(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１基板部であって、
第１主面を有する第１基板と、
前記第１主面上に設けられ第１方向に延びる複数の第１電極と、
前記第１主面上において、前記複数の第１電極どうしの間のそれぞれに設けられた複数の電極対であって、前記複数の電極対のそれぞれは、
前記第１方向に延びる第２電極と、
前記第１方向に延びる第３電極と、
を含み、前記第２電極は、前記第３電極と重なる第１重畳部分と重ならない第１非重畳部分とを有し、前記第３電極は、前記第２電極と重なる第２重畳部分と重ならない第２非重畳部分とを有する複数の電極対と、
前記第２電極と前記第３電極との間に設けられた絶縁層と、
を含む第１基板部と、
第２基板部であって、
前記第１主面と対向する第２主面を有する第２基板と、
前記第２主面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、
前記第１〜第３電極及び前記対向電極に電気的に接続された駆動部と、
を備え、
前記複数の電極対は、最近接の２つの前記第１電極の間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電極のうちの一方の電極と、の間の第１領域に複数配置され、前記第１領域に配置される前記複数の電極対のうちの１つの第１電極対のと、前記第１電極対と前記一方の前記電極との間に配置され前記第１電極対に最近接の第２電極対のと、の間の第１距離は、
前記第１電極対と、前記中心軸と、の間の距離よりも短く、
前記駆動部が動作を実施したときに、前記第１領域における前記液晶層における屈折率の分布は、前記第１方向と直交する第２方向に沿って交互に並ぶ複数の極小点と複数の極大点とを有し、
前記複数の極小点のうちの１つの極小点と、前記１つの極小点と前記一方の電極の位置との間において前記１つの極小点と隣接する前記極大点と、を結ぶ直線の傾きの絶対値を屈折率上昇率としたとき、
前記複数の極小点のうちの１つである第１極小点の前記屈折率上昇率は、前記複数の極小点のうちで前記第１極小点よりも前記中心軸から遠い第２極小点の前記屈折率上昇率よりも高い液晶光学素子。
【請求項２】
前記第１距離は、前記第１領域に配置され前記第１電極対と前記一方の前記電極との間に配置された第３電極対の位置と、前記第３電極対と前記一方の前記電極との間に配置され前記第３電極対に最近接の第４電極対の位置と、の間の第２距離よりも長い請求項１記載の液晶光学素子。
【請求項３】
前記平面に射影したときに前記複数の電極対どうしは、互いに離間している請求項１または２に記載の液晶光学素子。
【請求項４】
前記第１領域に配置される前記複数の電極対のそれぞれに含まれる前記第１非重畳部分の前記第２方向に沿った長さは、前記中心軸から前記一方の前記電極に向かう方向に沿って増大する請求項１〜３のいずれか１つに記載の液晶光学素子。
【請求項５】
前記第１領域に配置される前記複数の電極対のそれぞれに含まれる前記第２非重畳部分の前記第２方向に沿った長さは、前記中心軸から前記一方の前記電極に向かう方向に沿って増大する請求項１〜４のいずれか１つに記載の液晶光学素子。
【請求項６】
前記第１領域に配置される前記複数の電極対のそれぞれに含まれる前記第１重畳部分の前記第２方向に沿った長さは、前記中心軸から前記一方の前記電極に向かう方向に沿って増大する請求項１〜５のいずれか１つに記載の液晶光学素子。
【請求項７】
前記第１領域に含まれる前記複数の電極対のそれぞれにおいて、前記第１重畳部分が前記第２重畳部分と前記液晶層との間に配置され、前記第２非重畳部分と前記中心軸との距離が、前記第１非重畳部分と前記中心軸との距離よりも長いときは、前記駆動部は、前記第３電極と前記対向電極との間の第３電圧の絶対値よりも大きい絶対値を有する第１電圧を前記第１電極と前記対向電極との間に印加し、前記第３電圧の前記絶対値よりも大きい絶対値を有する第２電圧を前記第２電極と前記対向電極との間に印加し、
前記第１領域に含まれる前記複数の電極対のそれぞれにおいて、前記第１重畳部分が前記第２重畳部分と前記液晶層との間に配置され、前記第２非重畳部分と前記中心軸との距離が、前記第１非重畳部分と前記中心軸との距離よりも短いときは、前記駆動部は、前記第２電極と前記対向電極との間の第４電圧の絶対値よりも大きい絶対値を有する第５電圧を前記第１電極と前記対向電極との間に印加し、前記第５電圧の前記絶対値よりも大きい絶対値を有する第６電圧を前記第３電極と前記対向電極との間に印加し、
前記第１領域に含まれる前記複数の電極対のそれぞれにおいて、前記第２重畳部分が前記第１重畳部分と前記液晶層との間に配置され、前記第２非重畳部分と前記中心軸との距離が、前記第１非重畳部分と前記中心軸との距離よりも短いときは、前記駆動部は、前記第２電極と前記対向電極との間の第７電圧の絶対値よりも大きい絶対値を有する第８電圧を前記第１電極と前記対向電極との間に印加し、前記第８電圧の前記絶対値よりも大きい絶対値を有する第９電圧を前記第３電極と前記対向電極との間に印加し、
前記第１領域に含まれる前記複数の電極対のそれぞれにおいて、前記第２重畳部分が前記第１重畳部分と前記液晶層との間に配置され、前記第２非重畳部分と前記中心軸との距離が、前記第１非重畳部分と前記中心軸との距離よりも長いときは、前記駆動部は、前記第３電極と前記対向電極との間の第１０電圧の絶対値よりも大きい絶対値を有する第１１電圧を前記第１電極と前記対向電極との間に印加し、前記第１１電圧の前記絶対値よりも大きい絶対値を有する第１２電圧を前記第２電極と前記対向電極との間に印加する動作を実施する請求項１〜６のいずれか１つに記載の液晶光学素子。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１つに記載の液晶光学素子と、
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、
備えた画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、液晶光学素子及び画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶分子の複屈折性を利用し、電圧の印加に応じて屈折率の分布を変化させる液晶光学素子が知られている。また、この液晶光学素子と、画像表示部と、を組み合わせた立体画像表示装置がある。
【０００３】
この立体画像表示装置では、液晶光学素子の屈折率の分布を変化させることで、画像表示部に表示された画像をそのまま観察者の眼に入射させる状態と、画像表示部に表示された画像を複数の視差画像として観察者の眼に入射させる状態と、を切り替える。これにより、二次元表示動作と三次元画像表示動作とを実現する。フレネルゾーンプレートの光学原理を利用して光の経路を変更する技術も知られている。このような表示装置において高い表示品位が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１９７６４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の実施形態は、高品位の表示を提供する液晶光学素子及び画像表示装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の実施形態によれば、第１基板部と、第２基板部と、液晶層と、駆動部と、を含む液晶光学素子が提供される。前記第１基板部は、第１基板と、複数の第１電極と、複数の電極対と、絶縁層と、を含む。前記第１基板は、第１主面を有する。複数の第１電極は、前記第１主面上に設けられ、第１方向に延びる。前記複数の電極対は、前記第１主面上において、前記複数の第１電極どうしの間のそれぞれに設けられる。前記複数の電極対のそれぞれは、前記第１方向に延びる第２電極と、前記第１方向に延びる第３電極と、前記第２電極と前記第３電極との間に設けられた絶縁層と、を含む。前記第２電極は、前記第３電極と重なる第１重畳部分と重ならない第１非重畳部分とを有し、前記第３電極は、前記第２電極と重なる第２重畳部分と重ならない第２非重畳部分とを有する。前記絶縁層は、前記第２電極と前記第３電極との間に設けられる。前記第２基板部は、前記第１主面と対向する第２主面を有する第２基板と、前記第２主面上に設けられた対向電極と、を含む。前記液晶層は、前記第１基板部と前記第２基板部との間に設けられる。前記複数の電極対は、最近接の２つの前記第１電極の間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電極のうちの一方の電極と、の間の第１領域に複数配置される。前記第１領域に配置される前記複数の電極対のうちの１つの第１電極対と、前記第１電極対と前記一方の前記電極との間に配置され前記第１電極対に最近接の第２電極対と、の間の第１距離は、前記第１電極対と、前記中心軸と、の間の距離よりも短い。前記駆動部が動作を実施したときに、前記第１領域における前記液晶層における屈折率の分布は、前記第１方向と直交する第２方向に沿って交互に並ぶ複数の極小点と複数の極大点とを有し、前記複数の極小点のうちの１つの極小点と、前記１つの極小点と前記一方の電極の位置との間において前記１つの極小点と隣接する前記極大点と、を結ぶ直線の傾きの絶対値を屈折率上昇率としたとき、前記複数の極小点のうちの１つである第１極小点の前記屈折率上昇率は、前記複数の極小点のうちで前記第１極小点よりも前記中心軸から遠い第２極小点の前記屈折率上昇率よりも高い。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１の実施形態に係る液晶光学素子を示す模式的断面図である。
【図２】第１の実施形態に係る液晶光学素子を示す模式図である。
【図３】図３（ａ）及び図３（ｂ）は、第１の実施形態に係る液晶光学素子の特性を示す模式図である。
【図４】第１の実施形態に係る別の液晶光学素子を示す模式的断面図である。
【図５】第１の実施形態に係る別の液晶光学素子を示す模式的断面図である。
【図６】第１の実施形態に係る別の液晶光学素子を示す模式的断面図である。
【図７】第１の実施形態に係る別の液晶光学素子を示す模式的断面図である。
【図８】第１の実施形態に係る別の液晶光学素子を示す模式的断面図である。
【図９】第１の実施形態に係る液晶光学素子の特性を示す模式図である。
【図１０】液晶光学素子の特性を示すグラフ図である。
【図１１】第２の実施形態に係る液晶光学素子を示す模式的断面図である。
【図１２】第２の実施形態に係る別の液晶光学素子を示す模式的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。  
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。
【０００９】
（第１の実施形態）  
図１は、第１の実施形態に係る液晶光学素子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。
【００１０】
第１基板部１０ｕは、第１基板１０と、複数の第１電極１１と、複数の電極対１５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２方向に沿って並ぶ。第２方向は第１方向と直交する。
【００１１】
ここで、第１方向をＹ軸方向とする。第２方向をＸ軸方向とする。Ｘ軸方向とＹ軸方向とに対して垂直な方向をＺ軸方向とする。
【００１２】
複数の電極対１５は、第１主面１０ａ上において、複数の第１電極１１どうしの間のそれぞれに設けられる。複数の電極対１５は、第２方向（Ｘ軸方向）に並ぶ。
【００１３】
複数の電極対１５のそれぞれは、第１方向（Ｙ軸方向）に延びる第２電極１２と、第１方向に延びる第３電極１３と、絶縁層１８と、を含む。絶縁層１８は、第２電極１２と第３電極１３との間に設けられる。複数の電極対１５どうしにおいて、絶縁層１８は連続していても良い。この例では、第１電極１１と第１基板１０との間に、絶縁層１８が延在している。
【００１４】
図１においては、複数の第１電極１１のうちの２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。
【００１５】
複数の第１電極１１のうちの最近接の２つの第１電極１１に着目する。最近接の第１電極１１の間には、中心軸５９がある。中心軸５９は、最近接の２つの第１電極１１のそれぞれのＸ軸方向における中心を結ぶ線分の中点を通る。中心軸５９は、Ｙ軸方向に対して平行である。
【００１６】
最近接の２つの第１電極１１のうちの一方の電極１１ｐに着目する。この電極１１ｐの位置１９は、電極１１のＸ軸方向における中心の位置である。
【００１７】
第１主面１０ａのうちで、中心軸５９と、最近接の２つの第１電極１１のうちの一方の電極１１ｐと、の間の領域を第１領域Ｒ１とする。第１主面１０ａのうちで、中心軸５９と、最近接の２つの第１電極１１のうちの他方の電極１１ｑと、の間の領域を第２領域Ｒ２とする。中心軸５９から電極１１ｐに向かう方向を、＋Ｘ方向とする。なお、中心軸５９から電極１１ｑに向かう方向は、−Ｘ方向に相当する。
【００１８】
この例では、第１領域Ｒ１において、３つの電極対１５が設けられている。３つの電極対１５は、第１電極対１５ａ、第２電極対１５ｂ及び第３電極対１５ｃを含む。第１電極対１５ａ、第２電極対１５ｂ及び第３電極対１５ｃは、＋Ｘ方向に沿ってこの順に並ぶ。第１電極対１５ａは、第２電極１２ａと第３電極１３ａとを含む。第２電極対１５ｂは、第２電極１２ｂと第３電極１３ｂとを含む。第３電極対１５ｃは、第２電極１２ｃと第３電極１３ｃとを含む。
【００１９】
Ｘ−Ｙ平面に射影したときに、複数の電極対１５どうしは、互いに離間している。電極対１５どうしの間には、電極が設けられていない領域が存在する。なお、実施形態において、電極対１５どうしの間に、別の電極をさらに設けても良い。
【００２０】
１つの電極対１５において、第２電極１２は、第１方向と第２方向とに対して平行な平面（Ｘ−Ｙ平面）に射影したときに第３電極１３と重なる第１重畳部分１２ｐと、重ならない第１非重畳部分１２ｑと、を有する。その１つの電極対１５において、第３電極１３は、Ｘ−Ｙ平面に射影したときに第２電極１２と重なる第２重畳部分１３ｐと、重ならない第２非重畳部分１３ｑと、を有する。
【００２１】
図１では、第１電極対１５ａに関して、第１重畳部分１２ｐ、第１非重畳部分１２ｑ、第２重畳部分１３ｐ、及び、第２非重畳部分１３ｑに符号が記載されているが、第２電極対１５ｂ及び第３電極対１５ｃなどの他の電極対１５にも、第１重畳部分１２ｐ、第１非重畳部分１２ｑ、第２重畳部分１３ｐ、及び、第２非重畳部分１３ｑが設けられる。
【００２２】
液晶光学素子１１１においては、第１領域Ｒ１に含まれる複数の電極対１５のそれぞれにおいて、第１重畳部分１２ｐが第２重畳部分１３ｐと液晶層３０との間に配置されている。そして、第２電極１２の位置は、第３電極１３の位置に対してＸ軸方向にシフトしている。具体的には、１つの電極対１５において、第２非重畳部分１３ｑと中心軸５９との距離は、第１非重畳部分１２ｑと中心軸５９との距離よりも長い。すなわち、１つの電極対１５において、第２電極１２は、第３電極１３よりも中心軸５９に近い。
【００２３】
第２領域Ｒ２における電極対１５の配置は、中心軸５９を対称軸とした実質的な線対称の配置とされている。ただし、厳密な線対称でなくても良い。例えば、液晶層３０の配列の分布（例えばプレチルト角など）に基づいて、微小な非対称性が導入されても良い。以下では、第１領域Ｒ１の構成及び特性に関して説明するが、第２領域Ｒ２の構成及び特性も同様である。
【００２４】
第２基板部２０ｕは、第２基板２０と、対向電極２０ｃと、を含む。第２基板２０は、第１主面１０ａと対向する第２主面２０ａを有する。対向電極２０ｃは、第２主面２０ａ上に設けられる。対向電極２０ｃは、Ｘ−Ｙ平面に射影したときに、第１電極１１及び電極対１５と重なる部分を有する。対向電極２０ｃは、例えば、Ｘ−Ｙ平面内に延在する。
【００２５】
第１基板１０、第１電極１１、第２電極１２、第３電極１３、絶縁層１８、第２基板２０及び対向電極２０ｃは、光に対して透過性である。具体的には透明である。
【００２６】
第１基板１０及び第２基板２０には、例えば、ガラスまたは樹脂などの透明材料が用いられる。第１基板１０及び第２基板２０は、板状またはシート状である。第１基板１０及び第２基板２０の厚さは、例えば、５０マイクロメートル（μｍ）以上、２０００μｍ以下である。ただし、厚さは任意である。
【００２７】
第１電極１１、第２電極１２、第３電極１３及び対向電極２０ｃは、例えば、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｚｎ及びＴｉよりなる群から選ばれた少なくとも１つ（１種）の元素を含む酸化物を含む。これらの電極には、例えばＩＴＯが用いられる。例えば、Ｉｎ２Ｏ３及びＳｎＯ３の少なくともいずれかを用いても良い。これらの電極の厚さは、例えば約２００ナノメートル（ｎｍ）（例えば１００ｎｍ以上３５０ｎｍ以下）である。電極の厚さは、例えば、可視光に対して高い透過率が得られる厚さに設定される。
【００２８】
第１電極１１の配設ピッチ（最近接の第１電極１１どうしのそれぞれのＸ軸方向の中心の間の距離）は、例えば、１０μｍ以上１０００μｍ以下である。配設ピッチは、所望な仕様（後述する屈折率分布型レンズの特性）に適合するように設定される。
【００２９】
第１電極１１、第２電極１２及び第３電極１３のＸ軸方向に沿う長さ（幅）は、例えば、５μｍ以上３００μｍ以下である。
【００３０】
絶縁層１８には、例えば、ＳｉＯ２などが用いられる。絶縁層１８の厚さは、例えば、１００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下である。これにより、適正な絶縁性と高い透過率とが得られる。
【００３１】
液晶層３０は、第１基板部１０ｕと第２基板部２０ｕとの間に設けられる。液晶層３０は、液晶材料を含む。液晶材料には、ネマティック液晶（液晶光学素子１１１の使用温度においてネマティック相）が用いられる。液晶材料は、正の誘電異方性または負の誘電異方性を有する。正の誘電異方性の場合、液晶層３０における液晶の初期配列（液晶層３０に電圧を印加しないとき）は、例えば、実質的に水平配向である。負の誘電異方性の場合、液晶層３０における液晶の初期配列は、実質的に垂直配向である。ここで、本願明細書においては、水平配向においては、液晶のダイレクタ（液晶分子の長軸）とＸ−Ｙ平面との角度（プレチルト角）は、０°以上３０°以下である。垂直配向においては、例えば、プレチルト角は、６０°以上９０°以下である。初期配列、及び、電圧印加時の配列の少なくともいずれかにおいて、液晶のダイレクタは、Ｘ軸方向に平行な成分を有する。
【００３２】
以下では、液晶層３０に含まれる液晶の誘電異方性は正であり、初期配列が実質的に水平配向である場合について説明する。
【００３３】
実質的な水平配向の場合、初期配列において、Ｘ−Ｙ平面に射影したとき、ダイレクタは、Ｘ軸方向に対して実質的に平行である。例えば、Ｘ−Ｙ平面に射影したとき、ダイレクタとＸ軸方向との角度（の絶対値）は、１０度以下である。液晶層３０の第１基板部１０ｕの近傍での配向方向は、液晶層３０の第２基板部２０ｕの近傍での配向方向に対して反平行である。すなわち、初期配向は、スプレイ配列ではない。
【００３４】
第１基板部１０ｕは、配向膜（図示しない）をさらに含んでも良い。第１基板部１０ｕの配向膜と、第１基板１０と、の間に、第１電極１１及び電極対１５が配置される。第２基板部２０ｕは、配向膜（図示しない）をさらに含んでも良い。第２基板部２０ｕの配向膜と、第２基板２０との間に、対向電極２０ｃが配置される。これらの配向膜には例えばポリイミドが用いられる。配向膜に例えばラビング処理を行うことで、液晶層３０の初期配列が得られる。第１基板部１０ｕのラビング処理の方向は、第２基板部２０ｕのラビング方向に対して反平行である。配向膜に光照射処理を行うことで、初期配向を得ても良い。
【００３５】
第１電極１１と対向電極２０ｃとの間、第２電極１２と対向電極２０ｃとの間、及び、第３電極１３と対向電極２０ｃとの間に電圧を印加することで、液晶層３０における液晶配向が変化する。この変化に伴って液晶層３０に屈折率分布が形成され、この屈折率分布により、液晶光学素子１１１に入射する光の進行方向を変化させる。この光の進行方向の変化は、主に屈折効果に基づく。
【００３６】
図２は、第１の実施形態に係る液晶光学素子の構成を例示する模式図である。  
図２は、液晶光学素子１１１の使用状態の例も示している。液晶光学素子１１１は、画像表示部８０と共に用いられる。実施形態に係る画像表示装置２１１は、実施形態に係る任意の液晶光学素子（この例では液晶光学素子１１１）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。
【００３７】
画像表示部８０は、表示部８１を含む。表示部８１は、液晶光学素子１１１と積層される。表示部８１は、画像情報を含む光を液晶層３０に入射させる。この例では、光は、第１基板部１０ｕを介して液晶層３０に入射し、第２基板部２０ｕを介して外部に出射する。画像表示部８０は、表示部８１を駆動する表示駆動部８２をさらに含むことができる。表示駆動部８２から表示部８１に供給される信号に基づいて、表示部８１は、信号に基づいて変調された光を生成する。液晶光学素子１１１は後述するように、光路を変更する動作状態と、光路を実質的に変更しない動作状態と、を有する。光路を変更する動作状態の液晶光学素子１１１に光が入射することで、画像表示装置２１１は、例えば、三次元表示を提供する。また、例えば、光路を実質的に変更しない動作状態において、画像表示装置２１１は、例えば、二次元画像表示を提供する。
【００３８】
図２に表したように、液晶光学素子１１１は、駆動部７２をさらに含むことができる。駆動部７２は、表示駆動部８２と有線または無線の方法（電気方法または光学方法など）により、接続されても良い。また、画像表示装置２１１は、駆動部７２と表示駆動部８２とを制御する制御部（図示しない）をさらに含んでも良い。
【００３９】
駆動部７２は、第１電極１１、第２電極１２、第３電極１３及び対向電極２０ｃに電気的に接続される。
【００４０】
駆動部７２の動作の例について、液晶光学素子１１１のような構成（第１領域Ｒ１において、第１重畳部分１２ｐが第２重畳部分１３ｐと液晶層３０との間に配置され、第２非重畳部分１３ｑが第１非重畳部分１２ｑよりも中心軸から遠い構成）に関して説明する。
【００４１】
この構成において、駆動部７２は、第１電極１１と対向電極２０ｃとの間に第１電圧Ｖ１を印加し、第２電極１２と対向電極２０ｃとの間に第２電圧Ｖ２を印加し、第３電極１３と対向電極２０ｃとの間に第３電圧Ｖ３を印加する。ここで、２つの電極の間の電位を同じにする（零ボルトにする）状態も、便宜的に、電圧を印加する状態に含まれるものとする。
【００４２】
第１電圧Ｖ１の絶対値は、第３電圧Ｖ３の絶対値よりも大きい。第２電圧Ｖ２の絶対値は、第３電圧Ｖ３の絶対値よりも小さい。
【００４３】
第１電圧Ｖ１、第２電圧Ｖ２及び第３電圧Ｖ３は、直流電圧でも交流電圧でも良い。交流電圧である場合は、第１電圧Ｖ１の実効値は、第３電圧Ｖ３の実効値よりも大きく、第２電圧の実効値は、第３電圧Ｖ３の実効値よりも小さい。
【００４４】
対向電極２０ｃの電位を固定し、第１電極１１、第２電極１２及び第３電極１３の少なくともいずれかの電位を交流で変化させても良い。対向電極２０ｃの電位を交流で変化させ、その変化の極性と同じ極性の電圧を第３電極１３に供給することで、第３電圧Ｖ３の絶対値（実効値）は比較的小さくできる。対向電極２０ｃの電位の変化の極性とは逆極性の電圧を第１電極１１に供給することで、第１電圧Ｖ１の絶対値（実効値）を比較的大きくできる。対向電極２０ｃの電位の変化の極性とは異なる極性の電圧を第２電極１２に供給することで、第２電圧Ｖ２の絶対値（実効値）は比較的大きくできる。このような駆動法を用いることで、駆動回路の電源電圧を小さくでき、駆動ＩＣの耐圧仕様が緩和される。
【００４５】
液晶層３０のプレチルト角が比較的小さい（例えば１０度以下）場合は、液晶層３０の液晶配向の変化に関する閾値電圧Ｖｔｈが比較的明確である。この場合、例えば、第３電圧Ｖ３は、閾値電圧Ｖｔｈ以下に設定される。第１電圧Ｖ１及び第２電圧Ｖ２は、閾値電圧Ｖｔｈよりも大きく設定される。
【００４６】
第３電圧Ｖ３は、例えば、液晶層３０の液晶配向を、初期配列、または、初期配列に近い配向状態に維持する電圧である。第１電圧Ｖ１及び第２電圧Ｖ２は、液晶層３０の液晶配向を初期配列から変化させる電圧である。
【００４７】
各電極に印加する電圧により、液晶層３０の液晶配向が変化し、それに基づいて、屈折率分布が形成される。屈折率分布は、電極の配置と、電極に印加する電圧と、によって定まる。
【００４８】
以下、本実施形態に係る液晶光学素子１１１における、電極の配置の例について説明する。  
図１に表したように、液晶光学素子１１１においては、第１基板１０の主面１０ａの上に第３電極１３が設けられ、第３電極１３の上に絶縁層１８が設けられ、絶縁層１８の上に第２電極１２が設けられている。すなわち、第３電極１３の第２重畳部分１３ｐが、第２電極１２の第１重畳部分１２ｐと第１基板１０との間に配置されている。換言すれば、第２電極１２の第１重畳部分１２ｐは、第３電極１３の第２重畳部分１３ｐと液晶層３０との間に配置されている。
【００４９】
このとき、第１領域Ｒ１に配置される、複数の電極対１５のＸ軸方向に沿う位置を、第２電極のＸ軸方向の２つの端のうちで、第３電極１３に重なる端のＸ軸方向に沿う位置とする。
【００５０】
例えば、第１電極対１５ａのＸ軸方向に沿う位置５５ａは、第１電極対１５ａに含まれる第２電極１２ａの電極１１側の端のＸ軸方向に沿う位置に対応する。第２電極対１５ｂのＸ軸方向に沿う位置５５ｂは、第２電極対１５ｂに含まれる第２電極１２ｂの電極１１側の端のＸ軸方向に沿う位置に対応する。第３電極対１５ｃのＸ軸方向に沿う位置５５ｃは、第３電極対１５ｃに含まれる第２電極１２ｃの電極１１側の端のＸ軸方向に沿う位置に対応する。４つ以上の電極対１５が設けられる場合も同様である。
【００５１】
液晶光学素子１１１においては、第１領域Ｒ１に配置される最近接の電極対１５の位置どうしの間の距離は、一定ではない。最近接の電極対１５の位置どうしの間の距離は、＋Ｘ方向（中心軸５９から電極１１ｐに向かう方向）に沿って減少する。
【００５２】
例えば、第１電極対１５ａの位置５５ａと第２電極対１５ｂの位置５５ｂとの間の距離５０ａ（第１距離）は、第２電極対１５ｂの位置５５ｂと第３電極対１５ｃの位置５５ｃとの間の距離５０ｂ（第２距離）よりも長い。
【００５３】
なお、実施形態において、隣接する第１電極対１５の位置どうしの距離の全てが、＋Ｘ方向に沿って順次減少しなくても良い。例えば、隣接する第１電極対１５の位置どうしの距離が同じ部分があっても良い。例えば、第１電極対１５ａの位置５５ａと第２電極対１５ｂの位置５５ｂとの間の距離５０ａは、第２電極対１５ｂの位置５５ｂと第３電極対１５ｃの位置５５ｃとの間の距離５０ｂと同じで、第２電極対１５ｂの位置５５ｂと第３電極対１５ｃの位置５５ｃとの間の距離５０ｂが、第３電極対１５ｃの位置５５ｃと第４電極対（図示しない）の位置との間の距離よりも長くても良い。
【００５４】
すなわち、液晶光学素子１１１においては、第１領域Ｒ１に配置される複数の電極対１５のうちの１つの第１電極対のＸ軸方向の位置と、第１電極対と電極１１ｐとの間に配置され第１電極対に最近接の第２電極対のＸ軸方向の位置と、の間のＸ軸方向に沿った距離は、第１領域Ｒ１に配置され第１電極対と電極１１ｐとの間に配置された第３電極対のＸ軸方向の位置と、第３電極対と電極１１ｐとの間に配置され第３電極対に最近接の第４電極対のＸ軸方向の位置と、の間のＸ軸方向に沿った距離よりも長い。ここで、第３電極対は、第２電極対と同じでも良く、異なっても良い。
【００５５】
なお、中心軸５９と、第１電極対１５ａの位置５５ａと、の間の距離５０ｉは、距離５０ａよりも長く、距離５０ｂよりも長い。すなわち、第１領域Ｒ１に配置される最近接の複数の電極対１５の位置どうしの距離は、第１領域Ｒ１に配置される複数の電極対１５のうちで最も中心軸５９に近い電極対１５の位置と、中心軸５９の位置と、の距離よりも短い。
【００５６】
このような電極配置を有する液晶光学素子１１１において、上記のような電圧を印加したときの液晶層３０の屈折分布について説明する。以下では、簡単のために、絶縁層１８及び配向膜などが、液晶層３０に印加される電圧に与える影響（電圧の分配）を無視して説明する。また、以下では、説明を簡単にするために、液晶層３０の屈折率に関して、Ｘ軸方向の偏光面を有する光に対する屈折率についてモデル的に説明する。
【００５７】
図３（ａ）及び図３（ｂ）は、第１の実施形態に係る液晶光学素子の特性を例示する模式図である。  
図３（ａ）は、液晶光学素子１１１の屈折率分布３１をモデル的に示している。  
第１電極１１と対向電極２０ｃとの間の第１電圧Ｖ１の絶対値（実効値）よりも大きい絶対値（実効値）を有する第２電圧Ｖ２を第２電極１２と対向電極２０ｃとの間に印加する。そして、第２電圧Ｖ２の絶対値（実効値）よりも小さい絶対値（実効値）を有する第３電圧Ｖ３を第３電極１３と対向電極２０ｃとの間に印加する。
【００５８】
液晶層３０のうちで第１電圧Ｖ１（低電圧）が印加されている領域においては、初期配向（この場合は水平配向）が維持される。この領域の実効的な屈折率は、異常光に対する屈折率（ｎｅ）となる。液晶層３０のうちで第３電圧Ｖ３（低電圧）が印加されている領域の実効的な屈折率も、異常光に対する屈折率（ｎｅ）となる。液晶層３０のうちで第２電圧Ｖ２（高電圧）が印加されている領域においては、チルト角の大きい配向（例えば垂直配向）が形成される。この領域の実効的な屈折率は、常光に対する屈折率（ｎｏ）となる。電極対１５どうしの間の領域に対向する液晶層３０の実効的な屈折率は、異常光に対する屈折率と、常光に対する屈折率と、の間の屈折率となる。
【００５９】
実際の屈折率分布３１においては、屈折率の変化は、異常光に対する屈折率と、常光に対する屈折率と、の差の２０％以上８０％以下程度である。
【００６０】
例えば、液晶層３０のうちで、第２電極１２の中央部に対向する部分において、屈折率は極小となる。液晶層３０のうちで、第２電極１２に対向せず第３電極１３に対向する部分の付近において屈折率は極大となる。例えば、第１電極対１５ａのＸ軸方向に沿う位置５５ａの付近、第２電極対１５ｂのＸ軸方向に沿う位置５５ｂの付近、第３電極対１５ｃのＸ軸方向に沿う位置５５ｃの付近において、屈折率は極大となる。第１電極１１に対向する部分において、屈折率は極小となる。
【００６１】
第１電極対１５の領域における屈折率の極小から極大への変化は比較的急峻である。一方、液晶層３０のうちで、電極対１５どうしの間の領域に対向する部分における屈折率の変化は、比較的緩やかである。
【００６２】
図３（ａ）に表したように、屈折率分布３１は、例えば、フレネルレンズにおけるレンズの厚さの分布に対応する形状を有する。液晶光学素子１１１は、屈折率が面内で変化する液晶ＧＲＩＮレンズ（Gradient Index lens）として機能する。
【００６３】
図３（ｂ）は、液晶光学素子１１１における実際の屈折率分布３１の例を示している。図３（ｂ）は、上記の電圧を供給したときの、液晶光学素子１１１の屈折率分布３１をモデル的に示している。図３（ｂ）の横軸は、Ｘ軸であり、縦軸は、屈折率ｎ（実効的な屈折率）である。
【００６４】
図３（ｂ）に表したように、液晶配向の連続性により、実際の屈折率分布３１は、図３（ａ）に例示した特性における屈折率の変化率を低くした、滑らかな曲線状の特性となる。
【００６５】
図３（ｂ）に表したように、液晶光学素子１１１においては、電極対１５のそれぞれが屈折率の極小点３２と極大点３３とを形成する。すなわち、第１領域Ｒ１における液晶層３０における屈折率分布３１は、Ｘ軸方向に沿って交互に並ぶ複数の極小点３２と複数の極大点３３とを有する。複数の極小点３２は、第１極小点３２ａ、第２極小点３２ｂ及び第３極小点３２ｃなどを含む。複数の極大点３３は、第１極大点３３ａ、第２極大点３３ｂ及び第３極大点３３ｃなどを含む。このように、複数の極小点３２と複数の極大点３３とが形成されることにより、液晶層３０に入射した光の光路が変更される。
【００６６】
隣接する第１電極１１どうしの間の領域（第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２との合計の領域）が、１つのレンズとして機能する。複数の極小点３２と複数の極大点３３とによりレンズが形成されることで、屈折率の変化の幅に対して、高いレンズ効果を得ることができる。このことは、例えば、１つの曲面による光学レンズに対して、複数の曲面を組み合わせたフレネルレンズにおいては、同じ光学特性を得るためのレンズの厚さを薄くできることに対応する。
【００６７】
液晶光学素子１１１においては、液晶層３０の厚さを薄くでき、液晶材料の使用量が削減できる。また、液晶層３０の応答速度が向上する。
【００６８】
液晶光学素子１１１においては、第２電極１２と第３電極１３とが絶縁層１８を介して積層されているので、液晶層３０のうちで第２電極１２に対向する部分と、第３電極１３に対向する部分とは、Ｘ−Ｙ平面に射影したときに隣接している。このため、１つの電極対１５内における屈折率の極小点３２から極大点３３への変化を急峻にできる。一方、電極対１５どうしの間においては、極大点３３から極小点３２への屈折率の変化は緩やかにできる。すなわち、実施形態においては、＋Ｘ方向に沿った屈折率上昇率は、＋Ｘ方向に沿った屈折率減少率よりも高い。この屈折率分布は、例えば、フレネルレンズ状のレンズの厚さの分布に対応し、良好な光学特性を得ることができる。
【００６９】
例えば、第３電極１３の上に絶縁層１８を設け、その上に第２電極１２を設ける構成において、Ｘ−Ｙ平面に射影したときに第２電極１２と第３電極１３と互いに重畳せず、Ｘ−Ｙ平面に射影したときに、第２電極１２も第３電極１３も存在しない領域を形成しない構成が考えられる。この参考例の構成においては、＋Ｘ方向に沿った屈折率上昇率の絶対値は、＋Ｘ方向に沿った屈折率減少率の絶対値と、実質的に同じになる。このため、例えば、回折効果が大きくなり、レンズ効果は十分に大きくできない。このため、入射光を所望の方向に導く効果が十分に得られない。このため、例えば、液晶光学素子１１１を、複数の視差画像を表示する画像表示部８０と組み合わせたときに、クロストークが発生する。このため、表示が見難く、表示品位は低い。
【００７０】
また、第３電極１３の上に絶縁層１８を設け、その上に第２電極１２を設けた構成において、Ｘ−Ｙ平面に射影したときに、第２電極１２も第３電極１３も存在しない領域を形成したときにおいても、Ｘ−Ｙ平面に射影したときに第２電極１２と第３電極１３とが互いに重畳しない参考例においては、屈折率上昇率を十分に高くできない。＋Ｘ方向に沿って屈折率が上昇する領域においては、特に斜め光に対して、意図していない方向に光が導かれる。すなわち、迷光を生じさせる。このため、例えば、クロストークが発生し、表示品位は低い。
【００７１】
これに対して、実施形態に係る液晶光学素子１１１においては、第２電極１２と第３電極１３とが絶縁層１８を介して積層されているので、１つの電極対１５内における屈折率の極小点３２から極大点３３への変化を急峻にできる。このため、迷光が抑制できる。そして、電極対１５が互いに離間しているため、極大点３３から極小点３２への屈折率の変化は緩やかにでき、良好なレンズ効果が得られる。
【００７２】
実施形態に係る液晶光学素子１１１によれば、高品位の表示を提供する液晶光学素子を提供できる。
【００７３】
さらに、実施形態においては、最近接の電極対１５の位置どうしの間の距離は、＋Ｘ方向に沿って減少させている。これにより動作電圧を低減する効果も得られる。
【００７４】
第１領域Ｒ１のなかで中心軸５９に近い領域においては、第１領域Ｒ１のなかで中心軸５９から遠い領域に比べて、迷光が画像の劣化に与える影響が大きい。このため、第１領域Ｒ１のなかで中心軸５９に近い領域における屈折率上昇率は、第１領域Ｒ１のなかで中心軸５９から遠い領域における屈折率上昇率よりも高いことが好ましい。これにより、画像の実質的な劣化をより抑制できる。
【００７５】
例えば、高い電圧を用いることで、それぞれの電極対１５において高い屈折率上昇率を得ることができる。しかしながら、高い電圧を液晶層３０に印加すると、リバースチルトが発生し易くなる。リバースチルトは、屈折率分布の乱れを生じさせ、迷光の原因となる。
【００７６】
実施形態においては、電極対１５の配設ピッチを中心軸５９から近い領域で小さくすることで、液晶配向を変化させるための電圧の上昇を抑制しつつ、屈折率上昇率を高めている。これにより、低い動作電圧を用いた場合においても、中心軸５９近傍において屈折率上昇率を高め、高品位の表示を維持できる。
【００７７】
この効果は、第２電極１２と第３電極１３とが絶縁層１８を介して積層され、電極対１５が互いに離間している構成において得られる効果である。
【００７８】
図３（ｂ）に表したように、複数の極小点３２のうちの１つの極小点（例えば第１極小点３２ａ）と、その１つの極小点（第１極小点３２ａ）と、電極１１ｐの位置１９との間においてその１つの極小点（第１極小点３２ａ）と隣接する極大点（第１極大点３３ａ）と、を結ぶ直線の傾きの絶対値を屈折率上昇率とする。
【００７９】
複数の極小点３２のうちの１つである第１極小点の屈折率上昇率は、複数の極小点３２のうちで、その第１極小点よりも中心軸５９から遠い第２極小点の屈折率上昇率よりも高い。複数の極小点３２のうちの１つである第１極小点は、図３（ｂ）に示した第１極小点３２ａ、第２極小点３２ｂ及び第３極小点３２ｃなどのいずれでも良い。
【００８０】
このように、液晶光学素子１１１においては、中心軸５９に近い極小点３２における屈折率上昇率を、中心軸５９から離れた極小点３２における屈折率上昇率よりも高くすることで、迷光を効果的に抑制し、より高品位の表示を提供できる。
【００８１】
図４は、第１の実施形態に係る別の液晶光学素子の構成を例示する模式的断面図である。  
図４に表したように、液晶光学素子１１１ａにおいては、第１基板部１０ｕの構成が、液晶光学素子１１１とは異なる。液晶光学素子１１１ａにおける第２基板部２０ｕ及び液晶層３０の構成は、液晶光学素子１１１と同様なので説明を省略する。
【００８２】
液晶光学素子１１１ａにおいては、第１電極１１は、第１基板１０の第１主面１０ａの上に設けられ、絶縁層１８が第１電極１１を覆っている。電極対１５の構成は、液晶光学素子１１１と同様なので説明を省略する。
【００８３】
液晶光学素子１１１ａにおいても、第３電極１３と対向電極２０ｃとの間の第３電圧Ｖ３の絶対値（実効値）よりも大きい絶対値（実効値）を有する第１電圧Ｖ１を第１電極１１と対向電極２０ｃとの間に印加し、第３電圧Ｖ３の絶対値（実効値）よりも大きい絶対値（実効値）を有する第２電圧Ｖ２を第２電極１２と対向電極２０ｃとの間に印加することで、図３（ａ）及び図３（ｂ）に関して説明した屈折率分布３１が形成できる。これにより、高品位の表示を提供できる。
【００８４】
図５は、第１の実施形態に係る別の液晶光学素子の構成を例示する模式的断面図である。  
図５に表したように、液晶光学素子１１２においては、第１基板部１０ｕの構成が、液晶光学素子１１１とは異なる。液晶光学素子１１２における第２基板部２０ｕ及び液晶層３０の構成は、液晶光学素子１１１と同様なので説明を省略する。
【００８５】
液晶光学素子１１２においては、第１基板１０の上に第３電極１３が設けられ、第３電極１３の上に絶縁層１８が設けられ、絶縁層１８の上に第２電極１２が設けられている。この例では、絶縁層１８の上に第１電極１１が設けられている。第１電極１１は、絶縁層１８と第１基板１０との間に配置されても良い。
【００８６】
この例では、第２電極１２の第１重畳部分１２ｐが、第３電極１３の第２重畳部分１３ｐと液晶層３０との間に配置されている。このときは、第１領域Ｒ１に配置される複数の電極対１５のＸ軸方向に沿う位置は、第２電極１２のＸ軸方向の２つの端のうちで第３電極１３に重なる端のＸ軸方向に沿う位置に相当する。
【００８７】
第１領域Ｒ１に含まれる複数の電極対１５のそれぞれにおいて、第２非重畳部分１３ｑと中心軸５９との距離が、第１非重畳部分１２ｑと中心軸５９との距離よりも短い。すなわち、第１領域Ｒ１の１つの電極対１５において、第３電極１３は、第２電極１２よりも中心軸５９に近い。
【００８８】
このとき、駆動部７２（図５では図示しない）は、第２電極１２と対向電極２０ｃとの間の第４電圧Ｖ４の絶対値（実効値）よりも大きい絶対値（実効値）を有する第５電圧Ｖ５を、第１電極１１と対向電極２０ｃとの間に印加する。駆動部７２は、第５電圧Ｖ５の絶対値（実効値）よりも大きい絶対値（実効値）を有する第６電圧Ｖ６を、第３電極１３と対向電極２０ｃとの間に印加する。
【００８９】
これにより、例えば、液晶層３０のうちで、第３電極１３の中央部に対向する部分において、屈折率は極小となる。液晶層３０のうちで、第３電極１３に対向せず第２電極１２に対向する部分の付近において屈折率は極大となる。例えば、第１電極対１５ａのＸ軸方向に沿う位置５５ａの付近、第２電極対１５ｂのＸ軸方向に沿う位置５５ｂの付近、第３電極対１５ｃのＸ軸方向に沿う位置５５ｃの付近において、屈折率は極大となる。第１電極１１に対向する部分において、屈折率は極小となる。
【００９０】
図６は、第１の実施形態に係る別の液晶光学素子の構成を例示する模式的断面図である。  
図６に表したように、液晶光学素子１１３においては、第１基板部１０ｕの構成が、液晶光学素子１１１とは異なる。液晶光学素子１１３における第２基板部２０ｕ及び液晶層３０の構成は、液晶光学素子１１１と同様なので説明を省略する。
【００９１】
液晶光学素子１１３においては、第１基板１０の上に第２電極１２が設けられ、第２電極１２の上に絶縁層１８が設けられ、絶縁層１８の上に第３電極１３が設けられている。この例では、絶縁層１８の上に第１電極１１が設けられている。第１電極１１は、絶縁層１８と第１基板１０との間に配置されても良い。
【００９２】
この例では、第３電極１３の第２重畳部分１３ｐが、第２電極１２の第１重畳部分１２ｐと液晶層３０との間に配置されている。このときは、第１領域Ｒ１に配置される複数の電極対１５のＸ軸方向に沿う位置は、第３電極１３のＸ軸方向の２つの端のうちで第２電極１２に重なる端のＸ軸方向に沿う位置に相当する。
【００９３】
第１領域Ｒ１に含まれる複数の電極対１５のそれぞれにおいて、第２非重畳部分１３ｑと中心軸５９との距離が、第１非重畳部分１２ｑと中心軸５９との距離よりも短い。すなわち、第１領域Ｒ１の１つの電極対１５において、第３電極１３は、第２電極１２よりも中心軸５９に近い。
【００９４】
このとき、駆動部７２（図６では図示しなし）は、第２電極１２と対向電極２０ｃとの間の第７電圧Ｖ７の絶対値（実効値）よりも大きい絶対値（実効値）を有する第８電圧Ｖ８を、第１電極１１と対向電極２０ｃとの間に印加する。駆動部７２は、第８電圧Ｖ８の絶対値（実効値）よりも大きい絶対値（実効値）を有する第９電圧Ｖ９を第３電極１３と対向電極２０ｃとの間に印加する。
【００９５】
これにより、例えば、液晶層３０のうちで、第３電極１３の中央部に対向する部分において、屈折率は極小となる。液晶層３０のうちで、第３電極１３に対向せず第２電極１２に対向する部分の付近において屈折率は極大となる。例えば、第１電極対１５ａのＸ軸方向に沿う位置５５ａの付近、第２電極対１５ｂのＸ軸方向に沿う位置５５ｂの付近、第３電極対１５ｃのＸ軸方向に沿う位置５５ｃの付近において、屈折率は極大となる。第１電極１１に対向する部分において、屈折率は極小となる。
【００９６】
図７は、第１の実施形態に係る別の液晶光学素子の構成を例示する模式的断面図である。  
図７に表したように、液晶光学素子１１４においては、第１基板部１０ｕの構成が、液晶光学素子１１１とは異なる。液晶光学素子１１４における第２基板部２０ｕ及び液晶層３０の構成は、液晶光学素子１１１と同様なので説明を省略する。
【００９７】
液晶光学素子１１４においては、第１基板１０の上に第２電極１２が設けられ、第２電極１２の上に絶縁層１８が設けられ、絶縁層１８の上に第３電極１３が設けられている。この例では、絶縁層１８の上に第１電極１１が設けられている。第１電極１１は、絶縁層１８と第１基板１０との間に配置されても良い。
【００９８】
この例でも、第３電極１３の第２重畳部分１３ｐが、第２電極１２の第１重畳部分１２ｐと液晶層３０との間に配置されている。このときは、第１領域Ｒ１に配置される複数の電極対１５のＸ軸方向に沿う位置は、第３電極１３のＸ軸方向の２つの端のうちで第２電極１２に重なる端のＸ軸方向に沿う位置に相当する。
【００９９】
第１領域Ｒ１に含まれる複数の電極対１５のそれぞれにおいて、第２非重畳部分１３ｑと中心軸５９との距離が、第１非重畳部分１２ｑと中心軸５９との距離よりも長い。すなわち、第１領域Ｒ１の１つの電極対１５において、第３電極１３は、第２電極１２よりも中心軸５９から遠い。
【０１００】
このとき、駆動部７２（図７では図示しない）は、第３電極１３と対向電極２０ｃとの間の第１０電圧Ｖ１０の絶対値（実効値）よりも大きい絶対値（実効値）を有する第１１電圧Ｖ１１を、第１電極１１と対向電極２０ｃとの間に印加する。駆動部７２は、第１１電圧Ｖ１１の絶対値（実効値）よりも大きい絶対値を有する第１２電圧Ｖ１２を、第２電極１２と対向電極２０ｃとの間に印加する。
【０１０１】
これにより、例えば、液晶層３０のうちで、第２電極１２のＸ軸方向の中央部に対向する部分において、屈折率は極小となる。液晶層３０のうちで、第２電極１２に対向せず第３電極１３に対向する部分の付近において屈折率は極大となる。例えば、第１電極対１５ａのＸ軸方向に沿う位置５５ａの付近、第２電極対１５ｂのＸ軸方向に沿う位置５５ｂの付近、第３電極対１５ｃのＸ軸方向に沿う位置５５ｃの付近において、屈折率は極大となる。第１電極１１に対向する部分において、屈折率は極小となる。
【０１０２】
液晶光学素子１１２、１１３及び１１４においても、１つの電極対１５内における屈折率の極小点から極大点への変化を急峻にでき、迷光が抑制できる。そして、電極対１５が互いに離間しているため、極大点から極小点への屈折率の変化は緩やかにでき、良好なレンズ効果が得られる。これにより、高品位の表示を提供できる。
【０１０３】
例えば、閾値電圧Ｖｔｈが存在する場合、第４電圧Ｖ４、第７電圧Ｖ７及び第１０電圧Ｖ１０は、閾値電圧Ｖｔｈ以下に設定される。第５電圧Ｖ５、第６電圧Ｖ６、第８電圧Ｖ８、第９電圧Ｖ９、第１１電圧Ｖ１１及び第１２電圧Ｖ１２は、閾値電圧Ｖｔｈよりも大きく設定される。
【０１０４】
第４電圧Ｖ４〜第１２電圧Ｖ１２には、第１電圧Ｖ１〜第３電圧Ｖ３に関して説明したのと同様に、直流または交流の電圧を用いることができる。また、極性反転のタイミングを時間的にシフトさせた電圧波形をこれらの電圧に適宜適用することができる。
【０１０５】
本実施形態に係る液晶光学素子１１１〜１１４及び１１１ａにおいて、第１〜第１２電圧Ｖ１〜Ｖ１２を調整することで、複数の極小点３２のうちの１つである第１極小点の屈折率上昇率を、複数の極小点３２のうちで、その第１極小点よりも中心軸５９から遠い第２極小点の屈折率上昇率よりも高くすることができる。
【０１０６】
図８は、第１の実施形態に係る別の液晶光学素子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、本実施形態に係る液晶光学素子１１５も、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、複数の電極対１５と、を含む。
【０１０７】
この例では、第１領域Ｒ１において、２つの電極対１５（第１電極対１５ａ、及び、第２電極対１５ｂ）が設けられている。第２領域Ｒ２においても２つの電極対１５が設けられている。これ以外の構成（例えば第２基板部２０ｕ及び液晶層３０など）は、液晶光学素子１１１ａと同様なので説明を省略する。
【０１０８】
中心軸５９と、第１電極対１５ａの位置５５ａと、の間の距離５０ｉは、距離５０ａよりも長く、距離５０ｂよりも長い。すなわち、第１領域Ｒ１に配置される最近接の複数の電極対１５の位置どうしの距離は、第１領域Ｒ１に配置される複数の電極対１５のうちで最も中心軸５９に近い電極対１５の位置と、中心軸５９の位置と、の距離よりも短い。
【０１０９】
図９は、第１の実施形態に係る別の液晶光学素子の特性を例示する模式図である。  
図９は、液晶光学素子１１５の液晶層３０における、等電位分布３０ｅと、液晶ダイレクタ３０ｄと、のシミュレーション結果を模式的に表している。図９の横軸は、Ｘ軸方向の位置であり、縦軸はＺ軸方向の位置である。第２電極１２のＸ軸方向に沿った長さ（幅）及び第３電極１３のＸ軸方向に沿った長さ（幅）は、２０μｍであり、両者の重なり部分（第１重畳部分１２ｐ及び第２重畳部分１３ｐ）のＸ軸方向に沿った長さ（幅）は５μｍである。第２電極１２どうしの間の間隔、及び、第３電極１３どうしの間の間隔は、４０μｍである。液晶層３０の厚さは、３４μｍである。この例では、第１電圧Ｖ１の絶対値及び第２電圧Ｖ２の絶対値は、２．８Ｖである。第３電圧Ｖ３の絶対値は、０Ｖである。
【０１１０】
図９に表したように、第２非重畳部分１３ｑに対応する部分の等電位曲線は、Ｘ軸方向に沿って非対称である。すなわち、第２非重畳部分１３ｑのうちの第２重畳部分１３ｑに近い側の等電位曲線は、第２非重畳部分１３ｑのうちの第２重畳部分１３ｑから遠い側の等電位曲線とは異なる。
【０１１１】
図１０は、液晶光学素子の特性を例示するグラフ図である。  
図１０は、実施形態に係る液晶光学素子１１５における光学特性を例示している。図１０の横軸は、Ｘ軸方向に沿う位置である。縦軸は、屈折率ｎ（実効的な屈折率）である。屈折率は、上記の液晶ダイレクタ３０ｄの分布から求めたものである。
【０１１２】
図１０には、参考例の液晶光学素子１１９ａ（その構造の図示は省略する）の光学特性も例示している。液晶光学素子１１９ａにおいては、第２電極１２は第３電極１３と重なる部分を有していない。そして、第２電極１２のＸ軸方向に沿った長さ及び第３電極１３のＸ軸方向に沿った長さは、３０μｍである。第２電極１２どうしの間の間隔は、及び、第３電極１３どうしの間の間隔は、３０μｍである。液晶光学素子１１９ａにおいては、Ｚ軸方向に沿って見たときに、第１電極１１どうしの間において、第２電極１２及び第３電極１３のいずれかが設けられており、電極が設けられていない領域は存在していない。これ以外は、液晶光学素子１１５と同様である。
【０１１３】
図１０に表したように、参考例の液晶光学素子１１９ａにおいては、＋Ｘ方向に沿った屈折率の上昇の曲線は、＋Ｘ方向に沿った屈折率の減少の曲線と、実質的に同じである。屈折率の上昇区間のＸ軸方向に沿った長さは、屈折率の減少区間のＸ軸方向に沿った長さと実質的に同じである。このため、迷光が発生し易い。
【０１１４】
これに対して、実施形態に係る液晶光学素子１１５においては、屈折率の上昇区間のＸ軸方向に沿った長さは、屈折率の減少区間のＸ軸方向に沿った長さよりも短い。このため、迷光が抑制でき、良好なレンズ効果が得られる。
【０１１５】
（第２の実施形態）  
図１１は、第２の実施形態に係る液晶光学素子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、本実施形態に係る液晶光学素子１２１も、第１基板部１０ｕと、第２基板部２０ｕと、液晶層３０と、を含む。液晶光学素子１２１における第２基板部２０ｕ及び液晶層３０の構成は、第１の実施形態（例えば液晶光学素子１１１）と同様なので説明を省略する。
【０１１６】
液晶光学素子１２１においても、第１基板部１０ｕは、第１基板１０と、複数の第１電極１１と、複数の電極対１５と、を含む。複数の電極対１５は、第２電極１２と第３電極１３とを含む。液晶光学素子１２１においては、第２電極１２の幅が、複数の電極対１５において互いに異なる。また、第３電極１３の幅が、複数の電極対１５において互いに異なる。これ以外の構成は、液晶光学素子１１１と同様なので説明を省略する。以下では、第２電極１２の幅、及び、第３電極１３の幅に関して説明する。
【０１１７】
液晶光学素子１２１においては、第１領域Ｒ１に配置される複数の電極対１５のそれぞれに含まれる第２電極１２の幅（第２方向に沿った長さ）は、中心軸５９から電極１１ｐに向かう方向（＋Ｘ方向）に沿って増大する。
【０１１８】
第１領域Ｒ１に配置される複数の電極対１５のそれぞれに含まれる第１非重畳部分１２ｑのＸ軸方向に沿った長さ（幅）は、＋Ｘ軸方向に沿って増大する。
【０１１９】
液晶光学素子１２１においては、液晶光学素子１１１と同様に、第１電極１１と対向電極２０ｃとの間に第１電圧Ｖ１を印加し、第２電極１２と対向電極２０ｃとの間に第２電圧Ｖ２を印加し、第３電極１３と対向電極２０ｃとの間に第３電圧Ｖ３を印加する。第１電圧Ｖ１の絶対値（実効値）は、第３電圧Ｖ３の絶対値（実効値）よりも大きく、第２電圧Ｖ２の絶対値（実効値）は、第３電圧Ｖ３の絶対値（実効値）よりも小さい。
【０１２０】
液晶光学素子１２１においては、第１非重畳部分１２ｑの幅を＋Ｘ軸方向に沿って増大させることで、中心軸５９から離れた位置においても良好な屈折率分布を形成できる。
【０１２１】
図３（ｂ）に関して説明したように、中心軸５９に近い領域においては、屈折率分布３１の極大点３３と極小点３２との差（屈折率差３１ｄ）は、比較的大きい。これに対して、中心軸５９から遠い（例えば電極１１ｐの位置１９に近い）領域においては、屈折率差３１ｄは、比較的小さくなっている。
【０１２２】
これは、電極１１ｐの近傍（レンズの端部）においては、中心軸５９の近傍（レンズの中心）よりも電界密度が集中することが原因であると考えられる。すなわち、同じ電圧を印加した場合においても、電極１１ｐの近傍における屈折率差３１ｄは、中心軸５９の近傍よりも小さくなる傾向がある。
【０１２３】
このため、本実施形態においては、第２電圧Ｖ２（高電圧）を印加する第１非重畳部分１２ｑの幅を、中心軸５９の近傍よりも、電極１１ｐの近傍で大きくする。これにより、電極１１ｐの近傍においても、第２電圧Ｖ２に基づいて液晶分子のダイレクタをＺ軸方向に十分に向かわせることができる。これにより、レンズの端部（電極１１ｐの近傍）においても、十分に大きい屈折率差３１ｄを形成することができる。
【０１２４】
なお、液晶光学素子１２１においては、第２電極１２の幅が、複数の電極対１５において互いに異なり、第３電極１３の幅が、複数の電極対１５において互いに異なるが、第３電極１３の幅が一定で、第２電極１２の幅が、複数の電極対１５において互いに異なっても良い。
【０１２５】
図１２は、第２の実施形態に係る別の液晶光学素子の構成を例示する模式的断面図である。  
図１２に表したように、本実施形態に係る液晶光学素子１２２は、第１実施形態に関して説明した液晶光学素子１１２において、第２電極１２の幅が、複数の電極対１５において互いに異なり、第３電極１３の幅が、複数の電極対１５において互いに異なる。これ以外の構成は、液晶光学素子１１２と同様なので説明を省略する。以下では、液晶光学素子１１２にとは異なる部分について説明する。
【０１２６】
液晶光学素子１２２においては、第１領域Ｒ１に配置される複数の電極対１５のそれぞれに含まれる第３電極１３の幅（第２方向に沿った長さ）が、中心軸５９から電極１１ｐに向かう方向（＋Ｘ方向）に沿って増大する。
【０１２７】
第１領域Ｒ１に配置される複数の電極対１５のそれぞれに含まれる第２非重畳部分１３ｑのＸ軸方向に沿った長さ（幅）が、＋Ｘ方向に沿って増大している。
【０１２８】
液晶光学素子１２２においては、液晶光学素子１１２と同様に、第２電極１２と対向電極２０ｃとの間の第４電圧Ｖ４の絶対値（実効値）よりも大きい絶対値（実効値）を有する第５電圧Ｖ５を、第１電極１１と対向電極２０ｃとの間に印加する。第５電圧Ｖ５の絶対値（実効値）よりも大きい絶対値（実効値）を有する第６電圧Ｖ６を、第３電極１３と対向電極２０ｃとの間に印加する。
【０１２９】
液晶光学素子１２２においては、高電圧を印加する第３電極１３の第２非重畳部分１３ｑの幅を、中心軸５９の近傍よりも、電極１１ｐの近傍で大きくする。これにより、電極１１ｐの近傍においても、高電圧に基づいて液晶分子のダイレクタをＺ軸方向に十分に向かわせることができる。これにより、レンズの端部（電極１１ｐの近傍）においても、十分に大きい屈折率差３１ｄを形成することができる。
【０１３０】
なお、液晶光学素子１２２においては、第２電極１２の幅が、複数の電極対１５において互いに異なり、第３電極１３の幅が、複数の電極対１５において互いに異なるが、第２電極１２の幅が一定で、第３電極１３の幅が、複数の電極対１５において互いに異なっても良い。
【０１３１】
さらに、第１実施形態に関して説明した液晶光学素子１１３及び１１４において、第２電極１２の幅を、複数の電極対１５において互いに変更しても、第３電極１３の幅を、複数の電極対１５において互いに変更しても良い。
【０１３２】
第１及び第２実施形態において、第１基板部１０ｕにおいて、中心軸５９と重なる位置にさらに別の電極を設けても良い。この電極と対向電極２０ｃとの間の電位差は、低い値（例えば閾値電圧Ｖｔｈ以下）に設定される。
【０１３３】
実施形態によれば、高品位の表示を提供する液晶光学素子及び画像表示装置が提供できる。
【０１３４】
なお、本願明細書において、「垂直」及び「平行」は、厳密な垂直及び厳密な平行だけではなく、例えば製造工程におけるばらつきなどを含むものであり、実質的に垂直及び実質的に平行であれは良い。
【０１３５】
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、液晶光学素子に含まれる第１基板部、第２基板部、液晶層、第１基板、第２基板、第１〜第４電極、絶縁層及び駆動部、並びに、画像表示装置に含まれる表示部及び表示駆動部などの各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。  
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。
【０１３６】
その他、本発明の実施の形態として上述した液晶光学素子及び画像表示装置を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての液晶光学素子及び画像表示装置も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。
【０１３７】
その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。
【０１３８】
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】
【０１３９】
１０…第１基板、  １０ａ…第１主面、  １０ｕ…第１基板部、  １１…第１電極、  １１ｐ、１１ｑ…電極、  １２、１２ａ〜１２ｃ…第２電極、  １２ｐ…第１重畳部分、  １２ｑ…第１非重畳部分、  １３、１３ａ〜１３ｃ…第３電極、  １３ｐ…第２重畳部分、  １３ｑ…第２非重畳部分、  １５…電極対、  １５ａ〜１５ｃ…第１〜第３電極対、  １８…絶縁層、  １９…位置、  ２０…第２基板、  ２０ａ…第２主面、  ２０ｃ…対向電極、  ２０ｕ…第２基板部、  ３０…液晶層、  ３１…屈折率分布、  ３１ｄ…屈折率差、  ３２…極小点、  ３２ａ〜３２ｃ…第１〜第３極小点、  ３３…極大点、  ３３ａ〜３３ｃ…第１〜第３極大点、  ５０ａ、５０ｂ、５０ｉ…距離、  ５５ａ〜５５ｃ…位置、  ５９…中心軸、  ７２…駆動部、  ８０…画像表示部、  ８１…表示部、  ８２…表示駆動部、  １１１〜１１５、１１９ａ、１１１ａ、１２１、１２２…液晶光学素子、  ２１１…画像表示装置、  Ｒ１、Ｒ２…第１及び第２領域
【図１】
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【図２】
0005592907.tif 000003
【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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【図１２】
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