(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液晶表示パネルの上に液晶レンズが配置された液晶表示装置であって、
前記液晶表示パネルは、複数のサブ画素が第１の方向に配列した複数の画素を有し、
前記複数の画素は、前記第１の方向に第１の間隔で配列し、且つ前記第１の方向とは異なる第２の方向に第２の間隔で配列し、
前記液晶レンズは、第１の基板と第２の基板との間に液晶が挟持された構成であり、
前記第１の基板には、複数のストライプ状の第１の電極が前記第１の方向に延在し、前記第２の方向に配列し、
互いに隣接する２つの前記第１の電極は間には、前記第２の方向に隣接する２つの前記画素が配置され、
前記第２の基板には、複数のストライプ状の第２の電極と、前記第２の電極よりも幅の広い複数のストライプ状の第３の電極とが形成され、前記第２の電極と前記第３の電極は、それぞれ前記第２の方向に延在し、且つ前記第１の方向において交互に配列され、
最も近接する２つの前記第２の電極間に対応する前記液晶パネルの位置には、前記第１の方向に隣接する２つの前記画素が配置され、
前記第１の基板と前記第２の基板との間に挟持された液晶分子の初期配向は、前記第２の方向であり、
前記第１の電極と前記第２の電極と前記第３の電極は互いに異なった電圧を印加することが可能であることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
前記液晶分子の前記初期配向の方向は、前記第２の電極の延在方向と、±５度以内で一致す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３】
前記第１の基板は前記液晶表示パネル側の基板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４】
前記第１の方向と前記第２の方向とは直交す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】
前記第２の電極と前記第３の電極の電位を同電位とし、前記第１の電極に前記第２の電極及び前記第３の電極とは異なる電圧を印加することによって３次元表示を行うことが可能であり、
前記第１の電極と前記第３の電極を同電位とし、前記第２の電極に前記第１の電極及び前記第３の電極とは異なる電圧を印加することによって３次元表示を行うことが可能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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は表示装置に係り、液晶レンズを用いることによって３次元表示を可能とする液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示パネルでは画素電極および薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）等がマトリクス状に形成されたＴＦＴ基板と、ＴＦＴ基板に対向して、ＴＦＴ基板の画素電極と対応する場所にカラーフィルタ等が形成された対向基板が設置され、ＴＦＴ基板と対向基板の間に液晶が挟持されて表示領域を形成している。そして液晶分子による光の透過率を画素毎に制御することによって画像を形成している。液晶は偏光光のみ制御することができるので、バックライトからの光はＴＦＴ基板に入射する前に下偏光板によって偏光され、液晶層によって制御を受けた後、上偏光板において再び偏光を受け外部に出射する。したがって、液晶表示パネルからの出射光は偏光光である。
【０００３】
液晶表示パネルにおいて形成される画像を３次元化する方法は種々提案されている。なかでも、液晶表示パネルの上に液晶レンズを配置する方法は、３次元画像を視認するために、特殊な眼鏡を必要としない、２次元画像と３次元画像を切り換えることが出来る、等から、特に、小型の表示装置において注目されている。
【０００４】
「特許文献１」には、液晶レンズは、上基板と下基板との間に液晶分子を挟持し、上基板に短冊状に上基板電極パターンを形成し、下基板に平面べたの下基板電極パターンを形成し、上基板電極パターンと下電極パターンに電圧を印加することによって形成される電界に沿って液晶分子が配向することによってレンズを形成する構成が記載されている。
【０００５】
「特許文献２」には、上基板電極パターンと下基板電極パターン間の縦電界によって形成される電界を利用した液晶レンズにおいて、上基板電極パターンと下基板電極パターンとを同様なパターンであるが、上基板と下基板において９０℃回転して配置する構成が記載されている。これによって、上基板電極パターンと下基板電極パターンに対する電圧の印加方法によって、レンズの向きを９０℃回転することを可能とし、画面が横向きの場合と縦向きの場合のいずれの場合にも３次元表示を可能とすることが出来る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第２８６２４６２号公報
【特許文献２】特表２００９−５２０２３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
図１１及び図１２は、液晶レンズ１０及び、液晶レンズ１０を用いた３D表示の概要である。なお、本明細書では、２D表示とは２次元表示を言い、３D表示とは3次元表示を言う。液晶レンズ１０は電極を形成した2枚の基板で液晶を挟み込んだ構成で、液晶表示素子と同じ構成である。但し、いわゆる表示用液晶ディスプレイのように偏光方向を制御する用途ではないので、偏光板は用いない。
【０００８】
図１１は液晶を挟み込む2枚の基板に形成される電極の概要を示した図である。実線で横方向に長い矩形で描かれたパターンが下基板３０の電極である。点線で描かれた長方形が上基板２０の電極である。Ａ、Ｂの文字が描かれた長方形は外部から電圧を与える電極端子を示し、電極端子と上述の基板の電極とを結ぶ線は配線を示す。なお、本明細書では電極端子Ａと接続した電極を電極Ａ、電極端子Ｂと接続した電極を電極Ｂと呼ぶこともある。ここで、上下基板のパターンは本質的な制限はないので、逆であっても良い。光を透過させる必要があるため、少なくとも表示部全体を覆う点線の電極はITOなどの透明電極で形成する。
【０００９】
図１１中Pで示された矢印は上下基板のラビング方向で、挟み込まれる液晶は電圧が無印加の状態でこの矢印方向に長軸側が向くよう配向する。図１２は図１１中のＹ−Ｙ断面図である。下基板３０側の電極は、液晶レンズ１０の下に配置されるLCDの2画素が2つの電極の間に配置されるように設定される。実際には2画素のピッチと電極ピッチは同じではなく想定する視点位置によって適切に設計される。
【００１０】
図１２は上下の電極を同じ電圧にした場合、すなわち液晶に電圧を印加していない状態であり、液晶レンズ１０がOFFの状態を示す。この時液晶はすべてラビングで規制された配向方向を向いているので、液晶レンズ１０は透過光に関して光学的に均一媒体であり、何の作用もしない。すなわち表示用LCDの2次元画像がそのまま出力される。
【００１１】
図１３は液晶レンズ１０の上下の電極に電圧を印加し、液晶の配向方向を変化させた状態であり、液晶レンズ１０がONの状態である。この時は通常のLCD と同様に液晶の劣化を防ぐため交流電圧を印加する。上基板２０の電極はベタ電極であり、下電極は局在する電極であるため、液晶にかかる電界は図中縦横方向に均一ではなく、下部の局在した電極から上部のベタ電極に向けての放射状(放物線状)の電界に沿って、液晶異分子も図に示すような放射状の配向になる。
【００１２】
液晶分子５０は複屈折性を持っており、通過光の偏光のうち分子の長手方向(長軸方向)の成分は異常光となり屈折率が高く、それに直交する成分は常光となり屈折率が異常光よりも低くなる。間の角度はベクトル分解の要領で異常光成分と常光成分に分解して考えればよい。この複屈折性により、下基板３０へ入射する入射光が図１３に示すように屈折する。すなわち、図１３に示す液晶レンズ１０が、凸レンズと同じような光学特性を示す。
【００１３】
入射光つまり液晶表示パネル１００からの出射光の偏光方向４０が、液晶レンズ１０のラビング方向とほぼ平行な場合、入射光が液晶レンズ１０を通過する際の高屈折率部分（異常光部分）と低屈折率部分の比率が場所によって異なってくる。ここで、図１１及び図１２に示すように、液晶分子５０の長軸方向が液晶の初期配向を決めるラビング方向と一致している。
【００１４】
図１３中の凸レンズ１１の界面を示す点線は、この高屈折率部分と低屈折率部分の界面を模式的に示したものである。このように液晶内に凸型レンズと同じ効果が生ずる。この凸型レンズ効果の下に図１３に示すように液晶表示パネル１００の2画素を配置すると、第1画素２００の光は主に図上右側に、第２画素３００の光は主に図上左側に進路を変える。図１３において、第1画素２００および第２画素３００におけるｒ、ｇ、ｂは、各々、赤サブ画素、緑サブ画素、青サブ画素を示す。以後同様である。この液晶レンズ１０及び液晶表示パネル１００を適当に設計し、第1画素２００、第２画素３００にはそれぞれ右眼用、左眼用の信号を表示することで、第1画素２００の光を観測者の右眼に、第２画素３００の光を観測者の左眼に導くことによって、観測者に３D画像として認識させることができる。
【００１５】
一方、昨今の液晶表示装置の用途の中には、例えば携帯電話のように、ポートレート(縦型表示)とランドスケープ(横型表示)を切り替えて表示できる機能が付加されてきた。この用途に対応するため、３D用パネルも縦横切替機能が必要になってきた。図１４は、液晶レンズ１０において縦横切替を可能にする従来の開示技術の例である。
【００１６】
図１１と同様に、実線が、下基板電極パターン３１であり、点線が上基板電極パターン２１である。この場合は上基板２０、下基板３０ともに、局部電極となる細い電極と対向基板の細電極に対してベタ基板相当にするための、太い電極から構成される。A,B,C,Dは各々の電極パターンに電圧を印加するための端子電極である。また、A,B,C,Dは対応する電極をも指すものとする。
【００１７】
図１５、図１６は各々図１４の横方向に延在するシリンドリカルな液晶レンズ１０を形成する場合の断面図で、図１２および図１３において説明したこととほぼ同じことが起こり、液晶レンズ１０として機能する。図１５および図１６が、図１２および図１３と異なる点は、図１６において電極Aと電極C の間に横電界が生じることであるが、この横電界はラビング方向とほぼ同じなので、液晶の配向、及びレンズ効果に致命的な影響を与えない。
【００１８】
図１７および図１８は図１４のＸ−Ｘ方向の断面図である。図１７は液晶に電圧を加えない場合で、２D表示の場合を示す。図中円で示されている液晶分子５０は、上部電極の長手方向すなわち紙面に垂直方向に長軸が向いていることを示す。図１８は上基板２０の電極Ｂと他の電極Ａ、Ｃ、Ｄとの間に電界が発生するように、電圧をかけた場合を示す。図１３あるいは図１６と同様にBからCに向かう放射状の電界に沿って、液晶が再配向し、下に凸のレンズ形状となるが、このとき同時に上基板２０上の電極B,D間に横電界が発生し、この電界に沿っても、液晶が再配向する。
【００１９】
この横電界により、液晶レンズ１０の形状が乱されるだけではなく、発明者の実験では、長い時間をかけて、（液晶ドメインの変化により）横電界によりレンズ効果が消失していくことがあることを観測し、本方式での画面の縦横切替の実用化は難しいことがわかった。本発明の課題は、画面縦横切り換えを含む、種々の画面形態に活用することが出来る液晶レンズ１０を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
第１の手段は次のとおりである。すなわち、第１の画素と第２の画素が形成された液晶表示パネルの上に液晶レンズを配置する。液晶レンズは、第１の基板と第２の基板の間に液晶を挟持した構成である。液晶レンズの第１の基板に、第１の方向に延在し、第１の方向と直角な第２の方向に配列したストライプ状の電極を形成し、第２の基板には第１の基板に形成された電極と対向する電極は形成しない。
【００２１】
液晶の初期配向を第１の基板に形成されたストライプ状電極と同じ方向としておく。また、液晶表示パネルから出射する偏光光の偏光方向を第１の基板に形成されたストライプ状電極と同じ方向にする。第１の基板に形成されたストライプ状電極間に電圧を印加すると横電界が形成され、この横電界に沿って液晶が回転し再配向する。これによって液晶レンズ内に凸レンズが形成される。この凸レンズによって、第１の画素を右眼によって認識し、第２の画素を左眼によって認識させるようにして、３次元画像を形成する。
【００２２】
第２の手段は次のとおりである。すなわち、画面を縦方向と横方向に切り換えることが出来る液晶表示装置において、画面を横型画面とする場合は、従来から知られている縦電界方式の液晶レンズを用い、画面を縦型画面とする場合は、横電界方式の液晶レンズを用いる。これによって液晶レンズを用いた、画面の縦横切り替えが可能な３次元液晶表示装置を実現することが出来る。また、逆に、画面を横型画面にするときに、横電界方式の液晶レンズを用い、画面を縦型画面とするときに縦電解方式の液晶レンズを用いてもよい。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、横電界を液晶レンズとして使用することが出来るので、液晶表示装置における液晶レンズの用途を拡大することが出来る。これによって、画面の縦横切り替えが可能な液晶表示装置においても、液晶レンズを用いた３次元表示を実現することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】横電界方式の液晶レンズを用いた３次元表示を示す断面図である。
【図２】図１の液晶レンズの上基板の平面図である。
【図３】液晶分子の初期配向方向と偏光光の関係を示す模式図である。
【図４】液晶分子に対して偏光光が斜めに通過する場合の模式図である。
【図５】液晶分子に十分な強さの横電界が印加された場合の液晶分子と偏光光の関係を示す模式図である。
【図６】液晶表示パネルにおける画素構成を示す平面図である。
【図７】実施例２の液晶レンズの電極配置を示す平面図である。
【図８】実施例２における縦電界を用いた液晶レンズを示す断面図である。
【図９】実施例２において、電極間に電圧を印加せず、液晶表示装置を２次元表示装置として使用する場合の断面図である。
【図１０】実施例２において、横電界を用いた凸レンズを形成して３次元表示を行う液晶表示装置の断面図である。
【図１１】縦電界方式を用いた３次元液晶表示装置における液晶レンズの電極配置を示す平面図である。
【図１２】液晶レンズにレンズを形成せず、２次元表示装置として使用する例である。
【図１３】縦電解を使用して液晶レンズ内に凸レンズを形成することを示す断面図である。
【図１４】従来例における、縦型画面と横型画面を切り換えるための液晶レンズの電極配置を示す平面図である。
【図１５】図１４において、縦型画面として使用し、かつ、各電極に電圧を印加せず、２次元表示を行う場合の液晶表示装置の断面図である。
【図１６】図１４において、縦型画面として使用し、かつ、各電極に電圧を印加して、３次元表示を行う場合の液晶表示装置の断面図である。
【図１７】図１４において、横型画面として使用し、かつ、各電極に電圧を印加せず、２次元表示を行う場合の液晶表示装置の断面図である。
【図１８】図１４において、横型画面として使用し、かつ、各電極に電圧を印加して、３次元表示を行う場合の液晶表示装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図３、図４、図５に液晶と透過光偏光方向４０との関係を示す。図３は偏光方向４０と液晶分子５０長軸方向がそろっている場合で、このとき液晶は透過光に対し高屈折率媒体として働く。図５は偏光方向４０と液晶分子５０長軸方向が直交している場合で、このときは液晶は透過光に対し低屈折率媒体として働く。図４は図３と図５の中間の状態で、入射偏光の強さをベクトルOEで表したとき、ベクトルOEの液晶分子５０長軸方向及びその垂直方向へのベクトル分解成分をOF,OGとするとOFは高屈折率媒体を通過し、OGは低屈折率媒体を通過するように、液晶中を伝播する。したがって、横電界によっても液晶中に屈折率の分布が生まれる。このように、横電界によっても液晶レンズ１０を形成することが可能である。以下に実施例を用いて本発明の内容を詳細に説明する。
【実施例１】
【００２６】
図１は実施例１の液晶レンズ１０を含む液晶表示装置の断面図である。図１の液晶レンズ１０において、上基板２０と下基板３０の間に液晶が挟持されている。液晶レンズ１０の下に液晶表示パネル１００が配置されている。図１において、液晶表示パネル１００は簡略化されて記載されており、赤サブ画素ｒ、緑サブ画素ｇ、青サブ画素ｂの位置のみが模式的に記載されている。液晶表示パネル１００の下には図示しないバックライトが配置されている。バックライトからの光は、液晶表示パネル１００の下偏光板によって偏光を受け、液晶表示パネル１００中の液晶によって変調を受け、液晶表示パネル１００の上偏光板によって再び偏光されて液晶レンズ１０方向に出射する。
【００２７】
液晶表示パネル１００から出射する光は、図１の出射偏光方向４０に示すように、紙面の垂直方向に直線偏光されている。液晶レンズ１０は、この直線偏光された光に対して作用する。図２は、図１における液晶レンズ１０の上基板２０の平面図である。図１は、図２におけるＸ−Ｘに沿った断面図である。図１及び図２に示すように、液晶レンズ１０において、上基板２０には上基板電極パターン２１が所定の間隔をおいてストライプ状に形成されている。
【００２８】
液晶分子５０は、電極間に電圧が印加されていない状態では図１における紙面垂直方向に、つまり、図２におけるストライプ電極の延在方向に配向している。すなわち、液晶レンズ１０における初期配向を決めるラビング方向は図２におけるストライプ電極の延在方向と一致している。ラビング方向とストライプ電極の延在方向とは、±５度以内で一致することが望ましい。この状態で偏光光が液晶レンズ１０を通過する場合は、偏光方向４０が液晶分子５０の長軸方向と一致しているので、偏光光は屈折率の大きな媒体を通過することになる。偏光光は均一な媒体を通過するので、進行方向が変化することは無い。
【００２９】
電極Ａと電極Ｂの間に電圧を印加すると、下基板３０には電極は形成されていないので、図１に示すような、基板に平行な方向の電界である、横電界が形成される。このような電界に沿って液晶分子５０が回転し、図１に示すように液晶分子５０が配向する。光は異なる屈折率の媒体を通過することによって屈折する。したがって、液晶表示パネル１００を出射した偏光光は、横電界によって配列した液晶分子５０と、横電界による影響を受けていない液晶分子５０との間で屈折する。
【００３０】
図１に示すように、上基板電極パターン２１の直上においては、液晶分子５０は横電界の影響を受けず、上基板２０の近くまで回転せずに、ラビング方向と一致した初期配向を維持する。一方、上基板電極パターン２１と上基板電極パターン２１の中間においては、液晶分子５０は、横電界の影響を最も受け、液晶は横方向に回転している。このように横方向に回転した液晶分子５０は、図３〜５で説明したように、図１の方向の偏光光に対しては屈折率の低い媒体として作用する。
【００３１】
したがって、上基板電極パターン２１に電圧が印加された状態における液晶層の状態では、図１に示す偏光光に対しては、図１の点線で示すような凸レンズ１１が形成されることになる。図１において、液晶表示パネル１００の各サブ画素から出射した偏光光は、液晶レンズ１０に形成された凸レンズ１１の作用によって、進路を変える。すなわち、第1画素２００は右側に進路を変え、第２画素３００は左側に進路を変え、各々、第1画素２００は右眼に、第２画素３００は左眼に認識され、第1画素２００と第２画素３００に異なる信号を入力することによって、３次元画像を実現することが出来る。
【００３２】
なお、電極Ａと電極Ｂとの間には、交流電圧が印加されるので、電気力線６０の向きは周期的に変化するが、液晶分子５０の向きは、電界の実効値によって影響を受けるので、液晶分子５０の配向方向には変化は無い。以上の説明では、上基板２０にストライプ状の電極を形成し、下基板３０には電極を形成しない構成としたが、下基板３０にストライプ状の電極を形成し、上基板２０に電極を形成しない構成であっても、同様に凸レンズ１１を形成することは可能である。
【００３３】
実施例１では、第1画素２００及び第２画素３００の各々が、赤サブ画素ｒ、緑サブ画素ｇ、青サブ画素ｂを有する構成を示したが、サブ画素の色や個数は上記構成に限定されるものではなく、適宜変更可能である。
【実施例２】
【００３４】
本実施例は、縦型画面と横型画面に切り替え可能な液晶表示装置を、液晶レンズ１０を用いて形成するものである。液晶レンズ１０において、上基板電極パターン２１と下基板電極パターン３１の間の電極によって形成される電界を縦電界といい、上基板電極パターン２１のみ、あるいは、下基板電極パターン３１のみにより形成された電界を横電界という。本実施例は、縦型画面あるは横型画面の一方において、縦電界によって形成された液晶レンズ１０を用い、縦型画面あるは横型画面の他方において、横電界によって形成された液晶レンズ１０を用いるものである。
【００３５】
図６は、液晶表示パネル１００における画素構成を示す平面図である。図６において、横方向にサブ画素ｒ、ｇ、ｂを有する第1画素２００、第２画素３００が配置され、縦方向に同じ画素が配列している。各サブ画素の大きさは例えば、短径ｄｘが２５μｍ、長径ｄｙが７５μｍである。液晶レンズ１０は、横型画面の場合は、１個の凸レンズ１１で横方向の２画素ｄｄｘをカバーし、縦型画面の場合は、１個の凸レンズ１１で縦方向の２画素ｄｄｙをカバーする。ｄｄｘとｄｄｙの寸法は一般には等しいが異なる場合もありうる。
【００３６】
図７は本実施例における下基板電極パターン３１と上基板電極パターン２１を示す平面図である。実線で示す下基板電極パターン３１、すなわち電極Ａは横方向に延在し、所定の間隔で縦方向に配列するストライプ状のパターンである。下基板電極パターン３１、すなわち電極Ａの幅ｗ１は１０μｍ程度であり、下基板電極パターン３１、すなわち電極Ａの間隔は、図６に示す２画素分、例えば１５０μｍであり、図６に示すｄｄｙをカバーする。
【００３７】
図７における点線で示す上基板電極パターン２１は幅の狭い電極Ｂと幅の広い電極Ｄとから構成されている。幅の狭い電極Ｂの中心から幅の狭い電極Ｂの中心までが、２画素分、例えば、１５０μｍであり、図６に示すｄｄｘをカバーする。幅の広い電極Ｄと幅の狭い電極Ｂの間隔ｄ１は５μｍ程度である。幅の広い電極Ｄの幅ｗ３は例えば、１３０μｍである。
【００３８】
図６で述べたように、寸法ｄｄｘとｄｄｙは一般には等しいが異なる場合もありうる。これに対応して、上基板２０における電極Ｂと電極Ｂの間隔、下基板３０における電極Ａと電極Ａの間隔も変化する。さらに上基板における電極Ｂと電極Ｂの間隔はｄｄｘをカバーするが、必ずしもｄｄｘと一致するということはなく、また、下基板において、電極Ａと電極Ａの間隔はｄｄｙをカバーするが、必ずしもｄｄｙと一致するというわけではない。
【００３９】
図７において、ラビング方向、すなわち、液晶分子５０の初期配向の方向は、上基板電極パターン２１の延在方向と同一の方向である。なお、同一の方向とは、必ずしも完全に一致することを意味せず、ドメインの発生を防止するために、上基板電極パターン２１の延在方向とは若干異ならせる場合もある。上基板電極パターン２１の延在方向と液晶分子５０の初期配向を決めるラビング方向とは、±５度以内で一致することが望ましい。図７において、電極Ａ、Ｂ、Ｄには異なる電圧を印加することが出来る。
【００４０】
図８は図７のＹ−Ｙ断面図であり、画面を横型画面として使用する場合、の動作を示す断面図である。図８は、図７において、電極Ａに対して、電極ＢおよびＤとは異なる電圧を印加した場合の液晶分子５０の配向を示す断面図である。図８において液晶表示パネル１００から出射する偏光光の偏光方向４０は矢印で示すように、紙面と平行方向である。上基板電極パターン２１は断面Ｙ−Ｙにおいては、連続したパターンとなっている。下基板電極パターン３１であるストライプ状の電極と上基板電極パターン２１の間に形成される電界によって液晶分子５０は図８のように配列する。
【００４１】
液晶表示パネル１００からの出射光の偏光方向は紙面と平行方向であるから、このような偏光光に対しては、液晶レンズ１０において、図８の点線で示すような凸レンズ１１が形成される。この動作は図１３において説明したのと同様である。このように、画面を横型画面として使用する場合は、上基板電極パターン２１と下基板電極パターン３１の間に形成される縦電界によって凸レンズ１１を形成し、３次元画像を可能としている。なお、上基板電極パターン２１と下基板電極パターン３１の間に電圧が印加されていない状態における液晶分子５０の配向方向は図１２と同様である。この場合は、凸レンズ１１は形成されないので、通常の２次元画像の表示を行うことが出来る。
【００４２】
図９および図１０は、図７のＸ−Ｘ断面図であり、画面を縦型画面として使用する場合、の動作を示す断面図である。図９および図１０において、上基板２０には、幅の狭い電極Ｂと幅の広い電極Ｄが紙面垂直方向に延在しているが、下基板３０には電極は存在していない。図９において、液晶レンズ１０における各電極間には電圧が印加されていないので、液晶分子５０は、ラビングによる初期配向のままである。この場合は、画面は２次元画像として使用される。
【００４３】
図１０は、電極Ｂに対して、電極Ａと電極Ｄとは異なる電圧を印加した場合の液晶レンズ１０の動作を示す断面図である。図１０において、上基板２０側には、電極Ｂと電極Ａおよび電極Ｄの間に横電界が形成されている。この横電界によって、上電極側の液晶分子５０は回転して、図１０に示すように紙面と平行方向に配向する。液晶表示パネル１００からの出射光は、紙面垂直方向に偏光している。このような偏光光に対しては、横電界の影響を受けていない、すなわち、電界によって回転していない液晶分子５０は、横電界の影響を受けて回転した液晶分子５０よりも屈折率が高い。したがって、液晶層内には、図１０に示すような凸レンズ１１が形成される。
【００４４】
電極Ｂと電極Ｂの間には図示しない第1画素２００と第２画素３００が配置しているので、第1画素２００は右眼に第２画素３００が左眼に認識され、３次元画像が形成されることになる。このように、画面を縦画面として使用する場合は、横電界によって形成される液晶レンズ１０によって３次元画像を形成する。
【００４５】
なお、横電界によって凸レンズ１１を形成する場合も、図７に示すように、電極Ａと電極Ｂの間には縦電界が発生する。この縦電界によって横電界によるレンズが乱される。しかし、図７に示すように、電極Ａと電極Ｂがオーバーラップする面積は非常に小さいので、この部分に仮にドメインが形成されたとしても、画像に対する影響は限定的である。また、この影響をさらに小さくする場合は、電極Ａおよび電極Ｂをオーバーラップ部において幅を小さくすればよい。
【００４６】
以上の説明に用いた上基板電極パターン２１と下基板電極パターン３１を下電極と上電極で交替しても同様に、凸レンズ１１を形成でき、３次元画像を形成することが出来る。このように、本発明によれば、縦型画面と横型画面の切り換えにおいて、液晶レンズ１０内の縦電界と横電界を使い分けることによって、液晶レンズ１０を用いて縦横画面切り替えが可能な液晶表示装置を実現することが出来る。
【００４７】
実施例１および実施例２において、液晶レンズ１０における上基板２０と下基板３０の間隔、すなわち、液晶層の厚さは、形成される凸レンズ１１のレンズ径の１／２以下である。すなわち、７５μｍ以下である。一方、液晶の層厚が大きいと液晶レンズ１０の応答速度が遅くなる。したがって、液晶レンズ１０における上基板２０と下基板３０の間隔は、実質的に凸レンズを形成できる範囲において出来るだけ小さいほうがよい。
【符号の説明】
【００４８】
１０…液晶レンズ、  １１…凸レンズ、  ２０…上基板、  ２１…上基板電極パターン、  ３０…下基板、  ３１…下基板電極パターン、  ４０…出射光偏光方向、  ５０…液晶分子、  ６０…電気力線、  １００…液晶表示パネル、  ２００…第１画素、  ３００…第２画素、  Ａ…Ａ電極、Ａ端子、  Ｂ…Ｂ電極、Ｂ端子、  Ｃ…Ｃ電極、Ｃ端子、Ｄ…Ｄ電極、Ｄ端子  ｒ…赤サブ画素、  ｇ…緑サブ画素、  ｂ…青サブ画素、Ｐ…基板ラビング方向
【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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