JP2012141552A - Liquid crystal cylindrical lens array and display device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、簡単な構造で、狭い間隔で隣り合うシリンドリカルレンズ間を分離し、レンズパワーが大きく光学特性が優れたシリンドリカルレンズアレイおよび前記シリンドリカルレンズアレイを含む表示装置に関する。 The present invention relates to a cylindrical lens array that has a simple structure and separates adjacent cylindrical lenses at a narrow interval, has a large lens power, and has excellent optical characteristics, and a display device including the cylindrical lens array.
液体のような流動性を持ち、電気光学的特性に異方性を示す液晶の中で、ネマティック液晶は比較的低い電圧印加により実効的な屈折率を概異常光に対する値から常光に対する値まで連続的に可変できるという特徴を持っており、この特徴を利用することで、種々の電圧可変型の液晶レンズ等の光学デバイスが提案されている。 Among liquid crystals that have liquid-like fluidity and anisotropy in electro-optical characteristics, nematic liquid crystals have an effective refractive index continuously from a value for almost extraordinary light to a value for ordinary light by applying a relatively low voltage. Various optical devices such as a liquid crystal lens of variable voltage type have been proposed by utilizing this feature.
たとえば、直径が数100ミクロンの円形の穴型パターンを有する電極を用いて、軸対称的な不均一電界による液晶分子配向効果を利用することで、空間的な放物面状の屈折率分布特性を有する液晶レンズを得る方法が特許文献1に開示されている。このような口径がミリメートル以下の小さな液晶レンズは液晶マイクロレンズと呼ばれている。 For example, by using an electrode having a circular hole pattern with a diameter of several hundreds of microns and utilizing a liquid crystal molecular alignment effect due to an axially symmetric non-uniform electric field, a spatial parabolic refractive index distribution characteristic is obtained. Patent Document 1 discloses a method for obtaining a liquid crystal lens having Such a small liquid crystal lens having a diameter of millimeter or less is called a liquid crystal microlens.
また、同様の構造に基づく液晶レンズを発展させた構成として、液晶層を挟む基板面に設けた電極群の延伸方向が2枚の基板において互いに直交するように配置することで、2方向における視認位置においても3次元と2次元の表示を切り替えることができる液晶シリンドリカルレンズが特許文献2において開示されている。 In addition, as a configuration in which a liquid crystal lens based on the same structure is developed, visual recognition in two directions is achieved by arranging the electrode groups provided on the substrate surface sandwiching the liquid crystal layer so that the extending directions are orthogonal to each other on the two substrates. Patent Document 2 discloses a liquid crystal cylindrical lens that can switch between three-dimensional and two-dimensional display even at a position.
これらの特許文献1、2で開示されている液晶レンズでは、電極が液晶層に接している構造であるため、液晶層の厚みを一定として開口径が大きなレンズを構成すると、電極の開口部により生じる不均一電界の効果が開口部の中央付近まで及ばない。その結果として、レンズ特性を得るために必要な液晶分子の空間配向分布が得られないため、レンズ効果を得るためには開口径と液晶層の厚みの比が2対1から3対1程度とする必要があるという問題があった。 In the liquid crystal lens disclosed in these Patent Documents 1 and 2, since the electrode is in contact with the liquid crystal layer, if a lens having a large liquid crystal layer thickness and a large aperture diameter is formed, the opening of the electrode The effect of the generated non-uniform electric field does not reach the vicinity of the center of the opening. As a result, the spatial alignment distribution of the liquid crystal molecules necessary for obtaining the lens characteristics cannot be obtained. Therefore, in order to obtain the lens effect, the ratio of the aperture diameter to the thickness of the liquid crystal layer is about 2: 1 to 3: 1. There was a problem that had to be done.
そこで、特許文献1で開示されている液晶レンズに類似した構造で、開口部を有する電極を液晶層に接触させずに、液晶層からある一定の距離を置くように配置することで、電極の開口部分の直径を大きくしても、軸対称の不均一電界が開口部の中央付近まで生じるようにすることが可能となる。この原理に基づき、液晶層と穴型パターン電極との間に絶縁層を挿入することで、液晶層から前記穴形電極との距離を保持する方法が特許文献3で開示されており、液晶レンズにおいて最良の特性が得られる穴型パターンの口径と液晶層の厚みの比に関る条件が緩和され、開口径の大きさや液晶層の厚みによらず、任意の寸法の液晶レンズを構成できることが示されている。 Therefore, by arranging the electrode having an opening with a structure similar to the liquid crystal lens disclosed in Patent Document 1 so as to be at a certain distance from the liquid crystal layer without contacting the liquid crystal layer, Even if the diameter of the opening is increased, an axially symmetric non-uniform electric field can be generated up to the vicinity of the center of the opening. Based on this principle, Patent Document 3 discloses a method for maintaining the distance from the liquid crystal layer to the hole electrode by inserting an insulating layer between the liquid crystal layer and the hole pattern electrode. The conditions relating to the ratio between the aperture diameter of the hole pattern and the thickness of the liquid crystal layer that can obtain the best characteristics are relaxed, and a liquid crystal lens of an arbitrary size can be constructed regardless of the size of the aperture diameter and the thickness of the liquid crystal layer. It is shown.
さらに、液晶層と穴型パターン電極との間に絶縁層を挿入した液晶レンズにおいて、穴型パターン電極の外部又はパターン電極内に透明な第3の電極を配置して2電圧で駆動することで良好な特性を維持した状態で凹レンズ特性から凸レンズ特性まで広範囲に焦点距離を可変できる液晶レンズが特許文献4に開示されている。 Furthermore, in a liquid crystal lens in which an insulating layer is inserted between the liquid crystal layer and the hole pattern electrode, a transparent third electrode is arranged outside the hole pattern electrode or inside the pattern electrode and driven with two voltages. Patent Document 4 discloses a liquid crystal lens capable of changing the focal length over a wide range from a concave lens characteristic to a convex lens characteristic while maintaining good characteristics.
しかし、特許文献3、4で開示されている液晶層と穴型パターン電極の間に距離を設定するために絶縁層を設けた構造では、液晶層と電極との間に配置した絶縁層のために駆動電圧が高くなるという問題があり、特に開口部が大きいレンズを得るためには絶縁層の厚みがさらに厚くなって高電圧が必要とされるため口径が大きいレンズを得ることが困難であるという問題があった。また、絶縁層の厚みのために液晶レンズ全体の厚みを薄くすることができないという問題があった。 However, in the structure in which an insulating layer is provided in order to set the distance between the liquid crystal layer and the hole pattern electrode disclosed in Patent Documents 3 and 4, the insulating layer is disposed between the liquid crystal layer and the electrode. In particular, in order to obtain a lens having a large aperture, it is difficult to obtain a lens having a large aperture because the insulating layer is further thickened and a high voltage is required to obtain a lens having a large aperture. There was a problem. In addition, the thickness of the entire liquid crystal lens cannot be reduced due to the thickness of the insulating layer.
この問題を解決するために、透明絶縁層の中に透明な高抵抗層として高抵抗の媒質を設け、高抵抗媒質の電位分布を利用して不均一電界が開口部の中央付近まで及ぶようにした方法が特許文献5に開示されている。また、透明な高抵抗の薄膜を使用することでさらに低電圧化行う方法が非特許文献1に報告されている。これらの手法は、高抵抗層による電位分布の中継効果を利用したもので、透明絶縁層の実効的な厚みを薄くして駆動電圧を低下するものである。 In order to solve this problem, a high-resistance medium is provided as a transparent high-resistance layer in the transparent insulating layer so that the non-uniform electric field extends to the vicinity of the center of the opening using the potential distribution of the high-resistance medium. This method is disclosed in Patent Document 5. Further, Non-Patent Document 1 reports a method for further lowering the voltage by using a transparent high-resistance thin film. These methods utilize the relay effect of the potential distribution by the high resistance layer, and reduce the driving voltage by reducing the effective thickness of the transparent insulating layer.
上記の原理に基づき、透明電極を付けたガラス基板と短冊状の透明電極を付けたガラス基板間に一方向に配向させた液晶を封入した構造の液晶レンズにより円筒レンズと呼ばれるシリンドリカルレンズを構成することができる。特に、前述のように透明絶縁層及び透明高抵抗層を用いることで、開口径と液晶層に関る制限が無く、任意の厚みの液晶層を使用し、且つ低電圧で駆動できるという特徴を有している。 Based on the above principle, a cylindrical lens called a cylindrical lens is constituted by a liquid crystal lens having a structure in which liquid crystal oriented in one direction is sealed between a glass substrate with a transparent electrode and a glass substrate with a strip-shaped transparent electrode. be able to. In particular, by using the transparent insulating layer and the transparent high-resistance layer as described above, there is no restriction on the aperture diameter and the liquid crystal layer, and the liquid crystal layer having an arbitrary thickness can be used and driven at a low voltage. Have.
この液晶シリンドリカルレンズを多数配列したレンズアレイ構造とすることで、焦点を可変できるシリンドリカルレンズアレイ、すなわち焦点可変のレンチキュラーレンズが構成され、眼鏡を使用せず裸眼で立体視を実現する表示装置に適用することができる。さらに、電圧印加によりレンズ効果を可変することで、2次元表示と3次元表示の間の切り替え等を行うことができる。 By adopting a lens array structure in which a large number of liquid crystal cylindrical lenses are arranged, a cylindrical lens array that can change the focal point, that is, a lenticular lens with variable focus, is configured and applied to a display device that realizes stereoscopic vision with the naked eye without using glasses. can do. Furthermore, by changing the lens effect by applying a voltage, switching between two-dimensional display and three-dimensional display can be performed.
液晶シリンドリカルレンズアレイを表示装置の前面に配置して3次元表示を行なう場合には、効率よく明るい表示を得るために各々のレンズの開口径を広くすることが望まれる。したがって、個々の液晶レンズ間の間隔に対応する電極の幅をできるだけ狭くすることが必要とされる。透明絶縁層及び透明高抵抗層を有する液晶レンズアレイにおいては、個々の液晶レンズの間隔を狭くすると液晶レンズ間の相互作用が大きくなり、良好なレンズ特性を得ることが困難になってくる。すなわち、一定の電圧を印加した場合には、レンズ間の間隔が狭くなるに従ってレンズパワーが小さくなることが問題であった。また、レンズアレイにおいても各液晶レンズが独立している場合と同程度のレンズパワーの値を得るためには、レンズの間隔が狭くなるとともに駆動電圧の値を大きくしなければならないという問題点があった。 When the liquid crystal cylindrical lens array is arranged on the front surface of the display device to perform three-dimensional display, it is desirable to increase the aperture diameter of each lens in order to obtain a bright display efficiently. Therefore, it is necessary to make the width of the electrode corresponding to the interval between the individual liquid crystal lenses as narrow as possible. In a liquid crystal lens array having a transparent insulating layer and a transparent high resistance layer, if the interval between the individual liquid crystal lenses is narrowed, the interaction between the liquid crystal lenses increases, making it difficult to obtain good lens characteristics. That is, when a constant voltage is applied, the problem is that the lens power decreases as the distance between the lenses decreases. Further, in order to obtain a lens power value similar to that when each liquid crystal lens is independent in the lens array, there is a problem that the distance between the lenses must be narrowed and the driving voltage value must be increased. there were.
そこでこの発明の目的は、上記問題を解決し、低電圧で動作し、隣り合う液晶レンズの間隔が狭くなってもレンズパワーが大きく、光学特性が優れた液晶シリンドリカルレンズアレイを提供し、また前記シリンドリカルレンズアレイを含む画像表示装置を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a liquid crystal cylindrical lens array that solves the above problems, operates at a low voltage, has a large lens power even when the interval between adjacent liquid crystal lenses is narrow, and has excellent optical characteristics, and An object of the present invention is to provide an image display device including a cylindrical lens array.
この発明は、上記の課題を解決するために、その基本として、透明な第1の電極を有する第1の基板、前記第1の電極に対向し開口部を有する複数の第2の電極が配置され、前記それぞれの開口部に対して絶縁層を介して、又は前記開口部内で前記第2の電極に対して間隔をおいてそれぞれ第3の電極が配置された第2の基板の間に収容された、液晶分子を一方向に配向させた液晶層を備え、前記第1の電極と第2の電極との間に第1の電圧を加え、また前記第1の電極と第3の電極との間に前記第1の電圧とは独立した第2の電圧を加えることで光学特性を可変制御することができ、前記開口部及び前記第2の電極および第3の電極と前記液晶層との間に透明絶縁層及び透明な高抵抗層による2重層が配置されている液晶シリンドリカルレンズアレイであって、前記第2の電極が存在する領域に重なって前記第2の電極の幅に等しいか、もしくは第2の電極の幅よりも狭い範囲において、前記高抵抗層の抵抗値が大きな値となっていることを特徴とする。 In order to solve the above problems, the present invention basically includes a first substrate having a transparent first electrode and a plurality of second electrodes facing the first electrode and having openings. And is accommodated between the second substrates on which the third electrodes are respectively arranged with respect to the respective openings through an insulating layer or in the openings with respect to the second electrodes. A liquid crystal layer in which liquid crystal molecules are aligned in one direction, a first voltage is applied between the first electrode and the second electrode, and the first electrode and the third electrode, The optical characteristics can be variably controlled by applying a second voltage that is independent of the first voltage between the opening, the second electrode, the third electrode, and the liquid crystal layer. A liquid crystal cylindrical array in which a double layer of a transparent insulating layer and a transparent high resistance layer is disposed between The resistance value of the high resistance layer is large in a range that overlaps the region where the second electrode exists and is equal to the width of the second electrode or narrower than the width of the second electrode. It is characterized by being a value.
前記第2の電極が存在する領域に重なって前記第2の電極の幅に等しいか、もしくは第2の電極の幅よりも狭い範囲において、前記透明な高抵抗層を除去してもよい。 The transparent high resistance layer may be removed in a range that overlaps the region where the second electrode is present and is equal to the width of the second electrode or narrower than the width of the second electrode.
前記複数の第2の電極がそれぞれスリットを介して分離されており、前記分離された電極にそれぞれ異なる電圧を加えることができる。 The plurality of second electrodes are separated through slits, and different voltages can be applied to the separated electrodes.
前記液晶シリンドリカルレンズアレイを前面に配置した表示パネル及び位置センサを備え、前記位置センサによる位置に関る信号により前記液晶シリンドリカルレンズアレイに加える電圧を制御して表示パネルの特性を調整することもでき、また前記表示パネルが、液晶表示パネル、有機EL表示パネル、プラズマ表示パネル、電界発光表示パネルのいずれかの表示パネルを使用することができる。 A display panel having the liquid crystal cylindrical lens array disposed in front and a position sensor may be provided, and a voltage applied to the liquid crystal cylindrical lens array may be controlled by a signal related to a position by the position sensor to adjust characteristics of the display panel. The display panel may be a liquid crystal display panel, an organic EL display panel, a plasma display panel, or an electroluminescent display panel.
上記の手段により、液晶を利用したシリンドリカルレンズアレイにおいて、実効的な光学位相差量及びレンズパワーが大きく、且つ隣り合うレンズ間の分離が優れた液晶シリンドリカルレンズアレイを提供することができ、この液晶シリンドリカルレンズアレイを用いることで良好な3次元表示画像が得られる3次元表示装置を提供する。 By the above means, in the cylindrical lens array using the liquid crystal, it is possible to provide a liquid crystal cylindrical lens array having a large effective optical phase difference amount and a large lens power and excellent separation between adjacent lenses. Provided is a three-dimensional display device capable of obtaining a good three-dimensional display image by using a cylindrical lens array.
本発明が着目した点は、従来の技術において見られた複数の課題について、それぞれを一体に解決できるように工夫したものである。上記の複数の課題を明確化するために以下に表を示す。 The point which this invention paid attention to is devised so that each of a plurality of problems found in the prior art can be solved together. The following table is provided to clarify the above problems.
表1から分かるように特許文献1、特許文献2の技術では、開口径と液晶層の厚みに関る制限を無くすこと、およびレンズパワーの可変範囲を広げることが課題である。特許文献3では
駆動電圧を低下すること、レンズパワーの可変範囲を広げること、および隣り合うレンズ間の分離を良くすることが課題である。特許文献4では駆動電圧を低下すること、および隣り合うレンズ間の分離を良くすることが課題である。特許文献5および非特許文献1では隣り合うレンズ間の分離を良くすることが課題である。 上記の事項を踏まえて、本発明では低電圧で動作し、レンズパワーの可変範囲が広く、また隣り合うレンズ間の分離が良好な液晶シリンドリカルレンズアレイを得ることを課題としている。 次に、この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。図1においてその基本構成を述べる。
As can be seen from Table 1, in the techniques of Patent Document 1 and Patent Document 2, it is a problem to eliminate restrictions on the aperture diameter and the thickness of the liquid crystal layer and to widen the variable range of the lens power. In Patent Document 3, it is a problem to reduce the drive voltage, widen the variable range of lens power, and improve separation between adjacent lenses. In Patent Document 4, it is a problem to reduce the drive voltage and improve the separation between adjacent lenses. In Patent Document 5 and Non-Patent Document 1, it is a problem to improve separation between adjacent lenses. In light of the above, it is an object of the present invention to obtain a liquid crystal cylindrical lens array that operates at a low voltage, has a wide variable range of lens power, and has good separation between adjacent lenses. Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The basic configuration is described in FIG.
図1(A)は、この発明の液晶シリンドリカルレンズアレイの一実施の形態として、液晶シリンドリカルレンズとして動作する素子の基本構成を断面から見た構成を示している。透明な第1の電極21は第1の基板11の上に形成され、第2の基板12を所定の厚みを保つための図示されていないスペーサを介して重ね合わせることで液晶セルを構成する。第1の基板11と前記第2の基板12の間には、第1の電極21と対向するように収容された、液晶分子を一方向に配向させた液晶層31を備える。 FIG. 1A shows a configuration in which a basic configuration of an element operating as a liquid crystal cylindrical lens is viewed from a cross section as an embodiment of the liquid crystal cylindrical lens array of the present invention. The transparent first electrode 21 is formed on the first substrate 11 and constitutes a liquid crystal cell by overlapping the second substrate 12 via a spacer (not shown) for maintaining a predetermined thickness. Between the 1st board | substrate 11 and the said 2nd board | substrate 12, the liquid crystal layer 31 in which the liquid crystal molecule accommodated in one direction was accommodated so that the 1st electrode 21 might be opposed was provided.
前記第1の基板11の前記液晶層31に接する面には液晶分子を一方向に配向させる効果を有する配向膜61が配置されている。 An alignment film 61 having an effect of aligning liquid crystal molecules in one direction is disposed on the surface of the first substrate 11 in contact with the liquid crystal layer 31.
また、第2の基板12の液晶層に面する側には複数の第2の電極221〜223、および第2の電極の間の開口部に第3の電極231、232が形成されており、さらに透明な絶縁層51、透明な高抵抗層として透明な第1の高抵抗層41、および配向膜62がそれぞれ積層されている。なお、この透明な高抵抗層41はいずれの電極とも接続されておらず、直接電圧を印加していない。さらに、前記第2の電極221〜223が存在する領域に重なって第1の高抵抗層41の代わりに第1の高抵抗層41の抵抗値よりも大きな抵抗値を有する第2の高抵抗層42が配置されている。 In addition, a plurality of second electrodes 221 to 223 and third electrodes 231 and 232 are formed in an opening between the second electrodes on the side facing the liquid crystal layer of the second substrate 12. Further, a transparent insulating layer 51, a transparent first high resistance layer 41 as a transparent high resistance layer, and an alignment film 62 are laminated. The transparent high resistance layer 41 is not connected to any electrode and does not directly apply a voltage. Further, a second high resistance layer having a resistance value that is larger than the resistance value of the first high resistance layer 41 in place of the first high resistance layer 41 so as to overlap the region where the second electrodes 221 to 223 exist. 42 is arranged.
前記配向膜61及び配向膜62には一方向にラビング処理を行うことで、液晶分子の長軸方向に対応するダイレクタがプレティルト角と呼ばれる基板面から1度程度傾いた角度をなして配向するような状態となっている。 The alignment film 61 and the alignment film 62 are rubbed in one direction so that the director corresponding to the major axis direction of the liquid crystal molecules is aligned at an angle of about 1 degree from the substrate surface called the pretilt angle. It is in a state.
図1(B)は、図1(A)の液晶シリンドリカルレンズアレイを平面的に見た図であり、前記第2の基板12に形成されている複数の第2の電極221、222,223と前記第1の電極21との間に第1の電源81から第1の電圧V1を加える。また、前記第1の電極21と前記第3の電極231、232の間には第2の電源82から第2の電圧V2を印加することができるように配置されている。 FIG. 1B is a plan view of the liquid crystal cylindrical lens array of FIG. 1A. A plurality of second electrodes 221, 222, 223 formed on the second substrate 12 are shown in FIG. A first voltage V 1 is applied from the first power supply 81 between the first electrode 21 and the first electrode 21. A second voltage V2 can be applied from the second power source 82 between the first electrode 21 and the third electrodes 231 and 232.
ここで、図1に示した構成から、透明な絶縁層51、透明な第1の高抵抗層41および第2の高抵抗層42を除いた構成とした場合について説明する。初期状態として、液晶分子の長軸方向に対応するダイレクタが電極面につけた配向膜面に対してプレティルト角である1度程度傾いて一方向に配向しているホモジニアス配向になっている場合を考える。V1およびV2を0、すなわち電圧が加えられていないときは液晶層における実効的な屈折率は基板面内方向で一様になっている。 Here, a case will be described in which the transparent insulating layer 51, the transparent first high-resistance layer 41, and the second high-resistance layer 42 are excluded from the configuration shown in FIG. As an initial state, consider a case where the director corresponding to the major axis direction of the liquid crystal molecules is in a homogeneous orientation in which the director is inclined in one direction at a pretilt angle of about 1 degree with respect to the alignment film surface attached to the electrode surface. . When V1 and V2 are 0, that is, when no voltage is applied, the effective refractive index in the liquid crystal layer is uniform in the in-plane direction of the substrate.
次に、V1およびV2を適宜設定することで、液晶のしきい値以上の電界が加わるようにすると、電界強度が大きいところでは液晶のダイレクタが配向膜面に垂直方向にある角度をなして立ち上がり、電界強度が弱いところではダイレクタが配向膜面から立ち上がる角度が小さくなる。配向膜面に対してダイレクタが傾く角度が大きくなると、実効的な屈折率が小さくなり、角度が小さくなると共に実効的な屈折率が大きくなる。つまり、電界強度に依存してダイレクタが配向膜面になす角度が異なり、配向膜面すなわち基板面に対して分布する結果として、実効的な屈折率が分布しているという状態が得られる。 Next, when V1 and V2 are appropriately set so that an electric field exceeding the threshold value of the liquid crystal is applied, the director of the liquid crystal rises at an angle perpendicular to the alignment film surface where the electric field strength is large. When the electric field strength is weak, the angle at which the director rises from the alignment film surface becomes small. When the angle at which the director is tilted with respect to the alignment film surface is increased, the effective refractive index is decreased. As the angle is decreased, the effective refractive index is increased. That is, depending on the electric field strength, the angle formed by the director with respect to the alignment film surface is different, and as a result of being distributed with respect to the alignment film surface, that is, the substrate surface, a state in which the effective refractive index is distributed is obtained.
短冊状の形状で一定の間隔で配置されている第2の電極221,222,223と第1の電極21の間に第1の電源81からしきい値以上で第2の電源82から加えた第2の電圧V2の値よりも大きな第1の電圧V1を印加すると、第2の電極221と222の間、また222と223の間のそれぞれ中央付近での電界が最も小さく、それぞれ第2の電極に向かって電界が次第に大きくなるような電界分布となる。この電界分布により、液晶分子の長軸方向に対応するダイレクタが電界方向に配向することから、液晶の実効的な屈折率が第2の電極間の中央から電極部に向かって次第に小さくなるような屈折率分布特性となり、液晶層は液晶のダイレクタの方向に偏光した入射光に対して収束する凸レンズ機能が得られる。また、第1の電圧を固定し、第2の電圧を調整することで、凸レンズの焦点距離を連続的に可変することができる。 Between the second electrodes 221, 222, 223 and the first electrode 21, which are arranged in a strip shape at regular intervals, the first power supply 81 applied a voltage above the threshold value from the second power supply 82. When the first voltage V1 larger than the value of the second voltage V2 is applied, the electric field between the second electrodes 221 and 222 and between the 222 and 223 near the center is the smallest, The electric field distribution is such that the electric field gradually increases toward the electrode. By this electric field distribution, directors corresponding to the major axis direction of the liquid crystal molecules are aligned in the electric field direction, so that the effective refractive index of the liquid crystal gradually decreases from the center between the second electrodes toward the electrode portion. A refractive index distribution characteristic is obtained, and the liquid crystal layer has a convex lens function that converges on incident light polarized in the direction of the director of the liquid crystal. Further, the focal length of the convex lens can be continuously varied by fixing the first voltage and adjusting the second voltage.
逆に、第2の電圧を第1の電圧よりも大きくすると、第2の電極の中間部で電界が最も大きく、第2の電極に向かって電界が次第に小さくなるような電界分布となり、液晶の実効的な屈折率が中心から周辺部に向かって次第に大きくなるような屈折率分布特性となり、液晶層は液晶のダイレクタの方向に偏光した入射光に対して発散する凹レンズ機能が得られる。凹レンズの動作をしている場合には、第2の電圧を固定し、第1の電圧を調整することで連続的に焦点距離を可変することができる。 On the contrary, when the second voltage is made larger than the first voltage, the electric field distribution is such that the electric field is greatest at the intermediate portion of the second electrode and gradually decreases toward the second electrode. The refractive index distribution characteristic is such that the effective refractive index gradually increases from the center toward the periphery, and the liquid crystal layer has a concave lens function that diverges with respect to incident light polarized in the direction of the director of the liquid crystal. When the concave lens is operated, the focal length can be continuously varied by fixing the second voltage and adjusting the first voltage.
さらに、これらの屈折率の分布形状が第2の電極間で2次関数(放物線)状となるように第1の電圧V1および第2の電圧V2を調整すると、収差が小さい円筒レンズ特性を得ることができる。これらの液晶レンズの動作原理の詳細については特許文献3および特許文献4に開示されている。 Further, when the first voltage V1 and the second voltage V2 are adjusted so that the refractive index distribution shape is a quadratic function (parabolic) between the second electrodes, a cylindrical lens characteristic with small aberration is obtained. be able to. Details of the operation principle of these liquid crystal lenses are disclosed in Patent Documents 3 and 4.
図1に示した構成のように、透明な絶縁層51、透明な高抵抗層41等を付与することで、高抵抗層による電位分布の中継効果を利用できることから、透明絶縁層の厚みを薄くしても良好な光学特性を有するレンズを構成することが可能となる。透明な絶縁層および高抵抗層を有する液晶レンズの動作原理については、特許文献5および非特許文献1に報告されている。 As shown in FIG. 1, by providing the transparent insulating layer 51, the transparent high resistance layer 41, etc., the relay effect of the potential distribution by the high resistance layer can be used, so the thickness of the transparent insulating layer is reduced. Even with this, it is possible to construct a lens having good optical characteristics. The operation principle of a liquid crystal lens having a transparent insulating layer and a high resistance layer is reported in Patent Document 5 and Non-Patent Document 1.
次に、具体的な実施例について説明する。図1において、第1の基板11は300μm厚の透明ガラス板であり、液晶層31に接する内面側に、インジウム・スズ系の酸化物(ITO)からなる透明な第1の電極21が形成されている。第2の基板12は300μm厚のガラス板であり、第2の基板の液晶層31に接する側には複数の第2の電極となる短冊状のITO電極221〜223が形成されており、第2の電極の間には第3の電極となる短冊状のITO電極231、232が形成されている。これらの第2の電極221〜223と第1の電極21の間には第1の電源81から第1の電圧V1が加えられ、第3の電極231、232と第1の電極21の間には第2の電源82から第2の電圧V2が加えられている。 Next, specific examples will be described. In FIG. 1, a first substrate 11 is a transparent glass plate having a thickness of 300 μm, and a transparent first electrode 21 made of indium tin oxide (ITO) is formed on the inner surface side in contact with the liquid crystal layer 31. ing. The second substrate 12 is a glass plate having a thickness of 300 μm, and a plurality of strip-like ITO electrodes 221 to 223 serving as second electrodes are formed on the side of the second substrate in contact with the liquid crystal layer 31. Between the two electrodes, strip-like ITO electrodes 231 and 232 are formed as third electrodes. A first voltage V <b> 1 is applied from the first power supply 81 between the second electrodes 221 to 223 and the first electrode 21, and between the third electrodes 231, 232 and the first electrode 21. The second voltage V2 is applied from the second power source 82.
特にこの液晶レンズでは、複数の第2の電極および第3の電極を有する第2の基板12と液晶層31の間に透明絶縁層51および透明な高抵抗層として第1の高抵抗層41を配置している。さらに、第2の電極221、222、223が存在する領域に重なって前記第2の電極の幅に等しいか、もしくは第2の電極の幅よりも狭い範囲において、前記高抵抗層の抵抗値が大きな値となっている第2の高抵抗層42が配置されている。第2の電極が金属薄膜のように光を透過しないような材料で構成されている場合には、第2の高抵抗層は必ずしも透明である必要はない。また、液晶層31の液晶材料としてはMLC−6080(メルク社製)を使用し、液晶層を挟む電極や高抵抗層の面には配向膜61,62としてポリイミド膜を約0.15ミクロンの厚みに塗布し、熱処理を行い安定化させた後に一方向にラビング処理が施されている。 In particular, in this liquid crystal lens, the first high resistance layer 41 is formed as a transparent insulating layer 51 and a transparent high resistance layer between the liquid crystal layer 31 and the second substrate 12 having a plurality of second electrodes and third electrodes. It is arranged. Furthermore, the resistance value of the high resistance layer is within a range that overlaps the region where the second electrodes 221, 222, and 223 exist and is equal to the width of the second electrode or narrower than the width of the second electrode. A second high resistance layer 42 having a large value is disposed. When the second electrode is made of a material that does not transmit light, such as a metal thin film, the second high resistance layer is not necessarily transparent. Further, MLC-6080 (manufactured by Merck & Co., Inc.) is used as the liquid crystal material of the liquid crystal layer 31, and a polyimide film of about 0.15 microns is used as the alignment films 61 and 62 on the surface of the electrode and high resistance layer sandwiching the liquid crystal layer. After being applied to the thickness and stabilized by heat treatment, rubbing treatment is performed in one direction.
ラビング処理を行った場合には、一般にラビング方向に対して液晶分子の長軸方向が基板面からプレティルト角と呼ばれる数度程度の小さな角度傾いた配向状態となることが知られている。したがって、対向する基板上の配向膜に対するラビングの方向をそれぞれ逆向きとなるように処理した場合(アンチパラレルと呼ばれる)は、液晶分子は基板面に一様にプレティルト角傾いた配向状態となっている。 When the rubbing treatment is performed, it is generally known that the major axis direction of the liquid crystal molecules is in an alignment state inclined by a small angle of about several degrees called a pretilt angle with respect to the rubbing direction. Therefore, when the rubbing directions with respect to the alignment film on the opposite substrate are processed in opposite directions (referred to as anti-parallel), the liquid crystal molecules are uniformly aligned with a pretilt angle on the substrate surface. Yes.
なお、液晶層31を所定の厚みに保つために図示していない直径が15μmの球状スペーサを接着剤に分散したものを用い、また図示していないが各基板の周辺部等は接着剤により液晶が封止されている。 In order to maintain the liquid crystal layer 31 at a predetermined thickness, a spherical spacer having a diameter of 15 μm (not shown) dispersed in an adhesive is used, and although not shown, the periphery of each substrate is liquid crystal by an adhesive. Is sealed.
透明絶縁膜51としては、0.5ミクロン厚のアモルファス石英膜を使用したが、絶縁が保たれる範囲で薄くすることもできる。また、他の有機系・無機系を問わず絶縁材料や、または誘電率が大きな材料であっても使用することができる。 As the transparent insulating film 51, an amorphous quartz film having a thickness of 0.5 microns is used. However, the transparent insulating film 51 may be thin as long as insulation is maintained. Moreover, it can be used even if it is an insulating material or a material with a large dielectric constant irrespective of other organic type and inorganic type.
透明な第1の高抵抗層41としては厚みが約25nmの酸化亜鉛系の薄膜を使用したが、導電性微粒子を分散した樹脂系の導電膜、たとえば三菱マテリアル電子化成株式会社製の導電膜TWH-1(1μm)なども使用することができる。本実施例で使用した酸化亜鉛系の高抵抗層の抵抗は面抵抗値として1MΩ〜100GΩ程度であった。第1の高抵抗層の抵抗値よりも大きな抵抗値を有する第2の高抵抗層としては、同様に酸化亜鉛系の薄膜を使用することができる。さらに、これらの高抵抗層を構成する材料として、他の無機系薄膜、たとえば抵抗値を最適な値に設定したITOや酸化チタン、硫化亜鉛、又はこれらの材料の混合系などの透明な薄膜を使うこともできる。 As the transparent first high-resistance layer 41, a zinc oxide thin film having a thickness of about 25 nm is used. However, a resin-based conductive film in which conductive fine particles are dispersed, for example, a conductive film TWH manufactured by Mitsubishi Materials Electronics Chemical Co., Ltd. -1 (1 μm) can also be used. The resistance of the zinc oxide-based high resistance layer used in this example was about 1 MΩ to 100 GΩ as a surface resistance value. Similarly, a zinc oxide-based thin film can be used as the second high resistance layer having a resistance value larger than that of the first high resistance layer. In addition, as a material constituting these high resistance layers, other inorganic thin films, for example, transparent thin films such as ITO, titanium oxide, zinc sulfide, or a mixed system of these materials set to an optimum resistance value are used. It can also be used.
各々の第2の電極間の開口部の間隔を100ミクロンとし、それぞれ4ミクロン幅のスリットを介して92ミクロン幅の第3の電極が配置されている。第1の電圧V1および第2の電圧V2はいずれも1kHzの正弦波で同位相であり、また光源としては白色光源と干渉フィルター(透過波長633nm)を組み合わせたものを用いている。 The distance between the openings between the second electrodes is 100 microns, and a third electrode having a width of 92 microns is disposed through a slit having a width of 4 microns. The first voltage V1 and the second voltage V2 are both 1 kHz sine waves and in phase, and the light source is a combination of a white light source and an interference filter (transmission wavelength 633 nm).
図2は、図1に類似した構成であって第2の高抵抗層が無く、透明高抵抗層の抵抗値が全範囲で同一の値となっている液晶シリンドリカルレンズにおいて、開口部の幅を100ミクロン、液晶層の厚みを15ミクロン、高抵抗層の抵抗率を80Ωmとした場合の隣り合うレンズ間の間隔、すなわち第2の電極の幅と、液晶シリンドリカルレンズのレンズ特性が良好な状態で焦点距離の逆数に対応するレンズパワーが600(ジオプトリ、1/m)程度になるように調整した場合に必要な駆動電圧(第1の電圧V1)の関係を求めた結果である。ここで、第2の電圧V2=0.5ボルト(一定)である。なお、電圧は周波数1kHzの正弦波で、電圧は実効値で示している。第2の電極の幅が狭くなるに従って必要な第1の電圧が急速に増加し、第2の電極の幅が2ミクロンの場合では駆動電圧が80ボルトまで高くなっていることが分かる。ここで第2の電極の幅は隣り合うレンズ間の間隔に等しいので、各液晶シリンドリカルレンズの間隔を狭めると必要な駆動電圧が急上昇することになる。言い換えると、駆動電圧を一定に保つ場合には、各液晶シリンドリカルレンズの間隔が狭くなると共にレンズパワーが急速に減少するという問題が生じる。 FIG. 2 is a configuration similar to FIG. 1, and in the liquid crystal cylindrical lens in which the second high resistance layer is not provided and the resistance value of the transparent high resistance layer is the same in the entire range, the width of the opening is set. When the thickness of the liquid crystal layer is 15 microns and the resistivity of the high resistance layer is 80 Ωm, the distance between adjacent lenses, that is, the width of the second electrode and the lens characteristics of the liquid crystal cylindrical lens are good. This is the result of obtaining the relationship of the drive voltage (first voltage V1) required when the lens power corresponding to the reciprocal of the focal length is adjusted to about 600 (diopters, 1 / m). Here, the second voltage V2 = 0.5 volts (constant). The voltage is a sine wave with a frequency of 1 kHz, and the voltage is shown as an effective value. It can be seen that the required first voltage increases rapidly as the width of the second electrode becomes narrower, and the driving voltage increases to 80 volts when the width of the second electrode is 2 microns. Here, since the width of the second electrode is equal to the interval between adjacent lenses, if the interval between the liquid crystal cylindrical lenses is reduced, the required drive voltage increases rapidly. In other words, when the driving voltage is kept constant, there arises a problem that the distance between the liquid crystal cylindrical lenses becomes narrow and the lens power rapidly decreases.
図3は、図1の構成において第2の電極が存在する領域に重なって前記第2の電極の幅よりも4ミクロン狭い幅で第2の高抵抗層として抵抗値を6桁大きな値とした場合の液晶シリンドリカルレンズにおいて、隣り合うレンズ間の間隔、すなわち第2の電極の幅とレンズパワーの関係を求めた結果である。ここで、駆動電圧は周波数1kHzの正弦波で、第1の電圧V1=3ボルトおよび第2の電圧V2=0.5ボルトをそれぞれ一定とした場合のレンズパワーを求めた。図3から、第2の電極の幅すなわち隣り合うシリンドリカルレンズ間の間隔が狭くなってもレンズパワーが600(ジオプトリ、1/m)以上でほぼ一定の値となるという結果が得られた。 FIG. 3 shows that the resistance value of the second high resistance layer is 6 orders of magnitude larger than the width of the second electrode so as to overlap the region where the second electrode exists in the configuration of FIG. In the liquid crystal cylindrical lens, the distance between adjacent lenses, that is, the relationship between the width of the second electrode and the lens power is obtained. Here, the driving power was a sine wave with a frequency of 1 kHz, and the lens power was determined when the first voltage V1 = 3 volts and the second voltage V2 = 0.5 volts were constant. FIG. 3 shows that even when the width of the second electrode, that is, the interval between adjacent cylindrical lenses is narrowed, the lens power is almost constant at 600 (diopter, 1 / m) or more.
本実施例では、隣り合うシリンドリカルレンズの間隔に対応する第2の電極が存在する領域に重なる範囲で第2の高抵抗層の抵抗値を第1の高抵抗層の抵抗値よりも大きな値とすることで、各レンズ間の相互作用がなく、レンズ間の分離状態が良好で
あるため、レンズの間隔を狭めてもレンズパワーの減少がなく、低電圧で駆動することができる。なお、抵抗値を大きくする領域すなわち第2の高抵抗層の幅は第2の電極の幅よりも狭い範囲としてもよく、その場合には素子の製造工程における位置合わせ等の精度が緩和されるので有利である。また、図1では液晶シリンドリカルレンズ2個のみを示してあるが、これらのレンズを多数配列したレンズアレイを構成することは容易に実現できる。
In the present embodiment, the resistance value of the second high resistance layer is set to a value larger than the resistance value of the first high resistance layer in a range overlapping the region where the second electrode corresponding to the interval between adjacent cylindrical lenses is present. Thus, there is no interaction between the lenses, and the separation state between the lenses is good, so that the lens power does not decrease even if the distance between the lenses is narrowed, and the lens can be driven at a low voltage. Note that the width of the region where the resistance value is increased, that is, the width of the second high resistance layer may be narrower than the width of the second electrode. In that case, the accuracy of alignment in the element manufacturing process is eased. This is advantageous. Although only two liquid crystal cylindrical lenses are shown in FIG. 1, it is possible to easily realize a lens array in which a large number of these lenses are arranged.
なお、本実施例では、各々のシリンドリカルレンズが隣り合う第2の電極が存在する領域における透明高抵抗層の抵抗値を大きくした場合について示したが、この領域で透明高抵抗層を除去することで、抵抗値を大きくした場合と同様に隣り合うレンズ間の分離を行うことができる。なお、透明高抵抗層を除去することは、透明高抵抗層の抵抗値を非常に大きくした場合に対応することから、各レンズ間の分離の効果をより強くすることができるが、電界分布が急峻になるため液晶分子配向の不連続に起因するディスクリネーション欠陥が生じ易くなるという問題点がある。 In the present embodiment, the case where the resistance value of the transparent high resistance layer is increased in the region where the second electrode adjacent to each cylindrical lens exists is shown. However, the transparent high resistance layer is removed in this region. Thus, separation between adjacent lenses can be performed in the same manner as when the resistance value is increased. The removal of the transparent high-resistance layer corresponds to the case where the resistance value of the transparent high-resistance layer is very large, so that the effect of separation between the lenses can be increased, but the electric field distribution is Since it becomes steep, there is a problem that a disclination defect due to discontinuity of liquid crystal molecule alignment easily occurs.
また、他の実施例について具体的に説明する。図4は、第2の電極221、222,223がそれぞれスリットを介して2分割されており、分離された電極221a、221b、222a、222b、223a、223bにそれぞれ異なる電圧を加えることができるように構成されている。本実施例では、分離された電極221a、222a、223aと第1の電極21の間に電源81aからV11の電圧を加え、これらの電極と対になる電極221b、222b、223bと第1の電極21の間に電源81bからV12の電圧を加えられるように構成されている。なお、分割された第2の電極が存在する領域に重なって前記第2の電極の幅に等しいか、もしくは第2の電極の幅よりも狭い範囲において、前記高抵抗層の抵抗値が大きな値となっている第2の高抵抗層42が配置されている。 Other embodiments will be specifically described. In FIG. 4, the second electrodes 221, 222, and 223 are each divided into two via slits, and different voltages can be applied to the separated electrodes 221 a, 221 b, 222 a, 222 b, 223 a, and 223 b, respectively. It is configured. In this embodiment, a voltage V11 is applied from the power source 81a between the separated electrodes 221a, 222a, 223a and the first electrode 21, and the electrodes 221b, 222b, 223b and the first electrode paired with these electrodes are applied. 21 is configured such that the voltage V12 can be applied from the power source 81b. The resistance value of the high resistance layer is large in a range that overlaps the region where the divided second electrode exists and is equal to the width of the second electrode or narrower than the width of the second electrode. The second high resistance layer 42 is disposed.
V11の値とV12の値が等しい場合には、液晶層31に生じる光学位相差分布は第2の電極間の開口部において対称な形状となる。一方、V11の値とV12の値が異なる場合には電極間の開口部における光学位相差分布は非対称となり、入射高が液晶層を通る間に実効的な屈折率が大きい方に偏向するという効果が得られる。 When the value of V11 is equal to the value of V12, the optical phase difference distribution generated in the liquid crystal layer 31 has a symmetric shape in the opening between the second electrodes. On the other hand, when the value of V11 is different from the value of V12, the optical phase difference distribution at the opening between the electrodes is asymmetrical, and the effect that the incident height is deflected toward the larger effective refractive index while passing through the liquid crystal layer. Is obtained.
図5は図4に示した構成の液晶シリンドリカルレンズにおいて、液晶層の厚みを40μとし、V1a=4.5ボルト、V1b=1.5ボルト、V2=0.5ボルトの電圧を加えた時の光学位相差分布をシミュレーションにより求めた結果である。2分割された第2の電極に加える電圧の値がそれぞれ異なっているため、光学位相差分布特性は非対称な分布となっており、その結果として入射光は液晶層を通る間に偏向作用を受けることになる。この場合は、入射光は液晶層を透過した後に約2度偏向されるという結果が得られた。この偏向角は、それぞれの電圧を可変することで連続的の調整することができる。さらに、第1の電圧を調整することで、凸レンズとしての焦点距離を連続的に可変することができる。 FIG. 5 shows a liquid crystal cylindrical lens having the structure shown in FIG. 4, in which the thickness of the liquid crystal layer is 40 μ, and when V1a = 4.5 volts, V1b = 1.5 volts, and V2 = 0.5 volts are applied. It is the result of having calculated | required optical phase difference distribution by simulation. Since the values of the voltages applied to the two divided second electrodes are different from each other, the optical phase difference distribution characteristics are asymmetric distributions. As a result, incident light is deflected while passing through the liquid crystal layer. It will be. In this case, the result was that incident light was deflected about twice after passing through the liquid crystal layer. This deflection angle can be continuously adjusted by varying each voltage. Furthermore, the focal distance as a convex lens can be continuously varied by adjusting the first voltage.
なお、上記の実施例1および実施例2では、各々のレンズが隣り合う境界領域すなわち第2の電極が存在する領域における第2の高抵抗層の抵抗値を第1の透明高抵抗層の抵抗値よりも大きくした場合について示したが、この第2の高抵抗層を除去したスリットを設けることでも、同様にデバイス間の分離を行うことができる。なお、第2の高抵抗層を除去してスリットを設けることは、第2の高抵抗層の抵抗値を非常に大きくした場合に対応することから、デバイス間の分離の効果をより強くすることができるが、電界分布が急峻になるため液晶分子配向の不連続に起因するディスクリネーション欠陥が生じ易くなるという問題点がある。 In Example 1 and Example 2 above, the resistance value of the second high resistance layer in the boundary region where each lens is adjacent, that is, the region where the second electrode is present, is the resistance of the first transparent high resistance layer. Although the case where the value is larger than the value is shown, separation between devices can be similarly performed by providing a slit from which the second high resistance layer is removed. Note that removing the second high-resistance layer and providing a slit corresponds to the case where the resistance value of the second high-resistance layer is very large, and therefore, the effect of separating devices is made stronger. However, since the electric field distribution becomes steep, there is a problem that a disclination defect due to discontinuity of liquid crystal molecule alignment is likely to occur.
透明な高抵抗層の代わりに、透明な強誘電体層を使用することもできる。この場合には、第2の電極がある領域では誘電体の誘電率が小さい材料を使うことで、透明高抵抗層を使用した場合と同様に隣り合うレンズ間の分離を行うことができる。なお、強誘電体材料としては、チタン酸バリウム、ニオブ酸リチウム、タンタル酸ニオブ酸カリウムなどを使用することができる。このような透明なインピーダンス層として、強誘電体材料による薄膜を使用すると、駆動電圧の周波数依存性が無くなるという利点がある。 Instead of a transparent high resistance layer, a transparent ferroelectric layer can also be used. In this case, by using a material having a low dielectric constant in the region where the second electrode is present, separation between adjacent lenses can be performed as in the case of using the transparent high resistance layer. As the ferroelectric material, barium titanate, lithium niobate, potassium tantalate niobate, or the like can be used. When a thin film made of a ferroelectric material is used as such a transparent impedance layer, there is an advantage that the frequency dependence of the driving voltage is eliminated.
さらに、他の実施例について説明する。前記液晶シリンドリカルレンズアレイを液晶表示パネルの前面に配置し、さらに観察者等の位置を検出する位置センサを配置した。この位置センサを用いて観察者の表示パネルからの距離や方位等の情報に関わる信号により前記液晶シリンドリカルレンズアレイの電圧を制御して表示装置の表示特性を調整することができる。 Furthermore, another embodiment will be described. The liquid crystal cylindrical lens array was disposed on the front surface of the liquid crystal display panel, and a position sensor for detecting the position of an observer or the like was further disposed. By using this position sensor, the display characteristics of the display device can be adjusted by controlling the voltage of the liquid crystal cylindrical lens array in accordance with a signal related to information such as the distance and direction from the display panel of the observer.
実施例1の液晶シリンドリカルレンズアレイを使用した場合には、位置センサとして距離センサを用い、観察者と表示パネルの距離に関わる信号を用いて液晶シリンドリカルレンズの焦点距離を可変制御することで、観察者が表示パネルに近づいたり、離れたりしても When the liquid crystal cylindrical lens array of Example 1 is used, a distance sensor is used as a position sensor, and the focal length of the liquid crystal cylindrical lens is variably controlled using a signal related to the distance between the observer and the display panel. Even if a person approaches or leaves the display panel
実施例2の液晶シリンドリカルレンズアレイを使用した場合には、焦点距離の他に左右の偏向特性も得られるので、制御効果はさらに有効になる。すなわち、表示パネルと観察者の間の距離のみならず、観察者の方位に関わる情報も検出できる位置センサを使用し、観察者と表示パネルの距離および方位に関わる信号を用いて液晶シリンドリカルレンズの焦点距離および偏向角を可変制御することで、観察者が動いた場合でも常に最良の三次元表示特性が得られるように調整することができる。 When the liquid crystal cylindrical lens array of Example 2 is used, the left and right deflection characteristics can be obtained in addition to the focal length, so that the control effect is further effective. That is, using a position sensor that can detect not only the distance between the display panel and the observer but also information related to the orientation of the observer, and using signals related to the distance and orientation of the observer and the display panel, the liquid crystal cylindrical lens By variably controlling the focal length and the deflection angle, it is possible to adjust so as to always obtain the best three-dimensional display characteristics even when the observer moves.
液晶シリンドリカルレンズアレイおよび位置センサを使用した三次元表示装置を構成する場合には、前記表示パネルが、液晶表示パネル、有機EL表示パネル、プラズマ表示パネル、電界発光表示パネルのいずれかの表示パネルを使用することができる。 When configuring a three-dimensional display device using a liquid crystal cylindrical lens array and a position sensor, the display panel is a liquid crystal display panel, an organic EL display panel, a plasma display panel, or an electroluminescent display panel. Can be used.
なお、具体的な実施例として、複数の短冊状の電極を有する液晶レンズについて説明したが、本発明は液晶レンズのみに限定されるものではなく、他の形状のパターン電極を用いた種々の光学デバイス等にも適用することが可能である。 As a specific example, a liquid crystal lens having a plurality of strip electrodes has been described. However, the present invention is not limited to a liquid crystal lens, and various optical devices using pattern electrodes of other shapes. It can also be applied to devices and the like.
また、この発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。また、2枚の基板でそれぞれ直交する方向に電極を配列した構成とすることもできる。 Further, the present invention is not limited to the above-described embodiments as they are, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage. Further, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of constituent elements disclosed in the embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, you may combine suitably the component covering different embodiment. Moreover, it can also be set as the structure which arranged the electrode in the direction orthogonal to each of two board | substrates.
さらに、液晶層を2層に分割し、液晶分子の配向方向がそれぞれ直交するようにすることで、自然光に対応できる液晶シリンドリカルレンズアレイを構成すること間可能である。 Furthermore, by dividing the liquid crystal layer into two layers so that the alignment directions of the liquid crystal molecules are orthogonal to each other, it is possible to construct a liquid crystal cylindrical lens array capable of dealing with natural light.
本発明の液晶シリンドリカルレンズアレイは、通常の受動型のレンズアレイとは異なり、電極間に電圧を印加して媒質である液晶の実効的な屈折率を可変制御することで、光学レンズとしてのレンズパワーすなわち焦点距離を可変することや、入射光に対する偏向角を連続的に可変調整する機能を有しているので、三次元表示装置のみならず、ロボットにおいて視覚機能として用いられる撮像部のレンズなど種々の用途が可能である。 The liquid crystal cylindrical lens array of the present invention differs from a normal passive lens array in that a lens is applied as an optical lens by variably controlling the effective refractive index of liquid crystal as a medium by applying a voltage between electrodes. Since it has the function of changing the power, that is, the focal length, and continuously adjusting the deflection angle with respect to the incident light, not only the 3D display device but also the lens of the imaging unit used as a visual function in the robot, etc. Various applications are possible.
11・・・第1の基板、12・・・第2の基板、21・・・第1の電極、221〜223・・・第2の電極、231,232・・・第3の電極、31・・・液晶層、41・・・第1の透明高抵抗層、42・・・第2の高抵抗層、51・・・透明絶縁層、61、62・・・配向膜、81、82・・・駆動電源。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... 1st board | substrate, 12 ... 2nd board | substrate, 21 ... 1st electrode, 221-223 ... 2nd electrode, 231, 232 ... 3rd electrode, 31 ... Liquid crystal layer, 41 ... First transparent high resistance layer, 42 ... Second high resistance layer, 51 ... Transparent insulation layer, 61, 62 ... Alignment film, 81, 82 ..Drive power supply.
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Cited By (17)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013171102A (en) * | 2012-02-20 | 2013-09-02 | Japan Display Inc | Display device |
KR20150066546A (en) * | 2012-09-30 | 2015-06-16 | 옵티카 아무카 (에이.에이.) 리미티드 | Lenses with electrically-tunable power and alignment |
WO2015122480A1 (en) * | 2014-02-14 | 2015-08-20 | Nltテクノロジー株式会社 | Liquid crystal lenticular lens element, driving method therefor, stereoscopic display device, and terminal device |
JP2015225166A (en) * | 2014-05-27 | 2015-12-14 | 日本電気硝子株式会社 | Optical element |
US20160065950A1 (en) * | 2014-09-02 | 2016-03-03 | Superd Co., Ltd. | 2d/3d switchable stereoscopic display device |
WO2016117604A1 (en) * | 2015-01-23 | 2016-07-28 | 国立大学法人大阪大学 | Liquid crystal element, deflection element, liquid crystal module, and electronic device |
KR20170057872A (en) * | 2014-09-02 | 2017-05-25 | 수퍼디 컴퍼니 리미티드 | Stereoscopic display apparatus |
JP2017515139A (en) * | 2014-03-13 | 2017-06-08 | オプティカ アムカ(エー.エー.)リミテッド | Electrically adjustable lens and lens system |
WO2018016390A1 (en) * | 2016-07-22 | 2018-01-25 | 国立大学法人大阪大学 | Liquid crystal element, deflection element and eye glasses |
JP2018031929A (en) * | 2016-08-25 | 2018-03-01 | スタンレー電気株式会社 | Liquid crystal element and light control device |
US10466391B2 (en) | 2014-06-05 | 2019-11-05 | Optica Amuka (A.A.) Ltd. | Control of dynamic lenses |
US11126040B2 (en) | 2012-09-30 | 2021-09-21 | Optica Amuka (A.A.) Ltd. | Electrically-tunable lenses and lens systems |
US11221500B2 (en) | 2016-04-17 | 2022-01-11 | Optica Amuka (A.A.) Ltd. | Liquid crystal lens with enhanced electrical drive |
US11360330B2 (en) | 2016-06-16 | 2022-06-14 | Optica Amuka (A.A.) Ltd. | Tunable lenses for spectacles |
US11556012B2 (en) | 2017-10-16 | 2023-01-17 | Optica Amuka (A.A.) Ltd. | Spectacles with electrically-tunable lenses controllable by an external system |
US11747619B2 (en) | 2017-07-10 | 2023-09-05 | Optica Amuka (A.A.) Ltd. | Virtual reality and augmented reality systems with dynamic vision correction |
US11953764B2 (en) | 2017-07-10 | 2024-04-09 | Optica Amuka (A.A.) Ltd. | Tunable lenses with enhanced performance features |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008203360A (en) * | 2007-02-16 | 2008-09-04 | Akita Kigyo Kasseika Center | Liquid crystal optical device |
JP2010044266A (en) * | 2008-08-14 | 2010-02-25 | Akita Prefecture | Liquid crystal optical device |
-
2011
- 2011-01-06 JP JP2011001217A patent/JP5699394B2/en active Active
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008203360A (en) * | 2007-02-16 | 2008-09-04 | Akita Kigyo Kasseika Center | Liquid crystal optical device |
JP2010044266A (en) * | 2008-08-14 | 2010-02-25 | Akita Prefecture | Liquid crystal optical device |
Cited By (41)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013171102A (en) * | 2012-02-20 | 2013-09-02 | Japan Display Inc | Display device |
KR20150066546A (en) * | 2012-09-30 | 2015-06-16 | 옵티카 아무카 (에이.에이.) 리미티드 | Lenses with electrically-tunable power and alignment |
US11126040B2 (en) | 2012-09-30 | 2021-09-21 | Optica Amuka (A.A.) Ltd. | Electrically-tunable lenses and lens systems |
JP2015533226A (en) * | 2012-09-30 | 2015-11-19 | オプティカ アムカ(エー.エー.)リミテッド | Lens with electrically adjustable output and alignment |
KR102092264B1 (en) * | 2012-09-30 | 2020-03-24 | 옵티카 아무카 (에이.에이.) 리미티드 | Lenses with electricallytunable power and alignment |
JP2018120238A (en) * | 2012-09-30 | 2018-08-02 | オプティカ アムカ(エー.エー.)リミテッド | Lenses with electrically-tunable output and alignment |
US10036901B2 (en) | 2012-09-30 | 2018-07-31 | Optica Amuka (A.A.) Ltd. | Lenses with electrically-tunable power and alignment |
JPWO2015122480A1 (en) * | 2014-02-14 | 2017-03-30 | Nltテクノロジー株式会社 | Liquid crystal lenticular lens element and driving method thereof, stereoscopic display device, terminal device |
CN105992969A (en) * | 2014-02-14 | 2016-10-05 | Nlt科技股份有限公司 | Liquid crystal lenticular lens element, driving method therefor, stereoscopic display device, and terminal device |
US10171798B2 (en) | 2014-02-14 | 2019-01-01 | Nlt Technologies, Ltd. | Liquid crystal lenticular lens element, driving method therefor, stereoscopic display device, and terminal device |
CN105992969B (en) * | 2014-02-14 | 2019-12-27 | 天马微电子股份有限公司 | Liquid crystal lenticular lens element, method of driving the same, stereoscopic display device, and terminal |
WO2015122480A1 (en) * | 2014-02-14 | 2015-08-20 | Nltテクノロジー株式会社 | Liquid crystal lenticular lens element, driving method therefor, stereoscopic display device, and terminal device |
JP2017515139A (en) * | 2014-03-13 | 2017-06-08 | オプティカ アムカ(エー.エー.)リミテッド | Electrically adjustable lens and lens system |
JP2015225166A (en) * | 2014-05-27 | 2015-12-14 | 日本電気硝子株式会社 | Optical element |
US10466391B2 (en) | 2014-06-05 | 2019-11-05 | Optica Amuka (A.A.) Ltd. | Control of dynamic lenses |
KR20170057872A (en) * | 2014-09-02 | 2017-05-25 | 수퍼디 컴퍼니 리미티드 | Stereoscopic display apparatus |
US9786232B2 (en) | 2014-09-02 | 2017-10-10 | Superd Co. Ltd. | 2D/3D switchable stereoscopic display device |
KR102066449B1 (en) * | 2014-09-02 | 2020-01-15 | 수퍼디 테크놀로지 컴퍼니 리미티드 | Stereoscopic display apparatus |
KR101740414B1 (en) * | 2014-09-02 | 2017-05-26 | 수퍼디 컴퍼니 리미티드 | Stereoscopic display apparatus |
EP2993902A1 (en) * | 2014-09-02 | 2016-03-09 | SuperD Co. Ltd. | 2d/3d switchable stereoscopic display device |
US20160065950A1 (en) * | 2014-09-02 | 2016-03-03 | Superd Co., Ltd. | 2d/3d switchable stereoscopic display device |
JP2016053717A (en) * | 2014-09-02 | 2016-04-14 | 深▲セン▼超多▲維▼光▲電▼子有限公司 | Stereoscopic display device |
CN107111172B (en) * | 2015-01-23 | 2021-03-02 | 国立大学法人大阪大学 | Liquid crystal element, deflection element, liquid crystal module, and electronic device |
WO2016117604A1 (en) * | 2015-01-23 | 2016-07-28 | 国立大学法人大阪大学 | Liquid crystal element, deflection element, liquid crystal module, and electronic device |
US10095081B2 (en) | 2015-01-23 | 2018-10-09 | Osaka University | Liquid crystal element, deflection element, liquid crystal module, and electronic device |
EP3249451A4 (en) * | 2015-01-23 | 2018-08-15 | Osaka University | Liquid crystal element, deflection element, liquid crystal module, and electronic device |
CN107111172A (en) * | 2015-01-23 | 2017-08-29 | 国立大学法人大阪大学 | Liquid crystal cell, deflecting element, Liquid Crystal Module and electronic equipment |
JPWO2016117604A1 (en) * | 2015-01-23 | 2017-10-19 | 国立大学法人大阪大学 | Liquid crystal element, deflection element, liquid crystal module, and electronic device |
TWI691754B (en) * | 2015-01-23 | 2020-04-21 | 國立大學法人大阪大學 | Liquid crystal element, deflection element, liquid crystal module, and electronic device |
US11221500B2 (en) | 2016-04-17 | 2022-01-11 | Optica Amuka (A.A.) Ltd. | Liquid crystal lens with enhanced electrical drive |
US11360330B2 (en) | 2016-06-16 | 2022-06-14 | Optica Amuka (A.A.) Ltd. | Tunable lenses for spectacles |
US11249224B2 (en) | 2016-07-22 | 2022-02-15 | Osaka University | Liquid crystal element, deflection element, and eyeglasses |
US10761245B2 (en) | 2016-07-22 | 2020-09-01 | Osaka University | Liquid crystal element, deflection element, and eyeglasses |
WO2018016390A1 (en) * | 2016-07-22 | 2018-01-25 | 国立大学法人大阪大学 | Liquid crystal element, deflection element and eye glasses |
JPWO2018016390A1 (en) * | 2016-07-22 | 2019-05-09 | 国立大学法人大阪大学 | Liquid crystal element, deflection element, and glasses |
KR20190026933A (en) | 2016-07-22 | 2019-03-13 | 고꾸리쯔 다이가꾸 호우징 오사까 다이가꾸 | Liquid crystal devices, deflection elements and glasses |
US11762129B2 (en) | 2016-07-22 | 2023-09-19 | Osaka University | Liquid crystal element, deflection element, and eyeglasses |
JP2018031929A (en) * | 2016-08-25 | 2018-03-01 | スタンレー電気株式会社 | Liquid crystal element and light control device |
US11747619B2 (en) | 2017-07-10 | 2023-09-05 | Optica Amuka (A.A.) Ltd. | Virtual reality and augmented reality systems with dynamic vision correction |
US11953764B2 (en) | 2017-07-10 | 2024-04-09 | Optica Amuka (A.A.) Ltd. | Tunable lenses with enhanced performance features |
US11556012B2 (en) | 2017-10-16 | 2023-01-17 | Optica Amuka (A.A.) Ltd. | Spectacles with electrically-tunable lenses controllable by an external system |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
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