(57)【要約】【課題】画面上の任意の位置に３次元表示領域を設ける。【解決手段】画面上の任意の位置に３次元表示領域を設け、その他を２次元表示領域とする場合には、Ｘライン発生部３１およびＹライン発生部３２にて所定の電圧を発生させた状態で、第１の電極群１６のＸライン発生部３１側のスイッチ３３のうち、３次元表示領域に対応するもののみをオンとし、接地側のスイッチ３４のうち、３次元表示領域に対応するものをオフとし、それ以外をオンする。また、第２の電極群１９のＹライン発生部３２側のスイッチ３５のうち、３次元表示領域に対応するもののみをオンとし、接地側のスイッチ３６のうち、３次元表示領域に対応するもののみをオフとし、それ以外をオンとする。本発明は、ディスプレイを備える電子装置に適用できる。【選択図】図４
2012003072.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
間隔を空けて互いに対向配置された第１および第２の基板と、
前記第１の基板上における前記第２の基板に対向する側に形成され、第１の方向に延在する複数の電極が幅方向に間隔を空けて並列配置されて成る第１の電極群と、
前記第１の電極群に対して電圧を印加する第１の電圧発生部と前記第１の電極群の各電極と接続する第１のスイッチ群と、
前記第２の基板上における前記第１の基板に対向する側に形成され、前記第１の方向とは異なる第２の方向に延在する複数の電極が幅方向に間隔を空けて並列配置されて成る第２の電極群と、
前記第２の電極群に対して電圧を印加する第２の電圧発生部と前記第２の電極群の各電極と接続する第２のスイッチ群と、
前記第１の基板と前記第２の基板との間に配置され、屈折率異方性を有する液晶分子を含み、前記第１の電極群と前記第２の電極群とに印加される電圧に応じて前記液晶分子の配列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１および第２のスイッチ群を切り替えることにより、前記液晶層の任意の領域のレンズ効果が変化する
レンズアレイ素子。
【請求項２】
前記第１および第２のスイッチ群を切り替えることにより、前記液晶層の任意の領域が、前記第１の電極群と前記第２の電極群とに印加される電圧の状態に応じて、レンズ効果の無い状態、または前記第１の方向に延在するようなシリンドリカルレンズ状のレンズ効果が発生するレンズ状態の一方の状態に電気的に切り替わる
請求項１に記載のレンズアレイ素子。
【請求項３】
前記第１の電極群を構成する複数の電極と前記第２の電極群を構成する複数の電極とが同電位であるとき、レンズ効果の無い状態となり、
前記第１の電極群を構成する複数の電極のうち、前記シリンドリカルレンズのレンズピッチに相当する位置にある電極のみに選択的に駆動電圧を印加し、前記第２の電極群を構成する複数の電極のうち、前記シリンドリカルレンズのレンズピッチに相当する位置にある電極のみに選択的に駆動電圧を印加するとき、レンズ効果が発生する
請求項２に記載のレンズアレイ素子。
【請求項４】
前記第１の電極群は、第１の幅を有して前記第１の方向に延在する複数の第１の電極が並列配置された構成とされ、
前記第２の電極群は、前記第１の幅よりも狭い第２の幅を有して前記第２の方向に延在する複数の第２の電極が並列配置された構成とされている
請求項１乃至３に記載のレンズアレイ素子。
【請求項５】
前記第１の電圧発生部および前記第２の電圧発生部は、互いに位相が１８０°異なる矩形波の電圧を印加する
請求項１乃至４に記載のレンズアレイ素子。
【請求項６】
前記第１の電圧発生部および前記第２の電圧発生部は、電圧振幅が同じ矩形波の電圧を印加する
請求項５に記載のレンズアレイ素子。
【請求項７】
画像表示を行う表示部と、
前記表示部の表示面側に対向配置され、前記表示部からの光線の通過状態を選択的に変化させるレンズアレイ素子と、
画面上に設ける３次元表示領域の位置を決定する決定手段と、
スイッチを制御するスイッチ制御手段と
を備え、
前記レンズアレイ素子は、
間隔を空けて互いに対向配置された第１および第２の基板と、
前記第１の基板上における前記第２の基板に対向する側に形成され、第１の方向に延在する複数の電極が幅方向に間隔を空けて並列配置されて成る第１の電極群と、
前記第１の電極群に対して電圧を印加する第１の電圧発生部と前記第１の電極群の各電極と接続する第１のスイッチ群と、
前記第２の基板上における前記第１の基板に対向する側に形成され、前記第１の方向とは異なる第２の方向に延在する複数の電極が幅方向に間隔を空けて並列配置されて成る第２の電極群と、
前記第２の電極群に対して電圧を印加する第２の電圧発生部と前記第２の電極群の各電極と接続する第２のスイッチ群と、
前記第１の基板と前記第２の基板との間に配置され、屈折率異方性を有する液晶分子を含み、前記第１の電極群と前記第２の電極群とに印加される電圧に応じて前記液晶分子の配列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、
前記スイッチ制御手段が、決定された前記３次元表示領域の位置に基づき、前記第１および第２のスイッチ群を切り替えることにより、前記液晶層の任意の領域のレンズ効果が変化する
画像表示装置。
【請求項８】
前記スイッチ制御手段が、決定された前記３次元表示領域の位置に基づき、前記第１および第２のスイッチ群を切り替えることにより、前記液晶層の前記３次元表示領域に対応する領域が、前記第１の電極群と前記第２の電極群とに印加される電圧の状態に応じて、レンズ効果の無い状態、または前記第１の方向に延在するようなシリンドリカルレンズ状のレンズ効果が発生するレンズ状態の一方の状態に電気的に切り替わる
請求項７に記載の画像表示装置。
【請求項９】
前記３次元表示領域の位置を指定するユーザからの操作を入力する入力手段を
さらに備え、
前記決定手段は、入力された前記ユーザからの操作に基づき、前記３次元表示領域の位置を決定する
請求項７または８に記載の画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レンズアレイ素子、および画像表示装置に関し、特に、３次元表示を実現するためのレンズ効果の発生を電気的に制御するようにしたレンズアレイ素子、および画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、観察者の左右の眼に視差を生じさせた視差画像を見せることにより立体視を実現する方法が知られており、観察者が立体視を実現するための専用のメガネを用いる必要がある方法と当該メガネを必要としない方法とが知られている。
【０００３】
当該メガネを必要とする方法は、例えば、映画館における上映設備やテレビジョン受像機に適用されている。当該メガネを必要としない方法は、テレビジョン受像機の他、例えば、携帯電話機、スマートフォン、ネットブックコンピュータなどのような携帯可能な電子機器のディスプレイに適用されることが想定される。
【０００４】
当該メガネを必要としない方法の具体的な実現方法としては、液晶ディスプレイなどの２次元表示装置の画面上に、２次元表示装置からの表示画像光を複数の視野角方向に偏向させる３次元表示用の光学デバイスとを組み合わせたものを挙げることができる。
【０００５】
３次元表示用の光学デバイスとしては、複数のシリンドリカルレンズ（円筒レンズ）を並列配置したレンズアレイが知られている。例えば２眼式の立体視の場合、左右の眼に異なる視差画像を見せることにより観察者の視覚に対して立体感が得られる。よって、これを実現するため、２次元表示装置の表示面に対して、縦方向に延在するシリンドリカルレンズを横方向に複数並列配置し、２次元表示装置からの表示画像光を左右方向に偏向させ、左右の視差画像が適切に観察者の左右の眼に到達するようになされている。
【０００６】
シリンドリカルレンズの他には、液晶レンズによる切り替え式のレンズアレイ素子（以下、液晶レンズアレイ素子と称する）が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
この液晶レンズアレイ素子は、シリンドリカルレンズと同等のレンズ効果の有無を電気的に切り替えることができる。したがって、２次元表示装置の画面上に液晶レンズアレイ素子を設けることにより、レンズ効果無しの状態による２次元表示モードと、レンズ効果有りの状態による３次元表示モードの２つの表示モードを切り替えることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００８−９３７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述したように、液晶レンズアレイ素子を用いた３次元表示は、スマートフォン等の携帯可能な電子機器に適用することが想定される。その場合、全画面を一括して２次元表示モードまたは３次元表示モードに切り替えるだけでなく、画面上の任意の領域だけが３次元表示モードの領域となるように設定できれば便利である。
【００１０】
一般に、３次元表示は２次元表示に比べて解像度が落ちるため、高い解像度が要求される映像部分については２次元表示モードとし、その他の部分については３次元表示モードとすることが考えられる。また、３次元表示でなくとも良い部分を含む映像素材を表示する領域を、部分的に２次元表示モードにすることが考えられる。例えば、字幕付きの映画を３次元表示する場合に、字幕の部分については２次元表示にすることなどが考えられる。
【００１１】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、画面上の任意の領域だけを３次元表示モードとし、その他の領域を２次元表示モードに設定可能とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の第１の側面であるレンズアレイ素子は、間隔を空けて互いに対向配置された第１および第２の基板と、前記第１の基板上における前記第２の基板に対向する側に形成され、第１の方向に延在する複数の電極が幅方向に間隔を空けて並列配置されて成る第１の電極群と、前記第１の電極群に対して電圧を印加する第１の電圧発生部と前記第１の電極群の各電極と接続する第１のスイッチ群と、前記第２の基板上における前記第１の基板に対向する側に形成され、前記第１の方向とは異なる第２の方向に延在する複数の電極が幅方向に間隔を空けて並列配置されて成る第２の電極群と、前記第２の電極群に対して電圧を印加する第２の電圧発生部と前記第２の電極群の各電極と接続する第２のスイッチ群と、前記第１の基板と前記第２の基板との間に配置され、屈折率異方性を有する液晶分子を含み、前記第１の電極群と前記第２の電極群とに印加される電圧に応じて前記液晶分子の配列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１および第２のスイッチ群を切り替えることにより、前記液晶層の任意の領域のレンズ効果が変化する。
【００１３】
前記第１および第２のスイッチ群を切り替えることにより、前記液晶層の任意の領域が、前記第１の電極群と前記第２の電極群とに印加される電圧の状態に応じて、レンズ効果の無い状態、または前記第１の方向に延在するようなシリンドリカルレンズ状のレンズ効果が発生するレンズ状態の一方の状態に電気的に切り替わるようにすることができる。
【００１４】
前記第１の電極群を構成する複数の電極と前記第２の電極群を構成する複数の電極とが同電位であるとき、レンズ効果の無い状態となり、前記第１の電極群を構成する複数の電極のうち、前記シリンドリカルレンズのレンズピッチに相当する位置にある電極のみに選択的に駆動電圧を印加し、前記第２の電極群を構成する複数の電極のうち、前記シリンドリカルレンズのレンズピッチに相当する位置にある電極のみに選択的に駆動電圧を印加するとき、レンズ効果が発生するようにすることができる。
【００１５】
前記第１の電極群は、第１の幅を有して前記第１の方向に延在する複数の第１の電極が並列配置された構成とされ、前記第２の電極群は、前記第１の幅よりも狭い第２の幅を有して前記第２の方向に延在する複数の第２の電極が並列配置された構成とされているようにすることができる。
【００１６】
前記第１の電圧発生部および前記第２の電圧発生部は、互いに位相が１８０°異なる矩形波の電圧を印加するようにすることができる。
【００１７】
前記第１の電圧発生部および前記第２の電圧発生部は、電圧振幅が同じ矩形波の電圧を印加するようにすることができる。
【００１８】
本発明の第１の側面であるレンズアレイ素子においては、前記第１および第２のスイッチ群を切り替えることにより、液晶層の任意の領域のレンズ効果が変化する。
【００１９】
本発明の第２の側面である表示装置は、画像表示を行う表示部と、前記表示部の表示面側に対向配置され、前記表示部からの光線の通過状態を選択的に変化させるレンズアレイ素子と、画面上に設ける３次元表示領域の位置を決定する決定手段と、スイッチを制御するスイッチ制御手段とを備え、前記レンズアレイ素子は、間隔を空けて互いに対向配置された第１および第２の基板と、前記第１の基板上における前記第２の基板に対向する側に形成され、第１の方向に延在する複数の電極が幅方向に間隔を空けて並列配置されて成る第１の電極群と、前記第１の電極群に対して電圧を印加する第１の電圧発生部と前記第１の電極群の各電極と接続する第１のスイッチ群と、前記第２の基板上における前記第１の基板に対向する側に形成され、前記第１の方向とは異なる第２の方向に延在する複数の電極が幅方向に間隔を空けて並列配置されて成る第２の電極群と、前記第２の電極群に対して電圧を印加する第２の電圧発生部と前記第２の電極群の各電極と接続する第２のスイッチ群と、前記第１の基板と前記第２の基板との間に配置され、屈折率異方性を有する液晶分子を含み、前記第１の電極群と前記第２の電極群とに印加される電圧に応じて前記液晶分子の配列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、前記スイッチ制御手段が、決定された前記３次元表示領域の位置に基づき、前記第１および第２のスイッチ群を切り替えることにより、前記液晶層の任意の領域のレンズ効果が変化する。
【００２０】
前記スイッチ制御手段が、決定された前記３次元表示領域の位置に基づき、前記第１および第２のスイッチ群を切り替えることにより、前記液晶層の前記３次元表示領域に対応する領域が、前記第１の電極群と前記第２の電極群とに印加される電圧の状態に応じて、レンズ効果の無い状態、または前記第１の方向に延在するようなシリンドリカルレンズ状のレンズ効果が発生するレンズ状態の一方の状態に電気的に切り替わるようにすることができる。
【００２１】
本発明の第２の側面である表示装置は、前記３次元表示領域の位置を指定するユーザからの操作を入力する入力手段をさらに備えることができ、前記決定手段は、入力された前記ユーザからの操作に基づき、前記３次元表示領域の位置を決定するようにすることができる。
【００２２】
本発明の第２の側面である画像表示装置においては、スイッチ制御手段が、決定された３次元表示領域の位置に基づき、第１および第２のスイッチ群を切り替えることにより、液晶層の任意の領域のレンズ効果が変化する。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の第１の側面によれば、画面上の任意の領域だけを３次元表示モードとし、その他の領域を２次元表示モードに設定可能なレンズ効果を得ることができる。
【００２４】
本発明の第２の側面によれば、画面上の任意の領域だけを３次元表示モードとし、その他の領域を２次元表示モードに設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明を適用した電子装置の外観図である。
【図２】液晶レンズアレイ素子の構成例を示す断面図である。
【図３】液晶レンズアレイ素子の第１の電極群を示す断面図である。
【図４】液晶レンズアレイ素子の第１および第２の電極群を示す斜視図である。
【図５】液晶レンズアレイ素子を制御するための構成例を示すブロック図である。
【図６】画面全体を２次元表示モードとする場合のスイッチの切り替え制御の状態を示す図である。
【図７】画面上の任意の領域のみを３次元表示モードとする場合のスイッチの切り替え制御の状態を示す図である。
【図８】ディスプレイの利用状態に対応するスイッチの切り替え制御の状態をまとめた図である。
【図９】Ｘライン発生部およびＹライン発生部における発生電圧の波形を示す図である。
【図１０】表示パネルの一例を示す図である。
【図１１】第１乃至第３の実施例に対応する第１の電極群と第２の電極群の角度を示す図である。
【図１２】第１乃至第３の実施例におけるパラメータの値を示す図である。
【図１３】３次元表示の評価方法を説明する図である。
【図１４】第１乃至第３の実施例に対する評価を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、発明を実施するための最良の形態（以下、実施の形態と称する）について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２７】
＜１．実施の形態＞
［電子装置の構成例］
図１は、本発明の実施の形態である電子装置の外観を示している。この電子装置１には、ディスプレイ２が設けられている。ディスプレイ２は、２次元表示装置である表示パネル２０と、その画面上に設けられた液晶レンズアレイ素子１０（いずれも図２）とにより構成される。
【００２８】
この電子装置１は、同図Ａに示されるように、画面の全体を２次元表示モードとして使用することができる。また、画面の全体を３次元表示モードとして使用することができる。さらに、同図Ｂに示されるように、画面上の任意の領域を３次元表示モードとし、その他の領域を２次元表示モードとして使用することができる。
【００２９】
３次元表示モードとする領域（以下、３次元表示領域と称する）は、ユーザが指定することができる。具体的には、例えば、画面上の２点を結ぶ線を対角線とする矩形を３次元表示領域としたり、カーソルをドラッグした状態で移動させることにより３次元表示領域を指定したりすることができる。
【００３０】
［液晶レンズアレイ素子１０の構成例］
図２および図３は、ディスプレイ２を構成する液晶レンズアレイ素子１０の断面図を示している。なお、図２は、ＸＺ平面の断面図であり、図３は、ＹＺ平面の断面図である。ただし、図３については、第１の基板１４側についてのみ図示している。
【００３１】
同図に示すように、液晶レンズアレイ素子１０は、表示パネル２０の表示面２０Ａ上に設けられる。
【００３２】
液晶レンズアレイ素子１０は、表示モード（２次元表示モード、または３次元表示モード）に応じてレンズ効果を制御することで、表示パネル２０からの光線の通過状態を選択的に変化させる。表示パネル２０は、例えば液晶表示ディスプレイ、有機ELなどで構成することができる。そして、表示パネル２０は、２次元表示モードの領域には２次元画像データに基づく映像表示を行い、３次元表示モードの領域には３次元画像データに基づく映像表示を行う。なお、３次元画像データとは、例えば、３次元表示における複数の視野角方向に対応した複数の視差画像を含むデータであり、２眼式の３次元表示を行う場合、右眼表示用と左眼表示用の視差画像のデータを指す。
【００３３】
液晶レンズアレイ素子１０は、間隔ｄを空けて互いに対向配置された第１の基板１４および第２の基板１７、並びにそれらの間に配置された液晶層１１を備えている。
【００３４】
第１の基板１４および第２の基板１７は、例えば、ガラス材料または樹脂材料などより成る透明基板である。第１の基板１４上における第２の基板１７に対向する側には、第１の方向（同図のＸ軸方向）に延在する複数の透明電極が幅方向（同図のＹ軸方向）に間隔を空けて並列配置された第１の電極群１６が形成されている。第１の基板１４上にはまた、第１の電極群１６を介して配向膜１５が形成されている。
【００３５】
同様に、第２の基板１７上における第１の基板１４に対向する側には、第１の方向とは異なる第２の方向（同図のＹ軸方向）に延在する複数の透明電極が幅方向（同図のＸ軸方向）に間隔を空けて並列配置されてなる第２の電極群１９が形成されている。第２の基板１７上にはまた、第２の電極群１９を介して配向膜１８が形成されている。
【００３６】
液晶層１１は、液晶分子１３を含み、第１の電極群１６と第２の電極群１９とに印加される電圧に応じて液晶分子１３の配列方向が変化することでレンズ効果が制御されるようになされている。また、液晶層１１は、第１の電極群１６と第２の電極群１９とに印加される電圧の状態に応じて、液晶レンズアレイ素子１０を領域毎に、レンズ効果の無い状態と、レンズ効果のある状態との２つの状態に電気的に切り替えることができる。
【００３７】
液晶分子１３は、屈折率異方性を有し、例えば長手方向と短手方向とで通過光線に対して屈折率の異なる屈折率楕円体の構造を有している。レンズ効果のある状態とは、第１の方向に延在するような第１のシリンドリカルレンズ状のレンズ効果が発生する状態である。
【００３８】
以下、本実施の形態では、上記第１の方向を図１のＸ方向（紙面の横方向）、上記第２の方向を図１のＹ方向（紙面に直交する方向）として説明する。Ｘ方向とＹ方向は、基板面内で互いに直交する方向である。
【００３９】
第１の基板１４に設けられた第１の電極群１６は、複数の透明電極として、幅Ｌｒの複数の電極１６Ｌが間隔Ｓｒを空けて並列配置して構成されている。電極１６Ｌは、幅Ｌｒを有して第１の方向（Ｘ方向）に延在している。また、電極１６Ｌは、レンズ効果として発生するシリンドリカルレンズのレンズピッチｐに相当する周期間隔で、複数、並列配置されている。
【００４０】
同様に、第２の基板１７に設けられた第２の電極群１９は、複数の透明電極として、幅Ｌｃの複数の電極１９Ｓが間隔Ｓｃを空けて並列配置して構成されている。電極１９Ｓは、幅Ｌｃを有して第２の方向（Ｘ方向）に延在している。また、電極１９Ｓは、レンズ効果として発生するシリンドリカルレンズのレンズピッチｐに相当する周期間隔で、複数、並列配置されている。
【００４１】
［液晶レンズアレイ素子１０の電極構造］
図４は、第１の電極群１６および第２の電極群１９のそれぞれに設けられたスイッチの構成を示している。
【００４２】
第１の電極群１６を構成する各電極１６Ｌの一端は、スイッチ３３を介して、第１の電極群１６に対して所定の電圧を印加するためのＸライン発生部３１に接続されており、他端はスイッチ３４を介して接地されている。
【００４３】
第２の電極群１９を構成する各電極１９Ｓの一端は、スイッチ３５を介して、第２の電極群１９に対して所定の電圧を印加するためのＹライン発生部３２に接続されており、他端はスイッチ３６を介して接地されている。
【００４４】
上述した構成において、Ｘライン発生部３１およびＹライン発生部３２により所定の電圧を発生し、スイッチ３３乃至３６を適切に切り替えることにより、液晶レンズアレイ素子１０の任意の領域を３次元表示モードとし、その他の領域を２次元表示モードに設定することができる。
【００４５】
なお、Ｘライン発生部３１およびＹライン発生部３２により所定の電圧を発生しないことにより、すなわち、液晶レンズアレイ素子１０に電力を供給しないことにより、液晶レンズアレイ素子１０の全領域を２次元表示モードに設定することができる。
【００４６】
電子装置１の一般的な使用状況を考慮した場合、液晶レンズアレイ素子１０の全領域を２次元表示モードに設定した状態が、使用時間のうちの最も長い時間を占めるものと想定される。したがって、液晶レンズアレイ素子１０に常時電力を給電する場合に比較して、電力の消費を抑えることができる。
【００４７】
［液晶レンズアレイ素子１０の製造］
液晶レンズアレイ素子１０の製造を行う場合には、ガラス材料などから成る第１の基板１４および第２の基板１７のそれぞれに、例えばITO(IndiumTin Oxide)膜などの透明導電膜を所定のパターンで形成して第１の電極群１６および第２の電極群１９を形成する。配向膜１５および１８は、ポリイミド等の高分子化合物を布で一方向に擦るラビング法や、SiO等の斜方蒸着法などにより形成する。これにより、液晶分子１３の長軸を一方向に配向させることができる。
【００４８】
配向膜１５，１８上には、第１の基板１４と第２の基板１７との間隔ｄを一様に保つために、シール材にガラス材料または樹脂材料からなるスペーサ１２を分散配置させたものを印刷する。そして、第１の基板１４と第２の基板１７とを貼り合わせ、スペーサ入りのシール材を硬化させる。その後に、所定の液晶材料をシール材開口部から第１の基板１４と第２の基板１７との間に注入し、シール材開口部を封止する。そして、液晶組成物を等方相まで加熱してから、徐冷することにより、液晶レンズアレイ素子１０を完成させる。
【００４９】
なお、液晶レンズアレイ素子１０においては、液晶分子１３の屈折率異方性Δｎが大きいほど、より大きいレンズ効果を得ることができるので、液晶材料をそのような内容組成にすることが好ましい。一方で、屈折率異方性Δｎが大きい液晶組成物の場合、かえって液晶組成物の物性を損ね、粘性が増加してしまう。これにより、基板間への注入が困難となったり、低温では結晶に近い状態になったり、内部電界が増大し、液晶素子の駆動電圧が高くなってしまうことがある。このため、液晶材料の内容組成は、製造性とレンズ効果との双方を考慮して決定することが好ましい。液晶材料の具体的な内容組成については、後述する実施例において詳述する。
【００５０】
［液晶レンズアレイ素子制御部４０の構成例］
次に、図５は、液晶レンズアレイ素子１０を制御するために電子装置１の内部に設けられる液晶レンズアレイ素子制御部の構成例を示している。
【００５１】
この液晶レンズアレイ素子制御部４０は、操作入力部４１、統制部４２、スイッチ制御部４３、Ｘライン電圧制御部４４、およびＹライン電圧制御部４５から構成される。
【００５２】
操作入力部４１は、マウス、パッチパネルなどからなり、画面上に設ける３次元表示領域を指定するユーザの操作を受け付けて、その操作に応じた操作信号を統制部４２に出力する。
【００５３】
統制部４２は、操作入力部４１からの操作信号に従い、３次元表示領域を決定する。なお、ユーザの操作に基づく操作信号に依存せず、実行中のアプリケーションからの制御に従って、３次元表示領域を決定することもできる。さらに、統制部４２は、決定した３次元表示領域に基づいて、スイッチ制御部４３、Ｘライン電圧制御部４４、およびＹライン電圧制御部４５を制御する。
【００５４】
スイッチ制御部４３は、統制部４２からの制御に従い、第１の電極群１６を構成する電極１６Ｌおよび第２の電極群１９を構成する電極１９Ｓに接続されているスイッチ３３乃至３６を切り替える。
【００５５】
Ｘライン電圧制御部４４は、統制部４２からの制御に従い、Ｘライン発生部３１を制御して所定の電圧を発生させる。Ｙライン電圧制御部４５は、統制部４２からの制御に従い、Ｙライン発生部３１を制御して所定の電圧を発生させる。
【００５６】
［表示モードに対応するスイッチ制御］
次に、表示モード（２次元表示モード、または３次元表示モード）に対応するスイッチ３３乃至３６の状態について、図６および図７を参照して説明する。
【００５７】
図６Ａに示すように、ディプレイ２の全面を２次元表示モードとする場合には、液晶レンズアレイ素子１０をレンズ効果のない状態とする。すなわち、同図Ｂに示すように、スイッチ３３乃至３６を全てオフとすればよい。当然ながら、Ｘライン発生部３１およびＹライン発生部３２にて電圧を発生させる必要はない。また、接地側のスイッチ３４および３６については、オンとしてもよい。
【００５８】
図７Ａに示すように、ディプレイ２の画面上の任意の位置に３次元表示領域を設け、その他を２次元表示領域とする場合には、Ｘライン発生部３１およびＹライン発生部３２にて所定の電圧を発生させた状態で、同図Ｂに示すように、スイッチ３３乃至３６を切り替える。すなわち、第１の電極群１６のＸライン発生部３１側のスイッチ３３のうち、３次元表示領域に対応するもののみをオンとし、接地側のスイッチ３４のうち、３次元表示領域に対応するものをオフとし、それ以外をオンする。また、第２の電極群１９のＹライン発生部３２側のスイッチ３５のうち、３次元表示領域に対応するもののみをオンとし、接地側のスイッチ３６のうち、３次元表示領域に対応するもののみをオフとし、それ以外をオンとする。
【００５９】
なお図示は省略するが、ディプレイ２の画面全体を３次元表示領域とする場合には、Ｘライン発生部３１およびＹライン発生部３２にて所定の電圧を発生させた状態で、第１の電極群１６のＸライン発生部３１側のスイッチ３３を全てオンとし、接地側のスイッチ３４を全てオフとする。また、第２の電極群１９のＹライン発生部３２側のスイッチ３５を全てオンとし、接地側のスイッチ３６を全てオフとすればよい。
【００６０】
図８は、図６および図７に示された、液晶レンズアレイ素子１０における各電極の電圧印加の状態と発生するレンズ効果との対応関係を示している。
【００６１】
以上に説明したように、本実施の形態における液晶レンズアレイ素子１０によれば、ディスプレイ２の画面上の任意の位置に３次元表示領域を設けることができる。
【００６２】
[Ｘライン発生部３１およびＹライン発生部３２における発生電圧]
次に、Ｘライン発生部３１およびＹライン発生部３２のそれぞれにおいて発生される電圧について、図９を参照して説明する。
【００６３】
図９は、Ｘライン発生部３１およびＹライン発生部３２が発生する電圧波形の一例を示している。同図に示されるように、Ｘライン発生部３１は、例えば30Hz以上の矩形波の電圧を＋Ｖｘ，−Ｖｘ，＋Ｖｘ，−Ｖｘ，・・・の順に発生する。これに対して、Ｙライン発生部３２は、同じ周期の矩形波の電圧を−Ｖｙ，＋Ｖｙ，−Ｖｙ，＋Ｖｙ，・・・の順に発生する。すなわち、Ｘライン発生部３１とＹライン発生部３２は、振幅がほぼ等しい（Ｖｘ＝Ｖｙ）電圧を、位相を１８０°ずらして発生する。
【００６４】
画面上の任意の位置を３次元表示領域とする場合には、液晶層１１を挟む上下の透明電極間で、液晶分子１３の配列に変化を生じさせることが可能となるような所定の電位差が生じるようにする。
【００６５】
具体的には、第１の電極群１６を構成する各電極１６ＬのＸライン発生部３１側のスイッチ３３のうち、３次元表示領域に対するものをオンとして、共通の電圧（振幅Ｖｘ）が印加されるようにする。また、第２の電極群１９を構成する電極１９ＳのＹライン発生部３２側のスイッチ３５のうち、３次元表示領域に対するものをオンとして、共通の電圧（振幅Ｖｙ）が印加されるようにする。さらに、スイッチ３４およびスイッチ３６を全てオフとする。
【００６６】
ここで、Ｘライン発生部３１とＹライン発生部３２が、同図Ａに示されたように電圧を発生すると、第２の電極群１９の電極１９Ｓと、第１の電極群１６との電極間には（Ｖｘ＋Ｖｙ）の振幅電圧を有する矩形波が印加されることになる。一方、第２の電極群１９の電極１９Ｓがない部分と、第１の電極群１６との電極間には、Ｖｘ＝Ｖｙ＝（Ｖｘ＋Ｖｙ）／２の振幅電圧を有する矩形波が印加されることになる。このとき、電極１９Ｓに対応する部分では、その振幅電圧が液晶の閾値電圧以下であれば、液晶分子１３の動きが実際には起きないが、第２の電極１９ＳＸによる横電界によって初期の液晶分子１３の配向分布、すなわち屈折率分布を引き起こすことができる。
【００６７】
なお、液晶層３の全体をレンズ効果の無い状態にする場合には、第１の電極群１６を構成する複数の電極と第２の電極群１９を構成する複数の透極とがすべて同電位（０Ｖ）となるような電圧状態とすればよい。すなわち、図４に示されたように、Ｘライン発生部３１およびＹライン発生部３２の発生電圧を０Ｖとして各電極を接地する。この場合、液晶分子１３が配向膜１５，１８によって規定される所定の方向に一様に配列されるので、レンズ効果の無い状態となる。
【実施例】
【００６８】
次に、本実施の形態である電子装置１の具体的な実施例について説明する。
【００６９】
液晶レンズアレイ素子１０については、上述したように、ガラス材料などからなる第１の基板１４と第２の基板１７の間に、ITOからなる第１の電極群１６と第２の電極群１９を、周知のフォトリソ法とウェットエッチングまたはドライエッチングとにより形成させる。その電極上にポリイミドをそれぞれスピンコートして焼成することにより、配向膜１５，１８を形成する。
【００７０】
材料の焼成後には、配向膜１５，１８の表面をラビング処理し、さらにはIPA等で洗浄し、加熱乾燥させる。冷却後、ラビング方向が向き合うように第１の基板１４と第２の基板１７を約30乃至50μｍの間隔で貼り合わせる。この間隔は、スペーサを全面に分散させることにより保持する。その後、シール材開口部から真空注入法によって、液晶材料を注入し、シール材開口部を封止する。そして、等方相まで液晶セルを加熱してから徐冷する。
【００７１】
液晶層１１に用いる液晶材料は代表的なネマティック液晶であるMBBA(p-methoxybenzylidene-p’-butylaniline)を用いる。なお、屈折率異方性Δｎは、２０℃で０．２５５である。
【化１】
2012003072.tif 000003
【００７２】
表示パネル２０については、１画素の大きさが70.5μｍのTFT-LCDパネルを用いた。この表示パネル２０は、図１０に示されるように、Ｒ，Ｇ，Ｂの各画素がマトリクス状に配置されている。また、液晶レンズアレイ素子１０によって形成されるシリンドリカルレンズのピッチｐに対して、表示パネル２０の画素数がＮ（２以上の数）個となるようになされている。３次元表示モードの領域では、このＮ個分の光線数（視線数）を提示することになる。また、表示パネル２０としては、３インチのWVGA（864×480画素）規格のものを用いた。
【００７３】
図１１は、後述する第１乃至第３の実施例に対応する液晶レンズアレイ素子１０の電極構造を示しており、同図Ａは第２の基板１７側の電極構造、同図Ｂは第１の基板１４側の電極構造を示している。同図に示すとおり、第１乃至第３の実施例では、第１の基板１４の電極と第２の基板１７の電極とが直交するように形成されている。
【００７４】
図１２は、第１乃至第３の実施例に対応する各種設計パラメータの値を示している。Ｎは表示パネル２０のレンズピッチｐに対する画素数であり、Ｌｃは第２の電極群１９を構成する電極１９Ｓの幅、Ｓｃは電極１９Ｓどうしの間隔、Ｌｒは第１の電極群１６を構成する電極１６Ｌの幅、Ｓｒは電極１６Ｌどうしの間隔をμｍの単位で示している。
【００７５】
なお、Ｘライン発生部３１およびＹライン発生部３２から供給する電力は、30Hz以上の矩形波を用い、その振幅電圧は５乃至１０Ｖ程度として、レンズピッチｐや間隔ｄに応じて調整するものとする。通常、間隔ｄが厚くなるほど、振幅電圧を高く設定する必要がある。
【００７６】
次に、第１乃至第３の実施例に対する評価について説明する。なお、現状においては、３次元表示の良し悪しを判断するための明確な判断基準が一般化されていないため、ここでは、以下に示す簡略的な手法によって、３次元表示として認識できるか否かを判断基準とするようにした。
【００７７】
図１３は、第１乃至第３の実施例における３次元表示の見え方の評価の概念を示している。同図に示すように、液晶レンズアレイ素子１０によって発生する１つのシリンドリカルレンズに対して、青色１画素、赤色１画素の計２画素分が対応している。同図に示されたように、表示パネル２０に対して、右眼と左眼にそれぞれ青と赤の色が見えるように表示パターンを出力して表示させる。そして、左右の眼の位置に相当するところにカメラを配置して撮影し、それぞれ、赤と青に分離して見えるか否かを判断基準とした。なお、２次元表示モードの領域については、赤と青が混合して紫として見えることになる。
【００７８】
駆動振幅電圧については、少しずつ上げるようにし、その電圧を上げてもほとんど視認性が変わらなくなる飽和直前の電圧値を駆動電圧とする。なお、各電極に印加する矩形波の電圧振幅ＶはＶ＝２Ｖｘ＝２Ｖｙとした。また、０Ｖを印加することで、３次元表示モードから２次元表示モードへと変化するのときの時間（２Ｄ切替応答時間）も評価の対象として観測した。
【００７９】
第１乃至第３の各実施例を、以下の３種類の使用状態に評価した結果は次のとおりである。
【００８０】
使用状態１（画面全体を２次元表示領域とした場合）
第１乃至第３の実施例のいずれも、視感評価として、全面紫色となり、液晶レンズアレイ素子１０を表示パネル２０上に配置していない場合とほぼ同様の２次元表示が確認できる。
【００８１】
使用状態２（画面全体を３次元表示領域とした場合）
第１乃至第３の実施例のいずれも、左眼位置では赤、右眼位置では青を観測することができる。すなわち、液晶レンズアレイ素子１０により３次元表示モードが実現されていることが確認できる。
【００８２】
使用状態３（所定の領域（３００×２２５画素）を３次元表示領域とし、その他を２次元表示領域とした場合）
第１乃至第３の実施例のいずれも、２次元表示領域については、全面紫色として視認され、液晶レンズアレイ素子１０を表示パネル２０上に配置していない場合とほぼ同様の２次元表示が確認できる。また、３次元表示領域については、左眼位置では赤、右眼位置では青を観測することができる。すなわち、液晶レンズアレイ素子１０により３次元表示モードが実現されていることが確認できる。
【００８３】
図１４は、上述した使用状態１乃至３における各評価をまとめて示している。同図においては、２次元表示および３次元表示の評価を、最も良い方から順に２重丸◎、１重丸○、三角△、バツ×として４段階で示している。２重丸◎は、赤と青に十分に分離して観察できたことを示す。三角△は、赤と青に分離する限界の状態のように観察されたことを示している。１重丸○は、２重丸◎と三角△の中間の見え方であったことを示している。
【００８４】
以上に説明したように、いずれの実施例においても、画面上の任意の位置に設けた３次元表示領域にて良好な３次元表示が実現されることがわかる。
【００８５】
なお、上述した説明においては、画面上の１箇所だけに３次元表示領域を設けるようにしたが、画面上の異なる複数の位置に３次元表示領域を設けることも可能である。
【００８６】
また、本発明の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【００８７】
１  電子装置，  ２  ディスプレイ，  １０  液晶レンズアレイ素子，  １４  第１の基板，  １５  配向膜，  １６  第１の電極群，  １７  第２の基板，  １８  配向膜，  １９  第２の電極群，  ２０  表示パネル，  ３１  Ｘライン発生部，  ３２  Ｙライン発生部，  ３３乃至３６  スイッチ，  ４０  液晶レンズアレイ素子制御部，  ４１  操作入力部，  ４２  統制部，  ４３  スイッチ制御部，  ４４  Ｘライン電圧制御部，  ４５  Ｙライン電圧制御部
【図１】
2012003072.tif 000004
【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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