JP5412838B2

JP5412838B2 - レンズ構造体、表示装置、電子機器

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Publication number: JP5412838B2
Application number: JP2009003245A
Authority: JP
Inventors: 明徳増澤
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2009-01-09
Filing date: 2009-01-09
Publication date: 2014-02-12
Anticipated expiration: 2029-01-09
Also published as: JP2010160385A

Description

本発明は、レンズ構造体、レンズ構造体を用いた表示装置、電子機器に関する。

レンズ構造体として、表示装置の観察側に配置され、表示装置の光出力（自発光に限定されない）の方向を制御して、観察者が認識する表示を、２Ｄ（平面表示）と３Ｄ（立体表示）とに切り換えることが可能なレンチキュラー手段（特許文献１）または複屈折レンズアレイ（特許文献２）あるいは立体画像変換パネル（特許文献３）が知られている。

特許文献１〜３に記載されたレンズ構造体は、いずれも凸状または凹状のレンズ部と液晶層とを備えており、液晶層に対する電圧の選択的な印加により液晶層における屈折率を変化させ、上記光出力の方向を制御している。

また、他のレンズ構造体を備えた表示装置としては、十分な立体表示特性を得るために表示エリアにおけるレンズ部と画素間のギャップを均一とすべく、レンズアレイユニットと表示ユニットとの間に所定のギャップを形成するギャップ制御層を備えた表示装置（特許文献４）が知られている。

特表２０００−５０３４２４号公報特表２００６−５１６７５３号公報特開２００７−２１９５２６号公報特開２００８−１９１３２５号公報

上記特許文献４に記載の技術思想を上記特許文献１〜３の液晶層を有するレンズ構造体に適用する場合、液晶層の厚みを均一にすることが求められる。しかしながら、特許文献１〜３には、液晶層の厚みを均一とするための構成や方法などが開示されていない。

特許文献４では、球状、柱状、あるいはシート状のいずれかの形状のギャップ制御層に対してレンズ部を当接させて画素との間のギャップを一定としている。例えば、このような方法を特許文献１のレンチキュラー手段に適用し、レンチキュラーシートと透明板とを当接させると、レンチキュラー素子と透明板との隙間が一定の距離となるものの、当接によって生じるすべての隙間に液晶をむらなく充填することは困難であるという課題がある。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。

［適用例１］本適用例のレンズ構造体は、透明性を有して対向する第１の基板および第２の基板と、前記第１の基板の前記第２の基板と対向する側に配置され、所定の方向に配列した複数のシリンドリカルな凹状のレンズ面を有する樹脂層と、前記第２の基板の前記第１の基板と対向する側に設けられた透光層と、前記樹脂層と前記透光層とを当接させた状態で前記第１の基板と前記第２の基板とを接合させる額縁状のシール部と、前記樹脂層と前記透光層とにより挟持された液晶層と、前記樹脂層および前記透光層の前記液晶層に面する側にそれぞれ設けられ、配向処理が施された配向膜と、前記第１の基板の前記液晶層側に設けられた透明性を有する第１電極と、前記第２の基板の前記液晶層側に設けられた透明性を有する第２電極とを備え、前記透光層は、額縁状の前記シール部から離間して前記シール部の内側の領域に配置されていることを特徴とする。

この構成によれば、樹脂層と透光層とが当接した状態でシール部により第１の基板と第２の基板とが接合され、その隙間に液晶層が挟持されている。したがって、樹脂層の複数のシリンドリカルな凹状のレンズ面と透光層との間に液晶層が挟持されるので、各レンズ面に対応する液晶層の厚みをほぼ一定とすることができる。
第１電極と第２電極との間、すなわち一対の電極間に液晶層を駆動する電圧を与えると、液晶層における液晶分子の初期配向状態が一対の電極間に生ずる電界方向に変化する。それゆえに、レンズ構造体を透過する光の進行方向を液晶分子の複屈折性を利用して制御することができる。すなわち、液晶層の厚みがレンズ面ごとにほぼ一定であるため、レンズ構造体を透過する光の指向性を安定的に制御することができる。
また、透光層をシール部から離間した位置に設けているため、樹脂層と透光層とを当接させた状態においても、透光層の周縁部とシール部との間に隙間が生ずる。この隙間は液晶の流路として利用することができるため、例えば、真空注入などの方法を用いて液晶を充填する際に、樹脂層のレンズ面と透光層との間に隈なく液晶を行き渡らせることができる。

［適用例２］上記適用例のレンズ構造体において、前記第１電極は、前記樹脂層と前記第１の基板の表面との間に設けられ、前記第２電極は、前記透光層と前記第２の基板の表面との間に設けられていることが好ましい。
この構成によれば、樹脂層と透光層とが当接しても、第１電極と第２電極とが接触して電気的に短絡することがなく、液晶層に対して適正に電圧を印加することができる。

［適用例３］上記適用例のレンズ構造体において、前記第１電極は、前記樹脂層と前記第１の基板の表面との間に設けられ、前記第２電極は、前記透光層と前記配向膜との間に設けられていることがより好ましい。
この構成によれば、第２電極と液晶層との間には配向膜しか介在していないので、第２電極を透光層と第２の基板の表面との間に設ける場合に比べて、液晶層を駆動するために要する電圧を低く設定することができる。すなわち、低電圧駆動が可能となる。

［適用例４］上記適用例のレンズ構造体において、前記樹脂層は、平面的に前記シール部よりも内側であって少なくとも前記透光層が設けられた領域に対応して配設されていることが好ましい。
この構成によれば、第１の基板の全面に亘って樹脂層を配設する場合に比べて、樹脂層および透光層の周縁部とシール部との間の隙間をより拡大することができる。すなわち、液晶の流路を十分に確保することが可能となる。
また、第１の基板と第２の基板とは、樹脂層を介さずにシール部によって接合されるので、安定したシール形状と接合強度とを実現できる。

［適用例５］上記適用例のレンズ構造体において、前記シール部は、前記第１の基板と前記第２の基板との間隔を規定するギャップ材を含んでいることが好ましい。
この構成によれば、例えば、第１の基板と第２の基板とをシール部を挟んで押圧し接合しても、第１の基板と第２の基板の隙間がギャップ材により確保され、必要以上に該隙間が小さくならない。よって、液晶層の厚みはシール部における接合状態に左右されず、より安定した状態となる。

［適用例６］上記適用例のレンズ構造体において、前記シール部は、前記第１の基板と前記第２の基板との間に液晶を注入するための注入口を有し、前記注入口が前記レンズ面の長手方向に向かって開口するように前記シール部の辺部に少なくとも１つ設けられていることが好ましい。
この構成によれば、例えば、真空注入などの方法を用いて液晶を注入する際に、注入口から注入された液晶は、レンズ面の長手方向に沿って凹状のレンズ面と透光層との隙間にスムーズに流れ込む。

［適用例７］本適用例の表示装置は、複数のサブ画素がマトリクス状に配置された表示領域を有する表示パネルと、前記複数のサブ画素の配列状態に合わせて複数の前記レンズ面が配列されてなる上記適用例のレンズ構造体とを備えたことを特徴とする。
この構成によれば、液晶層を電気的に駆動し、表示パネルからレンズ構造体に入射する光の指向性を変化させることにより、観察者に異なった画像を認識させることができる。例えば、視角方向により異なって見える画像表示と、どの方向から見ても同じ画像表示とを切り換えることが可能な表示装置を提供することができる。

［適用例８］上記適用例の表示装置において、前記表示領域における所定の方向に配列した少なくとも２個の前記サブ画素に対して跨るように前記レンズ面の前記所定の方向における幅が設定されていることを特徴とする。
この構成によれば、レンズ面の所定の方向における幅は、光の指向性を制御可能な液晶層からなる液晶レンズの幅であり、液晶レンズの幅を所定の方向に配列した少なくとも２個のサブ画素に対して跨るように設定することにより、視角方向によって少なくとも２つ以上の画像表示を観察者に認識させることができる。すなわち、多視点の画像表示が可能な表示装置を提供できる。

［適用例９］上記適用例の表示装置において、前記レンズ面は、前記表示領域における前記サブ画素の配列方向に対して交差するように配列されていることが好ましい。
この構成によれば、レンズ面をサブ画素の配置に沿って平行に配置する場合に比べて、マトリクス状に配置されたサブ画素と樹脂層との光学的な干渉を低減することができる。すなわち、レンズ構造体と表示パネルとを組み合わせたときの干渉縞の発生を低減することができる。

［適用例１０］本適用例の電子機器は、上記適用例の表示装置を備えたことを特徴とする。
この構成によれば、画像情報に応じてより視認し易い状態の画像表示を行うことが可能な電子機器を提供することができる。例えば、文字情報ならば平面的な表示がなされ、映像情報ならば多視点の立体表示が可能となる。

以下、本発明を具体化した実施形態について図面に従って説明する。なお、使用する図面は、説明する部分が認識可能な状態となるように、適宜拡大または縮小して表示している。

（実施形態１）
＜レンズ構造体＞
本実施形態のレンズ構造体について、図１〜図３を参照して説明する。図１（ａ）は実施形態１のレンズ構造体の概略正面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ'線で切った概略断面図、図２（ａ）および（ｂ）はレンズ構造体における液晶層の配向状態を示す概略斜視図、図３（ａ）および（ｂ）はレンズ構造体における光指向性の制御を説明する模式図である。

図１（ａ）および（ｂ）に示すように、本実施形態のレンズ構造体１０は、第１の基板としてのレンズ基板１と第２の基板としての対向基板２とを備えている。レンズ基板１と対向基板２とは、額縁状に設けられたシール部１１によって接合されている。また、対向配置されたレンズ基板１と対向基板２との間に挟持された液晶層２０を備えている。

レンズ基板１は、透明性を有するものであって、例えば、ガラス基板や樹脂基板などを用いる。レンズ基板１の表面１ａには第１電極３が設けられ、第１電極３上には複数のシリンドリカルな凹状のレンズ面５ｂを有する樹脂層５が設けられている。また、樹脂層５のレンズ面５ｂは液晶層２０に面しており、レンズ面５ｂを覆うように配向膜７が設けられている。

第１電極３は、例えば、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）などの透明な導電膜からなり、スパッタリング法や蒸着法などにより成膜することができる。

図１（ｂ）に示すようにシリンドリカルな凹状（湾曲した樋状）のレンズ面５ｂは、第１電極３上において複数配列している。また、図１（ａ）に示すように、レンズ基板１の辺部に対してレンズ面５ｂが傾斜した状態で配列している（図１（ａ）において鎖線５ａはレンズ面５ｂの稜線を示すものである）。レンズ面５ｂの設計寸法の詳細については、後述する表示装置において説明する。
複数のレンズ面５ｂを有する樹脂層５は、レンズ基板１とほぼ同等な屈折率を有する材料で構成されることが好ましい。例えば、透明なアクリル樹脂やポリカーボネート樹脂などを用いて所定の形状に成形したものを第１電極３上に接着または融着する方法や、これらの樹脂を第１電極３上に塗布した後に型押し成形する方法が挙げられる。

配向膜７は、例えば、ポリイミドなどの配向膜材料からなり、その表面は液晶分子を所定の方向に配向させるための配向処理が施されている。

対向基板２は、レンズ基板１と同様に、例えば、透明性を有するガラス基板や樹脂基板などを用いる。対向基板２の表面２ａには第２電極４が設けられ、第２電極４上に透光層６が設けられている。また、透光層６が設けられた対向基板２の表面を覆うように配向膜８が設けられている。

第２電極４は、例えば、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）などの透明な導電膜からなり、スパッタリング法や蒸着法などにより成膜することができる。

透光層６は、図１（ａ）に示すように平面的に四角形であり、第２電極４上において周縁部６ａ（四辺）がシール部１１から離間してシール部１１の内側の領域に配設されている。
透光層６は、一定の厚みを有し表面が平坦であると共に、レンズ基板１や対向基板２とほぼ同等な屈折率を有する透明な材料で構成されていることが好ましい。例えば、透明なアクリル樹脂やポリカーボネート樹脂などを用いて所定の形状に成形したものを第２電極４上に接着または融着する方法が挙げられる。

配向膜８は、レンズ基板１側の配向膜７と同様に、例えば、ポリイミドなどの配向膜材料からなり、その表面は液晶分子を所定の方向に配向させるための配向処理が施されている。

図１（ｂ）に示すように、レンズ基板１と対向基板２とは、樹脂層５と透光層６とが当接した状態でシール部１１により接合されている。レンズ基板１と対向基板２とが接合されることにより、透光層６の周縁部６ａとシール部１１との間に隙間９ａが形成され、樹脂層５のレンズ面５ｂと透光層６の表面６ｂとの間に隙間９ｂが形成される。

シール部１１はギャップ材１４を含んでおり、レンズ基板１と対向基板２とは所定の大きさを有するギャップ材１４の作用により所定の間隔を保って接合されている。したがって、上記隙間９ａ，９ｂは、シール部１１におけるレンズ基板１と対向基板２の接合状態に影響されず、それぞれほぼ一定の断面形状が保たれている。
シール部１１は、例えば、熱硬化性や紫外線硬化性のエポキシ系接着剤と、ギャップ材１４としてのガラスビーズや樹脂ビーズとの混合物を印刷等の方法により対向基板２に配置し、レンズ基板１を対向基板２に押圧して硬化させることにより形成する方法が挙げられる。

図１（ａ）に示すように、シール部１１の辺部には注入口１２が設けられており、注入口１２は透光層６の周縁部６ａを取り囲む隙間９ａに連通している。また、隙間９ａは隙間９ｂとも連通している。したがって、真空注入などの方法により、注入口１２を経由して内部に注入された液晶は、上記隙間９ａ，９ｂに充填される。すなわち、上記隙間９ａは、隙間９ｂに液晶を充填する流路となっている。

注入口１２は、レンズ面５ｂの長手方向に向かって開口するようにシール部１１の辺部に設けられている。これにより、注入された液晶がレンズ面５ｂの長手方向に沿ってスムーズに注入される。

対向基板２は、レンズ基板１と接合されたときに、一方の辺部がレンズ基板１から突出する大きさとなっている。対向基板２の突出部は端子部となっており、該端子部には、対向基板２側の第２電極４が接続された端子１６と、レンズ基板１側の第１電極３が上下導通部１５を介して接続された端子１７とが設けられている。端子１６と端子１７とは、該端子部の両端の位置に一対ずつ設けられている。

また、シール部１１に設けられた注入口１２は該端子部側に開口しており、液晶注入後に封止部材１３により封止されている。注入口１２は１つに限らず、液晶を注入する面積に応じて複数設けてもよい。また、注入口１２と封止部材１３は該端子部側でなく、該端子部とは逆側の辺に設けてもよい。

なお、図１（ａ）に示した四角形の有効表示エリアＡＥは、後述する表示パネルの有効表示エリアの位置を示すものである。また、同図では有効表示エリアＡＥに５つのレンズ面５ｂが跨っているように表示したが、これは、レンズ面５ｂの構成を分かりやすく図示したものであって、実際には、表示パネルにおけるサブ画素の配列に対応して微細なレンズ面５ｂがレンズ基板１に多数配列して設けられている。

次に、レンズ構造体１０における液晶層２０の配向状態について、図２（ａ）および（ｂ）を参照して説明する。同図（ａ）は電気的なＯＦＦ状態を示し、同図（ｂ）は電気的なＯＮ状態を示すものである。

本実施形態において、レンズ構造体１０は正の誘電異方性を有するネマチック型の液晶（液晶分子）を用いている。液晶層２０に面する配向膜７，８はそれぞれ一定の方向に液晶分子が配列するように配向処理が施されている。

具体的には、図２（ａ）に示すように、樹脂層５のレンズ面５ｂの表面を覆う配向膜７は、レンズ面５ｂの長手方向に沿ってラビングを行う配向処理が施されている。これに対して、対向基板２側の配向膜８には、配向膜７のラビング方向に対して１８０度反転した方向にラビングを行う配向処理が施されている。

したがって、液晶層２０を挟む第１電極３と第２電極４との間に電圧が印加されないＯＦＦ状態では、液晶分子の長軸とレンズ面５ｂの長手方向とが同一方向となるように液晶分子が配向した状態となっている。

液晶層２０を挟む第１電極３と第２電極４との間に電圧が印加されたＯＮ状態では、液晶分子は第１電極３と第２電極４との間に生ずる電界方向に沿って配列する。したがって、図２（ｂ）に示すように、液晶分子の長軸がレンズ基板１と対向基板２とを貫く方向に合致するように液晶分子が配向した状態となる。すなわち、電気的にＯＮ状態とすることにより、配向処理面に対してほぼ平行な状態に寝ていた液晶分子が電界方向に立ち上がる。

ネマチック型の液晶分子は、複屈折性を有しており、液晶分子の長軸方向における光の屈折率と短軸方向における光の屈折率とが異なっている。具体的には、長軸方向の屈折率をｎ_e、短軸方向の屈折率をｎ_oとすると、ｎ_e＞ｎ_oの関係にある。
言い換えれば、液晶分子に対してどのような方向から光が入射するかによって、液晶分子の長軸方向と短軸方向とに係る光の伝播速度が変化し、結果的に光の進行方向すなわち指向性が変化することになる。

次に、レンズ構造体１０における光指向性の制御について、図３を参照して説明する。同図（ａ）は電気的にＯＦＦ状態のときの制御を示し、同図（ｂ）は電気的にＯＮ状態のときの制御を示している。

本実施形態のレンズ構造体１０において、レンズ基板１や対向基板２並びに樹脂層５や透光層６の屈折率ｎを例えば、ｎ＝１．５とする。そして、屈折率ｎ_oが同じく１．５、屈折率ｎ_eが１．６５のネマチック型液晶を隙間９ｂに充填する。

図３（ａ）に示すように、第１電極３と第２電極４との間に電圧が印加されないＯＦＦ状態では、液晶分子はレンズ面５ｂの長手方向に沿って配向している。すなわち、液晶分子の長軸は、紙面に対して略垂直な方向に向いている。
例えば、レンズ基板１の法線方向から入射した光は、樹脂層５の部分を直進し液晶層２０に入射する。液晶層２０に入射した光は、屈折率が樹脂層５よりも大きいｎ_e＝１．６５となるように液晶分子が配向した液晶層２０により屈折し、透光層６や対向基板２を透過して焦点を結ぶ。すなわち、液晶層２０は、焦点距離ｆのシリンドリカルな液晶レンズ２０Ｌとなる。

各液晶層２０は、樹脂層５と透光層６とが当接することにより生じた隙間９ｂに液晶を充填することにより構成されているため、ほぼ一定の厚みＤを有する。

図３（ｂ）に示すように、第１電極３と第２電極４との間に電圧が印加されたＯＮ状態では、液晶分子は第１電極３と第２電極４との間に生ずる電界方向に沿って配列する。したがって、液晶層２０における屈折率は短軸方向の屈折率ｎ_o＝１．５となる。それゆえに、液晶層２０を取り囲む部材との屈折率の差がほぼなくなるので、例えば、レンズ基板１の法線方向から入射した光は、そのまま直進して対向基板２を透過する。すなわち、焦点が結ばれず液晶層２０はレンズ機能を失う。

なお、液晶層２０に面する配向膜７，８や透明導電膜からなる第１電極３および第２電極４が、ｎ＝１．５よりも大きな屈折率を有する材料を用いて形成されていても、これらの厚みは実質的に１０ｎｍ〜１００ｎｍ程度であって、液晶層２０の厚みＤに比べてはるかに薄いため、配向膜７，８や第１電極３および第２電極４を透過する光の屈折は無視できる。

このように液晶分子の配向方向が変化するように液晶層２０を電気的に駆動すれば、レンズ構造体１０を透過する光の指向性を制御することができる。

本実施形態のレンズ構造体１０によれば、各液晶層２０の厚みＤがほぼ一定しているので安定した焦点距離ｆが得られる。言い換えれば、安定した焦点距離ｆを有する液晶レンズ２０Ｌが得られる。

なお、本実施形態では正の誘電異方性を有するネマチック型の液晶を用いたが、これに限定されない。例えば、負の誘電異方性を有するネマチック型の液晶を用いることができる。その場合、配向処理は、液晶分子の長軸が配向膜面に対してほぼ垂直な方向に配列する垂直配向膜材料を用いる。すると、電気的なＯＦＦ状態では、レンズ構造体１０に入射した光は液晶層２０をそのまま直進して透過する。一方、ＯＮ状態では、電界方向に対して液晶分子の長軸が直交する方向に配向するため、液晶層２０に入射した光は焦点を結ぶ。すなわち、正の誘電異方性を有する液晶を用いた場合に対して光指向性の制御が全く逆となる。

（実施形態２）
次に、実施形態２のレンズ構造体について図４を参照して説明する。図４（ａ）は実施形態２のレンズ構造体の概略正面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＢ−Ｂ'線で切った概略断面図である。図４において実施形態１と同じ構成の部分には同じ符号を付し、詳細の説明は省略するものとし、主に異なる構成の部分について説明を行う。

図４（ａ）および（ｂ）に示すように、本実施形態のレンズ構造体３０は、第１の基板としてのレンズ基板１と第２の基板としての対向基板２とを備えている。レンズ基板１と対向基板２とは、額縁状に設けられたシール部１１によって接合されている。また、樹脂層５のレンズ面５ｂと透光層３６の表面３６ｂとにより構成された隙間９ｂに液晶が充填されてなる液晶層２０を備えている。すなわち、上記実施形態１のレンズ構造体１０とほぼ同じ構成を有するものである。

ただし、図４（ｂ）に示すように、透明な透光層３６は対向基板２の表面２ａに設けられ、透光層３６が設けられた対向基板２の表面を覆うように、液晶層２０に向かって順に第２電極３４、配向膜３８が設けられている。言い換えれば、第２電極３４は透光層３６と配向膜３８との間に設けられている。樹脂層５と透光層３６とは、配向膜７，３８および第２電極３４を介して当接している。

したがって、実施形態１に比べて、実施形態２の第２電極３４はより液晶層２０に近づいた状態で設けられている。

実施形態２のレンズ構造体３０によれば、実施形態１のレンズ構造体１０と同様の作用・効果を奏することに加えて、液晶層２０を電気的により低電圧で駆動することができる。

（実施形態３）
次に、実施形態３のレンズ構造体について図５を参照して説明する。図５（ａ）は実施形態３のレンズ構造体の概略正面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＣ−Ｃ'線で切った概略断面図である。図５において実施形態２と同じ構成の部分には同じ符号を付し、詳細の説明は省略するものとし、主に異なる構成の部分について説明を行う。

図５（ａ）および（ｂ）に示すように、本実施形態のレンズ構造体５０は、第１の基板としてのレンズ基板１と第２の基板としての対向基板２とを備えている。レンズ基板１と対向基板２とは、額縁状に設けられたシール部１１によって接合されている。また、樹脂層５５のレンズ面５５ｂと透光層３６の表面３６ｂとにより構成された隙間５９ｂに液晶が充填されてなる液晶層２０を備えている。レンズ面５５ｂを覆うように配向膜５７が設けられている。
第２電極３４は、透光層３６と配向膜３８との間に設けられている。すなわち、レンズ構造体５０は、上記実施形態２のレンズ構造体３０とほぼ同じ構成を有するものであり、樹脂層５５と透光層３６とは、配向膜５７，３８および第２電極３４を介して当接している。

ただし、樹脂層５５は、平面的にシール部１１よりも内側であって少なくとも透光層３６が設けられた領域に対応してレンズ基板１側に配設されている。それゆえに、樹脂層５５および透光層３６の周縁部３６ａとシール部１１との間に隙間５９ａが形成され、該隙間５９ａにも液晶が充填されている。なお、図５（ａ）において、鎖線５５ａは、レンズ面５５ｂの稜線を示すものである。

実施形態３のレンズ構造体５０によれば、実施形態２の作用・効果に加えて、レンズ基板１の全面に亘って樹脂層５が設けられた実施形態２に比べて、樹脂層５５および透光層３６の周縁部３６ａとシール部１１との間の隙間５９ａをより拡大することができる。すなわち、液晶の流路を十分に確保することが可能となる。
また、レンズ基板１と対向基板２とは、樹脂層５５を介さずにシール部１１によって接合されるので、安定したシール形状と接合強度とを実現できる。

（実施形態４）
＜表示装置＞
次に、レンズ構造体を備えた表示装置について、図６および図７を参照して説明する。図６は表示装置の構成を示す概略斜視図、図７は表示装置における指向性表示の方法を説明する模式図である。

図６に示すように、本実施形態の表示装置１００は、実施形態１のレンズ構造体１０と表示パネル１１０とを備えている。

表示パネル１１０は、例えば、液晶装置、プラズマ装置、有機ＥＬ装置などの非自発光または自発光の表示パネルを用いることができる。

表示パネル１１０は、表示領域においてマトリクス状に配置された複数のサブ画素ＳＧを有している。サブ画素ＳＧは、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色のうちいずれかの色要素を含むものであって、ブラックマトリクスと呼ばれる遮光部ＢＭによりそれぞれ区画されている。本実施形態では、同色の色要素を有するサブ画素ＳＧが列方向（Ｙ軸方向）に直線的に配置され、異なる色の色要素を有するサブ画素ＳＧが行方向（Ｘ軸方向）に順に配列している。すなわち、ストライプ方式のサブ画素ＳＧの配置となっている。なお、サブ画素ＳＧの配置は、これに限定されず、例えば、同色の色要素を含むサブ画素ＳＧが斜め方向に配列するモザイク方式としてもよい。

このような表示パネル１１０に対して、レンズ構造体１０は、対向基板２側が表示パネル１１０の表示面と対向するように組み合わされる。なお、レンズ構造体１０は、レンズ基板１側が表示パネル１１０の表示面と対向するように組み合わせても良い。また、レンズ基板１の法線方向（Ｚ軸方向）から見て、対向基板２における透光層６が設けられた領域が少なくとも表示領域における有効表示エリアＡＥを含むように組み合わされる。

なお、表示パネル１１０と組み合わされるレンズ構造体は、実施形態１のレンズ構造体１０に限定されず、実施形態２のレンズ構造体３０または実施形態３のレンズ構造体５０を組み合わせてもよい。

図７は、表示装置１００における指向性表示の方法を説明する模式図であって、行方向（Ｘ軸方向）において表示装置１００を切断したときの断面を拡大したものである。また、各サブ画素ＳＧから射出される表示光の進行方向が示されている。

図７に示すように、レンズ構造体１０の樹脂層５は、表示パネル１１０において所定の方向としての行方向に配列する１〜４の番号が付された４つのサブ画素（例えば、サブ画素１２０Ｒ，１２０Ｇ，１２０Ｂ，１２０Ｒ）に跨るように配置されている。言い換えれば、レンズ面５ｂの行方向の幅Ｌ₀は、行方向における４つのサブ画素分の幅とほぼ同一となっている。

樹脂層５は、液晶レンズ２０Ｌ（レンズ面５ｂと透光層６とにより挟持された液晶層２０）の焦点が４つのサブ画素の中央近傍になるように、液晶層２０の厚みＤすなわち樹脂層５のレンズ面５ｂの深さと、液晶の複屈折率などが調整されている。

第１電極３上に設けられた樹脂層５の最も薄い部分の厚みＬ₁や透光層６の厚みＬ₂は、一対の電極としての第１電極３と第２電極４とに印加される液晶層２０を駆動するための電圧を考慮すると、可能な限り薄い方が好ましい。一方で樹脂層５や透光層６の形成し易さを考慮すると、厚みＬ₁は１０μｍ〜２０μｍ程度が好ましく、厚みＬ₂は１μｍ〜３μｍ程度が好ましい。実施形態２で示したように、対向基板２側の第２電極４は、透光層６を覆うように形成して液晶層２０側に近づけることができる。

このような液晶レンズ２０Ｌの構成によれば、例えば、４つのサブ画素１２０Ｒ（１），１２０Ｇ（２），１２０Ｂ（３），１２０Ｒ（４）から射出される表示光は、液晶レンズ２０Ｌの光学的作用により、レンズ構造体１０が電気的にＯＦＦ状態では以下のように観察される。なお、表示光は、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光の３種類存在する。

図面上において左側に位置するサブ画素１２０Ｒから射出されたＲ光は、液晶レンズ２０Ｌに入射して視点１から観察される。サブ画素１２０Ｒ（１）に隣接するサブ画素１２０Ｇ（２）から射出されたＧ光は、液晶レンズ２０Ｌに入射して視点２から観察される。サブ画素１２０Ｇ（２）に隣接するサブ画素１２０Ｂ（３）から射出されたＢ光は、液晶レンズ２０Ｌに入射して視点３から観察される。同様にしてサブ画素１２０Ｂ（３）に隣接するサブ画素１２０Ｒ（４）から射出されたＲ光は、液晶レンズ２０Ｌに入射して視点４から観察される。
つまり、４つのサブ画素１２０Ｒ（１），１２０Ｇ（２），１２０Ｂ（３），１２０Ｒ（４）は、液晶レンズ２０Ｌを介して行方向における配列順が反転した状態で視点１〜視点４において、それぞれ分離されて観察される。

すなわち、多視点（この場合は４つ）から表示画像を観察できるので、各視点から観察されるサブ画素の表示情報を異ならせることにより、立体表示を実現できる。
また、レンズ構造体１０が電気的にＯＮ状態では、液晶層２０のレンズ機能が失われることにより、どの方向から見ても同一の画像が表示される（通常表示）。

実施形態４の表示装置１００によれば、例えば、表示される画像情報の内容により、レンズ構造体１０を電気的に制御して立体表示と通常表示とを切り換えることが可能な表示装置１００を提供することができる。
また、図１（ａ）に示したように、樹脂層５は、サブ画素ＳＧの列方向に対して傾斜して配列されているため、サブ画素ＳＧの配列との間での光学的な干渉が抑制され、レンズ構造体１０と表示パネル１１０とを組み合わせたときに生ずる干渉縞が低減されている。

なお、レンズ基板１における樹脂層５の設計は、対応する表示パネル１１０におけるサブ画素ＳＧの配列や、どのように画像表示を行うかによって決められるものである。したがって、多視点に亘る光指向性を制御する観点から、少なくとも２つのサブ画素ＳＧに跨るように樹脂層５の行方向における幅Ｌ₀を決めればよい。

（実施形態５）
次に、実施形態４の表示装置を備えた電子機器について図８を参照して説明する。図８は、電子機器としてのマルチメディアプレーヤーを示す概略斜視図である。

図８に示すように、本実施形態の電子機器としてのマルチメディアプレーヤー（ＭＭＰ）２００は、音楽や、動画、写真などの情報を記憶する記憶装置としてのハードディスクドライブ（ＨＤＤ）や半導体メモリを内蔵している。また、これらの記憶された情報を再生するための複数の操作ボタン２１０と表示部２２０とを備えている。

表示部２２０には、上記実施形態４の表示装置１００が搭載されている。したがって、複数の操作ボタン２１０を操作することにより、例えば、動画や写真などの画像情報は立体的に観察可能な状態として表示させ、曲名などの音楽情報は通常のテキスト表示として表示させることができる。
すなわち、実施形態５の電子機器としてのマルチメディアプレーヤー２００によれば、記憶された情報の内容によって、より視認し易い表示状態に切り換えることが可能なマルチメディアプレーヤー２００を提供することができる。

上記実施形態以外にも様々な変形例が考えられる。以下、変形例を挙げて説明する。

（変形例１）上記実施形態１のレンズ構造体１０において、シール部１１における注入口１２は必須ではない。例えば、対向基板２にシール部１１を印刷して形成した後に、対向基板２とレンズ基板１とを減圧可能なチャンバー内で対向させ、対向基板２に必要量の液晶を滴下してからレンズ基板１と接合する方法を採用すれば、注入口１２は不要である。
その際も隙間９ａ（図１（ｂ）参照）は液晶の流路として機能するので、万遍なく液晶を行き渡らせることができる。

（変形例２）上記実施形態２のレンズ構造体３０において、透光層３６の構成はこれに限定されない。透光層３６は凹状のレンズ面５ｂを有する樹脂層５に対する当接部材であって、例えば、対向基板２と透光層３６とを樹脂材料を用いて一体成形する方法やガラス基板の表面を選択的にエッチングして一体成形する方法が挙げられる。

（変形例３）上記実施形態４の表示装置１００を搭載可能な電子機器は、実施形態５のＭＭＰ２００に限定されない。例えば、パーソナルコンピューター、携帯型電話機やＰＤＡ（Personal Digital Assistants）などの携帯型情報端末、カーナビゲーションシステム、デジタルカメラ、ビデオカメラ、ＡＶ（Audio Visual）機器などの各種電子機器に適用可能である。

（ａ）は実施形態１のレンズ構造体の概略正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ'線で切った概略断面図。（ａ）および（ｂ）はレンズ構造体における液晶層の配向状態を示す概略斜視図。（ａ）および（ｂ）はレンズ構造体における光指向性の制御を説明する模式図。（ａ）は実施形態２のレンズ構造体の概略正面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ'線で切った概略断面図。（ａ）は実施形態３のレンズ構造体の概略正面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ'線で切った概略断面図。実施形態４の表示装置の構成を示す概略斜視図。表示装置における指向性表示の方法を説明する模式図。実施形態５の電子機器としてのマルチメディアプレーヤーを示す概略斜視図。

１…第１の基板としてのレンズ基板、２…第２の基板としての対向基板、３…第１電極、４…第２電極、５，５５…樹脂層、６，３６…透光層、７，８，３８，５７…配向膜、１０，３０，５０…レンズ構造体、１１…シール部、１２…注入口、１４…ギャップ材、２０…液晶層、１００…表示装置、１１０…表示パネル、２００…電子機器としてのマルチメディアプレーヤー、ＳＧ…サブ画素。

Claims

透明性を有して対向する第１の基板および第２の基板と、
前記第１の基板の前記第２の基板と対向する側に配置され、所定の方向に配列した複数のシリンドリカルな凹状のレンズ面を有する樹脂層と、
前記第２の基板の前記第１の基板と対向する側に設けられた透光層と、
前記樹脂層と前記透光層とを当接させた状態で前記第１の基板と前記第２の基板とを接合させる額縁状のシール部と、
前記樹脂層と前記透光層とにより挟持された液晶層と、
前記樹脂層および前記透光層の前記液晶層に面する側にそれぞれ設けられ、配向処理が施された配向膜と、
前記第１の基板の前記液晶層側に設けられた透明性を有する第１電極と、
前記第２の基板の前記液晶層側に設けられた透明性を有する第２電極とを備え、
前記透光層は、額縁状の前記シール部から離間して前記シール部の内側の領域に配置されていることを特徴とするレンズ構造体。
前記第１電極は、前記樹脂層と前記第１の基板の表面との間に設けられ、
前記第２電極は、前記透光層と前記第２の基板の表面との間に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のレンズ構造体。
前記第１電極は、前記樹脂層と前記第１の基板の表面との間に設けられ、
前記第２電極は、前記透光層と前記配向膜との間に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のレンズ構造体。
前記樹脂層は、平面的に前記シール部よりも内側であって少なくとも前記透光層が設けられた領域に対応して配設されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のレンズ構造体。
前記シール部は、前記第１の基板と前記第２の基板との間隔を規定するギャップ材を含んでいることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のレンズ構造体。
前記シール部は、前記第１の基板と前記第２の基板との間に液晶を注入するための注入口を有し、
前記注入口が前記レンズ面の長手方向に向かって開口するように前記シール部の辺部に少なくとも１つ設けられていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のレンズ構造体。
複数のサブ画素がマトリクス状に配置された表示領域を有する表示パネルと、
前記複数のサブ画素の配列状態に合わせて複数の前記レンズ面が配列されてなる請求項１乃至６のいずれか一項に記載のレンズ構造体とを備えたことを特徴とする表示装置。
前記表示領域において所定の方向に配列した少なくとも２個の前記サブ画素に対して跨るように前記レンズ面の前記所定の方向における幅が設定されていることを特徴とする請求項７に記載の表示装置。
前記レンズ面は、前記表示領域における前記サブ画素の配列方向に対して交差するように配列されていることを特徴とする請求項７または８に記載の表示装置。
請求項７乃至９のいずれか一項に記載の表示装置を備えたことを特徴とする電子機器。