(57)【要約】【課題】  各液晶光学素子を各々独立に制御することができる液晶光学素子アレイの提供。【解決手段】  液晶光学素子アレイを構成する液晶パネル５には、複数の画素電極６がマトリクス状に配列されている。各画素電極６には、駆動電圧をオンオフするスイッチング素子７がそれぞれ設けられている。このスイッチング素子７はソースドライバ３およびゲートドライバ４を介して制御回路２により制御される。画素電極６の一つ一つは各々液晶光学素子に対応しており、スイッチング素子７をオンすると画素電極６が形成する電界により液晶状態が変化し、例えばレンズ作用やプリズム作用を生じさせることができる。各画素電極６の駆動電圧は各々に設けられたスイッチング素子７により独立に制御されるので、各液晶光学素子をそれぞれ独立に制御することができる。【選択図】        図１
2006126721.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液晶層と、
前記液晶層を挟む一方の側に設けられ、前記液晶層の延在方向に沿って電界強度が変化する勾配電界を形成する画素電極を複数配列して成る画素電極群と、
前記画素電極群と対向するように前記液晶層の他方の側に設けられた対向電極と、
前記複数の画素電極の各々に電圧を印加する電圧印加手段と、
前記複数の画素電極に印加される電圧を各々独立して制御する制御手段とを備え、前記画素電極毎に一つの液晶光学素子が形成されることを特徴とする液晶光学素子アレイ。
【請求項２】
請求項１に記載の液晶光学素子アレイにおいて、
前記画素電極は、レンズ効果を生じる軸対称な勾配電界を形成することを特徴とする液晶光学素子アレイ。
【請求項３】
請求項１に記載の液晶光学素子アレイにおいて、
前記画素電極は、プリズム効果を生じる一方向に変化する勾配電界を形成することを特徴とする液晶光学素子アレイ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の液晶光学素子アレイにおいて、
光学素子を、前記各液晶光学素子に対応させてそれぞれ設けたことを特徴とする液晶光学素子アレイ。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の液晶光学素子アレイにおいて、
前記制御手段は前記各画素電極毎に設けられてそれらの印加電圧をオンオフするスイッチング素子であり、前記複数の画素電極をマトリクス状に配列して、配列した前記画素電極の境界が交差する領域に前記スイッチング素子を配置したことを特徴とする液晶光学素子アレイ。
【請求項６】
透明平板と、
前記透明平板の一方の面に配設された請求項２に記載のレンズ効果を有する液晶光学素子アレイと、
前記透明平板の他方の面に配設された請求項３に記載のプリズム効果を有する液晶光学素子アレイとを備え、
前記透明平板を挟むように設けられた前記一対の液晶光学素子アレイに含まれる液晶光学素子同士が互いに対向するように、前記一対の液晶光学素子アレイをそれぞれ配設したことを特徴とする液晶装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶光学素子を複数配列した液晶光学素子アレイ、およびその液晶光学素子アレイを備えた液晶装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、マイクロレンズのレンズ特性を可変できるマイクロレンズアレイとしては、光学材料としてネマティック液晶を用いた液晶マイクロレンズアレイが知られている（例えば、特許文献１参照）。この液晶マイクロレンズアレイは、マイクロレンズ部分となる領域に円形の開口部を有する開口パターン電極が複数形成された２枚のガラス基板により液晶層が挟まれた構成となっている。一対の電極に電圧を印加すると、開口部の中心を通る軸に対称な勾配電界が形成される。その電界により液晶分子が配向して軸対称な屈折率分布が生じ、レンズ効果が得られる。
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−２６１８３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した液晶マイクロレンズアレイは、複数の開口を有して対向する一対の電極に電圧を印加して、全ての液晶マイクロレンズの屈折力を同時に制御するものであって、個々の液晶マイクロレンズの屈折力を独立に変えることができなかった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１の発明による液晶光学素子アレイは、液晶層と、液晶層を挟む一方の側に設けられ、液晶層の延在方向に沿って電界強度が変化する勾配電界を形成する画素電極を複数配列して成る画素電極群と、画素電極群と対向するように液晶層の他方の側に設けられた対向電極と、複数の画素電極の各々に電圧を印加する電圧印加手段と、複数の画素電極に印加される電圧を各々独立して制御する制御手段とを備え、画素電極毎に一つの液晶光学素子が形成されることを特徴とする。
請求項２の発明は、請求項１に記載の液晶光学素子アレイにおいて、画素電極は、レンズ効果を生じる軸対称な勾配電界を形成する。
請求項３の発明は、請求項１に記載の液晶光学素子アレイにおいて、画素電極が、プリズム効果を生じる一方向に変化する勾配電界を形成する。
請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の液晶光学素子アレイにおいて、光学素子を、各液晶光学素子に対応させてそれぞれ設けるようにした。
請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の液晶光学素子アレイにおいて、制御手段は各画素電極毎に設けられてそれらの印加電圧をオンオフするスイッチング素子であり、複数の画素電極をマトリクス状に配列して、配列した画素電極の境界が交差する領域にスイッチング素子を配置したものである。
請求項６の発明による液晶装置は、透明平板と、透明平板の一方の面に配設された請求項２に記載のレンズ効果を有する液晶光学素子アレイと、透明平板の他方の面に配設された請求項３に記載のプリズム効果を有する液晶光学素子アレイとを備え、透明平板を挟むように設けられた一対の液晶光学素子アレイに含まれる液晶光学素子同士が互いに対向するように、一対の液晶光学素子アレイをそれぞれ配設したことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、液晶光学素子アレイに設けられたでは、各液晶光学素子の動作を各々独立に制御することができ、それにより例えば液晶光学素子アレイの領域に応じて光学的効果を変えることができるなど、従来の一括制御タイプの液晶光学素子アレイでは得られない新規な光学的効果を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、図を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。
−第１の実施の形態−
図１は本発明による液晶光学素子アレイの第１の実施の形態を示す図であり、液晶光学素子アレイとその駆動部の基本構成を示している。５は本実施の形態の液晶光学素子アレイを構成する液晶パネルである。液晶パネル５および駆動部の構成は、後述する液晶パネル５の電極構成等を除いて一般的なＴＦＴ液晶ディスプレイと同様であり、駆動部には電源回路１，制御回路２，ソースドライバ３，ゲートドライバ４が設けられている。
【０００８】
制御回路２は液晶パネル５を駆動するための制御信号を生成し、その生成された制御信号はソースドライバ３およびゲートドライバ４にそれぞれ入力される。液晶パネル５には、複数の画素電極６が上下左右にマトリクス状に配設され、画素電極６に印加される駆動電圧をオンオフするためのスイッチング素子（ＴＦＴ）７が各画素電極６毎に設けられている。ソース信号線およびゲート信号線の交点に設けられた各スイッチング素子７は、ソースドライバ３およびゲートドライバ４によりそれぞれ独立に駆動され、画素電極６に印加された駆動電圧のオンオフを画素電極６毎に独立に制御することができる。その結果、液晶パネル５には各画素電極６に対応して液晶光学素子がマトリクス状に形成され、液晶パネル５は液晶光学素子アレイとして機能することになる。
【０００９】
図２は液晶光学素子の動作を説明する図であり、液晶パネル５の一つの液晶光学素子に対応する部分の断面構造を模式的に示したものである。図２（ａ）に示すように、液晶パネル６は一対のガラス基板１０，１４の間に液晶８を充填した構造を有している。透明な導電材料から成る画素電極６は図示下側のガラス基板１４に形成されており、画素電極６には円形開口６ａが形成されている。
【００１０】
一方、図示上側のガラス基板１０には、コモン電極である対向電極１１が形成されている。画素電極６は図１に示したようにそれぞれ独立しているが、対向電極１１の場合には画素電極６の場合と同様に対向する画素電極６毎に分離独立していても良いし、ガラス基板１０の全面にわたって形成された一つの電極でも良い。対向電極１１は透明な導電材料で形成され、図２（ａ）に示す例では、対向電極１１にも画素電極６の円形開口６ａと対向する位置に円形開口１１ａが形成されている。もちろん、円形開口１１ａを形成しなくても良い。また、画素電極６を透明材料としたが、不透明材料としてもかまわない。
【００１１】
各電極６，１１上には配向膜１２がそれぞれ形成される。電極６，１１および配向膜１２が形成されたガラス基板１０，１４の間にはスペーサ９が配設され、スペーサ９により生じた空間には液晶８が充填されている。対向する一対の配向膜１２は、配向方向が互いに平行となるように配置されている。図２（ａ）は、スイッチング素子７がオフとなって電極６，１１間に駆動電圧が印加されていない状態を示したものであり、液晶分子８ａはねじれ等を生じることなくガラス基板１０，１４に平行に並んでいる。
【００１２】
図示上方から液晶パネル５に入射した光線Ｌ１〜Ｌ３は液晶８内を直進し、画素電極６の円形開口６ａおよび反対側のガラス基板１４を通過して、図示下方へと出射される。すなわち、スイッチング素子７がオフの場合には、画素電極６が設けられた領域に形成される液晶光学素子は、光線Ｌ１〜Ｌ３に対して屈折力を持たず、入射した光線Ｌ１〜Ｌ３をそのまま透過させる。
【００１３】
一方、図２（ｂ）に示すようにスイッチング素子７をオンして電極６，１１間に駆動電圧を印加すると、液晶８層の延在方向に沿って電界強度が変化する勾配電界が形成される。画素電極６の場合、円形開口６ａの中心軸に対称な電界が発生し、円形開口６ａの中央部は電界が弱く、円形開口６ａの周辺部に近づくに従って電界が強くなる。液晶分子８ａは電界方向に揃うように配向が変化し、その変化の程度は電界強度に依存するため、円形開口６ａの周辺部ほど液晶分子８ａが立ち上がり、円形開口６ａの中心部に近づくほど変化が少なくなりほとんどガラス基板１０，１４に平行のままとなっている。
【００１４】
その結果、円形開口６ａの部分の液晶８は、円形開口６ａの中心から周辺へと遠ざかるほど屈折力が大きくなる状態となっており、液晶光学素子は凸レンズとして作用することになる。上述したように、液晶分子８ａの立ち上がりは電界強度に依存しているので、本実施の形態の液晶光学素子アレイは駆動電圧の大きさを制御することによって屈折力を変えることができる可変液晶マイクロレンズアレイを構成している。また、本実施の形態では、各画素電極６に印加された駆動電圧を独立に制御できるような構成としたので、マトリクス状に配された各液晶マイクロレンズ毎に屈折力を変えることができる。
【００１５】
液晶パネル５の場合も、通常の液晶ディスプレイの場合と同様に３０Ｈｚ程度の速度で液晶８の状態を変更できる。そのため、例えば液晶ディスプレイの前面に本実施の形態の液晶光学素子アレイ（液晶パネル５）を配置して用いるような場合でも、液晶ディスプレイの画像信号に対応した速度で各液晶マイクロレンズの屈折力を独立に制御することができる。また、より高速な反応が可能な液晶材料や回路を用いれば、さらに高速な駆動も可能であり、単位時間内に複数の焦点位置を生じさせることもできる。液晶８には一般的なネマチック液晶を用いられるが、他の種類の液晶を使用しても良い。
【００１６】
図３は、図２に示した液晶光学素子アレイの第１の変形例を示す図である。なお、図３では電源回路１および制御回路２の図示を省略した。液晶光学素子アレイでは液晶パネル５の各画素を液晶光学素子として使用するため画素形状の制約が大きく、例えば、マイクロレンズの場合には縦横比が異なったり凹凸のある形状を取ることは好ましくなく、正円または正方形が望ましい。図１に示した例では、正方形の画素電極６を縦横に配列し、横に並んだ画素電極６の間に隙間を形成してスイッチング素子７を配設するような構成としている。しかしながら、スイッチング素子７配設のための隙間が大きく、液晶光学素子の高集積化を妨げる要因となっており、光利用効率の向上がはかれない。
【００１７】
そこで、図３に示す液晶パネル２５で構成される液晶光学素子アレイは、円形開口２６０ａが形成された画素電極２６０の形状を正方形とせず、正方形の四隅部分を切り欠いた八角形とした。八角形の画素電極２６０を縦横に配列した場合、画素電極２６０同士の上下の隙間がほとんど形成されないように配列しても、画素電極２６０の四隅部分すなわち縦横の境界が交差する領域に正方形状の隙間２７０が形成される。そして、この隙間２７０にスイッチング素子７を配設するようにした。図１および３を比較すれば明らかなように、画素電極がほぼ隙間無く並んでいる図３の場合の方が円形開口間の距離が小さくなり集積度が向上している。
【００１８】
図４は液晶光学素子アレイの第２の変形例を示す図であり、画素電極２６０の変形例を示したものである。図４に示す画素電極３６０は、図３の画素電極２６０と異なり、複数の線状電極３６０ａ，３６０ｂで構成されている。線状電極３６０ａの各々は円形をしており、同心円となるように配置されている。一方、線状電極３６０ｂの各々は円弧状をしており、前記同心円と同一中心の円弧を形成している。線状電極３６０ａ，３６０ｂ間の間隔は画素電極３６０の周辺に近づくほど小さくなっている。
【００１９】
そのため、画素電極６の場合と同様に、画素電極３６０の中心から周辺へと遠ざかるにつれて電界強度が大きくなり、画素電極３６０領域の液晶８は凸レンズとして作用することになる。なお、図４の画素電極３６０では、各線状電極３６０ａ，３６０ｂ間の間隔を変えることにより中心から周辺へと遠ざかるにつれて電界強度が大きくなるようにしたが、間隔を同じにして各線状電極３６０ａ，３６０ｂの幅を変えるようにしても良い。
【００２０】
−第２の実施の形態−
上述した第１の実施の形態では、透過型の液晶光学素子アレイについて説明したが、本第２の実施の形態では反射型の液晶光学素子アレイについて説明する。図５は反射型液晶光学素子アレイを説明する図であり、図２の場合と同様に一つの液晶光学素子領域の断面を示したものである。図５に示す液晶光学素子はシリコンを基板とした反射型マイクロディスプレイと同様の構造で、一般的なＬＣＯＳ素子とほぼ同一構造となっている。
【００２１】
液晶パネル３５のシリコン基板２０には遮光層１９で保護された駆動回路２１が形成されており、画素電極１８をアクティブマトリクス駆動することができる。画素電極１８の上には、順に反射層１７，配向膜１２が形成されている。ガラス基板１０には対向電極１６および配向膜１２が順に形成され、スペーサ９によって形成された隙間には液晶８が充填されている。
【００２２】
駆動回路２１により画素電極１８に駆動電圧を印加すると、発生した電界によって液晶８内の液晶分子ａの配向方向が変化し、画素電極１８に対向する領域の液晶８はマイクロレンズとして機能するようになる。図示上方から入射した光線Ｌ１、Ｌ３は、液晶８層を通過して反射層１７で反射され、再び液晶８層を上方に通過した後、ガラス基板１０を透過して上方に出射される。光線Ｌ１，Ｌ３は、液晶８層を往復する間に図のように屈折する。
【００２３】
上述した透過型の液晶光学素子アレイを構成する液晶パネル５では、スイッチング素子７や配線等が配置される領域は液晶光学素子形成領域として利用することができない。よって、図６（ａ）に示すように画素電極６の開口６ａに対応する領域５ａのみが液晶マイクロレンズとして機能するため、光利用効率が不十分となってしまう。
【００２４】
一方、図５に示す反射型液晶光学素子アレイの場合には、駆動回路２１や配線等は画素電極１８の背面側であるシリコン基板２１に形成され、光線Ｌ１，Ｌ３は反射膜１７で反射されて図示上方に出射される。そのため、配線等の配置に煩わされることなくレンズ間隔を狭くすることができる。その結果、図６（ｂ）に示すように液晶パネル３５のほぼ全面をレンズの有効面積として用いることができ、液晶光学素子３５ｂの高集積化および高光利用効率を実現することができる。
【００２５】
−第３の実施の形態−
図７は本発明による液晶光学素子アレイの第３の実施の形態を示す図である。液晶パネル５０にはスダレ状の画素電極２３が縦横に配列されている。なお、電源回路１および制御回路２の図示は省略しているが、その他の構成は１に示した光学素子アレイと同様である。各画素電極２３は縦長の複数の電極２３ａ〜２３ｅを左右方向に並べたものであり、左側の電極ほど幅が広くなっている。
【００２６】
図８は液晶パネル５０の一部を示す断面図であり、２画素分（２つの液晶光学素子）について断面したものである。対向電極２１も画素電極２３と同様のスダレ構造となっている。図８は、画素電極２３に駆動電圧を印加した場合と印加していない場合とを示したものであり、図示右側の画素電極２３には駆動電圧が印加されておらず、右側の画素電極２３には駆動電圧が印加されている。
【００２７】
駆動電圧が印加されていない場合には、液晶分子８ａはガラス基板１０，１４と平行になって液晶光学素子は機能せず、入射した光線Ｌはそのまま直進して透過する。一方、スダレ状の画素電極２３に駆動電圧が印加されると、図示上下方向に電界が形成される。電極２３ａ〜２３ｅは左側のものほど幅が狭いため、電界強度は右側から左側へと小さくなっている。その結果、右側の液晶分子８ａほど立ち上がりの角度が大きくなり、左から右へと屈折力が上がる状態となっており、液晶光学素子はプリズムとして作用することになる。すなわち図８の液晶光学素子アレイは可変液晶マイクロプリズムアレイを構成しており、入射した光線Ｌを図示右側へと屈折させて出射する。
【００２８】
−第４の実施の形態−
図９は、液晶パネル５を用いた液晶光学素子アレイ（可変液晶マイクロレンズアレイ）と従来のマイクロレンズアレイとを組み合わせた光学システムを示す図である。この光学システムは、図２に示した液晶パネル５のガラス基板１０の上面に屈折力が固定のマイクロレンズアレイ２２を配置したものである。マイクロレンズアレイ２２は、各マイクロレンズ２２ａの光軸と液晶パネル５の各液晶光学素子（液晶マイクロレンズ）５Ａの光軸とが一致するように配置されている。
【００２９】
例えば、可変液晶マイクロレンズアレイと他の光学系とを組み合わせたときに、可変液晶マイクロレンズアレイの焦点調節範囲が他の光学系とマッチングが取れない場合には、図９のような光学システムとすることにより、所望の位置に焦点の可変範囲を合致させることができる。液晶パネル５と組み合わせる屈折力固定のマイクロレンズアレイとしては、図９のような一般的なマイクロレンズアレイ２２の他に、フレネルレンズ、バイナリレンズ、回折格子レンズなどを用いることができる。
【００３０】
一方、図１０に示す光学システムは、液晶光学素子アレイとして図８に示した液晶パネル（可変液晶マイクロプリズムアレイ）５０を用い、可変液晶マイクロプリズムアレイと屈折力固定のマイクロプリズムアレイ２４とを組み合わせたものである。この場合も、マイクロプリズムアレイ２４は、各マイクロプリズム２４ａが液晶パネル５０の各液晶光学素子（液晶マイクロプリズム）５０Ａと一対一で対向するように配置されている。なお、図１０では、左側の液晶光学素子５０Ａには駆動電圧が印加されているが、右側の液晶光学素子５０Ａには駆動電圧が印加されていない。
【００３１】
図１０の光学システムの場合も、可変液晶マイクロプリズムアレイの可変範囲だけでは所望の偏角が得られないときに、屈折力固定のマイクロプリズムアレイ２４を付加することによって要求された偏角を実現することができる。なお、光学システムとしては、図９，１０に示したもの以外に、可変液晶マイクロプリズムアレイに屈折力固定のマイクロレンズアレイを組み合わせても良いし、可変液晶マイクロレンズアレイに屈折力固定のマイクロプリズムアレイを組み合わせても良い。
【００３２】
また、液晶パネル５のガラス基板１０だけではなくガラス基板１４の下面にもマイクロレンズアレイ２２を配置しても良いし、同様に、液晶パネル５０のガラス基板１４の下面にもマイクロプリズムアレイ２４を配置しても良い。さらに、ガラス基板１１とマイクロレンズアレイ２２またはマイクロプリズムアレイ２４とを一体化して形成してもかまわない。
【００３３】
−第５の実施の形態−
上述した第４の実施の形態では、液晶光学素子アレイと屈折率固定のマイクロレンズアレイまたはマイクロプリズムアレイを組み合わせたが、本実施の形態では、図１１に示す液晶パネル４５のように２つの液晶光学素子アレイを組み合わせた液晶光学系とした。図１１は、液晶パネル４５の一部すなわち液晶光学素子アレイの２画素分を示したものであり、駆動系の構成は図１に示したものと同様であり図示を省略した。
【００３４】
液晶パネル４５には、３枚のガラス基板４５１，４５２，４５３がスペーサ９により隙間を空けて設けられており、各隙間には液晶８が充填されている。ガラス基板４５１，４５２の対向する面には、図２の場合と同様の対向電極１１および画素電極６が形成されている。一方、ガラス基板４５２，４５３の対向する面には、図８の場合と同様の対向電極２１および画素電極２３が形成されている。各電極６，１１，２１，２３上には配向膜１２が形成されている。
【００３５】
本実施の形態における液晶パネル４５においては、ガラス基板４５１からガラス基板４５２までの構成が可変液晶マイクロレンズアレイ４５Ａを形成しており、ガラス基板４５２からガラス基板４５３までの構成が可変液晶マイクロプリズムアレイ４５Ｂを構成している。可変液晶マイクロレンズアレイ４５Ａおよび可変液晶マイクロプリズムアレイ４５Ｂは、液晶光学素子である液晶マイクロレンズおよび液晶マイクロプリズムが同一配列で形成されており、液晶マイクロレンズの光軸と液晶マイクロプリズムの光軸とが一致するように構成されている。
【００３６】
図１１において、２つの液晶マイクロレンズはオン状態となっており、図示右側の液晶マイクロプリズムはオフ状態、図示左側の液晶マイクロプリズムはオン状態となっている。図示上方から右側の液晶マイクロレンズに入射した光線は液晶マイクロレンズにより屈折され、オフ状態の液晶マイクロプリズムを透過して液晶パネル４５の下方に集光される。一方、右側の液晶マイクロレンズに入射した光線は同様に屈折作用を受けた後、さらに、オン状態の液晶マイクロプリズムにより右方向に屈折されて液晶パネル４５より出射される。
【００３７】
その結果、光軸方向の焦点位置変化ａ、光軸に直角な方向の焦点位置変化ｂおよび光線の偏角ｃを生じさせることができる。図１１では上方から同一状態の光線が入射した場合を示したが、逆に、液晶パネル４５の下面側に液晶表示装置等の二次元表示素子を配設して図示上方から観察する場合を考えると、上方に出射される光線の方向と収束状態とを可変とすることができる。
【００３８】
図１２は、可変液晶マイクロレンズアレイ、可変液晶マイクロプリズムアレイおよび二次元表示素子とを組み合わせた三次元表示装置６０の構成を示す分解斜視図である。図１２に示す液晶装置は、二次元表示素子６１の上に可変液晶マイクロレンズアレイ６２および可変液晶マイクロプリズムアレイ６３を順に積層したものであり、図１１に示した液晶パネル４５の下側に二次元表示素子６１を設けたものに相当している。６４は二次元表示素子６１用の表示素子駆動回路であり、６５は可変液晶マイクロレンズアレイ６２用のレンズ駆動回路であり、６６は可変液晶マイクロプリズムアレイ６３用のプリズム駆動回路である。
【００３９】
図１３は、図１２の三次元表示装置６０の動作を説明する図である。７０，７１は三次元表示装置６０に表示された映像を観察している人物の左眼および右眼である。三次元表示装置６０では、二次元表示装置に左眼用および右眼用の視差映像を交互に表示して、三次元的な映像が観察されるようにしたものである。
【００４０】
まず、二次元表示素子６１に左眼用映像を表示する。図１３では表示画素６１ａに遠景画像７２が表示され、表示画素６１ｃに近景画像７３が表示されている。遠景画像７２が表示されている表示画素６１ａに対応する液晶マイクロレンズ６２ａは、表示画素６１ａからの光を平行光として出射するように焦点距離が調整されている。一方、近景画像７３が表示されている表示画素６１ｃに対応する液晶マイクロレンズ６２ｃは、近景画像７３の映像距離に応じた発散光を出射するように焦点距離が調整される。各液晶マイクロレンズ６２ａ，６２ｃから出射された光は、それぞれ右眼７０に投影されるように各々に対応する液晶マイクロプリズム６３ａ，６３ｃの偏角が調整される。
【００４１】
次に、右眼用映像を二次元表示素子６１に表示する。図１３では、表示画素６１ｂに遠景画像７２が表示され、表示画素６１ｄに近景画像７３が表示されている。左眼用映像の場合と同様に、表示画素６１ｂに対応する液晶マイクロレンズ６２ｂは平行光を出射するように焦点距離が調整され、液晶マイクロプリズム６３ｂは遠景画像７２が右眼７１に投影されるように偏角が調整される。一方、表示画素６１ｄに対応する液晶マイクロレンズ６２ｄは映像距離に応じた発散光を出射するように焦点距離が調整され、液晶マイクロプリズム６３ｄは近景画像７３が右眼７１に投影されるように偏角が調整される。
【００４２】
このように、液晶マイクロレンズアレイ６２は映像に応じた光学的距離を与える光学素子として機能し、液晶マイクロプリズムアレイ６３は左右視差を与える光学素子として機能している。上述したような、左眼用映像と右眼用映像とを繰り返し表示することにより、光学的距離を与えられた視差映像を左右各々の眼に投影することができ、遠近感のある三次元映像を鑑賞することができる。なお、視差映像の表示については、上述したような時間分割の代わりに左眼用画像および右眼用画像を空間分割的に表示して、各画像を対応する左右の眼に投影するようにしても良い。
【００４３】
上述した第１〜５の実施の形態の作用効果をまとめると以下のようになる。本発明の液晶光学素子アレイでは、各液晶光学素子の画素電極の駆動電圧を各々独立に制御することができる。その結果、液晶光学素子アレイの光学的効果をその領域に応じて変えることができる。
【００４４】
さらに、液晶光学素子アレイと従来のマイクロレンズアレイやマイクロプリズムを組み合わせて用いたり、可変液晶マイクロレンズアレイや可変液晶マイクロプリズムアレイを組み合わせて用いることにより、従来の一括制御タイプの装置では得られない種々の光学的効果を得ることができる。例えば、図１２に示すような表示素子６１に液晶光学素子アレイ（液晶レンズアレイ６２および液晶プリズムアレイ６３）を用いることにより、三次元表示装置６０を容易に構成することができる。なお、スイッチング素子７の配置を図３に示すように配置とすることで、液晶光学素子の集積度を向上させることができ、光利用効率の向上を図ることができる。
【００４５】
以上説明した実施の形態と特許請求の範囲の要素との対応において、電源回路１は電圧印加手段を、スイッチング素子７は制御手段を、ガラス基板４５２は透明平板をそれぞれ構成する。また、本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明による液晶光学素子アレイの第１の実施の形態を示す図であり、液晶光学素子アレイとその駆動部の基本構成を示している。
【図２】液晶光学素子の動作を説明する図であり、（ａ）は駆動電圧を印加しない場合、（ｂ）は駆動電圧を印加した場合である。
【図３】液晶光学素子アレイの第１の変形例を示す図である。
【図４】液晶光学素子アレイの第２の変形例を示す図である。
【図５】反射型液晶光学素子アレイを説明する図である。
【図６】（ａ）は液晶パネル５の平面図、（ｂ）は液晶パネル３５の平面図である。
【図７】液晶光学素子アレイの第３の実施の形態を示す図である。
【図８】液晶パネル５０の一部を示す断面図である。
【図９】液晶パネル５を用いた液晶光学素子アレイと従来のマイクロレンズアレイとを組み合わせた光学システムを示す図である。
【図１０】可変液晶マイクロプリズムアレイと屈折力固定のマイクロプリズムアレイとを組み合わせた光学システムを示す図である。
【図１１】本発明の第５の実施の形態を示す図である。
【図１２】三次元表示装置６０の構成を示す分解斜視図である。
【図１３】三次元表示装置６０の動作を説明する図である。
【符号の説明】
【００４７】
１  電源回路
２  制御回路
３  ソースドライバ
４  ゲートドライバ
５，２５，３５，４５，５０  液晶パネル
５Ａ，５０Ａ  液晶光学素子
６，２３，２６０、３６０  画素電極
６ａ，２６０ａ  円形開口
７  スイッチング素子
８  液晶
８ａ  液晶分子
１０，１４，４５１〜４５３  ガラス基板
１１，２１  対向電極
１２  配向膜
１９  遮光層
２０  シリコン基板
２１  駆動回路
２２  マイクロレンズアレイ
２４  マイクロプリズムアレイ
４５Ａ，６２  可変液晶マイクロレンズアレイ
４５Ｂ、６３  可変液晶マイクロプリズムアレイ
６０  三次元表示装置
６１  二次元表示素子
３６０ａ，３６０ｂ  線状電極
【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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