(57)【要約】 【課題】配向不安定性による３Ｄ画質劣化を抑制して、３Ｄ画質を向上させた液晶レンズ素子を提供する。【解決手段】実施形態にかかる液晶レンズ素子は、第１の透明基板、ストライプ状電極、及びストライプ状電極上に設けられた第１の配向膜を有する第１の積層基板と、第２の透明基板、対向電極、第２の配向膜を有する第２の積層基板と、第１の配向膜と第２の配向膜を介して第１の積層基板と第２の積層基板を対向配置させ、第１の配向膜と第２の配向膜間に狭持された液晶層とを含み、液晶層は、液晶のチルトアップの方向がストライプ状電極の幅を二等分する面を境界として鏡面対称となるように制御されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の透明基板上に設けられたストライプ状電極、
該ストライプ状電極上に設けられた第１の配向膜、
該第１の透明基板に対し、該ストライプ状電極及び該第１の配向膜を介して対向配置された第２の透明基板、
該第２の透明基板と該第１の配向膜との間に設けられた対向電極、
該対向電極と該第１の配向膜との間に設けられた第２の配向膜、及び
該第１及び第２の配向膜間に狭持された液晶層を具備し、
前記液晶層は、電圧の印加時に該配向膜の表面に対する液晶分子の長軸の傾きが前記ストライプ状電極の幅を二等分する面を境界として鏡面対称となるように制御されていることを特徴とする液晶レンズ素子。
【請求項２】
前記第１及び第２の配向膜は、前記ストライプ状電極の幅を二等分する面を境界として鏡面対称となるように配向制御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素子。
【請求項３】
前記第１及び第２の配向膜は、その配向処理方向に液晶のプレチルト角を発現しない材料からなる請求項１に記載の液晶レンズ素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、液晶レンズ素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
外部電場によって光学的パラメータを制御することが可能な液晶素子は、ＴＶ、携帯電話、パーソナルコンピュータ用のフラットパネルディスプレイやその他光学変調素子などの分野で多く用いられている。
【０００３】
また、近年では、コンパクトディスクプレイヤーのピックアップヘッドの光学収差補正用アクティブレンズや、遠近両用アクティブ眼鏡など光学補正用作動型レンズ用途にも広く用いられるようになっている。特に、三次元（３Ｄ）ディスプレイなどにおいては、高精細な文字情報を見るための二次元（２Ｄ）とエンターテイメントや医療データなどの立体的な情報を読み取るための３Ｄを用途によって切り替えることが望まれており、電気光学的な特性を利用した液晶作動型レンズの開発が盛んに行われている。
【０００４】
３Ｄ用作動型レンズ構成としては、シリンドリカルレンズを液晶層の屈折率分布によって電気的に再現するストライプ電極型が一般的である。ストライプ電極型は、平行した２本ないし３本のストライプ電極と液晶を挟んで対向面に位置する対向電極間に所望の電場を印加することで不均一電界を発生させ、この不均一電界の分布に沿った液晶分子の再配列によってシリンドリカルレンズ同等の屈折率分布を再現できる。しかしながら、ストライプ電極型の問題として、特にストライプ電極近傍や電極上に生じる、液晶分子の揺らぎや配向欠陥（ディスクリネーション）などの、光学的な不均一状態の原因となる配向不安定性に起因する３Ｄ画質劣化例えば３Ｄクロストークの発生などが指摘されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−２２４１９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の実施形態は、配向不安定性による３Ｄ画質劣化を抑制して、３Ｄ画質を向上させた液晶レンズ素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施形態によれば、第１の透明基板上に設けられたストライプ状電極、該ストライプ状電極上に設けられた第１の配向膜、該第１の透明基板に対し、該ストライプ状電極及び該第１の配向膜を介して対向配置された第２の透明基板、該第２の透明基板と該第１の配向膜との間に設けられた対向電極、該対向電極と該第１の配向膜との間に設けられた第２の配向膜、及び該第１及び第２の配向膜間に狭持された液晶層を具備し、
前記液晶層は、電圧の印加時に該配向膜の表面に対する液晶分子の長軸の傾きが前記ストライプ状電極の幅を二等分する面を境界として鏡面対称となるように制御されていることを特徴とする液晶レンズ素子が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施形態にかかるストライプ電極型液晶レンズ素子の構成の一例を表す模式図である。
【図２】実施形態にかかる液晶レンズ素子の作動型レンズとしての動作原理を説明するための模式図である。
【図３】再配列状態を説明するための図である。
【図４】実施形態に使用可能なマスクラビング法の一例を説明するための図である。
【図５】実施形態に使用可能なマスクラビング法の一例を説明するための図である。
【図６】図４及び図５に示す配向処理によるプレチルト角を表す模式図である。
【図７】実施形態に使用可能なマスクラビング法の他の一例を説明するための図である。
【図８】実施形態に使用可能なマスクラビング法の他の一例を説明するための図である。
【図９】実施形態にかかるストライプ電極型液晶レンズ素子の構成の他の一例を表す模式図である。
【図１０】プレチルト角を発現しない配向膜材料を用いた配向制御を説明するためのである。
【図１１】図１０をＡ−Ａ’断面方向から見た図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施形態にかかる液晶レンズ素子は、第１の透明基板、第１の透明基板上に設けられたストライプ状電極、及びストライプ状電極上に設けられた第１の配向膜を含む第１の積層基板と、
第２の透明基板、第２の透明基板上に設けられた対向電極、対向電極上に設けられた第２の配向膜を含む第２の積層基板と、
第１の配向膜と第２の配向膜を介して第１の積層基板と第２の積層基板を対向配置させ、第１の配向膜と第２の配向膜間に狭持された液晶層とを含み、
液晶層は、液晶のチルトアップの方向が前記ストライプ状電極の幅を二等分する面を境界として鏡面対称となるように制御されている。
【００１０】
実施形態によれば、少なくとも一方の基板上にストライプ状電極が付与された二枚の透明基板と、二枚の透明基板によって狭持された液晶層によって構成される作動型液晶レンズ素子において、ストライプ状電極の幅を二等分する位置を境界として鏡面対称となるように上下基板上の液晶分子のプレチルトが予め配向制御されていることで、ストライプ電極近傍、およびストライプ電極上に生じる配向揺らぎや配向欠陥を抑えることができる。
【００１１】
以下、図面を参照し、実施形態をより詳細に説明する。
【００１２】
図１は、実施形態にかかるストライプ電極型液晶レンズ素子の構成の一例を表す模式図を示す。
【００１３】
透明基板１上には透明導電膜によって形成されたストライプ電極２，３が所望のスペース間隔Ｄをたもって平行に配置されている。ストライプ電極幅Ｌおよびスペース間隔Ｄはレンズの光学的特性により適宜設計変更可能なパラメータである。透明基板１と対向配置された透明基板５上の液晶層４側の面には連続する透明導電膜によって対向電極６が形成されている。透明基板１にはストライプ電極２，３を介して第１の配向膜層７が，透明基板５上には対向電極６を介して、第２の配向膜層８が、各々設けられている。第１の配向膜及び第２の配向膜表面は、液晶分子９のチルトアップの方向がストライプ状電２，３極の幅を二等分する面Ｓ１，Ｓ２を境界として鏡面対称となるように特定方向へのラビング配向処理などが施されている。透明基板１，５間は図示されないスペーサーによって一定の厚みに保たれており、同空間に液晶材料を充填することで作動型液晶レンズを構成している。
【００１４】
図２に、実施形態にかかる液晶レンズ素子の作動型レンズとしての動作原理を説明するための模式図を示す。
【００１５】
ストライプ電極２、３と対向電極６の間に電圧を印加することで不均一電界を形成する。この不均一電界によって、図２に示すように、セル厚み方向の液晶分子９の再配列が生じることで、面内方向での屈折率分布が発生し、レンズ効果が得られる。
【００１６】
図３は、ストライプ電極近傍の液晶分子の電場による再配列状態を説明するための図である。
【００１７】
透明基板１上では、ストライプ電極２上およびその前後の配向膜７は、例えばラビング処理により、ストライプ電極２の幅の中心面Ｓ１を境界として液晶分子９のチルトの立ち上がり方向が鏡面対称となる矢印３３及び矢印３４の方向に各々制御され、プレチルト角４３，４４が発現している。
【００１８】
一方、対向する透明基板５側の配向膜６は、ストライプ電極２上のチルトの立ち上がり方向と一致するよう、矢印３３とは反対の矢印３１方向に、及び矢印３４とは反対の矢印３２方向に、ラビング処理が施される。
【００１９】
配向制御方法としては、複数回ラビングを行うマスクラビング法や、光学マスクを用いて部分的に配向方向を異ならせる光配向処理方法などが挙げられる。
【００２０】
図４及び図５に、実施形態に使用可能なマスクラビング法の一例を説明するための図を示す。
【００２１】
図４に示すように、薄い金属薄膜マスク５１を用いて、ストライプ電極幅の中心面Ｓ１を境に左側にマスクを設け、ラビングローラ３４を用いて右側の配向膜７を右方向３４にラビングする工程と、図５に示すように、薄い金属薄膜マスク５２を用いて、ストライプ電極幅の中心面Ｓ１を境に右側にマスクを設け、左側の配向膜７を左方向３３にラビングする工程を別々に施すことにより配向処理を行う方法を用いることができる。
【００２２】
パターンの精細度が高い場合には配向膜上にレジストパターンを形成して、これをマスクとしてラビング処理する方法などが有効である。
【００２３】
図６に、図４及び図５に示す配向処理によるプレチルト角を表す模式図を示す。
【００２４】
このようなラビング処理を行った配向膜７上に、図６に示すようにプレチルト角が発現し、液晶分子のチルトアップの方向がストライプ状電極の幅を二等分する面Ｓ１を境界として鏡面対称となる。
【００２５】
また、光配向処理を用いると非接触に配向処理方向を変えることが可能となるため、レンズ用液晶セルの配向均一性が向上し、高精細で性能の良いレンズを提供することが可能となる。
【００２６】
あるいは、配向安定性を増すために、前記マスクラビング法と光配向法を組み合わせて用いることもレンズ性能を改善する上では有効である。
【００２７】
図７および図８に、実施形態に使用可能なマスクラビング法の他の一例を説明するための図を示す。
【００２８】
図示するように、このマスクラビング法ではラビング処理を施す代わりに、右側の配向膜７を左方向３４に配向させるＵＶ偏光３８、及び左側の配向膜７を右方向３３に配向させるＵＶ偏光３９による光配向処理を施すこと以外は、図４及び図５と同様にして配向処理を行うことができる。これにより、図６と同様のプレチルト角が発現し、液晶分子のチルトアップの方向がストライプ状電極の幅を二等分する面Ｓ１を境界として鏡面対称となる。
【００２９】
さらに、上述のように配向膜の配向を直接制御する方法以外に、プレチルト角を発現しない配向膜材料を用いて液晶分子の配向を制御する方法がある。
【００３０】
図９に、実施形態にかかるストライプ電極型液晶レンズ素子の構成の他の一例を表す模式図を示す。
【００３１】
図１０に、プレチルト角を発現しない配向膜材料を用いた配向制御を説明するための図を示す
また、図１１に、図１０をＡ−Ａ’断面方向から見た図を示す。
【００３２】
図１０に示すように、このストライプ電極型液晶レンズ素子２０は、第１の配向膜及び第２の配向膜としてプレチルト角を発現しない配向膜材料を用いること、及びこれにより液晶分子の方向がラビング方向と同様にならないこと以外は、図１ないし図３に記載のストライプ電極型液晶レンズ素子１０と同様の構成を有する。
【００３３】
同構成によれば、一定方向へのラビング処理による配向制御においても、特定方向へのプレチルトを発現しないため、不均一電界による電気力線方向で決まる液晶分子の立ち上がり方向のみが有効に作用し、ストライプ電極近傍における配向処理起因のプレチルト方向と不均一電界起因の立ち上がり方向の不整合が生じないため、配向不安定性やディスクリネーションなどの配向欠陥によるレンズ性能の低下を引き起こしにくくなる。
【００３４】
プレチルト角を発現しない配向膜材料としては、ラビング方向と直交する方向に液晶分子長軸が配向する特性を持つようなポリスチレン、ポリクロルスチレン、ポリブロモスチレン、ビニルピリジンなど高分子側鎖にベンゼン環や液晶分子とのインタラクションを有する分極構造を持つ高分子材料を用いることができる。
【００３５】
実施形態によれば、少なくとも一方の基板上にストライプ状の透明導電膜が付与された二枚の透明基板と、同二枚の透明基板によって狭持された液晶層によって構成される作動型液晶レンズ素子において、ストライプ状電極幅を二等分する位置を境界として鏡面対称となるように上下基板上の液晶分子のプレチルトを予め配向制御することにより、ストライプ電極型の作動型液晶レンズの部材構成を変更することなく、３Ｄ画質の低下や３Ｄクロストークが少ない、２Ｄ／３Ｄの切り替えが可能な液晶レンズを提供することが出来る。
【００３６】
実施例１
透明ストライプ電極構造を持つ基板Ａと、透明ベタ電極を持つ基板Ｂの電極面に、各々、配向膜用ポリイミド膜を成膜した。第一の薄板メタルマスクを基板Ａと基板Ｂの所定位置に各々適用し、第一のラビング方向に配向処理を施したのち、第二の薄板メタルマスクを基板Ａと基板Ｂの所定位置に適用してから、第一のラビング方向とは鏡面対称となる第二のラビング方向に配向処理を行った。所望の液晶層厚となるよう、基板Ａ，Ｂ間にスペーサー用ビーズを散布した後に基板Ａ、Ｂを樹脂接着剤を介して貼り合せることで、液晶レンズ素子用セルを構成した。二枚の基板によって形成された空間に、液晶材料を充填し作動型液晶レンズ素子を作成した。ストライプ電極と対向ベタ電極間に電圧を印加しレンズ素子の動作を確認したところストライプ電極上に線幅５μｍのディスクリネーションが安定的に発生し、クロストークの少ない３Ｄ画像を確認することが出来た。
【００３７】
なお、ディスクリネーションは、偏光顕微鏡観察により、確認した。また、クロストークは、３Ｄ画像の目視評価により、確認した。
【００３８】
実施例２
透明ストライプ電極構造を持つ基板Ａと、透明ベタ電極を持つ基板Ｂの電極面に、各々、プレチルトが発生しない配向膜用ポリスチレン膜を成膜した。ストライプ電極と平行方向になるよう基板Ａ、Ｂの配向膜面にラビング処理を施した。所望の液晶層厚となるよう、基板Ａ，Ｂ間にスペーサー用ビーズを散布した後に基板Ａ、Ｂを樹脂接着剤を介して貼り合せることで、液晶レンズ素子用セルを構成した。二枚の基板によって形成された空間に、液晶材料を常法によって充填し作動型液晶レンズ素子を作成した。ストライプ電極と対向ベタ電極間に電圧を印加しレンズ素子の動作を確認したところストライプ電極エッジ部の漏れ電界に沿って液晶分子のプレチルトが形成され、ストライプ電極上はほぼ電気力線に沿った垂直配向状態が形成されることが確認できた。なお、液晶分子のプレチルトの向きは、偏光顕微鏡でのコノスコープ像観察により、確認した。
【００３９】
比較例１
透明ストライプ電極構造を持つ基板Ａと、透明ベタ電極を持つ基板Ｂの電極面に、各々、配向膜用ポリイミド膜を成膜した。ストライプ電極と直交する方向に液晶分子が並ぶ用基板Ａ、Ｂ上の配向膜面を一定方向にラビング処理した。所望の液晶層厚となるよう、基板Ａ，Ｂ間にスペーサー用ビーズを散布した後に基板Ａ、Ｂを樹脂接着剤を介して貼り合せることで、液晶レンズ素子用セルを構成した。二枚の基板によって形成された空間には、液晶材料を充填し、作動型液晶レンズ素子を作成した。ストライプ電極と対向ベタ電極間に電圧を印加しレンズ素子の動作を確認したところ、ストライプ電極の一方の端に配向揺らぎを伴う光学欠陥が発生し、印加電圧を上昇させるに従いストライプ電極中央に配向揺らぎが連続的に移動する様子が確認された。また、この配向揺らぎを伴う配向欠陥によってクロストークが顕在化した３Ｄ画像となった。
【００４０】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００４１】
１…第１の透明基板、２，３…ストライプ状電極、４…液晶層、５…第２の透明基板、６…対向電極、７…第１の配向膜、８…第２の配向膜、９…液晶分子、１０…液晶レンズ素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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