは、各境界面ＢＦが同時に第１形状や第２形状に変形するように制御される必要はなく、個別に制御されてもよい。本実施形態においては、各レンズ素子ＬＤのアクチュエータＡＣを個別に制御可能とする構成の一例を開示する。

図１９は、本実施形態に係るレンズアレイ１の概略的な構成を示す図である。レンズアレイ１は、複数のレンズ素子ＬＤと、複数の走査線Ｇと、複数の信号線Ｓと、走査ドライバＧＤと、信号ドライバＳＤとを備えている。複数の走査線Ｇは、Ｘ方向に延びるとともに、Ｙ方向に並んでいる。複数の信号線Ｓは、Ｙ方向に延びるとともに、Ｘ方向に並んでいる。走査ドライバＧＤは、複数の走査線Ｇに走査信号を供給する。信号ドライバＳＤは、複数の信号線Ｓに駆動信号を供給する。レンズ素子ＬＤは、例えば走査線Ｇおよび信号線Ｓにより区画された領域に相当する。

さらに、レンズアレイ１は、各レンズ素子ＬＤに配置されたスイッチング素子ＳＷを備えている。スイッチング素子ＳＷは、走査線Ｇおよび信号線Ｓに接続されており、走査線Ｇに走査信号が供給されたときに信号線Ｓの駆動信号をアクチュエータＡＣに供給する。アクチュエータＡＣは、スイッチング素子ＳＷを介して供給される駆動信号に応じて、境界面ＢＦの形状を変形させる。

このような構成であれば、一部のレンズ素子ＬＤの境界面ＢＦを第１形状とし、残りのレンズ素子ＬＤの境界面ＢＦを第２形状とする制御が可能である。このような制御は、例えばコントローラ２によって実行される。

図２０は、スイッチング素子ＳＷの構成の一例を示す概略的な断面図である。第１基板ＳＵＢ１は、絶縁層１４〜１７と、走査線Ｇと、信号線Ｓと、スイッチング素子ＳＷとを含む。絶縁層１４は、第１絶縁基板１０の上面を覆っている。スイッチング素子ＳＷは、絶縁層１４の上に配置された半導体層ＳＣと、中継電極ＲＥとを含む。絶縁層１５は、半導体層ＳＣおよび絶縁層１４を覆っている。走査線Ｇは、絶縁層１５の上に配置されている。絶縁層１６は、走査線Ｇおよび絶縁層１５を覆っている。信号線Ｓおよび中継電極ＲＥは、絶縁層１６の上に配置されている。絶縁層１７は、信号線Ｓ、中継電極ＲＥおよび絶縁層１６を覆っている。

例えば、絶縁層１４〜１６は、無機材料で形成することができる。また、絶縁層１７は、有機材料で形成することができる。絶縁層１７は、スイッチング素子ＳＷにより生じる凹凸を平坦化すべく、絶縁層１４〜１６よりも大きい厚さを有してもよい。

走査線Ｇは、絶縁層１５を介して半導体層ＳＣに対向している。信号線Ｓは、絶縁層１５，１６を貫通するコンタクトホールＣＨ１を通じて半導体層ＳＣに接触している。中継電極ＲＥは、絶縁層１５，１６を貫通するコンタクトホールＣＨ２を通じて半導体層ＳＣに接触している。

図２０の例においては、アクチュエータＡＣに含まれる第１電極Ｅ１が、絶縁層１７を貫通するコンタクトホールＣＨ３を通じて中継電極ＲＥに接触している。なお、アクチュエータＡＣが形状記憶合金ＳＭＡを含む構成である場合、第１配線ＬＮ１および第２配線ＬＮ２のいずれか一方が中継電極ＲＥに接触してもよい。

走査線Ｇ、信号線Ｓ、中継電極ＲＥ、半導体層ＳＣおよび絶縁層１４〜１７は、例えば図２等に示した配線層１１に含まれる。図９等に示したように、第２基板ＳＵＢ２に第２レンズ素子ＬＤ２を配置する構成においては、走査線Ｇ、信号線Ｓ、中継電極ＲＥ、半導体層ＳＣおよび絶縁層１４〜１７が配線層２１に含まれる。

本実施形態の構成であれば、複数のレンズ素子ＬＤを個別に制御することで、レンズアレイ１の領域ごとに光学特性を変化させることができる。

［第１０実施形態］
本実施形態においては、アクチュエータＡＣのさらに他の例として、静電方式のアクチュエータを開示する。

図２１は、本実施形態におけるレンズ素子ＬＤに適用し得る構成の一例を示す平面図である。高屈折率層１２およびスペーサ４０の形状は、図４の例と同様である。本実施形態において、アクチュエータＡＣは、第１電極Ｅａ１と、第２電極Ｅａ２とを備えている。

第１電極Ｅａ１は、Ｘ方向におけるレンズ素子ＬＤの中央部と重畳し、かつＹ方向に長尺に延びる線状である。第２電極Ｅａ２は、例えば複数のレンズ素子ＬＤに亘る形状を有しており、第１電極Ｅａ１と重畳している。なお、第１電極Ｅａ１は、Ｙ方向に並ぶ複数のレンズ素子ＬＤに亘って連続的に延びる線状であってもよい。また、第２電極Ｅａ２は、レンズ素子ＬＤごとに分割されてもよい。第１電極Ｅａ１および第２電極Ｅａ２は、例えばＩＴＯ等の透明導電材料で形成することができる。

図２２は、Ｘ−Ｚ平面に沿うアクチュエータＡＣの概略的な断面図である。第１電極Ｅａ１は、第１基板ＳＵＢ１に配置されている。第２電極Ｅａ２は、第２基板ＳＵＢ２に配置されている。第１電極Ｅａ１と第２電極Ｅａ２は、低屈折率層３０を介して対向している。

図２２の例において、高屈折率層１２は、配線層１１の上に配置されている。高屈折率層１２と配線層１１の間に絶縁層が介在してもよい。第１電極Ｅａ１は、高屈折率層１２の上に配置されている。図２２の例においては、隣り合うレンズ素子ＬＤの高屈折率層１２の間に隙間が設けられている。他の例として、隣り合うレンズ素子ＬＤの高屈折率層１２が連続していてもよい。

第２基板ＳＵＢ２は、絶縁層６１をさらに備えている。絶縁層６１は、例えば上述の第２絶縁基板２０の下に配置されている。第２電極Ｅａ２は、絶縁層６１の下面を覆っている。図２２の例においては、第２電極Ｅａ２が低屈折率層３０と接しているが、第２電極Ｅａ２が他の絶縁層で覆われてもよい。

第１電極Ｅａ１は、配線層１１に含まれる配線と電気的に接続されている。図１に示したコントローラ２は、この配線を介して第１電極Ｅａ１に対し可変的に電圧を印加する。また、コントローラ２は、第２電極Ｅａ２に対し０Ｖである共通電圧を印加する。

図２２（ａ）に示すレンズ素子ＬＤにおいては、第１電極Ｅａ１と第２電極Ｅａ２の間に電位差が形成されていない。すなわち、第１電極Ｅａ１の電圧は、共通電圧と同じ０Ｖである。この場合、高屈折率層１２は平坦であり、境界面ＢＦも平坦な第１形状となる。

一方、図２２（ｂ）に示すレンズ素子ＬＤにおいては、第１電極Ｅａ１と第２電極Ｅａ２の間に電位差が形成されている。例えば、第１電極Ｅａ１の電圧は、数Ｖである。この場合、静電引力（クーロン力）により第１電極Ｅａ１が第２電極Ｅａ２に引き寄せられる。そのため、高屈折率層１２は湾曲し、これに伴い境界面ＢＦは凸状の第２形状となる。

なお、第１電極Ｅａ１と第２電極Ｅａ２の間に静電斥力を発生させることで、凹状の第２形状を実現することもできる。図２３は、凹状の第２形状を実現する場合における、Ｘ−Ｚ平面に沿うアクチュエータＡＣの概略的な断面図である。

第１電極Ｅａ１と第２電極Ｅａ２との間の静電斥力は、これら電極間の距離の２乗に反比例する。そのため、凹状の第２形状を実現する場合には、第１電極Ｅａ１と第２電極Ｅａ２との距離を極力小さくすることが好ましい。図２３（ａ）においては、当該距離を小さくしているために、低屈折率層３０の厚さが図２２（ａ）に比べて薄くなっている。

図２３（ａ）に示すレンズ素子ＬＤにおいては、第１電極Ｅａ１および第２電極Ｅａ２の双方の電圧が０Ｖである。この場合、静電引力や斥力は働かず、高屈折率層１２は平坦であり、境界面ＢＦも平坦な第１形状となる。

一方、図２３（ｂ）に示すレンズ素子ＬＤにおいては、第１電極Ｅａ１および第２電極Ｅａ２の双方に例えば１０Ｖの強い電圧が印加されている。これにより、第１電極Ｅａ１と第２電極Ｅａ２の間に静電斥力が生じ、第１電極Ｅａ１が第２電極Ｅａ２から引き離される。そのため、高屈折率層１２は湾曲し、これに伴い境界面ＢＦは凹状の第２形状となる。

本実施形態の構成であっても、図６や図８と同様に湾曲した第２形状の境界面ＢＦを得ることができる。なお、例えば第１電極Ｅａ１をレンズ素子ＬＤの中心近傍と重畳する円形にするなどして、図１５と同様に中心近傍に向けて隆起した境界面ＢＦや、図１６と同様に中心近傍に向けて下降した境界面ＢＦを実現してもよい。

［適用例］
第１乃至第１０実施形態にて開示したレンズアレイ１は、種々の用途で利用できる。以下に、レンズアレイ１のいくつかの適用例を開示する。

図２４および図２５は、レンズアレイ１の第１適用例に係る表示装置１００の概略的な構成を示す図である。表示装置１００は、バックライト１１０と、表示パネル１２０と、レンズアレイ１とを備えている。レンズアレイ１は、バックライト１１０と表示パネル１２０の間に配置されている。

バックライト１１０は、例えば面光源であり、導光板と、導光板の側面に対向する光源とを備えている。バックライト１１０は、拡散光である光Ｌｂをレンズアレイ１に向けて放つ。表示パネル１２０は、例えばバックライト１１０からの光を利用して画像を表示する透過型の液晶表示装置であり、一対の偏光板と、これら偏光板の間に配置された一対の基板と、これら基板の間に配置された液晶層とを備えている。

レンズアレイ１は、例えば図２および図３に示した構成を備えており、境界面ＢＦがバックライト１１０と対向するように配置されている。図２４においては、境界面ＢＦが平坦な第１形状である。この場合、レンズアレイ１を透過して表示パネル１２０に向かう光Ｌｔは、バックライト１１０が放つ光Ｌｂと同じく拡散光である。このような光Ｌｔにより、表示パネル１２０が表示する画像の視野角を広げることができる。

一方、図２５においては、境界面ＢＦがバックライト１１０に向けた凸状の曲面、すなわち第２形状に変形している。この場合、レンズアレイ１を透過して表示パネル１２０に向かう光Ｌｔは、バックライト１１０、レンズアレイ１および表示パネル１２０の積層方向と実質的に平行な平行光となる。このような光Ｌｔにより、表示パネル１２０が表示する画像の視野角を狭めることができる。

図２６および図２７は、レンズアレイ１の第２適用例に係る表示装置２００の概略的な構成を示す図である。表示装置２００は、上述の表示装置１００と同じく、バックライト１１０と、表示パネル１２０と、レンズアレイ１とを備えている。ただし、バックライト１１０が放つ光Ｌｂは、積層方向と実質的に平行な平行光である。また、レンズアレイ１は、例えば図７に示した構成を備えており、境界面ＢＦが表示パネル１２０と対向するように配置されている。

図２６においては、境界面ＢＦが平坦な第１形状である。この場合、レンズアレイ１を透過して表示パネル１２０に向かう光Ｌｔは、バックライト１１０が放つ光Ｌｂと同じく平行光である。一方、図２７においては、境界面ＢＦがバックライト１１０に向けた凹状の曲面、すなわち第２形状に変形している。この場合、レンズアレイ１を透過して表示パネル１２０に向かう光Ｌｔは、積層方向に対して傾いた成分を多く有する拡散光となる。このように、第２適用例の構成であっても、画像の視野角を切り替えることができる。

図２８は、レンズアレイ１の第３適用例に係る表示装置３００の概略的な構成を示す図である。表示装置３００は、上述の表示装置１００と同じく、バックライト１１０と、表示パネル１２０と、レンズアレイ１とを備えている。ただし、レンズアレイ１とバックライト１１０の間に表示パネル１２０が配置されている。

レンズアレイ１は、例えば図２および図３に示した構成を備えており、境界面ＢＦが表示パネル１２０とは反対側を向くように配置されている。バックライト１１０が放つ光Ｌｂは、積層方向と実質的に平行な平行光である。光Ｌｂは、表示パネル１２０を通過した後にレンズアレイ１に入射する。

図２８においては、境界面ＢＦが凸状の第２形状である。この場合、光Ｌｂは、各レンズ素子ＬＤの境界面ＢＦによって屈折し、結合面ＩＭＧで結合する。表示装置３００のユーザからは、結合面ＩＭＧに画像が表示されたように見える。なお、各レンズ素子ＬＤの境界面ＢＦを平坦な第１形状に変形させた場合、ユーザからは、通常通り表示パネル１２０の位置に画像が見える。

図２９および図３０は、レンズアレイ１の第４適用例に係る調光パネル４００を示す図である。調光パネル４００は、第１乃至第１０実施形態にて開示したレンズアレイ１の少なくとも１つを含む。調光パネル４００は、積層された複数のレンズアレイ１を含んでもよい。

調光パネル４００は、レンズアレイ１に含まれる境界面ＢＦの形状を制御することにより、光を殆ど屈折させずに透過させる透明状態と、光を大きく屈折させる散乱状態とを切り替えることが可能である。

このような調光パネル４００は、図２９および図３０に示すように、例えば窓ガラスなどの透明なプレートＰＬに貼り付けられてもよい。図２９においては、調光パネル４００が透明状態である。この場合、調光パネル４００を通じて背後の物体Ｏを視認することができる。一方、図３０においては、調光パネル４００が散乱状態である。この場合、調光パネル４００が例えば白濁して見え、調光パネル４００を通じて背後の物体Ｏを視認できないか、あるいは物体Ｏがぼやけて見える。

各実施形態にて開示したレンズアレイ１の用途は、以上の第１乃至第４適用例に限られない。その他にも、各実施形態にて開示したレンズアレイ１は、種々の用途で利用できる。

本発明の実施形態として説明したレンズアレイ、表示装置あるいは調光パネルを基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全てのレンズアレイ、表示装置あるいは調光パネルも、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。

本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変形例に想到し得るものであり、それら変形例についても本発明の範囲に属するものと解される。例えば、上述の実施形態に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除、若しくは設計変更を行ったもの、又は、工程の追加、省略若しくは条件変更を行ったものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含まれる。

また、上述の実施形態において述べた態様によりもたらされる他の作用効果について、本明細書の記載から明らかなもの、又は当業者において適宜想到し得るものについては、当然に本発明によりもたらされるものと解される。

１…レンズアレイ、２…コントローラ、ＬＤ…レンズ素子、ＢＦ…境界面、ＳＵＢ１…第１基板、ＳＵＢ２…第２基板、１０…第１絶縁基板、１２…高屈折率層、２０…第２絶縁基板、３０…低屈折率層、ＰＺ…ピエゾ素子、Ｅ１…第１電極、Ｅ２…第２電極、ＳＭＡ…形状記憶合金、１００〜３００…表示装置、４００…調光パネル。

Claims (20)

1. 複数のレンズ素子を備え、
   前記複数のレンズ素子の各々が、屈折率が異なる２つの層の境界面と、前記境界面を変形させるアクチュエータと、を備えるレンズアレイ。
2. 前記アクチュエータは、前記境界面を、第１形状と、第２形状とに変形させ、
   前記レンズ素子を透過した光は、当該レンズ素子の前記境界面が前記第１形状である場合に第１視野角を有し、当該レンズ素子の前記境界面が前記第２形状である場合に前記第１視野角と異なる第２視野角を有する、
   請求項１に記載のレンズアレイ。
3. 前記第１形状は、第１曲率を有し、
   前記第２形状は、前記第１曲率よりも大きい第２曲率を有する、
   請求項２に記載のレンズアレイ。
4. 高屈折率層と、
   前記高屈折率層よりも低い屈折率を有する低屈折率層と、
   前記アクチュエータ、前記高屈折率層および前記低屈折率層を支持する絶縁基板と、を備え、
   前記境界面は、前記高屈折率層と前記低屈折率層の界面である、
   請求項２または３に記載のレンズアレイ。
5. 前記第２形状は、前記絶縁基板から離れる方向に向けた凸状または前記絶縁基板に向けた凹状である、
   請求項４に記載のレンズアレイ。
6. 前記高屈折率層は、前記絶縁基板と前記低屈折率層との間に位置する、
   請求項４または５に記載のレンズアレイ。
7. 前記アクチュエータは、前記絶縁基板と前記高屈折率層との間に位置する、
   請求項４乃至６のうちいずれか１高に記載のレンズアレイ。
8. 前記アクチュエータは、第１電極と、第２電極と、前記第１電極および前記第２電極の間の電圧に応じて変形するピエゾ素子と、を備え、
   前記境界面は、前記ピエゾ素子とともに変形する、
   請求項１に記載のレンズアレイ。
9. 前記第１電極は、前記ピエゾ素子の一部と重畳し、
   前記ピエゾ素子は、前記第１電極と前記第２電極の間に電圧が印加された場合に、前記第１電極と前記ピエゾ素子とが重畳する部分が頂部となる凸状または当該部分が底部となる凹状に変形する、
   請求項８に記載のレンズアレイ。
10. 前記第１電極は、前記レンズ素子の第１方向における中央部と重畳し、かつ前記第１方向と交差する第２方向に延びる線状である、
    請求項９に記載のレンズアレイ。
11. 前記アクチュエータは、通電時に発生する熱により変形する形状記憶合金を備え、
    前記境界面は、前記形状記憶合金とともに変形する、
    請求項１に記載のレンズアレイ。
12. 前記形状記憶合金は、第１方向に延びる線状であり、
    前記アクチュエータは、前記第１方向と交差する第２方向に並ぶ複数の前記形状記憶合金を含む、
    請求項１１に記載のレンズアレイ。
13. 屈折率が異なる２つの層の第１境界面と、前記第１境界面を変形させる第１アクチュエータと、を含む第１レンズ素子と、
    前記第１境界面に対向する、屈折率が異なる２つの層の第２境界面と、前記第２境界面を変形させる第２アクチュエータと、を含む第２レンズ素子と、
    を備えるレンズアレイ。
14. 低屈折率層をさらに備え、
    前記第１レンズ素子は、前記低屈折率層よりも高い屈折率を有する第１高屈折率層を含み、
    前記第２レンズ素子は、前記低屈折率層よりも高い屈折率を有する第２高屈折率層を含み、
    前記第１高屈折率層と前記第２高屈折率層は、前記低屈折率層を介して対向し、
    前記第１境界面は、前記第１高屈折率層と前記低屈折率層の界面であり、
    前記第２境界面は、前記第２高屈折率層と前記低屈折率層の界面である、
    請求項１３に記載のレンズアレイ。
15. 前記第１高屈折率層および前記第１アクチュエータを含む第１基板と、
    前記第２高屈折率層および前記第２アクチュエータを含み、前記第１基板に対向する第２基板と、
    前記第１基板と前記第２基板の間のスペーサと、をさらに備える、
    請求項１４に記載のレンズアレイ。
16. 前記低屈折率層は、前記第１基板と前記第２基板との間の空間である、
    請求項１５に記載のレンズアレイ。
17. 前記第１基板は、前記第１高屈折率層および前記第１アクチュエータを支持する第１絶縁基板をさらに備え、
    前記第２基板は、前記第２高屈折率層および前記第２アクチュエータを支持する第２絶縁基板をさらに備え、
    前記第１高屈折率層、前記第１アクチュエータ、前記第２高屈折率層および前記第２アクチュエータは、前記第１絶縁基板と前記第２絶縁基板との間に位置する、
    請求項１５または１６に記載のレンズアレイ。
18. 前記第１アクチュエータは、前記第１境界面を、第１曲率を有する第１形状と、前記第１曲率よりも大きい第２曲率を有する第２形状と、に変形させ、
    前記第２アクチュエータは、前記第２境界面を、第３曲率を有する第３形状と、前記第３曲率よりも大きい第４曲率を有する第４形状と、に変形させる、
    請求項１７に記載のレンズアレイ。
19. 前記第２形状は、前記第１絶縁基板に向けた凹状または前記第２絶縁基板に向けた凸状であり、
    前記第４形状は、前記第２絶縁基板に向けた凹状または前記第１絶縁基板に向けた凸状である、
    請求項１８に記載のレンズアレイ。
20. バックライトと、
    前記バックライトからの光を用いて画像を表示する表示パネルと、
    前記バックライトと前記表示パネルとの間に配置された、請求項１乃至１９のうちいずれか１項に記載のレンズアレイと、
    を備える表示装置。

Images