(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、左目用の画素と右目用の画素の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に形成された平面ベタの第１電極１１と、第２の基板２０に形成された異なった電圧が印加され、２をこえる数のストライプ状の第２電極２１とで形成され、第１の液晶レンズと第２の液晶レンズの境界領域には前記異なった電圧のうち最大の電圧が印加される複数の第２の電極２１が存在することを特徴とする。これによって、視線の移動に合わせて液晶レンズを移動させることが出来ると同時に、第１と第２の液晶レンズを分離し、液晶レンズの屈折率分布を２次曲線に近づけることが出来る。その結果、クロストークを防止することが出来る。【選択図】図１
2015102808.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表示パネルの上に液晶レンズセルが配置された表示装置であって、
前記液晶レンズセルは第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、平面で見てストライプ状の第２の電極が形成され、
前記液晶レンズセルには複数の液晶レンズが形成され、前記液晶レンズは前記第１の電極と、異なった電圧を印加することが出来る２を超える数の前記第２の電極とで形成され、
第１の液晶レンズと第２の液晶レンズの境界領域には前記異なった電圧のうち最大の電圧が印加される複数の第２の電極が存在することを特徴とする表示装置。
【請求項２】
人間の目の位置を検出して位置情報を作成する位置検出器と、前記位置情報を基に前記第２の電極に印加する電圧を作成する第２電極制御器を有す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】
表示パネルの上に液晶レンズセルが配置された表示装置であって、
前記液晶レンズセルは第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、平面で見てストライプ状の上層第２の電極が形成され、前記上層第２の電極の下に絶縁層を挟んで下層第２電極が形成され、
前記第１電極から見て、前記上層第２電極と前記上層第２電極の間は前記下層第２電極が存在し、
前記液晶レンズセルには複数の液晶レンズが形成され、前記液晶レンズは前記第１電極と、異なった電圧を印加することが出来る２を超える数の前記上層第２電極と、異なった電圧を印加することが出来る２を超える数の前記下層第２電極とで形成され、
第１の液晶レンズと第２の液晶レンズの境界領域には前記異なった電圧のうち最大の電圧が印加される複数の上層第２電極と下層第２電極が存在することを特徴とする表示装置。
【請求項４】
前記第１電極から見て、前記上層第２電極と前記上層第２電極の間は前記下層第２電極によって完全に埋められていることを特徴とする請求項３に記載の表示装置。
【請求項５】
前記下層第２電極の電圧は、前記下層第２電極から見て左上の前記上層第２電極の電圧と同じであることを特徴とする請求項３に記載の表示装置。
【請求項６】
人間の目の位置を検出して位置情報を作成する位置検出器と、前記位置情報を基に前記上層第２の電極と前記下層第２電極に印加する電圧を作成する第２電極制御器を有することを特徴とする請求項３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】
このような液晶レンズを用いた３次元画像表示装置では、視線を移動した場合、左眼用の画素と右眼用の画素のクロストークが生じ、３次元画像が劣化するという問題を生ずる。これを対策するために、「特許文献１」では、観察者の頭部の空間的位置を検出し、検出された頭部の位置情報をもとにレンズ特性を変化させる構成が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−７２４４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図１０は、液晶レンズ１００を用いた３次元画像表示装置の概略断面図である。図１０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。表示パネル２００は液晶表示パネルあるいは有機ＥＬ表示パネル等が使用される。
【０００６】
図１１は図１０におけるＢ−Ｂ’に対応する液晶レンズの平面図である。図１１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。
【０００７】
図１２は、図１１におけるＡ−Ａ’断面に対応する従来の液晶レンズの構造を示す断面図である。図１２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の上に第１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。
【０００８】
図１２において、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。
【０００９】
図１３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１３において、人間の眼は、表示装置２００に形成された画像を液晶レンズ１０１を通して視認することになる。図１３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１３における液晶レンズ１０１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。
【００１０】
【数１】
2015102808.tif 000003
【００１１】
図１４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１４（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１４（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。
【００１２】
第１電極１１と第２電極２１の間に電圧を印加すると、図１４（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。
【００１３】
従来の一般的な液晶レンズは、図１１から図１４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、図１４（ｃ）に示すように、櫛歯電極の上部にディスクリネーション８０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８０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。
【００１４】
これに対し、液晶レンズにおける液晶分子の配向を図１５に示すように、ＴＮ(Ｔｗｉｓｔｅｄ  Ｎｅｍａｔｉｃ)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部が遮光されるためクロストークを軽減できる可能性がある。ここで、ＴＮは約９０度のねじれ配向である。つまり、図１５（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。
【００１５】
図１５（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、液晶レンズ部はノーマリーオープンのTN液晶であるため、表層値からの画像は何の影響も受けない。図１５（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偏光板13によって吸収されるため透過しない。つまり、クロストークを防止することが出来る。
【００１６】
図１５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。
【００１７】
図１６は、この様子を詳しく説明するための断面図である。図１６（ａ）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１６（ａ）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。偏光板１３の偏光透過軸が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。
【００１８】
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１５（ｂ）のような配向になる。図１５（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。
【００１９】
図１６（ｂ）は、以上で述べた内容を入射光と出射光の偏光軸の関係で記載したものである。すなわち、第２電極に電圧を印加した場合は、第２電極直上の出射光の偏光軸は、第２電極と第２電極の中間の出射光の偏光軸と直角方向となっている。偏光板１３の偏光軸は、第２電極直上の出射光の偏光軸と直角方向となっているので、第２電極直上では光は透過しない。
【００２０】
図１７は、ＴＮ配向した液晶レンズの透過率分布の例である。図１７において、横軸は位置であり、縦軸は透過率である。図１７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、実際のTN配向した液晶レンズでは、第２電極の電極幅あるいは液晶セルのギャップ等の関係で、液晶レンズ間の透過率を十分に下げることが出来ないという問題がある。
【００２１】
一方、液晶レンズにおいて、レンズ効果を最も得るためには、屈折率分布が２次曲線になることが望ましい。図１８は従来の液晶レンズセルにおける液晶分子の配向状態を示す断面模式図およびこれに対応する屈折率分布のグラフである。図１８のグラフにおいて、ＣとＥは液晶レンズの端部に対応し、Ｄは液晶レンズの中央に対応する。
【００２２】
ところで、一般的な液晶レンズではレンズ効果を得るために大きな位相差を必要とするため、液晶セルの基板間隔すなわちギャップをある程度大きくする必要がある。それに対して第２電極２１の電極間隔は数十から数百μｍである。
ギャップと電極間間隔の比はおよそ1:5にすると2次曲線が得られることが事前の検討でわかっている。したがって、図１８の示すようにセルギャップと電極間隔の比が1:5から大きくずれた場合、液晶分子６１の配向は、透過率分布を２次曲線とは異なった分布としている。なお、図１８はホモジニアス配向の場合を記載しているが、TN配向の場合も同様な問題が生ずる。
【００２３】
図１８のように、１対の第２電極によってレンズを形成する場合を本明細書ではシングル電極という。すなわち、シングル電極では、屈折率分布を２次曲線とすることは困難である。そこで、図１９に示すように、液晶レンズを一対の第２電極で形成するのではなく、１個のレンズ内に２を超える複数の第２電極２１を配置し、各第２電極２１の電位を変えることによって屈折率分布を２次曲線に近づけることが考えられる。図１９において、第２電極２１は紙面垂直方向にストライプ状に延在しており、各第２電極２１には異なった電圧を印加することが出来る。
【００２４】
図１９において、レンズの端部に形成される電極には最も大きな電圧V1を印加し、レンズの内部に行くにしたがって、電極に印加する電圧を除々に小さくしている。すなわち、V1＞V2＞V3＞V4となっている。
【００２５】
しかし、１個のレンズ内に２を超える複数の第２電極２１を配置しても、液晶セルのギャップとレンズの径が大きく異なるために、液晶レンズの屈折率分布を２次曲線に近づけるのは困難である。なお、本明細書では、１個のレンズ内に２を超える複数の第２電極を配置する方式をマルチ電極と呼ぶ。
【００２６】
本発明の課題は、液晶レンズと液晶レンズとの間の透過率を十分に下げて、各液晶レンズ間の干渉を低減することと、液晶レンズにおける屈折率分布をできるだけ２次曲線に近づけることによって、液晶レンズの特性を向上させることである。また、視線を移動しても、クロストークが増大しないような液晶レンズを用いた３次元画像装置を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【００２７】
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。
【００２８】
（１）表示パネルの上に液晶レンズセルが配置された表示装置であって、前記液晶レンズセルは第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、平面で見てストライプ状の第２の電極が形成され、前記液晶レンズセルには複数の液晶レンズが形成され、前記液晶レンズは前記第１の電極と、異なった電圧を印加することが出来る２を超える数の前記第２の電極とで形成され、第１の液晶レンズと第２の液晶レンズの境界領域には前記異なった電圧のうち最大の電圧が印加される複数の第２の電極が存在することを特徴とする表示装置。
【００２９】
（２）人間の目の位置を検出して位置情報を作成する位置検出器と、前記位置情報を基に前記第２の電極に印加する電圧を作成する第２電極制御器を有することを特徴とする（１）に記載の表示装置。
【００３０】
（３）表示パネルの上に液晶レンズセルが配置された表示装置であって、前記液晶レンズセルは第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、平面で見てストライプ状の上層第２の電極が形成され、前記上層第２の電極の下に絶縁層を挟んで下層第２電極が形成され、前記第１電極から見て、前記上層第２電極と前記上層第２電極の間は前記下層第２電極が存在し、前記液晶レンズセルには複数の液晶レンズが形成され、前記液晶レンズは前記第１電極と、異なった電圧を印加することが出来る２を超える数の前記上層第２電極と、異なった電圧を印加することが出来る２を超える数の前記下層第２電極とで形成され、第１の液晶レンズと第２の液晶レンズの境界領域には前記異なった電圧のうち最大の電圧が印加される複数の上層第２電極と下層第２電極が存在することを特徴とする表示装置。
【００３１】
（４）前記第１電極から見て、前記上層第２電極と前記上層第２電極の間は前記下層第２電極によって完全に埋められていることを特徴とする（３）に記載の表示装置。
【００３２】
（５）前記下層第２電極の電圧は、前記下層第２電極から見て左上の前記上層第２電極の電圧と同じであることを特徴とする（３）に記載の表示装置。
【００３３】
（６）人間の目の位置を検出して位置情報を作成する位置検出器と、前記位置情報を基に前記上層第２の電極と前記下層第２電極に印加する電圧を作成する第２電極制御器を有することを特徴とする（３）に記載の表示装置。
【発明の効果】
【００３４】
本発明によれば、液晶レンズを用いた３次元表示装置において、クロストークを軽減することが出来る。また、視線を移動した場合においても、クロストークの増大を軽減することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【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】本発明のクロストークに対する効果を示す表である。
【図３】画面正面における本発明の液晶レンズの効果を示す模式図である。
【図４】視線を移動した場合における本発明の液晶レンズの効果を示す模式図である。
【図５】アイトラッキングのシステムを示す模式図である。
【図６】画面正面における本発明の効果を示す模式図である。
【図７】視線を移動した場合における本発明の効果を示す模式図である。
【図８】液晶レンズの位置を移動する場合の第２電極への電圧印加を示す断面図である。
【図９】実施例２の液晶レンズセルの断面図である。
【図１０】液晶レンズを使用した３次元表示装置の概略断面図である。
【図１１】液晶レンズの第１電極と第２電極の平面図である。
【図１２】液晶レンズの断面図である。
【図１３】液晶レンズを用いた３次元画像表示装置の原理図である。
【図１４】ホモジニアスタイプの液晶レンズの動作を示す断面図である。
【図１５】TN液晶セルを用いた液晶レンズの動作を示す断面図である。
【図１６】TN液晶セルを用いた液晶レンズの動作を示す模式断面図である。
【図１７】TN液晶セルを用いた液晶レンズの透過率分布を示すグラフである。
【図１８】一対の第２電極によって形成した液晶レンズの配向状態を示す断面図および屈折率分布を示すグラフである。
【図１９】１個の液晶レンズに対して２を超える複数の第２電極によって液晶レンズを形成した液晶レンズセルの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下、本発明を、実施例を用いて詳細に説明する。
【実施例１】
【００３７】
図１は、本発明の液晶レンズの構成を示す断面図である。図１において、第１基板１０に第１電極１１が平面ベタで形成されている。第２基板２０は、１個の液晶レンズ内に２を超える複数の第２電極２１が形成されている、いわゆるマルチ電極となっている。第２電極２１は紙面垂直方向にストライプ状に延在しており、各第２電極２１には異なった電圧を印加することが出来る。図１はマルチ電極構造ではあるが、各電極に印加される電圧が図１９とは異なっている。図１において、１個の液晶レンズ単位は、７個の第２電極によって形成されている。
【００３８】
図１において、最も外側に配置されている第２電極２１１がレンズ単位の境界になっている。図１の特徴は、最も外側に配置している電極のみでなく、その内側に配置してる第２電極２１２にも最大電圧V1を印加することである。そして、さらに内側の第２電極２１３にV1よりも低いV2を印加し、レンズの中央付近に配置されている第２電極２１４に最も低い電圧であるV3を印加している。ここで第２電極２１に印加される電圧が高い、低いとは、第１電極１１との電位差の絶対値をいう。
【００３９】
図１のような構成とすることによって、次の２つの効果を得ることが出来る。第１の効果は、レンズ間の境界において、液晶層による遮光領域が増大するので、レンズ間の干渉を防止することが出来、レンズ間の干渉によるクロストークを防止することが出来る。なお、図１はTN方式の液晶レンズであるから、最大電圧を印加した場合に最も遮光効果を得ることが出来る。
【００４０】
第２の効果は、液晶レンズの透過率分布を２次曲線に近づけることが可能であるということである。液晶レンズの高速応答化のために狭ギャップ化したいが、セルギャップと電極間隔の比を最適化する必要があるため、狭ギャップ化が困難であった。本発明では、両側の複数の第２電極を遮光領域形成のために使用し、内側の複数の第２電極のみでレンズを形成しているので、レンズの径を、液晶セルのギャップとの関係で、透過率分布を２次曲線に近い形状とするように選定することが可能である。
【００４１】
なお、図１では、１レンズ内の複数の第２電極２１の数は７個であるが、７個に限らない。すなわち、画素の大きさ、レンズの透過率分布、レンズ間の干渉防止等の観点から、任意の数に設定することができる。いずれにせよ、1レンズ内の第２電極２１の数は、２を超える数である。
【００４２】
図２は本発明による液晶レンズを用いた場合と一対の第２電極のみで液晶レンズを形成するシングル電極の場合と、図１９に示すマルチ電極の場合とで、３次元画像を形成した場合のクロストークを比較した表である。図２において、一対の第２電極によって液晶レンズを形成するシングル電極の場合のクロストークは１．８％であり、図１９に示すマルチ電極によって液晶レンズを形成した場合のクロストークは１．２％である。これに対して図１に示す本発明によるマルチ電極によって形成した液晶レンズの場合のクロストークは０．６％であり、他の場合に比較して大幅に改善されている。
【００４３】
このように、本発明による液晶レンズはクロストークが小さいので、視認者の視線を移動した場合における３次元画像の維持についても大きな効果を有する。従来のシングル電極方式はレンズの位置が固定されているので、視線を移動した場合、左眼用の画素と右眼用の画素の分離が十分でなくなり、クロストークが増大する。これに対して本発明によるマルチ電極方式を使用すれば、電極に印加する電圧を変えることによって液晶レンズの位置を変えることが出来る。したがって、視線の位置情報を取得して、これを印加電圧へフィードバックすることによって、視線を移動してもクロストークが正面の場合と遜色の無い３次元画像表示を行うことが出来る。
【００４４】
図３は、正面から液晶レンズ１０１を介して表示装置を見た場合の断面図である。図３において、液晶レンズ１０１を通して右眼は右眼用の画素Ｒを視認し、左眼は液晶レンズ１０１を通して左眼用の画素Ｌを認識することによって３次元画像を認識することが出来る。視線を移動した場合、液晶レンズの位置が固定されたままであれば、クロストークが発生する。つまり、液晶レンズ１０１は、画面を正面から見た場合に最適化されているように形成されているので、視線が移動すれば、液晶レンズによる光の屈折は意図した特性を持たなくなり、クロストークが発生する。
【００４５】
図４は、本発明において、眼の位置が移動した場合（視線が移動した場合ともいう）における画像の認識の様子を示す模式図である。図４において、視線がａ（ｘ）だけ移動した場合に、液晶レンズ１０１もａ（ｘ）だけ移動している。これは、後で説明するように、カメラによって眼の位置をモニターし、眼の位置情報を電圧を印加する制御回路にフィードバックすることによって行われる。こうすることによって、液晶レンズ１０１による光の屈折は、画面を表面から見た場合と同等となるので、視線が移動してもクロストークが大幅に劣化することは無い。
【００４６】
図５はアイトラッキングのシステムを示す模式図である。すなわち、図５は、視線の移動をカメラによって追跡し、このデータを表示装置にフィードバックするシステムを示すブロック図である。図５において、人間の眼の位置をカメラで検出する。このカメラは、携帯電話等における写真用カメラ等使用すれば、特別に専用カメラを用いなくとも、このシステムを適用することが出来る。
【００４７】
図５において、カメラで検出した人間の眼の位置を位置検出器に入力し、位置検出器から第２電極制御器にこの信号を入力する。第２電極制御器は、液晶レンズセルの第２基板における複数の第２電極の電圧を制御する信号を発生する。そして、第２電極に印加する電圧を制御することによって、液晶レンズの位置を制御する。
【００４８】
図６および図７は本発明の液晶レンズにおいて、視線が画面の正面の場合と、視線が正面から移動した場合の視域の様子を示す模式図である。図６は、画面を正面から見た場合の視域を示す模式図である。図６において、右眼あるいは左眼を囲むシェーディングされた異形５角形が視域である。クロストークがゼロの場合は視域はほぼ点となる。所定のクロストークを許容すると、所定の領域の視域が発生する。図６は例えば、５％のクロストークを許容した場合である。
【００４９】
図７は、本発明の液晶レンズにおいて、視線を移動した場合の視域の変化を示す模式図である。図７において、シェーディングされた異形５角形が、視線が移動した後の視域を示す。図７と図６を比較するとわかるように、本発明では、視線が移動した場合であっても、画面を正面から見た場合とほぼ同等な視域が確保されている。なお、図７において、白抜きの異形５角形が視線が移動する前の視域を示す。
【００５０】
図１は本発明において視線が正面の場合の液晶レンズの構成を示す断面図である。図８は本発明において、第２電極２１に印加する電圧を変化させることによって液晶レンズの位置を変化させた場合の断面図である。
【００５１】
ところで、図１９に示すマルチ電極方式でも第２電極に印加する電圧を変化させることによって液晶レンズの位置を変化させることが出来る。しかし、図１９に示すマルチ電極方式では、液晶レンズの屈折率分布が２次曲線から大きくずれているので、液晶レンズの位置を変えたとしても、正面における液晶レンズの視域を保つことは困難である。また、図１９に示すマルチ電極方式では、液晶レンズ間の遮光領域が十分でないので、クロストークが生じやすい。したがって、図１９に示すマルチレンズ方式では、本発明における液晶レンズに比べて視線を移動した場合のクロストークが大きい。
【実施例２】
【００５２】
図９は本発明の第２の実施例を示す液晶レンズセルの断面図である。図９が実施例１の図１と異なる点は、第２基板２０における第２電極２１が２層構造となっていることである。図９において、上層の第２電極２１の下に絶縁層２２０を介して下層の第２電極２２１が形成されている。図９において、第２基板２０を第１基板１０側から見た場合、上層の第２電極２１と第２電極２１の間は、下層の第２電極２２１によって埋められていることが望ましい。つまり、上層の第２電極２１と第２電極２１の間隔をｓとし、下層の第２電極２２１の幅をｗとした場合、ｓ≦ｗであることが望ましい。また、上層の第２の電極２１幅と下層の第２の電極２２１幅は必ずしも同じである必要はない。
【００５３】
図１の構成では、第２電極２１と第２電極２１の間に間隔が存在しているので、特に第２電極２１の端部からの電気力線が第１電極１１に向かって垂直に伸びず、液晶分子が完全に縦方向に配向しない部分が生じ、この部分において光漏れが発生する場合がある。これに対して図９に示す本発明では、第１電極１１側から視て、第２電極２１側には隙間が存在しないので、電気力線を所望の方向に制御しやすい。特に、レンズ端部における遮光領域において、電気力線を第１電極に向かって垂直に形成することが出来るので、遮光を完全に行うことが出来る。
【００５４】
下層の第２電極２２１も液晶レンズの端部においては、複数の第２電極２２１に対して最大電圧V1を印加する。下層のその他の第２電極２２１は左上の上層の第２電極２１と同じ電圧を印加してもよいし、右上の上層の第２電極２１と同じ電圧を印加してもよい。また、上層の左上と右上の第２電極２１の中間の電圧を印加してもよい。液晶レンズの屈折率分布が２次曲線に近くなるように、上層の第２電極２１と下層の第２電極２２１の電圧を選択すればよい。
【００５５】
以上の説明では、シングル電極タイプを一対の第２電極のみで液晶レンズを形成したとしているが、正確には、一対の第２電極と第１電極によって液晶レンズを形成したという意味であることは言うまでもない。また、マルチ電極タイプを、１個の液晶レンズを、２を越える複数の第２電極のみで液晶レンズを形成したとしているが、正確には、１個の液晶レンズを、２を越える複数の第２電極と第１電極で液晶レンズを形成したという意味であることはいうまでもない。
【符号の説明】
【００５６】
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  ６０……液晶層  ６１……液晶分子  １００……液晶レンズセル  １０１……液晶レンズ  ２００……表示パネル  ２１１、２１２，２１３，２１４……第２電極  ２２０……絶縁層  ２２１……下層第２電極  ３００……接着材  ｓ……上層の第２電極間隔  ｗ……下層の第２電極幅  Ｂ……眼間距離  Ｆ……電気力線  Ｌ……左眼用画素  Ｒ……右眼用画素  Ｐ……画素ピッチ  Ｑ……液晶レンズピッチ
【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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