JP2014038254A - 液晶レンズ装置及び画像表示装置及び駆動装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】液晶光学素子は、第1基板部10uと、第2基板部20uと、これらの間の液晶層30と、を含む。第1基板部は、第1基板10と複数の第1電極11aと複数の第2電極11bとを含む。複数の第1電極は、第1基板上に設けられ第1方向に延在し第1方向と非平行な方向に並ぶ。複数の第2電極は、複数の第1電極の間に設けられる。第2基板部は、第2基板20と対向電極とを含む。駆動部77は、第1電極と対向電極との間の電圧を第1電圧から第1電圧よりも高い第2電圧に変化させ、第2電極と対向電極との間の電圧を第3電圧から第3電圧よりも高い第4電圧に変化させる。駆動部は、第2電圧を印加した後に、第4電圧を印加する。
【選択図】図1
Description
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
図1は、第1の実施形態に係る液晶レンズ装置及び画像表示装置の構成を例示する模式的断面図である。
図1に表したように、本実施形態に係る画像表示装置311は、液晶レンズ装置211と、画像表示部80と、を含む。画像表示部80には、任意の表示装置を用いることができる。例えば、液晶表示装置、有機EL表示装置またはプラズマディスプレイなどを用いることができる。
液晶光学素子111は、第1基板部10uと、第2基板部20uと、液晶層30と、を含む。
第1基板部10uは、第1基板10と、複数の第1電極11と、複数の第2電極12と、を含む。
第1基板10は、第1主面10aを有する。複数の第1電極11は、第1主面10a上に設けられる。複数の第1電極11のそれぞれは、第1方向に延びる。複数の第1電極11は、第1方向に対して交差する方向に並ぶ。図1においては、複数の第1電極11のうちの3つが図示されている。複数の第1電極11の数は任意である。
複数の第1電極11は、例えば、X軸方向に沿って並ぶ。
図2(a)の縦軸は、第1電極11と対向電極21との間に印加される電圧V11であり、横軸は、時間tである。
図2(b)の縦軸は、第2電極12と対向電極21との間に印加される電圧V12であり、横軸は、時間tである。
図2(c)の縦軸は、第2電圧V2の印加による液晶層30の液晶の配向の変化率RC1(%)であり、横軸は、時間tである。
図2(d)の縦軸は、第4電圧V4の印加による液晶層30の液晶の配向の変化率RC2(%)であり、横軸は、時間tである。
図2(c)は、電圧V11を第1電圧V1から第2電圧V2に変化させたときの液晶の配向の変化を表す。
図2(d)は、電圧V12を第3電圧V3から第4電圧V4に変化させたときの液晶の配向の変化を表す。
図4は、参考例の液晶レンズ装置及び画像表示装置の特性を例示する写真である。
図3及び図4は、第2電圧V2及び第4電圧V4を印加した状態における液晶光学素子111のリタデーション分布を観察した状態を例示する写真である。
図3の観察においては、本実施形態に係る駆動部77の駆動方法によって、第2電圧V2及び第4電圧V4の印加を行う。本実施形態に係る駆動部77の駆動方法においては、上記のように、第2電圧V2の印加にともなう液晶の配向の変化の後に、第4電圧V4の印加にともなう液晶の配向を変化させる。
図5は、第2電圧V2及び第3電圧V3を印加した状態における液晶光学素子111のリタデーション分布を観察した状態を例示する写真である。すなわち、第1電極11と対向電極21との間のみに高い電圧を印加した状態(第1電極11と対向電極21との間の電位差を大きくした状態)を観察した写真である。
図5に表したように、第1電極11と対向電極21との間に高い電圧を印加すると、第1電極11によって生成される電界が、第2電極12と対向電極21との間の液晶の配向にも影響する。
図6(a)〜図6(d)の縦軸及び横軸は、図2(a)〜図2(d)の縦軸及び横軸と同じである。
図6(a)〜図6(d)に表したように、この例においては、第2電圧V2の印加の開始と第4電圧V4の印加の開始とが、実質的に同時である。
従って、応答時間τ(V4)と応答時間τ(V2)との差が十分に大きい場合(例えば、200ミリ秒以上)には、第2電圧V2の印加の開始と第4電圧V4の印加の開始とが、実質的に同時でもよい。なお、第2電圧V2の印加と第4電圧V4の印加とを実質的に同時に開始する場合に必要となる応答時間τ(V4)と応答時間τ(V2)との差は、例えば、液晶の材料、液晶層30の厚さ、及び、印加する電圧の値などによって変化する。
図7に表したように、この例の画像表示装置312では、液晶レンズ装置212の液晶光学素子112において、第1主電極11aと第2主電極11bとの間に、1つの第2電極12が設けられる。第2電極12は、X−Y平面に投影したときに、中心軸59と重なる位置に配置される。例えば、X−Y平面に投影したときに、第2電極12のX軸方向の中心が、中心軸59と重なる。
図8は、第2の実施形態に係る液晶レンズ装置及び画像表示装置の構成を例示する模式的断面図である。
図8に表したように、本実施形態に係る画像表示装置321においては、液晶レンズ装置221の液晶光学素子121が、第3電極13と、第4電極14と、第5電極15と、をさらに含む。第3電極13、第4電極14及び第5電極15は、それぞれY軸方向に沿って延びる。
図9(a)の縦軸は、第1電極11と対向電極21との間に印加される電圧V11であり、横軸は、時間tである。
図9(b)の縦軸は、第2電極12と対向電極21との間に印加される電圧V12であり、横軸は、時間tである。
図9(c)の縦軸は、第3電極13と対向電極21との間に印加される電圧V13であり、横軸は、時間tである。
図9(d)の縦軸は、第4電極14と対向電極21との間に印加される電圧V14であり、横軸は、時間tである。
図9(e)の縦軸は、第5電極15と対向電極21との間に印加される電圧V15であり、横軸は、時間tである。
図10(a)〜図10(e)のそれぞれの縦軸及び横軸は、図9(a)〜図9(e)と同じである。
図10(a)〜図10(e)に表したように、この例において、駆動部77は、液晶層30に屈折率分布31を形成する場合に、第2電圧V2の印加を開始した後に、第4電圧V4の印加、第6電圧V6の印加、及び、第8電圧V8の印加を、それぞれ実質的に同時に開始する。
図11は、第3の実施形態に係る液晶レンズ装置及び画像表示装置の構成を例示する模式的断面図である。
図11に表したように、本実施形態に係る画像表示装置331の液晶レンズ装置231においては、液晶光学素子131の第2基板部20uの構成が、上記各実施形態の第2基板部20uの構成と異なる。この例においては、第2基板部20uが、複数の第1対向電極21と、複数の第2対向電極22と、複数の第3対向電極23と、を含む。
図12に表したように、この例の画像表示装置332の液晶レンズ装置232においては、液晶光学素子132の第1基板部10uが、第6電極16をさらに含む。第6電極16は、Y軸方向に沿って延びる。
図13は、第4の実施形態に係る駆動装置の構成を例示する模式的断面図である。
図13に表したように、駆動装置411は、駆動部77と接続部78とを備える。
駆動部77には、上記各実施形態において説明した駆動部を用いることができる。接続部78は、液晶光学素子141と電気的に接続される。液晶光学素子141には、上記各実施形態において説明した液晶光学素子を用いることができる。接続部78は、例えば、第1電極11、第2電極12及び対向電極21と電気的に接続される。接続部78は、例えば、液晶光学素子141との電気的な接続を得るためのコネクタや配線である。また、接続部78は、駆動部77と電気的に接続される。駆動部77は、接続部78を介して液晶光学素子141と電気的に接続される。接続部78と液晶光学素子141との電気的な接続は、コネクタなどによって接続状態と非接続状態とを切り替えられるようにしてもよい。
また、各具体例のいずれか2つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。
Claims (10)
- 第1基板部であって、
第1基板と、
それぞれが前記第1基板上に設けられ第1方向に延在し前記第1方向と非平行な方向に並べられた複数の第1電極と、
それぞれが前記第1基板上において前記複数の第1電極の間に設けられ前記第1方向に延在し前記第1方向に対して垂直な第2方向において前記複数の第1電極と離間する複数の第2電極と、
を含む第1基板部と、
第2基板部であって、
前記第1基板と対向する第2基板と、
前記第2基板上に設けられた対向電極と、
を含む第2基板部と、
前記第1基板部と前記第2基板部との間に設けられた液晶層と、
を含む液晶光学素子と、
前記第1電極と前記対向電極との間の電圧を第1電圧から前記第1電圧よりも絶対値の高い第2電圧に変化させ、前記第2電極と前記対向電極との間の電圧を第3電圧から前記第3電圧よりも絶対値の高い第4電圧に変化させる駆動部であって、前記第2電圧の印加を開始した後に、前記第4電圧の印加を開始する駆動部と、
を備えた液晶レンズ装置。 - 前記第2電圧の絶対値は、前記第4電圧の絶対値よりも大きい請求項1記載の液晶レンズ装置。
- 前記第2電極は、前記第1方向及び前記第2方向に対して平行な平面に投影したときに最近接の2つの前記第1電極のうちの一方の前記第2方向における中心と前記最近接の2つの前記第1電極のうちの他方の前記第2方向における中心とを結ぶ線分の中点を通り前記第1方向に対して平行な中心軸と、前記最近接の2つの前記第1電極のうちの前記一方と、の間に設けられ、
前記第1基板部は、前記第2電極と前記中心軸との間に設けられた第3電極をさらに含み、
前記駆動部は、前記第3電極と前記対向電極との間の電圧を第5電圧から前記第5電圧よりも絶対値の高い第6電圧に変化させ、前記第2電圧の印加を開始した後に、前記第6電圧の印加を開始する請求項1または2に記載の液晶レンズ装置。 - 前記駆動部は、前記第4電圧の印加を開始した後に、前記第6電圧の印加を開始する請求項3記載の液晶レンズ装置。
- 前記第4電圧の絶対値は、前記第6電圧の絶対値よりも大きい請求項3または4に記載の液晶レンズ装置。
- 前記液晶層の厚さをd(メートル)とし、
前記液晶層に含まれる液晶の回転粘性係数をγ(パスカル・秒)とし、
真空の誘電率をε0(ファラド/メートル)とし、
前記液晶層の誘電率異方性の絶対値をΔεとし、
スプレイの弾性定数をK(ニュートン)とし、
前記第2電圧をV2(ボルト)とし、
前記第4電圧をV4(ボルト)とし、
前記第2電圧の印加にともなう前記液晶層の液晶の配向の変化の応答時間をτ(V2)(秒)とし、
前記第4電圧の印加にともなう前記液晶の配向の変化の応答時間をτ(V4)(秒)とし、
前記第2電圧の印加の開始と前記第4電圧の印加の開始との時間差をΔtとするとき、
前記応答時間τ(V2)は、
前記応答時間τ(V4)は、
前記時間差Δtは、Δt≧τ(V4)−τ(V2)の関係を満たす請求項1〜5のいずれか1つに記載の液晶レンズ装置。 - 前記第2電極は、前記第1方向及び前記第2方向に対して平行な平面に投影したときに最近接の2つの前記第1電極のうちの一方の前記第2方向における中心と前記最近接の2つの前記第1電極のうちの他方の前記第2方向における中心とを結ぶ線分の中点を通り前記第1方向に対して平行な中心軸と、前記最近接の2つの前記第1電極のうちの前記一方と、の間に設けられ、
前記最近接の2つの前記第1電極のうちの前記一方と、前記第2電極と、の間の前記第2方向に沿う距離は、150μm以下である請求項1〜6のいずれか1つに記載の液晶レンズ装置。 - 第1基板部であって、
第1基板と、
それぞれが前記第1基板上に設けられ第1方向に延在し前記第1方向と非平行な方向に並べられた複数の第1電極と、
それぞれが前記第1基板上において前記複数の第1電極の間に設けられ前記第1方向に延在し前記第1方向に対して垂直な第2方向において前記複数の第1電極と離間する複数の第2電極と、
を含む第1基板部と、
第2基板部であって、
前記第1基板と対向する第2基板と、
前記第2基板上に設けられた対向電極と、
を含む第2基板部と、
前記第1基板部と前記第2基板部との間に設けられた液晶層と、
を含む液晶光学素子と、
前記第1電極と前記対向電極との間の電圧を第1電圧から前記第1電圧よりも絶対値の高い第2電圧に変化させ、前記第2電極と前記対向電極との間の電圧を第3電圧から前記第3電圧よりも絶対値の高い第4電圧に変化させる駆動部であって、前記第2電圧の印加にともなう前記液晶層の液晶の配向の変化の後に、前記第4電圧の印加にともなう前記液晶の配向を変化させる駆動部と、
を備えた液晶レンズ装置。 - 請求項1〜8のいずれか1つに記載の液晶レンズ装置と、
前記液晶光学素子と積層され画像情報を含む光を前記液晶層に入射させる表示部を含む画像表示部と、
を備えた画像表示装置。 - 第1基板部であって、
第1基板と、
それぞれが前記第1基板上に設けられ第1方向に延在し前記第1方向と非平行な方向に並べられた複数の第1電極と、
それぞれが前記第1基板上において前記複数の第1電極の間に設けられ前記第1方向に延在し前記第1方向に対して垂直な第2方向において前記複数の第1電極と離間する複数の第2電極と、
を含む第1基板部と、
第2基板部であって、
前記第1基板と対向する第2基板と、
前記第2基板上に設けられた対向電極と、
を含む第2基板部と、
前記第1基板部と前記第2基板部との間に設けられた液晶層と、
を含む液晶光学素子と電気的に接続される接続部と、
前記第1電極と前記対向電極との間の電圧を第1電圧から前記第1電圧よりも絶対値の高い第2電圧に変化させ、前記第2電極と前記対向電極との間の電圧を第3電圧から前記第3電圧よりも絶対値の高い第4電圧に変化させる駆動部であって、前記第2電圧の印加を開始した後に、前記第4電圧の印加を開始する駆動部と、
を備えた駆動装置。
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