(57)【要約】【課題】  能動レンズ及びこれを採用した立体映像ディスプレイ装置を提供する。【解決手段】  第１ナノ電極部と、第１ナノ電極部と対向する第２ナノ電極部と、第１ナノ電極部と第２ナノ電極部との間に設けられた液晶層と、を備え、第１及び第２ナノ電極部に印加される電圧により形成された電場によって、液晶層をなす液晶分子が整列されて屈折力を形成する能動レンズ。【選択図】      図１
2011090305.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１ナノ電極部と、
前記第１ナノ電極部と対向する第２ナノ電極部と、
前記第１ナノ電極部と前記第２ナノ電極部との間に設けられた液晶層と、
を備える能動レンズであって、
前記第１及び第２ナノ電極部に印加される電圧により形成された電場によって、前記液晶層を構成する液晶分子が整列することで屈折力を形成する能動レンズ。
【請求項２】
前記第１ナノ電極部は、１つ以上のナノ構造体を備え、
前記第２ナノ電極部は、１つ以上のナノ構造体を備えることを特徴とする請求項１に記載の能動レンズ。
【請求項３】
前記第１及び第２ナノ電極部を構成するナノ構造体は、カーボンナノチューブ、Auナノワイヤー、ＺｎＯナノワイヤー、Ｓｉナノワイヤーのうちいずれか１つを含んでなることを特徴とする請求項２に記載の能動レンズ。
【請求項４】
前記第１及び第２ナノ電極部を構成するナノ構造体は、ナノウォールまたはフィンを有することを特徴とする請求項２に記載の能動レンズ。
【請求項５】
前記第１及び第２ナノ電極部は、
前記第１ナノ電極部のナノ構造体と前記第２ナノ電極部のナノ構造体それぞれが１つずつ互いに対応して、１つ以上のレンズセルを形成するように構成されたことを特徴とする請求項２に記載の能動レンズ。
【請求項６】
前記第１ナノ電極部の複数のナノ構造体と前記第２ナノ電極部の複数のナノ構造体それぞれが対向して配列されたことを特徴とする請求項５に記載の能動レンズ。
【請求項７】
前記それぞれ対向する位置の前記第１ナノ電極部のナノ構造体と前記第２ナノ電極部のナノ構造体には、相異なる電圧が印加されることを特徴とする請求項６に記載の能動レンズ。
【請求項８】
前記第１及び第２ナノ電極部の複数のナノ構造体それぞれに、一方向に沿って順次に増大する大きさの電圧が印加されることを特徴とする請求項７に記載の能動レンズ。
【請求項９】
前記第１ナノ電極部に隣接するナノ構造体間の印加電圧差と、前記第２ナノ電極部に隣接するナノ構造体間の印加電圧差とは、一定であることを特徴とする請求項８に記載の能動レンズ。
【請求項１０】
前記第１ナノ電極部のナノ構造体と前記第２ナノ電極部のナノ構造体それぞれが互いにずれて配列されたことを特徴とする請求項５に記載の能動レンズ。
【請求項１１】
前記第１ナノ電極部は、複数のナノ構造体を備え、
前記第２ナノ電極部は、それぞれが複数のナノ構造体で形成された複数のナノ電極グループを備え、
前記第１ナノ電極部の複数のナノ構造体と前記第２ナノ電極部の複数のナノ電極グループとが、１つずつ互いに対応して複数のレンズセルを形成するように構成されたことを特徴とする請求項１に記載の能動レンズ。
【請求項１２】
前記複数のナノ電極グループそれぞれをなす複数のナノ構造体には、対応するレンズセルの指向性が調節されるように選択的に電圧が印加されることを特徴とする請求項１１に記載の能動レンズ。
【請求項１３】
前記複数のナノ電極グループそれぞれを構成するナノ構造体に電圧を印加する際に、前記対応するレンズセルの指向性が経時的に変わるように制御する制御部がさらに備えられることを特徴とする請求項１２に記載の能動レンズ。
【請求項１４】
前記複数のナノ電極グループそれぞれは、
前記第１ナノ電極部のナノ構造体のうち１つと同一直線上に位置するように配置された中央ナノ構造体と、前記中央ナノ構造体を周囲で取り囲む複数のナノ構造体で形成されることを特徴とする請求項１１に記載の能動レンズ。
【請求項１５】
相異なる視点の複数の映像が経時的に表示されるディスプレイパネルと、
請求項１に記載の能動レンズと、
前記能動レンズの指向性が前記ディスプレイパネルの経時的な駆動に同期して変化するように制御する制御部と、を備える立体映像ディスプレイ装置。
【請求項１６】
前記能動レンズの指向性は、前記ディスプレイパネルの経時的な駆動に同期する前記複数の映像それぞれに対応する視域に向かって変わることを特徴とする請求項１５に記載の立体映像ディスプレイ装置。
【請求項１７】
前記第１及び第２ナノ電極部は、それぞれ複数のナノ構造体を備え、
前記第１ナノ電極部の複数のナノ構造体と前記第２ナノ電極部の複数のナノ構造体それぞれが、１つずつ互いに対応して複数のレンズセルを形成するように構成されたことを特徴とする請求項１５に記載の立体映像ディスプレイ装置。
【請求項１８】
前記第１ナノ電極部の複数のナノ構造体と前記第２ナノ電極部の複数のナノ構造体それぞれが互いに対向して配列されたことを特徴とする請求項１７に記載の立体映像ディスプレイ装置。
【請求項１９】
前記制御部は、
前記それぞれ対向する位置の前記第１ナノ電極部のナノ構造体と、前記第２ナノ電極部のナノ構造体とに、相異なる電圧を印加することを特徴とする請求項１８に記載の立体映像ディスプレイ装置。
【請求項２０】
前記制御部は、
前記第１及び第２ナノ電極部のナノ構造体それぞれに、一方向に進むにつれて順次増大する電圧を印加することを特徴とする請求項１９に記載の立体映像ディスプレイ装置。
【請求項２１】
前記ディスプレイパネルは、複数のサブ画素を備え、
前記第１及び第２ナノ電極部のナノ構造体に印加される電圧分布形態が、前記サブ画素に対応する単位で反復されることを特徴とする請求項１９に記載の立体映像ディスプレイ装置。
【請求項２２】
前記第１ナノ電極部は、複数のナノ構造体を備え、
前記第２ナノ電極部は、それぞれが複数のナノ構造体で形成された複数のナノ電極グループを備え、
前記第１ナノ電極部の複数のナノ構造体と前記第２ナノ電極部の複数のナノ電極グループのうち一部のナノ構造体が、互いに対応して指向性のある複数のレンズセルを形成することを特徴とする請求項１５に記載の立体映像ディスプレイ装置。
【請求項２３】
前記複数のナノ電極グループそれぞれは、
前記第１ナノ電極部のナノ構造体のうち１つと同一直線上に位置するように配置された中央ナノ構造体と、前記中央ナノ構造体を周囲で取り囲む複数のナノ構造体とで形成されることを特徴とする請求項２２に記載の立体映像ディスプレイ装置。
【請求項２４】
前記第１及び第２ナノ電極部を構成する複数のナノ構造体は、カーボンナノチューブ、Auナノワイヤー、ＺｎＯナノワイヤー、Ｓｉナノワイヤーのうちいずれか１つを備えてなることを特徴とする請求項１５に記載の立体映像ディスプレイ装置。
【請求項２５】
前記第１及び第２ナノ電極部を構成する複数のナノ構造体は、ナノウォールまたはフィンを有することを特徴とする請求項１５に記載の立体映像ディスプレイ装置。
【請求項２６】
液晶層の、互いに対向する面にそれぞれ設けられた第１ナノ電極部及び第２ナノ電極部に電圧を印加して、前記液晶層に電場を発生させることによって、前記液晶層の液晶分子の配列を制御して屈折力を形成する能動レンズの作動方法。
【請求項２７】
前記第１ナノ電極部は、複数のナノ構造体を備え、
前記第２ナノ電極部は、複数のナノ構造体を備え、
前記それぞれ対向する位置の前記第１ナノ電極部のナノ構造体と、前記第２ナノ電極部のナノ構造体とに相異なる電圧を印加することを特徴とする請求項２６に記載の作動方法。
【請求項２８】
前記第１及び第２ナノ電極部の複数のナノ構造体それぞれに、一方向に進むにつれて順次増大する大きさの電圧を印加することを特徴とする請求項２７に記載の作動方法。
【請求項２９】
前記第１ナノ電極部に隣接するナノ構造体間の印加電圧差と、前記第２ナノ電極部に隣接するナノ構造体間の印加電圧差とは一定であることを特徴とする請求項２８に記載の一定の作動方法。
【請求項３０】
前記第２ナノ電極部の複数のナノ構造体に選択的に電圧を印加することによって、能動レンズの指向性が変わることを特徴とする請求項２６に記載の作動方法。
【請求項３１】
前記能動レンズの指向性が、ディスプレイパネルに表示される映像に同期して経時的に変わることを特徴とする請求項３０に記載の作動方法。
【請求項３２】
相異なる視点の複数映像を経時的に表示する段階と、
液晶層の、互いに対向する面にそれぞれ設けられた第１ナノ電極部及び第２ナノ電極部に電圧を印加して前記液晶層に電場を発生させることによって、前記液晶層の液晶分子の配列を制御して屈折力を形成し、前記の経時的な表示に同期して能動レンズの方向性を制御する段階と、を含む立体映像ディスプレイ装置の作動方法。
【請求項３３】
前記第１ナノ電極部は、複数のナノ構造体を備え、前記第２ナノ電極部は、複数のナノ構造体を備え、
前記それぞれ対向する位置の前記第１ナノ電極部のナノ構造体と、前記第２ナノ電極部のナノ構造体とに相異なる電圧を印加することを特徴とする請求項３２に記載の作動方法。
【請求項３４】
前記第１及び第２ナノ電極部の複数のナノ構造体それぞれに、一方向に沿って順次に増大する大きさの電圧を印加することを特徴とする請求項３３に記載の作動方法。
【請求項３５】
前記第１ナノ電極部に隣接するナノ構造体間の印加電圧差と、前記第２ナノ電極部に隣接するナノ構造体間の印加電圧差とは一定であることを特徴とする請求項３４に記載の作動方法。
【請求項３６】
前記第２ナノ電極部の複数のナノ構造体に選択的に電圧を印加することによって、能動レンズの指向性が変わることを特徴とする請求項３２に記載の作動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、能動レンズ及び当該能動レンズを採用した立体映像ディスプレイ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、液晶の動作を電気的に調節して光学レンズに応用する技術についての関心が高まりつつある。
【０００３】
液晶分子は、電場の方向に沿って整列する性質を持つが、一般的に液晶分子の長軸方向の屈折率と短軸方向の屈折率とは互いに異なるため、液晶分子の整列状態によって様々な屈折率分布を持つ。特に、液晶分子の整列状態によって屈折率が変化する境界が曲率を持つ場合、その液晶分子は透過光を屈折させるので、レンズの役割を果たす。
【０００４】
カーボンナノチューブは、炭素原子が作るナノサイズ直径を持つ円筒形の結晶である。カーボンナノチューブは、円筒をなす面の数によって単層カーボンナノチューブ（single-walled  carbon  nanotubes）、多層カーボンナノチューブ（multi-walled  carbon  nanotubes）に分類される。またカーボンナノチューブは、直径や円筒面の構造によって電気的特性が導体または半導体などの様々な性質を表すので、次世代新素材として脚光を浴びており、しかも既存の素材に比べて優れた特性を表すため、半導体素子、二次電池電極、センサー、電子放出素子、スーパーキャパシタなどへの活発な応用が期待されている。
【０００５】
かかるカーボンナノチューブは特に、電界効果を極大化させうるという点で、電場により制御される液晶光学レンズに応用されることが期待される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、屈折力などの光学的特性が調節される能動レンズ及びこれを利用した立体映像ディスプレイ装置を提供しようとする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１ナノ電極部と、該第１ナノ電極部と対向する第２ナノ電極部と、前記第１ナノ電極部と前記第２ナノ電極部との間に設けられた液晶層と、を備える能動レンズであって、前記液晶層を構成する液晶分子が、前記第１及び第２ナノ電極部に印加される電圧により形成された電場によって整列することで屈折力を形成する、能動レンズが提供される。
【０００８】
前記第１ナノ電極部は、１つ以上のナノ構造体を備え、前記第２ナノ電極部は、１つ以上のナノ構造体を備える。
【０００９】
前記第１ナノ電極部のナノ構造体と前記第２ナノ電極部のナノ構造体それぞれが１つずつ互いに対応して、１つ以上のレンズセルを形成するように構成されうる。
【００１０】
前記第１ナノ電極部の複数のナノ構造体と前記第２ナノ電極部の複数のナノ構造体それぞれが互いに対向して配列されうる。
【００１１】
前記第１ナノ電極部は、複数のナノ構造体を備え、前記第２ナノ電極部は、それぞれが複数のナノ構造体で形成された複数のナノ電極グループを備え、前記第１ナノ電極部の複数のナノ構造体と前記第２ナノ電極部の複数のナノ電極グループとが、１つずつ互いに対応して複数のレンズセルを形成するように構成される。
【００１２】
前記複数のナノ電極グループそれぞれをなす複数のナノ構造体には、対応するレンズセルの指向性が調節されるように選択的に電圧が印加される。
【００１３】
前記複数のナノ電極グループそれぞれを構成するナノ構造体に電圧を印加することによって、前記対応するレンズセルの指向性が経時的に変わるように制御する制御部がさらに備えられる。
【００１４】
前記複数のナノ電極グループそれぞれは、前記第１ナノ電極部のナノ構造体のうち１つと同一直線上に位置するように配置された中央ナノ構造体と、前記中央ナノ構造体を周囲で取り囲む複数のナノ構造体で形成される。
【００１５】
前記第１及び第２ナノ電極部を構成するナノ構造体は、カーボンナノチューブ、Auナノワイヤー、ＺｎＯナノワイヤー、Ｓｉナノワイヤーのうちいずれか１つを含んでなる。
【００１６】
前記第１及び第２ナノ電極部を構成するナノ構造体は、ナノウォールまたはフィンを有する。
【００１７】
また、相異なる視点の複数の映像が経時的に表示されるディスプレイパネルと、前記の能動レンズと、前記能動レンズの指向性が前記ディスプレイパネルの経時的な駆動と同期して変わるように制御する制御部と、を備える立体映像ディスプレイ装置が提供される。
【００１８】
前記第１及び第２ナノ電極部は、それぞれ複数のナノ構造体を備え、前記第１ナノ電極部の複数のナノ構造体と前記第２ナノ電極部の複数のナノ構造体それぞれが、１つずつ互いに対応して複数のレンズセルを形成するように構成されうる。
【００１９】
前記第１ナノ電極部の複数のナノ構造体と前記第２ナノ電極部の複数のナノ構造体それぞれが互いに対向して配列されうる。
【００２０】
前記第１ナノ電極部は、複数のナノ構造体を備え、前記第２ナノ電極部は、それぞれが複数のナノ構造体で形成された複数のナノ電極グループを備え、前記第１ナノ電極部の複数のナノ構造体と前記第２ナノ電極部の複数のナノ電極グループのうち一部のナノ構造体が、互いに対応して指向性のある複数のレンズセルを形成できる。
【００２１】
前記複数のナノ電極グループそれぞれは、前記第１ナノ電極部のナノ構造体のうち１つと同一直線上に位置するように配置された中央ナノ構造体と、前記中央ナノ構造体を周囲で取り囲む複数のナノ構造体とで形成される。
【００２２】
前記第１及び第２ナノ電極部を構成する複数のナノ構造体は、カーボンナノチューブ、Auナノワイヤー、ＺｎＯナノワイヤー、Ｓｉナノワイヤーのうちいずれか１つを備えてなる。
【００２３】
また、実施形態による能動レンズの作動方法は、液晶層の、互いに対向する面にそれぞれ設けられた第１ナノ電極部及び第２ナノ電極部に電圧を印加して、前記液晶層に電場を発生させることによって、前記液晶層の液晶分子の配列を制御して屈折力を形成する段階を含む。
【００２４】
また、実施形態による立体映像ディスプレイ装置の作動方法は、相異なる視点の複数映像を経時的に表示する段階と、液晶層の、互いに対向する面にそれぞれ設けられた第１ナノ電極部及び第２ナノ電極部に電圧を印加して前記液晶層に電場を発生させることによって、前記液晶層の液晶分子の配列を制御して屈折力を形成し、前記の経時的な表示に同期して能動レンズの方向性を制御する段階と、を含む。
【発明の効果】
【００２５】
本発明による能動レンズは、電界効果の優れたナノ構造体を電極部として利用して電場を形成し、液晶分子の整列を制御するので、レンズを駆動させるための駆動電圧を顕著に低下させることができる。
【００２６】
また、複数のナノ構造体を採用してナノ電極部を構成することによって、複数のレンズセルアレイが容易に構成され、対向するナノ電極部のナノ構造体を適切に選択して電圧を印加することによって、レンズセルの指向性、屈折力を多様に調節できる。
【００２７】
かかる能動レンズを採用した立体映像ディスプレイ装置は、能動レンズの指向性を経時的に制御することによって、パネル解像度を維持して立体映像を具現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】一実施形態による能動レンズの概略的な構成を示す図である。
【図２】電場分布によって、図１の能動レンズが形成する等価のレンズ面を例示的に説明する概念図である。
【図３Ａ】図１の能動レンズに様々な大きさの電圧を印加させた結果生じた、電場分布及びこれにより形成された等価のレンズ面を示す図である。
【図３Ｂ】図１の能動レンズに様々な大きさの電圧を印加させた結果生じた、電場分布及びこれにより形成された等価のレンズ面を示す図である。
【図４】他の実施形態による能動レンズの概略的な構成を示す図である。
【図５】電場分布によって、図１の能動レンズが形成する等価のレンズ面を例示的に説明する概念図である。
【図６】他の実施形態による能動レンズの概略的な構成を示す図である。
【図７】図６のナノ電極グループの構成を具体的に例示した部分斜視図である。
【図８Ａ】図６のナノ電極グループに印加される電圧によって形成される様々な等価レンズ面を示す図である。
【図８Ｂ】図６のナノ電極グループに印加される電圧によって形成される様々な等価レンズ面を示す図である。
【図８Ｃ】図６のナノ電極グループに印加される電圧によって形成される様々な等価レンズ面を示す図である。
【図９】実施形態による立体映像ディスプレイ装置の概略的な構成を示す図である。
【図１０】図９の立体映像ディスプレイ装置に採用される能動レンズと画素との対応関係を例示的に示し、能動レンズに印加された電圧によってコンピュータシミュレーションされた電場分布を示す図である。
【図１１Ａ】図９の立体映像ディスプレイ装置において、右眼用映像が右眼に経時的にディスプレイされることを示す図である。
【図１１Ｂ】図９の立体映像ディスプレイ装置において、左眼用映像が左眼に経時的にディスプレイされることを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、添付した図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。以下の図面で、同じ参照符号は同じ構成要素を示し、図面上で各構成要素の大きさは、説明の明瞭性及び便宜のため誇張していることがある。
【００３０】
図１は、一実施形態による能動レンズ１００の概略的な構成を示す。図面を参照すれば、能動レンズ１００は、第１ナノ電極部１４０が形成された第１基板１１０、第１ナノ電極部１４０と対向する第２ナノ電極部１６０が形成された第２基板１９０、第１基板１１０と第２基板１９０との間に設けられた液晶層１５０を備える。
【００３１】
能動レンズ１００は、第１ナノ電極部１４０及び第２ナノ電極部１６０に印加される電圧により形成された電場によって、液晶層１５０をなす液晶分子が整列されて屈折力を形成する。
【００３２】
第１ナノ電極部１４０及び第２ナノ電極部１６０は、それぞれ少なくとも１つのナノ構造体１４２、１６２を備えて構成されうる。
【００３３】
かかるナノ構造体としては、カーボンナノチューブが採用されうる。カーボンナノチューブは、炭素原子が作るナノサイズ直径を持つ円筒形の結晶であって、直径や円筒面の構造によって電気的特性が導体または半導体などの様々な性質を表す材料である。カーボンナノチューブは、アーク放電法、レーザー蒸着法、熱化学気相成長法（ｔｈｅｒｍａｌ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、ｔｈｅｒｍａｌ  ＣＶＤ）、触媒化学気相成長法（Ｃａｔａｌｙｔｉｃ  ＣＶＤ）、プラズマ気相成長法（Ｐｌａｓｍａ  Ｅｎｈａｎｃｅ  ＣＶＤ）など一般的に知られた方法によって合成されうる。カーボンナノチューブは、円筒をなす面の数によって分類される単層カーボンナノチューブまたは多層カーボンナノチューブの形態で成長されうる。実施形態で、カーボンナノチューブは電界効果を高めるために、すなわち、小さな印加電圧により大きい電場を形成するために導入されたものあるので、伝導性のさらに高い多層カーボンナノチューブ形態が採用されうる。
【００３４】
また、ナノ構造体１４２、１６２として、縦横比の高い構造を有する導体や半導体材質からなるナノワイヤーが採用されうる。例えば、Auナノワイヤー、ＺｎＯナノワイヤー、Ｓｉナノワイヤーなどが採用されうる。また、ナノ構造体１４２、１６２は、ワイヤー形状だけでなく、ナノウォール（ｎａｎｏ  ｗａｌｌ）やフィン（ｆｉｎ）を有することができる。
【００３５】
第１ナノ電極部１４０のナノ構造体１４２と第２ナノ電極部１６０のナノ構造体１６２それぞれが、１つずつ互いに対応して１つのレンズセルを形成するように構成されうる。図示されたレンズセルの数は例示的なものであり、ただ１つのレンズセルが形成されるか、または複数のレンズセルが形成され、レンズセルの１次元アレイまたは２次元アレイで形成されうる。第１ナノ電極部１４０のナノ構造体１４２と第２ナノ電極部１６０のナノ構造体１６２それぞれは、図示されたように、同一直線上に配列されうる。
【００３６】
第１基板１１０及び第２基板１９０は透光性材料で形成され、第１基板１１０及び第２基板１９０の一面には、ナノ構造体１４２、１６２に電圧を印加するための透明電極層１２０、１８０が設けられうる。また、図示されていないが、液晶層１５０の初期配向のための配向膜が設けられることもある。
【００３７】
図２は、電場分布によって、図１の能動レンズ１００が形成する等価のレンズ面１５５を例示的に説明する概念図である。能動レンズ１００は、電場によって整列する液晶分子の性質を利用して屈折力を形成する。液晶層１５０を構成する液晶分子（図示せず）は、長軸方向の屈折率と短軸方向の屈折率とが相異なる性質を持つ。第１ナノ電極部１４０のナノ構造体１４２及び第２ナノ電極部１６０のナノ構造体１６２に電圧が印加されて、図面に点線の電気力線で示されたように、液晶層１５０内に電場が形成されれば、液晶分子は電場の方向に沿って整列する。この場合、液晶分子の種類によって、液晶分子の長軸方向が電場に平行（Ｐ型液晶）に整列されるか、または短軸方向が電場に平行（Ｎ型液晶）に整列される。このとき、電場内に存在するあらゆる液晶分子が電場の方向に沿って整列するものではなく、一定のサイズ以上の電場内にある液晶分子のみ電場の方向に沿って整列する。したがって、液晶層１５０を構成する液晶分子は、電場の方向に沿って整列した液晶分子と初期状態を維持する分子とに分かれる。液晶分子の屈折率は、長軸方向と短軸方向とで互いに異なるため、例えば、電場の方向に沿って整列した液晶分子の屈折率はｎ１であり、そうでない液晶分子の屈折率はｎ２であって、屈折率の異なる境界面を形成する。この境界面の形状は、電場分布によって一定の曲率を有することができるので、屈折力を形成する。図示された等価レンズ面１５５の形状は例示的なものであり、電場分布によって楕円形、球形を始めとして様々な形状を有することができる。
【００３８】
以上説明した能動レンズ１００は、ナノ構造体１４２、１６２に印加される電圧を調節して様々な電場分布を形成し、これにより様々な屈折力を持つレンズに適用できる。
【００３９】
図３Ａ及び図３Ｂはそれぞれ、図１の能動レンズ１００のナノ構造体に様々な電圧を印加することによって、電場分布及びこれにより形成された等価のレンズ面を示す。
【００４０】
図面を参照すれば、それぞれ対向する位置の第１ナノ電極部１４０のナノ構造体１４２と第２ナノ電極部１６０のナノ構造体１６２とには、相異なる電圧が印加されている。これは、図２に図示されたものとは異なって、指向性のある等価レンズ面を具現するためのものである。具体的に、図３Ａを参照すれば、第１ナノ電極部１４０及び第２ナノ電極部１６０の複数のナノ構造体１４２、１６２それぞれに、一方向（図面では左から右へ向かう方向）に進むにつれて増大する電圧が印加される。このような形態で電圧が印加される時、図面に点線の電気力線で表示されたような電場の方向に沿って液晶層１５０の液晶分子が整列する。図２で説明したように、液晶層１５０をなす液晶分子は、電場の方向に沿って整列した液晶分子と初期状態を維持する分子とに分かれ、これらの境界面は、入射光の光軸を変化させることができるように傾いた等価レンズ面１５３を形成する。
【００４１】
図３Ｂを参照すれば、図３Ａとは逆方向、すなわち、図の右から左へ向かう方向に進むにつれて、第１電極部１４０及び第２ナノ電極部１６０のナノ構造体１４２、１６２に印加される電圧が増大する。かかる印加電圧によって、液晶層１５０内に、入射光の光軸を変化させることができるように傾いた等価レンズ面１５４が形成される。
【００４２】
図３Ａ及び図３Ｂで、第２ナノ電極部１６０のナノ構造体１６２に、これと対向する第１ナノ電極部１４０のナノ構造体１４２より高い電圧が印加されており、第１ナノ電極部１４０及び第２ナノ電極部１６０のナノ構造体１４２、１６２に印加される電圧の増大する方向を変化させることによって、等価レンズ面の指向性が変わると説明した。しかし、これは例示的なものであり、同じ等価レンズ面を形成できる他の構成も可能である。例えば、第１ナノ電極部１４０及び第２ナノ電極部１６０のナノ構造体１４２、１６２に印加される電圧の増大方向は一定にしつつ、第１ナノ電極部１４０のナノ構造体１４２に対向する第２ナノ電極部１６０のナノ構造体１６２より大きい電圧が印加されるように印加電圧サイズを変更することによって、形成される等価レンズの指向性を変えることができる。また、隣接するナノ構造体１４２、１６２間の印加電圧差は５Ｖと一定になっているが、例示的なものであり、例えば、この間隔を調節することによって指向性が調節されうる。
【００４３】
図４は、他の実施形態による能動レンズ２００の概略的な構成を示し、図５は、図４の能動レンズ２００が電場分布によって形成する等価レンズ面１５７を例示的に説明する概念図である。本実施形態で、第１ナノ電極部１４０のナノ構造体１４２と第２ナノ電極部１６０のナノ構造体１６２とは、それぞれが互いにずれて配列されている。かかる構成は、入射光の光軸を変化させる指向性を有するレンズ面を形成できるように提案される。同一直線上にない状態で配置されたナノ構造体１４２、１６２に印加された電圧によって形成された電場分布により、電場の方向に沿って整列された屈折率ｎ１の液晶分子と初期配向状態を維持する屈折率ｎ２の液晶分子との境界面が形成する等価レンズ面１５７は、図４に図示されたように、右側に傾く。
【００４４】
図６は、他の実施形態による能動レンズ３００の概略的な構成を示し、図７は、図４のナノ電極グループＧの構成を具体的に例示した部分斜視図である。能動レンズ３００は、第１ナノ電極部３４０が形成された第１基板３１０、第１ナノ電極部３４０と対向する第２ナノ電極部３６０が形成された第２基板１９０、第１基板３１０と第２基板３９０との間に設けられた液晶層３５０を備える。
【００４５】
第１ナノ電極部３４０は、垂直成長された複数のナノ構造体３４２を備え、第２ナノ電極部３６０は、複数のナノ電極グループＧを備える。複数のナノ電極グループＧそれぞれは、垂直成長された複数のナノ構造体３６１〜３６９で形成される。かかる構成は、指向性が調節されるレンズセルアレイを形成できるように提案される。第１ナノ電極部３４０の複数のナノ構造体３４２と前記第２ナノ電極部３６０の複数のナノ電極グループＧとが１つずつ互いに対応して複数のレンズセルを形成するが、この場合、ナノ電極グループＧに含まれた一部のナノ構造体のみに電圧を印加させて、一方向に傾いた形態の等価レンズ面を形成できる。
【００４６】
第１基板３１０及び第２基板３９０は透光性材料で形成され、第１基板３１０の一面には、ナノ構造体３４２に電圧を印加するための透明電極層３２０が設けられ、第２基板３９０の一面には、ナノ電極グループＧをなすそれぞれのナノ構造体３６１〜３６９に個別的に電圧を印加するためのＴＦＴ層３８０が設けられうる。また、図示されていないが、液晶層３５０の初期配向のための配向膜が設けられうる。
【００４７】
図７に例示的に図示されたように、ナノ電極グループＧは、第１ナノ電極部３４０のナノ構造体３４２のうち１つと一直線に対向して配された中央ナノ構造体３６１と、中央ナノ構造体３６１を周囲で前後左右に取り囲んでいる複数のナノ構造体３６２〜３６９とを備える。ナノ電極グループＧのナノ構造体３６１〜３６９の配列は例示的なものであり、一部のナノ構造体に選択的に電圧を印加することによって、レンズ面の指向性を変えられる様々な配列が採択されうる。
【００４８】
図８Ａないし図８Ｃは、ナノ電極グループＧに印加される電圧によって形成される様々な等価レンズ面を示す。
【００４９】
図８Ａは、第１ナノ電極部３４０のナノ構造体３４２と、これに対向する第２ナノ電極部３６０のナノ電極グループＧのナノ構造体のうち、中央ナノ構造体３６１に電圧が印加された場合である。この場合、電場分布によって形成される等価レンズ面３５５は上下対称な状態なので、第１基板３１０面に垂直の光軸を有する第１基板３１０側から入射される入射光の光軸を変化させない形態となる。
【００５０】
図８Ｂは、第１ナノ電極部３４０のナノ構造体３４２と、これに対向する第２ナノ電極部３６０のナノ電極グループＧのナノ構造体のうち、中央カーボンナノ構造体３６１の左側に設けられたナノ構造体３６２に電圧が印加された場合である。かかる印加電圧構造によって形成された電場分布は、図示されたように、左側に傾いた形態の等価レンズ面３５６を形成する。かかる形態の等価レンズ面３５６は、第１基板３１０面に垂直の光軸を有する入射光を該光軸によりも右に進行するように変化させる指向性を持つ。
【００５１】
図８Ｃは、第１ナノ電極部３４０のナノ構造体３４２と、これに対向する第２ナノ電極部３６０のナノ電極グループＧのナノ構造体のうち、中央ナノ構造体３６１の右側に設けられたナノ構造体３６６に電圧が印加された場合である。かかる印加電圧構造によって形成された電場分布は、図示されたように、右側に傾いた形態の等価レンズ面３５６を形成する。かかる形態の等価レンズ面３５６は、第１基板３１０面に垂直の光軸を有する入射光を該光軸によりも左に進行するように変化させる指向性を持つ。
【００５２】
このように、ナノ電極グループＧをなすナノ構造体の一部を選択して電圧を印加することによって、対応するレンズセルの指向性を調節できる。指向性が左右に変わる場合のみを例示したが、前後やその他の方向に向かうように電圧を印加するナノ電極グループＧのナノ構造体を選択でき、１つまたは複数のナノ構造体を選択することもできる。また、能動レンズ３００に複数のナノ電極グループＧそれぞれをなすナノ構造体に電圧を印加するに当って、対応するレンズセルの指向性が経時的に変わるように制御する制御部が能動レンズ３００にさらに備えられうる。かかる能動レンズは、立体映像ディスプレイ装置に採用されうる。
【００５３】
図９は、実施形態による立体映像ディスプレイ装置６００の概略的な構成を示す。立体映像ディスプレイ装置６００は、ディスプレイパネル４００、能動レンズ１００、制御部５００を備える。
【００５４】
ディスプレイパネル４００は、相異なる視点の複数の映像を経時的に表示する。例えば、ディスプレイパネル４００は、両眼視差を持つ左眼映像と右眼映像とを経時的に表示する。複数の映像は１フレームの映像を形成するように、人間の目の瞬き周期より短い周期で表示されうる。
【００５５】
能動レンズ１００は、第１ナノ電極部１４０が形成された第１基板１１０、第１ナノ電極部１４０と対向する第２ナノ電極部１６０が形成された第２基板１９０、第１基板１１０と第２基板１９０との間に設けられた液晶層１５０を備え、第１ナノ電極部１４０及び第２ナノ電極部１６０に印加される電圧により形成された電場によって、液晶層１５０をなす液晶分子が整列されて屈折力を形成する。第１ナノ電極部１４０及び第２ナノ電極部１６０は、それぞれ複数のナノ構造体１４２、１６２を備える。第１及び第２ナノ電極部１４０、１６０を構成するナノ構造体として、カーボンナノチューブが採用され、または縦横比の高い構造を持ち、導体や半導体材質のナノワイヤーが採用されうる。例えば、Auナノワイヤー、ＺｎＯナノワイヤー、Ｓｉナノワイヤーなどが採用されうる。また、ナノ構造体１４２、１６２は、ナノウォールやフィン形態で形成されてもよい。
【００５６】
制御部５００は、能動レンズ１００の指向性がディスプレイパネル４００の経時的な駆動と同期して複数の映像それぞれに対応する視域に向かって変わるように、第１ナノ電極部１４０及び第２ナノ電極部１６０に印加される電圧を制御する。制御部５００は、それぞれ対向する位置の第１ナノ電極部１４０のナノ構造体１４２と第２ナノ電極部１６０のナノ構造体１６２とに相異なる電圧を印加でき、例えば、図３Ａや図３Ｂで説明したように、第１ナノ電極部１４０及び第２ナノ電極部１６０のナノ構造体１４２、１６２それぞれに、一方向に沿って順次に増大するサイズの電圧を印加できる。また。ディスプレイパネル４００のサブ画素に対応する単位で、かかる電圧分布形態が反復されるように制御できる。
【００５７】
図１０は、図９の立体映像ディスプレイ装置に採用される能動レンズと画素との対応関係を例示的に示し、能動レンズに印加された電圧によって電算摸写された電場分布を示す。図面を参照すれば、第１ナノ電極部１４０及び第２ナノ電極部１６０のナノ構造体１４２、１６２には、一方向に順次増大する形態で電圧が印加され、かかる電圧分布形態は、ディスプレイパネル４００に一般的に採用されるカラーフィルタＣＦのＲ、Ｇ、Ｂサブ画素に対応して反復される。ここで、各サブ画素に対応する領域に含まれるナノ構造体１４２、１６２の数は例示的なものであり、解像度に鑑みて適切に調節されうる。ナノ構造体１４２、１６２に表示されたように電圧が印加される時、これによる電場分布が電気力線Ｅで図示されている。かかる電気力線Ｅによって液晶層１５０をなす液晶分子の配列により、指向性のあるレンズアレイが形成される。Ｒ、Ｇ、Ｂサブ画素それぞれの間にはブラックマトリックスＢＭが形成されていて、指向性レンズの形成に寄与しない形態で電場が分布する領域があるとしても、これが全体的な能動レンズ１００の指向性にほとんど影響を与えない。
【００５８】
図１１Ａ及び図１１Ｂそれぞれは、図９の立体映像ディスプレイ装置６００で、右眼用映像及び左眼用映像がそれぞれ右眼及び左眼に経時的に表示されることを示す。図１０Ａを参照すれば、ディスプレイパネル４００に右眼用映像が表示される時、能動レンズ１００は、ディスプレイパネル４００から入射された右眼用映像を視聴者の右眼Ｒに向かわせる指向性を持つように駆動される。図１０Ｂを参照すれば、ディスプレイパネル４００に左眼用映像が表示される時、能動レンズ３００は、ディスプレイパネル４００から入射された左眼用映像を視聴者の左眼Ｌに向かわせる指向性を持つように駆動される。このように両眼視差を持つ右眼映像と左眼映像とが視聴者の左眼、右眼に分離入射されることによって、視聴者は立体映像を認知する。
【００５９】
前述した立体映像ディスプレイ装置６００は、立体映像を形成する時、例えば、左眼用映像が右眼に向かうか、または右眼用映像が左眼に向かうことを遮断するバリア構造を使用しないため、ディスプレイパネル４００の解像度を低減させずに立体映像の形成が可能である。前記説明で、複数視点の映像として左眼映像と右眼映像とを例示して説明したが、多視点立体映像を具現することと拡張してもよい。すなわち、いろいろな方向の映像情報をディスプレイパネル４００で経時的に表示し、これに同期して能動レンズ１００、３００の指向性を調節することによって多視点立体映像を具現できる。表示される視点映像が該当視域以外に他の視域に向かうことを遮断するバリア構造を使用する場合、視点数の増加によって解像度は急激に低下するが、実施形態の場合、多視点立体映像を具現する場合にも解像度の低減はない。
【００６０】
立体映像ディスプレイ装置６００は、図１のような構造の能動レンズ１００を採用する場合を例示して説明したが、図４のような構造の能動レンズ２００や、図６のような構造の能動レンズ３００を採用してもよい。例えば、図６の能動レンズ３００が採用される場合、制御部５００は、能動レンズ３００の指向性がディスプレイパネル４００の経時的な駆動に同期されて複数の映像それぞれに対応する視域に向かって変わるように、第１ナノ電極部３４０及び第２ナノ電極部３６０に印加される電圧を制御する。例えば、第１ナノ電極部３４０のナノ構造体３４２と、これに対向する第２ナノ電極部３６０のナノ電極グループＧのナノ構造体３６１〜３６６のうち一部とに選択的に電圧を印加することによって、ディスプレイパネル４００の視点映像を該当視域に向かわせて立体映像を形成する。
【００６１】
前記能動レンズは、電界効果の優秀なナノ構造体を電極部として利用して電場を形成し、液晶分子の整列を制御するので、レンズ駆動のための駆動電圧を顕著に低めることができる。
【００６２】
また、複数のナノ構造体を採用してナノ電極部を構成することによって複数のレンズセルアレイが容易に構成され、対向するナノ電極部のナノ構造体を適切に選択して電圧を印加することによって、レンズセルの指向性、屈折力を多様に調節できる。
【００６３】
かかる能動レンズを採用した立体映像ディスプレイ装置は、能動レンズの指向性を経時的に制御することによって、パネル解像度を維持して立体映像を具現できる。
【００６４】
かかる能動レンズ及びこれを採用した立体映像ディスプレイ装置は、理解を助けるために図面に図示された実施形態を参考までに説明されたが、これは例示的なものに過ぎず、当業者ならば、これより様々な変形及び均等な他の実施形態が可能であるという点を理解できるであろう。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲により定められねばならない。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明は、能動レンズ及びこれを採用した立体映像ディスプレイ装置関連の技術分野に好適に用いられる。
【符号の説明】
【００６６】
１００  能動レンズ
１１０  第１基板
１２０、１８０  透明電極層
１４０  第１ナノ電極部
１４２、１６２  ナノ構造体
１５０  液晶層
１６０  第２ナノ電極部
１９０  第２基板
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2011090305.tif 000009
【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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