(57)【要約】  光学素子の屈折率分布が切り替わるときの切替速度を向上させることが可能な光学装置、画像表示装置、駆動装置および駆動方法を提供する。実施形態の光学装置は、光学素子と電圧制御部とを備える。光学素子は、印加される電圧に応じて屈折率分布が変化する屈折率変調層と、屈折率変調層に電圧を印加することができる複数の電極と、を有する。電圧制御部は、電極に印加される電圧の状態が第１電圧状態の場合は、屈折率変調層の屈折率が勾配を有する第１屈折率分布が少なくとも光学素子の一部で周期的に配列されるように各電極に印加される電圧を制御する。また、電圧制御部は、第２電圧状態の場合は、第２屈折率分布が得られるように各電極に印加される電圧を制御する。さらに、電圧制御部は、第１電圧状態から第２電圧状態に切り替わるときに設定される中間電圧状態の場合は、第１電圧状態において最大の第１電圧が印加される第１電極に印加される電圧を、第１電圧よりも小さい第２電圧に制御する。また、実施形態の画像表示装置は、上記光学装置と表示部とを備える。表示部は、光学素子の背面に設けられて画像を表示する。
2013084319.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
印加される電圧に応じて屈折率分布が変化する屈折率変調層と、前記屈折率変調層に電圧を印加することができる複数の電極と、を有する光学素子と、
前記電極に印加される電圧の状態が第１電圧状態の場合は、前記屈折率変調層の屈折率が勾配を有する第１屈折率分布が少なくとも前記光学素子の一部で周期的に配列されるように各前記電極に印加される電圧を制御し、前記第１電圧状態とは異なる第２電圧状態の場合は、第２屈折率分布が得られるように各前記電極に印加される電圧を制御し、前記第１電圧状態から前記第２電圧状態に切り替わるときに設定される中間電圧状態の場合は、前記第１電圧状態において最大の第１電圧が印加される第１電極に印加される電圧を、前記第１電圧よりも小さい第２電圧に制御する電圧制御部と、を備える、
光学装置。
【請求項２】
前記電圧制御部は、前記中間電圧状態の場合、前記第１電極に隣接する第２電極に印加される電圧を、前記第２電圧とは異なる第３電圧に制御する、
請求項１の光学装置。
【請求項３】
前記第３電圧は、前記第２電圧よりも小さい、
請求項２の光学装置。
【請求項４】
前記第３電圧は、前記第２電圧よりも大きい、
請求項２の光学装置。
【請求項５】
前記電圧制御部は、前記第１電圧状態において前記第１電極に印加される前記第１電圧と、前記第１電圧状態において前記第２電極に印加される第４電圧との差分の絶対値が、前記第４電圧よりも小さい場合は、前記第３電圧を、前記第４電圧よりも小さい値に制御する、
請求項２の光学装置。
【請求項６】
前記電圧制御部は、前記第１電圧状態において前記第１電極に印加される前記第１電圧と、前記第１電圧状態において前記第２電極に印加される第４電圧との差分の絶対値が、前記第４電圧よりも大きい場合は、前記第３電圧を、前記第４電圧よりも大きい値に制御する、
請求項２の光学装置。
【請求項７】
前記電圧制御部は、前記第１電圧と前記第２電圧との差分の絶対値が、前記第３電圧と、前記第１電圧状態において前記第２電極に印加される第４電圧との差分の絶対値よりも大きくなるように制御する、
請求項２の光学装置。
【請求項８】
前記電圧制御部は、前記中間電圧状態の場合、前記第１電圧状態における電圧パターンの位相が予め定められた値だけずれるように、各前記電極に印加される電圧を制御する、
請求項１の光学装置。
【請求項９】
前記光学素子は、互いに対向するとともに前記屈折率変調層を挟持する第１基板および第２基板をさらに備え、
前記第１基板のうち前記屈折率変調層側の面上には複数の前記電極が形成される一方、前記第２基板のうち前記屈折率変調層側の面上には、前記第１基板上に形成される複数の前記電極の各々と対向する対向電極が形成され、
前記第１電圧状態の場合、前記電圧制御部は、前記対向電極に印加される電圧を同じ値に制御するとともに、前記第１基板上に形成される複数の前記電極の各々に印加される電圧を周期的に変化させ、
前記中間電圧状態の場合、前記電圧制御部は、前記対向電極に印加される電圧を、前記第１電圧状態において前記対向電極に印加される電圧よりも大きく、かつ、前記第１電圧よりも小さい値に制御する、
請求項１の光学装置。
【請求項１０】
前記光学素子は、互いに対向するとともに前記屈折率変調層を挟持する第１基板および第２基板をさらに備え、
前記第１基板のうちの前記屈折率変調層側の面上には、第１方向に延びる複数の前記電極が形成される一方、前記第２基板のうちの前記屈折率変調層側の面上には、前記第１方向とは異なる方向の第２方向に延びる複数の前記電極が形成され、
前記第１電圧状態の場合、前記電圧制御部は、前記第２基板上に形成された複数の前記電極の各々に印加される電圧を同じ値に制御するとともに、前記第１基板上に形成された複数の前記電極の各々に印加される電圧を周期的に変化させ、
前記第２電圧状態の場合、前記電圧制御部は、前記第１基板上に形成された複数の前記電極の各々に印加される電圧を同じ値に制御するとともに、前記第２基板上に形成された複数の前記電極の各々に印加される電圧を周期的に変化させる、
請求項１の光学装置。
【請求項１１】
前記第１電圧状態の場合、前記電圧制御部は、稜線方向が前記第１方向に延伸する第１レンズが周期的に配列される第１レンズアレイが形成されるように、各前記電極に印加される電圧を制御し、
前記第２電圧状態の場合、前記電圧制御部は、稜線方向が前記第２方向に延伸する第２レンズが周期的に配列される第２レンズアレイが形成されるように、各前記電極に印加される電圧を制御する、
請求項１０の光学装置。
【請求項１２】
前記第１電圧状態の場合、前記電圧制御部は、前記第１レンズの端部に対応して配置される前記電極に印加される電圧が最大値となる一方、前記第１レンズの中心に対応する前記電極に近い前記電極ほど印加される電圧が小さくなり、前記第１レンズの中心に対応して配置される前記電極に印加される電圧が最小値となるように、各前記電極に印加される電圧を制御し、
前記第２電圧状態の場合、前記電圧制御部は、前記第２レンズの端部に対応して配置される前記電極に印加される電圧が最大値となる一方、前記第２レンズの中心に対応する前記電極に近い前記電極ほど印加される電圧が小さくなり、前記第２レンズの中心に対応して配置される前記電極に印加される電圧が最小値となるように、各前記電極に印加される電圧を制御する、
請求項１１の光学装置。
【請求項１３】
前記屈折率変調層は、液晶分子と、前記液晶分子を分散させる分散媒とを備える液晶層である、
請求項１の光学装置。
【請求項１４】
請求項１乃至１３の何れかに記載の光学装置と、前記光学素子の背面に設けられて画像を表示する表示部と、を備える、
画像表示装置。
【請求項１５】
印加される電圧に応じて屈折率分布が変化する屈折率変調層と、前記屈折率変調層に電圧を印加することができる複数の電極と、を有する光学素子を駆動する駆動装置であって、
前記電極に印加される電圧の状態が第１電圧状態の場合は、前記屈折率変調層の屈折率が勾配を有する第１屈折率分布が少なくとも前記光学素子の一部で周期的に配列されるように各前記電極に印加される電圧を制御し、前記第１電圧状態とは異なる第２電圧状態の場合は、第２屈折率分布が得られるように各前記電極に印加される電圧を制御し、前記第１電圧状態から前記第２電圧状態に切り替わるときに設定される中間電圧状態の場合は、前記第１電圧状態において最大の第１電圧が印加される第１電極に印加される電圧を、前記第１電圧よりも小さい第２電圧に制御する電圧制御部を備える、
駆動装置。
【請求項１６】
印加される電圧に応じて屈折率分布が変化する屈折率変調層と、前記屈折率変調層に電圧を印加することができる複数の電極と、を有する光学素子を駆動する駆動方法であって、
前記電極に印加される電圧の状態が第１電圧状態の場合は、前記屈折率変調層の屈折率が勾配を有する第１屈折率分布が少なくとも前記光学素子の一部で周期的に配列されるように各前記電極に印加される電圧を制御し、前記第１電圧状態とは異なる第２電圧状態の場合は、第２屈折率分布が得られるように各前記電極に印加される電圧を制御し、前記第１電圧状態から前記第２電圧状態に切り替わるときに設定される中間電圧状態の場合は、前記第１電圧状態において最大の第１電圧が印加される第１電極に印加される電圧を、前記第１電圧よりも小さい第２電圧に制御する、
駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、光学装置、画像表示装置、駆動装置および駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
視聴者が特殊なメガネを使用せずに裸眼で立体画像を観察可能な立体画像表示装置が知られている。このような立体画像表示装置は、視点の異なる複数の画像を表示し、これらの光線を、光学素子によって制御する。制御された光線は、視聴者の両眼に導かれるが、視聴者の観察位置が適切であれば、視聴者は立体画像を認識できる。この光線素子として、パララックスバリアやレンチキュラレンズを用いたものが知られている。【０００３】
しかし、光学素子としてパララックスバリアやレンチキュラレンズを用いる方式では、立体画像の解像度の低下や、平面（２Ｄ）画像の表示品質が低下する場合がある。平面画像の表示品位を保つために、２Ｄ表示と３Ｄ表示が切り替えられる光学素子として、液晶光学素子や複屈折素子を用いた技術が知られているが、３Ｄ表示から２Ｄ表示への切替速度が問題となることが多い。この切替速度を向上させる技術として、上側基板に形成された電極と下側基板に形成された電極とが対向するように配置された多電極構造において、３Ｄ表示から２Ｄ表示に切り替えるときに、中間電圧状態を設定する技術が知られている。この技術では、３Ｄ表示から２Ｄ表示に切り替えるとき、レンズが周期的に配列されるレンズアレイとして作用する屈折率分布が得られるように各電極に印加される電圧が制御される第１電圧状態から、第１電圧状態で形成されるレンズの端部に対応する電極に印加される電圧Ｖ１と、０Ｖの電圧とが各電極に対して交互に印加される中間電圧状態に設定する。そして、その後に、屈折率が一定の屈折率分布が得られるように各電極に印加される電圧が制御される第２電圧状態に設定する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】非特許文献SID  11  Digest  pp.17-20,  2011
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来技術では、第１電圧状態において各電極に印加される電圧のうち、レンズ端部に対応する第１電極に印加される電圧が最大となるので、レンズ端部で配向乱れが生じやすい。そして、中間電圧状態において第１電極に印加される電圧は、第１電圧状態において第１電極に印加される電圧と同じ値（Ｖ１）に設定されるので、第１電圧状態に対応する屈折率分布から第２電圧状態に対応する屈折率分布へ切り替わるときの切替速度を十分に向上させることが困難であるという問題があった。【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、光学素子の屈折率分布が切り替わるときの切替速度を向上させることが可能な光学装置、画像表示装置、駆動装置および駆動方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施形態の光学装置は、光学素子と電圧制御部とを備える。光学素子は、印加される電圧に応じて屈折率分布が変化する屈折率変調層と、屈折率変調層に電圧を印加することができる複数の電極と、を有する。電圧制御部は、電極に印加される電圧の状態が第１電圧状態の場合は、屈折率変調層の屈折率が勾配を有する第１屈折率分布が少なくとも光学素子の一部で周期的に配列されるように各電極に印加される電圧を制御する。また、電圧制御部は、第２電圧状態の場合は、第２屈折率分布が得られるように各電極に印加される電圧を制御する。さらに、電圧制御部は、第１電圧状態から第２電圧状態に切り替わるときに設定される中間電圧状態の場合は、第１電圧状態において最大の第１電圧が印加される第１電極に印加される電圧を、第１電圧よりも小さい第２電圧に制御する。また、実施形態の画像表示装置は、上記光学装置と表示部とを備える。表示部は、光学素子の背面に設けられて画像を表示する。【０００８】
実施形態の駆動装置は、光学素子を駆動する装置であって、電圧制御部を備える。光学素子は、印加される電圧に応じて屈折率分布が変化する屈折率変調層と、屈折率変調層に電圧を印加することができる複数の電極と、を有する。電圧制御部は、電極に印加される電圧の状態が第１電圧状態の場合は、屈折率変調層の屈折率が勾配を有する第１屈折率分布が少なくとも光学素子の一部で周期的に配列されるように各電極に印加される電圧を制御する。また、電圧制御部は、第２電圧状態の場合は、第２屈折率分布が得られるように各電極に印加される電圧を制御する。さらに、電圧制御部は、第１電圧状態から第２電圧状態に切り替わるときに設定される中間電圧状態の場合は、第１電圧状態において最大の第１電圧が印加される第１電極に印加される電圧を、第１電圧よりも小さい第２電圧に制御する。【０００９】
実施形態の駆動方法は、光学素子を駆動する方法である。光学素子は、印加される電圧に応じて屈折率分布が変化する屈折率変調層と、屈折率変調層に電圧を印加することができる複数の電極と、を有する。駆動方法は、電極に印加される電圧の状態が第１電圧状態の場合は、屈折率変調層の屈折率が勾配を有する第１屈折率分布が少なくとも光学素子の一部で周期的に配列されるように各電極に印加される電圧を制御し、第２電圧状態の場合は、第２屈折率分布が得られるように各電極に印加される電圧を制御し、第１電圧状態から第２電圧状態に切り替わるときに設定される中間電圧状態の場合は、第１電圧状態において最大の第１電圧が印加される電極を示す第１電極に印加される電圧を、第１電圧よりも小さい第２電圧に制御するものである。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１実施形態の画像表示装置の構成例を示す図。
【図２】第１実施形態の画像表示装置の分解斜視図。
【図３】第１実施形態の第３電極の配置例を示す図。
【図４】第１実施形態の光学素子を真上から見た場合の平面図。
【図５】第１実施形態の光学素子の断面図。
【図６】第１実施形態の液晶分子の立ち上がる角度を説明するための図。
【図７】第１実施形態の液晶ダイレクタの傾きの制御方法を説明するための図。
【図８】第１実施形態の第１モードにおける電圧パターンの一例を示す図。
【図９】第１実施形態の第１モードにおける電圧パターンの一例を示す図。
【図１０】第１実施形態の光学素子の断面図。
【図１１】第１実施形態の第２モードにおける電圧パターンの一例を示す図。
【図１２】第１実施形態の第２モードにおける電圧パターンの一例を示す図。
【図１３】第１実施形態の光学素子の断面図。
【図１４】第１実施形態の光学素子の断面図。
【図１５】第１実施形態のモードの切り替えを説明するための図。
【図１６】変形例の光学素子の断面図。
【図１７】変形例の電圧パターンを示す図。
【図１８】変形例の電圧パターンを示す図。
【図１９】変形例の光学素子の断面図。
【図２０】変形例の光学素子の断面図。
【図２１】変形例の光学素子の断面図。
【図２２】変形例の光学素子の断面図。
【図２３】変形例の光学素子の断面図。
【図２４】第２実施形態の光学素子の断面図。
【図２５】第２実施形態のモードの切り替えを説明するための図。
【図２６】変形例の電圧パターンを示す図。
【図２７】変形例の電圧パターンを示す図。
【図２８】変形例の電圧パターンを示す図。
【図２９】変形例の電圧パターンを示す図。
【図３０】変形例の電圧パターンを示す図。
【図３１】第３実施形態の電圧パターンを示す図。
【図３２】第４実施形態のモードの切り替えを説明するための図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、添付図面を参照しながら、本発明に係る光学装置、画像表示装置、駆動装置および駆動方法の実施の形態を詳細に説明する。なお、以下の各実施形態では、同一の符号を付した要素は同様の機能を有するものとして、重複する説明を適宜省略する。
【００１２】
（第１実施形態）
図１は、本実施形態の画像表示装置１００の構成例を示すブロック図である。画像表示装置１００は、立体画像（３次元画像）を表示可能な装置である。また、画像表示装置１００は、平面画像（２次元画像）も表示可能であり、３次元画像の表示と２次元画像の表示とを切り替えることもできる。
【００１３】
図１に示すように、画像表示装置１００は、光学素子１０と、表示部２０と、電圧制御部３０と、表示制御部４０とを備える。視聴者Ｐは、光学素子１０を介して表示部２０を観察することで、表示部２０に表示される立体画像等を認識することができる。ここでは、図１の点線で囲まれた部分（光学素子１０および電圧制御部３０）が、本発明の光学装置に対応する。また、電圧制御部３０が、本発明の駆動装置に対応する。
【００１４】
光学素子１０は、印加される電圧に応じて屈折率分布が変化する。表示部２０から光学素子１０へ入射する光線は、光学素子１０の屈折率分布に応じた方向へ向かって出射する。本実施形態では、光学素子１０が、液晶ＧＲＩＮ（gradient  index）レンズアレイである場合について例示するが、これに限られるものではない。本実施形態の光学素子１０の詳細な構成については後述するが、本実施形態の光学素子１０は、印加される電圧に応じて屈折率分布が変化する液晶層と、液晶層に電圧を印加することができる複数の電極とを少なくとも備えている。
【００１５】
表示部２０は、光学素子１０の背面に設けられ、画像を表示する装置である。例えば表示部２０は、立体画像の表示に用いられる視差画像を表示する。表示部２０は、例えば、ＲＧＢ各色のサブピクセルを、ＲＧＢを１画素としてマトリクス状に配置した公知の構成であってよい。表示制御部４０の制御の下、表示部２０の各画素には、表示制御部４０から供給される視差画像が割り当てられる。各画素の出射光は、当該画素に対応して形成される液晶ＧＲＩＮレンズの屈折率分布に応じた方向に向かって出射する。表示部２０のサブピクセルの配列は、他の公知の配列であっても構わない。また、サブピクセルは、ＲＧＢの３色に限定されない。例えば、４色であっても構わない。
【００１６】
電圧制御部３０は、光学素子１０が備える電極に印加される電圧を制御する。本実施形態では、電圧制御部３０は、光学素子１０が備える電極に印加される電圧の状態を示すモードの指定入力を受け付け、受け付けた入力が示すモードの設定を行う。見方を変えれば、モードとは、画像の表示の種類、または、光学素子１０の屈折率分布の種類を示すものと捉えることもできる。電圧制御部３０は、受け付けた入力が示すモードに設定されるように、光学素子１０が備える電極に印加する電圧を可変に制御する。また、電圧制御部３０は、受け付けた入力が示すモードを特定可能なモード情報を表示制御部４０へ送る。ここでは、モードの一例として、第１モードと第２モードがある。後述するように、第１モードで形成されるレンズ（液晶ＧＲＩＮレンズ）の延伸方向と第２モードで形成されるレンズの延伸方向は互いに直交し、第１モードと第２モードを切り替えることで、縦横切替表示を行うことができる。なお、これに限らず、モードの種類や数は任意に設定可能である。また、モードの設定方法は任意であり、例えば３次元画像の観察者の人数に応じてモードが自動的に切り替わる構成であってもよい。また、各実施形態においては、光学素子１０の全面に対してモードを一括で制御する例についてのみ述べるが、光学素子１０の領域ごとに異なるモードとなるよう電圧を制御する形態であっても構わない。例えば、第１モードが光学素子１０の特定の領域でレンズを形成し、その他の領域でレンズを形成しないモードであってもよい。
【００１７】
表示制御部４０は、画像（例えば視差画像等）を表示するように表示部２０を制御する。本実施形態では、表示制御部４０は、電圧制御部３０から渡されたモード情報を参照して、当該モード情報で特定されるモードで表示すべき画像（例えば視差画像）を取得し、その取得した画像を表示するように表示部２０を制御する。
【００１８】
図２は、画像表示装置１００の具体的な構成例を示す分解斜視図である。図２の例では、電圧制御部３０、表示制御部４０の図示は省略している。なお、図２の例において、両端に矢がある矢印で示した部分は、第１モードあるいは第２モードで形成されるレンズアレイを構成する各レンズのピッチ（レンズピッチ）を示す。図２の例において、太線で囲まれた部分は部分３Ｄ表示領域の一単位である。
【００１９】
図２に示すように、光学素子１０は、第１基板１０１と、第１基板１０１と対向する第２基板１０２と、第１基板１０１と第２基板１０２との間に挟持された液晶層１０７とを有する。第１基板１０１および第２基板１０２は、透明な材質からなり、平坦な形状をしている。すなわち、第１基板１０１および第２基板１０２は光を透過することができる。
【００２０】
第１基板１０１の液晶層１０７側の面は誘電体層１０８で覆われ、誘電体層１０８の上面には、図２のＹ方向に沿って延在する複数の第１電極１０３、および、Ｙ方向に沿って延在する複数の第２電極１０４が形成される。図２の例では、第１電極１０３と第２電極１０４は、Ｙ方向と直交するＸ方向に沿って交互に配列される。また、図２の例では、第１基板１０１の液晶層１０７側の面には、Ｙ方向に沿って延在する複数の第４電極１１４、および、Ｙ方向に沿って延在する複数の第５電極１１５が形成される。第４電極１１４および第５電極１１５は、第１基板１０１の法線方向から観察した場合、隣り合う第１電極１０３と第２電極１０４の間に、それぞれ１つずつ位置するように配置される。以下、具体的に説明する。
【００２１】
第１基板１０１の液晶層１０７側の面には、図２のＸ方向に沿って延在する複数の第２電極引出線１０５が形成される。各第２電極引出線１０５は、図２のＹ方向に所定の間隔をあけて配置される。第２電極引出線１０５は、誘電体層１０８で覆われ、誘電体層１０８の上面には、所定の長さだけＹ方向に延在する複数の第２電極１０４が形成される。図２の例では、複数の第２電極１０４は、第２数のグループに分かれて設置され、それぞれのグループは、Ｘ方向に沿って配列される複数の第２電極１０４を含む。第２電極１０４のグループと第２電極引出線１０５は１対１に対応し、各第２電極引出線１０５には、誘電体層１０８を貫通するコンタクトホール（図２の点線部分）を介して、当該第２電極引出線１０５に対応するグループに属する複数の第２電極１０４の各々の端部が接続される。つまりは、１つの第２電極引出線１０５に接続される複数の第２電極１０４は同一のグループに属することになる。すなわち、同じグループに属する複数の第２電極１０４は電気的に接続される。逆に、異なるグループに属する第２電極１０４同士は、電気的に接続されない。
【００２２】
また、誘電体層１０８の上面には、Ｙ方向に延在する複数の第１電極１０３が形成され、各第１電極１０３は、Ｘ方向に所定の間隔をあけて配置される。図２の例では、複数の第１電極１０３は、第１数のグループに分かれて設置され、それぞれのグループは、Ｘ方向に沿って配列される複数の第１電極１０３を含む。図２の例では、誘電体層１０８の上面には、第１電極１０３のグループごとに、所定の長さだけＸ方向に延在する第１電極引出線１１１が形成される。そして、各グループに属する複数の第１電極１０３の各々の端部は、当該グループに対応する第１電極引出線１１１に接続される。これにより、同じグループに属する複数の第１電極１０３は電気的に接続される。逆に、異なるグループに属する第１電極１０３同士は、電気的に接続されない。また、第１電極１０３と第２電極１０４は、誘電体層１０８によって互いに絶縁される。
【００２３】
また、図２の例では、第１基板１０１の液晶層１０７側の面には、Ｘ方向に沿って延びる複数の第４電極引出線１１６、および、Ｘ方向に沿って延びる複数の第５電極引出線１１７が形成される。図２の例では、Ｙ方向に隣り合う第２電極引出線１０５の間に、第４電極引出線１１６および第５電極引出線１１７がそれぞれ１本ずつ配置され、第４電極引出線１１６と第５電極引出線１１７は、Ｙ方向に所定の間隔をあけて配置される。
【００２４】
各第４電極引出線１１６には、Ｙ方向に沿って延在する複数の第４電極１１４が接続される。また、各第５電極引出線１１７には、Ｙ方向に沿って延在する複数の第５電極１１５が接続される。第１基板１０１の液晶層１０７側の面に形成された第４電極１１４、第５電極１１５、第４電極引出線１１６、および、第５電極引出線１１７の各々は、誘電体層１０８で覆われる。
【００２５】
前述したように、図２の例では、第１基板１０１の法線方向から観察した場合に、第４電極１１４および第５電極１１５は、第１電極１０３と第２電極１０４との間に１つずつ位置するように配置される。ここで、第１電極１０３と第２電極１０４との間に配置される電極数は２つとは限らず、例えば１つでもよいし、３つ以上でもよい。なお、以下の説明では、第１電極１０３、第２電極１０４、第４電極１１４および第５電極１１５の各々を区別しない場合は、「下側電極」と呼ぶ場合もある。
【００２６】
第１基板１０１と第２基板１０２との間に挟持される液晶層１０７は、液晶分子と、液晶分子を分散させるための分散媒とを備える。本実施形態では、液晶分子の一例として、一軸性複屈折を示す物質を用いている。
【００２７】
第２基板１０２の液晶層１０７側の面には、Ｘ方向に沿って延在する複数の第３電極１０６が形成される。各第３電極１０６は、Ｙ方向に沿って並列に配置され、例えば第２基板１０２の一端から他端まで延伸している。本実施形態では、第２基板１０２に形成される電極（第３電極１０６）の延在方向は、第１基板１０１に形成される電極（第１電極１０３、第２電極１０４、第４電極１１４、第５電極１１５）の延在方向とは異なり、両者は直交している。図２の例では、第３電極１０６の数は、第２電極１０４のグループ数である第２数に対応する数となる。ここでは、第２電極１０４のひとつのグループに対応する第３電極１０６の数は７つであるが、これに限られるものではない。要するに、第２電極１０４のグループごとに、当該グループに対応する所定数の第３電極１０６が設置される。なお、以下の説明では、第３電極１０６を、「上側電極」と呼ぶ場合もある。
【００２８】
図２の例では、隣接する２つの第１電極１０３と、当該２つの第１電極１０３の間に位置する第２電極１０４、２つの第４電極１１４、および、２つの第５電極１１５と、当該第２電極１０４の上方に位置する複数の第３電極１０６とでひとつの組が構成され、３つの第１電極１０３で枠取られた領域と複数の第３電極１０６とが重なった領域が３Ｄ部分表示する一単位の領域１２７になる。図２の例では、４個（上下２分割、左右２分割）の３Ｄ部分表示する一単位の領域がある。
【００２９】
また、図２の例では、光学素子１０は、第１アドレス電極電圧供給部１３１と、第２アドレス電極電圧供給部１３２と、第３アドレス電極電圧供給部１３３と、コラム電極電圧供給部１３４と、対向電極電圧供給部１３５とを備える。第１アドレス電極電圧供給部１３１、第２アドレス電極電圧供給部１３２、第３アドレス電極電圧供給部１３３、コラム電極電圧供給部１３４、および、対向電極電圧供給部１３５は、電圧制御部３０によって個別に制御される。
【００３０】
第１アドレス電極電圧供給部１３１は、第２電極引出線１０５ごとに（見方を変えれば第２電極１０４のグループごとに）個別に配置される。各第１アドレス電極電圧供給部１３１は、当該第１アドレス電極電圧供給部１３１に対応する第２電極引出線１０５と電気的に接続される。電圧制御部３０の制御の下、第１アドレス電極電圧供給部１３１が、自身に接続された第２電極引出線１０５に対して所定の電圧を供給することにより、当該第２電極引出線１０５に接続された複数の第２電極１０４の各々の電圧は同じ値に設定される。
【００３１】
第２アドレス電極電圧供給部１３２は、第４電極引出線１１６ごとに個別に配置される。各第２アドレス電極電圧供給部１３２は、当該第２アドレス電極電圧供給部１３２に対応する第４電極引出線１１６と電気的に接続される。電圧制御部３０の制御の下、第２アドレス電極電圧供給部１３２が、自身に接続された第４電極引出線１１６に対して所定の電圧を供給することにより、当該第４電極引出線１１６に接続された複数の第４電極１１４の各々の電圧は同じ値に設定される。
【００３２】
第３アドレス電極電圧供給部１３３は、第５電極引出線１１７ごとに個別に配置される。各第３アドレス電極電圧供給部１３３は、当該第３アドレス電極電圧供給部１３３に対応する第５電極引出線１１７と電気的に接続される。電圧制御部３０の制御の下、第３アドレス電極電圧供給部１３３が、自身に接続された第５電極引出線１１７に対して所定の電圧を供給することにより、当該第５電極引出線１１７に接続された複数の第５電極１１５の各々の電圧は同じ値に設定される。
【００３３】
コラム電極電圧供給部１３４は、第１電極引出線１１１ごとに（見方を変えれば第１電極１０３のグループごとに）個別に配置される。各コラム電極電圧供給部１３４は、当該コラム電極電圧供給部１３４に対応する第１電極引出線１１１と電気的に接続される。電圧制御部３０の制御の下、コラム電極電圧供給部１１１が、自身に接続された第１電極引出線１１１に対して所定の電圧を供給することにより、当該第１電極引出線１１１に接続された複数の第１電極１０３の各々の電圧は同じ値に設定される。
【００３４】
対向電極電圧供給部１３５は、第２モードにおいて形成されるレンズアレイのうちのひとつのレンズ（液晶ＧＲＩＮレンズ）を形成するための７つの第３電極１０６ごとに、個別に配置される。第３電極１０６に印加される電圧の制御については後述する。いま、図３において、ひとつのレンズを形成するために用いられる７つの第３電極１０６に着目して説明する。図３の例では、上から数えて第１番目の第３電極１０６、および、第７番目の第３電極１０６の各々はレンズの端部に対応して配置される電極であり、上から数えて第４番目の第３電極１０６はレンズの中心に対応して配置される電極である。
【００３５】
図３の例では、上から数えて第１番目の第３電極１０６と第７番目の第３電極１０６は、スルーホール４０１を介して、第１の第３電極引出線１３６に接続される。また、上から数えて第２番目の第３電極１０６と第６番目の第３電極１０６は、スルーホール４０１を介して、第２の第３電極引出線１３７に接続される。また、上から数えて第３番目の第３電極１０６と第５番目の第３電極１０６は、スルーホール４０１を介して、第３の第３電極引出線１３８に接続される。さらに、上から数えて第４番目の第３電極１０６は、スルーホール４０１を介して、第４の第３電極引出線１３９に接続される。第１の第３電極引出線１３６、第２の第３電極引出線１３７、第３の第３電極引出線１３８、および、第４の第３電極引出線１３９の各々に対して供給される電圧の値は、電圧制御部３０により個別に制御される。
【００３６】
再び図２に戻って説明を続ける。第１基板１０１の下側（第１基板１０１のうち液晶層１０７側と反対側）には偏光板１０９が設置され、偏光板１０９の下側（偏光板１０９のうち第１基板１０１側とは反対側）には表示部２０が配置される。なお、図２において、偏光板１０９に記載された矢印は偏光方向を示す。また、表示部２０が偏光板１０９を含む構成であってもよい。なお、図２に示した例では、第１電極１０３のグループ数である第１数が２で、第２電極１０４のグループ数である第２数が２であるが、これは一例に過ぎず、表示画面の大きさ、部分表示する領域の大きさ等によって適宜変更可能である。
【００３７】
図４は、光学素子１０を真上から見た場合の平面図である。電圧制御部３０は、第１モードに設定する場合は、図４のＹ−Ｙ’方向に稜線方向が延伸するレンズとして作用する屈折率分布が図４のＸ−Ｘ’方向に沿って周期的に配列されるように、上側電極（第３電極１０６）に印加される電圧を共通の基準電圧（この例では０Ｖ）に制御するとともに、下側電極（第１電極１０３、第２電極１０４、第４電極１１４、第５電極１１５）に印加される電圧を個別に制御する。つまりは、第１モードの場合は、下側電極は電源面として機能する一方、上側電極はグラウンド面として機能すると捉えることができる。一方、第２モードに設定する場合は、電圧制御部３０は、図４のＸ−Ｘ’方向に稜線方向が延伸するレンズとして作用する屈折率分布が図４のＹ−Ｙ’方向に沿って周期的に配列されるように、下側電極に印加される電圧を共通の基準電圧（この例では０Ｖ）に制御するとともに、上側電極に印加される電圧を個別に制御する。つまりは、第２モードの場合は、上側電極は電源面として機能する一方、下側電極はグラウンド面として機能すると捉えることができる。
【００３８】
いま、第１モードの場合を例に挙げて、液晶ＧＲＩＮレンズで集光させるための良好な屈折率分布について説明する。図５は、図４のＸ−Ｘ’線での光学素子１０の断面の一部を示す図である。図５において、レンズピッチ方向の座標をＸ、液晶分子の長軸方向の屈折率をＮｅ、液晶分子の短軸方向の屈折率をＮｏ（＜Ｎｅ）、液晶の屈折率の複屈折性を（Ｎｅ−Ｎｏ）とし、座標−ｌｐｏ／２から座標＋ｌｐｏ／２の区間において第１レンズアレイのうちのひとつのレンズが形成される（レンズピッチがｌｐｏのレンズが形成される）場合を想定する。図５の点線部分は、屈折率分布を表している。この場合のレンズで集光させるための良好な屈折率分布は、以下の式１により表すことができる。
【数１】
2013084319.tif 000003
【００３９】
また、上記の式１の両辺に液晶の厚みｔを乗算してＮｏ×ｔを引いた式２により、リタデーション分布を表すことができる。液晶の傾き分布は厚み方向に一定ではないので、液晶ＧＲＩＮレンズの性能を比較する場合は、屈折率分布ではなく、リタデーション分布で表現した方が、より実態を表すことができる。
【数２】
2013084319.tif 000004
【００４０】
図６に示すように、液晶分子の立ち上がる角度をθｔｉｌｔと表す。この例では、θｔｉｌｔは、第１基板１０１の法線に対する液晶分子の長軸方向の角度で表される。一軸性液晶の場合、液晶分子の立ち上がる角度θｔｉｌｔに応じて、液晶分子の配向方向と同一方向の偏光に対する屈折率は異なる。液晶ダイレクタ（液晶分子の長軸の平均方向）の傾き（θｔｉｌｔ）と、屈折率との関係は、以下の式３により表すことができる。
【数３】
2013084319.tif 000005
【００４１】
いま、図７に示すように、偏光方向および液晶ダイレクタの配向方向の各々は同じ方向である場合を想定する。上側電極と下側電極との間に電圧を発生させると、液晶ダイレクタの傾きは当該電圧に応じて変化する。より具体的には以下のとおりである。
【００４２】
図７の例では、（ａ）に示すように、液晶分子が十分に立ち上がる電圧値Ｖｍａｘが上側電極と下側電極との間に印加された場合、θｔｉｌｔ＝０度となる。したがって、式３からも理解されるように、この場合の屈折率Ｎ（０）＝Ｎｏ（短軸方向の屈折率）となる。また、図７の（ｃ）に示すように、液晶分子が立ち上がるための閾値電圧Ｖｔｈを下回る電圧（≧０Ｖ）が上側電極と下側電極との間に印加された場合、θｔｉｌｔ＝９０度となる。したがって、式（３）からも理解されるように、この場合の屈折率Ｎ（９０）＝Ｎｅ（長軸方向の屈折率）となる。さらに、図７の（ｂ）に示すように、ＶｔｈとＶｍａｘとの間の電圧が上側電極と下側電極との間に印加された場合、θｔｉｌｔは、０度から９０度の間の角度θとなり、屈折率Ｎ（θ）も、ＮｏからＮｅの間の値となる。
【００４３】
以上より、液晶ＧＲＩＮレンズの端部に対応する位置に配置された電極に印加される電圧が最大となり、レンズ中心に対応する位置に配置された電極に近い電極ほど印加される電圧が小さくなるように、各電極に印加される電圧が制御されることにより、式１で表される屈折率分布に近い屈折率分布が得られる。
【００４４】
図５の例では、隣り合う２つの第１電極１０３のうちの一方が、第１モードで形成される第１レンズアレイのうちのひとつのレンズ（液晶ＧＲＩＮレンズ）の一方の端部に対応する位置に配置され、隣り合う２つの第１電極１０３のうちの他方が、当該レンズの他方の端部に対応する位置に配置される。また、隣り合う２つの第１電極１０３の間に配置された第２電極１０４が、当該レンズの中心に対応して配置される。第１モードに設定する場合、電圧制御部３０は、第１電極１０３に印加される電圧が最大値となる一方、第２電極１０４に近い電極ほど印加される電圧が小さくなり、第２電極１０４に印加される電圧が最小値となるように、各電極に印加される電圧を制御する。これにより、図５の点線部分で示される屈折率分布が得られる（液晶ＧＲＩＮレンズが形成される）。
【００４５】
図８は、図５の例における下側電極の位置（Ｘ方向における位置）と、第１モードにおいて印加される電圧との対応関係（電圧パターンと捉えることもできる）を示す図である。ここでは、グラウンド面として機能する上側電極に印加される電圧は０Ｖに制御され、レンズの端部に対応する第１電極１０３に印加される電圧は６Ｖに制御される。また、レンズの中心に対応する第２電極１０４に印加される電圧は０Ｖに制御される。なお、印加される電圧が最大値となる電極間の距離（この例では隣り合う第１電極１０３間の距離）が、第１モードで形成される第１レンズアレイのうちのひとつのレンズのレンズピッチであると捉えることができる。
【００４６】
第１モードに設定する場合、電圧制御部３０は、図５に示すレンズ（稜線方向がＹ方向に延伸するレンズ）がＸ方向に沿って周期的に配列される第１レンズアレイが形成されるように、各電極に印加される電圧を制御するので、Ｘ方向における下側電極の位置と、第１モードにおいて印加される電圧との対応関係を示す電圧パターンは、図９のようになる。第１モードに設定する場合、電圧制御部３０は、複数の上側電極の各々に印加される電圧を同じ値（基準電圧）に制御する一方、複数の下側電極の各々に印加される電圧を周期的に変化させていると捉えることもできる。
【００４７】
第２モードの場合についても同様に考えることができる。図１０は、図４のＹ−Ｙ’線での光学素子１０の断面の一部を示す図である。図１０において、第２モードで形成される第２レンズアレイを構成する各レンズのレンズピッチ方向の座標をＹとし、座標−ｌｐｏ／２から座標＋ｌｐｏ／２の区間において第２レンズアレイのうちのひとつのレンズが形成される場合を想定する。図１０の点線部分は、屈折率分布を表している。なお、説明の便宜上、図９の例では下側電極の図示は省略している。図１０の例では、左から数えて第１番目の第３電極１０６が、レンズの一方の端部に対応して配置され、左から数えて第７番目の第３電極１０６が、レンズの他方の端部に対応して配置される。また、図１０の例では、左から数えて第４番目の第３電極１０６が、レンズの中心に対応して配置される。第２モードに設定する場合、電圧制御部３０は、レンズの端部に対応する位置に配置された第３電極１０６（図１０の第１番目の第３電極１０６、第７番目の第３電極）に印加される電圧が最大値となる一方、レンズの中心に対応する位置に配置された第３電極１０６（図１０の第４番目の第３電極１０６）に近い電極ほど印加される電圧が小さくなり、レンズの中心に対応する位置に配置された第３電極１０６に印加される電圧が最小値となるように、各電極に印加される電圧を制御する。これにより、図１０の点線部分で示される屈折率分布が得られる。
【００４８】
図１１は、図１０の例における上側電極の位置（Ｙ方向における位置）と、第２モードにおいて印加される電圧との対応関係（電圧パターン）を示す図である。ここでは、グラウンド面として機能する下側電極に印加される電圧は０Ｖに制御され、レンズの端部に対応する第３電極１０６に印加される電圧は６Ｖに制御される。また、レンズの中心に対応する第３電極１０６に印加される電圧は０Ｖに制御される。なお、印加される電圧が最大値となる電極間の距離（図１０の例では、第１番目の第３電極１０６と第７番目の第３電極との間の距離）が、第２モードで形成される第２レンズアレイのうちのひとつのレンズのレンズピッチであると捉えることができる。
【００４９】
第２モードに設定する場合、電圧制御部３０は、図１０のレンズ（稜線方向がＸ方向に延伸するレンズ）がＹ方向に沿って周期的に配列される第２レンズアレイが形成されるように、各電極に印加される電圧を制御するので、Ｙ方向における上側電極の位置と、第２モードにおいて印加される電圧との対応関係を示す電圧パターンは、図１２のようになる。第２モードに設定する場合、電圧制御部３０は、複数の下側電極の各々に印加される電圧を同じ値に制御する一方、複数の上側電極の各々に印加される電圧を周期的に変化させていると捉えることもできる。
【００５０】
本実施形態では、第１モードと第２モードを切り替えることで、縦横切替表示を行うことができる。いま、第１モードから第２モードへ切り替える場合を想定する。前述したように、第１モードにおいては、第１モードで形成される液晶ＧＲＩＮレンズの端部に対応して配置される第１電極１０３には、各電極に印加される電圧のうち、最大値となる第１電圧Ｖ１が印加されるので、図１３に示すように、第１電圧Ｖ１が印加される第１電極１０３からは、他の電極に比べて強い縦電界（Ｚ方向に作用する電界）が発生する。したがって、この強い縦電界が作用する第１電極１０３の付近（典型的には直上）においては液晶の配向（液晶分子の配列）乱れが生じ易い。液晶の配向乱れが一旦生じてしまうと、第２モードに切り替わったときにも、配向乱れが保持され易い傾向があるので、第２モードに対応する屈折率分布（第２モードで得られるべき屈折率分布）に完全に切り替わるまでの時間が長くなる。すなわち、切替速度が遅くなるという問題が起こる。
【００５１】
そこで、本実施形態では、第１モードから第２モードに切り替える場合、電圧制御部３０は、光学素子１０に印加される電圧の状態を、第１モードから中間電圧状態に設定した後に、第２モードに設定する。中間電圧状態に設定する場合、電圧制御部３０は、第１電極１０３に印加される電圧を、第１電圧Ｖ１よりも小さい第２電圧Ｖ１’に制御する。図１４に示すように、第１電極１０３に印加される電圧を下げることで、第１電極１０３から発生する縦電界を弱め、第１モードとは異なる配向となるような作用（ショック）を、第１電極１０３の付近の液晶に対して与えることができる。これにより、第１モードにおける電界のパターンが崩されて、第１電極１０３の付近の液晶の配向が安定化し易くなる。つまりは、第１電極１０３の付近の液晶の配向乱れをリセット（解消）することができる。なお、第２電圧Ｖ１’の値は任意に設定可能である。要するに、第２電圧Ｖ１’は、第１モードで発生した液晶の配向乱れをリセットできるような値に設定されるものであればよい。
【００５２】
図１５は、図５の断面に着目して、第１モードから第２モードに切り替わる場合の光学素子１０の状態の変化を模式的に示す図である。まず、第１モードの指定入力を受け付けた場合、図１５（ａ）に示すように、電圧制御部３０は、第１モードで形成されるレンズの端部に対応する第１電極１０３に印加される第１電圧Ｖ１が最大値となる一方、レンズの中心に対応する第２電極１０４に近い電極ほど印加される電圧が小さくなり、第２電極１０４に印加される電圧が最小値となるように、各電極に印加される電圧を制御することで第１モードに設定する。ここでは、グラウンド面として機能する上側電極に印加される電圧は０Ｖに制御されるとともに、第１電極１０３に印加される第１電圧Ｖ１は６Ｖ、第２電極１０４に印加される電圧は０Ｖに制御される。また、この場合、電圧制御部３０は、第１モードを特定可能なモード情報を表示制御部４０へ送る。そのモード情報を受け取った表示制御部４０は、第１モードで表示すべき視差画像を表示するように表示部２０を制御する。
【００５３】
次に、第１モードに設定された状態で第２モードの指定入力を受け付けた場合、図１５（ｂ）に示すように、電圧制御部３０は、第１電極１０３に印加される電圧を、第１電圧Ｖ１よりも小さい第２電圧Ｖ１’に制御することで中間電圧状態に設定する。電圧制御部３０は、第１電極１０３に印加される電圧を、第１電圧Ｖ１から、液晶の配向乱れが緩和される電圧、すなわち液晶の配向が安定状態になる電圧（この例では４Ｖ以下）まで下げることで、第２モードへの切り替えを行い易くする。ここでは、グラウンド面として機能する上側電極に印加される電圧は０Ｖに制御されるとともに、第１電極１０３に印加される第２電圧Ｖ１’は４Ｖに制御される。また、この場合、電圧制御部３０は、中間電圧状態を特定可能なモード情報を表示制御部４０へ送る。そのモード情報を受け取った表示制御部４０は、中間電圧状態で表示すべき画像を表示するように表示部２０を制御する。中間電圧状態で表示すべき画像は任意に設定可能であるが、例えば中間電圧状態では「黒」の画像を表示する構成とすることもできる。
【００５４】
中間電圧状態に設定した後、電圧制御部３０は、図１０のレンズが形成されるように、各電極に印加される電圧を制御することで第２モードに設定する。ここでは、図１５（ｃ）に示すように、グラウンド面として機能する下側電極（第１電極１０３、第２電極１０４、第４電極１１４、第５電極１１５）に印加される電圧は０Ｖに制御されるとともに、上側電極に印加される電圧は図１１のように制御される。この場合、電圧制御部３０は、第２モードを特定可能なモード情報を表示制御部４０へ送る。そのモード情報を受け取った表示制御部４０は、第２モードで表示すべき視差画像を表示するように表示部２０を制御する。
【００５５】
以上に説明したように、本実施形態では、第１モードから第２モードに切り替わるときに設定される中間電圧状態において、電圧制御部３０は、第１モードにおいて各電極に印加される電圧のうち、最大値となる第１電圧Ｖ１が印加される第１電極１０３に印加される電圧を、第１電圧Ｖ１よりも小さい第２電圧Ｖ１’に制御するので、第１電極１０３から発生する縦電界を弱め、第１モードとは異なる配向となるような作用（ショック）を、第１電極１０３の付近の液晶に対して与えることができる。これにより、第１モードにおける電界のパターンが崩されて、第１電極１０３の付近の液晶の配向が安定化し易くなる。すなわち、本実施形態では、第１モードで発生した液晶の配向乱れがリセットされた後に、第２モードに設定されることにより、第１モードに対応する屈折率分布から第２モードに対応する屈折率分布へ切り替わるときの切替速度を向上させることができる。以上の例では、実施形態の「第１モード」は、請求項の「第１電圧状態」に対応し、実施形態の「第２モード」は、請求項の「第２電圧状態」に対応する。
【００５６】
なお、以上においては、第１モードから第２モードに切り替える場合を例に挙げて説明したが、第２モードから第１モードに切り替える場合も同様に、電圧制御部３０は、光学素子１０に印加される電圧の状態を、第２モードから中間電圧状態（上述の中間電圧状態と区別するために第２中間電圧状態と呼ぶ）に設定した後に、第１モードに設定する。第２中間電圧状態に設定する場合、電圧制御部３０は、第２モードにおいて各電極に印加される電圧のうち、最大値となる電圧が印加される第３電極１０６（第２モードで形成されるレンズの端部に対応して配置される第３電極１０６）に印加される電圧を、第２モードで印加される最大値の電圧よりも小さい電圧に制御する。この場合は、実施形態の「第２モード」は、請求項の「第１電圧状態」に対応し、実施形態の「第１モード」は、請求項の「第２電圧状態」に対応する。
【００５７】
以下、第１実施形態の変形例を記載する。以下の変形例は任意に組み合わせることもできる。
【００５８】
（第１実施形態の変形例１）
上述の第１実施形態では、液晶分子が立ち上がるための閾値電圧Ｖｔｈを上回る電圧が印加された場合に液晶分子が立ち上がる（θｔｉｌｔ＝０度）ポジ型液晶を用いた例について説明したが、これに限らず、例えば閾値電圧Ｖｔｈを上回る電圧が印加された場合に液晶分子が立ち下がる（θｔｉｌｔ＝９０度）ネガ型液晶を用いることもできる。この場合は、第１モードまたは第２モードで形成されるレンズの中心に対応して配置される電極に対して、最も高い電圧が印加されることになる。この場合、例えば第１モードから第２モードに切り替わるときに設定される中間電圧状態においては、電圧制御部３０は、第１モードで形成されるレンズの中心に対応する位置に配置される第２電極１０４に印加される電圧を、第１モードにおいて第２電極１０４に印加される電圧よりも小さい値に制御する。
【００５９】
（第１実施形態の変形例２）
上述の第１実施形態では、印加される電圧に応じて屈折率分布が変化する屈折率変調層として、液晶層１０７を用いた例について説明したが、これに限らず、例えば複屈折性のポリマーなどを屈折率変調層として用いることもできる。要するに、屈折率変調層は、印加される電圧に応じて屈折率分布が変化するものであればよい。
【００６０】
（第１実施形態の変形例３）
上述の第１実施形態では、第１モードの場合は、図４のＹ−Ｙ’方向に稜線方向が延伸するレンズが図４のＸ−Ｘ’方向に周期的に配列される第１レンズアレイが形成されるが、これに限らず、第１モードの内容は任意に設定可能である。例えば、第１モードの場合は、図１６に示すプリズムが周期的に配列されるように（プリズムアレイが形成されるように）、各電極に印加される電圧が制御される構成であってもよい。例えば、所望の光学特性に応じて、必要な部分のみプリズムアレイにすることで、配向乱れの総面積を減少させることができる。
【００６１】
図１６の例では、隣り合う２つの第１電極１０３のうちの一方が、第１モードで形成されるプリズムアレイのうちのひとつのプリズムの一方の端部に対応する位置に配置され、隣り合う２つの第１電極１０３のうちの他方が、当該プリズムの他方の端部に対応する位置に配置される。また、隣り合う２つの第１電極１０３の間に配置された第２電極１０４が、当該プリズムの中心に対応して配置される。図１６の例では、第１モードに設定される場合は、図１７に示すように、プリズムの端部に対応する位置に配置された第１電極１０３に印加される電圧が最大値Ｖ１１となる。第１モードから第２モードに切り替わるときに設定される中間電圧状態においては、図１８に示すように、電圧制御部３０は、第１電極１０３に印加される電圧を、電圧Ｖ１１よりも小さい電圧Ｖ１１’に制御する。これにより、上述の第１実施形態と同様の効果が得られる。
【００６２】
同様に、第２モードの内容も任意に設定可能である。例えば、第２モードの場合は、図１９に示すプリズムが周期的に配列されるように、各電極に印加される電圧が制御される構成であってもよい。また、例えば図２０に示すように、第２モードの場合は、屈折率が一定となる形状の屈折率分布が得られるように、各電極に印加される電圧が制御される構成であってもよい。この場合、光学素子１０には、液晶のダイレクタ方向に対して垂直方向の偏光が入射し、光学素子１０では光線は屈折しないので、光学素子１０の背面にある表示部２０の画像をそのまま見ることができる。すなわち、この場合は２Ｄ表示となる。ただし、この場合は、第１モードから第２モードに切り替わるときは中間電圧状態に設定される一方、第２モードから第１モードに切り替わるときは中間電圧状態に設定されない。この場合の第２モードにおける屈折率分布は勾配を有するものではない、つまりは、特定の電極に高い電圧が印加されるものではなく、液晶の配向乱れは発生しにくいので、第２モードから第１モードに切り替えるときに中間電圧状態を設ける意味が無いためである。要するに、液晶層１０７の屈折率が勾配を有する屈折率分布が少なくとも光学素子１０の一部で周期的に配列されるモードから、他のモード（モードの種類は不問）に切り替わるときに中間電圧状態が設定され、当該中間電圧状態においては、屈折率が勾配を有する屈折率分布が周期的に配列されるモードにおいて最大の第１電圧が印加される第１電極に印加される電圧が、第１電圧よりも小さい第２電圧に制御されるものであればよい。なお、上記勾配の種類は任意であり、図５や図１０の例のように、屈折率が曲線的に変化（増加または減少）するものであってもよいし、図１６や図１９の例のように、屈折率が直線的に変化（増加または減少）するものであってもよい。
【００６３】
（第１実施形態の変形例４）
電極構造は任意に変更可能である。以下では、下側電極の構造の変形例を説明するが、上側電極の構造についても同様の変形が可能である。図５に示すように、上述の第１実施形態では、７つの電極（１つの第２電極１０４、２つの第１電極１０３、２つの第４電極１１４、および、２つの第５電極１１５）を用いて、第１モードで形成される第１レンズアレイのうちのひとつのレンズを形成しているが、これに限らず、例えば図２１に示すように、３つの電極を用いて、第１モードで形成される第１レンズアレイのうちのひとつのレンズを形成することもできる。図２１の例では、誘電体層１０８、第４電極１１４、第５電極１１５は設けられず、第１電極１０３、および、第２電極１０４が、第１基板１０１のうちの液晶層１０７側の面上に直接形成される。図２１の構成によれば、電極構造を簡易化することができるとともに、各電極に対する電圧制御が容易になる。さらに、電極のパターニング数が少ないので、低コスト化を実現できる。
【００６４】
また、例えば図２２に示すように、７つよりも多い数（図２２の例では１０個）の電極を用いて、第１モードで形成される第１レンズアレイのうちのひとつのレンズを形成することもできる。図２２の例では、第１基板１０１の液晶層１０７側の面には、ひとつのレンズを形成するために用いられる１０個の電極が、短絡（ショート）を起こさない範囲で密接して配置される。図２２の構成によれば、電圧パターン（電界の分布状態）を細かく制御できるので、形成される屈折率分布の精度を向上させることができる。
【００６５】
また、例えば図２３に示すように、第１モードで形成される第１レンズアレイのうちのひとつのレンズを形成するために用いられる複数の電極が、第１基板１０１の液晶層１０７側の面に配置される間隔が不均等になる構成であってもよい。例えば、第１基板１０１の液晶層１０７側の面のうち、第１モードで形成されるレンズの端部に対応する位置の付近に配置される電極の間隔については、他の位置に配置される電極の間隔に比べて狭くすることもできる。すなわち、液晶の配向乱れが生じ易い部分については、狭い間隔で電極を配置することで、電界の分布状態をより細かく制御することができるので、配向乱れを軽減し易くなる。
【００６６】
（第１実施形態の変形例５）
例えば、下側電極および上側電極のうちの何れか一方を、第１モードおよび第２モードの両方においてグラウンド面として機能させる構成であってもよい。つまりは、縦横切替表示が行われない構成であってもよい。この場合でも、第１モードおよび第２モードの各々の内容は任意に設定可能である。例えば第１モードの場合は、レンズが周期的に配列されるレンズアレイが形成されるように、各電極に印加される電圧が制御され、第２モードの場合は、屈折率が一定となる形状の屈折率分布が得られるように、各電極に印加される電圧が制御される構成でもよい。また、例えば第２モードの場合は、第１モードで形成されるレンズのレンズピッチとは異なるレンズピッチのレンズが周期的に配列されるレンズアレイが形成されるように、各電極に印加される電圧が制御される構成でもよい。さらに、例えば第２モードの場合は、プリズムが周期的に配列されるプリズムアレイが形成されるように、各電極に印加される電圧が制御される構成でもよい。第１モードについても同様である。また、この場合、グラウンド面として機能する方の電極（「対向電極」と呼ぶ）は、電源面として機能する複数の電極の各々と対向する１枚の平板状の電極で構成されてもよい。
【００６７】
また、縦横切替表示が行われない構成においては、例えば第１基板１０１および第２基板１０２のうちの一方のみに電極が配置される構成であってもよい。要するに、互いに対向する第１基板１０１および第２基板１０２のうちの少なくとも一方に、液晶に対して電圧を印加するために用いられる電極が設けられていればよい。
【００６８】
（第２実施形態）
次に、第２実施形態について説明する。本実施形態では、中間電圧状態において、直前のモードで最大の電圧が印加されていた電極と、当該電極に隣接する電極との間に発生する横電界を利用して、液晶の配向乱れをリセットする。以下では、中間電圧状態の直前のモードが、上述の第１モードである場合を例に挙げて説明するが、中間電圧状態の直前のモードが、上述の第２モードである場合も同様に考えることができる。以下、第１実施形態との相違点を中心に説明する。
【００６９】
図２６に示すように、本実施形態では、中間電圧状態において、電圧制御部３０は、第１電極１０３に印加される電圧を、第１電圧Ｖ１よりも小さい第２電圧Ｖ１’に制御するとともに、第１電極１０３に隣接する電極に印加される電圧（「第３電圧」と呼ぶ）を、第２電圧Ｖ１’とは異なる電圧Ｖ２’に制御する。この例では、第１電極１０３に隣接する電極は第５電極１１５となり、この第５電極１１５が、請求項の「第２電極」に対応する。また、この例では、第１電極１０３が、請求項の「第１電極」に対応する。第１電極１０３と第５電極１１５との間に電位差を生じさせることで、第１電極１０３の付近の液晶には、第１電極１０３に印加された電圧Ｖ１’に応じて発生する縦電界に加えて、第１電極１０３と第５電極１１５との電位差に応じて発生する横電界（Ｘ方向に作用する電界）が作用する。これにより、第１モードとは異なる配向となるような作用（ショック）を、第１電極１０３の付近の液晶に対して与えることができるので、第１モードにおける電界のパターンが崩されて、第１電極１０３の付近の液晶の配向状態が安定化し易くなる。本実施形態によれば、縦電界に加えて横電界を作用させることで、第１モードにおける電界のパターンを一層崩し易くすることができるという利点がある。なお、中間電圧状態において、第１電極１０３に印加される第２電圧Ｖ１’と第５電極１１５に印加される第３電圧Ｖ２’との関係は、第１モードにおいて第１電極１０３の付近に発生した液晶の配向乱れをリセット可能な電圧設定にするものであればよく、その関係は任意に設定可能である。
【００７０】
図２７は、第１モードおよび中間電圧状態の各々における光学素子１０の状態を模式的に示す図である。図２７（ａ）に示すように、第１モードに設定する場合、電圧制御部３０は、第１モードで形成されるレンズの端部に対応する第１電極１０３に印加される第１電圧Ｖ１が最大値となる一方、レンズの中心に対応する第２電極１０４に近い電極ほど印加される電圧が小さくなり、第２電極１０４に印加される電圧が最小値となるように、各電極に印加される電圧を制御する。この例では、第１モードにおいて第５電極１１５に印加される電圧（「第４電圧」と呼ぶ）は、第１電圧Ｖ１よりも小さい電圧Ｖ２に制御される。
【００７１】
また、図２７（ｂ）に示すように、中間電圧状態に設定する場合、電圧制御部３０は、第１電極１０３に印加される第２電圧Ｖ１’を、第１電圧Ｖ１よりも小さい値に制御するとともに、第５電極１１５に印加される第３電圧Ｖ２’を、第２電圧Ｖ１’よりも小さい値に制御する。中間電圧状態において、第１電極１０３と第５電極１１５との間に電位差を生じさせることで、縦電界だけでなく横電界を、第１電極１０３の付近の液晶に作用させることができる。これにより、第１電極１０３の付近の液晶に与えるショック（第１モードとは異なる方向のショック）を増加させることができる。その結果、液晶の配向状態が一層安定化し易くなる。
【００７２】
以下、第２実施形態の変形例を記載する。以下の変形例は任意に組み合わせることもできる。
【００７３】
（第２実施形態の変形例１）
例えば、中間電圧状態において、第１電極１０３に印加される第２電圧Ｖ１’と、第５電極１１５に印加される第３電圧Ｖ２’との関係が、Ｖ１’＜Ｖ２’となるように制御されてもよい。図２８は、第１モードおよび中間電圧状態の各々において、Ｘ方向における下側電極の位置と、下側電極に印加される電圧との関係を示す図である。図２８（ａ）に示すように、第１モードに設定する場合、電圧制御部３０は、第１モードで形成されるレンズの端部に対応する第１電極１０３に印加される第１電圧Ｖ１が最大値となる一方、レンズの中心に対応する第２電極１０４に近い電極ほど印加される電圧が小さくなり、第２電極１０４に印加される電圧が最小値となるように、各電極に印加される電圧を制御する。この例では、第１モードにおいて第５電極１１５に印加される第４電圧Ｖ２は、第１電圧Ｖ１よりも小さい値に制御される。
【００７４】
また、図２８（ｂ）に示すように、中間電圧状態に設定する場合、電圧制御部３０は、第１電極１０３に印加される第２電圧Ｖ１’を、第１電圧Ｖ１よりも小さい値に制御するとともに、第５電極１１５に印加される第３電圧Ｖ２’を、第２電圧Ｖ１’よりも大きい値に制御する。中間電圧状態において、第１電極１０３に印加される第２電圧Ｖ１’よりも第５電極１１５に印加される第３電圧Ｖ２’の方が大きくなるように制御されることで、互いに隣接する第１電極１０３と第５電極１１５との間に電位差を生じさせることができる。これにより、第５電極１１５から第１電極１０３へ向かう横電界の作用が強まり、第１電極１０３の付近の液晶に与えるショック（第１モードとは異なる方向のショック）を増加させることができる。その結果、液晶の配向状態が安定化し易くなる。
【００７５】
（第２実施形態の変形例２）
中間電圧状態において、第１電極１０３に印加される第２電圧Ｖ１’と第５電極１１５に印加される第３電圧Ｖ２’の関係は、第１電極１０３の付近の電界に最も変化が得られる電圧設定にするのが好ましい。例えば、液晶の応答時間を考えたとき、液晶の立ち上がり時間ｔｏｆｆは、以下の式４により表すことができる。以下の式４において、γは液晶の回転粘性率を示し、ｄは液晶の厚みを示し、Ｋは液晶の弾性定数を示す。
【数４】
2013084319.tif 000006
【００７６】
中間電圧状態において、各電極に電圧が印加される時間（電圧印加時間）が、上述の立ち上がり時間ｔｏｆｆ内である場合、液晶の配向が変化している過渡期の状態が発生する。すなわち、中間電圧状態において、第１電極１０３に印加される第２電圧Ｖ１’と第５電極１１５に印加される第３電圧Ｖ２’が同じ値に制御される場合でも、電圧印加時間が、上述の立ち上がり時間ｔｏｆｆ内となるように制御されることによって、一時的に、第１電極１０３と第５電極１１５との間に電位差を発生させることもできる。これにより、第１電極１０３の付近の液晶に対して、横電界を一時的に作用させることが可能になる。
【００７７】
（第２実施形態の変形例３）
例えば第１モードにおいて、第１電極１０３に印加される第１電圧Ｖ１と、第５電極１１５に印加される第４電圧Ｖ２との差分の絶対値が、第４電圧Ｖ２よりも小さい場合は、電圧制御部３０は、中間電圧状態において第５電極１１５に印加される第３電圧Ｖ２’を、第４電圧Ｖ２よりも小さい値に制御することもできる。この場合の電圧条件は、以下の式５により表すことができる。
【数５】
2013084319.tif 000007
【００７８】
この場合、第１モードにおいては、第５電極１１５の付近（典型的には直上）にも、強い縦電界が作用していると考えられるので、中間電圧状態においては、第５電極１１５に印加される電圧を、第１モードの場合よりも下げることで、第５電極１１５の付近の液晶の配向状態を安定化させることができる。
【００７９】
図２９は、第１モードおよび中間電圧状態の各々において、Ｘ方向における下側電極の位置と、下側電極に印加される電圧との対応関係を示す図である。図２９（ａ）に示すように、第１モードに設定する場合、電圧制御部３０は、第１モードで形成されるレンズの端部に対応する第１電極１０３に印加される第１電圧Ｖ１が最大値となる一方、レンズの中心に対応する第２電極１０４に近い電極ほど印加される電圧が小さくなり、第２電極１０４に印加される電圧が最小値となるように、各電極に印加される電圧を制御する。この例では、第１モードにおいて第５電極１１５に印加される第４電圧Ｖ２は、第１電圧Ｖ１よりも小さい値に設定される。そして、第１電圧Ｖ１と第４電圧Ｖ２との差分の絶対値｜Ｖ１−Ｖ２｜は、第４電圧Ｖ２よりも小さい。すなわち、上記式５で表される電圧条件を満たしている。
【００８０】
図２９（ｂ）に示すように、中間電圧状態に設定する場合、電圧制御部３０は、第１電極１０３に印加される電圧を、第１電圧Ｖ１よりも小さい第２電圧Ｖ１’に制御するとともに、第５電極１１５に印加される第３電圧Ｖ２’を、第４電圧Ｖ２よりも小さく、かつ、第２電圧Ｖ１’よりも大きい値に制御する。
【００８１】
以上より、中間電圧状態において第５電極１１５に印加される第３電圧Ｖ２’を、第１モードにおいて第５電極１１５に印加される第４電圧Ｖ２よりも下げることで、第５電極１１５の付近の液晶の配向状態を安定化させることができる。また、上述の第２実施形態と同様に、中間電圧状態において、第１電極１０３と第５電極１１５との間に電位差を設けることで、第１モードにおいて配向乱れが生じ易い第１電極１０３の付近の液晶に対して、縦電界に加えて横電界も作用させることができるので、第１電極１０３の付近の液晶の配向状態が安定化し易くなる。以上の例は、第１モードにおける電界パターンを崩すためには、中間電圧状態において、第５電極１１５から第１電極１０３へ向かう横電界の作用を強めることが好ましい場合の例であるが、例えば第１モードにおける電界パターンを崩すためには、第１電極１０３から第５電極１１５へ向かう横電界の作用を強める方が効果的な場合は、第３電圧Ｖ２’を、第４電圧Ｖ２よりも小さく、かつ、第２電圧Ｖ１’よりも小さい値に制御することもできる。
【００８２】
（第２実施形態の変形例４）
例えば第１モードにおいて、第１電極１０３に印加される第１電圧Ｖ１と、第５電極１１５に印加される第４電圧Ｖ２との差分の絶対値が、第４電圧Ｖ２よりも大きい場合は、電圧制御部３０は、中間電圧状態において、第５電極１１５に印加される第３電圧Ｖ２’を、第４電圧Ｖ２よりも大きい値に制御することもできる。この場合の電圧条件は、以下の式６により表すことができる。
【数６】
2013084319.tif 000008
【００８３】
図３０は、第１モードおよび中間電圧状態の各々において、Ｘ方向における下側電極の位置と、下側電極に印加される電圧との関係を示す図である。図３０（ａ）に示すように、第１モードに設定する場合、電圧制御部３０は、第１モードで形成されるレンズの端部に対応する第１電極１０３に印加される第１電圧Ｖ１が最大値となる一方、レンズの中心に対応する第２電極１０４に近い電極ほど印加される電圧が小さくなり、第２電極１０４に印加される電圧が最小値となるように、各電極に印加される電圧を制御する。この例では、第１モードにおいて第５電極１１５に印加される第４電圧Ｖ２は、第１電圧Ｖ１よりも小さい値に制御される。そして、第１電圧Ｖ１と第４電圧Ｖ２との差分の絶対値｜Ｖ１−Ｖ２｜は、第４電圧Ｖ２よりも大きい。すなわち、上記式６で表される電圧条件を満たしている。
【００８４】
図３０（ｂ）に示すように、中間電圧状態に設定する場合、電圧制御部３０は、第１電極１０３に印加される電圧を、第１電圧Ｖ１よりも小さい第２電圧Ｖ１’に制御するとともに、第５電極１１５に印加される第３電圧Ｖ２’を、第４電圧Ｖ２よりも大きく、かつ、第２電圧Ｖ１’よりも大きい値に制御する。
【００８５】
以上の例では、第４電圧Ｖ２は第１電圧Ｖ１に比べて十分に低いので、中間電圧状態において第５電極１１５に印加される電圧を増加させる余地がある。第４電圧Ｖ２は第１電圧Ｖ１に比べて十分低いので、第３電圧Ｖ２’を第４電圧Ｖ２よりも大きい値に制御する方が、第１電極１０３と第５電極１１５との間に電位差が生じて、第１電極１０３への横電界の作用が強くなるため、第１モードにおける第１電極１０３の付近の電界のパターンを崩すことができる。以上の例は、中間電圧状態において、第５電極１１５から第１電極１０３へ向かう横電界の作用を強めることが好ましい場合の例であるが、例えば、第１モードにおける電界パターンを崩すためには、第１電極１０３から第２電極１１５へ向かう横電界の作用を強める方が効果的な場合は、第３電圧Ｖ２’を、第４電圧Ｖ２よりも大きく、かつ、第２電圧Ｖ１’よりも小さい値に制御することもできる。
【００８６】
（第２実施形態の変形例５）
例えば電圧制御部３０は、第１電圧Ｖ１と第２電圧Ｖ１’との差分の絶対値が、第３電圧Ｖ２’と第４電圧Ｖ２との差分の絶対値よりも大きくなるように制御することもできる。この場合の電圧条件は、以下の式７により表すことができる。
【数７】
2013084319.tif 000009
【００８７】
図３１は、第１モードおよび中間電圧状態の各々において、Ｘ方向における下側電極の位置と、下側電極に印加される電圧との対応関係を示す図である。図３１（ａ）に示すように、第１モードに設定する場合、電圧制御部３０は、第１モードで形成されるレンズの端部に対応する第１電極１０３に印加される第１電圧Ｖ１が最大値となる一方、レンズの中心に対応する第２電極１０４に近い電極ほど印加される電圧が小さくなり、第２電極１０４に印加される電圧が最小値となるように、各電極に印加される電圧を制御する。第１モードにおいては、第１電極１０３に隣接する第５電極１１５に印加される第４電圧Ｖ２は、第１電圧Ｖ１よりも小さい値に制御される。
【００８８】
図３１（ｂ）に示すように、中間電圧状態に設定する場合、電圧制御部３０は、第１電極１０３に印加される第２電圧Ｖ１’を、第１電圧Ｖ１よりも小さい値に制御するとともに、第５電極１１５に印加される第３電圧Ｖ２’を、第４電圧Ｖ２よりも小さい値に制御する。この例では、第３電圧Ｖ２’は、第２電圧Ｖ１’よりも小さい値に制御されている。そして、電圧制御部３０は、第１電圧Ｖ１と第２電圧Ｖ１’との差分の絶対値が、第３電圧Ｖ２’と第４電圧Ｖ２との差分の絶対値よりも大きくなるように制御する。以上の例においても、中間電圧状態において、第１電極１０３と第５電極１１５との間に電位差を生じさせることで、第１電極１０３の付近の液晶には、第１電極１０３に印加された電圧Ｖ１’に応じて発生する縦電界に加えて、第１電極１０３と第５電極１１５との電位差に応じて発生する横電界が作用する。これにより、第１モードとは異なる配向となるような作用（ショック）を、第１電極１０３の付近の液晶に対して与えることができるので、第１モードにおける電界のパターンが崩されて、第１電極１０３の付近の液晶の配向状態が安定化し易くなる。
【００８９】
（第２実施形態の変形例６）
ここでは、第１モードにおいて、第５電極１１５に隣接する第４電極１１４に印加される電圧を第５電圧Ｖ３と表す一方、中間電圧状態において、第４電極１１４に印加される電圧を第６電圧Ｖ３’と表す。電圧制御部３０は、以下の式８で表される電圧条件を満たすように制御することもできる。
【数８】
2013084319.tif 000010
【００９０】
図３２は、第１モードおよび中間電圧状態の各々において、Ｘ方向における下側電極の位置と、下側電極に印加される電圧との対応関係を示す図である。図３２（ａ）に示すように、第１モードに設定する場合、電圧制御部３０は、第１モードで形成されるレンズの端部に対応する第１電極１０３に印加される第１電圧Ｖ１が最大値となる一方、レンズの中心に対応する第２電極１０４に近い電極ほど印加される電圧が小さくなり、第２電極１０４に印加される電圧が最小値となるように、各電極に印加される電圧を制御する。第１モードにおいては、第１電極１０３に隣接する第５電極１１５に印加される第４電圧Ｖ２は、第１電圧Ｖ１よりも小さい値に制御される。また、第５電極１１５に隣接する第４電極１１４に印加される第５電圧Ｖ３は、第４電圧Ｖ２よりも小さい値に制御される。
【００９１】
図３２（ｂ）に示すように、中間電圧状態に設定する場合、電圧制御部３０は、第１電極１０３に印加される第２電圧Ｖ１’を、第１電圧Ｖ１よりも小さい値に制御し、第５電極１１５に印加される第３電圧Ｖ２’を、第４電圧Ｖ２よりも小さい値に制御し、第４電極１１４に印加される第６電圧Ｖ３’を、第５電圧Ｖ３よりも小さい値に制御する。この例では、第３電圧Ｖ２’は、第２電圧Ｖ１’よりも小さい値に制御され、第６電圧Ｖ３’は、第３電圧Ｖ２’よりも小さい値に制御される。この例では、電圧制御部３０は、上記式８で表される電圧条件を満たすように、第１電極１０３、第５電極１１５および第４電極１１４の各々に印加される電圧を制御する。この例では、中間電圧状態において、第１電極１０３と第５電極１１５との間に電位差を生じさせるだけではなく、第１電極１０３と第４電極１１４との間にも電位差を生じさせて、電圧の相互作用を増やすことにより、横電界の作用をさらに強めることができる。これにより、第１モードにおける電界のパターンを一層崩し易くなるので、第１電極１０３の付近の液晶の配向状態が安定化し易くなる。
【００９２】
（第３実施形態）
次に、第３実施形態について説明する。本実施形態では、図３３に示すように、中間電圧状態に設定する場合、電圧制御部３０は、第１モードにおける電圧パターンの位相が予め定められた値（図３３の例ではΔφ）だけずれるように、各電極に印加される電圧を制御する。本実施形態によれば、第１モードにおける電圧パターンは変化させずに位相のみを変化させる（ずらす）ことで、中間電圧状態を設定することができる。したがって、中間電圧状態を設定するための電圧制御が簡素化されるという利点がある。
【００９３】
（第４実施形態）
次に、第４実施形態について説明する。本実施形態では、中間電圧状態に設定する場合、電圧制御部３０は、直前のモードにおいてグラウンド面として機能していた電極（対向電極）に印加される電圧を、基準電圧よりも大きく、かつ、直前のモードにおいて各電極に印加される電圧のうちの最大値よりも小さい値に設定する点で上述の各実施形態と相違する。以下では、中間電圧状態の直前のモードが、上述の第１モードである場合を例に挙げて説明するが、中間電圧状態の直前のモードが、上述の第２モードである場合も同様に考えることができる。
【００９４】
図３４に示すように、第１モードに設定する場合、電圧制御部３０は、グラウンド面として機能する上側電極（この例では、上側電極が対向電極となる）に印加される電圧を０Ｖに制御する一方、電源面として機能する複数の下側電極の各々に印加される電圧を周期的に変化させる。前述したように、第１モードにおいては、第１モードで形成されるレンズの端部に対応する第１電極１０３に印加される第１電圧Ｖ１が最大値となる一方、レンズの中心に対応する第２電極１０４に近い電極ほど印加される電圧が小さくなり、第２電極１０４に印加される電圧が最小値となるように、各電極に印加される電圧が制御される。そして、本実施形態では、図３４に示すように、中間電圧状態に設定する場合、電圧制御部３０は、第１電極１０３に印加される電圧を、第１電圧Ｖ１よりも小さい第２電圧Ｖ１’に制御するとともに、上側電極に印加される電圧を、０Ｖ（基準電圧の一例）よりも大きく、かつ、第１電圧Ｖ１よりも小さい電圧Ｖｘに制御する。上側電極にも電圧Ｖｘが印加されることで、第１電極１０３の付近の液晶には、上側電極に印加される電圧Ｖｘに応じて発生する縦電界が作用する。すなわち、第１電極１０３の付近の液晶には、第１電極１０３に印加される第２電圧Ｖ１’に応じて発生する縦電界や、第１電極１０３と、第１電極１０３に隣接する電極との電位差に応じて発生する横電界に加えて、上側電極に印加される電圧Ｖｘに応じて発生する縦電界も作用するので、第１モードにおける電界のパターンを一層崩し易くなる。したがって、本実施形態によれば、第１電極１０３の付近の液晶の配向状態が一層安定化し易くなる。
【００９５】
以上、本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、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。また、上述の各実施形態を任意に組み合わせることも可能である。
【００９６】
例えば、上記の第１実施形態は、縦横切替表示が行われる構成であり、下側電極の延在方向はＹ方向に平行である一方、上側電極の延在方向はＸ方向に平行であり、両者は直交しているが、これに限られるものではない。
【００９７】
また、上記の各実施形態においては、第１モードまたは第２モードにおいて夫々１方向にレンズ機能が周期的に配された場合について説明したが、いずれかのモードで２次元的にレンズ機能が配される構成であってもよい。例えばいずれかのモードにおいて、凸レンズ（フライアイレンズ）がマトリクス状に配列されるフライアイレンズアレイが形成される構成であってもよい。
【符号の説明】
【００９８】
１０  光学素子
２０  表示部
３０  電圧制御部
４０  表示制御部
１００  画像表示装置
１０１  第１基板
１０２  第２基板
１０３  第１電極
１０４  第２電極
１０６  第３電極
１０７  液晶層
１１４  第４電極
１１５  第５電極
【図１】
2013084319.tif 000011
【図２】
2013084319.tif 000012
【図３】
2013084319.tif 000013
【図４】
2013084319.tif 000014
【図５】
2013084319.tif 000015
【図６】
2013084319.tif 000016
【図７】
2013084319.tif 000017
【図８】
2013084319.tif 000018
【図９】
2013084319.tif 000019
【図１０】
2013084319.tif 000020
【図１１】
2013084319.tif 000021
【図１２】
2013084319.tif 000022
【図１３】
2013084319.tif 000023
【図１４】
2013084319.tif 000024
【図１５】
2013084319.tif 000025
【図１６】
2013084319.tif 000026
【図１７】
2013084319.tif 000027
【図１８】
2013084319.tif 000028
【図１９】
2013084319.tif 000029
【図２０】
2013084319.tif 000030
【図２１】
2013084319.tif 000031
【図２２】
2013084319.tif 000032
【図２３】
2013084319.tif 000033
【図２４】
2013084319.tif 000034
【図２５】
2013084319.tif 000035
【図２６】
2013084319.tif 000036
【図２７】
2013084319.tif 000037
【図２８】
2013084319.tif 000038
【図２９】
2013084319.tif 000039
【図３０】
2013084319.tif 000040
【図３１】
2013084319.tif 000041
【図３２】
2013084319.tif 000042
【手続補正書】
【提出日】平成26年6月5日(2014.6.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２８】
図２の例では、隣接する２つの第１電極１０３と、当該２つの第１電極１０３の間に位置する第２電極１０４、２つの第４電極１１４、および、２つの第５電極１１５と、当該第２電極１０４の上方に位置する複数の第３電極１０６とでひとつの組が構成され、３つの第１電極１０３で枠取られた領域と複数の第３電極１０６とが重なった領域が３Ｄ部分表示する一単位の領域２７になる。図２の例では、４個（上下２分割、左右２分割）の３Ｄ部分表示する一単位の領域がある。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３３】
コラム電極電圧供給部１３４は、第１電極引出線１１１ごとに（見方を変えれば第１電極１０３のグループごとに）個別に配置される。各コラム電極電圧供給部１３４は、当該コラム電極電圧供給部１３４に対応する第１電極引出線１１１と電気的に接続される。電圧制御部３０の制御の下、コラム電極電圧供給部１３４が、自身に接続された第１電極引出線１１１に対して所定の電圧を供給することにより、当該第１電極引出線１１１に接続された複数の第１電極１０３の各々の電圧は同じ値に設定される。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４７】
第２モードの場合についても同様に考えることができる。図１０は、図４のＹ−Ｙ’線での光学素子１０の断面の一部を示す図である。図１０において、第２モードで形成される第２レンズアレイを構成する各レンズのレンズピッチ方向の座標をＹとし、座標−ｌｐｏ／２から座標＋ｌｐｏ／２の区間において第２レンズアレイのうちのひとつのレンズが形成される場合を想定する。図１０の点線部分は、屈折率分布を表している。なお、説明の便宜上、図１０の例では下側電極の図示は省略している。図１０の例では、左から数えて第１番目の第３電極１０６が、レンズの一方の端部に対応して配置され、左から数えて第７番目の第３電極１０６が、レンズの他方の端部に対応して配置される。また、図１０の例では、左から数えて第４番目の第３電極１０６が、レンズの中心に対応して配置される。第２モードに設定する場合、電圧制御部３０は、レンズの端部に対応する位置に配置された第３電極１０６（図１０の第１番目の第３電極１０６、第７番目の第３電極）に印加される電圧が最大値となる一方、レンズの中心に対応する位置に配置された第３電極１０６（図１０の第４番目の第３電極１０６）に近い電極ほど印加される電圧が小さくなり、レンズの中心に対応する位置に配置された第３電極１０６に印加される電圧が最小値となるように、各電極に印加される電圧を制御する。これにより、図１０の点線部分で示される屈折率分布が得られる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６９】
図２４に示すように、本実施形態では、中間電圧状態において、電圧制御部３０は、第１電極１０３に印加される電圧を、第１電圧Ｖ１よりも小さい第２電圧Ｖ１’に制御するとともに、第１電極１０３に隣接する電極に印加される電圧（「第３電圧」と呼ぶ）を、第２電圧Ｖ１’とは異なる電圧Ｖ２’に制御する。この例では、第１電極１０３に隣接する電極は第５電極１１５となり、この第５電極１１５が、請求項の「第２電極」に対応する。また、この例では、第１電極１０３が、請求項の「第１電極」に対応する。第１電極１０３と第５電極１１５との間に電位差を生じさせることで、第１電極１０３の付近の液晶には、第１電極１０３に印加された電圧Ｖ１’に応じて発生する縦電界に加えて、第１電極１０３と第５電極１１５との電位差に応じて発生する横電界（Ｘ方向に作用する電界）が作用する。これにより、第１モードとは異なる配向となるような作用（ショック）を、第１電極１０３の付近の液晶に対して与えることができるので、第１モードにおける電界のパターンが崩されて、第１電極１０３の付近の液晶の配向状態が安定化し易くなる。本実施形態によれば、縦電界に加えて横電界を作用させることで、第１モードにおける電界のパターンを一層崩し易くすることができるという利点がある。なお、中間電圧状態において、第１電極１０３に印加される第２電圧Ｖ１’と第５電極１１５に印加される第３電圧Ｖ２’との関係は、第１モードにおいて第１電極１０３の付近に発生した液晶の配向乱れをリセット可能な電圧設定にするものであればよく、その関係は任意に設定可能である。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７０】
図２５は、第１モードおよび中間電圧状態の各々における光学素子１０の状態を模式的に示す図である。図２５（ａ）に示すように、第１モードに設定する場合、電圧制御部３０は、第１モードで形成されるレンズの端部に対応する第１電極１０３に印加される第１電圧Ｖ１が最大値となる一方、レンズの中心に対応する第２電極１０４に近い電極ほど印加される電圧が小さくなり、第２電極１０４に印加される電圧が最小値となるように、各電極に印加される電圧を制御する。この例では、第１モードにおいて第５電極１１５に印加される電圧（「第４電圧」と呼ぶ）は、第１電圧Ｖ１よりも小さい電圧Ｖ２に制御される。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７１】
また、図２５（ｂ）に示すように、中間電圧状態に設定する場合、電圧制御部３０は、第１電極１０３に印加される第２電圧Ｖ１’を、第１電圧Ｖ１よりも小さい値に制御するとともに、第５電極１１５に印加される第３電圧Ｖ２’を、第２電圧Ｖ１’よりも小さい値に制御する。中間電圧状態において、第１電極１０３と第５電極１１５との間に電位差を生じさせることで、縦電界だけでなく横電界を、第１電極１０３の付近の液晶に作用させることができる。これにより、第１電極１０３の付近の液晶に与えるショック（第１モードとは異なる方向のショック）を増加させることができる。その結果、液晶の配向状態が一層安定化し易くなる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７３】
（第２実施形態の変形例１）
例えば、中間電圧状態において、第１電極１０３に印加される第２電圧Ｖ１’と、第５電極１１５に印加される第３電圧Ｖ２’との関係が、Ｖ１’＜Ｖ２’となるように制御されてもよい。図２６は、第１モードおよび中間電圧状態の各々において、Ｘ方向における下側電極の位置と、下側電極に印加される電圧との関係を示す図である。図２６（ａ）に示すように、第１モードに設定する場合、電圧制御部３０は、第１モードで形成されるレンズの端部に対応する第１電極１０３に印加される第１電圧Ｖ１が最大値となる一方、レンズの中心に対応する第２電極１０４に近い電極ほど印加される電圧が小さくなり、第２電極１０４に印加される電圧が最小値となるように、各電極に印加される電圧を制御する。この例では、第１モードにおいて第５電極１１５に印加される第４電圧Ｖ２は、第１電圧Ｖ１よりも小さい値に制御される。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７４】
また、図２６（ｂ）に示すように、中間電圧状態に設定する場合、電圧制御部３０は、第１電極１０３に印加される第２電圧Ｖ１’を、第１電圧Ｖ１よりも小さい値に制御するとともに、第５電極１１５に印加される第３電圧Ｖ２’を、第２電圧Ｖ１’よりも大きい値に制御する。中間電圧状態において、第１電極１０３に印加される第２電圧Ｖ１’よりも第５電極１１５に印加される第３電圧Ｖ２’の方が大きくなるように制御されることで、互いに隣接する第１電極１０３と第５電極１１５との間に電位差を生じさせることができる。これにより、第５電極１１５から第１電極１０３へ向かう横電界の作用が強まり、第１電極１０３の付近の液晶に与えるショック（第１モードとは異なる方向のショック）を増加させることができる。その結果、液晶の配向状態が安定化し易くなる。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７９】
図２７は、第１モードおよび中間電圧状態の各々において、Ｘ方向における下側電極の位置と、下側電極に印加される電圧との対応関係を示す図である。図２７（ａ）に示すように、第１モードに設定する場合、電圧制御部３０は、第１モードで形成されるレンズの端部に対応する第１電極１０３に印加される第１電圧Ｖ１が最大値となる一方、レンズの中心に対応する第２電極１０４に近い電極ほど印加される電圧が小さくなり、第２電極１０４に印加される電圧が最小値となるように、各電極に印加される電圧を制御する。この例では、第１モードにおいて第５電極１１５に印加される第４電圧Ｖ２は、第１電圧Ｖ１よりも小さい値に設定される。そして、第１電圧Ｖ１と第４電圧Ｖ２との差分の絶対値｜Ｖ１−Ｖ２｜は、第４電圧Ｖ２よりも小さい。すなわち、上記式５で表される電圧条件を満たしている。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８０】
図２７（ｂ）に示すように、中間電圧状態に設定する場合、電圧制御部３０は、第１電極１０３に印加される電圧を、第１電圧Ｖ１よりも小さい第２電圧Ｖ１’に制御するとともに、第５電極１１５に印加される第３電圧Ｖ２’を、第４電圧Ｖ２よりも小さく、かつ、第２電圧Ｖ１’よりも大きい値に制御する。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８３】
図２８は、第１モードおよび中間電圧状態の各々において、Ｘ方向における下側電極の位置と、下側電極に印加される電圧との関係を示す図である。図２８（ａ）に示すように、第１モードに設定する場合、電圧制御部３０は、第１モードで形成されるレンズの端部に対応する第１電極１０３に印加される第１電圧Ｖ１が最大値となる一方、レンズの中心に対応する第２電極１０４に近い電極ほど印加される電圧が小さくなり、第２電極１０４に印加される電圧が最小値となるように、各電極に印加される電圧を制御する。この例では、第１モードにおいて第５電極１１５に印加される第４電圧Ｖ２は、第１電圧Ｖ１よりも小さい値に制御される。そして、第１電圧Ｖ１と第４電圧Ｖ２との差分の絶対値｜Ｖ１−Ｖ２｜は、第４電圧Ｖ２よりも大きい。すなわち、上記式６で表される電圧条件を満たしている。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８４】
図２８（ｂ）に示すように、中間電圧状態に設定する場合、電圧制御部３０は、第１電極１０３に印加される電圧を、第１電圧Ｖ１よりも小さい第２電圧Ｖ１’に制御するとともに、第５電極１１５に印加される第３電圧Ｖ２’を、第４電圧Ｖ２よりも大きく、かつ、第２電圧Ｖ１’よりも大きい値に制御する。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８７】
図２９は、第１モードおよび中間電圧状態の各々において、Ｘ方向における下側電極の位置と、下側電極に印加される電圧との対応関係を示す図である。図２９（ａ）に示すように、第１モードに設定する場合、電圧制御部３０は、第１モードで形成されるレンズの端部に対応する第１電極１０３に印加される第１電圧Ｖ１が最大値となる一方、レンズの中心に対応する第２電極１０４に近い電極ほど印加される電圧が小さくなり、第２電極１０４に印加される電圧が最小値となるように、各電極に印加される電圧を制御する。第１モードにおいては、第１電極１０３に隣接する第５電極１１５に印加される第４電圧Ｖ２は、第１電圧Ｖ１よりも小さい値に制御される。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８８】
図２９（ｂ）に示すように、中間電圧状態に設定する場合、電圧制御部３０は、第１電極１０３に印加される第２電圧Ｖ１’を、第１電圧Ｖ１よりも小さい値に制御するとともに、第５電極１１５に印加される第３電圧Ｖ２’を、第４電圧Ｖ２よりも小さい値に制御する。この例では、第３電圧Ｖ２’は、第２電圧Ｖ１’よりも小さい値に制御されている。そして、電圧制御部３０は、第１電圧Ｖ１と第２電圧Ｖ１’との差分の絶対値が、第３電圧Ｖ２’と第４電圧Ｖ２との差分の絶対値よりも大きくなるように制御する。以上の例においても、中間電圧状態において、第１電極１０３と第５電極１１５との間に電位差を生じさせることで、第１電極１０３の付近の液晶には、第１電極１０３に印加された電圧Ｖ１’に応じて発生する縦電界に加えて、第１電極１０３と第５電極１１５との電位差に応じて発生する横電界が作用する。これにより、第１モードとは異なる配向となるような作用（ショック）を、第１電極１０３の付近の液晶に対して与えることができるので、第１モードにおける電界のパターンが崩されて、第１電極１０３の付近の液晶の配向状態が安定化し易くなる。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９０】
図３０は、第１モードおよび中間電圧状態の各々において、Ｘ方向における下側電極の位置と、下側電極に印加される電圧との対応関係を示す図である。図３０（ａ）に示すように、第１モードに設定する場合、電圧制御部３０は、第１モードで形成されるレンズの端部に対応する第１電極１０３に印加される第１電圧Ｖ１が最大値となる一方、レンズの中心に対応する第２電極１０４に近い電極ほど印加される電圧が小さくなり、第２電極１０４に印加される電圧が最小値となるように、各電極に印加される電圧を制御する。第１モードにおいては、第１電極１０３に隣接する第５電極１１５に印加される第４電圧Ｖ２は、第１電圧Ｖ１よりも小さい値に制御される。また、第５電極１１５に隣接する第４電極１１４に印加される第５電圧Ｖ３は、第４電圧Ｖ２よりも小さい値に制御される。
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９１】
図３０（ｂ）に示すように、中間電圧状態に設定する場合、電圧制御部３０は、第１電極１０３に印加される第２電圧Ｖ１’を、第１電圧Ｖ１よりも小さい値に制御し、第５電極１１５に印加される第３電圧Ｖ２’を、第４電圧Ｖ２よりも小さい値に制御し、第４電極１１４に印加される第６電圧Ｖ３’を、第５電圧Ｖ３よりも小さい値に制御する。この例では、第３電圧Ｖ２’は、第２電圧Ｖ１’よりも小さい値に制御され、第６電圧Ｖ３’は、第３電圧Ｖ２’よりも小さい値に制御される。この例では、電圧制御部３０は、上記式８で表される電圧条件を満たすように、第１電極１０３、第５電極１１５および第４電極１１４の各々に印加される電圧を制御する。この例では、中間電圧状態において、第１電極１０３と第５電極１１５との間に電位差を生じさせるだけではなく、第１電極１０３と第４電極１１４との間にも電位差を生じさせて、電圧の相互作用を増やすことにより、横電界の作用をさらに強めることができる。これにより、第１モードにおける電界のパターンを一層崩し易くなるので、第１電極１０３の付近の液晶の配向状態が安定化し易くなる。
【手続補正１７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９２】
（第３実施形態）
次に、第３実施形態について説明する。本実施形態では、図３１に示すように、中間電圧状態に設定する場合、電圧制御部３０は、第１モードにおける電圧パターンの位相が予め定められた値（図３１の例ではΔφ）だけずれるように、各電極に印加される電圧を制御する。本実施形態によれば、第１モードにおける電圧パターンは変化させずに位相のみを変化させる（ずらす）ことで、中間電圧状態を設定することができる。したがって、中間電圧状態を設定するための電圧制御が簡素化されるという利点がある。
【手続補正１８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９４】
図３２に示すように、第１モードに設定する場合、電圧制御部３０は、グラウンド面として機能する上側電極（この例では、上側電極が対向電極となる）に印加される電圧を０Ｖに制御する一方、電源面として機能する複数の下側電極の各々に印加される電圧を周期的に変化させる。前述したように、第１モードにおいては、第１モードで形成されるレンズの端部に対応する第１電極１０３に印加される第１電圧Ｖ１が最大値となる一方、レンズの中心に対応する第２電極１０４に近い電極ほど印加される電圧が小さくなり、第２電極１０４に印加される電圧が最小値となるように、各電極に印加される電圧が制御される。そして、本実施形態では、図３２に示すように、中間電圧状態に設定する場合、電圧制御部３０は、第１電極１０３に印加される電圧を、第１電圧Ｖ１よりも小さい第２電圧Ｖ１’に制御するとともに、上側電極に印加される電圧を、０Ｖ（基準電圧の一例）よりも大きく、かつ、第１電圧Ｖ１よりも小さい電圧Ｖｘに制御する。上側電極にも電圧Ｖｘが印加されることで、第１電極１０３の付近の液晶には、上側電極に印加される電圧Ｖｘに応じて発生する縦電界が作用する。すなわち、第１電極１０３の付近の液晶には、第１電極１０３に印加される第２電圧Ｖ１’に応じて発生する縦電界や、第１電極１０３と、第１電極１０３に隣接する電極との電位差に応じて発生する横電界に加えて、上側電極に印加される電圧Ｖｘに応じて発生する縦電界も作用するので、第１モードにおける電界のパターンを一層崩し易くなる。したがって、本実施形態によれば、第１電極１０３の付近の液晶の配向状態が一層安定化し易くなる。
【国際調査報告】
2013084319.tif 000043
2013084319.tif 000044
2013084319.tif 000045
2013084319.tif 000046
2013084319.tif 000047