(57)【要約】【課題】応答速度を向上させた液晶レンズの構成を得る。【解決手段】液晶レンズ１１は、基板１１１と、前記基板１１１上に形成された主電極１１４および補助電極１１５と、前記基板１１１と対向する対向基板１１３と、前記対向基板１１３上に形成された共通電極１１６と、前記基板１１１および対向基板１１３に挟持された液晶層１１２と、前記主電極１１４、補助電極１１５、および共通電極１１６の電位を制御する制御部１１９とを備える。前記制御部１１９は、前記主電極１１４と前記共通電極１１５との間に電位差を有するＯＮ状態と、前記ＯＮ状態よりも電位差の小さいＯＦＦ状態とを切り替え、前記ＯＮ状態からＯＦＦ状態へ切り替える際に、前記主電極１１４と前記補助電極１１５との間に電位差を生じさせる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に形成された主電極および補助電極と、
前記基板と対向する対向基板と、
前記対向基板上に形成された共通電極と、
前記基板および対向基板に挟持された液晶層と、
前記主電極、補助電極、および共通電極の電位を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記主電極と前記共通電極との間に電位差を有するＯＮ状態と、前記ＯＮ状態よりも電位差の小さいＯＦＦ状態とを切り替え、前記ＯＮ状態からＯＦＦ状態へ切り替える際に、前記主電極と前記補助電極との間に電位差を生じさせる、液晶レンズ。
【請求項２】
前記補助電極は、前記主電極に対して対称に配置されている、請求項１に記載の液晶レンズ。
【請求項３】
１つの主電極に対し、２組以上の補助電極を備える、請求項２に記載の液晶レンズ。
【請求項４】
前記制御部は、ＯＮ状態のときに、前記補助電極と前記共通電極との間に電位差を生じさせる、請求項１〜３のいずれか一項に記載の液晶レンズ。
【請求項５】
前記液晶層は、負の誘電率異方性を有する液晶分子からなる、請求項１〜４のいずれか一項に記載の液晶レンズ。
【請求項６】
画像を表示可能な表示装置と、
請求項１〜５のいずれか一項に記載の液晶レンズとを備える、立体表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶レンズおよびこれを用いた立体表示装置に関し、より詳しくは、液晶レンズを用いて、２次元表示と３次元表示とを切り替え可能に構成した立体表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、特殊な眼鏡等を装着する必要がない、いわゆる裸眼立体視が可能な立体表示装置が知られている。特開２００７−３３６００２号公報（特許文献１）には、いわゆる多眼方式による裸眼立体視可能な立体表示装置が開示されている。
【０００３】
特許文献１に記載の立体表示装置の原理は、概ね次の通りである。立体表示装置は、表示面に多方向から撮影した画像を規則的に並べて表示する。表示面の前面には、複数のレンチキュラレンズが、一定の間隔で配置されている。レンチキュラレンズによって、多方向から撮影された画像の各々が分離される。ユーザは、この表示装置を最適な視位置で観察することで、分離された画像を左右の眼で観察し、視差による立体感を感じることができる。
【０００４】
特開２０１０−２８２０９０号公報（特許文献２）には、液晶レンズを用いた立体表示装置が開示されている。特許文献２には、液晶レンズを用いて、レンチキュラレンズを可変に構成することが記載されている。
【０００５】
特開２００２−３６５６５７号公報（特許文献３）には、応答速度の向上を図ることができる液晶装置が開示されている。この液晶表示装置は、素子基板と、これに対向する対向基板と、これらに挟持された液晶層とからなり、素子基板上には画素電極が、対向基板上には共通電極が設けられている。そして、画素電極の上方に絶縁膜を介して、液晶層に横電界を印加するための櫛歯電極が設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−３３６００２号公報
【特許文献２】特開２０１０−２８２０９０号公報
【特許文献３】特開２００２−３６５６５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載されているように、多眼方式による立体表示装置は、多方向から撮影した画像を規則的に並べて表示する。そのため、視点の数だけ解像度が低下する。立体表示装置は、２次元表示モードと３次元表示モードとを切り替え可能に構成され、２次元表示モードにおいては解像度が維持されることが好ましい。
【０００８】
特許文献２には、液晶レンズを用いてレンチキュラレンズを可変に構成し、２次元表示モードと３次元表示モードとを切り替えることが記載されている。
【０００９】
しかしながら、液晶レンズによって焦点距離の短いレンズを形成するためには、液晶層を厚く形成する必要がある。特に、多眼方式では視点の数が増えるほど、液晶層を厚くする必要がる。液晶の応答速度は、液晶層の厚さの２乗に反比例する傾向があり、液晶層が厚くなると応答速度が顕著に低下する。
【００１０】
特許文献３に記載された、応答速度を向上させた液晶装置の構成では、素子基板に電極を２層で形成する必要がある。そのため製造工程が増加し、高コストとなる。また、画素電極の直上には横電界が印加されにくいという問題がある。
【００１１】
本発明の目的は、応答速度を向上させた液晶レンズの構成を得ることである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
ここに開示する液晶レンズは、基板と、前記基板上に形成された主電極および補助電極と、前記基板と対向する対向基板と、前記対向基板上に形成された共通電極と、前記基板および対向基板に挟持された液晶層と、前記主電極、補助電極、および共通電極の電位を制御する制御部とを備える。前記制御部は、前記主電極と前記共通電極との間に電位差を有するＯＮ状態と、前記ＯＮ状態よりも電位差の小さいＯＦＦ状態とを切り替え、前記ＯＮ状態からＯＦＦ状態へ切り替える際に、前記主電極と前記補助電極との間に電位差を生じさせる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、応答速度を向上させた液晶レンズの構成が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本発明の一実施形態にかかる立体表示装置の概略構成を示す分解斜視図である。
【図２】図２は、図１におけるＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図であって、本発明の第１の実施形態にかかる液晶レンズの構成を模式的に示したものである。
【図３】図３は、主電極と共通電極との間に電圧Ｖｏｎが印加された場合における液晶レンズの模式図である。
【図４】図４は、主電極と共通電極との間に電圧Ｖｏｆｆが印加された場合における液晶レンズの模式図である。
【図５】図５は、液晶レンズの補助電極の効果を説明するための図である。
【図６】図６は、液晶レンズの補助電極の他の効果を説明するための図である。
【図７】図７は、本発明の第２の実施形態にかかる液晶レンズの構成を模式的に示す断面図である。
【図８】図８は、本発明の第３の実施形態にかかる液晶レンズの構成を模式的に示す断面図である。
【図９】図９は、主電極と共通電極との間に電圧Ｖｏｎが印加された場合における液晶レンズの模式図である。
【図１０】図１０は、主電極と共通電極との間に電圧Ｖｏｆｆが印加された場合における液晶レンズの模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の一実施形態にかかる液晶レンズは、基板と、前記基板上に形成された主電極および補助電極と、前記基板と対向する対向基板と、前記対向基板上に形成された共通電極と、前記基板および対向基板に挟持された液晶層と、前記主電極、補助電極、および共通電極の電位を制御する制御部とを備える。前記制御部は、前記主電極と前記共通電極との間に電位差を有するＯＮ状態と、前記ＯＮ状態よりも電位差の小さいＯＦＦ状態とを切り替え、前記ＯＮ状態からＯＦＦ状態へ切り替える際に、前記主電極と前記補助電極との間に電位差を生じさせる（第１の構成）。
【００１６】
上記の構成によれば、制御部は、ＯＮ状態からＯＦＦ状態へ切り替える際に、主電極と補助電極との間に電位差を生じさせる。主電極と補助電極とは同一の基板上に形成されている。そのため、液晶層に対して、基板と平行な方向に電界が形成される。ＯＮ状態のときに主電極と共通電極との間の電位差によって形成されていた電界と、交差する方向に電界を加えることで、液晶層の液晶分子の配向変化をアシストし、応答速度を向上させる。
【００１７】
上記第１の構成において、前記補助電極は、前記主電極に対して対称に配置されていても良い（第２の構成）。
【００１８】
上記の構成によれば、各補助電極に単一の電位を与えることで、対称な電界を形成することができる。
【００１９】
上記第２の構成において、１つの主電極に対し、２組以上の補助電極を備えていても良い（第３の構成）。
【００２０】
上記の構成によれば、各補助電極の電位を制御することによって、より緻密に電界を制御できる。これにより、応答速度をより向上させることができる。
【００２１】
上記第１〜第３のいずれかの構成において、前記制御部は、ＯＮ状態のときに、前記補助電極と前記共通電極との間に電位差を生じさせても良い（第４の構成）。
【００２２】
上記の構成によれば、前記補助電極と前記共通電極との間の電位差によって形成される電界によって、ＯＦＦ状態からＯＮ状態へ移行する際の、液晶層の液晶分子の勾配の変化をアシストする。これにより、ＯＦＦ状態からＯＮ状態へ移行する際の応答速度を向上させることができる。
【００２３】
また、主電極と補助電極とによって、電界をより緻密に制御できる。これにより、液晶層の液晶分子の勾配をより緻密に制御できるため、レンズ特性を向上させることができる。
【００２４】
上記第１〜第４のいずれかの構成において、前記液晶層は、負の誘電率異方性を有する液晶分子からなるものを用いても良い（第５の構成）。
【００２５】
本発明の一実施形態にかかる立体表示装置は、画像を表示可能な表示装置と、上記第１〜第５のいずれかの構成にかかる液晶レンズとを備える（立体表示装置の第１の構成）。
【００２６】
［実施の形態］
以下、図面を参照し、本発明の実施の形態を詳しく説明する。図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。なお、説明を分かりやすくするために、以下で参照する図面においては、構成が簡略化または模式化して示されたり、一部の構成部材が省略されたりしている。また、各図に示された構成部材間の寸法比は、必ずしも実際の寸法比を示すものではない。
【００２７】
[全体の構成]
図１は、本発明の一実施形態にかかる立体表示装置１の概略構成を示す分解斜視図である。立体表示装置１は、液晶レンズ１１、位相差板１２、スペーサ１３、液晶ディスプレイ１４、およびバックライト１５を備えている。
【００２８】
液晶レンズ１１および液晶ディスプレイ１４は、ともに平面視で概略矩形の板状形状で、主面（最も面積の大きい面）の大きさが、互いに略等しく形成されている。
【００２９】
液晶レンズ１１は、詳しい構成は後述するが、一対の基板と、これに挟持された液晶層とを備える。液晶レンズ１１は、液晶層内の液晶分子の配向を変化させることで、液晶層を通る光の挙動を変化させる。
【００３０】
液晶レンズ１１の背面には、位相差板１２が配置されている。位相差板１２は、液晶ディスプレイ１４から出射される光の偏光方向を調整し、液晶レンズ１１の液晶分子の配向が変化する方向と一致させる。なお、本実施形態では位相差板１２を使用するが、液晶ディスプレイ１４から出射される光の偏光方向によっては、位相差板１２はなくても良い。
【００３１】
位相差板１２の背面には、スペーサ１３を介して、液晶ディスプレイ１４が配置されている。液晶ディスプレイ１４は、アクティブマトリクス基板と、これに対向して配置されたカラーフィルタ基板と、両基板に挟持された液晶層とを備えている。アクティブマトリクス基板には、ＴＦＴ（Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｉｔｏｒ）と画素電極とがマトリクス状に形成されている。液晶ディスプレイ１４は、ＴＦＴを制御することによって、任意の画素電極上の液晶層内の液晶分子の配向を変化させる。これにより、液晶ディスプレイ１４は、任意の画像を表示することができる。
【００３２】
液晶ディスプレイ１４の背面には、バックライト１５が配置されている。バックライト１５は、液晶ディスプレイ１４に光を照射する。
【００３３】
立体表示装置１は、液晶レンズ１１と、液晶ディスプレイ１４とを連動して制御することによって、２次元表示モードと３次元表示モードとを切り替える。
【００３４】
２次元表示モードでは、液晶ディスプレイ１４は、通常の２次元画像を表示する。このとき、液晶レンズ１１の液晶層内の液晶分子は一様に配向しており、液晶レンズ１１を通る光は、殆どそのまま進行する。これにより、立体表示装置１には、通常の２次元画像が表示される。
【００３５】
３次元表示モードでは、液晶ディスプレイ１４は、多方向から撮影した画像を規則的に並べて表示する。これと対応して、液晶レンズ１１は、液晶層内の液晶分子の配向を規則的に変化させる。これにより、最適な位置で立体表示装置１を観察すると、左右の眼に異なる画像が届く。すなわち、立体表示装置１は、３次元表示モードでは、いわゆる視差方式による立体表示を行う。
【００３６】
以上、立体表示装置１の概略構成を説明した。なお、立体表示装置１は、液晶ディスプレイ１４以外の任意の表示装置を備えていても良い。
【００３７】
［第１の実施形態］
以下、液晶レンズ１１の構成について詳しく述べる。以下では、図１に示すように、液晶レンズ１４の長辺方向をｘ方向、短辺方向をｙ方向、厚さ方向をｚ方向と呼んで参照する。
【００３８】
図２は、図１におけるＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図であって、液晶レンズ１１の構成を模式的に示したものである。液晶レンズ１１は、制御基板１１１と、対向基板１１３と、両基板に挟持された液晶層１１２と、制御部１１９とを備える。
【００３９】
本実施形態では、液晶層１１２を構成する液晶分子１１２ａとして、誘電率異方性が正のものを用いる。液晶分子１１２ａは、複屈折性を有している。すなわち、光学軸に平行に振動する光に対する屈折率ｎｅと、光学軸に垂直に振動する光に対する屈折率ｎｏとが異なっている。液晶分子１１２ａは、Δｎ＝ｎｅ−ｎｏの値の大きいものが好ましい。
【００４０】
制御基板１１１には、複数の主電極１１４が形成されている。主電極１１４のそれぞれはｙ方向に沿って細長に形成され、それらが互いに平行になるようにｘ方向に沿って一定間隔で配置されている。
【００４１】
それぞれの主電極１１４の両脇には、１組の補助電極１１５が略対称な位置に形成されている。補助電極１１５も主電極１１４と同様に、ｙ方向に沿って細長に形成されている。
【００４２】
主電極１１４および補助電極１１５を覆って、配向膜１１７が形成されている。
【００４３】
対向基板１１３には、全面に共通電極１１６が形成されている。共通電極１１６を覆って、配向膜１１８が形成されている。
【００４４】
配向膜１１７および１１８には、配向処理によって、ｘ方向と平行に複数の溝が形成されている。配向膜１１７および１１８によって、液晶層１１２に電圧が印加されていない状態（電圧無印加状態）では、液晶分子１１２ａは、分子長軸がｘ方向と平行になるように配向している。
【００４５】
制御部１１９は、主電極１１４、補助電極１１５、および共通電極１１６に、それぞれ異なる電位を与えることができるように構成されている。
【００４６】
図３および図４を用いて、液晶レンズ１１の動作について説明する。
【００４７】
図３は、主電極１１４と共通電極１１６との間に制御部１１９によって電圧Ｖｏｎ（例えば１０Ｖ）が印加された場合における液晶レンズ１１の模式図である。液晶分子１１２ａは、電圧Ｖｏｎによって生じる電界と分子長軸とが平行になるように配向する。図３に示すように、主電極１１４近傍の液晶分子１１２ａの分子長軸は、ｚ方向と平行に配向する。主電極１１４から離れるにつれて、液晶分子１１２ａの長軸は、ｚ方向からｘ方向に傾いていく。
【００４８】
液晶分子１１２ａの配向方向の変化にしたがって、液晶層１１２の屈折率が変化する。そのため、液晶層１１２は、ｘ方向に屈折率分布を有する。液晶層１１２は、この屈折率分布によって、図３に破線の矢印で示したように、液晶層１１２に入射した光を集光することができる。すなわち、液晶レンズ１１は屈折率分布型レンズ（Ｇｒａｄｉｅｎｔ  Ｉｎｄｅｘ  Ｌｅｎｓ、ＧＲＩＮレンズ）として機能する。
【００４９】
図４は、主電極１１４と共通電極１１６との間に制御部１１９によって電圧Ｖｏｆｆ（Ｖｏｎ＞Ｖｏｆｆであり、Ｖｏｆｆは例えば０Ｖ）が印加された場合における液晶レンズ１１の模式図である。液晶分子１１２ａは、配向膜１１７および１１８によって、分子長軸がｘ方向と平行になるように配向している。
【００５０】
液晶分子１１２ａが一様に配向しているため、液晶層１１２の屈折率も一様となる。図４に破線の矢印で示したように、液晶層１１２に入射した光は、隣接する媒体との屈折率差によりわずかに屈折するが、殆どそのまま進行する。すなわち、電圧無印加状態では液晶レンズ１１はＧＲＩＮレンズとして機能しない。
【００５１】
このように、液晶レンズ１１は、主電極１１４と共通電極１１６との間の電位差を制御部１１９によって制御することによって、ＧＲＩＮレンズとしての機能を制御する。以下、液晶レンズ１１がＧＲＩＮレンズとして機能している状態（図３）をＯＮ状態、ＧＲＩＮレンズとして機能していない状態（図４）をＯＦＦ状態と呼んで参照する。
【００５２】
既述のように、液晶分子１１２ａの応答速度は、液晶層１１２の厚さの２乗に反比例する。そのため、液晶層１１２を厚くしたときの応答速度が問題となる。ＯＦＦ状態からＯＮ状態への移行は、主電極１１４と共通電極１１６との間に制御部１１９によって電圧を印加することで行われる。一方、ＯＮ状態からＯＦＦ状態への移行は、従来、これを制御する手段がなかったために特に遅かった。
【００５３】
図５は、液晶レンズ１１の補助電極１１５の効果を説明するための図である。なお、図５では、図を見易くするため、液晶層１１２、液晶分子１１２ａ、配向膜１１７および１１８のハッチングを省略している。
【００５４】
本実施形態では、ＯＮ状態からＯＦＦ状態へ移行するとき、主電極１１４と補助電極１１５との間に制御部１１９によって電位差を生じさせる。図５の例では、主電極１１４と共通電極１１６とがともに接地電位（ＧＮＤ）となっている。この際、補助電極１１５に一定時間、電位Ｖ２が与えられる。主電極１１４と補助電極１１５との間の電位差により、図５中に矢印で模式的に示すように、ｘ方向と略平行な電界が発生する。この電界により、液晶分子１１２ａの分子長軸の、ｚ方向からｘ方向への配向の変化がアシストされる。
【００５５】
一方、補助電極１１５と共通電極１１６との間にも電界が発生する。そのため、補助電極１１５の直上の液晶分子１１２ａには、分子長軸とｚ方向とを平行にする力が加わる。したがって、ＯＦＦ状態を実現するためには、電位Ｖ２の大きさや、電位Ｖ２を与える時間などが、適切に調整されることが好ましい。
【００５６】
ここで、本実施形態にかかる液晶レンズ１１のより具体的な構成例によって、電位Ｖ２の調整の一例を示す。この構成例は、本実施形態を限定するものではない。
【００５７】
２０インチのフルハイビジョン液晶ディスプレイ（画素数：１９２０×１０８０）用の液晶レンズとして、厚さ１００μｍの液晶レンズ１１を作製した。主電極１１４の幅は約２０μｍ、主電極１１４間の間隔（ピッチ）は約７００μｍとした。幅約２０μｍの補助電極１１５を、主電極１１４の両脇１００μｍの位置に対称に配置した。液晶層１１２を構成する液晶分子１１２ａとして、Δｎが０．１７のものを使用した。
【００５８】
ＯＮ状態では、主電極１１４と共通電極１１６との間に１０Ｖの電圧を印加した。この状態から、主電極１１４、共通電極１１６、および補助電極１１５を接地電位にした場合、ＯＦＦ状態への移行に要した時間は約２０秒であった。
【００５９】
一方、主電極１１４および共通電極１１６を接地電位とし、補助電極１１５に４Ｖの電位Ｖ２を１秒間与えた場合、ＯＦＦ状態への移行に要した時間は約５秒であった。
【００６０】
このように、補助電極１１５を用いることで、応答速度を４倍に向上させることができた。
【００６１】
図６は、液晶レンズ１１の補助電極１１５の他の効果を説明するための図である。なお、図６では、図を見易くするため、液晶層１１２、液晶分子１１２ａ、配向膜１１７および１１８のハッチングを省略している。
【００６２】
液晶レンズ１１は、ＯＮ状態のときに、補助電極１１５と共通電極１１６との間に制御部１１９によって電位差が生じるようにしても良い。図６では、主電極１１４に制御部１１９によって電位Ｖ０が与えられ、共通電極１１６が制御部１１９によって接地電位（ＧＮＤ）となっている。これにより、図６で太い矢印で模式的に示すように、主電極１１４と共通電極１１６との間に電界が形成される。さらに、補助電極１１５に制御部１１９によって電位Ｖ１（Ｖ１＜Ｖ０）が与えられている。これにより、図６で細い矢印で模式的に示すように、補助電極１１５と共通電極１１６との間にも電界が形成される。
【００６３】
補助電極１１５と共通電極１１６との間に形成される電界によって、ＯＦＦ状態からＯＮ状態へ移行する際の応答速度を向上させることができる。
【００６４】
また、主電極１１４と補助電極１１５とによって、電界をより緻密に制御できる。これにより、液晶層１１２の液晶分子１１２ａの勾配をより緻密に制御できるため、レンズ特性を向上させることができる。
【００６５】
以上、本発明の第１の実施形態にかかる液晶レンズ１１の構成について説明した。
【００６６】
本実施形態では、図３のように、１つのＧＲＩＮレンズを１つの主電極１１４で形成する構成を例示した。しかし、液晶レンズ１１は、複数の主電極１１４に、制御部１１９によって多水準の電位を与えて、１つのＧＲＩＮレンズを形成するように構成しても良い。
【００６７】
本実施形態では、ＯＦＦ状態において液晶分子１１２ａがｘ方向に配向するように構成した。しかし、液晶レンズ１１は、ＯＦＦ状態において液晶分子１１２ａがｙ方向に配向するように構成しても良い。
【００６８】
本実施形態では、補助電極１１５を、主電極１１４に対して略対称な位置に配置した。補助電極１１５を主電極１１４に対して対称に配置すれば、対称な電界を形成できるので好ましい。しかし、液晶レンズ１１の構成はこれに限定されず、補助電極１１５は、主電極１１４に対して対称な位置に配置されなくても良い。また、制御部１１９は、対となる補助電極のそれぞれに異なる電位を与えても良い。
【００６９】
本実施形態では、共通電極１１６を、対向基板１１３の全面に形成した。しかし、共通電極１１６は、主電極１１４に対応する位置、または主電極１１４および補助電極１１５に対応する位置にのみ形成されていても良い。もっとも、共通電極１１６を対向基板１１３の全面に形成すれば、制御基板１１１と対向基板１１３とを貼り合せる際の位置ズレの影響を考慮しなくても良くなるので、好ましい。
【００７０】
また、本実施形態では、主電極１１４のそれぞれがｙ方向に沿って細長に形成され、それらが互いに平行になるようにｘ方向に沿って一定間隔で配置された構成を例示した。しかし、主電極１１４はｙ方向に沿って形成しても良い、斜め方向に形成しても良い。補助電極１１５についても同様である。これに合わせて、液晶分子１１２ａの配向方向や、液晶レンズ１１へ入射させる光の偏光方向等を、適宜調整すれば良い。
【００７１】
［第２の実施形態］
立体表示装置１は、液晶レンズ１１に代えて、以下に説明する液晶レンズ２１または３１を備えていても良い。
【００７２】
図７は、液晶レンズ２１の構成を模式的に示す断面図である。液晶レンズ２１は、液晶レンズ１１が備える構成に加えて、補助電極２１５をさらに備える。
【００７３】
すなわち、液晶レンズ１１では、１つの主電極１１４に対し、１組の補助電極１１５が形成されていたが、液晶レンズ２１では、これに加えてさらに、もう１組の補助電極２１５が形成されている。補助電極１１５と２１５とは、制御部１１９によりそれぞれに異なる電位を与えることができるように構成されている。
【００７４】
本実施形態にかかる液晶レンズ２１によれば、１つの主電極１１４に対し、２組の補助電極１１５および２１５が形成されている。これにより、より緻密に電界を制御できる。これにより、ＯＦＦ状態からＯＮ状態への移行、および、ＯＮ状態からＯＦＦ状態への移行の両方において、応答速度を向上させることができる。また、ＯＮ状態のときのレンズ特性を向上させることができる。
【００７５】
なお、液晶レンズ２１は、さらに多くの補助電極を備えていても良い。
【００７６】
［第３の実施形態］
図８は、液晶レンズ３１の構成を模式的に示す断面図である。液晶レンズ３１は、制御基板１１１と、対向基板１１３と、両基板に挟持された液晶層３１２とを備える。
【００７７】
液晶層３１２を構成する液晶分子３１２ａは、液晶分子１１２ａと異なり、負の誘電率異方性を有している。液晶レンズ３１では、垂直配向用の配向膜３１７および３１８が用いられている。これにより、電圧無印加状態では、液晶分子３１２ａは分子長軸がｚ方向と平行になるように配向している。
【００７８】
図９および図１０を用いて、液晶レンズ３１の動作について説明する。
【００７９】
図９は、主電極１１４と共通電極１１６との間に制御部１１９により電圧Ｖｏｎ（例えば１０Ｖ）が印加された場合における液晶レンズ３１の模式図である。液晶分子３１２ａは、負の誘電率異方性を有するため、電圧Ｖｏｎによって生じる電界と分子長軸とが垂直になるように配向する。図３に示すように、主電極１１４近傍の液晶分子３１２ａの分子長軸は、ｘ方向と平行に配向する。主電極１１４から離れるにつれて、液晶分子３１２ａの長軸は、ｘ方向からｚ方向に傾いていく。
【００８０】
液晶分子３１２ａの配向方向の変化にしたがって、液晶層３１２の屈折率が変化する。そのため、液晶層３１２は、ｘ方向に屈折率分布を有する。液晶層３１２は、この屈折率分布によって、図９に破線の矢印で示したように、液晶層３１２に入射した光を集光することができる。すなわち、液晶レンズ３１はＧＲＩＮレンズとして機能する。
【００８１】
図１０は、主電極１１４と共通電極１１６との間に制御部１１９により電圧Ｖｏｆｆ（Ｖｏｎ＞Ｖｏｆｆ、Ｖｏｆｆは例えば０Ｖ）が印加された場合における液晶レンズ３１の模式図である。配向膜３１７および３１８によって、液晶分子３１２ａが一様に配向している。そのため、図１０に破線の矢印で模式的に示したように、液晶層３１２に入射した光は殆どそのまま進行する。すなわち、電圧無印加状態では液晶レンズ３１はＧＲＩＮレンズとして機能しない。
【００８２】
このように、液晶レンズ３１も液晶レンズ１１と同様に、主電極１１４と共通電極１１６との間の電位差を制御部１１９により制御することによって、ＧＲＩＮレンズとしての機能を制御する。
【００８３】
本実施形態においても、ＯＮ状態（図９）からＯＦＦ状態（図１０）へ移行するとき、主電極１１４と補助電極１１５との間に制御部１１９により電位差を生じさせる。これにより、ＯＮ状態からＯＦＦ状態へ移行する際の応答速度を向上させることができる。
【００８４】
また、第１の実施形態と同様に、ＯＮ状態のときに、補助電極１１５と共通電極１１６との間に制御部１１９により電位差を生じさせるようにしても良い。これにより、ＯＦＦ状態からＯＮ状態へ移行する際の応答速度を向上させることができる。また、電界をより緻密に制御できるため、レンズ特性を向上させることができる。
【００８５】
本実施形態によれば、配向膜３１７および３１８として垂直配向用の配向膜を用いる。そのため、これらの配向膜に溝を形成する必要がない。これにより、溝の形成に伴う非対称性の影響を排除できる。
【００８６】
［その他の実施形態］
以上、本発明についての実施形態を説明したが、本発明は上述の各実施形態のみに限定されず、発明の範囲内で種々の変更や組み合わせが可能である。
【００８７】
例えば、第３の実施形態にかかる液晶レンズ３１が、補助電極２１５をさらに備える構成としても良い。
【産業上の利用可能性】
【００８８】
本発明は、液晶レンズおよびこれを用いた立体表示装置として産業上の利用が可能である。
【符号の説明】
【００８９】
１  立体表示装置
１１，２１，３１  液晶レンズ
１１１  制御基板
１１２  液晶層
１１２ａ  液晶分子
１１３  対向基板
１１４  主電極
１１５，２１５  補助電極
１１６  共通電極
１１７，１１８，２１７，２１８  配向膜
１１９  制御部
１２  位相差板
１３  スペーサ
１４  液晶ディスプレイ
１５  バックライト
【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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