JP4788301B2

JP4788301B2 - 表示装置およびカメラ

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Publication number: JP4788301B2
Application number: JP2005325074A
Authority: JP
Inventors: 裕之小石
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2005-11-09
Filing date: 2005-11-09
Publication date: 2011-10-05
Anticipated expiration: 2025-11-09
Also published as: JP2007133088A

Description

本発明は、高分子分散型液晶を用いた回折型の表示装置、および、その表示装置をファインダー内表示に用いたカメラに関する。

従来、高分子分散液晶を使用した液晶表示装置を、カメラのファインダ内表示素子に用いる技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。この液晶表示装置にはポリマーネットワーク型液晶（Polymer Network Liquid Crystal：以下ではＰＤＬＣと記す）が用いられており、表示すべき標識と同一形状に形成された標識用透明電極への印加電圧をオン、オフすることにより、標識の表示（オフ状態時）および非表示（オン状態時）の切り替えを行わせるようにしている。

上述した液晶表示装置では、標識用透明電極および標識周辺を透明状態とするための周辺用透明電極が設けられる層と配線パターンの層とを別にした２層構造を有し、さらに、配線パターンの上方を覆うように周辺用透明電極を配置している。標識用透明電極および周辺用透明電極を有する層と配線パターンの層との間には絶縁層が設けられ、配線パターンと標識用透明電極との接続は絶縁層に設けられたスルーホールを介して行われる。

特開２００１−１２５０８６号公報

しかしながら、上述した従来の表示装置では周辺用透明電極と標識用透明電極とが同一層に設けられているため、隣接する両電極間に隙間を設ける必要があった。そのため、隙間の部分の液晶により光が分散され、標識が非表示状態であっても、隙間の部分で分散された光が見えてしまうという不都合があった。

請求項１の発明は、表示される標識に応じた形状の標識用電極および前記標識用電極と接続された配線用電極から成る第１の電極が形成された基板を含む一対の基板を、前記第１の電極が形成された電極形成面が他方の基板面に対向するように配置し、その一対の基板間に高分子分散型液晶を挟持するように設けた表示装置において、前記電極形成面の、前記標識用電極が形成された領域を除く残余の領域に形成された電気的絶縁層と、前記電気的絶縁層の上に、前記残余の領域に対応した領域に形成された第２の電極とを設け、前記高分子分散型液晶は、液晶を含む屈折率異方性領域と屈折率等方性領域とを連続して配置した回折表示部と、屈折率異方性領域から成る非表示部とを有するポリマー分散型液晶であって、前記回折表示部は前記標識用電極に対応する位置に設けられ、前記非表示部は前記第２の透明電極と対応する位置に設けられていることを特徴とする。
請求項２の発明は、請求項１に記載の表示装置において、電気的絶縁層の厚さは、第１の電極の厚さよりも厚いことを特徴とする。
請求項３の発明は、請求項２に記載の表示装置において、第２の電極は標識用電極と接触しないことを特徴とする。
請求項４の発明は、表示される標識に応じた形状の標識用電極および前記標識用電極と接続された配線用電極から成る第１の電極が形成された基板を含む一対の基板と、前記第１の電極が形成された電極形成面が他方の基板面に対向するように配置し、その一対の基板間に配設された高分子分散型液晶と、前記電極形成面の前記標識用電極が形成された領域を除く残余の領域に形成された電気的絶縁層と、前記電気的絶縁層の上に、前記残余の領域に対応した領域に形成された第２の電極とを有する表示手段と、前記表示手段に照明光を入射する照明手段と、前記照明手段からの光を直線偏光に変換する偏光手段と、を設け、前記高分子分散型液晶は、液晶を含む屈折率異方性領域と屈折率等方性領域とを連続して配置した回折表示部と、屈折率異方性領域から成る非表示部とを有するポリマー分散型液晶であって、前記回折表示部は前記標識用電極に対応する位置に設けられ、前記非表示部は前記第２の透明電極と対応する位置に設けられ、前記回折表示部で回折された前記照明光を、ファインダ内表示光としてファインダ接眼部へと導くファインダ光学系とを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、電極形成面の、標識用電極が形成された領域を除く残余の領域に、電気的絶縁層を形成するとともに、その電気的絶縁層の上に第２の電極を形成したので、基板面に平行な方向に関して接するような形態で、標識用電極と第２の電極とを配置することができる。その結果、非表示状態において不要な表示光が生じるのを防止することができる。

以下、図を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。図１は本発明の一実施の形態を示す図であり、本発明による表示装置をファインダ内表示に利用したカメラの概略構成を示したものである。カメラボディ１には、撮影レンズ２を備えるレンズ鏡筒３が交換可能に装着されている。４は記録媒体として設けられたフィルムである。図１では銀塩フィルムを用いる一眼レフカメラを例に示したが、例えば、一眼レフ方式のデジタルカメラであれば、記録媒体としてＣＣＤやＣＭＯＳ等の撮像素子が用いられる。

撮影レンズ２とフィルム４との間には、被写体光をファインダ光学系へと反射するクイックリターンミラー５が配設されている。なお、図示していないが、フィルム４とクイックリターンミラー５との間にはシャッタが設けられている。フィルム４の感光材料面と光学的に等価な位置には、ファインダスクリーン６が配置されている。クイックリターンミラー５に反射された被写体１１からの被写体光は、ファインダスクリーン６上に結像する。ファインダスクリーン６上に結像された被写体像は、ペンタプリズム７および接眼レンズ８を介してファインダ接眼部１４から観察することができる。なお、撮影の際にはクイックリターンミラー５が被写体光の光路上から光路外へと移動され、フィルム４上に被写体像が結像される。

また、カメラボディ１内には、ファインダ内表示装置としての回折光学素子９がファインダスクリーン６に隣接して配置されている。回折光学素子９の側方には、回折光学素子９を照明するための光源１０が配置されている。この光源１０にはＬＥＤ等が用いられる。光源１０と回折光学素子９との間には、光源１０からの光を直線偏光に変換する偏光変換素子である偏光板１２が配設されている。光源１０から出射された光は偏光板１２で直線偏光に変換され、側面から回折光学素子９内に入射する。

後述するように回折光学素子９は屈折率型回折格子を用いた回折表示部を有しており、回折光学素子９内に入射した光は、屈折率型回折格子によってペンタプリズム７方向へ回折される。駆動回路１３により回折光学素子９を駆動制御することにより、ファインダ視野内に所定の標識を表示するための表示光が、回折光学素子９の回折表示部から回折光として出射される。回折光学素子９から出射された表示光はペンタプリズム７によって反射され、接眼レンズ８を介してファインダ接眼部１４へと導かれる。その結果、ファインダ接眼部１４を覗いている撮影者は、被写体像に重ねて表示される標識をファインダ視野内に観察することができる。

［回折光学素子９の構造説明］
図２は回折光学素子９の断面構造を模式的に示したものである。２０，２１は、所定の間隔で設けられたガラス基板である。各ガラス基板２０，２１の対向する面には表示用の透明電極２２，２３がＩＴＯ（スズドープ酸化インジウム）等の透明導電膜によりそれぞれ形成されている。透明電極２２，２３は同一形状に形成されており、表示される標識（文字や図形）形態に応じた形状を有している。透明電極２２，２３は後述する配線パターンを介して駆動回路１３に接続されており、この駆動回路１３により透明電極２２，２３に印加される電圧が制御される。なお、本実施の形態では、ガラス基板２０，２１の両方に同一形状の透明電極２２，２３を形成したが、いずれか一方の透明電極をガラス基板表面全体に形成されるべたパターンとしても良い。

一対のガラス基板２０，２１の間には、液晶と高分子ポリマーとから成るポリマー分散型液晶部材２４が設けられている。液晶部材２４は、第１の電極である表示用の透明電極２２，２３が対向する領域に形成された回折表示部２４Ｂと、それ以外の非表示部２４Ａとから成る。ガラス基板２０，２１の間の周辺部分には、シール材２６が配設されている。

回折表示部２４Ｂは液晶ホログラムとなっている部分であり、屈折率等方性領域層２４１と屈折率異方性領域層２４２とが、回折光学素子９の面に沿うように照明光の進行方向に交互に繰り返される縞状の多層構造を形成している。屈折率等方性領域層２４１は高分子ポリマーから成り、屈折率異方性領域層２４２では高分子ポリマー中に屈折率異方性材料である液晶が液滴状に分散している。

このような屈折率型の回折光学素子９を作成する方法について説明する。まず、高分子ポリマーの材料である光重合性モノマーと液晶分子とを混合し、その混合物を一対のガラス基板２０，２１の隙間に封入する。上述したシール材２６は、このときの封止材として設けられたものである。

次に、レーザー光により作り出された干渉縞２５内にこの液晶セルを配置すると、干渉縞明部２５１でモノマーが硬化してポリマー化する。このモノマー硬化により、干渉縞明部２５１の液晶分子が干渉縞暗部２５２領域に押し出された形となり、干渉縞明部２５１において光重合したポリマーから成る屈折率等方性領域層２４１が形成される。その際に、非表示部２４Ａに干渉縞２５が形成されないようにガラス基板２０，２１にマスクを形成する。

一方、干渉縞暗部２５２では、干渉縞明部２５１におけるポリマー形成のためにもモノマーが消費されるため、結果的に液晶を多く含んだ層となる。その後、残存モノマーをポリマー化することにより、屈折率異方性領域層２４２および非表示部２４Ａは、高分子ポリマー中に液晶の液滴が分散固定された構造となる。その結果、回折表示部２４Ｂにおいては、屈折率等方性領域層２４１と屈折率異方性領域層２４２との周期的層構造である屈折率型回折格子（液晶ホログラム）が形成される。

次に、回折光学素子９の電極構造につて説明する。図３は標識用透明電極の一例を示したものであり、焦点検出エリアの電極パターンを示している。３１ａ，３２ａは標識用電極パターンを示しており、３１ｂ、３２ｂは各標識用電極パターン３１ａ，３２ａに対する配線用電極パターンを示している。これらのパターン３１ａ，３１ｂ，３２ａ，３２ｂは、図２に示した透明電極２２，２３に対応するものであり、各ガラス基板２０，２１にはパターン３１ａ〜３２ｂがそれぞれ形成されている。ファインダ視野内には、標識用電極パターン３１ａ，３２ａと同一形状の標識（焦点検出エリア）が表示される。

図４は、図３のＡ−Ａ断面を示したものである。ガラス基板２０，２１に形成された配線パターン３１ｂ上、および、ガラス基板２０，２１のパターン３１ａ〜３２ｂが形成されていない領域には絶縁層３３が形成されている。絶縁層３３にはアクリル系材料等が用いられる。さらに、絶縁層３３上には第２の電極を構成する周辺電極パターン３４が形成されている。

回折表示部２４Ｂには、上述したように屈折率等方性領域層２４１と屈折率異方性領域層２４２とが基板平行方向に沿って交互に配設されている。図５は、絶縁層３３および周辺電極パターン３４の形状を説明する図である。図５（ａ）は、ガラス基板２１上に形成された標識用電極パターン３１ａと配線用電極パターン３１ｂとを示す図であり、配線用電極パターン３１ｂは標識用電極パターン３１ａからガラス基板２１の右端まで細長く形成されている。

図５（ｂ）は、図５（ａ）に示すガラス基板２１の電極形成面上に形成される絶縁層３３を示す図である。絶縁層３３には標識用電極パターン３１ａの形状と同一形状の貫通孔３３ａが形成されており、この貫通孔３３ａは標識用電極パターン３１ａ上に重なるように形成される。図５（ｃ）は、絶縁層３３上に形成される周辺電極パターン３４を示す図であり、絶縁層３３の貫通孔３３ａと同一形状の貫通孔３４ａが形成されている。周辺電極パターン３４は、絶縁層３３の貫通孔３３ａに貫通孔３４ａが重なるように形成される。

その結果、図４に示すように、配線用電極パターン３３上には絶縁層３３を介して周辺電極パターン３４が配設される。ポリマー分散型液晶部材２４の非表示部２４Ａに対応する位置に周辺電極パターン３４が設けられ、ポリマー分散型液晶部材２４の回折表示部２４Ｂに対応する位置に標識用電極パターン３１ａが設けられる。反対側のガラス基板２０に関しても、ガラス基板２１と同様の構成となっている。なお、絶縁層３３の厚さは標識用電極パターン３１ａの膜厚よりも厚く設定されているので、絶縁層３３上の周辺電極パターン３４と標識用電極パターン３１ａとが接触することはない。

［回折光学素子９の動作説明］
図４に示すように、屈折率異方性領域層２４２には液晶分子を含む液晶液滴２４３が多数分散しており、また、屈折率異方性領域層２４２に比べて密度は低いが、屈折率等方性領域層２４１にも液晶液滴２４３が多数分散している。液晶液滴２４３内では、液晶分子同士は同じ方向を向いているので同じ屈折率を有している。

液晶液滴２４３が多数存在する屈折率異方性領域層２４２は、液晶液滴２４３の屈折率が支配的となる。屈折率異方性領域層２４２の平均屈折率ｎ_ＬＣは液晶液滴２４３の光軸方向に依存し、その方向は、高分子ポリマー層の壁に囲まれていることや、光重合時のレーザー光により液晶部分とポリマー部分とに相分離していることや、その他の物理的要因により、ほとんどの液晶液滴２４３に関して液晶分子がガラス基板面と平行な方向に向いている。また、屈折率等方性領域層２４１では高分子ポリマーの屈折率が支配的であり、この領域の平均屈折率ｎ_ＰＬＹＭは高分子ポリマーの屈折率に依存する。高分子ポリマーの屈折率は屈折率等方性領域層２４１内で等方的である。

（焦点検出エリアを表示しない場合：図６（ａ）参照）
回折光学素子９に焦点検出エリアを表示しない場合には、標識用電極パターン３１ａおよび周辺電極パターン３４の両方に電圧を印加する。屈折率等方性領域層２４１および屈折率異方性領域層２４２内には基板垂直方向の電界が形成され、図６（ａ）に示すように、液晶液滴２４３内の液晶分子は光学軸方向を強制的に基板垂直方向に向けさせられる。その結果、基板側面から入射した照明光から見ると、散在する液晶液滴２４３の屈折率と高分子ポリマーの屈折率とがほぼ等しくなり、照明光は屈折率等方性領域層２４１および屈折率異方性領域層２４２を透過して反対側の側面から出射する。そのため、図７（ａ）に示すように、ファインダー視野内に焦点検出エリアが観察されることはない。なお、図７（ａ）では、焦点検出エリアの輪郭を点線５０で示すことにより、焦点検出エリアが観察されないことを表現した。

（焦点検出エリアを表示する場合：図６（ｂ）参照）
一方、焦点検出エリアを表示する場合、周辺電極パターン３４の印加電圧はオンとするが、標識用電極パターン３１ａの印加電圧はオフとする。標識用電極パターン３１ａの印加電圧がオフとされると、屈折率異方性領域層２４２の平均屈折率ｎ_ＬＣと屈折率等方性領域層２４１の平均屈折率ｎ_ＰＬＹＭとは「ｎ_ＬＣ≠ｎ_ＰＬＹＭ」となり、これらの層はブラッグ回折格子を形成する。図６（ｂ）に示すように回折表示部２４Ｂの層構造は回折光を、図示上方（図１のペンタプリズム７方向）に回折するように構成されている。その結果、図７（ｂ）に示すように、焦点検出エリア５１がファインダー視野内に観察されることになる。

なお、光源１０と回折光学素子９との間に配設された偏光板１２は、偏光方向が回折光学素子９の基板厚さ方向に一致するＰ偏光光のみを透過させ、それ以外の偏光光を吸収する光学素子として機能するものである。回折光学素子９内に形成された回折表示部２４Ｂは、偏光板１２を透過したＰ偏光光のみを回折し、他の偏光光に対しては散乱させるだけで回折格子として作用しない。そのため、偏光板１２によりＰ偏光以外の偏光を吸収することで、回折光学素子９の回折表示部における散乱成分を減らすことができ、表示のコントラスト向上を図ることができる。

上述したように、本実施の形態の表示装置では、図４，５に示したように、配線パターン３１ｂに重なるような形で周辺電極パターン３４を設けているので、配線パターン３１ｂ（印加電圧オフ状態）の部分が表示されることがない。さらに、標識用電極パターン３１ａの周囲を囲むように絶縁層３３を設け、その絶縁層３３上に周辺電極パターン３４を形成するようにしたので、回折光学素子９をガラス基板２０，２１に垂直な方向から見た場合に、周辺電極パターン３４と標識用電極パターン３１ａとの境界に隙間が形成されないように構成することができる。

一方、上述した特開２００１−１２５０８６号公報に記載の技術を用いた場合、標識用電極パターンと周辺電極パターンとを同一層に形成するようにしているので、標識用電極パターンと周辺電極パターンとの間に隙間を形成する必要があった。すなわち、図８（ａ）に示すように、基板２１上には配線用電極パターン５２のみが形成され、その配線用電極パターン５２上に、図８（ｂ）に示すようなコンタクトホール５３ａが形成された絶縁層５３が形成される。

さらに、絶縁層５３の上に、図８（ｃ）に示すような周辺電極パターン５４，標識用電極パターン５５が形成される。周辺電極パターン５４と標識用電極パターン５５との間には、隙間５６が形成される。そのため、周辺電極パターン５４および標識用電極パターン５５に電圧を印加して非表示状態とした時に、隙間５６の部分が表示として見えてしまうことになる。

一方、本実施の形態では、上述したように、回折光学素子９をガラス基板２０，２１に垂直な方向から見た場合に、周辺電極パターン３４と標識用電極パターン３１ａとの境界に隙間が形成されないように構成することができるので、非表示状態時に標識を囲むような形状の表示が生じることはない。

上述した実施の形態では、回折光学素子９に使用される液晶部材２４としてポリマー分散型液晶を例に説明したが、ポリマー分散型液晶に限らずポリマーネットワーク型液晶のような他の高分子分散型液晶を用いても良い。また、回折光学素子９はカメラのファインダ内表示装置に限らず、様々な表示装置として用いることができる。なお、本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではない。

本発明による表示装置をファインダ内表示に利用したカメラの概略構成を示す図である。回折光学素子９の断面構造のを模式図である。標識用透明電極の一例を示す図である。図３のＡ−Ａ断面を示したものである。絶縁層３３および周辺電極パターン３４の形状を説明する図であり、（ａ）はパターン３１ａ，３１ｂを、（ｂ）は絶縁層３３を、（ｃ）は周辺電極パターン３４をそれぞれ示す図である。回折光学素子９の動作を説明する図であり、（ａ）は非表示状態を示し、（ｂ）は表示状態を示す。ファインダー内の表示形態を説明する図であり、（ａ）は非表示状態を示し、（ｂ）は表示状態を示す。比較例を説明する図であり、（ａ）は配線用電極パターン５２を、（ｂ）は絶縁層５３を、（ｃ）は電極パターン５４，５５をそれぞれ示す。

符号の説明

１：カメラボディ２：撮影レンズ
６：ファインダスクリーン７：ペンタプリズム
８：接眼レンズ９：回折光学素子
１０：光源１２：偏光板
１３：駆動回路１４：ファインダ接眼部
２０，２１：ガラス基板２２，２３：透明電極
２４：液晶部材２４Ａ：非表示部
２４Ｂ：回折表示部
３１ａ，３２ａ，５５：標識用電極パターン
３１ｂ，３２ｂ，５２：配線用電極パターン
３３：絶縁層３４，５４：周辺電極パターン
２４１：屈折率等方性領域層２４２：屈折率異方性領域層

Claims

表示される標識に応じた形状の標識用電極および前記標識用電極と接続された配線用電極から成る第１の電極が形成された基板を含む一対の基板を、前記第１の電極が形成された電極形成面が他方の基板面に対向するように配置し、その一対の基板間に高分子分散型液晶を挟持するように設けた表示装置において、
前記電極形成面の、前記標識用電極が形成された領域を除く残余の領域に形成された電気的絶縁層と、
前記電気的絶縁層の上に、前記残余の領域に対応した領域に形成された第２の電極とを設け、
前記高分子分散型液晶は、液晶を含む屈折率異方性領域と屈折率等方性領域とを連続して配置した回折表示部と、屈折率異方性領域から成る非表示部とを有するポリマー分散型液晶であって、前記回折表示部は前記標識用電極に対応する位置に設けられ、前記非表示部は前記第２の透明電極と対応する位置に設けられていることを特徴とする表示装置。
請求項１に記載の表示装置において、
前記電気的絶縁層の厚さは、前記第１の電極の厚さよりも厚いことを特徴とする表示装置。
請求項２に記載の表示装置において、
前記第２の電極は前記標識用電極と接触しないことを特徴とする表示装置。
表示される標識に応じた形状の標識用電極および前記標識用電極と接続された配線用電極から成る第１の電極が形成された基板を含む一対の基板と、前記第１の電極が形成された電極形成面が他方の基板面に対向するように配置し、その一対の基板間に配設された高分子分散型液晶と、前記電極形成面の前記標識用電極が形成された領域を除く残余の領域に形成された電気的絶縁層と、前記電気的絶縁層の上に、前記残余の領域に対応した領域に形成された第２の電極とを有する表示手段と、
前記表示手段に照明光を入射する照明手段と、
前記照明手段からの光を直線偏光に変換する偏光手段と、を設け、
前記高分子分散型液晶は、液晶を含む屈折率異方性領域と屈折率等方性領域とを連続して配置した回折表示部と、屈折率異方性領域から成る非表示部とを有するポリマー分散型液晶であって、前記回折表示部は前記標識用電極に対応する位置に設けられ、前記非表示部は前記第２の透明電極と対応する位置に設けられ、前記回折表示部で回折された前記照明光を、ファインダ内表示光としてファインダ接眼部へと導くファインダ光学系とを備えたことを特徴とするカメラ。