KR20130108109A - 액정 광학 소자 및 화상 표시 장치 - Google Patents

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Abstract

일 실시 형태에 따르면, 액정 광학 소자는 제1 기판부와, 제2 기판부와, 액정층을 포함한다. 상기 제1 기판부는, 제1 기판과, 제1 전극과, 제2 전극을 포함한다. 상기 제1 전극은 제1 방향으로 연장된다. 상기 제2 전극은 상기 제1 전극 사이에 배치된다. 상기 제2 기판부는, 제2 기판과, 제1 대향 전극과, 제2 대향 전극을 포함한다. 상기 제2 대향 전극은 상기 제1 대향 전극과 이격되어 있다. 상기 액정층은, 상기 제1 및 제2 기판부의 사이에 설치된다. 상기 제1 대향 전극과 상기 제2 대향 전극의 사이의 제1 이격 영역과 상기 중심축의 사이의 상기 제2 방향을 따른 거리는, 상기 제2 전극과 상기 중심축의 사이의 거리보다 길다.

Description

액정 광학 소자 및 화상 표시 장치{LIQUID CRYSTAL OPTICAL APPARATUS AND IMAGE DISPLAY DEVICE}
본 출원은 2012년 3월 22일자로 출원된 일본 특허 출원 제2012-066404호를 기초로 하여 우선권을 주장하며, 그 전체 내용은 본 명세서에 참조로서 원용된다.
본 명세서에 설명된 실시 형태는 일반적으로 액정 광학 소자 및 화상 표시 장치에 관한 것이다.
액정 분자의 복굴절성을 이용하여, 전압의 인가에 따라서 굴절률의 분포를 변화시키는 액정 광학 소자가 알려져 있다. 이러한 액정 광학 소자와 화상 표시부를 조합한 입체 화상 표시 장치가 있다.
이러한 입체 화상 표시 장치에서는, 액정 광학 소자의 굴절률의 분포를 변화시킴으로써, 화상 표시부에 표시된 화상을 화상 표시부에 표시된 대로 관찰자의 눈에 입사시키는 상태와, 화상 표시부에 표시된 화상을 복수의 시차 화상으로서 관찰자의 눈에 입사시키는 상태 간에 전환된다. 이에 의해, 2차원 표시 동작과 3차원 화상 표시 동작을 실현한다. 또한, 프레넬 영역(Fresnel zone) 플레이트의 광학 원리를 이용해서 광의 경로를 변경하는 기술도 알려져 있다. 이러한 표시 장치에서는 높은 표시 품위가 요구되고 있다.
일 실시 형태에 따르면, 액정 광학 소자는 제1 기판부와, 제2 기판부와, 액정층을 포함한다. 상기 제1 기판부는, 제1 주면을 갖는 제1 기판과, 복수의 제1 전극과, 복수의 제2 전극을 포함한다. 상기 제1 전극은, 상기 제1 주면 상에 설치되고 제1 방향으로 연장된다. 상기 제1 전극은 상기 제1 방향과 직교하는 제2 방향으로 배열된다. 상기 제2 전극은, 상기 제1 주면 상에서 상기 제1 방향으로 연장되도록 설치된다. 상기 제2 전극은 중심축과 상기 최근접의 2개의 상기 제1 전극 중 한쪽의 전극의 사이의 제1 영역에 배치된다. 상기 중심축은 상기 제1 방향에 대해 평행하고, 최근접의 2개의 상기 제1 전극의 중점을 지난다. 상기 제2 기판부는, 상기 제1 주면과 대향하는 제2 주면을 갖는 제2 기판과, 제1 대향 전극과, 제2 대향 전극을 포함한다. 상기 제1 대향 전극은, 상기 제2 주면 상에 설치되고 상기 제1 전극과 대향해서 상기 제1 방향으로 연장된다. 상기 제2 대향 전극은, 상기 제2 주면 상에 설치되고 상기 제1 대향 전극과 이격해서 상기 제1 방향으로 연장된다. 상기 제2 대향 전극은 상기 중심축과 겹친다. 상기 액정층은, 상기 제1 기판부와 상기 제2 기판부의 사이에 설치된다. 상기 제1 대향 전극과 상기 제2 대향 전극의 사이의 제1 이격 영역의 중심과 상기 중심축의 사이의 상기 제2 방향을 따른 거리는, 상기 제2 전극의 중심과 상기 중심축의 사이의 상기 제2 방향을 따른 거리보다 길다.
도 1은 제1 실시 형태에 관한 액정 광학 소자의 구성을 도시하는 모식적 단면도다.
도 2는 제1 실시 형태에 관한 액정 광학 소자의 구성을 도시하는 모식도다.
도 3a 및 도 3b는, 제1 실시 형태에 관한 액정 광학 소자의 특성을 도시하는 모식도다.
도 4는 제1 실시 형태에 관한 액정 광학 소자의 특성을 도시하는 모식도다.
도 5는 제1 실시 형태에 관한 다른 액정 광학 소자의 구성을 도시하는 모식적 단면도다.
도 6은 제1 실시 형태에 관한 다른 액정 광학 소자의 구성을 도시하는 모식적 단면도다.
도 7은 제1 실시 형태에 관한 다른 액정 광학 소자의 구성을 도시하는 모식적 단면도다.
도 8은 제1 실시 형태에 관한 다른 액정 광학 소자의 구성을 도시하는 모식적 단면도다.
도 9는 제2 실시 형태에 관한 액정 광학 소자의 구성을 도시하는 모식적 단면도다.
도 10은 제2 실시 형태에 관한 다른 액정 광학 소자의 구성을 도시하는 모식적 단면도다.
도 11은 제2 실시 형태에 관한 다른 액정 광학 소자의 구성을 도시하는 모식적 단면도다.
도 12는 제2 실시 형태에 관한 다른 액정 광학 소자의 구성을 도시하는 모식적 단면도다.
이하, 본 발명의 각 실시 형태에 대해서 도면을 참조하면서 설명한다.
도면은 모식적 또는 개념적인 것이며, 각 부분의 두께와 폭의 관계, 부분간의 크기의 비율 등은 반드시 현실의 것과 동일하다고는 할 수 없다. 또한, 동일한 부분을 나타낼 경우라도, 도면 간에 치수 및/또는 비율이 상이하게 나타내지는 경우도 있다.
본원의 명세서와 각 도면에서, 기출의 도면에 관해 상술한 것과 마찬가지의 요소에는 동일한 번호를 부여해서 상세한 설명은 적절하게 생략한다.
(제1 실시 형태)
도 1은, 제1 실시 형태에 관한 액정 광학 소자의 구성을 예시하는 모식적 단면도다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 액정 광학 소자(111)는, 제1 기판부(10u)와, 제2 기판부(20u)와, 액정층(30)을 포함한다. 액정층(30)은, 제1 기판부(10u)와 제2 기판부(20u)의 사이에 설치된다.
제1 기판부(10u)는, 제1 기판(10)과, 복수의 제1 전극(11)과, 복수의 제2 전극(12)을 포함한다. 제1 기판(10)은, 제1 주면(10a)을 갖는다. 복수의 제1 전극(11)은, 제1 주면(10a) 상에 설치된다. 복수의 제1 전극(11)의 각각은, 제1 방향으로 연장된다. 복수의 제1 전극(11)은, 제2 방향을 따라서 배열된다. 제2 방향은 제1 방향과 직교한다.
제1 방향을 Y축 방향으로 한다. 제2 방향을 X축 방향으로 한다. X축 방향과 Y축 방향에 대하여 수직인 방향을 Z축 방향으로 한다.
도 1에서는, 복수의 제1 전극(11) 중 2개가 도시되어 있다. 복수의 제1 전극(11)의 수는 임의이다.
이제 복수의 제1 전극(11) 중 최근접의(most proximal) 2개의 제1 전극(11)에 주목한다. 최근접의 제1 전극(11)의 사이에는, 중심축(59)이 있다. 중심축(59)은, 최근접의 2개의 제1 전극(11)의 각각의 X축 방향에서의 중심을 연결하는 선분의 중점을 지나간다. 중심축(59)은, Y축 방향에 대하여 평행이다.
최근접의 2개의 제1 전극(11) 중 한쪽을 전극(11p)이라고 한다. 전극(11p)의 위치(19p)는, 전극(11p)의 X축 방향에서의 중심의 위치다. 최근접의 2개의 제1 전극(11) 중 다른 쪽을 전극(11q)이라고 한다. 전극(11q)의 위치(19q)는, 전극(11q)의 X축 방향에서의 중심의 위치다.
제1 주면(10a) 중에서, 중심축(59)과, 최근접의 2개의 제1 전극(11) 중 한쪽의 전극(11p)의 위치(19p)의 사이의 영역을 제1 영역(R1)이라고 한다. 제1 주면(10a) 중에서, 중심축(59)과, 최근접의 2개의 제1 전극(11) 중 다른 쪽의 전극(11q)의 위치(19q)의 사이의 영역을 제2 영역(R2)이라고 한다. 중심축(59)으로부터 전극(11p)을 향하는 방향을 +X 방향으로 한다. 중심축(59)으로부터 전극(11q)을 향하는 방향은, -X 방향에 상당한다.
전극(11p)의 위치(19p)와 전극(11q)의 위치(19q)의 사이의 X축 방향을 따른 거리(p11)는, 전극(11p)의 위치(19p)와 중심축(59)의 사이의 X축 방향을 따른 거리(d11)의 2배다.
복수의 제2 전극(12)의 각각은, 제1 주면(10a) 상에서, 제1 방향(Y축 방향)으로 연장한다. 제2 전극(12)은, X-Y 평면(Y축 방향과 X축 방향을 포함하는 평면)에 투영했을 때에, 제1 영역(R1)에 배치된다.
제1 기판부(10u)는, 제1 주면(10a) 상의 제2 영역(R2)에 설치된 전극(12R)을 더 포함한다. 제2 영역(R2)에서의 제1 기판부(10u)의 구성은, 제1 영역(R1)에서의 제1 기판부(10u)의 구성과, 실질적으로 중심축(59)을 대칭 축으로 하는 선대칭이다. 단, 이는 엄밀한 선대칭이 아니어도 좋다. 예를 들어, 액정층(30)의 배향의 분포(예를 들어 프리 틸트각 등)에 기초하여, 미소한 비대칭성이 도입되어도 좋다. 이하에서는, 제1 영역(R1)의 구성 및 특성에 관해서 설명하지만, 제2 영역(R2)의 구성 및 특성도 마찬가지다.
제2 기판부(20u)는, 제2 기판(20)과, 제1 대향 전극(21)과, 제2 대향 전극(22)을 포함한다. 제2 기판(20)은, 제1 주면(10a)과 대향하는 제2 주면(20a)을 갖는다. 제1 대향 전극(21)은, 제2 주면(20a) 상에 설치된다. 제1 대향 전극(21)은, 제1 전극(11)과 대향하고, Y축 방향으로 연장된다. 제2 대향 전극(22)은, 제2 주면(20a) 상에 설치된다. 제2 대향 전극(22)은, 제1 대향 전극(21)과 이격하면서, Y축 방향으로 연장된다. 제1 대향 전극(21)과 제2 대향 전극(22)의 사이의 영역(간극)을 제1 이격 영역(22s)이라고 한다. 제2 대향 전극(22)은, X-Y 평면에 투영했을 때에 중심축(59)과 겹친다. 제1 이격 영역(22s)(간극)은, Y축 방향을 따라서 연장한다.
본 명세서에서, 대향하고 있는 상태는, 직접 마주 보는 상태 외에도, 사이에 다른 요소가 삽입되어 마주 보는 상태도 포함한다.
X-Y 평면에 투영했을 때에, 제1 영역(R1)에서의, 상기의 제1 이격 영역(22s)의 X축 방향을 따른 중심(22sC)과, 중심축(59)의 사이의 X축 방향을 따른 거리를 거리(d22)라고 한다. X-Y 평면에 투영했을 때에, 제1 영역(R1)에서의 제2 전극(12)의 X축 방향을 따른 중심(12C)과, 중심축(59)의 사이의 X축 방향을 따른 거리를 거리(d12)라고 한다. 본 실시 형태에서는, 거리(d22)는, 거리(d12)보다 길다.
제2 기판부(20u)에 설치되는 전극의 제1 이격 영역(22s)은, 제1 기판부(10u)에 설치되는 제2 전극(12)과 페어(pair)를 형성한다. 1개의 페어에서, 제1 이격 영역(22s)의 X축 방향을 따른 위치는, 제2 전극(12)의 X축 방향을 따른 위치로부터 시프트하고 있다. 즉, X축 방향에서, 전극의 배치에 비대칭성이 도입된다. 이에 의해, 후술하는 바와 같이, 액정층(30) 중에 형성되는 전계 분포에 비대칭성을 형성할 수 있어, 액정 광학 소자(111)에서의 굴절률 분포 특성이 향상한다. 이에 의해, 고품위의 표시를 제공하는 액정 광학 소자를 제공할 수 있다.
제1 기판(10), 제1 전극(11), 제2 전극(12), 제2 기판(20), 제1 대향 전극(21) 및 제2 대향 전극(22)은, 광에 대하여 투과성이다. 구체적으로는 투명하다.
제1 기판(10) 및 제2 기판(20)은, 예를 들어, 유리 또는 수지 등의 투명 재료를 포함한다. 제1 기판(10) 및 제2 기판(20)은, 판 형상 또는 시트 형상이다. 제1 기판(10) 및 제2 기판(20)의 두께는, 예를 들어, 50마이크로미터(㎛) 이상, 2000㎛ 이하다. 단, 두께는 임의이다.
제1 전극(11), 제2 전극(12), 제1 대향 전극(21) 및 제2 대향 전극(22)은, 예를 들어, In, Sn, Zn 및 Ti로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 1개(1종)의 원소를 포함하는 산화물을 포함한다. 이들 전극은, 예를 들어 ITO를 포함할 수 있다. 예를 들어, In2O3 및 SnO3로부터 선택된 적어도 한쪽을 사용해도 된다. 이들 전극의 두께는, 예를 들어 약 200나노미터(nm)(예를 들어 100nm 이상 350nm 이하)이다. 전극의 두께는, 예를 들어, 가시광에 대해 높은 투과율이 얻어지는 두께로 설정된다.
제1 전극(11)의 배치 피치(최근접의 제1 전극(11)끼리의 각각의 X축 방향의 중심 사이의 거리(p11))는, 예를 들어, 10㎛ 이상 1000㎛ 이하다. 배치 피치는, 원하는 사양(후술하는 굴절률 분포형 렌즈의 특성)에 적합하도록 설정된다.
제1 전극(11)의 X축 방향을 따른 길이(폭)는, 예를 들어, 5㎛ 이상 300㎛ 이하다.
제2 전극(12)의 X축 방향을 따른 길이(폭(w12))는, 예를 들어, 5㎛ 이상 300㎛ 이하다.
제1 대향 전극(21)과 제2 대향 전극(22)의 사이의 제1 이격 영역(22s)의 X축 방향을 따른 길이(폭(w22))는, 예를 들어, 5㎛ 이상 300㎛ 이하다.
액정층(30)은, 액정 재료를 포함한다. 액정 재료는, 네마틱 액정(액정 광학 소자(111)의 사용 온도에서 네마틱 상을 가짐)을 포함할 수 있다. 액정 재료는, 양의 유전 이방성 또는 음의 유전 이방성을 갖는다. 양의 유전 이방성인 경우, 액정층(30)에서의 액정의 초기 배향(액정층(30)에 전압을 인가하지 않을 때의 배향)은, 예를 들어, 실질적으로 수평 배향이다. 음의 유전 이방성인 경우, 액정층(30)에서의 액정의 초기 배향은, 실질적으로 수직 배향이다.
본 명세서에 있어서, 수평 배향에서는, 액정의 디렉터(액정 분자의 장축)와 X-Y 평면의 사이의 각도(프리 틸트각)는 0°이상 30°이하다. 수직 배향의 경우에는, 예를 들어, 프리 틸트각은 60°이상 90°이하다. 초기 배향 및 전압 인가시의 배향으로부터 선택된 적어도 한쪽에서, 액정의 디렉터는, X축 방향에 대해 평행한 성분을 갖는다.
이하에서는, 액정층(30)에 포함되는 액정의 유전 이방성은 양이며, 초기 배향이 실질적으로 수평 배향일 경우에 대해서 설명한다.
실질적인 수평 배향의 경우, 초기 배향에서, X-Y 평면에 투영했을 때, 디렉터는, X축 방향에 대해 실질적으로 평행이다. 예를 들어, X-Y 평면에 투영했을 때, 디렉터와 X축 방향의 각도(의 절대값)는, 15도 이하다. 액정층(30)의 제1 기판부(10u)의 근방에서의(proximal) 배향 방향은, 액정층(30)의 제2 기판부(20u)의 근방에서의 배향 방향에 대해 반평행이다. 즉, 초기 배향은, 스프레이 배향이 아니다.
제1 기판부(10u)는, 배향막(도시하지 않음)을 더 포함해도 좋다. 제1 기판부(10u)의 배향막과 제1 기판(10)의 사이에, 제1 전극(11) 및 제2 전극(12)이 배치된다. 제2 기판부(20u)는, 배향막(도시하지 않음)을 더 포함해도 좋다. 제2 기판부(20u)의 배향막과 제2 기판(20)의 사이에, 제1 대향 전극(21) 및 제2 대향 전극(22)이 배치된다. 이들 배향막은 예를 들어 폴리이미드를 포함할 수 있다. 배향막에 예를 들어 러빙 처리를 행함으로써, 액정층(30)의 초기 배향이 얻어진다. 제1 기판부(10u)의 러빙 처리의 방향은, 제2 기판부(20u)의 러빙 방향에 대해 반평행이다. 배향막에 광 조사 처리를 행함으로써, 초기 배향을 얻어도 좋다.
제1 전극(11)과 제1 대향 전극(21)의 사이, 및 제2 전극(12)과 제2 대향 전극(22)의 사이에 전압을 인가함으로써, 액정층(30)에서의 액정 배향이 변화된다. 이 변화에 수반하여 액정층(30)에 굴절률 분포가 형성되고, 이 굴절률 분포에 의해, 액정 광학 소자(111)에 입사하는 광의 진행 방향을 변화시킨다. 이 광의 진행 방향의 변화는, 주로 굴절 효과에 기초한다.
도 2는, 제1 실시 형태에 관한 액정 광학 소자의 구성을 예시하는 모식도다.
도 2는, 액정 광학 소자(111)의 사용 상태의 예도 도시하고 있다. 액정 광학 소자(111)는, 화상 표시부(80)와 함께 사용된다. 실시 형태에 관한 화상 표시 장치(211)는, 실시 형태에 관한 임의의 액정 광학 소자(이 예에서는 액정 광학 소자(111))와, 화상 표시부(80)를 포함한다. 화상 표시부(80)에는, 임의의 표시 장치를 사용할 수 있다. 예를 들어, 액정 표시 장치, 유기 EL 표시 장치 또는 플라즈마 디스플레이 등을 사용할 수 있다.
화상 표시부(80)는, 표시부(81)를 포함한다. 표시부(81)는, 액정 광학 소자(111)와 적층된다. 표시부(81)는, 화상 정보를 포함하는 광을 액정층(30)에 입사시킨다. 화상 표시부(80)는, 표시부(81)를 구동하는 표시 구동부(82)를 더 포함할 수 있다. 표시부(81)는, 표시 구동부(82)로부터 표시부(81)에 공급되는 신호에 기초하여 변조된 광을 생성한다. 표시부(81)는, 예를 들어, 복수의 시차 화상을 포함하는 광을 출사한다. 액정 광학 소자(111)는 후술하는 바와 같이, 광로를 변경하는 동작 상태와, 광로를 실질적으로 변경하지 않는 동작 상태를 갖는다. 광로를 변경하는 동작 상태의 액정 광학 소자(111)에 광이 입사함으로써, 화상 표시 장치(211)는, 예를 들어, 3차원 표시를 제공한다. 예를 들어, 광로를 실질적으로 변경하지 않는 동작 상태에서, 화상 표시 장치(211)는, 2차원 화상 표시를 제공한다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 액정 광학 소자(111)는, 구동부(72)를 더 포함할 수 있다. 구동부(72)는, 표시 구동부(82)와 유선 또는 무선의 방법(전기적 방법 또는 광학적 방법 등)에 의해 접속되어도 좋다. 또한, 화상 표시 장치(211)는, 구동부(72)와 표시 구동부(82)를 제어하는 제어부(도시하지 않음)를 더 포함해도 좋다.
구동부(72)는, 제1 전극(11), 제2 전극(12), 제1 대향 전극(21) 및 제2 대향 전극(22)과 전기적으로 접속된다.
구동부(72)는, 제1 전극(11)과 제1 대향 전극(21)의 사이에 제1 전압을 인가하고, 제2 전극(12)과 제2 대향 전극(22)의 사이에 제2 전압을 인가한다.
본 명세서에서는, 2개의 전극의 사이의 전위를 동일하게 하는(0 볼트로 하는) 상태도, 편의적으로, 전압을 인가하는 상태에 포함되는 것으로 한다.
제1 전압 및 제2 전압은, 직류 전압이나 교류 전압이라도 좋다. 제1 전압 및 제2 전압의 극성은, 예를 들어 주기적으로 변화되어도 좋다. 예를 들어, 제1 대향 전극(21)의 전위를 고정하고, 제1 전극(11)의 전위를 교류로 변화시켜도 좋다. 또한, 제1 대향 전극(21)의 전위의 극성을 주기적으로 변화시키고, 제1 전극(11)의 전위를 제1 대향 전극(21)의 전위의 극성의 변화에 연동하여 역 극성으로 변화시켜도 좋다. 즉, 코먼 반전 구동을 행해도 좋다. 이에 의해, 구동 회로의 전원 전압을 작게 할 수 있어, 구동 IC의 파괴 전압 사양이 완화된다.
액정층(30)의 프리 틸트각이 비교적 작은(예를 들어 10도 이하) 경우에는, 액정층(30)의 액정 배향의 변화에 관한 임계값 전압(Vth)이 비교적 명확하다. 이 경우, 예를 들어, 제1 전압 및 제2 전압은, 임계값 전압(Vth)보다 크게 설정된다. 전압의 인가에 의해, 액정층(30)의 액정 배향이 변화되고, 그것에 기초하여 굴절률 분포가 형성된다. 굴절률 분포는, 전극의 배치와, 전극에 인가하는 전압에 의해 정해진다.
이하, 액정층(30)에서의 굴절률 분포를 모델적으로 설명한다.
도 3a 및 도 3b는, 제1 실시 형태에 관한 액정 광학 소자의 특성을 예시하는 모식도다.
도 3a는, 액정 광학 소자(111)의 구성과 함께 굴절률 분포(31)를 모델적으로 도시하고 있다. 도 3b는, 액정 광학 소자(111)에서의 굴절률 분포(31)의 예를 나타내고 있다.
예를 들어, 제1 전극(11)의 전위를 VE 전위로 설정하고, 제1 대향 전극(21)의 전위를 GND 전위(접지 전위)로 설정한다. 제1 전극(11)과 제1 대향 전극(21)의 사이에는, GND-VE의 전위차의 제1 전압이 인가된다. 이 영역에서는, Z축 방향의 성분을 포함하는 전계가 인가된다.
예를 들어, 제2 전극(12)의 전위를 VF 전위로 설정하고, 제2 대향 전극(22)의 전위를 GND 전위로 설정한다. 제2 전극(12)과 제2 대향 전극(22)의 사이에는, GND-VF의 전위차의 제2 전압이 인가된다. 이 영역에서는, Z축 방향의 성분을 포함하는 전계가 인가된다. 제1 전극(11)의 전위(VE 전위)는, 제2 전극(12)의 전위(전위 VF)와는 다른 전위라도 좋고, 동일한 전위라도 좋다. 제1 대향 전극(21)의 전위는, 제2 대향 전극(22)의 전위와 동일해도 좋고, 상이해도 좋다.
제1 전압 및 제2 전압이 인가되는 영역의 액정층(30)에서는, 액정의 틸트각이 큰 배향(예를 들어 수직 배향)이 형성된다. 이 영역의 실효적인 굴절률은, 상광(ordinary light)에 대한 굴절률(no)이 된다.
한편, 예를 들어, 제1 전극(11)과 제2 전극(12)의 사이의 영역, 및 제2 전극(12)과 전극(12R)의 사이의 영역에서는, 초기 배향(예를 들어 수평 배향)이 형성된다. X축 방향으로 진동하는 광에 대한 이 영역의 굴절률은, 이상광에 대한 굴절률(ne)이 된다. 이에 의해, 액정층(30)에서 굴절률 분포(31)가 형성된다.
굴절률 분포(31)에서는, 예를 들어, 굴절률의 변화(굴절률차(31d))는, 이상 광에 대한 굴절률과 상광에 대한 굴절률의 차의 대략 20% 이상 대략 80% 이하 정도다.
예를 들어, 액정층(30) 중에서, 제1 전극(11)의 중앙부에 대향하는 부분의 근방, 및 제2 전극(12)의 중앙부에 대향하는 부분의 근방에서, 굴절률은 최소가 된다. 액정층(30) 중에서, 중심축(59) 근방, 및 제1 이격 영역(22s)의 근방에서 굴절률은 최대가 된다.
도 3a에 나타낸 바와 같이, 굴절률 분포(31)는, 예를 들어, 프레넬 렌즈에서의 렌즈의 두께의 분포에 대응하는 형상을 갖는다. 액정 광학 소자(111)는, 굴절률이 면내에서 변화되는 액정 GRIN 렌즈(Gradient Index lens)로서 기능한다.
형성되는 굴절률 분포(31)에서, 중심축(59)의 위치는, 렌즈 중심의 위치에 대응하고, 전극(11p) 및 전극(11q)의 위치는, 렌즈 단부의 위치에 대응한다.
도 3b는, 상기의 전압을 인가했을 때의, 액정 광학 소자(111)의 굴절률 분포(31)를 모델적으로 도시하고 있다. 도 3a의 횡축은 X축이며, 종축은 굴절률(n)(실효적인 굴절률)이다.
도 3b에 나타낸 바와 같이, 액정 배향의 연속성에 의해, 실제의 굴절률 분포(31)는, 도 3a에 예시한 특성에서의 굴절률의 변화율을 낮게 한 매끄러운 곡선 형상의 특성을 갖는다.
도 3b에 나타낸 바와 같이, 액정 광학 소자(111)에서는, 제2 전극(12)과 제1 이격 영역(22s)의 페어가, 굴절률의 최소점(32)과 최대점(33)을 형성한다. 즉, 제1 영역(R1)에서의 액정층(30)에서의 굴절률 분포(31)에서는 굴절률은 중심축(59)에서 높고, +X 방향을 따라 감소하며, 제2 전극(12)의 근방에서 최소가 된다. 굴절률은, 제2 전극(12)과 제1 이격 영역(22s)의 페어의 위치의 근방에서 상승하고, 제1 이격 영역(22s)의 근방에서 최대가 된다. 제1 이격 영역(22s)으로부터 제1 전극(11)을 향해 굴절률은 감소한다.
액정 광학 소자(111)는, 복수의 곡면을 조합한 프레넬 렌즈의 특성을 갖는다. 이에 의해, 동일한 광학 특성을 얻으면서 렌즈의 두께를 얇게 할 수 있는 것에 대응한다. 액정 광학 소자(111)에서는, 액정층(30)의 두께를 얇게 할 수 있어, 액정 재료의 사용량을 삭감할 수 있다. 또한, 액정층(30)의 응답 속도가 향상한다.
액정 광학 소자(111)에서는, 제2 전극(12)과 제1 이격 영역(22s)의 페어가, 굴절률의 최소점(32)과 최대점(33)을 형성한다. 이에 의해, 굴절률의 최소점(32)에서 최대점(33)으로의 변화를 가파르게 할 수 있다. 중심축(59)과 제2 전극(12)의 사이의 영역, 및 제1 이격 영역(22s)과 제1 전극(11)의 사이의 영역에서는, 굴절률의 변화(굴절률의 감소)는 완만하게 할 수 있다. 즉, 실시 형태에서는, +X 방향을 따른 굴절률 상승률은, +X 방향을 따른 굴절률 감소율보다 높다. 이 굴절률 분포는, 예를 들어, 프레넬 렌즈 형상의 렌즈의 두께의 분포에 대응하며, 양호한 광학 특성을 얻을 수 있다.
예를 들어, 제2 기판부(20u)에서, 전극의 사이에 제1 이격 영역(22s)을 형성하지 않는 참고예에서는, 제2 전극(12)의 근방에서, X축 방향을 따른 전기력선은, X축 방향을 따라 실질적으로 좌우 대칭의 형상이 된다. 이로 인해, 제2 전극(12)의 근방에서, +X 방향을 따른 굴절률 상승률은, +X 방향을 따른 굴절률 감소율과 실질적으로 동일해진다. 이로 인해, 굴절률이 상승하는 부분에서는, 특히 경사진 광에 대하여, 의도하지 않은 방향으로 광이 유도된다. 즉, 미광을 발생시킨다. 이로 인해, 예를 들어, 크로스 토크가 발생하여 표시 품위가 낮다.
이에 대해, 실시 형태에 관한 액정 광학 소자(111)에서는, 제2 기판부(20u)에서의 전극에 제1 이격 영역(22s)을 형성한다. 제1 기판부(10u)의 제2 전극(12)과, 제2 기판부(20u)의 제1 이격 영역(22s)이 1개의 페어를 형성하여, 비대칭의 전계 분포(전기력선의 분포)를 형성할 수 있다. 이에 의해, +X 방향을 따른 굴절률 상승률을, +X 방향을 따른 굴절률 감소율보다 높게 할 수 있다. 굴절률의 최소점(32)에서 최대점(33)으로의 변화를 가파르게 할 수 있다. 이로 인해, 미광을 억제할 수 있다. 그리고, +X 방향을 따른 굴절률의 변화(감소)는 완만하게 할 수 있어, 양호한 렌즈 효과가 얻어진다.
실시 형태에 관한 액정 광학 소자(111)에 따르면, 고품위의 표시를 제공하는 액정 광학 소자를 제공할 수 있다.
도 3a에서, 제1 전극(11)의 전위를 제2 전극(12)의 전위와는 다른 전위로 설정하면, 제2 전극(12)의 주변에 좌우 비대칭(제2 전극(12)의 X축 방향을 따른 중심을 지나 Y축 방향에 대해 평행인 선에 대해 비대칭)인 전계가 발생한다. 제2 전극(12)의 한쪽 단부(예를 들어, 렌즈 단부측)의 영역에서는, 액정 분자의 틸트각이 급격하게 커진다. 이 영역에서의 틸트 방향은, 초기 배향과 동일한 틸트 방향이다. 이 영역에서는, 액정층(30)의 굴절률이 급격하게 내려가, 프레넬형의 굴절률의 단차가 발생한다. 한편, 제2 전극(12)의 다른 쪽 단부(렌즈 중심측의 단부)의 영역에서는, 액정 분자의 틸트각의 변화는 완만하다. 이 영역에서의 틸트 방향은 초기 배향과는 다른 방향인데, 액정 분자의 틸트각의 변화가 완만하기 때문에, 이 부분에서, 배향 흐트러짐(예를 들어, 리버스 틸트 및/또는 트위스트)의 발생은 억제된다.
도 4는, 제1 실시 형태에 관한 액정 광학 소자의 특성을 예시하는 모식도다.
도 4는, 액정 광학 소자(111)의 전압 인가시에 액정층(30)에 발생하는 전계의 특성 및 전압 인가시의 액정층(30)의 굴절률의 특성의, 시뮬레이션 결과의 일례다. 도 4에서, 파선은 등전위 곡선(30e)이다. 실선은, 굴절률 분포(31)의 곡선이다.
도 4에 나타낸 바와 같이, 예를 들어, 제1 전극(11)과 제1 대향 전극(21)의 사이의 전계는 X축 방향을 따라서 렌즈 중심을 향할수록 작아진다. 이로 인해, 제1 전극(11)에서 제2 전극(12)으로 근접할수록 초기 배향(예를 들어 수평 배향)에 가까운 배향이 형성된다. 이 영역의 굴절률은, X축 방향으로 진동하는 광에 대하여, 이상광에 대한 굴절률(ne)이 된다. 한편, 제2 전극(12) 상에서는, 제2 전극(12)과 제2 대향 전극(22)의 사이의 전계에 의해 굴절률이 저하한다. 이에 의해, 프레넬형의 굴절률 분포가 형성된다. 제1 대향 전극(21)과 제2 대향 전극(22)의 사이에, 전극이 설치되지 않은 영역(제1 이격 영역(22s))이 있다. 이에 의해, 제1 이격 영역(22s)의 부분에, 비대칭의 렌즈 형상의 굴절률 분포를 형성할 수 있다.
한편, 제2 전극(12)의 전위(VF 전위)를 제1 전극(11)의 전위(VE 전위)와 동일하게 설정하고, 제2 대향 전극(22)의 전위를 제1 대향 전극(21)의 전위와 동일한 전위(예를 들어 GND 전위)로 설정해도 좋다. 제2 전극(12)과 제2 대향 전극(22)의 사이에는, GND-VE의 전위차의 제1 전압이 인가된다. 이 영역에서는, Z축 방향의 성분을 포함하는 전계가 인가된다. 이 경우도, 제1 전압 및 제2 전압이 인가되는 영역의 액정층(30)에서는, 액정의 틸트각이 큰 배향(예를 들어 수직 배향)이 형성된다. 제1 전극(11)과 제2 전극(12)의 사이의 영역, 및 제2 전극(12)과 전극(12R)의 사이의 영역에서는, 초기 배향(예를 들어 수평 배향)이 형성된다. 이에 의해, 액정층(30)에서 굴절률 분포(31)가 형성된다.
예를 들어, 액정층(30) 중에서, 제1 전극(11)의 중앙부에 대향하는 부분의 근방, 및 액정층(30) 중에서, 제2 전극(12)의 중앙부에 대향하는 부분의 근방에서, 굴절률은 최소가 된다. 액정층(30) 중에서, 중심축(59) 근방 및 제1 이격 영역(22s)의 근방에서 굴절률은 최대가 된다.
도 1에 예시한 바와 같이, 이 예에서는, X-Y 평면에 투영했을 때에, 제1 이격 영역(22s)은 제2 전극(12)과 겹치지 않는다. 즉, 제2 전극(12)은, 제1 이격 영역(22s)과, Z축 방향을 따라서 대향하지 않는다. 이에 의해, 굴절률의 상승률을 보다 높일 수 있다. 단, 실시 형태는 이에 한하지 않는다. 후술하는 바와 같이, 제1 이격 영역(22s)의 일부가 제2 전극(12)에 대향해도 좋다.
액정 광학 소자(111)에서, 예를 들어, 제2 전극(12)의 X축 방향을 따른 폭(w12)은, 제1 이격 영역(22s)의 X축 방향을 따른 폭(w22)보다 좁다. 이에 의해, 양호한 굴절률 분포를 얻기 쉬워진다.
도 3a에서, 제1 전극(11)의 전위를 VE 전위로 설정하고, 제1 대향 전극(21)의 전위를 GND 전위로 설정하고, 제2 전극(12)의 전위를 GND 전위로 설정하고, 제2 대향 전극(22)의 전위를 VF 전위로 설정해도 좋다. 이때, VF 전위는, VE 전위와 동일해도 좋고 상이해도 좋다.
본 명세서에서, GND 전위는, 예를 들어 접지 전위다. GND 전위는, 접지 전위가 아니어도 좋고, 임의의 전위일 수 있다. 코먼 반전 구동을 행할 경우에는, GND 전위는, 예를 들어, 0 볼트와 소정의 전압(예를 들어 5 볼트 등)을 주기적으로 변화시켜도 좋다. VE 전위 및 VF 전위는, GND 전위와는 다른 전위이며, VE 전위 및 VF 전위의 GND 전위에 대한 극성은 임의이다.
제1 전극(11)의 전위를 GND 전위로 설정하고, 제1 대향 전극(21)의 전위를 VE 전위로 설정하고, 제2 전극(12)의 전위를 GND 전위로 설정하고, 제2 대향 전극(22)의 전위를 VF 전위로 설정해도 좋다. 이때, VF 전위는, VE 전위와 동일해도 좋고 상이해도 좋다.
이렇게, 실시 형태에서는, 제1 전극(11)과 제1 대향 전극(21)의 사이에 제1 전위차가 형성되고, 제2 전극(12)과 제2 대향 전극(22)의 사이에 제2 전위차가 형성된다. 제1 전위차의 극성 및 절대값은, 제2 전위차의 극성 및 절대값과 상이해도 좋다.
상기의 전위의 설정(구동)에서, 상대적인 극성을 시간적으로 변화시키는 코먼 반전 구동을 행해도 좋다.
실시 형태에서, 예를 들어, 최근접의 2개의 제1 전극(11) 중 상기의 한쪽 전극(11p)과 중심축(59)의 사이의 X축 방향을 따른 거리(d11)와, 제1 이격 영역(22s)의 X축 방향을 따른 중심(22sC)과 중심축(59)의 사이의 X축 방향을 따른 거리(d22)의 차의 절대값(도 1에 예시한 거리(d11e))은, 거리(d11)의 1/2보다 작다. 즉, X-Y 평면에 투영했을 때에, 제1 이격 영역(22s)의 중심(22sC)의 위치는, 중심축(59)에서 멀고, 전극(11p)에 가깝다. 이에 의해, 형성되는 굴절률 분포에서, 렌즈 단부에 가까운 위치에, 프레넬 렌즈의 부렌즈가 형성된다. 이에 의해, 양호한 렌즈 효과를 얻기 쉬워진다.
예를 들어, 상기의 거리(d11e)는, 액정층(30)의 두께(Z축 방향을 따른 액정층(30)의 두께) 이하다. 이에 의해, 양호한 굴절률 분포를 얻기 쉬워진다.
단, 상기는, 액정 광학 소자(111)의 구성의 예이며, 실시 형태는 이것에 한정되지 않는다. 전극에 인가하는 전압을 제어함으로써 조정할 수 있는 굴절률 분포(31)의 다양한 특성에 맞춰서 전극의 위치 및/또는 치수를 설정할 수 있다.
후술하는 바와 같이, 제1 영역(R1)에서, 제2 전극(12)과 제1 이격 영역(22s)의 조합이 복수 설치되는 경우에는, 상기의 관계가 적용되지 않는 경우가 많다.
이미 설명한 바와 같이, 화상 표시 장치(211)에서, 제1 대향 전극(21)의 전위는, 제2 대향 전극(22)의 전위와 동일해도 좋고 상이한 전위라도 좋다. 제1 전극(11)의 전위는, 제2 전극(12)의 전위와 동일한 전위라도 좋고, 상이한 전위라도 좋다. 동일한 전위로 설정하면, 예를 들어, 제1 전극(11)의 리드 배선이 제2 전극(12)의 리드 배선과 교차하는 부분에 설치되는 절연층을 생략할 수 있다. 이로 인해, 예를 들어, 전극과 구동부(72)의 전기적인 접속이 용이해진다. 예를 들어, 구성이 간략해져, 수율을 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 액정 광학 소자를 저비용화할 수 있다.
도 5는, 제1 실시 형태에 관한 다른 액정 광학 소자의 구성을 예시하는 모식적 단면도다.
도 5에 나타낸 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 액정 광학 소자(111a)에서는, 제1 이격 영역(22s)의 일부가 제2 전극(12)에 대향하고 있다. 그 밖에는, 액정 광학 소자(111a)는 액정 광학 소자(111)와 마찬가지로 할 수 있으므로 설명을 생략한다.
실시 형태에 관한 액정 광학 소자(111a)에서도, 액정 광학 소자(111)와 마찬가지로, 고품위의 표시를 제공하는 액정 광학 소자를 제공할 수 있다.
도 6은, 제1 실시 형태에 관한 다른 액정 광학 소자의 구성을 예시하는 모식적 단면도다.
도 6에 나타낸 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 액정 광학 소자(111b)에서는, 제1 기판부(10u)는 중심부 전극(11c)을 더 포함한다. 중심부 전극(11c)은, 제1 주면(10a) 상에서 Y축 방향으로 연장된다. 중심부 전극(11c)은, X-Y 평면에 투영했을 때에 중심축(59)에 겹치고, 제2 전극(12)과 이격한다. 중심부 전극(11c)은, 예를 들어, 제1 전극(11) 등과 동일한 재료를 포함할 수 있다. 그 밖에는, 액정 광학 소자(111b)는 액정 광학 소자(111)와 마찬가지로 할 수 있으므로 설명을 생략한다.
액정 광학 소자(111b)에서는, 예를 들어, 제1 전극(11)의 전위를 GND 전위로 설정하고, 제1 대향 전극(21)의 전위를 VE 전위로 설정한다. 제2 전극(12)의 전위를 VE 전위로 설정하고, 제2 대향 전극(22)의 전위를 GND 전위로 설정한다. 중심부 전극(11c)의 전위를 GND 전위로 설정한다. 이에 의해, 렌즈 중심에 대응하는 영역에서, 액정층(30)에 인가되는 전압이 0 볼트가 되어, 초기의 액정 배향(예를 들어 수평 배향)이 유지된다. 이에 의해, 예를 들어, 제1 전극(11), 제2 전극(12), 제1 대향 전극(21) 및 제2 대향 전극(22)에 인가하는 전압의 설계 범위가 확대되고, 그 결과, 양호한 굴절률 분포(31)를 보다 얻기 쉬워진다. 이 경우도, 코먼 반전 구동을 적용할 수 있다.
액정 광학 소자(111, 111a 및 111b)에서, 전극에 인가하는 전압은 임의이다. 예를 들어, 제1 전극(11)의 전위는, 제2 대향 전극(22)의 전위와 상이해도 좋다. 제2 전극(12)의 전위는, 제1 대향 전극(21)의 전위와 상이해도 좋다.
도 7은, 제1 실시 형태에 관한 다른 액정 광학 소자의 구성을 예시하는 모식적 단면도다.
도 7에 나타낸 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 액정 광학 소자(112)에서는, 제1 기판부(10u)는 제3 전극(13)을 더 포함하고, 제2 기판부(20u)는 제3 대향 전극(23)을 더 포함한다. 그 밖에는, 액정 광학 소자(112)는 액정 광학 소자(111)와 마찬가지이므로 설명을 생략한다.
제3 전극(13)은, 제1 주면(10a) 상에서 제2 전극(12)과, 최근접의 2개의 제1 전극(11) 중 상기 한쪽 전극(11p)의 사이에 설치된다. 제3 전극(13)은, 제1 전극(11) 및 제2 전극(12)과 이격하고 있다. 제3 전극(13)은, Y축 방향으로 연장된다. 제1 기판부(10u)에서, 제2 영역(R2)에는 전극(13R)이 더 설치된다.
제3 대향 전극(23)은, 제2 주면(20a) 상에서 제1 대향 전극(21)과 제2 대향 전극(22)의 사이에 설치된다. 제3 대향 전극(23)은, 제1 대향 전극(21)과 제2 대향 전극(22)과 이격하고 있다. 제3 대향 전극(23)은 Y축 방향으로 연장된다. 제2 기판부(20u)에서, 제2 영역(R2)에는 전극(13R)이 더 설치된다.
제3 전극(13)은, 예를 들어, 제1 전극(11) 등과 동일한 재료를 포함할 수 있다. 제3 대향 전극(23)은, 예를 들어, 제1 전극(11) 등과 동일한 재료를 포함할 수 있다.
X-Y 평면에 투영했을 때에, 제1 영역(R1)에서의 제1 대향 전극(21)과 제3 대향 전극(23)의 사이의 제2 이격 영역(23s)의 X축 방향을 따른 중심(23sC)과 중심축(59)의 사이의 X축 방향을 따른 거리(d23)는, 제1 영역(R1)에서의 제3 전극(13)의 X축 방향을 따른 중심(13C)과 중심축(59)의 사이의 X축 방향을 따른 거리(d13)보다 길다.
이 예에서는, 제2 기판부(20u)에 설치되는 전극의 제2 이격 영역(23s)은, 제1 기판부(10u)에 설치되는 제3 전극(13)과 페어를 형성한다. 1개의 페어에서, 제2 이격 영역(23s)의 X축 방향을 따른 위치는, 제3 전극(13)의 X축 방향을 따른 위치로부터 시프트하고 있다. 즉, X축 방향에서, 전극의 배치에 비대칭성이 도입된다. 이에 의해, 굴절률 분포 특성이 향상한다.
이 예에서는, 제2 기판부(20u)에 설치되는 전극의 제1 이격 영역(22s)은, 제1 대향 전극(21)과 제2 대향 전극(22)의 사이의 영역이다. 이 경우에도, X-Y 평면에 투영했을 때에, 제1 영역(R1)에서의 제1 대향 전극(21)과 제2 대향 전극(22)의 사이의 제1 이격 영역(22s)의 X축 방향을 따른 중심(22sC)과 중심축(59)의 사이의 X축 방향을 따른 거리(d22)는, 제1 영역(R1)에서의 제2 전극(12)의 X축 방향을 따른 중심(12C)과 중심축(59)의 사이의 X축 방향을 따른 거리(d12)보다 길다.
이는 제1 이격 영역(22s) 중에, 제3 대향 전극(23)과 제2 이격 영역(23s)이 형성되어 있는 것에 상당한다.
이 예에서는, 제2 기판부(20u)에 설치되는 제2 대향 전극(22)과 제3 대향 전극(23)의 사이의 영역이, 제1 기판부(10u)에 설치되는 제2 전극(12)과 페어를 형성한다.
예를 들어, 제1 전극(11)의 전위를 VE 전위로 설정하고, 제1 대향 전극(21)의 전위를 GND 전위(접지 전위)로 설정한다. 제1 전극(11)과 제1 대향 전극(21)의 사이에는, GND-VE의 전위차인 제1 전압이 인가된다. 이 영역에서는, Z축 방향의 성분을 포함하는 전계가 인가된다.
예를 들어, 제3 전극(13)의 전위를 VF 전위로 설정하고, 제3 대향 전극(23)의 전위를 GND 전위로 설정한다. 제3 전극(13)과 제3 대향 전극(23)의 사이에는, GND-VF의 전위차의 제2 전압이 인가된다. 이 영역에서는, Z축 방향의 성분을 포함하는 전계가 인가된다. 도 7에서, 제1 전극(11)의 전위를 제3 전극(13)의 전위와는 다른 전위로 설정하면, 제3 전극(13)의 주변에 좌우 비대칭(제3 전극(13)의 X축 방향을 따른 중심을 지나 Y축 방향에 대해 평행인 선에 대하여 비대칭)인 전계가 발생한다. 제3 전극(13)의 한쪽 단부(예를 들어 렌즈 단부측)의 영역에서는, 액정 분자의 틸트각이 급격하게 커진다. 이 영역에서, 틸트 방향은, 초기 배향과 동일한 틸트 방향이다. 이 영역에서는, 액정층(30)의 굴절률이 급격하게 내려가, 프레넬형의 굴절률의 단차가 발생한다. 한편, 제3 전극(13)의 다른 쪽 단부(렌즈 중심측의 단부)의 영역에서는, 액정 분자의 틸트각의 변화는 완만하다. 이 영역에서의 틸트 방향은 초기 배향과는 다르지만, 액정 분자의 틸트각의 변화가 완만하기 때문에, 이 부분에서, 배향 흐트러짐(예를 들어, 리버스 틸트 및/또는 트위스트)의 발생은 억제된다.
제1 대향 전극(21)과 제3 대향 전극(23)의 사이에, 전극이 설치되지 않은 영역(제2 이격 영역(23s))이 있다. 이에 의해, 제2 이격 영역(23s)의 부분에, 비대칭의 렌즈 형상을 갖는 굴절률 분포를 형성할 수 있다. 예를 들어, 제2 이격 영역(23s)의 부분에서, 프레넬형의 굴절률의 단차를 가파르게 할 수 있다.
도 7에서, 예를 들어, 제2 전극(12)의 전위를 VF 전위로 설정하고, 제2 대향 전극(22)의 전위를 GND 전위로 설정한다. 제2 전극(12)과 제2 대향 전극(22)의 사이에는, GND-VF의 전위차의 제2 전압이 인가된다. 이 영역에서는, Z축 방향의 성분을 포함하는 전계가 인가된다. 제2 전극(12) 및 제3 전극(13)에 인가되는 VF 전위는, 제1 전극(11)에 인가되는 VE 전위보다 낮게 한다. 이에 의해, 제2 전극(12)과 중심축(59)의 사이의 영역에서, 액정 분자의 틸트각의 변화가 완만해진다. 이에 의해, 이 부분에서의 배향 흐트러짐의 발생이 억제된다. 이 예에서, 제2 전극(12)의 전극 폭은, 제3 전극(13)의 전극 폭보다 좁아도 된다.
제1 전압 및 제2 전압이 인가되는 영역의 액정층(30)에서는, 액정의 틸트각이 큰 배향(예를 들어 수직 배향)이 형성된다. 이 영역의 실효적인 굴절률은, 상광에 대한 굴절률(no)이 된다.
한편, 예를 들어, 제1 전극(11)과 제1 대향 전극(21)의 사이의 전계는, 수평 방향에서, 렌즈 중심을 향할수록 작아진다. 이 때문에, 제2 전극(12)에 가까워질수록 초기 배향(예를 들어 수평 배향)이 형성된다. 이 영역의 굴절률은, X축 방향으로 진동하는 광에 대해, 이상광에 대한 굴절률(ne)이 된다.
굴절률 분포(31)에서는, 예를 들어, 굴절률의 변화(굴절률차(31d))는, 이상광에 대한 굴절률과 상광에 대한 굴절률의 차의 대략 20% 이상 대략 80% 이하 정도다.
예를 들어, 액정층(30) 중에서, 제1 전극(11)의 중앙부에 대향하는 부분의 근방, 액정층(30) 중에서, 제2 전극(12)의 중앙부에 대향하는 부분의 근방, 및 액정층(30) 중에서, 제3 전극(13)의 중앙부에 대향하는 부분의 근방에서, 굴절률은 최소가 된다. 액정층(30) 중에서, 중심축(59) 근방, 제1 이격 영역(22s)의 근방, 및 제2 이격 영역(23s)의 근방에서 굴절률은 최대가 된다.
액정 광학 소자(112)에서, 전극을 다양한 전위로 설정할 수 있다.
예를 들어, 제1 전극(11)을 VE 전위로 설정하고, 제1 대향 전극(21)을 GND 전위로 설정하고, 제3 전극(13)을 GND 전위로 설정하고, 제3 대향 전극(23)을 VF 전위로 설정하고, 제2 전극(12)을 VF 전위로 설정하고, 제2 대향 전극(22)을 GND 전위로 설정한다. 이 경우에서, VF 전위는, VE 전위와 동일해도 좋고, 상이해도 된다. 이 경우에도, 코먼 반전 구동을 적용할 수 있다.
예를 들어, 제1 전극(11)을 VE 전위로 설정하고, 제1 대향 전극(21)을 VF 전위로 설정하고, 제3 전극(13)을 VF 전위로 설정하고, 제3 대향 전극(23)을 GND 전위로 설정하고, 제2 전극(12)을 GND 전위로 설정하고, 제2 대향 전극(22)을 GND 전위로 설정한다. 이 경우에, VF 전위는, VE 전위와 동일해도 좋고, 상이해도 된다. 이 경우에도, 코먼 반전 구동을 적용할 수 있다.
액정 광학 소자(112)에서는, 프레넬 렌즈의 단차가 복수 형성된다. 이에 의해, 원하는 렌즈 효과를 얻기 위한 렌즈의 광학적인 두께(예를 들어 액정층(30)의 두께나 복굴절률 등)를 저감할 수 있다. 액정 광학 소자(112)에서도, 제1 기판부(10u)에 설치되는 전극과, 제2 기판부(20u)에 설치되는 이격 영역의 조합에 의해, 전계 분포에 비대칭성을 도입할 수 있어, 굴절률 분포의 특성이 향상한다. 이에 의해, 고품위의 표시를 제공하는 액정 광학 소자를 제공할 수 있다.
도 8은, 제1 실시 형태에 관한 다른 액정 광학 소자의 구성을 예시하는 모식적 단면도다.
도 8에 나타낸 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 액정 광학 소자(112a)에서는, 제1 기판부(10u)는 중심부 전극(11c)을 더 포함한다. 그 외에는, 액정 광학 소자(112a)는 액정 광학 소자(112)와 마찬가지다. 액정 광학 소자(112a)에 따르면, 보다 고품위의 표시를 제공하는 액정 광학 소자를 제공할 수 있다.
액정 광학 소자(112 및 112a)에서, 제1 기판부(10u)는, 제3 전극(13)과 제1 전극(11)의 사이에 제4 전극 등의 별도의 전극을 더 포함해도 좋다. 이때, 제2 기판부(20u)는, 제3 대향 전극(23)과 제1 대향 전극(21)의 사이에 제4 대향 전극 등의 별도의 전극을 더 포함해도 좋다. 이 경우에도, 제3 대향 전극(23)과 제4 대향 전극의 사이의 이격 영역의 중심과 중심축(59)과의 거리는, 제4 전극의 중심과 중심축(59)의 사이의 거리보다 길다. 즉, 비대칭성이 도입된다. 이와 같이, 실시 형태에서는, 형성하는 프레넬 렌즈 형상을 갖는 굴절률 분포는, 임의의 수의 부 렌즈를 포함해도 좋다.
(제2 실시 형태)
도 9는, 제2 실시 형태에 관한 액정 광학 소자의 구성을 예시하는 모식적 단면도다.
도 9에 나타낸 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 액정 광학 소자(121)는, 제1 기판부(10u)와, 제2 기판부(20u)와, 액정층(30)을 포함한다. 액정층(30)은, 제1 기판부(10u)와 제2 기판부(20u)의 사이에 설치된다.
제1 기판부(10u)는, 제1 기판(10)과, 제1 전극(11)과, 전극쌍(15)(예를 들어 제1 전극쌍(15a) 등)을 포함한다. 제1 기판(10)은 제1 주면(10a)을 갖는다. 제1 전극(11)은, 제1 주면(10a) 상에 설치되어 Y축 방향(제1 방향)으로 연장한다. 복수의 제1 전극(11)은, Y축 방향과 직교하는 X축 방향(제2 방향)으로 배열된다.
복수의 전극쌍(15)은, 제1 주면 상에 설치된다. 복수의 전극쌍(15)은, 복수의 제1 전극(11)끼리의 사이의 각각에 설치된다. 전극쌍(15)의 1개는, 예를 들어 제1 영역(R1)에 설치되고, 다른 전극쌍(15)은, 제2 영역(R2)에 설치된다.
전극쌍(15)은, 제2 전극(12)(제2 전극(12a) 등)과, 제3 전극(13)(제3 전극(13a) 등)과, 절연층(18)을 포함한다. 제2 전극(12) 및 제3 전극(13)은, Y축 방향으로 연장된다. 절연층(18)은, 제2 전극(12)과 제3 전극(13)의 사이에 설치된다. 이 예에서는, 제2 전극(12)과 제1 기판(10)의 사이에 절연층(18)이 설치되고, 절연층(18)의 일부와 제1 기판(10)의 사이에 제3 전극(13)이 설치되어 있다.
제2 전극(12)은, X-Y 평면(제1 방향과 제2 방향에 대해 평행인 평면)에 투영했을 때에 제3 전극(13)과 겹치는 제1 중첩 부분(12p)과, 제3 전극(13)과 겹치지 않는 제1 비중첩 부분(12q)을 갖는다. 제3 전극(13)은, X-Y 평면에 투영했을 때에 제2 전극(12)과 겹치는 제2 중첩 부분(13p)과, 제2 전극(12)과 겹치지 않는 제2 비중첩 부분(13q)을 갖는다. 즉, 제2 전극(12)은, 제3 전극(13)과 X축 방향을 따라 시프트하고 있다. 즉, 1개의 전극쌍(15)에서, 비대칭성이 형성되어 있다.
제2 기판부(20u)는, 제2 기판(20)과, 대향 전극(제1 대향 전극(21))을 포함한다. 제2 기판(20)은, 제1 주면(10a)과 대향하는 제2 주면(20a)을 갖는다. 제1 대향 전극(21)은, 제2 주면(20a) 상에 설치된다. 제1 대향 전극(21)은, 슬릿(20s)을 포함한다. 슬릿(20s)은, X-Y 평면에 투영했을 때에, 복수의 전극쌍(15)의 각각의 적어도 일부와 겹친다. 슬릿(20s)은, Y축 방향으로 연장한다.
제1 기판(10), 제2 기판(20), 제1 전극(11), 제2 전극(12), 제3 전극(13) 및 제1 대향 전극(21) 등은, 예를 들어, 제1 실시 형태에 관해서 설명한 재료를 포함할 수 있다.
절연층(18)은, 예를 들어, SiO2 등을 포함할 수 있다. 절연층(18)의 두께는, 예를 들어, 100nm 이상 1000nm 이하다. 이에 의해, 적정한 절연성과 높은 투과율이 얻어진다.
예를 들어, 제1 대향 전극(21)의 전위를 GND 전위로 설정하고, 제1 전극(11)의 전위를 VE 전위로 설정하고, 제2 전극(12)의 전위를 VF 전위로 설정하고, 제3 전극(13)의 전위를 VF 전위로 설정한다. 이에 의해, 전극쌍(15)에서, 비대칭인 전계 분포(전기력선의 분포)를 형성할 수 있다. 또한, 슬릿(20s)을 형성함으로써, 전계 분포의 제어성이 높아진다. 이에 의해, +X 방향을 따른 굴절률 상승률을, +X 방향을 따른 굴절률 감소율보다 용이하게 높게 할 수 있다. 굴절률의 최소점(32)에서 최대점(33)으로의 변화를 용이하게 가파르게 할 수 있다. 이로 인해, 미광을 억제할 수 있다. 그리고, +X 방향을 따른 굴절률의 변화(감소)는 완만하게 할 수 있어, 양호한 렌즈 효과가 용이하게 얻어진다. 제1 대향 전극(21)을 GND 전위로 설정하면, 제2 전극(12)에서부터 중심축(59)에 걸쳐서 전계 분포가 형성되고, 액정 디렉터가 초기 배향에 가까워짐으로써, 렌즈 형상을 갖는 굴절률 분포가 형성된다.
본 실시 형태에 따르면, 굴절률 분포의 특성이 향상하여, 고품위의 표시를 제공하는 액정 광학 소자를 제공할 수 있다.
또한, 상기에서, VF 전위는, VE 전위와 동일해도 좋고, 상이해도 좋다. 즉, 제1 전극(11)과 제1 대향 전극(21)의 사이에 인가되는 전압은, 제2 전극(12)과 제1 대향 전극(21)의 사이에 인가되는 전압과 상이해도 좋다. 제1 전극(11)과 제1 대향 전극(21)의 사이에 인가되는 전압은, 제2 전극(12)과 제1 대향 전극(21)의 사이에 인가되는 전압보다 높은 것이 바람직하다. 이에 의해, 굴절률 분포의 렌즈 단부에서의 광학 특성이 보다 양호해진다.
X-Y 평면에 투영했을 때에, 슬릿(20s)은 제2 전극(12)(제1 중첩 부분(12p)과 겹치지 않는 제1 비중첩 부분(12q))에 겹친다. 슬릿(20s)은, 제3 전극(13)의 적어도 일부와 겹쳐도 좋다. 슬릿(20s)은, 제2 비중첩 부분(13q)의 적어도 일부와 겹쳐도 좋다.
도 10은, 제2 실시 형태에 관한 다른 액정 광학 소자의 구성을 예시하는 모식적 단면도다.
도 10에 나타낸 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 액정 광학 소자(122)에서는, 제1 기판부(10u)는, 제1 영역(R1)에서 복수의 전극쌍(15)(제1 전극쌍(15a) 및 제2 전극쌍(15b) 등)을 포함한다.
제2 전극쌍(15b)은, 제2 전극(12b)과, 제3 전극(13b)과, 절연층(18)을 포함한다. 제2 전극(12b), 제3 전극(13b) 및 절연층(18)의 구성은, 제1 전극쌍(15a)의 제2 전극(12a), 제3 전극(13a) 및 절연층(18)의 구성과 마찬가지이므로, 설명을 생략한다.
제2 기판부(20u)에서는, 복수의 슬릿(20s)이 형성된다. 각각의 슬릿(20s)은, 각각의 복수의 전극쌍(15)의 적어도 일부에 대향하고 있다.
액정 광학 소자(112)에 의해서도, 굴절률 분포의 특성이 향상하여, 고품위의 표시를 제공하는 액정 광학 소자를 제공할 수 있다.
도 11은, 제2 실시 형태에 관한 다른 액정 광학 소자의 구성을 예시하는 모식적 단면도다.
도 11에 나타낸 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 액정 광학 소자(123)도, 제1 기판부(10u)와, 제2 기판부(20u)와, 액정층(30)을 포함한다. 액정층(30)은, 제1 기판부(10u)와 제2 기판부(20u)의 사이에 설치된다. 이 예에서는, 제2 기판부(20u)의 구성이, 액정 광학 소자(121)의 그것과는 상이하다.
제1 기판부(10u)의 구성은, 액정 광학 소자(121)와 마찬가지다. 즉, 제1 기판부(10u)는, 제1 주면(10a)을 포함하는 제1 기판(10)과, 복수의 제1 전극(11)과, 제1 전극쌍(15a)을 포함한다. 제1 전극쌍(15a)은, 제1 주면(10a) 상에서, X-Y 평면에 투영했을 때에 제1 영역(R1)에 배치된다. 제1 전극쌍(15a)은, Y축 방향으로 연장되는 제2 전극(12)과, Y축 방향으로 연장되는 제3 전극(13)과, 제2 전극(12)과 제3 전극(13)의 사이에 설치된 절연층(18)을 포함한다.
제2 기판부(20u)는, 제2 기판(20)과 제1 대향 전극(21) 외에, 제2 대향 전극(22)을 포함한다. 제2 대향 전극(22)은, 제2 기판(20)의 제2 주면(20a) 상에 설치된다. 제2 대향 전극(22)은, 제1 대향 전극(21)과 이격하여, Y축 방향으로 연장된다. 제2 대향 전극(22)은, X-Y 평면에 투영했을 때에 중심축(59)과 겹친다.
X-Y 평면에 투영했을 때에, 제1 영역(R1)에서, 제1 대향 전극(21)과 제2 대향 전극(22)의 사이의 제1 이격 영역(22s)은, 제1 전극쌍(15a)의 적어도 일부와 겹친다.
이 예에서는, 제2 기판부(20u)에 제1 대향 전극(21)과 제2 대향 전극(22)이 설치된다. 이로 인해, 렌즈 단부에 대응하는 제1 전극(11)과 대향하는 제1 대향 전극(21)의 전위를, 렌즈 중앙에 대응하는 중심축(59)에 겹치는 제2 대향 전극(22)의 전위와는 다른 전위로 설정할 수 있다. 이에 의해, 굴절률 분포의 제어성이 높아진다. 또한, 제1 전극쌍(15a)의 적어도 일부에 대향하여, 제1 이격 영역(22s)을 배치함으로써, 굴절률 분포를 보다 높은 정밀도로 제어할 수 있다.
도 12는, 제2 실시 형태에 관한 다른 액정 광학 소자의 구성을 예시하는 모식적 단면도다.
도 12에 나타낸 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 액정 광학 소자(124)에서는, 제1 기판부(10u)는 제2 전극쌍(15b)을 더 포함한다. 제2 전극쌍(15b)은, 제1 주면(10a) 상에서, 제1 전극쌍(15a)과, 최근접의 2개의 제1 전극(11) 중 상기의 한쪽 전극(11p)의 사이에 설치된다.
제2 전극쌍(15b)은, Y축 방향으로 연장되는 제2 전극쌍(15b)의 제2 전극(12b)과, Y축 방향으로 연장되는 제2 전극쌍(15b)의 제3 전극(13b)과, 제2 전극(12b)과 제3 전극(13b)의 사이에 설치된 절연층(18)을 포함한다.
제2 전극쌍(15b)의 제2 전극(12b)은, X-Y 평면에 투영했을 때에, 제2 전극쌍(15b)의 제3 전극(13b)과 겹치는 제1 중첩 부분(12p)과, 제3 전극(13b)과 겹치지 않는 제1 비중첩 부분(12q)을 갖는다. 제2 전극쌍(15b)의 제3 전극(13b)은, X-Y 평면에 투영했을 때에, 제2 전극쌍(15b)의 제2 전극(12b)과 겹치는 제2 중첩 부분(13p)과, 제2 전극(12b)과 겹치지 않는 제2 비중첩 부분(13q)을 갖는다.
제2 기판부(20u)는, 제3 대향 전극(23)을 더 포함한다. 제3 대향 전극(23)은, 제2 주면(20a) 상에서, 제1 대향 전극(21)과 제2 대향 전극(22)의 사이에 설치된다. 제3 대향 전극(23)은, 제1 대향 전극(21)과 제2 대향 전극(22)과 이격한다. 제3 대향 전극(23)은, Y축 방향으로 연장된다.
X-Y 평면에 투영했을 때에, 제1 영역(R1)에서, 제1 대향 전극(21)과 제3 대향 전극(23)의 사이의 제2 이격 영역(23s)은, 제2 전극쌍(15b)의 적어도 일부와 겹친다.
이렇게, 전극쌍(15)이 복수 설치되는 경우에, 서로 다른 전압이 인가 가능한 제1 대향 전극(21), 제2 대향 전극(22) 및 제3 대향 전극(23)을 설치함으로써, 굴절률 분포의 제어성이 더욱 높아진다. 복수의 전극쌍(15)에 맞춰서 이격 영역(제1 이격 영역(22s) 및 제2 이격 영역(23s) 등)을 형성함으로써, 굴절률 분포의 제어성이 더욱 향상한다. 또한, 설계의 여유도가 넓어진다.
액정 광학 소자(121 내지 124)에서, 제2 전극(12)과 제3 전극(13)은 서로 바꿔도 좋다. 상기의 예에서는, 제2 전극(12)과 중심축(59)의 사이의 X축에 따른 거리는, 제3 전극(13)과 중심축(59)의 사이의 거리보다 짧다. 실시 형태는 이에 한하지 않고, 제2 전극(12)과 중심축(59)의 사이의 X축에 따른 거리는, 제3 전극(13)과 중심축(59)의 사이의 거리보다 길어도 좋다. 전극의 구성에 맞춰서 인가 전압을 바꿈으로써, 원하는 굴절률 분포(31)를 형성할 수 있다.
액정 광학 소자(121 내지 124)에서, 중심부 전극(11c)을 더 설치해도 좋다.
액정 광학 소자(111, 111a, 111b, 112, 112a, 및 121 내지 124), 및 액정 광학 소자(111, 111a, 111b, 112, 112a, 및 121 내지 124)의 변형의 액정 광학 소자와, 화상 표시부(80)를 포함하는 화상 표시 장치를 형성할 수 있다. 이러한 화상 표시 장치에 따르면, 고품위의 표시를 제공하는 화상 표시 장치를 제공할 수 있다.
실시 형태는 이하의 구성을 포함할 수 있다.
(구성 1)
액정 광학 소자로서,
제1 기판부 - 상기 제1 기판부는
제1 주면을 갖는 제1 기판과,
상기 제1 주면 상에 설치되어 제1 방향으로 연장되고 상기 제1 방향과 직교하는 제2 방향으로 배열되는 복수의 제1 전극과,
상기 제1 주면 상에서, 상기 복수의 제1 전극 사이의 영역에 설치된 복수의 전극쌍이며, 상기 복수의 전극쌍의 각각은, 상기 제1 방향으로 연장되는 제2 전극과, 상기 제1 방향으로 연장되는 제3 전극과, 상기 제2 전극과 상기 제3 전극의 사이에 설치된 절연층을 포함하고, 상기 제2 전극은, 상기 제1 방향과 상기 제2 방향에 대하여 평행인 평면에 투영했을 때에 상기 제3 전극과 겹치는 제1 중첩 부분과 상기 제3 전극과 겹치지 않는 제1 비중첩 부분을 갖고, 상기 제3 전극은, 상기 평면에 투영했을 때에 상기 제2 전극과 겹치는 제2 중첩 부분과 상기 제2 전극과 겹치지 않는 제2 비중첩 부분을 갖는 복수의 전극쌍을 포함함 - 와,
제2 기판부 - 상기 제2 기판부는
상기 제1 주면과 대향하는 제2 주면을 갖는 제2 기판과,
상기 제2 주면 상에 설치된 대향 전극이며, 상기 평면에 투영했을 때에 상기 복수의 전극쌍의 각각의 적어도 일부와 겹쳐 상기 제1 방향으로 연장하는 슬릿을 갖는 대향 전극을 포함함 - 와,
상기 제1 기판부와 상기 제2 기판부의 사이에 설치된 액정층을 포함하는, 액정 광학 소자.
(구성 2)
액정 광학 소자로서,
제1 기판부 - 상기 제1 기판부는
제1 주면을 갖는 제1 기판과,
상기 제1 주면 상에 설치되어 제1 방향으로 연장되고 상기 제1 방향과 직교하는 제2 방향으로 배열되는 복수의 제1 전극과,
상기 제1 주면 상에서, 상기 제1 방향과 상기 제2 방향을 포함하는 평면에 투영했을 때에, 최근접의 2개의 상기 제1 전극의 제2 방향에서의 중심을 연결하는 선분의 중점을 지나 상기 제1 방향에 대해 평행인 중심축과, 상기 최근접의 2개의 상기 제1 전극 중 한쪽의 전극의 사이의 제1 영역에 배치되는 제1 전극쌍이며, 상기 제1 전극쌍은, 상기 제1 방향으로 연장되는 제2 전극과, 상기 제1 방향으로 연장되는 제3 전극과, 상기 제2 전극과 상기 제3 전극의 사이에 설치된 절연층을 포함하고, 상기 제2 전극은, 상기 평면에 투영했을 때에 상기 제3 전극과 겹치는 제1 중첩 부분과 상기 제3 전극과 겹치지 않는 제1 비중첩 부분을 갖고, 상기 제3 전극은, 상기 평면에 투영했을 때에 상기 제2 전극과 겹치는 제2 중첩 부분과 상기 제2 전극과 겹치지 않는 제2 비중첩 부분을 갖는 제1 전극쌍을 포함함 - 와,
제2 기판부 - 상기 제2 기판부는
상기 제1 주면과 대향하는 제2 주면을 갖는 제2 기판과,
상기 제2 주면 상에 설치되어 상기 제1 전극과 대향하고 상기 제1 방향으로 연장되는 제1 대향 전극과,
상기 제2 주면 상에 설치되어 상기 제1 대향 전극과 이격해서 상기 제1 방향으로 연장되고, 상기 평면에 투영했을 때에 상기 중심축과 겹치는 제2 대향 전극을 포함함 - 와,
상기 제1 기판부와 상기 제2 기판부의 사이에 설치된 액정층을 포함하고,
상기 평면에 투영했을 때에, 상기 제1 영역에서의 상기 제1 대향 전극과 상기 제2 대향 전극의 사이의 제1 이격 영역은, 상기 제1 전극쌍의 적어도 일부와 겹치는, 액정 광학 소자.
(구성 3)
구성 2에 있어서,
상기 제1 기판부는, 상기 제1 주면 상에서 상기 제1 전극쌍과 상기 최근접의 2개의 상기 제1 전극 중 상기 한쪽의 전극의 사이에 설치된 제2 전극쌍을 더 포함하고, 상기 제2 전극쌍은, 상기 제1 방향으로 연장되는 상기 제2 전극쌍의 제2 전극과, 상기 제1 방향으로 연장되는 상기 제2 전극쌍의 제3 전극과, 상기 제2 전극쌍의 상기 제2 전극과 상기 제2 전극쌍의 상기 제3 전극의 사이에 설치된 절연층을 포함하고, 상기 제2 전극쌍의 상기 제2 전극은, 상기 평면에 투영했을 때에 상기 제2 전극쌍의 상기 제3 전극과 겹치는 제1 중첩 부분과 상기 제2 전극쌍의 상기 제3 전극과 겹치지 않는 제1 비중첩 부분을 갖고, 상기 제2 전극쌍의 상기 제3 전극은, 상기 평면에 투영했을 때에 상기 제2 전극쌍의 상기 제2 전극과 겹치는 제2 중첩 부분과 상기 제2 전극쌍의 상기 제2 전극과 겹치지 않는 제2 비중첩 부분을 갖고,
상기 제2 기판부는, 상기 제2 주면 상에서 상기 제1 대향 전극과 상기 제2 대향 전극의 사이에 설치되고 상기 제1 대향 전극과 상기 제2 대향 전극과 이격해서 상기 제1 방향으로 연장되는 제3 대향 전극을 더 포함하고,
상기 평면에 투영했을 때에, 상기 제1 영역에서의 상기 제1 대향 전극과 상기 제3 대향 전극의 사이의 제2 이격 영역은, 상기 제2 전극쌍의 적어도 일부와 겹치는, 액정 광학 소자.
실시 형태들에 따르면, 고품위의 표시를 제공하는 액정 광학 소자 및 화상 표시 장치를 제공할 수 있다.
또한, 본원의 명세서에서, "수직" 및 "평행"은, 엄밀한 수직 및 엄밀한 평행을 언급할 뿐만 아니라, 예를 들어 제조 공정에 의한 편차 등도 포함한다. 실질적으로 수직 및 실질적으로 평행하면 충분하다.
이상, 구체예를 참조하면서 본 발명의 실시 형태에 대해서 설명했다. 그러나, 본 발명은, 이들 구체예에 한정되는 것이 아니다. 예를 들어, 액정 광학 소자에 포함되는 제1 기판부, 제2 기판부, 액정층, 제1 기판, 제2 기판, 제1 내지 제3 전극, 제1 내지 제3 대향 전극, 중심부 전극, 절연층 및 구동부 등의 요소들의 구체적인 구성, 및 화상 표시 장치에 포함되는 표시부 및 표시 구동부 등의 요소들의 구체적인 구성에 관해서는, 당업자가 공지의 범위에서 적절하게 선택함으로써 본 발명을 마찬가지로 실시할 수 있고, 이러한 실시는 마찬가지의 효과를 얻는 것이 가능한 한, 본 발명의 범위에 포함된다.
또한, 각 구체예 중 어느 2개 이상의 요소는 기술적으로 가능한 범위 내에서 조합될 수 있고, 본 발명의 요지를 포함하는 한 본 발명의 범위에 포함된다.
그 밖에, 본 발명의 실시 형태로서 상술한 액정 광학 소자 및 화상 표시 장치를 기초로 하여, 당업자가 적절하게 설계 변경해서 실시할 수 있는 모든 액정 광학 소자 및 화상 표시 장치도, 본 발명의 요지를 포함하는 한, 본 발명의 범위에 속한다.
그 밖에, 본 발명의 사상의 범주에서, 당업자라면 각종 다른 변경예 및 수정예에 상도할 수 있는 것이며, 그러한 변경예 및 수정예에 대해서도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 이해된다.
몇 가지의 실시 형태를 설명했지만, 이들 실시 형태는 예로서만 제시한 것이며, 발명의 범위를 한정하는 것은 의도하지 않고 있다. 본 명세서에 설명된 신규의 실시 형태는, 그 밖의 다양한 형태로 실시되는 것이 가능하며, 또한 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서, 본 명세서에 설명된 실시예 형태의 다양한 생략, 치환 및 변경을 행할 수 있다. 이들 실시 형태나 그 변형은, 발명의 범위나 요지에 포함되는 동시에, 특허청구의 범위에 기재된 발명과 그 균등한 범위에 포함되도록 의도된다.
10 : 제1 기판
10a : 제1 주면
10u : 제1 기판부
11 : 제1 전극
11c : 중심부 전극

Claims (20)

  1. 액정 광학 소자로서,
    제1 기판부 - 상기 제1 기판부는
    제1 주면을 갖는 제1 기판과,
    상기 제1 주면 상에 설치되어 제1 방향으로 연장되고 상기 제1 방향과 직교하는 제2 방향으로 배열되는 복수의 제1 전극과,
    상기 제1 주면 상에 설치되어 상기 제1 방향으로 연장되는 복수의 제2 전극이며, 상기 제2 전극은 상기 제1 방향에 대해 평행하고 최근접의(most proximal) 2개의 상기 제1 전극의 중점을 지나는 중심축과, 상기 최근접의 2개의 상기 제1 전극 중 한쪽의 전극의 사이의 제1 영역에 배치되는 상기 복수의 제2 전극을 포함함 - 와,
    제2 기판부 - 상기 제2 기판부는
    상기 제1 주면과 대향하는 제2 주면을 갖는 제2 기판과,
    상기 제2 주면 상에 설치되고 상기 제1 전극과 대향하여 상기 제1 방향으로 연장되는 제1 대향 전극과,
    상기 제2 주면 상에 설치되고 상기 제1 대향 전극과 이격하여 상기 제1 방향으로 연장되고, 상기 중심축과 겹치는 제2 대향 전극을 포함함 - 와,
    상기 제1 기판부와 상기 제2 기판부의 사이에 설치된 액정층
    을 포함하고,
    상기 제1 대향 전극과 상기 제2 대향 전극의 사이의 제1 이격 영역의 중심과 상기 중심축의 사이의 상기 제2 방향을 따른 거리는, 상기 제2 전극의 중심과 상기 중심축의 사이의 상기 제2 방향을 따른 거리보다 긴, 액정 광학 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 전극의 제2 방향을 따른 폭은, 상기 제1 이격 영역의 제2 방향을 따른 폭보다 좁은, 액정 광학 소자.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 이격 영역은 상기 제2 전극과 겹치지 않는, 액정 광학 소자.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 이격 영역의 일부는 상기 제2 전극과 겹치는, 액정 광학 소자.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 최근접의 2개의 상기 제1 전극 중 상기 한쪽의 전극과 상기 중심축의 사이의 상기 제2 방향을 따른 거리와, 상기 제1 이격 영역의 상기 중심과 상기 중심축의 사이의 상기 제2 방향을 따른 상기 거리의 차의 절대값은, 상기 최근접의 2개의 상기 제1 전극 중 상기 한쪽의 전극과 상기 중심축의 사이의 거리의 1/2보다 짧은, 액정 광학 소자.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 최근접의 2개의 상기 제1 전극 중 상기 한쪽의 전극과 상기 중심축의 사이의 상기 제2 방향을 따른 거리와, 상기 제1 이격 영역의 상기 중심과 상기 중심축의 사이의 상기 제2 방향을 따른 상기 거리의 차의 절대값은, 상기 제2 방향에 대해 수직인 제3 방향을 따른 상기 액정층의 두께 이하인, 액정 광학 소자.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 기판부는, 상기 제1 주면 상에서 상기 제2 전극과 상기 최근접의 2개의 상기 제1 전극 중 상기 한쪽의 전극의 사이에 설치되고 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극과 이격하여 상기 제1 방향으로 연장되는 제3 전극을 더 포함하고,
    상기 제2 기판부는, 상기 제2 주면 상에서 상기 제1 대향 전극과 상기 제2 대향 전극의 사이에 설치되고 상기 제1 대향 전극 및 상기 제2 대향 전극과 이격하여 상기 제1 방향으로 연장되는 제3 대향 전극을 더 포함하고,
    상기 제1 대향 전극과 상기 제3 대향 전극의 사이의 제2 이격 영역의 중심과 상기 중심축의 사이의 상기 제2 방향을 따른 거리는, 상기 제3 전극의 중심과 상기 중심축의 사이의 상기 제2 방향을 따른 거리보다 긴, 액정 광학 소자.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 기판부는, 상기 제1 주면 상에서 상기 제1 방향으로 연장되도록 제공되어 상기 중심축에 겹쳐 상기 제2 전극과 이격하는 중심부 전극을 더 포함하는, 액정 광학 소자.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 기판부는 상기 중심축과 상기 최근접의 2개의 상기 제1 전극 중 다른 쪽의 전극의 사이의 제2 영역에 설치된 전극을 더 포함하고,
    상기 제2 영역에서의 상기 제1 기판부의 구성은, 상기 제1 영역에서의 상기 제1 기판부의 구성과 선대칭인, 액정 광학 소자.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전극, 상기 제2 전극, 상기 제1 대향 전극 및 상기 제2 대향 전극은, In, Sn, Zn 및 Ti로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 1개의 원소를 포함하는 산화물을 포함하고,
    상기 제1 전극의 두께, 상기 제2 전극의 두께, 상기 제1 대향 전극의 두께 및 상기 제2 대향 전극의 두께는 100nm 이상 350nm 이하인, 액정 광학 소자.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 액정층에 포함되는 액정은 양의 유전 이방성을 갖고, 상기 액정의 초기 배향은 수평 배향인, 액정 광학 소자.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 액정의 디렉터와 상기 제2 방향의 사이의 각도의 절대값은 15도 이하인, 액정 광학 소자.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 제1 기판부에 인접한 상기 액정층의 배향 방향은, 상기 제2 기판부에 인접한 상기 액정층의 배향 방향에 대해 반평행인, 액정 광학 소자.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전극의 상기 제2 방향을 따른 길이는 5㎛ 이상 300㎛ 이하이며,
    상기 제2 전극의 상기 제2 방향을 따른 길이는 5㎛ 이상 300㎛ 이하이며,
    상기 제1 이격 영역의 상기 제2 방향을 따른 길이는 5㎛ 이상 300㎛ 이하인, 액정 광학 소자.
  15. 액정 광학 소자로서,
    제1 기판부 - 상기 제1 기판부는
    제1 주면을 갖는 제1 기판과,
    상기 제1 주면 상에 설치되어 제1 방향으로 연장되고 상기 제1 방향과 직교하는 제2 방향으로 배열되는 복수의 제1 전극과,
    상기 제1 주면 상에서, 상기 제1 방향에 대해 평행이고 최근접의 2개의 상기 제1 전극의 중점을 지나는 중심축과, 상기 최근접의 2개의 상기 제1 전극 중 한쪽의 전극의 사이의 제1 영역에 배치되는 제1 전극쌍이며, 상기 제1 전극쌍은, 상기 제1 방향으로 연장되는 제2 전극과, 상기 제1 방향으로 연장되는 제3 전극과, 상기 제2 전극과 상기 제3 전극의 사이에 설치된 절연층을 포함하고, 상기 제2 전극은, 상기 제3 전극과 겹치는 제1 중첩 부분과 상기 제3 전극과 겹치지 않는 제1 비중첩 부분을 갖고, 상기 제3 전극은, 상기 제2 전극과 겹치는 제2 중첩 부분과 상기 제2 전극과 겹치지 않는 제2 비중첩 부분을 갖는 제1 전극쌍을 포함함 - 와,
    제2 기판부 - 상기 제2 기판부는
    상기 제1 주면과 대향하는 제2 주면을 갖는 제2 기판과,
    상기 제2 주면 상에 설치되고 상기 제1 전극과 대향하여 상기 제1 방향으로 연장되는 제1 대향 전극과,
    상기 제2 주면 상에 설치되고 상기 제1 대향 전극과 이격하여 상기 제1 방향으로 연장되고, 상기 중심축과 겹치는 제2 대향 전극을 포함함 - 와,
    상기 제1 기판부와 상기 제2 기판부의 사이에 설치된 액정층
    을 포함하고,
    상기 제1 영역에서의 상기 제1 대향 전극과 상기 제2 대향 전극의 사이의 제1 이격 영역은, 상기 제1 전극쌍의 적어도 일부와 겹치는, 액정 광학 소자.
  16. 제15에 있어서,
    상기 제1 기판부는, 상기 제1 주면 상에서 상기 제1 전극쌍과 상기 최근접의 2개의 상기 제1 전극 중 상기 한쪽의 전극의 사이에 설치된 제2 전극쌍을 더 포함하고, 상기 제2 전극쌍은,
    상기 제1 방향으로 연장되는 상기 제2 전극쌍의 제2 전극과,
    상기 제1 방향으로 연장되는 상기 제2 전극쌍의 제3 전극과,
    상기 제2 전극쌍의 상기 제2 전극과 상기 제2 전극쌍의 상기 제3 전극의 사이에 설치된 절연층을 포함하고,
    상기 제2 전극쌍의 상기 제2 전극은, 상기 제2 전극쌍의 상기 제3 전극과 겹치는 제1 중첩 부분과 상기 제2 전극쌍의 상기 제3 전극과 겹치지 않는 제1 비중첩 부분을 갖고, 상기 제2 전극쌍의 상기 제3 전극은, 상기 제2 전극쌍의 상기 제2 전극과 겹치는 제2 중첩 부분과 상기 제2 전극쌍의 상기 제2 전극과 겹치지 않는 제2 비중첩 부분을 갖고,
    상기 제2 기판부는, 상기 제2 주면 상에서 상기 제1 대향 전극과 상기 제2 대향 전극의 사이에 설치되고 상기 제1 대향 전극과 상기 제2 대향 전극과 이격하여 상기 제1 방향으로 연장되는 제3 대향 전극을 더 포함하고,
    상기 제1 영역에서의 상기 제1 대향 전극과 상기 제3 대향 전극의 사이의 제2 이격 영역은, 상기 제2 전극쌍의 적어도 일부와 겹치는, 액정 광학 소자.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 절연층은 SiO2를 포함하고,
    상기 절연층의 두께는 100nm 이상 1000nm 이하인, 액정 광학 소자.
  18. 화상 표시 장치로서,
    액정 광학 소자 - 상기 액정 광학 소자는
    제1 기판부 - 상기 제1 기판부는
    제1 주면을 갖는 제1 기판과,
    상기 제1 주면 상에 설치되어 제1 방향으로 연장되고 상기 제1 방향과 직교하는 제2 방향으로 배열되는 복수의 제1 전극과,
    상기 제1 주면 상에서 상기 제1 방향으로 연장되는 복수의 제2 전극이며, 상기 제2 전극은, 상기 제1 방향에 대해 평행이고 최근접의 2개의 상기 제1 전극의 중점을 지나는 중심축과, 상기 최근접의 2개의 상기 제1 전극 중 한쪽의 전극의 사이의 제1 영역에 배치되는 상기 복수의 제2 전극을 포함함 - 와,
    제2 기판부 - 상기 제2 기판부는
    상기 제1 주면과 대향하는 제2 주면을 갖는 제2 기판과,
    상기 제2 주면 상에 설치되고 상기 제1 전극과 대향하여 상기 제1 방향으로 연장되는 제1 대향 전극과,
    상기 제2 주면 상에 설치되고 상기 제1 대향 전극과 이격하여 상기 제1 방향으로 연장되고, 상기 중심축과 겹치는 제2 대향 전극을 포함함 - 와,
    상기 제1 기판부와 상기 제2 기판부의 사이에 설치된 액정층
    을 포함하고,
    상기 제1 대향 전극과 상기 제2 대향 전극의 사이의 제1 이격 영역의 중심과 상기 중심축의 사이의 상기 제2 방향을 따른 거리는, 상기 제2 전극의 중심과 상기 중심축의 사이의 상기 제2 방향을 따른 거리보다 김 - 와,
    상기 액정 광학 소자와 적층되고, 화상 정보를 포함하는 광을 상기 액정층에 입사시키도록 구성되는 표시부를 포함하는 화상 표시부
    를 포함하는, 화상 표시 장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 제1 전극과 상기 제1 대향 전극의 사이에 제1 전압을 인가하고, 상기 제2 전극과 상기 제2 대향 전극의 사이에 제2 전압을 인가하도록 구성되는 구동부를 더 포함하는, 화상 표시 장치.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 제1 기판부는, 상기 제1 주면 상에서 상기 제2 전극과 상기 최근접의 2개의 상기 제1 전극 중 상기 한쪽의 전극의 사이에 설치되고 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극과 이격하여 상기 제1 방향으로 연장되는 제3 전극을 더 포함하고,
    상기 제2 기판부는, 상기 제2 주면 상에서 상기 제1 대향 전극과 상기 제2 대향 전극의 사이에 설치되고 상기 제1 대향 전극과 상기 제2 대향 전극과 이격하여 상기 제1 방향으로 연장되는 제3 대향 전극을 더 포함하고,
    상기 제1 영역에서의 상기 제1 대향 전극과 상기 제3 대향 전극의 사이의 제2 이격 영역의 상기 제2 방향을 따른 중심과 상기 중심축의 사이의 상기 제2 방향을 따른 거리는, 상기 제1 영역에서의 상기 제3 전극의 상기 제2 방향을 따른 중심과 상기 중심축의 사이의 상기 제2 방향을 따른 거리보다 길고,
    상기 구동부는, 상기 제3 전극과 상기 제3 대향 전극의 사이에, 상기 제2 전압을 인가하도록 구성되는, 화상 표시 장치.
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