(57)【要約】【課題】パターン電極と共通電極との間の距離に比較してパターン電極間の距離が長い場合であっても、有効な屈折率分布が得られる液晶レンズを備えた立体表示装置を提供する。【解決手段】立体表示装置は、画像を表示可能な表示装置と、前記表示装置と重ねて配置された液晶レンズ１１とを備える。前記液晶レンズ１１は、絶縁性の基板１１１と、第１方向に延びて形成された第１電極１１３Ａと、前記第１電極１１３Ａと概略平行に形成された第２電極１１３Ｂと、前記第１電極１１３Ａと前記第２電極１１３Ｂとを電気的に接続する高抵抗部１１２と、対向基板１１６と、共通電極１１７と、液晶層１１５と、制御部１１９とを備える。前記高抵抗部１１２のシート抵抗は１００ＧΩ／ｓｑ以下である。前記制御部１１９は、モードの１つにおいて、前記第１電極１１３Ａと前記第２電極１１３Ｂとを異なる電位に制御する。【選択図】図２
2013218071.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像を表示可能な表示装置と、
前記表示装置と重ねて配置された液晶レンズとを備え、
前記液晶レンズは、
絶縁性の基板と、
前記基板に、第１方向に延びて形成された第１電極と、
前記基板に、前記第１電極と概略平行に形成された第２電極と、
前記基板に形成され、前記第１電極と前記第２電極とを電気的に接続する高抵抗部と、
前記基板に対向して配置された対向基板と、
前記対向基板に形成された共通電極と、
前記基板および前記対向基板に挟持された液晶層と、
前記第１電極、前記第２電極、および前記共通電極の電位を制御して、２以上のモードを切り替える制御部とを含み、
前記高抵抗部のシート抵抗は１００ＧΩ／ｓｑ以下であり、
前記制御部は、前記モードの１つにおいて、前記第１電極と前記第２電極とを異なる電位に制御する、立体表示装置。
【請求項２】
前記高抵抗部は、前記第１電極と第２電極との間の領域を覆って形成され、シート抵抗が１００ｋΩ／ｓｑ以上である、請求項１に記載の立体表示装置。
【請求項３】
前記第１電極および前記第２電極と概略平行に形成され、前記高抵抗部に電気的に接続された補助電極をさらに備える、請求項１に記載の立体表示装置。
【請求項４】
前記高抵抗部は、単位長さ当たりの抵抗が１０−４〜２ＭΩ／μｍである、請求項３に記載の立体表示装置。
【請求項５】
前記高抵抗部は、前記第１電極の一方の端部近傍に形成されている、請求項４に記載の立体表示装置。
【請求項６】
前記高抵抗部の単位長さ当たりの抵抗が、前記第１方向と垂直な方向に沿って変化する、請求項４または５に記載の立体表示装置。
【請求項７】
前記制御部によって制御される前記基板側の電極の電位が２種類以下である、請求項１〜６のいずれか一項に記載の立体表示装置。
【請求項８】
前記液晶層の液晶分子は、前記基板と前記対向基板との間に電位差が生じていない場合、前記基板と概略平行に配向する、請求項１〜７のいずれか一項に記載の立体表示装置。
【請求項９】
前記液晶層の液晶分子は、前記基板と前記対向基板との間に電位差が生じていない場合、前記基板と概略垂直に配向する、請求項１〜７のいずれか一項に記載の立体表示装置。
【請求項１０】
前記液晶分子は、前記基板と前記対向基板との間に電位差が生じていない場合、前記基板側における配向方向と、前記対向基板側における配向方向とが概略直交する、請求項８に記載の立体表示装置。
【請求項１１】
前記液晶分子の前記基板側における配向方向と、前記第１方向とのなす角が約４５°である、請求項１０に記載の立体表示装置。
【請求項１２】
前記基板側に配置され、前記液晶分子の前記基板側における配向方向と概略平行な偏光軸を有する偏光板をさらに備える、請求項１０または１１に記載の立体表示装置。
【請求項１３】
前記対向基板側に配置され、前記液晶分子の前記対向基板側における配向方向と概略平行な偏光軸を有する偏光板をさらに備える、請求項１０または１１に記載の立体表示装置。
【請求項１４】
前記基板は前記表示装置側に配置されている、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の立体表示装置。
【請求項１５】
前記対向基板は前記表示装置側に配置されている、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の立体表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、立体表示装置に関し、より詳しくは、液晶レンズを備えた立体表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
多眼方式による立体表示装置は、多方向から撮影した画像を規則的に並べて表示する。そのため、視点の数が増えるほど解像度が低下する。したがって、２次元表示モードと３次元表示モードとが切替え可能に構成され、２次元表示モードにおいては解像度を維持できる構成が好ましい。
【０００３】
このような立体表示装置として、液晶レンズを用いた立体表示装置が知られている。液晶レンズは、パターン電極と共通電極との間の電位差によって液晶の配向を制御し、屈折率分布を形成する。
【０００４】
特開２０１０−２８２０９０号公報（特許文献１）には、可変レンズアレイ素子による立体表示装置が開示されている。この立体表示装置は、表示パネルと、可変レンズアレイ素子とを備える。可変レンズアレイ素子は、第１の電極と、これに対向する第２の電極とを備える。第２の電極は、表示パネルのサブピクセルの幅よりも小さく形成され、少なくともサブピクセルの水平方向の配列位置ごとに設けられる。この可変レンズアレイ素子は、複数の第２の電極のそれぞれに印加する電圧を独立して制御することによって、シリンドリカルレンズの水平方向の位置および形状を少なくともサブピクセル単位で変化させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【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】
【０００６】
しかしながら、液晶レンズにおいて、パターン電極と共通電極との間の距離に比較してパターン電極間の距離が長い場合、パターン電極間の中央部分に電界がかからないという問題がある。この場合、中央部分に電位勾配が形成されない。したがって、有効な屈折率分布が得られず、レンズとしての機能が得られない。
【０００７】
特許文献１に開示された可変レンズアレイ素子は、サブピクセル単位でパターン電極を形成し、それぞれに印加する電圧を独立に制御する。これによって、シリンドリカルレンズの水平方向の位置および形状をサブピクセル単位で変化させる。しかしながら、サブピクセル単位でパターン電極を形成し、それぞれに印加する電圧を独立に制御するためには、複雑な製造工程が必要である。また、多種類の電圧を生成するための信号生成回路が必要である。
【０００８】
本発明の目的は、パターン電極と共通電極との間の距離に比較してパターン電極間の距離が長い場合であっても、有効な屈折率分布が得られる液晶レンズを備えた立体表示装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
ここに開示する立体表示装置は、画像を表示可能な表示装置と、前記表示装置と重ねて配置された液晶レンズとを備え、前記液晶レンズは、絶縁性の基板と、前記基板に、第１方向に延びて形成された第１電極と、前記基板に、前記第１電極と概略平行に形成された第２電極と、前記基板に形成され、前記第１電極と前記第２電極とを電気的に接続する高抵抗部と、前記基板に対向して配置された対向基板と、前記対向基板に形成された共通電極と、前記基板および前記対向基板に挟持された液晶層と、前記第１電極、前記第２電極、および前記共通電極の電位を制御して、２以上のモードを切り替える制御部とを含む。前記高抵抗部のシート抵抗は１００ＧΩ／ｓｑ以下である。前記制御部は、前記モードの１つにおいて、前記第１電極と前記第２電極とを異なる電位に制御する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明にかかる立体表示装置によれば、パターン電極と共通電極との間の距離に比較してパターン電極間の距離が長い場合であっても、有効な屈折率分布が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明の一実施形態にかか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線に沿った断面図であって、本発明の第１の実施形態にかかる液晶レンズの構成を模式的に示したものである。
【図３】図３は、第１の実施形態にかかる液晶レンズの構成からパターン基板の一部を抜き出して示した斜視図である。
【図４】図４は、第１の実施形態にかかる液晶レンズの一つのモードにおける模式的断面図である。
【図５】図５は、第１の実施形態にかかる液晶レンズの別のモードにおける模式的断面図である。
【図６】図６は、仮想的な比較例にかかる液晶レンズの模式的断面図である。
【図７】図７は、第１の実施形態にかかる液晶レンズの効果を説明するための模式的断面図である。
【図８】図８は、本発明の第２の実施形態にかかる液晶レンズの概略構成を示す模式的断面図である。
【図９】図９は、第２の実施形態にかかる液晶レンズの構成からパターン基板の一部を抜き出して示した斜視図である。
【図１０】図１０は、第２の実施形態にかかる液晶レンズの効果を説明するための模式的断面図である。
【図１１】図１１は、第３の実施形態にかかる液晶レンズの構成から、パターン基板の一部を抜き出して示した斜視図である。
【図１２】図１２は、第３の実施形態にかかる液晶レンズのパターン基板の構成から、第１電極、第２電極、補助電極、および高抵抗部を抜き出して示した平面図である。
【図１３】図１３は、第４の実施形態にかかる液晶レンズの構成から、パターン基板の一部を抜き出して示した斜視図である。
【図１４】図１４は、第５の実施形態にかかる液晶レンズの構成から、パターン基板の一部を抜き出して示した斜視図である。
【図１５】図１５は、第６の実施形態にかかる液晶レンズの構成から、パターン基板の一部を抜き出して示した斜視図である。
【図１６】図１６は、本発明の第７の実施形態にかかる液晶レンズの概略構成を示す模式的断面図である。
【図１７】図１７は、第７の実施形態にかかる液晶レンズの動作を説明するための模式的断面図である。
【図１８】図１８は、本発明の第８の実施形態にかかる液晶レンズの概略構成を示す模式的断面図である。
【図１９】図１９は、第８の実施形態にかかる液晶レンズの動作を説明するための模式的断面図である。
【図２０】図２０は、実施形態の効果を説明するために実施したシミュレーションにおける、各構成要素の配置を示す図である。
【図２１】図２１は、電圧無印加時の液晶分子が水平配向の場合の、シミュレーション結果と、理論曲線とを示すグラフである。
【図２２】図２２は、電圧無印加時の液晶分子がＴＮ配向の場合の、シミュレーション結果と、理論曲線とを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の一実施形態にかかる立体表示装置は、画像を表示可能な表示装置と、前記表示装置と重ねて配置された液晶レンズとを備え、前記液晶レンズは、絶縁性の基板と、前記基板に、第１方向に延びて形成された第１電極と、前記基板に、前記第１電極と概略平行に形成された第２電極と、前記基板に形成され、前記第１電極と前記第２電極とを電気的に接続する高抵抗部と、前記基板に対向して配置された対向基板と、前記対向基板に形成された共通電極と、前記基板および前記対向基板に挟持された液晶層と、前記第１電極、前記第２電極、および前記共通電極の電位を制御して、２以上のモードを切り替える制御部とを含む。前記高抵抗部のシート抵抗は１００ＧΩ／ｓｑ以下である。前記制御部は、前記モードの１つにおいて、前記第１電極と前記第２電極とを異なる電位に制御する（第１の構成）。
【００１３】
上記の構成によれば、あるモードにおいて、第１電極と第２電極とは、異なる電位に制御される。第１電極と第２電極とは、高抵抗部によって電気的に接続されている。高抵抗部によって、第１電極と第２電極との間の領域の電位は、第１電極の電位から第２電極の電位まで連続的に変化する。そのため、第１電極と隣接する第１電極との間隔が長い場合であっても、第１電極と隣接する第１電極との中央部まで電位勾配を形成することができる。液晶層の液晶分子は、電位勾配にしたがって配向し、屈折率分布を形成する。第１電極と隣接する第１電極との中央部まで電位勾配を形成することで、良好なレンズ特性が得られる。
【００１４】
上記第１の構成において、前記高抵抗部は、前記第１電極と前記第２電極との間の領域を覆って形成されていても良い。この場合、前記高抵抗部のシート抵抗は１００ｋΩ／ｓｑ以上であることが好ましい（第２の構成）。
【００１５】
上記第１の構成において、前記第１電極および前記第２電極と概略平行に形成され、前記高抵抗部に電気的に接続された補助電極をさらに備えていても良い（第３の構成）。
【００１６】
上記の構成によれば、補助電極と共通電極との間において電位差を形成することができる。これによって、高抵抗部を、例えば表示装置の表示領域と重ならない領域に形成することができる。
【００１７】
上記第３の構成において、前記高抵抗部の単位長さ当たりの抵抗は１０−４〜２ＭΩ／μｍであることが好ましい（第４の構成）。
【００１８】
上記第４の構成において、前記高抵抗部は、前記第１電極の一方の端部近傍に形成されていることが好ましい（第５の構成）。
【００１９】
上記第４または第５の構成において、前記高抵抗部の単位長さ当たりの抵抗が、前記第１方向と垂直な方向に沿って変化することが好ましい（第６の構成）。
【００２０】
上記の構成によれば、高抵抗部の抵抗を変化させることによって、電位勾配の傾きを変化させることができる。
【００２１】
上記第１〜第６のいずれかの構成において、前記制御部によって制御される前記基板側の電極の電位が２種類以下であることが好ましい（第７の構成）。
【００２２】
上記の構成によれば、電位を生成するための回路を簡易にすることができる。
【００２３】
上記第１〜第７のいずれかの構成において、前記液晶層の液晶分子は、前記基板と前記対向基板との間に電位差が生じていない場合、前記基板と概略平行に配向しても良い（第８の構成）。
【００２４】
上記第１〜第７のいずれかの構成において、前記液晶層の液晶分子は、前記基板と前記対向基板との間に電位差が生じていない場合、前記基板と概略垂直に配向しても良い（第９の構成）。
【００２５】
上記第８の構成において、前記液晶分子は、前記基板と前記対向基板との間に電位差が生じていない場合、前記基板側における配向方向と、前記対向基板側における配向方向とが概略直交しても良い（第１０の構成）。
【００２６】
上記第１０の構成において、前記液晶分子の前記基板側における配向方向と、前記第１方向とのなす角が約４５°であっても良い（第１１の構成）。
【００２７】
上記第１０または第１１の構成において、前記基板側に配置され、前記液晶分子の前記基板側における配向方向と概略平行な偏光軸を有する偏光板をさらに備えることが好ましい（第１２の構成）。
【００２８】
上記第１０または第１１の構成において、前記対向基板側に配置され、前記液晶分子の前記対向基板側における配向方向と概略平行な偏光軸を有する偏光板をさらに備えることが好ましい（第１３の構成）。
【００２９】
上記第１２または第１３の構成によれば、基板と対向基板との間に電位差が生じていない場合、液晶分子の配向方向は、基板と概略平行な面内で約９０°回転する。液晶層に入射した光の偏光軸は、これにしたがって回転し、偏光板を通過する。一方、基板と対向基板との電位差によって液晶分子が基板と概略垂直に配向した場合、液晶層に入射した光の偏光軸は回転しない。そのため、この光は偏光板を通過できない。これによって、一定間隔で光を遮断する仮想的な視差バリア（ｐａｒａｌｌａｘ  ｂａｒｒｉｅｒ）を形成することができる。視差バリアによって、クロストークを低減させることができる。
【００３０】
上記第１〜第１３のいずれかの構成において、前記基板は前記表示装置側に配置されても良い（第１４の構成）。
【００３１】
上記第１〜第１３のいずれかの構成において、前記対向基板は前記表示装置側に配置されても良い（第１５の構成）。
【００３２】
［実施の形態］
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されて示されたり、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。
【００３３】
[全体の構成]
図１は、本発明の一実施形態にかかる立体表示装置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、およびバックライト１５を備えている。
【００３４】
液晶レンズ１１および液晶ディスプレイ１４は、ともに平面視において概略矩形の板状形状であり、主面（最も面積の大きい面）の大きさが、互いに略等しく形成されている。
【００３５】
液晶ディスプレイ１４は、画像を表示する表示領域Ｄ１と、配線などが配置される非表示領域Ｐ１とを有している。図１では、非表示領域Ｐ１は、表示領域Ｄ１を囲って額縁状に形成されているが、非表示領域Ｐ１の配置はこれに限定されない。液晶レンズ１１は、表示領域Ｄ１に概略対応する表示領域Ｄと、非表示領域Ｐ１に概略対応する非表示領域Ｐとを有している。
【００３６】
液晶レンズ１１は、詳しい構成は後述するが、一対の基板と、これに挟持された液晶層とを備えている。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を変化させる。
【００３７】
液晶レンズ１１の背面には、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する。なお、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はなくても良い。
【００３８】
位相差板１２の背面には、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。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。これによって、液晶ディスプレイ１４は、任意の画像を表示することができる。
【００３９】
液晶ディスプレイ１４の背面には、バックライト１５が配置されている。バックライト１５は、液晶ディスプレイ１４に光を照射する。
【００４０】
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、２次元表示モードと３次元表示モードとを切り替える。
【００４１】
２次元表示モードでは、液晶ディスプレイ１４は、通常の２次元画像を表示する。このとき、液晶レンズ１１の液晶層内の液晶分子は一様に配向しており、液晶レンズ１１を通る光は、殆どそのまま進行する。これによって、立体表示装置１には、通常の２次元画像が表示される。
【００４２】
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。これによって、最適な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する。
【００４３】
以上、立体表示装置１の概略構成を説明した。なお、立体表示装置１は、液晶ディスプレイ１４以外の任意の表示装置を備えていても良い。
【００４４】
［第１の実施形態］
以下、液晶レンズ１１の構成について詳しく述べる。以下では、図１に示すように、液晶レンズ１１の長辺方向をｘ方向、短辺方向をｙ方向、厚さ方向をｚ方向と呼んで参照する。
【００４５】
図２は、図１におけるＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図であって、液晶レンズ１１の構成を模式的に示したものである。液晶レンズ１１は、パターン基板Ｓ１と、対向基板Ｃ１と、液晶層１１５と、制御部１１９とを備えている。
【００４６】
本実施形態では、液晶層１１５を構成する液晶分子１１５ａとして、誘電率異方性が正のものを用いる。液晶分子１１５ａは、複屈折性を有している。すなわち、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とが異なっている。液晶分子１１５ａは、Δｎ＝ｎｅ−ｎｏの値の大きいものが好ましい。
【００４７】
制御部１１９は、パターン基板Ｓ１および対向基板Ｃ１を制御して、液晶層１１５に電場を印加し、液晶分子１１５ａの配向を変化させる。制御部１１９は、例えばパターン基板Ｓ１または対向基板Ｃ１の非表示領域Ｐに配置される。制御部１１９は、半導体プロセスによって、これらの基板にモノリシックに形成することができる。制御部１１９はまた、ＣＯＧ（Ｃｈｉｐ  Ｏｎ  Ｇｌａｓｓ）技術によって、これらの基板に実装することもできる。制御部１１９は、パターン基板Ｓ１および対向基板Ｃ１以外に配置されても良い。この場合、制御部１１９は例えば、ＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ  Ｐｒｉｎｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）を介して、これらの基板に接続される。
【００４８】
図３は、液晶レンズ１１の構成からパターン基板Ｓ１の一部を抜き出して示した斜視図である。図２および図３に示すように、パターン基板Ｓ１は、基板１１１と、高抵抗部１１２と、第１電極１１３Ａと、第２電極１１３Ｂと、配向膜１１４とを備えている。
【００４９】
基板１１１は、透光性および絶縁性を有している。基板１１１のシート抵抗は、１００ＧΩ／ｓｑよりも高い。基板１１１は、例えばガラス基板である。基板１１１の表面は、パシベーション膜などでコーティングされていても良い。
【００５０】
高抵抗部１１２は、透光性の材料によって、基板１１１の上に一様な膜として形成されている。高抵抗部１１２のシート抵抗は、１００ｋ〜１００ＧΩ／ｓｑである。高抵抗部１１２は例えば、ＩＧＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｇａｌｌｉｕｍ  Ｚｉｎｃ  Ｏｘｉｄｅ）である。高抵抗部１１２は例えば、基板１１１にＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によって成膜される。この場合、シート抵抗は例えば、不純物量を変えることで制御することができる。
【００５１】
高抵抗部１１２は、表示領域Ｄの全体を覆って、均一な厚さの膜として形成されていることが好ましい。
【００５２】
第１電極１１３Ａおよび第２電極１１３Ｂは、透光性の材料によって、高抵抗膜１１２に接して形成されている。図２および図３に示すように、第１電極１１３Ａおよび第２電極１１３Ｂは交互に、ｘ方向に沿って所定の間隔で配置されている。図３に示すように、第１電極１１３Ａおよび第２電極１１３Ｂのそれぞれは、ｙ方向に延びて細長に形成されている。
【００５３】
第１電極１１３Ａおよび第２電極１１３Ｂのシート抵抗は、例えば２０〜１００Ω／ｓｑであって、低い方が好ましい。第１電極１１３Ａおよび第２電極１１３Ｂは、例えばＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）またはＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｚｉｎｃ  Ｏｘｉｄｅ）である。第１電極１１３Ａおよび第２電極１１３Ｂは、例えばＣＶＤまたはスパッタリングによって成膜され、フォトリソグラフィによってパターニングされる。
【００５４】
第１電極１１３Ａおよび第２電極１１３Ｂは、図示しない配線を介して制御部１１９に接続されている。制御部１１９は、第１電極１１３Ａの電位および第２電極１１３Ｂの電位を、それぞれ独立に制御する。図３では、印加電圧の一例として、第１電極１１３Ａを電位Ｖ１に、第２電極１１３Ｂを接地電位（ＧＮＤ）に、それぞれ制御している。
【００５５】
配向膜１１４は、高抵抗部１１２、第１電極１１３Ａ、および第２電極１１３Ｂを覆って形成されている。配向膜１１４は例えばポリイミドであり、印刷法によって形成される。
【００５６】
対向基板Ｃ１は、基板１１６と、共通電極１１７と、配向膜１１８とを備えている。
【００５７】
基板１１６は、基板１１１と同様に、透光性および絶縁性を有している。基板１１６は、例えばガラス基板である。
【００５８】
共通電極１１７は、透光性の材料によって、基板１１１の上に一様に形成されている。共通電極１１７のシート抵抗は、第１電極１１３Ａおよび第２電極１１３Ｂと同様に、例えば２０〜１００Ω／ｓｑであって、低い方が好ましい。共通電極１１７は例えば、ＩＴＯまたはＩＺＯであり、ＣＶＤまたはスパッタリングによって成膜される。
【００５９】
共通電極１１７は、図示しない配線を介して制御部１１９に接続されている。制御部１１９は、共通電極の電位を制御する。
【００６０】
共通電極１１７を覆って、配向膜１１８が形成されている。配向膜１１８は配向膜１１４と同様に、例えばポリイミドであり、印刷法によって形成される。
【００６１】
本実施形態では、配向膜１１４および配向膜１１８は、ｘ方向と概略平行にラビング（ｒｕｂｂｉｎｇ）処理されている。これによって、パターン基板Ｓ１と対向基板Ｃ１との間に電位差が生じていない場合、液晶分子１１５ａはｘ方向に配向している。
【００６２】
液晶レンズ１１は、パターン基板Ｓ１と対向基板Ｃ１とを重ね合わせ、周縁部を封止し、間隙に液晶を注入して製造される。
【００６３】
次に、図４および図５を用いて、液晶レンズ１１の動作について説明する。
【００６４】
図４は、液晶レンズ１１の一つのモードにおける模式的断面図である。図４では、制御部１１９によって、第１電極１１３Ａの電位が電位Ｖ１に、第２電極１１３Ｂの電位がＧＮＤに、共通電極１１７の電位がＧＮＤに、それぞれ制御されている。
【００６５】
液晶分子１１５ａは、パターン基板Ｓ１と対向基板Ｃ１との間の電位差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。第１電極１１３Ａと共通電極１１７との間には、電位差Ｖ１が生じている。これによって、第１電極１１３Ａの近傍の液晶分子１１５ａの分子長軸は、ｚ方向と平行に配向している。
【００６６】
本実施形態では、第１電極１１３Ａと第２電極１１３Ｂとの間の領域を覆って、高抵抗部１１２が形成されている。すなわち、高抵抗部１１２によって、第１電極１１３Ａと第２電極１１３Ｂとが、電気的に接続されている。したがって、第１電極１１３Ａと第２電極１１３Ｂとの間の領域の電位は、電位Ｖ１からＧＮＤまで連続的に変化している。共通電極１１７の電位はＧＮＤで一定である。そのため、パターン基板Ｓ１と対向基板Ｃ１との間の電位差は、ｘ方向に沿ってＶ１からＧＮＤまで連続的に変化している。これによって、液晶分子１１５ａの配向方向は、ｚ方向からｘ方向に連続的に変化している。
【００６７】
液晶分子１１５ａの配向方向の変化にしたがって、液晶層１１５の屈折率が変化する。そのため、液晶層１１５は、ｘ方向に屈折率分布を有する。液晶層１１５は、この屈折率分布によって、図４に破線の矢印で示すように、液晶層１１５に入射した光を集光することができる。すなわち、液晶レンズ１１は、このモードでは、屈折率分布型レンズ（Ｇｒａｄｉｅｎｔ  Ｉｎｄｅｘ  Ｌｅｎｓ、ＧＲＩＮレンズ）として機能している。
【００６８】
図５は、液晶レンズ１１の別のモードにおける模式的断面図である。図５では、制御部１１９によって、第１電極１１３Ａ、第２電極１１３Ｂ、および共通電極の電位がＧＮＤに制御されている。そのため、パターン基板Ｓ１と対向基板Ｃ１との間には電位差が生じていない。液晶分子１１５ａは、配向膜１１４および１１８によって、分子長軸がｘ方向と平行になるように配向している。
【００６９】
液晶分子１１５ａが一様に配向しているため、液晶層１１５の屈折率も一様になっている。図５に破線の矢印で示すように、液晶層１１５に入射した光は、殆どそのまま通過する。すなわち、液晶レンズ１１は、この動作モードでは、ＧＲＩＮレンズとして機能していない。
【００７０】
このように、液晶レンズ１１は、制御部１１９によって第１電極１１３Ａ、第２電極１１３Ｂ、および共通電極１１７の電位を制御して、ＧＲＩＮレンズとしての機能を切り替えることができる。
【００７１】
［比較例］
図６は、本実施形態の効果を説明するための、仮想的な比較例にかかる液晶レンズ９１の模式的断面図である。液晶レンズ９１は、パターン基板Ｓ１に代えて、パターン基板Ｓ９を備えている。パターン基板Ｓ９は、パターン基板Ｓ１の構成から、高抵抗部１１２および第２電極１１３Ｂを除いたものである。図６には、パターン基板Ｓ９と対向基板Ｃ１との間の電位差の、ｘ方向に沿った変化の様子を併せて示している。
【００７２】
図６では、制御部１１９によって、第１電極１１３Ａの電位が電位Ｖ１に、共通電極１１７の電位がＧＮＤに、それぞれ制御されている。液晶レンズ１１と同様に、第１電極１１３Ａと共通電極１１７との間には、電位差Ｖ１が生じている。これによって、第１電極１１３Ａの近傍の液晶分子１１５ａの分子長軸は、ｚ方向と平行に配向している。
【００７３】
しかし、液晶レンズ９１では、第１電極１１３Ａと隣接した第１電極１１３Ａとの中間の領域には、電位勾配が形成されていない。この領域では、液晶分子１１５ａの配向方向は殆ど変化していない。そのため、有効な屈折率分布が得られず、良好なレンズ特性が得られない。
【００７４】
このような問題は、第１電極１１３Ａと共通電極１１７との間の距離ｄに対して、隣接する第１電極１１３Ａ同士の間隔ａの値が大きい場合に生じる。比率ａ／ｄが概ね７以上の場合、液晶レンズ９１はＧＲＩＮレンズとして機能しない。
【００７５】
図７は、本実施形態にかかる液晶レンズ１１の効果を説明するための模式的断面図である。図７には、パターン基板Ｓ１と対向基板Ｃ１との間の電位差の、ｘ方向に沿った変化の様子を併せて示している。
【００７６】
本実施形態では、高抵抗部１１２によって、第１電極１１３Ａと第２電極１１３Ｂとが、電気的に接続されている。これによって、パターン基板Ｓ１と対向基板Ｃ１との間の電位差は、ｘ方向に沿ってＶ１からＧＮＤまで連続的に変化している。すなわち、第１電極１１３Ａと隣接した第１電極１１３Ａとの中間の領域にも、電位勾配が形成されている。これによって、液晶分子１１５ａの配向方向も連続的に変化し、良好なレンズ特性が得られる。
【００７７】
高抵抗膜１１２のシート抵抗は、１００ｋ〜１００ＧΩ／ｓｑである。これは、次の理由による。
【００７８】
第１電極１１３Ａの一方の端部から他方の端部までの電位降下（ｙ方向における電位降下）は、ｘ方向における電位降下と比較して、十分に小さいことが必要である。高抵抗部１１２のシート抵抗をρｓとすると、例えば第１電極１１３Ａのシート抵抗を１００Ω／ｓｑ、第１電極１１３Ａのｙ方向の長さを４００ｍｍ、第１電極１１３Ａと第２電極１１３Ｂとの間の距離を０．５ｍｍとした場合、ρｓ×０．５＞＞１００×４００の関係を満たす必要がある。したがって、高抵抗部１１２のシート抵抗は、１００ｋΩ／ｓｑ以上である。高抵抗部１１２のシート抵抗は、より好ましくは５００ｋΩ／ｓｑ以上であり、さらに好ましくは、１ＭΩ／ｓｑ以上である。
【００７９】
一方、高抵抗部１１２のシート抵抗が高すぎると、電位勾配を形成することができない。したがって、高抵抗部１１２のシート抵抗は、１００ＧΩ／ｓｑ以下である。高抵抗部１１２のシート抵抗は、より好ましくは１ＧΩ／ｓｑ以下であり、さらに好ましくは１００ＭΩ／ｓｑ以下である。
【００８０】
以上、第１の実施形態にかかる液晶レンズ１１の構成および効果について説明した。本実施形態によれば、比率ａ／ｄが大きい場合であっても、良好なレンズ特性が得られる。
【００８１】
液晶レンズ１１は、立体表示装置１（図１）において、パターン基板Ｓ１が液晶ディスプレイ１４側に配置されるように構成されても良く、対向基板Ｃ１が液晶ディスプレイ１４側に配置されるように構成されても良い。
【００８２】
液晶レンズ１１の配向膜１１４および１１８は、第１電極１１３Ａおよび第２電極１１３Ｂの延びる方向（ｙ方向）と概略垂直な方向（ｘ方向）にラビング処理されている。しかし、配向膜のラビング処理の方向は任意である。例えば、配向膜１１４および１１８は、ｙ方向と平行にラビング処理されていても良い。
【００８３】
上記では、液晶レンズ１１の一つのモードにおいて、第１電極１１３Ａを電位Ｖ１、第２電極１１３ＢをＧＮＤ、共通電極１１７をＧＮＤに制御する例を示した。また、液晶レンズ１１の他のモードにおいて、第１電極１１３Ａ、第２電極１１３Ｂ、および共通電極１１７をＧＮＤに制御する例を示した。しかし、電位の値はすべて任意である。例えば、第２電極１１３Ｂと共通電極１１７とは同じ電位である必要はない。また、第２電極１１３Ｂおよび共通電極１１７は、ＧＮＤ以外の任意の電位を取り得る。
【００８４】
液晶レンズ１１は、制御部１１９によって、第１電極１１３Ａと第２電極１１３Ｂとを独立に制御することができる。すなわち、液晶レンズ１１は、パターン基板Ｓ１に同時に２種類の電位を入力することができる。液晶レンズ１１は、パターン基板Ｓ１にさらに多種類の電位を入力することができる構成であっても良い。すなわち、パターン基板Ｓ１がさらに多種類の電極を備え、制御部１１９がそれらを独立に制御する構成としても良い。
【００８５】
しかし、電位の種類を多くするためには、そのための信号発生回路が必要となる。また、電極を密に形成することによって、歩留りの低下も懸念される。本実施形態によれば、電位の種類が少ない場合であっても、高抵抗部１１２によって、良好なレンズ特性を得ることができる。
【００８６】
［第２の実施形態］
立体表示装置１は、液晶レンズ１１に代えて、以下に説明するいずれかの液晶レンズを備えていても良い。
【００８７】
図８は、本発明の第２の実施形態にかかる液晶レンズ２１の概略構成を示す模式的断面図である。液晶レンズ２１は、パターン基板Ｓ１に代えて、パターン基板Ｓ２を備えている。図９は、液晶レンズ２１の構成からパターン基板Ｓ２の一部を抜き出して示した斜視図である。図９に示すように、パターン基板Ｓ２は、パターン基板Ｓ１の高抵抗部１１２に代えて、高抵抗部２１２を備えている。パターン基板Ｓ２はさらに、補助電極２１３を備えている。
【００８８】
高抵抗部２１２は、第１電極１１３Ａおよび第２電極１１３Ｂの一方の端部近傍に形成されている。換言すれば、高抵抗部２１２は、第１電極１１３Ａの一方の端部近傍、およびこれに隣接する側の第２電極１１３Ｂの端部近傍に形成されている。これによって、高抵抗部２１２は、基板１１１の非表示領域Ｐに形成されている。そのため、高抵抗部２１２は、透光性を有していなくても良い。また、本実施形態では、第１電極１１３Ａおよび第２電極１１３Ｂの一方の端部から信号を入力する。そのため、ｘｙ面内では電圧降下が発生しにくい。したがって、高抵抗部２１２は、第１の実施形態の高抵抗部１１２と比較して、抵抗率の低い材料も使用することが可能である。
【００８９】
高抵抗部２１２は、ｘ方向と概略平行な線状に形成されている。高抵抗部２１２は、第１電極１１３Ａと第２電極１１３Ｂとを接続している。高抵抗部２１２の単位長さ当たりの抵抗は、１０−４〜２ＭΩ／μｍである。高抵抗部２１２の単位長さ当たりの抵抗は、素材、厚さ、または線幅によって制御することができる。
【００９０】
補助電極２１３は、透光性の材料によって、基板１１１の上に形成されている。補助電極２１３は、第１電極１１３Ａと第２電極１１３Ｂとの間に形成されている。補助電極２１３は、第１電極１１３Ａおよび第２電極１１３Ｂと同様に、ｘ方向に沿って所定の間隔で配置され、ｙ方向に延びて細長に形成されている。補助電極２１３は、換言すれば、ｙ方向に延びる短冊状に形成されている。補助電極２１３のシート抵抗は、例えば２０〜１００Ω／ｓｑであって、低い方が好ましい。
【００９１】
補助電極２１３は、高抵抗部２１２と接して形成されている。これによって、第１電極１１３Ａ、第２電極１１３Ｂ、および補助電極２１３が、高抵抗部２１２を介して電気的に接続されている。なお、補助電極２１３は、制御部１１９から直接には制御されない。
【００９２】
第１電極１１３Ａ、第２電極１１３Ｂ、高抵抗部２１２、および補助電極２１３のいずれか２つ以上を、同一材料および同一工程によって形成することもできる。この場合、これらは、例えばＩＴＯまたはＩＺＯであり、ＣＶＤまたはスパッタリングによって成膜され、フォトリソグラフィによってパターニングされる。
【００９３】
図１０は、液晶レンズ２１の効果を説明するための模式的断面図である。図１０には、パターン基板Ｓ２と対向基板Ｃ１との間の電位差の、ｘ方向に沿った変化の様子を併せて示している。
【００９４】
図１０では、制御部１１９によって、第１電極１１３Ａの電位が電位Ｖ１に、第２電極１１３Ｂの電位がＧＮＤに、共通電極１１７の電位がＧＮＤに、それぞれ制御されている。
【００９５】
本実施形態では、第１電極１１３Ａ、第２電極１１３Ｂ、および補助電極２１３が、高抵抗部２１２を介して電気的に接続されている。そのため、第１電極１１３Ａから補助電極２１３へ、補助電極２１３から第２電極１１３Ｂへと向かって、電位が連続的に変化している。これによって、パターン基板Ｓ２と対向基板Ｃ１との間の電位差は、ｘ方向に沿ってＶ１からＧＮＤまで連続的に変化している。すなわち、第１電極１１３Ａと隣接した第１電極１１３Ａとの中間の領域にも、電位勾配が形成されている。これによって、液晶分子１１５ａの配向方向も連続的に変化し、良好なレンズ特性が得られる。
【００９６】
電源間の電圧降下を考慮すると、高抵抗部２１２の抵抗値が低すぎる場合、印加電圧を高くしなければならなくなる。そのため、高抵抗部２１２の単位長さ当たりの抵抗は、１０−４Ω／μｍ以上である。高抵抗部２１２の単位長さ当たりの抵抗は、より好ましくは１Ω／μｍ以上であり、さらに好ましくは１００Ω／μｍ以上である。
【００９７】
一方、高抵抗部２１２の単位長さ当たりの抵抗が高すぎると、電位勾配を形成することができない。したがって、高抵抗部２１２の単位長さ当たりの抵抗は、２ＭΩ／μｍ以下である。高抵抗部２１２の単位長さ当たりの抵抗は、より好ましくは２０ｋΩ／μｍ以下であり、さらに好ましくは２ｋΩ／μｍ以下である。
【００９８】
図８〜図１０では、第１電極１１３Ａと第２電極１１３Ｂとの間に形成されている補助電極２１３の数は２つであるが、補助電極２１３の数は任意である。補助電極２１３は、図９では高抵抗部２１２から延出するように形成されている。しかし、補助電極２１３と高抵抗部２１２とはどのように接続されていても良い。例えば、補助電極２１２が高抵抗２１２と交差するように形成されていても良い。
【００９９】
また図９では、高抵抗部２１２はｘ方向と平行に直線状に形成されている。しかし、高抵抗部２１２は、ｘ方向と平行でなくても良く、また、直線状でなくても良い。
【０１００】
本実施形態においても、パターン基板Ｓ２がさらに多種類の電極を備え、制御部１１９がそれらを独立に制御する構成としても良い。もっとも、本実施形態によれば、電位の種類が少ない場合であっても、高抵抗部２１２によって、良好なレンズ特性を得ることができる。
【０１０１】
［第３の実施形態］
本発明の第３の実施形態にかかる液晶レンズは、液晶レンズ２１のパターン基板Ｓ２に代えて、パターン基板Ｓ３を備えている。図１１は、第３の実施形態にかかる液晶レンズの構成から、パターン基板Ｓ３の一部を抜き出して示した斜視図である。パターン基板Ｓ３は、パターン基板Ｓ２の高抵抗部２１２に代えて、高抵抗部３１２を備えている。
【０１０２】
図１２は、パターン基板Ｓ３の構成から、第１電極１１３Ａ、第２電極１１３Ｂ、補助電極２１３、および高抵抗部３１２を抜き出して示した平面図である。図１２には、パターン基板Ｓ３と共通電極Ｃ１との間の電位差の、ｘ方向に沿った変化の様子を併せて示している。
【０１０３】
図１２では、制御部１１９によって、第１電極１１３Ａの電位が電位Ｖ１に、第２電極１１３Ｂの電位がＧＮＤに、共通電極１１７の電位がＧＮＤに、それぞれ制御されている。
【０１０４】
高抵抗部３１２は、第１電極１１３Ａと補助電極２１３との間の線幅ｗ１、補助電極２１３とその隣の補助電極２１３との間の線幅ｗ２、およびその補助電極２１３と第２電極１１３Ｂとの間の線幅ｗ３が、それぞれ異なっている。これによって、これらの電極の間での高抵抗部３１２の抵抗が、それぞれ異なっている。そのため、これらの電極の間での電位降下の量が、それぞれ異なっている。図１１および図１２に示す例では、高抵抗部３１２は、線幅ｗ１＞線幅ｗ２＞線幅ｗ３となるように形成されている。これによって、第１電極１１３Ａと補助電極２１３との間の電位降下の量は、補助電極２１３とその隣の補助電極２１３との間の電位降下の量よりも小さくなっている。同様に、補助電極２１３とその隣の補助電極２１３との間の電位降下の量は、補助電極２１３と第２電極１１３Ｂとの間の電位降下の量よりも小さくなっている。
【０１０５】
このように、高抵抗部３１２の単位長さ当たりの抵抗をｘ方向に沿って変化させることによって、電位勾配を自由に設計することができる。
【０１０６】
本実施形態では、高抵抗部３１２の線幅を変化させて、高抵抗部３１２の抵抗を変化させている。しかし、高抵抗部３１２の素材または厚さを変化させて、高抵抗部３１２の抵抗を変化させても良い。
【０１０７】
［第４の実施形態］
本発明の第４の実施形態にかかる液晶レンズは、液晶レンズ２１のパターン基板Ｓ２に代えて、パターン基板Ｓ４を備えている。図１３は、第４の実施形態にかかる液晶レンズの構成から、パターン基板Ｓ４の一部を抜き出して示した斜視図である。パターン基板Ｓ４は、パターン基板Ｓ２の高抵抗部２１２に代えて、高抵抗部４１２を備えている。
【０１０８】
高抵抗部４１２は、第１電極１１３Ａおよび第２電極１１３Ｂの双方の、両方の端部近傍に形成されている。これによって、高抵抗部４１２は、基板１１１の対向する２つの非表示領域Ｐに形成されている。
【０１０９】
パターン基板Ｓ４ではさらに、制御部１１９は、第１電極１１３Ａおよび第２電極１１３Ｂの、ｙ方向の両側から信号を入力する。
【０１１０】
ｙ方向の両側から信号を入力することによって、信号の冗長性を増加させることができる。すなわち、断線などの不良に対して強い構造にすることができる。また、ｙ方向の両側から信号を入力することによって、第１電極１１３Ａおよび第２電極１１３Ｂの、一方の端部と他方の端部との間の電位差を小さくすることができる。
【０１１１】
［第５の実施形態］
本発明の第５の実施形態にかかる液晶レンズは、液晶レンズ２１のパターン基板Ｓ２に代えて、パターン基板Ｓ５を備えている。図１４は、第５の実施形態にかかる液晶レンズの構成から、パターン基板Ｓ５の一部を抜き出して示した斜視図である。パターン基板Ｓ５は、パターン基板Ｓ２の高抵抗部２１２代えて、高抵抗部５１２を備えている。
【０１１２】
高抵抗部５１２は表示領域Ｄに形成されている。そのため、高抵抗部５１２は透光性の材料で形成されるか、または線幅が十分に細く形成されることが好ましい。
【０１１３】
パターン基板Ｓ５においても、制御部１１９は、第１電極１１３Ａおよび第２電極１１３Ｂのｙ方向の、両側から信号を入力する。
【０１１４】
本実施形態によっても、第４の実施形態と同様の効果が得られる。
【０１１５】
［第６の実施形態］
本発明の第６の実施形態にかかる液晶レンズは、液晶レンズ２１のパターン基板Ｓ２に代えて、パターン基板Ｓ６を備えている。図１５は、第６の実施形態にかかる液晶レンズの構成から、パターン基板Ｓ６の一部を抜き出して示した斜視図である。パターン基板Ｓ６は、パターン基板Ｓ２の高抵抗部２１２に代えて、高抵抗部６１２ａ〜６１２ｅを備えている。
【０１１６】
高抵抗部６１２ａおよび６１２ｅは、第１電極１１３Ａおよび第２電極１１３Ｂの端部近傍に形成されている。これにより、高抵抗部６１２ａおよび６１２ｅは、それぞれ対向する２つの非表示領域Ｐに形成されている。一方、高抵抗部６１２ｂ、６１２ｃ、および６１２ｄは、表示領域Ｄに形成されている。そのため、６１２ｂ、６１２ｃ、および６１２ｄは、透光性の材料で形成されるか、または線幅が十分に細く形成されることが好ましい。高抵抗部６１２ａ〜６１２ｅは、互いに単位長さ当たりの抵抗が異なっていても良く、互いに異なる材料で形成されていても良い。
【０１１７】
パターン基板Ｓ６においても、制御部１１９は、第１電極１１３Ａおよび第２電極１１３Ｂのｙ方向の、両側から信号を入力する。
【０１１８】
高抵抗部６１２ａ〜６１２ｅは、単位長さ当たりの抵抗を高くするために、薄くまたは細く形成される場合がある。高抵抗部を複数形成することによって、冗長性を増加させることができる。すなわち、断線などの不良に対して強い構造にすることができる。
【０１１９】
また、高抵抗部６１２ａ〜６１２ｅの互いの単位長さ当たりの抵抗を変えることによって、ｙ方向の電位降下の量を制御することができる。これによって、第１電極１１３Ａなどの、ｙ方向の電位を均一にすることができる。
【０１２０】
［第７の実施形態］
図１６は、本発明の第７の実施形態にかかる液晶レンズ７１の概略構成を示す模式的断面図である。液晶レンズ７１は、パターン基板Ｓ７と、対向基板Ｃ２と、液晶層７１５と、制御部１１９とを備えている。
【０１２１】
本実施形態では、液晶層７１５を構成する液晶分子７１５ａとして、誘電率異方性が負のものを用いる。
【０１２２】
パターン基板Ｓ７は、パターン基板Ｓ１の配向膜１１４を、垂直配向用の配向膜７１４に置き換えたものである。対向基板Ｃ２は、対向基板Ｃ１の配向膜１１８を、垂直配向用の配向膜７１８に置き換えたものである。
【０１２３】
配向膜７１４および７１８によって、液晶分子７１５ａは、パターン基板Ｓ７と対向基板Ｃ２との間に電位差が生じていない場合、分子長軸がｚ軸方向と平行になるように配向している。液晶分子７１５ａが一様に配向しているため、液晶層７１５の屈折率も一様になる。したがって、この場合、液晶レンズ７１は、ＧＲＩＮレンズとして機能していない。
【０１２４】
図１７は、液晶レンズ７１の動作を説明するための模式的断面図である。図１７では、制御部１１９によって、第１電極１１３Ａの電位が電位Ｖ１に、第２電極１１３Ｂの電位がＧＮＤに、共通電極１１７の電位がＧＮＤに、それぞれ制御されている。
【０１２５】
誘電率異方性が負の液晶分子７１５ａは、パターン基板Ｓ７と対向基板Ｃ２との間の電位差によって生じる電界と、分子長軸とが垂直になるように配向する。第１電極１１３Ａと共通電極１１７との間には、電位差Ｖ１が生じている。これによって、第１電極１１３Ａの近傍の液晶分子７１５ａの分子長軸は、ｚ方向と垂直に配向している。
【０１２６】
本実施形態においても、高抵抗部１１２によって、第１電極１１３Ａと第２電極１１３Ｂとが、電気的に接続されている。したがって、第１電極１１３Ａと第２電極１１３Ｂとの間の領域の電位は、電位Ｖ１からＧＮＤまで連続的に変化している。これによって、パターン基板Ｓ７と対向基板Ｃ２との間に、ｘ方向に沿った電位勾配が形成されている。この電位勾配にしたがって、液晶分子７１５ａの配向方向も変化している。そのため、液晶層７１５は、ｘ方向に屈折率分布を有している。液晶層７１５は、この屈折率分布によって、図１９に破線の矢印で示すように、液晶層７１５に入射した光を集光することができる。すなわち、液晶レンズ７１は、ＧＲＩＮレンズとして機能している。
【０１２７】
このように、液晶レンズ７１も液晶レンズ１１と同様に、制御部１１９によって第１電極１１３Ａ、第２電極１１３Ｂ、および共通電極１１７の電位を制御して、ＧＲＩＮレンズとしての機能を切り替えることができる。
【０１２８】
また、液晶レンズ１１と同様に、高抵抗部１１２および第２電極１１３Ｂによって、比率ａ／ｄが大きい場合であっても、良好なレンズ特性が得られる。
【０１２９】
本実施形態においては、垂直配向用の配向膜７１４および７１８用いる。そのため、ラビング処理をする必要がない。これによって、ラビング処理に伴う非対称性の影響を排除することができる。
【０１３０】
［第８の実施形態］
図１８は、本発明の第８の実施形態にかかる液晶レンズ８１の概略構成を示す模式的断面図である。液晶レンズ８１は、パターン基板Ｓ８と、対向基板Ｃ３と、液晶層１１５と、制御部１１９と、偏光板８６とを備えている。
【０１３１】
パターン基板Ｓ８は、パターン基板Ｓ１の配向膜１１４を、配向膜８１４に置き換えたものである。配向膜１１４と配向膜８１４とは、ラビング処理の方向が異なっている。同様に、対向基板Ｃ３は、対向基板Ｃ１の配向膜１１８を、配向膜８１８に置き換えたものである。配向膜１１８と配向膜８１８とは、ラビング処理の方向が異なっている。
【０１３２】
配向膜８１４は、第１電極１１３Ａが延びる方向（ｙ方向）と約４５°の角度をなす方向にラビング処理されている。配向膜８１８は、配向膜８１４のラビング処理の方向と、概略直交する方向にラビング処理されている。
【０１３３】
これによって、液晶層１１５の液晶分子１１５ａは、パターン基板Ｓ８と対向基板Ｃ３との間に電位差が生じていない場合、次のように配向する。すなわち、液晶分子１１５ａは、パターン基板Ｓ８側においては配向膜８１４のラビング処理の方向に沿って配向し、対向基板Ｃ３側においては配向膜８１８のラビング処理の方向に沿って配向する。これによって、パターン基板Ｓ８側と対向基板Ｃ３側とにおいて、液晶分子１１５ａの配向方向は９０°回転している。すなわち、液晶層１１５は、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ  Ｎｅｍａｔｉｃ）型液晶である。
【０１３４】
液晶レンズ７１はさらに、偏光板８６を備える。偏光板８６は、パターン基板Ｓ８の、液晶層１１５と反対側の主面に配置されている。偏光板８６の偏光軸は、配向膜８１４のラビング処理の方向と概略一致している。
【０１３５】
次に、液晶レンズ８１の動作について説明する。まず、位相差板１２（図１）によって、液晶ディスプレイ１４から出射される光の偏光方向と、配向膜８１８のラビング処理の方向とを一致させる。なお、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はなくても良い。
【０１３６】
パターン基板Ｓ８と対向基板Ｃ３との間に電位差が生じていない場合、上述のように、液晶分子１１５ａの配向方向はｚ方向を進むにつれて回転する。一方、液晶分子１１５ａの配向方向はｘｙ面内では一様である。
【０１３７】
液晶分子１１５ａの配向方向はｘｙ面内では一様であるから、屈折率分布もｘｙ面内では一様である。したがって、パターン基板Ｓ８と対向基板Ｃ３との間に電位差が生じていない場合、液晶レンズ８１は、ＧＲＩＮレンズとして機能していない。
【０１３８】
図１８に示すように、液晶層１１５に入射した光の偏光軸は、液晶分子１１５ａの配向方向の変化にしたがって、９０°変化する。偏光板８６の偏光軸は、配向膜８１４のラビング処理の方向と概略一致している。そのため、液晶層１１５を通過した光は、偏光板８６を通過することができる。
【０１３９】
図１９は、液晶レンズ８１の動作を説明するための模式的断面図である。図１９では、制御部１１９によって、第１電極１１３Ａの電位が電位Ｖ１に、第２電極１１３Ｂの電位がＧＮＤに、共通電極１１７の電位がＧＮＤに、それぞれ制御されている。
【０１４０】
第１電極１１３Ａと共通電極１１７との間には、電位差Ｖ１が生じている。これによって、第１電極１１３Ａの近傍の液晶分子１１５ａの分子長軸は、ｚ方向と平行に配向している。
【０１４１】
本実施形態においても、高抵抗部１１２によって、第１電極１１３Ａと第２電極１１３Ｂとが、電気的に接続されている。したがって、第１電極１１３Ａと第２電極１１３Ｂとの間の領域の電位は、電位Ｖ１からＧＮＤまで連続的に変化している。これによって、パターン基板Ｓ８と共通電極Ｃ３との間に、ｘ方向に沿った電位勾配が形成されている。この電位勾配にしたがって、液晶分子１１５ａの配向方向も変化している。そのため、液晶層１１５は、ｘ方向に屈折率分布を有する。液晶層１１５は、この屈折率分布によって、図１９に破線の矢印で示すように、液晶層１１５に入射した光を集光することができる。すなわち、液晶レンズ８１は、ＧＲＩＮレンズとして機能している。
【０１４２】
このとき、第１電極１１３Ａの近傍を通過した光は、偏光軸が回転することなく、液晶層１１５を通過する。そのため、図１９に実線の矢印で示すように、この光は偏光版８６を通過することができない。これによって、液晶レンズ８１は、仮想的なレンズの境界の領域に、仮想的な視差バリアを形成する。
【０１４３】
本実施形態によれば、液晶レンズ８１は、ＧＲＩＮレンズとしての機能に加えて、視差バリアとしての機能を有する。これによって、立体表示におけるクロストークを低減させることができる。
【０１４４】
このように、液晶レンズ８１は、制御部１１９によって第１電極１１３Ａ、第２電極１１３Ｂ、および共通電極１１７の電位を制御して、ＧＲＩＮレンズおよび視差バリアとしての機能を切り替えることができる。
【０１４５】
液晶レンズ１１と同様に、高抵抗部１１２および第２電極１１３Ｂによって、比率ａ／ｄが大きい場合であっても、良好なレンズ特性が得られる。
【０１４６】
本実施形態では、偏光板８６は、パターン基板Ｓ８側に配置されている。この場合、立体表示装置１（図１）において、対向基板Ｃ３が液晶ディスプレイ１４側に配置される。なお、偏光板８６は、対向基板Ｃ３側に配置されていても良い。この場合は、立体表示装置１において、パターン基板Ｓ８が液晶ディスプレイ１４側に配置される。
【０１４７】
液晶レンズ８１の配向膜８１４は、第１電極１１３Ａの延びる方向（ｙ方向）と４５°の角度をなす方向にラビング処理されている。そして、配向膜８１８は、配向膜８１４のラビング処理の方向と直交する方向にラビング処理されている。しかし、配向膜８１４および８１８のラビング処理の方向は、交差していれば良く、他は任意である。
【０１４８】
［レンズ特性の計算例］
液晶レンズ１１および８１の構成を用いて、シミュレーションを実施した。図２０は、このシミュレーションにおける、各構成要素の配置を示す図である。第１電極１１３Ａ間の間隔ａを２．０として、第１電極１１３Ａの幅ｗ１を０．１、第２電極１１３Ｂの幅ｗ２を０．６として計算した。第１電極１１３Ａ、第２電極１１３Ｂ、共通電極１１７のシート抵抗は、４０Ω／ｓｑとして計算した。高抵抗部１１２のシート抵抗は、４０ＭΩ／ｓｑとして計算した。液晶層１１５の液晶分子の屈折率差Δｎは、０．１７として計算した。第１電極１１３Ａの電位を２．０Ｖ、第２電極１１３Ｂの電位を０．５Ｖ、共通電極１７の電位を０．０Ｖとして計算した。
【０１４９】
結果を図２１および図２２に示す。図２１および図２２の横軸は、レンズ中心からの距離を示している。図２１および図２２の縦軸は、位相差（規格化値）を示している。
【０１５０】
図２１は、液晶レンズ１１の場合、すなわち電圧無印加時の液晶分子が水平配向の場合の、シミュレーション結果Ｐ１と、理論曲線Ｐ０とを示すグラフである。シミュレーション結果Ｐ１と理論曲線Ｐ０との差の２乗平均は、０．０４６であった。
【０１５１】
図２２は、液晶レンズ８１の場合、すなわち電圧無印加時の液晶分子がＴＮ配向の場合の、シミュレーション結果Ｐ２と、理論曲線Ｐ０とを示すグラフである。シミュレーション結果Ｐ２と理論曲線Ｐ０との差の２乗平均は、０．０５５であった。
【０１５２】
このように、液晶レンズ１１または液晶レンズ８１の構成によって、理想に近いレンズ特性が得られた。
【０１５３】
［その他の実施形態］
以上、本発明についての実施形態を説明したが、本発明は上述の各実施形態に限定されず、発明の範囲内で種々の変更または組み合わせが可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１５４】
本発明は、立体表示装置として産業上の利用が可能である。
【符号の説明】
【０１５５】
１  立体表示装置
１１，２１，７１，８１，９１  液晶レンズ
Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６，Ｓ７，Ｓ８，Ｓ９  パターン基板
１１１  基板
１１２，２１２，３１２，４１２，５１２，６１２ａ〜６１２ｅ  高抵抗部
１１３Ａ  第１電極
１１３Ｂ  第２電極
２１３  補助電極
１１４，７１４，８１４  配向膜
１１５，７１５  液晶層
１１５ａ，７１５ａ  液晶分子
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３  対向基板
１１６  基板
１１７  共通電極
１１８，７１８，８１８  配向膜
１１９  制御部
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
８６  偏光板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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