(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次元画像を表示する表示部、及び、
表示部に対向して配置される可変レンズアレイ、
を備えており、
可変レンズアレイは、
偏光方向が第１方向である直線偏光の入射光に対して、偏光方向を保った直線偏光が出射し、若しくは、第１方向とは異なる第２方向に偏光方向が切り換えられた直線偏光が出射する可変位相差層、及び、
前記可変位相差層から出射する光が入射し、偏光方向が第１方向および第２方向のいずれか一方の光に対してはレンズアレイとして作用し、他方の光に対しては透明層として作用する光学的異方性層、
を含み、
前記光学的異方性層は液晶性化合物分子を含んでおり、
前記液晶性化合物分子は、前記光学的異方性層内において周期的に配向方向が変化する配向状態で固定されており、
前記可変レンズアレイは配向膜を更に含んでおり、
前記光学的異方性層は前記配向膜に接するように形成されており、
前記配向膜には周期的に配向方向が変化するように配向処理が施されており、
前記光学的異方性層は、反応性基を有する前記液晶性化合物分子を含む溶液を配向膜上に塗布した後、反応性基を反応させることによって前記液晶性化合物分子が固定されて成る
表示装置。
【請求項２】
二次元画像を表示する表示部、及び、
表示部に対向して配置される可変レンズアレイ、
を備えており、
可変レンズアレイは、
偏光方向が第１方向である直線偏光の入射光に対して、偏光方向を保った直線偏光が出射し、若しくは、第１方向とは異なる第２方向に偏光方向が切り換えられた直線偏光が出射する可変位相差層、及び、
前記可変位相差層から出射する光が入射し、偏光方向が第１方向および第２方向のいずれか一方の光に対してはレンズアレイとして作用し、他方の光に対しては透明層として作用する光学的異方性層、
を含み、
前記光学的異方性層は液晶性化合物分子を含んでおり、
前記液晶性化合物分子は、前記光学的異方性層内において周期的に配向方向が変化する配向状態で固定されており、
前記可変レンズアレイは配向膜を更に含んでおり、
前記光学的異方性層は前記配向膜に接するように形成されており、
前記配向膜には配向方向が一定方向となるように配向処理が施されており、
前記光学的異方性層は、光反応性の反応性基を有する前記液晶性化合物分子を含む溶液を配向膜上に塗布した後、間隔を明けて所定の領域における前記液晶性化合物分子の反応性基を反応させることによって前記液晶性化合物分子が固定された後、温度を上げた状態で所定の領域以外の部分の前記液晶性化合物分子の反応性基を反応させることによって前記液晶性化合物分子が固定されて成る
表示装置。
【請求項３】
前記可変位相差層は透明な一対の共通電極の間に配置されたツイストネマティック液晶層から成る請求項１又は２に記載の表示装置。
【請求項４】
前記可変レンズアレイは、第１基板と第２基板を更に含んでおり、
前記可変位相差層と前記光学的異方性層は、前記第１基板と前記第２基板との間に連続して形成されている請求項１又は２に記載の表示装置。
【請求項５】
偏光方向が第１方向である直線偏光の入射光に対して、偏光方向を保った直線偏光が出射し、若しくは、第１方向とは異なる第２方向に偏光方向が切り換えられた直線偏光が出射する可変位相差層、及び、
前記可変位相差層から出射する光が入射し、偏光方向が第１方向および第２方向のいずれか一方の光に対してはレンズアレイとして作用し、他方の光に対しては透明層として作用する光学的異方性層、
を含み、
前記光学的異方性層は液晶性化合物分子を含んでおり、
前記液晶性化合物分子は、前記光学的異方性層内において周期的に配向方向が変化する配向状態で固定されており、
配向膜を更に含んでおり、
前記光学的異方性層は前記配向膜に接するように形成されており、
前記配向膜には周期的に配向方向が変化するように配向処理が施されており、
前記光学的異方性層は、反応性基を有する前記液晶性化合物分子を含む溶液を配向膜上に塗布した後、反応性基を反応させることによって前記液晶性化合物分子が固定されて成る
可変レンズアレイ。
【請求項６】
偏光方向が第１方向である直線偏光の入射光に対して、偏光方向を保った直線偏光が出射し、若しくは、第１方向とは異なる第２方向に偏光方向が切り換えられた直線偏光が出射する可変位相差層、及び、
前記可変位相差層から出射する光が入射し、偏光方向が第１方向および第２方向のいずれか一方の光に対してはレンズアレイとして作用し、他方の光に対しては透明層として作用する光学的異方性層、
を含み、
前記光学的異方性層は液晶性化合物分子を含んでおり、
前記液晶性化合物分子は、前記光学的異方性層内において周期的に配向方向が変化する配向状態で固定されており、
配向膜を更に含んでおり、
前記光学的異方性層は前記配向膜に接するように形成されており、
前記配向膜には配向方向が一定方向となるように配向処理が施されており、
前記光学的異方性層は、光反応性の反応性基を有する前記液晶性化合物分子を含む溶液を配向膜上に塗布した後、間隔を明けて所定の領域における前記液晶性化合物分子の反応性基を反応させることによって前記液晶性化合物分子が固定された後、温度を上げた状態で所定の領域以外の部分の前記液晶性化合物分子の反応性基を反応させることによって前記液晶性化合物分子が固定されて成る
可変レンズアレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は可変レンズアレイに関する。また、本開示は係る可変レンズアレイを備えた表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の視点用の画像を表示することができ、例えば視差のある画像を表示することによって立体視も可能となる表示装置が、種々、知られている。このような表示装置として、レンチキュラーレンズなどのレンズアレイと二次元画像を表示する表示部とを組み合わせた表示装置の実用化が進められている。
【０００３】
レンズ列を備えたレンズアレイが表示部と画像観察者との間に配置される表示装置の動作の概念図を、図１６の（Ａ）及び（Ｂ）に示す。
【０００４】
図１６の（Ａ）に示すように、符号Ｒ１，Ｒ３，Ｒ５，Ｒ７，Ｒ９を付した画素群から出射された光線群は視点２に達する。また、図１６の（Ｂ）に示すように、符号Ｌ２，Ｌ４，Ｌ６，Ｌ８，Ｌ１０を付した画素群から出射された光線群は視点１に達する。このように、表示部から所定距離をおいた位置にあっては、視点１の画像と視点２の画像が独立して観察される。
【０００５】
画像観察者の左眼と右眼とが視点１と視点２とに位置し、符号Ｌ２，Ｌ４，Ｌ６，Ｌ８，Ｌ１０を付した画素群によって左眼用の画像を表示し、符号Ｒ１，Ｒ３，Ｒ５，Ｒ７，Ｒ９を付した画素群によって右眼用の画像を表示すれば、画像観察者は、画像を立体画像として認識する。
【０００６】
一方、複数の視点用の画像の表示（例えば立体画像の表示）が可能な表示装置においても、必要に応じて通常画像（二次元画像）の表示が支障無く行うことができることが好ましい。換言すれば、立体画像等の表示と通常画像の表示とが切り換え可能といった構成であることが望ましい。レンズアレイにおけるレンズ列の屈折力を可変することができれば、立体画像等の表示と通常画像の表示とを切り換えることができる。
【０００７】
例えば特開平７−７２４４５号公報（特許文献１）の図２に示すように、レンズ列の屈折力を可変することができる可変レンズアレイとして、透明な電極を有する一対の透明な基板の間に液晶層が配置された構造の可変レンズアレイが提案されている。この構造の可変レンズアレイにあっては、レンズ列は液晶材料を用いた屈折率分布レンズ（Gradient Indexレンズ、以下、単に、ＧＲＩＮレンズと呼ぶ場合がある）から成り、一対の基板間の電圧を変えることによってレンズ列の屈折力を可変することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平７−７２４４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
引用文献１の図２に示すような可変レンズアレイにあっては、光学的なレンズを構成するといった関係から、液晶層を通常の液晶表示パネルの液晶層よりもかなり厚くする必要がある。このため、液晶層の応答速度が遅くなり、立体画像等の表示と通常画像の表示との切り換えに要する時間が長くなってしまう。
【００１０】
従って、本開示の目的は、立体画像等の表示と通常画像の表示との切り換えに要する時間を短くすることができる可変レンズアレイ、及び、係る可変レンズアレイを備えた表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の目的を達成するための本開示の表示装置は、
二次元画像を表示する表示部、及び、
表示部に対向して配置される可変レンズアレイ、
を備えており、
可変レンズアレイは、
偏光方向が第１方向である直線偏光の入射光に対して、偏光方向を保った直線偏光が出射し、若しくは、第１方向とは異なる第２方向に偏光方向が切り換えられた直線偏光が出射する可変位相差層、及び、
可変位相差層から出射する光が入射し、偏光方向が第１方向および第２方向のいずれか一方の光に対してはレンズアレイとして作用し、他方の光に対しては透明層として作用する光学的異方性層、
を含む表示装置である。
【００１２】
上記の目的を達成するための本開示の可変レンズアレイは、
偏光方向が第１方向である直線偏光の入射光に対して、偏光方向を保った直線偏光が出射し、若しくは、第１方向とは異なる第２方向に偏光方向が切り換えられた直線偏光が出射する可変位相差層、及び、
可変位相差層から出射する光が入射し、偏光方向が第１方向および第２方向のいずれか一方の光に対してはレンズアレイとして作用し、他方の光に対しては透明層として作用する光学的異方性層、
を含む可変レンズアレイである。
【発明の効果】
【００１３】
本開示の可変レンズアレイ、あるいは又、本開示の表示装置を構成する可変レンズアレイは、上述した可変位相差層および光学的異方性層を含む。可変位相差層による偏光方向の切り換えは短時間で行うことができるので、立体画像等の表示と通常画像の表示との切り換えを短時間で行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、第１の実施形態の表示装置を仮想的に分離したときの模式的な斜視図である。
【図２】図２は、可変レンズアレイの正面の模式的な平面図である。
【図３】図３は、図２のＡ−Ａ断面図である。
【図４】図４の（Ａ）乃至（Ｃ）は、可変レンズアレイの製造方法を説明するための第１基板などの模式的な一部断面図である。
【図５】図５の（Ａ）及び（Ｂ）は、図４の（Ｃ）に引き続き、可変レンズアレイの製造方法を説明するための第１基板などの模式的な一部断面図である。
【図６】図６の（Ａ）及び（Ｂ）は、図５の（Ｂ）に引き続き、可変レンズアレイの製造方法を説明するための第１基板などの模式的な一部断面図である。
【図７】図７は、立体画像等を表示するときの可変レンズアレイおよび表示部の一部の模式的な断面図である。
【図８】図８は、表示部と可変レンズアレイの一部の模式的な斜視図である。
【図９】図９は、通常画像を表示するときの可変レンズアレイおよび表示部の一部の模式的な断面図である。
【図１０】図１０は、表示部と可変レンズアレイの一部の模式的な斜視図である。
【図１１】図１１は、変形例の可変レンズアレイの模式的な断面図である。
【図１２】図１２は、第２の実施形態における可変レンズアレイの一部の模式的な断面図である。
【図１３】図１３の（Ａ）及び（Ｂ）は、可変レンズアレイの製造方法を説明するための第１基板などの模式的な一部断面図である。
【図１４】図１４の（Ａ）及び（Ｂ）は、図１３の（Ｂ）に引き続き、可変レンズアレイの製造方法を説明するための第１基板などの模式的な一部断面図である。
【図１５】図１５は、図１４の（Ｂ）に引き続き、可変レンズアレイの製造方法を説明するための第１基板などの模式的な一部断面図である。
【図１６】図１６の（Ａ）及び（Ｂ）は、レンズ列を備えたレンズアレイが表示部と画像観察者との間に配置される表示装置の動作の概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して、実施形態に基づき本開示を説明する。本開示は実施形態に限定されるものではなく、実施形態における種々の数値や材料は例示である。以下の説明において、同一要素または同一機能を有する要素には同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。尚、説明は、以下の順序で行う。
１．本開示に係る表示装置および可変レンズアレイ、全般に関する説明
２．第１の実施形態
３．第２の実施形態（その他）
【００１６】
［本開示に係る表示装置および可変レンズアレイ、全般に関する説明］
本開示の可変レンズアレイ、あるいは又、本開示の表示装置に用いられる可変レンズアレイ（以下、これらを単に、本開示の可変レンズアレイと呼ぶ場合がある）にあっては、光学的異方性層は液晶性化合物分子を含んでおり、液晶性化合物分子は、光学的異方性層内において周期的に配向方向が変化する配向状態で固定されている構成とすることができる。
【００１７】
上述した好ましい構成の本開示の可変レンズアレイにあっては、配向膜を更に含んでおり、光学的異方性層は配向膜に接するように形成されている構成とすることができる。この場合において、配向膜には周期的に配向方向が変化するように配向処理が施されており、光学的異方性層は、反応性基を有する液晶性化合物分子を含む溶液を配向膜上に塗布した後、反応性基を反応させることによって液晶性化合物分子が固定されて成る構成とすることができる。あるいは又、配向膜には配向方向が一定方向となるように配向処理が施されており、光学的異方性層は、光反応性の反応性基を有する液晶性化合物分子を含む溶液を配向膜上に塗布した後、間隔を明けて所定の領域における液晶性化合物分子の反応性基を反応させることによって液晶性化合物分子が固定された後、温度を上げた状態で所定の領域以外の部分の液晶性化合物分子の反応性基を反応させることによって液晶性化合物分子が固定されて成る構成とすることができる。
【００１８】
反応性基を有する液晶性化合物分子を含む溶液の塗布は、例えば、スピンコート法やスクリーン印刷法といった周知の方法によって行うことができる。
【００１９】
反応性基を有する液晶性化合物分子は、例えば、周知の棒状液晶性分子を用いて構成することができる。液晶性化合物分子の固定は、例えば、液晶性分子に導入した重合性基の重合反応により行うことができる。反応性基を有する液晶性化合物分子を含む溶液を配向膜上に塗布したのち反応性基を反応させるといった構成にあっては、例えば熱重合反応や光重合反応を用いて液晶性化合物分子の固定を行うことができる。可変レンズアレイの構成や製造方法に応じて、周知の反応性基の中から適宜好ましいものを選択して使用すればよい。
【００２０】
配向膜は、有機化合物や無機化合物などの周知の材料を用いて構成することができる。配向処理は、例えば、有機化合物層などの表面を紙や布でこするといったラビング処理や、非偏光あるいは偏光を照射するといった光照射によって行うことができる。周期的に配向方向が変化するような配向処理は、マスクを用いた光照射による処理によって行うことができる。光照射によって配向機能が付与される配向膜は、感光性の有機化合物などを用いて形成することができる。
【００２１】
例えば、光化学反応性基を結合した有機化合物からなる膜に非偏光を照射すると、光が進む方向に並んだ分子とそうではない分子とで光化学反応に差が生じ結果的に分子の配向に異方性が発生する。あるいは又、光化学反応性基を結合した有機化合物からなる膜に直線偏光を照射すると、偏光軸の方向で規制される選択的な反応が生じ結果的に分子の配向に異方性が発生する。従って、非偏光を照射する場合には光を照射する方向を適宜設定することによって、直線偏光を照射する場合には偏光軸の方向を制御するマスクなどを適宜用いることによって、有機化合物から成る配向膜の配向制御が可能となる。有機化合物として、ポリエステル、ポリアミドおよびポリイミドなどといった周知の材料を用いることができる。
【００２２】
上述した各種の好ましい構成を含む本開示の可変レンズアレイにあっては、可変位相差層は印加する電圧によって配向状態を制御することができる液晶層から成る構成とすることができる。偏光方向の切り換えに支障がない限り、液晶層を構成する材料や動作モードは特に限定するものではない。ここで、可変位相差層が透明な一対の共通電極の間に配置されたツイストネマティック液晶層から成る構成は、液晶層を制御するための電極を分割するといったことが不要であり、可変レンズアレイの構成を簡単にすることができるといった利点を備えている。液晶層は、通常の液晶表示パネルの液晶層と同様に例えば５［μｍ］程度の厚さで足りるので、偏光方向の切り換えを短時間で行うことができる。尚、継続して直流電圧を液晶層に印加すると液晶材料の劣化を招くので、通常の液晶表示パネルと同様に、液晶層に印加する電圧の極性が順次反転するようにすればよい。
【００２３】
上述した各種の好ましい構成を含む本開示の可変レンズアレイにあっては、第１基板と第２基板を更に含んでおり、可変位相差層と光学的異方性層は、第１基板と第２基板との間に連続して形成されている構成とすることができる。
【００２４】
第１基板や第２基板などといった可変レンズアレイに用いられる基板は、光に対して透明な材料から構成することができる。基板を構成する材料として、アクリル系樹脂、ポリカーボネート樹脂（ＰＣ）、ＡＢＳ樹脂、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、ポリアリレート樹脂（ＰＡＲ）、ポリエチレンテレフタレート樹脂（ＰＥＴ）、ガラスを例示することができる。
【００２５】
透明な共通電極は、光透過性を有する金属薄膜や、インジウムとスズの酸化物（ＩＴＯ）やインジウムと亜鉛の酸化物（ＩＺＯ）などの透明導電材料から構成することができる。共通電極は、真空蒸着法やスパッタリング法に例示される物理的気相成長法（ＰＶＤ法）、各種の化学的気相成長法（ＣＶＤ法）などの周知の方法によって成膜することができる。
【００２６】
本開示の表示装置においては、表示部として、液晶表示パネル、エレクトロルミネッセンス表示パネル、プラズマ表示パネルなどといった、周知の表示装置を用いることができる。表示部は、モノクロ表示であってもよいし、カラー表示であってもよい。
【００２７】
後述する各実施形態においては、透過型のモノクロ液晶表示パネルを表示部として用いる。また、実施形態にあっては、可変レンズアレイは表示部と画像観察者との間に配置されているとして説明する。
【００２８】
液晶表示パネルは、例えば、透明共通電極を備えたフロントパネル、透明画素電極を備えたリアパネル、及び、フロントパネルとリアパネルとの間に配置された液晶材料から成る。液晶表示パネルの動作モードは特に限定するものではない。所謂ＴＮモードで駆動される構成であってもよいし、ＶＡモードあるいはＩＰＳモードで駆動される構成であってもよい。
【００２９】
表示部の画素（ピクセル）の数Ｍ×Ｎを（Ｍ，Ｎ）で表記したとき、（Ｍ，Ｎ）の値として、具体的には、ＶＧＡ（６４０，４８０）、Ｓ−ＶＧＡ（８００，６００）、ＸＧＡ（１０２４，７６８）、ＡＰＲＣ（１１５２，９００）、Ｓ−ＸＧＡ（１２８０，１０２４）、Ｕ−ＸＧＡ（１６００，１２００）、ＨＤ−ＴＶ（１９２０，１０８０）、Ｑ−ＸＧＡ（２０４８，１５３６）の他、（３８４０，２１６０）、（１９２０，１０３５）、（７２０，４８０）、（１２８０，９６０）など、画像表示用解像度の幾つかを例示することができるが、これらの値に限定するものではない。
【００３０】
透過型の表示部を背面から照射する照明部として、周知の照明部を用いることができる。照明部の構成は特に限定するものではない。照明部は、光源、プリズムシート、拡散シート、導光板などといった周知の部材から構成することができる。
【００３１】
表示部を駆動する駆動回路や、可変レンズアレイを駆動する駆動回路は、種々の回路から構成することができる。これらは周知の回路素子などを用いて構成することができる。
【００３２】
本明細書に示す各種の条件は、厳密に成立する場合の他、実質的に成立する場合にも満たされる。設計上あるいは製造上生ずる種々のばらつきの存在は許容される。
【００３３】
［第１の実施形態］
第１の実施形態は、本開示に係る表示装置および可変レンズアレイに関する。
【００３４】
図１は、第１の実施形態の表示装置を仮想的に分離したときの模式的な斜視図である。
【００３５】
図１に示すように、表示装置１は、二次元画像を表示する表示部１０、及び、表示部１０に対向して配置される可変レンズアレイ３０を備えている。説明の都合上、表示部１０の表示領域１１はＸ−Ｚ平面と平行であり、画像を観察する側（観察領域側）が＋Ｙ方向であるとする。
【００３６】
可変レンズアレイ３０は、表示部１０の正面（画像観察者側）に対向して配置されており、表示部１０とは設計上定めた所定の間隔を空けて対向するように図示せぬ保持部材によって保持されている。後述するように、可変レンズアレイ３０の第１基板１３０Ａと第２基板１３０Ｂとの間には、液晶層などが配置されている。符号１３８は封止部を示す。可変レンズアレイ３０の詳細については、後述する図２および図３を参照して、後で詳しく説明する。
【００３７】
表示部１０の背面側には光を照射する照明部２０が配置されている。照明部２０は、光源、プリズムシート、拡散シートおよび導光板などといった部材（これらは図示せず）から構成されている。
【００３８】
表示部１０の背面には、偏光方向がＸ方向である図示せぬ第１の偏光フィルムが貼られており、表示部１０の正面には、偏光方向がＺ方向である図示せぬ第２の偏光フィルムが貼られている。従って、表示領域１１から可変レンズアレイ３０に向かう光の偏光方向はＺ方向である。
【００３９】
表示部１０の表示領域１１には、水平方向（図においてＸ方向）にＭ個、垂直方向（図においてＺ方向）にＮ個の画素１２が配列されている。第ｍ列目（但し、ｍ＝１，２・・・，Ｍ）の画素１２を、画素１２mと表す。
【００４０】
可変レンズアレイ３０には、垂直方向に延びるレンズ列３１が、水平方向にＰ個並んで配列されている。第ｐ列目（但し、ｐ＝１，２・・・，Ｐ）のレンズ列３１をレンズ列３１pと表す。「Ｐ」と上述した「Ｍ」の関係については後述する。
【００４１】
説明の都合上、立体画像等を表示する際の画像の視点数は中央の観察領域ＷＡCにおいて視点Ａ1，Ａ2・・・，Ａ4の４つであるとして説明するが、これは例示にすぎない。観察領域の個数や視点の数は、表示装置１の設計に応じて適宜設定することができる。表示部１０とレンズ列３１との位置関係などを好適に設定することによって、中央の観察領域ＷＡCの左側の領域ＷＡLと右側の領域ＷＡRにおいても、各視点用の画像が観察可能となる。
【００４２】
図示せぬ駆動回路によって表示部１０は駆動される。具体的には、画素１２における液晶分子の配向方向が制御され、外部からの映像信号に応じた二次元画像が表示される。また、別の図示せぬ駆動回路によって可変レンズアレイ３０は駆動され、例えば立体画像を表示する場合と通常画像を表示する場合とで、実質的にレンズ列３１の屈折力が切り換えられる。具体的な動作については、後述する図７ないし図１０を参照して、後で詳しく説明する。
【００４３】
次いで、図２および図３を参照して、可変レンズアレイ３０の構成について説明する。
【００４４】
図２は、可変レンズアレイの正面の模式的な平面図である。図２においては第１基板１３０Ａの一部を切り欠いて示した。また、図示の都合上、第１基板１３０Ａの一部を切り欠いた部分にあっては液晶層などの図示を省略した。図３は、図２のＡ−Ａ断面図である。尚、図３においては、レンズ列３１に対応する画素を模式的に示した。後述する図１２や図１６などにおいても同様である。
【００４５】
図３に示すように、可変レンズアレイ３０は、偏光方向が第１方向（図においてＺ方向）である直線偏光の入射光に対して、偏光方向を保った直線偏光が出射し、若しくは、第１方向とは異なる第２方向（図においてＸ方向）に偏光方向が切り換えられた直線偏光が出射する可変位相差層１３５、及び、可変位相差層１３５から出射する光が入射し、偏光方向が第１方向および第２方向のいずれか一方の光（ここでは偏光方向が第２方向の光）に対してはレンズアレイとして作用し、他方の光（ここでは偏光方向が第１方向の光）に対しては透明層として作用する光学的異方性層１３２を含んでいる。
【００４６】
可変レンズアレイ３０は配向膜１３１を更に含んでいる。配向膜１３１は、第１基板１３０Ａの内面（光学的異方性層１３２側の面）に形成されており、光学的異方性層１３２は配向膜１３１に接するように形成されている。光学的異方性層１３２は液晶性化合物分子１３２Ａを含んでいる。液晶性化合物分子１３２Ａは、光学的異方性層１３２内においてその位置に応じて周期的に配向方向が変化する配向状態で固定されている。尚、液晶性化合物分子１３２Ａの配向状態が固定されていることを示すため、配向状態が固定されている領域には右上がりの斜線を付した。他の図面においても同様である。
【００４７】
液晶性化合物分子１３２Ａの配向について説明する。説明の都合上、Ｘ−Ｚ平面を基準面とし、Ｘ軸を基準として方位角を考え、Ｙ軸を基準に極角を考える。
【００４８】
液晶性化合物分子１３２Ａの分子軸（長軸）の方位角は略０度である。換言すれば、液晶性化合物分子１３２Ａの分子軸は、Ｘ−Ｙ平面と略平行となるような配向状態である。
【００４９】
一方、液晶性化合物分子１３２Ａにおける分子軸の極角の絶対値は、レンズ列３１の境界部において略０度であり、レンズ列３１の中央部に近づくほど増加し、レンズ列３１の中央部において略９０度となる。換言すれば、例えばレンズ列３１pの液晶性化合物分子１３２Ａは、図３に示すレンズ列３１p-1との境界部においてはＹ方向に沿って配列し、レンズ列３１pの中央に向かうにつれて図において右側に傾斜する。同様に、レンズ列３１pの液晶性化合物分子１３２Ａは、図３に示すレンズ列３１p+1との境界部においてはＹ方向に沿って配列し、レンズ列３１pの中央に向かうにつれて図において左側に傾斜する。そして、レンズ列３１pの中央において、レンズ列３１pの液晶性化合物分子１３２Ａは、Ｘ方向に沿って配列する。
【００５０】
配向膜１３１には周期的に配向方向が変化するように配向処理が施されている。光学的異方性層１３２は、光反応性の反応性基を有する液晶性化合物分子１３２Ａを含む溶液を配向膜１３１上に塗布した後、反応性基を反応させることによって液晶性化合物分子１３２Ａが固定されて成る。
【００５１】
配向膜１３１における配向処理の詳細については、後述する図４ないし図１０を参照して、後で詳しく説明する。
【００５２】
可変位相差層１３５は、透明な一対の共通電極１３３，１３７の間に配置された、ポジ型のネマチック液晶材料を用いたツイストネマティック液晶層から成る。以下、可変位相差層１３５を液晶層１３５と呼ぶ場合がある。
【００５３】
一対の共通電極１３３，１３７は、例えばＩＴＯといった透明導電材料から構成されている。一方の共通電極１３３は光学的異方性層１３２上の全面に形成されており、他方の共通電極１３７は第２基板１３０Ｂの内面（液晶層１３５側の面）の全面に形成されている。
【００５４】
一対の共通電極１３３，１３７の液晶層１３５側の全面には、例えばポリアミドから成る配向層１３４，１３６が形成されている。配向層１３６の内面（液晶層１３５側の面）にはＺ方向にラビング処理が施されている。同様に、配向層１３４の内面（液晶層１３５側の面）にはＸ方向にラビング処理が施されている。
【００５５】
これらの配向層１３４，１３６によって、一対の共通電極１３３，１３７の間に電位差がない場合における液晶分子１３５Ａの分子軸（長軸）の方向が規定される。この状態では、液晶分子１３５Ａの分子軸の方向（「ディレクタ」とも呼ばれる）は、共通電極１３７側でＺ方向となる。そして、徐々に分子軸の方向は変化し、共通電極１３３側においてＸ方向となる。尚、液晶層１３５の厚さは、図示せぬスペーサ等によって所定の値に保持されている。
【００５６】
上述したように、可変レンズアレイ３０は、第１基板１３０Ａと第２基板１３０Ｂを含んでおり、可変位相差層１３５と光学的異方性層１３２は、第１基板１３０Ａと第２基板１３０Ｂとの間に連続して形成されている。後述する他の実施形態においても同様である。
【００５７】
１つのレンズ列３１は、基本的には４列の画素１２に対応する。レンズ列３１と画素１２の水平方向のピッチをそれぞれ符号ＬＤと符号ＮＤで表せば、ＬＤ≒４×ＮＤである。例えば、画素ピッチＮＤが０．３［ｍｍ］であるとすると、レンズ列ピッチＬＤは約１．２［ｍｍ］である。また、上述した「Ｐ」と「Ｍ」は、Ｐ≒Ｍ／４といった関係にある。
【００５８】
以下、図４の（Ａ）乃至（Ｃ）、図５の（Ａ）及び（Ｂ）、並びに、図６の（Ａ）及び（Ｂ）を参照して、可変レンズアレイ３０の製造方法を説明する。これらの図は、基本的には、図２におけるＡ−Ａ断面図と同様の断面図である。尚、図６の（Ｂ）では、図示の都合上、一部の構成要素の表示を省略した。また、以下の説明において、非偏光を用いた光配向処理が施された配向膜は、光が照射された方向に長軸をそろえるように液晶性化合物分子１３２Ａを配向させるとする。
【００５９】
［工程−１００］（図４の（Ａ）参照）
先ず、第１基板１３０Ａ上に、例えば感光性のポリイミド材料から成る配向膜１３１を周知の方法に基づき形成する。
【００６０】
［工程−１１０］（図４の（Ｂ）及び（Ｃ）参照）
その後、スリット状の開口部４２を備えたマスク４０を用いて、配向膜１３１に光配向処理を施す。
【００６１】
マスク４０は、Ｚ方向に延びるスリット状の開口部４２と、それぞれ隣接する開口部４２の間の遮光部４１とを備えている。マスク４０は、周知の材料を用いて周知の方法に基づき形成することができる。開口部４２のＸ方向のピッチは、図３に示すレンズ列３１のピッチＬＤと同一である。開口部４２のＸ方向の幅は、可変レンズアレイ３０の仕様に応じて適宜好ましい値に設定すればよい。
【００６２】
レンズ列３１の境界に対応する部分と開口部４２の中心とが対応するように、配向膜１３１に対向してマスク４０を配置する。そして、図示せぬ光源からＹ方向に向かう非偏光を照射し、開口部４２に対応する配向膜１３１の領域（符号ＡＬ1で表す）に光配向処理を施す（図４の（Ｂ）参照）。
【００６３】
次いで、レンズ列３１の中央部に対応する部分と開口部４２の中心とが対応するように、配向膜１３１に対向してマスク４０を配置する。そして、図示せぬ光源から図において右斜め下方向に向かう非偏光の光を照射し、領域ＡＬ1の左側に位置する配向膜１３１の領域ＡＬ2に光配向処理を施す。その後、図示せぬ光源から図において左斜め下方向に向かう非偏光の光を照射し、領域ＡＬ1の右側に位置する配向膜１３１の領域ＡＬ3に光配向処理を施す（図４の（Ｃ）参照）。
【００６４】
［工程−１２０］（図５の（Ａ）参照）
次いで、配向膜１３１上に、反応性基を有する液晶性化合物分子１３２Ａを含む溶液を周知の方法により塗布する。塗布された溶液層を符号１３２’で表す。溶液層１３２’内の液晶性化合物分子１３２Ａは、配向膜１３１によって所定の状態に配向する。
【００６５】
［工程−１３０］（図５の（Ｂ）参照）
その後、全面に例えば紫外線を照射し、反応性基を反応させて液晶性化合物分子１３２Ａを固定する。これによって、光学的異方性層１３２が形成される。尚、光学的異方性層１３２の厚さは、例えば３０乃至４０［μｍ］程度に設定した。後述する他の実施形態においても同様である。
【００６６】
［工程−１４０］（図６の（Ａ）参照）
次いで、光学的異方性層１３２上の全面に、例えばＩＴＯから成る一方の共通電極（以下、第１共通電極と呼ぶ場合がある）１３３を周知の方法に基づき形成する。次いで、第１共通電極１３３を含む全面に、例えばポリイミド材料から成る配向層１３４を周知の方法に基づき形成し、その表面にＸ方向にラビング処理を施す。
【００６７】
［工程−１５０］（図６の（Ｂ）参照）
その後、第２基板１３０Ｂの全面に、例えばＩＴＯから成る他方の共通電極（以下、第２共通電極と呼ぶ場合がある）１３７を周知の方法に基づき形成する。次いで、第２共通電極１３７を含む全面に、例えばポリイミド材料から成る配向層１３６を周知の方法に基づき形成し、その表面にＺ方向にラビング処理を施す。
【００６８】
そして、上記工程を経た第１基板１３０Ａと第２基板１３０Ｂとを液晶層１３５を挟んだ状態で対向させ、例えば熱硬化性のエポキシ系樹脂材料といった周知のシール材料を用いて周囲を封止することによって、可変レンズアレイ３０を得ることができる。
【００６９】
次いで、図７ないし図１０を参照して、可変レンズアレイ３０の動作について説明する。先ず、立体画像等を表示するときの動作について説明し、次いで、通常画像を表示するときの動作について説明する。
【００７０】
図７は、立体画像等を表示するときの可変レンズアレイおよび表示部の一部の模式的な断面図である。図８は、表示部と可変レンズアレイの一部の模式的な斜視図である。
【００７１】
表示装置１の動作時において、第１共通電極１３３と第２共通電極１３７には同じ値の電圧（例えば０［ボルト］）が印加される。第１共通電極１３３と第２共通電極１３７との間に電位差がないので、液晶層１３５の液晶分子１３５Ａは図７に示すように配向する。
【００７２】
液晶層１３５には、表示部１０から、偏光方向が第１方向（Ｚ方向）である直線偏光が入射する。そして、第１方向とは異なる第２方向（Ｘ方向）に偏光方向が切り換えられた直線偏光が、液晶層１３５から出射する。
【００７３】
光学的異方性層１３２における液晶性化合物分子１３２Ａの長軸方向の屈折率は、短軸方向の屈折率よりも大きい。また、液晶性化合物分子１３２Ａの分子軸はＸ−Ｙ平面と略平行となるように配向している。従って、液晶層１３５から入射する光の偏光方向（光の電界成分の方向）がＸ方向である場合、光学的異方性層１３２における屈折率は、図７のグラフに示すように、レンズ列３１の周辺部は小さく、中央部に向かうほど大きくなる。このように、光学的異方性層１３２は、偏光方向が第２方向の光に対してはレンズアレイとして作用する。尚、図７に示す符号「ｎＳ」と符号「ｎＬ」は、それぞれ、液晶性化合物分子１３２Ａの短軸方向の屈折率と長軸方向の屈折率を示す。尚、図７に示すグラフは模式的なものであって、屈折率の最大値と最小値とが常に「ｎＳ」や「ｎＬ」になるといったことを意味するものではない。後述する他の図面におけるグラフにおいても同様である。
【００７４】
この状態にあっては、レンズ列３１を透過する光の波面は、レンズ列３１の中央部から周辺部に向かうほど早く進む。従って、ある一点に波面が集中するように光は進むので、レンズ列３１は凸レンズを構成するＧＲＩＮレンズとして作用する。図７に示すストライプ状のレンズ列３１は、光学的には円筒状の凸レンズ列と同視できるので、レンチキュラーレンズとして動作する（図８参照）。
【００７５】
視点Ａ1，Ａ2・・・，Ａ4用の画像を形成するための画素１２から出射した光は、レンズ列３１を透過する際に進行方向が変えられ、所定の方向に向かう。これによって、図１に示す観察領域ＷＡにおいて、所定の視点用の画像を観察することができる。
【００７６】
図９は、通常画像を表示するときの可変レンズアレイおよび表示部の一部の模式的な断面図である。図１０は、表示部と可変レンズアレイの一部の模式的な斜視図である。
【００７７】
通常画像を表示するときには、第１共通電極１３３と第２共通電極１３７には異なる値の電圧（例えば０［ボルト］と１５［ボルト］）が印加される。尚、実際には、液晶層１３５を交流駆動するために、電圧の極性は例えば表示フレーム毎に切り換えられる。説明の都合上、電圧の極性の反転は考慮しないで説明を行う。
【００７８】
この状態においては、第１共通電極１３３と第２共通電極１３７との間の電圧は１５［ボルト］である。従って、第２共通電極１３７と第１共通電極１３３との間に電界が形成され、液晶分子１３５Ａは長軸がＹ方向に沿うように配列する。
【００７９】
液晶層１３５には、表示部１０からの偏光方向が第１方向（Ｚ方向）である直線偏光が入射する。そして、偏光方向を第１方向に保った直線偏光が、液晶層１３５から出射する。
【００８０】
偏光方向を第１方向に保った直線偏光は、その偏向方向（光の電界成分の方向）が液晶性化合物分子１３２Ａの分子軸と直交する。したがって、光学的異方性層１３２は、偏光方向が第１方向の光に対して、屈折率が「ｎＳ」である材料から成る単なる透明層として作用する（図１０参照）。表示装置１はレンズアレイが設けられていないと同様の状態となり、通常画像を観察することができる。
【００８１】
以上、第１の実施形態について説明した。可変位相差層１３５による偏光方向の切り換えは短時間で行うことができるので、立体画像等の表示と通常画像の表示との切り換えを短時間で行うことができる。
【００８２】
上述した構成は、液晶層１３５に電界が印加されていない場合は立体画像等の表示となり、液晶層１３５に電界が印加されている場合は通常画像の表示となる。従って、液晶層１３５の駆動に必要な消費電力の低減を図るといった観点からは、立体画像等の表示を主とし、通常画像の表示を従とする用途に向いている。
【００８３】
なお、表示部１０の表示領域１１から可変レンズアレイ３０に向かう光の偏光方向をＺ方向からＸ方向に入れ替え、合わせて、配向層１３４，１３６のラビング処理の方向を相互に入れ替えた構成とすることもできる。
【００８４】
具体的には、表示部１０の背面には、偏光方向がＺ方向である図示せぬ第１の偏光フィルムが貼られており、表示部１０の正面には、偏光方向がＸ方向である図示せぬ第２の偏光フィルムが貼られており、配向層１３６の内面にはＸ方向にラビング処理が施されており、配向層１３４の内面にはＺ方向にラビング処理が施されている構成である。
【００８５】
この構成では、液晶層１３５に電界が印加されていない場合は通常画像の表示となり、液晶層１３５に電界が印加されている場合は立体画像等の表示となる。従って、液晶層１３５の駆動に必要な消費電力の低減を図るといった観点からは、通常画像の表示を主とし、立体画像の表示を従とする用途に向いている。
【００８６】
尚、第１実施形態において自発光型の表示部を用いる構成とすることもできるが、自発光型の表示部は、一般に非偏光を発光する。この場合には、図１１に示すように、例えば、第２基板１３０Ｂの裏面（自発光型の表示部１０’側）に、偏光軸がＸ方向である偏光フィルムなどの光学部材１３９を配置すればよい。他の実施形態においても同様である。
【００８７】
［第２の実施形態］
第２の実施形態も、本開示に係る表示装置および可変レンズアレイに関する。
【００８８】
第２の実施形態は、第１の実施形態に対して、配向膜と光学的異方性層の仕様が異なる。以上の点が相違する他、第２の実施形態は第１の実施形態と同様の構成である。
【００８９】
第２の実施形態の表示装置２を仮想的に分離したときの模式的な斜視図は、図１に示す表示装置１を表示装置２と読み替え、可変レンズアレイ３０を可変レンズアレイ２３０と読み替えた図面となる。
【００９０】
図１２を参照して、可変レンズアレイ２３０の構成について説明する。
【００９１】
図１２は、第２の実施形態における可変レンズアレイの一部の模式的な断面図である。具体的には、第１の実施形態で参照した図２において可変レンズアレイ３０を可変レンズアレイ２３０と読み替えたときのＡ−Ａ断面図である。図１２において、符号２３１は配向膜を表し、符号２３２は光学的異方性層を表し、符号２３２Ａは液晶性化合物分子を表す。尚、図１２は、第１共通電極１３３と第２共通電極１３７との間に電位差がない状態（換言すれば、立体画像等を表示するとき）の液晶分子１３５Ａの配向を示している。
【００９２】
配向膜２３１には配向方向が一定方向（図においてＸ方向）となるように配向処理が施されている。後述する図１３ないし図１５を参照して後ほど詳しく説明するが、光学的異方性層２３２は、光反応性の反応性基を有する液晶性化合物分子２３２Ａを含む溶液を配向膜２３１上に塗布した後、間隔を明けて所定の領域における液晶性化合物分子２３２Ａの反応性基を反応させることによって液晶性化合物分子２３２Ａが固定された後、温度を上げた状態で所定の領域以外の部分の液晶性化合物分子２３２Ａの反応性基を反応させることによって液晶性化合物分子２３２Ａが固定されて成る。
【００９３】
尚、液晶性化合物分子２３２Ａの組成は第１の実施形態における液晶性化合物分子１３２Ａと同様である。第２の実施形態は、第１の実施形態に対して液晶性化合物分子の配向固定方法が異なるため、光学的異方性層と液晶性化合物分子について第１の実施形態とは異なる符号を付した。
【００９４】
以下、図１３の（Ａ）及び（Ｂ）、図１４の（Ａ）及び（Ｂ）、並びに、図１５を参照して、可変レンズアレイ２３０の製造方法を説明する。これらの図は、図２を適宜読み替えたときのＡ−Ａ断面図と同様の断面図である。以下、これらの図を参照して、可変レンズアレイ２３０の製造方法を説明する。
【００９５】
［工程−２００］（図１３の（Ａ）参照）
先ず、第１基板１３０Ａ上に、例えば感光性のポリイミド材料から成る配向膜２３１を周知の方法に基づき形成する。次いで、配向方向が一定方向（具体的には、図においてＸ方向）となるように、周知の方法に基づいて配向膜２３１の表面にラビング処理を施す。
【００９６】
［工程−２１０］（図１３の（Ｂ）参照）
次いで、反応性基を有する液晶性化合物分子２３２Ａを含む溶液を配向膜２３１上に、周知の方法により塗布する。溶液層を符号２３２’で表す。溶液層２３２’内の液晶性化合物分子２３２Ａは、配向膜２３１によって、分子軸がＸ方向に並ぶように配向する。その後、スリット状の開口部２４２を備えたマスク２４０を用いて、間隔を明けて所定の領域における液晶性化合物分子２３２Ａの反応性基を反応させて液晶性化合物分子を固定する。
【００９７】
マスク２４０は、Ｚ方向に延びるスリット状の開口部２４２と、それぞれ隣接する開口部２４２の間の遮光部２４１とを備えている。マスク２４０は、周知の材料を用いて周知の方法に基づき形成することができる。開口部２４２のＸ方向のピッチは、図１２に示すレンズ列３１のピッチＬＤと同一である。開口部２４２のＸ方向の幅は、可変レンズアレイ２３０の仕様に応じて適宜好ましい値に設定すればよい。
【００９８】
スリット状の開口部２４２がレンズ列３１の中央部に対応するように、マスク２４０を配置した後、図示せぬ光源からＹ方向に紫外線を照射する。このとき、照射される紫外線が遮光部２４１に対応する部分にも回り込むように、マスク２４０と溶液層２３２’とを離間した状態にしておく。溶液層２３２’に照射される紫外線は、その強度が連続的に変化し、紫外線の照射による液晶分子２３２Ａの硬化の程度も連続的に変化する。尚、図１３の（Ｂ）においては、硬化した液晶分子２３２Ａに斜線を付した。また、未硬化の液晶分子２３２Ａを破線で示した。
【００９９】
［工程−２２０］（図１４の（Ａ）及び（Ｂ）参照）
次いで、未硬化の液晶性化合物分子２３２Ａを含む部分が等方性になるように、全体を加熱する（図１４の（Ａ））。その状態で全面に紫外線を照射し、反応性基を反応させて液晶化合成分子２３２Ａを固定する（図１４の（Ｂ））。これによって、光学的異方性層２３２が形成される。尚、図１４の（Ａ）においては、等方性となった部分の液晶分子２３２Ａを細線の破線で示した。また、図１２、図１４の（Ｂ）、図１５においては、図示の都合上、等方性となった部分の液晶分子２３２Ａの表示を省略した。
【０１００】
［工程−２３０］（図１５参照）
次いで、第１の実施形態において説明した［工程−１５０］と同様の工程を行うことによって、可変レンズアレイ２３０を得ることができる。
【０１０１】
以上、可変レンズアレイ２３０の製造方法について説明した。立体画像等を表示するときの動作は、第１の実施形態において図７と図８とを参照して説明した動作と基本的に同様である。通常画像を表示するときの動作は、第１の実施形態において図９と図１０とを参照して説明した動作と基本的に同様である。従って、これらの動作についての説明は省略する。
【０１０２】
以上、この発明の実施形態について具体的に説明したが、この発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。
【０１０３】
なお、本開示の技術は以下のような構成も取ることができる。
（１）二次元画像を表示する表示部、及び、
表示部に対向して配置される可変レンズアレイ、
を備えており、
可変レンズアレイは、
偏光方向が第１方向である直線偏光の入射光に対して、偏光方向を保った直線偏光が出射し、若しくは、第１方向とは異なる第２方向に偏光方向が切り換えられた直線偏光が出射する可変位相差層、及び、
可変位相差層から出射する光が入射し、偏光方向が第１方向および第２方向のいずれか一方の光に対してはレンズアレイとして作用し、他方の光に対しては透明層として作用する光学的異方性層、
を含む表示装置。
（２）光学的異方性層は液晶性化合物分子を含んでおり、
液晶性化合物分子は、光学的異方性層内において周期的に配向方向が変化する配向状態で固定されている上記（１）に記載の表示装置。
（３）可変レンズアレイは配向膜を更に含んでおり、
光学的異方性層は配向膜に接するように形成されている上記（２）に記載の表示装置。
（４）  配向膜には周期的に配向方向が変化するように配向処理が施されており、
光学的異方性層は、反応性基を有する液晶性化合物分子を含む溶液を配向膜上に塗布した後、反応性基を反応させることによって液晶性化合物分子が固定されて成る上記（３）に記載の表示装置。
（５）配向膜には配向方向が一定方向となるように配向処理が施されており、
光学的異方性層は、光反応性の反応性基を有する液晶性化合物分子を含む溶液を配向膜上に塗布した後、間隔を明けて所定の領域における液晶性化合物分子の反応性基を反応させることによって液晶性化合物分子が固定された後、温度を上げた状態で所定の領域以外の部分の液晶性化合物分子の反応性基を反応させることによって液晶性化合物分子が固定されて成る上記（３）に記載の表示装置。
（６）可変位相差層は透明な一対の共通電極の間に配置されたツイストネマティック液晶層から成る上記（１）乃至（５）のいずれかに記載の表示装置。
（７）可変レンズアレイは、第１基板と第２基板を更に含んでおり、
可変位相差層と光学的異方性層は、第１基板と第２基板との間に連続して形成されている上記（１）乃至（６）のいずれかに記載の表示装置。
（８）偏光方向が第１方向である直線偏光の入射光に対して、偏光方向を保った直線偏光が出射し、若しくは、第１方向とは異なる第２方向に偏光方向が切り換えられた直線偏光が出射する可変位相差層、及び、
可変位相差層から出射する光が入射すると共に、偏光方向が第１方向および第２方向のいずれか一方の光に対してはレンズアレイとして作用し、他方の光に対しては透明層として作用する光学的異方性層、
を含む可変レンズアレイ。
【符号の説明】
【０１０４】
１，２・・・表示装置、１０，１０’・・・表示部、１１・・・表示領域、１２・・・画素、２０・・・照明部、３０，２３０・・・可変レンズアレイ、３１・・・レンズ列、４０，２４０・・・マスク、４１，２４１・・・遮光部、４２，２４２・・・開口部、１３０Ａ・・・第１基板、１３０Ｂ・・・第２基板、１３１，２３１，３３１・・・配向膜、１３２，２３２・・・光学的異方性層、１３２’，２３２’・・・溶液層、１３２Ａ，２３２Ａ・・・液晶性化合物分子、１３３・・・一方の共通電極（第１共通電極）、１３４，１３６・・・配向層、１３５・・・可変位相差層（液晶層）、１３５Ａ・・・液晶分子、１３７・・・他方の共通電極（第２共通電極）、１３８・・・封止部、１３９・・・光学部材、ＷＡL，ＷＡC，ＷＡR・・・観察領域、Ａ1，Ａ2，Ａ3，Ａ4・・・視点、ＡＬ1，ＡＬ2，ＡＬ3・・・配向処理領域
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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