表示装置および可変レンズアレイ
【課題】電極を分割する必要がない可変レンズアレイおよびこの可変レンズアレイを備えた表示装置を提供する。
【解決手段】表示装置は、二次元画像を表示する表示部、及び、表示部に対向して配置される可変レンズアレイ、を備えており、可変レンズアレイは、透明な第1共通電極を有する第1基板と、透明な第2共通電極を有する第2基板と、第1基板と第2基板との間に配置され、液晶レンズ列を構成する液晶層とを含み、液晶層には、第1共通電極と第2共通電極との間に電位差がない状態において液晶レンズ列の屈折力が生ずるように液晶分子が配向する配向処理が施されており、第1共通電極と第2共通電極との間に印加される電圧によって液晶レンズ列の屈折力が制御される。
【解決手段】表示装置は、二次元画像を表示する表示部、及び、表示部に対向して配置される可変レンズアレイ、を備えており、可変レンズアレイは、透明な第1共通電極を有する第1基板と、透明な第2共通電極を有する第2基板と、第1基板と第2基板との間に配置され、液晶レンズ列を構成する液晶層とを含み、液晶層には、第1共通電極と第2共通電極との間に電位差がない状態において液晶レンズ列の屈折力が生ずるように液晶分子が配向する配向処理が施されており、第1共通電極と第2共通電極との間に印加される電圧によって液晶レンズ列の屈折力が制御される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は可変レンズアレイに関する。また、本開示は係る可変レンズアレイを備えた表示装置に関する。
【背景技術】
【0002】
複数の視点用の画像を表示することができ、例えば視差のある画像を表示することによって立体視も可能となる表示装置が、種々、知られている。このような表示装置として、レンチキュラーレンズなどのレンズアレイと二次元画像を表示する表示部とを組み合わせた表示装置の実用化が進められている。
【0003】
レンズ列を備えたレンズアレイが表示部と画像観察者との間に配置される表示装置の動作の概念図を、図17の(A)及び(B)に示す。
【0004】
図17の(A)に示すように、符号R1,R3,R5,R7,R9を付した画素群から出射された光線群は視点2に達する。また、図17の(B)に示すように、符号L2,L4,L6,L8,L10を付した画素群から出射された光線群は視点1に達する。このように、表示部から所定距離をおいた位置にあっては、視点1の画像と視点2の画像が独立して観察される。
【0005】
画像観察者の左眼と右眼とが視点1と視点2とに位置し、符号L2,L4,L6,L8,L10を付した画素群によって左眼用の画像を表示し、符号R1,R3,R5,R7,R9を付した画素群によって右眼用の画像を表示すれば、画像観察者は、画像を立体画像として認識する。
【0006】
一方、立体視が可能な表示装置においても、通常画像(二次元画像)の表示も支障無く行うことができることが好ましい。換言すれば、立体画像の表示と通常画像の表示とが切り換え可能といった構成であることが望ましい。レンズアレイにおけるレンズ列の屈折力を可変することができれば、立体画像の表示と通常画像の表示とを切り換えることができる。
【0007】
例えば特開平7−72445号公報(特許文献1)の図2に示すように、レンズ列の屈折力を可変することができる可変レンズアレイとして、透明な電極を有する一対の透明な基板の間に液晶層が配置された構造の可変レンズアレイが提案されている。この構造の可変レンズアレイにあっては、レンズ列は液晶材料を用いた屈折率分布レンズ(Gradient Indexレンズ、以下、単に、液晶GRINレンズと呼ぶ場合がある)から成り、一対の基板間の電圧を変えることによってレンズ列の屈折力を可変することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
【特許文献1】特開平7−72445号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
引用文献1の図2に示すような可変レンズアレイにあっては、液晶層における屈折率分布を制御するために、少なくとも一方の基板上の電極を例えばストライプ状に細かく分割すると共に、所定の電極群毎に印加する電圧値を制御するといった必要が生ずる。このため、レンズの構成や制御が複雑になる。
【0010】
従って、本開示の目的は、電極を分割する必要がなく、可変レンズの構成や制御を簡便なものとすることができる可変レンズアレイ、及び、係る可変レンズアレイを備えた表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0011】
上記の目的を達成するための本開示の表示装置は、
二次元画像を表示する表示部、及び、
表示部に対向して配置される可変レンズアレイ、
を備えており、
可変レンズアレイは、透明な第1共通電極を有する第1基板と、透明な第2共通電極を有する第2基板と、第1基板と第2基板との間に配置され、液晶レンズ列を構成する液晶層とを含み、
液晶層には、第1共通電極と第2共通電極との間に電位差がない状態において液晶レンズ列の屈折力が生ずるように液晶分子が配向する配向処理が施されており、
第1共通電極と第2共通電極との間に印加される電圧によって液晶レンズ列の屈折力が制御される表示装置である。
【0012】
上記の目的を達成するための本開示の可変レンズアレイは、
透明な第1共通電極を有する第1基板と、透明な第2共通電極を有する第2基板と、第1基板と第2基板との間に配置された液晶層とを含んでおり、
液晶層には、第1共通電極と第2共通電極との間に電圧が印加されていない状態において液晶レンズ列の屈折力が生ずるように液晶分子が配向する配向処理が施されており、
第1共通電極と第2共通電極との間に印加される電圧によって液晶レンズ列の屈折力が制御される可変レンズアレイである。
【発明の効果】
【0013】
本開示の可変レンズアレイ、あるいは又、本開示の表示装置を構成する可変レンズアレイにおいて、液晶層には、第1共通電極と第2共通電極との間に電位差がない状態において液晶レンズ列の屈折力が生ずるように液晶分子が配向する配向処理が施されている。従って、液晶層における屈折率分布を制御するために電極を分割したり、電極群毎に印加する電圧値を制御するといったことを必要としない。例えば第1共通電極と第2共通電極とに同じ電圧を印加すれば、可変レンズアレイはレンチキュラーレンズとして機能する。また、第1共通電極と第2共通電極との間に或る程度以上の電位差を与えれば、可変レンズアレイは実質的に単なる透明基板として機能する。本開示の可変レンズアレイによれば、可変レンズの構成や制御を簡便なものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1】図1は、第1の実施形態に用いられる表示装置を仮想的に分離したときの模式的な斜視図である。
【図2】図2は、可変レンズアレイの正面の模式的な平面図である。
【図3】図3は、図2のA−A断面図である。
【図4】図4の(A)乃至(C)は、可変レンズアレイの製造方法を説明するための第1基板などの模式的な一部断面図である。
【図5】図5の(A)乃至(C)は、図4の(C)に引き続き、可変レンズアレイの製造方法を説明するための第2基板などの模式的な一部断面図である。
【図6】図6の(A)は、図5の(C)に引き続き、可変レンズアレイの製造方法を説明するための第2基板などの模式的な一部断面図である。図6の(B)は、図6の(A)に引き続き、可変レンズアレイの製造方法を説明するための第1基板や第2基板などの模式的な一部断面図である。
【図7】図7は、図6の(C)に引き続き、可変レンズアレイの製造方法を説明するための第1基板や第2基板などの模式的な一部断面図である。
【図8】図8は、立体画像を表示するときの可変レンズアレイおよび表示部の一部の模式的な断面図である。
【図9】図9は、表示部と可変レンズアレイの一部の模式的な斜視図である。
【図10】図10は、通常画像を表示するときの可変レンズアレイおよび表示部の一部の模式的な断面図である。
【図11】図11は、表示部と可変レンズアレイの一部の模式的な斜視図である。
【図12】図12は、変形例の可変レンズアレイの模式的な断面図である。
【図13】図13は、第2の実施形態における可変レンズアレイおよび表示部の一部の模式的な断面図である。
【図14】図14は、通常画像を表示するときの可変レンズアレイおよび表示部の一部の模式的な断面図である。
【図15】図15は、第3の実施形態における可変レンズアレイおよび表示部の一部の模式的な断面図である。
【図16】図16は、液晶分子の配向方向を説明するための図であって、可変レンズアレイを図15に示すB−Bから見たときの模式的な平面図である。
【図17】図17の(A)及び(B)は、レンズアレイが表示部と画像観察者との間に配置される表示装置の動作の概念図である。
【発明を実施するための形態】
【0015】
以下、図面を参照して、実施形態に基づき本開示を説明する。本開示は実施形態に限定されるものではなく、実施形態における種々の数値や材料は例示である。以下の説明において、同一要素または同一機能を有する要素には同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。尚、説明は、以下の順序で行う。
1.本開示に係る表示装置および可変レンズアレイ、全般に関する説明
2.第1の実施形態
3.第2の実施形態
4.第3の実施形態(その他)
【0016】
[本開示に係る表示装置および可変レンズアレイ、全般に関する説明]
本開示の可変レンズアレイ、あるいは又、本開示の表示装置に用いられる可変レンズアレイ(以下、これらを単に、本開示の可変レンズアレイと呼ぶ場合がある)にあっては、液晶レンズ列の屈折力が無い状態にする場合には、液晶層の液晶分子を一定方向に配向させるように第1共通電極と第2共通電極との間に電圧が印加される構成とすることができる。尚、継続して直流電圧を液晶層に印加すると液晶材料の劣化を招くので、通常の液晶表示パネルと同様に、第1共通電極と第2共通電極との間の電圧の極性が順次反転するように可変レンズアレイを駆動すればよい。
【0017】
上述した好ましい構成を含む本開示の可変レンズアレイにおいて、第1基板における液晶層側の面および第2基板における液晶層側の面の少なくとも一方には、第1共通電極と第2共通電極との間に電位差がない状態において液晶レンズ列の屈折力が生ずるように液晶分子を配向させるための配向膜が形成されている構成とすることができる。この場合において、配向膜には光照射による配向制御が施されている構成とすることができる。
【0018】
例えば、光化学反応性残基を結合した高分子からなる膜に非偏光を照射すると、光が進む方向に並んだ分子とそうではない分子とで光化学反応に差が生じ、結果的に分子の配向に異方性が発生する。あるいは又、光化学反応性残基を結合した高分子からなる膜に直線偏光を照射すると、偏光軸の方向で規制される選択的な反応が生じ、結果的に分子の配向に異方性が発生する。従って、非偏光を照射する場合には光を照射する方向を適宜設定することによって、直線偏光を照射する場合には偏光軸の方向を制御するマスクなどを適宜用いることによって、高分子材料から成る配向膜の配向制御が可能となる。高分子材料として、ポリエステル、ポリアミドおよびポリイミドなどといった周知の材料を用いることができる。
【0019】
上述した各種の好ましい構成を含む本開示の可変レンズアレイにあっては、光学的なレンズを構成するといった関係から、液晶層を通常の液晶表示パネルの液晶層よりもかなり厚くする必要がある。例えば、基板間に散布された球状のスペーサによって第1基板と第2基板との間を所定の間隔に保持し、液晶層を所定の厚みに保つといった構成とすることもできるが、画素ピッチに対してスペーサ径が無視できない大きさとなり画質を損ねる可能性がある。従って、それぞれ隣接する液晶レンズ列の境界部に壁状または柱状のスペーサが配置されている構成、あるいは又、液晶レンズ列の中央部に壁状または柱状のスペーサが配置されている構成とすることが好ましい。
【0020】
この場合において、液晶層の配向処理や液晶層を構成する液晶材料の構成にもよるが、液晶レンズ列の屈折力を変化させたときに液晶層の液晶分子の配向方向が変わらない場所に壁状または柱状のスペーサが設けられている構成とすることができる。ここで、「液晶分子の配向方向が変わらない」とは、厳密に液晶分子の配向方向が変わらない場合の他、実質的に液晶分子の配向方向が変わらない場合をも含む。この構成にあっては、スペーサを構成する材料の屈折率を適宜設定することによって、スペーサに起因する光学的な影響が生じないようにすることができる。
【0021】
可変レンズアレイの表面を画像観察者が押すといった使用状態が想定される場合には、いわゆる面押し強度を確保するために、壁状のスペーサを用いた構成とすることが好ましい。あるいは又、充分な面押し強度を確保するに足る数の柱状のスペーサを配置するといった構成とすることが好ましい。尚、柱状のスペーサの形状は特に限定するものではなく、例えば角柱状であってもよいし円柱状であってもよい。
【0022】
上述した各種の好ましい構成を含む本開示の可変レンズアレイにあっては、可変レンズアレイの製造プロセスにおいて液晶材料の流動性を確保する観点から、可変レンズアレイの第1基板の外周部と第2基板の外周部とは封止部によって封止されており、壁状または柱状のスペーサの端部と封止部との間には間隔が空けられている構成とすることが好ましい。
【0023】
可変レンズアレイを構成する第1基板や第2基板は、光に対して透明な材料から構成することができる。第1基板や第2基板を構成する材料として、アクリル系樹脂、ポリカーボネート樹脂(PC)、ABS樹脂、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)、ポリアリレート樹脂(PAR)、ポリエチレンテレフタレート樹脂(PET)、ガラスを例示することができる。第1基板と第2基板を構成する材料は、同じであってもよいし、異なっていてもよい。
【0024】
第1基板の第1共通電極や第2基板の第2共通電極は、光透過性を有する金属薄膜や、インジウムとスズの酸化物(ITO)やインジウムと亜鉛の酸化物(IZO)などの透明導電材料から構成することができる。第1共通電極や第2共通電極は、真空蒸着法やスパッタリング法に例示される物理的気相成長法(PVD法)、各種の化学的気相成長法(CVD法)などの周知の方法によって成膜することができる。
【0025】
第1基板と第2基板との間に配置される液晶層を構成する材料として、ネマチック液晶材料などの周知の材料を用いることができる。液晶層を構成する材料は特に限定するものではない。ポジ型の液晶材料を用いた構成とすることができるし、ネガ型の液晶材料を用いた構成とすることもできる。
【0026】
壁状または柱状のスペーサの形成方法は特に限定するものではない。スペーサの形成方法として、例えば、スクリーン印刷法、感光法を挙げることができる。スクリーン印刷法とは、スペーサを形成すべき部分に対応するスクリーンの部分に開口が形成されており、スクリーン上のスペーサ形成用材料をスキージによって開口を通過させ、基板上にスペーサ形成用材料層を形成した後、必要に応じて硬化処理を行う方法である。感光法とは、基板上に感光性を有するスペーサ形成用材料層を形成し、露光および現像によってこのスペーサ形成用材料層をパターニングするといった方法である。スペーサは、透明な高分子材料などといった周知の材料から構成することができる。
【0027】
第1基板の外周部と第2基板の外周部との間を封止する封止部は、例えば熱硬化性のエポキシ系樹脂材料といった周知のシール材料を用いて構成することができる。
【0028】
本開示の表示装置に用いられる表示部として、液晶表示パネル、エレクトロルミネッセンス表示パネル、プラズマ表示パネルなどといった、周知の表示装置を用いることができる。表示部は、モノクロ表示であってもよいし、カラー表示であってもよい。
【0029】
後述する各実施形態においては、透過型のモノクロ液晶表示パネルを表示部として用いる。また、実施形態にあっては、可変レンズアレイは表示部と画像観察者との間に配置されているとして説明する。尚、本開示の構造はこれに限るものではなく、透過型の表示部と照明部との間に可変レンズアレイが配置されているといった構成とすることもできる。
【0030】
液晶表示パネルは、例えば、透明共通電極を備えたフロントパネル、透明画素電極を備えたリアパネル、及び、フロントパネルとリアパネルとの間に配置された液晶材料から成る。液晶表示パネルの動作モードは特に限定するものではない。所謂TNモードで駆動される構成であってもよいし、VAモードあるいはIPSモードで駆動される構成であってもよい。
【0031】
表示部の画素(ピクセル)の数M×Nを(M,N)で表記したとき、(M,N)の値として、具体的には、VGA(640,480)、S−VGA(800,600)、XGA(1024,768)、APRC(1152,900)、S−XGA(1280,1024)、U−XGA(1600,1200)、HD−TV(1920,1080)、Q−XGA(2048,1536)の他、(3840,2160)、(1920,1035)、(720,480)、(1280,960)など、画像表示用解像度の幾つかを例示することができるが、これらの値に限定するものではない。
【0032】
透過型表示パネルを背面から照射する照明部として、周知の照明部を用いることができる。照明部の構成は特に限定するものではない。照明部は、光源、プリズムシート、拡散シート、導光板などといった周知の部材から構成することができる。
【0033】
表示部を駆動する駆動回路や、可変レンズアレイを駆動する駆動回路は、種々の回路から構成することができる。これらは周知の回路素子などを用いて構成することができる。
【0034】
本明細書に示す各種の条件は、厳密に成立する場合の他、実質的に成立する場合にも満たされる。設計上あるいは製造上生ずる種々のばらつきの存在は許容される。
【0035】
[第1の実施形態]
第1の実施形態は、本開示に係る表示装置および可変レンズアレイに関する。
【0036】
図1は、第1の実施形態に用いられる表示装置を仮想的に分離したときの模式的な斜視図である。
【0037】
図1に示すように、表示装置1は、二次元画像を表示する表示部10、及び、表示部10に対向して配置される可変レンズアレイ30を備えている。説明の都合上、表示部10の表示領域11はX−Z平面と平行であり、画像を観察する側(観察領域側)が+Y方向であるとする。
【0038】
可変レンズアレイ30は、表示部10の正面(画像観察者側)に対向して配置されており、表示部10とは設計上定めた所定の間隔を空けて対向するように図示せぬ保持部材によって保持されている。後述するように、可変レンズアレイ30の第1基板130Aと第2基板130Bとの間には、液晶層などが配置されている。符号137は封止部を示す。可変レンズアレイ30の詳細については、後述する図2および図3を参照して、後で詳しく説明する。
【0039】
表示部10の背面側には光を照射する照明部20が配置されている。照明部20は、光源、プリズムシート、拡散シートおよび導光板などといった部材(これらは図示せず)から構成されている。
【0040】
表示部10の背面側には、偏光方向がZ方向である図示せぬ第1の偏光フィルムが貼られており、表示部10の正面側には、偏光方向がX方向である図示せぬ第2の偏光フィルムが貼られている。従って、表示領域11から可変レンズアレイ30に向かう光の偏光方向はX方向である。
【0041】
表示部10の表示領域11には、水平方向(図においてX方向)にM個、垂直方向(図においてZ方向)にN個の画素12が配列されている。第m列目(但し、m=1,2・・・,M)の画素12を、画素12mと表す。
【0042】
可変レンズアレイ30には、垂直方向に延びる液晶レンズ列(可変レンズ列)31が、水平方向にP個並んで配列されている。第p列目(但し、p=1,2・・・,P)の液晶レンズ列31を液晶レンズ列31pと表す。「P」と上述した「M」の関係については後述する。
【0043】
説明の都合上、立体画像を表示する際の画像の視点数は中央の観察領域WACにおいて視点A1,A2・・・,A4の4つであるとして説明するが、これは例示にすぎない。観察領域の個数や視点の数は、表示装置1の設計に応じて適宜設定することができる。表示部10と液晶レンズ列31との位置関係などを好適に設定することによって、中央の観察領域WACの左側の領域WALと右側の領域WARにおいても、各視点用の画像が観察可能となる。
【0044】
図示せぬ駆動回路によって表示部10は駆動される。具体的には、画素12における液晶分子の配向方向が制御され、外部からの映像信号に応じた二次元画像が表示される。また、別の図示せぬ駆動回路によって可変レンズアレイ30は駆動され、例えば立体画像を表示する場合と通常画像を表示する場合とで、液晶レンズ列31の屈折力が切り換えられる。液晶レンズ列31の制御については、後述する図8ないし図11を参照して、後で詳しく説明する。
【0045】
次いで、図2および図3を参照して、可変レンズアレイ30の構成について説明する。
【0046】
図2は、可変レンズアレイの正面の模式的な平面図である。図2においては第1基板130Aの一部を切り欠いて示した。また、図示の都合上、第1基板130Aの一部を切り欠いた部分にあっては液晶層などの図示を省略した。図3は、図2のA−A断面図である。尚、図3においては、液晶レンズ列31に対応する画素を模式的に示した。
【0047】
図3に示すように、可変レンズアレイ30は、透明な第1共通電極131を有する第1基板130Aと、透明な第2共通電極136を有する第2基板130Bと、第1基板130Aと第2基板130Bとの間に配置され、液晶レンズ列31を構成する液晶層133とを含んでいる。
【0048】
第1共通電極131と第2共通電極136は、それぞれ、第1基板130Aと第2基板130Bの液晶層133側の面(内面)に形成されている。液晶層133は、ポジ型のネマチック液晶材料から成る。
【0049】
第1共通電極131と第2共通電極136は、例えばITOといった透明導電材料から構成されており、周知の成膜技術により形成されている。第1共通電極131は第1基板130Aの全面に形成されており、第2共通電極136は第2基板130Bの全面に形成されている。
【0050】
図3に示すように、第1基板130A上には、第1共通電極131を含む全面を覆う第1配向膜132が形成されており、第2基板130B上には、第2共通電極136を含む全面を覆う第2配向膜135が形成されている。これらは例えば感光性のポリイミド材料から構成されており、光照射による配向制御が施されている。配向制御などの詳細については、後述する図4ないし図7を参照して、後で詳しく説明する。
【0051】
第1配向膜132と第2配向膜135によって、第1共通電極131と第2共通電極136との間に電位差がない状態(電界が印加されていない状態)における液晶分子133Aの分子軸の方向が規定される。これによって、液晶層133には、第1共通電極131と第2共通電極136との間に電位差がない状態において液晶レンズ列31の屈折力が生ずるように液晶分子133Aが配向する配向処理が施される。尚、図3は、第1共通電極131と第2共通電極136との間に電位差がない状態の液晶分子133Aの配向を示している。後述する図8ないし図11を参照して後で詳しく説明するが、第1共通電極131と第2共通電極136との間に印加される電圧によって液晶レンズ列31の屈折力が制御される。
【0052】
第1共通電極131と第2共通電極136との間に電位差がない状態における液晶分子133Aの配向について説明する。説明の都合上、X−Z平面を基準面とし、X軸を基準として方位角を考え、Y軸を基準に極角を考える。液晶分子133Aの分子軸(長軸)の方位角は略0度である。換言すれば、液晶分子133Aの分子軸は、X−Y平面と略平行となるように配向する。
【0053】
一方、液晶分子133Aにおける分子軸の極角の絶対値は、液晶レンズ列31の端部(図3においてスペーサ134近傍、尚、スペーサ134については後で詳しく説明する)において略0度であり、液晶レンズ列31の中央部に近づくほど増加し、液晶レンズ列31の中央部において略90度となる。換言すれば、例えば液晶レンズ列31pの液晶分子133Aは、図3に示す左側のスペーサ134付近においてはY方向に沿って配列し、液晶レンズ列31pの中央に向かうにつれて図において右側に傾斜する。同様に、液晶レンズ列31pの液晶分子133Aは、図3に示す右側のスペーサ134付近においてはY方向に沿って配列し、液晶レンズ列31pの中央に向かうにつれて図において左側に傾斜する。そして、液晶レンズ列31pの中央において、液晶レンズ列31pの液晶分子133Aは、X方向に沿って配列する。
【0054】
1つの液晶レンズ列31は、基本的には4列の画素12に対応する。液晶レンズ列31と画素12の水平方向のピッチをそれぞれ符号LDと符号NDで表せば、LD≒4×NDである。例えば、画素ピッチNDが1×102[μm]であるとすると、液晶レンズ列31のピッチLDは約4×102[μm]である。また、上述した「P」と「M」は、P≒M/4といった関係にある。
【0055】
また、図2および図3に示すように、第1基板130Aと第2基板130Bとの間にはスペーサ134が設けられている。スペーサ134は、それぞれ隣接する液晶レンズ列31の境界部に配置されている。ここではスペーサ134は壁状であるとして説明する。尚、スペーサ134を柱状とすることもできる。スペーサ134は、透明な高分子材料から成る。第1の実施形態において、スペーサ134は、液晶レンズ列31の境界部に位置する第2配向膜135上に形成されている。
【0056】
スペーサ134の厚さ(X方向の幅)は例えば25[μm]であり、高さ(Y方向の幅)は例えば50[μm]である。尚、作図の都合上、図に示すスペーサの縦横比はこれらの数値を反映していない。図2に示すように、第1基板130Aの外周部と第2基板130Bの外周部とは例えばエポキシ系樹脂材料から成る封止部137によって封止されており、壁状のスペーサ134の端部と封止部137との間には間隔が空けられている。具体的には、図2に示すスペーサ134の長さSLは、壁状のスペーサ134の端部と封止部137との間に間隔D1,D2が空くような値に設定されている。間隔D1,D2の値は、可変レンズアレイ30の製造の際に支障なく液晶材料が基板間に流れるような値に設定されている。後述する他の実施形態においても同様である。
【0057】
以下、図4の(A)乃至(C)、図5の(A)乃至(C)、図6の(A)及び(B)、並びに、図7を参照して、可変レンズアレイ30の製造方法を説明する。これらの図は、基本的には、図2におけるA−A断面図と同様の断面図である。尚、図示の都合上、図5の(A)乃至(C)および図6の(A)については、Y軸の方向を反転している。また、非偏光を用いた光配向処理が施された配向膜は、光が照射された方向に長軸をそろえるように液晶分子を配向させるとする。
【0058】
[工程−100](図4の(A)参照)
先ず、第1基板130A上に、例えばITOから成る第1共通電極131を周知の方法に基づき形成する。次いで、第1共通電極131を含む全面に、例えば感光性のポリイミド材料から成る第1配向膜132を周知の方法に基づき形成する。
【0059】
[工程−110](図4の(B)及び(C)参照)
その後、スリット状の開口部42を備えたマスク40を用いて、第1配向膜132に光配向処理を施す。
【0060】
マスク40は、Z方向に延びるスリット状の開口部42と、それぞれ隣接する開口部42の間の遮光部41とを備えている。マスク40は、周知の材料を用いて周知の方法に基づき形成することができる。開口部42のX方向のピッチは、図3に示す液晶レンズ列31のピッチLDと同一である。開口部42のX方向の幅は、可変レンズアレイ30の仕様に応じて適宜好ましい値に設定すればよい。
【0061】
液晶レンズ列31の境界に対応する部分と開口部42の中心とが対応するように、第1配向膜132に対向してマスク40を配置する。そして、図示せぬ光源からY方向に向かう非偏光の光を照射し、開口部42に対応する第1配向膜132の領域(符号AL1で表す)に光配向処理を施す(図4の(B)参照)。
【0062】
次いで、液晶レンズ列31の中央部に対応する部分と開口部42の中心とが対応するように、第1配向膜132に対向してマスク40を配置する。そして、図示せぬ光源から図において右斜め下方向に向かう非偏光の光を照射し、領域AL1の左側に位置する第1配向膜132の領域AL2に光配向処理を施す。その後、図示せぬ光源から図において左斜め下方向に向かう非偏光の光を照射し、領域AL1の右側に位置する第1配向膜132の領域AL3に光配向処理を施す(図4の(C)参照)。
【0063】
[工程−120](図5の(A)参照)
次いで、第2基板130B上に、例えばITOから成る第2共通電極136を周知の方法に基づき形成する。その後、第2共通電極136を含む全面に、例えば感光性のポリイミド材料から成る第2配向膜135を周知の方法に基づき形成する。
【0064】
[工程−130](図5の(B)及び(C)参照)
次いで、上述したマスク40を用いて、第2配向膜135に光配向処理を施す。
【0065】
液晶レンズ列31の境界に対応する部分と開口部42の中心とが対応するように、第2配向膜132に対向してマスク40を配置する。そして、図示せぬ光源からY方向に向かう非偏光の光を照射し、開口部42に対応する第2配向膜135の領域(符号AL4で表す)に光配向処理を施す(図5の(B)参照)。
【0066】
次いで、図示せぬ光源から図において右斜め下方向に向かう非偏光の光を照射し、領域AL4の右側に位置する第2配向膜135の領域AL6に光配向処理を施す。次いで、図示せぬ光源から図において左斜め下方向に向かう非偏光の光を照射し、領域AL4の左側に位置する第2配向膜135の領域AL5に光配向処理を施す(図5の(C)参照)。
【0067】
[工程−140](図6の(A)参照)
その後、液晶レンズ列31の境界に対応する部分の第2配向膜135上に、周知の透明な材料を用いて、スペーサ134を周知の方法により適宜形成する。
【0068】
[工程−150](図6の(B)及び図7参照)
そして、上記工程を経た第1基板130Aと第2基板130Bを液晶材料を挟んだ状態で対向させ、周囲を封止することによって、可変レンズアレイ30を得ることができる。図6の(B)は光配向処理が施された領域の対応関係を示す。また、図7は液晶分子133Aの配向状態を示す。
【0069】
次いで、図8ないし図11を参照して、可変レンズアレイ30の動作について説明する。先ず、立体画像を表示するときの動作について説明し、次いで、通常画像を表示するときの動作について説明する。
【0070】
図8は、立体画像を表示するときの可変レンズアレイおよび表示部の一部の模式的な断面図である。図9は、表示部と可変レンズアレイの一部の模式的な斜視図である。
【0071】
表示装置1の動作時において、第1共通電極131と第2共通電極136には共に同じ値の電圧(例えば0[ボルト])が印加される。第1共通電極131と第2共通電極136との間に電位差がないので、第1配向膜132と第2配向膜135によって、液晶層133の液晶分子133Aは図8に示すように配向する。
【0072】
液晶層133はポジ型のネマチック液晶材料から成る。液晶分子133Aの長軸方向の屈折率は、短軸方向の屈折率よりも大きい。また、液晶分子133Aの分子軸はX−Y平面と略平行となるように配向している。従って、表示部10から入射する光の偏光方向がX方向である場合、液晶層133における屈折率は、図8のグラフに示すように、液晶レンズ列31の周辺部は小さく、中央部に向かうほど大きくなる。尚、図8に示す符号「nS」と符号「nL」は、それぞれ、液晶分子133Aの短軸方向の屈折率と長軸方向の屈折率を示す。尚、図8に示すグラフは模式的なものであって、屈折率の最大値と最小値とが常に「nS」や「nL」になるといったことを意味するものではない。後述する他の図面におけるグラフにおいても同様である。
【0073】
この状態にあっては、液晶レンズ列31を透過する光の波面は、液晶レンズ列31の中央部から周辺部に向かうほど早く進む。従って、ある一点に波面が集中するように光は進むので、液晶レンズ列31は凸レンズとして作用する液晶GRINレンズを構成する。図8に示すストライプ状の液晶レンズ列31は、光学的には円筒状の凸レンズ列と同視できるので、レンチキュラーレンズとして動作する(図9参照)。尚、図8と後述する図10に示す屈折率のグラフは、スペーサ134を構成する高分子材料として、液晶分子133Aの短軸方向の屈折率と略同様の屈折率を示す材料が選択されている場合の例を示した。
【0074】
視点A1,A2・・・,A4用の画像を形成するための画素12から出射した光は、液晶レンズ列31を透過する際に進行方向が変えられ、所定の方向に向かう。これによって、図1に示す観察領域WAにおいて、所定の視点用の画像を観察することができる。
【0075】
図10は、通常画像を表示するときの可変レンズアレイおよび表示部の一部の模式的な断面図である。図11は、表示部と可変レンズアレイの一部の模式的な斜視図である。
【0076】
通常画像を表示するときには、第1共通電極131と第2共通電極136には異なる値の電圧(例えば0[ボルト]と15[ボルト])が印加される。尚、実際には、液晶層133を交流駆動するために、電圧の極性は例えば表示フレーム毎に切り換えられる。説明の都合上、電圧の極性の反転は考慮しないで説明を行う。
【0077】
この状態においては、第1共通電極131と第2共通電極136との間の電圧は15[ボルト]である。従って、第2共通電極136と全ての第1共通電極131との間に電界が形成され、液晶分子133Aは長軸がZ方向に沿うように配列する。
【0078】
この状態では、液晶層133は、屈折率が「nS」である材料から成る単なる透明な基板として作用する(図11参照)。表示装置1はレンズアレイが設けられていないと同様の状態となり、通常画像を観察することができる。
【0079】
以上、第1の実施形態について説明した。可変レンズアレイ30にあっては、第1共通電極131は第1基板130Aの全面に形成され、第2共通電極136は第2基板130Bの全面に形成されている。このように、液晶層133における屈折率分布を制御するために電極を分割したり、電極群毎に印加する電圧値を制御するといったことを必要としない。
【0080】
また、液晶レンズ列31の屈折力を変化させたときに液晶分子133Aの配向方向が変わらない場所にスペーサ134が設けられているので、スペーサと液晶層の屈折率の差に起因する光学的な影響も生じない。
【0081】
上述した説明では、スペーサ134は液晶レンズ列31の各境界部に設けられているとしたが、これに限るものではない。例えば、スペーサ134が設けられている境界部と、スペーサ134が設けられていない境界部とが交互に並ぶといった構成であってもよい。後述する他の実施形態においても同様である。
【0082】
あるいは又、スペーサ134は壁状であるとして説明したが、柱状のスペーサが設けられている構成とすることもできる。後述する他の実施形態においても同様である。
【0083】
尚、第1実施形態においては、表示部10からの光は偏光軸がX方向であるとして説明した。表示部として自発光型の表示部を用いる構成とすることもできるが、自発光型の表示部は一般に非偏光を発光する。この場合には、図12に示すように、例えば、可変レンズアレイ30を構成する第2基板130Bの裏面(自発光型の表示部10’側)に、偏光軸がX方向である偏光フィルムなどの光学部材138を配置すればよい。後述する他の実施形態においても同様である。
【0084】
[第2の実施形態]
第2の実施形態も、本開示に係る表示装置および可変レンズアレイに関する。
【0085】
第2の実施形態は、第1の実施形態に対して、可変レンズアレイを構成する液晶材料の種類と、可変レンズアレイを構成するスペーサの仕様が異なる。液晶層はネガ型のネマチック液晶材料から成り、スペーサは液晶レンズ列の中央部に配置されている。以上の点が相違する他、第2の実施形態は第1の実施形態と同様の構成である。
【0086】
第2の実施形態に用いられる表示装置2を仮想的に分離したときの模式的な斜視図は、図1に示す表示装置1を表示装置2と読み替え、可変レンズアレイ30を可変レンズアレイ230と読み替えた図面となる。
【0087】
図13および図14を参照して、可変レンズアレイ230の構成について説明する。
【0088】
図13は、第2の実施形態に用いられる可変レンズアレイの一部の断面図である。具体的には、第1の実施形態で参照した図2において可変レンズアレイ30を可変レンズアレイ230と読み替えたときのA−A断面図である。符号233は液晶層を表し、符号233Aは液晶分子を表す。尚、図13は、第1共通電極131と第2共通電極136との間に電位差がない状態(換言すれば、立体画像を表示するとき)の液晶分子233Aの配向を示している。図14は、通常画像を表示するときの可変レンズアレイおよび表示部の一部の模式的な断面図である。
【0089】
可変レンズアレイ230において、液晶層233はネガ型のネマチック液晶材料から成り、スペーサ234は液晶レンズ列31の中央部に形成されている。以上の点が相違する他、可変レンズアレイ230の製造方法は第1の実施形態において説明した製造方法と同様の製造方法であるので、説明を省略する。
【0090】
立体画像を表示するときの動作は、第1の実施形態において図8と図9とを参照して説明したと同様の動作である。即ち、表示部10から入射する光の偏光方向がX方向である場合、液晶層233における屈折率は、図13のグラフに示すように、液晶レンズ列31の周辺部は小さく、中央部に向かうほど大きくなる。尚、図13と図14に示す屈折率のグラフは、スペーサ234を構成する高分子材料として、液晶分子233Aの長軸方向の屈折率と略同様の屈折率を示す材料が選択されている場合の例を示した。
【0091】
通常画像を表示するときには、図14に示すように液晶分子233AがX方向に配列する。以上の点が相違する他、通常画像を表示するときの動作は、第1の実施形態において図10と図11とを参照して説明した動作と基本的には同様である。尚、第2の実施形態にあっては、液晶層233は屈折率が「nL」である材料から成る単なる透明な基板として作用する。表示装置2はレンズアレイが設けられていないと同様の状態となり、通常画像を観察することができる。
【0092】
以上、第2の実施形態について説明した。第2の実施形態においても、液晶層233における屈折率分布を制御するために電極を分割したり、電極群毎に印加する電圧値を制御するといったことを必要としない。
【0093】
また、液晶レンズ列31の屈折力を変化させたときに液晶分子233Aの配向方向が変わらない場所にスペーサ234が設けられているので、スペーサと液晶層の屈折率の差に起因する光学的な影響も生じない。
【0094】
[第3の実施形態]
第3の実施形態も、本開示に係る表示装置および可変レンズアレイに関する。
【0095】
第3の実施形態は、第1の実施形態に対して、第1配向膜および第2配向膜の光配向処理が異なる。以上の点が相違する他、第3の実施形態は第1の実施形態と同様の構成である。
【0096】
第3の実施形態に用いられる表示装置3を仮想的に分離したときの模式的な斜視図は、図1に示す表示装置1を表示装置3と読み替え、可変レンズアレイ30を可変レンズアレイ330と読み替えた図面となる。
【0097】
図15および図16を参照して、可変レンズアレイ330の構成について説明する。
【0098】
図15は、第3の実施形態に用いられる可変レンズアレイの一部の断面図である。図16は、液晶分子の配向方向を説明するための図であって、可変レンズアレイを図15に示すB−Bから見たときの模式的な平面図である。
【0099】
より詳しくは、図15は、第1の実施形態で参照した図2において可変レンズアレイ30を可変レンズアレイ330と読み替えたときのA−A断面図である。符号332は第1配向膜を表し、符号335は第2配向膜を表す。尚、図15は、第1共通電極131と第2共通電極136との間に電位差がない状態(換言すれば、立体画像を表示するとき)の液晶分子133Aの配向を示している。図示の都合上、図16においては液晶分子133Aとスペーサ134以外の構成要素の表示を省略した。
【0100】
第1共通電極131と第2共通電極136との間に電位差がない状態における液晶分子133Aの配向について説明する。第1実施形態と同様に、X−Z平面を基準面とし、X軸を基準として方位角を考え、Y軸を基準に極角を考える。液晶分子133Aの分子軸(長軸)の極角は略90度である。換言すれば、図15および図16に示すように、液晶分子133Aの長軸はX−Z平面に平行になるように配向する。
【0101】
一方、液晶分子133Aにおける分子軸の方位角の絶対値は、液晶レンズ列31の端部(図16においてスペーサ134近傍)において略90度であり、液晶レンズ列31の中央部に近づくほど減少し、液晶レンズ列31の中央部において略0度となる。換言すれば、例えば液晶レンズ列31pの液晶分子133Aは、図3に示す左側のスペーサ134付近においてはZ方向に沿って配列し、液晶レンズ列31pの中央に向かうにつれて図において右側に傾斜する。同様に、液晶レンズ列31pの液晶分子133Aは、図3に示す右側のスペーサ134付近においてはZ方向に沿って配列し、液晶レンズ列31pの中央に向かうにつれて図において左側に傾斜する。そして、液晶レンズ列31pの中央において、液晶レンズ列31pの液晶分子133Aは、X方向に沿って配列する。
【0102】
第1配向膜332と第2配向膜335には、液晶分子133Aを上述したように配向させるための光配向処理が施されている。具体的には、透過する光の偏光方向が図16に示す液晶分子133Aの軸方向に沿うようなマスクを介して、第1配向膜332と第2配向膜335に光を照射する光配向処理が施されている。
【0103】
立体画像を表示するときの動作は、第1の実施形態において図8と図9とを参照して説明したと実質的に同様の動作である。即ち、表示部10から入射する光の偏光方向がX方向である場合、液晶層133における屈折率は、図15のグラフに示すように、液晶レンズ列31の周辺部は小さく、中央部に向かうほど大きくなる。尚、図15に示す屈折率のグラフは、スペーサ134を構成する高分子材料として、液晶分子133Aの短軸方向の屈折率と略同様の屈折率を示す材料が選択されている場合の例を示した。
【0104】
通常画像を表示するときの動作は、第1の実施形態において図10と図11とを参照して説明した動作と同様である。液晶層133は、屈折率が「nS」である材料から成る単なる透明な基板として作用する。表示装置3はレンズアレイが設けられていないと同様の状態となり、通常画像を観察することができる。
【0105】
以上、この発明の実施形態について具体的に説明したが、この発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。
【0106】
例えば、各実施形態においてスペーサは第2基板130B上に形成されるとしたが、第1基板130A上に形成される構成とすることもできる。また、各実施形態においては第1基板130Aと第2基板130Bにおける液晶層側の面のいずれにも配向膜を設ける構成としたが、いずれか一方に配向膜が設けられている構成や、場合によっては共通電極に配向制御を施すといった構成とすることもできる。また、可変レンズアレイの設計にもよるが、場合によっては、液晶層に散布したビーズ状のスペーサを用いる構成とすることもできる。
【0107】
なお、本開示の技術は以下のような構成も取ることができる。
(1)二次元画像を表示する表示部、及び、
表示部に対向して配置される可変レンズアレイ、
を備えており、
可変レンズアレイは、透明な第1共通電極を有する第1基板と、透明な第2共通電極を有する第2基板と、第1基板と第2基板との間に配置され、液晶レンズ列を構成する液晶層とを含み、
液晶層には、第1共通電極と第2共通電極との間に電位差がない状態において液晶レンズ列の屈折力が生ずるように液晶分子が配向する配向処理が施されており、
第1共通電極と第2共通電極との間に印加される電圧によって液晶レンズ列の屈折力が制御される表示装置。
(2)液晶レンズ列の屈折力が無い状態にする場合には、液晶層の液晶分子を一定方向に配向させるように第1共通電極と第2共通電極との間に電圧が印加される上記(1)に記載の表示装置。
(3)第1基板における液晶層側の面および第2基板における液晶層側の面の少なくとも一方には、第1共通電極と第2共通電極との間に電位差がない状態において液晶レンズ列の屈折力が生ずるように液晶分子を配向させるための配向膜が形成されている上記(1)又は(2)に記載の表示装置。
(4)配向膜には光照射による配向制御が施されている上記(3)に記載の表示装置。
(5)それぞれ隣接する液晶レンズ列の境界部に壁状または柱状のスペーサが配置されている上記(1)乃至(4)のいずれかに記載の表示装置。
(6)可変レンズアレイの第1基板の外周部と第2基板の外周部とは封止部によって封止されており、
壁状または柱状のスペーサの端部と封止部との間には間隔が空けられている上記(5)に記載の表示装置。
(7)液晶レンズ列の中央部に壁状または柱状のスペーサが配置されている上記(1)乃至(4)のいずれかに記載の表示装置。
(8)可変レンズアレイの第1基板の外周部と第2基板の外周部とは封止部によって封止されており、
壁状または柱状のスペーサの端部と封止部との間には間隔が空けられている上記(7)に記載の表示装置。
(9)透明な第1共通電極を有する第1基板と、透明な第2共通電極を有する第2基板と、第1基板と第2基板との間に配置された液晶層とを含んでおり、
液晶層には、第1共通電極と第2共通電極との間に電圧が印加されていない状態において液晶レンズ列の屈折力が生ずるように液晶分子が配向する配向処理が施されており、
第1共通電極と第2共通電極との間に印加される電圧によって液晶レンズ列の屈折力が制御される可変レンズアレイ。
【符号の説明】
【0108】
1,2,3・・・表示装置、10,10’・・・表示部、11・・・表示領域、12・・・画素、20・・・照明部、30,230,330・・・可変レンズアレイ、31・・・液晶レンズ列、40・・・マスク、41・・・遮光部、42・・・開口部、130A・・・第1基板、130B・・・第2基板、131・・・第1共通電極、132,332・・・第1配向膜、133,233・・・液晶層、133A,233A・・・液晶分子、134,234・・・スペーサ、135,335・・・第2配向膜、136・・・第2共通電極、137・・・封止部、138・・・光学部材、WAL,WAC,WAR・・・観察領域、A1,A2,A3,A4・・・視点、AL1,AL2,AL3,AL4,AL5,AL6・・・配向処理領域
【技術分野】
【0001】
本開示は可変レンズアレイに関する。また、本開示は係る可変レンズアレイを備えた表示装置に関する。
【背景技術】
【0002】
複数の視点用の画像を表示することができ、例えば視差のある画像を表示することによって立体視も可能となる表示装置が、種々、知られている。このような表示装置として、レンチキュラーレンズなどのレンズアレイと二次元画像を表示する表示部とを組み合わせた表示装置の実用化が進められている。
【0003】
レンズ列を備えたレンズアレイが表示部と画像観察者との間に配置される表示装置の動作の概念図を、図17の(A)及び(B)に示す。
【0004】
図17の(A)に示すように、符号R1,R3,R5,R7,R9を付した画素群から出射された光線群は視点2に達する。また、図17の(B)に示すように、符号L2,L4,L6,L8,L10を付した画素群から出射された光線群は視点1に達する。このように、表示部から所定距離をおいた位置にあっては、視点1の画像と視点2の画像が独立して観察される。
【0005】
画像観察者の左眼と右眼とが視点1と視点2とに位置し、符号L2,L4,L6,L8,L10を付した画素群によって左眼用の画像を表示し、符号R1,R3,R5,R7,R9を付した画素群によって右眼用の画像を表示すれば、画像観察者は、画像を立体画像として認識する。
【0006】
一方、立体視が可能な表示装置においても、通常画像(二次元画像)の表示も支障無く行うことができることが好ましい。換言すれば、立体画像の表示と通常画像の表示とが切り換え可能といった構成であることが望ましい。レンズアレイにおけるレンズ列の屈折力を可変することができれば、立体画像の表示と通常画像の表示とを切り換えることができる。
【0007】
例えば特開平7−72445号公報(特許文献1)の図2に示すように、レンズ列の屈折力を可変することができる可変レンズアレイとして、透明な電極を有する一対の透明な基板の間に液晶層が配置された構造の可変レンズアレイが提案されている。この構造の可変レンズアレイにあっては、レンズ列は液晶材料を用いた屈折率分布レンズ(Gradient Indexレンズ、以下、単に、液晶GRINレンズと呼ぶ場合がある)から成り、一対の基板間の電圧を変えることによってレンズ列の屈折力を可変することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
【特許文献1】特開平7−72445号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
引用文献1の図2に示すような可変レンズアレイにあっては、液晶層における屈折率分布を制御するために、少なくとも一方の基板上の電極を例えばストライプ状に細かく分割すると共に、所定の電極群毎に印加する電圧値を制御するといった必要が生ずる。このため、レンズの構成や制御が複雑になる。
【0010】
従って、本開示の目的は、電極を分割する必要がなく、可変レンズの構成や制御を簡便なものとすることができる可変レンズアレイ、及び、係る可変レンズアレイを備えた表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0011】
上記の目的を達成するための本開示の表示装置は、
二次元画像を表示する表示部、及び、
表示部に対向して配置される可変レンズアレイ、
を備えており、
可変レンズアレイは、透明な第1共通電極を有する第1基板と、透明な第2共通電極を有する第2基板と、第1基板と第2基板との間に配置され、液晶レンズ列を構成する液晶層とを含み、
液晶層には、第1共通電極と第2共通電極との間に電位差がない状態において液晶レンズ列の屈折力が生ずるように液晶分子が配向する配向処理が施されており、
第1共通電極と第2共通電極との間に印加される電圧によって液晶レンズ列の屈折力が制御される表示装置である。
【0012】
上記の目的を達成するための本開示の可変レンズアレイは、
透明な第1共通電極を有する第1基板と、透明な第2共通電極を有する第2基板と、第1基板と第2基板との間に配置された液晶層とを含んでおり、
液晶層には、第1共通電極と第2共通電極との間に電圧が印加されていない状態において液晶レンズ列の屈折力が生ずるように液晶分子が配向する配向処理が施されており、
第1共通電極と第2共通電極との間に印加される電圧によって液晶レンズ列の屈折力が制御される可変レンズアレイである。
【発明の効果】
【0013】
本開示の可変レンズアレイ、あるいは又、本開示の表示装置を構成する可変レンズアレイにおいて、液晶層には、第1共通電極と第2共通電極との間に電位差がない状態において液晶レンズ列の屈折力が生ずるように液晶分子が配向する配向処理が施されている。従って、液晶層における屈折率分布を制御するために電極を分割したり、電極群毎に印加する電圧値を制御するといったことを必要としない。例えば第1共通電極と第2共通電極とに同じ電圧を印加すれば、可変レンズアレイはレンチキュラーレンズとして機能する。また、第1共通電極と第2共通電極との間に或る程度以上の電位差を与えれば、可変レンズアレイは実質的に単なる透明基板として機能する。本開示の可変レンズアレイによれば、可変レンズの構成や制御を簡便なものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1】図1は、第1の実施形態に用いられる表示装置を仮想的に分離したときの模式的な斜視図である。
【図2】図2は、可変レンズアレイの正面の模式的な平面図である。
【図3】図3は、図2のA−A断面図である。
【図4】図4の(A)乃至(C)は、可変レンズアレイの製造方法を説明するための第1基板などの模式的な一部断面図である。
【図5】図5の(A)乃至(C)は、図4の(C)に引き続き、可変レンズアレイの製造方法を説明するための第2基板などの模式的な一部断面図である。
【図6】図6の(A)は、図5の(C)に引き続き、可変レンズアレイの製造方法を説明するための第2基板などの模式的な一部断面図である。図6の(B)は、図6の(A)に引き続き、可変レンズアレイの製造方法を説明するための第1基板や第2基板などの模式的な一部断面図である。
【図7】図7は、図6の(C)に引き続き、可変レンズアレイの製造方法を説明するための第1基板や第2基板などの模式的な一部断面図である。
【図8】図8は、立体画像を表示するときの可変レンズアレイおよび表示部の一部の模式的な断面図である。
【図9】図9は、表示部と可変レンズアレイの一部の模式的な斜視図である。
【図10】図10は、通常画像を表示するときの可変レンズアレイおよび表示部の一部の模式的な断面図である。
【図11】図11は、表示部と可変レンズアレイの一部の模式的な斜視図である。
【図12】図12は、変形例の可変レンズアレイの模式的な断面図である。
【図13】図13は、第2の実施形態における可変レンズアレイおよび表示部の一部の模式的な断面図である。
【図14】図14は、通常画像を表示するときの可変レンズアレイおよび表示部の一部の模式的な断面図である。
【図15】図15は、第3の実施形態における可変レンズアレイおよび表示部の一部の模式的な断面図である。
【図16】図16は、液晶分子の配向方向を説明するための図であって、可変レンズアレイを図15に示すB−Bから見たときの模式的な平面図である。
【図17】図17の(A)及び(B)は、レンズアレイが表示部と画像観察者との間に配置される表示装置の動作の概念図である。
【発明を実施するための形態】
【0015】
以下、図面を参照して、実施形態に基づき本開示を説明する。本開示は実施形態に限定されるものではなく、実施形態における種々の数値や材料は例示である。以下の説明において、同一要素または同一機能を有する要素には同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。尚、説明は、以下の順序で行う。
1.本開示に係る表示装置および可変レンズアレイ、全般に関する説明
2.第1の実施形態
3.第2の実施形態
4.第3の実施形態(その他)
【0016】
[本開示に係る表示装置および可変レンズアレイ、全般に関する説明]
本開示の可変レンズアレイ、あるいは又、本開示の表示装置に用いられる可変レンズアレイ(以下、これらを単に、本開示の可変レンズアレイと呼ぶ場合がある)にあっては、液晶レンズ列の屈折力が無い状態にする場合には、液晶層の液晶分子を一定方向に配向させるように第1共通電極と第2共通電極との間に電圧が印加される構成とすることができる。尚、継続して直流電圧を液晶層に印加すると液晶材料の劣化を招くので、通常の液晶表示パネルと同様に、第1共通電極と第2共通電極との間の電圧の極性が順次反転するように可変レンズアレイを駆動すればよい。
【0017】
上述した好ましい構成を含む本開示の可変レンズアレイにおいて、第1基板における液晶層側の面および第2基板における液晶層側の面の少なくとも一方には、第1共通電極と第2共通電極との間に電位差がない状態において液晶レンズ列の屈折力が生ずるように液晶分子を配向させるための配向膜が形成されている構成とすることができる。この場合において、配向膜には光照射による配向制御が施されている構成とすることができる。
【0018】
例えば、光化学反応性残基を結合した高分子からなる膜に非偏光を照射すると、光が進む方向に並んだ分子とそうではない分子とで光化学反応に差が生じ、結果的に分子の配向に異方性が発生する。あるいは又、光化学反応性残基を結合した高分子からなる膜に直線偏光を照射すると、偏光軸の方向で規制される選択的な反応が生じ、結果的に分子の配向に異方性が発生する。従って、非偏光を照射する場合には光を照射する方向を適宜設定することによって、直線偏光を照射する場合には偏光軸の方向を制御するマスクなどを適宜用いることによって、高分子材料から成る配向膜の配向制御が可能となる。高分子材料として、ポリエステル、ポリアミドおよびポリイミドなどといった周知の材料を用いることができる。
【0019】
上述した各種の好ましい構成を含む本開示の可変レンズアレイにあっては、光学的なレンズを構成するといった関係から、液晶層を通常の液晶表示パネルの液晶層よりもかなり厚くする必要がある。例えば、基板間に散布された球状のスペーサによって第1基板と第2基板との間を所定の間隔に保持し、液晶層を所定の厚みに保つといった構成とすることもできるが、画素ピッチに対してスペーサ径が無視できない大きさとなり画質を損ねる可能性がある。従って、それぞれ隣接する液晶レンズ列の境界部に壁状または柱状のスペーサが配置されている構成、あるいは又、液晶レンズ列の中央部に壁状または柱状のスペーサが配置されている構成とすることが好ましい。
【0020】
この場合において、液晶層の配向処理や液晶層を構成する液晶材料の構成にもよるが、液晶レンズ列の屈折力を変化させたときに液晶層の液晶分子の配向方向が変わらない場所に壁状または柱状のスペーサが設けられている構成とすることができる。ここで、「液晶分子の配向方向が変わらない」とは、厳密に液晶分子の配向方向が変わらない場合の他、実質的に液晶分子の配向方向が変わらない場合をも含む。この構成にあっては、スペーサを構成する材料の屈折率を適宜設定することによって、スペーサに起因する光学的な影響が生じないようにすることができる。
【0021】
可変レンズアレイの表面を画像観察者が押すといった使用状態が想定される場合には、いわゆる面押し強度を確保するために、壁状のスペーサを用いた構成とすることが好ましい。あるいは又、充分な面押し強度を確保するに足る数の柱状のスペーサを配置するといった構成とすることが好ましい。尚、柱状のスペーサの形状は特に限定するものではなく、例えば角柱状であってもよいし円柱状であってもよい。
【0022】
上述した各種の好ましい構成を含む本開示の可変レンズアレイにあっては、可変レンズアレイの製造プロセスにおいて液晶材料の流動性を確保する観点から、可変レンズアレイの第1基板の外周部と第2基板の外周部とは封止部によって封止されており、壁状または柱状のスペーサの端部と封止部との間には間隔が空けられている構成とすることが好ましい。
【0023】
可変レンズアレイを構成する第1基板や第2基板は、光に対して透明な材料から構成することができる。第1基板や第2基板を構成する材料として、アクリル系樹脂、ポリカーボネート樹脂(PC)、ABS樹脂、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)、ポリアリレート樹脂(PAR)、ポリエチレンテレフタレート樹脂(PET)、ガラスを例示することができる。第1基板と第2基板を構成する材料は、同じであってもよいし、異なっていてもよい。
【0024】
第1基板の第1共通電極や第2基板の第2共通電極は、光透過性を有する金属薄膜や、インジウムとスズの酸化物(ITO)やインジウムと亜鉛の酸化物(IZO)などの透明導電材料から構成することができる。第1共通電極や第2共通電極は、真空蒸着法やスパッタリング法に例示される物理的気相成長法(PVD法)、各種の化学的気相成長法(CVD法)などの周知の方法によって成膜することができる。
【0025】
第1基板と第2基板との間に配置される液晶層を構成する材料として、ネマチック液晶材料などの周知の材料を用いることができる。液晶層を構成する材料は特に限定するものではない。ポジ型の液晶材料を用いた構成とすることができるし、ネガ型の液晶材料を用いた構成とすることもできる。
【0026】
壁状または柱状のスペーサの形成方法は特に限定するものではない。スペーサの形成方法として、例えば、スクリーン印刷法、感光法を挙げることができる。スクリーン印刷法とは、スペーサを形成すべき部分に対応するスクリーンの部分に開口が形成されており、スクリーン上のスペーサ形成用材料をスキージによって開口を通過させ、基板上にスペーサ形成用材料層を形成した後、必要に応じて硬化処理を行う方法である。感光法とは、基板上に感光性を有するスペーサ形成用材料層を形成し、露光および現像によってこのスペーサ形成用材料層をパターニングするといった方法である。スペーサは、透明な高分子材料などといった周知の材料から構成することができる。
【0027】
第1基板の外周部と第2基板の外周部との間を封止する封止部は、例えば熱硬化性のエポキシ系樹脂材料といった周知のシール材料を用いて構成することができる。
【0028】
本開示の表示装置に用いられる表示部として、液晶表示パネル、エレクトロルミネッセンス表示パネル、プラズマ表示パネルなどといった、周知の表示装置を用いることができる。表示部は、モノクロ表示であってもよいし、カラー表示であってもよい。
【0029】
後述する各実施形態においては、透過型のモノクロ液晶表示パネルを表示部として用いる。また、実施形態にあっては、可変レンズアレイは表示部と画像観察者との間に配置されているとして説明する。尚、本開示の構造はこれに限るものではなく、透過型の表示部と照明部との間に可変レンズアレイが配置されているといった構成とすることもできる。
【0030】
液晶表示パネルは、例えば、透明共通電極を備えたフロントパネル、透明画素電極を備えたリアパネル、及び、フロントパネルとリアパネルとの間に配置された液晶材料から成る。液晶表示パネルの動作モードは特に限定するものではない。所謂TNモードで駆動される構成であってもよいし、VAモードあるいはIPSモードで駆動される構成であってもよい。
【0031】
表示部の画素(ピクセル)の数M×Nを(M,N)で表記したとき、(M,N)の値として、具体的には、VGA(640,480)、S−VGA(800,600)、XGA(1024,768)、APRC(1152,900)、S−XGA(1280,1024)、U−XGA(1600,1200)、HD−TV(1920,1080)、Q−XGA(2048,1536)の他、(3840,2160)、(1920,1035)、(720,480)、(1280,960)など、画像表示用解像度の幾つかを例示することができるが、これらの値に限定するものではない。
【0032】
透過型表示パネルを背面から照射する照明部として、周知の照明部を用いることができる。照明部の構成は特に限定するものではない。照明部は、光源、プリズムシート、拡散シート、導光板などといった周知の部材から構成することができる。
【0033】
表示部を駆動する駆動回路や、可変レンズアレイを駆動する駆動回路は、種々の回路から構成することができる。これらは周知の回路素子などを用いて構成することができる。
【0034】
本明細書に示す各種の条件は、厳密に成立する場合の他、実質的に成立する場合にも満たされる。設計上あるいは製造上生ずる種々のばらつきの存在は許容される。
【0035】
[第1の実施形態]
第1の実施形態は、本開示に係る表示装置および可変レンズアレイに関する。
【0036】
図1は、第1の実施形態に用いられる表示装置を仮想的に分離したときの模式的な斜視図である。
【0037】
図1に示すように、表示装置1は、二次元画像を表示する表示部10、及び、表示部10に対向して配置される可変レンズアレイ30を備えている。説明の都合上、表示部10の表示領域11はX−Z平面と平行であり、画像を観察する側(観察領域側)が+Y方向であるとする。
【0038】
可変レンズアレイ30は、表示部10の正面(画像観察者側)に対向して配置されており、表示部10とは設計上定めた所定の間隔を空けて対向するように図示せぬ保持部材によって保持されている。後述するように、可変レンズアレイ30の第1基板130Aと第2基板130Bとの間には、液晶層などが配置されている。符号137は封止部を示す。可変レンズアレイ30の詳細については、後述する図2および図3を参照して、後で詳しく説明する。
【0039】
表示部10の背面側には光を照射する照明部20が配置されている。照明部20は、光源、プリズムシート、拡散シートおよび導光板などといった部材(これらは図示せず)から構成されている。
【0040】
表示部10の背面側には、偏光方向がZ方向である図示せぬ第1の偏光フィルムが貼られており、表示部10の正面側には、偏光方向がX方向である図示せぬ第2の偏光フィルムが貼られている。従って、表示領域11から可変レンズアレイ30に向かう光の偏光方向はX方向である。
【0041】
表示部10の表示領域11には、水平方向(図においてX方向)にM個、垂直方向(図においてZ方向)にN個の画素12が配列されている。第m列目(但し、m=1,2・・・,M)の画素12を、画素12mと表す。
【0042】
可変レンズアレイ30には、垂直方向に延びる液晶レンズ列(可変レンズ列)31が、水平方向にP個並んで配列されている。第p列目(但し、p=1,2・・・,P)の液晶レンズ列31を液晶レンズ列31pと表す。「P」と上述した「M」の関係については後述する。
【0043】
説明の都合上、立体画像を表示する際の画像の視点数は中央の観察領域WACにおいて視点A1,A2・・・,A4の4つであるとして説明するが、これは例示にすぎない。観察領域の個数や視点の数は、表示装置1の設計に応じて適宜設定することができる。表示部10と液晶レンズ列31との位置関係などを好適に設定することによって、中央の観察領域WACの左側の領域WALと右側の領域WARにおいても、各視点用の画像が観察可能となる。
【0044】
図示せぬ駆動回路によって表示部10は駆動される。具体的には、画素12における液晶分子の配向方向が制御され、外部からの映像信号に応じた二次元画像が表示される。また、別の図示せぬ駆動回路によって可変レンズアレイ30は駆動され、例えば立体画像を表示する場合と通常画像を表示する場合とで、液晶レンズ列31の屈折力が切り換えられる。液晶レンズ列31の制御については、後述する図8ないし図11を参照して、後で詳しく説明する。
【0045】
次いで、図2および図3を参照して、可変レンズアレイ30の構成について説明する。
【0046】
図2は、可変レンズアレイの正面の模式的な平面図である。図2においては第1基板130Aの一部を切り欠いて示した。また、図示の都合上、第1基板130Aの一部を切り欠いた部分にあっては液晶層などの図示を省略した。図3は、図2のA−A断面図である。尚、図3においては、液晶レンズ列31に対応する画素を模式的に示した。
【0047】
図3に示すように、可変レンズアレイ30は、透明な第1共通電極131を有する第1基板130Aと、透明な第2共通電極136を有する第2基板130Bと、第1基板130Aと第2基板130Bとの間に配置され、液晶レンズ列31を構成する液晶層133とを含んでいる。
【0048】
第1共通電極131と第2共通電極136は、それぞれ、第1基板130Aと第2基板130Bの液晶層133側の面(内面)に形成されている。液晶層133は、ポジ型のネマチック液晶材料から成る。
【0049】
第1共通電極131と第2共通電極136は、例えばITOといった透明導電材料から構成されており、周知の成膜技術により形成されている。第1共通電極131は第1基板130Aの全面に形成されており、第2共通電極136は第2基板130Bの全面に形成されている。
【0050】
図3に示すように、第1基板130A上には、第1共通電極131を含む全面を覆う第1配向膜132が形成されており、第2基板130B上には、第2共通電極136を含む全面を覆う第2配向膜135が形成されている。これらは例えば感光性のポリイミド材料から構成されており、光照射による配向制御が施されている。配向制御などの詳細については、後述する図4ないし図7を参照して、後で詳しく説明する。
【0051】
第1配向膜132と第2配向膜135によって、第1共通電極131と第2共通電極136との間に電位差がない状態(電界が印加されていない状態)における液晶分子133Aの分子軸の方向が規定される。これによって、液晶層133には、第1共通電極131と第2共通電極136との間に電位差がない状態において液晶レンズ列31の屈折力が生ずるように液晶分子133Aが配向する配向処理が施される。尚、図3は、第1共通電極131と第2共通電極136との間に電位差がない状態の液晶分子133Aの配向を示している。後述する図8ないし図11を参照して後で詳しく説明するが、第1共通電極131と第2共通電極136との間に印加される電圧によって液晶レンズ列31の屈折力が制御される。
【0052】
第1共通電極131と第2共通電極136との間に電位差がない状態における液晶分子133Aの配向について説明する。説明の都合上、X−Z平面を基準面とし、X軸を基準として方位角を考え、Y軸を基準に極角を考える。液晶分子133Aの分子軸(長軸)の方位角は略0度である。換言すれば、液晶分子133Aの分子軸は、X−Y平面と略平行となるように配向する。
【0053】
一方、液晶分子133Aにおける分子軸の極角の絶対値は、液晶レンズ列31の端部(図3においてスペーサ134近傍、尚、スペーサ134については後で詳しく説明する)において略0度であり、液晶レンズ列31の中央部に近づくほど増加し、液晶レンズ列31の中央部において略90度となる。換言すれば、例えば液晶レンズ列31pの液晶分子133Aは、図3に示す左側のスペーサ134付近においてはY方向に沿って配列し、液晶レンズ列31pの中央に向かうにつれて図において右側に傾斜する。同様に、液晶レンズ列31pの液晶分子133Aは、図3に示す右側のスペーサ134付近においてはY方向に沿って配列し、液晶レンズ列31pの中央に向かうにつれて図において左側に傾斜する。そして、液晶レンズ列31pの中央において、液晶レンズ列31pの液晶分子133Aは、X方向に沿って配列する。
【0054】
1つの液晶レンズ列31は、基本的には4列の画素12に対応する。液晶レンズ列31と画素12の水平方向のピッチをそれぞれ符号LDと符号NDで表せば、LD≒4×NDである。例えば、画素ピッチNDが1×102[μm]であるとすると、液晶レンズ列31のピッチLDは約4×102[μm]である。また、上述した「P」と「M」は、P≒M/4といった関係にある。
【0055】
また、図2および図3に示すように、第1基板130Aと第2基板130Bとの間にはスペーサ134が設けられている。スペーサ134は、それぞれ隣接する液晶レンズ列31の境界部に配置されている。ここではスペーサ134は壁状であるとして説明する。尚、スペーサ134を柱状とすることもできる。スペーサ134は、透明な高分子材料から成る。第1の実施形態において、スペーサ134は、液晶レンズ列31の境界部に位置する第2配向膜135上に形成されている。
【0056】
スペーサ134の厚さ(X方向の幅)は例えば25[μm]であり、高さ(Y方向の幅)は例えば50[μm]である。尚、作図の都合上、図に示すスペーサの縦横比はこれらの数値を反映していない。図2に示すように、第1基板130Aの外周部と第2基板130Bの外周部とは例えばエポキシ系樹脂材料から成る封止部137によって封止されており、壁状のスペーサ134の端部と封止部137との間には間隔が空けられている。具体的には、図2に示すスペーサ134の長さSLは、壁状のスペーサ134の端部と封止部137との間に間隔D1,D2が空くような値に設定されている。間隔D1,D2の値は、可変レンズアレイ30の製造の際に支障なく液晶材料が基板間に流れるような値に設定されている。後述する他の実施形態においても同様である。
【0057】
以下、図4の(A)乃至(C)、図5の(A)乃至(C)、図6の(A)及び(B)、並びに、図7を参照して、可変レンズアレイ30の製造方法を説明する。これらの図は、基本的には、図2におけるA−A断面図と同様の断面図である。尚、図示の都合上、図5の(A)乃至(C)および図6の(A)については、Y軸の方向を反転している。また、非偏光を用いた光配向処理が施された配向膜は、光が照射された方向に長軸をそろえるように液晶分子を配向させるとする。
【0058】
[工程−100](図4の(A)参照)
先ず、第1基板130A上に、例えばITOから成る第1共通電極131を周知の方法に基づき形成する。次いで、第1共通電極131を含む全面に、例えば感光性のポリイミド材料から成る第1配向膜132を周知の方法に基づき形成する。
【0059】
[工程−110](図4の(B)及び(C)参照)
その後、スリット状の開口部42を備えたマスク40を用いて、第1配向膜132に光配向処理を施す。
【0060】
マスク40は、Z方向に延びるスリット状の開口部42と、それぞれ隣接する開口部42の間の遮光部41とを備えている。マスク40は、周知の材料を用いて周知の方法に基づき形成することができる。開口部42のX方向のピッチは、図3に示す液晶レンズ列31のピッチLDと同一である。開口部42のX方向の幅は、可変レンズアレイ30の仕様に応じて適宜好ましい値に設定すればよい。
【0061】
液晶レンズ列31の境界に対応する部分と開口部42の中心とが対応するように、第1配向膜132に対向してマスク40を配置する。そして、図示せぬ光源からY方向に向かう非偏光の光を照射し、開口部42に対応する第1配向膜132の領域(符号AL1で表す)に光配向処理を施す(図4の(B)参照)。
【0062】
次いで、液晶レンズ列31の中央部に対応する部分と開口部42の中心とが対応するように、第1配向膜132に対向してマスク40を配置する。そして、図示せぬ光源から図において右斜め下方向に向かう非偏光の光を照射し、領域AL1の左側に位置する第1配向膜132の領域AL2に光配向処理を施す。その後、図示せぬ光源から図において左斜め下方向に向かう非偏光の光を照射し、領域AL1の右側に位置する第1配向膜132の領域AL3に光配向処理を施す(図4の(C)参照)。
【0063】
[工程−120](図5の(A)参照)
次いで、第2基板130B上に、例えばITOから成る第2共通電極136を周知の方法に基づき形成する。その後、第2共通電極136を含む全面に、例えば感光性のポリイミド材料から成る第2配向膜135を周知の方法に基づき形成する。
【0064】
[工程−130](図5の(B)及び(C)参照)
次いで、上述したマスク40を用いて、第2配向膜135に光配向処理を施す。
【0065】
液晶レンズ列31の境界に対応する部分と開口部42の中心とが対応するように、第2配向膜132に対向してマスク40を配置する。そして、図示せぬ光源からY方向に向かう非偏光の光を照射し、開口部42に対応する第2配向膜135の領域(符号AL4で表す)に光配向処理を施す(図5の(B)参照)。
【0066】
次いで、図示せぬ光源から図において右斜め下方向に向かう非偏光の光を照射し、領域AL4の右側に位置する第2配向膜135の領域AL6に光配向処理を施す。次いで、図示せぬ光源から図において左斜め下方向に向かう非偏光の光を照射し、領域AL4の左側に位置する第2配向膜135の領域AL5に光配向処理を施す(図5の(C)参照)。
【0067】
[工程−140](図6の(A)参照)
その後、液晶レンズ列31の境界に対応する部分の第2配向膜135上に、周知の透明な材料を用いて、スペーサ134を周知の方法により適宜形成する。
【0068】
[工程−150](図6の(B)及び図7参照)
そして、上記工程を経た第1基板130Aと第2基板130Bを液晶材料を挟んだ状態で対向させ、周囲を封止することによって、可変レンズアレイ30を得ることができる。図6の(B)は光配向処理が施された領域の対応関係を示す。また、図7は液晶分子133Aの配向状態を示す。
【0069】
次いで、図8ないし図11を参照して、可変レンズアレイ30の動作について説明する。先ず、立体画像を表示するときの動作について説明し、次いで、通常画像を表示するときの動作について説明する。
【0070】
図8は、立体画像を表示するときの可変レンズアレイおよび表示部の一部の模式的な断面図である。図9は、表示部と可変レンズアレイの一部の模式的な斜視図である。
【0071】
表示装置1の動作時において、第1共通電極131と第2共通電極136には共に同じ値の電圧(例えば0[ボルト])が印加される。第1共通電極131と第2共通電極136との間に電位差がないので、第1配向膜132と第2配向膜135によって、液晶層133の液晶分子133Aは図8に示すように配向する。
【0072】
液晶層133はポジ型のネマチック液晶材料から成る。液晶分子133Aの長軸方向の屈折率は、短軸方向の屈折率よりも大きい。また、液晶分子133Aの分子軸はX−Y平面と略平行となるように配向している。従って、表示部10から入射する光の偏光方向がX方向である場合、液晶層133における屈折率は、図8のグラフに示すように、液晶レンズ列31の周辺部は小さく、中央部に向かうほど大きくなる。尚、図8に示す符号「nS」と符号「nL」は、それぞれ、液晶分子133Aの短軸方向の屈折率と長軸方向の屈折率を示す。尚、図8に示すグラフは模式的なものであって、屈折率の最大値と最小値とが常に「nS」や「nL」になるといったことを意味するものではない。後述する他の図面におけるグラフにおいても同様である。
【0073】
この状態にあっては、液晶レンズ列31を透過する光の波面は、液晶レンズ列31の中央部から周辺部に向かうほど早く進む。従って、ある一点に波面が集中するように光は進むので、液晶レンズ列31は凸レンズとして作用する液晶GRINレンズを構成する。図8に示すストライプ状の液晶レンズ列31は、光学的には円筒状の凸レンズ列と同視できるので、レンチキュラーレンズとして動作する(図9参照)。尚、図8と後述する図10に示す屈折率のグラフは、スペーサ134を構成する高分子材料として、液晶分子133Aの短軸方向の屈折率と略同様の屈折率を示す材料が選択されている場合の例を示した。
【0074】
視点A1,A2・・・,A4用の画像を形成するための画素12から出射した光は、液晶レンズ列31を透過する際に進行方向が変えられ、所定の方向に向かう。これによって、図1に示す観察領域WAにおいて、所定の視点用の画像を観察することができる。
【0075】
図10は、通常画像を表示するときの可変レンズアレイおよび表示部の一部の模式的な断面図である。図11は、表示部と可変レンズアレイの一部の模式的な斜視図である。
【0076】
通常画像を表示するときには、第1共通電極131と第2共通電極136には異なる値の電圧(例えば0[ボルト]と15[ボルト])が印加される。尚、実際には、液晶層133を交流駆動するために、電圧の極性は例えば表示フレーム毎に切り換えられる。説明の都合上、電圧の極性の反転は考慮しないで説明を行う。
【0077】
この状態においては、第1共通電極131と第2共通電極136との間の電圧は15[ボルト]である。従って、第2共通電極136と全ての第1共通電極131との間に電界が形成され、液晶分子133Aは長軸がZ方向に沿うように配列する。
【0078】
この状態では、液晶層133は、屈折率が「nS」である材料から成る単なる透明な基板として作用する(図11参照)。表示装置1はレンズアレイが設けられていないと同様の状態となり、通常画像を観察することができる。
【0079】
以上、第1の実施形態について説明した。可変レンズアレイ30にあっては、第1共通電極131は第1基板130Aの全面に形成され、第2共通電極136は第2基板130Bの全面に形成されている。このように、液晶層133における屈折率分布を制御するために電極を分割したり、電極群毎に印加する電圧値を制御するといったことを必要としない。
【0080】
また、液晶レンズ列31の屈折力を変化させたときに液晶分子133Aの配向方向が変わらない場所にスペーサ134が設けられているので、スペーサと液晶層の屈折率の差に起因する光学的な影響も生じない。
【0081】
上述した説明では、スペーサ134は液晶レンズ列31の各境界部に設けられているとしたが、これに限るものではない。例えば、スペーサ134が設けられている境界部と、スペーサ134が設けられていない境界部とが交互に並ぶといった構成であってもよい。後述する他の実施形態においても同様である。
【0082】
あるいは又、スペーサ134は壁状であるとして説明したが、柱状のスペーサが設けられている構成とすることもできる。後述する他の実施形態においても同様である。
【0083】
尚、第1実施形態においては、表示部10からの光は偏光軸がX方向であるとして説明した。表示部として自発光型の表示部を用いる構成とすることもできるが、自発光型の表示部は一般に非偏光を発光する。この場合には、図12に示すように、例えば、可変レンズアレイ30を構成する第2基板130Bの裏面(自発光型の表示部10’側)に、偏光軸がX方向である偏光フィルムなどの光学部材138を配置すればよい。後述する他の実施形態においても同様である。
【0084】
[第2の実施形態]
第2の実施形態も、本開示に係る表示装置および可変レンズアレイに関する。
【0085】
第2の実施形態は、第1の実施形態に対して、可変レンズアレイを構成する液晶材料の種類と、可変レンズアレイを構成するスペーサの仕様が異なる。液晶層はネガ型のネマチック液晶材料から成り、スペーサは液晶レンズ列の中央部に配置されている。以上の点が相違する他、第2の実施形態は第1の実施形態と同様の構成である。
【0086】
第2の実施形態に用いられる表示装置2を仮想的に分離したときの模式的な斜視図は、図1に示す表示装置1を表示装置2と読み替え、可変レンズアレイ30を可変レンズアレイ230と読み替えた図面となる。
【0087】
図13および図14を参照して、可変レンズアレイ230の構成について説明する。
【0088】
図13は、第2の実施形態に用いられる可変レンズアレイの一部の断面図である。具体的には、第1の実施形態で参照した図2において可変レンズアレイ30を可変レンズアレイ230と読み替えたときのA−A断面図である。符号233は液晶層を表し、符号233Aは液晶分子を表す。尚、図13は、第1共通電極131と第2共通電極136との間に電位差がない状態(換言すれば、立体画像を表示するとき)の液晶分子233Aの配向を示している。図14は、通常画像を表示するときの可変レンズアレイおよび表示部の一部の模式的な断面図である。
【0089】
可変レンズアレイ230において、液晶層233はネガ型のネマチック液晶材料から成り、スペーサ234は液晶レンズ列31の中央部に形成されている。以上の点が相違する他、可変レンズアレイ230の製造方法は第1の実施形態において説明した製造方法と同様の製造方法であるので、説明を省略する。
【0090】
立体画像を表示するときの動作は、第1の実施形態において図8と図9とを参照して説明したと同様の動作である。即ち、表示部10から入射する光の偏光方向がX方向である場合、液晶層233における屈折率は、図13のグラフに示すように、液晶レンズ列31の周辺部は小さく、中央部に向かうほど大きくなる。尚、図13と図14に示す屈折率のグラフは、スペーサ234を構成する高分子材料として、液晶分子233Aの長軸方向の屈折率と略同様の屈折率を示す材料が選択されている場合の例を示した。
【0091】
通常画像を表示するときには、図14に示すように液晶分子233AがX方向に配列する。以上の点が相違する他、通常画像を表示するときの動作は、第1の実施形態において図10と図11とを参照して説明した動作と基本的には同様である。尚、第2の実施形態にあっては、液晶層233は屈折率が「nL」である材料から成る単なる透明な基板として作用する。表示装置2はレンズアレイが設けられていないと同様の状態となり、通常画像を観察することができる。
【0092】
以上、第2の実施形態について説明した。第2の実施形態においても、液晶層233における屈折率分布を制御するために電極を分割したり、電極群毎に印加する電圧値を制御するといったことを必要としない。
【0093】
また、液晶レンズ列31の屈折力を変化させたときに液晶分子233Aの配向方向が変わらない場所にスペーサ234が設けられているので、スペーサと液晶層の屈折率の差に起因する光学的な影響も生じない。
【0094】
[第3の実施形態]
第3の実施形態も、本開示に係る表示装置および可変レンズアレイに関する。
【0095】
第3の実施形態は、第1の実施形態に対して、第1配向膜および第2配向膜の光配向処理が異なる。以上の点が相違する他、第3の実施形態は第1の実施形態と同様の構成である。
【0096】
第3の実施形態に用いられる表示装置3を仮想的に分離したときの模式的な斜視図は、図1に示す表示装置1を表示装置3と読み替え、可変レンズアレイ30を可変レンズアレイ330と読み替えた図面となる。
【0097】
図15および図16を参照して、可変レンズアレイ330の構成について説明する。
【0098】
図15は、第3の実施形態に用いられる可変レンズアレイの一部の断面図である。図16は、液晶分子の配向方向を説明するための図であって、可変レンズアレイを図15に示すB−Bから見たときの模式的な平面図である。
【0099】
より詳しくは、図15は、第1の実施形態で参照した図2において可変レンズアレイ30を可変レンズアレイ330と読み替えたときのA−A断面図である。符号332は第1配向膜を表し、符号335は第2配向膜を表す。尚、図15は、第1共通電極131と第2共通電極136との間に電位差がない状態(換言すれば、立体画像を表示するとき)の液晶分子133Aの配向を示している。図示の都合上、図16においては液晶分子133Aとスペーサ134以外の構成要素の表示を省略した。
【0100】
第1共通電極131と第2共通電極136との間に電位差がない状態における液晶分子133Aの配向について説明する。第1実施形態と同様に、X−Z平面を基準面とし、X軸を基準として方位角を考え、Y軸を基準に極角を考える。液晶分子133Aの分子軸(長軸)の極角は略90度である。換言すれば、図15および図16に示すように、液晶分子133Aの長軸はX−Z平面に平行になるように配向する。
【0101】
一方、液晶分子133Aにおける分子軸の方位角の絶対値は、液晶レンズ列31の端部(図16においてスペーサ134近傍)において略90度であり、液晶レンズ列31の中央部に近づくほど減少し、液晶レンズ列31の中央部において略0度となる。換言すれば、例えば液晶レンズ列31pの液晶分子133Aは、図3に示す左側のスペーサ134付近においてはZ方向に沿って配列し、液晶レンズ列31pの中央に向かうにつれて図において右側に傾斜する。同様に、液晶レンズ列31pの液晶分子133Aは、図3に示す右側のスペーサ134付近においてはZ方向に沿って配列し、液晶レンズ列31pの中央に向かうにつれて図において左側に傾斜する。そして、液晶レンズ列31pの中央において、液晶レンズ列31pの液晶分子133Aは、X方向に沿って配列する。
【0102】
第1配向膜332と第2配向膜335には、液晶分子133Aを上述したように配向させるための光配向処理が施されている。具体的には、透過する光の偏光方向が図16に示す液晶分子133Aの軸方向に沿うようなマスクを介して、第1配向膜332と第2配向膜335に光を照射する光配向処理が施されている。
【0103】
立体画像を表示するときの動作は、第1の実施形態において図8と図9とを参照して説明したと実質的に同様の動作である。即ち、表示部10から入射する光の偏光方向がX方向である場合、液晶層133における屈折率は、図15のグラフに示すように、液晶レンズ列31の周辺部は小さく、中央部に向かうほど大きくなる。尚、図15に示す屈折率のグラフは、スペーサ134を構成する高分子材料として、液晶分子133Aの短軸方向の屈折率と略同様の屈折率を示す材料が選択されている場合の例を示した。
【0104】
通常画像を表示するときの動作は、第1の実施形態において図10と図11とを参照して説明した動作と同様である。液晶層133は、屈折率が「nS」である材料から成る単なる透明な基板として作用する。表示装置3はレンズアレイが設けられていないと同様の状態となり、通常画像を観察することができる。
【0105】
以上、この発明の実施形態について具体的に説明したが、この発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。
【0106】
例えば、各実施形態においてスペーサは第2基板130B上に形成されるとしたが、第1基板130A上に形成される構成とすることもできる。また、各実施形態においては第1基板130Aと第2基板130Bにおける液晶層側の面のいずれにも配向膜を設ける構成としたが、いずれか一方に配向膜が設けられている構成や、場合によっては共通電極に配向制御を施すといった構成とすることもできる。また、可変レンズアレイの設計にもよるが、場合によっては、液晶層に散布したビーズ状のスペーサを用いる構成とすることもできる。
【0107】
なお、本開示の技術は以下のような構成も取ることができる。
(1)二次元画像を表示する表示部、及び、
表示部に対向して配置される可変レンズアレイ、
を備えており、
可変レンズアレイは、透明な第1共通電極を有する第1基板と、透明な第2共通電極を有する第2基板と、第1基板と第2基板との間に配置され、液晶レンズ列を構成する液晶層とを含み、
液晶層には、第1共通電極と第2共通電極との間に電位差がない状態において液晶レンズ列の屈折力が生ずるように液晶分子が配向する配向処理が施されており、
第1共通電極と第2共通電極との間に印加される電圧によって液晶レンズ列の屈折力が制御される表示装置。
(2)液晶レンズ列の屈折力が無い状態にする場合には、液晶層の液晶分子を一定方向に配向させるように第1共通電極と第2共通電極との間に電圧が印加される上記(1)に記載の表示装置。
(3)第1基板における液晶層側の面および第2基板における液晶層側の面の少なくとも一方には、第1共通電極と第2共通電極との間に電位差がない状態において液晶レンズ列の屈折力が生ずるように液晶分子を配向させるための配向膜が形成されている上記(1)又は(2)に記載の表示装置。
(4)配向膜には光照射による配向制御が施されている上記(3)に記載の表示装置。
(5)それぞれ隣接する液晶レンズ列の境界部に壁状または柱状のスペーサが配置されている上記(1)乃至(4)のいずれかに記載の表示装置。
(6)可変レンズアレイの第1基板の外周部と第2基板の外周部とは封止部によって封止されており、
壁状または柱状のスペーサの端部と封止部との間には間隔が空けられている上記(5)に記載の表示装置。
(7)液晶レンズ列の中央部に壁状または柱状のスペーサが配置されている上記(1)乃至(4)のいずれかに記載の表示装置。
(8)可変レンズアレイの第1基板の外周部と第2基板の外周部とは封止部によって封止されており、
壁状または柱状のスペーサの端部と封止部との間には間隔が空けられている上記(7)に記載の表示装置。
(9)透明な第1共通電極を有する第1基板と、透明な第2共通電極を有する第2基板と、第1基板と第2基板との間に配置された液晶層とを含んでおり、
液晶層には、第1共通電極と第2共通電極との間に電圧が印加されていない状態において液晶レンズ列の屈折力が生ずるように液晶分子が配向する配向処理が施されており、
第1共通電極と第2共通電極との間に印加される電圧によって液晶レンズ列の屈折力が制御される可変レンズアレイ。
【符号の説明】
【0108】
1,2,3・・・表示装置、10,10’・・・表示部、11・・・表示領域、12・・・画素、20・・・照明部、30,230,330・・・可変レンズアレイ、31・・・液晶レンズ列、40・・・マスク、41・・・遮光部、42・・・開口部、130A・・・第1基板、130B・・・第2基板、131・・・第1共通電極、132,332・・・第1配向膜、133,233・・・液晶層、133A,233A・・・液晶分子、134,234・・・スペーサ、135,335・・・第2配向膜、136・・・第2共通電極、137・・・封止部、138・・・光学部材、WAL,WAC,WAR・・・観察領域、A1,A2,A3,A4・・・視点、AL1,AL2,AL3,AL4,AL5,AL6・・・配向処理領域
【特許請求の範囲】
【請求項1】
二次元画像を表示する表示部、及び、
表示部に対向して配置される可変レンズアレイ、
を備えており、
可変レンズアレイは、透明な第1共通電極を有する第1基板と、透明な第2共通電極を有する第2基板と、第1基板と第2基板との間に配置され、液晶レンズ列を構成する液晶層とを含み、
液晶層には、第1共通電極と第2共通電極との間に電位差がない状態において液晶レンズ列の屈折力が生ずるように液晶分子が配向する配向処理が施されており、
第1共通電極と第2共通電極との間に印加される電圧によって液晶レンズ列の屈折力が制御される表示装置。
【請求項2】
液晶レンズ列の屈折力が無い状態にする場合には、液晶層の液晶分子を一定方向に配向させるように第1共通電極と第2共通電極との間に電圧が印加される請求項1に記載の表示装置。
【請求項3】
第1基板における液晶層側の面および第2基板における液晶層側の面の少なくとも一方には、第1共通電極と第2共通電極との間に電位差がない状態において液晶レンズ列の屈折力が生ずるように液晶分子を配向させるための配向膜が形成されている請求項1に記載の表示装置。
【請求項4】
配向膜には光照射による配向制御が施されている請求項3に記載の表示装置。
【請求項5】
それぞれ隣接する液晶レンズ列の境界部に壁状または柱状のスペーサが配置されている請求項1に記載の表示装置。
【請求項6】
可変レンズアレイの第1基板の外周部と第2基板の外周部とは封止部によって封止されており、
壁状または柱状のスペーサの端部と封止部との間には間隔が空けられている請求項5に記載の表示装置。
【請求項7】
液晶レンズ列の中央部に壁状または柱状のスペーサが配置されている請求項1に記載の表示装置。
【請求項8】
可変レンズアレイの第1基板の外周部と第2基板の外周部とは封止部によって封止されており、
壁状または柱状のスペーサの端部と封止部との間には間隔が空けられている請求項7に記載の表示装置。
【請求項9】
透明な第1共通電極を有する第1基板と、透明な第2共通電極を有する第2基板と、第1基板と第2基板との間に配置された液晶層とを含んでおり、
液晶層には、第1共通電極と第2共通電極との間に電圧が印加されていない状態において液晶レンズ列の屈折力が生ずるように液晶分子が配向する配向処理が施されており、
第1共通電極と第2共通電極との間に印加される電圧によって液晶レンズ列の屈折力が制御される可変レンズアレイ。
【請求項1】
二次元画像を表示する表示部、及び、
表示部に対向して配置される可変レンズアレイ、
を備えており、
可変レンズアレイは、透明な第1共通電極を有する第1基板と、透明な第2共通電極を有する第2基板と、第1基板と第2基板との間に配置され、液晶レンズ列を構成する液晶層とを含み、
液晶層には、第1共通電極と第2共通電極との間に電位差がない状態において液晶レンズ列の屈折力が生ずるように液晶分子が配向する配向処理が施されており、
第1共通電極と第2共通電極との間に印加される電圧によって液晶レンズ列の屈折力が制御される表示装置。
【請求項2】
液晶レンズ列の屈折力が無い状態にする場合には、液晶層の液晶分子を一定方向に配向させるように第1共通電極と第2共通電極との間に電圧が印加される請求項1に記載の表示装置。
【請求項3】
第1基板における液晶層側の面および第2基板における液晶層側の面の少なくとも一方には、第1共通電極と第2共通電極との間に電位差がない状態において液晶レンズ列の屈折力が生ずるように液晶分子を配向させるための配向膜が形成されている請求項1に記載の表示装置。
【請求項4】
配向膜には光照射による配向制御が施されている請求項3に記載の表示装置。
【請求項5】
それぞれ隣接する液晶レンズ列の境界部に壁状または柱状のスペーサが配置されている請求項1に記載の表示装置。
【請求項6】
可変レンズアレイの第1基板の外周部と第2基板の外周部とは封止部によって封止されており、
壁状または柱状のスペーサの端部と封止部との間には間隔が空けられている請求項5に記載の表示装置。
【請求項7】
液晶レンズ列の中央部に壁状または柱状のスペーサが配置されている請求項1に記載の表示装置。
【請求項8】
可変レンズアレイの第1基板の外周部と第2基板の外周部とは封止部によって封止されており、
壁状または柱状のスペーサの端部と封止部との間には間隔が空けられている請求項7に記載の表示装置。
【請求項9】
透明な第1共通電極を有する第1基板と、透明な第2共通電極を有する第2基板と、第1基板と第2基板との間に配置された液晶層とを含んでおり、
液晶層には、第1共通電極と第2共通電極との間に電圧が印加されていない状態において液晶レンズ列の屈折力が生ずるように液晶分子が配向する配向処理が施されており、
第1共通電極と第2共通電極との間に印加される電圧によって液晶レンズ列の屈折力が制御される可変レンズアレイ。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【公開番号】特開2012−252220(P2012−252220A)
【公開日】平成24年12月20日(2012.12.20)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−125565(P2011−125565)
【出願日】平成23年6月3日(2011.6.3)
【出願人】(598172398)株式会社ジャパンディスプレイウェスト (90)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成24年12月20日(2012.12.20)
【国際特許分類】
【出願日】平成23年6月3日(2011.6.3)
【出願人】(598172398)株式会社ジャパンディスプレイウェスト (90)
【Fターム(参考)】
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