JP5706112B2 - Liquid crystal shutter element - Google Patents
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Images
Description
本発明は、液晶シャッター素子に関する。 The present invention relates to a liquid crystal shutter element.
従来、偏光方向が90°異なる左右視の画像をディスプレイ装置に表示し、当該左右視の画像の偏光方向にそれぞれ対応した偏光板をそれぞれ左右の目に合うように張った偏光めがねを用いた立体視が知られている(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, a stereoscopic image using polarizing glasses that displays a left-right image with a polarization direction different by 90 ° on a display device, and that has polarizing plates that respectively correspond to the polarization directions of the left-right image so as to fit the left and right eyes, respectively. Vision is known (see, for example, Patent Document 1).
また、立体表示を行うために、ディスプレイ装置を時分割駆動して左眼用画像と右眼用画像とを交互に表示し、これに同期して左右のシャッターを開閉させる液晶シャッターめがねが知られている(例えば、特許文献2参照)。ディスプレイ装置に左眼用画像が表示されている時には、左側の液晶シャッターを開けて右側の液晶シャッターを閉じ、右眼用画像が表示されている時には、右側の液晶シャッターを開けて左側の液晶シャッターを閉じることにより、ディスプレイ装置上の表示画像を立体視する。 In addition, in order to perform stereoscopic display, liquid crystal shutter glasses are known that display a left-eye image and a right-eye image alternately by driving the display device in a time-sharing manner, and open and close the left and right shutters in synchronization with this. (For example, refer to Patent Document 2). When the left eye image is displayed on the display device, the left liquid crystal shutter is opened and the right liquid crystal shutter is closed. When the right eye image is displayed, the right liquid crystal shutter is opened and the left liquid crystal shutter is opened. By closing, the display image on the display device is stereoscopically viewed.
特許文献1に記載の技術では、偏光板を用いているため、解像度が1/2になってしまう。また、偏光板は透過率が低いという問題点がある。さらには、特許文献1に記載の技術では、立体視可能なディスプレイ装置が液晶表示装置等の偏光タイプのものに限定されてしまう。
In the technique described in
特許文献2に記載の技術は、解像度を低下させずに、偏光タイプ以外のディスプレイ装置を使用して、立体視を可能としている。しかし、特許文献2に記載の技術による液晶シャッターは透過率が非常に低く、明るいものでも透過率は45%以下であり、暗いものでは30%以下となってしまう。 The technique described in Patent Document 2 enables stereoscopic viewing using a display device other than the polarization type without reducing the resolution. However, the liquid crystal shutter according to the technique described in Patent Document 2 has a very low transmittance. Even a bright one has a transmittance of 45% or less, and a dark one has a transmittance of 30% or less.
本発明の目的は、入射光線の透過率を向上させた液晶シャッター素子を提供することである。 An object of the present invention is to provide a liquid crystal shutter element having improved transmittance of incident light.
本発明の一観点によれば、液晶シャッター素子は、第1の透明基板と、前記第1の透明基板上に形成された第1の透明電極と、前記第1の透明基板に対向する第2の透明基板と、前記第2の透明基板上に形成される微小プリズムと、前記微小プリズム上に形成される第2の透明電極と、前記第1及び第2の透明基板間に挟まれ、コレスティックブルー相を示す液晶分子を有する液晶層と、前記第2の透明基板上に形成された前記微小プリズムと、対向する前記第1の透明基板との間に前記液晶層が保持されるように配置されたギャップコントロール剤と、前記第1又は第2の透明基板と平行に配置され、直行光を通過させ、斜行光を遮るルーバーとを有し、前記微小プリズムの断面形状は、斜辺が前記第2の透明基板より立ち上がる直角三角形状であり、一定のピッチで前記斜辺の傾きが逆転し、前記ルーバーは、光透過部材と遮光部材とを前記微小プリズムの一定ピッチの2倍のピッチで交互に配列して形成される。 According to one aspect of the present invention, a liquid crystal shutter element includes a first transparent substrate, a first transparent electrode formed on the first transparent substrate, and a second facing the first transparent substrate. A transparent substrate, a microprism formed on the second transparent substrate, a second transparent electrode formed on the microprism, and the first and second transparent substrates. The liquid crystal layer is held between the liquid crystal layer having liquid crystal molecules exhibiting a stick blue phase, the microprism formed on the second transparent substrate, and the opposing first transparent substrate. and placed gap controller is arranged parallel to the first or second transparent substrate, passed through a direct light, possess a louver for blocking the oblique light, the cross-sectional shape of the micro prisms, the hypotenuse Right triangle rising from the second transparent substrate It is Jo, and slope reversal of the hypotenuse at a constant pitch, the louver is formed by arranging the light transmitting member and the light shielding member alternately at twice the pitch of the constant pitch of the micro prism.
本発明によれば、入射光線の透過率を向上させた液晶シャッター素子を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the liquid crystal shutter element which improved the transmittance | permeability of incident light can be provided.
図1は、本発明の実施例による光偏向液晶セルを概略的に示す厚さ方向断面図である。1枚のガラス基板1と透明電極12が形成されたガラス基板11を用意した。ガラス基板1は、厚さ0.7mmt以下であり、材質は無アルカリガラスである。
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically illustrating a light deflection liquid crystal cell according to an embodiment of the present invention. A
ガラス基板11は、厚さ0.7mmtであり、材質は無アルカリガラスである。透明電極12は、厚さ150nmであり、材質はインジウムスズ酸化物(ITO)で、所望の平面形状にパターニングされている。パターニングは、ガラス基板11を洗浄機にて洗浄した後に、周知のフォトリソグラフィ工程により行った。ITOのエッチング方法としては、ウェットエッチング(第2塩化鉄)を用いることができる。洗浄方法は、後述するガラス基板12の洗浄方法と同一である。
The
まず、ガラス基板1上に微小プリズム(プリズム層)3を形成する。微小プリズム3は、ガラス基板1上に形成されるベース層3b上にプリズム3aが並んだ形状を有する。ベース層3bの厚さは、例えば、2μm〜30μm程度である。
First, a microprism (prism layer) 3 is formed on the
図2は、微小プリズム3の概略斜視図であり、右側部分にプリズム3aの断面形状の拡大図を示す。各プリズム3aは、頂角約45°、底角が約45°と約90°の三角柱状であり、複数のプリズム3aが、プリズム長さ方向と直交する方向(この方向を、プリズム幅方向と呼ぶこととする)に、方向を揃えて並んでいる。プリズム3aの高さは約10μmであり、プリズム3aの底辺の長さ(プリズムのピッチ)は約10μmである。本実施例では、図2に示すパターンを微小プリズム3の1ユニット(120μm幅)とし、同じパターンの繰り返しが数ユニット続くものを作製した。微小プリズム3の各ユニットの断面形状は各ユニットの中央部分を境に線対称形状を有している。本実施例では、左右6個ずつのプリズム3aが、各ユニットの中央部分を境に線対称に並んで形成される。なお、中央部分のプリズム3aを頂角約90°、底角が双方とも約45°の三角柱状と考え、その左右に頂角約45°、底角が約45°と約90°の三角柱状のプリズム3aがそれぞれ5つずつ、微小プリズム3の中央を対称軸として線対称に並んでいると考えてもよい。
FIG. 2 is a schematic perspective view of the
なお、微小プリズム3は図3に示すように、各ユニットの中央部分の底角(α°)が最も大きく端のほうに行くに従い小さくなるものでもよい。図3に示す例では、中央のプリズム3aの底角(α°)が約45°、一番端のプリズム3aの底角(α°)が約25°程度としたが、後述するルーバーとの組み合わせにより最適化することが望ましい。
As shown in FIG. 3, the
図1に戻り、微小プリズム3の作製方法について説明する。ガラス基板1上に、所定量の耐熱性プリズム材料(例えば、紫外線(UV)硬化型のアクリル系樹脂)を滴下し、その上の所定位置に、離型剤もしくはコーティング剤付きのプリズム金型を置き、厚手の石英部材などを基板の裏側に配置して補強した状態でプレスを行った。金型のサイズ(プリズム形成領域のサイズ)は、縦30mm×横60mmである。
Returning to FIG. 1, a method for manufacturing the
プレスして1分以上放置し、耐熱性プリズム材料を十分広げた後、ガラス基板1の裏側から紫外線を照射し、耐熱性プリズム材料を硬化させた。紫外線の照射量は200mJ/cm2とした。紫外線の照射量は、樹脂が硬化するように適宜設定すればよい。
After pressing and leaving for 1 minute or longer to sufficiently spread the heat-resistant prism material, ultraviolet rays were applied from the back side of the
耐熱性プリズム材料の硬化後、石英、プレス治具などを取り外し、プリズム層3が形成されたガラス基板1をプリズム金型から剥離した。
After the heat-resistant prism material was cured, quartz, a pressing jig, and the like were removed, and the
プリズム層3の大きさは、耐熱性プリズム材料の滴下量を調整することにより行った。滴下量を調整してプリズム形成領域全体(縦30mm×横60mm)のうちの必要な領域に微小プリズム3を形成した。なお、紫外線照射領域をマスク等を用いて制御することによりプリズム層3の大きさを調整してもよい。なお、プリズム層3を構成するUV硬化型のアクリル系樹脂の屈折率は、1.51である。
The size of the
プリズム層3は、頂角の角度により、1辺から入射し、他辺から出射する光の進行方向を変える機能を有する。
The
次に、プリズム付きガラス基板1を洗浄機にて洗浄した。洗浄方法は、アルカリ洗剤を用いたブラシ洗浄、純水洗浄、エアーブロー、紫外線照射、赤外線乾燥の順に行った。なお、洗浄方法はこれに限らず、高圧スプレー洗浄やプラズマ洗浄などを行ってもよい。
Next, the
その後、プリズム層3を形成した側のガラス基板1上に、後述するITO膜の密着性を向上させるためにSiO2膜4を薄く形成した。SiO2膜4の形成には、スパッタ法(交流放電)を用いた。80℃に基板加熱し、500Åの厚さに形成した。なお、このSiO2膜4は省略可能である。なお、均一膜厚の層は、入射光を入射角度に応じて面内方向にシフトする機能は有するが、光の進行方向を変える機能は有さない。
Thereafter, a thin SiO 2 film 4 was formed on the
引き続き、SiO2膜4上に、スパッタ法(交流放電)を用いてITO膜2を形成した。ここでは、100℃に基板加熱し、1000Åの厚さにITO膜2を形成した。このとき、SUSマスクなどを用いて余分なところにはITO膜が形成されないようにしてもよい。なお、ITO膜2は、スパッタ法に限らず、真空蒸着法、イオンビーム法、CVD法などで形成してもよい。 Subsequently, the ITO film 2 was formed on the SiO 2 film 4 by using a sputtering method (AC discharge). Here, the substrate was heated to 100 ° C., and the ITO film 2 was formed to a thickness of 1000 mm. At this time, an ITO film may not be formed in an extra portion by using a SUS mask or the like. The ITO film 2 is not limited to the sputtering method, and may be formed by a vacuum deposition method, an ion beam method, a CVD method, or the like.
次に、プリズム付きガラス基板1と、ITO付きガラス基板11を洗浄機にて洗浄した。洗浄方法は、アルカリ洗剤を用いたブラシ洗浄、純水洗浄、エアーブロー、紫外線照射、赤外線乾燥の順に行った。なお、洗浄方法はこれに限らず、高圧スプレー洗浄やプラズマ洗浄などを行ってもよい。
Next, the
次に、プリズム付きガラス基板1上のプリズム非形成部分に、ギャップコントロール剤を2wt%〜5wt%含んだメインシール剤16を形成した。形成方法として、スクリーン印刷やディスペンサが用いられる。液晶層5の厚さが、例えば10μm〜20μmとなるように、ギャップコントロール剤を選択した。なお、微小プリズム3は位置によって高さが変化するので、それに応じて液晶層5の厚さも変化する。
Next, the
ここでは、ギャップコントロール剤として径が30μmの積水化学製のプラスチックボールを選択し、これを三井化学製のシール剤ES−7500に4wt%添加して、メインシール剤16とした。
Here, a plastic ball made by Sekisui Chemical having a diameter of 30 μm was selected as a gap control agent, and 4 wt% was added to a sealing agent ES-7500 made by Mitsui Chemicals to make a
プリズムを形成しない側のガラス基板(ITO付きガラス基板)11上には、ギャップコントロール剤14として径が17μmの積水化学製のプラスチックボールを、乾式のギャップ散布機を用いて散布した。
On the glass substrate 11 (glass substrate with ITO) on the side where the prism is not formed, Sekisui Chemical plastic balls having a diameter of 17 μm as a
次に、両ガラス基板1、11の重ね合わせを行い、プレス機などで圧力を一定に加えた状態で熱処理することにより、メインシール剤を硬化させた。ここでは、150℃で3時間の熱処理を行った。こうして、5〜25μmのセル厚を有する空セルを作製した。なお、微小プリズム3の形状により、セル厚は場所により異なる。また、本実施例では、微小プリズム3と液晶層5との界面での屈折率差が重要であり、セル厚に性能はほとんど依存しない。また、ブルー相ではセル厚に応答速度は依存しないものの、駆動電圧はセル厚に依存し、セル圧が厚いほど駆動電圧が高くなる。このようにして作製された空セルに、液晶を真空注入して、液晶層5を形成した。液晶注入後、注入口にエンドシール剤を塗布し、封止した。
Next, both the
実施例では、作製された空セルに注入する材料として、ある温度範囲でコレステリックブルー相を示す液晶と、高分子安定化のための光重合性モノマーに光重合開始剤を添加したものとを混合した材料を用いる。 In the example, as a material to be injected into the produced empty cell, a liquid crystal exhibiting a cholesteric blue phase in a certain temperature range and a mixture of a photopolymerizable monomer and a photopolymerization initiator for stabilizing a polymer are mixed. Use the selected materials.
具体的には、液晶として、フッ素系混合液晶であるJC1041−XX(チッソ製、Δn:0.142)と4−cyano−4’−pentylbiphenyl(5CB)(メルク製、Δn:0.184)を1:1の割合で混合し、これにカイラル剤ISO−6OBA2を6wt%添加した。また光重合性モノマーとして、一官能性の材料と二官能性の材料とを混合して添加した。ここでは、一官能性材料としてEHAを、二官能性材料としてRM257(メルク製)を50:50のモル比となるように混合し、また光重合開始剤としてイルガキュア369(チバガイギー製)を用いて混合モノマーに対して5wt%となるように添加した。この混合モノマーを上記液晶の混合系に対し6mol%となるように添加して注入用の液晶を作製した。液晶、カイラル剤、モノマー、光重合開始剤は、これらに限るものではないが、光重合性モノマーは、一官能性の材料と二官能性の材料とを混合することが望ましい。 Specifically, as a liquid crystal, JC1041-XX (manufactured by Chisso, Δn: 0.142) and 4-cyano-4′-pentylbiphenyl (5CB) (manufactured by Merck, Δn: 0.184) which are fluorine-based mixed liquid crystals are used. The mixture was mixed at a ratio of 1: 1, and 6 wt% of the chiral agent ISO-6OBA2 was added thereto. In addition, a monofunctional material and a bifunctional material were mixed and added as a photopolymerizable monomer. Here, EHA is used as a monofunctional material, RM257 (manufactured by Merck) is mixed as a bifunctional material in a molar ratio of 50:50, and Irgacure 369 (manufactured by Ciba Geigy) is used as a photopolymerization initiator. It added so that it might become 5 wt% with respect to a mixed monomer. This mixed monomer was added at 6 mol% with respect to the liquid crystal mixed system to prepare a liquid crystal for injection. The liquid crystal, the chiral agent, the monomer, and the photopolymerization initiator are not limited to these, but it is desirable that the photopolymerizable monomer is a mixture of a monofunctional material and a bifunctional material.
以上のようにして、液晶を注入して封止した液晶セルを加熱すると、ある温度範囲(50℃付近)でブルー相を示した。そのブルー相を示す温度に保ったまま紫外線を長時間照射し、液晶層5の一部に高分子ネットワークを形成して高分子安定化させた。ここでは、30mW/cm2(365nm)の光を照射したが、初めに短い周期で間欠露光を行い、最後に長時間露光した。具体的には、1秒照射10秒無照射を10回繰り返した後、最後に3分間連続照射を行った。なお、露光条件はこれに限らず、例えば、もっと弱い照度で露光してもよいが、その場合、紫外線硬化にかかる時間は長くなる。このようにして高分子安定化させた液晶セルは広い温度範囲(−5℃〜50℃程度)でコレステリックブルー相を示した。この温度範囲は使用する材料やその混合比、重合条件などにより拡大することができる。以上により、本実施例の光偏向液晶セル100が完成する。
As described above, when the liquid crystal cell sealed by injecting liquid crystal was heated, a blue phase was exhibited in a certain temperature range (around 50 ° C.). While maintaining the temperature showing the blue phase, ultraviolet rays were irradiated for a long time to form a polymer network in a part of the
ブルー相は、光学的に等方性であるため、実施例の光偏向液晶セル100の基板法線方向から見た液晶層の屈折率は、液晶材料の常光線屈折率noと異常光線屈折率neの平均的な値((2no+ne)/3)になり、光偏向液晶セル100への入射光線(基板法線方向に進行する光線)の相互に直交する偏光成分の両方で等しくなる。
Since the blue phase is optically isotropic, the refractive index of the liquid crystal layer viewed from the normal direction of the substrate of the light deflecting
一方、実施例の光偏向液晶セル100は、電圧印加時、液晶層厚さ方向に電圧が印加され、正の誘電率異方性により、ブルー相における液晶分子のねじれ構造が解消し、ほぼ全ての液晶分子が基板垂直方向に立ち上がって、ホメオトロピック相を示す。
On the other hand, in the light deflection
ホメオトロピック相では、基板法線方向から見た液晶層の屈折率は、常光線屈折率noとなり、光偏向液晶セル100への入射光線(基板法線方向に進行する光線)の相互に直交する偏光成分の両方で等しくなる。 In the homeotropic phase, the refractive index of the liquid crystal layer viewed from the normal direction of the substrate is an ordinary ray refractive index no, and the incident light rays entering the light deflection liquid crystal cell 100 (light rays traveling in the normal direction of the substrate) are orthogonal to each other. It is equal for both polarization components.
本実施例では、液晶材料の常光線屈折率noは1.521であり、異常光線屈折率neは1.683である。したがって、入射光に対する液晶層の屈折率は、偏光方向に依らず、電圧非印加時のブルー相で1.574程度となり、電圧印加時のホメオトロピック相で1.521となると見積もられる。また、プリズム材料の屈折率は1.51である。 In the present embodiment, the ordinary ray refractive index no of the liquid crystal material is 1.521, and the extraordinary ray refractive index ne is 1.683. Therefore, the refractive index of the liquid crystal layer with respect to incident light is estimated to be about 1.574 in the blue phase when no voltage is applied and 1.521 in the homeotropic phase when voltage is applied, regardless of the polarization direction. The refractive index of the prism material is 1.51.
以上より、本実施例による光偏向液晶セル100は、ブルー相を示す電圧非印加時には、液晶層15とプリズム層3の屈折率が異なるので、プリズムの作用で入射光を偏向することとなる。微小プリズム3の各ユニットの中央部分を境に左側のプリズム3a(左下がりの斜面のプリズム)と右側のプリズム3a(右下がりの斜面のプリズム)とで、光線が振られる方向は反対となる。一方、ホメオトロピック相を示す電圧印加時には、液晶層15とプリズム層3の屈折率が同等となり、プリズム斜面の向きに依らず、入射光をほぼそのまま直進させることとなる。そして、これらの作用は入射光の偏光方向に依存しない。
As described above, in the light deflecting
なお、第1の材料の屈折率と第2の材料の屈折率との差が、第1の材料の屈折率または第2の材料の屈折率に対して3%以内(より好ましくは2%以内)であるとき、両材料の屈折率が同等であるとする。 Note that the difference between the refractive index of the first material and the refractive index of the second material is within 3% (more preferably within 2%) of the refractive index of the first material or the refractive index of the second material. ), It is assumed that the refractive indexes of both materials are equal.
実施例の光偏向液晶セル100では、1枚の光偏向液晶セル100であっても全ての光に対してその角度を制御することができる。なお、曲げる角度を変える場合はプリズム3aの角度を変更するか、液晶材料を変更する必要がある。
In the light deflecting
以上述べたように、本実施例による光偏向液晶セル100は、両基板1、11の内側に微小な傾斜状の突起形状からなるプリズム層3と、一定の温度範囲でブルー相を示す液晶層5と、透明電極2、12を含んで構成される。透明電極2、12を介して、液晶層5に電圧を印加し、セル厚方向に液晶分子の配列を変化させ、すなわち、液晶層5の屈折率を変化させ、プリズム層3の斜面と液晶層5の界面を透過する光の屈折角をスネルの法則により変化させ、該透過する光の方向を電気的に制御することができる。
As described above, the light deflection
図4は、本発明の実施例によるルーバー6の一部の概略断面図である。以下、図4を参照して、ルーバー6の作製方法を説明する。
FIG. 4 is a schematic sectional view of a part of the
まず、ルーバー用の基板として、板厚118〜120μmの透明シリコーンゴムシート61を多数枚用意する。なお、ゴムシート61の厚さは、図2のプリズム層3の1ユニットの幅(本実施例では、約120μm)に対応して選択される。次に、透明シリコーンゴムシート61のそれぞれの表面に、光吸収膜(遮光膜)62を、スピンコートにより約1.5μmの厚さで形成した。ここでは、東京応化製のブラックレジスト(高抵抗ブラックレジストBK8310)を用いた。その後、100℃で160秒間、ホットプレートによりプリベークした後、紫外線(350nm、30mW/cm2)を照射量が約200mJ/cm2となるように照射した。このブラックレジストは、紫外線露光により、遮光性になる。なお、遮光膜62の材料は、上記に限らす、カーボンブラック等の一般的な有機顔料あるいは無機顔料でもよい。
First, a large number of transparent
続いて、上記のように作製した遮光膜62付き透明ゴムシート61を多数枚積層し、加熱及び加圧してこれらの多数枚の透明ゴムシート61が一体化したブロック体を形成する。なお、ここで積層する透明ゴムシート61の枚数は、図1に示す光偏向液晶セル100の幅に依存する。さらに、上記ブロック体をゴムシート表面に垂直な切断面でスライスすることにより、透明シリコーンゴムと薄い遮光膜が一定間隔で並んだ構造のルーバー6が得られる。スライスする際の厚さ(図中縦方向のルーバー6の厚さ)は、図2(A)に示す形状のプリズム層3を用いる場合には、1〜2mm程度が好ましい。また、図2(B)に示す形状のプリズム層3を用いる場合には、スライスする際の厚さ(図中縦方向のルーバー6の厚さ)は、0.1〜0.4mm程度が好ましい。なお、ルーバー6の幅及び高さは、図1に示す光偏向液晶セル100のプリズム層3の幅及び高さに合わせて設定される。
Subsequently, a large number of the
スライスされたゴム基板は、通常の基板よりも脆く剥がれやすいため、補強用に別の透明基板(補強用基板)63を粘着剤等で、ルーバー6の両面(光偏向液晶セル100と対向する面及びその反対面)に貼り付ける。なお、補強用基板63は省略することもできる。
Since the sliced rubber substrate is more fragile and more easily peeled off than a normal substrate, another transparent substrate (reinforcing substrate) 63 is used for reinforcement with an adhesive or the like on both sides of the louver 6 (surface facing the light deflection liquid crystal cell 100). And the other side). The reinforcing
図5は、ルーバー6単体での視角特性を表すグラフである。縦軸は透過率(%)を表し、横軸は視角(°)を表す。なお、視角特性の測定には、大塚電子製のLCD−5200を用いた。
FIG. 5 is a graph showing the viewing angle characteristics of the
光軸の中心部に図4に示すルーバー6を配置し、ルーバー6の直交方向(図4における左右方向)に投光機と受光機の角度を傾けていった時の透過率の変化を測定した。正面(0°付近)では、80%以上の透過率を示すが、左右のどちらかに傾くにしたがって、透過率は減少し、基板法線方向から約25°以上傾くと透過率は0%となり、完全に遮光されることが分かった。
The
図6は、本発明の実施例による液晶シャッター素子101の概略断面図である。図1に示す光偏向液晶セル100と図4に示すルーバー6を貼り合わせることにより、液晶シャッター素子101を作製する。
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of the liquid
観察者側(液晶シャッターめがねとして用いる場合に観察者の目のある側)にルーバー6、その反対側(液晶シャッターめがねとして用いる場合にディスプレイ装置側)に光偏向液晶セル100を配置する。ルーバー6内の遮光膜62の位置(約120μm間隔)と、光偏向液晶セル100内のプリズムパターンの1ユニットの境界部分(約120μm間隔)とが、面内で一致するように配置する。
The
光偏向液晶セル100とルーバー6との距離は、シャッター機能を発揮させる場合において重要である。光偏向液晶セル100に電圧を加えていない時(光偏向液晶セル100内の微小プリズム3によりそこを透過する光が曲げられる状態)について考えると、光偏向液晶セル100とルーバー6との距離が短いほど光を遮光するために光偏向液晶セル100で光を曲げる角度を大きくする必要があり、距離が長いほど光を曲げる角度が小さくても遮光することができる。このような観点から、微小プリズム3からルーバー6までの距離は、概ね0.2mm〜4mm程度が望ましいと考えられる。なお、中央のプリズム3aで曲げられた光は約2.5mm先で遮光膜61に当たる。
The distance between the light deflection
ルーバー6の向きは、例えば、図7(A)に示すように遮光膜61が縦のストライプ状になるように配置する場合(以下、単に「縦配置」と呼ぶ)と、図7(B)に示すように遮光膜61が横のストライプ状になるように配置する場合(以下、単に「横配置」と呼ぶ)とが考えられる。
The direction of the
本発明者らが実際に本実施例による液晶シャッター素子101を通して、ディスプレイ装置に表示された画像を観察した場合、図7(A)に示す縦配置の方が、立体表示の画像をクリアに見ることができることが分かった。これはおそらく、ルーバー6を横配置にすると、一般的なディスプレイ装置においては画面書き換え走査とルーバー6の間で干渉が生じ、画面内に位置不定の画像の濃淡が観察され、画像品質を低下させるからであると考えられる。ルーバー6を縦配置にした場合には、このような問題は発生しないので、既存のディスプレイ装置と容易に組み合わせて用いることが可能となる。
When the present inventors actually observe the image displayed on the display device through the liquid
なお、ルーバー6を横配置にする場合でも、液晶シャッター素子101のシャッター切り換え速度に対して画面のリフレッシュレートが十分に早いディスプレイ装置を採用すること、画面書き換えに対して厳密にシャッター動作を制御することで画質向上を期待できる。
Even when the
光偏向液晶セル100に高い電圧を加える時(光偏向液晶セル100内の微小プリズム3により、そこを通過する光が曲げられない状態)について考察すると、光偏向液晶セル100があっても無くてもほとんど差が無い状態となるため、ルーバー6を通して画像を見ることになる。この時の視野はルーバー6で遮光される方向に対しても50°程度の視野があり、遮光されない方向については、通常とほぼ同じように見ることが可能である。したがって、観察者の視野をほとんど妨げることが無い。立体表示を見る以外のときは、両目の液晶シャッター素子101ともこの状態にしておくことで通常とほぼ同等の視野が得られるため、観察者は液晶シャッターめがねをはずすことなく通常の生活活動を行うこともできる。
When a high voltage is applied to the light deflecting liquid crystal cell 100 (a state in which light passing therethrough is not bent by the
図8は、本発明の実施例による液晶シャッター素子101を装着した液晶シャッターめがね103の使用例を表す概念図である。
FIG. 8 is a conceptual diagram showing a usage example of the liquid
作製した2つの液晶シャッター素子101(右目用101Rと左目用101L)をフレーム(図示せず)に装着し、2つの液晶シャッター素子101の光偏向液晶セル100それぞれと制御回路102とを接続して液晶シャッターめがね103を作製した。
The prepared two liquid crystal shutter elements 101 (101R for the right eye and 101L for the left eye) are mounted on a frame (not shown), and the light deflection
制御回路102は、ディスプレイ装置200が表示する画像と同期させて交流電圧(周波数1KHz〜100KHz程度)の電圧値を変えながら、光偏向液晶セル100に電圧を印加することができる回路である。
The
ディスプレイ装置200は、例えば、液晶表示装置(LCD)、プラズマディスプレイ(PDP)、有機ELディスプレイ、電界放出ディスプレイ(FED)、ブラウン管(CRT)ディスプレイ等の表示装置であり、立体表示を行うために、左目用画像201Lと右目用画像201Rをそれぞれ高速で切り換えながら表示する。表示切替の周波数は、例えば、120Hzや240Hzである。表示切替の周波数を120Hzとした場合、約8.3msecごとに表示を切り換え、240Hzとした場合は、約4.2msecごとに表示を切り換える。
The
なお、光偏向液晶セル100の液晶セル(ブルー相)の応答速度は、室温において、立ち上がりで約200μsec、立ち下がりで約20μsecであり、120Hz駆動での立体表示のみならず240Hz駆動での立体表示に必要な応答速度に対しても十分に速く、余裕を持って対応可能である。
The response speed of the liquid crystal cell (blue phase) of the light deflection
図8(A)に示すように、左目用画像201Lが表示されているときは、液晶シャッターめがね103の左目側に装着された液晶シャッター素子101Lには高い電圧(LCD ON:例えば、20V)が印加され、液晶分子の配列はホメオトロピック配向状態となり、微小プリズム3と液晶層5の屈折率がほぼ等しくなり、光偏向液晶セル100に入射した光は、微小プリズム3により曲げられることなく透過し、左目では左目用画像201Lをルーバー6Lを通して見ることができる。
As shown in FIG. 8A, when the
一方、液晶シャッターめがね103の右目側に装着された液晶シャッター素子101Rには低い電圧が印加され(もしくは電圧を印加せず(LCD OFF))、液晶分子の配列は光学的等方相状態となり、液晶シャッター素子101Rに入射する左目用画像201Lは光偏向液晶セル100Rの微小プリズム3Rにより曲げられてルーバー6R内の遮光膜61Rに吸収され、右目では画像を見ることができなくなる。
On the other hand, a low voltage is applied to the liquid
図8(B)に示すように、右目用画像201Rが表示されているときは、液晶シャッターめがね103の右目側に装着された液晶シャッター素子101Rには高い電圧(LCD ON:例えば、20V)が印加され、液晶分子の配列はホメオトロピック配向状態となり、微小プリズム3と液晶層5の屈折率がほぼ等しくなり、光偏向液晶セル100に入射した光は、微小プリズム3により曲げられることなく透過し、右目では右目用画像201Rをルーバー6Rを通して見ることができる。一方、液晶シャッターめがね103の左目側に装着された液晶シャッター素子101Lには低い電圧が印加され(もしくは電圧を印加せず(LCD OFF))、液晶分子の配列は光学的等方相状態となり、液晶シャッター素子101Lに入射する右目用画像201Rは光偏向液晶セル100Lの微小プリズム3Lにより曲げられてルーバー6L内の遮光膜61Lに吸収され、左目では画像を見ることができなくなる。
As shown in FIG. 8B, when the
ルーバー6を備えていない場合、微小プリズム3により曲げられた左目用画像201L又は右目用画像201Rは、各微小プリズム3ごとに分割された画像となり、かつ微小プリズム3の配列に応じて分割後の配列順を異ならせた画像として右目又は左目に向かい進行する。
When the
制御回路により液晶シャッターが低電圧(又は電圧0)とされ左目用画像201Lが右目に、又は右目用画像201Rが左目に進行するときの画像は、微小プリズム3の屈折による斜方からの進行であり、微小に分割された画像であり、配列順が元画像と異なる画像であるため、左目用画像201Lとして右目で、あるいは右目用画像201Rとして左目で認識されることはない。
The image when the liquid crystal shutter is set to a low voltage (or voltage 0) by the control circuit and the left-
このため、ルーバー6の不存在構成は立体表示を行う基本動作において障害となることはない。しかし、左目で左目用画像を、右目で右目用画像を認識するときに、同時に他方の目に対する視覚刺激を受けると、画像の詳細部についての目への刺激が相対的に低下し、認識漏れ、誤認識等を生じる。
For this reason, the absence configuration of the
本実施例では、左目用画像視認時期に右目が、右目用画像視認時期に左目がそれぞれ画像が見えない構成とすることで、左目用画像201Lと右目用画像201Rの分離を明確に行い、左目用又は右目用画像をより明確に左目又は右目で認識できるようにすることで、より臨場感を高めた立体表示効果を増進させることができる。
In the present embodiment, the
上述の図8(A)の動作と図8(B)の動作を高速で切り換えることにより、観察者は立体表示を見ることが可能となる。 By switching the operation of FIG. 8A and the operation of FIG. 8B at a high speed, the observer can view a stereoscopic display.
なお、立体表示を行わない時は、両方の液晶シャッター素子101に対して高い電圧をかけておけば、立体表示ではない通常の画像をめがねをはずさずにそのまま見ることができる。この時の各液晶シャッター素子101の透過率は少なくとも75%以上(反射防止フィルム使用時)であり、ほとんど裸眼と変わらず明るい画像を見ることができる。
When stereoscopic display is not performed, if a high voltage is applied to both liquid
図9は、本発明の実施例による液晶シャッター素子101をデジタルカメラ500の電子シャッターとして使用する例を説明するための概念図である。
FIG. 9 is a conceptual diagram for explaining an example in which the liquid
液晶シャッター素子101をデジタルカメラ500の電子シャッターとして使用する場合には、図に示すように、液晶シャッター素子101の入射光側にコリメータ300を配置し、出射光側には受光素子400を配置する。コリメータ300は、画像をほぼ平行光にする光学系である。受光素子400は、例えば、固体撮像素子であり、照射される光に応じた画像信号を出力する。デジタルカメラ500の電子シャッターとして液晶シャッター素子101を用いることにより、機械動作部の無い電子シャッターを実現することができる。
When the liquid
制御回路502は、デジタルカメラ500のユーザのシャッター操作に応じて、光偏向液晶セル100に電圧を印加することができる回路である。
The
光偏向液晶セル100の微小プリズム3の傾斜角と1ユニットのピッチ、液晶の屈折率差(LCD ON時とLCD OFF時)、ルーバー6のピッチ厚さ、微小プリズム3とルーバー6との距離等を適宜設定する。
The tilt angle of the
光偏向液晶セル100に電圧を印加しなかった時(もしくは低い電圧を印加した時)は、図9(A)に示すように、液晶シャッター素子101の光偏向液晶セル100を透過した光が、微小プリズム3により曲げられ、全てルーバー6の遮光膜61に吸収されるように設計される。したがって、光偏向液晶セル100に電圧を印加しなかった時(もしくは低い電圧を印加した時)は、液晶シャッター素子101は閉じた状態となる。
When no voltage is applied to the light deflection liquid crystal cell 100 (or when a low voltage is applied), the light transmitted through the light deflection
光偏向液晶セル100に20V以上の高い電圧を印加すると、図9(B)に示すように、微小プリズム3と液晶層5の屈折率がほぼ等しくなり、光偏向液晶セル100に入射した光は、微小プリズム3により曲げられることなく透過し、受光素子400に照射される。したがって、光偏向液晶セル100に高い電圧を印加した時は、液晶シャッター素子101は開いた状態となる。
When a high voltage of 20 V or higher is applied to the light deflection
液晶シャッター素子101をデジタルカメラ500の電子シャッターとして使用する場合には、シャッターを開けるときのみ電力を消費し、シャッターを閉じる時は、電圧を印加しないでよく、シャッターを開けている時間は圧倒的に短いので、電力を消費しない。
When the liquid
デジタルカメラの光学シャッターに要求される応答速度は1/4000秒(250μsec)程度であるが、本発明の実施例で用いているブルー相液晶は上述したように非常に早い応答性能を有しているため、デジタルカメラの光学シャッターに要求される応答性を満たしている。 The response speed required for the optical shutter of the digital camera is about 1/4000 second (250 μsec), but the blue phase liquid crystal used in the embodiment of the present invention has a very fast response performance as described above. Therefore, the responsiveness required for the optical shutter of a digital camera is satisfied.
また、図5のグラフから明らかなように、透過時(高い電圧の印加時)の透過率は85%程度であり、遮光時(低い電圧の印加時又は電圧無印加時)の透過率はほぼ0%であって、高い消光比を示している。また、反射防止膜をつけるなどの対策を講じることで、さらに高い透過率も期待できる。 Further, as is apparent from the graph of FIG. 5, the transmittance at the time of transmission (when a high voltage is applied) is about 85%, and the transmittance at the time of light shielding (when a low voltage is applied or no voltage is applied) is almost equal. 0%, indicating a high extinction ratio. Further, by taking measures such as applying an antireflection film, higher transmittance can be expected.
以上、本発明の実施例によれば、入射光の透過率の非常に高い液晶シャッター素子を提供することができる。また、ブルー相液晶を用いるため、応答速度が充分に速く、画像のちらつき等がない。さらに、偏光板が不要なので、コスト面、透過率、重さ、厚さ、信頼性において有利である。 As described above, according to the embodiments of the present invention, it is possible to provide a liquid crystal shutter element having a very high transmittance of incident light. In addition, since a blue phase liquid crystal is used, the response speed is sufficiently high and there is no flickering of the image. Furthermore, since a polarizing plate is unnecessary, it is advantageous in terms of cost, transmittance, weight, thickness, and reliability.
なお、液晶セル外形は、長方形に限らず、五角形などの多角形にしてもよい。その場合、スクライバーで斜めに傷をつけるなどして異形カットすればよい。また、角の部分は面取りなどをして丸みを持たせてもよい。 The outer shape of the liquid crystal cell is not limited to a rectangle but may be a polygon such as a pentagon. In that case, it is sufficient to cut the deformed shape by scratching it diagonally with a scriber. Further, the corner portion may be rounded by chamfering or the like.
また、プリズム形成用の金型にはエア抜き用の微小な溝を形成してもよい。また、金型と基板とは真空中で重ね合わせてもよい。なお、液晶の注入方法は真空注入に限らず、例えばOneDrop Fill(ODF)法を用いてもよい。この時、紫外線による硬化と、ブルー相液晶の紫外線によるポリマー化とを、45〜60℃程度の所定の温度に加熱しながら、紫外線を全面に照射することにより、同時に行ってもよい。 In addition, a minute groove for air bleeding may be formed in the mold for prism formation. Further, the mold and the substrate may be superposed in a vacuum. Note that the liquid crystal injection method is not limited to vacuum injection, and, for example, a One Drop Fill (ODF) method may be used. At this time, curing by ultraviolet rays and polymerization of blue phase liquid crystals by ultraviolet rays may be simultaneously performed by irradiating the entire surface with ultraviolet rays while heating to a predetermined temperature of about 45 to 60 ° C.
なお、実施例の液晶セルでは、プリズムパターンより広く上下基板間で90°に交差した長方形状の電極パターンを用い、両基板側から端子を取り、また、メインシール部分で上下基板の電極が交差しないようにした。メインシール部分で上下基板の電極を交差させないことにより、短絡が抑制される。なお、片側から端子を取りたい場合は、メインシールに上下導通用のミクロパールAU(積水化学工業製)のような金メッキを施したスチレンボールなどの導電性とギャップ安定性を備えた部材を添加する構造等とすればよい。 In the liquid crystal cell of the embodiment, a rectangular electrode pattern that intersects 90 ° between the upper and lower substrates wider than the prism pattern is used, terminals are taken from both sides, and the electrodes on the upper and lower substrates intersect at the main seal portion. I tried not to. The short circuit is suppressed by not crossing the electrodes of the upper and lower substrates at the main seal portion. If you want to take a terminal from one side, add a member with conductivity and gap stability, such as styrene balls with gold plating, such as micropearl AU (manufactured by Sekisui Chemical Co., Ltd.) for vertical conduction on the main seal. What is necessary is just to make the structure etc. which do.
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。 Although the present invention has been described with reference to the embodiments, the present invention is not limited thereto. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications, improvements, combinations, and the like can be made.
1、11 ガラス基板
2、12 透明電極
3 微小プリズム(プリズム層)
3a、3b プリズム
4 SiO2膜
5 液晶層
6 ルーバー
14 ギャップコントロール剤
16 メインシール剤
61 透明シリコーンゴムシート
62 光吸収膜(遮光膜)
63 透明基板(補強用基板)
100 光偏向液晶セル
101 液晶シャッター素子
102 制御回路
103 液晶シャッターめがね
200 ディスプレイ装置
201 画像
300 コリメータ
400 受光素子
500 デジタルカメラ
502 制御回路
1, 11
3a, 3b Prism 4 SiO 2 film 5
63 Transparent substrate (reinforcing substrate)
DESCRIPTION OF
Claims (1)
前記第1の透明基板上に形成された第1の透明電極と、
前記第1の透明基板に対向する第2の透明基板と、
前記第2の透明基板上に形成される微小プリズムと、
前記微小プリズム上に形成される第2の透明電極と、
前記第1及び第2の透明基板間に挟まれ、コレスティックブルー相を示す液晶分子を有する液晶層と、
前記第2の透明基板上に形成された前記微小プリズムと、対向する前記第1の透明基板との間に前記液晶層が保持されるように配置されたギャップコントロール剤と、
前記第1又は第2の透明基板と平行に配置され、直行光を通過させ、斜行光を遮るルーバーと
を有し、
前記微小プリズムの断面形状は、斜辺が前記第2の透明基板より立ち上がる直角三角形状であり、一定のピッチで前記斜辺の傾きが逆転し、
前記ルーバーは、光透過部材と遮光部材とを前記微小プリズムの一定ピッチの2倍のピッチで交互に配列して形成される液晶シャッター素子。
A first transparent substrate;
A first transparent electrode formed on the first transparent substrate;
A second transparent substrate facing the first transparent substrate;
A microprism formed on the second transparent substrate;
A second transparent electrode formed on the microprism;
A liquid crystal layer having liquid crystal molecules sandwiched between the first and second transparent substrates and exhibiting a cholesteric blue phase;
A gap control agent disposed so that the liquid crystal layer is held between the micro prism formed on the second transparent substrate and the first transparent substrate facing the second prism;
Are arranged parallel to the first or second transparent substrate, it passed through a direct light, possess a louver for blocking the oblique light,
The cross-sectional shape of the microprism is a right-angled triangular shape in which the hypotenuse rises from the second transparent substrate, and the slope of the hypotenuse is reversed at a constant pitch,
The louver is a liquid crystal shutter element formed by alternately arranging light transmitting members and light shielding members at a pitch twice as large as the fixed pitch of the micro prisms .
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