(57)【要約】【課題】液晶レンズにおける電極数を増やすことなく、３次元表示におけるクロストークを低減すること。【解決手段】液晶レンズ１１は、複数の第１の電極１１６Ａを一定の間隔に並べて配置したパターン電極１１６と、共通電極１１２と、パターン電極１１６と共通電極１１２の間に電位差を生じさせる制御部１１７と、共通電極１１２とパターン電極部１１６の間に形成され、電界に応じて光の屈折率分布が変化する液晶層１１４を含む光制御部と非導電性の媒質からなる誘電体層１１５とを有する。第１の電極１１６Ａのピッチａと、共通電極１１２とパターン電極部１１６との間の距離ｄとの比ａ／ｄは３．０より大きく８．５未満である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を透過し、導電部と非導電部とが予め定められた間隔で繰り返して形成された第１の電極を有するパターン電極部と、
光を透過し、前記第１の電極と対向する位置に共通電極を有する共通電極部と、
前記第１の電極と前記共通電極の電位を制御し、前記パターン電極部と前記共通電極部との間に電位差を生じさせる制御部と、
前記共通電極部と前記パターン電極部との間に形成され、前記電位差に応じた電界によって光の屈折率分布が可変に制御される液晶層を有する光制御部と、
前記共通電極部と前記パターン電極部との間に形成され、光を透過する非導電性の媒質からなる非導電層とを有し、
前記第１の電極の前記導電部間の距離ａと、前記共通電極部と前記パターン電極部との間の距離ｄとの比ａ／ｄが３．０より大きく８．５未満である液晶レンズ。
【請求項２】
前記パターン電極部は、導電部と非導電部とが予め定められた間隔で繰り返して形成された第２の電極を更に有し、
前記制御部は、前記第１の電極と前記共通電極の間の電位差と、前記第２の電極と前記共通電極の間の電位差が異なるように前記パターン電極部と前記共通電極部の電位を制御する、請求項１に記載の液晶レンズ。
【請求項３】
前記液晶層における液晶分子は、前記パターン電極部と前記共通電極部との間に電位差が生じていない場合に、前記表示領域の一方向と略平行となるように配向する、請求項１又は２に記載の液晶レンズ。
【請求項４】
前記液晶層における液晶分子は、前記パターン電極部と前記共通電極部との間に電位差が生じていない場合に、前記共通電極部の側と前記パターン電極部の側の配向方向が略直交して配向する、請求項１又は２に記載の液晶レンズ。
【請求項５】
前記配向方向と、前記第１の電極の配列方向に略直交する方向とがなす角は略４５°となる、請求項４に記載の液晶レンズ。
【請求項６】
前記光制御部の光の出射側に偏光板を備え、
前記偏光板の偏光軸は、前記パターン電極部又は前記共通電極部の側の前記液晶分子の配向方向と略平行である、請求項４又は５に記載の液晶レンズ。
【請求項７】
前記液晶層における液晶分子は、前記パターン電極部と前記共通電極部との間に電位差が生じていない場合に、前記液晶層の厚さ方向と略平行となるように配向する、請求項１又は２に記載の液晶レンズ。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の液晶レンズと、
画像を表示する表示パネルと、を備える立体表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶レンズ及び立体表示装置に関し、特に、立体表示におけるクロストークを低減する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１には、液晶レンズ方式による可変レンズアレイ素子によって２次元表示と３次元表示の切り替えを行う技術が開示されている。この特許文献１では、可変レンズアレイ素子の液晶層を挟む、平面状に形成された第１の電極と、サブピクセルの配列位置ごとに設けられた複数の第２の電極とを有する。第２の電極は、サブピクセル単位に設けられている。特許文献１では、観察者の視点位置に応じて、第２の電極に印加する電圧を独立して制御し、３次元表示において観察者の左目又は右目の視差画像に他方の視差画像が含まれてしまうクロストークの問題を解決している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２８２０９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１の場合には、少なくともサブピクセル単位に第２の電極が必要となり、また、第２の電極に印加する電圧も多数必要となる。そのため、配線が複雑化すると共に製造コストも高くなる。本発明は、液晶レンズにおける電極数を増やすことなく、３次元表示におけるクロストークを低減する技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る液晶レンズは、光を透過し、導電部と非導電部とが予め定められた間隔で繰り返して形成された第１の電極を有するパターン電極部と、光を透過し、前記第１の電極と対向する位置に共通電極を有する共通電極部と、前記第１の電極と前記共通電極の電位を制御し、前記パターン電極部と前記共通電極部との間に電位差を生じさせる制御部と、前記共通電極部と前記パターン電極部との間に形成され、前記電位差に応じた電界によって光の屈折率分布が可変に制御される液晶層を有する光制御部と、前記共通電極部と前記パターン電極部との間に形成され、光を透過する非導電性の媒質からなる非導電層とを有し、前記第１の電極の前記導電部間の距離ａと、前記共通電極部と前記パターン電極部との間の距離ｄとの比ａ／ｄが３．０より大きく８．５未満である。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、電極数を増やすことなく、３次元表示におけるクロストークを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、実施形態に係る立体表示装置の概略構成を示す分解斜視図である。
【図２】図２は、図１におけるＩＩ-ＩＩで切断した第１実施形態の液晶レンズの断面を表す図である。
【図３】図３は、第１実施形態において電圧が印加された場合の液晶レンズの状態を表す模式図である。
【図４】図４は、第１実施形態において電圧が印加されていない場合の液晶レンズの状態を表す模式図である。
【図５】図５は、共通電極とパターン電極の距離とパターン電極間の距離との比とクロストークの関係を示す図である。
【図６】図６は、レンズ特性を示す理論式のパラメータを示す図である。
【図７Ａ】図７Ａは、レンズ特性のシミュレーションの条件を示す図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、図７Ａの各条件のシミュレーション結果を表す図である。
【図７Ｃ】図７Ｃは、図７Ｂのシミュレーション結果と理論値とのずれを表す図である。
【図８】図８は、第２実施形態に係る液晶レンズの断面を表す模式図である。
【図９】図９は、図８に示す液晶レンズの電極をｚ軸正方向から見た模式図である。
【図１０】図１０は、第３実施形態に係る液晶レンズの断面を表す模式図である。
【図１１Ａ】図１１Ａは、変形例（２）において偏光板の有無と輝度との関係を表す図である。
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、変形例（２）において偏光板の有無とクロストークとの関係を表す図である。
【図１２Ａ】図１２Ａは、変形例（３）に係る液晶レンズの断面を表す模式図である。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、変形例（３）に係る液晶レンズの断面を表す模式図である。
【図１３Ａ】図１３Ａは、変形例（４）におけるパターン電極を表す模式図である。
【図１３Ｂ】図１３Ｂは、変形例（４）におけるパターン電極を表す模式図である。
【図１４】図１４は、変形例（５）に係る液晶レンズの断面を表す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本発明の一実施形態に係る液晶レンズは、光を透過し、導電部と非導電部とが予め定められた間隔で繰り返して形成された第１の電極を有するパターン電極部と、光を透過し、前記第１の電極と対向する位置に共通電極を有する共通電極部と、前記第１の電極と前記共通電極の電位を制御し、前記パターン電極部と前記共通電極部との間に電位差を生じさせる制御部と、前記共通電極部と前記パターン電極部との間に形成され、前記電位差に応じた電界によって光の屈折率分布が可変に制御される液晶層を有する光制御部と、前記共通電極部と前記パターン電極部との間に形成され、光を透過する非導電性の媒質からなる非導電層とを有し、前記第１の電極の前記導電部間の距離ａと、前記共通電極部と前記パターン電極部との間の距離ｄとの比ａ／ｄが３．０より大きく８．５未満である（第１の構成）。この構成によれば、非導電層が設けられることで、液晶層の非導電部においても電界がかかりやすくなる。その結果、電極数を増やすことなく、３次元表示におけるクロストークを低減することができる。
【０００９】
また、上記第１の構成において、前記パターン電極部は、導電部と非導電部とが予め定められた間隔で繰り返して形成された第２の電極を更に有し、前記制御部は、前記第１の電極と前記共通電極の間の電位差と、前記第２の電極と前記共通電極の間の電位差が異なるように前記パターン電極部と前記共通電極部の電位を制御することとしてもよい（第２の構成）。第２の構成によれば、本構成を備えていない場合と比べて、液晶層における液晶分子の配向の変化をより緻密に制御することができる。
【００１０】
また、上記第１又は第２の構成において、前記液晶層における液晶分子は、前記パターン電極部と前記共通電極部との間に電位差が生じていない場合に、前記表示領域の一方向と略平行となるように配向することとしてもよい（第３の構成）。第３の構成によれば、第１の構成及び第２の構成の上記効果に加え、この場合にはポジ型の液晶材料が使用できるため、ネガ型の液晶材料を用いた垂直配向の場合と比べて、液晶層の厚さを薄くすることができ、応答速度を高速化することができる。
【００１１】
また、上記第１又は第２の構成において、前記液晶層における液晶分子は、前記パターン電極部と前記共通電極部との間に電位差が生じていない場合に、前記共通電極部の側と前記パターン電極部の側の配向方向が略直交して配向することとしてもよい（第４の構成）。また、第４の構成において、前記配向方向と、前記第１の電極の配列方向に略直交する方向とがなす角は略４５°であることとしてもよい（第５の構成）。
【００１２】
第４及び第５の構成によれば、第１の構成及び第２の構成の上記効果に加え、液晶レンズの製造コストを抑えることができる。
【００１３】
また、上記第４又は第５の構成において、前記光制御部の光の出射側に偏光板を備え、前記偏光板の偏光軸は、前記パターン電極部又は前記共通電極部の側の前記液晶分子の配向方向と略平行である、としてもよい（第６の構成）。第６の構成によれば、本構成を備えていない場合と比べてクロストークをより低減させることができる。
【００１４】
また、上記第１又は第２の構成において、前記液晶層における液晶分子は、前記パターン電極部と前記共通電極部との間に電位差が生じていない場合に、前記液晶層の厚さ方向と略平行となるように配向することとしてもよい（第７の構成）。第７の構成によれば、第１の構成及び第２の構成の上記効果に加え、本構成を備えていない場合と比べて配向処理が不要となるため製造工程を簡略化することができる。
【００１５】
本発明の一実施形態に係る立体表示装置は、上記第１から第７の構成の液晶レンズと、画像を表示する表示パネルと、としてもよい。この立体表示装置によれば、液晶レンズにおいて非導電層が設けられることで、液晶層の非導電部においても電界がかかりやすくなる。その結果、液晶レンズにおいて電極数を増やすことなく、３次元表示におけるクロストークを低減することができる。
【００１６】
以下、図面を参照し、本発明の実施の形態を詳しく説明する。図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。なお、説明を分かりやすくするために、以下で参照する図面においては、構成が簡略化または模式化して示されたり、一部の構成部材が省略されたりしている。また、各図に示された構成部材間の寸法比は、必ずしも実際の寸法比を示すものではない。
【００１７】
図１は、本発明の一実施形態に係る立体表示装置１の概略構成を示す分解斜視図である。立体表示装置１は、液晶レンズ１１、位相差板１２、スペーサ１３、液晶ディスプレイ１４（表示パネルの一例）、およびバックライト１５を備えている。
【００１８】
この図において液晶レンズ１１の上方向（ｚ軸正方向の側）が、液晶ディスプレイ１４に映し出される画像が視認される位置となる。立体表示装置１は、バックライト１５から照射された光を液晶ディスプレイ１４、位相差板１２、液晶レンズ１１の順に透過させることにより、液晶ディスプレイ１４に映し出される画像を平面画像又は立体画像に切り替えて所定の視認位置に表示させる。
【００１９】
液晶レンズ１１および液晶ディスプレイ１４は、ｚ軸方向から見た平面が概略矩形の板状形状で、互いに略等しい大きさに形成されている。
【００２０】
液晶レンズ１１は、一対の基板と、これに挟持された液晶層とを備える。液晶レンズ１１は、液晶層内の液晶分子の配向を変化させることで、液晶層を通る光の挙動(屈折率分布)を変化させる。液晶レンズ１１の詳細な構成については後述する。
【００２１】
液晶レンズ１１の背面側（ｚ軸負方向側）、つまり、液晶ディスプレイ１４から出射した光が液晶レンズ１１に入射する側には、位相差板１２が配置されている。位相差板１２は、液晶ディスプレイ１４から出射される光の偏光方向を調整し、液晶レンズ１１の液晶分子の配向が変化する方向と一致させる。
【００２２】
位相差板１２の背面側（ｚ軸負方向側）には、スペーサ１３を介して液晶ディスプレイ１４が配置されている。液晶ディスプレイ１４は、アクティブマトリクス基板と、これに対向して配置されたカラーフィルタ基板と、両基板に挟持された液晶層とを備えている。
【００２３】
アクティブマトリクス基板には、ＴＦＴ（Thin Film Transistor）と画素電極とがマトリクス状に形成されている。液晶ディスプレイ１４は、ＴＦＴを制御することによって、任意の画素電極上の液晶層内の液晶分子の配向を変化させる。液晶ディスプレイ１４の背面（ｚ軸負方向側）に設けられたバックライト１５から出射した光が液晶層を透過することにより、液晶ディスプレイ１４の表示面に任意の画像が表示される。
【００２４】
バックライト１５は、冷陰極管又はＬＥＤ（Light Emitting Diode）などの光源を有し、液晶ディスプレイ１４の背面（ｚ軸負方向側）から光を照射する。
【００２５】
立体表示装置１は、液晶レンズ１１と、液晶ディスプレイ１４とを連動して制御することによって画像の表示モードを切り替える。表示モードとしては、２次元表示モードと３次元表示モードの２種類のモードを有する。２次元表示モードの場合には、液晶レンズ１１の液晶層内の液晶分子が一様に配向している状態であり、液晶ディスプレイ１４から出射して液晶層に入射される光は殆ど屈折せずに透過する。これにより、液晶ディスプレイ１４で映し出される平面画像が表示される。
【００２６】
３次元表示モードでは、液晶ディスプレイ１４は、多方向から撮影した画像を規則的に並べて表示する。これと対応して、液晶レンズ１１は、液晶層内の液晶分子の配向を規則的に変化させる。これにより、液晶ディスプレイ１４から出射して液晶層に入射される光は液晶層内の屈折率分布に応じて屈折して透過し、最適な視認位置で立体表示装置１を観察すると、左右の眼に異なる画像が届く。すなわち、立体表示装置１は、３次元表示モードでは、いわゆる視差方式による立体表示を行う。
【００２７】
（第１実施形態）
次に、第１実施形態に係る液晶レンズ１１の構成について詳述する。
【００２８】
図２は、図１におけるＩＩ-ＩＩ線で切断した液晶レンズ１１の断面の模式図を表している。液晶レンズ１１は、対向基板１１１ａと制御基板１１１ｂの間に、共通電極１１２と、配向膜１１３ａ，１１３ｂと、液晶層１１４と、誘電体層１１５と、パターン電極１１６と、制御部１１７とを備える。なお、配向膜１１３ａ，１１３ｂ及び液晶層１１４は、本発明に係る光制御部の一例である。また、共通電極１１２は、本発明に係る共通電極部の一例であり、パターン電極１１６は、本発明に係るパターン電極部の一例である。また、誘電体層１１５は、本発明に係る非導電層の一例である。
【００２９】
制御基板１１１ｂは、光を透過させるガラスなどで形成される。制御基板１１１ｂの誘電体層１１５の側の面には、ＩＴＯ（Indium-tin-oxide）などの透明電極であるパターン電極１１６が形成されている。
【００３０】
パターン電極１１６は、複数の電極（第１の電極）１１６Ａを有する。各電極１１６Ａは、ｙ方向に沿って細長に形成され、それらが互いにｘ方向に沿って平行になるように、レンズピッチに対応する一定のピッチａで配置されている。
【００３１】
パターン電極１１６の上部には、厚さ(ｚ軸方向の高さ)がｄ２の誘電体層１１５が形成されている。誘電体層１１５は、誘電性を有する絶縁物質で形成されている。本実施形態では、誘電体層１１５は、例えば、アクリル系樹脂やポリイミド系樹脂などで形成されている。
【００３２】
誘電体層１１５の上部には、配向膜１１３ｂを介して、厚さ(ｚ軸方向の高さ)がｄ１の液晶層１１４が形成されている。本実施形態では、液晶層１１４を構成する液晶分子１１４ａは、誘電率異方性が正のものが用いられている。液晶分子１１４ａは、光学軸に平行に振動する光に対する屈折率ｎｅと、光学軸に垂直に振動する光に対する屈折率ｎｏとが異なる屈折率の異方性を有する。液晶分子１１４ａは、Δｎ＝ｎｅ−ｎｏの値の大きいものが好ましい。
【００３３】
液晶層１１４の上面及び下面には配向膜１１３ａが形成されている。本実施形態では、配向膜１１３ａ及び１１３ｂは、ラビング処理によりｘ方向と平行に複数の溝が形成されている。液晶層１１４に電圧が印加されていない状態では、液晶分子１１４ａは、配向膜１１３ａ及び１１３ｂによって長軸がｘ方向と平行になるように配向（水平配向）する。
【００３４】
共通電極１１２は、対向基板１１１ｂの全面に形成されたＩＴＯなどの透明電極である。制御部１１７は、共通電極１１２とパターン電極１１６に異なる電位を与え、共通電極１１２とパターン電極１１６との間に電位差を生じさせる。
【００３５】
ここで、共通電極１１２とパターン電極１１６との間の電位差に応じた液晶レンズ１１の状態について説明する。
【００３６】
図３は、制御部１１７により電圧を印加し、共通電極１１２とパターン電極１１６との間に所定の電位差が生じた場合における液晶レンズ１１の状態を表す模式図である。この図において、破線は液晶ディスプレイ１４から出射した光の一部を表している。液晶分子１１４ａは、電圧によって生じる電界と分子長軸とが平行になるように配向する。電極１１６Ａ近傍の液晶分子１１４ａの分子長軸はｚ軸方向と平行に配向するが、電極１１６Ａから離れるにつれて電界が小さくなるためｚ軸方向からｘ軸方向に傾いていく。液晶分子１１４ａの配向方向の変化に応じて液晶層１１４における屈折率が変化し、液晶層１１４は、ｘ軸方向に屈折率分布を有する。
【００３７】
液晶ディスプレイ１４から出射した光が制御基板１１１ｂを透過して誘電体層１１５に入射すると、その光は誘電体層１１５及び配向膜１１３ｂをそのまま透過して液晶層１１４に入射する。液晶層１１４に入射した光は、液晶層１１４における屈折率分布に応じて屈折し、配向膜１１３ａ、共通電極１１２、対向基板１１１ａを透過して破線矢印で示すように視認位置において集光される。つまり、液晶レンズ１１は、屈折率分布型レンズ（Gradient Index Lens:ＧＲＩＮレンズ）として機能する。この図３に示す液晶層１１４の状態が３次元表示モードである。
【００３８】
一方、図４は、制御部１１７により電圧を印加せず、共通電極１１２とパターン電極１１６との間に所定の電位差が生じていない場合における液晶レンズ１１の状態を表す模式図である。この状態では、配向膜１１３ａ及び１１３ｂによって、液晶層１１４に電界が生じず、液晶分子１１４ａは、分子長軸がｘ方向と平行になるように配向する。液晶分子１１４ａが一様に配向しているため、液晶層１１４の屈折率分布も一様となる。そのため、破線で示すように、液晶層１１４に入射した光は、隣接する媒体との屈折率差によりわずかに屈折するが、殆どそのまま進行する。すなわち、電圧が印加されていない状態では液晶レンズ１１はＧＲＩＮレンズとして機能せず、視認位置では液晶ディスプレイ１４で表示される２次元画像が表示される。この図４に示す液晶層１１４の状態が２次元表示モードである。
【００３９】
本発明者は、共通電極１１２とパターン電極１１６の間の距離に対して電極１１６Ａ間の距離が大きくなるほど、電極１１６Ａ付近と比べて電極１１６Ａ間に電界がかかりにくく、３次元表示モードにおいてクロストークが発生する点に着目した。そして、誘電体層１１５を設けることで共通電極１１２とパターン電極１１６の間の距離を調整した。なお、このクロストークは、液晶レンズ１１から所定の距離だけ離れた位置を観察者の左右の目の中心（基準位置）とし、基準位置における輝度値Ｌ１と、観察者の左右の目の位置に相当する基準位置からの水平距離（例えば６５ｍｍ程度）又は角度における輝度値Ｌ２との比Ｌ２／Ｌ１（％）である。
【００４０】
図５は、共通電極１１２とパターン電極１１６との間の距離ｄ（ｄ＝ｄ１＋ｄ２）と電極１１６Ａのピッチａとの比（ａ／ｄ）とクロストークの関係を表している。一般的にクロストークは３％以下が望ましい。また、このようにクロストークが３％以下となる理想的な液晶レンズのレンズ特性は、図６に示すように、レンズの焦点距離をｆ、レンズの幅をＰ、液晶の最大実効屈折率をｎｃ、液晶の最小実効屈折率をｎｂ、液晶の厚みをｄＬｃとした場合に、以下の関係式が成り立つ。
ｆ＝Ｐ２／８（ｎｃ−ｎｂ）ｄＬc
【００４１】
そこで、本発明者は、上記した理想的なレンズ特性となるように液晶レンズ１１における共通電極１１２とパターン電極１１６の間の距離を調整すべく以下の条件下でシミュレーションを行った。電極１１６Ａの幅：１５μｍ、電極１１６Ａのピッチａ：６７０μｍ、配向膜１１３ａ及び１１３ｂを含む液晶層１１４の厚みｄ１：４０μｍ、誘電体層１１４の誘電率：５％、共通電極１１２の電圧：０ｖに設定する。この前提条件の下、図７Ａに示す条件Ａ〜Ｅの誘電体層１１５の厚みｄ２でレンズ特性のシミュレーションを行った結果を図７Ｂ及び図７Ｃに示す。
【００４２】
本シミュレーションでは、配向膜１１３ａ及び１１３ｂを含む液晶層１１４の厚みｄ１と誘電体層１１５の厚みｄ２とを合わせた距離ｄを共通電極１１２とパターン電極１１６との間の距離としている。図７Ｂは、図７Ａの各条件(Ａ〜Ｅ)のシミュレーション結果と理論曲線を示している。また、図７Ｃは、図７Ｂの理論曲線と各条件のシミュレーション結果の二乗平均値（理論曲線からのずれ）を表している。
【００４３】
図７Ｂ及び図７Ｃに示すように、理論曲線Ｆとのずれが最も小さくなるのは条件Ｄ（ａ／ｄ＝３．７）であり、理論曲線Ｆとのずれが最も大きくなるのは条件Ａ（ａ／ｄ＝１３．４）である。上記図５と上記シミュレーション結果とから、クロストークを３％程度にするためのａ／ｄは、理論値との二乗平均値が１．５未満となる３．０＜ａ／ｄ＜８．５が好ましく、理論値との二乗平均値が１．０未満となる３．５＜ａ／ｄ＜５．５がより好ましい。
【００４４】
上述した実施形態では、誘電体層１１５をパターン電極１１６と接するように設けることで共通電極１１２とパターン電極１１６の間の距離を調整し、クロストークを低減している。このような構成とすることにより、共通電極１１２とパターン電極１１６の間の距離を調整するために、配向膜１１３ａ及び１１３ｂを含む液晶層１１４の厚みを大きくする場合と比べて液晶レンズ１１の製造コストが安価に抑えられる。また、上述した実施形態では、誘電体層１１５がパターン電極１１６の側に配置されている。誘電体層１１５の部分は電界がかかりにくい。そのため、共通電極１１２の側に誘電体層１１５を設ける場合と比べて、液晶層１１４は、パターン電極１１６間の横電界の影響を受けにくく、共通電極１１２とパターン電極１１６の間の縦電界がかかりやすくなる。その結果、液晶レンズ１１のレンズ特性が理論曲線ｆに近づきやすくなる。
【００４５】
（第２実施形態）
上述した第１実施形態では、パターン電極１１６に与えられる電位が１つの場合ついて説明した。本実施形態では、パターン電極１１６に２つの電位が与えられる構成について説明する。
【００４６】
図８は、本実施形態における液晶レンズ１１Ａの断面を表す模式図である。上述した第１実施形態と同じ構成には同じ符号が付されている。以下、第１実施形態と異なる構成について説明する。
【００４７】
パターン電極１１６’（パターン電極部）は、電極１１６Ａ１（第１の電極）と電極１１６Ａ２（第２の電極）を備える。図９は、図８に示す電極１１６Ａ１と電極１１６Ａ２とをｚ軸正方向から見た模式図である。図９に示すように、電極１１６Ａ１は、ｘ軸方向に延びる細長の電極部分１１６１と電極部分１１６１からｙ軸負方向に延びる細長の電極部分１１６２とを有する。電極１１６Ａ１は、電極部分１１６２がｘ軸方向に沿って一定の間隔で配置されるように電極部分１１６１と電極部分１１６２とを接続して形成されている。
【００４８】
電極１１６Ａ２は、ｘ軸方向に延びる細長の電極部分１１６３と、電極部分１１６３からｙ軸正方向に延びる細長の電極部分１１６４とを有する。電極１１６Ａ２は、電極１１６Ａ１の電極部分１１６４の間に２つの電極部分１１６４が一定の間隔で配置されるように、電極部分１１６４と電極部分１１６３とを接続して形成されている。つまり、本実施形態では、隣り合う電極１１６Ａ１とその間に配置された電極１１６Ａ２が１つのＧＲＩＮレンズに対応し、１つのＧＲＩＮレンズにおいて、電極１１６Ａ１と電極１１６Ａ２とが左右対称となるように配置されている。
【００４９】
図８に戻り、制御部１１７は、電極１１６Ａ１と電極１１６Ａ２とが異なる電位となるように電圧を印加する。本実施形態では、例えば、配向膜１１３ａ及び１１３ｂを含む液晶層１１４の厚みｄ１を５０μｍ、誘電体層１１５の厚みｄ２を６０μｍとし、電極１１６Ａ１のピッチ（レンズピッチ）を６７０μｍとして設定されている（ａ／ｄ＝６７０／１１０＝６．１）この場合において、共通電極１１２を０Ｖ（接地電位）として、制御部１１７により、電極１１６Ａ１に１２ｖ、電極１１６Ａ２に４．５ｖの電圧を印加する。電圧が印加されると、電極１１６Ａ１と共通電極１１２との間に電界Ｅ１が生じ、電極１１６Ａ２と共通電極１１２との間に電界Ｅ２（Ｅ２＜Ｅ１）が生じる。本実施形態と第１実施形態とでは誘電体層１１５の厚みが異なっている。第１実施形態で説明したように、１つの電位の電極間で液晶層１１４にかかる電界を制御することで理論曲線Ｆに近づけることが容易になる。本実施形態では、パターン電極１１６に２つの電位が与えられるため、第１実施形態の場合と比べて誘電体層を薄くしても理論曲線Ｆに近づけることができる。
【００５０】
電極１１６Ａ１近傍の液晶分子１１４ａは、電界Ｅ１により分子長軸がｚ軸方向と平行となるように配向を変化させる。電極１１６Ａ１から電極１１６Ａ２に近づくほど、液晶分子１１４ａの分子長軸は、電界Ｅ１と電界Ｅ２の影響を受けてｘ軸方向に傾く。そして、電極１１６Ａ２と電極１１６Ａ２の間では、電界Ｅ１と電界Ｅ２の影響を殆ど受けないため、液晶分子１１４ａの分子長軸はｘ軸方向と平行となるように配向する。
【００５１】
上述の第２実施形態では、パターン電極１１６に２つの電位が与えられる。そのため、第１実施形態の場合と比べて、液晶層１１４にかかる電界をより緻密に制御することができ、液晶層１１４を透過する光の光路を制御する精度をより向上させることができる。
【００５２】
（第３実施形態）
上述した第１実施形態では、誘電体層１１５をパターン電極１１６と接する位置に設ける例について説明したが、図１０に示すように、誘電体層１１５を共通電極１１２と接する位置に設けた液晶レンズ１１Ｂとしてもよい。この構成においては、例えば、配向膜１１３ａ及び１１３ｂを含む液晶層１１４の厚みを４０μｍ、誘電体層１１５の厚みを１４０μｍ、電極１１６Ａのピッチを６７０μｍとする構成（ａ／ｄ＝３．７）が一例として挙げられる。この構成例において、３次元表示モードに切り替える際には、制御部１１７により電極１１６Ａに電圧２６ｖを印加することにより３次元画像が視認位置に表示される。
【００５３】
（変形例）
以上、本発明の実施の形態を説明したが、上述した実施の形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。よって、本発明は上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変形して実施することが可能である。
【００５４】
（１）上述した第１及び第２実施形態では、パターン電極１１６の電極１１６Ａ，１１６Ａ１，１１６Ａ２と液晶分子１１４ａの配向方向とが略垂直となるように構成されている例であったが以下のように構成してもよい。パターン電極１１６の電極１１６Ａ，１１６Ａ１，１１６Ａ２と液晶分子１１４ａの配向方向とが平行となるように、配向膜１１３ａ及び１１３ｂにｙ軸方向と平行な複数の溝がラビング処理により形成されていてもよい。また、上述した実施形態において、パターン電極１１６の電極１１６Ａ，１１６Ａ１，１１６Ａ２をｙ軸方向に一定の間隔で配置してもよい。この場合には、電極１１６Ａ，１１６Ａ１，１１６Ａ２と液晶分子１１４ａの配向方向とが略平行となる。
【００５５】
（２）上述した第１実施形態では、電圧が印加されていない状態では、液晶層１１４の液晶分子１１４ａがｘ軸方向に配向する構成について説明した。本変形例では、液晶層１１４に電圧が印加されていない状態において、液晶層１１４内で液晶分子１１４ａが略９０°にねじれて配向する（ＴＮ配向（Twisted Nematic Type））構成であってもよい。この場合には、配向膜１１３ａと１１３ｂは、ラビング処理により形成される複数の溝が互いに９０°の角度をなしている。また、パターン電極１１６Ａの長手方向（ｙ方向）、つまりパターン電極１１６Ａの配列方向（ｘ方向）に略直交する方向と各ラビング方向とが略４５°の角度をなすように形成されていてもよい。
【００５６】
更に、この場合には、対向基板１１１ａの表面（視認位置側）に偏光板を設けるように構成してもよい。偏光板の偏光軸は、配向膜１１３ａのラビング方向と同じ方向となるように構成する。図１１Ａは、レンズの中心位置からの角度と偏光板が有る場合と無い場合の輝度の変化を表している。この図において、Ｐ１は偏光板を有する場合の輝度の変化を表し、Ｐ２は偏光板が無い場合の輝度の変化を表している。この図に示すように、偏光板が有る場合と無い場合のいずれも−４°から−５°の間が輝度のピークとなっており、偏光板が無い場合の方が偏光板が有る場合より輝度が大きくなっている。
【００５７】
また、図１１Ｂは、図１１Ａの角度における、偏光板が有る場合と無い場合のクロストークを表している。この図において、Ｐ１は偏光板を有する場合の各角度におけるクロストークを表し、Ｐ２は偏光板が無い場合の各角度におけるクロストークを表している。この図に示すように、３°から６．５°の間において、偏光板が有る場合には偏光板が無い場合と比べてクロストークが低減されていることが分かる。従って、液晶レンズ１１に偏光板を設けることにより、３Ｄ表示におけるクロストークをより低減させることができる。
【００５８】
（３）上述した第１実施形態において、液晶分子１１４ａはｘ軸方向に平行に配向する水平配向の例を説明したが、図１２Ａに示すように、電圧が印加されていない状態で、ｚ軸方向（液晶ディスプレイ１４の表示面に対して略垂直となる方向）と略平行に配向する垂直配向であってもよい。この場合には、誘電率異方性が負のネガ型ネマチック液晶を用い、配向膜１１３ａ及び１１３ｂとして垂直配向膜を用いる。制御部１１７によって電圧が印加されることにより、共通電極１１２とパターン電極１１６との間の電位差に応じて、電界と垂直な方向に液晶分子１１４ａの配向が変化する。従って、垂直配向の場合には、図１２Ｂで示すように、パターン電極１１６の電極１１６Ａ近傍の電界が他の位置よりも大きくなり、電極１１６Ａと電極１１６Ａの間の液晶分子１１４ａの分子長軸はｚ軸方向と平行となるように配向し、電極１１６Ａ近傍の液晶分子１１４ａの分子長軸はｘ軸方向と平行となるように配向する。
【００５９】
（４）上述した第２実施形態では、パターン電極１１６に与えられる電位が２つの場合について説明したが、パターン電極１１６に与えられる電位は３つ以上であってもよい。例えば、パターン電極１１６に３つの電位を与える場合のパターン電極１１６の構成を以下に示す。図１３Ａは、本変形例に係る液晶レンズの誘電体層１１５とパターン電極１１６の断面を表す模式図である。図１３Ａに示すように、パターン電極１１６は、第２実施形態と同様の電極１１６Ａ１、１１６Ａ２に加え、電極１１６Ａ３を有する。例えば、電極１１６Ａ１及び電極１１６Ａ２は同じ層に設け、電極１１６Ａ３は電極１１６Ａ１及び電極１１６Ａ２より上の層に設けるように形成されている。図１３Ｂは、図１３Ａをｘ軸方向から見た場合の電極１１６Ａ２と１１６Ａ３とを表す図である。図に示すように、電極１１６Ａ２が設けられる層と電極１１６Ａ３が設けられる層との間に層間絶縁膜１１６５を形成し、層相関絶縁膜１１６５にコンタクトホール１１６６を形成して電極１１６Ａ３を配線するようにしてもよい。
【００６０】
（５）上述した第１実施形態では、パターン電極１１６が液晶ディスプレイ１４側に設けられ、共通電極１１２が視認位置側（液晶レンズを光が出射する側）に設けられる例を説明したが、図１４に示すように構成してもよい。つまり、この図に示すように、パターン電極１１６が視認位置側に設けられるように構成してもよい。
【００６１】
（６）上述した第１実施形態では、表示パネルの一例として液晶ディスプレイを用いて説明したが、例えば、ＰＤＰ（Plasma Display Panel）や有機ＥＬディスプレイ（Organic electroluminescence display）などの表示装置であってもよい。
【００６２】
（７）上述した実施形態では、位相差板１２が用いられる例であったが、液晶ディスプレイ１４から出射される光の偏光方向によっては、位相差板１２が設けられていなくてもよい。
【符号の説明】
【００６３】
１１，１１Ａ，１１Ｂ…液晶レンズ、１２…位相差板、１３…スペーサ、１４…液晶ディスプレイ、１５…バックライト、１１１ａ…対向基板、１１１ｂ…制御基板、１１２…共通電極、１１３ａ，１１３ｂ…配向膜、１１４…液晶層、１１４ａ…液晶分子、１１５…誘電体層、１１６…パターン電極、１１６Ａ，１１６Ａ１，１１６Ａ２，１１６Ａ３…電極、１１７…制御部、１１６１〜１１６４…電極部分、１１６５…層間絶縁膜、１１６６…コンタクトホール
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４】
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