(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次元画像を表示する表示部、及び、
表示部に対向して配置される可変レンズアレイ、
を備えており、
可変レンズアレイは、透明な第１共通電極を有する第１基板と、透明な第２共通電極を有する第２基板と、第１基板と第２基板との間に配置され、液晶レンズ列を構成する液晶層とを含み、
液晶レンズ列の中央部に壁状または柱状のスペーサが配置されており、
液晶層には、第１共通電極と第２共通電極との間に電位差がない状態において液晶レンズ列の屈折力が生ずるように液晶分子が配向する配向処理が施されており、
第１共通電極と第２共通電極との間に印加される電圧によって液晶レンズ列の屈折力が制御される表示装置。
【請求項２】
可変レンズアレイの第１基板の外周部と第２基板の外周部とは封止部によって封止されており、
壁状または柱状のスペーサの端部と封止部との間には間隔が空けられている請求項１に記載の表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は可変レンズアレイに関する。また、本開示は係る可変レンズアレイを備えた表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の視点用の画像を表示することができ、例えば視差のある画像を表示することによって立体視も可能となる表示装置が、種々、知られている。このような表示装置として、レンチキュラーレンズなどのレンズアレイと二次元画像を表示する表示部とを組み合わせた表示装置の実用化が進められている。
【０００３】
レンズ列を備えたレンズアレイが表示部と画像観察者との間に配置される表示装置の動作の概念図を、図１７の（Ａ）及び（Ｂ）に示す。
【０００４】
図１７の（Ａ）に示すように、符号Ｒ１，Ｒ３，Ｒ５，Ｒ７，Ｒ９を付した画素群から出射された光線群は視点２に達する。また、図１７の（Ｂ）に示すように、符号Ｌ２，Ｌ４，Ｌ６，Ｌ８，Ｌ１０を付した画素群から出射された光線群は視点１に達する。このように、表示部から所定距離をおいた位置にあっては、視点１の画像と視点２の画像が独立して観察される。
【０００５】
画像観察者の左眼と右眼とが視点１と視点２とに位置し、符号Ｌ２，Ｌ４，Ｌ６，Ｌ８，Ｌ１０を付した画素群によって左眼用の画像を表示し、符号Ｒ１，Ｒ３，Ｒ５，Ｒ７，Ｒ９を付した画素群によって右眼用の画像を表示すれば、画像観察者は、画像を立体画像として認識する。
【０００６】
一方、立体視が可能な表示装置においても、通常画像（二次元画像）の表示も支障無く行うことができることが好ましい。換言すれば、立体画像の表示と通常画像の表示とが切り換え可能といった構成であることが望ましい。レンズアレイにおけるレンズ列の屈折力を可変することができれば、立体画像の表示と通常画像の表示とを切り換えることができる。
【０００７】
例えば特開平７−７２４４５号公報（特許文献１）の図２に示すように、レンズ列の屈折力を可変することができる可変レンズアレイとして、透明な電極を有する一対の透明な基板の間に液晶層が配置された構造の可変レンズアレイが提案されている。この構造の可変レンズアレイにあっては、レンズ列は液晶材料を用いた屈折率分布レンズ（Gradient Indexレンズ、以下、単に、液晶ＧＲＩＮレンズと呼ぶ場合がある）から成り、一対の基板間の電圧を変えることによってレンズ列の屈折力を可変することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【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】
【０００９】
特許文献１の図２に示すような可変レンズアレイにあっては、液晶層における屈折率分布を制御するために、少なくとも一方の基板上の電極を例えばストライプ状に細かく分割すると共に、所定の電極群毎に印加する電圧値を制御するといった必要が生ずる。このため、レンズの構成や制御が複雑になる。
【００１０】
従って、本開示の目的は、電極を分割する必要がなく、可変レンズの構成や制御を簡便なものとすることができる可変レンズアレイ、及び、係る可変レンズアレイを備えた表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の目的を達成するための本開示の表示装置は、
二次元画像を表示する表示部、及び、
表示部に対向して配置される可変レンズアレイ、
を備えており、
可変レンズアレイは、透明な第１共通電極を有する第１基板と、透明な第２共通電極を有する第２基板と、第１基板と第２基板との間に配置され、液晶レンズ列を構成する液晶層とを含み、
液晶レンズ列の中央部に壁状または柱状のスペーサが配置されており、
液晶層には、第１共通電極と第２共通電極との間に電位差がない状態において液晶レンズ列の屈折力が生ずるように液晶分子が配向する配向処理が施されており、
第１共通電極と第２共通電極との間に印加される電圧によって液晶レンズ列の屈折力が制御される表示装置である。
【発明の効果】
【００１３】
本開示の可変レンズアレイ、あるいは又、本開示の表示装置を構成する可変レンズアレイにおいて、液晶層には、第１共通電極と第２共通電極との間に電位差がない状態において液晶レンズ列の屈折力が生ずるように液晶分子が配向する配向処理が施されている。従って、液晶層における屈折率分布を制御するために電極を分割したり、電極群毎に印加する電圧値を制御するといったことを必要としない。例えば第１共通電極と第２共通電極とに同じ電圧を印加すれば、可変レンズアレイはレンチキュラーレンズとして機能する。また、第１共通電極と第２共通電極との間に或る程度以上の電位差を与えれば、可変レンズアレイは実質的に単なる透明基板として機能する。本開示の可変レンズアレイによれば、可変レンズの構成や制御を簡便なものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、第１の実施形態に用いられる表示装置を仮想的に分離したときの模式的な斜視図である。
【図２】図２は、可変レンズアレイの正面の模式的な平面図である。
【図３】図３は、図２のＡ−Ａ断面図である。
【図４】図４の（Ａ）乃至（Ｃ）は、可変レンズアレイの製造方法を説明するための第１基板などの模式的な一部断面図である。
【図５】図５の（Ａ）乃至（Ｃ）は、図４の（Ｃ）に引き続き、可変レンズアレイの製造方法を説明するための第２基板などの模式的な一部断面図である。
【図６】図６の（Ａ）は、図５の（Ｃ）に引き続き、可変レンズアレイの製造方法を説明するための第２基板などの模式的な一部断面図である。図６の（Ｂ）は、図６の（Ａ）に引き続き、可変レンズアレイの製造方法を説明するための第１基板や第２基板などの模式的な一部断面図である。
【図７】図７は、図６の（Ｃ）に引き続き、可変レンズアレイの製造方法を説明するための第１基板や第２基板などの模式的な一部断面図である。
【図８】図８は、立体画像を表示するときの可変レンズアレイおよび表示部の一部の模式的な断面図である。
【図９】図９は、表示部と可変レンズアレイの一部の模式的な斜視図である。
【図１０】図１０は、通常画像を表示するときの可変レンズアレイおよび表示部の一部の模式的な断面図である。
【図１１】図１１は、表示部と可変レンズアレイの一部の模式的な斜視図である。
【図１２】図１２は、変形例の可変レンズアレイの模式的な断面図である。
【図１３】図１３は、第２の実施形態における可変レンズアレイおよび表示部の一部の模式的な断面図である。
【図１４】図１４は、通常画像を表示するときの可変レンズアレイおよび表示部の一部の模式的な断面図である。
【図１５】図１５は、第３の実施形態における可変レンズアレイおよび表示部の一部の模式的な断面図である。
【図１６】図１６は、液晶分子の配向方向を説明するための図であって、可変レンズアレイを図１５に示すＢ−Ｂから見たときの模式的な平面図である。
【図１７】図１７の（Ａ）及び（Ｂ）は、レンズアレイが表示部と画像観察者との間に配置される表示装置の動作の概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して、実施形態に基づき本開示を説明する。本開示は実施形態に限定されるものではなく、実施形態における種々の数値や材料は例示である。以下の説明において、同一要素または同一機能を有する要素には同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。尚、説明は、以下の順序で行う。
１．本開示に係る表示装置および可変レンズアレイ、全般に関する説明
２．第１の実施形態
３．第２の実施形態
４．第３の実施形態（その他）
【００１６】
［本開示に係る表示装置および可変レンズアレイ、全般に関する説明］
本開示の可変レンズアレイ、あるいは又、本開示の表示装置に用いられる可変レンズアレイ（以下、これらを単に、本開示の可変レンズアレイと呼ぶ場合がある）にあっては、液晶レンズ列の屈折力が無い状態にする場合には、液晶層の液晶分子を一定方向に配向させるように第１共通電極と第２共通電極との間に電圧が印加される構成とすることができる。尚、継続して直流電圧を液晶層に印加すると液晶材料の劣化を招くので、通常の液晶表示パネルと同様に、第１共通電極と第２共通電極との間の電圧の極性が順次反転するように可変レンズアレイを駆動すればよい。
【００１７】
上述した好ましい構成を含む本開示の可変レンズアレイにおいて、第１基板における液晶層側の面および第２基板における液晶層側の面の少なくとも一方には、第１共通電極と第２共通電極との間に電位差がない状態において液晶レンズ列の屈折力が生ずるように液晶分子を配向させるための配向膜が形成されている構成とすることができる。この場合において、配向膜には光照射による配向制御が施されている構成とすることができる。
【００１８】
例えば、光化学反応性残基を結合した高分子からなる膜に非偏光を照射すると、光が進む方向に並んだ分子とそうではない分子とで光化学反応に差が生じ、結果的に分子の配向に異方性が発生する。あるいは又、光化学反応性残基を結合した高分子からなる膜に直線偏光を照射すると、偏光軸の方向で規制される選択的な反応が生じ、結果的に分子の配向に異方性が発生する。従って、非偏光を照射する場合には光を照射する方向を適宜設定することによって、直線偏光を照射する場合には偏光軸の方向を制御するマスクなどを適宜用いることによって、高分子材料から成る配向膜の配向制御が可能となる。高分子材料として、ポリエステル、ポリアミドおよびポリイミドなどといった周知の材料を用いることができる。
【００１９】
上述した各種の好ましい構成を含む本開示の可変レンズアレイにあっては、光学的なレンズを構成するといった関係から、液晶層を通常の液晶表示パネルの液晶層よりもかなり厚くする必要がある。例えば、基板間に散布された球状のスペーサによって第１基板と第２基板との間を所定の間隔に保持し、液晶層を所定の厚みに保つといった構成とすることもできるが、画素ピッチに対してスペーサ径が無視できない大きさとなり画質を損ねる可能性がある。従って、それぞれ隣接する液晶レンズ列の境界部に壁状または柱状のスペーサが配置されている構成、あるいは又、液晶レンズ列の中央部に壁状または柱状のスペーサが配置されている構成とすることが好ましい。
【００２０】
この場合において、液晶層の配向処理や液晶層を構成する液晶材料の構成にもよるが、液晶レンズ列の屈折力を変化させたときに液晶層の液晶分子の配向方向が変わらない場所に壁状または柱状のスペーサが設けられている構成とすることができる。ここで、「液晶分子の配向方向が変わらない」とは、厳密に液晶分子の配向方向が変わらない場合の他、実質的に液晶分子の配向方向が変わらない場合をも含む。この構成にあっては、スペーサを構成する材料の屈折率を適宜設定することによって、スペーサに起因する光学的な影響が生じないようにすることができる。
【００２１】
可変レンズアレイの表面を画像観察者が押すといった使用状態が想定される場合には、いわゆる面押し強度を確保するために、壁状のスペーサを用いた構成とすることが好ましい。あるいは又、充分な面押し強度を確保するに足る数の柱状のスペーサを配置するといった構成とすることが好ましい。尚、柱状のスペーサの形状は特に限定するものではなく、例えば角柱状であってもよいし円柱状であってもよい。
【００２２】
上述した各種の好ましい構成を含む本開示の可変レンズアレイにあっては、可変レンズアレイの製造プロセスにおいて液晶材料の流動性を確保する観点から、可変レンズアレイの第１基板の外周部と第２基板の外周部とは封止部によって封止されており、壁状または柱状のスペーサの端部と封止部との間には間隔が空けられている構成とすることが好ましい。
【００２３】
可変レンズアレイを構成する第１基板や第２基板は、光に対して透明な材料から構成することができる。第１基板や第２基板を構成する材料として、アクリル系樹脂、ポリカーボネート樹脂（ＰＣ）、ＡＢＳ樹脂、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、ポリアリレート樹脂（ＰＡＲ）、ポリエチレンテレフタレート樹脂（ＰＥＴ）、ガラスを例示することができる。第１基板と第２基板を構成する材料は、同じであってもよいし、異なっていてもよい。
【００２４】
第１基板の第１共通電極や第２基板の第２共通電極は、光透過性を有する金属薄膜や、インジウムとスズの酸化物（ＩＴＯ）やインジウムと亜鉛の酸化物（ＩＺＯ）などの透明導電材料から構成することができる。第１共通電極や第２共通電極は、真空蒸着法やスパッタリング法に例示される物理的気相成長法（ＰＶＤ法）、各種の化学的気相成長法（ＣＶＤ法）などの周知の方法によって成膜することができる。
【００２５】
第１基板と第２基板との間に配置される液晶層を構成する材料として、ネマチック液晶材料などの周知の材料を用いることができる。液晶層を構成する材料は特に限定するものではない。ポジ型の液晶材料を用いた構成とすることができるし、ネガ型の液晶材料を用いた構成とすることもできる。
【００２６】
壁状または柱状のスペーサの形成方法は特に限定するものではない。スペーサの形成方法として、例えば、スクリーン印刷法、感光法を挙げることができる。スクリーン印刷法とは、スペーサを形成すべき部分に対応するスクリーンの部分に開口が形成されており、スクリーン上のスペーサ形成用材料をスキージによって開口を通過させ、基板上にスペーサ形成用材料層を形成した後、必要に応じて硬化処理を行う方法である。感光法とは、基板上に感光性を有するスペーサ形成用材料層を形成し、露光および現像によってこのスペーサ形成用材料層をパターニングするといった方法である。スペーサは、透明な高分子材料などといった周知の材料から構成することができる。
【００２７】
第１基板の外周部と第２基板の外周部との間を封止する封止部は、例えば熱硬化性のエポキシ系樹脂材料といった周知のシール材料を用いて構成することができる。
【００２８】
本開示の表示装置に用いられる表示部として、液晶表示パネル、エレクトロルミネッセンス表示パネル、プラズマ表示パネルなどといった、周知の表示装置を用いることができる。表示部は、モノクロ表示であってもよいし、カラー表示であってもよい。
【００２９】
後述する各実施形態においては、透過型のモノクロ液晶表示パネルを表示部として用いる。また、実施形態にあっては、可変レンズアレイは表示部と画像観察者との間に配置されているとして説明する。尚、本開示の構造はこれに限るものではなく、透過型の表示部と照明部との間に可変レンズアレイが配置されているといった構成とすることもできる。
【００３０】
液晶表示パネルは、例えば、透明共通電極を備えたフロントパネル、透明画素電極を備えたリアパネル、及び、フロントパネルとリアパネルとの間に配置された液晶材料から成る。液晶表示パネルの動作モードは特に限定するものではない。所謂ＴＮモードで駆動される構成であってもよいし、ＶＡモードあるいはＩＰＳモードで駆動される構成であってもよい。
【００３１】
表示部の画素（ピクセル）の数Ｍ×Ｎを（Ｍ，Ｎ）で表記したとき、（Ｍ，Ｎ）の値として、具体的には、ＶＧＡ（６４０，４８０）、Ｓ−ＶＧＡ（８００，６００）、ＸＧＡ（１０２４，７６８）、ＡＰＲＣ（１１５２，９００）、Ｓ−ＸＧＡ（１２８０，１０２４）、Ｕ−ＸＧＡ（１６００，１２００）、ＨＤ−ＴＶ（１９２０，１０８０）、Ｑ−ＸＧＡ（２０４８，１５３６）の他、（３８４０，２１６０）、（１９２０，１０３５）、（７２０，４８０）、（１２８０，９６０）など、画像表示用解像度の幾つかを例示することができるが、これらの値に限定するものではない。
【００３２】
透過型表示パネルを背面から照射する照明部として、周知の照明部を用いることができる。照明部の構成は特に限定するものではない。照明部は、光源、プリズムシート、拡散シート、導光板などといった周知の部材から構成することができる。
【００３３】
表示部を駆動する駆動回路や、可変レンズアレイを駆動する駆動回路は、種々の回路から構成することができる。これらは周知の回路素子などを用いて構成することができる。
【００３４】
本明細書に示す各種の条件は、厳密に成立する場合の他、実質的に成立する場合にも満たされる。設計上あるいは製造上生ずる種々のばらつきの存在は許容される。
【００３５】
［第１の実施形態］
第１の実施形態は、本開示に係る表示装置および可変レンズアレイに関する。
【００３６】
図１は、第１の実施形態に用いられる表示装置を仮想的に分離したときの模式的な斜視図である。
【００３７】
図１に示すように、表示装置１は、二次元画像を表示する表示部１０、及び、表示部１０に対向して配置される可変レンズアレイ３０を備えている。説明の都合上、表示部１０の表示領域１１はＸ−Ｚ平面と平行であり、画像を観察する側（観察領域側）が＋Ｙ方向であるとする。
【００３８】
可変レンズアレイ３０は、表示部１０の正面（画像観察者側）に対向して配置されており、表示部１０とは設計上定めた所定の間隔を空けて対向するように図示せぬ保持部材によって保持されている。後述するように、可変レンズアレイ３０の第１基板１３０Ａと第２基板１３０Ｂとの間には、液晶層などが配置されている。符号１３７は封止部を示す。可変レンズアレイ３０の詳細については、後述する図２および図３を参照して、後で詳しく説明する。
【００３９】
表示部１０の背面側には光を照射する照明部２０が配置されている。照明部２０は、光源、プリズムシート、拡散シートおよび導光板などといった部材（これらは図示せず）から構成されている。
【００４０】
表示部１０の背面側には、偏光方向がＺ方向である図示せぬ第１の偏光フィルムが貼られており、表示部１０の正面側には、偏光方向がＸ方向である図示せぬ第２の偏光フィルムが貼られている。従って、表示領域１１から可変レンズアレイ３０に向かう光の偏光方向はＸ方向である。
【００４１】
表示部１０の表示領域１１には、水平方向（図においてＸ方向）にＭ個、垂直方向（図においてＺ方向）にＮ個の画素１２が配列されている。第ｍ列目（但し、ｍ＝１，２・・・，Ｍ）の画素１２を、画素１２mと表す。
【００４２】
可変レンズアレイ３０には、垂直方向に延びる液晶レンズ列（可変レンズ列）３１が、水平方向にＰ個並んで配列されている。第ｐ列目（但し、ｐ＝１，２・・・，Ｐ）の液晶レンズ列３１を液晶レンズ列３１pと表す。「Ｐ」と上述した「Ｍ」の関係については後述する。
【００４３】
説明の都合上、立体画像を表示する際の画像の視点数は中央の観察領域ＷＡCにおいて視点Ａ1，Ａ2・・・，Ａ4の４つであるとして説明するが、これは例示にすぎない。観察領域の個数や視点の数は、表示装置１の設計に応じて適宜設定することができる。表示部１０と液晶レンズ列３１との位置関係などを好適に設定することによって、中央の観察領域ＷＡCの左側の領域ＷＡLと右側の領域ＷＡRにおいても、各視点用の画像が観察可能となる。
【００４４】
図示せぬ駆動回路によって表示部１０は駆動される。具体的には、画素１２における液晶分子の配向方向が制御され、外部からの映像信号に応じた二次元画像が表示される。また、別の図示せぬ駆動回路によって可変レンズアレイ３０は駆動され、例えば立体画像を表示する場合と通常画像を表示する場合とで、液晶レンズ列３１の屈折力が切り換えられる。液晶レンズ列３１の制御については、後述する図８ないし図１１を参照して、後で詳しく説明する。
【００４５】
次いで、図２および図３を参照して、可変レンズアレイ３０の構成について説明する。
【００４６】
図２は、可変レンズアレイの正面の模式的な平面図である。図２においては第１基板１３０Ａの一部を切り欠いて示した。また、図示の都合上、第１基板１３０Ａの一部を切り欠いた部分にあっては液晶層などの図示を省略した。図３は、図２のＡ−Ａ断面図である。尚、図３においては、液晶レンズ列３１に対応する画素を模式的に示した。
【００４７】
図３に示すように、可変レンズアレイ３０は、透明な第１共通電極１３１を有する第１基板１３０Ａと、透明な第２共通電極１３６を有する第２基板１３０Ｂと、第１基板１３０Ａと第２基板１３０Ｂとの間に配置され、液晶レンズ列３１を構成する液晶層１３３とを含んでいる。
【００４８】
第１共通電極１３１と第２共通電極１３６は、それぞれ、第１基板１３０Ａと第２基板１３０Ｂの液晶層１３３側の面（内面）に形成されている。液晶層１３３は、ポジ型のネマチック液晶材料から成る。
【００４９】
第１共通電極１３１と第２共通電極１３６は、例えばＩＴＯといった透明導電材料から構成されており、周知の成膜技術により形成されている。第１共通電極１３１は第１基板１３０Ａの全面に形成されており、第２共通電極１３６は第２基板１３０Ｂの全面に形成されている。
【００５０】
図３に示すように、第１基板１３０Ａ上には、第１共通電極１３１を含む全面を覆う第１配向膜１３２が形成されており、第２基板１３０Ｂ上には、第２共通電極１３６を含む全面を覆う第２配向膜１３５が形成されている。これらは例えば感光性のポリイミド材料から構成されており、光照射による配向制御が施されている。配向制御などの詳細については、後述する図４ないし図７を参照して、後で詳しく説明する。
【００５１】
第１配向膜１３２と第２配向膜１３５によって、第１共通電極１３１と第２共通電極１３６との間に電位差がない状態（電界が印加されていない状態）における液晶分子１３３Ａの分子軸の方向が規定される。これによって、液晶層１３３には、第１共通電極１３１と第２共通電極１３６との間に電位差がない状態において液晶レンズ列３１の屈折力が生ずるように液晶分子１３３Ａが配向する配向処理が施される。尚、図３は、第１共通電極１３１と第２共通電極１３６との間に電位差がない状態の液晶分子１３３Ａの配向を示している。後述する図８ないし図１１を参照して後で詳しく説明するが、第１共通電極１３１と第２共通電極１３６との間に印加される電圧によって液晶レンズ列３１の屈折力が制御される。
【００５２】
第１共通電極１３１と第２共通電極１３６との間に電位差がない状態における液晶分子１３３Ａの配向について説明する。説明の都合上、Ｘ−Ｚ平面を基準面とし、Ｘ軸を基準として方位角を考え、Ｙ軸を基準に極角を考える。液晶分子１３３Ａの分子軸（長軸）の方位角は略０度である。換言すれば、液晶分子１３３Ａの分子軸は、Ｘ−Ｙ平面と略平行となるように配向する。
【００５３】
一方、液晶分子１３３Ａにおける分子軸の極角の絶対値は、液晶レンズ列３１の端部（図３においてスペーサ１３４近傍、尚、スペーサ１３４については後で詳しく説明する）において略０度であり、液晶レンズ列３１の中央部に近づくほど増加し、液晶レンズ列３１の中央部において略９０度となる。換言すれば、例えば液晶レンズ列３１pの液晶分子１３３Ａは、図３に示す左側のスペーサ１３４付近においてはＹ方向に沿って配列し、液晶レンズ列３１pの中央に向かうにつれて図において右側に傾斜する。同様に、液晶レンズ列３１pの液晶分子１３３Ａは、図３に示す右側のスペーサ１３４付近においてはＹ方向に沿って配列し、液晶レンズ列３１pの中央に向かうにつれて図において左側に傾斜する。そして、液晶レンズ列３１pの中央において、液晶レンズ列３１pの液晶分子１３３Ａは、Ｘ方向に沿って配列する。
【００５４】
１つの液晶レンズ列３１は、基本的には４列の画素１２に対応する。液晶レンズ列３１と画素１２の水平方向のピッチをそれぞれ符号ＬＤと符号ＮＤで表せば、ＬＤ≒４×ＮＤである。例えば、画素ピッチＮＤが１×１０2［μｍ］であるとすると、液晶レンズ列３１のピッチＬＤは約４×１０2［μｍ］である。また、上述した「Ｐ」と「Ｍ」は、Ｐ≒Ｍ／４といった関係にある。
【００５５】
また、図２および図３に示すように、第１基板１３０Ａと第２基板１３０Ｂとの間にはスペーサ１３４が設けられている。スペーサ１３４は、それぞれ隣接する液晶レンズ列３１の境界部に配置されている。ここではスペーサ１３４は壁状であるとして説明する。尚、スペーサ１３４を柱状とすることもできる。スペーサ１３４は、透明な高分子材料から成る。第１の実施形態において、スペーサ１３４は、液晶レンズ列３１の境界部に位置する第２配向膜１３５上に形成されている。
【００５６】
スペーサ１３４の厚さ（Ｘ方向の幅）は例えば２５［μｍ］であり、高さ（Ｙ方向の幅）は例えば５０［μｍ］である。尚、作図の都合上、図に示すスペーサの縦横比はこれらの数値を反映していない。図２に示すように、第１基板１３０Ａの外周部と第２基板１３０Ｂの外周部とは例えばエポキシ系樹脂材料から成る封止部１３７によって封止されており、壁状のスペーサ１３４の端部と封止部１３７との間には間隔が空けられている。具体的には、図２に示すスペーサ１３４の長さＳＬは、壁状のスペーサ１３４の端部と封止部１３７との間に間隔Ｄ１，Ｄ２が空くような値に設定されている。間隔Ｄ１，Ｄ２の値は、可変レンズアレイ３０の製造の際に支障なく液晶材料が基板間に流れるような値に設定されている。後述する他の実施形態においても同様である。
【００５７】
以下、図４の（Ａ）乃至（Ｃ）、図５の（Ａ）乃至（Ｃ）、図６の（Ａ）及び（Ｂ）、並びに、図７を参照して、可変レンズアレイ３０の製造方法を説明する。これらの図は、基本的には、図２におけるＡ−Ａ断面図と同様の断面図である。尚、図示の都合上、図５の（Ａ）乃至（Ｃ）および図６の（Ａ）については、Ｙ軸の方向を反転している。また、非偏光を用いた光配向処理が施された配向膜は、光が照射された方向に長軸をそろえるように液晶分子を配向させるとする。
【００５８】
［工程−１００］（図４の（Ａ）参照）
先ず、第１基板１３０Ａ上に、例えばＩＴＯから成る第１共通電極１３１を周知の方法に基づき形成する。次いで、第１共通電極１３１を含む全面に、例えば感光性のポリイミド材料から成る第１配向膜１３２を周知の方法に基づき形成する。
【００５９】
［工程−１１０］（図４の（Ｂ）及び（Ｃ）参照）
その後、スリット状の開口部４２を備えたマスク４０を用いて、第１配向膜１３２に光配向処理を施す。
【００６０】
マスク４０は、Ｚ方向に延びるスリット状の開口部４２と、それぞれ隣接する開口部４２の間の遮光部４１とを備えている。マスク４０は、周知の材料を用いて周知の方法に基づき形成することができる。開口部４２のＸ方向のピッチは、図３に示す液晶レンズ列３１のピッチＬＤと同一である。開口部４２のＸ方向の幅は、可変レンズアレイ３０の仕様に応じて適宜好ましい値に設定すればよい。
【００６１】
液晶レンズ列３１の境界に対応する部分と開口部４２の中心とが対応するように、第１配向膜１３２に対向してマスク４０を配置する。そして、図示せぬ光源からＹ方向に向かう非偏光の光を照射し、開口部４２に対応する第１配向膜１３２の領域（符号ＡＬ1で表す）に光配向処理を施す（図４の（Ｂ）参照）。
【００６２】
次いで、液晶レンズ列３１の中央部に対応する部分と開口部４２の中心とが対応するように、第１配向膜１３２に対向してマスク４０を配置する。そして、図示せぬ光源から図において右斜め下方向に向かう非偏光の光を照射し、領域ＡＬ1の左側に位置する第１配向膜１３２の領域ＡＬ2に光配向処理を施す。その後、図示せぬ光源から図において左斜め下方向に向かう非偏光の光を照射し、領域ＡＬ1の右側に位置する第１配向膜１３２の領域ＡＬ3に光配向処理を施す（図４の（Ｃ）参照）。
【００６３】
［工程−１２０］（図５の（Ａ）参照）
次いで、第２基板１３０Ｂ上に、例えばＩＴＯから成る第２共通電極１３６を周知の方法に基づき形成する。その後、第２共通電極１３６を含む全面に、例えば感光性のポリイミド材料から成る第２配向膜１３５を周知の方法に基づき形成する。
【００６４】
［工程−１３０］（図５の（Ｂ）及び（Ｃ）参照）
次いで、上述したマスク４０を用いて、第２配向膜１３５に光配向処理を施す。
【００６５】
液晶レンズ列３１の境界に対応する部分と開口部４２の中心とが対応するように、第２配向膜１３２に対向してマスク４０を配置する。そして、図示せぬ光源からＹ方向に向かう非偏光の光を照射し、開口部４２に対応する第２配向膜１３５の領域（符号ＡＬ4で表す）に光配向処理を施す（図５の（Ｂ）参照）。
【００６６】
次いで、図示せぬ光源から図において右斜め下方向に向かう非偏光の光を照射し、領域ＡＬ4の右側に位置する第２配向膜１３５の領域ＡＬ6に光配向処理を施す。次いで、図示せぬ光源から図において左斜め下方向に向かう非偏光の光を照射し、領域ＡＬ4の左側に位置する第２配向膜１３５の領域ＡＬ5に光配向処理を施す（図５の（Ｃ）参照）。
【００６７】
［工程−１４０］（図６の（Ａ）参照）
その後、液晶レンズ列３１の境界に対応する部分の第２配向膜１３５上に、周知の透明な材料を用いて、スペーサ１３４を周知の方法により適宜形成する。
【００６８】
［工程−１５０］（図６の（Ｂ）及び図７参照）
そして、上記工程を経た第１基板１３０Ａと第２基板１３０Ｂを液晶材料を挟んだ状態で対向させ、周囲を封止することによって、可変レンズアレイ３０を得ることができる。図６の（Ｂ）は光配向処理が施された領域の対応関係を示す。また、図７は液晶分子１３３Ａの配向状態を示す。
【００６９】
次いで、図８ないし図１１を参照して、可変レンズアレイ３０の動作について説明する。先ず、立体画像を表示するときの動作について説明し、次いで、通常画像を表示するときの動作について説明する。
【００７０】
図８は、立体画像を表示するときの可変レンズアレイおよび表示部の一部の模式的な断面図である。図９は、表示部と可変レンズアレイの一部の模式的な斜視図である。
【００７１】
表示装置１の動作時において、第１共通電極１３１と第２共通電極１３６には共に同じ値の電圧（例えば０［ボルト］）が印加される。第１共通電極１３１と第２共通電極１３６との間に電位差がないので、第１配向膜１３２と第２配向膜１３５によって、液晶層１３３の液晶分子１３３Ａは図８に示すように配向する。
【００７２】
液晶層１３３はポジ型のネマチック液晶材料から成る。液晶分子１３３Ａの長軸方向の屈折率は、短軸方向の屈折率よりも大きい。また、液晶分子１３３Ａの分子軸はＸ−Ｙ平面と略平行となるように配向している。従って、表示部１０から入射する光の偏光方向がＸ方向である場合、液晶層１３３における屈折率は、図８のグラフに示すように、液晶レンズ列３１の周辺部は小さく、中央部に向かうほど大きくなる。尚、図８に示す符号「ｎＳ」と符号「ｎＬ」は、それぞれ、液晶分子１３３Ａの短軸方向の屈折率と長軸方向の屈折率を示す。尚、図８に示すグラフは模式的なものであって、屈折率の最大値と最小値とが常に「ｎＳ」や「ｎＬ」になるといったことを意味するものではない。後述する他の図面におけるグラフにおいても同様である。
【００７３】
この状態にあっては、液晶レンズ列３１を透過する光の波面は、液晶レンズ列３１の中央部から周辺部に向かうほど早く進む。従って、ある一点に波面が集中するように光は進むので、液晶レンズ列３１は凸レンズとして作用する液晶ＧＲＩＮレンズを構成する。図８に示すストライプ状の液晶レンズ列３１は、光学的には円筒状の凸レンズ列と同視できるので、レンチキュラーレンズとして動作する（図９参照）。尚、図８と後述する図１０に示す屈折率のグラフは、スペーサ１３４を構成する高分子材料として、液晶分子１３３Ａの短軸方向の屈折率と略同様の屈折率を示す材料が選択されている場合の例を示した。
【００７４】
視点Ａ1，Ａ2・・・，Ａ4用の画像を形成するための画素１２から出射した光は、液晶レンズ列３１を透過する際に進行方向が変えられ、所定の方向に向かう。これによって、図１に示す観察領域ＷＡにおいて、所定の視点用の画像を観察することができる。
【００７５】
図１０は、通常画像を表示するときの可変レンズアレイおよび表示部の一部の模式的な断面図である。図１１は、表示部と可変レンズアレイの一部の模式的な斜視図である。
【００７６】
通常画像を表示するときには、第１共通電極１３１と第２共通電極１３６には異なる値の電圧（例えば０［ボルト］と１５［ボルト］）が印加される。尚、実際には、液晶層１３３を交流駆動するために、電圧の極性は例えば表示フレーム毎に切り換えられる。説明の都合上、電圧の極性の反転は考慮しないで説明を行う。
【００７７】
この状態においては、第１共通電極１３１と第２共通電極１３６との間の電圧は１５［ボルト］である。従って、第２共通電極１３６と全ての第１共通電極１３１との間に電界が形成され、液晶分子１３３Ａは長軸がＺ方向に沿うように配列する。
【００７８】
この状態では、液晶層１３３は、屈折率が「ｎＳ」である材料から成る単なる透明な基板として作用する（図１１参照）。表示装置１はレンズアレイが設けられていないと同様の状態となり、通常画像を観察することができる。
【００７９】
以上、第１の実施形態について説明した。可変レンズアレイ３０にあっては、第１共通電極１３１は第１基板１３０Ａの全面に形成され、第２共通電極１３６は第２基板１３０Ｂの全面に形成されている。このように、液晶層１３３における屈折率分布を制御するために電極を分割したり、電極群毎に印加する電圧値を制御するといったことを必要としない。
【００８０】
また、液晶レンズ列３１の屈折力を変化させたときに液晶分子１３３Ａの配向方向が変わらない場所にスペーサ１３４が設けられているので、スペーサと液晶層の屈折率の差に起因する光学的な影響も生じない。
【００８１】
上述した説明では、スペーサ１３４は液晶レンズ列３１の各境界部に設けられているとしたが、これに限るものではない。例えば、スペーサ１３４が設けられている境界部と、スペーサ１３４が設けられていない境界部とが交互に並ぶといった構成であってもよい。後述する他の実施形態においても同様である。
【００８２】
あるいは又、スペーサ１３４は壁状であるとして説明したが、柱状のスペーサが設けられている構成とすることもできる。後述する他の実施形態においても同様である。
【００８３】
尚、第１実施形態においては、表示部１０からの光は偏光軸がＸ方向であるとして説明した。表示部として自発光型の表示部を用いる構成とすることもできるが、自発光型の表示部は一般に非偏光を発光する。この場合には、図１２に示すように、例えば、可変レンズアレイ３０を構成する第２基板１３０Ｂの裏面（自発光型の表示部１０’側）に、偏光軸がＸ方向である偏光フィルムなどの光学部材１３８を配置すればよい。後述する他の実施形態においても同様である。
【００８４】
［第２の実施形態］
第２の実施形態も、本開示に係る表示装置および可変レンズアレイに関する。
【００８５】
第２の実施形態は、第１の実施形態に対して、可変レンズアレイを構成する液晶材料の種類と、可変レンズアレイを構成するスペーサの仕様が異なる。液晶層はネガ型のネマチック液晶材料から成り、スペーサは液晶レンズ列の中央部に配置されている。以上の点が相違する他、第２の実施形態は第１の実施形態と同様の構成である。
【００８６】
第２の実施形態に用いられる表示装置２を仮想的に分離したときの模式的な斜視図は、図１に示す表示装置１を表示装置２と読み替え、可変レンズアレイ３０を可変レンズアレイ２３０と読み替えた図面となる。
【００８７】
図１３および図１４を参照して、可変レンズアレイ２３０の構成について説明する。
【００８８】
図１３は、第２の実施形態に用いられる可変レンズアレイの一部の断面図である。具体的には、第１の実施形態で参照した図２において可変レンズアレイ３０を可変レンズアレイ２３０と読み替えたときのＡ−Ａ断面図である。符号２３３は液晶層を表し、符号２３３Ａは液晶分子を表す。尚、図１３は、第１共通電極１３１と第２共通電極１３６との間に電位差がない状態（換言すれば、立体画像を表示するとき）の液晶分子２３３Ａの配向を示している。図１４は、通常画像を表示するときの可変レンズアレイおよび表示部の一部の模式的な断面図である。
【００８９】
可変レンズアレイ２３０において、液晶層２３３はネガ型のネマチック液晶材料から成り、スペーサ２３４は液晶レンズ列３１の中央部に形成されている。以上の点が相違する他、可変レンズアレイ２３０の製造方法は第１の実施形態において説明した製造方法と同様の製造方法であるので、説明を省略する。
【００９０】
立体画像を表示するときの動作は、第１の実施形態において図８と図９とを参照して説明したと同様の動作である。即ち、表示部１０から入射する光の偏光方向がＸ方向である場合、液晶層２３３における屈折率は、図１３のグラフに示すように、液晶レンズ列３１の周辺部は小さく、中央部に向かうほど大きくなる。尚、図１３と図１４に示す屈折率のグラフは、スペーサ２３４を構成する高分子材料として、液晶分子２３３Ａの長軸方向の屈折率と略同様の屈折率を示す材料が選択されている場合の例を示した。
【００９１】
通常画像を表示するときには、図１４に示すように液晶分子２３３ＡがＸ方向に配列する。以上の点が相違する他、通常画像を表示するときの動作は、第１の実施形態において図１０と図１１とを参照して説明した動作と基本的には同様である。尚、第２の実施形態にあっては、液晶層２３３は屈折率が「ｎＬ」である材料から成る単なる透明な基板として作用する。表示装置２はレンズアレイが設けられていないと同様の状態となり、通常画像を観察することができる。
【００９２】
以上、第２の実施形態について説明した。第２の実施形態においても、液晶層２３３における屈折率分布を制御するために電極を分割したり、電極群毎に印加する電圧値を制御するといったことを必要としない。
【００９３】
また、液晶レンズ列３１の屈折力を変化させたときに液晶分子２３３Ａの配向方向が変わらない場所にスペーサ２３４が設けられているので、スペーサと液晶層の屈折率の差に起因する光学的な影響も生じない。
【００９４】
［第３の実施形態］
第３の実施形態も、本開示に係る表示装置および可変レンズアレイに関する。
【００９５】
第３の実施形態は、第１の実施形態に対して、第１配向膜および第２配向膜の光配向処理が異なる。以上の点が相違する他、第３の実施形態は第１の実施形態と同様の構成である。
【００９６】
第３の実施形態に用いられる表示装置３を仮想的に分離したときの模式的な斜視図は、図１に示す表示装置１を表示装置３と読み替え、可変レンズアレイ３０を可変レンズアレイ３３０と読み替えた図面となる。
【００９７】
図１５および図１６を参照して、可変レンズアレイ３３０の構成について説明する。
【００９８】
図１５は、第３の実施形態に用いられる可変レンズアレイの一部の断面図である。図１６は、液晶分子の配向方向を説明するための図であって、可変レンズアレイを図１５に示すＢ−Ｂから見たときの模式的な平面図である。
【００９９】
より詳しくは、図１５は、第１の実施形態で参照した図２において可変レンズアレイ３０を可変レンズアレイ３３０と読み替えたときのＡ−Ａ断面図である。符号３３２は第１配向膜を表し、符号３３５は第２配向膜を表す。尚、図１５は、第１共通電極１３１と第２共通電極１３６との間に電位差がない状態（換言すれば、立体画像を表示するとき）の液晶分子１３３Ａの配向を示している。図示の都合上、図１６においては液晶分子１３３Ａとスペーサ１３４以外の構成要素の表示を省略した。
【０１００】
第１共通電極１３１と第２共通電極１３６との間に電位差がない状態における液晶分子１３３Ａの配向について説明する。第１実施形態と同様に、Ｘ−Ｚ平面を基準面とし、Ｘ軸を基準として方位角を考え、Ｙ軸を基準に極角を考える。液晶分子１３３Ａの分子軸（長軸）の極角は略９０度である。換言すれば、図１５および図１６に示すように、液晶分子１３３Ａの長軸はＸ−Ｚ平面に平行になるように配向する。
【０１０１】
一方、液晶分子１３３Ａにおける分子軸の方位角の絶対値は、液晶レンズ列３１の端部（図１６においてスペーサ１３４近傍）において略９０度であり、液晶レンズ列３１の中央部に近づくほど減少し、液晶レンズ列３１の中央部において略０度となる。換言すれば、例えば液晶レンズ列３１pの液晶分子１３３Ａは、図３に示す左側のスペーサ１３４付近においてはＺ方向に沿って配列し、液晶レンズ列３１pの中央に向かうにつれて図において右側に傾斜する。同様に、液晶レンズ列３１pの液晶分子１３３Ａは、図３に示す右側のスペーサ１３４付近においてはＺ方向に沿って配列し、液晶レンズ列３１pの中央に向かうにつれて図において左側に傾斜する。そして、液晶レンズ列３１pの中央において、液晶レンズ列３１pの液晶分子１３３Ａは、Ｘ方向に沿って配列する。
【０１０２】
第１配向膜３３２と第２配向膜３３５には、液晶分子１３３Ａを上述したように配向させるための光配向処理が施されている。具体的には、透過する光の偏光方向が図１６に示す液晶分子１３３Ａの軸方向に沿うようなマスクを介して、第１配向膜３３２と第２配向膜３３５に光を照射する光配向処理が施されている。
【０１０３】
立体画像を表示するときの動作は、第１の実施形態において図８と図９とを参照して説明したと実質的に同様の動作である。即ち、表示部１０から入射する光の偏光方向がＸ方向である場合、液晶層１３３における屈折率は、図１５のグラフに示すように、液晶レンズ列３１の周辺部は小さく、中央部に向かうほど大きくなる。尚、図１５に示す屈折率のグラフは、スペーサ１３４を構成する高分子材料として、液晶分子１３３Ａの短軸方向の屈折率と略同様の屈折率を示す材料が選択されている場合の例を示した。
【０１０４】
通常画像を表示するときの動作は、第１の実施形態において図１０と図１１とを参照して説明した動作と同様である。液晶層１３３は、屈折率が「ｎＳ」である材料から成る単なる透明な基板として作用する。表示装置３はレンズアレイが設けられていないと同様の状態となり、通常画像を観察することができる。
【０１０５】
以上、この発明の実施形態について具体的に説明したが、この発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。
【０１０６】
例えば、各実施形態においてスペーサは第２基板１３０Ｂ上に形成されるとしたが、第１基板１３０Ａ上に形成される構成とすることもできる。また、各実施形態においては第１基板１３０Ａと第２基板１３０Ｂにおける液晶層側の面のいずれにも配向膜を設ける構成としたが、いずれか一方に配向膜が設けられている構成や、場合によっては共通電極に配向制御を施すといった構成とすることもできる。また、可変レンズアレイの設計にもよるが、場合によっては、液晶層に散布したビーズ状のスペーサを用いる構成とすることもできる。
【０１０７】
なお、本開示の技術は以下のような構成も取ることができる。
（１）二次元画像を表示する表示部、及び、
表示部に対向して配置される可変レンズアレイ、
を備えており、
可変レンズアレイは、透明な第１共通電極を有する第１基板と、透明な第２共通電極を有する第２基板と、第１基板と第２基板との間に配置され、液晶レンズ列を構成する液晶層とを含み、
液晶層には、第１共通電極と第２共通電極との間に電位差がない状態において液晶レンズ列の屈折力が生ずるように液晶分子が配向する配向処理が施されており、
第１共通電極と第２共通電極との間に印加される電圧によって液晶レンズ列の屈折力が制御される表示装置。
（２）液晶レンズ列の屈折力が無い状態にする場合には、液晶層の液晶分子を一定方向に配向させるように第１共通電極と第２共通電極との間に電圧が印加される上記（１）に記載の表示装置。
（３）第１基板における液晶層側の面および第２基板における液晶層側の面の少なくとも一方には、第１共通電極と第２共通電極との間に電位差がない状態において液晶レンズ列の屈折力が生ずるように液晶分子を配向させるための配向膜が形成されている上記（１）又は（２）に記載の表示装置。
（４）配向膜には光照射による配向制御が施されている上記（３）に記載の表示装置。
（５）それぞれ隣接する液晶レンズ列の境界部に壁状または柱状のスペーサが配置されている上記（１）乃至（４）のいずれかに記載の表示装置。
（６）可変レンズアレイの第１基板の外周部と第２基板の外周部とは封止部によって封止されており、
壁状または柱状のスペーサの端部と封止部との間には間隔が空けられている上記（５）に記載の表示装置。
（７）液晶レンズ列の中央部に壁状または柱状のスペーサが配置されている上記（１）乃至（４）のいずれかに記載の表示装置。
（８）可変レンズアレイの第１基板の外周部と第２基板の外周部とは封止部によって封止されており、
壁状または柱状のスペーサの端部と封止部との間には間隔が空けられている上記（７）に記載の表示装置。
（９）透明な第１共通電極を有する第１基板と、透明な第２共通電極を有する第２基板と、第１基板と第２基板との間に配置された液晶層とを含んでおり、
液晶層には、第１共通電極と第２共通電極との間に電圧が印加されていない状態において液晶レンズ列の屈折力が生ずるように液晶分子が配向する配向処理が施されており、
第１共通電極と第２共通電極との間に印加される電圧によって液晶レンズ列の屈折力が制御される可変レンズアレイ。
【符号の説明】
【０１０８】
１，２，３・・・表示装置、１０，１０’・・・表示部、１１・・・表示領域、１２・・・画素、２０・・・照明部、３０，２３０，３３０・・・可変レンズアレイ、３１・・・液晶レンズ列、４０・・・マスク、４１・・・遮光部、４２・・・開口部、１３０Ａ・・・第１基板、１３０Ｂ・・・第２基板、１３１・・・第１共通電極、１３２，３３２・・・第１配向膜、１３３，２３３・・・液晶層、１３３Ａ，２３３Ａ・・・液晶分子、１３４，２３４・・・スペーサ、１３５，３３５・・・第２配向膜、１３６・・・第２共通電極、１３７・・・封止部、１３８・・・光学部材、ＷＡL，ＷＡC，ＷＡR・・・観察領域、Ａ1，Ａ2，Ａ3，Ａ4・・・視点、ＡＬ1，ＡＬ2，ＡＬ3，ＡＬ4，ＡＬ5，ＡＬ6・・・配向処理領域
【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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