JP5594381B2 - レンズアレイ素子および画像表示装置 - Google Patents
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[レンズアレイ素子および画像表示装置の全体構成]
図1は、本発明の第1の実施の形態に係るレンズアレイ素子1の一構成例を示している。このレンズアレイ素子1は、間隔dを空けて互いに対向配置された第1の基板10および第2の基板20と、それら第1の基板10および第2の基板20の間に配置された液晶層3とを備えている。第1の基板10および第2の基板20は、例えばガラス材料または樹脂材料よりなる透明基板である。第1の基板10上における第2の基板20に対向する側には、第1の方向に延在する複数の透明電極が幅方向に間隔を空けて並列配置されてなる第1の電極群14が形成されている。第1の基板10上にはまた、第1の電極群14を介して配向膜13が形成されている。第2の基板20上における第1の基板10に対向する側には、第1の方向とは異なる第2の方向に延在する複数の透明電極が幅方向に間隔を空けて並列配置されてなる第2の電極群24が形成されている。第2の基板20上にはまた、第2の電極群24を介して配向膜23が形成されている。
図2は、このレンズアレイ素子1の電極構造の一構成例を示している。なお、図2では、図19に示した従来の電極構造との違いを分かりやすくするため、第1の基板10を上側に、第2の基板20を下側にして、図1とは上下を逆にした状態で図示している。
このレンズアレイ素子1の製造を行う場合、まず、例えばガラス材料または樹脂材料よりなる第1の基板10および第2の基板20のそれぞれに、例えばITO膜などの透明導電膜を所定のパターンで形成して第1の電極群14および第2の電極群24を形成する。配向膜13,23は、ポリイミド等の高分子化合物を布で一方向に擦るラビング法や、SiO等の斜方蒸着法により形成する。これにより、液晶分子5の長軸を一方向に配向させる。配向膜13,23上には、第1の基板10と第2の基板20との間隔dを一様に保つために、シール材にガラス材料または樹脂材料からなるスペーサ4を分散させたものを印刷する。そして、第1の基板10と第2の基板20とを貼り合わせ、スペーサ入りのシール材を硬化させる。その後に、公知のTN、STN等の液晶材料を、シール材開口部から第1の基板10と第2の基板20との間に注入し、シール材開口部を封止する。そして、液晶組成物を等方相まで加熱してから、徐冷することにより、レンズアレイ素子1を完成させる。なお、本実施の形態においては、液晶分子5の屈折率異方性Δnが大きいほど、より大きいレンズ効果が得られるので、液晶材料をそのような内容組成にすることが好ましい。一方で、屈折率異方性Δnが大きい液晶組成物の場合、却って液晶組成物の物性を損ね、粘性が増加してしまうことによる基体間への注入が困難となったり、低温では結晶に近い状態になったり、内部電界が増大し、液晶素子の駆動電圧が高くなってしまうことがある。このため、製造性とレンズ効果との双方を考慮した内容組成にすることが好ましい。
次に、図3および図4(A)〜(C)を参照して、このレンズアレイ素子1の制御動作(レンズ効果の制御動作)を説明する。図3は、レンズアレイ素子1における電圧印加の状態と発生するレンズ効果との対応関係を、電極の接続関係と共に示している。図4(A)〜(C)は、レンズアレイ素子1で発生するレンズ効果を光学的に等価に示している。
さらに、図5を参照して、このレンズアレイ素子1を用いた画像表示装置の制御動作を説明する。図5は、画像表示装置における表示状態の切り替え例を示している。ここでは、画像表示装置を、例えばモバイル機器のように画面の表示状態を縦長の状態と横長の状態とに切り替え可能なものに適用する場合を例に説明する。かつ、画像表示装置が2次元表示モードと3次元表示モードとに切り替えることができる場合を例に説明する。
次に、本発明の第2の実施の形態に係るレンズアレイ素子および画像表示装置について説明する。なお、上記第1の実施の形態に係るレンズアレイ素子1および画像表示装置と実質的に同一の構成部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
本発明は、上記各実施の形態および実施例に限定されず種々の変形実施が可能である。例えば上記各実施の形態および実施例では、レンズ効果が発生する方向を90°切り替える場合について説明したが、切り替えの角度は90°に限らず、任意の角度での実施が可能である。例えば、シリンドリカル状のレンズ効果が縦方向と縦方向から数度または数10度斜めにずれた方向とに切り替えるような構成にすることも可能である。この場合、第1の電極群14と第2の電極群24とを、その切り替える角度に応じた角度で形成すれば良い。
Claims (7)
- 間隔を空けて互いに対向配置された第1および第2の基板と、
前記第1の基板上における前記第2の基板に対向する側に形成され、第1の方向に延在する複数の透明電極が幅方向に間隔を空けて並列配置されてなる第1の電極群と、
前記第2の基板上における前記第1の基板に対向する側に形成され、前記第1の方向とは異なる第2の方向に延在する複数の透明電極が幅方向に間隔を空けて並列配置されてなる第2の電極群と、
前記第1の基板と前記第2の基板との間に配置され、屈折率異方性を有する液晶分子を含み、前記第1の電極群と前記第2の電極群とに印加される電圧に応じて前記液晶分子の配列方向が変化することでレンズ効果が発生する液晶層と、
前記第1の電極群に第1の駆動電圧を供給する第1の駆動回路と、
前記第2の電極群に第2の駆動電圧を供給する第2の駆動回路と
を備え、
前記第1の電極群を構成する複数の透明電極として、第1の幅を有して前記第1の方向に延在する第1の電極と、前記第1の幅よりも大きい第2の幅を有して前記第1の方向に延在する第2の電極とをそれぞれ複数有し、前記第1の電極群は、それら第1の電極と第2の電極とが交互に並列配置された構成とされ、
前記第2の電極群を構成する複数の透明電極として、第1の幅を有して前記第2の方向に延在する第1の電極と、前記第1の幅よりも大きい第2の幅を有して前記第2の方向に延在する第2の電極とをそれぞれ複数有し、前記第2の電極群は、それら第1の電極と第2の電極とが交互に並列配置された構成とされ、
前記液晶層が、
前記第1の電極群と前記第2の電極群とに印加される電圧の状態に応じて、レンズ効果の無い状態と、前記第1の方向に延在するような第1のシリンドリカルレンズ状のレンズ効果が発生する第1のレンズ状態と、前記第2の方向に延在するような第2のシリンドリカルレンズ状のレンズ効果が発生する第2のレンズ状態との3つの状態に電気的に切り替わり、
前記第2のレンズ状態にする場合には、前記第1の電極群を構成する複数の透明電極のそれぞれに前記第1の駆動回路を接続して、すべてに共通の前記第1の駆動電圧を印加すると共に、前記第2の電極群を構成する複数の透明電極のうち、前記第1の電極のみに選択的に前記第2の駆動回路を接続して、前記第1の電極のみに前記第2の駆動電圧を印加し、かつ前記第2の電極を前記第2の駆動回路とは切り離して接地させるようにし、
前記第1のレンズ状態にする場合には、前記第2の電極群を構成する複数の透明電極のそれぞれに前記第2の駆動回路を接続して、すべてに共通の前記第2の駆動電圧を印加すると共に、前記第1の電極群を構成する複数の透明電極のうち、前記第1の電極のみに選択的に前記第1の駆動回路を接続して、前記第1の電極のみに前記第1の駆動電圧を印加し、かつ前記第2の電極を前記第1の駆動回路とは切り離して接地させるようにし、
前記第1および第2のレンズ状態では、前記第1の駆動回路と前記第2の駆動回路とが、前記第1の駆動電圧と前記第2の駆動電圧として、電圧振幅が同じで、かつ互いに位相が180°異なる矩形波を印加する
レンズアレイ素子。 - 前記液晶層を前記レンズ効果の無い状態にする場合には、前記第1の電極群を構成する複数の透明電極のそれぞれに前記第1の駆動回路を接続すると共に、前記第2の電極群を構成する複数の透明電極のそれぞれに前記第2の駆動回路を接続して、前記第1の駆動電圧と前記第2の駆動電圧として接地電位を印加し、前記第1の電極群を構成する複数の透明電極と前記第2の電極群を構成する複数の透明電極とがすべて接地電位となるような電圧状態とする
請求項1に記載のレンズアレイ素子。 - 前記第1の電極群における前記第1の電極は、前記第1のシリンドリカルレンズのレンズピッチに相当する間隔で配置され、
前記第2の電極群における前記第1の電極は、前記第2のシリンドリカルレンズのレンズピッチに相当する間隔で配置されている
請求項1または2に記載のレンズアレイ素子。 - 前記第2の方向は、前記第1の方向に対して直交する方向であり、直交する前記第1の方向と前記第2の方向との2方向にレンズ効果のある状態が電気的に切り替わる
請求項1ないし3のいずれか1つに記載のレンズアレイ素子。 - 2次元的に画像表示を行う表示パネルと、
前記表示パネルの表示面側に対向配置され、前記表示パネルからの光線の通過状態を選択的に変化させるレンズアレイ素子と
を備え、
前記レンズアレイ素子は、
間隔を空けて互いに対向配置された第1および第2の基板と、
前記第1の基板上における前記第2の基板に対向する側に形成され、第1の方向に延在する複数の透明電極が幅方向に間隔を空けて並列配置されてなる第1の電極群と、
前記第2の基板上における前記第1の基板に対向する側に形成され、前記第1の方向とは異なる第2の方向に延在する複数の透明電極が幅方向に間隔を空けて並列配置されてなる第2の電極群と、
前記第1の基板と前記第2の基板との間に配置され、屈折率異方性を有する液晶分子を含み、前記第1の電極群と前記第2の電極群とに印加される電圧に応じて前記液晶分子の配列方向が変化することでレンズ効果が発生する液晶層と、
前記第1の電極群に第1の駆動電圧を供給する第1の駆動回路と、
前記第2の電極群に第2の駆動電圧を供給する第2の駆動回路と
を有し、
前記第1の電極群を構成する複数の透明電極として、第1の幅を有して前記第1の方向に延在する第1の電極と、前記第1の幅よりも大きい第2の幅を有して前記第1の方向に延在する第2の電極とをそれぞれ複数有し、前記第1の電極群は、それら第1の電極と第2の電極とが交互に並列配置された構成とされ、
前記第2の電極群を構成する複数の透明電極として、第1の幅を有して前記第2の方向に延在する第1の電極と、前記第1の幅よりも大きい第2の幅を有して前記第2の方向に延在する第2の電極とをそれぞれ複数有し、前記第2の電極群は、それら第1の電極と第2の電極とが交互に並列配置された構成とされ、
前記液晶層が、
前記第1の電極群と前記第2の電極群とに印加される電圧の状態に応じて、レンズ効果の無い状態と、前記第1の方向に延在するような第1のシリンドリカルレンズ状のレンズ効果が発生する第1のレンズ状態と、前記第2の方向に延在するような第2のシリンドリカルレンズ状のレンズ効果が発生する第2のレンズ状態との3つの状態に電気的に切り替わり、
前記第2のレンズ状態にする場合には、前記第1の電極群を構成する複数の透明電極のそれぞれに前記第1の駆動回路を接続して、すべてに共通の前記第1の駆動電圧を印加すると共に、前記第2の電極群を構成する複数の透明電極のうち、前記第1の電極のみに選択的に前記第2の駆動回路を接続して、前記第1の電極のみに前記第2の駆動電圧を印加し、かつ前記第2の電極を前記第2の駆動回路とは切り離して接地させるようにし、
前記第1のレンズ状態にする場合には、前記第2の電極群を構成する複数の透明電極のそれぞれに前記第2の駆動回路を接続して、すべてに共通の前記第2の駆動電圧を印加すると共に、前記第1の電極群を構成する複数の透明電極のうち、前記第1の電極のみに選択的に前記第1の駆動回路を接続して、前記第1の電極のみに前記第1の駆動電圧を印加し、かつ前記第2の電極を前記第1の駆動回路とは切り離して接地させるようにし、
前記第1および第2のレンズ状態では、前記第1の駆動回路と前記第2の駆動回路とが、前記第1の駆動電圧と前記第2の駆動電圧として、電圧振幅が同じで、かつ互いに位相が180°異なる矩形波を印加する
画像表示装置。 - 前記レンズアレイ素子において、前記レンズ効果の無い状態と、前記第1のレンズ状態および前記第2のレンズ状態とを切り替えることにより、2次元表示と3次元表示とが電気的に切り替わる
請求項5に記載の画像表示装置。 - 前記レンズアレイ素子を前記レンズ効果の無い状態として、前記表示パネルからの表示画像光を偏向させることなく透過させることで2次元表示を行い、
前記レンズアレイ素子を前記第1のレンズ状態として、前記表示パネルからの表示画像光を前記第1の方向に直交する方向に偏向させることで、前記第1の方向に直交する方向に両眼を置いたときに立体感が得られるような3次元表示を行い、
前記レンズアレイ素子を前記第2のレンズ状態として、前記表示パネルからの表示画像光を前記第2の方向に直交する方向に偏向させることで、前記第2の方向に直交する方向に両眼を置いたときに立体感が得られるような3次元表示を行う
請求項6に記載の画像表示装置。
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