JP5708008B2 - 液晶レンズ及び液晶レンズ製造用基材 - Google Patents

Description

本発明は、液晶レンズ、及びその液晶レンズの製造に用いられる基材に関し、特に裸眼立体表示装置に用いられる液晶レンズ、及びその液晶レンズの製造用基材に関する。

近年、２次元／３次元（２Ｄ／３Ｄ）表示の切り替えが可能な裸眼立体表示装置が注目されている。かかる裸眼立体表示装置で用いられる立体表示方式としては、レンチキュラ方式、パララックスバリア方式等が知られている。このうち、パララックスバリア方式は、右目用の画素と左目用の画素とが交互に縦列に配置された画像を、視差バリア層を通して裸眼で観察する方式であり、右目からは右目用の画素しか見えず、左目からは左目用の画素しか見えないように構成することで、両目視差作用により立体視を可能としている。このパララックスバリア方式は、視差バリア層を設ける必要があるため、輝度が低下するという問題がある。

一方、レンチキュラ方式は、右目用の画素と左目用の画素とが交互に縦列に配置された画像を、レンチキュラレンズを介して裸眼で観察する方式であり、パララックスバリア方式と同様に右目からは右目用の画素しか見えず、左目からは左目用の画素しか見えないように構成することで立体視を可能としている。このレンチキュラ方式は、パララックスバリア方式と比較して輝度の低下が少ない点で優れている。

一般に、レンチキュラ方式を用いた裸眼立体表示装置において２Ｄ／３Ｄ表示を切り替えるために、液晶レンズが用いられる。この液晶レンズは、対向して配置される２つの基板のうちの一方の基板上に所定の間隔をあけて複数の電極を形成し、他方の基板上の全面に亘って電極を形成し、両基板間に液晶を封入するとともに、両基板間の距離（液晶層の厚さ，セルギャップ）を制御するスペーサが配設されてなる構成を有する。このような構成を有する液晶レンズにおいては、電圧を印加した際に複数の電極の位置に応じて異なる強さの電界を液晶にかけることで、液晶分子の配向を場所によって異ならせることができ、それにより、レンズ状の位相分布が形成され、レンズ効果が奏されることになる。

この液晶レンズにおいては、滑らかなレンズ状の位相分布が形成されることにより、裸眼立体表示装置において鮮明、かつ自然な３Ｄ表示が可能となるが、一方の基板上に所定の間隔をあけて形成される各電極に近接する領域において急激な側面電場が誘発されてしまい、歪んだレンズ状の位相分布が形成されてしまうことがある。そのため、従来、滑らかなレンズ状の位相分布を形成し得る電極構造が種々提案されている（特許文献１，２参照）。

特開２００９−１０４１３７号公報 特開２００８−９３７０号公報

上記特許文献１，２において、液晶分子の配向を制御し、滑らかなレンズ状の位相分布を形成し得る電極構造を備える液晶レンズが提案されており、この液晶レンズにおいてセルギャップを制御する目的で設けられるスペーサとしては、ビーズスペーサ、カラムスペーサ等が示されている。しかしながら、ビーズスペーサを用いると、所望とする位置にスペーサを配置することが困難であり、その結果、液晶の配向を制御するのが困難となるおそれがある。また、カラムスペーサを用いると、液晶レンズに十分な耐久性を持たせるためにカラム径を大きくしたり、カラムスペーサの個数を増加させたりする必要があり、その結果、液晶分子の配向を制御するのが困難となるおそれがある。すなわち、スペーサの存在により、液晶分子の配向の制御が困難となり、滑らかなレンズ状の位相分布を形成するのが困難となってしまうという問題がある。

本発明は、上述のような実情に鑑みてなされたものであり、液晶分子の配向を制御して、滑らかなレンズ状の位相分布を形成することができる液晶レンズ、及びその液晶レンズを製造するために用いられる基材を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、第一に本発明は、略方形状の第１の基板と、前記第１の基板に対向して配置されてなる略方形状の第２の基板と、前記第１の基板の対向する二辺と略平行な方向に延在するようにして、前記第１の基板上に互いに離隔されて設けられてなる複数の長尺状電極と、前記第２の基板上に全面に亘って設けられてなる全面電極と、前記第１の基板及び前記第２の基板の間に液晶材料が封入されて構成される液晶層と、前記第１の基板及び前記第２の基板の間であって、電圧源から前記複数の長尺状電極に電圧が印加され、前記全面電極に接地電圧が印加されたときに、前記液晶層にかかる電界が最小となる位置に、前記長尺状電極と略平行な方向に延在する長尺状スペーサとを備え、前記長尺状スペーサが、前記複数の長尺状電極のうちの隣接する２つの長尺状電極の間に設けられていることを特徴とする液晶レンズを提供する（発明１）。

上記発明（発明１）においては、前記長尺状スペーサの高さを３〜１５０μｍとすることができる（発明２）。上記発明（発明１，２）においては、前記長尺状スペーサは、前記第１の基板上又は前記第２の基板上に固着されているのが好ましい（発明３）。上記発明（発明１〜３）においては、前記複数の長尺状電極のうちの少なくとも一部であるＮ個（Ｎは３以上の整数である）の長尺状電極を含み、当該Ｎ個の長尺状電極のうちの隣接する２つの長尺状電極の電極中心により構成されるＮ−１個の電極中心間隔を有する所定の領域内において、前記Ｎ−１個の電極中心間隔は、一の電極中心間隔と、当該一の電極中心間隔とは間隔の異なる少なくとも１個の他の電極中心間隔とを含むのが好ましい（発明４）。上記発明（発明１〜４）においては、裸眼立体表示装置用であるのが好ましい（発明５）。

第二に本発明は、液晶レンズの製造に用いられる基材であって、略方形状の基板と、前記基板の対向する二辺と略平行な方向に延在するようにして、前記基板の一方の面に互いに離隔されて設けられてなる複数の長尺状電極と、前記基板における前記長尺状電極が設けられている面上、又は前記長尺状電極が設けられていない面上に、前記長尺状電極と略平行な方向に延在するようにして設けられている長尺状スペーサとを備え、前記長尺状スペーサは、前記基材と、略方形状の他の基板の一方の面の全面に亘って全面電極が設けられてなる他の基材とを対向配置させ、両基材間に液晶材料を封入して製造される液晶レンズにおいて、前記複数の長尺状電極に電圧を印加し、前記他の基板に設けられている全面電極に接地電圧を印加したときに、前記液晶材料により構成される液晶層にかかる電界が最小となる部位に配置されるように、前記基板に設けられており、前記長尺状スペーサが、前記複数の長尺状電極のうちの隣接する２つの長尺状電極の間に設けられていることを特徴とする液晶レンズ製造用基材を提供する（発明６）。

上記発明（発明６）においては、前記長尺状スペーサの高さを３〜１５０μｍとすることができる（発明７）。上記発明（発明６，７）においては、前記長尺状スペーサは、前記基板における前記長尺状電極が設けられている面上、又は前記長尺状電極が設けられていない面上に固着されているのが好ましい（発明８）。上記発明（発明６〜８）においては、前記複数の長尺状電極のうちの少なくとも一部であるＮ個（Ｎは３以上の整数である）の長尺状電極を含み、当該Ｎ個の長尺状電極のうちの隣接する２つの長尺状電極の電極中心により構成されるＮ−１個の電極中心間隔を有する所定の領域内において、前記Ｎ−１個の電極中心間隔は、一の電極中心間隔と、当該一の電極中心間隔とは間隔の異なる少なくとも１個の他の電極中心間隔とを含むのが好ましい（発明９）。

第三に本発明は、液晶レンズの製造に用いられる基材であって、略方形状の基板と、前記基板の一方の面の全面に設けられてなる全面電極と、前記基板における前記全面電極が設けられている面上、又は前記全面電極が設けられていない面上に、前記基板の対向する二辺と略平行な方向に延在するようにして設けられている略直方体形状を有する長尺状スペーサとを備え、前記長尺状スペーサは、前記基材と、略方形状の他の基板の一方の面に複数の長尺状電極が当該他の基板の対向する二辺と略平行な方向に延在するようにして、互いに離隔されて設けられてなる他の基材とを対向配置させ、両基材間に液晶材料を封入して製造される液晶レンズにおいて、前記全面電極に接地電圧を印加し、前記他の基材に設けられている複数の長尺状電極に電圧を印加したときに、前記液晶材料により構成される液晶層にかかる電界が最小となる部位に配置されるように、かつ前記長尺状電極と略平行な方向に延在するように前記基板に設けられており、前記長尺状スペーサが、前記他の基材に設けられている複数の長尺状電極のうちの隣接する２つの長尺状電極の間に配置されるように、前記基板に設けられていることを特徴とする液晶レンズ製造用基材を提供する（発明１０）。

上記発明（発明１０）においては、前記スペーサの高さを３〜１５０μｍとすることができる（発明１１）。上記発明（発明１０，１１）においては、前記長尺状スペーサは、前記基板における前記全面電極が設けられている面上、又は前記全面電極が設けられていない面上に固着されているのが好ましい（発明１２）。

本発明によれば、液晶分子の配向を制御して、滑らかなレンズ状の位相分布を形成することができる液晶レンズ、及びその液晶レンズを製造するために用いられる基材を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る液晶レンズのレンズ効果を概念的に示す模式図である。 本発明の一実施形態に係る液晶レンズにおける一のレンズ領域の構成を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係る液晶レンズの第１の透明基板におけるストライプ状透明電極の他の構成例（その１）を示す断面図である。 本発明の本実施形態に係る液晶レンズの第１の透明基板におけるストライプ状透明電極の他の構成例（その２）を示す断面図である。 本発明の一実施形態におけるスペーサの構造例を示す平面図である。 本発明の一実施形態におけるスペーサの他の構造例（その１）を示す平面図である。 本発明の一実施形態に係る液晶レンズの製造方法の一部の工程を示すフロー図である。 本発明の一実施形態におけるスペーサの他の構造例（その２）を示す平面図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る液晶レンズのレンズ効果を概念的に示す模式図であり、図２は、同実施形態に係る液晶レンズにおける一のレンズ領域の構成を示す断面図である。

本実施形態に係る液晶レンズ１は、２次元（２Ｄ）画像を表示し得る画像表示装置の表示パネルＤの前面に配置されて用いられるものであり、図１に示すように、複数のレンズ領域（所定の領域）Ｌのそれぞれにおいて、軸方向が縦方向（Ｙ軸方向）に沿った略放物線状のレンズ効果を奏させ、全体として略放物線状のレンズが多数連結して画像表示装置（表示パネルＤ）の横方向（Ｘ軸方向）に並列するように構成される。この各レンズ領域Ｌにおいてレンズ効果を奏させることにより、Ｚ軸方向に位置する画像表示装置からの入射光が当該レンズ効果を受けて液晶レンズ１を透過する。その結果、画像表示装置における右目用の画素が右目でのみ見えるように、左目用の画素が左目でのみ見えるようになり、立体視が可能となる。

本実施形態に係る液晶レンズ１の各レンズ領域Ｌにおける具体的な構成を説明する。図２に示すように、本実施形態に係る液晶レンズ１は、略方形状の第１の透明基板２と、第１の透明基板２と対向して配置される略方形状の第２の透明基板３と、第１の透明基板２における第２の透明基板３に対向する面上に所定の間隔をあけて設けられた複数の長尺状透明電極４１を含むストライプ状透明電極４と、第２の透明基板３における第１の透明基板２に対向する面上に全面に亘って設けられた全面透明電極５と、第１の透明基板２上のストライプ状透明電極４（長尺状透明電極４１）と略平行な方向に連続的に延在するようにして配置された、第１の透明基板２及び第２の透明基板３の間のセルギャップを維持するようにして設けられた略直方体形状の長尺状スペーサ９と、第１の透明基板２におけるストライプ状透明電極４が設けられている面上に第１の透明基板２、ストライプ状透明電極４及び長尺状スペーサ９を被覆するようにして設けられたポリイミド等からなる第１の配向膜６と、全面透明電極５を被覆するようにして設けられたポリイミド等からなる第２の配向膜７と、第１の透明基板２及び第２の透明基板３の間に液晶材料が封入されて構成される液晶層８とを備える。なお、第１の透明基板２及び第２の透明基板３は、図示しないシール材により相互に接着固定されている。

第１の透明基板２及び第２の透明基板３は、例えば、ガラス材料、樹脂材料等からなるものであり、ストライプ状透明電極４及び全面透明電極５は、インジウム・錫・酸化物（ＩＴＯ）、インジウム・亜鉛・酸化物（ＩＺＯ）等の透明導電材料からなるものである。なお、本実施形態において、透明とは、波長４５０〜７００ｎｍの光線の透過率が７０％以上であることを意味し、好ましくは８０％以上、特に好ましくは９０％以上である。

ストライプ状透明電極４は、略方形状の第１の透明基板２における対向する二辺と略平行に、複数の長尺状透明電極４１が所定の間隔をあけてストライプ状に延在して構成される。なお、本実施形態において、一のレンズ領域Ｌに６個の長尺状透明電極４１が含まれ、各長尺状透明電極４１は、その幅が略同一であって、隣接する長尺状透明電極４１の対向する側面間の間隔が略同一となるように第１の透明基板２上に設けられているが、本発明はこれに限定されるものではなく、一のレンズ領域ＬにＮ個（Ｎは３以上の整数である）の長尺状透明電極４１が含まれ、隣接する２個の長尺状透明電極４１の電極中心により構成されるＮ−１個の電極中心間隔Ｇ_Cが、そのうちの一の電極中心間隔Ｇ_Cと、それとは間隔の異なる他の電極中心間隔Ｇ_Cとを有するように構成されていればよい。具体的には、図３に示すように、一のレンズ領域Ｌにおける隣接する長尺状透明電極４１の対向する側面間の間隔Ｇ_Sを略同一とし、当該レンズ領域Ｌの中心部Ｌ_Cからエッジ部Ｌ_Eに向けて長尺状透明電極４１の幅Ｗ_Eを漸減させることにより、一のレンズ領域Ｌにおける中心部Ｌ_Cからエッジ部Ｌ_Eに向けて、隣接する長尺状透明電極４１の電極中心間隔Ｇ_Cが徐々に狭くなるようにしてもよいし、図４に示すように、一のレンズ領域Ｌにおける各長尺状透明電極４１の幅Ｗ_Eを略同一とし、当該レンズ領域Ｌの中心部Ｌ_Cからエッジ部Ｌ_Eに向けて隣接する長尺状透明電極４１の対向する側面間の間隔Ｇ_Sを漸減させることにより、一のレンズ領域Ｌにおける中心部Ｌ_Cからエッジ部Ｌ_Eに向けて、隣接する長尺状透明電極４１の電極中心間隔Ｇ_Cが徐々に狭くなるようにしてもよい。このように、一のレンズ領域Ｌ内の隣接する長尺状透明電極４１の電極中心間隔Ｇ_Cが、当該レンズ領域Ｌにおける中心部Ｌ_Cからエッジ部Ｌ_Eに向けて徐々に狭くなるようにすることで、各長尺状透明電極４１に近接する領域において急激な側面電場が誘発されるのを抑制することができ、各レンズ領域Ｌにおいて滑らかなレンズ状の位相分布を形成することができる。

第１の配向膜６は、第１の透明基板２、並びにその上に設けられているストライプ状透明電極４（長尺状透明電極４１）及び長尺状スペーサ９を被覆するようにして設けられている。また、第２の配向膜７は、第２の透明基板３上の全面透明電極５を被覆するようにして設けられている。なお、第１の配向膜６及び第２の配向膜７は、いずれもラビング処理が施されてなるものであってもよいし、ラビング処理が施されていないものであってもよい。また、本実施形態においては、第１の配向膜６及び第２の配向膜７が設けられているが、本発明においては、これに限定されるものではなく、第１の配向膜６及び第２の配向膜７が設けられていなくてもよい。

長尺状スペーサ９は、本実施形態に係る液晶レンズ１における各レンズ領域Ｌに含まれる複数の長尺状透明電極４１のそれぞれに異なる電圧を印加し、全面透明電極５に接地電圧を印加したときに、液晶８にかかる電界が最小となる位置に設けられる。本実施形態において、各レンズ領域Ｌにおけるエッジ部Ｌ_Eに位置する長尺状透明電極４１に最高電圧が印加され、そこから中心部Ｌ_Cに向けて長尺状透明電極４１に印加される電圧が漸減するようにし、中心部Ｌ_Cの最近傍に位置する長尺状透明電極４１に最低電圧が印加されることで、各レンズ領域Ｌにおける中心部Ｌ_Cに位置する液晶に、最小の電界がかかることになる。したがって、図２に示すように、各レンズ領域Ｌに含まれる複数の長尺状透明電極４１のうち、中心部Ｌ_Cの最近傍に位置する２つの長尺状透明電極４１の略中間位置であって、各レンズ領域Ｌにおける中心部Ｌ_Cの最近傍の位置に長尺状スペーサ９が設けられる。電界が最小となる位置では、ストライプ状透明電極４（長尺状透明電極４１）及び全面透明電極５への電圧の印加の有無にかかわらず、ほとんど液晶分子の配向に変化がないため、このような位置に長尺状スペーサ９が設けられていることで、各レンズ領域Ｌにおけるレンズ効果に対する長尺状スペーサ９の影響を最小限に抑えることができる。

図５に示すように、本実施形態における長尺状スペーサ９は、複数の長尺状透明電極４１の軸方向と略平行な方向であって、第１の透明基板２の一辺２ａ（長尺状透明電極４１の軸方向と略直交する方向に延在する辺）から当該辺２ａに対向する辺２ｂまで連続的に延在するようにして、第１の透明基板２上（第１の配向膜６上）に設けられる。なお、図５においては、説明の都合上、第１の配向膜６の図示が省略されている。

長尺状スペーサ９の短手方向の幅は、液晶レンズ１の機械的強度を十分にし得る程度であって、かつレンズ領域Ｌにおいて滑らかなレンズ状の位相分布の形成を阻害しない程度の幅を有していればよく、液晶レンズ１の大きさ、用途、各レンズ領域ＬのＸ軸方向の幅等に応じて適宜設定することができる。なお、本実施形態においては、長尺状スペーサ９が第１の透明基板２の対向する二辺（長尺状透明電極４１の軸方向と略直交する方向に延在する二辺）間に連続的に延在していることで、長尺状スペーサ９と第２の透明基板３（第２の配向膜７）との接触面積を大きくすることができる。そのため、例えば、複数の柱状スペーサを設けてなる液晶レンズと略同等の機械的強度を本実施形態に係る液晶レンズ１に要求したとしても、本実施形態における長尺状スペーサ９の短手方向の幅を、柱状スペーサの直径よりも小さくすることができ、結果として、各レンズ領域Ｌにおいてより滑らかなレンズ状の位相分布を形成することが可能となる。

長尺状スペーサ９の高さは、使用する液晶の種類や液晶レンズ１の用途に応じて設定される液晶層８の厚さに対応するようにして適宜設定することができ、例えば、３〜１５０μｍとすることができる。

長尺状スペーサ９を構成する材料としては、特に限定されるものではないが、例えば、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、エポキシ樹脂、ビニル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリイミド樹脂、アルカンチオール等が挙げられる。

なお、液晶レンズ１が十分な機械的強度を有する限り、長尺状スペーサ９は、第１の透明基板２の一辺２ａから当該辺２ａに対向する辺２ｂまで、断続的に延在するように設けられていてもよい。具体的には、図６（Ａ）に示すように、長手方向の長さが略同一のスペーサ９ａを少なくとも２つ、所定の間隔Ｇをあけて直列に並べることで、長尺状スペーサ９を断続的に延在させてもよいし、図６（Ｂ）に示すように、長手方向の長さが異なるスペーサ９ａを少なくとも２つ、所定の間隔Ｇをあけて直列に並べることで、長尺状スペーサ９を断続的に延在させてもよい。なお、図６（Ａ）及び（Ｂ）においては、説明の都合上、第１の配向膜６の図示が省略されている。

次に、上述した構成を有する液晶レンズ１を製造する方法について説明する。図７は、本実施形態に係る液晶レンズ１の製造方法の一部の工程を示すフロー図である。

ガラス基板等の略方形状の第１の透明基板２の一の表面にＩＴＯ等からなる透明電極層４０をスパッタ等により形成し（図７（Ａ））、感光性レジストを用いて所定パターンを有するレジスト層を形成し、当該レジスト層をマスクとして用いて異方性エッチングを行い、第１の透明基板２の対向する二辺と略平行に延在し、所定の間隔を有し、かつ各電極の短手方向の幅Ｗ_Eが略同一である複数の長尺状透明電極４１（ストライプ状透明電極４）を形成する（図７（Ｂ））。

このようにしてストライプ状透明電極４が形成された第１の透明基板２の表面に、長尺状スペーサ９を構成する材料からなるスペーサ層９０を所定の膜厚（例えば、３〜１５０μｍ）となるように形成し（図７（Ｃ））、感光性レジストを用いて所定のパターンを有するレジスト層を形成し、当該レジスト層をマスクとして用いて異方性エッチングを行い、所望とする位置に長尺状スペーサ９を形成する（図７（Ｄ））。最後に、第１の配向膜６を形成し（図７（Ｅ））、所望によりラビング処理を行う。このようにして、第１の透明基板２上にストライプ状透明電極４、長尺状スペーサ９及び第１の配向膜６を設け、この結果、液晶レンズ製造用基材が得られる。

一方で、ガラス基板等の第２の透明基板３の表面の全面に亘ってＩＴＯ等からなる、全面透明電極５としての透明電極層をスパッタ等により形成し、その上にポリイミド等からなる第２の配向膜７を形成し、所望によりラビング処理を行う。このようにして、第２の透明基板３上に全面透明電極５及び第２の配向膜７を設ける。

続いて、第１の透明基板２及び第２の透明基板３を、ストライプ状透明電極４が設けられている面と全面透明電極５が設けられている面とを対向させるようにして配置し、第１及び第２の透明基板２，３の周縁部をシール材により封止して、第１及び第２の透明基板２，３間に液晶８を注入する。これにより、本実施形態に係る液晶レンズ１を製造することができる。なお、本実施形態において第１及び第２の透明基板２，３間に注入される液晶８としては、例えば、シッフ塩基系、アゾ系、エステル系、ビフェニル系等のネマティック液晶化合物等の公知の液晶化合物の１種を用いてもよいし、２種以上を混合して用いてもよい。

上述のようにして製造される本実施形態に係る液晶レンズ１は、画像表示装置の表示パネル（例えば、液晶パネル、プラズマパネル、有機ＥＬパネル、無機ＥＬパネル、ＦＥＤパネル等）の前面に、ストライプ状透明電極４（長尺状透明電極４）が鉛直方向を向くようにして設置されて用いられる。この表示パネルには、右目用の画素と左目用の画素とが順次反復配列されており、その状態において、ストライプ状透明電極４及び全面透明電極５に電圧を印加しないと、表示パネル側から液晶レンズ１に入射される入射光がレンズ効果を受けずに透過し、その結果、２次元（２Ｄ）の画像を表示することができる。

一方、複数の長尺状透明電極４１のそれぞれに異なる電圧を印加し、全面透明電極５に接地電圧を印加すると、液晶レンズ１の各レンズ領域Ｌにおいて電界の強さに応じて液晶分子が配向し、所望とするレンズ効果を奏するようになる。これにより、表示パネル側から入射される入射光が当該レンズ効果を受けて透過し、観察者の右目には右目用の画素のみが見えるように、左目には左目用の画素のみが見えるようになる。その結果、液晶レンズ１を備える画像表示装置において３次元（３Ｄ）の画像を表示することができる。

このとき、液晶レンズ１における長尺状スペーサ９が、液晶８にかかる電界が最小となる位置に設けられていることで、液晶レンズ１の各レンズ領域Ｌにおいて、滑らかなレンズ状の位相分布を形成することができる。また、第１の透明基板２及び第２の透明基板３の間に位置するスペーサ９が長尺状であることで、長尺状スペーサ９の短手方向の幅を小さくすることができるため、長尺状スペーサ９が液晶８の配向にほとんど影響を及ぼさず、液晶レンズ１のレンズ領域Ｌにおいて、より滑らかなレンズ状の位相分布を形成することができる。さらに、長尺状スペーサ９が第１の透明基板２の第１の配向膜６上にフォトリソグラフ法により形成され、固着されていることで、第１の透明基板２と第２の透明基板３とを対向配置させ、その間に液晶８を封入して製造される液晶レンズ１において、長尺状スペーサ９の位置が変動してしまうことがなく、液晶レンズ１において所望とする位置（各レンズ領域Ｌにおいて滑らかなレンズ状の位相分布を形成する上で障害になり難い位置）に確実に長尺状スペーサ９を配置することができる。したがって、本実施形態に係る液晶レンズ１を画像表示装置（表示パネル）の前面に配置して用いることで、ストライプ状透明電極４及び全面透明電極５への電圧の印加の有無により２Ｄ表示及び３Ｄ表示の切り替えが可能であり、３Ｄ表示に切り替えた際に、鮮明、かつ自然な３Ｄ画像を観察者に視認させることができる。

以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。

本実施形態に係る液晶レンズ１においては、ストライプ状透明電極４が設けられている面を第２の透明基板３における全面透明電極５が設けられている面側に対向させるようにして第１の透明基板２が配置されているが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、ストライプ状透明電極４が設けられていない面を第２の透明基板３における全面透明電極５が設けられている面側に対向させるようにして第１の透明基板２が配置されていてもよい。この場合において、第１の透明基板２におけるストライプ状透明電極４が設けられていない面に第１の配向膜６が設けられるとともに、当該第１の配向膜６上であって、各レンズ領域Ｌのそれぞれに含まれる複数の長尺状透明電極４１のうち当該レンズ領域Ｌの中心部Ｌ_Cの最近傍に位置する２つの長尺状透明電極４１の略中間位置に長尺状スペーサ９が設けられているのが好ましく、かかる態様の液晶レンズ製造用基材を用いることで当該液晶レンズを製造することができる。

本実施形態においては、長尺状スペーサ９が略直方体形状を有しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、図８（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、長尺状スペーサ９が、広幅部９ｂと狭幅部９ｃとを複数有する形状であってもよい。

本実施形態においては、第１の透明基板２上にフォトリソグラフ法を用いて長尺状スペーサ９が形成され、固着されているが、本発明はこれに限定されるものではなく、第２の透明基板３の全面透明電極５上にフォトリソグラフ法を用いて長尺状スペーサ９が形成され、固着されていてもよい。この場合において、第１の透明基板２と第２の透明基板３とを対向配置させてなる液晶レンズ１において、ストライプ状透明電極４に電圧を印加し、全面透明電極５に接地電圧を印加したときに、液晶層８にかかる電界が最小となる位置（具体的には、各レンズ領域Ｌのそれぞれに含まれる複数の長尺状透明電極４１のうち当該レンズ領域Ｌの中心部Ｌ_Cの最近傍に位置する２つの長尺状透明電極４１の略中間位置）に長尺状スペーサ９が配置されるように、全面透明電極５上に長尺状スペーサ９が形成され、固着されているのが好ましく、かかる態様の液晶レンズ製造用基材を用いることで当該液晶レンズを製造することができる。なお、スクリーン印刷法を用いて第１の透明基板２上又は第２の透明基板３の全面透明電極５上に長尺状スペーサ９が形成され、固着されていてもよいし、別個に作成した略直方体形状の長尺状スペーサ９が第１の透明基板２上又は第２の透明基板３の全面透明電極５上に転写・固着されて、設置されていてもよい。

本実施形態においては、スペーサ層９０上に感光性レジストを用いて所定パターンを有するレジスト層を形成し、当該レジスト層をマスクとして用いて異方性エッチングを行い、所望とする位置に長尺状スペーサ９を形成しているが（図７（Ｃ），（Ｄ））、スペーサ層９０を感光性樹脂材料等により形成し、所定のパターンを有するフォトマスクを用いて露光、現像することにより、所望とする位置に長尺状スペーサ９を形成してもよい。

本実施形態においては、第１の透明基板２上に、長尺状スペーサ９を構成する材料からなるスペーサ層９０を所定の膜厚（例えば、３〜１５０μｍ）となるように形成し（図７（Ｃ））、所定のパターンを有するレジスト層からなるマスクを用いて異方性エッチングを１回行い、所定の位置に長尺状スペーサ９を形成しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、第１の透明基板２上にスペーサ層９０を形成し、所定のパターンを有するレジスト層からなるマスクを用いて異方性エッチングを行う工程を複数回繰り返してもよい。

なお、本実施形態において、第２の透明基板３と全面透明電極５との間に、クロム等からなるブラックマトリックスが設けられていてもよい。

以下、試験例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は、下記の試験例等に何ら限定されるものではない。

［試料１］
第１の透明基板２及び第２の透明基板３としてガラス基板（縦１００ｍｍ×横１００ｍｍ）を、ストライプ状透明電極４及び全面透明電極５の形成用材料としてＩＴＯを、第１の配向膜６及び第２の配向膜７の形成用材料としてポリイミド系配向膜組成物（ＪＳＲ製，ＡＬ１２５４）、液晶層８を構成する液晶材料としてメルク社製の液晶（ＺＬＩ−１２３７）を用意した。

長尺状スペーサ９を構成する材料（長尺状スペーサ９の形成用材料）として、無機フィラー（テイカ社製，ルチル型酸化チタン，ＭＴ−５００ＨＤＭ）、分散剤（ビックケミー・ジャパン製，Ｄｉｓｐｅｒｂｙｋ１６３）、アクリルポリマー（アクリル酸メチル：アクリル酸：２−ヒドロキシエチルメタクリレート＝５５．０：３０．０：１５．０（モル比）の共重合体１００モル％に対して、２−メタクリロイルオキシエチルイソシアネートを１５．０モル％付加したもの、重量平均分子量：２２０００）、多官能アクリルモノマー（ダイセル工業社製，ＤＰＨＡ）、及び光重合開始剤（ＢＡＳＦ社製，イルガキュアー９０７）を、固形分の重量比で無機フィラー：分散剤：アクリルポリマー：多官能アクリルモノマー：光重合開始剤＝２５：５：４０：２５：５となるよう混合したものを用意した。

そして、図７に示す製造方法に従って液晶レンズ製造用基材を作製し、図２に示す液晶レンズ１を製造した。かかる液晶レンズ１においては、略直方体形状の長尺状スペーサ９の短手方向の幅を２０μｍとし、長手方向の長さを７０ｍｍとし、高さを１０μｍとし、一のレンズ領域Ｌの幅（一のエッジ部Ｌ_Eと他のエッジ部Ｌ_Eとの距離）を３００μｍとし、その中に１個の長尺状透明電極（電極幅Ｗ_E＝３０μｍ）４１を配列させた。なお、第１の配向膜６及び第２の配向膜７の配向方向は、パラレルとなるようにした。

［試料２］
上記試料１において、長尺状スペーサ９の短手方向の幅を１０μｍとした以外は試料１と同様にして液晶レンズ１を製造した

［試料３］
上記試料１において、長尺状スペーサ９の短手方向の幅を８μｍとした以外は試料１と同様にして液晶レンズ１を製造した。

［試料４］
上記試料１において、長尺状スペーサ９の形状を図６（Ａ）に示す形状にした以外は試料１と同様にして液晶レンズ１を製造した。なお、当該液晶レンズ１においては、スペーサ９ａ間の間隔Ｇを２０μｍとした。

［試料５］
上記試料１において、スペーサの形状を略円柱形状とし、複数の略円柱形状のスペーサを長尺状透明電極４１と略平行に、所定の間隔をあけて設けた以外は試料１と同様にして液晶レンズ１を製造した。当該液晶レンズ１においては、略円柱形状のスペーサの直径（第１の透明基板２と設置していない部分（上底部）の直径）を３０μｍ、高さを１０μｍとし、一のレンズ領域Ｌの幅（一のエッジ部Ｌ_Eと他のエッジ部Ｌ_Eとの距離）を３００μｍとし、その中に１個の長尺状透明電極（電極幅Ｗ_E＝３０μｍ）さらに、一のレンズ領域Ｌにはスペーサ間隔が５０μmとなるようにして７０ｍｍにわたって略円柱形状のスペーサを設けた。

［試料６］
上記試料５において、略円柱形状のスペーサの直径を２０μｍとした以外は試料５と同様にして液晶レンズ１を製造した。

〔試験例１〕液晶レンズの強度試験
上述のようにして得られた試料１〜６の液晶レンズに対して振動試験を行い、振動試験後の液晶レンズを顕微鏡で観察しスペーサの状態を評価した。なお、上記の振動試験は、液晶レンズを振動試験装置に固定した状態で、当該振動試験装置を液晶レンズの面外方向（第１の透明基板２及び第２の透明基板３の表面の法線方向）に動かして液晶レンズを振動させた。また、液晶レンズを振動させる際に、振動数が５分間で５０Ｈｚから１００Ｈｚまで変調（スイープ）するサイン振動を、加速度１．０〜４．０Ｇの範囲でそれぞれ３０分間加えた。評価は、顕微鏡で確認した際にスペーサが倒れていた等の破損が見られなかった場合は「○」とし、スペーサが倒れていた等の破損が見られた場合は「×」とした。なお、加速度２．０Ｇでスペーサに破損が確認されなければ好ましい機械的強度を有する液晶レンズ１であると評価することができ、加速度３．０Ｇでスペーサに破損が確認されなければより好ましい
結果を表１に示す。

表１に示すように、スペーサを第１の透明基板の対向する二辺間に連続的に又は断続的に延在させてなる液晶レンズ（試料１〜４）は、優れた機械的強度を有することが確認された。一方、略円柱状スペーサ（直径３０μｍ）を設けてなる液晶レンズ（試料５）は、機械的強度に優れていたが、試料６の液晶レンズ（略円柱状スペーサの直径２０μｍ）は、機械的強度に劣っていた。すなわち、試料５の液晶レンズは機械的強度に優れるものの、スペーサの直径が３０μｍと大きいため、液晶レンズとしての機能（レンズ状の位相分布の形成）面において劣るものと考えられる。略円柱状スペーサを設けてなり、かつ液晶レンズとしての機能を担保するために、試料６の液晶レンズのように略円柱状スペーサの直径を小さくすると、機械的強度に劣る結果となってしまう。この結果から、第１の透明基板又は第２の透明基板の対向する二辺間にスペーサを延在させることで、優れた機械的強度を奏し得るとともに、滑らかなレンズ状の位相分布を形成し得ることが確認された。

本発明の液晶レンズは、２Ｄ／３Ｄ表示の切替が可能な種々のディスプレイに適用することができる。

１…液晶レンズ
２…第１の透明基板（第１の基板）
３…第２の透明基板（第２の基板）
４…ストライプ状透明電極
４１…長尺状透明電極
５…全面透明電極
８…液晶
９…長尺状スペーサ
Ｌ…レンズ領域（所定の領域）

Claims (12)

1. 略方形状の第１の基板と、
   前記第１の基板に対向して配置されてなる略方形状の第２の基板と、
   前記第１の基板の対向する二辺と略平行な方向に延在するようにして、前記第１の基板上に互いに離隔されて設けられてなる複数の長尺状電極と、
   前記第２の基板上に全面に亘って設けられてなる全面電極と、
   前記第１の基板及び前記第２の基板の間に液晶材料が封入されて構成される液晶層と、
   前記第１の基板及び前記第２の基板の間であって、電圧源から前記複数の長尺状電極に電圧が印加され、前記全面電極に接地電圧が印加されたときに、前記液晶層にかかる電界が最小となる位置に、前記長尺状電極と略平行な方向に延在する長尺状スペーサと
   を備え、
   前記長尺状スペーサが、前記複数の長尺状電極のうちの隣接する２つの長尺状電極の間に設けられていることを特徴とする液晶レンズ。
2. 前記長尺状スペーサの高さが、３〜１５０μｍであることを特徴とする請求項１に記載の液晶レンズ。
3. 前記長尺状スペーサは、前記第１の基板上又は前記第２の基板上に固着されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の液晶レンズ。
4. 前記複数の長尺状電極のうちの少なくとも一部であるＮ個（Ｎは３以上の整数である）の長尺状電極を含み、当該Ｎ個の長尺状電極のうちの隣接する２つの長尺状電極の電極中心により構成されるＮ−１個の電極中心間隔を有する所定の領域内において、前記Ｎ−１個の電極中心間隔は、一の電極中心間隔と、当該一の電極中心間隔とは間隔の異なる少なくとも１個の他の電極中心間隔とを含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の液晶レンズ。
5. 裸眼立体表示装置用であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の液晶レンズ。
6. 液晶レンズの製造に用いられる基材であって、
   略方形状の基板と、
   前記基板の対向する二辺と略平行な方向に延在するようにして、前記基板の一方の面に互いに離隔されて設けられてなる複数の長尺状電極と、
   前記基板における前記長尺状電極が設けられている面上、又は前記長尺状電極が設けられていない面上に、前記長尺状電極と略平行な方向に延在するようにして設けられている長尺状スペーサと
   を備え、
   前記長尺状スペーサは、前記基材と、略方形状の他の基板の一方の面の全面に亘って全面電極が設けられてなる他の基材とを対向配置させ、両基材間に液晶材料を封入して製造される液晶レンズにおいて、前記複数の長尺状電極に電圧を印加し、前記他の基板に設けられている全面電極に接地電圧を印加したときに、前記液晶材料により構成される液晶層にかかる電界が最小となる部位に配置されるように、前記基板に設けられており、
   前記長尺状スペーサが、前記複数の長尺状電極のうちの隣接する２つの長尺状電極の間に設けられていることを特徴とする液晶レンズ製造用基材。
7. 前記長尺状スペーサの高さが、３〜１５０μｍであることを特徴とする請求項６に記載の液晶レンズ製造用基材。
8. 前記長尺状スペーサは、前記基板における前記長尺状電極が設けられている面上、又は前記長尺状電極が設けられていない面上に固着されていることを特徴とする請求項６又は７に記載の液晶レンズ製造用基材。
9. 前記複数の長尺状電極のうちの少なくとも一部であるＮ個（Ｎは３以上の整数である）の長尺状電極を含み、当該Ｎ個の長尺状電極のうちの隣接する２つの長尺状電極の電極中心により構成されるＮ−１個の電極中心間隔を有する所定の領域内において、前記Ｎ−１個の電極中心間隔は、一の電極中心間隔と、当該一の電極中心間隔とは間隔の異なる少なくとも１個の他の電極中心間隔とを含むことを特徴とする請求項６〜８のいずれかに記載の液晶レンズ製造用基材。
10. 液晶レンズの製造に用いられる基材であって、
    略方形状の基板と、
    前記基板の一方の面の全面に設けられてなる全面電極と、
    前記基板における前記全面電極が設けられている面上、又は前記全面電極が設けられていない面上に、前記基板の対向する二辺と略平行な方向に延在するようにして設けられている略直方体形状を有する長尺状スペーサと
    を備え、
    前記長尺状スペーサは、前記基材と、略方形状の他の基板の一方の面に複数の長尺状電極が当該他の基板の対向する二辺と略平行な方向に延在するようにして、互いに離隔されて設けられてなる他の基材とを対向配置させ、両基材間に液晶材料を封入して製造される液晶レンズにおいて、前記全面電極に接地電圧を印加し、前記他の基材に設けられている複数の長尺状電極に電圧を印加したときに、前記液晶材料により構成される液晶層にかかる電界が最小となる部位に配置されるように、かつ前記長尺状電極と略平行な方向に延在するように前記基板に設けられており、
    前記長尺状スペーサが、前記他の基材に設けられている複数の長尺状電極のうちの隣接する２つの長尺状電極の間に配置されるように、前記基板に設けられていることを特徴とする液晶レンズ製造用基材。
11. 前記長尺状スペーサの高さが、３〜１５０μｍであることを特徴とする請求項１０に記載の液晶レンズ製造用基材。
12. 前記長尺状スペーサは、前記基板における前記全面電極が設けられている面上、又は前記全面電極が設けられていない面上に固着されていることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の液晶レンズ製造用基材。

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