(57)【要約】【課題】液晶レンズを用いた３次元表示装置において、液晶レンズにおけるディスクリネーションに起因するクロストークを防止する。【解決手段】液晶レンズは第１の基板１０と第２の基板２０の間にツイスト角が９０度であるＴＮタイプの液晶が挟持され、第１の基板１０には、平面ベタで第１の電極１１が形成され、第２の基板２０には、平面で見て櫛歯状の第２の電極２１が形成され、第２の電極２１は、第２の基板２０に形成された突起２５の上に形成され、第１の電極１１と第２の電極２１間に電圧を印加することによって３次元表示を行う。突起２５の側面にも第２の電極を形成してもよい。これによって、クロストークの少ない３次元画像表示装置を実現することが出来る。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表示パネルの上に液晶レンズが配置された表示装置であって、
前記液晶レンズは第１の基板と第２の基板の間にツイスト角が９０度であるＴＮタイプの液晶が挟持され、
前記第１の基板の前記液晶側には、平面ベタで第１の電極が形成され、前記第２の基板の前記液晶側には、平面で見て櫛歯状の第２の電極が形成され、
前記第２の電極は、前記第２の基板に形成された突起の上に形成され、
前記第１の電極と前記第２の電極間に電圧を印加することによって３次元表示を行い、
前記第１の電極と前記第２の電極間に電圧を印加しないことによって２次元表示を行うことを特徴とする表示装置。
【請求項２】
前記突起の側面にも第２の電極が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
【請求項３】
前記突起の断面は曲線状であることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
【請求項４】
前記突起の高さは、前記第１の基板と前記第２の基板の間隔を規定するスペーサの高さの０．８倍以上であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項５】
表示パネルの上に液晶レンズが配置された表示装置であって、
前記液晶レンズは第１の基板と第２の基板の間にツイスト角が９０度であるＴＮタイプの液晶が挟持され、
前記第１の基板の前記液晶側には、平面ベタで第１の電極が形成され、前記第２の基板の前記液晶側には、平面で見て櫛歯状の第２の電極が形成され、
前記第２の電極は、前記第２の基板に形成された突起の上に形成され、
前記第２の基板の前記突起の両脇に前記第２の電極と同じ方向に延在する第３の電極が形成され、
前記第１の電極と前記第２の電極間、および、前記第１の電極と前記第３の電極間に電圧を印加することによって３次元表示を行い、
前記第１の電極と前記第２の電極間、および、前記第１の電極と前記第３の電極間に電圧を印加しないことによって２次元表示を行うことを特徴とする表示装置。
【請求項６】
前記第２の電極と前記第３の電極には同じ電圧が印加されることを特徴とする請求項５に記載の表示装置。
【請求項７】
前記突起の側面にも前記第２の電極が形成されていることを特徴とする請求項６に記載の表示装置。
【請求項８】
表示パネルの上に液晶レンズが配置された表示装置であって、
前記液晶レンズは第１の基板と第２の基板の間にツイスト角が９０度であるＴＮタイプの液晶が挟持され、
前記第２の基板には、所定のピッチで段部を有する突起が形成され、
前記第１の基板の前記液晶側には、平面ベタで第１の電極が形成され、前記第２の基板の前記液晶側には、平面で見て櫛歯状の第２の電極が形成され、
前記第２の電極は、前記段部を有する突起の上面と前記段部の上に形成され、
前記第１の電極と前記第２の電極間に電圧を印加することによって３次元表示を行い、
前記第１の電極と前記第２の電極間に電圧を印加しないことによって２次元表示を行うことを特徴とする表示装置。
【請求項９】
前記第２の電極は、前記段部を有する突起の側面にも形成されていることを特徴とする請求項８に記載の表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表示装置に係わり、特に、液晶表示パネルの表示面側にレンズ機能を有する液晶レンズを配置した方式の３次元表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
眼鏡等を使用することなく裸眼による３次元（３Ｄ）表示と２次元（２Ｄ）表示とが切り替え可能な表示装置は、例えば、画像表示を行う第１の液晶表示パネルと、該第１の液晶表示パネルの表示面側（観察者側）に配置され、３Ｄ表示時には観察者の左右眼に別々の光線を入射させる視差障壁を形成する第２の液晶表示パネルとを備える構成となっている。このような２Ｄ表示と３Ｄ表示を切り替え可能な液晶表示装置では、第２の液晶表示パネルの液晶分子の配向を制御することにより、第２の液晶表示パネル内の屈折率を変化させ、表示面の上下方向に延在し左右方向に並設されるレンズ（レンチキュラレンズ、シリンドリカルレンズアレイ）領域を形成し、左右眼に対応する画素の光を観察者の視点へと振り向ける構成となっている。
【０００３】
このような構成からなる液晶レンズ方式の３次元表示装置は、例えば、「特許文献１」に記載される自動立体視表示装置がある。この「特許文献１」に記載の表示装置では、液晶層を介して対向配置される一方の透明基板上に面状の電極が形成されると共に、他方の透明基板にはレンズの形成方向に延在する短冊状電極（線状電極）が形成され、レンズの配列方向に線状電極が並設される構成となっている。この構成により、短冊状電極に印加する電圧と面状電極に印加する電圧とを制御して液晶分子の屈折率を制御し、２Ｄ表示と３Ｄ表示とを切り替え制御可能な構成となっている。また、「特許文献１」に記載の液晶レンズは、ＴＮ配向した液晶レンズが記載されている。
【０００４】
「特許文献２」には、液晶表示パネルの上に電極に挟まれた光学特性可変レンズを配置し、光学特性可変レンズを挟む電極に電圧を印加することによって、レンズ特性を制御して３次元画像を形成する構成が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２００９−５２０２３１号公報
【特許文献２】特許第２８６２４６２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図１４は従来の液晶レンズの構造を示す断面図である。図１４において、透明基板である第１基板１０の内側に平面ベタで第１電極１１が形成され、第１電極１１の上に配向膜１２が形成されている。透明基板である第２基板２０の内側に短冊状（櫛歯状）の第２電極２１が形成され、これを覆って第２の配向膜２２が形成されている。第１配向膜１２と第２配向膜２２の配向方向は同じである。第１基板１０および第２基板２０はガラス基板が望ましいが、透明プラスチック基板でもよい。第１基板１０と第２基板２０の間には、液晶層６０が挟持されている。
【０００７】
第２基板２０に形成されている櫛歯電極の電極幅はｗ２であり、櫛歯電極間ピッチはＱであり、櫛歯電極間隔はｓである。第１基板１０と第２基板２０の間隔すなわち、液晶の層厚はｄ１である。液晶は正の誘電率異方性を有している。液晶レンズを用いた３次元画像表示装置においては、第１電極１０と第２電極２０の間に電圧を印加すると３次元画像表示が可能になり、第１電極１０と第２電極２０の間に電圧を印加しなければ、２次元画像表示が可能である。
【０００８】
図１５は、液晶レンズを用いて３次元画像を形成する原理を示す断面図である。図１５において、人間の眼は、表示装置に形成された画像を液晶レンズを通して視認することになる。図１５において、右眼用の画像はＲであり、左眼用の画像はＬである。図１５における液晶レンズ１００のピッチはＱで、表示装置２００の画素ピッチはＰである。また、人間の左眼の中心と右眼の中心の距離すなわち、眼間距離をＢとしている。一般には、眼間距離Ｂは６５ｍｍと仮定される。液晶レンズのピッチＱと、表示装置の画素ピッチＰと、眼間距離Ｂの関係は（式１）に示すとおりである。
【０００９】
【数１】
2014206597.tif 000003
【００１０】
図１６は、本発明が対象とする液晶レンズ１００を用いた３次元画像表示装置の断面概略図である。図１６において、液晶レンズ１００と表示装置２００は接着材３００で接着している。接着材３００は透明であり、例えば、ＵＶ（紫外線）硬化樹脂が使用される。表示装置２００は液晶表示装置あるいは有機ＥＬ表示装置等が使用される。
【００１１】
図１７は図１６におけるＢ−Ｂ’に対応する液晶レンズの平面図である。図１７において、第１基板１０は表示領域全面において、第１電極１１によって覆われている。第２基板２０には櫛歯状の第２電極２１が形成され、第２電極２１は一端において、バス電極によって接続している。ここで、図１４は、図１７におけるＡ−Ａ’断面に対応する断面図である。
【００１２】
図１８は液晶レンズの原理を示す断面図である。第１電極１１と第２電極２１の間に電圧を印加すると図１８（ａ）のような電気力線Ｆが発生する。第１電極１１と第２電極２１の間に電圧を印加しなければ図１８（ｂ）のように、液晶は水平配向している。なお、本願図面においては、複雑化を防ぐために、プレティルト角は無視している。
【００１３】
第１電極１１と第２電極２１の間に電圧を印加すると、図１８（ｃ）に示すように、第２電極２１上の液晶分子６１は立ち上がり、櫛歯電極間では液晶分子６１は水平配向している。これにより屈折率に分布が生じ、屈折率分布型型（ＧＲＩＮ：Ｇｒａｄｉｅｎｔ  Ｉｎｄｅｘ）レンズとなる。
【００１４】
従来の一般的な液晶レンズは、図１４から図１８に示すようなものであるが、このような構成の液晶レンズは櫛歯電極の上部にディスクリネーションが発生するために、電極上部で入射光が散乱し、クロストークが大きくなることが問題である。ここで、ディスクリネーションとは、液晶分子の並び方に起因する不連続線のことであり、クロストークは、左眼用画像と右眼用画像が十分に分離されないことを言う。因みに、クロストークが大きいと、３次元画像ではなく、単なる２重画像として見えてしまう。
【００１５】
これに対し、液晶レンズにおける液晶分子の配向を図１９に示すように、ＴＮ配向とし、第２の基板２０の液晶が配置されている反対側に偏光板１３を配置することによって、ディスクリネーションとクロストークを軽減できる可能性がある。この時、ＴＮは約９０度のねじれ配向である。つまり、図１９（ａ）において、第１基板１０に形成された図示しない第１配向膜の配向方向と、第２基板２０に形成された図示しない第２配向膜の配向方向は９０度である。以下にそのメカニズムについて説明する。
【００１６】
図１９（ａ）は第１電極１１と第２電極２１の間に電圧が印加されていない状態を示している。この時、表示装置からの画像は液晶レンズによって何の影響も受けない。図１９（ｂ）は、第１電極１１と第２電極２１の間に電圧を印加した場合である。第２電極２１である櫛歯電極と櫛歯電極の間にはレンズが形成されるように、液晶が配向する。一方、第２電極２１の上は、電気力線Ｆが第2電極２１に対して垂直方向に向いているので、液晶分子６１も垂直になっている。すなわち、この部分においては、表示装置からの光は透過しない。つまり、クロストークを防止することが出来る。
【００１７】
図１９において、偏光板１３は、表示装置から出射される偏光方向に対して、透過軸が略９０度をなしていることが望ましい。表示装置が液晶表示装置であれば、出射光は偏光光となっているが、表示装置が有機ＥＬ表示装置の場合は、有機ＥＬ表示装置の表面に偏光板を貼り付ける必要がある。
【００１８】
図２０は、この様子を詳しく説明するための断面図である。図２０は第１電極１１と第２電極２１の間に電圧を印加しない場合の入射光の偏光方向、出射光の偏光方向、第１偏光板１３の透過軸の関係を示す断面図である。図２０において、初期配向でＴＮ配向している液晶レンズの場合、電圧無印加時は、入射する偏光光は９０度液晶層内で旋光する。よって、入射偏光方向がＸ軸方向であると、出射時は、偏光方向はＹ軸方向になる。第１偏光板１３の偏光透過軸ＰＡがＹ方向であるとすると、入射光は透過する。よって、第１電極１１と第２電極２１の間に電圧を印加しない２次元表示の場合は、液晶レンズは、表示装置からの出射光に対して影響を及ぼさない。
【００１９】
一方、ＴＮ配向した液晶レンズに電圧を印加すると、液晶分子６１は、図１９（ｂ）のような配向になる。図１９（ｂ）からわかるように、第２の電極２１上部では、液晶分子６１が立ち上がっているために、旋光性が失われる。しかし、櫛歯電極である第２電極２１間の中央付近では、液晶分子６１の配向は、初期配向からほとんど変化しないため、旋光性が生じ、入射光偏光軸は９０度回転する。したがって、第２電極２１上部では光は遮光されるが、第２電極２１間では、光が透過する。従来の液晶レンズでは、第２電極２１上部にディスクリネーションが発生し、光が散乱することによるクロストーク増大が課題となっているが、図１９に示すような構成によって、この課題を解決できる可能性がある。
【００２０】
そこで、ＴＮ配向をした液晶レンズを下記のパラメータで作成した。
液晶の物性値・・・Δn＝0.2
液晶のギャップｄ１：30μｍ
パネルサイズ・・・3.2”
画素数・・・480×854
画素ピッチP：79.5μｍ
レンズピッチQ:158.8058μｍ
電極幅ｗ２：10μｍ
しかしながら、上記のような液晶レンズでは、液晶のギャップｄ１と電極幅ｗ２の比（ｄ１/ｗ２）が３と、大きいために、電界が基板面内方向にも広がってしまうことから十分な縦電界が発生しないことがわかった。したがって、第２電極２１上部の遮光効果が十分に得られない。
【００２１】
図２２（ａ）および（ｂ）は、ＴＮ配向した液晶レンズの透過率分布の例である。図２２（ａ）および（ｂ）において、横軸は位置であり、縦軸は透過率である。図２２（ａ）に示す理想的な透過率分布では、第２の電極２１近傍において、透過率がほぼゼロになる。しかしながら、実際のサンプルでは、上記したような理由のために、図２２（ｂ）に示したような、第２の電極２１の近傍において、透過率が十分に減少しない。つまり、所望の遮光効果が得られない。
【００２２】
ところで、一般的なＴＮ型液晶表示装置では、液晶のギャップが４μｍ程度であり、それに対して電極幅は数十から数百μｍである。つまり、ギャップと電極幅の比は非常に小さな値となっている。
【００２３】
本発明の課題は、ＴＮ配向した液晶レンズにおいて、第２電極上の透過率を十分小さくし、ディスクリネーションの発生を防止し、クロストークを防止することである。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
上記のような課題を解決するための、本発明における主な手段は次のとおりである。
【００２５】
（１）表示パネルの上に液晶レンズが配置された表示装置であって、前記液晶レンズは第１の基板と第２の基板の間にツイスト角が９０度であるＴＮタイプの液晶が挟持され、前記第１の基板の前記液晶側には、平面ベタで第１の電極が形成され、前記第２の基板の前記液晶側には、平面で見て櫛歯状の第２の電極が形成され、前記第２の電極は、前記第２の基板に形成された突起の上に形成され、前記第１の電極と前記第２の電極間に電圧を印加することによって３次元表示を行い、前記第１の電極と前記第２の電極間に電圧を印加しないことによって２次元表示を行うことを特徴とする表示装置。
【００２６】
（２）前記突起の側面にも第２の電極が形成されていることを特徴とする（１）に記載の表示装置。
【００２７】
（３）前記突起の断面は曲線状であることを特徴とする（１）に記載の表示装置。
【００２８】
（４）前記突起の高さは、前記第１の基板と前記第２の基板の間隔を規定するスペーサの高さの０．８倍以上であることを特徴とする（１）に記載の液晶表示装置。
【００２９】
（５）表示パネルの上に液晶レンズが配置された表示装置であって、前記液晶レンズは第１の基板と第２の基板の間にツイスト角が９０度であるＴＮタイプの液晶が挟持され、前記第１の基板の前記液晶側には、平面ベタで第１の電極が形成され、前記第２の基板の前記液晶側には、平面で見て櫛歯状の第２の電極が形成され、前記第２の電極は、前記第２の基板に形成された突起の上に形成され、前記第２の基板の前記突起の両脇に前記第２の電極と同じ方向に延在する第３の電極が形成され、前記第１の電極と前記第２の電極間、および、前記第１の電極と前記第３の電極間に電圧を印加することによって３次元表示を行い、前記第１の電極と前記第２の電極間、および、前記第１の電極と前記第３の電極間に電圧を印加しないことによって２次元表示を行うことを特徴とする表示装置。
【００３０】
（６）前記第２の電極と前記第３の電極には同じ電圧が印加されることを特徴とする（５）に記載の表示装置。
【００３１】
（７）前記突起の側面にも前記第２の電極が形成されていることを特徴とする（６）に記載の表示装置。
【００３２】
（８）表示パネルの上に液晶レンズが配置された表示装置であって、前記液晶レンズは第１の基板と第２の基板の間にツイスト角が９０度であるＴＮタイプの液晶が挟持され、前記第２の基板には、所定のピッチで段部を有する突起が形成され、前記第１の基板の前記液晶側には、平面ベタで第１の電極が形成され、前記第２の基板の前記液晶側には、平面で見て櫛歯状の第２の電極が形成され、前記第２の電極は、前記段部を有する突起の上面と前記段部の上に形成され、前記第１の電極と前記第２の電極間に電圧を印加することによって３次元表示を行い、前記第１の電極と前記第２の電極間に電圧を印加しないことによって２次元表示を行うことを特徴とする表示装置。
【００３３】
（９）前記第２の電極は、前記段部を有する突起の側面にも形成されていることを特徴とする（８）に記載の表示装置。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施例１の液晶レンズの断面図である。
【図２】本発明の実施例１の液晶レンズの透過率分布である。
【図３】本発明の実施例２の液晶レンズの断面図である。
【図４】本発明の実施例２の液晶レンズの透過率分布である。
【図５】第２電極上のギャップと第２電極上の透過率の関係を示すグラフである。
【図６】第２電極上の透過率とクロストークの関係を示すグラフである。
【図７】本発明の実施例３の液晶レンズの断面図である。
【図８】図７における第２電極の平面図である。
【図９】実施例３におけるセルギャップで規格化された第３電極幅と屈折率分布の２次曲線との相関を示すグラフである。
【図１０】実施例３におけるセルギャップで規格化された第３電極幅とクロストークの関係を示すグラフである。
【図１１】本発明の実施例４の液晶レンズの断面図である。
【図１２】本発明の実施例５の表示装置を説明するための断面図である。
【図１３】本発明の実施例６の液晶レンズにおける効果を示すグラフである。
【図１４】従来の液晶レンズの構成を示す断面図である。
【図１５】液晶レンズを用いた3次元表示の原理を示す模式図である。
【図１６】液晶レンズを用いた３次元画像表示装置の構成を示す断面図である。
【図１７】液晶レンズにおける第１電極と第２電極の平面図である。
【図１８】従来例の液晶レンズおける液晶分子の配向の例である。
【図１９】ＴＮ配向した液晶レンズの動作を示す断面図である。
【図２０】ＴＮ配向した液晶レンズにおける電圧印加の無い場合の動作を示す模式図である。
【図２１】ＴＮ配向した液晶レンズにおける電圧印加した場合の動作を示す模式図である。
【図２２】ＴＮ配向した液晶レンズにおける、理想的な透過率分布と従来例における現実の透過率分布の比較図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、本発明を実施例を用いて詳細に説明する。なお、以下の実施例で説明するパラメータは、発明の課題の項において作成した液晶レンズの構成を基準としている。
【実施例１】
【００３６】
図１は、本発明の実施例１を示す断面図である。図１が、従来例である図１９と異なる点は、第２電極２１が突起２５の上に形成され、第１電極１１と第２電極２１の距離ｄ２が他の部分における液晶６０の層厚ｄ１よりも小さくなっていることである。この突起２５は例えば、有機レジストなどの材料で形成することが出来る。なお、第１電極１１、第２電極２１ともに、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）等の透明電極で形成される。
【００３７】
図１において、第２電極２１が突起の上に形成されているため、第１電極１１と第２電極２１の間隔が小さくなっているので、第１電極１１と第２電極２１の間に発生する電界が面内方向に広がることを防止することが出来る。その結果として、第２電極２１上における遮光効果を十分に得ることが出来、ＴＮ配向させた液晶レンズのクロストークを低減させることができる。
【００３８】
図２は、本実施例における液晶レンズの透過率分布を示すグラフである。図２において、横軸は位置であり、縦軸は透過率である。図２に示すように、第２電極２１付近においては、透過率はほぼゼロになっており、十分な遮光効果を得ることができている。したがって、ＴＮ配向させた液晶レンズのクロストークを低減させることができる。なお、図２に示す、第２電極２１上、あるいは第２電極２１間の透過率分布は、突起の高さと突起の上に形成された第２電極２１の厚さの合計Ｈを調整することによって変化させることが出来る。言い方を変えると、第２電極２１と第１電極１１の距離ｄ２を変化させることによって変化させることが出来る。
【実施例２】
【００３９】
図２は、本発明の第２の実施例を示す断面図である。図２が図１と異なる点は、第２電極２１が形成されている突起２５の側面にも第２電極２１が形成されている点である。液晶レンズの透過率は、第２電極２１と第２電極２１の間の中央において、最も大きく、第２電極２１上でゼロであることが望ましい。また、第２電極２１と、第２電極間の中央部分までの透過率分布は、２次曲線となっていることが理想である。しかし、ながら、実施例１の構成における透過率は、第２電極２１上では、十分小さくなっているが、第２電極２１と第２電極２１の間の透過率分布は、２次曲線からは乖離した分布となっている。これは、実施例１においては、第２電極２１からの電気力線が液晶レンズの形成に十分な影響を与えることが出来ないからである。
【００４０】
本実施例では、図３に示すように、第２電極２１を突起２５の上部のみでなく、側部にも形成することによって、第２電極２１からの電気力線の影響を第２電極２１と第２電極２１の間にも十分に与える構成となっている。すなわち、図３において、第２電極２１付近における液晶分子６１は、第２電極２１の電界の影響を受けた形で配向しており、実施例１の液晶分子６１の配向に比較してよりレンズ形状に近い配向となっている。
【００４１】
図４は、本実施例である図３の液晶レンズにおける透過率分布を示すグラフである。図４において、第２電極２１と第２電極２１の間の透過率分布は、２次曲線に近い形状となっており、したがって、レンズ性能の高い液晶レンズとなっていることがわかる。なお、図４に示すレンズ形状は、図３における第２電極２１と第１電極１１間の距離を変化させることによって変えることが出来る。
【００４２】
本実施例を用いて、屈折率分布の説明をする。図２０における入射光偏光軸（Ｘ軸）に振動している偏光光が液晶レンズに照射された場合、この光は屈折率分布の影響を受ける。その結果、図１５に示すように光が集光され、３次元画像表示装置として機能する。図４に示された屈折率分布は、液晶レンズに照射された入射光偏光軸（Ｘ軸）に振動している偏光光が出射光偏光軸（Ｙ軸）に旋光して液晶レンズを通過する過程で受ける屈折率を光の進行方向（Ｚ軸）に平均化したものである。
【００４３】
屈折率分布の形状が２次曲線であるとき、この屈折率分布に対してＺ軸方向に平行に進行する光は、ある一点（焦点）に集光さる。この時、液晶レンズ方式３次元画像表示装置として最適な機能を果たす。このため、屈折率分布の形状は、２次曲線と相関の高い形状をしていることが望ましい。図４に示す本実施例における屈折率分布は、図２に示す実施例１の屈折率分布に比較して、より２次曲線に近い屈折率分布となっており、液晶レンズとしてはより優れた性能を示す。
【００４４】
図５は、本実施例における突起上部における第２電極と第１電極との距離と、第２電極上における透過率の関係を示すグラフである。図５において、横軸は電極幅に対する突起上部における第１電極と第２電極の距離（ｄ２/ｗ２）、縦軸は透過率である。すなわち、横軸は、第２電極の電極幅ｗ２で規格化されている。
【００４５】
第２電極上部の透過率は０％から１００％の間で定義される値であり、１００％の時は液晶レンズの下部から照射された光が全て液晶レンズを通過することを示している。突起が無く、ｄ２/ｗ２が３であるとき、電極上部の透過率は１５％である。これに対して高さが１５μｍの突起の上に第２電極を形成することによって、ｄ２/ｗ２を１．５としたとき、電極上部の透過率をほぼ０％にまで低減することが出来る。
【００４６】
図６は、本実施例における第２電極上部の透過率とクロストークの関係を示すグラフである。図６において、第２電極上部の透過率の減少に伴い、クロストークが減少することがわかる。立体映像として認識されるには、少なくとも、クロストークが３％以下であることが必須であると考えられる。図６と図５を対応させると、クロストーク３％以下を達成するためには、第２電極上の透過率が１０％以下である必要があるために、ｄ２/ｗ２は２．５以下でなければならない。
【実施例３】
【００４７】
図７は、本発明の第３の実施例を示す断面図である。図７が実施例１と異なる点は、第２電極２１が形成されている突起２５の両側で、第２基板２０の上に第３の電極３１が幅ｗ３で形成されている点である。図７に示す構造によって、レンズ中央の液晶に対してレンズを形成するための電界の影響を及ぼしやすくすることが出来る。また、突起２５の高さが高い場合は、本実施例は、図３に示す実施例２の構成よりもさらにレンズを形成するための電界を、レンズ中央の液晶に対して及ぼすことが出来る。つまり、本実施例は、突起２５の高さが高い場合に非常に有効である。
【００４８】
図１４は、突起２５の上に形成された第２の電極２１の平面図である。図１４において、櫛歯状に形成された第２の電極２１は端部において、第４の電極４１によって接続されている。例えば、第４の電極４１を第２基板２０上に形成し、突起２５の高さを第４電極４１の近くにおいて、スロープ状に除々に小さくすることによって、第２電極２１と第４電極４１を接続することが出来る。
【００４９】
図１５は、突起２５の両脇に形成された第３電極３１の平面図である。第３電極３１は突起２５を挟んでペアで形成されている。第３電極３１の端部は、第５電極５１によって接続されている。
【００５０】
本実施例では、第２の電極２１と第３の電極３１には、同じ電圧を印加する場合もあるし、別な電圧を印加する場合もある。第２の電極２１と第３の電極３１に同じ電圧を印加する場合は、第４の電極４１と第５の電極５１は同一とすることが出来る。また、第２の電極２１と第３の電極３１に別電圧を印加する場合は、第４の電極４１と第５の電極５１を絶縁し、各々、別々の電圧を印加する構成とする必要がある。
【００５１】
図９は、第２電極２１と第３電極３１が同電位の場合において、第３電極３１と第１電極１１の距離ｄ１によって規格化された第３電極３１の幅ｗ３（ｗ３/ｄ１）と、屈折率分布と２次曲線間の相関値との関係を示すグラフである。屈折率分布と２次曲線間の相関値は、０％と１００％の間の値を取り、１００％のときは、屈折率分布が完全な２次曲線であることを意味する。
【００５２】
液晶レンズによる３次元画像表示装置は、屈折率の形状が２次曲線の形状に近いときにクロストークが減少する。したがって、屈折率分布と２次曲線の間の相関値が１００％に近いときほどクロストークが減少することが予想される。図９に示すように、規格化された第3電極３１の幅ｗ３/ｄ１が１８％のときに、相関値が最大となる。つまり、この時、屈折率分布の形状が最も２次曲線に近くなるように電界分布が発生している。
【００５３】
図１０は、本実施例における第３電極３１と第１電極１１の距離ｄ１によって規格化された第３電極３１の幅ｗ３（ｗ３/ｄ１）と、クロストークの関係を示すグラフである。立体画像として認識されるためには、すくなくともクロストークは３％以下であることが必須であると考えられる。そうすると、ｗ３/ｄ１は、５％≦ｗ３/ｄ１≦２５％の範囲であることが望ましい。
【００５４】
なお、図７の構成に対して、突起２５の側面にも第２の電極２１を形成する構成も可能である。この場合は、第２の電極２１と第３の電極３１の電位は同等となる。このような構成でも、クロストークの少ない３次元画像表示装置を実現することが出来る。
【実施例４】
【００５５】
図１１は、本発明の第４の実施例を示す断面図である。図１１の特徴は、突起２５が段部２６を持ち、突起２５の上面と側面と段部に第２の電極２１が形成されている点である。その他の構成は実施例１と同様である。本実施例においては、突起２５の上面と側面と段部に形成された第２の電極２１の電位は同一である。本実施例は、実施例２と実施例３の特徴を兼ね備えているので、液晶レンズに対する電界分布をより正確に制御できる。したがって、液晶レンズにおける透過率分布をより２次曲線に近づけることが出来、クロストークの少ない３次元画像表示装置を実現することが出来る。
【００５６】
なお、図１１において、突起２５の側面に第２の電極を形成せず、突起２５の上面および段部２６のみに第２の電極２１を形成しても液晶レンズを形成することが出来る。この構成によっても実施例１よりもクロストークの少ない３次元画像表示装置を実現することが出来る。
【実施例５】
【００５７】
図１２は、本発明の第５の実施例を示す断面図である。図１２の特徴は、突起２５が滑らかな断面形状を有する点である。その他の構成は実施例１と同様である。本実施例では、突起２５の断面が滑らかな形状となっているので、第２の電極２１を突起２５の表面全体にわたってより均一に形成することが出来る。本実施例においても、第２電極２１上の透過率をほぼゼロとすることが出来、第２電極２１と第２電極２１の間の透過率分布も、２次曲線に近い形状とすることが出来る。したがって、クロストークの少ない３次元画像表示装置を実現することが出来る。
【実施例６】
【００５８】
液晶レンズにおいても、第１基板１０と第２基板２０の間隔を規定するためにスペーサとして、柱状スペーサや球状のビーズ等が用いられる。実使用環境において液晶レンズに衝撃が与えられた場合、これらのスペーサが破損し、液晶セルのセルギャップ、すなわち、第１基板１０と第２基板２０の間隔が保持されなくなる場合が生ずる。これに対して、図１等に示す突起２５の高さが十分に高ければ衝撃によってスペーサが破損する確率を低減することが出来る。
【００５９】
図１３は、衝撃試験における突起２５の高さとスペーサビーズの破損確率の関係を示すグラフである。図１３にける横軸は、セルギャップで規格化された突起２５の高さである。ここで、セルギャップとは、スペーサの高さと同義である。図１３に示すように、突起２５の高さがセルギャップの８０％以上になるとスペーサが破損する確率が激減する。つまり、セルギャップをｄ１、突起の高さをＨとした場合、Ｈ/ｄ１≧０．８において、スペーサの破損が顕著に抑制される。
【００６０】
本実施例によれば、液晶レンズを用いた３次元画像表示装置におけるクロストークを抑制するとともに、液晶レンズのセルギャップを維持するスペーサの破損を防止することができるので、信頼性の高い３次元画像表示装置を実現することが出来る。
【符号の説明】
【００６１】
１０……第１基板  １１……第１電極  １２……第１配向膜  １３……第１偏光板  ２０……第２基板  ２１……第２電極  ２２……第２配向膜  ２５……突起  ２６……段部  ３１……第３電極  ４１……第４電極  ５１……第５電極  ６０……液晶層  ６１……液晶分子  １００……液晶レンズ  ２００……表示装置  ２１１……サイド電極  ３００……接着材  ｄ１……セルギャップ  ｄ２……第１電極と第２電極の間隔  ｗ２……第２電極幅  ｗ３……第３電極幅  ｓ……第２電極間隔  Ｂ……眼間距離  Ｆ……電気力線  Ｈ……突起の高さ  Ｌ……左眼用画素  Ｒ……右眼用画素  Ｐ……画素ピッチ  Ｑ……第２電極ピッチ  ＰＡ……偏光軸
【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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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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