(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１基板部であって、
第１主面を有する第１基板と、
それぞれが前記第１主面上に設けられ第１方向に延在し前記第１方向に対して交差する方向に並ぶ複数の第１電極と、
を含む第１基板部と、
第２基板部であって、
前記第１主面と対向する第２主面を有する第２基板と、
前記第２主面上に設けられた対向電極と、
を含む第２基板部と、
前記第１基板部と前記第２基板部との間に設けられた液晶層と、
を備え、
前記第１電極の前記第１方向に延び、前記第１主面に対して平行ではない面を有する２つの側面のうちの一方の側面は、突出部及び後退部の少なくともいずれかを有し、
前記第１電極の前記２つの側面のうちの他方の側面は、突出部及び後退部の少なくともいずれかを有し、
前記一方の側面の突出部及び前記後退部の前記少なくともいずれかの大きさは、前記他方の側面の突出部及び前記後退部の前記少なくともいずれかの大きさよりも大きい液晶光学素子。
【請求項２】
第１基板部であって、
第１主面を有する第１基板と、
それぞれが前記第１主面上に設けられ第１方向に延在し前記第１方向に対して交差する方向に並ぶ複数の第１電極と、
それぞれが前記第１主面上において前記複数の第１電極どうしの間に設けられ、前記第１方向に延在する第２電極と、
を含む第１基板部と、
第２基板部であって、
前記第１主面と対向する第２主面を有する第２基板と、
前記第２主面上に設けられた対向電極と、
を含む第２基板部と、
前記第１基板部と前記第２基板部との間に設けられた液晶層と、
を備え、
前記複数の第１電極と前記対向電極との間に印加される第１電圧は、前記複数の第２電極と前記対向電極との間に印加される第２電圧よりも相対的に高く、
前記複数の第１電極及び前記複数の第２電極のそれぞれは、前記第１方向に延び、前記第１主面に対して平行ではない面を有する２つの側面を有し、
前記複数の第１電極の一方の前記側面は、突出部及び後退部の少なくともいずれかを有し、
前記一方の側面の前記第１主面に対して平行で前記第１方向に対して垂直な第２方向の位置は、前記第１方向に沿って変化し、
前記複数の第２電極の前記第１電極の前記一方の側面と同じ方向を向く一方の前記側面の前記第１方向に沿う前記第２方向の位置の変化は、前記第１電極の前記一方の側面の前記第１方向に沿う前記第２方向の位置の変化よりも小さい液晶光学素子。
【請求項３】
前記第１電極の前記２つの側面のうちの他方の側面の前記第２方向の位置は、前記第１方向に沿って実質的に変化しない請求項２記載の液晶光学素子。
【請求項４】
前記液晶層は、前記一方の側面から前記第１電極の他方の側面に向かう方向に進むに従って液晶のダイレクタが前記第１基板部から前記第２基板部に向かうプレチルトを有する請求項１〜３のいずれか１つに記載の液晶光学素子。
【請求項５】
前記一方の側面の突出部及び前記後退部の前記少なくともいずれかの突出量または後退量は、前記液晶層の厚さよりも小さい請求項１〜４のいずれか１つに記載の液晶光学素子。
【請求項６】
前記第１基板部は、前記第１主面上において前記複数の第１電極どうしの間に設けられ前記第１方向に延在する第２電極をさらに含む請求項１記載の液晶光学素子。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１つに記載の液晶光学素子と、
前記液晶光学素子と積層され画像情報を含む光を前記液晶層に入射させる表示部を含む画像表示部と、
を備えた画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、液晶光学素子及び画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶分子の複屈折性を利用し、電圧の印加に応じて屈折率の分布を変化させる液晶光学素子が知られている。また、この液晶光学素子と、画像表示部と、を組み合わせた立体画像表示装置がある。
【０００３】
この立体画像表示装置では、液晶光学素子の屈折率の分布を変化させることで、画像表示部に表示された画像をそのまま観察者の眼に入射させる状態と、画像表示部に表示された画像を複数の視差画像として観察者の眼に入射させる状態と、を切り替える。これにより、二次元表示動作と三次元画像表示動作とを実現する。このような表示装置において高い表示品位が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２２４１９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の実施形態は、高品位の表示を提供する液晶光学素子及び画像表示装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の実施形態によれば、第１基板部と、第２基板部と、液晶層と、を備えた液晶光学素子が提供される。前記第１基板部は、第１基板と、複数の第１電極と、を含む。前記第１基板は、第１主面を有する。前記複数の第１電極のそれぞれは、前記第１主面上に設けられ第１方向に延在し前記第１方向に対して交差する方向に並ぶ。前記第２基板部は、第２基板と、対向電極と、を含む。前記第２基板は、前記第１主面と対向する第２主面を有する。前記対向電極は、前記第２主面上に設けられる。前記液晶層は、前記第１基板部と前記第２基板部との間に設けられる。前記第１電極の前記第１方向に延び、前記第１主面に対して平行ではない面を有する２つの側面のうちの一方の側面は、突出部及び後退部の少なくともいずれかを有する。前記第１電極の前記２つの側面のうちの他方の側面は、突出部及び後退部の少なくともいずれかを有する。前記一方の側面の突出部及び前記後退部の前記少なくともいずれかの大きさは、前記他方の側面の突出部及び前記後退部の前記少なくともいずれかの大きさよりも大きい。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１の実施形態に係る液晶光学素子及び画像表示装置を示す模式的断面図である。
【図２】第１の実施形態に係る液晶光学素子の一部を示す模式的平面図である。
【図３】図３（ａ）〜図３（ｈ）は、第１の実施形態に係る液晶光学素子の一部を示す模式的平面図である。
【図４】図４（ａ）〜図４（ｅ）は、第１の実施形態に係る液晶光学素子の一部を示す模式的平面図である。
【図５】第１の実施形態に係る液晶光学素子の一部を示す模式的平面図である。
【図６】図６（ａ）及び図６（ｂ）は、第２の実施形態に係る液晶光学素子及び画像表示装置を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。  
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。  
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
【０００９】
（第１の実施形態）  
図１は、第１の実施形態に係る液晶光学素子及び画像表示装置の構成を例示する模式的断面図である。  
図１に表したように、本実施形態に係る画像表示装置２１１は、液晶光学素子１１１と、画像表示部８０と、を含む。画像表示部８０には、任意の表示装置を用いることができる。例えば、画像表示部８０には、液晶表示装置、有機ＥＬ表示装置またはプラズマディスプレイなどを用いることができる。
【００１０】
液晶光学素子１１１は、第１基板部１０ｕと、第２基板部２０ｕと、液晶層３０と、を含む。  
第１基板部１０ｕは、第１基板１０と、複数の第１電極１１と、を含む。  
第１基板１０は、第１主面１０ａを有する。複数の第１電極１１は、第１主面１０ａ上に設けられる。複数の第１電極１１のそれぞれは、第１方向に延びる。複数の第１電極１１は、第１方向に対して交差する方向に並ぶ。図１においては、複数の第１電極１１のうちの３つが図示されている。複数の第１電極１１の数は任意である。
【００１１】
第１方向をＹ軸方向とする。主面１０ａに対して平行でＹ軸方向に対して垂直な方向をＸ軸方向とする。Ｘ軸方向とＹ軸方向とに対して垂直な方向をＺ軸方向とする。  
複数の第１電極１１は、例えば、Ｘ軸方向に沿って並ぶ。
【００１２】
複数の第１電極１１のうちの最近接の２つの第１電極１１に着目する。最近接の２つの第１電極１１のうちの一方の電極を第１主電極１１ａとする。最近接の２つの第１電極１１のうちの他方の電極を第２主電極１１ｂとする。
【００１３】
最近接の第１電極１１（例えば、第１主電極１１ａ及び第２主電極１１ｂ）の間に、中心軸５９を定める。中心軸５９は、Ｘ−Ｙ平面（第１主面１０ａに対して平行な平面）に投影したときに、第１主電極１１ａのＸ軸方向における中心１１ａＣと、第２主電極１１ｂのＸ軸方向における中心１１ｂＣと、を結ぶ線分の中点を通り、Ｙ軸方向に対して平行である。
【００１４】
第１主面１０ａのうちで、中心軸５９と、第１主電極１１ａの中心１１ａＣと、の間の領域を第１領域Ｒ１とする。第１主面１０ａのうちで、中心軸５９と、第２主電極１１ｂの中心１１ｂＣと、の間の領域を第２領域Ｒ２とする。第１主電極１１ａから第２主電極１１ｂに向かう方向を＋Ｘ方向とする。第２主電極１１ｂから第１主電極１１ａに向かう方向は、−Ｘ方向に相当する。
【００１５】
図１に表したように、複数の第１電極１１のそれぞれは、第１側面４１（第１電極１１の一方の側面）と、第２側面４２（第１電極１１の他方の側面）と、を有する。第１側面４１及び第２側面４２は、Ｙ軸方向に延在する。第１側面４１から第２側面４２に向かう方向を＋Ｘ方向とする。
【００１６】
第１側面４１は、第１電極１１のうちの、第１電極１１の中心よりも−Ｘ方向側の部分（プレチルト逆側部分１１Ｑ）の側面である。第２側面４２は、第１電極１１のうちの、第１電極１１の中心よりも＋Ｘ方向側の部分（プレチルト順側部分１１Ｐ）の側面である。
【００１７】
第２基板部２０ｕは、第２基板２０と、対向電極２１と、を含む。第２基板２０は、第１主面１０ａと対向する第２主面２０ａを有する。対向電極２１は、第２主面２０ａ上に設けられる。
【００１８】
本明細書において、対向している状態は、直接向かい合う状態の他に、間に他の要素が挿入されて向かい合う状態も含む。
【００１９】
第１基板１０、第１電極１１、第２基板２０、及び、対向電極２１は、光に対して透過性である。これらの基板及び電極は、例えば透明である。
【００２０】
第１基板１０及び第２基板２０には、例えば、ガラスまたは樹脂などの透明材料が用いられる。第１基板１０及び第２基板２０は、板状またはシート状である。第１基板１０及び第２基板２０の厚さは、例えば、５０マイクロメートル（μｍ）以上、２０００μｍ以下である。ただし、厚さは任意である。
【００２１】
第１電極１１及び対向電極２１は、例えば、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｚｎ及びＴｉよりなる群から選ばれた少なくとも１つ（１種）の元素を含む酸化物を含む。これらの電極には、例えばＩＴＯが用いられる。例えば、Ｉｎ２Ｏ３及びＳｎＯ３の少なくともいずれかを用いても良い。これらの電極の厚さは、例えば約２００ナノメートル（ｎｍ）（例えば１００ｎｍ以上３５０ｎｍ以下）である。電極の厚さは、例えば、可視光に対して高い透過率が得られる厚さに設定される。
【００２２】
第１電極１１の配設ピッチ（最近接の第１電極１１どうしのそれぞれのＸ軸方向の中心の間の距離）は、例えば、１０μｍ以上１０００μｍ以下である。配設ピッチは、所望な仕様（後述する屈折率分布型レンズの特性）に適合するように設定される。第１電極１１のＸ軸方向に沿う長さ（幅）は、例えば、５μｍ以上３００μｍ以下である。
【００２３】
液晶層３０は、第１基板部１０ｕと第２基板部２０ｕとの間に設けられる。液晶層３０は、液晶材料を含む。液晶材料には、ネマティック液晶（液晶光学素子１１１の使用温度においてネマティック相）が用いられる。液晶材料は、正の誘電異方性または負の誘電異方性を有する。正の誘電異方性の場合、液晶層３０における液晶の初期配列（液晶層３０に電圧を印加しないときの配列）は、例えば、水平配向である。負の誘電異方性の場合、液晶層３０における液晶の初期配列は、垂直配向である。
【００２４】
液晶層３０の厚さ（液晶層３０のＺ軸方向に沿う長さ）は、例えば、２０μｍ以上５０μｍ以下であり、例えば、約３０μｍである。液晶層３０の厚さは、第１基板部１０ｕと第２基板部２０ｕとの間のＺ軸方向に沿う距離である。
【００２５】
例えば、実施形態において、液晶層３０における液晶の配向は、プレチルトを有する。プレチルトにおいては、第１側面４１から第２側面４２に向かう方向（第１主電極１１ａから第２主電極１１ｂに向かう方向）である＋Ｘ方向に進むに従って、液晶のダイレクタ３０ｄが第１基板部１０ｕから第２基板部２０ｕに向かう。
【００２６】
プレチルト角は、液晶のダイレクタ３０ｄ（液晶分子の長軸方向の軸）とＸ−Ｙ平面との角度である。水平配向である場合、プレチルト角は、例えば、０°よりも大きく４５°未満である。垂直配向においては、プレチルト角は、例えば、４５°よりも大きく９０°未満である。
【００２７】
本明細書においては、プレチルト角が４５°未満の場合を、便宜的に水平配向と言い、プレチルト角が４５を超える場合を、便宜的に垂直配向と言う。
【００２８】
プレチルトの方向は、例えば、クリスタルローテーション法などにより判定できる。また、液晶層３０に電圧を印加して、液晶の配向を変化させ、このときの液晶層３０の光学特性を観測することでも、プレチルトの方向を判定できる。
【００２９】
第１基板部１０ｕにおいて、例えばラビングなどの配向処理が行われる場合、配向処理の方向ＡＤ１は、＋Ｘ方向に沿う。この例において、第１基板部１０ｕにおける配向処理の方向ＡＤ１は、例えば、＋Ｘ方向である。
【００３０】
液晶のダイレクタ３０ｄをＸ−Ｙ平面に投影したときに。ダイレクタ３０ｄの軸は、＋Ｘ方向に対して平行でも良く、非平行でも良い。プレチルトの方向をＸ軸に投影したときに、プレチルトの方向は、＋Ｘ方向成分を有している。
【００３１】
液晶層３０の第２基板部２０ｕの近傍での配向方向は、液晶層３０の第１基板部１０ｕの近傍での配向方向に対して反平行である。この例において、第２基板部２０ｕにおける配向処理の方向ＡＤ２は、−Ｘ方向である。すなわち、初期配向は、スプレイ配列ではない。
【００３２】
第１基板部１０ｕは、配向膜（図示しない）をさらに含んでも良い。第１基板部１０ｕの配向膜と第１基板１０との間に、複数の第１電極１１が配置される。第２基板部２０ｕは、配向膜（図示しない）をさらに含んでも良い。第２基板部２０ｕの配向膜と第２基板２０との間に、対向電極２１が配置される。配向膜には、例えばポリイミドが用いられる。配向膜に例えばラビング処理を行うことで、液晶層３０の初期配列が得られる。第１基板部１０ｕのラビング処理の方向は、第２基板部２０ｕのラビング方向に対して反平行である。配向膜に光照射処理を行うことで、初期配向を得ても良い。
【００３３】
以下では、液晶層３０に含まれる液晶の誘電異方性が正であり、初期配列が水平配向である場合について説明する。
【００３４】
第１電極１１と対向電極２１との間に電圧を印加することで、液晶層３０における液晶配向が変化する。この変化に伴って液晶層３０に屈折率分布が形成され、この屈折率分布により、液晶光学素子１１１に入射する光の進行方向を変化させる。この光の進行方向の変化は、主に屈折効果に基づく。
【００３５】
画像表示部８０は、表示部８６を含む。表示部８６は、液晶光学素子１１１と積層される。表示部８６は、画像情報を含む光を液晶層３０に入射させる。画像表示部８０は、表示部８６を制御する表示制御部８７をさらに含むことができる。表示制御部８７から表示部８６に画像情報を含む信号が供給される。表示部８６は、その信号に基づいて変調された光を生成する。表示部８６は、例えば、複数の視差画像を含む光を出射する。液晶光学素子１１１は後述するように、光路を変更する動作状態と、光路を実質的に変更しない動作状態と、を有する。光路を変更する動作状態の液晶光学素子１１１に光が入射することで、画像表示装置２１１は、例えば、三次元表示を提供する。また、例えば、光路を実質的に変更しない動作状態において、画像表示装置２１１は、例えば、二次元画像表示を提供する。
【００３６】
画像表示装置２１１は、制御部７７をさらに含む。制御部７７は、表示制御部８７と有線または無線の方法（電気的方法または光学的方法など）により、接続されても良い。また、画像表示装置２１１は、制御部７７と表示制御部８７とを制御する制御部（図示しない）をさらに含んでも良い。
【００３７】
制御部７７は、複数の第１電極１１、及び、対向電極２１と電気的に接続される。図１では、図を見やすくするために、制御部７７と第１電極１１との間の一部の配線の図示を省略している。制御部７７は、第１電極１１と対向電極２１との間に第１電圧を印加する。
【００３８】
本明細書においては、２つの電極の間の電位を同じにする（零ボルトにする）状態も、便宜的に、電圧を印加する状態に含まれるものとする。
【００３９】
第１電圧は、直流電圧でも交流電圧でも良い。第１電圧の極性は、例えば周期的に変化しても良い。例えば、対向電極２１の電位を固定し、第１電極１１の電位を交流で変化させても良い。また、対向電極２１の電位の極性を周期的に変化させ、この極性の変化に連動して、第１電極１１の電位を逆極性で変化させても良い。すなわち、コモン反転駆動を行っても良い。これにより、駆動回路の電源電圧を小さくでき、駆動ＩＣの耐圧仕様が緩和される。
【００４０】
液晶層３０のプレチルト角が比較的小さい（例えば１０度以下）場合は、液晶層３０の液晶配向の変化に関する閾値電圧Ｖｔｈが比較的明確である。この場合、例えば、第１電圧は、閾値電圧Ｖｔｈよりも大きく設定される。第１電圧の印加により、液晶層３０の液晶配向が変化する。
【００４１】
第１電圧が印加される領域の液晶層３０では、液晶のチルト角が大きい配向（例えば垂直配向）が形成される。この領域の実効的な屈折率は、常光に対する屈折率（ｎｏ）に近づく。
【００４２】
一方、第１主電極１１ａと第２主電極１１ｂとの間の領域においては、Ｚ軸方向に沿った電圧が印加されない。これらの領域では、初期配列（例えば水平配向）または、それに近い配向が形成される。Ｘ軸方向に振動する光に対するこの領域の屈折率は、異常光に対する屈折率（ｎｅ）またはそれに近い。これにより、液晶層３０において屈折率分布３１が形成される。
【００４３】
屈折率分布３１においては、屈折率の変化は、例えば、異常光に対する屈折率と、常光に対する屈折率と、の差の２０％以上８０％以下程度である。
【００４４】
屈折率分布３１は、例えば、凸レンズにおけるレンズの厚さの分布に対応する形状を有する。液晶光学素子１１１は、屈折率が面内で変化する液晶ＧＲＩＮレンズ（Gradient Index lens）として機能する。液晶光学素子１１１において、レンチキュラー状の光学特性を有するレンズが形成される。
【００４５】
形成される屈折率分布３１において、中心軸５９の位置は、レンズ中心の位置に対応し、第１主電極１１ａ及び第２主電極１１ｂの位置は、レンズ端の位置に対応する。
【００４６】
液晶光学素子１１１において、例えば、電圧を印加したときに、光路を変更する動作状態が形成され、電圧を印加しないときに、光路を実質的に変更しない動作状態が得られる。
【００４７】
図２は、第１の実施形態に係る液晶光学素子の一部の構成を例示する模式的平面図である。  
図２に表したように、複数の第１電極１１のそれぞれは、Ｙ軸方向に延び、第１主面１１ａに対して平行ではない面を有する第１側面４１及び第２側面４２の２つの側面を有する。第１側面４１は、Ｙ軸方向に延在し、Ｙ軸方向を複数回横切るように、Ｘ軸方向に位置を変化させる。第２側面４２は、Ｘ軸方向において第１側面４１とは反対側の側面である。この例では、第２側面４２のＸ軸方向の位置は、Ｙ軸方向に沿って実質的に変化しない。
【００４８】
第１側面４１は、第１電極１１のＹ軸方向に沿う２つの側面のうちの、−Ｘ方向を向く側の側面である。第１側面４１は、液晶層３０のプレチルトの方向と反対の方向を向く。第１側面４１は、第１基板部１０ｕの配向処理の方向ＡＤ１と反対の方向（配向処理の上流側）を向く。第１電極１１は、液晶層３０のプレチルトの方向に対して反対の方向を向く第１側面４１のＸ軸方向の位置を変化させる。
【００４９】
複数の第１電極１１の第１側面４１は、Ｘ軸方向に向かって突出する複数の突出部５０を有する。複数の突出部５０は、第１側面４１においてＹ軸方向に沿って並ぶ。第１側面４１のＸ軸方向の位置の変化は、複数の突出部５０によって形成される。この例では、突出部５０は、三角形状であり、例えば、二等辺三角形状である。この例では、複数の突出部５０のそれぞれの形状は、互いに実質的に同じである。複数の突出部５０のＹ軸方向の間隔は、実質的に一定である。但し、実施形態において突出部５０の形状は、任意であり、複数の突出部５０のＹ軸方向の間隔は、一定でなくてもよい。
【００５０】
Ｘ軸方向に沿う第１側面４１の変化量（第１変化量ΔＷ１）は、Ｚ軸方向に沿う液晶層３０の長さ（厚さ）よりも小さい。この例では、第１変化量ΔＷ１は、３０μｍよりも小さい。第１変化量ΔＷ１は、例えば、５μｍ以上２０μｍ以下である。
【００５１】
この例では、第１基板部１０ｕは、接続部４０を、さらに含む。複数の第１電極１１のそれぞれのＹ軸方向の一端は、接続部４０に接続される。接続部４０は、例えば、第１電極１１の電気的な接続に用いられる。この例では、複数の第１電極１１が、１つの接続部４０に接続されている。複数の第１電極１１と、接続部４０と、を含む形状は、櫛歯状である。接続部４０に電圧を印加することで、複数の第１電極１１のそれぞれに電圧を印加することができる。接続部４０には、例えば、第１電極１１と実質的に同じ材料を用いることができる。接続部４０は、複数の第１電極１１と別に形成してもよい。
【００５２】
本願発明者の検討によると、高い電圧が印加される第１電極１１において、液晶のチルト方向が逆転するリバースチルトが生じ易いことが分かった。リバースチルトは、液晶層３０における初期配列のプレチルト方向に対して逆方向の電界が印加されることに起因して発生する。第１電極１１のうちの、第１電極１１の中心よりも−Ｘ方向側のプレチルト逆側部分１１Ｑにおいて、リバースチルトが発生し易い。一方、第１電極１１のうちの、第１電極１１の中心よりも＋Ｘ方向側のプレチルト順側部分１１Ｐにおいて、リバースチルトが発生し難い。
【００５３】
リバースチルトは、電圧を印加している動作中に増大する傾向がある。リバースチルトの程度が著しいと、液晶の配列が乱される。例えば、ディスクリネーションが発生する。このディスクリネーションは、チルト角やツイスト角の異なる配向ドメインの境界に、それぞれの配向状態のバランスをとって成立しているため、エネルギー的に不安定な状態となっている。そして、何らかのきっかけが発生すると、このディスクリネーションは、容易に変化する。例えば、第１電極１１のＸ軸方向の幅の数倍のピッチで、Ｙ軸方向に沿って屈曲が発生し、ディスクリネーション領域の幅も屈曲が発生しない場合の数倍以上になる。この著しい屈曲が発生した状態では、ディスクリネーション領域が液晶光学素子１１１の光学特性劣化に与える影響が非常に大きい。これにより、所望の屈折率分布３１が得られず、表示品位が低下する。
【００５４】
例えば、第１側面４１及び第２側面４２のそれぞれのＸ軸方向の位置が実質的に変化しない構成において、リバースチルトが発生し易いことが分かった。
【００５５】
本実施形態に係る液晶光学素子１１１においては、プレチルト逆側部分１１Ｑ側である第１側面４１のＸ軸方向の位置を変化させている。これにより、電界分布に特異点を作り出す。この特異点をきっかけとしてディスクリネーションを制御することが可能となる。この結果、ディスクリネーションの過大な屈曲を抑制することができ、レンズ性能の劣化を抑えることができる。本実施形態に係る液晶光学素子１１１及び画像表示装置２１１によれば、高品位の表示を提供することができる。
【００５６】
この例では、第１側面４１の第１変化量ΔＷ１を、液晶層３０の厚さよりも小さくしている。これにより、第１側面４１の位置の変化の電界分布への影響が、適切に設定される。これにより、表示の品位をより高めることができる。
【００５７】
図３（ａ）〜図３（ｈ）は、第１の実施形態に係る別の液晶光学素子の一部の構成を例示する模式的平面図である。  
図３（ａ）に表したように、液晶光学素子１１２において、三角形状の突出部５０の一方の辺５０ａは、他方の辺５０ｂよりも長い。液晶光学素子１１２において、突出部５０は、直角三角形状である。この例では、Ｘ−Ｙ平面に射影したときの突出部５０の形状は、Ｘ軸方向に関して非対称である。突出部５０の辺のうちでＹ軸方向に対して傾斜した辺５０ａにおいては、発生する電界がＸ軸方向及びＹ軸方向に対して傾斜する。これにより、液晶層３０の液晶に捩れの力を作用させることができ、ディスクリネーションをより抑制することができる。
【００５８】
なお、液晶層３０の液晶材料にカイラル剤を添加する場合は、カイラル剤の捩れ方向が、辺５０ａで発生する電界の向きと同じになるようにする。これにより、リバースチルトの発生をより適切に抑えることができる。
【００５９】
図３（ｂ）〜図３（ｄ）に表したように、液晶光学素子１１３〜１１５において、突出部５０は、矩形状、半楕円状または台形状である。
【００６０】
このように、突出部５０の形状は、任意である。液晶光学素子１１２〜１１５においても、リバースチルトの発生を抑制できる。ディスクリネーションの過大な屈曲を抑制できる。これにより、高品位の表示を提供する液晶光学素子及び画像表示装置が得られる。なお、複数の突出部５０のそれぞれの形状や大きさを変化させてもよい。例えば、三角形状の突出部５０と半楕円状の突出部５０とを、１つの第１電極１１に設けてもよい。
【００６１】
図３（ｅ）に表したように、液晶光学素子１１６において、第１電極１１は、Ｘ軸方向に向かって後退する複数の後退部５２を有する。液晶光学素子１１６において、第１側面４１のＸ軸方向の位置の変化は、複数の後退部５２によって形成される。この例では、後退部５２は、二等辺三角形状である。
【００６２】
図３（ｆ）に表したように、液晶光学素子１１７においては、後退部５２は、直角三角形状である。この例では、Ｘ−Ｙ平面に射影したときの後退部５２の形状は、Ｘ軸方向に関して非対称である。後退部５２の形状は、矩形状でもよいし、半楕円形でもよいし、台形状でもよい。後退部５２の形状は、任意である。このように、後退部５２によって第１側面４１のＸ軸方向の位置を変化させた液晶光学素子１１６、１１７においても、高品位の表示を提供できる。
【００６３】
図３（ｇ）に表したように、液晶光学素子１１８において、第１電極１１の第１側面４１は、複数の突出部５０と、複数の後退部５２と、を有する。このように、第１側面４１のＸ軸方向の位置の変化は、複数の突出部５０と複数の後退部５２とによって形成してもよい。
【００６４】
図３（ｈ）に表したように、液晶光学素子１１９において、第１側面４１は、波状に湾曲する。このように、第１側面４１のＸ軸方向の位置の変化は、波状に湾曲させることによって形成してもよい。この場合も、第１側面４１は、複数の突出部５０と複数の後退部５２とを有する。第１側面４１のＸ軸方向の位置の変化は、ジグザグ状に屈曲させても良い。
【００６５】
このように、実施形態において、第１電極１１の一方の側面（第１側面４１）は、突出部５０及び後退部５２の少なくともいずれかを有することができる。
【００６６】
図４（ａ）〜図４（ｅ）は、第１の実施形態に係る別の液晶光学素子の一部の構成を例示する模式的平面図である。  
図４（ａ）に表したように、液晶光学素子１２１においては、第１電極１１の第２側面４２は、Ｙ軸方向を複数回横切るようにＸ軸方向に位置を変化させる。
【００６７】
このように、第２側面４２のＸ軸方向の位置をさらに変化させてもよい。この液晶光学素子１２１においても、高品位の表示を提供できる。
【００６８】
液晶光学素子１２１の第１電極１１において、第１側面４１は複数の第１突出部５０Ｑを有し、第２側面４２は、複数の第２突出部５０Ｐを有する。第２側面４２のＸ軸方向の位置の変化は、複数の第２突出部５０Ｐによって形成される。
【００６９】
液晶光学素子１２１において、例えば、第１突出部５０Ｑの数は、第２突出部５０Ｐの数よりも多い。液晶光学素子１２１において、第１側面４１のＸ軸方向の位置の変化は、第２側面４２のＸ軸方向の位置の変化よりも大きい。具体的には、第１側面４１のＹ軸方向を横切る回数は、第２側面４２のＹ軸方向を横切る回数よりも多い。
【００７０】
既に説明したように、プレチルト逆側部分１１Ｑにおいてリバースチルトが発生し易い。すなわち、リバースチルトの発生に対応させて第１側面４１及び第２側面４２のＸ軸方向の位置を変化させる。これにより、表示の品位をより高めることができる。
【００７１】
図４（ｂ）に表したように、液晶光学素子１２２においては、第１突出部５０ＱのＸ軸方向の位置の第１変化量ΔＷ１は、第２突出部５０ＰのＸ軸方向の位置の第２変化量ΔＷ２よりも大きい。第１突出部５０Ｑの形状及び第２突出部５０Ｐの形状は、任意である。第１突出部５０Ｑの形状は、第２突出部５０Ｐの形状と異なってもよい。例えば、第１突出部５０Ｑを三角形状とし、第２突出部５０Ｐを半楕円状にしてもよい。
【００７２】
図４（ｃ）に表したように、液晶光学素子１２３においては、第１側面４１は複数の第１後退部５２Ｑを有し、第２側面４２は複数の第２後退部５２Ｐを有する。このように、第１後退部５２Ｑ及び第２後退部５２Ｐを設けることによって、第１側面４１と第２側面４２とのそれぞれのＸ軸方向の位置を変化させてもよい。第１後退部５２Ｑの形状及び第２後退部５２Ｐの形状は、任意である。
【００７３】
図４（ｄ）に表したように、液晶光学素子１２４においては、第１電極１１の第１側面４１及び第２側面４２は、波状に湾曲する。第１側面４１の波状の湾曲の周期は、第２側面４２の波状の湾曲の周期よりも短い。すなわち、第１側面４１のＹ軸方向を横切る回数は、第２側面４２のＹ軸方向を横切る回数よりも多い。第１側面４１及び第２側面４２を波状に湾曲させる場合には、周期によって、第１側面４１のＸ軸方向の位置の変化を、第２側面４２のＸ軸方向の位置の変化よりも大きくしてもよい。
【００７４】
図４（ｅ）に表したように、液晶光学素子１２５において、第１側面４１の波状の湾曲の振幅は、第２側面４２の波状の湾曲の振幅よりも大きい。すなわち、第１側面４１の第１変化量ΔＷは、第２側面４２の第２変化量ΔＷよりも大きい。このように、第１側面４１及び第２側面４２を波状に湾曲させる場合には、振幅によって、第１側面４１のＸ軸方向の位置の変化を、第２側面４２のＸ軸方向の位置の変化よりも大きくしてもよい。
【００７５】
このように、第２側面４２（第１電極１１の他方の側面）は、突出部（第２突出部５０Ｐ）及び後退部（第２後退部５２Ｐ）の少なくともいずれかを有することができる。第１側面４２（第１電極１１の一方の側面）の突出部（第１突出部５０Ｑ）及び後退部（第１後退部５２Ｑ）の少なくともいずれかの大きさ（例えば第１変化量ΔＷ１）は、第２側面４２の突出部及び後退部の少なくともいずれかの大きさより（第２変化量ΔＷ２）も大きい。
【００７６】
図５は、第１の実施形態に係る別の液晶光学素子の一部の構成を例示する模式的平面図である。  
図５に表したように、液晶光学素子１３１においては、第１主電極１１ａに設けられた突出部５０のＹ軸方向の位置は、第２主電極１１ｂに設けられた突出部５０のＹ軸方向の位置と異なる。最近接の２つの第１電極１１の一方の第１側面４１のＸ軸方向の位置の変化は、最近接の２つの第１電極１１の他方の第１側面４１のＸ軸方向の位置の変化と異なる。例えば、最近接の２つの第１電極１１において、電界分布の特異点の発生する位置が変化する。例えば、最近接の２つの第１電極１１において、リバースチルトの発生を抑えられる位置が変化する。これにより、表示の品位をより高めることができる。
【００７７】
（第２の実施形態）  
図６（ａ）及び図６（ｂ）は、第２の実施形態に係る液晶光学素子及び画像表示装置の構成を例示する模式図である。  
図６（ａ）は、液晶光学素子１４１及び画像表示装置２４１の構成を例示する模式的断面図である。図６（ｂ）は、液晶光学素子１４１の一部の構成を例示する模式的平面図である。  
図６（ａ）及び図６（ｂ）に表したように、本実施形態に係る画像表示装置２４１の液晶光学素子１４１においては、第１基板部１０ｕは、複数の第２電極１２を、さらに含む。このように、第１基板部１０ｕは、第１主面１０ａ上において複数の第１電極１１どうしの間に設けられＹ軸方向に延在する第２電極１２をさらに含む。この例では、第２電極１２として、少なくとも、第１サブ電極１２ａと、第２サブ電極１２ｂと、が設けられる。
【００７８】
複数の第２電極１２のうちの第１サブ電極１２ａは、第１主面１０ａ上において、第１領域Ｒ１に設けられ、Ｙ軸方向に延在する。
【００７９】
複数の第２電極１２のうちの第２サブ電極１２ｂは、第１主面１０ａ上において、第２領域Ｒ２に設けられ、Ｙ軸方向に延在する。
【００８０】
第２電極１２には、第１電極１１及び対向電極２１と実施的に同じ材料が用いられる。第２電極１２の厚さは、例えば約２００ｎｍ（例えば１００ｎｍ以上３５０ｎｍ以下）である。これにより、可視光に対して良好な透過率が得られる。第２電極１２のＸ軸方向に沿う長さ（幅）は、例えば、５μｍ以上３００μｍ以下である。
【００８１】
この例において、制御部７７は、第１電極１１、第２電極１２及び対向電極２１と電気的に接続される。図６では、図を見やすくするために、制御部７７と第２電極１２との間の配線は省略されている。制御部７７は、第１電極１１と対向電極２１との間に第１電圧を印加し、第２電極１２と対向電極２１との間に第２電圧を印加する。第１電圧は、第２電圧よりも相対的に高い。
【００８２】
第１電圧及び第２電圧が印加される領域の液晶層３０では、液晶のチルト角が大きい配向（例えば垂直配向）が形成される。この領域の実効的な屈折率は、常光に対する屈折率（ｎ０）に近づく。
【００８３】
一方、第１主電極１１ａと第１サブ電極１２ａとの間の領域、第１サブ電極１２ａと第２サブ電極１２ｂとの間の領域、及び、第２サブ電極１２ｂと第２主電極１１ｂとの間の領域においては、Ｚ軸方向に沿った電圧が印加されない。これらの領域では、初期配列（例えば水平配向）または、それに近い配向が形成される。Ｘ軸方向に振動する光に対するこの領域の屈折率は、異常光に対する屈折率（ｎｅ）または、それに近い。これにより、液晶層３０において屈折率分布３１が形成される。
【００８４】
屈折率分布３１においては、例えば、屈折率の変化は、異常光に対する屈折率と、常光に対する屈折率と、の差の２０％以上８０％以下程度である。この例において、屈折率分布３１は、例えば、フレネルレンズにおけるレンズの厚さの分布に対応する形状を有する。
【００８５】
この例において、第１電極１１の第１側面４１は、Ｘ軸方向に位置を変化させる。第２側面４２のＸ軸方向の位置は、実質的に変化しない。第１側面４１は、突出部５０及び後退部５２の少なくともいずれかを有する。
【００８６】
複数の第２電極１２のそれぞれは、第３側面４３と、第４側面４４と、を有する。第３側面４３は、第２電極１２のＹ軸方向に沿う２つの側面のうちの、−Ｘ方向を向く側面である。第４側面４４は、第２電極１２のＹ軸方向に沿う２つの側面のうちの、＋Ｘ方向を向く側面である。第４側面４４は、Ｘ軸方向において第３側面４３と反対側の側面である。第３側面４３のＸ軸方向の位置は、実質的に変化しない。第４側面４４のＸ軸方向の位置は、実質的に変化しない。
【００８７】
このように、比較的高い電圧が印加される第１電極１１の第１側面４１のＸ軸方向の位置を変化させる。これにより、例えば、リバースチルトの発生を効果的に抑えることができる。
【００８８】
なお、第２電極１２の第３側面４３や第４側面４４のＸ軸方向の位置を変化させてもよい。第３側面４３は、突出部及び後退部の少なくともいずれかを有することができる。第３側面４３のＸ軸方向の位置の変化は、第１側面４１のＸ軸方向の位置の変化よりも小さいことが好ましい。第４側面４４のＸ軸方向の位置の変化は、第１側面４１のＸ軸方向の位置の変化よりも小さいことが好ましい。第４側面４４のＸ軸方向の位置の変化は、第３側面４３のＸ軸方向の位置の変化よりも小さいことが好ましい。すなわち、リバースチルトの発生頻度に対応させて第１側面４１〜第４側面４４のＸ軸方向の位置を変化させる。これにより、表示の品位をより高めることができる。
【００８９】
また、液晶光学素子は、第１主電極１１ａと第２主電極１１ｂとの間に、第１電圧または第２電圧と異なる電圧を印加するための、さらに多くの電極を含んでもよい。例えば、中心線５９と重なる位置に、Ｙ軸方向に延在する電極をさらに設けても良い。この電極の電位は、例えば対向電極２１の電位と同じに設定される。中心軸５９においては、液晶層３０の配向は、例えば初期配向が維持される。
【００９０】
実施形態によれば、高品位の表示を提供する液晶光学素子及び画像表示装置が提供できる。
【００９１】
なお、本願明細書において、「垂直」及び「平行」は、厳密な垂直及び厳密な平行だけではなく、例えば製造工程におけるばらつきなどを含むものであり、実質的に垂直及び実質的に平行であれは良い。
【００９２】
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、液晶光学素子に含まれる第１基板部、第２基板部、液晶層、第１基板、第２基板、第１電極、対向電極、第１側面、第２側面、突出部及び後退部、並びに、画像表示装置に含まれる表示部及び画像表示部などの各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。  
また、各具体例のいずれか２つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。
【００９３】
その他、本発明の実施の形態として上述した液晶光学素子及び画像表示装置を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての液晶光学素子及び画像表示装置も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。
【００９４】
その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。
【００９５】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、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。
【符号の説明】
【００９６】
１０…第１基板、  １０ａ…第１主面、  １０ｕ…第１基板部、  １１…第１電極、  １１Ｐ…プレチルト順側部分、  １１Ｑ…プレチルト逆側部分、  １１ａ…第１主電極、  １１ａＣ…中心、  １１ｂ…第２主電極、  １１ｂＣ…中心、  １２…第２電極、  １２ａ…第１サブ電極、  １２ｂ…第２サブ電極、  ２０…第２基板、  ２０ａ…第２主面、  ２０ｕ…第２基板部、  ２１…対向電極、  ３０…液晶層、  ３０ｄ…ダイレクタ、  ３１…屈折率分布、  ４０…接続部、  ４１…第１側面、  ４２…第２側面、  ４３…第３側面、  ４４…第４側面、  ５０…突出部、  ５０Ｐ…第２突出部、  ５０Ｑ…第１突出部、  ５０ａ、５０ｂ…辺、  ５２…後退部、  ５２Ｐ…第２後退部、  ５２Ｑ…第１後退部、  ５９…中心軸、  ７７…制御部、  ８０…画像表示部、  ８６…表示部、  ８７…表示制御部、  １１１〜１１９、１２１〜１２５、１３１、１４１…液晶光学素子、  ２１１、２４１…画像表示装置、  ＡＤ１、ＡＤ２…方向、  Ｒ１、Ｒ２…第１及び第２領域、  ΔＷ１、ΔＷ２…第１、第２変化量
【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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