(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
間隔を置いて設置されている二つの電極構造と、
上記二つの電極構造の間に設置され、初期配列方向に沿って配列する複数の液晶分子を含む液晶層と、
を含む液晶レンズにおいて、
上記電極構造は、第１電界を発生させ、上記第１電界は、上記液晶分子の配列方向を変更させることで、上記液晶層にレンズ効果を持たせ、
上記電極構造は、更に、第２電界を発生させ、上記第２電界は、上記液晶分子を初期配列方向に復帰させ、上記液晶層にレンズ効果を持たないものであって、
上記二つの電極構造は、第１電極構造と第２電極構造とを含み、上記第１電極構造は、互いに間隔を置いて設置されかつ第１延伸方向に沿って延伸する複数の第１線形電極を含み、上記第２電極構造は、互いに間隔を置いて設置されかつ上記第１延伸方向と交差する第２延伸方向に沿って延伸する複数の第２線形電極を含み、
上記第２電極構造は、面電極を更に含み、上記面電極は、上記第２線形電極に積層されかつ絶縁的に設置されており、
上記第１線形電極と上記第２線形電極及び上記面電極との間に電圧差を形成することで上記第１電界を発生させ、上記面電極と上記第２線形電極との間に電圧差を形成することで上記第２電界を発生させることを特徴とする液晶レンズ。
【請求項２】
上記第２電界の方向は、上記液晶分子の初期配列方向と少なくとも一部平行していることを特徴とする請求項１に記載の液晶レンズ。
【請求項３】
上記二つの電極構造の間に電圧差を形成することで上記第１電界を発生させ、上記電圧差は、上記液晶層にレンズ効果を生じさせるための過駆動電圧差及び上記液晶層にレンズ効果を維持させるための、上記過駆動電圧差より小さい安定電圧差を含むことを特徴とする請求項１に記載の液晶レンズ。
【請求項４】
上記液晶分子の初期配列方向は、上記第１延伸方向に平行していることを特徴とする請求項１に記載の液晶レンズ。
【請求項５】
上記第１電極構造は上記第１線形電極間に設置されている第１高抵抗材料層を更に含み、及び／又は、上記第２電極構造は上記第２線形電極間に設置されている第２高抵抗材料層を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の液晶レンズ。
【請求項６】
上記液晶レンズは、第１基板と第２基板とを更に含み、上記二つの電極構造は、それぞれ上記第１基板と上記第２基板上に設置されていることを特徴とする請求項１に記載の液晶レンズ。
【請求項７】
上記液晶レンズは、第１配向層と第２配向層とを更に含み、上記第１配向層と上記第２配向層とは、上記液晶分子が上記初期配列方向に配列するように互いに合わせることを特徴とする請求項１に記載の液晶レンズ。
【請求項８】
第１電極構造と、
上記第１電極構造と間隔を置いて設置されている第２電極構造と、
上記第１電極構造と上記第２電極構造との間に設置され、初期配列方向に沿って配列する複数の液晶分子を含む液晶層と、
を含む液晶レンズにおいて、
上記第１電極構造は、互いに間隔を置いて設置されかつ第１延伸方向に沿って延伸する複数の第１線形電極を含み、上記第２電極構造は、互いに間隔を置いて設置されかつ上記第１延伸方向と交差する第２延伸方向に沿って延伸する複数の第２線形電極を含み、
上記第２電極構造は、上記初期配列方向に少なくとも一部平行する電界を、上記液晶分子が初期配列方向に復帰する過程において発生させ、液晶分子が上記初期配列方向にあると上記液晶層にレンズ効果を持たないものであって、
上記第２電極構造は、面電極を更に含み、上記面電極は、上記第２線形電極の第１電極構造と反対側に積層されかつ絶縁的に設置されていることを特徴とする液晶レンズ。
【請求項９】
上記面電極と上記第２線形電極との間に電圧差を形成することで上記電界を発生させることを特徴とする請求項８に記載の液晶レンズ。
【請求項１０】
上記初期配列方向は、上記第１延伸方向に平行していることを特徴とする請求項８に記載の液晶レンズ。
【請求項１１】
上記第１電極構造は上記第１線形電極間に設置されている第１高抵抗材料層を更に含み、及び／又は、上記第２電極構造は上記第２線形電極間に設置されている第２高抵抗材料層を更に含むことを特徴とする請求項８に記載の液晶レンズ。
【請求項１２】
相対的に設置されている二つの電極構造と、
二つの電極構造の間に設置されている液晶層と、
を含む液晶レンズにおいて、
上記電極構造は、第１電界を発生させ、上記第１電界は、上記液晶層中の液晶分子が第１光学状態となるようにして、上記液晶層にレンズ効果を持たせ、
上記電極構造は、更に第２電界を発生させ、上記第２電界は、上記液晶層中の液晶分子が第２光学状態となるようにして、上記液晶層にレンズ効果を持たせないものであって、
上記二つの電極構造は、第１電極構造と第２電極構造とを含み、上記第１電極構造は、互いに間隔を置いて設置されかつ第１延伸方向に沿って延伸する複数の第１線形電極を含み、上記第２電極構造は、互いに間隔を置いて設置されかつ上記第１延伸方向と交差する第２延伸方向に沿って延伸する複数の第２線形電極を含み、
上記第２電極構造は、面電極を更に含み、上記面電極は、上記第２線形電極に積層されかつ絶縁的に設置されており、
上記第１線形電極と上記第２線形電極及び上記面電極との間に電圧差を形成することで上記第１電界を発生させ、
上記面電極と上記第２線形電極との間に電圧差を形成することで上記第２電界を発生させることを特徴とする液晶レンズ。
【請求項１３】
相対的に設置されている二つの電極構造と、
二つの電極構造の間に設置されている液晶層と、
を含む液晶レンズにおいて、
上記電極構造は、第１電界を発生させ、上記第１電界は、上記液晶層中の液晶分子が第１配列状態となるようにして、上記液晶層にレンズ効果を持たせ、
上記電極構造は、更に第２電界を発生させ、上記第２電界は、上記液晶層中の液晶分子が第２配列状態となるようにして、上記液晶層にレンズ効果を持たせないものであって、
上記二つの電極構造は、第１電極構造と第２電極構造とを含み、上記第１電極構造は、互いに間隔を置いて設置されかつ第１延伸方向に沿って延伸する複数の第１線形電極を含み、上記第２電極構造は、互いに間隔を置いて設置されかつ上記第１延伸方向と交差する第２延伸方向に沿って延伸する複数の第２線形電極を含み、
上記第２電極構造は、面電極を更に含み、上記面電極は、上記第２線形電極に積層されかつ絶縁的に設置されており、
上記第１線形電極と上記第２線形電極及び上記面電極との間に電圧差を形成することで上記第１電界を発生させ、
上記面電極と上記第２線形電極との間に電圧差を形成することで上記第２電界を発生させることを特徴とする液晶レンズ。
【請求項１４】
液晶レンズを含む３Ｄ表示装置において、
上記液晶レンズは、
間隔を置いて設置されている二つの電極構造と、
上記二つの電極構造の間に設置され、初期配列方向に沿って配列する複数の液晶分子を含む液晶層と、を含み、
上記電極構造は、第１電界を発生させ、上記第１電界は、上記液晶分子の配列方向を変更させることで、上記液晶層にレンズ効果を持たせるようにし、
上記電極構造は、更に第２電界を発生させ、上記第２電界は、上記液晶分子を初期配列方向に復帰させ、液晶分子が上記初期配列方向にあると、上記液晶層にレンズ効果を持たないものであって、
上記二つの電極構造は、第１電極構造と第２電極構造とを含み、上記第１電極構造は、互いに間隔を置いて設置されかつ第１延伸方向に沿って延伸する複数の第１線形電極を含み、上記第２電極構造は、互いに間隔を置いて設置されかつ上記第１延伸方向と交差する第２延伸方向に沿って延伸する複数の第２線形電極を含み、
上記第２電極構造は、面電極を更に含み、上記面電極は、上記第２線形電極に積層されかつ絶縁的に設置されており、
上記第１線形電極と上記第２線形電極及び上記面電極との間に電圧差を形成することで上記第１電界を発生させ、
上記面電極と上記第２線形電極との間に電圧差を形成することで上記第２電界を発生させることを特徴とする３Ｄ表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶技術分野に属し、特に液晶レンズ及びその制御方法に関し、更に液晶レンズを用いた３Ｄ表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶技術のますますの発展につれ、液晶材料は、様々な分野に広く応用されている。
例えば、伝統的な光学ズームレンズ群は、少なくとも二枚以上のレンズが互いに合わせて移動することがあってズーム効果を達成できるようになる。実際の応用過程において、該種類の光学ズームレンズ群は、比較的に重厚的で体積が大きいものが多く、ユーザの使用利便性に大きく影響する。
【０００３】
ＬＣ  Ｌｅｎｓ（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｌｅｎｓ：液晶レンズ）は、液晶分子の複屈折特性及び配列が電界分布に応じて変化する特性を利用してビームを集光又は発散させる光学部品である。ＬＣ  Ｌｅｎｓは、オペレーティング電圧を変更させることにより液晶分子の配列方向を変更させ、更に焦点距離を調整して変化させる効果を実現する。更に、ＬＣ  Ｌｅｎｓの軽薄性は大きな利点となり、小さいスペース内に効果的な光学ズーム効果を達成できる。
【０００４】
従来技術では、所望の位相遅延（ｐｈａｓｅ  ｒｅｔａｒｄａｔｉｏｎ）効果を達成するために、通常、一般的な液晶レンズに厚めの液晶層を必要とするが、厚すぎた液晶層によって液晶レンズの応答時間を長くする。厚さ６０μｍの液晶層の場合、応答時間が約３０秒であり、しかも、オペレーティング電圧が３０ボルトを超える必要がある。従来技術において液晶レンズのオペレーティング電圧を変更させることで液晶集光時間を改善できるが、液晶レンズの集光時間の変更に限られ、液晶レンズ内に液晶分子が初期配列方向に復帰する過程において時間がかかりすぎるという問題は改善されていないので、ユーザが使用する際に、依然として利便性がよくない。
【０００５】
どのようにして液晶レンズの応答時間を短くし、特に液晶分子が初期配列方向に復帰する時間を短縮させて、液晶レンズの効率を向上させることは、液晶技術分野の研究方向の一つである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明が解決しようとする技術問題は、液晶レンズ及びその制御方法を提供することによって、液晶レンズの応答時間を短くし、特に液晶分子が非レンズ効果状態に復帰する時間を短縮させて、液晶レンズの効率を向上させることである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明が技術問題を解決するために採用する技術案は、液晶レンズを提供することである。該液晶レンズは、間隔を置いて設置されている二つの電極構造と、二つの電極構造の間に設置され、初期配列方向に沿って配列する複数の液晶分子を含む液晶層とを含む。電極構造は、第１電界を発生させ、第１電界は、液晶分子の配列方向を変更させることで、液晶層にレンズ効果を持たせる。電極構造は、更に第２電界を発生させ、第２電界は、液晶分子を初期配列方向に復帰させ、液晶分子が初期配列方向にあると、液晶層にレンズ効果を持たない。
【０００８】
本発明による好ましい実施例として、第２電界の方向は、液晶分子の初期配列方向と少なくとも一部平行している。
【０００９】
本発明による好ましい実施例として、二つの電極構造の間に電圧差を形成することで第１電界を発生させ、電圧差は、液晶層にレンズ効果を生じさせるための過駆動電圧差及び液晶層にレンズ効果を維持させるための、過駆動電圧差より小さい安定電圧差を含む。
【００１０】
本発明による好ましい実施例として、二つの電極構造は、第１電極構造と第２電極構造とを含み、第１電極構造は、互いに間隔を置いて設置されかつ第１延伸方向に沿って延伸する複数の第１線形電極を含み、第２電極構造は、互いに間隔を置いて設置されかつ第１延伸方向と交差する第２延伸方向に沿って延伸する複数の第２線形電極を含む。
本発明による好ましい実施例として、第１線形電極と第２線形電極との間に電圧差を形成することで第１電界を発生させる。
【００１１】
本発明による好ましい実施例として、複数の第２線形電極間に電圧差を形成することで第２電界を発生させる。
本発明による好ましい実施例として、第２電極構造は、面電極を更に含み、面電極は、第２線形電極に積層されかつ絶縁的に設置されている。
本発明による好ましい実施例として、第１線形電極と第２線形電極及び面電極との間に電圧差を形成することで第１電界を発生させる。
本発明による好ましい実施例として、面電極と第２線形電極との間に電圧差を形成することで第２電界を発生させる。
【００１２】
本発明による好ましい実施例として、初期配列方向は、第１延伸方向に平行している。
本発明による好ましい実施例として、二つの電極構造は、第１電極構造と第２電極構造とを含み、第１電極構造は、互いに間隔を置いて設置されかつ第１延伸方向に沿って延伸する複数の第１線形電極を含み、第２電極構造は、互いに間隔を置いて設置されかつ第１延伸方向に平行する第２延伸方向に沿って延伸する複数の第２線形電極を含む。
本発明による好ましい実施例として、第１線形電極と第２線形電極との間に電圧差を形成することで第１電界を発生させる。
【００１３】
本発明による好ましい実施例として、複数の第１線形電極間及び／又は複数の第２線形電極間に電圧差を形成することで第２電界を発生させる。
本発明による好ましい実施例として、第１電極構造は第１線形電極間に設置されている第１高抵抗材料層を更に含み、及び／又は、第２電極構造は第２線形電極間に設置されている第２高抵抗材料層を更に含む。
本発明による好ましい実施例として、初期配列方向は、第１延伸方向と交差する。
本発明による好ましい実施例として、液晶レンズは、第１基板と第２基板とを更に含み、二つの電極構造は、それぞれ第１基板と第２基板上に設置されている。
本発明による好ましい実施例として、液晶レンズは、第１配向層と第２配向層とを更に含み、第１配向層と第２配向層とは、液晶分子が初期配列方向に配列するように互いに合わせる。
【００１４】
本発明が技術問題を解決するために採用する技術案は、第１電極構造と、第１電極構造と間隔を置いて設置されている第２電極構造と、第１電極構造と第２電極構造との間に設置され、初期配列方向に沿って配列する複数の液晶分子を含む液晶層とを含む液晶レンズにおいて、第１電極構造は、互いに間隔を置いて設置されかつ第１延伸方向に沿って延伸する複数の第１線形電極を含み、第２電極構造は、互いに間隔を置いて設置されかつ第１延伸方向と交差する第２延伸方向に沿って延伸する複数の第２線形電極を含み、第２電極構造は、初期配列方向に少なくとも一部平行する電界を、液晶分子が初期配列方向に復帰する過程において発生させ、液晶分子が初期配列方向にあると、液晶層にレンズ効果を持たないことである。
【００１５】
本発明による好ましい実施例として、初期配列方向は、第１延伸方向に平行している。
本発明が技術問題を解決するために採用する技術案は、第１電極構造と、第１電極構造と間隔を置いて設置されている第２電極構造と、第１電極構造と第２電極構造との間に設置され、初期配列方向に沿って配列する複数の液晶分子を含む液晶層とを含む液晶レンズにおいて、第１電極構造は、互いに間隔を置いて設置されかつ第１延伸方向に沿って延伸する複数の第１線形電極を含み、第２電極構造は、互いに間隔を置いて設置されかつ第１延伸方向に平行する第２延伸方向に沿って延伸する複数の第２線形電極を含み、複数の第１線形電極間及び／又は複数の第２線形電極間は、初期配列方向に少なくとも一部平行する電界を、液晶分子が初期配列方向に復帰する過程において発生させ、液晶分子が初期配列方向にあると、液晶層にレンズ効果を持たないことである。
【００１６】
本発明による好ましい実施例として、第１電極構造は第１線形電極間に設置されている第１高抵抗材料層を更に含み、及び／又は、第２電極構造は第２線形電極間に設置されている第２高抵抗材料層を更に含む。
【００１７】
本発明が技術問題を解決するために採用する技術案は、間隔を置いて設置されている二つの電極構造と、二つの電極構造の間に設置され、初期配列方向に沿って配列する複数の液晶分子を含む液晶層とを含む液晶レンズにおいて、電極構造は、初期配列方向に少なくとも一部平行する電界を、液晶分子が初期配列方向に復帰する過程において発生させ、液晶分子が初期配列方向にあると、液晶層にレンズ効果を持たないことである。
【００１８】
本発明が技術問題を解決するために採用する技術案は、相対的に設置されている二つの電極構造と、二つの電極構造の間に設置されている液晶層とを含む液晶レンズにおいて、電極構造は、第１電界を発生させ、第１電界は、液晶層中の液晶分子が第１光学状態となるようにして、液晶層にレンズ効果を持たせ、電極構造は、更に第２電界を発生させ、第２電界は、液晶層中の液晶分子が第２光学状態となるようにして、液晶層にレンズ効果を持たせないことである。
【００１９】
本発明が技術問題を解決するために採用する技術案は、相対的に設置されている二つの電極構造と、二つの電極構造の間に設置されている液晶層とを含む液晶レンズにおいて、電極構造は、第１電界を発生させ、第１電界は、液晶層中の液晶分子が第１配列状態となるようにして、液晶層にレンズ効果を持たせ、電極構造は、更に第２電界を発生させ、第２電界は、液晶層中の液晶分子が第２配列状態となるようにして、液晶層にレンズ効果を持たせないことである。
【００２０】
本発明が技術問題を解決するために採用する技術案は、液晶分子の配列方向を変更させることで液晶層にレンズ効果を生じさせるための第１電界を提供し、液晶層がレンズ効果を持たなくなる初期配列方向に液晶分子を復帰させるための第２電界を提供することを含む液晶レンズの制御方法を提供することである。
【００２１】
本発明による好ましい実施例として、第２電界の方向は、液晶分子の初期配列方向に少なくとも一部平行している。
【００２２】
本発明が技術問題を解決するために採用する技術案は、液晶分子が液晶層にレンズ効果を持たせる第１配列状態となるようにする第１電界を提供し、液晶分子が液晶層にレンズ効果を持たない第２配列状態となるようにする第２電界を提供することを含む液晶レンズの制御方法を提供することである。
【００２３】
本発明が技術問題を解決するために採用する技術案は、液晶レンズを含む３Ｄ表示装置において、液晶レンズは、間隔を置いて設置されている二つの電極構造と、二つの電極構造の間に設置され、初期配列方向に沿って配列する複数の液晶分子を含む液晶層とを含み、電極構造は、第１電界を発生させ、第１電界は、液晶分子の配列方向を変更させることで、液晶層にレンズ効果を持たせるようにし、電極構造は、更に第２電界を発生させ、第２電界は、液晶分子を初期配列方向に復帰させ、液晶分子が初期配列方向にあると、液晶層にレンズ効果を持たないことである。
【発明の効果】
【００２４】
上記方式によれば、液晶レンズの応答時間を大幅に短くし、特に液晶層内の液晶分子が非レンズ効果状態に復帰する時間を短縮させることで、液晶レンズの効率を大幅に向上させており、液晶レンズの普及に有利である。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明による液晶レンズの第１好ましい実施例の構造図である。
【図２】本発明の第１好ましい実施例における第１電界の説明図である。
【図３】本発明の第１好ましい実施例における第２電界の一例の説明図である。
【図４】本発明の第１好ましい実施例における第２電界の別例の説明図である。
【図５】本発明による液晶レンズの第２好ましい実施例の構造図及び第２電界の説明図である。
【図６】本発明による液晶レンズの第３好ましい実施例の構造図である。
【図７】本発明の第３好ましい実施例における第１電界の説明図である。
【図８】本発明の第３好ましい実施例における第２電界の説明図である。
【図９】本発明の第３好ましい実施例における一部構成の別例の説明図である。
【図１０】本発明による液晶レンズの制御方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、図面と実施例を参照して本発明を詳しく説明する。
本発明による液晶レンズは、間隔を置いて設置されている二つの電極構造及び液晶層を含む。なお、液晶層は、二つの電極構造の間に設置されており、複数の液晶分子を含む。
具体的な実施過程において、該電極構造は、第１電界を発生させ、第１電界によって液晶分子が第１配列状態となり、もって液晶層にレンズ効果を持つこととなる。更に、該電極構造は、更に第２電界を発生させ、第２電界によって液晶分子が第２配列状態となる。液晶分子が第２配列状態にあると、液晶層にレンズ効果を持たない。
【実施例１】
【００２７】
図１を参照する。図１に、本発明による液晶レンズの第１好ましい実施例の構造が示されている。
本実施例において、液晶レンズは、順に第１基板１１、第１電極構造１２、第１配向層１３、液晶層１４、第２配向層１５、第２電極構造１６及び第２基板１７を含む。
なお、第１電極構造１２は、第１基板１１上に設置されており、複数の第１線形電極１２１を含む。複数の第１線形電極１２１は、互いに間隔を置いて設置されており、かつ第１延伸方向Ｄ１に沿って延伸する。
【００２８】
第２電極構造１６は、第２基板１７上に設置されており、複数の第２線形電極１６１、誘電層１６２及び面電極１６３を含む。なお、複数の第２線形電極１６１は、互いに間隔を置いて設置されており、かつ第２延伸方向Ｄ２に沿って延伸する。面電極１６３は、第２線形電極１６１に積層されてかつ絶縁的に設置されている。誘電層１６２は、第２線形電極１６１と面電極１６３との間に設置されている。もちろん、複数の第２線形電極１６１と面電極１６３との間に両者を絶縁させるほかの物質を設置してもよいが、ここでは枚挙しない。本実施例では、面電極１６３は、第２基板１７に隣接して設置されている。
【００２９】
液晶層１４は、第１電極構造１２と第２電極構造１６との間に設置されており、第１配向層１３は、液晶層１４と第１電極構造１２との間に設置されており、第２配向層１５は、液晶層１４と第２電極構造１６との間に設置されている。
【００３０】
具体的な実施過程において、第１延伸方向Ｄ１と第２延伸方向Ｄ２とは、互いに交差する。第１延伸方向Ｄ１と第２延伸方向Ｄ２とは互いに直角となることが好ましい。
液晶層１４内は、初期配列方向に沿って配列する液晶分子を含む。第１配向層１３と第２配向層１５とは、液晶分子が初期配列方向に沿って配列するように互いに合わせる。本実施例において、摩擦配向又は放射配向などによって第１配向層１３の配向方向Ｄ３と第２配向層１５の配向方向Ｄ４とが共に第１延伸方向Ｄ１と平行になるようにし、液晶分子の初期配列方向が第１延伸方向Ｄ１と平行になるようにする。
第１基板１１と第２基板１７は共にガラス基板であることが好ましい。もちろん、光が透過可能なものであれば、その他の材料の透明基板であってもよいが、ここでは枚挙しない。
【００３１】
第１線形電極１２１、第２線形電極１６１及び面電極１６３はいずれもインジウム‐スズ酸化物（ＩＴＯ：Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）やインジウム‐亜鉛酸化物（ＩＺＯ：Ｉｎｄｉｕｍ  Ｚｉｎｃ  Ｏｘｉｄｅ）のような透明導電層であることが好ましいが、ここでは枚挙しない。
誘電層１６２は酸化シリコン（ＳｉＯｘ）や窒化シリコン（ＳｉＮｘ）のような透明な絶縁材料であることが好ましいが、ここでは枚挙しない。
【００３２】
本発明の第１好ましい実施例の稼働原理について、次のように記述する。
第１電界の発生過程について、次のように記述する。
図２のように、複数の第１線形電極１２１に適切な電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３及びＶ４を印加する。なお、良好なレンズ効果の形成を保証するために、Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３はそれぞれＶ４に対して対称となる。具体的な実施過程において、第２線形電極１６１にゼロ電圧又は参考電圧Ｖｒｅｆを印加し、同時に面電極１６３にも同様にゼロ電圧又は参考電圧Ｖｒｅｆを印加する。このように、複数の第１線形電極１２１と第２線形電極１６１及び面電極１６３との間に対応する電圧差を形成し、該複数の電圧差によって液晶層１４内に第１電界が発生する。液晶層１４内の液晶分子は、第１電界の作用を受けて配列方向が変更し、液晶分子の液晶層１４内での配列状況に応じて、異なるエリアの液晶分子の偏向角が異なり、もって液晶分子の屈折率に放物線状の変化が現れ、更にＶ１又はＶ４を中心としたレンズが形成され、液晶層１４にレンズの効果を持たせる効果を達し、もって集光又は発散の目的を実現する。
【００３３】
図２に示す７個の第１線形電極１２１へ対応する電圧を印加することは、単にレンズの形成過程を説明するためのものであり、本発明に対する限定ではない。所望レンズのパラメータに基づき、電圧印加する第１線形電極１２１の数及び電圧値を適切に調節してもよい。たとえば、通常の場合、第１線形電極１２１の数を奇数個とし、真ん中の第１線形電極１２１を中心として対称的に電圧を印加することにより、中心電極対称のレンズ構造を形成する。もちろん、第１線形電極１２１の数を偶数個とし、中間二つの第１線形電極１２１を中心として対称的に電圧を印加することにより、中間二つの第１線形電極１２１対称のレンズ構造を形成してもよい。
【００３４】
第１好ましい実施例において、液晶レンズにレンズ効果が現れる時間を加速するために、液晶層にレンズ効果が現れる過程において電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３及びＶ４として過駆動電圧（ｏｖｅｒｄｒｉｖｅ  ｖｏｌｔａｇｅ）を用いて、電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３及びＶ４とゼロ電圧又は参考電圧Ｖｒｅｆと合わせて過駆動電圧差を形成することとなる。該過駆動電圧差によって液晶層１４内に比較的に大きい第１電界が発生し、液晶分子は、比較的に大きい第１電界の作用を受けて変化速度が速くなる。適切な時間を経てから、電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３及びＶ４が安定電圧に切り替えられ、もって液晶層１４内に安定電圧差が維持され、該安定電圧差によって液晶層１４にレンズ効果が維持される。過駆動電圧差が安定電圧差より大きいため、液晶レンズにレンズ効果が現れる時間を大幅に加速させる。
【００３５】
第２電界の発生過程について、次のように記述する。
図３のように、第２線形電極１６１にいずれも同様の電圧Ｖ１を印加し、面電極１６３にゼロ電圧又は参考電圧Ｖｒｅｆを印加する。このように、第２線形電極１６１と面電極１６３との間に電圧差を形成し、更に第２電界が発生する。該第２電界の方向は、同様に液晶分子の初期配列方向に平行するか少なくとも一部平行しており、もって液晶分子が第２電界の作用を受けて初期配列方向に快速に復帰し、液晶分子の液晶層１４内での配列状況に応じて、初期配列方向のとき、異なるエリアの液晶分子の偏向角がほぼ一致であり、液晶層１４にレンズ効果を持たなくなる。
【００３６】
図４では第２電界の別の発生方式を示している。隣接する第２線形電極１６１に交代して電圧Ｖ１とゼロ電圧又は参考電圧Ｖｒｅｆを印加する。このように、隣接する第２線形電極１６１間に電圧差を形成し、更に第２電界が発生する。なお、第２電界の方向は、液晶分子の初期配列方向に平行するか少なくとも一部平行しており、もって液晶分子が第２電界の作用を受けて初期配列方向に快速に復帰し、液晶分子の液晶層１４内での配列状況に応じて、初期配列方向のとき、異なるエリアの液晶分子の偏向角がほぼ一致であり、液晶層１４にレンズ効果を持たなくなる。
【実施例２】
【００３７】
図５は、本発明による液晶レンズの第２好ましい実施例の液晶レンズ構造図および第２電界の説明図である。
図５に示す液晶レンズの構造は、図１〜図４に示す第１実施形態の液晶レンズの構造とは基本的に似ている。
第１実施形態の液晶レンズとの主な区別点としては、第２実施形態の液晶レンズの第２電極構造２６が第２基板２７上に設置されている複数の第２線形電極２６１を含むことにある。すなわち、第２電極構造２６は、第１実施形態における第２線形電極１６１と第２基板１７との間の面電極１６３及び付属誘電層１６２の構造が省かれている。
デバイス構造の変更に伴い、第２実施形態における液晶レンズの稼働原理も対応的に変化する。詳しくは、次のように記述する。
【００３８】
第１電界の発生過程について、次のように記述する。
複数の第１線形電極２２１に、例えば中間の第１線形電極２２１対称の駆動電圧のような適切な電圧を印加し、第２線形電極２６１にゼロ電圧又は参考電圧Ｖｒｅｆを印加する。このように、複数の第１線形電極２２１と第２線形電極２６１との間に対応する電圧差を形成し、該複数の電圧差によって液晶層２４内に第１電界が発生する。液晶層２４内の液晶分子は、第１電界の作用を受けて配列方向が変更し、液晶分子の液晶層２４内での配列状況に応じて、異なるエリアの液晶分子の偏向角が異なり、もって液晶分子の屈折率に放物線状の変化が現れ、更に中間電極を中心としたレンズが形成し、液晶層２４にレンズの効果を持たせる効果を達し、もって集光又は発散の目的を実現する。
同様に、液晶レンズ形成過程を加速するために、該駆動電圧は過駆動電圧の方式を用いてもよい。その方法は、第１実施形態と類似しており、ここでは繰り返して説明しない。
【００３９】
第２電界の発生過程について、次のように記述する。
隣接する第２線形電極２６１に交代して電圧Ｖ１とゼロ電圧又は参考電圧Ｖｒｅｆを印加する。このように、隣接する第２線形電極２６１間に電圧差を形成し、更に第２電界が発生する。なお、第２電界の方向は、液晶分子の初期配列方向に平行するか少なくとも一部平行しており、もって液晶分子が第２電界の作用を受けて初期配列方向に快速に復帰し、液晶分子の液晶層２４内での配列状況に応じて、初期配列方向のとき、異なるエリアの液晶分子の偏向角がほぼ一致であり、液晶層２４にレンズ効果を持たなくなる。上記方式では、面電極及び誘電層を省くことができ、製造工程を軽減している。
【実施例３】
【００４０】
図６を参照する。図６に、本発明による液晶レンズの第３好ましい実施例の構造が示されている。
本実施例において、液晶レンズは、順に第１基板３１、第１電極構造３２、第１配向層３３、液晶層３４、第２配向層３５、第２電極構造３６及び第２基板３７を含む。
なお、第１電極構造３２は、第１基板３１上に設置されており、複数の第１線形電極３２１を含む。該第１線形電極３２１は、互いに間隔を置いて設置されており、かつ第１延伸方向Ｄ１に沿って延伸する。
【００４１】
第２電極構造３６は、第２基板３７上に設置されており、複数の第２線形電極３６１を含む。該第２線形電極３６１は、互いに間隔を置いて設置されており、かつ第２延伸方向Ｄ２に沿って延伸する。第３好ましい実施例において、第１延伸方向Ｄ１と第２延伸方向Ｄ２とは平行となる。
液晶層３４は、第１電極構造３２と第２電極構造３６との間に設置されており、第１配向層３３は、液晶層３４と第１電極構造３２との間に設置されており、第２配向層３５は、液晶層３４と第２電極構造３６との間に設置されている。
【００４２】
液晶層３４内は、初期配列方向に沿って配列する液晶分子を含む。第１配向層３３と第２配向層３５とは、液晶分子が初期配列方向に沿って配列するように互いに合わせる。第１配向層３３の配向方向Ｄ３と第２配向層３５の配向方向Ｄ４とは、第１延伸方向Ｄ１と交差し、もって液晶分子の初期配列方向が第１延伸方向Ｄ１と交差する。液晶分子の初期配列方向が第１延伸方向Ｄ１と直角となることが好ましい。
第１基板３１と第２基板３７は共にガラス基板であることが好ましい。もちろん、光が透過可能なものであれば、その他の材料の透明基板であってもよいが、ここでは枚挙しない。
【００４３】
第１線形電極３２１と第２線形電極３６１は共にインジウム‐スズ酸化物（ＩＴＯ：Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）やインジウム‐亜鉛酸化物（ＩＺＯ：Ｉｎｄｉｕｍ  Ｚｉｎｃ  Ｏｘｉｄｅ）のような透明導電層であることが好ましいが、ここでは枚挙しない。
【００４４】
第３好ましい実施例の稼働原理について、次のように記述する。
図７のように、第１線形電極３２１に電圧Ｖ１とＶ２を印加する。なお、図７中の二つのＶ１がＶ２に対して対称となり、液晶層３４に良好なレンズ効果を形成するように保証する。具体的な実施過程において、第２線形電極３６１にいずれもゼロ電圧又は参考電圧Ｖｒｅｆを印加し、もって第１線形電極３２１と第２線形電極３６１との間に電圧差を形成し、更に第１電界が発生する。液晶層３４内の液晶分子は、第１電界の作用を受けて配列方向が変更し、液晶分子の液晶層３４内での配列状況に応じて、異なるエリアの液晶分子の偏向角が異なり、もって液晶分子の屈折率に放物線状の変化が現れ、更にＶ１又はＶ２を中心としたレンズが形成し、液晶層３４にレンズの効果を持たせる効果を達し、もって集光の目的を実現する。
【００４５】
図７に示す３個の第１線形電極３２１に対応する電圧を印加することは、単にレンズの形成過程を説明するためのものであり、本発明に対する限定ではない。所望レンズのパラメータに基づき、電圧印加する第１線形電極３２１の数及び電圧値を適切に調節してもよい。たとえば、通常の場合、第１線形電極３２１の数を奇数個とし、真ん中の第１線形電極３２１を中心として対称的に電圧を印加することにより、中心電極対称のレンズ構造を形成する。もちろん、第１線形電極３２１の数を偶数個とし、中間二つの第１線形電極３２１を中心として対称的に電圧を印加することにより、中間二つの第１線形電極３２１対称のレンズ構造を形成してもよい。
【００４６】
第３好ましい実施例において、液晶レンズの集光時間を加速するために、第１好ましい実施例と同一の過駆動技術案の採用が好ましい。すなわち、第１線形電極３２１と第２線形電極３６１との間の電圧差は、液晶層３４にレンズ効果を生じさせるための過駆動電圧差及び液晶層３４にレンズ効果を維持させるための安定電圧差を含む。なお、過駆動電圧差は、安定電圧差より大きい。
【００４７】
図８のように、隣接する第１線形電極３２１に交代して電圧Ｖ１とゼロ電圧又は参考電圧Ｖｒｅｆを印加し、同時に隣接する第２線形電極３６１にも交代して電圧Ｖ１とゼロ電圧又は参考電圧Ｖｒｅｆを印加し、もって隣接する第１線形電極３２１間及び隣接する第２線形電極３６１間にそれぞれ電圧差を形成する。該電圧差によって液晶層３４に第２電界が発生する。該第２電界の方向は、液晶分子の初期配列方向に平行するか少なくとも一部平行しており、もって液晶分子が第２電界の作用を受けて初期配列方向に快速に復帰し、液晶分子の液晶層３４内での配列状況に応じて、異なるエリアの液晶分子の偏向角がほぼ一致であり、液晶層３４にレンズ効果を持たなくなる。もちろん、第１線形電極３２１間のみ又は第２線形電極３６１間のみに上記電圧差を形成しても上記目的を実現できることは、当業者にとって自明である。
【００４８】
より好ましい実施例において、第１電極構造３２は更に第１線形電極３２１間に設置されている第１高抵抗材料層３２２を含む。第２電極構造３６は更に第２線形電極３６１間に設置されている第２高抵抗材料層３６２を含む。第１高抵抗材料層３２２と第２高抵抗材料層３６２を使用することによって、電界の分布がより均一となる。高抵抗材料層が第１線形電極３２１間のみ又は第２線形電極３６１間のみに形成してもよいことは、当業者にとって自明である。高抵抗材料層は上記第１、第２好ましい実施例においても同様に適用する。
【００４９】
図９を参照する。第３好ましい実施例において、第２電極構造３６は更に面電極３６３及び誘電層３６４を含んでもよい。面電極３６３は、第２線形電極３６１と第２基板３７との間に設置されており、かつ第２電極構造３６とは絶縁的に設置されている。面電極３６３と第２線形電極３６１との間に誘電層３６４が設置されている。具体的な実施過程において、第２線形電極３６１と面電極３６３との間に電圧差を形成することにより第２電界を発生させて、液晶分子の復帰を加速させる。具体的な第２電界形成過程は、図４及び第１好ましい実施例における図４の関連記載を参照し、ここでは繰り返して説明しない。第１電極構造３２内に面電極及び誘電層を設置することは、当業者にとって自明である。
【００５０】
図１０を参照する。図１０に、本発明の実施例による液晶レンズの制御方法のフローが示されている。
ステップＳ１００１において、第１電界を提供する。該第１電界は、液晶分子の配列方向を変更させることにより、液晶層が第１状態となるようにする。第１状態では、液晶層にレンズ効果を持つ。
ステップＳ１００２において、第２電界を提供する。該第２電界は、液晶分子を初期配列方向に復帰させる。なお、初期配列方向のとき、液晶層にレンズ効果を持たない。
該第２電界の方向が液晶分子の初期配列方向とは少なくとも一部平行することが好ましい。なお、初期配列方向とは、第１電界を提供しないときの液晶分子の配列方向である。
【００５１】
上記実施例では、第２電界を利用して液晶分子を配向方向で定められた初期配列方向に復帰させることが記述されているが、本発明はこれに限られない。
ほかの実施例では、第１電界を発生させて液晶分子が第１配列状態となるようにする。この場合、液晶分子が第１光学状態となり、液晶層にレンズ効果を持たせる。第２電界を発生させて液晶分子が第２配列状態となるようにする。この場合、液晶分子が第２光学状態となり、液晶層にレンズ効果を持たせない。留意すべきところとして、ほかの実施例において、第２電界の作用は、液晶分子の配列方向を電界印加のないときの初期配列方向に復帰させることに限られることはなく、液晶分子がその他の配列状態となるようにすることも含まれる。液晶層のレンズ効果を除去し、光が元々の方向で伝播できる作用であれば、いずれも本発明の精神に含まれる。ここでは枚挙しない。
液晶レンズの制御方法の具体的な過程について、上記の第１、第２、第３好ましい実施例に関する記述を参照する。ここでは繰り返して説明しない。
【実施例４】
【００５２】
本発明の実施例は、更に３Ｄ表示装置を提供する。該３Ｄ表示装置は、本発明の実施例による液晶レンズを含む。なお、液晶レンズは、間隔を置いて設置されている二つの電極構造を含み、二つの電極構造の間に設置されている液晶層も含み、液晶層は初期配列方向に沿って配列する複数の液晶分子を含む。
【００５３】
具体的な実施過程において、３Ｄ表示装置における液晶レンズの電極構造は、第１電界を発生させる。第１電界は、液晶分子の配列方向を変更させることにより、液晶層にレンズ効果を持たせる。電極構造は、更に第２電界を発生させる。第２電界は、液晶分子を初期配列方向に復帰させる。なお、初期配列方向のとき、液晶層にレンズ効果を持たない。
３Ｄ表示装置における液晶レンズについて、以上で詳細に記述しているため、ここでは繰り返して説明しない。
【００５４】
本発明の実施例によれば、液晶レンズの応答時間を大幅に短くし、特に液晶層内の液晶分子が非レンズ効果状態に復帰する時間を短縮させることで、液晶レンズの効率を大幅に向上させており、液晶レンズの普及に有利である。
上記実施例では、本発明について例示的な記述をしたに過ぎない。当業者は、本願を読んだ上、本発明の精神と範囲を逸脱することなく本発明への様々な修正が可能である。
【符号の説明】
【００５５】
１１  第１基板
１２  第１電極構造
１２１  第１線形電極
１３  第１配向層
１４  液晶層
１５  第２配向層
１６  第２電極構造
１６１  第２線形電極
１６２  誘電層
１６３  面電極
１７  第２基板
２６  第２電極構造
２７  第２基板
２２１  第１線形電極
２６１  第２線形電極
２４  液晶層
３１  第１基板
３２  第１電極構造
３２１  第１線形電極
３２２  第１高抵抗材料層
３３  第１配向層
３４  液晶層
３５  第２配向層
３６  第２電極構造
３６１  第２線形電極
３６２  第２高抵抗材料層
３６４  誘電層
３６３  面電極
３７  第２基板
【図１】
0005536004.tif 000002
【図２】
0005536004.tif 000003
【図３】
0005536004.tif 000004
【図４】
0005536004.tif 000005
【図５】
0005536004.tif 000006
【図６】
0005536004.tif 000007
【図７】
0005536004.tif 000008
【図８】
0005536004.tif 000009
【図９】
0005536004.tif 000010
【図１０】
0005536004.tif 000011