(57)【要約】  画像表示装置１０は、表示パネル６０と、表示パネル６０より前面側に配置された液晶レンズ４０を備えている。表示パネル６０は、複数の画素を形成するブラックマトリクス６８と、表示パネル６０において前面側に位置する前面側偏光板６６を備え、液晶レンズ４０は、互いに対向する第１基板４１及び第２基板４２と、第１基板４１に形成された第１電極層４４と、第２基板４２にストライプ状に形成された複数の電極４５ａ〜４５ｅを有する第２電極層４５と、電極層４４，４５の間に印加される電圧に応じて液晶分子４９の配向方向が変化することでレンズ効果が発生する液晶層４３とを備えている。第２電極層４５では、複数の電極４５ａ〜４５ｅが、ブラックマトリクス６８において所定方向に延びるブラックライン６８ｂに対して傾斜する方向に延びている。液晶分子４９の初期配向の方向は、前面側偏光板６６の透過軸に対して略平行である。
2014196125.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表示パネルと、
前記表示パネルより前面側に配置された液晶レンズとを備え、
前記表示パネルは、
複数の画素を形成するブラックマトリクスと、
前記表示パネルにおいて前面側に位置する前面側偏光板とを備え、
前記液晶レンズは、
互いに対向するように配置された第１基板及び第２基板と、
前記第１基板に形成された第１電極層と、
前記第２基板にストライプ状に形成された複数の電極を有する第２電極層と、
前記第１電極層と前記第２電極層との間に配置され、複数の液晶分子を有し、前記第１電極層と前記第２電極層との間に印加される電圧に応じて前記液晶分子の配向方向が変化することでレンズ効果が発生する液晶層とを備え、
前記第２電極層では、前記複数の電極が、前記ブラックマトリクスにおいて所定方向に延びるブラックラインに対して傾斜する方向に延び、
前記液晶分子の初期配向の方向は、前記前面側偏光板の透過軸に対して略平行である、画像表示装置。
【請求項２】
前記第１電極層は、前記第２電極層の前記複数の電極と対向する単一の電極により構成されている、請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項３】
前記第１電極層は、前記第１基板にストライプ状に形成されて前記第２電極層の前記複数の電極と交差する複数の電極を有する、請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項４】
前記第１電極層の前記複数の電極は、前記第２電極層の前記複数の電極と直交する、請求項３に記載の画像表示装置。
【請求項５】
前記液晶分子の初期配向の方向は、前記ブラックマトリクスのうち前記第２電極層の電極となす鋭角が小さい方のブラックラインに対して略平行である、請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項６】
画像表示装置において表示パネルより前面側に配置される液晶レンズであって、
互いに対向するように配置された第１基板及び第２基板と、
前記第１基板に形成された第１電極層と、
前記第２基板にストライプ状に形成された複数の電極を有する第２電極層と、
前記第１電極層と第２電極層との間に配置され、複数の液晶分子を有し、前記第１電極層と前記第２電極層との間に印加される電圧に応じて前記液晶分子の配向方向が変化することでレンズ効果が発生する液晶層とを備え、
前記第２電極層では、前記複数の電極が、前記表示パネルのブラックマトリクスにおいて所定方向に延びるブラックラインに対して傾斜する方向に延び、
前記液晶分子の初期配向の方向は、前記表示パネルにおいて前面側に位置する前面側偏光板の透過軸に対して略平行である、液晶レンズ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、液晶レンズを備えた画像表示装置及び液晶レンズに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、液晶レンズ層を備えた立体画像表示装置を開示している。液晶レンズ層は、レンズ効果を有する液晶素子である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２２６２３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本開示は、裸眼３Ｄにおいて画像の視認性が高い画像表示装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示される画像表示装置は、表示パネルと、表示パネルより前面側に配置された液晶レンズとを備え、表示パネルは、複数の画素を形成するブラックマトリクスと、表示パネルにおいて前面側に位置する前面側偏光板とを備え、液晶レンズは、互いに対向するように配置された第１基板及び第２基板と、記第１基板に形成された第１電極層と、第２基板にストライプ状に形成された複数の電極を有する第２電極層と、第１電極層と第２電極層との間に配置され、複数の液晶分子を有し、第１電極層と第２電極層との間に印加される電圧に応じて液晶分子の配向方向が変化することでレンズ効果が発生する液晶層とを備え、第２電極層では、複数の電極が、ブラックマトリクスにおいて所定方向に延びるブラックラインに対して傾斜する方向に延び、液晶分子の初期配向の方向は、前面側偏光板の透過軸に対して略平行である。
【発明の効果】
【０００６】
本開示によれば、裸眼３Ｄにおいて画像の視認性が高い画像表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、画像表示装置１０の外観を示す概略図である。
【図２】図２は、画像表示装置１０の概略断面図である。
【図３】図３は、画像表示装置１０の部分拡大図である。
【図４】図４は、液晶レンズ４０の分解斜視図である。
【図５】図５は、画像表示装置１０の部分拡大図である。
【図６】図６は、実施の形態１に係る液晶レンズ４０の概略図であり、（ａ）は液晶レンズ４０の上面図、（ｂ）は液晶レンズ４０の分解斜視図である。
【図７】図７は、実施の形態１に係る別の液晶レンズ４０の概略図であり、（ａ）は液晶レンズ４０の上面図、（ｂ）は液晶レンズ４０の分解斜視図である。
【図８】図８は、液晶レンズ４０の動作を説明するための概略図であり、（ａ）は２Ｄ表示のときの液晶レンズ４０を示す概略図、（ｂ）は３Ｄ表示のときの液晶レンズ４０を示す概略図である。
【図９】図９は、画像表示装置１００の外観を示す概略図であり、（ａ）は画像表示装置１００の横表示の状態を示す概略図、（ｂ）は画像表示装置１００の縦表示の際の状態を示す概略図である。
【図１０】図１０は、液晶レンズ４００の分解斜視図である。
【図１１】図１１は、液晶レンズ４００の概略図であり、（ａ）は液晶レンズ４００の上面図、（ｂ）は液晶レンズ４００の分解斜視図、（ｃ）は液晶レンズ４００の分解斜視図である。
【図１２】図１２は、電極とサブ画素との配置関係を示す概略図である。
【図１３】図１３は、色割れを説明するための概略図であり、（ａ）は色割れが発生する場合の電極とサブ画素の配置関係を示す概略図、（ｂ）はＡ−Ａ’の位置における断面をＹ方向から見たときの図である。
【図１４】図１４は、色割れを説明するための概略図であり、（ａ）は横表示の場合の電極とサブ画素の配置関係を示す概略図、（ｂ）はＡ−Ａ’の位置における断面をＹ’方向から見たときの図、（ｃ）はＢ−Ｂ’の位置における断面をＹ’方向から見たときの図、（ｄ）はＣ−Ｃ’の位置における断面をＹ’方向から見たときの図である。
【図１５】図１５は、色割れを説明するための概略図であり、（ａ）は縦表示の場合の電極とサブ画素の配置関係を示す概略図、（ｂ）はＡ−Ａ’の位置における断面をＸ方向から見たときの図、（ｃ）はＢ−Ｂ’の位置における断面をＸ方向から見たときの図、（ｄ）はＣ−Ｃ’の位置における断面をＸ方向から見たときの図である。
【図１６】図１６は、液晶レンズ５００の分解斜視図である。
【図１７】図１７は、液晶レンズ５００の概略図であり、（ａ）は液晶レンズ５００の上面図、（ｂ）は液晶レンズ５００の分解斜視図、（ｃ）は液晶レンズ５００の分解斜視図である。
【図１８】図１８は、電極とサブ画素の配列との関係を示す概略図である。
【図１９】図１９は、液晶レンズ８００の概略図であり、（ａ）は液晶レンズ８００の上面図、（ｂ）は液晶レンズ８００の分解斜視図、（ｃ）は液晶レンズ８００の分解斜視図である。
【図２０】図２０は、実施例のパラメータを説明するための概略図である。
【図２１】図２１は、実施例のパラメータを説明するための概略図である。
【図２２】図２２は、実施例１を示す図であり、（ａ）は実施例１の屈折率分布を示す概略図、（ｂ）は実施例１の平均屈折率を示すグラフ、（ｃ）は実施例１の配光特性を示すグラフ、（ｄ）は角度φを説明するための概略図である。
【図２３】図２３は、実施例２を示す図であり、（ａ）は実施例２の屈折率分布を示す概略図、（ｂ）は実施例２の平均屈折率を示すグラフ、（ｃ）は実施例２の配光特性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、適宜図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。ただし、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。
【０００９】
なお、発明者らは、当業者が本開示を十分に理解するために添付図面及び以下の説明を提供するのであって、これらによって特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。
【００１０】
＜実施の形態１＞
［１．構成］
図１は、本実施の形態における画像表示装置１０の外観を示す概略図である。この画像表示装置１０は、図１に示すように、画面の形状が略長方形であり、横表示（画面が横長の状態）で使用することができる。また、制御部におけるＯＮ、ＯＦＦで、３Ｄ表示と２Ｄ表示を切り替えることが可能な表示装置である。
【００１１】
［１−１．画像表示装置］
図２は、本実施の形態に係る画像表示装置１０の概略断面図である。本実施の形態では、画像表示装置１０に対して３次元直交座標系を設定し、座標軸を用いて方向を特定する。図２〜４に示すように、Ｘ軸方向は、画像表示パネル６０の表示面に対して視聴者が正対したときの左右方向（水平方向）と一致している。Ｙ軸方向は、画像表示パネル６０の表示面に対して視聴者が正対したときの上下方向に一致している。Ｚ軸方向は、画像表示パネル６０の表示面に対して垂直な方向に一致している。ここで、「正対」とは、例えば表示面に「Ａ」という文字が表示されている場合において、視聴者がこの「Ａ」という文字を正しい方向から見るように、表示面の真正面に向かって位置していることを意味する。また、図２〜４は、画像表示装置１０の上側から見た図に相当する。したがって、図２の左側が、視聴者から見た表示画面の右側となる。
【００１２】
図２に示すように、画像表示装置１０は、バックライト２０と、２Ｄ画像又は３Ｄ画像を表示可能な画像表示パネル６０（表示パネル）と、液晶レンズ４０と、画像表示パネル６０を制御する表示制御部６５と、液晶レンズ４０を制御する制御部７０とを備える。液晶レンズ４０は、画像変換素子の一例である。以下、各構成に対してそれぞれ詳細を述べる。
【００１３】
バックライト２０は、光源２１と、反射フィルム２２と、傾斜面２４を有する導光板２３と、拡散シート２５と、プリズムシート２６と、偏光反射シート２７と、を備える。反射フィルム２２は導光板２３の下面側（背面側）に設けられており、拡散シート２５は導光板２３の上面側（前面側）に設けられている。
【００１４】
光源２１は、導光板２３の一方の側面に沿って配置されている。光源２１は、例えば、Ｙ軸方向に配列された複数のＬＥＤ素子を有している。
【００１５】
光源２１から出射された光は、導光板２３の上面と下面とで全反射を繰り返しながら導光板２３内に広がる。導光板２３内で全反射角度を超える角度を持った光が導光板２３の上面から出射される。導光板２３の下面は、図２に示すように、複数の傾斜面２４により構成されている。これらの傾斜面２４により、導光板２３内を伝搬する光は様々な方向に反射されるので、導光板２３から出射する光の強度が上面全体にわたって均一になる。
【００１６】
反射フィルム２２は、導光板２３の下面側に設けられている。導光板２３の下面に設けられた傾斜面２４の全反射角度を超えた光は、反射フィルム２２により反射され、再び導光板２３内に入射し、最終的に上面から出射される。導光板２３の上面から出射された光は、拡散シート２５に入射する。
【００１７】
拡散シート２５は、表面に微細な凹凸を設けたフィルム状部材であり、厚みは０．１〜０．３ｍｍ程度である。拡散シート２５の替わりに、内部に複数のビーズを有する拡散板を用いてもよい。拡散板は、拡散シート２５よりも厚いため、内部で面方向に光を広げる効果が大きい。一方、拡散シート２５は、拡散板よりも薄いため内部で面方向に光を広げる効果は小さいが、表面の凹凸で光を拡散させることができる。また、拡散シート２５を用いることで、画像表示装置１０のＺ軸方向の厚みを小さくすることもできる。
【００１８】
プリズムシート２６は、透明フィルムの一方の面に無数の微細なプリズムアレイを有する。プリズムシート２６は、一部の光を反射しそれ以外の光を透過する。プリズムシート２６は、透過した光に対して、そのプリズムシート２６の平坦面の法線方向に相対的に強い指向性を付与する。これにより、プリズムシート２６は、少ない光量で有効方向を明るく照明する。
【００１９】
偏光反射シート２７は、液晶パネル用バックライトに固有の部材であり、液晶パネルである画像表示パネル６０を透過する偏光方向成分（透過偏光成分）の光を透過し、それ以外の成分を反射する。反射された光は他の光学部材や導光板２３裏面に設けられた反射フィルム２２で反射される際に無偏光となって、偏光反射シート２７に再入射する。再入射した光は、透過偏光成分が偏光反射シート２７を透過する。これを繰り返すことで、バックライト２０の出射光の偏光成分を、画像表示パネル６０で有効に利用される偏光成分に統一して、画像表示パネル６０側に出射する。
画像表示パネル６０の一例として、Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ−Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ方式を用いた液晶パネルが挙げられる。ただし、画像表示パネル６０として、他の方式の液晶パネルや、液晶パネル以外の表示パネルを採用することもできる。
【００２０】
バックライト２０から出射された光は、画像表示パネル６０に入射する。画像表示パネル６０に入射した光は、液晶レンズ４０側に出射する。
【００２１】
画像表示パネル６０の入射面及び出射面には、光の偏光を揃えるための偏光板６６及び偏光板６７が設けられている。以下、画像表示パネル６０の出射面に設けられた偏光板６６を前面側偏光板という。
【００２２】
画像表示パネル６０は、表示制御部６５により、２Ｄ表示と３Ｄ表示の間の切り替えが行われる。画像表示パネル６０は複数の画素を有している。１つの画素は、少なくとも３色（ＲＧＢ）のサブ画素で構成される。複数の画素は、３Ｄ表示のときは、右目用画素と左目用画素に分けて用いられる。右目用画素は、少なくとも３色（ＲＧＢ）のサブ画素で構成される。左目用画素は、少なくとも３色（ＲＧＢ）のサブ画素で構成される。表示制御部６５は、右目用画素を用いて右目用画像を表示し、左目用画素を用いて左目用画像を表示するよう、画像表示パネル６０を制御する。右目用画像と左目用画像は同時に表示される。そして、液晶レンズ４０により、右目用画像の画像光は視聴者の右目に、左目用画像の画像光は視聴者の左目に入射する。
【００２３】
画像表示パネル６０には、２Ｄ表示のときは、従来通り全ての画素を用いて２Ｄ画像が表示される。このとき、液晶レンズ４０は、制御部７０によりレンズ機能（レンズ効果）が発生しないように制御される。したがって、２Ｄ画像の画像光は、そのまま液晶レンズ４０を透過し、視聴者の目に届く。
【００２４】
液晶レンズ４０は、第１基板４１及び第２基板４２と、それらの間に配置される液晶層４３とを備える。液晶レンズ４０の詳細については後述する。
【００２５】
制御部７０は、２Ｄ表示時と３Ｄ表示時とで、液晶レンズ４０に印加する電圧値を切り換える。３Ｄ表示の時には、制御部７０は、液晶レンズ４０がレンズ効果を持つように液晶層４３に電圧を印加する。また２Ｄ表示の時には、制御部７０は、液晶レンズ４０がレンズ効果を持たないように電圧を制御する。２Ｄ表示の際は、制御部７０は、液晶レンズ４０に電圧を印加しないようにしてもよいし、レンズ効果が発生しない程度に電圧を印加してもよい。どのような電圧を印加するかは、液晶層４３の液晶分子４９の配向に応じて適宜設定すればよい。このように印加電圧を制御することで、２Ｄ表示の時には、画像表示パネル６０を出射した光は、液晶レンズ４０を通過しても、光の向き（配光特性）を保ったまま、視聴者の目に入射する。一方で、３Ｄ表示の時には画像表示パネル６０を出射した光は、液晶レンズ４０により偏向され、右目用画素からの光は視聴者の右目に、左目用画素からの光は視聴者の左目に集光される。
【００２６】
画像表示パネル６０には、バックライト２０からの光をＲＧＢに色分離するカラーフィルタ６３が備えられている。カラーフィルタ６３の色分離機能により、視聴者はカラー画像を観察することができる。
【００２７】
また、液晶レンズ４０では、第１基板４１の液晶層４３側及び第２基板４２の液晶層４３側に、配向膜４６及び４７がそれぞれ形成されている。配向膜４６及び４７は、ラビング処理を施すことにより、後述する第１電極層４４と第２電極層４５の間に電圧が印加されていない状態で、液晶分子４９を所定の方向に配向させる。ただし、液晶分子４９の配向が均一に保てるのであれば、配向膜４６及び４７はなくても良い。第１基板４１及び第２基板４２の形成材料としては、ガラスなどを用いることができる。
【００２８】
液晶レンズ４０は、第１電極層４４を成膜した第１基板４１と第２電極層４５を成膜した第２基板４２とを貼り合わせ、第１基板４１及び第２基板４２の間に液晶を封入することによって作製できる。
【００２９】
［１−２．液晶レンズ］
図３は、画像表示装置１０の部分拡大図であり、液晶レンズ４０の一部及び画像表示パネル６０の一部を示している。
【００３０】
図３に示すように、液晶レンズ４０は、第１基板４１と、第２基板４２と、液晶層４３と、第１電極層４４と、第２電極層４５と、第１配向膜４６と、第２配向膜４７と、を備える。液晶レンズ４０の平面視の形状は、例えば、画像表示装置１０の画面と同様に略長方形である。液晶レンズ４０の長辺はＸ軸方向に延び、液晶レンズ４０の短辺はＹ軸方向に延びている。
【００３１】
第１基板４１及び第２基板４２は、互いに対向して配置された対向基板である。第１基板４１及び第２基板４２は、平板状の部材であり、光透過性を有する。
【００３２】
第１基板４１と第２基板４２の間には、液晶層４３が封入されている。液晶層４３は、屈折率異方性を有する複数の液晶分子４９により構成されている。
【００３３】
第１基板４１の内面（液晶層４３側の面）には、第１電極層４４が設けられている。第２基板４２の内面（液晶層４３側の面）には、第２電極層４５が設けられている。第１電極層４４及び第２電極層４５は、光透過性を有する透明電極により構成されている。第２電極層４５は、第２基板４２の内面にストライプ状に配置された複数の電極（微小電極）４５ａ〜４５ｅにより構成されている。
【００３４】
第１電極層４４と液晶層４３との間には、第１配向膜４６が設けられている。第２基板４２と液晶層４３との間（第２電極層４５と液晶層４３との間）には、第２配向膜４７が設けられている。
【００３５】
画像表示パネル６０は、カラーフィルタ６３と、液晶層６４と、を有している。カラーフィルタ６３は、ブラックマトリクス６８により区画されたサブ画素６３Ｒ、６３Ｇ、６３Ｂを備える。
【００３６】
図３に点線で示した領域Ａは、後述するレンズＰの１つ分の領域を示している。図３に示すように、１つのレンズＰは、少なくともサブ画素２つ分（図３の領域Ａの場合、サブ画素６３Ｒ及び６３Ｇ）の領域に対応している。
【００３７】
図４は、液晶レンズ４０の分解斜視図である。図４に示すように、第１電極層４４は、単一の面電極により構成されている。第２電極層４５は、複数の電極４５ａ、４５ｂ、４５ｃ、４５ｄ、４５ｅで構成されている。第１電極層４４を構成する単一の面電極は、第２電極層４５の全ての電極４５ａ〜４５ｅに対向している。なお、図４では、第２電極層４５の電極として５本の電極４５ａ〜４５ｅを示しているが、第２電極層４５の電極の数はこれには限らない。
【００３８】
図４に示すように、第２電極層４５を構成する電極４５ａ〜４５ｅは、Ｙ軸に平行な方向には延びておらず、Ｙ軸から所定の角度傾いた方向に向かって延びている。第２電極層４５における電極の配列構成の詳細については後述する。
【００３９】
図５は、本実施の形態に係る画像表示装置１０の部分拡大図である。カラーフィルタ６３は、格子状のブラックマトリクス６８を有する。ブラックマトリクス６８は、Ｘ方向に延びる第１ブラックライン６８ａと、Ｙ方向に延びる第２ブラックライン６８ｂとにより、サブ画素６３Ｒ、６３Ｇ、６３Ｂを区画している。ブラックマトリクス６８では、複数の第１ブラックライン６８ａが例えばＹ軸方向に一定のピッチで配列され、複数の第２ブラックライン６８ｂが例えばＸ軸方向に一定のピッチで配列されている。サブ画素６３Ｒ、サブ画素６３Ｇ、及びサブ画素６３Ｂの３つのサブ画素で１画素を構成している。サブ画素６３Ｒ、サブ画素６３Ｇ、及びサブ画素６３Ｂがこの順番でＸ軸方向（第１方向の一例）に複数配列されている。また、Ｙ軸方向には、同一色のサブ画素が配列されている。
【００４０】
ここで、これまで説明を行った３次元座標系のＸＹＺの座標軸に加えて、新規に軸を設定する。図５に示すように、Ｘ軸及びＹ軸を反時計回りに角度θ（θ≠９０°）だけ回転した軸をそれぞれＸ’軸及びＹ’軸とする。θは、例えば１°以上４５°未満である。図５では、Ｘ’軸及びＹ’軸はそれぞれ点線で示されている。
【００４１】
第２電極層４５では、電極４５ａ〜４５ｅのそれぞれが、直線状の電極であり、Ｙ’軸方向（第２方向の一例）に平行な方向に延びている。複数の電極４５ａ〜４５ｅは、互いに平行であり、ストライプ状に配置されている。電極４５ａ〜４５ｅは、互いに所定の間隔を空けて、Ｘ’軸方向に配列されている。第２電極層４５は、Ｙ’軸方向に延びた複数の電極４５ａ〜４５ｅにより構成されている。複数の電極４５ａ〜４５ｅは、例えばＸ’軸方向に一定のピッチで配列されている。
【００４２】
図６（ａ）は、本実施の形態に係る液晶レンズ４０の上面図である。図６（ｂ）は、液晶レンズ４０の分解斜視図である。図６（ｂ）では、説明の便宜上、液晶層４３を省略して示しており、液晶層４３の替わりに仮想的なレンズＰを示している。
【００４３】
図６（ａ）に示すように、本実施の形態では、液晶分子４９の初期配向の方向（図６（ａ）において、符号Ａが付された矢印の方向）が、Ｙ’軸と平行な方向である。液晶分子４９の初期配向の方向は、第２電極層４５の各電極４５ａ〜４５ｅの延伸方向に対して略平行であればよく、図６（ａ）では各電極４５ａ〜４５ｅの延伸方向に対して平行である。言い換えれば、第１電極層４４と第２電極層４５との間に電圧が印可されていない（印可電圧が０Ｖ）状態では、液晶分子４９の長軸が、第２電極層４５の各電極４５ａ〜４５ｅの延伸方向に平行である。ここで、初期配向とは、第１配向膜４６及び第２配向膜４７の配向処理により配向された液晶分子４９の初期の配向状態をいう。また、本実施の形態では、前面側偏光板６６の透過軸の方向（図６（ａ）において、符号Ｂが付された矢印の方向）が、Ｙ’軸と平行である。液晶分子４９の初期配向の方向は、前面側偏光板６６の透過軸に対して略平行であればよく、図６（ａ）では前面側偏光板６６の透過軸に対して平行である。つまり、画像表示パネル６０から液晶レンズ４０に入射する光（偏光）の偏光方向は、Ｙ’軸と平行であり、液晶分子４９の初期配向の方向と平行でもある。
【００４４】
上記構成において、液晶レンズ４０の第１電極層４４と第２電極層４５との間に印加する電圧を制御することで、図６（ｂ）に示すような仮想的なレンズＰ（以下、単にレンズＰと称する。）と同様のレンズ効果を実現することができる。レンズＰは、Ｙ’軸と平行な偏光に対して、Ｚ軸正方向（図６（ｂ）では上向きが正方向）に凸で、かつ、凸面がＹ’軸方向に延びた仮想的なシリンドリカル形状のレンズである。レンズＰは、第２電極層４５において隣り合う電極４５ａ〜４５ｅ間に１つずつ現れる。レンズＰは、Ｘ’軸方向に複数配列されている。第２基板４２側からレンズＰに入射した光は、Ｘ’軸方向に集光され、第１基板４１側へ出射される。すなわち、液晶レンズ４０は、レンズＰが配列されたレンズアレイと同様な光学パワーを実現することができる。
【００４５】
なお、本実施の形態では、液晶分子４９の初期配向の方向がＹ’軸に平行な方向の場合について説明したが、液晶分子４９の初期配向の方向は、前面側偏光板６６の透過軸に対して略平行であれば、これには限らない。例えば、図７に示すように、液晶分子４９の初期配向の方向が、Ｙ軸に平行な方向であってもよい。つまり、液晶分子４９の初期配向の方向は、ブラックマトリクス６８のブラックライン６８ａ，６８ｂのうち第２電極層４５の電極４５ａ〜４５ｂとなす鋭角が小さい方のブラックライン６８ｂに対して平行であってもよい。
【００４６】
図７（ａ）は、本実施の形態に係る別の液晶レンズ４０の上面図である。図７（ｂ）は、本実施の形態に係る上記別の液晶レンズ４０の分解斜視図である。
【００４７】
図７（ａ）に示すように、液晶分子４９の初期配向の方向は、Ｙ軸方向と平行である。また、前面側偏光板６６の透過軸は、Ｙ軸と平行である。つまり、画像表示パネル６０から液晶レンズ４０に入射する光の偏光方向は、Ｙ軸方向と平行である。このような構成でもまた、図７（ｂ）に示すようなＸ’軸方向に平行な方向にレンズ効果を有する液晶レンズ４０を実現することができる。なお、前面側偏光板６６の透過軸の方向は、Ｙ軸と略平行であればよい。
［１−３．液晶レンズのレンズ効果］
【００４８】
図８（ａ）及び図８（ｂ）は、液晶レンズ４０をＹ’軸方向から見たときの断面図であり、液晶レンズ４０の一部（図６で示した１つのレンズＰに対応する領域）を示している。図８（ａ）は、２Ｄ表示のときの液晶レンズ４０を示しており、図８（ｂ）は、３Ｄ表示のときの液晶レンズ４０を示している。
【００４９】
液晶レンズ４０は、制御部７０から印加される電圧に応じて、透過する光の偏向を制御できる素子である。以下、その原理について説明する。
【００５０】
まず、複屈折について説明する。複屈折とは、入射してくる光の偏光の状態によって、２つの光線に分けられる現象である。２つの光線はそれぞれ、通常光線、異常光線と呼ばれる。複屈折Δｎは、ｎｅとｎｏの差分である。ｎeは、異常光線についての屈折率であり、異常光屈折率と称する場合がある。ｎoは、通常光線についての屈折率であり、常光屈折率と称する場合がある。
【００５１】
通常、液晶分子４９は楕円体形状をしており、長手方向と短手方向とで誘電率が異なる。このため、液晶層４３は、入射光の偏光方向毎に屈折率が異なる複屈折の性質を有する。
【００５２】
また、液晶分子４９の長軸配向の向き（ダイレクタ）が光の偏光方向に対して相対的に変化すれば、液晶層４３の屈折率が変化する。そのため、ある印加電圧を液晶層４３に与えて発生させた電場により液晶の配向を変化させると、透過する光に対する屈折率が変わるため、適切な電極構成で電圧を印加するとレンズ効果を生じる。
【００５３】
本実施の形態では、液晶層４３を構成する材料としては１軸性のポジ型液晶（例えばポジ型のネマティック液晶）を用いている。そのため、図８（ａ）に示すように、対向する第１電極層４４と第２電極層４５との間に電圧が印加されていない場合には液晶分子４９の長軸がＹ’軸方向に配向している。
【００５４】
画像表示パネル６０からの光の偏光方向がＹ’軸方向であるため、第１電極層４４と第２電極層４５との間共に電圧が印加されていない場合の液晶層４３の屈折率は一様に異常光屈折率となる。
【００５５】
一方、液晶レンズ４０に電圧が印加された場合、例えば、電極４５ａ及び４５ｂの電圧値を液晶の立ち上がり電圧Ｖｔｈよりも大きな電圧値Ｖ１とし、第１電極層４４の電圧値をグラウンド電位Ｖ０とする。そうすると、図８（ｂ）に示すように、電極４５ａ及び４５ｂの真上（近傍）では、液晶分子４９が立ち上がることで、液晶分子４９の長軸が上方（Ｚ軸方向）を向く。そして、電極４５ａと電極４５ｂとの間の中央（レンズ中央）に近づくにつれて、液晶分子４９の長軸は、徐々にＸ’軸及びＺ軸に対して傾き、上記中央においてＹ’軸方向と平行になる。
【００５６】
画像表示パネル６０からの光の偏光方向はＹ’軸と平行なので、画像表示パネル６０から出射された光が感じる屈折率は、各電極４５ａ及び４５ｂ近傍では常光屈折率ｎｏとなり、レンズ中心に近づくにつれて屈折率が上がる。そして、レンズ中央では概ね屈折率が異常光屈折率ｎｅとなる。
【００５７】
その結果、液晶層４３の中で屈折率分布が生じる。光は屈折率の低い方から高い方に向かって偏向されるため、例えばレンズに平行に入射した光はレンズ中心に向かって偏向される。
【００５８】
２Ｄ視聴時には、図８（ａ）に示すように、制御部７０は第１電極層４４と第２電極層４５との間に電圧を印加せず、３Ｄ視聴時には図８（ｂ）に示すように、制御部７０は第１電極層４４と第２電極層４５との間に電圧を印加して、液晶レンズ４０を制御する。このようにすることで、２Ｄ視聴時には液晶レンズ４０を透過する光はレンズ作用を受けずそのまま透過し、３Ｄ視聴時には液晶レンズ４０を透過する光は視聴者の目に集光される。
【００５９】
［２．効果等］
以上のように、本実施の形態の液晶レンズ４０は、第１基板４１と、第２基板４２と、第１電極層４４と、第２電極層４５と、液晶層４３と、を備える。第１基板４１及び第２基板４２は、互いに対向配置されている。第１電極層４３は、第１基板４１に形成されている。第２電極層４５は、第２基板４２にストライプ状に形成された複数の電極４５ａ，４５ｂ、・・・を有する。第２電極層４５では、複数の電極４５ａ，４５ｂ、・・・が、Ｘ軸方向（第１方向の一例）に配列されている。液晶層４３は、第１基板４１及び第２基板４２の間に配置されている。液晶層４３は、屈折率異方性を有する複数の液晶分子４９を有している。液晶層４３は、第１電極層４４と第２電極層４５の各電極と間に印加される電圧に応じて液晶分子４９の配向方向（配列方向）が変化することで、レンズ効果が発生する。そして、複数の電極４５ａ，４５ｂ、・・・は、Ｙ軸方向に対して所定の角度θ（θ≠９０°）をなすＹ’方向（第２方向の一例）に延びている。つまり、第２電極層４５では、複数の電極４５ａ，４５ｂ、・・・が、ブラックマトリクス６８においてＹ軸方向に延びるブラックライン６８ｂに対して傾斜する方向に延びている。また、液晶分子４９の初期配向の方向は、前面側偏光板６６の透過軸に対して略平行である。
【００６０】
このように液晶分子４９の初期配向の方向を設定することで、液晶分子４９の初期配向の方向と液晶レンズ４０に入射する光の偏光方向とが略平行になる。そのため、３Ｄ表示時に理想に近い屈折率分布を得ることができる液晶レンズ４０を実現できる。さらに、図６に示す液晶レンズ４０では、液晶分子４９の初期配向の方向が、第２電極層４５の各電極４５ａ，４５ｂ、・・・の延伸方向と略平行であるため、さらに理想に近い屈折率分布を得ることができる液晶レンズ４０を実現できる。その結果、クロストークが低減し、裸眼３Ｄにおいて画像の視認性が高い画像表示装置１０を実現できる。
【００６１】
また、第２電極層４５の複数の電極４５ａ，４５ｂ、・・・がブラックライン６８ｂに対して傾斜する方向に延びる液晶レンズ４０を画像表示装置１０に搭載することで、電極４５ａ、４５ｂ、・・をブラックライン６８ｂに対して傾斜させずに配列させたときよりも、モアレの発生を低減することができる。
【００６２】
モアレとは、干渉縞とも呼ばれ、規則正しい繰り返し模様を複数重ね合わせた時に、それらの周期のずれにより視覚的に発生する縞模様のことである。
【００６３】
ここで、電極４５ａ，４５ｂ、・・・がＹ軸方向に延びている構成を例に挙げて、モアレの発生について説明する。このとき、ブラックマトリクス６８も、Ｙ軸方向に延びるブラックライン６８ｂを複数有している。すなわち、ブラックマトリクス６８では、Ｙ軸方向に延びる複数のブラックライン６８ｂが縦縞模様を形成している。このような構成の場合、電極４５ａ，４５ｂ、・・・の縦縞模様と、ブラックライン６８ｂの縦縞模様の周期のずれによりモアレが発生する。
【００６４】
一方、本実施の形態では、電極４５ａ，４５ｂ、・・・がＹ’軸方向に延びている。すなわち、電極４５ａ，４５ｂ、・・・が斜めの縞模様を形成している。この斜めの縞模様とブラックライン６８ｂの縦縞模様とが重なる場合は、縦縞模様と縦縞模様とが重なった場合よりも、モアレの発生量を低減することができる。
【００６５】
したがって、本実施の形態の液晶レンズ４０は、電極４５ａ、４５ｂ、・・・をブラックライン６８ｂに対して傾けずに配列させたときよりも、モアレの発生を低減することができる。
＜実施の形態２＞
【００６６】
以下、実施の形態２に係る画像表示装置１００について説明する。実施の形態１では、第１電極層４４を単一の面電極により構成したが、本実施の形態では第１電極層４４０が複数の電極（微小電極）４４０ａ、４４０ｂ、・・・で構成されている。以下、実施の形態１と異なる点を中心に説明をする。また、実施の形態１と同じ機能及び構成については同じ符号を付与し、再度の説明を省略する場合がある。
【００６７】
[１−１．画像表示装置]
図９は、本実施の形態における、縦表示と横表示との間の切り替えが可能な画像表示装置１００の外観を示す概略図である。この画像表示装置１００は、図９（ａ）に示す横表示（画面が横長の状態）で使用することができ、また、画像表示装置１００を図９（ａ）の状態から時計回りに９０度回転させることで、図９（ｂ）に示す縦表示（画面が縦長の状態）でも使用することが出来る。図９（ａ）の状態から図９（ｂ）の状態に画像表示装置１００が回転した際に、画像表示装置１００の表示内容を反時計回りに９０度回転させる。これにより、縦表示でも横表示でも観察者は同じ画像を見ることができる。なお、画像表示装置１００は、実施の形態１と同様に、制御部におけるＯＮ、ＯＦＦで、３Ｄ表示と２Ｄ表示を切り替えることが可能である。
【００６８】
［１−２．液晶レンズ］
図１０は、本実施の形態の液晶レンズ４００を示す分解斜視図である。
【００６９】
液晶レンズ４００は、第１基板４１と、第２基板４２と、液晶層４３と、第１電極層４４０と、第２電極層４５と、第１配向膜４６と、第２配向膜４７と、を備える。
【００７０】
第１電極層４４０は、複数の電極４４０ａ、４４０ｂ、４４０ｃで構成されている。なお、図１０では、第１電極層４４０の電極として３本の電極４４０ａ〜４４０ｃを示しているが、第１電極層４４０の電極の数はこれには限らない。第１電極層４４０では、電極４４０ａ〜４４０ｃのそれぞれが、直線状の電極であり、Ｘ軸方向に延びている。電極４４０ａ〜４４０ｃは、互いに平行であり、ストライプ状に配置されている。電極４４０ａ〜４４０ｃは、Ｙ軸方向に所定の間隔を空けて配列されている。この間隔は、隣り合う電極４４０ａ〜４４０ｃ間に左目用画素と右目用画素が含まれるように設定される。
【００７１】
第２電極層４５は、上記実施の形態１と同様に、複数の電極４５ａ〜４５ｅで構成されている。
【００７２】
第１電極層４４０と第２電極層４５との間に印加する電圧を制御することで、液晶レンズ４００の光学的な機能を、縦表示に適した機能と横表示に適した機能との間で切り替えることができる。
【００７３】
［１−３．液晶レンズのレンズ効果］
図１１を用いて、電極４５ａ〜４５ｅの配置と液晶分子４９の配向の関係などについて説明する。
【００７４】
図１１（ａ）は、液晶レンズ４００の上面図である。図１１（ｂ）は、液晶レンズ４００の分解斜視図であり、液晶層４３の替わりに仮想的なレンズＰを示している。図１１（ｃ）は、液晶レンズ４００の分解斜視図であり、液晶層４３の替わりに仮想的なレンズＱを示している。
【００７５】
図１１（ａ）に示すように、電極４４０ａ〜４４０ｃのそれぞれは、Ｘ軸方向に平行な方向に延びた電極である。電極４４０ａ〜４４０ｃは互いに所定の間隔を空けてＹ軸方向に配列されている。第１電極層４４０は、ストライプ状に配置された複数の電極４４０ａ〜４４０ｃで構成されている。
【００７６】
電極４５ａ〜４５ｅのそれぞれは、Ｙ’軸方向に平行な方向に延びた電極である。電極４５ａ〜４５ｅは、互いに所定の間隔を空けてＸ’軸方向に配列されている。第２電極層４５は、ストライプ状に配置された複数の電極４５ａ〜４５ｅで構成されている。
【００７７】
液晶分子４９の初期配向の方向（図１１（ａ）において、符号Ａが付された矢印の方向）は、Ｙ’軸と平行な方向である。液晶分子４９の初期配向の方向は、第２電極層４５の各電極４５ａ〜４５ｅの延伸方向に対して略平行であればよく、図１１（ａ）では各電極４５ａ〜４５ｅの延伸方向に対して平行である。また、本実施の形態では、前面側偏光板６６の透過軸の方向（図１１（ａ）において、符号Ｂが付された矢印の方向）が、Ｙ’軸と平行である。つまり、画像表示パネル６０から液晶レンズ４０に入射する光の偏光方向は、Ｙ’軸と平行であり、液晶分子４９の初期配向の方向と平行でもある。
【００７８】
上記構成において、液晶レンズ４００の第１電極層４４０と第２電極層４５との間に印加する電圧を制御することで、図１１（ｂ）に示すような仮想的なレンズＰ（以下、単にレンズＰと称する。）と同様のレンズ効果、又は、図１１（ｃ）に示すような仮想的なレンズＱ（以下、単にレンズＱと称する。）と同様のレンズ効果を実現することができる。
【００７９】
図１１（ｂ）に示すように、レンズＰは、Ｙ’軸と平行な偏光に対してＺ軸正方向に凸で、かつ、凸面がＹ’軸方向に延びた仮想的なシリンドリカル形状のレンズである。レンズＰは、Ｘ’軸方向に複数配列されている。第２基板４２側からレンズＰに入射した光は、Ｘ’軸方向に集光され、第１基板４１側へ出射される。すなわち、液晶レンズ４００は、レンズＰが配列されたレンズアレイと同様な光学パワーを実現することができる。図１１（ｂ）に示す液晶レンズ４００は、横表示の際に利用することができる。
【００８０】
図１１（ｃ）に示すように、レンズＱは、Ｙ’軸と平行な偏光に対してＺ軸正方向に凸で、かつ、凸面がＸ軸方向に延びた仮想的なシリンドリカル形状のレンズである。レンズＱは、Ｙ軸方向に複数配列されている。第２基板４２側からレンズＱに入射した光は、Ｙ軸方向に集光され、第１基板４１側へ出射される。すなわち、液晶レンズ４００は、レンズＱが配列されたレンズアレイと同様な光学パワーを実現することができる。図１１（ｃ）に示す液晶レンズ４００は、縦表示の際に利用することができる。
【００８１】
[２．効果等]
以上のように、本実施の形態の液晶レンズ４０の第１電極層４４０は、第１基板４１にストライプ状に形成されて第２電極層４５の複数の電極４５ａ〜４５ｅと交差する複数の電極４４０ａ〜４４０ｃを有する。そのため、横表示においても縦表示においても、３Ｄ表示が可能な画像表示装置１００を実現できる。第２電極層４５の電極構成により、実施の形態１と同様にモアレの発生を低減することができる。さらに、このような電極構成により、色割れの発生を低減することができる。
【００８２】
「色割れ」とは、表示面に表示されたオブジェクト（絵や文字）の輪郭が、Ｒ，Ｇ，Ｂの３色に分かれた状態で視聴者に視認されてしまう現象である。以下、「色割れ」について詳細を説明する。
【００８３】
図１２は、電極４４０ａ，４４０ｂ，４５ａ，４５ｂの配置と画素の配列との関係を示す概略図である。図１２に示すように、ＲＧＢの各サブ画素が、Ｘ軸方向にＲ、Ｇ、Ｂ、Ｒ、Ｇ、Ｂ・・・の順に配列されている。また、Ｙ軸方向には、同一色のサブ画素が配列されている。
【００８４】
電極４５ａ及び４５ｂを用いて（例えば、電極４５ａ及び４５ｂの電圧値をＶ１（Ｖ１＞Ｖｔｈ）とし、電極４４０ａ及び４４０ｂをグランド電位にして）レンズＰのレンズ効果が得られる光学機能を実現し、電極４４０ａ及び４４０ｂを用いて（例えば、電極４４０ａ及び４４０ｂの電圧値をＶ１（Ｖ１＞Ｖｔｈ）とし、電極４５ａ及び４５ｂをグランド電位にして）レンズＱのレンズ効果が得られる光学機能を実現する。なお、図１２では、レンズＰをＹ軸正方向に凸な形状として描いているが、これは理解を容易にするためのものである。実際は、図１１（ｂ）で説明したように、レンズＰはＺ軸正方向に凸な形状である。同様に、図１２では、レンズＱをＸ軸負方向に凸な形状として描いているが、これは理解を容易にするためのものである。実際は、図１１（ｃ）で説明したように、レンズＱはＺ軸正方向に凸な形状である。
【００８５】
図１２に示すように、電極４４０ａと電極４４０ｂは、サブ画素２つ分の間隔を空けて配置されている。また、電極４５ａと電極４５ｂは、サブ画素６つ分（つまり、２画素に相当するサブ画素の数）の間隔を空けて配置されている。以下、サブ画素から出射された光の振る舞いについて詳細に説明する。
【００８６】
図１３は、色割れが発生する原理を説明するための概略図である。図１３（ａ）は、電極４５ａ及び４５ｂがＹ軸方向に伸びている（すなわち、Ｙ’軸方向に伸びていない）場合のサブ画素と電極４５ａ及び４５ｂの配置を示している。図１３（ｂ）は、図１３（ａ）のＡ−Ａ’の位置における断面をＹ軸方向から見たときの図であり、右目用の各サブ画素から出射された光の主光線の方向を示している。各サブ画素から出射された光は、レンズＰの光学的な作用により、図１３（ｂ）の矢印で示す方向に向かって出射する。
【００８７】
図１３（ａ）に示すように、電極４５ａと電極４５ｂとの間には、６つのサブ画素が配列されている。ここでは、電極４５ａ側に配置されたＲ，Ｇ，Ｂの各サブ画素を右目用のサブ画素として用い、電極４５ｂ側に配置されたＲ，Ｇ，Ｂの各サブ画素を左目用のサブ画素として用いる。
【００８８】
図１３（ｂ）に示すように、右目用の画素について、Ｒ，Ｇ，Ｂそれぞれのサブ画素から出射された光の主光線の方向は、それぞれ異なる方向に向かっている。したがって、Ｒ，Ｇ，Ｂそれぞれの光は混合せず、それぞれが分かれた状態で視聴者の右目に入射する。また、図では示していないが、左目用の画素についても同様に、Ｒ，Ｇ，Ｂそれぞれの光は混合せず、それぞれが分かれた状態で視聴者の左目に入射する。その結果、表示面に表示されたオブジェクト（絵や文字）は、その輪郭がＲ，Ｇ，Ｂの３色に分かれた状態で、視聴者に視認されてしまう。すなわち、色割れが発生する。
【００８９】
このような現象は、図１３（ａ）のＡ−Ａ’が通過するサブ画素の領域だけでなく、Ｙ軸方向のいずれの場所においても発生する。
【００９０】
しかし、本実施の形態のように、複数の電極４５ａ，４５ｂ、・・・を、Ｙ軸方向に対して所定の角度θ（θ≠９０°、θは１°以上４５°未満）をなすＹ’方向（第２方向の一例）に延びるよう配置することで、この色割れの発生を低減することができる。
【００９１】
図１４は、本実施の形態のサブ画素とレンズＰの配置関係などを示したものである。図１４（ａ）は、サブ画素と電極４５ａ及び４５ｂとの配置関係を示す模式図である。図１４（ｂ）は、図１４（ａ）のＡ−Ａ’の位置における断面をＹ’軸方向から見たときの図である。図１４（ｃ）は、図１４（ａ）のＢ−Ｂ’の位置における断面をＹ’軸方向から見たときの図である。図１４（ｄ）は、図１４（ａ）のＣ−Ｃ’の位置における断面をＹ’軸方向から見たときの図である。
【００９２】
図１４（ａ）に示すように、電極４５ａ，４５ｂは、Ｙ軸に対して傾いて配置されている。したがって、図１４（ｂ）〜（ｄ）に示すように、場所によってサブ画素とレンズＰとの配置関係が変化する。なお、図１４の中で特定の画素を灰色で塗りつぶしているが、この理由については後述する。
【００９３】
図１４（ｂ）に示すように、Ａ−Ａ’で示される領域では、Ｇ，Ｂ，Ｒ，Ｇ，Ｂ，Ｒの６つのサブ画素が、この順番にＸ’軸方向に配列され、液晶レンズ４０における１つのレンズＰに対応している。そして、Ｇ，Ｂ，Ｒのサブ画素それぞれから出射される光の主光線の方向は、それぞれ矢印で示す方向になる。
【００９４】
図１４（ｃ）に示すように、Ｂ−Ｂ’で示される領域では、Ｂ，Ｒ，Ｇ，Ｂ，Ｒ，Ｇの６つのサブ画素が、この順番にＸ’軸方向に配列され、液晶レンズ４０における１つのレンズＰに対応している。すなわち、図１４（ｃ）のレンズＰは、図１４（ｂ）に示したレンズＰがＸ’軸方向に１サブ画素分ずれた位置にある。Ｂ，Ｒ，Ｇのサブ画素それぞれから出射される光の主光線の方向は、それぞれ矢印で示す方向になる。
【００９５】
図１４（ｄ）に示すように、Ｃ−Ｃ’で示される領域では、Ｒ，Ｇ，Ｂ，Ｒ，Ｇ，Ｂの６つのサブ画素が、この順番でＸ’軸方向に配列され、液晶レンズ４０における１つのレンズＰに対応している。すなわち、図１４（ｄ）のレンズＰは、図１４（ｃ）に示したレンズＰがＸ’軸方向に１サブ画素分ずれた位置にある。Ｒ，Ｇ，Ｂのサブ画素それぞれから出射される光の主光線の方向は、それぞれ矢印で示す方向になる。
【００９６】
このような液晶レンズ４０におけるレンズＰとサブ画素とのずれを利用することで、図１４（ａ）に示したサブ画素のうち、灰色に塗りつぶしたＧ、Ｂ、Ｒのサブ画素を用いて１つの画素とすることができる。すなわち、Ｘ軸方向に配列されたサブ画素を組み合わせて１画素とするのではなく、Ｙ’軸方向に配列されたサブ画素を組み合わせて１画素とすることができる。具体的には、図１４（ｂ）のうち灰色に塗りつぶされたＧのサブ画素と、図１４（ｃ）のうち灰色に塗りつぶされたＢのサブ画素と、図１４（ｃ）のうち灰色に塗りつぶされたＲのサブ画素は、それぞれ主光線の方向が同じ方向になる。つまり、これらのサブ画素の組み合わせを１つの画素として用いることで、ＲＧＢの３色の主光線を揃えることができる。例えば、これらのサブ画素を右目用の画素として用いることで、視聴者の右目には、方向の揃ったＲＧＢの３色の光が入射する。したがって、視聴者は色割れの少ない画像を視認することができる。
【００９７】
また、左目用の画素について、図１４（ｂ）のうち右から２番目のＢのサブ画素と、図１４（ｃ）のうち右から２番目のＲのサブ画素と、図１４（ｃ）のうち右から２番目のＧのサブ画素は、それぞれ主光線の方向が同じ方向になるため、これらのサブ画素を左目用の画素として用いることで、視聴者の左目には、方向の揃ったＲＧＢの３色の光が入射する。
【００９８】
ここでは、主光線が右上方向に延びるサブ画素を例に挙げて説明したが、他のサブ画素でも同様の現象が発生する。すなわち、主光線の方向が同じ方向となるようなＲＧＢ３つのサブ画素の組み合わせを右目用または左目用画素として選択することで、色割れの発生を従来よりも低減することができる。画像表示パネル６０の複数の画素について、電極４５ａ〜４５ｂに沿った方向にブラックライン６８ｂに対して斜めに隣り合う複数色のサブ画素の組み合わせを１つの画素（右目用の画素又は左目用の画素）とすることで、横表示の際の色割れの発生を低減できる。
【００９９】
次に、図９（ｂ）に示す縦表示の場合について説明する。詳細は後述するが、この場合は、色割れが発生しない。
【０１００】
図１５（ａ）は、電極４４０ａ及び４４０ｂと、各サブ画素との配置関係を示す概略図である。図１５は、図１２で示した図を時計回りに９０度回転させた状態で示したものである。すなわち、図９（ｂ）で示した縦表示に対応した状態である。図１５（ｂ）は、図１５（ａ）のＡ−Ａ’の位置における断面をＸ軸方向から見たときの図である。図１５（ｃ）は、図１５（ａ）のＢ−Ｂ’の位置における断面をＸ軸方向から見たときの図である。図１５（ｄ）は、図１５（ａ）のＣ−Ｃ’の位置における断面をＸ軸方向から見たときの図である。
【０１０１】
図１５（ａ）に示すように、電極４４０ａと電極４４０ｂの間では、Ｙ軸方向に同じ色のサブ画素が２つ並んでおり、Ｘ軸方向にＲＧＢの３色のサブ画素が並んでいる。ここでは、電極４４０ａ側に配列されたサブ画素を右目用のサブ画素とし、電極４４０ｂ側に配列されたサブ画素を左目用のサブ画素とする。
【０１０２】
図１５（ｂ）〜（ｄ）に示す矢印は、右目用の各サブ画素から出射された光の主光線を示す。図１５（ｂ）〜（ｄ）に示すように、右目用の各サブ画素から出射された光の主光線は同じ方向に向かって伸びている。すなわち、各サブ画素からの光の主光線が揃った状態で、視聴者の右目に集光される。つまり、図１５（ａ）に示すような電極４４０ａ，４４０ｂとサブ画素との配置関係の場合は、色割れは発生しない。画像表示パネル６０の複数の画素について、電極４４０ａ〜４４０ｃに沿った方向に隣り合う複数色のサブ画素の組み合わせを１つの画素（右目用の画素又は左目用の画素）とすることで、縦表示の際の色割れの発生を低減できる。
【０１０３】
上述したように、本実施の形態では、複数の電極４５ａ，４５ｂ、・・・を、Ｘ軸方向に対して所定の角度θ（θ≠９０°）をなすＹ’方向（第２方向の一例）に延びるよう配置している。このような構成により、縦表示と横表示のいずれのおいても色割れの発生を低減することができる。
【０１０４】
［３．変形例］
以下、実施の形態２の変形例に係る画像表示装置について説明する。本変形例では、実施の形態２とは異なり、第１電極層５５０の複数の電極５５０ａ〜５５０ｃが、第２電極層４５の複数の電極４５ａ〜４５ｅと直交している。以下、実施の形態２と異なる点を中心に説明をする。また、実施の形態２と同じ機能及び構成については同じ符号を付与し、再度の説明を省略する場合がある。本変形例に係る画像表示装置の外観は、図９に示す実施の形態２の画像表示装置１００と同じである。
【０１０５】
図１６は、変形例に係る液晶レンズ５００を示す分解斜視図である。
【０１０６】
第１電極層５５０は、図１６に示すように、複数の電極５５０ａ、５５０ｂ、５５０ｃで構成されている。第１電極層５５０の電極の数は、図１６に示された数に限定されない。第１電極層５５０では、電極５５０ａ〜５５０ｃのそれぞれが、直線状の電極であり、Ｘ’軸方向に延びている。電極５５０ａ〜５５０ｃは、互いに平行であり、ストライプ状に配置されている。電極５５０ａ〜５５０ｃは、Ｙ’軸方向に所定の間隔を空けて配列されている。この間隔は、隣り合う電極４４０ａ〜４４０ｃ間に左目用画素と右目用画素が含まれるように設定される。
【０１０７】
一方、第２電極層４５は、上記の実施の形態１と同様に、複数の電極４５ａ〜４５ｅで構成されている。第１電極層５５０と第２電極層４５との間に印加する電圧を制御することで、液晶レンズ５００の光学的な機能を、縦表示に適した機能と横表示に適した機能との間で切り替えることができる。
【０１０８】
図１７を用いて、変形例に係る液晶レンズ５００の電極４５ａ〜４５ｅの配置と液晶分子４９の配向の関係などについて説明する。図１７（ａ）は、液晶レンズ５００の上面図である。図１７（ｂ）は、液晶レンズ５００の分解斜視図であり、液晶層４３の替わりに仮想的なレンズＰを示している。図１７（ｃ）は、液晶レンズ５００の分解斜視図であり、液晶層４３の替わりに仮想的なレンズＲを示している。
【０１０９】
液晶分子４９の初期配向の方向（図１７（ａ）において、符号Ａが付された矢印の方向）は、Ｙ’軸と平行な方向である。液晶分子４９の初期配向の方向は、第２電極層４５の各電極４５ａ〜４５ｅの延伸方向に対して略平行であればよく、図１７（ａ）では各電極４５ａ〜４５ｅの延伸方向に対して平行である。また、前面側偏光板６６の透過軸の方向（図１７（ａ）において、符号Ｂが付された矢印の方向）が、Ｙ’軸と平行である。液晶分子４９の初期配向の方向は、前面側偏光板６６の透過軸に対して平行である。
【０１１０】
上記構成において、液晶レンズ５００の第１電極層５５０と第２電極層４５との間に印加する電圧を制御することで、図１７（ｂ）に示すような仮想的なレンズＰ（以下、単にレンズＰと称する。）と同様のレンズ効果、又は、図１７（ｃ）に示すような仮想的なレンズＲ（以下、単にレンズＲと称する。）と同様のレンズ効果を実現することができる。図１７（ｂ）に示すレンズＰ（横表示の際のレンズ）は、図１１（ｂ）と同様であるため説明は省略する。
【０１１１】
図１７（ｃ）に示すように、レンズＲ（縦表示の際のレンズ）は、Ｙ’軸と平行な偏光に対してＺ軸正方向に凸で、かつ、凸面がＸ’軸方向に延びた仮想的なシリンドリカル形状のレンズである。レンズＲは、Ｙ’軸方向に複数配列されている。第２基板４２側からレンズＲに入射した光は、Ｙ’軸方向に集光され、第１基板４１側へ出射される。
【０１１２】
また、図１８を用いて、変形例に係る液晶レンズ５００の電極５５０ａ〜５５０ｃ，４５ａ〜４５ｅの配置と画素の配列との関係について説明する。図１８に示すように、電極５５０ａと電極５５０ｂは、サブ画素２つ分の間隔を空けて配置されている。また、電極４５ａと電極４５ｂは、サブ画素６つ分の間隔を空けて配置されている。
【０１１３】
本変形例では、第１電極層５５０の複数の電極５５０ａ〜５５０ｃが、第２電極層４５の複数の電極４５ａ〜４５ｅと直交する。そのため、横表示のレンズＰにおける屈折率分布及び縦表示のレンズＲにおける屈折率分布をさらに適正化することができ、クロストークを低減することができる。従って、横表示と縦表示とが切り替え可能な画像表示装置において、横表示の際も縦表示の際も、裸眼３Ｄにおいて画像の視認性が高い画像表示装置を実現できる。
【０１１４】
＜実施の形態３＞
以下、実施の形態３に係る画像表示装置について説明する。上記の実施の形態１，２及び変形例では、液晶分子４９の初期配向の方向が前面側偏光板６６の透過軸と略平行であったが、本実施の形態では、液晶分子４９の初期配向の方向が、前面側偏光板６６の透過軸に対して略平行ではなく所定の角θα（θαは１°以上４５°未満の角度）だけ傾斜している。以下、実施の形態２の変形例と異なる点を中心に説明をする。また、実施の形態２の変形例と同じ機能及び構成については同じ符号を付与し、再度の説明を省略する場合がある。
【０１１５】
本実施の形態では、画像表示装置が、バックライト２０と、２Ｄ画像又は３Ｄ画像を表示可能な画像表示パネル６０と、液晶レンズ８００と、画像表示パネル６０を制御する表示制御部６５と、液晶レンズ４０を制御する制御部７０とを備える。液晶レンズ８００は、第１基板４１と、第２基板４２と、液晶層４３と、第１電極層８８０と、第２電極層４５と、第１配向膜４６と、第２配向膜４７と、を備える。
【０１１６】
図１９を用いて、本実施の形態に係る液晶レンズ８００の電極４５ａ〜４５ｅの配置と液晶分子４９の配向の関係などについて説明する。図１９（ａ）は、液晶レンズ８００の上面図である。図１９（ｂ）は、液晶レンズ８００の分解斜視図であり、液晶層４３の替わりに仮想的なレンズＰを示している。図１９（ｃ）は、液晶レンズ８００の分解斜視図であり、液晶層４３の替わりに仮想的なレンズＲを示している。
【０１１７】
本実施の形態では、液晶分子４９の初期配向の方向（図１９（ａ）において、符号Ａが付された矢印の方向）は、Ｙ’軸と平行な方向である。液晶分子４９の初期配向の方向は、第２電極層４５の各電極４５ａ〜４５ｅの延伸方向に対して略平行であればよい。また、前面側偏光板６６の透過軸の方向（図１９（ａ）において、符号Ｂが付された矢印の方向）が、Ｙ軸と平行である。このように、本実施の形態では、液晶分子４９の初期配向の方向が前面側偏光板６６の透過軸に対して略平行ではない。
【０１１８】
なお、本実施の形態は、第１電極層８８０の電極及び第２電極層４５の電極が実施の形態２の変形例と同じであるが、実施の形態１と同じにしてもよい。この場合、本実施の形態の画像表示装置は、図６における矢印Ｂの向き以外は、図１−６と同じとなる。また、実施の形態２と同じにしてもよい。この場合、本実施の形態の画像表示装置は、図１１における矢印Ｂの向き以外は、図１０−１２と同じとなる。
【０１１９】
＜実施例＞
以下、実施例１〜２について説明する。実施例１は、図６に示した構成に対応しており、液晶分子４９の初期配向の方向がＹ’軸方向に平行になっている。また、実施例２は、図７に対応した構成であり、液晶分子４９の初期配向の方向がＹ方向に平行になっている。
【０１２０】
（実施例１）
図２０及び図２１を用いて実施例１に係る画像表示パネルの各パラメータ値について説明する。
【０１２１】
図２０に示すように、複数のサブ画素が、Ｒ，Ｇ，Ｂの順番でＸ軸方向に配列されている。第１電極層４４は面電極により構成されている。第２電極層４５は、ストライプ状に配置された複数の電極４５ａ、４５ｂ・・・から構成されている。第１電極層４４及び第２電極層４５ａ、４５ｂ・・・は、ともにＩＴＯ（酸化インジウムスズ）で形成されている。電極４５ａ、４５ｂ・・・は、Ｙ’軸方向に延びており、Ｘ’軸方向に周期的に配列している。Ｙ’軸は、Ｙ軸に対して１７．３°傾いている。電極４５ａ、４５ｂ・・・のＸ’軸方向の幅を１０μｍとし、Ｘ’軸方向における電極４５ａ、４５ｂ・・・のピッチを２３６μｍとした。液晶レンズ４０におけるレンズＰのＸ'方向のピッチは、Ｘ’軸方向における電極４５ａ、４５ｂ・・・のピッチと同じく２３６μｍである。
【０１２２】
図２１に示すように、画像表示パネル６０のサブ画素のピッチＰｓは、１１３．７μｍ、視聴者の視聴距離ＯＤは３００ｍｍ、視聴者の目間距離ＰＤは６５ｍｍ、液晶レンズ４０と画素の距離ｆは０．７１２ｍｍ、液晶層４３の厚さ（セルギャップ）ｄは５０μｍとした。
【０１２３】
また、液晶層４３の広がり変形に関係する弾性係数Ｋ１１を１２、ねじれ変形に関する弾性係数Ｋ２２を７、曲り変形に関する弾性係数Ｋ３３を２０とした。さらに、液晶層４３のダイレクタ方向の誘電率ε‖を９とし、ダイレクタ方向と垂直な方向の誘電率ε⊥を４とした。液晶の回転粘度は１８２とした。液晶分子４９の初期配向の方向はＹ’軸に平行な方向とした。また、第２電極層４５（電極４５ａ、４５ｂ、・・・）に印加する電圧は７Ｖ、第１電極層４４に印加する電圧は０Ｖに設定した。
【０１２４】
上記に示すパラメータを用いて有限要素法を用いた液晶配向シミュレーションを行った。
【０１２５】
シミュレーションでは、液晶層４３の各位置におけるダイレクタが得られる。その情報を元に、液晶層４３の各位置において光が感じる屈折率について、下記式（１）を用いて計算した。液晶レンズ４０に入射する光の偏光方向は、Ｙ’軸に平行な方向としている。
【０１２６】
【数１】
2014196125.tif 000003
【０１２７】
ここで、ｎｅは液晶の異常光に対する屈折率、ｎｏは液晶の常光に対する屈折率、αは電圧を印加した時の液晶の立ち上がり角度、つまり、ＸＹ面もしくはＸ’Ｙ’面とダイレクタのなす角である。
【０１２８】
本実施例では、液晶層４３の異常光に対する屈折率ｎｅを１．７８９、常光に対する屈折率ｎｏを１．５２２とした。すなわち、Δｎは０．２６７である。図２２に実施例の光学特性を示す。
【０１２９】
図２２（ａ）は、実施例１の液晶レンズ４０における屈折率の変化を色の濃淡で示した概略図である。図２２（ａ）の縦軸は、液晶レンズ４０のＺ軸方向の厚み、すなわちセルギャップｄの範囲における位置を示している。また、図２２（ａ）の横軸は、Ｘ’軸方向の位置を示している。
【０１３０】
図２２（ａ）における縦軸（Ｚ軸）、横軸（Ｘ’軸）の定義について、図２２（ｄ）を用いて説明する。図２２（ｄ）は、図８で示した液晶レンズ４０を示す概略図に対して、図２２（ａ）の縦軸、横軸を当てはめた図である。図２２（ｄ）に示すように、横軸（Ｘ’軸）は、液晶層４３と第２基板４２との界面の位置に対応している。また、縦軸（Ｚ軸）は、液晶レンズ４０の左端の位置に対応している。縦軸（Ｚ軸）と横軸（Ｘ’軸）の交点を原点Ｏとする。
【０１３１】
図２２（ａ）では、色が薄い部分（白い部分）が、相対的に屈折率が高い領域を示しており、色が濃い部分（黒い部分）が、相対的に屈折率が低い領域を示している。
【０１３２】
図２２（ａ）に示す屈折率分布において、横軸（Ｘ’軸）のそれぞれの位置におけるＺ軸方向の屈折率の平均値をとったグラフを図２２（ｂ）に示す。
【０１３３】
図２２（ｂ）の横軸は、図２２（ａ）の横軸と同様に、液晶レンズ４０のＸ’軸方向の位置を示す。図２２（ｂ）の縦軸は、屈折率を示す。
【０１３４】
図２２（ｂ）には、実施例１の屈折率分布を示すグラフＡと、理想的なＧＲＩＮレンズ（屈折率分布レンズ）の屈折率分布を示すグラフＢが示されている。グラフＢに示すように、理想的なＧＲＩＮレンズの屈折率分布は２次曲線で示される。実施例１の屈折率分布を示すグラフＡは、理想的なＧＲＩＮレンズの屈折率分布を示すグラフＢに近い形状となった。
【０１３５】
図２２（ｃ）は、図２２（ａ）の屈折率分布を用いて、液晶レンズ４０を通過した後の配光特性を計算した結果を示すグラフである。図２２（ｃ）の実線で示されるグラフは、視聴者の右目用の光を示しており、点線で示されるグラフは、視聴者の左目用の光を示している。図２２（ｃ）では、縦軸が光の強度を示し、横軸が液晶レンズ４０から出射する光の角度φを示している。角度φの定義について、図２２（ｄ）を用いて説明する。図２２（ｄ）に示すように、液晶レンズ４０の中心を通り、かつ、Ｚ軸方向に延びた線分Ｚ’と、Ｘ’軸との交点を原点Ｏ’としている。そして、原点Ｏ’と視聴者の右目を結ぶ線分を線分Ｒとし、原点Ｏ’と視聴者の左目を結ぶ線分を線分Ｌとする。線分Ｚ’と線分Ｒ（または線分Ｌ）とのなす角度のうち鋭角な方を角度φと定義する。また、線分Ｚ’を基準としたとき、視聴者の右目側を負方向とし、視聴者の左目側を正方向と定義する。
【０１３６】
光源の配光特性はランバーシアンとし、光源の出射光の波長は５５０ｎｍとし、光源を右目用画素の位置に配置して、光線追跡シミュレーションを行った。その次に、光源を左目用画素の位置に配置して、再度光線追跡シミュレーションを行った。
【０１３７】
視聴者の視聴距離ＯＤが３００ｍｍで、目間距離ＰＤが６５ｍｍなので、線分Ｚ’と線分Ｒ（右目に対応する線分）がなす角度φは−６．２°となる。つまり、角度φが−６．２°の位置に視聴者の右目が位置している。同様に、角度φ＋６．２°の位置に視聴者の左目が位置する。図２２（ｃ）に示すように、角度φが−６．２°のときに右目用の光の強度は２となっている。また、角度φが＋６．２°のときに左目用の光の強度は２となっている。すなわち、実施例１のように電極をＹ’軸方向に傾けた構成でも、右目用画素の光が適切に視聴者の右目に入射し、左目用画素の光が適切に視聴者の左目に入射することが分かる。
（実施例２）
実施例２は、液晶分子４９の初期配向の方向と液晶レンズ４０に入射する光の偏光方向がＹ軸に平行である点で、実施例１と異なる。その他のパラメータは実施例１と同様である。実施例２のシミュレーション結果を図２３に示す。
【０１３８】
図２３（ａ）は、実施例２の液晶レンズ４０の屈折率分布を示している。図２３（ａ）に示すように、実施例２の液晶レンズ４０も屈折率分布を有していることが分かる。図２３（ｂ）は、実施例２の屈折率分布を示すグラフである。図２３（ｂ）に示すように、実施例２の屈折率分布も理想的な屈折率分布に近い形状となった。図２３（ｃ）は、実施例２の配向特性を示している。図２３（ｃ）に示すように、実施例２の液晶レンズも左右の目に適切に光が入射することが分かる。
【産業上の利用可能性】
【０１３９】
本開示は、３Ｄ表示可能な画像表示装置などに適用可能である。例えば、テレビ、モニター、タブレットＰＣ、デジタルスチルカメラ、ムービー、カメラ機能付き携帯電話機、又はスマートフォンなどに、本開示は適用可能である。
【符号の説明】
【０１４０】
１０  画像表示装置
２０  バックライト
２１  光源
２２  反射フィルム
２３  導光板
２４  傾斜面
２５  拡散シート
４０  液晶レンズ
４１  第１基板
４２  第２基板
４３  液晶層
４４  第１電極層
４５  第２電極層
４５ａ〜４５ｅ  電極
６０  画像表示パネル（表示パネル）
６３  カラーフィルタ
６４  液晶層
６６  前面側偏光板
６８  ブラックマトリクス
６８ｂ  ブラックライン
７０  制御部
【図２】
2014196125.tif 000004
【図３】
2014196125.tif 000005
【図５】
2014196125.tif 000006
【図８】
2014196125.tif 000007
【図１２】
2014196125.tif 000008
【図１３】
2014196125.tif 000009
【図１８】
2014196125.tif 000010
【図２０】
2014196125.tif 000011
【図１】
2014196125.tif 000012
【図４】
2014196125.tif 000013
【図６】
2014196125.tif 000014
【図７】
2014196125.tif 000015
【図９】
2014196125.tif 000016
【図１０】
2014196125.tif 000017
【図１１】
2014196125.tif 000018
【図１４】
2014196125.tif 000019
【図１５】
2014196125.tif 000020
【図１６】
2014196125.tif 000021
【図１７】
2014196125.tif 000022
【図１９】
2014196125.tif 000023
【図２１】
2014196125.tif 000024
【図２２】
2014196125.tif 000025
【図２３】
2014196125.tif 000026
【手続補正書】
【提出日】平成27年10月16日(2015.10.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、液晶レンズを備えた画像表示装置及び液晶レンズに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、液晶レンズ層を備えた立体画像表示装置を開示している。液晶レンズ層は、レンズ効果を有する液晶素子である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２２６２３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本開示は、裸眼３Ｄにおいて画像の視認性が高い画像表示装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示される画像表示装置は、表示パネルと、表示パネルより前面側に配置された液晶レンズとを備え、表示パネルは、所定方向に延びるブラックラインを含み、複数の画素を形成するブラックマトリクスと、表示パネルにおいて前面側に位置する前面側偏光板とを備え、液晶レンズは、互いに対向するように配置された第１基板及び第２基板と、記第１基板に形成された第１電極層と、第２基板にストライプ状に形成された複数の電極を有する第２電極層と、第１電極層と第２電極層との間に配置され、複数の液晶分子を有し、第１電極層と第２電極層との間に印加される電圧に応じて液晶分子の配向方向が変化することでレンズ効果が発生する液晶層とを備え、第２電極層では、複数の電極が、ブラックラインに対して傾斜する方向に延び、液晶分子の初期配向の方向は、前面側偏光板の透過軸に対して略平行である。
【発明の効果】
【０００６】
本開示によれば、裸眼３Ｄにおいて画像の視認性が高い画像表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】画像表示装置１０の外観を示す概略図
【図２】画像表示装置１０の概略断面図
【図３】画像表示装置１０の部分拡大図
【図４】液晶レンズ４０の分解斜視図
【図５】画像表示装置１０の部分拡大図
【図６】実施の形態１に係る液晶レンズ４０の概略図であり、（ａ）は液晶レンズ４０の上面図、（ｂ）は液晶レンズ４０の分解斜視図
【図７】実施の形態１に係る別の液晶レンズ４０の概略図であり、（ａ）は液晶レンズ４０の上面図、（ｂ）は液晶レンズ４０の分解斜視図
【図８】液晶レンズ４０の動作を説明するための概略図であり、（ａ）は２Ｄ表示のときの液晶レンズ４０を示す概略図、（ｂ）は３Ｄ表示のときの液晶レンズ４０を示す概略図
【図９】画像表示装置１００の外観を示す概略図であり、（ａ）は画像表示装置１００の横表示の状態を示す概略図、（ｂ）は画像表示装置１００の縦表示の際の状態を示す概略図
【図１０】液晶レンズ４００の分解斜視図
【図１１】液晶レンズ４００の概略図であり、（ａ）は液晶レンズ４００の上面図、（ｂ）は液晶レンズ４００の分解斜視図、（ｃ）は液晶レンズ４００の分解斜視図
【図１２】電極とサブ画素との配置関係を示す概略図
【図１３】色割れを説明するための概略図であり、（ａ）は色割れが発生する場合の電極とサブ画素の配置関係を示す概略図、（ｂ）はＡ−Ａ’の位置における断面をＹ方向から見たときの図
【図１４】色割れを説明するための概略図であり、（ａ）は横表示の場合の電極とサブ画素の配置関係を示す概略図、（ｂ）はＡ−Ａ’の位置における断面をＹ’方向から見たときの図、（ｃ）はＢ−Ｂ’の位置における断面をＹ’方向から見たときの図、（ｄ）はＣ−Ｃ’の位置における断面をＹ’方向から見たときの図
【図１５】色割れを説明するための概略図であり、（ａ）は縦表示の場合の電極とサブ画素の配置関係を示す概略図、（ｂ）はＡ−Ａ’の位置における断面をＸ方向から見たときの図、（ｃ）はＢ−Ｂ’の位置における断面をＸ方向から見たときの図、（ｄ）はＣ−Ｃ’の位置における断面をＸ方向から見たときの図
【図１６】液晶レンズ５００の分解斜視図
【図１７】液晶レンズ５００の概略図であり、（ａ）は液晶レンズ５００の上面図、（ｂ）は液晶レンズ５００の分解斜視図、（ｃ）は液晶レンズ５００の分解斜視図である。
【図１８】電極とサブ画素の配列との関係を示す概略図
【図１９】液晶レンズ８００の概略図であり、（ａ）は液晶レンズ８００の上面図、（ｂ）は液晶レンズ８００の分解斜視図、（ｃ）は液晶レンズ８００の分解斜視図である。
【図２０】実施例のパラメータを説明するための概略図
【図２１】実施例のパラメータを説明するための概略図
【図２２】実施例１を示す図であり、（ａ）は実施例１の屈折率分布を示す概略図、（ｂ）は実施例１の平均屈折率を示すグラフ、（ｃ）は実施例１の配光特性を示すグラフ、（ｄ）は角度φを説明するための概略図
【図２３】実施例２を示す図であり、（ａ）は実施例２の屈折率分布を示す概略図、（ｂ）は実施例２の平均屈折率を示すグラフ、（ｃ）は実施例２の配光特性を示すグラフ
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、適宜図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。ただし、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。
【０００９】
なお、発明者らは、当業者が本開示を十分に理解するために添付図面及び以下の説明を提供するのであって、これらによって特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。
【００１０】
＜実施の形態１＞
［１．構成］
図１は、本実施の形態における画像表示装置１０の外観を示す概略図である。この画像表示装置１０は、図１に示すように、画面の形状が略長方形であり、横表示（画面が横長の状態）で使用することができる。また、制御部におけるＯＮ、ＯＦＦで、３Ｄ表示と２Ｄ表示を切り替えることが可能な表示装置である。
【００１１】
［１−１．画像表示装置］
図２は、本実施の形態に係る画像表示装置１０の概略断面図である。本実施の形態では、画像表示装置１０に対して３次元直交座標系を設定し、座標軸を用いて方向を特定する。図２〜４に示すように、Ｘ軸方向は、画像表示パネル６０の表示面に対して視聴者が正対したときの左右方向（水平方向）と一致している。Ｙ軸方向は、画像表示パネル６０の表示面に対して視聴者が正対したときの上下方向に一致している。Ｚ軸方向は、画像表示パネル６０の表示面に対して垂直な方向に一致している。ここで、「正対」とは、例えば表示面に「Ａ」という文字が表示されている場合において、視聴者がこの「Ａ」という文字を正しい方向から見るように、表示面の真正面に向かって位置していることを意味する。また、図２〜４は、画像表示装置１０の上側から見た図に相当する。したがって、図２の左側が、視聴者から見た表示画面の右側となる。
【００１２】
図２に示すように、画像表示装置１０は、バックライト２０と、２Ｄ画像又は３Ｄ画像を表示可能な画像表示パネル６０（表示パネル）と、液晶レンズ４０と、画像表示パネル６０を制御する表示制御部６５と、液晶レンズ４０を制御する制御部７０とを備える。液晶レンズ４０は、画像変換素子の一例である。以下、各構成に対してそれぞれ詳細を述べる。
【００１３】
バックライト２０は、光源２１と、反射フィルム２２と、傾斜面２４を有する導光板２３と、拡散シート２５と、プリズムシート２６と、偏光反射シート２７と、を備える。反射フィルム２２は導光板２３の下面側（背面側）に設けられており、拡散シート２５は導光板２３の上面側（前面側）に設けられている。
【００１４】
光源２１は、導光板２３の一方の側面に沿って配置されている。光源２１は、例えば、Ｙ軸方向に配列された複数のＬＥＤ素子を有している。
【００１５】
光源２１から出射された光は、導光板２３の上面と下面とで全反射を繰り返しながら導光板２３内に広がる。導光板２３内で全反射角度を超える角度を持った光が導光板２３の上面から出射される。導光板２３の下面は、図２に示すように、複数の傾斜面２４により構成されている。これらの傾斜面２４により、導光板２３内を伝搬する光は様々な方向に反射されるので、導光板２３から出射する光の強度が上面全体にわたって均一になる。
【００１６】
反射フィルム２２は、導光板２３の下面側に設けられている。導光板２３の下面に設けられた傾斜面２４の全反射角度を超えた光は、反射フィルム２２により反射され、再び導光板２３内に入射し、最終的に上面から出射される。導光板２３の上面から出射された光は、拡散シート２５に入射する。
【００１７】
拡散シート２５は、表面に微細な凹凸を設けたフィルム状部材であり、厚みは０．１〜０．３ｍｍ程度である。拡散シート２５の替わりに、内部に複数のビーズを有する拡散板を用いてもよい。拡散板は、拡散シート２５よりも厚いため、内部で面方向に光を広げる効果が大きい。一方、拡散シート２５は、拡散板よりも薄いため内部で面方向に光を広げる効果は小さいが、表面の凹凸で光を拡散させることができる。また、拡散シート２５を用いることで、画像表示装置１０のＺ軸方向の厚みを小さくすることもできる。
【００１８】
プリズムシート２６は、透明フィルムの一方の面に無数の微細なプリズムアレイを有する。プリズムシート２６は、一部の光を反射しそれ以外の光を透過する。プリズムシート２６は、透過した光に対して、そのプリズムシート２６の平坦面の法線方向に相対的に強い指向性を付与する。これにより、プリズムシート２６は、少ない光量で有効方向を明るく照明する。
【００１９】
偏光反射シート２７は、液晶パネル用バックライトに固有の部材であり、液晶パネルである画像表示パネル６０を透過する偏光方向成分（透過偏光成分）の光を透過し、それ以外の成分を反射する。反射された光は他の光学部材や導光板２３裏面に設けられた反射フィルム２２で反射される際に無偏光となって、偏光反射シート２７に再入射する。再入射した光は、透過偏光成分が偏光反射シート２７を透過する。これを繰り返すことで、バックライト２０の出射光の偏光成分を、画像表示パネル６０で有効に利用される偏光成分に統一して、画像表示パネル６０側に出射する。
画像表示パネル６０の一例として、Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ−Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ方式を用いた液晶パネルが挙げられる。ただし、画像表示パネル６０として、他の方式の液晶パネルや、液晶パネル以外の表示パネルを採用することもできる。
【００２０】
バックライト２０から出射された光は、画像表示パネル６０に入射する。画像表示パネル６０に入射した光は、液晶レンズ４０側に出射する。
【００２１】
画像表示パネル６０の入射面及び出射面には、光の偏光を揃えるための偏光板６６及び偏光板６７が設けられている。以下、画像表示パネル６０の出射面に設けられた偏光板６６を前面側偏光板という。
【００２２】
画像表示パネル６０は、表示制御部６５により、２Ｄ表示と３Ｄ表示の間の切り替えが行われる。画像表示パネル６０は複数の画素を有している。１つの画素は、少なくとも３色（ＲＧＢ）のサブ画素で構成される。複数の画素は、３Ｄ表示のときは、右目用画素と左目用画素に分けて用いられる。右目用画素は、少なくとも３色（ＲＧＢ）のサブ画素で構成される。左目用画素は、少なくとも３色（ＲＧＢ）のサブ画素で構成される。表示制御部６５は、右目用画素を用いて右目用画像を表示し、左目用画素を用いて左目用画像を表示するよう、画像表示パネル６０を制御する。右目用画像と左目用画像は同時に表示される。そして、液晶レンズ４０により、右目用画像の画像光は視聴者の右目に、左目用画像の画像光は視聴者の左目に入射する。
【００２３】
画像表示パネル６０には、２Ｄ表示のときは、従来通り全ての画素を用いて２Ｄ画像が表示される。このとき、液晶レンズ４０は、制御部７０によりレンズ機能（レンズ効果）が発生しないように制御される。したがって、２Ｄ画像の画像光は、そのまま液晶レンズ４０を透過し、視聴者の目に届く。
【００２４】
液晶レンズ４０は、第１基板４１及び第２基板４２と、それらの間に配置される液晶層４３とを備える。液晶レンズ４０の詳細については後述する。
【００２５】
制御部７０は、２Ｄ表示時と３Ｄ表示時とで、液晶レンズ４０に印加する電圧値を切り換える。３Ｄ表示の時には、制御部７０は、液晶レンズ４０がレンズ効果を持つように液晶層４３に電圧を印加する。また２Ｄ表示の時には、制御部７０は、液晶レンズ４０がレンズ効果を持たないように電圧を制御する。２Ｄ表示の際は、制御部７０は、液晶レンズ４０に電圧を印加しないようにしてもよいし、レンズ効果が発生しない程度に電圧を印加してもよい。どのような電圧を印加するかは、液晶層４３の液晶分子４９の配向に応じて適宜設定すればよい。このように印加電圧を制御することで、２Ｄ表示の時には、画像表示パネル６０を出射した光は、液晶レンズ４０を通過しても、光の向き（配光特性）を保ったまま、視聴者の目に入射する。一方で、３Ｄ表示の時には画像表示パネル６０を出射した光は、液晶レンズ４０により偏向され、右目用画素からの光は視聴者の右目に、左目用画素からの光は視聴者の左目に集光される。
【００２６】
画像表示パネル６０には、バックライト２０からの光をＲＧＢに色分離するカラーフィルタ６３が備えられている。カラーフィルタ６３の色分離機能により、視聴者はカラー画像を観察することができる。
【００２７】
また、液晶レンズ４０では、第１基板４１の液晶層４３側及び第２基板４２の液晶層４３側に、配向膜４６及び４７がそれぞれ形成されている。配向膜４６及び４７は、ラビング処理を施すことにより、後述する第１電極層４４と第２電極層４５の間に電圧が印加されていない状態で、液晶分子４９を所定の方向に配向させる。ただし、液晶分子４９の配向が均一に保てるのであれば、配向膜４６及び４７はなくても良い。第１基板４１及び第２基板４２の形成材料としては、ガラスなどを用いることができる。
【００２８】
液晶レンズ４０は、第１電極層４４を成膜した第１基板４１と第２電極層４５を成膜した第２基板４２とを貼り合わせ、第１基板４１及び第２基板４２の間に液晶を封入することによって作製できる。
【００２９】
［１−２．液晶レンズ］
図３は、画像表示装置１０の部分拡大図であり、液晶レンズ４０の一部及び画像表示パネル６０の一部を示している。
【００３０】
図３に示すように、液晶レンズ４０は、第１基板４１と、第２基板４２と、液晶層４３と、第１電極層４４と、第２電極層４５と、第１配向膜４６と、第２配向膜４７と、を備える。液晶レンズ４０の平面視の形状は、例えば、画像表示装置１０の画面と同様に略長方形である。液晶レンズ４０の長辺はＸ軸方向に延び、液晶レンズ４０の短辺はＹ軸方向に延びている。
【００３１】
第１基板４１及び第２基板４２は、互いに対向して配置された対向基板である。第１基板４１及び第２基板４２は、平板状の部材であり、光透過性を有する。
【００３２】
第１基板４１と第２基板４２の間には、液晶層４３が封入されている。液晶層４３は、屈折率異方性を有する複数の液晶分子４９により構成されている。
【００３３】
第１基板４１の内面（液晶層４３側の面）には、第１電極層４４が設けられている。第２基板４２の内面（液晶層４３側の面）には、第２電極層４５が設けられている。第１電極層４４及び第２電極層４５は、光透過性を有する透明電極により構成されている。第２電極層４５は、第２基板４２の内面にストライプ状に配置された複数の電極（微小電極）４５ａ〜４５ｅにより構成されている。
【００３４】
第１電極層４４と液晶層４３との間には、第１配向膜４６が設けられている。第２基板４２と液晶層４３との間（第２電極層４５と液晶層４３との間）には、第２配向膜４７が設けられている。
【００３５】
画像表示パネル６０は、カラーフィルタ６３と、液晶層６４と、を有している。カラーフィルタ６３は、ブラックマトリクス６８により区画されたサブ画素６３Ｒ、６３Ｇ、６３Ｂを備える。
【００３６】
図３に点線で示した領域Ａは、後述するレンズＰの１つ分の領域を示している。図３に示すように、１つのレンズＰは、少なくともサブ画素２つ分（図３の領域Ａの場合、サブ画素６３Ｒ及び６３Ｇ）の領域に対応している。
【００３７】
図４は、液晶レンズ４０の分解斜視図である。図４に示すように、第１電極層４４は、単一の面電極により構成されている。第２電極層４５は、複数の電極４５ａ、４５ｂ、４５ｃ、４５ｄ、４５ｅで構成されている。第１電極層４４を構成する単一の面電極は、第２電極層４５の全ての電極４５ａ〜４５ｅに対向している。なお、図４では、第２電極層４５の電極として５本の電極４５ａ〜４５ｅを示しているが、第２電極層４５の電極の数はこれには限らない。
【００３８】
図４に示すように、第２電極層４５を構成する電極４５ａ〜４５ｅは、Ｙ軸に平行な方向には延びておらず、Ｙ軸から所定の角度傾いた方向に向かって延びている。第２電極層４５における電極の配列構成の詳細については後述する。
【００３９】
図５は、本実施の形態に係る画像表示装置１０の部分拡大図である。カラーフィルタ６３は、格子状のブラックマトリクス６８を有する。ブラックマトリクス６８は、Ｘ方向に延びる第１ブラックライン６８ａと、Ｙ方向に延びる第２ブラックライン６８ｂとにより、サブ画素６３Ｒ、６３Ｇ、６３Ｂを区画している。ブラックマトリクス６８では、複数の第１ブラックライン６８ａが例えばＹ軸方向に一定のピッチで配列され、複数の第２ブラックライン６８ｂが例えばＸ軸方向に一定のピッチで配列されている。サブ画素６３Ｒ、サブ画素６３Ｇ、及びサブ画素６３Ｂの３つのサブ画素で１画素を構成している。サブ画素６３Ｒ、サブ画素６３Ｇ、及びサブ画素６３Ｂがこの順番でＸ軸方向（第１方向の一例）に複数配列されている。また、Ｙ軸方向には、同一色のサブ画素が配列されている。
【００４０】
ここで、これまで説明を行った３次元座標系のＸＹＺの座標軸に加えて、新規に軸を設定する。図５に示すように、Ｘ軸及びＹ軸を反時計回りに角度θ（θ≠９０°）だけ回転した軸をそれぞれＸ’軸及びＹ’軸とする。θは、例えば１°以上４５°未満である。図５では、Ｘ’軸及びＹ’軸はそれぞれ点線で示されている。
【００４１】
第２電極層４５では、電極４５ａ〜４５ｅのそれぞれが、直線状の電極であり、Ｙ’軸方向（第２方向の一例）に平行な方向に延びている。複数の電極４５ａ〜４５ｅは、互いに平行であり、ストライプ状に配置されている。電極４５ａ〜４５ｅは、互いに所定の間隔を空けて、Ｘ’軸方向に配列されている。第２電極層４５は、Ｙ’軸方向に延びた複数の電極４５ａ〜４５ｅにより構成されている。複数の電極４５ａ〜４５ｅは、例えばＸ’軸方向に一定のピッチで配列されている。
【００４２】
図６（ａ）は、本実施の形態に係る液晶レンズ４０の上面図である。図６（ｂ）は、液晶レンズ４０の分解斜視図である。図６（ｂ）では、説明の便宜上、液晶層４３を省略して示しており、液晶層４３の替わりに仮想的なレンズＰを示している。
【００４３】
図６（ａ）に示すように、本実施の形態では、液晶分子４９の初期配向の方向（図６（ａ）において、符号Ａが付された矢印の方向）が、Ｙ’軸と平行な方向である。液晶分子４９の初期配向の方向は、第２電極層４５の各電極４５ａ〜４５ｅの延伸方向に対して略平行であればよく、図６（ａ）では各電極４５ａ〜４５ｅの延伸方向に対して平行である。言い換えれば、第１電極層４４と第２電極層４５との間に電圧が印可されていない（印可電圧が０Ｖ）状態では、液晶分子４９の長軸が、第２電極層４５の各電極４５ａ〜４５ｅの延伸方向に平行である。ここで、初期配向とは、第１配向膜４６及び第２配向膜４７の配向処理により配向された液晶分子４９の初期の配向状態をいう。また、本実施の形態では、前面側偏光板６６の透過軸の方向（図６（ａ）において、符号Ｂが付された矢印の方向）が、Ｙ’軸と平行である。液晶分子４９の初期配向の方向は、前面側偏光板６６の透過軸に対して略平行であればよく、図６（ａ）では前面側偏光板６６の透過軸に対して平行である。つまり、画像表示パネル６０から液晶レンズ４０に入射する光（偏光）の偏光方向は、Ｙ’軸と平行であり、液晶分子４９の初期配向の方向と平行でもある。
【００４４】
上記構成において、液晶レンズ４０の第１電極層４４と第２電極層４５との間に印加する電圧を制御することで、図６（ｂ）に示すような仮想的なレンズＰ（以下、単にレンズＰと称する。）と同様のレンズ効果を実現することができる。レンズＰは、Ｙ’軸と平行な偏光に対して、Ｚ軸正方向（図６（ｂ）では上向きが正方向）に凸で、かつ、凸面がＹ’軸方向に延びた仮想的なシリンドリカル形状のレンズである。レンズＰは、第２電極層４５において隣り合う電極４５ａ〜４５ｅ間に１つずつ現れる。レンズＰは、Ｘ’軸方向に複数配列されている。第２基板４２側からレンズＰに入射した光は、Ｘ’軸方向に集光され、第１基板４１側へ出射される。すなわち、液晶レンズ４０は、レンズＰが配列されたレンズアレイと同様な光学パワーを実現することができる。
【００４５】
なお、本実施の形態では、液晶分子４９の初期配向の方向がＹ’軸に平行な方向の場合について説明したが、液晶分子４９の初期配向の方向は、前面側偏光板６６の透過軸に対して略平行であれば、これには限らない。例えば、図７に示すように、液晶分子４９の初期配向の方向が、Ｙ軸に平行な方向であってもよい。つまり、液晶分子４９の初期配向の方向は、ブラックマトリクス６８のブラックライン６８ａ，６８ｂのうち第２電極層４５の電極４５ａ〜４５ｂとなす鋭角が小さい方のブラックライン６８ｂに対して平行であってもよい。
【００４６】
図７（ａ）は、本実施の形態に係る別の液晶レンズ４０の上面図である。図７（ｂ）は、本実施の形態に係る上記別の液晶レンズ４０の分解斜視図である。
【００４７】
図７（ａ）に示すように、液晶分子４９の初期配向の方向は、Ｙ軸方向と平行である。また、前面側偏光板６６の透過軸は、Ｙ軸と平行である。つまり、画像表示パネル６０から液晶レンズ４０に入射する光の偏光方向は、Ｙ軸方向と平行である。このような構成でもまた、図７（ｂ）に示すようなＸ’軸方向に平行な方向にレンズ効果を有する液晶レンズ４０を実現することができる。なお、前面側偏光板６６の透過軸の方向は、Ｙ軸と略平行であればよい。
［１−３．液晶レンズのレンズ効果］
【００４８】
図８（ａ）及び図８（ｂ）は、液晶レンズ４０をＹ’軸方向から見たときの断面図であり、液晶レンズ４０の一部（図６で示した１つのレンズＰに対応する領域）を示している。図８（ａ）は、２Ｄ表示のときの液晶レンズ４０を示しており、図８（ｂ）は、３Ｄ表示のときの液晶レンズ４０を示している。
【００４９】
液晶レンズ４０は、制御部７０から印加される電圧に応じて、透過する光の偏向を制御できる素子である。以下、その原理について説明する。
【００５０】
まず、複屈折について説明する。複屈折とは、入射してくる光の偏光の状態によって、２つの光線に分けられる現象である。２つの光線はそれぞれ、通常光線、異常光線と呼ばれる。複屈折Δｎは、ｎｅとｎｏの差分である。ｎeは、異常光線についての屈折率であり、異常光屈折率と称する場合がある。ｎoは、通常光線についての屈折率であり、常光屈折率と称する場合がある。
【００５１】
通常、液晶分子４９は楕円体形状をしており、長手方向と短手方向とで誘電率が異なる。このため、液晶層４３は、入射光の偏光方向毎に屈折率が異なる複屈折の性質を有する。
【００５２】
また、液晶分子４９の長軸配向の向き（ダイレクタ）が光の偏光方向に対して相対的に変化すれば、液晶層４３の屈折率が変化する。そのため、ある印加電圧を液晶層４３に与えて発生させた電場により液晶の配向を変化させると、透過する光に対する屈折率が変わるため、適切な電極構成で電圧を印加するとレンズ効果を生じる。
【００５３】
本実施の形態では、液晶層４３を構成する材料としては１軸性のポジ型液晶（例えばポジ型のネマティック液晶）を用いている。そのため、図８（ａ）に示すように、対向する第１電極層４４と第２電極層４５との間に電圧が印加されていない場合には液晶分子４９の長軸がＹ’軸方向に配向している。
【００５４】
画像表示パネル６０からの光の偏光方向がＹ’軸方向であるため、第１電極層４４と第２電極層４５との間共に電圧が印加されていない場合の液晶層４３の屈折率は一様に異常光屈折率となる。
【００５５】
一方、液晶レンズ４０に電圧が印加された場合、例えば、電極４５ａ及び４５ｂの電圧値を液晶の立ち上がり電圧Ｖｔｈよりも大きな電圧値Ｖ１とし、第１電極層４４の電圧値をグラウンド電位Ｖ０とする。そうすると、図８（ｂ）に示すように、電極４５ａ及び４５ｂの真上（近傍）では、液晶分子４９が立ち上がることで、液晶分子４９の長軸が上方（Ｚ軸方向）を向く。そして、電極４５ａと電極４５ｂとの間の中央（レンズ中央）に近づくにつれて、液晶分子４９の長軸は、徐々にＸ’軸及びＺ軸に対して傾き、上記中央においてＹ’軸方向と平行になる。
【００５６】
画像表示パネル６０からの光の偏光方向はＹ’軸と平行なので、画像表示パネル６０から出射された光が感じる屈折率は、各電極４５ａ及び４５ｂ近傍では常光屈折率ｎｏとなり、レンズ中心に近づくにつれて屈折率が上がる。そして、レンズ中央では概ね屈折率が異常光屈折率ｎｅとなる。
【００５７】
その結果、液晶層４３の中で屈折率分布が生じる。光は屈折率の低い方から高い方に向かって偏向されるため、例えばレンズに平行に入射した光はレンズ中心に向かって偏向される。
【００５８】
２Ｄ視聴時には、図８（ａ）に示すように、制御部７０は第１電極層４４と第２電極層４５との間に電圧を印加せず、３Ｄ視聴時には図８（ｂ）に示すように、制御部７０は第１電極層４４と第２電極層４５との間に電圧を印加して、液晶レンズ４０を制御する。このようにすることで、２Ｄ視聴時には液晶レンズ４０を透過する光はレンズ作用を受けずそのまま透過し、３Ｄ視聴時には液晶レンズ４０を透過する光は視聴者の目に集光される。
【００５９】
［２．効果等］
以上のように、本実施の形態の液晶レンズ４０は、第１基板４１と、第２基板４２と、第１電極層４４と、第２電極層４５と、液晶層４３と、を備える。第１基板４１及び第２基板４２は、互いに対向配置されている。第１電極層４３は、第１基板４１に形成されている。第２電極層４５は、第２基板４２にストライプ状に形成された複数の電極４５ａ，４５ｂ、・・・を有する。第２電極層４５では、複数の電極４５ａ，４５ｂ、・・・が、Ｘ軸方向（第１方向の一例）に配列されている。液晶層４３は、第１基板４１及び第２基板４２の間に配置されている。液晶層４３は、屈折率異方性を有する複数の液晶分子４９を有している。液晶層４３は、第１電極層４４と第２電極層４５の各電極と間に印加される電圧に応じて液晶分子４９の配向方向（配列方向）が変化することで、レンズ効果が発生する。そして、複数の電極４５ａ，４５ｂ、・・・は、Ｙ軸方向に対して所定の角度θ（θ≠９０°）をなすＹ’方向（第２方向の一例）に延びている。つまり、第２電極層４５では、複数の電極４５ａ，４５ｂ、・・・が、ブラックマトリクス６８においてＹ軸方向に延びるブラックライン６８ｂに対して傾斜する方向に延びている。また、液晶分子４９の初期配向の方向は、前面側偏光板６６の透過軸に対して略平行である。
【００６０】
このように液晶分子４９の初期配向の方向を設定することで、液晶分子４９の初期配向の方向と液晶レンズ４０に入射する光の偏光方向とが略平行になる。そのため、３Ｄ表示時に理想に近い屈折率分布を得ることができる液晶レンズ４０を実現できる。さらに、図６に示す液晶レンズ４０では、液晶分子４９の初期配向の方向が、第２電極層４５の各電極４５ａ，４５ｂ、・・・の延伸方向と略平行であるため、さらに理想に近い屈折率分布を得ることができる液晶レンズ４０を実現できる。その結果、クロストークが低減し、裸眼３Ｄにおいて画像の視認性が高い画像表示装置１０を実現できる。
【００６１】
また、第２電極層４５の複数の電極４５ａ，４５ｂ、・・・がブラックライン６８ｂに対して傾斜する方向に延びる液晶レンズ４０を画像表示装置１０に搭載することで、電極４５ａ、４５ｂ、・・をブラックライン６８ｂに対して傾斜させずに配列させたときよりも、モアレの発生を低減することができる。
【００６２】
モアレとは、干渉縞とも呼ばれ、規則正しい繰り返し模様を複数重ね合わせた時に、それらの周期のずれにより視覚的に発生する縞模様のことである。
【００６３】
ここで、電極４５ａ，４５ｂ、・・・がＹ軸方向に延びている構成を例に挙げて、モアレの発生について説明する。このとき、ブラックマトリクス６８も、Ｙ軸方向に延びるブラックライン６８ｂを複数有している。すなわち、ブラックマトリクス６８では、Ｙ軸方向に延びる複数のブラックライン６８ｂが縦縞模様を形成している。このような構成の場合、電極４５ａ，４５ｂ、・・・の縦縞模様と、ブラックライン６８ｂの縦縞模様の周期のずれによりモアレが発生する。
【００６４】
一方、本実施の形態では、電極４５ａ，４５ｂ、・・・がＹ’軸方向に延びている。すなわち、電極４５ａ，４５ｂ、・・・が斜めの縞模様を形成している。この斜めの縞模様とブラックライン６８ｂの縦縞模様とが重なる場合は、縦縞模様と縦縞模様とが重なった場合よりも、モアレの発生量を低減することができる。
【００６５】
したがって、本実施の形態の液晶レンズ４０は、電極４５ａ、４５ｂ、・・・をブラックライン６８ｂに対して傾けずに配列させたときよりも、モアレの発生を低減することができる。
＜実施の形態２＞
【００６６】
以下、実施の形態２に係る画像表示装置１００について説明する。実施の形態１では、第１電極層４４を単一の面電極により構成したが、本実施の形態では第１電極層４４０が複数の電極（微小電極）４４０ａ、４４０ｂ、・・・で構成されている。以下、実施の形態１と異なる点を中心に説明をする。また、実施の形態１と同じ機能及び構成については同じ符号を付与し、再度の説明を省略する場合がある。
【００６７】
[１−１．画像表示装置]
図９は、本実施の形態における、縦表示と横表示との間の切り替えが可能な画像表示装置１００の外観を示す概略図である。この画像表示装置１００は、図９（ａ）に示す横表示（画面が横長の状態）で使用することができ、また、画像表示装置１００を図９（ａ）の状態から時計回りに９０度回転させることで、図９（ｂ）に示す縦表示（画面が縦長の状態）でも使用することが出来る。図９（ａ）の状態から図９（ｂ）の状態に画像表示装置１００が回転した際に、画像表示装置１００の表示内容を反時計回りに９０度回転させる。これにより、縦表示でも横表示でも観察者は同じ画像を見ることができる。なお、画像表示装置１００は、実施の形態１と同様に、制御部におけるＯＮ、ＯＦＦで、３Ｄ表示と２Ｄ表示を切り替えることが可能である。
【００６８】
［１−２．液晶レンズ］
図１０は、本実施の形態の液晶レンズ４００を示す分解斜視図である。
【００６９】
液晶レンズ４００は、第１基板４１と、第２基板４２と、液晶層４３と、第１電極層４４０と、第２電極層４５と、第１配向膜４６と、第２配向膜４７と、を備える。
【００７０】
第１電極層４４０は、複数の電極４４０ａ、４４０ｂ、４４０ｃで構成されている。なお、図１０では、第１電極層４４０の電極として３本の電極４４０ａ〜４４０ｃを示しているが、第１電極層４４０の電極の数はこれには限らない。第１電極層４４０では、電極４４０ａ〜４４０ｃのそれぞれが、直線状の電極であり、Ｘ軸方向に延びている。電極４４０ａ〜４４０ｃは、互いに平行であり、ストライプ状に配置されている。電極４４０ａ〜４４０ｃは、Ｙ軸方向に所定の間隔を空けて配列されている。この間隔は、隣り合う電極４４０ａ〜４４０ｃ間に左目用画素と右目用画素が含まれるように設定される。
【００７１】
第２電極層４５は、上記実施の形態１と同様に、複数の電極４５ａ〜４５ｅで構成されている。
【００７２】
第１電極層４４０と第２電極層４５との間に印加する電圧を制御することで、液晶レンズ４００の光学的な機能を、縦表示に適した機能と横表示に適した機能との間で切り替えることができる。
【００７３】
［１−３．液晶レンズのレンズ効果］
図１１を用いて、電極４５ａ〜４５ｅの配置と液晶分子４９の配向の関係などについて説明する。
【００７４】
図１１（ａ）は、液晶レンズ４００の上面図である。図１１（ｂ）は、液晶レンズ４００の分解斜視図であり、液晶層４３の替わりに仮想的なレンズＰを示している。図１１（ｃ）は、液晶レンズ４００の分解斜視図であり、液晶層４３の替わりに仮想的なレンズＱを示している。
【００７５】
図１１（ａ）に示すように、電極４４０ａ〜４４０ｃのそれぞれは、Ｘ軸方向に平行な方向に延びた電極である。電極４４０ａ〜４４０ｃは互いに所定の間隔を空けてＹ軸方向に配列されている。第１電極層４４０は、ストライプ状に配置された複数の電極４４０ａ〜４４０ｃで構成されている。
【００７６】
電極４５ａ〜４５ｅのそれぞれは、Ｙ’軸方向に平行な方向に延びた電極である。電極４５ａ〜４５ｅは、互いに所定の間隔を空けてＸ’軸方向に配列されている。第２電極層４５は、ストライプ状に配置された複数の電極４５ａ〜４５ｅで構成されている。
【００７７】
液晶分子４９の初期配向の方向（図１１（ａ）において、符号Ａが付された矢印の方向）は、Ｙ’軸と平行な方向である。液晶分子４９の初期配向の方向は、第２電極層４５の各電極４５ａ〜４５ｅの延伸方向に対して略平行であればよく、図１１（ａ）では各電極４５ａ〜４５ｅの延伸方向に対して平行である。また、本実施の形態では、前面側偏光板６６の透過軸の方向（図１１（ａ）において、符号Ｂが付された矢印の方向）が、Ｙ’軸と平行である。つまり、画像表示パネル６０から液晶レンズ４０に入射する光の偏光方向は、Ｙ’軸と平行であり、液晶分子４９の初期配向の方向と平行でもある。
【００７８】
上記構成において、液晶レンズ４００の第１電極層４４０と第２電極層４５との間に印加する電圧を制御することで、図１１（ｂ）に示すような仮想的なレンズＰ（以下、単にレンズＰと称する。）と同様のレンズ効果、又は、図１１（ｃ）に示すような仮想的なレンズＱ（以下、単にレンズＱと称する。）と同様のレンズ効果を実現することができる。
【００７９】
図１１（ｂ）に示すように、レンズＰは、Ｙ’軸と平行な偏光に対してＺ軸正方向に凸で、かつ、凸面がＹ’軸方向に延びた仮想的なシリンドリカル形状のレンズである。レンズＰは、Ｘ’軸方向に複数配列されている。第２基板４２側からレンズＰに入射した光は、Ｘ’軸方向に集光され、第１基板４１側へ出射される。すなわち、液晶レンズ４００は、レンズＰが配列されたレンズアレイと同様な光学パワーを実現することができる。図１１（ｂ）に示す液晶レンズ４００は、横表示の際に利用することができる。
【００８０】
図１１（ｃ）に示すように、レンズＱは、Ｙ’軸と平行な偏光に対してＺ軸正方向に凸で、かつ、凸面がＸ軸方向に延びた仮想的なシリンドリカル形状のレンズである。レンズＱは、Ｙ軸方向に複数配列されている。第２基板４２側からレンズＱに入射した光は、Ｙ軸方向に集光され、第１基板４１側へ出射される。すなわち、液晶レンズ４００は、レンズＱが配列されたレンズアレイと同様な光学パワーを実現することができる。図１１（ｃ）に示す液晶レンズ４００は、縦表示の際に利用することができる。
【００８１】
[２．効果等]
以上のように、本実施の形態の液晶レンズ４０の第１電極層４４０は、第１基板４１にストライプ状に形成されて第２電極層４５の複数の電極４５ａ〜４５ｅと交差する複数の電極４４０ａ〜４４０ｃを有する。そのため、横表示においても縦表示においても、３Ｄ表示が可能な画像表示装置１００を実現できる。第２電極層４５の電極構成により、実施の形態１と同様にモアレの発生を低減することができる。さらに、このような電極構成により、色割れの発生を低減することができる。
【００８２】
「色割れ」とは、表示面に表示されたオブジェクト（絵や文字）の輪郭が、Ｒ，Ｇ，Ｂの３色に分かれた状態で視聴者に視認されてしまう現象である。以下、「色割れ」について詳細を説明する。
【００８３】
図１２は、電極４４０ａ，４４０ｂ，４５ａ，４５ｂの配置と画素の配列との関係を示す概略図である。図１２に示すように、ＲＧＢの各サブ画素が、Ｘ軸方向にＲ、Ｇ、Ｂ、Ｒ、Ｇ、Ｂ・・・の順に配列されている。また、Ｙ軸方向には、同一色のサブ画素が配列されている。
【００８４】
電極４５ａ及び４５ｂを用いて（例えば、電極４５ａ及び４５ｂの電圧値をＶ１（Ｖ１＞Ｖｔｈ）とし、電極４４０ａ及び４４０ｂをグランド電位にして）レンズＰのレンズ効果が得られる光学機能を実現し、電極４４０ａ及び４４０ｂを用いて（例えば、電極４４０ａ及び４４０ｂの電圧値をＶ１（Ｖ１＞Ｖｔｈ）とし、電極４５ａ及び４５ｂをグランド電位にして）レンズＱのレンズ効果が得られる光学機能を実現する。なお、図１２では、レンズＰをＹ軸正方向に凸な形状として描いているが、これは理解を容易にするためのものである。実際は、図１１（ｂ）で説明したように、レンズＰはＺ軸正方向に凸な形状である。同様に、図１２では、レンズＱをＸ軸負方向に凸な形状として描いているが、これは理解を容易にするためのものである。実際は、図１１（ｃ）で説明したように、レンズＱはＺ軸正方向に凸な形状である。
【００８５】
図１２に示すように、電極４４０ａと電極４４０ｂは、サブ画素２つ分の間隔を空けて配置されている。また、電極４５ａと電極４５ｂは、サブ画素６つ分（つまり、２画素に相当するサブ画素の数）の間隔を空けて配置されている。以下、サブ画素から出射された光の振る舞いについて詳細に説明する。
【００８６】
図１３は、色割れが発生する原理を説明するための概略図である。図１３（ａ）は、電極４５ａ及び４５ｂがＹ軸方向に伸びている（すなわち、Ｙ’軸方向に伸びていない）場合のサブ画素と電極４５ａ及び４５ｂの配置を示している。図１３（ｂ）は、図１３（ａ）のＡ−Ａ’の位置における断面をＹ軸方向から見たときの図であり、右目用の各サブ画素から出射された光の主光線の方向を示している。各サブ画素から出射された光は、レンズＰの光学的な作用により、図１３（ｂ）の矢印で示す方向に向かって出射する。
【００８７】
図１３（ａ）に示すように、電極４５ａと電極４５ｂとの間には、６つのサブ画素が配列されている。ここでは、電極４５ａ側に配置されたＲ，Ｇ，Ｂの各サブ画素を右目用のサブ画素として用い、電極４５ｂ側に配置されたＲ，Ｇ，Ｂの各サブ画素を左目用のサブ画素として用いる。
【００８８】
図１３（ｂ）に示すように、右目用の画素について、Ｒ，Ｇ，Ｂそれぞれのサブ画素から出射された光の主光線の方向は、それぞれ異なる方向に向かっている。したがって、Ｒ，Ｇ，Ｂそれぞれの光は混合せず、それぞれが分かれた状態で視聴者の右目に入射する。また、図では示していないが、左目用の画素についても同様に、Ｒ，Ｇ，Ｂそれぞれの光は混合せず、それぞれが分かれた状態で視聴者の左目に入射する。その結果、表示面に表示されたオブジェクト（絵や文字）は、その輪郭がＲ，Ｇ，Ｂの３色に分かれた状態で、視聴者に視認されてしまう。すなわち、色割れが発生する。
【００８９】
このような現象は、図１３（ａ）のＡ−Ａ’が通過するサブ画素の領域だけでなく、Ｙ軸方向のいずれの場所においても発生する。
【００９０】
しかし、本実施の形態のように、複数の電極４５ａ，４５ｂ、・・・を、Ｙ軸方向に対して所定の角度θ（θ≠９０°、θは１°以上４５°未満）をなすＹ’方向（第２方向の一例）に延びるよう配置することで、この色割れの発生を低減することができる。
【００９１】
図１４は、本実施の形態のサブ画素とレンズＰの配置関係などを示したものである。図１４（ａ）は、サブ画素と電極４５ａ及び４５ｂとの配置関係を示す模式図である。図１４（ｂ）は、図１４（ａ）のＡ−Ａ’の位置における断面をＹ’軸方向から見たときの図である。図１４（ｃ）は、図１４（ａ）のＢ−Ｂ’の位置における断面をＹ’軸方向から見たときの図である。図１４（ｄ）は、図１４（ａ）のＣ−Ｃ’の位置における断面をＹ’軸方向から見たときの図である。
【００９２】
図１４（ａ）に示すように、電極４５ａ，４５ｂは、Ｙ軸に対して傾いて配置されている。したがって、図１４（ｂ）〜（ｄ）に示すように、場所によってサブ画素とレンズＰとの配置関係が変化する。なお、図１４の中で特定の画素を灰色で塗りつぶしているが、この理由については後述する。
【００９３】
図１４（ｂ）に示すように、Ａ−Ａ’で示される領域では、Ｇ，Ｂ，Ｒ，Ｇ，Ｂ，Ｒの６つのサブ画素が、この順番にＸ’軸方向に配列され、液晶レンズ４０における１つのレンズＰに対応している。そして、Ｇ，Ｂ，Ｒのサブ画素それぞれから出射される光の主光線の方向は、それぞれ矢印で示す方向になる。
【００９４】
図１４（ｃ）に示すように、Ｂ−Ｂ’で示される領域では、Ｂ，Ｒ，Ｇ，Ｂ，Ｒ，Ｇの６つのサブ画素が、この順番にＸ’軸方向に配列され、液晶レンズ４０における１つのレンズＰに対応している。すなわち、図１４（ｃ）のレンズＰは、図１４（ｂ）に示したレンズＰがＸ’軸方向に１サブ画素分ずれた位置にある。Ｂ，Ｒ，Ｇのサブ画素それぞれから出射される光の主光線の方向は、それぞれ矢印で示す方向になる。
【００９５】
図１４（ｄ）に示すように、Ｃ−Ｃ’で示される領域では、Ｒ，Ｇ，Ｂ，Ｒ，Ｇ，Ｂの６つのサブ画素が、この順番でＸ’軸方向に配列され、液晶レンズ４０における１つのレンズＰに対応している。すなわち、図１４（ｄ）のレンズＰは、図１４（ｃ）に示したレンズＰがＸ’軸方向に１サブ画素分ずれた位置にある。Ｒ，Ｇ，Ｂのサブ画素それぞれから出射される光の主光線の方向は、それぞれ矢印で示す方向になる。
【００９６】
このような液晶レンズ４０におけるレンズＰとサブ画素とのずれを利用することで、図１４（ａ）に示したサブ画素のうち、灰色に塗りつぶしたＧ、Ｂ、Ｒのサブ画素を用いて１つの画素とすることができる。すなわち、Ｘ軸方向に配列されたサブ画素を組み合わせて１画素とするのではなく、Ｙ’軸方向に配列されたサブ画素を組み合わせて１画素とすることができる。具体的には、図１４（ｂ）のうち灰色に塗りつぶされたＧのサブ画素と、図１４（ｃ）のうち灰色に塗りつぶされたＢのサブ画素と、図１４（ｃ）のうち灰色に塗りつぶされたＲのサブ画素は、それぞれ主光線の方向が同じ方向になる。つまり、これらのサブ画素の組み合わせを１つの画素として用いることで、ＲＧＢの３色の主光線を揃えることができる。例えば、これらのサブ画素を右目用の画素として用いることで、視聴者の右目には、方向の揃ったＲＧＢの３色の光が入射する。したがって、視聴者は色割れの少ない画像を視認することができる。
【００９７】
また、左目用の画素について、図１４（ｂ）のうち右から２番目のＢのサブ画素と、図１４（ｃ）のうち右から２番目のＲのサブ画素と、図１４（ｃ）のうち右から２番目のＧのサブ画素は、それぞれ主光線の方向が同じ方向になるため、これらのサブ画素を左目用の画素として用いることで、視聴者の左目には、方向の揃ったＲＧＢの３色の光が入射する。
【００９８】
ここでは、主光線が右上方向に延びるサブ画素を例に挙げて説明したが、他のサブ画素でも同様の現象が発生する。すなわち、主光線の方向が同じ方向となるようなＲＧＢ３つのサブ画素の組み合わせを右目用または左目用画素として選択することで、色割れの発生を従来よりも低減することができる。画像表示パネル６０の複数の画素について、電極４５ａ〜４５ｂに沿った方向にブラックライン６８ｂに対して斜めに隣り合う複数色のサブ画素の組み合わせを１つの画素（右目用の画素又は左目用の画素）とすることで、横表示の際の色割れの発生を低減できる。
【００９９】
次に、図９（ｂ）に示す縦表示の場合について説明する。詳細は後述するが、この場合は、色割れが発生しない。
【０１００】
図１５（ａ）は、電極４４０ａ及び４４０ｂと、各サブ画素との配置関係を示す概略図である。図１５は、図１２で示した図を時計回りに９０度回転させた状態で示したものである。すなわち、図９（ｂ）で示した縦表示に対応した状態である。図１５（ｂ）は、図１５（ａ）のＡ−Ａ’の位置における断面をＸ軸方向から見たときの図である。図１５（ｃ）は、図１５（ａ）のＢ−Ｂ’の位置における断面をＸ軸方向から見たときの図である。図１５（ｄ）は、図１５（ａ）のＣ−Ｃ’の位置における断面をＸ軸方向から見たときの図である。
【０１０１】
図１５（ａ）に示すように、電極４４０ａと電極４４０ｂの間では、Ｙ軸方向に同じ色のサブ画素が２つ並んでおり、Ｘ軸方向にＲＧＢの３色のサブ画素が並んでいる。ここでは、電極４４０ａ側に配列されたサブ画素を右目用のサブ画素とし、電極４４０ｂ側に配列されたサブ画素を左目用のサブ画素とする。
【０１０２】
図１５（ｂ）〜（ｄ）に示す矢印は、右目用の各サブ画素から出射された光の主光線を示す。図１５（ｂ）〜（ｄ）に示すように、右目用の各サブ画素から出射された光の主光線は同じ方向に向かって伸びている。すなわち、各サブ画素からの光の主光線が揃った状態で、視聴者の右目に集光される。つまり、図１５（ａ）に示すような電極４４０ａ，４４０ｂとサブ画素との配置関係の場合は、色割れは発生しない。画像表示パネル６０の複数の画素について、電極４４０ａ〜４４０ｃに沿った方向に隣り合う複数色のサブ画素の組み合わせを１つの画素（右目用の画素又は左目用の画素）とすることで、縦表示の際の色割れの発生を低減できる。
【０１０３】
上述したように、本実施の形態では、複数の電極４５ａ，４５ｂ、・・・を、Ｘ軸方向に対して所定の角度θ（θ≠９０°）をなすＹ’方向（第２方向の一例）に延びるよう配置している。このような構成により、縦表示と横表示のいずれのおいても色割れの発生を低減することができる。
【０１０４】
［３．変形例］
以下、実施の形態２の変形例に係る画像表示装置について説明する。本変形例では、実施の形態２とは異なり、第１電極層５５０の複数の電極５５０ａ〜５５０ｃが、第２電極層４５の複数の電極４５ａ〜４５ｅと直交している。以下、実施の形態２と異なる点を中心に説明をする。また、実施の形態２と同じ機能及び構成については同じ符号を付与し、再度の説明を省略する場合がある。本変形例に係る画像表示装置の外観は、図９に示す実施の形態２の画像表示装置１００と同じである。
【０１０５】
図１６は、変形例に係る液晶レンズ５００を示す分解斜視図である。
【０１０６】
第１電極層５５０は、図１６に示すように、複数の電極５５０ａ、５５０ｂ、５５０ｃで構成されている。第１電極層５５０の電極の数は、図１６に示された数に限定されない。第１電極層５５０では、電極５５０ａ〜５５０ｃのそれぞれが、直線状の電極であり、Ｘ’軸方向に延びている。電極５５０ａ〜５５０ｃは、互いに平行であり、ストライプ状に配置されている。電極５５０ａ〜５５０ｃは、Ｙ’軸方向に所定の間隔を空けて配列されている。この間隔は、隣り合う電極４４０ａ〜４４０ｃ間に左目用画素と右目用画素が含まれるように設定される。
【０１０７】
一方、第２電極層４５は、上記の実施の形態１と同様に、複数の電極４５ａ〜４５ｅで構成されている。第１電極層５５０と第２電極層４５との間に印加する電圧を制御することで、液晶レンズ５００の光学的な機能を、縦表示に適した機能と横表示に適した機能との間で切り替えることができる。
【０１０８】
図１７を用いて、変形例に係る液晶レンズ５００の電極４５ａ〜４５ｅの配置と液晶分子４９の配向の関係などについて説明する。図１７（ａ）は、液晶レンズ５００の上面図である。図１７（ｂ）は、液晶レンズ５００の分解斜視図であり、液晶層４３の替わりに仮想的なレンズＰを示している。図１７（ｃ）は、液晶レンズ５００の分解斜視図であり、液晶層４３の替わりに仮想的なレンズＲを示している。
【０１０９】
液晶分子４９の初期配向の方向（図１７（ａ）において、符号Ａが付された矢印の方向）は、Ｙ’軸と平行な方向である。液晶分子４９の初期配向の方向は、第２電極層４５の各電極４５ａ〜４５ｅの延伸方向に対して略平行であればよく、図１７（ａ）では各電極４５ａ〜４５ｅの延伸方向に対して平行である。また、前面側偏光板６６の透過軸の方向（図１７（ａ）において、符号Ｂが付された矢印の方向）が、Ｙ’軸と平行である。液晶分子４９の初期配向の方向は、前面側偏光板６６の透過軸に対して平行である。
【０１１０】
上記構成において、液晶レンズ５００の第１電極層５５０と第２電極層４５との間に印加する電圧を制御することで、図１７（ｂ）に示すような仮想的なレンズＰ（以下、単にレンズＰと称する。）と同様のレンズ効果、又は、図１７（ｃ）に示すような仮想的なレンズＲ（以下、単にレンズＲと称する。）と同様のレンズ効果を実現することができる。図１７（ｂ）に示すレンズＰ（横表示の際のレンズ）は、図１１（ｂ）と同様であるため説明は省略する。
【０１１１】
図１７（ｃ）に示すように、レンズＲ（縦表示の際のレンズ）は、Ｙ’軸と平行な偏光に対してＺ軸正方向に凸で、かつ、凸面がＸ’軸方向に延びた仮想的なシリンドリカル形状のレンズである。レンズＲは、Ｙ’軸方向に複数配列されている。第２基板４２側からレンズＲに入射した光は、Ｙ’軸方向に集光され、第１基板４１側へ出射される。
【０１１２】
また、図１８を用いて、変形例に係る液晶レンズ５００の電極５５０ａ〜５５０ｃ，４５ａ〜４５ｅの配置と画素の配列との関係について説明する。図１８に示すように、電極５５０ａと電極５５０ｂは、サブ画素２つ分の間隔を空けて配置されている。また、電極４５ａと電極４５ｂは、サブ画素６つ分の間隔を空けて配置されている。
【０１１３】
本変形例では、第１電極層５５０の複数の電極５５０ａ〜５５０ｃが、第２電極層４５の複数の電極４５ａ〜４５ｅと直交する。そのため、横表示のレンズＰにおける屈折率分布及び縦表示のレンズＲにおける屈折率分布をさらに適正化することができ、クロストークを低減することができる。従って、横表示と縦表示とが切り替え可能な画像表示装置において、横表示の際も縦表示の際も、裸眼３Ｄにおいて画像の視認性が高い画像表示装置を実現できる。
【０１１４】
＜実施の形態３＞
以下、実施の形態３に係る画像表示装置について説明する。上記の実施の形態１，２及び変形例では、液晶分子４９の初期配向の方向が前面側偏光板６６の透過軸と略平行であったが、本実施の形態では、液晶分子４９の初期配向の方向が、前面側偏光板６６の透過軸に対して略平行ではなく所定の角θα（θαは１°以上４５°未満の角度）だけ傾斜している。以下、実施の形態２の変形例と異なる点を中心に説明をする。また、実施の形態２の変形例と同じ機能及び構成については同じ符号を付与し、再度の説明を省略する場合がある。
【０１１５】
本実施の形態では、画像表示装置が、バックライト２０と、２Ｄ画像又は３Ｄ画像を表示可能な画像表示パネル６０と、液晶レンズ８００と、画像表示パネル６０を制御する表示制御部６５と、液晶レンズ４０を制御する制御部７０とを備える。液晶レンズ８００は、第１基板４１と、第２基板４２と、液晶層４３と、第１電極層８８０と、第２電極層４５と、第１配向膜４６と、第２配向膜４７と、を備える。
【０１１６】
図１９を用いて、本実施の形態に係る液晶レンズ８００の電極４５ａ〜４５ｅの配置と液晶分子４９の配向の関係などについて説明する。図１９（ａ）は、液晶レンズ８００の上面図である。図１９（ｂ）は、液晶レンズ８００の分解斜視図であり、液晶層４３の替わりに仮想的なレンズＰを示している。図１９（ｃ）は、液晶レンズ８００の分解斜視図であり、液晶層４３の替わりに仮想的なレンズＲを示している。
【０１１７】
本実施の形態では、液晶分子４９の初期配向の方向（図１９（ａ）において、符号Ａが付された矢印の方向）は、Ｙ’軸と平行な方向である。液晶分子４９の初期配向の方向は、第２電極層４５の各電極４５ａ〜４５ｅの延伸方向に対して略平行であればよい。また、前面側偏光板６６の透過軸の方向（図１９（ａ）において、符号Ｂが付された矢印の方向）が、Ｙ軸と平行である。このように、本実施の形態では、液晶分子４９の初期配向の方向が前面側偏光板６６の透過軸に対して略平行ではない。
【０１１８】
なお、本実施の形態は、第１電極層８８０の電極及び第２電極層４５の電極が実施の形態２の変形例と同じであるが、実施の形態１と同じにしてもよい。この場合、本実施の形態の画像表示装置は、図６における矢印Ｂの向き以外は、図１−６と同じとなる。また、実施の形態２と同じにしてもよい。この場合、本実施の形態の画像表示装置は、図１１における矢印Ｂの向き以外は、図１０−１２と同じとなる。
【０１１９】
＜実施例＞
以下、実施例１〜２について説明する。実施例１は、図６に示した構成に対応しており、液晶分子４９の初期配向の方向がＹ’軸方向に平行になっている。また、実施例２は、図７に対応した構成であり、液晶分子４９の初期配向の方向がＹ方向に平行になっている。
【０１２０】
（実施例１）
図２０及び図２１を用いて実施例１に係る画像表示パネルの各パラメータ値について説明する。
【０１２１】
図２０に示すように、複数のサブ画素が、Ｒ，Ｇ，Ｂの順番でＸ軸方向に配列されている。第１電極層４４は面電極により構成されている。第２電極層４５は、ストライプ状に配置された複数の電極４５ａ、４５ｂ・・・から構成されている。第１電極層４４及び第２電極層４５は、ともにＩＴＯ（酸化インジウムスズ）で形成されている。電極４５ａ、４５ｂ・・・は、Ｙ’軸方向に延びており、Ｘ’軸方向に周期的に配列している。Ｙ’軸は、Ｙ軸に対して１７．３°傾いている。電極４５ａ、４５ｂ・・・のＸ’軸方向の幅を１０μｍとし、Ｘ’軸方向における電極４５ａ、４５ｂ・・・のピッチを２３６μｍとした。液晶レンズ４０におけるレンズＰのＸ'方向のピッチは、Ｘ’軸方向における電極４５ａ、４５ｂ・・・のピッチと同じく２３６μｍである。
【０１２２】
図２１に示すように、画像表示パネル６０のサブ画素のピッチＰｓは、１１３．７μｍ、視聴者の視聴距離ＯＤは３００ｍｍ、視聴者の目間距離ＰＤは６５ｍｍ、液晶レンズ４０と画素の距離ｆは０．７１２ｍｍ、液晶層４３の厚さ（セルギャップ）ｄは５０μｍとした。
【０１２３】
また、液晶層４３の広がり変形に関係する弾性係数Ｋ１１を１２、ねじれ変形に関する弾性係数Ｋ２２を７、曲り変形に関する弾性係数Ｋ３３を２０とした。さらに、液晶層４３のダイレクタ方向の誘電率ε‖を９とし、ダイレクタ方向と垂直な方向の誘電率ε⊥を４とした。液晶の回転粘度は１８２とした。液晶分子４９の初期配向の方向はＹ’軸に平行な方向とした。また、第２電極層４５（電極４５ａ、４５ｂ、・・・）に印加する電圧は７Ｖ、第１電極層４４に印加する電圧は０Ｖに設定した。
【０１２４】
上記に示すパラメータを用いて有限要素法を用いた液晶配向シミュレーションを行った。
【０１２５】
シミュレーションでは、液晶層４３の各位置におけるダイレクタが得られる。その情報を元に、液晶層４３の各位置において光が感じる屈折率について、下記式（１）を用いて計算した。液晶レンズ４０に入射する光の偏光方向は、Ｙ’軸に平行な方向としている。
【０１２６】
【数１】
2014196125.tif 000027
【０１２７】
ここで、ｎｅは液晶の異常光に対する屈折率、ｎｏは液晶の常光に対する屈折率、αは電圧を印加した時の液晶の立ち上がり角度、つまり、ＸＹ面もしくはＸ’Ｙ’面とダイレクタのなす角である。
【０１２８】
本実施例では、液晶層４３の異常光に対する屈折率ｎｅを１．７８９、常光に対する屈折率ｎｏを１．５２２とした。すなわち、Δｎは０．２６７である。図２２に実施例の光学特性を示す。
【０１２９】
図２２（ａ）は、実施例１の液晶レンズ４０における屈折率の変化を色の濃淡で示した概略図である。図２２（ａ）の縦軸は、液晶レンズ４０のＺ軸方向の厚み、すなわちセルギャップｄの範囲における位置を示している。また、図２２（ａ）の横軸は、Ｘ’軸方向の位置を示している。
【０１３０】
図２２（ａ）における縦軸（Ｚ軸）、横軸（Ｘ’軸）の定義について、図２２（ｄ）を用いて説明する。図２２（ｄ）は、図８で示した液晶レンズ４０を示す概略図に対して、図２２（ａ）の縦軸、横軸を当てはめた図である。図２２（ｄ）に示すように、横軸（Ｘ’軸）は、液晶層４３と第２基板４２との界面の位置に対応している。また、縦軸（Ｚ軸）は、液晶レンズ４０の左端の位置に対応している。縦軸（Ｚ軸）と横軸（Ｘ’軸）の交点を原点Ｏとする。
【０１３１】
図２２（ａ）では、色が薄い部分（白い部分）が、相対的に屈折率が高い領域を示しており、色が濃い部分（黒い部分）が、相対的に屈折率が低い領域を示している。
【０１３２】
図２２（ａ）に示す屈折率分布において、横軸（Ｘ’軸）のそれぞれの位置におけるＺ軸方向の屈折率の平均値をとったグラフを図２２（ｂ）に示す。
【０１３３】
図２２（ｂ）の横軸は、図２２（ａ）の横軸と同様に、液晶レンズ４０のＸ’軸方向の位置を示す。図２２（ｂ）の縦軸は、屈折率を示す。
【０１３４】
図２２（ｂ）には、実施例１の屈折率分布を示すグラフＡと、理想的なＧＲＩＮレンズ（屈折率分布レンズ）の屈折率分布を示すグラフＢが示されている。グラフＢに示すように、理想的なＧＲＩＮレンズの屈折率分布は２次曲線で示される。実施例１の屈折率分布を示すグラフＡは、理想的なＧＲＩＮレンズの屈折率分布を示すグラフＢに近い形状となった。
【０１３５】
図２２（ｃ）は、図２２（ａ）の屈折率分布を用いて、液晶レンズ４０を通過した後の配光特性を計算した結果を示すグラフである。図２２（ｃ）の実線で示されるグラフは、視聴者の右目用の光を示しており、点線で示されるグラフは、視聴者の左目用の光を示している。図２２（ｃ）では、縦軸が光の強度を示し、横軸が液晶レンズ４０から出射する光の角度φを示している。角度φの定義について、図２２（ｄ）を用いて説明する。図２２（ｄ）に示すように、液晶レンズ４０の中心を通り、かつ、Ｚ軸方向に延びた線分Ｚ’と、Ｘ’軸との交点を原点Ｏ’としている。そして、原点Ｏ’と視聴者の右目を結ぶ線分を線分Ｒとし、原点Ｏ’と視聴者の左目を結ぶ線分を線分Ｌとする。線分Ｚ’と線分Ｒ（または線分Ｌ）とのなす角度のうち鋭角な方を角度φと定義する。また、線分Ｚ’を基準としたとき、視聴者の右目側を負方向とし、視聴者の左目側を正方向と定義する。
【０１３６】
光源の配光特性はランバーシアンとし、光源の出射光の波長は５５０ｎｍとし、光源を右目用画素の位置に配置して、光線追跡シミュレーションを行った。その次に、光源を左目用画素の位置に配置して、再度光線追跡シミュレーションを行った。
【０１３７】
視聴者の視聴距離ＯＤが３００ｍｍで、目間距離ＰＤが６５ｍｍなので、線分Ｚ’と線分Ｒ（右目に対応する線分）がなす角度φは−６．２°となる。つまり、角度φが−６．２°の位置に視聴者の右目が位置している。同様に、角度φ＋６．２°の位置に視聴者の左目が位置する。図２２（ｃ）に示すように、角度φが−６．２°のときに右目用の光の強度は２となっている。また、角度φが＋６．２°のときに左目用の光の強度は２となっている。すなわち、実施例１のように電極をＹ’軸方向に傾けた構成でも、右目用画素の光が適切に視聴者の右目に入射し、左目用画素の光が適切に視聴者の左目に入射することが分かる。
【０１３８】
（実施例２）
実施例２は、液晶分子４９の初期配向の方向と液晶レンズ４０に入射する光の偏光方向がＹ軸に平行である点で、実施例１と異なる。その他のパラメータは実施例１と同様である。実施例２のシミュレーション結果を図２３に示す。
【０１３９】
図２３（ａ）は、実施例２の液晶レンズ４０の屈折率分布を示している。図２３（ａ）に示すように、実施例２の液晶レンズ４０も屈折率分布を有していることが分かる。図２３（ｂ）は、実施例２の屈折率分布を示すグラフである。図２３（ｂ）に示すように、実施例２の屈折率分布も理想的な屈折率分布に近い形状となった。図２３（ｃ）は、実施例２の配向特性を示している。図２３（ｃ）に示すように、実施例２の液晶レンズも左右の目に適切に光が入射することが分かる。
【産業上の利用可能性】
【０１４０】
本開示は、３Ｄ表示可能な画像表示装置などに適用可能である。例えば、テレビ、モニター、タブレットＰＣ、デジタルスチルカメラ、ムービー、カメラ機能付き携帯電話機、又はスマートフォンなどに、本開示は適用可能である。
【符号の説明】
【０１４１】
１０  画像表示装置
２０  バックライト
２１  光源
２２  反射フィルム
２３  導光板
２４  傾斜面
２５  拡散シート
４０  液晶レンズ
４１  第１基板
４２  第２基板
４３  液晶層
４４  第１電極層
４５  第２電極層
４５ａ〜４５ｅ  電極
６０  画像表示パネル（表示パネル）
６３  カラーフィルタ
６４  液晶層
６６  前面側偏光板
６８  ブラックマトリクス
６８ｂ  ブラックライン
７０  制御部
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表示パネルと、
前記表示パネルより前面側に配置された液晶レンズとを備え、
前記表示パネルは、
所定方向に伸びるブラックラインを含み、複数の画素を形成するブラックマトリクスと、
前記表示パネルにおいて前面側に位置する前面側偏光板とを備え、
前記液晶レンズは、
互いに対向するように配置された第１基板及び第２基板と、
前記第１基板に形成された第１電極層と、
前記第２基板にストライプ状に形成された複数の電極を有する第２電極層と、
前記第１電極層と前記第２電極層との間に配置され、複数の液晶分子を有し、前記第１電極層と前記第２電極層との間に印加される電圧に応じて前記液晶分子の配向方向が変化することでレンズ効果が発生する液晶層とを備え、
前記第２電極層では、前記複数の電極が、前記ブラックラインに対して傾斜する方向に延び、
前記液晶分子の初期配向の方向は、前記前面側偏光板の透過軸に対して略平行である、画像表示装置。
【請求項２】
前記第１電極層は、前記第２電極層の前記複数の電極と対向する単一の電極により構成されている、請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項３】
前記第１電極層は、前記第１基板にストライプ状に形成されて前記第２電極層の前記複数の電極と交差する複数の電極を有する、請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項４】
前記第１電極層の前記複数の電極は、前記第２電極層の前記複数の電極と直交する、請求項３に記載の画像表示装置。
【請求項５】
前記液晶分子の初期配向の方向は、前記ブラックマトリクスを形成するブラックラインのうち前記第２電極層の電極となす鋭角が小さい方のブラックラインに対して略平行である、請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項６】
画像表示装置において用いられ、表示パネルより前面側に配置される液晶レンズであって、
互いに対向するように配置された第１基板及び第２基板と、
前記第１基板に形成された第１電極層と、
前記第２基板にストライプ状に形成された複数の電極を有する第２電極層と、
前記第１電極層と第２電極層との間に配置され、複数の液晶分子を有し、前記第１電極層と前記第２電極層との間に印加される電圧に応じて前記液晶分子の配向方向が変化することでレンズ効果が発生する液晶層とを備え、
前記表示パネルは、所定の方向に伸びるブラックラインを含むブラックマトリクスを有し、
前記第２電極層では、前記複数の電極が、前記ブラックラインに対して傾斜する方向に延び、
前記液晶分子の初期配向の方向は、前記表示パネルにおいて前面側に位置する前面側偏光板の透過軸に対して略平行である、液晶レンズ。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２】
2014196125.tif 000028
【図３】
2014196125.tif 000029
【図５】
2014196125.tif 000030
【図８】
2014196125.tif 000031
【図１２】
2014196125.tif 000032
【図１３】
2014196125.tif 000033
【図１８】
2014196125.tif 000034
【図２０】
2014196125.tif 000035
【図１】
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【図４】
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【図６】
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【図７】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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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１９】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【国際調査報告】
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