JP5514326B2 - 屈折率分布型液晶光学素子および画像表示装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は屈折率分布型液晶光学素子および画像表示装置に関する。

従来より、立体（３次元）画像を表示可能な表示装置が提案されている。また、２次元（２Ｄ）画像の表示と３次元（３Ｄ）画像の表示とを選択的に同一の表示装置を用いて実現したいという要求があり、その要求に応えるための技術が提案されている。

例えば特許文献１には、液晶レンズアレイ素子を用いて２Ｄ表示と３Ｄ表示とを切り替える技術が記載されている。この液晶レンズアレイ素子は、一方の基板上に周期的に配置された棒状の電極を有する。そして、対向するもう一方の基板上に形成された電極との間で電界分布を作り出す。この電界分布により液晶層の配向が変化し、レンズとして作用する屈折率分布を生成する。電極に印加する電圧を制御することにより、レンズ作用をオンオフすることができるため、２Ｄ表示と３Ｄ表示とを切り替えることができる。このように電界により液晶分子の配向方向を制御する方式は、液晶屈折率分布型（ＧＲＩＮ：gradient index）レンズ方式と呼称される。また、本構成では、各棒状の電極に夫々、３Ｄ表示となる電圧、又は２Ｄ表示となる電圧を印加することにより、棒状の電極が配列した方向には、部分的に２Ｄ表示と３Ｄ表示を切り替えることができる。

更には、例えば特許文献２には、液晶レンズアレイ素子とは別に偏光可変セルを設けた構成が記載されている。本構成によれば、液晶レンズアレイ素子に入射する光の偏光状態を表示面内で切り替えることにより、部分的に２Ｄ表示と３Ｄ表示が切り替え可能である。

また、例えば特許文献２には、上述の偏光可変セルを制御するための駆動方法として、フラグ・ビットによる駆動方法が提案されている。これは、偏光可変セルの複数の電極をグルーピングすることにより、２Ｄ表示と３Ｄ表示の部分表示を実現するための駆動を容易にしたものである。

特許２０００−１０２０３８号公報 特開２００４−２５８６３１号公報 特開２０１０−７８６５３号公報

しかしながら、特許文献１に記載の２Ｄ／３Ｄ表示切替ディスプレイにおいては、各棒状の電極はそれぞれ、水平方向にのみ配列されている。この結果、全画面で２Ｄ表示と３Ｄ表示を切り替えることはできる。また、水平方向で部分的に２Ｄ表示と３Ｄ表示を切り替えることはできる。しかし、垂直方向には分割できない。

また、特許文献２又は特許文献３に記載のディスプレイにおいては、水平方向だけでなく垂直方向にも分割することはできる。しかし、液晶ＧＲＩＮレンズ素子の他に偏光可変セルが必要となるため、厚みと重量が増大し、コストも高くなる。

本実施形態は、レンズ単体で部分表示ができる屈折率分布型液晶光学素子および画像表示装置を提供することを目的とする。

本実施形態に係る屈折率分布型液晶光学素子は、第１基板と、第２基板と、液晶層と、複数の第１電極と、複数の第２電極と、第３電極と、を含む。第１基板および第２基板は、光を透過する。液晶層は、第１基板と前記第２基板との間に充填される。複数の第１電極のそれぞれは、第１基板上の前記液晶層側に形成され、第１方向に沿って延伸する。複数の第２電極のそれぞれは、第１基板上に形成され、前記第１方向に沿って延伸する。複数の第３電極は、第２基板上の前記液晶層側に形成される。第１電極と第２電極とを電気的に絶縁する誘電体層が形成され、第３電極が第２方向に沿って延伸して形成され、第１電極と第２電極のセットが第２方向に沿って繰り返し配置される。

また、本実施形態に係る画像表示装置は、上記の屈折率分布型液晶光学素子と、画像表示部とを含む。

第１実施形態の立体画像表示装置を示す斜視分解図である。 第１実施形態の立体画像表示装置を示す上面透視図である。 図２におけるＡ−Ａ’線での断面図である。 図２におけるＢ−Ｂ’線での断面図である。 図３のレンズにおいて、レンズ機能が有効となる電極構造、電圧をかけた時の液晶ダイレクタ分布を示す断面図である。 図３のレンズにおいて、第２電極と第３電極に電圧をかけない時の液晶ダイレクタ分布を示す図である。 図５の液晶ダイレクタ分布から計算した厚み方向の平均屈折率分布と理想屈折率分布とを示すグラフ図である。 図５の液晶ダイレクタ分布から得られる屈折率分布を用いた輝度プロファイルシミュレーション結果を示す図である。 第１実施形態の駆動法を説明するための図である。 図９の立体画像表示装置において部分３Ｄ表示をするためにかける電圧波形とその電圧に相当するフラグ・ビットとを示す図である。 図１０に示す電圧をかけた時のアドレスおよびコラムのフラグ・ビットと、３Ｄ表示の実現の有無とを示すテーブル図である。 ２つの部分３Ｄ ｗｉｎｄｏｗ表示を行う場合のアドレス部、コラム部のフラグ値を示す図である。 ２つのｗｉｎｄｏｗを表示するためにかける電圧波形とその電圧に相当するフラグ・ビットとを示す図である。 アドレス部、コラム部にかける電圧と、実際に液晶にかかる電圧と、表示モードとの関係を示す表である。 本実施形態の液晶レンズアレイ素子に導電性シール材を適用した場合の上面透視図である。 第２実施形態の液晶レンズアレイ素子を示す上面透視図である。 第３実施形態の液晶レンズアレイ素子を示す上面透視図である。 図１７におけるＣ−Ｃ’線での断面図である。 図１８のレンズにおいて、レンズ機能が有効となる電圧をかけた時の液晶ダイレクタ分布を示す断面図である。 図２におけるＢ−Ｂ’線での断面図における液晶ダイレクタ分布を示す図である。 図１９の液晶ダイレクタ分布から計算した厚み方向の平均屈折率分布と理想屈折率分布とを示すグラフ図である。 図１９の液晶ダイレクタ分布から得られる屈折率分布を用いた輝度プロファイルシミュレーション結果を示す図である。 図２２に示す視差光線のうちの隣接２視差光線を足した輝度プロファイルを示す図である。 第４実施形態の液晶レンズアレイ素子を示す上面透視図である。 第５実施形態の液晶レンズアレイ素子を示す上面透視図である。 第６実施形態の液晶レンズアレイ素子を示す上面透視図である。 第７実施形態の液晶レンズアレイ素子を示す上面透視図である。 第８実施形態の液晶レンズアレイ素子を示す上面透視図である。 第９実施形態の立体画像表示装置を示す斜視分解図である。 第９実施形態の立体画像表示装置を示す上面透視図である。 図３０におけるＤ−Ｄ’線での断面図である。 第１０実施形態の液晶レンズアレイ素子を示す上面透視図である。

以下、図面を参照しながら本実施形態に係る屈折率分布型液晶光学素子および画像表示装置に関し、特に液晶レンズアレイ素子および立体画像表示装置について詳細に説明する。なお、以下の実施形態では、同一の参照符号を付した部分は同様の動作をおこなうものとして、重複する説明を適宜省略する。

（第１実施形態）
本実施形態の液晶レンズアレイ素子および立体画像表示装置について図１、図２、図３および図４を参照して説明する。なお、図１の黒い太い点線で示した部分は、レンズ一単位を示す。図２は基板に垂直な方向から見た上面透視図である。図３は図２におけるＡ−Ａ’線の断面図であり、図４はＢ−Ｂ’線の断面図である。

本実施形態の立体画像表示装置は、第１基板１０１、第２基板１０２、第１電極１０３、第２電極１０４、第２電極引出線１０５、第３電極１０６、液晶１０７、誘電体１０８、偏光板１０９、２次元画像表示装置１１０、第１アドレス電圧供給部１１１、第２アドレス電圧供給部１１２、第３アドレス電圧供給部１１３、第１コラム電圧供給部１１４、第２コラム電圧供給部１１５を含む。液晶レンズアレイ素子は、立体画像表示装置から偏光板１０９、２次元画像表示装置１１０を除いた部分に対応し、第１基板１０１、第２基板１０２、第１電極１０３、第２電極１０４、第２電極引出線１０５、第３電極１０６、液晶１０７、誘電体１０８から構成される。第１アドレス電圧供給部１１１、第２アドレス電圧供給部１１２、第３アドレス電圧供給部１１３、第１コラム電圧供給部１１４、第２コラム電圧供給部１１５を含むこともできる。

なお、上方または上とは基板に垂直な向きを表現していることにする。例えば、第２基板１０２は第１基板１０１よりも上方にある。また、下方（または下）と上方（または上）とは逆の向きに対応する。また、水平方向とは、基板面内のうち、図２におけるＡ−Ａ’線と平行な方向とする。

第１基板１０１および第２基板１０２は、透明な材質からなり、平坦な形状をしている。すなわち、第１基板１０１および第２基板１０２は光を透過することができる。

第２電極１０４は、導体からなり、第１基板１０１の上に第１方向にある長さだけ延伸している。第２電極１０４は第２数のグループに分かれて設置され、それぞれのグループは複数の第２電極１０４を含み、グループ内の複数の第２電極１０４は端部で第１方向とは異なる第２方向で第２電極引出線１０５により電気的に接続されている。１つの第２電極引出線１０５により接続される第２電極１０４が同一のグループに属している。この結果、第２方向に配列する第２電極が同一のグループを形成することになる。なお、本実施形態においては、第１方向と第２方向が直交している。

第１基板１０１および第２電極１０４の上に誘電体１０８が積層される。誘電体１０８の上に第１電極１０３が第１方向に延伸して配置される。誘電体１０８は、第１電極と第２電極が導通しないようにするための絶縁層である。第１電極１０３は第１数のグループに分かれて設置され、それぞれのグループは複数の第１電極１０３を含み、グループ内の複数の第１電極１０３は端部で電気的に接続されている。逆に、異なるグループ間は電気的に接続されていない。

第１電極１０３の延伸方向と第２電極１０４の延伸方向は同一方向である。基板の水平方向での位置は、隣接する２つの第１電極１０３の間の位置（例えば中央位置）に１つの第２電極１０４が配置している。すなわち、第１電極１０３と第２電極１０４が水平方向に交互に配列している。図１の例では、６つの第１電極１０３の間に５つの第２電極１０４が配置している。隣接する２つの第１電極１０３と、これら第１電極１０３の間に位置する第２電極１０４と、この第２電極１０４の上方に位置する１つの第３電極１０６とは組となり、２つの第１電極１０３で枠取られた領域と１つの第３電極１０６とが重なった領域が部分表示する一単位の領域になる。図１の例では、１５の一単位の領域がある。

なお、本実施形態においては、第２電極引出線１０５の直上方には第３電極１０６は配置されていない。また、上面から見た際に、第２電極１０４は、第３電極１０６同士の間隙部には食み出さないように形成されている。

更には、第２電極引出線は、第１基板１０１と誘電体１０８との間に形成されている。

液晶１０７は、一軸性複屈折を示す液晶であり、誘電体１０８および第１電極１０３と第２基板１０２との間に充填されている。第２基板１０２の液晶１０７層側には第３電極１０６が積層されている。

第３電極１０６は、導体からなり、第２基板１０２の上に第２方向にある長さだけ延伸している。第３電極１０６は例えば第２方向に第２基板１０２の一端から他端まで延伸している。第３電極１０６は、第２電極１０４のグループ数である第２数だけある。第３電極１０６はそれぞれ第２電極１０４のあるグループに対応して設置されている。この別例として、第３電極１０６は図１に示す例よりも更に２分割され第２数の２倍の個数でもよい。

第１アドレス電圧供給部１１１は、第１グループの第２電極引出線１０５と、この第２電極引出線１０５の上方に位置する第３電極１０６とに電気的に接続している。第２アドレス電圧供給部１１２は、第２グループの第２電極引出線１０５と、この第２電極引出線１０５の上方に位置する第３電極１０６とに電気的に接続している。第３アドレス電圧供給部１１３は、第２グループの第２電極引出線１０５と、この第２電極引出線１０５の上方に位置する第３電極１０６とに電気的に接続している。第３電極１０６が２分割される場合には、第ｉアドレス電圧供給部（ｉ＝１，２，３）は、第ｉグループの第２電極引出線１０５と、この第２電極引出線１０５の上方に位置する分割された電極それぞれに接続して、接続先を所定の同一電位に設定する。なお、各アドレス電圧供給部には、複数のグループの第２電極引出線１０５が接続されていてもよい。

第１コラム電圧供給部１１４は第１グループの第１電極１０３に電気的に接続していて、第２コラム電圧供給部１１５は第２グループの第１電極１０３に電気的に接続している。第１コラム電圧供給部１１４および第２コラム電圧供給部１１５はそれぞれ接続先を所定の同一電位に設定する。

第１基板１０１の下に偏光板１０９が設置され、偏光板１０９の下に２次元画像表示装置１１０が設置される。２次元画像表示装置１１０は、マトリクス状に配列された画素を含んでおり、表示装置として現在通常使用されているものを適用することができる。なお、図１の偏光板１０９に記載された矢印は偏光方向を示す。２次元画像表示装置１１０は偏光板１０９を含んでいてもよい。

なお、図１に示した例では、第１電極１０３のグループ数である第１数が２で、第２電極１０４のグループ数である第２数が３であるが、これは一例に過ぎず、表示画面の大きさ、部分表示する領域の大きさ等によって適宜変更可能である。

次に、２次元表示と３次元表示との切り替え（２Ｄ／３Ｄ切替）について説明する。
図３の断面を有する液晶レンズアレイ素子での電圧をかけた時の電界分布と液晶ダイレクタ分布を図５に示す。２次元画像表示装置１１０から射出された光５０２が液晶レンズアレイ素子に入射する。

図６は、液晶１０７が充填された図３の断面図である。各電極に電圧が印加される前の初期配向を示す。液晶の初期配向方向は水平方向であり、本実施形態ではレンズピッチ方向である。すなわち、第１電極、第２電極が延伸する第１の方向と直交する方向であり、第２方向である。
液晶は細長い分子構造をしているものがあり、その構造ゆえに、偏光方向が液晶長軸のダイレクタ５０１と同じ向きである光を入射した場合と、偏光方向が液晶短軸のダイレクタ５０１と同じ向きである光を入射した場合とで、本実施形態の液晶レンズアレイ素子は異なる屈折率を持つ。

第１基板１０１の上の誘電体１０８上でレンズ端に位置する第１電極１０３にＶ１ｏｎ電圧をかけ、レンズ中心に位置する第２電極１０４にＶ２ｏｎ電圧をかけ、Ｖ１ｏｎ＞Ｖ２ｏｎとし、液晶層がレンズ効果を発現するために最適な電圧をかける。図３の断面を有する液晶レンズアレイ素子に、このように電圧をかけることよりレンズのレンズ中心からレンズ端に向かって液晶のダイレクタ５０１がだんだんと立ち上がることにより、レンズ中心で屈折率が最も高く、レンズ端で屈折率が最も低くすることができる。

この図５におけるレンズの屈折率分布について図７を参照して説明する。
理想的な屈折率分布は以下の式で表される。レンズピッチ方向における座標Ｙ、液晶分子の長軸方向の屈折率Ｎｅ、液晶分子の短軸方向の屈折率Ｎｏ、液晶の屈折率の複屈折性Ｎｅ−Ｎｏ、座標−Ｙ_０から＋Ｙ_０までレンズが形成されるものとし、そのピッチを２Ｙ_０とおくと次の数式で表される。

図７によりわかるように、図５の液晶ＧＲＩＮレンズが理想屈折率分布に近いため、図５に示すように、レンズピッチ内に平行に入った光線５０２を画素に良好に集光することができる。これにより、ひとつの視差画像成分を所望の方向に射出することができる。この結果、ある視差が見えるべき角度において、別の視差が混ざることによる表示劣化が起こらないように、裸眼３Ｄディスプレイを実現できる。

次に、レンズ効果を発現しない場合について述べる。図３に示す断面において、第１基板１０１の上の誘電体１０８上で第１電極１０３にＶ１ｏｆｆ電圧、第２電極１０４にＶ２ｏｆｆ電圧をかけ、（Ｖ１ｏｆｆ−Ｖ２ｏｆｆ）が、液晶が立ち上がる電圧Ｖｔｈ以下とする。これにより、液晶は配向面と平行となり液晶のダイレクタは立ち上がらない。この結果、レンズとしての屈折率分布は生じず、２Ｄ表示とすることができる。

次に、第１電極１０３の一部のグループにＶ１ｏnが印加され、それ以外のグループにＶ１ｏｆｆが印加され、また第２電極１０４の一部のグループにＶ２ｏnが印加され、それ以外のグループにＶ２ｏｆｆが印加される場合について考える。第１電極１０３にＶ１ｏｎが印加され、第２電極１０４にＶ２ｏｎが印加された領域の動作は上述の通りである。また、第１電極１０３にＶ１ｏｆｆが印加され、第２電極１０４にＶ２ｆｆが印加された領域の動作も上述の通りである。一方で、第１電極１０３にＶ１ｏｎが印加され、第２電極１０４にＶ２ｏｆｆが印加された領域が発生する。また、第１電極１０３にＶ１ｏｆｆが印加され、第２電極１０４にＶ２ｏｎが印加された領域も発生する。このとき、（Ｖ１ｏｎ−Ｖ２ｏｆｆ）、及び（Ｖ１ｏｆｆ−Ｖ２ｏｎ）が、上述の液晶が立ち上がる電圧Ｖｔｈ以下とすることにより、これらの領域では２Ｄ表示をすることができる。この駆動方法の詳細については、本実施形態の後半で詳述する。

図５の液晶ダイレクタ分布より得られる屈折率分布を用いて、モンテカルロ法による光線追跡により、それぞれの視差光線（視差画像を構成するための光線）の輝度プロファイルをシミュレーションした結果を図８に示す。

この例では６つの視差光線が分離できていることがわかる。これにより、図１の立体画像表示装置によれば、視差光線の分離度がよい裸眼３Ｄディスプレイを実現できることがわかる。

次に、図１の液晶レンズアレイ素子によって、２Ｄ／３Ｄ切替を行うための駆動方法について説明する。
従来、一次元のレンズアレイでは、液晶ＧＲＩＮレンズの電源電極（第１電極に対応）、グラウンド電極（第２電極、第３電極に対応）はそれぞれ、レンズの配列方向と同じ方向にのみ繰り返し形成されている。この結果、部分的な３Ｄのウィンドウは、水平方向には分割できるが、垂直方向には分割できない。

これらの課題を解決するため、電源（高電圧）を第１の方向、グラウンド（低電圧）を第２の方向に引き出し、かつ、それらが絶縁されるように、第１基板１０１上において、それらの電極間に一層の絶縁体を置く。この絶縁体は、従来の液晶ディスプレイを作成する際に用いる絶縁体を用いると、液晶材料に対する信頼性が高くなり好ましい。

次に、液晶レンズを駆動する分割領域について述べる。例えば、図１では第２電極１０４は第１方向にＧ１、Ｇ２、Ｇ３の３つの領域に分割できる。それぞれ第１アドレス電圧供給部１１１、第２アドレス電圧供給部１１２、第３アドレス電圧供給部１１３が接続される。Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３は基板の外の引き出し線で導通をとることができ、それにより、従来のようにガラス基板の周囲だけではなく、内側の第２電極と液晶を介した第３電極との導通をとることができる。

次に、第１電極１０３は図１においては、第１コラム電圧供給部１１４と第２コラム電圧供給部１１５に対応して、Ｓ１、Ｓ２の２分割となっている。第１電極１０３は第１方向に引き出すとよい。図１においては水平方向には２分割、垂直方向には３分割されるため、合計で６分割された領域で異なる電圧をかけることができる。

最初に、レンズのＯＮ電圧／ＯＦＦ電圧の比を最も高くできる、１つのｗｉｎｄｏｗ部分３Ｄ表示について述べる。
図１の液晶ＧＲＩＮレンズを上部から見た透視図を図９に示す。図９はマトリクス構造となっている。

一般的に、単純マトリクス駆動方式の液晶パネルでは、電極ラインの本数が大きくなるほどコントラストは低くなる。図９に示す液晶ＧＲＩＮレンズセルについて、フラグ・ビットを用いる駆動方式を提案する。フラグ・ビットは、３Ｄウィンドウの外側と３Ｄウィンドウの内側とを区別するために設定される。すべてのアドレス・ラインとコラム・ラインに、フラグ・ビットの“０”または“１”が送られる。なお、アドレス・ラインは、各アドレス電圧供給部に接続された配線を意味する。同様にコラム・ラインは、各コラム電圧供給部に接続された配線を意味する。図１０に示すように、それぞれのアドレス・ラインとコラム・ラインでは、異なる波形が２種類必要とされるだけである。このようにして、アドレスとコラムのフラグ・ビットの双方を“１”に設定することで、液晶ダイレクタが立ち上がるための電圧が得られ、３Ｄ表示エリアとなる。一方、それ以外の場合には、電圧がしきい値未満となり、２Ｄ表示エリアとなる。

液晶レンズでは、液晶層の厚みが通常の液晶ディスプレイの液晶厚みより大きい場合が多く、駆動電圧が高くなる場合がある。図１０のような電圧をかけると、Ｖｏｎ／Ｖｏｆｆ＝３となる。例えば、Ｖｏｎ＝５Ｖの場合、Ｖｏｆｆ＝１．６７Ｖとなる。また、図１０ではＶａ＝３．３５Ｖ、Ｖｄ＝１．６５Ｖとなる。Ｖｏｆｆ＝１．６７Ｖにおいて、液晶ダイレクタが立ち上がらない電圧であることが望ましい。例えば、Ｖｔｈ＞Ｖｏｆｆとなる液晶を選択するとよい。

なお、曲がり変形での液晶が立ち上がるしきい値電圧Ｖｔｈは、次式になる（吉野 勝美、「液晶とディスプレイ応用の基礎」、ｐｐ．６６）。

また、ねじれのないフレデリクス転移で液晶が広がり変形で立ち上がるしきい値電圧は

と表される。液晶ＧＲＩＮレンズの場合、液晶の広がり変形、曲がり変形の両者が場所により関与しているため、これらの平均程度の電圧で考えてもよい。ここで、Ｋ_１１は液晶の広がり変形に対する弾性定数であり、Ｋ_２２は液晶のねじれ変形に対する弾性定数であり、Ｋ_３３は液晶の曲がり変形に対する弾性定数である。また、ε_０は真空の誘電率を示し、ε_ａは誘電異方性（ε（水平）−ε（垂直））を示す。

また、ＶｏｆｆがＶｔｈを若干超えて、若干レンズ効果が発現し集光がされていても、２Ｄ表示として許容範囲である。

次に、３Ｄ ｗｉｎｄｏｗが２つのｗｉｎｄｏｗ以上の場合について説明する。
図１２に３Ｄ ｗｉｎｄｏｗの上に２Ｄ ｗｉｎｄｏｗが重なった場合の部分３Ｄディスプレイの上面図とｗｉｎｄｏｗ１、ｗｉｎｄｏｗ２のアドレス、コラムのフラグを示す。３Ｄ ｗｉｎｄｏｗと２Ｄ ｗｉｎｄｏｗの上下関係より、２ｗｉｎｄｏｗ表示すると部分３Ｄの一部がかけたような表示をすることができる。

まず、液晶ＧＲＩＮレンズの集光性能が増大するためには、液晶ＧＲＩＮレンズにかける電圧は、良好な屈折率分布となる最適電圧をかけなければならない。レンズが作動するＶｌｏｎ電圧は、ΔＶｌｏｎの幅を持って存在する。したがって、３Ｄ表示領域では、Ｖｌｏｎ＝Ｖｌｏｎｃｅｎｔｅｒ±ΔＶｌｏｎの電圧範囲内で液晶に電圧がかかるようにする。

次に、２つのｗｉｎｄｏｗを表示する場合、図１３に示すように、パルス状に電圧をかけることにより、パルスの前半と後半で異なるｗｉｎｄｏｗ部のレンズを動作できる。電圧値は以下が参考値であるが、微調整は必要となる。

図１に示す液晶ＧＲＩＮレンズのレンズ集光性能が最も良くなる屈折率分布となる電圧をＶｌｏｎとし、アドレスにかける電圧の絶対値をＶａ、コラムにかける電圧の絶対値をＶｄとすると、図１３のような電圧をかけた場合、図１４に示すような電圧が、液晶にかかる。例えば、図１３に示す波形のアドレス、コラム電圧の組み合わせにより、液晶に前半に（Ｖａ＋Ｖｄ）,後半にｖｄがかかる場合、液晶にかかる平均化電圧は

となる。また、図１３に示す波形のアドレス、コラム電圧の組み合わせにより、液晶に波形の前半にＶｄ，後半にｖｄがかかる場合、
液晶にかかる平均化電圧は
Ｖｄ
となる。そのため、

かつ、
Ｖｄが、液晶が立ち上がり始めるしきい値電圧以下、あるいはその近傍になり、かつ、
Ｖａ＝２×ｖｄ
となるように、Ｖａ，Ｖｄを設定するとよい。

また、図１４に示すように、Ｗ１とＷ２のアドレスが両方ともＯＮになるようにすると、平均化電圧は
Ｖａ＋Ｖｄ
となり、３種類の電圧値が液晶にかかる場合が存在することになる。Ｖｌｏｎ（３Ｄ表示モード）、Ｖｌｏｆｆ（２Ｄ表示モード）以外の電圧値がかかる場合が出てくるため、駆動波形設定が困難となる。そのため、図１２に示すように、ｗｉｎｄｏｗ１とｗｉｎｄｏｗ２のアドレス番号は重複してＯＮにならないように領域を設定するようにする。

次に、パルス状にかける場合のフレーム周波数の条件について述べる。パルス状（間欠）電圧をかける場合、電圧をかける時間が短すぎると、液晶が十分立ち上がらないうちに、電圧のｏｆｆ時間となり、最適電圧をかけても十分とはいえない。そのため、液晶に最適電圧をかけるべき時間を以下に示す。一方、液晶が立ち下がる時間であるが、液晶が立ち上がるよりも遅い。特に、液晶の厚みが３０ｕｍ以上になると、液晶ＧＲＩＮレンズを用いた２Ｄ／３Ｄ切替ディスプレイが、液晶が十分立ち下がり、２Ｄ表示になるまで見かけ上１秒以上かかることがある。

そのため、パルス状（間欠）電圧をかけても、液晶がたち下がる前に、液晶が立ち上がる最適電圧をかければ３Ｄ表示は維持できる。通常のＴＮ液晶ＬＣＤの場合、６０Ｈｚ以上をかけるとフリッカーと呼ばれるちらつきが見られなくなる。液晶ＧＲＩＮレンズの場合、それより、周波数が低い場合でも、フリッカーはみられないが、周波数を低くした場合にも限度がある。そのため、液晶ＧＲＩＮレンズの駆動条件を求める。

まず、液晶分子の重心の移動を伴わないねじれ変形に対するフレデリクス転移における液晶の厚み、液晶の種類による液晶の立ち上がり時間ｔｏｎと立下り時間ｔｏｆｆを示す（吉野 勝美、「液晶とディスプレイ応用の基礎」、ｐｐ．１０１）。

ここで、γは回転粘性係数［Ｐａ・ｓｅｃ］を示し、Ｖは液晶にかける電圧を示し、Ｖｔｈは液晶のしきい値電圧を示し、ｄは液晶の厚みを示す。

上記により以下のことがわかる。
（１）液晶の立ち上がり時間、液晶の立下り時間は厚みの２乗に比例し、長くなっていく。
（２）液晶の立ち上がり時間と立ち下がり時間との比はかける電圧が同じであれば、液晶に固有の値から決まり、液晶の厚みにはよらない。

以上より、液晶が良好なレンズ特性になるためには、レンズの端では液晶のダイレクタが十分立ち上がらなければならない。

液晶ＧＲＩＮレンズを２ｗｉｎｄｏｗ以上の部分３Ｄ表示を行う時は、パルス駆動において、３Ｄ表示とするための理想的な屈折率分布に近づくための電圧Ｖｌｏｎとすると、次式で表される時間以上、電圧をかけるとよい。

本実施形態においては、第１電極１０３は第１数のグループに分かれて設置されるものとして説明したが、第１数は第１電極１０３の数と同一であってもよい。この場合には、第１電極１０３の各グループは、１本の第１電極１０３より構成される。

また、本実施形態においては、第１電極１０３と第２電極１０４は第２方向に沿って交互に配列するものとして説明した。しかし本発明はこれに限定されるものではなく、例えば第１電極１０３が複数本に分割して配置されていてもよい。また第２電極１０４が複数本に分割して配置されていてもよい。更には、第２電極引出線１０５が各第２電極１０４に対して複数本接続されるように配置されていてもよい。第１基板１０１側に、第１電極１０３、第２電極１０４以外の更なる電極が追加されていてもよい。

更には、第１電極１０３と第２電極１０４、第２電極引出線１０５の上下方向、すなわち厚み方向の配置に関しては、本実施形態に限定されるものではない。一例では、第２電極１０４と第２電極引出線１０５が同層で形成されるものとして説明したが、これに限定されず、異層で形成されていてもよい。ただし、第２電極引出線１０５は、第１基板１０１と誘電体１０８との間に形成される方が好ましい。第２電極引出線１０５に起因する電界の乱れを抑制することにより、表示品質を高めることができるからである。

本実施形態においては、各アドレス電圧供給部は、各グループの第２電極引出線と、この上方に位置する各第３電極とに電気的に接続しているものとして説明した。しかし本発明は本構成に限定されるものではなく、各グループの第２電極引出線と、この上方に位置する各第３電極とが異なる電圧供給部に接続されていても良い。また、各グループの第２電極引出線と、この上方に位置する各第３電極には、完全に同一な電圧が印加される必要もない。第１電極、第２電極に印加される各電圧と、液晶が立ち上がる電圧Ｖｔｈとの関係を鑑み、適切な範囲の電圧を適宜、定めることが可能である。ただし、各グループの第２電極引出線と、この上方に位置する各第３電極は、同一の電圧で駆動することが可能であるため、同一の電圧供給部を適用することにより、電圧供給部の数を削減できる。これにより低コスト化が実現できる。

次に、各グループの第２電極引出線が、この上方に位置する各第３電極引出線と、電気的に接続されるための手段について説明する。上述の実施形態においては、第１基板及び第２基板より各々配線を取り出し、各々の配線を各電圧供給部に接続した。しかし本発明はこれに限定されるものではない。

一例では、第１基板と第２基板との間隙に液晶層を保持するためのシール材に導電性を持たせる方法がある。この導電性シール材は、エポキシ系などのシール材に導電性の微粒子を混合したものである。各基板間の接続抵抗は低いが、基板面内の接続抵抗は高い。この結果、各基板間の電気的接続を好適に実現することができる。図１５はこの導電性シール材を用いて、各グループの第２電極引出線と、この上方に位置する各第３電極を電気的に接続した場合の上面図である。第２電極引出線と第３電極との間に導電性シール材１５０１が設けられる。またこの導電性シール材は、液晶層を保持するため、レンズアレイとして作用する領域を囲うように形成されている。この導電性シール材を使用する方法は、液晶層を保持するためのシール材を用いて各基板の電気的接合を達成できるため、特に本実施形態のように多数の電気的接合を実現しなければならない場合において効果が大きい。製造工程を大幅に簡略化でき、低コスト化が可能となる。

更には、他の手段として、第２電極引出線と第３電極との間に導電性ペースト材を配置する方法がある。前述の導電性シール材を用いた場合には、液晶層の保持と各基板の電気的接合を同時に達成することができた。しかし、導電性ペースト材を使用した場合には、液晶層を保持するためのシール材の他に、導電性ペースト材を配置する必要があり、製造工程が増加するという課題がある。しかしながら、導電性ペースト材を使用した場合には、導電性シール材よりも接続抵抗の低い材料を選択することができる。不要な電圧降下を抑制することができ、表示品質を高めることができる。

本実施形態における液晶の初期配向は水平方向の水平配向であるものとして説明したが、液晶配向はこれに限定されるものではない。他の液晶モードも適用可能である。

また、本実施形態においては、屈折率分布型液晶光学素子が液晶レンズアレイ素子として動作するものとして説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。光学素子は３Ｄ表示を実現するための性能を備えていればよい。例えば、完全なレンズとしての屈折率分布が実現されていなくてもよいし、プリズムアレイ素子として機能するものでもよい。

（第２実施形態）
本実施形態の液晶レンズアレイ素子について図１６を参照して説明する。図１６は本実施形態の液晶レンズアレイ素子を基板に垂直な方向から見た上面透視図である。

本実施形態の液晶レンズアレイ素子は、前述の第１実施形態に記載の液晶レンズアレイ素子と比較して、第２電極１０４の構成が異なる。前述の第１実施形態においては、第２電極１０４は、第２電極引出線１０５と同層に形成されていた。すなわち、第２電極１０４は、第１基板１０１と誘電体１０８との間に形成されていた。

これに対して、本実施形態においては、第２電極１０４は、誘電体１０８と液晶１０７層との間に形成されている。一方で、第２電極引出線１０５は、第１基板１０１と誘電体１０８との間に形成されている。そして、誘電体１０８にはコンタクトホール１６０１が設けられ、第２電極１０４と第２電極引出線１０５を電気的に接続している。

本実施形態においては、第１電極１０３と第２電極１０４とを同層で形成することができる。この結果、前述の第１実施形態に記載のように異相で形成する場合と比較して、電極同士の相対位置精度を高めることができる。これにより、液晶レンズアレイ素子の性能を高めることができ、表示品質を向上できる。

本実施形態におけるその他の構成、動作、効果は、前述の第１実施形態と同様である。

（第３実施形態）
本実施形態の液晶レンズアレイ素子および立体画像表示装置について図１７、図１８、図１９を参照して説明する。図１７は基板に垂直な方向から見た上面透視図である。図１８は図１７におけるＣ−Ｃ’線の断面図である。図１９は図１８において、電圧を印加した時の電界分布と液晶ダイレクタ分布を示した断面図である。

本実施形態の液晶レンズアレイ素子は、前述の第１実施形態に記載の液晶レンズアレイ素子と比較して、第２電極引出線１０５の上方に第３電極が形成されている点が異なる。本実施形態においては、前述の第１実施形態と比較して、第２電極引出線１０５の上方でも優れたレンズ特性を実現することができる。以下、この点について説明する。

図２１に、図１９の液晶ダイレクタ分布におけるレンズピッチ方向の厚み方向に計算した平均屈折率分布と理想屈折率分布の比較を示す。レンズ端では液晶が十分立ち上がるため、理想屈折率分布に近づくが、レンズ中心では屈折率の変化が小さい。

図２２に、図１９の液晶ダイレクタ分布における屈折率分布を用いて、モンテカルロ法による光線追跡により、輝度プロファイルシミュレーションを行った結果を示す。この結果は、図１９に示す屈折率分布でも、各視差光線が分離できていることが分かる。

一方で、図４に記載の第１実施形態のように、第２電極引出線１０５の上方に第３電極が形成されていない場合を考える。この場合では、図２０に示すように、液晶のダイレクタがレンズ中心に向かって傾きが変化していくような分布になっていない。これは、第１電極１０３の直上方に第３電極１０６が存在しないこと、また第１電極１０３の直下に第２電極引出線１０５が存在することにより、電界が第１電極１０３と第２電極引出線１０５との間で閉じ込められ、そして液晶層に十分な電界がかからないことが原因である。この結果、図２０の屈折率分布では、液晶ＧＲＩＮレンズとしての機能はほとんどなく、２Ｄ表示となってしまう。そのため、第２電極引出線１０５の直上は、周囲とは全く異なる表示となり、この部分の表示劣化が目立つことになる。

この第１実施形態と比較して、本実施形態では、より優れたレンズ性能が実現可能である。

なお、表示する内容を操作することにより、表示品質を向上することもできる。一例について説明する。図２２に示される結果は、図８に比較すると、ひとつの視差光線が、広い角度にわたって観測されることがわかる。すなわち、クロストークによる２重像が観測される懸念がある。これを防止するために、図２３に示すように、あらかじめ、隣接する２つの視差光線を補間した画像をそれぞれに出力すると、２重像が目立たなくなる。例えば、６視差の場合、左３視差画像（Ｌ３）と左２視差画像（Ｌ２）の間の視差画像をＬ３とＬ２の両者に出し、左１視差画像（Ｌ１）右１視差画像（Ｒ１）の間の視差画像をＬ１とＲ１の両者に出し、右２視差画像（Ｒ２）と右３視差画像（Ｒ３）の間の視差画像をＲ２とＲ３の両者に出すと、隣接視差が同一方向に重なって見えることによるクロストークによる２重像を低減することができる。この例では３つの視差光線が分離できていることがわかる。

本実施形態におけるその他の構成、動作、効果は、前述の第１実施形態と同様である。

（第４実施形態）
本実施形態の液晶レンズアレイ素子について図２４を参照して説明する。図２４は本実施形態の液晶レンズアレイ素子を基板に垂直な方向から見た上面透視図である。

本実施形態の液晶レンズアレイ素子は、前述の第１実施形態に記載の液晶レンズアレイ素子と比較して、上面から見た際の第２電極１０４と第３電極１０６の配置が異なる。前述の第１実施形態においては、第２電極１０４は、第３電極１０６同士の間隙部には食み出さないように形成されていた。これに対して、本実施形態においては、第２電極１０４は、第３電極１０６同士の間隙部には食み出して配置されている。

本実施形態においては、第３電極１０６同士の間隙部にはみ出した第２電極１０４により、この間隙部においてもレンズ効果を発現することができる。したがって、液晶レンズアレイ素子の性能、特に面内の均一性を高めることができる。

本実施形態におけるその他の構成、動作、効果は、前述の第１実施形態と同様である。

（第５実施形態）
本実施形態の液晶レンズアレイ素子について図２５を参照して説明する。図２５は本実施形態の液晶レンズアレイ素子を基板に垂直な方向から見た上面透視図である。

本実施形態の液晶レンズアレイ素子は、前述の第１実施形態に記載の液晶レンズアレイ素子と比較して、上面から見た際に、第２方向に対する第１方向の角度が異なる前述の第１実施形態においては、第２方向に対して第１方向が直交していた。これに対して、本実施形態においては、第２方向に対して第１方向が直交せず、傾斜して配置されている。

図２５に示すように、本実施形態においては、第２方向は前述の第１実施形態における第２方向と同じである。即ち、本実施形態の第２電極引出線１０５の延伸する方向は、前述の第１実施形態と同じであり、水平方向である。また、第３電極１０６の延伸する方向も、同じであり、水平方向である。そして、第１電極１０３及び第２電極１０４の延伸する方向が、第２電極引出線及び第３電極の延伸する方向と直交せず、傾斜している。

本実施形態においては、レンズアレイを構成する各シリンドリカルレンズの長手方向を第２方向と直交せず配置することができる。この結果、２次元画像表示装置１１０における画素の配列方向に対し、シリンドリカルレンズの長手方向を傾斜して配置することができる。これは、通常の２次元画像表示装置１１０では、画素の配列方向が水平方向と、その直交方向である垂直方向であるからである。この傾斜配置により、シリンドリカルレンズと画素に起因する輝度モアレ、色モアレを低減することができ、表示品質を高めることができる。

更には、本実施形態においては、２次元画像表示装置１１０における画素の配列方向、特に水平方向と、前述の第２方向とを一致して配置することができる。これはすなわち、部分３Ｄ表示を実現した際に、２Ｄ表示と３Ｄ表示の境界線に着目すると、水平方向の境界は斜めに傾斜するものの、垂直方向の境界は水平方向にすることができる。一般的には、部分３Ｄ表示は矩形のウィンドウ表示が要求される場合が多いため、本実施形態ではその一方向だけでも要求を満たすことができる。

本実施形態におけるその他の構成、動作、効果は、前述の第１実施形態と同様である。

（第６実施形態）
本実施形態の液晶レンズアレイ素子について図２６を参照して説明する。図２６は本実施形態の液晶レンズアレイ素子を基板に垂直な方向から見た上面透視図である。

本実施形態の液晶レンズアレイ素子は、前述の第４実施形態に記載の液晶レンズアレイ素子と比較して、上面から見た際に、第１電極１０３の形状が異なる。前述の第４実施形態では、第１電極１０３は第１方向に延伸していた。これに対し、本実施形態の第１電極１０３は、ジグザグに折れ曲がっており、屈曲部を有している。すなわち、第１電極１０３は、ある方向、例えば第１方向に沿って延伸する部分と、屈曲する部分とから構成されることになる。また、第２電極１０４も、第１電極に沿って配置されている。

本実施形態においては、前述の第４実施形態と比較して、前述の第５実施形態と同様に、レンズアレイを構成する各シリンドリカルレンズの長手方向を第２方向と直交せず配置することができる。この結果、シリンドリカルレンズと画素に起因する輝度モアレ、色モアレを低減することができ、表示品質を高めることができる。

更には、前述の第５実施形態と比較して、部分３Ｄ表示を実現した際に、２Ｄ表示と３Ｄ表示の境界線に着目すると、垂直方向の境界は水平方向にすることができるだけでなく、水平方向の境界についても傾斜を抑制することができる。この結果、矩形のウィンドウ表示が要求される部分３Ｄ表示に対して、前述の第５実施形態よりも、より好適に適用することができる。

なお、本実施形態においては、第１電極１０３は、例えば第１方向に沿って延伸する部分と、屈曲する部分とから構成されるものとして説明した。しかし本実施形態はこれに限定されるものではない。例えば、第１電極１０３は第１方向に沿って延伸し、その第１方向に対して所定の角度に傾斜した部分と、それらを接続するための屈曲部とを有していてもよい。このとき、第２電極１０４は同様に、第１方向に対して所定の角度に傾斜して配置されている。

本実施形態におけるその他の構成、動作、効果は、前述の第４実施形態と同様である。

（第７実施形態）
本実施形態の液晶レンズアレイ素子について図２７を参照して説明する。図２７は本実施形態の液晶レンズアレイ素子を基板に垂直な方向から見た上面透視図である。

本実施形態の液晶レンズアレイ素子は、前述の第１実施形態に記載の液晶レンズアレイ素子と比較して、上面から見た際に、第２電極引出線１０５の形状が異なる。前述の第１実施形態では、第２電極引出線１０５は第２方向に直線状に延伸していた。これに対し、本実施形態の第２電極引出線１０５は、直線状ではなく、千鳥状に配置されている。すなわち、第２電極引出線１０５において、隣接する第２電極１０４間の部分に着目すると、第２電極１０４に対して相対的に異なる位置に配置されていることになる。

次に本実施形態の効果について説明する。前述の第１実施形態のように、第２電極引出線１０５が直線状に長く連続して配置されると、第２電極引出線１０５による電界の乱れに起因した表示劣化が目立つ。これに対して、本実施形態のように第２電極引出線１０５を直線状ではないように配置することにより、表示劣化となる部分を分散して配置することができる。この結果、表示劣化を低減することができ、表示品質を向上することができる。

なお、本実施形態のように第２電極引出線を配置した場合、第２電極引出線の延伸する方向であるとする第２方向は、次のように定義することもできる。すなわち第２方向とは、同グループを形成する第２電極、すなわち各第２電極引出線に接続された第２電極が配列する方向となる。

本実施形態におけるその他の構成、動作、効果は、前述の第１実施形態と同様である。

（第８実施形態）
本実施形態の液晶レンズアレイ素子について図２８を参照して説明する。図２８は本実施形態の液晶レンズアレイ素子を基板に垂直な方向から見た上面透視図である。

本実施形態の液晶レンズアレイ素子は、前述の第１実施形態に記載の液晶レンズアレイ素子と比較して、上面から見た際に、第２電極１０４の形状が異なる。前述の第１実施形態では、第２電極１０４は、第２方向に沿って、第１電極１０３と交互に繰り返し配置されていた。

これに対して、本実施形態の第２電極１０４は、第１電極と積層して配置されている。第２電極１０４の幅は第１電極１０３の幅よりも大きい。

本実施形態においても、第１電極１０３及び第２電極１０４と、対向する第３電極１０６との間で、レンズとして望ましい屈折率分布を実現するための電界を生成することができる。

次に、部分３Ｄ表示の実現について説明する。ここで、上述のような望ましい電界を生成するために、第１電極１０３に電圧Ｖ１Ｈが印加され、第２電極１０４に電圧Ｖ２Ｈが印加され、第３電極１０６に電圧Ｖ３Ｈが印加されるものと表記する。このとき、レンズ機能を発現させる領域（３Ｄ表示領域）では、各電極に上記の電圧が印加されることになる。

２Ｄ表示される領域に印加される電圧について説明するため、この２Ｄ領域を、次の３種類に分けて考えることにする。それは、３Ｄ表示領域に垂直方向で隣接した領域、３Ｄ表示領域に水平方向で隣接した領域、それ以外の領域、である。

まず、３Ｄ表示領域に垂直方向で隣接した領域では、第１電極１０３には電圧Ｖ１Ｈが印加されている。そこで、第２電極１０４及び第３電極に上記と異なる電圧、例えばＶ２Ｌ及びＶ３Ｌを各々印加すると、この領域ではレンズ機能が発現されず２Ｄ表示が実現できる。

次に、３Ｄ表示領域に水平方向で隣接した領域では、第２電極１０４には電圧Ｖ２Ｈ、第３電極１０６には電圧Ｖ３Ｈが印加されている。このとき、第１電極１０３に上記と異なる電圧、例えば電圧Ｖ１Ｌを印加すると、この領域ではレンズ機能が発現されず２Ｄ表示が実現できる。

そして、それ以外の領域においては、上述のように、第１電極１０３に電圧Ｖ１Ｌ、第２電極１０４に電圧Ｖ２Ｌ、第３電極１０６に電圧Ｖ３Ｌが印加されることになるため、やはりこの領域でもレンズ機能が発現されず２Ｄ表示が実現できる。

本実施形態におけるその他の構成、動作、効果は、前述の第１実施形態と同様である。

（第９実施形態）
図１および図２に示した液晶レンズアレイ素子および立体画像表示装置の代わりに素子および装置について図２９、図３０および図３１を参照して説明する。図１と同様に図２９の黒い太い点線で示した部分は、レンズ一単位を示す。図２９の黒い太い点線で示した部分での基板に垂直な方向での断面図を図３１に示す。図３２は図２９の上面透視図である。

前述の第１実施形態では、第３電極が第２方向に延伸していたが、本実施形態では第３電極が第１方向に延伸した構成である。

変形例の立体画像表示装置は、第１基板１０１、第２基板１０２、第１電極２９０４、第２電極２９０３、第２電極引出線２９０５、第３電極２９０６、液晶１０７、誘電体１０８、偏光板１０９、２次元画像表示装置１１０、第１カラム電圧供給部２９１１、第２カラム電圧供給部２９１２、第１アドレス電圧供給部２９１４、第２アドレス電圧供給部２９１５、第３アドレス電圧供給部２９１６を含む。液晶レンズアレイ素子は、立体画像表示装置から偏光板１０９、２次元画像表示装置１１０を除いた部分に対応し、第１基板１０１、第２基板１０２、第１電極２９０４、第２電極２９０３、第２電極引出線２９０５、第３電極２９０６、液晶１０７、誘電体１０８、第１カラム電圧供給部２９１１、第２カラム電圧供給部２９１２、第１アドレス電圧供給部２９１４、第２アドレス電圧供給部２９１５、第３アドレス電圧供給部２９１６を含む。

第２電極２９０３は、導体からなり、第１基板１０１の上に第１方向にある長さだけ延伸している。第２電極２９０３は第３数のグループに分かれて設置され、それぞれのグループは複数の第２電極２９０３を含み、グループ内の複数の第２電極２９０３は端部で第１方向とは異なる第２方向で引出線により電気的に接続されている。１つの引出線により接続される第２電極２９０３が同一のグループに属している。図２９では、第１方向に３つのグループが平行して並んでいる。

第１基板１０１および第２電極２９０３の上に誘電体１０８が積層される。誘電体１０８の上に第１電極２９０４が第１方向に延伸して配置される。第１電極２９０４は第４数のグループに分かれて設置され、それぞれのグループは複数の第１電極２９０４を含み、グループ内の複数の第１電極２９０４は端部で電気的に接続されている。逆に、異なるグループ間は電気的に接続されていない。

第１電極２９０４の延伸方向と第２電極２９０３の延伸方向は同一方向であり、基板の水平方向での位置は、隣接する２つの第１電極２９０４の間の位置（例えば中央位置）に１つの第２電極２９０３が配置している。図２９の例では、７つの第２電極２９０３の間に６つの第１電極２９０４が配置している。隣接する２つの第１電極２９０４と、これら第１電極２９０４の間に位置する第２電極２９０３と、この第２電極２９０３の上方に位置する１つの第３電極２９０６とは組となり、２つの第１電極２９０４で枠取られた領域と１つの第３電極２９０６とが重なった領域が部分表示する一単位の領域になる。

液晶１０７は、一軸性複屈折を示す液晶であり、誘電体１０８、第２電極２９０３および第２電極引出線２９０５と第２基板１０２との間に充填されている。第２基板１０２の液晶１０７が存在する面には第３電極２９０６が積層されている。

第３電極２９０６は、導体からなり、第２基板１０２の上に第１方向および第２方向にある長さだけ延伸している。第３電極２９０６は第１電極２９０４の１つのグループに含まれる全ての電極の上方に存在するように第２基板１０２上に延伸している。第３電極２９０６は第１電極２９０４のグループ数である第４数だけある。

第１カラム電圧供給部２９１１は、第１グループの第１電極２９０４と、この上方に位置する第３電極２９０６とに電気的に接続している。第２カラム電圧供給部２９１２は、第２グループの第１電極２９０４と、この上方に位置する第３電極２９０６とに電気的に接続している。第ｊカラム電圧供給部（ｊ＝１，２）は、第ｊグループの第１電極２９０４と、この上方に位置する電極それぞれに接続して、接続先を所定の同一電位に設定する。

第１アドレス電圧供給部２９１４は第１グループの第２電極引出線２９０５に電気的に接続していて、第２アドレス電圧供給部２９１５は第２グループの第２電極引出線２９０５に電気的に接続していて、第３アドレス電圧供給部２９１６は第３グループの第２電極引出線２９０５に電気的に接続している。第１アドレス電圧供給部２９１４および第２アドレス電圧供給部２９１５はそれぞれ接続先を所定の同一電位に設定する。

第１基板１０１の下に偏光板１０９が設置され、偏光板１０９の下に２次元画像表示装置１１０が設置される。

なお、図２９に示した例では、第２電極２９０３のグループ数である第３数が３で、第１電極２９０４のグループ数である第２数が２であるが、これは一例に過ぎず、表示画面の大きさ、部分表示する領域の大きさ等によって適宜変更可能である。また、ここで高電圧、低電圧と称しているがこれは相対的な電圧値を示している以上の意味はない。すなわち、高電圧と称しているものが低電圧と称しているものよりも高い電圧を有していることを示しているに過ぎない。

ここでは詳細に説明はしないが、本実施形態の液晶レンズアレイ素子および立体画像表示装置も、上述した図１に示す液晶レンズアレイ素子および立体画像表示装置と同様な動作により、同様な効果を奏する。

また、第２電極２９０３が第１電極２９０４より細い場合により好適に適用することができ、製造時の歩留まりを向上することができる。これは、誘電体１０８の上層で電極を加工するよりも、第１基板１０１上で電極を加工する方が、より高い歩留まりを実現することができる場合があるためである。例えば、誘電体１０８が有機物により形成される場合では、有機物上の電極加工よりも、無機物であるガラス基板などの上での加工の方が、より容易である。したがって、より微細な電極を形成する場合には、第１基板１０１上で行う方が好ましい。すなわち、より微細な電極を第２電極２９０３とする方が好ましい。

以上の実施形態の液晶レンズアレイ素子および立体画像表示装置によれば、電源電極である第２電極、あるいは、グラウンド電極である第１電極および第３電極を分割し、レンズと異なる方向に引き出し線を設けることにより、液晶がかかる電圧を液晶ＧＲＩＮレンズ面内で水平、垂直方向に分割できるため、部分的な３Ｄ表示のサイズ、位置の自由度を向上させることができる。

（第１０実施形態）
本実施形態の液晶レンズアレイ素子について図３２を参照して説明する。図３２は本実施形態の液晶レンズアレイ素子を基板に垂直な方向から見た上面透視図である。

本実施形態の液晶レンズアレイ素子は、前述の第１実施形態に記載の液晶レンズアレイ素子と比較して、上面から見た際に、第１電極１０３の形状が異なる。前述の第１実施形態では、第１電極１０３が第１方向に沿って延伸していた。これに対し、本実施形態においては、第１電極引出線が第１方向に沿って延伸し、これに電気的に接続された第１電極が形成されている。更には、第２電極が第１電極を囲うように形成されている。

すなわち、前述の第１実施形態では、第１電極１０３及び第２電極１０４が第１方向に沿って延伸していたが、本発明はこれに限定されるものではない。レンズを構成するための第１電極、第２電極に関しては種々の最適な構造があり得る。各実施形態のポイントは、第１基板側に形成された少なくとも２種類の電極を接続するための各電極引出線が異なる方向に延伸し、かつ第２基板上に形成された電極の引出線の延伸方向が前述の方向のどちらかに一致していること、にある。

本実施形態は、二次元状のレンズアレイを実現する場合に、好適に適用することが可能である。

本実施形態におけるその他の構成、動作、効果は、前述の第１実施形態と同様である。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０１…第１基板、１０２…第２基板、１０３、２９０４…第１電極、１０４、２９０３…第２電極、１０５、２９０５…第２電極引出線、１０６、２９０６…第３電極、１０７…液晶、１０８…誘電体、１０９…偏光板、１１０…２次元画像表示装置、１１１、１１２、１１３、２９１１、２９１２…アドレス電圧供給部、１１４、１１５、２９１４、２９１５、２９１６…コラム電圧供給部、５０１…ダイレクタ、５０２…光線、１２０１、１２０２…３Ｄ ｗｉｎｄｏｗ、１５０１…導電性シール材、１６０１…コンタクトホール。

Claims (15)

1. 光を透過する第１基板と、
   光を透過する第２基板と、
   前記第１基板と前記第２基板との間に充填される液晶層と、
   前記第１基板上の前記液晶層側に形成され、第１方向に沿って延伸した複数の第１電極と、
   前記第１基板上に形成され、前記第１方向に沿って延伸する複数の第２電極と、
   前記第２基板上の前記液晶層側に形成された第３電極と、を具備し、
   前記第１方向と異なる第２方向に沿って配列する複数の前記第２電極を電気的に接続するための第２電極引出線が形成され、
   前記第１電極と前記第２電極とを電気的に絶縁する誘電体層が形成され、
   前記第３電極が前記第２方向に沿って延伸して形成され、
   前記第１電極と前記第２電極のセットが前記第２方向に沿って繰り返し配置されることを特徴とする、光を屈折させる作用を有する屈折率分布型液晶光学素子。
2. 前記第１電極と前記第２電極とが前記第２方向に沿って交互に繰り返し配置されることを特徴とする請求項１に記載の屈折率分布型液晶光学素子。
3. 前記第１電極が複数本電気的に接続されグループを形成したことを特徴とする請求項１に記載の屈折率分布型液晶光学素子。
4. 前記第２電極引出線が前記第１基板と前記誘電体層との間に形成されることを特徴とする請求項１に記載の屈折率分布型液晶光学素子。
5. 前記第１電極及び前記第２電極が前記誘電体層と前記液晶との間に形成されることを特徴とする請求項４に記載の屈折率分布型液晶光学素子。
6. 前記第１電極が前記第１方向に沿って延伸する部分と、屈曲を有する部分とからなることを特徴とする請求項１に記載の屈折率分布型液晶光学素子。
7. 前記第２電極間に形成された前記第２電極引出線の一部分と、前記第２電極とにより、前記第２方向に沿って配列する複数の前記第２電極が電気的に接続されることを特徴とする請求項１に記載の屈折率分布型液晶光学素子。
8. 前記第２電極引出線が前記第２方向に対して傾斜した部分を有することを特徴とする請求項１に記載の屈折率分布型液晶光学素子。
9. 前記第２電極引出線と、該第２電極引出線に接続された複数の前記第２電極に対向して配置された前記第３電極とが電気的に接続されることを特徴とする請求項１に記載の屈折率分布型液晶光学素子。
10. 前記第２電極引出線と、該第２電極引出線に対向する前記第３電極に同一の第１電圧を供給する第１電圧供給部と、
    前記第１電極のグループに接続して第２電圧を供給する第２電圧供給部と、を更に具備することを特徴とする請求項３に記載の屈折率分布型液晶光学素子。
11. 前記第３電極が前記第２電極引出線と対向して配置されることを特徴とする請求項１に記載の屈折率分布型液晶光学素子。
12. 前記液晶層は、電圧を印加しない場合に前記第１方向と直交する方向に液晶分子の長軸方向が配向することを特徴とする請求項１に記載の屈折率分布型液晶光学素子。
13. 光を透過する第１基板と、
    光を透過する第２基板と、
    前記第１基板と前記第２基板との間に充填される液晶層と、
    前記第１基板上の前記液晶層側に形成され、第１方向に沿って延伸した複数の第１電極と、
    前記第１基板上に形成され、前記第１方向に沿って延伸する複数の第２電極と、
    前記第２基板上の前記液晶層側に形成された第３電極と、を具備し、
    前記第１方向と異なる第２方向に沿って配列する複数の前記第２電極を電気的に接続するための第２電極引出線が形成され、
    前記第１電極と前記第２電極とを電気的に絶縁する誘電体層が形成され、
    前記第３電極が前記第１方向に沿って延伸して形成され、
    前記第１電極と前記第２電極のセットが前記第２方向に沿って繰り返し配置されることを特徴とする、光を屈折させる作用を有する屈折率分布型液晶光学素子。
14. 光を透過する第１基板と、
    光を透過する第２基板と、
    前記第１基板と前記第２基板との間に充填される液晶層と、
    前記第１基板上の液晶層側に形成された複数の第１電極と、
    前記第１基板上の液晶層側に形成された複数の第２電極と、
    前記第２基板上の液晶層側に形成された複数の第３電極と、を具備し、
    前記第１電極に接続され第１方向に沿って延伸する第１電極引出線が形成され、
    前記第２電極は前記第１電極の周囲に形成され、
    前記第２電極に接続され前記第１方向と異なる第２方向に沿って延伸する第２電極引き出し線が形成され、
    前記第１電極と前記第２電極とを電気的に絶縁する誘電体層が形成され、
    前記第３電極が前記第２方向に沿って延伸して形成され、
    前記第１電極と前記第２電極のセットが前記第２方向に沿って繰り返し配置されることを特徴とする、光を屈折させる作用を有する屈折率分布型液晶光学素子。
15. 請求項１から１４のいずれかに記載の屈折率分布型液晶光学素子と、画像表示部とを具備することを特徴とする画像表示装置。

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