(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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方向に沿って延び、前記第１方向に対して垂直な第２方向に並べられた複数の第１電極と、
を含む第１基板部と、
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、前記複数の第１電極のそれぞれと対向する第２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、
を備え、
前記複数の第１電極の少なくともいずれかは、前記第２電極と対向する対向面に凹部を有し、
前記凹部は複数設けられ、前記複数の凹部は、前記第１方向に沿って並べられており、
前記複数の凹部は、第１の凹部と、前記第１の凹部の隣の第２の凹部と、を含み、前記第１の凹部と前記第２の凹部との間の距離は、前記第１電極の前記第２方向の幅以下である液晶光学素子。
【請求項２】
前記第１基板部は、前記第１基板と前記第１電極との間に設けられ、複数の穴を有する絶縁層を含み、
前記複数の凹部のそれぞれは、前記複数の穴のそれぞれに沿う請求項１記載の液晶光学素子。
【請求項３】
前記複数の凹部は、第１の凹部と、前記第１の凹部の隣の第２の凹部とを含み、前記第１の凹部の前記第２方向の幅及び前記第２の凹部の前記第２方向の幅は、前記第１の凹部と前記第２の凹部との間の距離よりも大きい請求項１または２に記載の液晶光学素子。
【請求項４】
前記複数の凹部は、第１の凹部と、前記第１の凹部の隣の第２の凹部と、を含み、前記第１の凹部の前記第２方向の中心の前記第２方向の位置は、前記第２の凹部の前記第２方向の中心の前記第２方向の位置と異なる請求項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基板部は、
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前記第２方向に並ぶ複数の電極対を、さらに含み、
前記複数の電極対のそれぞれは、第１方向に延びる第３電極と、第１方向に延びる第４電極と、前記第３電極と前記第４電極との間に設けられた絶縁層と、を有し、
前記第３電極は、前記第１方向と前記第２方向とに対して平行な平面に射影したときに前記第４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４電極は、前記平面に射影したときに前記第３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】
前記複数の第１電極と前記第２電極との間に印加される第１電圧の実効値は、前記第３電極と前記第２電極との間に印加される電圧の実効値よりも大きく、
前記第１電圧の実効値は、前記第４電極と前記第２電極との間に印加される電圧の実効値よりも大きい請求項５記載の液晶光学素子。
【請求項７】
請求項１〜６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、画像を表示する画像表示面を有する画像表示部と、
を備えた立体画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、液晶光学素子及び立体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】
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、高精細な二次元画素表示動作と、複数の視差画像による裸眼での立体視の三次元画像表示動作と、を実現する。立体画像表示装置に用いられる液晶光学素子において、良好な光学特性を実現することが望まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【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】
【０００５】
本発明の実施形態は、良好な光学特性を有する液晶光学素子及びこの液晶光学素子を備えた立体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、を備えた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、を含む。前記第１基板は、第１主面を有する。前記複数の第１電極は、前記第１主面上に設けられ、第１方向に沿って延び、前記第１方向に対して垂直な第２方向に並べられる。前記第２基板部は、第２基板と、第２電極と、を含む。前記第２基板は、前記第１主面と対向する第２主面を有する。前記第２電極は、前記第２主面上に設けられ、前記複数の第１電極のそれぞれと対向する。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。前記複数の第１電極は、前記第２電極と対向する対向面に凹部を有する。前記凹部は複数設けられ、前記複数の凹部は、前記第１方向に沿って並べられている。前記複数の凹部は、第１の凹部と、前記第１の凹部の隣の第２の凹部と、を含み、前記第１の凹部と前記第２の凹部との間の距離は、前記第１電極の前記第２方向の幅以下である。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１（ａ）及び図１（ｂ）は、第１の実施形態に係る立体画像表示装置の構成を例示する模式的断面図である。
【図２】第１の実施形態に係る立体画像表示装置の一部の構成を例示する模式的斜視図である。
【図３】図３（ａ）及び図３（ｂ）は、第１の実施形態に係る立体画像表示装置の一部の構成を例示する模式的断面図である。
【図４】図４（ａ）〜図４（ｅ）は、第１の実施形態に係る別の立体画像表示装置の一部の構成を例示する模式的斜視図である。
【図５】第２の実施形態に係る立体画像表示装置の構成を例示する模式的断面図である。
【図６】第２の実施形態に係る別の立体画像表示装置の一部の構成を例示する模式的断面図である。
【図７】第３の実施形態に係る立体画像表示装置の構成を例示する模式的断面図である。
【図８】第３の実施形態に係る立体画像表示装置の一部の構成を例示する模式的斜視図である。
【図９】図９（ａ）〜図９（ｅ）は、第３の実施形態に係る別の立体画像表示装置の一部の構成を例示する模式的斜視図である。
【図１０】第３の実施形態に係る別の立体画像表示装置の構成を例示する模式的断面図である。
【図１１】第３の実施形態に係る別の立体画像表示装置の一部の構成を例示する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、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の実施の形態）  
図１（ａ）及び図１（ｂ）は、第１の実施形態に係る立体画像表示装置の構成を例示する模式的断面図である。  
図２は、第１の実施形態に係る立体画像表示装置の一部の構成を例示する模式的斜視図である。  
図１（ａ）及び図１（ｂ）は、図２のＡ１−Ａ２線断面を模式的に表す。図１（ｂ）は、図１（ａ）の一部を拡大表示したものである。
【００１０】
図１（ａ）及び図２に表したように、立体画像表示装置２１０は、液晶光学素子１１０と、画像表示部１２０と、駆動部１３０と、を備える。  
画像表示部１２０は、画像を表示するための画像表示面１２０ａを有している。画像表示面１２０ａは、例えば、矩形状である。  
液晶光学素子１１０は、画像表示面１２０ａの上に設けられる。液晶光学素子１１０は、例えば、画像表示面１２０ａを覆う。液晶光学素子１１０は、例えば、液晶ＧＲＩＮレンズ（Gradient Index lens）として機能する。液晶光学素子１１０の屈折率の分布は、変化可能である。屈折率の分布の１つの状態は、画像表示面１２０ａに表示された画像をそのまま観察者の眼に入射させる第１状態に対応する。屈折率分布の別の状態は、画像表示部１２０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第２状態に対応する。
【００１１】
立体画像表示装置２１０においては、液晶光学素子１１０の屈折率の分布を変化させることにより、二次元の画像の表示（以下、２Ｄ表示と称す）と、裸眼で立体視を行うことができる三次元の画像の表示（以下、３Ｄ表示と称す）と、の選択的な切り替えが可能である。
【００１２】
駆動部１３０は、液晶光学素子１１０に電気的に接続される。この例では、駆動部１３０は、画像表示部１２０にさらに電気的に接続される。駆動部１３０は、液晶光学素子１１０及び画像表示部１２０の動作を制御する。駆動部１３０は、例えば、液晶光学素子１１０の第１状態と第２状態との切り替えを行う。駆動部１３０には、記録媒体や外部入力などにより、映像信号が入力される。駆動部１３０は、入力された映像信号に基づいて画像表示部１２０の動作を制御する。これにより、入力された映像信号に応じた画像が、画像表示面１２０ａに表示される。駆動部１３０は、画像表示部１２０に含めてもよい。
【００１３】
駆動部１３０は、２Ｄ表示を行う場合、液晶光学素子１１０を第１状態にし、２Ｄ表示用の画像を画像表示部１２０に表示させる。一方、駆動部１３０は、３Ｄ表示を行う場合、液晶光学素子１１０を第２状態にし、３Ｄ表示用の画像を画像表示部１２０に表示させる。
【００１４】
液晶光学素子１１０は、第１基板部１１ｓと、第２基板部１２ｓと、液晶層３０と、を含む。第１基板部１１ｓは、第１基板１１と、第１電極２１と、を含む。第２基板部１２ｓは、第２基板１２と、第２電極２２と、を含む。
【００１５】
第１基板１１は、第１主面１１ａを有する。第２基板１２は、第１主面１１ａと対向する第２主面１２ａを有する。第１電極２１は、第１主面１１ａ上に複数設けられる。複数の第１電極２１は、それぞれ第１方向に沿って延び、第１方向に対して垂直な第２方向に間隔を空けて配置される。複数の第１電極２１どうしの間隔は、例えば一定である。
【００１６】
第１主面１１ａ及び第２主面１２ａに対して垂直な方向をＺ軸方向とする。Ｚ軸方向に対して垂直な１つの方向をＸ軸方向とする。そして、Ｚ軸方向及びＸ軸方向のそれぞれに対して垂直な方向をＹ軸方向とする。この例では、Ｙ軸方向を第１方向とする。Ｘ軸方向を第２方向とする。但し、実施形態において、Ｚ軸方向に対して垂直な任意の方向でよく、第１方向は、第１主面１１ａに沿う任意の方向でよい。
【００１７】
第１電極２１の形状は、例えば、Ｚ軸方向にみたときに、ほぼ長方形状である。第１電極２１のＹ軸方向の長さは、画像表示面１２０ａのＹ軸方向の長さよりも僅かに長い。第１電極２１は、Ｙ軸方向において画像表示面１２０ａを横断する。
【００１８】
第１主面１１ａは、第２主面１２ａと実質的に平行である。この例では、矩形状の画像表示面１２０ａの互いに垂直な２辺のうちの、一方の辺がＸ軸方向と平行であり、他方の辺がＹ軸方向と平行である。画像表示面１２０ａの辺の向きは、これに限ることなく、Ｚ軸方向に対して垂直な任意の方向でよい。
【００１９】
複数の第１電極２１の一端は、配線部４１に接続される。複数の第１電極２１と、配線部４１と、を含む形状は、櫛刃状である。配線部４１に電圧を印加することで、複数の第１電極２１のそれぞれに電圧を印加することができる。
【００２０】
第２基板部１２ｓは、第１基板部１１ｓと対向する。第２基板１２の第２主面１２ａは、第１主面１１ａと対向する。第２電極２２は、第２主面１２ａ上に設けられる。第２電極２２は、複数の第１電極２１のそれぞれと対向する。第２電極２２は、第１電極２１よりも大きく、Ｚ軸方向に見たときに、第１電極２１を覆う。
【００２１】
複数の第１電極２１及び第２電極２２は、図示を省略した配線によって駆動部１３０と電気的に接続される。複数の第１電極２１及び第２電極２２への電圧の印加（電位の設定）は、駆動部１３０によって制御される。液晶光学素子１１０の第１状態と第２状態との切り替えは、複数の第１電極２１及び第２電極２２への電圧の印加によって行われる。
【００２２】
液晶層３０は、第１基板部１１ｓと第２基板部１２ｓとの間に設けられる。液晶層３０は、複数の液晶分子３５を含む液晶材料３６を有する。液晶材料３６は、液晶性の媒質である。液晶層３０には、例えば、ネマティック液晶が用いられる。液晶層３０の誘電異方性は、正または負である。以下では、液晶層３０として、正の誘電異方性を有するネマティック液晶を用いる場合について説明する。
【００２３】
第１基板部１１ｓと液晶層３０との間には、第１配向膜３１が設けられる。第１配向膜３１は、液晶分子３５を水平配向させる。第２基板部１２ｓと液晶層３０との間には、第２配向膜３２が設けられる。第２配向膜３２は、液晶分子３５を水平配向させる。また、第１配向膜３１及び第２配向膜３２は、液晶分子３５のダイレクタ（長軸）をＸ軸方向に向ける。これにより、液晶材料３６は、複数の第１電極２１と第２電極２２とに電圧が印加されていない状態（図１に表す状態）において、水平配向を呈する。
【００２４】
ここで、水平配向は、例えば、Ｚ軸方向に対して垂直な方向を０°としたとき、液晶分子３５の長軸が、０°以上３０°以下の範囲にある状態を含む。すなわち、水平配向におけるプレチルト角は、例えば、０°以上３０°以下である。なお、液晶層３０は、垂直配向でもよいし、ハイブリッド配向（ＨＡＮ配向）でもよい。
【００２５】
第１基板１１、第２基板１２、第１電極２１及び第２電極２２には、透明な材料が用いられる。画像表示部１２０に表示された画像を含む光は、これらを透過する。
【００２６】
第１基板１１及び第２基板１２には、例えば、ガラス、または、樹脂などが用いられる。第１電極２１及び第２電極２２は、例えば、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｚｎ及びＴｉよりなる群から選択された少なくともいずれかの元素を含む酸化物を含む。第１電極２１及び第２電極２２には、例えばＩＴＯが用いられる。第１電極２１及び第２電極２２は、例えば、Ｉｎ２Ｏ３及びＳｎＯ３の少なくともいずれかでもよい。第１電極２１及び第２電極２２は、例えば、薄い金属層でもよい。
【００２７】
第１配向膜３１及び第２配向膜３２には、例えば、ポリイミドなどの樹脂が用いられる。第１配向膜３１及び第２配向膜３２の膜厚は、例えば、２００ｎｍ（例えば１００ｎｍ以上３００ｎｍ以下）である。配線部４１には、例えば、第１電極２１及び第２電極２２に用いられる材料が用いられる。
【００２８】
図１（ｂ）に表したように、複数の第１電極２１のそれぞれは、第２電極２２と対向する対向面２１ａに凹部４０を有する。第１基板部１１ｓは、第１基板１１と複数の第１電極２１のそれぞれとの間に設けられた絶縁層４２を含む。絶縁層４２は、光透過性である。絶縁層４２には、例えば、酸化シリコンなどの無機材料、及び、アクリル系樹脂またはポリイミド樹脂などの有機材料が用いられる。絶縁層４２となる材料は、感光性を有していても良い。
【００２９】
絶縁層４２は、第１電極２１と対向する部分に穴４２ａを有する。穴４２ａは、Ｚ軸方向に沿って絶縁層４２を貫通する。または、穴４２ａの深さは、絶縁層４２の厚さよりも浅い。凹部４０は、穴４２ａに沿う。凹部４０は、例えば、第１電極２１の一部を穴４２ａに入り込ませことによって形成される。このように、凹部４０は、例えば、第１電極２１のうちの、穴４２ａに入り込んだ部分である。穴４２ａのＺ軸方向にみた形状は、例えば、矩形状である。従って、凹部４０のＺ軸方向にみた形状も、例えば、矩形状である。
【００３０】
複数の第１電極２１は、それぞれＹ軸方向に沿って並べられた複数の凹部４０を有する。複数の凹部４０は、例えば、Ｙ軸方向に沿って実質的に一直線状に並べられる。また、複数の凹部４０のそれぞれは、例えば、周期的に並べられる。複数の凹部４０のそれぞれは、例えば、実質的に等間隔に並べられる。
【００３１】
互いに隣接する２つの凹部４０間の距離Ｄ１は、第１電極２１のＸ軸方向の幅Ｗ１以下である。互いに隣接する２つの凹部４０において、凹部４０の幅Ｗ２は、その凹部４０と、隣接する凹部４０と、の間の距離Ｄ１よりも大きい。また、凹部４０の対向面２１ａからの深さＤ２は、第１電極２１のＸ軸方向の幅Ｗ１よりも小さい。第１電極２１のＸ軸方向の幅Ｗ１は、例えば、１０μｍ以上１００μｍ以下である。凹部４０の対向面２１ａからの深さＤ２は、例えば、１μｍ（例えば０．５μｍ以上２μｍ以下）である。
【００３２】
画像表示部１２０は、二次元マトリクス状に配列された複数の画素群５０を有する。画像表示面１２０ａは、これら複数の画素群５０によって形成される。画素群５０は、例えば、第１画素ＰＸ１と、第２画素ＰＸ２と、第３画素ＰＸ３と、を含む。以下では、第１画素ＰＸ１〜第３画素ＰＸ３をまとめる場合に、画素ＰＸと称す。画素群５０は、隣接する２つの第１電極２１の間の領域ＡＲ１と対向して配置される。画素群５０に含まれる第１画素ＰＸ１〜第３画素ＰＸ３は、Ｘ軸方向に並べられる。画素群５０に含まれる複数の画素ＰＸは、３つに限ることなく、２つでもよいし、４つ以上でもよい。
【００３３】
画像表示部１２０は、例えば、画像表示面１２０ａに表示する画像を含む光を出射する。この光は実質的にＺ軸方向に進行する直線偏光状態にある。この直線偏光の偏光軸（電場の振動面のＸ−Ｙ平面における方位軸）は、Ｘ軸方向である。すなわち、この直線偏光の偏光軸は、液晶分子３５のダイレクタ（長軸）と平行な方向である。この直線偏光は、例えば、Ｘ軸方向を偏光軸とする光学フィルタ（偏光子）を光路上に配置することで形成される。
【００３４】
図１（ａ）に表したように、液晶層３０に含まれる複数の液晶分子３５のそれぞれは、複数の第１電極２１と第２電極２２とに電圧が印加されていない場合、水平配向となる。これにより、Ｘ軸方向及びＹ軸方向において、ほぼ均一な屈折率分布を示す。このため、電圧が印加されていない場合は、画像表示部１２０に表示された画像を含む光の進行方向を実質的に変化させない。液晶光学素子１１０は、電圧が印加されていない場合に、第１状態となる。
【００３５】
液晶光学素子１１０を第１状態から第２状態に切り替える場合には、例えば、複数の第１電極２１と第２電極２２との間に電圧を印加する。
【００３６】
図３（ａ）及び図３（ｂ）は、第１の実施形態に係る立体画像表示装置の一部の構成を例示する模式的断面図である。  
図３（ａ）に表したように、複数の第１電極２１及び第２電極２２のそれぞれに電圧を印加すると、第１電極２１から第２電極２２に向かう電気力線ＥＬが発生する。電気力線ＥＬは、例えば、第１電極２１を中心とした左右対称分布となる。
【００３７】
図３（ｂ）は、液晶層３０における液晶分子３５の配向をモデル的に例示している。図３（ｂ）に表したように、液晶層３０の誘電率異方性が正の場合、電気力線ＥＬの密集域（すなわち強電場域）における液晶分子３５の配向は、電気力線ＥＬの経路に沿って変形する。液晶層３０のうちの、第１電極２１と第２電極２２とが対向している第１部分３０ａでは、液晶分子３５のチルト角が大きくなる。一方、液晶層３０のうちの、隣接する２つの第１電極２１の中央付近の第２部分３０ｂでは、液晶分子３５は、水平配向のままである。そして、第１部分３０ａと第２部分３０ｂとの間の部分では、第２部分３０ｂから第１部分３０ａに向かって徐々に垂直配向に近づくように、液晶分子３５の角度（チルト角）が変化する。液晶分子３５は、電気力線ＥＬに沿い、Ｚ−Ｘ平面において、液晶分子３５の長軸の角度を変化させる。液晶分子３５の長軸の角度は、Ｙ軸を回転軸として変化する。
【００３８】
液晶分子３５は、複屈折性を有している。液晶分子３５の長軸方向の偏光に対する屈折率は、液晶分子３５の短軸方向の屈折率よりも高い。上記のように液晶分子３５の角度を変化させると、Ｚ軸方向に進行しＸ軸方向に偏光軸の向いた直線偏光に関する液晶層３０の屈折率は、液晶層３０のうちの第２部分３０ｂにおいて高く、第１部分３０ａに向かって徐々に低くなる。これにより、凸レンズ状の屈折率分布が形成される。
【００３９】
複数の第１電極２１は、Ｙ軸方向に沿って延びている。このため、電圧印加時の液晶層３０の屈折率分布は、Ｙ軸方向に沿って延びるシリンドリカルレンズ状である。また、複数の第１電極２１は、Ｘ軸方向に沿って並べられている。このため、電圧印加時の液晶層３０の屈折率分布は、液晶層３０全体で見たときに、Ｙ軸方向に沿って延びるシリンドリカルレンズがＸ軸方向に複数並べられたレンチキュラーレンズ状である。
【００４０】
画像表示部１２０の画素群５０は、隣接する２つの第１電極２１の間の領域ＡＲ１と対向して配置される。液晶層３０に形成された凸レンズ状の屈折率分布は、画素群５０と対向する。この例では、液晶層３０の屈折率分布のうちの屈折率が高い部分（第２部分３０ｂ）は、画素群５０の中央に配置された第２画素ＰＸ２と対向する。
【００４１】
電圧印加時の液晶層３０の屈折率分布は、画素群５０から出射された光（画像）を、観察者の眼に向けて進行させる。これにより、画像表示面１２０ａ内に含まれる複数の第１画素ＰＸ１によって形成される画像が、第１の視差画像となる。複数の第２画素ＰＸ２によって形成される画像が、第２の視差画像となる。そして、複数の第３画素ＰＸ３によって形成される画像が、第３の視差画像となる。右眼用の視差画像は、観察者の右眼に選択的に入射し、左眼用の視差画像は、観察者の左眼に選択的に入射する。これにより、３Ｄ表示が可能となる。すなわち、液晶光学素子１１０は、複数の第１電極２１及び第２電極２２に電圧が印加されている場合に、第２状態となる。
【００４２】
液晶光学素子１１０が第１状態である場合、画素群５０から出射された光は直進し、観察者の眼に入射する。これにより、２Ｄ表示が可能となる。２Ｄ表示では、３Ｄ表示に対して視差数倍（この例では３倍）の解像度で、通常の２Ｄの画像を表示できる。
【００４３】
複数の画素ＰＸには、各々ＲＧＢ三原色を含むカラーフィルタを設けることができる。これにより、カラー表示が可能となる。カラーフィルタには、ＲＧＢ三原色の他に、白（無色）や他の色要素をさらに含めてもよい。
【００４４】
このように、立体画像表示装置２１０の液晶光学素子１１０においては、複数の第１電極２１及び第２電極２２に電圧を印加するか否かによって液晶層３０の屈折率分布を変化させることにより、２Ｄ表示と３Ｄ表示とを切り替える。液晶光学素子１１０においては、第１電極２１の対向面２１ａに複数の凹部４０を設けている。
【００４５】
液晶光学素子１１０において、第１状態から第２状態への切り替えの際に、水平配向から垂直配向に近づくように、液晶のダイレクタの方向が変化する。このとき、リバースチルト（液晶のチルト方向の逆転）、及び、ツイスト（液晶のダイレクタのＸ−Ｙ平面内における回転）の少なくともいずれかが発生し、ディスクリネーションが発生する。これが液晶光学素子の光学特性を劣化させることが分かった。
【００４６】
このディスクリネーションは、チルト角やツイスト角の異なる配向ドメインの境界に、それぞれの配向状態のバランスをとって成立しているため、エネルギー的に不安的な状態となっている。そして、何らかのきっかけが発生すると、このディスクリネーションは容易に変化が生じる。例えば、電極幅の数倍のピッチで、電極の延伸方向に沿って屈曲が発生し、ディスクリネーション領域の幅も屈曲が発生しない場合の数倍以上になる。この著しく屈曲が発生した状態では、ディスクリネーション領域が液晶光学素子の光学特性劣化に与える影響が非常に大きくなる。これは、ディスクリネーション領域の幅が、屈曲の発生により、数倍以上に大きくなるためと考えられる。
【００４７】
これに対し、本発明者らは、ディスクリネーションの屈曲発生のメカニズムに対して鋭意検討を行い、複数の第１電極２１に複数の凹部４０を設けることにより、ディスクリネーションの屈曲を制御できることを見出した。第１電極２１又はその周辺、特にディスクリネーションが屈曲して到達する領域に、複数の凹部４０を設けることにより、その凹部４０を起点としたディスクリネーションの屈曲を、意図的に発生させることができる。そして、凹部４０の配置に所定の工夫を施すことにより、ディスクリネーションの屈曲の幅を小さく留めることができる。これにより、屈曲によるディスクリネーションの影響の増大を抑制することが可能となる。
【００４８】
立体画像表示装置２１０において、ディスクリネーションとその屈曲の発生は、視差画像の混視（クロストーク）の要因となり、観察者の立体視の妨げとなる。立体画像表示装置２１０においては、ディスクリネーションの発生を抑え、立体画像表示装置２１０の見易さを向上させることができる。
【００４９】
立体画像表示装置２１０においては、互いに隣接する２つの凹部４０間の距離Ｄ１を、第１電極２１のＸ軸方向の幅Ｗ１以下にしている。これにより、ディスクリネーションの屈曲の幅を、第１電極２１のＸ軸方向の幅Ｗ１以下とすることができ、屈曲の影響を抑制して立体画像表示装置２１０の見易さを大幅に向上させることができる。立体画像表示装置２１０においては、凹部４０の幅Ｗ２を、その凹部４０と、隣接する凹部４０と、の間の距離Ｄ１よりも大きくしている。これにより、凹部４０を効果的にディスクリネーションの屈曲の起点とすることができ、屈曲の制御性能を向上させることができる。また、立体画像表示装置２１０においては、第１電極２１のＸ軸方向の幅Ｗ１を、凹部４０の対向面２１ａからの深さＤ２よりも大きくしている。これにより、凹部４０のディスクリネーション屈曲制御性能をより向上させることができる。これは、凹部４０の深さよりも幅がディスクリネーションの制御には有効なためである。
【００５０】
図４（ａ）〜図４（ｅ）は、第１の実施形態に係る別の立体画像表示装置の一部の構成を例示する模式的斜視図である。  
図４（ａ）に表したように、第１電極２１に設けられた複数の凹部４０のうちの、互いに隣接する２つの凹部４０において、凹部４０のＸ軸方向の位置は、その凹部４０に隣接する凹部４０のＸ軸方向の位置と異なっていてもよい。すなわち、互いに隣接する２つの凹部４０のＸ軸方向の位置は、相対的にずれていてもよい。なお、隣接する２つの凹部４０に限ることなく、例えば、数個おきにＸ軸方向の位置をずらしてもよい。このようにずらして配置することにより、ディスクリネーションの屈曲の制御性をより向上することができる。すなわち、凹部４０からディスクリネーションの位置が外れる現象を抑制して、ディスクリネーションの屈曲を所望の位置に制御できるようになる。
【００５１】
図４（ｂ）に表したように、Ｙ軸方向に沿って延在する線状の１つの凹部４０を第１電極２１に設けてもよい。図４（ｂ）では、直線状の凹部４０を示している。  
図４（ｃ）に表したように、線状の凹部４０において、Ｘ軸方向の幅を変化させてもよい。図４（ｃ）では、例えば、配線部４１に接続される側の端部から反対側の端部に向かってＸ軸方向の幅が徐々に広くなる凹部４０を示している。凹部４０は、配線部４１に接続される側の端部から反対側の端部に向かってＸ軸方向の幅を徐々に狭くしてもよい。または、Ｙ軸方向の中央付近の幅を最も広くし、両端に向かって徐々に幅を狭くしてもよい。また、図４（ｃ）では、一端側から他端側に向かって連続的にＸ軸方向の幅を変化させている。凹部４０のＸ軸方向の幅は、段階的に変化させてよい。
【００５２】
図４（ｄ）に表したように、線状の凹部４０は、Ｙ軸方向に対して角度が変化する複数の屈曲部４０ａを有するジグザグ状でもよい。図４（ｄ）の凹部４０において、互いに隣接する２つの屈曲部４０ａ間のＹ軸方向における距離Ｄ３は、第１電極２１のＸ軸方向の幅Ｗ１以下である。前述のように元々、ディスクリネーションは自然に屈曲する傾向があるため、線状の凹部４０を予め細かく屈曲させておくことにより、ディスクリネーションの屈曲の位置を最も良好に制御することができる。なお、線状の凹部４０は、例えば、波形に湾曲していてもよい。
【００５３】
図４（ｅ）に表したように、２つの線状の凹部４０をＸ軸方向に並べて第１電極２１に設けてもよい。線状の凹部４０は、２つに限らず、３つ以上でもよい。すなわち、複数の線状の凹部４０をＸ軸方向に並べて第１電極２１に設けてもよい。複数の線状の凹部４０は、直線状でもよいし、ジグザグ状でもよい。複数の線状の凹部４０の、それぞれのＸ軸方向の幅を変化させてもよい。
【００５４】
凹部４０は、例えば、第１基板１１に設けられた穴などの形状を第１電極２１に転写させたものでもよい。また、凹部４０は、例えば、第１電極２１自体に形成された穴や溝またはスリットなどでもよい。
【００５５】
（第２の実施の形態）  
図５は、第２の実施形態に係る立体画像表示装置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、この例の立体画像表示装置２１２において、液晶光学素子１１２の第１基板部１１ｓは、複数の電極対２５を、さらに含む。複数の電極対２５は、第１主面１１ａ上において、複数の第１電極２１どうしの間のそれぞれに設けられる。複数の電極対２５は、第２方向（Ｘ軸方向）に並ぶ。複数の第１電極２１には、凹部４０が設けられる。
【００５６】
複数の電極対２５のそれぞれは、第３電極２３と、第４電極２４と、を含む。第３電極２３は、Ｙ軸方向（第１方向）に延びる。第４電極２４は、Ｙ軸方向に延びる。液晶光学素子１１２において、絶縁層４２は、第１基板１１と第１電極２１との間に設けられるとともに、第３電極２３と第４電極２４との間に設けられる。第１方向（Ｙ軸方向）に延びる第３電極２３と、第１方向に延びる第４電極２４と、絶縁層４２と、を含む。絶縁層４２は、第３電極２３と第４電極２４との間に設けられる。複数の電極対２５どうしにおいて、絶縁層４２は連続していても良い。この例では、第１電極２１と第１基板１１との間に、絶縁層４２が延在している。
【００５７】
図５においては、複数の第１電極２１のうちの２つが図示されている。複数の第１電極２１の数は任意である。
【００５８】
複数の第１電極２１のうちの最近接の２つの第１電極２１に着目する。最近接の第１電極２１の間には、中心軸４９がある。中心軸４９は、最近接の２つの第１電極２１のそれぞれのＸ軸方向における中心を結ぶ中点を通る。中心軸４９は、Ｙ軸方向に対して平行である。
【００５９】
最近接の２つの第１電極２１のうちの一方の電極２１ｐに着目する。この電極２１ｐの位置２９は、電極２１のＸ軸方向における中心の位置である。
【００６０】
第１主面１１ａのうちで、中心軸４９と、最近接の２つの第１電極２１のうちの一方の電極２１ｐと、の間の領域を第１領域Ｒ１とする。第１主面１１ａのうちで、中心軸４９と、最近接の２つの第１電極２１のうちの他方の電極２１ｑと、の間の領域を第２領域Ｒ２とする。中心軸４９から電極２１ｐに向かう方向を、＋Ｘ方向とする。なお、中心軸４９から電極２１ｑに向かう方向は、−Ｘ方向に相当する。
【００６１】
この例では、第１領域Ｒ１において、１つの電極対２５が設けられている。第２領域Ｒ２にも、１つの電極対２５が設けられている。Ｘ−Ｙ平面に射影したときに、複数の電極対２５どうしは、互いに離間している。電極対２５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２５どうしの間に、別の電極をさらに設けても良い。
【００６２】
１つの電極対２５において、第３電極２３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４電極２４と重なる第１重畳部分２３ｐと、重ならない第１非重畳部分２３ｑと、を有する。その１つの電極対２５において、第４電極２４は、Ｘ−Ｙ平面に射影したときに第３電極２３と重なる第２重畳部分２４ｐと、重ならない第２非重畳部分２４ｑと、を有する。
【００６３】
液晶光学素子１１２においては、第１領域Ｒ１に含まれる電極対２５において、第１重畳部分２３ｐが第２重畳部分２４ｐと液晶層３０との間に配置されている。そして、第３電極２３の位置は、第４電極２４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２５において、第２非重畳部分２４ｑと中心軸４９との距離は、第１非重畳部分２３ｑと中心軸４９との距離よりも長い。すなわち、１つの電極対２５において、第３電極２３は、第４電極２４よりも中心軸４９に近い。
【００６４】
第２領域Ｒ２における電極対２５の配置は、中心軸４９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。
【００６５】
液晶光学素子１１２を第１状態から第２状態に切り替える場合には、駆動部１３０は、例えば、第１電極２１と第２電極２２との間に第１電圧を印加し、第３電極２３と第２電極２２との間に第３電圧を印加し、第４電極２４と第２電極２２との間に第４電圧を印加する。ここで、電極どうしの電位差を零にする場合も、便宜的に電圧（０ボルトの電圧）を印加すると表現することにする。第１電圧の絶対値は、第３電圧の絶対値よりも大きい。第１電圧の絶対値は、第４電圧の絶対値よりも大きい。第３電圧の絶対値は、第４電圧の絶対値よりも大きい。これらの電圧が交流である場合は、第１電圧の実効値は、第３電圧の実効値よりも大きい。第１電圧の実効値は、第４電圧の実効値よりも大きい。第３電圧の実効値は、第４電圧の実効値よりも大きい。例えば、第１電圧の実効値は、第４電圧の実効値よりも大きく設定する。
【００６６】
上記のように電圧を印加すると、液晶層３０のうちの、第１電極２１と第２電極２２とが対向している部分では、水平配向となっていた液晶分子３５が、垂直配向に近くなる。液晶層３０のうちの、隣接する２つの第１電極２１の中央付近の部分では、液晶分子３５は、水平配向のままである。液晶層３０のうちの、第２電極２２と第３電極２３とが対向している部分では、水平配向となっていた液晶分子３５が、垂直配向に近くなる。液晶層３０のうちの、第２電極２２と第４電極２４の第２非重畳部分２４ｑとが対向している部分では、液晶分子３５は、水平配向のままである。
【００６７】
第１電極２１と第４電極２４との間の部分では、第１電極２１から第４電極２４に向かって屈折率が徐々に高くなる。第２非重畳部分２４ｑと第１重畳部分２３ｐとの境界の近傍では、第４電極２４から第３電極２３に向かって屈折率が急激に低下する。そして、第３電極２３と中心軸４９との間の部分では、第３電極２３から中心軸４９に向かって屈折率が徐々に高くなる。従って、上記のように電圧を印加すると、第２電極２２と電極対２５とが対向する部分に屈折率の段差を持つフレネルレンズ状の屈折率分布が、液晶層３０に現れる。
【００６８】
フレネルレンズ状の屈折率分布を液晶層３０に形成する液晶光学素子１１２では、液晶光学素子１１０に比べて、液晶層３０の厚みを薄くすることができる。第１状態と第２状態との間の切り替えにおける液晶層３０の応答速度を向上させることができる。
【００６９】
液晶光学素子１１２において、大きな絶対値（大きな実効値）が印加される第１電極２１に凹部４０を設けることで、ディスクリネーションの屈曲の発生を抑えることができる。従って、液晶光学素子１１２においても、良好な光学特性が得られる。
【００７０】
図６は、第２の実施形態に係る別の立体画像表示装置の一部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では、第３電極２３に凹部４０を設けている。このように、大きな絶対値（大きな実効値）が印加される第３電極２３に凹部４０を設けてもよい。なお、第３電極２３は、第１電極２１の一部としてもよい。すなわち、第１電極２１の少なくともいずれかは、第１方向と第２方向とに対して平行な平面に射影したときに第４電極２４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、第４電極２４は、前記平面に射影したときに第１電極２１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。例えば、第３電極２３を第１電極２１の一部とし、第３電極２３のみに凸部４６を設けてもよい。例えば、第３電極２３を第１電極２１の一部とし、第３電極２３のみに凹部４０を設けてもよい。
【００７１】
（第３の実施の形態）  
図７は、第３の実施形態に係る立体画像表示装置の構成を例示する模式的断面図である。  
図８は、第３の実施形態に係る立体画像表示装置の一部の構成を例示する模式的斜視図である。  
図７は、図８のＢ１−Ｂ２線断面を模式的に表す。図７及び図８に表したように、この例の立体画像表示装置２１４において、液晶光学素子１１４の複数の第１電極２１のそれぞれは、第２電極２２と対向する対向面２１ａに凸部４６を有する。
【００７２】
複数の第１電極２１は、それぞれＹ軸方向に沿って並べられた複数の凸部４６を有する。複数の凸部４６は、それぞれ実質的に同じ形状である。複数の凸部４６は、例えば、直方体状である。複数の凸部４６は、例えば、Ｙ軸方向に沿って実質的に一直線状に並べられる。また、複数の凸部４６のそれぞれは、例えば、周期的に並べられる。複数の凸部４６のそれぞれは、例えば、実質的に等間隔に並べられる。複数の凸部４６には、例えば、絶縁性を有する材料が用いられる。複数の凸部４６には、例えば、樹脂材料が用いられる。凸部４６には、例えば、酸化シリコンなどの無機材料、及び、アクリル系樹脂またはポリイミド樹脂などの有機材料が用いられる。凸部４６となる材料は、感光性を有していても良い。
【００７３】
互いに隣接する２つの凸部４６間の距離Ｄ４は、第１電極２１のＸ軸方向の幅Ｗ１以下である。互いに隣接する２つの凸部４６において、凸部４６の幅Ｗ３は、その凸部４６と、隣接する凸部４６と、の間の距離Ｄ４よりも大きい。また、凸部４６の対向面２１ａからの高さＤ５は、第１電極２１のＸ軸方向の幅Ｗ１よりも小さい。凸部４６の対向面２１ａからの高さＤ５は、例えば、１μｍ（例えば０．５μｍ以上２μｍ以下）である。
【００７４】
このように、対向面２１ａに凸部４６を設けた場合にも、凹部４０と同様に、ディスクリネーションの屈曲の発生を抑えることができる。なお、凸部４６は、例えば、第１電極２１自体に形成された突起でもよい。また、対向面２１ａに凹部４０と凸部４６との双方を設けてもよい。すなわち、複数の第１電極２１は、第２電極２２と対向する対向面２１ａに凹部４０または凸部４６の少なくとも一方を有する構成でよい。
【００７５】
例えば、複数の凸部４６に、着色材料（例えば、染料及び顔料の少なくともいずれかを含有するカラーレジスト）を用いることができる。例えば、複数の凸部４６を青くする。例えば、複数の凸部４６の４５０ｎｍ以上４８５ｎｍ以下の波長領域の透過率を、４５０ｎｍ未満及び４８５超の波長領域の透過率よりも高くする。第１電極２１が黄色味を有することがある。また、配向膜が黄色味を有する場合がある。複数の凸部４６を青くすれば、第１電極２１及び凸部４６を透過する光を白色に近づけることができる。これにより、立体画像表示装置２１４の色補償を行うことができる。
【００７６】
複数の凸部４６は、黒色でもよいし、透過率を低下できれば良い。例えば、複数の凸部４６の透過率を、第１電極２１の透過率より小さくする。これにより、凸部４６の透過率を低下させて、ディスクリネーションの影響を低減させることができる。
【００７７】
図９（ａ）〜図９（ｅ）は、第３の実施形態に係る別の立体画像表示装置の一部の構成を例示する模式的斜視図である。  
図９（ａ）に表したように、凹部４０と同様、第１電極２１に設けられた複数の凸部４６のＸ軸方向の位置は、それぞれ異なっていてもよい。図９（ｂ）に表したように、Ｙ軸方向に沿って延在する直線状の１つの凸部４６を第１電極２１に設けてもよい。図９（ｃ）に表したように、線状の凸部４６において、Ｘ軸方向の幅を変化させてもよい。凹部４０と同様に、凸部４６において、Ｘ軸方向の幅の変化の方向は任意である。また、凸部４６のＸ軸方向の幅の変化は、連続的でもよいし、段階的でもよい。
【００７８】
図９（ｄ）に表したように、線状の凸部４６は、Ｙ軸方向に対して角度が変化する複数の屈曲部４６ａを有するジグザグ状でもよい。
【００７９】
図９（ｄ）の凸部４６において、互いに隣接する２つの屈曲部４６ａ間のＹ軸方向における距離Ｄ６は、第１電極２１のＸ軸方向の幅Ｗ１以下である。これにより、凸部状の形状であっても、ディスクリネーションの屈曲を良好に制御することができる。線状の凸部４６は、例えば、波形に湾曲していてもよい。
【００８０】
図９（ｅ）に表したように、２つの線状の凸部４６をＸ軸方向に並べて第１電極２１に設けてもよい。線状の凸部４６は、２つに限らず、３つ以上でもよい。すなわち、複数の線状の凸部４６をＸ軸方向に並べて第１電極２１に設けてもよい。複数の線状の凸部４６は、直線状でもよいし、ジグザグ状でもよい。複数の線状の凸部４６の、それぞれのＸ軸方向の幅を変化させてもよい。
【００８１】
図１０は、第３の実施形態に係る別の立体画像表示装置の構成を例示する模式的断面図である。  
図１０に表したように、フレネルレンズ状の屈折率分布を液晶層３０に形成する構成の立体画像表示装置２１６の液晶光学素子１１６において、第１基板１１の上に複数の第１電極２１を設ける。第３電極２３と第４電極２４とを絶縁する絶縁層４２を第１電極２１の上に設ける。そして、絶縁層４２をパターニングし、絶縁層４２の一部を第１電極２１の上に残すことにより、絶縁層４２から凸部４６を形成する。このように、凸部４６は、第３電極２３と第４電極２４との間に設けられる絶縁層４２を加工して形成してもよい。すなわち、凸部４６は、絶縁層４２と実質的に同じ材料を含む。これにより、工程が簡略化できる。
【００８２】
図１１は、第３の実施形態に係る別の立体画像表示装置の一部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、液晶光学素子１１７では、第３電極２３に凸部４６を設けている。このように、大きな絶対値（大きな実効値）が印加される第３電極２３に凸部４６を設けてもよい。なお、第３電極２３は、第１電極２１の一部としてもよい。第３電極２３の凸部４６には、例えば、樹脂材料などが用いられる。第３電極２３の凸部４６は、絶縁層４２と別に形成すればよい。
【００８３】
実施形態によれば、良好な光学特性を有する液晶光学素子及びこの液晶光学素子を備えた立体画像表示装置が提供される。
【００８４】
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。
【００８５】
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、本発明の実施形態は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、液晶光学素子及び立体画像表示装置に含まれる、第１基板部、第２基板部、液晶層、第１基板、第１電極、第２基板、第２電極、電極対、第３電極、第４電極、絶縁層、及び、画像表示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。
【００８６】
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立体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立体画像表示装置も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。
【００８７】
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。
【００８８】
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】
【００８９】
１１…第１基板、  １１ａ…第１主面、  １１ｓ…第１基板部、  １２…第２基板、  １２ａ…第２主面、  １２ｓ…第２基板部、  ２１…第１電極、  ２１ａ…対向面、  ２１ｐ、２１ｑ…電極、  ２２…第２電極、  ２３…第３電極、  ２３ｐ…第１重畳部分、  ２３ｑ…第１非重畳部分、  ２４  第４電極、  ２４ｐ…第２重畳部分、  ２４ｑ…第２非重畳部分、  ２５…電極対、  ３０…液晶層、  ３０ａ…第１部分、  ３０ｂ…第２部分、  ３１…第１配向膜、  ３２…第２配向膜、  ３５…液晶分子、  ３６…液晶材料、  ４０…凹部、  ４０ａ…屈曲部、  ４１…配線部、  ４２…絶縁層、  ４２ａ…穴、  ４６…凸部、  ４９…中心軸、  ５０…画素群、  １１０、１１２、１１３、１１４、１１６、１１７…液晶光学素子、  １２０…画像表示部、  １２０ａ…画像表示面、  １３０…駆動部、  ２１０、２１２、２１４、２１６…立体画像表示装置、  ＡＲ１…領域、  Ｄ１、Ｄ３、Ｄ４、Ｄ６…距離、  Ｄ２…深さ、  Ｄ５…高さ、  ＥＬ…電気力線、  ＰＸ、ＰＸ１、ＰＸ２、ＰＸ３…画素、  Ｒ１、Ｒ２…領域、  Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３…幅
【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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