(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前記第１電極と前記第２電極との間に印加される電圧に応じて液晶分子のチルト角が変化する液晶層と、
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１方向に沿って延び、前記第２方向に沿う幅が一定である本体部と、
前記本体部の先端に設けられ、前記第２方向に沿う幅が、前記本体部の前記第２方向に沿う幅よりも広い先端部と、
を有する液晶レンズ素子。
【請求項２】
前記先端部は、前記本体部の前記先端に接続される第１端部と、前記第１方向において前記第１端部と反対側の第２端部と、を有し、
前記先端部の前記第２方向に沿う幅は、前記第１端部から前記第２端部に向かって漸次広くなる請求項１記載の液晶レンズ素子。
【請求項３】
前記先端部の前記第２方向に沿う中心は、前記第１端部から前記第２端部に向かって変化する請求項２記載の液晶レンズ素子。
【請求項４】
前記第１基板部は、前記第１基板と前記液晶層との間に設けられ、前記第２方向の一方から前記第２方向の他方に向かう配向処理が施された配向膜を、さらに含み、
前記先端部の前記第２方向に沿う中心は、前記第１端部から前記第２端部に向かって、前記第２方向の前記一方側に変化する請求項３記載の液晶レンズ素子。
【請求項５】
前記先端部の前記第１方向に沿う長さは、前記本体部の前記第２方向に沿う幅よりも長い請求項１〜４のいずれか１つに記載の液晶レンズ素子。
【請求項６】
前記先端部は、第１部分と、前記第１部分から分岐した第２部分と、を少なくとも有する請求項１〜５のいずれか１つに記載の液晶レンズ素子。
【請求項７】
前記第１基板部は、前記本体部の前記先端と反対側の端部に接続され、前記第１電極の電気的な接続に用いられる接続部を、さらに含み、
前記接続部の前記第２方向に沿う幅は、前記本体部の前記第２方向に沿う幅よりも広い請求項１〜６のいずれか１つに記載の液晶レンズ素子。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１つに記載の液晶レンズ素子と、
前記液晶レンズ素子と積層され、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、液晶レンズ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レンズ素子及びこの液晶レンズ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、を備えた液晶レンズ素子が提供される。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前記第１電極と前記第２電極との間に印加される電圧に応じて液晶分子のチルト角が変化する。前記複数の第１電極の少なくともいずれかは、本体部と、先端部と、を有する。前記本体部は、前記第１方向に沿って延び、前記第２方向に沿う幅が、前記第１方向に沿って一定である。前記先端部の前記第２方向に沿う幅は、前記本体部の前記第２方向に沿う幅よりも広い。
【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模式図である。
【図２】図２（ａ）及び図２（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の模式的断面図である。
【図３】図３（ａ）〜図３（ｄ）は、第１の実施形態に係る立体画像表示装置の特性を例示する模式図である。
【図４】図４（ａ）〜図４（ｃ）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の模式的上面図である。
【図５】図５（ａ）及び図５（ｂ）は、第２の実施形態に係る立体画像表示装置の模式図である。
【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の模式的上面図である。
【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図である。  
図１（ａ）は、立体画像表示装置２１０の構成を例示する模式的断面図である。図１（ｂ）は、立体画像表示装置２１０の一部の構成を例示する模式的上面図である。  
図１（ａ）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。
【００１０】
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。また、駆動部１３０は、例えば、液晶光学素子１１０に含めてもよい。例えば、駆動部１３０のうちの、液晶光学素子１１０の駆動に関する部分のみを、液晶光学素子１１０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主面１１ａは、第２主面１２ａと実質的に平行である。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】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
第１基板部１１ｓは、第１配向膜（配向膜）３１を、さらに含む。第１配向膜３１は、第１基板１１と液晶層３０との間に設けられる。第１配向膜３１は、複数の第１電極２１と液晶層３０との間にも設けられる。すなわち、第１配向膜３１は、第１主面１１ａと複数の第１電極２１とを覆うように、第１基板１１の上に設けられる。第１配向膜３１には、Ｘ軸方向の一方からＸ軸方向の他方に向かう配向処理が施されている。第１配向膜３１の配向処理の方向ＡＤ１は、例えば、図示の状態において左から右に向かう方向（＋Ｘ方向）である。
【００２２】
第２基板部１２ｓは、第２配向膜３２を、さらに含む。第２配向膜３２は、第２基板１２と液晶層３０との間に設けられる。第２配向膜３２は、第２電極２２と液晶層３０との間に設けられる。第２配向膜３２は、第２電極２２を覆うように、第２基板１２の第２主面１２ａ上に設けられる。第２配向膜３２には、Ｘ軸方向の前記他方からＸ軸方向の前記一方に向かう配向処理が施されている。第２配向膜３２の配向処理の方向ＡＤ２は、例えば、図示の状態において右から左に向かう方向（−Ｘ方向）である。すなわち、第１配向膜３１の配向処理の方向ＡＤ１と、第２配向膜３２の配向処理の方向ＡＤ２とは、非平行である。
【００２３】
第１配向膜３１及び第２配向膜３２は、上記の配向処理により、液晶分子３５を水平配向させる。この際、液晶分子３５は、配向処理の方向にともなう所定のプレチルト角を有する。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。
【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、本体部４１と、先端部４２と、を有する。本体部４１は、Ｙ軸方向に沿って延びる帯状である。本体部４１のＸ軸方向に沿う幅Ｗ１は、一定である。幅Ｗ１は、Ｙ軸方向に沿って実質的に同じである。ここで、本体部４１のＸ軸方向に沿う幅Ｗ１が一定（実質的に同じ）とは、例えば、本体部４１のＸ軸方向に沿う幅Ｗ１の変化量が、５％以下の状態をいう。
【００２９】
先端部４２は、本体部４１の先端４１ａに設けられる。先端部４２のＸ軸方向に沿う幅Ｗ２は、本体部４１のＸ軸方向に沿う幅Ｗ１よりも広い。先端部４２は、本体部４１の先端４１ａに接続される第１端部４２ａと、Ｙ軸方向において第１端部４２ａと反対側の第２端部４２ｂと、を有する。先端部４２のＸ軸方向に沿う幅Ｗ２は、第１端部４２ａから第２端部４２ｂに向かって漸次広くなる。また、先端部４２のＹ軸方向に沿う長さＬ１は、本体部４１のＸ軸方向に沿う幅Ｗ１よりも長い。長さＬ１は、本体部４１のＸ軸方向に沿う幅Ｗ１の５０倍以下である。長さＬ１は、例えば、隣り合う第１電極２１のそれぞれの中心の第２方向の中心どうしの間の距離（第１電極２１のピッチ）の５倍以下である。
【００３０】
幅Ｗ１は、例えば、５μｍ以上２００μｍ以下である。第１電極２１のピッチは、例えば、幅Ｗ１の４倍以上２０倍以下である。第１電極２１のピッチは、例えば、１０μｍ以上４０００μｍ以下である。本体部４１の第１方向に沿った長さは、例えば、５０ｍｍ以上２０００ｍｍ以下である。
【００３１】
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。これにより、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。第１基板部１１ｓは、接続部４４を、さらに含む。接続部４４は、本体部４１の先端４１ａと反対側の端部（給電端４１ｂ）に接続される。接続部４４は、例えば、第１電極２１の電気的な接続に用いられる。接続部４４のＸ軸方向に沿う幅は、本体部４１のＸ軸方向に沿う幅Ｗ１よりも広い。この例においては、複数の第１電極２１のそれぞれが、１つの接続部４４に接続されている。複数の第１電極２１と、接続部４４と、を含む形状は、櫛刃状である。接続部４４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。接続部４４には、例えば、第１電極２１及び第２電極２２に用いられる材料を用いることができる。なお、接続部４４は、複数の第１電極２１のそれぞれに対応させて複数設けてもよい。例えば、第１電極２１の本体部４１のＹ軸方向の長さは、例えば、画像表示面１２０ａのＹ軸方向の長さよりも長い。第１電極２１は、例えば、本体部４１において画像表示面１２０ａを横断する。先端部４２と接続部４４との少なくとも一部は、例えば、画像表示面１２０ａよりも外側に設けられる。例えば、先端部４２と接続部４４との少なくとも一部は、Ｚ軸方向に見たときに、画像表示面１２０ａと重ならない。
【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】
駆動部１３０は、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、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。駆動部１３０は、例えば、複数の第１電極２１の電圧の絶対値（実効値）を、第２電極２２の電圧の絶対値（実効値）よりも相対的に高くする。駆動部１３０は、例えば、第２電極２２を接地する。このように、駆動部１３０は、本体部４１と先端部４２とを有する第１電極２１に、第２電極２２と異なる電圧を印加する。
【００３６】
図２（ａ）及び図２（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２（ａ）に表したように、複数の第１電極２１及び第２電極２２のそれぞれに上記のよう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２（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２（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、隣り合う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、隣り合う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、本体部４１の先端４１ａに、Ｘ軸方向に沿う幅が本体部４１よりも広い先端部４２を設ける。
【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、第１電極２１上において、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１１０の光学特性を劣化させる。第１電極２１の先端部分では、例えば、第２方向だけではなく、第１方向に沿っても電界が歪む。このため、第１電極２１の先端部分においては、液晶分子３５の配向乱れが集中し易く、ディスクリネーションが強く現れる傾向にある。
【００４６】
図３（ａ）〜図３（ｄ）は、第１の実施形態に係る立体画像表示装置の特性を例示する模式図である。  
図３（ａ）〜図３（ｄ）は、第２状態において第１電極２１に発生するディスクリネーションの領域ＤＲを模式的に表している。図３（ａ）は、第１電極２１のＸ軸方向の幅がＹ軸方向に沿って実質的に同じである参考例の第１電極２１の構成において、第２状態に切り替えた直後の領域ＤＲを模式的に表している。図３（ｂ）は、上記参考例の構成において、第２状態への切り替えから所定時間経過した後の領域ＤＲを模式的に表している。図３（ｃ）は、第１の実施形態に係る第１電極２１において、第２状態に切り替えた直後の領域ＤＲを模式的に表している。図３（ｄ）は、第１の実施形態に係る第１電極２１において、第２状態への切り替えから所定時間経過した後の領域ＤＲを模式的に表している。
【００４７】
図３（ａ）〜図３（ｄ）に表したように、ディスクリネーションは、第１電極２１のＸ軸方向の側部に発生する。また、第１電極２１の両側部分に発生したディスクリネーションは、第１電極２１の先端部分おいて弧状に連続する。この現象は、先端部分では、Ｙ軸方向の成分を有する電界が発生することが起因していると考えられる。
【００４８】
図３（ａ）に表したように、参考例の構成では、第１電極２１の先端部分におけるディスクリネーションの曲率が、比較的高い（曲率半径が小さい）。図３（ｂ）に表したように、参考例の構成では、時間の経過とともに、第１電極２１の先端部分で発生した液晶分子３５の配向乱れ（ディスクリネーションの領域）が、拡大する。すなわち、配向乱れが、時間の経過に伴って、給電端４１ｂ側に向かって伝搬する。帯状の第１電極２１に沿う配向乱れの伝搬は、本願発明者によって見出された新たな技術的課題である。
【００４９】
立体画像表示装置２１０において、ディスクリネーションの発生は、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。また、光透過性の第１電極２１を用いる立体画像表示装置２１０においては、金属電極を用いる液晶表示装置などに比べて、ディスクリネーションの影響が、顕著に表れる。
【００５０】
図３（ｃ）に表したように、第１の実施形態に係る第１電極２１では、先端部４２を設け、本体部４１よりもＸ軸方向における幅を広げている。これにより、先端部４２に発生するディスクリネーションの曲率を、参考例の構成に比べて低くすることができる。図３（ｄ）に表したように、第１の実施形態に係る第１電極２１では、時間の経過にともなう液晶分子３５の配向乱れの伝搬が、参考例よりも抑えられる。これは、先端部４２におけるディスクリネーションの曲率が大きくなり、液晶分子３５の配向乱れの集中が緩和されたことに起因していると考えられる。この配向乱れの伝搬の要因の１つは、例えば、曲率の小さい先端部分に配向乱れが集中しているためであると考えられる。配向乱れの伝搬の要因の別の１つは、例えば、Ｙ軸方向に沿って帯状に延びる第１電極２１の形状に起因すると考えられる。
【００５１】
本願発明者は、第１電極２１の形状について検討を行い、先端部４２を設ける構成において、液晶分子３５の配向乱れの経時的な変化を抑えられることを見出した。このように、立体画像表示装置２１０においては、第１電極２１の先端部分に発生した液晶分子３５の配向乱れの伝搬を抑え、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。また、立体画像表示装置２１０においては、先端部４２のＹ軸方向に沿う長さＬ１を、本体部４１のＸ軸方向に沿う幅Ｗ１よりも長くしている。これにより、先端部４２におけるディスクリネーションの曲率を適切に設定することができる。例えば、ディスクリネーションの曲率が大きくなり、液晶分子３５の配向乱れの伝搬が適切に抑えられる。この例においては、画像表示面１２０ａよりも外側に先端部４２が配置されている。これにより、先端部４２における液晶分子３５の配向乱れが、画像の表示に悪影響を与えることを、より適切に抑えることができる。
【００５２】
図４（ａ）〜図４（ｃ）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上面図である。  
図４（ａ）に表したように、先端部４２のＸ軸方向に沿う中心ＣＴは、第１端部４２ａから第２端部４２ｂに向かって変化させてもよい。この際、中心ＣＴは、第１配向膜３１の配向処理の方向ＡＤ１の一方側に変化させる。この例においては、紙面左方向に変化させる。すなわち、第１配向膜３１の配向処理の方向ＡＤ１の上流側に中心ＣＴを変化させる。ディスクリネーションは、配向処理の上流側に現れやすい。このため、第１配向膜３１の配向処理の方向ＡＤ１の上流側に中心ＣＴを変化させることで、液晶分子３５の配向乱れの伝搬を適切に抑えることができる。
【００５３】
先端部４２は、第１部分と、この第１部分から分岐した第２部分と、を有する形状でもよい。すなわち、先端部４２は、二股に分かれた形状でもよい。先端部４２の分岐の数は、２つに限ることなく、３つ以上でもよい。先端部４２は、第１部分と第２部分とを少なくとも有すればよい。
【００５４】
図４（ｂ）に表したように、先端部４２の形状は、例えば、矩形状でもよい。すなわち、先端部４２のＸ軸方向に沿う幅Ｗ２は、第１端部４２ａから第２端部４２ｂに向かって実質的に同じでもよい。図４（ｃ）に表したように、先端部４２の形状は、例えば、円形状でもよい。
【００５５】
（第２の実施の形態）  
図５（ａ）及び図５（ｂ）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図である。  
図５（ａ）は、立体画像表示装置２１２の模式的断面図であり、図５（ｂ）は、立体画像表示装置２１２の一部の構成を例示する模式的上面図である。  
図５（ａ）及び図５（ｂ）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は、本体部４１と、先端部４２と、を有する。
【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、第３電極２３と第４電極２４との間に、絶縁層４６が設けられる。絶縁層４６は、第１基板１１と第１電極２１との間にも設けられる。絶縁層４６は、例えば、第４電極２４と第１主面１１ａとを覆うように、第１基板１１の上に設けられる。複数の第１電極２１と複数の第３電極２３とは、絶縁層４６の上に設けられる。複数の電極対２５どうしにおいて、絶縁層４６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４６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、第１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が、本体部４１と先端部４２とを有する。これにより、液晶分子３５の配向乱れの伝搬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上面図である。  
図６に表したように、第３電極２３が、本体部４１と先端部４２とを有してもよい。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が、本体部４１と先端部４２とを有する。これにより、液晶分子３５の配向乱れの伝搬がより適切に抑えられ、液晶光学素子１１２の光学特性が向上する。
【００７１】
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のみが本体部４１と先端部４２とを有してもよい。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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、本体部、先端部、第１端部、第２端部、第１部分、第２部分、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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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】
【００７８】
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、  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（配向膜）、  ３２…第２配向膜、  ３５…液晶分子、  ３６…液晶材料、  ４１…本体部、  ４１ａ…先端、  ４１ｂ…給電端、  ４２…先端部、  ４２ａ…第１端部、  ４２ｂ…第２端部、  ４６…絶縁層、  ４９…中心軸、  ５０…画素群、  １１０、１１２…液晶光学素子、  １２０…画像表示部、  １２０ａ…画像表示面、  １３０…駆動部、  ２１０、２１２…立体画像表示装置、  ＡＤ１、ＡＤ２…方向、  ＡＲ１…領域、  ＣＴ…中心、  ＥＬ…電気力線、  Ｌ１…長さ、  ＰＸ、ＰＸ１、ＰＸ２、ＰＸ３…画素、  Ｒ１、Ｒ２…領域、  Ｗ１、Ｗ２…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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