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JP2013218070A - Liquid crystal lens and stereoscopic display device - Google Patents

Liquid crystal lens and stereoscopic display device Download PDF

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JP2013218070A
JP2013218070A JP2012087579A JP2012087579A JP2013218070A JP 2013218070 A JP2013218070 A JP 2013218070A JP 2012087579 A JP2012087579 A JP 2012087579A JP 2012087579 A JP2012087579 A JP 2012087579A JP 2013218070 A JP2013218070 A JP 2013218070A
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JP
Japan
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liquid crystal
substrate
electrode
pattern electrode
crystal lens
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Application number
JP2012087579A
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Japanese (ja)
Inventor
Naru Usukura
奈留 臼倉
Hiromi Kato
浩巳 加藤
Yuichi Kanbayashi
裕一 神林
Smith Nathan
スミス ネイサン
Zawadzki Alexander
ザヴァツキ アレキサンダー
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Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
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Priority to PCT/JP2013/060508 priority patent/WO2013151164A1/en
Priority to US14/389,939 priority patent/US20150070607A1/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a liquid crystal lens capable of obtaining an effective refractive index distribution even when the distance between pattern electrodes is long as compared with the thickness of a liquid crystal layer.SOLUTION: A liquid crystal lens 11 includes: an insulating first substrate 111; a first pattern electrode 113 which is formed on the first substrate 111 and in which conducting regions and non-conducting regions are formed repeatedly in a stripe manner in a first direction; an insulating second substrate 116 arranged so as to face the first substrate 111; a second pattern electrode 117 which is formed on the second substrate 116 and in which conducting regions and non-conducting regions are formed repeatedly in a stripe manner in the first direction; a liquid crystal layer 115 held between the first substrate 111 and the second substrate 116; and a control part 119 for controlling the electric potentials of the first pattern electrode 113 and the second pattern electrode 117 to perform mode switching among two or more modes.

Description

本発明は、液晶レンズおよび立体表示装置に関する。   The present invention relates to a liquid crystal lens and a stereoscopic display device.

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。   A multi-view stereoscopic display device regularly displays images taken from multiple directions. Therefore, the resolution decreases as the number of viewpoints increases. Accordingly, it is preferable that the two-dimensional display mode and the three-dimensional display mode are switchable, and that the resolution can be maintained in the two-dimensional display mode.

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。   As such a stereoscopic display device, a stereoscopic display device using a liquid crystal lens is known. The liquid crystal lens controls the orientation of the liquid crystal by a potential difference between the pattern electrode and the common electrode, and forms a refractive index distribution.

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。   Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2010-282090 (Patent Document 1) discloses a stereoscopic display device using a variable lens array element. This stereoscopic display device includes a display panel and a variable lens array element. The variable lens array element includes a first electrode and a second electrode facing the first electrode. The second electrode is formed smaller than the width of the sub-pixel of the display panel, and is provided at least for each horizontal array position of the sub-pixel. The variable lens array element changes the position and shape of the cylindrical lens in the horizontal direction at least in units of sub-pixels by independently controlling the voltage applied to each of the plurality of second electrodes.

特開2010−282090号公報JP 2010-282090 A

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(液晶層の厚さと概略一致する)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。   However, in the liquid crystal lens, when the distance between the pattern electrodes is longer than the distance between the pattern electrode and the common electrode (which roughly matches the thickness of the liquid crystal layer), no electric field is applied to the central portion between the pattern electrodes. There's a problem. In this case, a potential gradient is not formed at the central portion. Therefore, an effective refractive index distribution cannot be obtained, and the function as a lens cannot be obtained.

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。   The variable lens array element disclosed in Patent Document 1 forms pattern electrodes in units of subpixels, and independently controls the voltage applied to each. As a result, the horizontal position and shape of the cylindrical lens are changed in units of subpixels. However, in order to form pattern electrodes in units of subpixels and independently control the voltage applied to each, a complicated manufacturing process is required. In addition, a signal generation circuit for generating various types of voltages is required.

本発明の目的は、液晶層の厚さ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提供することである。   An object of the present invention is to provide a liquid crystal lens capable of obtaining an effective refractive index distribution even when the distance between pattern electrodes is longer than the thickness of the liquid crystal layer.

ここに開示する液晶レンズは、絶縁性の第1基板と、前記第1基板に、第1方向に沿って導電部と非導電部とが縞状に繰り返されて形成された第1パターン電極と、前記第1基板に対向して配置された絶縁性の第2基板と、前記第2基板に、前記第1方向に沿って導電部と非導電部とが縞状に繰り返されて形成された第2パターン電極と、前記第1基板および前記第2基板に挟持された液晶層と、前記第1パターン電極および前記第2パターン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備える。   The liquid crystal lens disclosed herein includes an insulating first substrate, a first pattern electrode formed on the first substrate by repeating a conductive portion and a non-conductive portion in a stripe shape along a first direction, And an insulating second substrate disposed opposite to the first substrate, and a conductive portion and a non-conductive portion formed in the second substrate in a striped manner along the first direction. A second pattern electrode; a liquid crystal layer sandwiched between the first substrate and the second substrate; and a controller that controls the potentials of the first pattern electrode and the second pattern electrode to switch between two or more modes. Is provided.

本発明にかかる液晶レンズによれば、液晶層の厚さ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。   According to the liquid crystal lens of the present invention, an effective refractive index distribution can be obtained even when the distance between the pattern electrodes is longer than the thickness of the liquid crystal layer.

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。FIG. 1 is an exploded perspective view showing a schematic configuration of a stereoscopic display device according to an embodiment of the present invention. 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。FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II in FIG. 1 and schematically shows the configuration of the liquid crystal lens according to the first embodiment of the present invention. 図3は、第1の実施形態にかかる液晶レンズの構成から第1基板および第2基板の一部を抜き出して示した斜視図である。FIG. 3 is a perspective view illustrating a part of the first substrate and the second substrate extracted from the configuration of the liquid crystal lens according to the first embodiment. 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。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view in one mode of the liquid crystal lens according to the first embodiment. 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。FIG. 5 is a schematic cross-sectional view in another mode of the liquid crystal lens according to the first embodiment. 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。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of a liquid crystal lens according to a virtual comparative example. 図7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。FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing a schematic configuration of a liquid crystal lens according to the second embodiment of the present invention. 図8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。FIG. 8 is a schematic cross-sectional view for explaining the effect of the liquid crystal lens according to the second embodiment. 図9は、本発明の第3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。FIG. 9 is a schematic cross-sectional view showing a schematic configuration of a liquid crystal lens according to the third embodiment of the present invention. 図10は、第3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。FIG. 10 is a schematic cross-sectional view for explaining the operation of the liquid crystal lens according to the third embodiment. 図11は、本発明の第4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。FIG. 11: is typical sectional drawing which shows schematic structure of the liquid crystal lens concerning the 4th Embodiment of this invention. 図12は、第4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。FIG. 12 is a schematic cross-sectional view for explaining the operation of the liquid crystal lens according to the fourth embodiment. 図13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、各構成要素の配置および電位を示す図および表である。FIG. 13 is a diagram and a table showing the arrangement and potential of each component in the simulation performed to explain the effects of the embodiment. 図14は、図13の配置および電位における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。FIG. 14 is a graph showing a simulation result and a theoretical curve in the arrangement and potential of FIG. 図15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、各構成要素の配置および電位を示す図および表である。FIG. 15 is a diagram and a table showing the arrangement of components and potentials in a simulation carried out to explain the effects of the embodiment. 図16は、図15の配置および電位における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。FIG. 16 is a graph showing a simulation result and a theoretical curve in the arrangement and potential of FIG. 図16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、各構成要素の配置および電位を示す図および表である。FIG. 16 is a diagram and a table showing the arrangement of components and potentials in a simulation carried out to explain the effects of the embodiment. 図18は、図17の配置および電位における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。FIG. 18 is a graph showing a simulation result and a theoretical curve in the arrangement and potential of FIG. 図19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、各構成要素の配置および電位を示す図および表である。FIG. 19 is a diagram and a table showing the arrangement and potential of each component in a simulation performed to explain the effect of the embodiment. 図20は、図19の配置および電位における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。FIG. 20 is a graph showing a simulation result and a theoretical curve in the arrangement and potential of FIG. 図21は、横軸に電位の数を、縦軸に理論曲線との差の2乗平均を示して、その関係を表したグラフである。FIG. 21 is a graph showing the relationship between the number of potentials on the horizontal axis and the mean square of the difference from the theoretical curve on the vertical axis.

本発明の一実施形態にかかる液晶レンズは、絶縁性の第1基板と、前記第1基板に、第1方向に沿って導電部と非導電部とが縞状に繰り返されて形成された第1パターン電極と、前記第1基板に対向して配置された絶縁性の第2基板と、前記第2基板に、前記第1方向に沿って導電部と非導電部とが縞状に繰り返されて形成された第2パターン電極と、前記第1基板および前記第2基板に挟持された液晶層と、前記第1パターン電極および前記第2パターン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備える(第1の構成)。   A liquid crystal lens according to an embodiment of the present invention includes a first insulating substrate and a first substrate formed by repeating a conductive portion and a non-conductive portion in a stripe shape along a first direction. A conductive portion and a non-conductive portion are repeated in a striped pattern along the first direction on the second substrate, an insulating second substrate disposed opposite to the first substrate, and the first substrate. Two or more modes by controlling the potential of the second pattern electrode, the liquid crystal layer sandwiched between the first substrate and the second substrate, and the first pattern electrode and the second pattern electrode. A switching control unit (first configuration).

上記の構成によれば、第1基板と第2基板との両方に、導電部と非導電部とが縞状に繰り返されて形成された第1パターン電極および第2パターン電極が形成される。これによって、第1基板および第2基板のいずれか一方にパターン電極を形成し、他方に一様な共通電極を形成した場合と比較して、面内方向へ電界をかけ易くすることができる。液晶層の液晶分子は、電界にしたがって配向し、屈折率分布を形成する。面内方向へ電界がかかることによって、連続的な屈折率分布が得られる。これによって良好なレンズ特性が得られる。   According to said structure, the 1st pattern electrode and 2nd pattern electrode in which the electroconductive part and the nonelectroconductive part were repeated in stripe form were formed in both the 1st board | substrate and the 2nd board | substrate. This makes it easier to apply an electric field in the in-plane direction as compared with the case where a pattern electrode is formed on one of the first substrate and the second substrate and a uniform common electrode is formed on the other. The liquid crystal molecules in the liquid crystal layer are aligned according to the electric field to form a refractive index distribution. By applying an electric field in the in-plane direction, a continuous refractive index distribution is obtained. Thereby, good lens characteristics can be obtained.

上記第1の構成において、前記第1パターン電極の非導電部と前記第2パターン電極の非導電部とが対向していないことが好ましい(第2の構成)。   In the first configuration, it is preferable that the non-conductive portion of the first pattern electrode and the non-conductive portion of the second pattern electrode do not face each other (second configuration).

上記の構成によれば、第1パターン電極および第2パターン電極が形成された概略全ての領域において、第1パターン電極および第2パターン電極の少なくとも一方に導電部が形成されている。これによって、第1パターン電極の非導電部、および第2パターン電極の非導電部においても、電位勾配が形成され易くなる。これによって、さらに効果的に、面内方向へ電界をかけることができる。   According to said structure, in the substantially all area | region in which the 1st pattern electrode and the 2nd pattern electrode were formed, the electroconductive part is formed in at least one of the 1st pattern electrode and the 2nd pattern electrode. Thereby, a potential gradient is easily formed also in the non-conductive portion of the first pattern electrode and the non-conductive portion of the second pattern electrode. As a result, an electric field can be applied more effectively in the in-plane direction.

上記第1または第2の構成において、前記第1パターン電極の導電部の幅は、前記モードの一つにおいて前記第1パターン電極と前記第2パターン電極との間の電位差が小さい部分に比べて、前記第1パターン電極と前記第2パターン電極との間の電位差が大きい部分において狭く形成されていることが好ましい(第3の構成)。   In the first or second configuration, the width of the conductive portion of the first pattern electrode is larger than that of a portion where the potential difference between the first pattern electrode and the second pattern electrode is small in one of the modes. It is preferable that the first pattern electrode and the second pattern electrode are narrowly formed in a portion where the potential difference is large (third configuration).

理想的な屈折率分布型レンズ(Gradient Index Lens、GRINレンズ)では、屈折率分布は二次曲線となる。そのため、レンズ端部における屈折率の変化は、レンズ中心における屈折率の変化よりも急峻である。したがって、理想的なGRINレンズに近いレンズ特性を得るためには、レンズ端部における電位勾配を、レンズ中心における電位勾配よりも急峻にすることが好ましい。第1パターン電極の導電部の幅を、第1パターン電極と第2パターン電極との間の電位差が小さい部分に比べて、第1パターン電極と第2パターン電極との間の電位差が大きい部分において狭く形成することによって、レンズ端部での電位勾配を急峻にすることができる。   In an ideal gradient index lens (Gradient Index Lens, GRIN lens), the refractive index distribution is a quadratic curve. Therefore, the change in refractive index at the lens edge is steeper than the change in refractive index at the center of the lens. Therefore, in order to obtain lens characteristics close to an ideal GRIN lens, it is preferable to make the potential gradient at the lens end portion steeper than the potential gradient at the lens center. The width of the conductive portion of the first pattern electrode is set at a portion where the potential difference between the first pattern electrode and the second pattern electrode is large compared to a portion where the potential difference between the first pattern electrode and the second pattern electrode is small. By forming it narrow, the potential gradient at the end of the lens can be made steep.

上記第1〜第3のいずれかの構成において、前記制御部は、前記第1パターン電極の電位と前記第2パターン電極の電位とを、合計で4水準以上に制御することが好ましい(第4の構成)。   In any one of the first to third configurations, it is preferable that the control unit controls the potential of the first pattern electrode and the potential of the second pattern electrode to a total of four levels or more (fourth) Configuration).

上記第1〜第4のいずれかの構成において、前記液晶層の液晶分子は、前記第1基板と前記第2基板との間に電位差が生じていない場合、前記第1基板と概略平行に配向しても良い(第5の構成)。   In any one of the first to fourth configurations, the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer are aligned substantially parallel to the first substrate when no potential difference is generated between the first substrate and the second substrate. It may be possible (fifth configuration).

上記第1〜第4のいずれかの構成において、前記液晶層の液晶分子は、前記第1基板と前記第2基板との間に電位差が生じていない場合、前記第1基板と概略垂直に配向しても良い(第6の構成)。   In any one of the first to fourth configurations, the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer are aligned substantially perpendicular to the first substrate when no potential difference is generated between the first substrate and the second substrate. It may also be possible (sixth configuration).

上記第5の構成において、前記液晶分子は、前記第1基板と前記第2基板との間に電位差が生じていない場合、前記第1基板側における配向方向と、前記第2基板側における配向方向とが概略直交しても良い(第7の構成)。   In the fifth configuration, the liquid crystal molecules have an alignment direction on the first substrate side and an alignment direction on the second substrate side when no potential difference is generated between the first substrate and the second substrate. And may be substantially orthogonal (seventh configuration).

上記第7の構成において、前記液晶分子の前記第1基板側における配向方向と、前記第2方向とのなす角が約45°であっても良い(第8の構成)。   In the seventh configuration, an angle formed between the alignment direction of the liquid crystal molecules on the first substrate side and the second direction may be about 45 ° (eighth configuration).

上記第7または第8の構成において、前記第1基板側に配置され、前記液晶分子の前記第1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9の構成)。   The seventh or eighth configuration preferably further includes a polarizing plate disposed on the first substrate side and having a polarization axis substantially parallel to an alignment direction of the liquid crystal molecules on the first substrate side (ninth). Configuration).

上記第7または第8の構成において、前記第2基板側に配置され、前記液晶分子の前記第2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10の構成)。   The seventh or eighth configuration preferably further includes a polarizing plate disposed on the second substrate side and having a polarization axis substantially parallel to an alignment direction of the liquid crystal molecules on the second substrate side (tenth embodiment). Configuration).

上記第9または第10の構成によれば、第1基板と第2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、第1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、第1基板と第2基板との電位差によって液晶分子が第1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。   According to the ninth or tenth configuration, when there is no potential difference between the first substrate and the second substrate, the alignment direction of the liquid crystal molecules is about 90 ° in a plane substantially parallel to the first substrate. Rotate. The polarization axis of the light incident on the liquid crystal layer rotates according to this and passes through the polarizing plate. On the other hand, when the liquid crystal molecules are aligned approximately perpendicular to the first substrate due to the potential difference between the first substrate and the second substrate, the polarization axis of the light incident on the liquid crystal layer does not rotate. Therefore, this light cannot pass through the polarizing plate. Accordingly, a virtual parallax barrier that blocks light at regular intervals can be formed. Crosstalk can be reduced by the parallax barrier.

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、上記第1〜第10のいずれかの構成の液晶レンズとを備える(立体表示装置の第1の構成)。   A stereoscopic display device according to an embodiment of the present invention includes a display device capable of displaying an image and the liquid crystal lens having any one of the first to tenth configurations (first configuration of the stereoscopic display device).

上記立体表示装置の第1の構成において、前記液晶レンズは、前記第1基板が前記表示装置側に配置されても良い(立体表示装置の第2の構成)。   In the first configuration of the stereoscopic display device, the liquid crystal lens may have the first substrate disposed on the display device side (second configuration of the stereoscopic display device).

上記立体表示装置の第1の構成において、前記液晶レンズは、前記第2基板が前記表示装置側に配置されても良い(立体表示装置の第3の構成)。   In the first configuration of the stereoscopic display device, the second substrate of the liquid crystal lens may be disposed on the display device side (third configuration of the stereoscopic display device).

[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。
[Embodiment]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals and description thereof will not be repeated. In addition, in order to make the explanation easy to understand, in the drawings referred to below, the configuration is shown in a simplified or schematic manner, or some components are omitted. Further, the dimensional ratio between the constituent members shown in each drawing does not necessarily indicate an actual dimensional ratio.

[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。
[Overall configuration]
FIG. 1 is an exploded perspective view showing a schematic configuration of a stereoscopic display device 1 according to an embodiment of the present invention. The stereoscopic display device 1 includes a liquid crystal lens 11, a phase difference plate 12, a spacer 13, a liquid crystal display 14, and a backlight 15.

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。   Both the liquid crystal lens 11 and the liquid crystal display 14 have a substantially rectangular plate shape in plan view, and the sizes of the main surfaces (surfaces having the largest area) are substantially equal to each other.

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。   The liquid crystal display 14 has a display area D1 for displaying an image and a non-display area P1 in which wiring and the like are arranged. In FIG. 1, the non-display area P1 is formed in a frame shape surrounding the display area D1, but the arrangement of the non-display area P1 is not limited to this. The liquid crystal lens 11 has a display area D that roughly corresponds to the display area D1, and a non-display area P that roughly corresponds to the non-display area P1.

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。   The liquid crystal lens 11 includes a pair of substrates and a liquid crystal layer sandwiched between the substrates, although a detailed configuration will be described later. The liquid crystal lens 11 changes the behavior of light passing through the liquid crystal layer by changing the orientation of the liquid crystal molecules in the liquid crystal layer.

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。   A phase difference plate 12 is disposed on the back surface of the liquid crystal lens 11. The phase difference plate 12 adjusts the polarization direction of light emitted from the liquid crystal display 14. The phase difference plate 12 may not be provided depending on the polarization direction of the light emitted from the liquid crystal display 14.

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。   A liquid crystal display 14 is disposed on the back surface of the phase difference plate 12 via a spacer 13. The liquid crystal display 14 includes an active matrix substrate, a color filter substrate disposed to face the active matrix substrate, and a liquid crystal layer sandwiched between the substrates. On the active matrix substrate, TFTs (Thin Film Transistors) and pixel electrodes are formed in a matrix. The liquid crystal display 14 changes the orientation of the liquid crystal molecules in the liquid crystal layer on an arbitrary pixel electrode by controlling the TFT. Thereby, the liquid crystal display 14 can display an arbitrary image.

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。   A backlight 15 is disposed on the back surface of the liquid crystal display 14. The backlight 15 irradiates the liquid crystal display 14 with light.

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。   The stereoscopic display device 1 switches between the two-dimensional display mode and the three-dimensional display mode by controlling the liquid crystal lens 11 and the liquid crystal display 14 in conjunction with each other.

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。   In the two-dimensional display mode, the liquid crystal display 14 displays a normal two-dimensional image. At this time, the liquid crystal molecules in the liquid crystal layer of the liquid crystal lens 11 are uniformly aligned, and light passing through the liquid crystal lens 11 travels almost as it is. As a result, a normal two-dimensional image is displayed on the stereoscopic display device 1.

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。   In the three-dimensional display mode, the liquid crystal display 14 regularly displays images taken from multiple directions. Correspondingly, the liquid crystal lens 11 regularly changes the orientation of the liquid crystal molecules in the liquid crystal layer. Accordingly, when the stereoscopic display device 1 is observed at an optimum position, different images reach the left and right eyes. That is, the stereoscopic display device 1 performs stereoscopic display by a so-called parallax method in the three-dimensional display mode.

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。   The schematic configuration of the stereoscopic display device 1 has been described above. Note that the stereoscopic display device 1 may include an arbitrary display device other than the liquid crystal display 14.

[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。
[First Embodiment]
Hereinafter, the configuration of the liquid crystal lens 11 will be described in detail. Hereinafter, as shown in FIG. 1, the long side direction of the liquid crystal lens 11 is referred to as the x direction, the short side direction is referred to as the y direction, and the thickness direction is referred to as the z direction.

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、第1基板S1と、第2基板C1と、液晶層115と、制御部119とを備えている。   FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II in FIG. 1 and schematically shows the configuration of the liquid crystal lens 11. The liquid crystal lens 11 includes a first substrate S1, a second substrate C1, a liquid crystal layer 115, and a control unit 119.

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nと、光学軸に垂直に振動する光に対する屈折率nとが異なっている。液晶分子115aは、Δn=n−nの値の大きいものが好ましい。 In the present embodiment, the liquid crystal molecules 115a constituting the liquid crystal layer 115 are those having positive dielectric anisotropy. The liquid crystal molecules 115a have birefringence. That is, the refractive index n e for the light vibrating in parallel with the optical axis, the refractive index n o for light oscillating perpendicularly to the optical axis are different. The liquid crystal molecules 115a are larger values of Δn = n e -n o is preferred.

液晶分子115aとして、強誘電性液晶を用いても良い。強誘電性液晶は、メモリ性を有するため、一度電界をかけて配向させておけば、その配向を維持するために電界をかけ続ける必要がない。そのため、消費電力を削減できる。   Ferroelectric liquid crystal may be used as the liquid crystal molecules 115a. Since the ferroelectric liquid crystal has a memory property, once it is aligned by applying an electric field, it is not necessary to continue applying an electric field in order to maintain the alignment. Therefore, power consumption can be reduced.

制御部119は、第1基板S1および第2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、例えば第1基板S1または第2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、第1基板S1および第2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。   The controller 119 controls the first substrate S1 and the second substrate C1, applies an electric field to the liquid crystal layer 115, and changes the alignment of the liquid crystal molecules 115a. For example, the control unit 119 is arranged in the non-display area P of the first substrate S1 or the second substrate C1. The controller 119 can be monolithically formed on these substrates by a semiconductor process. The control unit 119 can also be mounted on these substrates by COG (Chip On Glass) technology. The control unit 119 may be disposed other than the first substrate S1 and the second substrate C1. In this case, the control unit 119 is connected to these substrates via, for example, an FPC (Flexible Printed Circuit).

図3は、液晶レンズ11の構成から第1基板S1および第2基板C1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、第1基板S1は、基板111と、第1パターン電極113と、配向膜114とを備えている。第2基板C1は、基板116と、第2パターン電極117と、配向膜118とを備えている。   FIG. 3 is a perspective view showing a part of the first substrate S 1 and the second substrate C 1 extracted from the configuration of the liquid crystal lens 11. As shown in FIGS. 2 and 3, the first substrate S <b> 1 includes a substrate 111, a first pattern electrode 113, and an alignment film 114. The second substrate C1 includes a substrate 116, a second pattern electrode 117, and an alignment film 118.

基板111および基板116は、透光性および絶縁性を有している。基板111および基板116は、例えばガラス基板である。基板111および基板116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。   The substrate 111 and the substrate 116 are light-transmitting and insulating. The substrate 111 and the substrate 116 are glass substrates, for example. The surfaces of the substrate 111 and the substrate 116 may be coated with a passivation film or the like.

第1パターン電極113は、基板111に、x方向に沿って導電部と非導電部とが縞状に繰り返されて形成されている。より具体的には、第1パターン電極113は、x方向に沿って所定の間隔で形成された電極113Aと、電極113Bとを含んでいる。   The first pattern electrode 113 is formed on the substrate 111 by repeating a conductive portion and a non-conductive portion in a stripe shape along the x direction. More specifically, the first pattern electrode 113 includes an electrode 113A and an electrode 113B that are formed at predetermined intervals along the x direction.

第2パターン電極117は、基板116に、x方向に沿って導電部と非導電部とが縞状に繰り返されて形成されている。より具体的には、第1パターン電極117は、x方向に沿って所定の間隔で形成された電極117Aと、電極117Bとを含んでいる。   The second pattern electrode 117 is formed on the substrate 116 by repeating a conductive portion and a non-conductive portion in a stripe shape along the x direction. More specifically, the first pattern electrode 117 includes electrodes 117A and electrodes 117B formed at a predetermined interval along the x direction.

電極113A、113B、117A、および117Bのそれぞれは、図3に示すように、y方向に延びて細長に形成されている。電極113A、113B、117A、および117Bは、透光性の導電材料で形成されている。電極113A、113B、117A、および117Bは例えば、ITO(Indium Tin Oxide)またはIZO(Indium Zinc Oxide)である。電極113A、113B、117A、および117B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。   Each of the electrodes 113A, 113B, 117A, and 117B extends in the y direction and is formed in an elongated shape as shown in FIG. The electrodes 113A, 113B, 117A, and 117B are formed of a light-transmitting conductive material. The electrodes 113A, 113B, 117A, and 117B are, for example, ITO (Indium Tin Oxide) or IZO (Indium Zinc Oxide). The electrodes 113A, 113B, 117A, and 117B are formed by, for example, CVD or sputtering, and are patterned by photolithography.

電極113A、113B、117A、および117B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、電極113A、113B、117A、および117B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、電極113Aを電位V1に、電極113Bを電位V2に、電極117Aを電位V3に、電極117Bを電位V4に、それぞれ制御している。   The electrodes 113A, 113B, 117A, and 117B are connected to the control unit 119 via wiring not shown. The controller 119 independently controls the potentials of the electrodes 113A, 113B, 117A, and 117B. In FIG. 3, as an example of the applied voltage, the electrode 113A is controlled to the potential V1, the electrode 113B is controlled to the potential V2, the electrode 117A is controlled to the potential V3, and the electrode 117B is controlled to the potential V4.

配向膜114は、基板111ならびに電極113Aおよび113Bを覆って形成されている。配向膜118は、基板116ならびに電極117Aおよび117Bを覆って形成されている。配向膜114および118は、例えばポリイミドであり、印刷法によって形成される。   The alignment film 114 is formed to cover the substrate 111 and the electrodes 113A and 113B. The alignment film 118 is formed so as to cover the substrate 116 and the electrodes 117A and 117B. The alignment films 114 and 118 are made of polyimide, for example, and are formed by a printing method.

本実施形態では、配向膜114および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、第1基板S1と第2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。   In the present embodiment, the alignment films 114 and 118 are rubbed in substantially parallel to the x direction. Thus, when no potential difference is generated between the first substrate S1 and the second substrate C1, the liquid crystal molecules 115a are aligned in the x direction.

液晶レンズ11は、第1基板S1と第2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。   The liquid crystal lens 11 is manufactured by superimposing the first substrate S1 and the second substrate C1, sealing the peripheral edge, and injecting liquid crystal into the gap.

本実施形態では、電極113Aと電極117Aとは、x方向の中心位置を揃えて配置されている。一方、電極113Bと電極117Bとは、x方向の中心位置をずらして配置されている。   In the present embodiment, the electrode 113A and the electrode 117A are arranged with their center positions in the x direction aligned. On the other hand, the electrode 113B and the electrode 117B are arranged with their center positions in the x direction shifted.

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。   Next, the operation of the liquid crystal lens 11 will be described with reference to FIGS.

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、電極113Aの電位が電位V1に、電極113Bの電位がV2に、電極117Aの電位がV3に、電極117Bの電位がV4に、それぞれ制御されている。   FIG. 4 is a schematic cross-sectional view in one mode of the liquid crystal lens 11. In FIG. 4, the control unit 119 controls the potential of the electrode 113A to the potential V1, the potential of the electrode 113B to V2, the potential of the electrode 117A to V3, and the potential of the electrode 117B to V4.

本実施形態では、V1>V2>V4>V3となるように、電極113A、113B、117A、および117Bの電位を制御する。   In the present embodiment, the potentials of the electrodes 113A, 113B, 117A, and 117B are controlled so that V1> V2> V4> V3.

液晶分子115aは、第1基板S1と第2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。電極113Aと電極117Aとの間には、電位差(V1−V3)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。   The liquid crystal molecules 115a are aligned so that the electric field generated by the potential difference between the first substrate S1 and the second substrate C1 is parallel to the molecular long axis. A potential difference (V1-V3) is generated between the electrode 113A and the electrode 117A. Thereby, the molecular long axis of the liquid crystal molecules 115a in the vicinity of the first electrode 113A is aligned in parallel with the z direction.

本実施形態では、隣接する電極113Aの中間の位置において第1基板S1と第2基板C1との間の電位差が最も小さくなるように、電極113A、113B、117Aおよび117Bの位置および幅、ならびに電位V1〜V4が調整されている。   In the present embodiment, the positions and widths of the electrodes 113A, 113B, 117A, and 117B, and the potential so that the potential difference between the first substrate S1 and the second substrate C1 is minimized at an intermediate position between the adjacent electrodes 113A. V1 to V4 are adjusted.

これによって、液晶分子115aの配向方向は、x方向に沿って、z方向からx方向に連続的に変化している。   Thereby, the alignment direction of the liquid crystal molecules 115a continuously changes from the z direction to the x direction along the x direction.

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、GRINレンズとして機能している。   The refractive index of the liquid crystal layer 115 changes according to the change in the alignment direction of the liquid crystal molecules 115a. Therefore, the liquid crystal layer 115 has a refractive index distribution in the x direction. The liquid crystal layer 115 can collect the light incident on the liquid crystal layer 115 by this refractive index distribution, as shown by a broken arrow in FIG. That is, the liquid crystal lens 11 functions as a GRIN lens in this mode.

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、電極113A、113B、117A、および117Bの電位がV0に制御されている。そのため、第1基板S1と第2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。   FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of the liquid crystal lens 11 in another mode. In FIG. 5, the potential of the electrodes 113A, 113B, 117A, and 117B is controlled to V0 by the control unit 119. For this reason, no potential difference is generated between the first substrate S1 and the second substrate C1. The liquid crystal molecules 115a are aligned by the alignment films 114 and 118 so that the molecular long axis is parallel to the x direction.

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。   Since the liquid crystal molecules 115a are uniformly aligned, the refractive index of the liquid crystal layer 115 is also uniform. As indicated by broken arrows in FIG. 5, the light incident on the liquid crystal layer 115 passes almost as it is. That is, the liquid crystal lens 11 does not function as a GRIN lens in this operation mode.

このように、液晶レンズ11は、制御部119によって電極113A、113B、117A、および117B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。   Thus, the liquid crystal lens 11 can switch the function as the GRIN lens by controlling the potentials of the electrodes 113A, 113B, 117A, and 117B by the control unit 119.

[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、第1基板S1に代えて第1基板S9を、第2基板C1に代えて第2基板C9を、それぞれ備えている。
[Comparative example]
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of a liquid crystal lens 91 according to a virtual comparative example for explaining the effect of the present embodiment. The liquid crystal lens 91 includes a first substrate S9 instead of the first substrate S1, and a second substrate C9 instead of the second substrate C1.

第1基板S9は、第1基板S1の第1パターン電極113に代えて、パターン電極913を備えている。パターン電極913は、第1パターン電極113の構成から、電極113Bを除いたものである。   The first substrate S9 includes a pattern electrode 913 instead of the first pattern electrode 113 of the first substrate S1. The pattern electrode 913 is obtained by removing the electrode 113B from the configuration of the first pattern electrode 113.

第2基板C9は、第2基板C1の第2パターン電極117に代えて、共通電極917を備えている。共通電極917は、基板116に、一様な膜として形成されている。   The second substrate C9 includes a common electrode 917 instead of the second pattern electrode 117 of the second substrate C1. The common electrode 917 is formed on the substrate 116 as a uniform film.

図6では、制御部119によって、電極113Aの電位が電位V1に、共通電極917の電位が接地電位(GND)に、それぞれ制御されている。電極113Aと共通電極917との間には、電位差V1が生じている。これによって、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。   In FIG. 6, the control unit 119 controls the potential of the electrode 113A to the potential V1, and the potential of the common electrode 917 to the ground potential (GND). A potential difference V1 is generated between the electrode 113A and the common electrode 917. Accordingly, the molecular long axis of the liquid crystal molecules 115a in the vicinity of the electrode 113A is aligned in parallel with the z direction.

しかし、液晶レンズ91では、隣接する電極113A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。   However, in the liquid crystal lens 91, no potential gradient is formed in an intermediate region between the adjacent electrodes 113A. In this region, the alignment direction of the liquid crystal molecules 115a hardly changes. Therefore, an effective refractive index distribution cannot be obtained, and good lens characteristics cannot be obtained.

このような問題は、電極113Aと共通電極117との間の距離dに対して、隣接する電極113A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。   Such a problem occurs when the distance a between adjacent electrodes 113A is larger than the distance d between the electrode 113A and the common electrode 117. When the ratio a / d is approximately 7 or more, the liquid crystal lens 91 does not function as a GRIN lens.

再び図4を参照して、本実施形態の効果を説明する。本実施形態では、第1基板S1だけではなく、第2基板C1にも、パターン電極を形成する。これによって、xy面内にも電界がかかり易くなる。   The effect of this embodiment will be described with reference to FIG. 4 again. In the present embodiment, pattern electrodes are formed not only on the first substrate S1 but also on the second substrate C1. As a result, an electric field is easily applied to the xy plane.

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。   The configuration and effects of the liquid crystal lens 11 according to the first embodiment have been described above. According to the present embodiment, good lens characteristics can be obtained even when the ratio a / d is large.

本実施形態では、第1パターン電極113は電極113Aと電極113Bとを含んでおり、第2パターン電極117は電極117Aと電極117Bとを含んでいる。そして、電極113A、113B、117A、および117Bは、制御部119によって、それぞれ独立に制御される。しかしながら、第1パターン電極113および第2パターン電極117が、それぞれ独立した電極を何種類含んでいるかは任意である。例えば第1パターン電極113および第2パターン電極117のいずれかまたは両方が、1種類の電極から構成されていても良い。また、第1パターン電極113および第2パターン電極117は、3種類以上の独立した電極を備えていても良い。   In the present embodiment, the first pattern electrode 113 includes an electrode 113A and an electrode 113B, and the second pattern electrode 117 includes an electrode 117A and an electrode 117B. The electrodes 113A, 113B, 117A, and 117B are independently controlled by the control unit 119. However, it is arbitrary how many kinds of independent electrodes the first pattern electrode 113 and the second pattern electrode 117 include. For example, one or both of the first pattern electrode 113 and the second pattern electrode 117 may be composed of one type of electrode. Further, the first pattern electrode 113 and the second pattern electrode 117 may include three or more types of independent electrodes.

ただし後述するように、制御部119は、第1基板S1側の電極の電位と、第2基板C1側の電極の電位とを、合計で4水準以上に制御することが好ましい。   However, as will be described later, it is preferable that the control unit 119 controls the potential of the electrode on the first substrate S1 side and the potential of the electrode on the second substrate C1 side to a total of four levels or more.

本実施形態では、電極113Aと電極117Aとは、x方向の中心位置を揃えて配置されている。一方、電極113Bと電極117Bとは、x方向の中心位置をずらして配置されている。しかし、この構成は例示である。電極113Aと電極117Aとは、x方向の中心位置をずらして配置されても良いし、電極113Bと電極117Bとは、x方向の中心位置を揃えて配置されても良い。   In the present embodiment, the electrode 113A and the electrode 117A are arranged with their center positions in the x direction aligned. On the other hand, the electrode 113B and the electrode 117B are arranged with their center positions in the x direction shifted. However, this configuration is exemplary. The electrode 113A and the electrode 117A may be arranged with the center position in the x direction shifted, and the electrode 113B and the electrode 117B may be arranged with the center position in the x direction aligned.

ただし、少なくとも一組以上の電極の中心位置をずらして配置することによって、面内方向に電界を形成するために必要な電極の数を少なくすることができる。   However, the number of electrodes required to form an electric field in the in-plane direction can be reduced by shifting the center positions of at least one set of electrodes.

本実施形態では、V1>V2>V4>V3となるように、電極113A、113B、117A、および117Bの電位を制御する。しかし、これは例示である。電位V1〜V4の値、ならびに電極113A、113B、117A、および117Bの位置および幅は、レンズ特性に応じて調整される。これに関しては、具体例と併せて後述する。   In the present embodiment, the potentials of the electrodes 113A, 113B, 117A, and 117B are controlled so that V1> V2> V4> V3. However, this is exemplary. The values of the potentials V1 to V4 and the positions and widths of the electrodes 113A, 113B, 117A, and 117B are adjusted according to the lens characteristics. This will be described later together with a specific example.

液晶レンズ11は、立体表示装置1(図1)において、第1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、第2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。   The liquid crystal lens 11 may be configured such that in the stereoscopic display device 1 (FIG. 1), the first substrate S1 is disposed on the liquid crystal display 14 side, and the second substrate C1 is disposed on the liquid crystal display 14 side. It may be configured.

液晶レンズ11の配向膜114および118は、電極113A、113B、117A、および117B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。   The alignment films 114 and 118 of the liquid crystal lens 11 are rubbed in a direction (x direction) substantially perpendicular to the extending direction (y direction) of the electrodes 113A, 113B, 117A, and 117B. However, the direction of the rubbing treatment of the alignment film is arbitrary. For example, the alignment films 114 and 118 may be rubbed in parallel with the y direction.

[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、以下に説明する液晶レンズ21、31および41のいずれかを備えていても良い。
[Second Embodiment]
The stereoscopic display device 1 may include any of liquid crystal lenses 21, 31 and 41 described below instead of the liquid crystal lens 11.

図7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、第1基板S1に代えて第1基板S2を、第2基板C1に代えて第2基板C2を、それぞれ備えている。   FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing a schematic configuration of the liquid crystal lens 21 according to the second embodiment of the present invention. The liquid crystal lens 21 includes a first substrate S2 instead of the first substrate S1, and a second substrate C2 instead of the second substrate C1.

第1基板S2は、第1基板S1の第1パターン電極113に代えて、第1パターン電極213を備えている。第2基板C2は、第2基板C1の第2パターン電極117に代えて、第2パターン電極217を備えている。   The first substrate S2 includes a first pattern electrode 213 instead of the first pattern electrode 113 of the first substrate S1. The second substrate C2 includes a second pattern electrode 217 instead of the second pattern electrode 117 of the second substrate C1.

第1パターン電極213および第2パターン電極217は、第1パターン電極113および第2パターン電極117と同様に、x方向に沿って導電部と非導電部とが縞状に繰り返されて形成されている。第1パターン電極213は電極213Aと電極213Bとを含んでおり、第2パターン電極217は電極217Aと電極217Bとを含んでいる。   Similarly to the first pattern electrode 113 and the second pattern electrode 117, the first pattern electrode 213 and the second pattern electrode 217 are formed by repeating a conductive portion and a non-conductive portion in a stripe shape along the x direction. Yes. The first pattern electrode 213 includes an electrode 213A and an electrode 213B, and the second pattern electrode 217 includes an electrode 217A and an electrode 217B.

液晶レンズ21では、電極213A、213B、217A、および217Bは、x方向の幅が互いに異なるように形成されている。   In the liquid crystal lens 21, the electrodes 213A, 213B, 217A, and 217B are formed to have different widths in the x direction.

液晶レンズ21では、図7に一点鎖線を付して示すように、第1パターン電極213の非導電部と、第2パターン電極217の非導電部とが対向していない。すなわち、液晶レンズ21の表示領域D(図1)の概略全体にわたって、第1基板S2および第2基板C2の少なくとも一方に、導電部(電極213A、213B、217A、および217Bの少なく1つ)が形成されている。   In the liquid crystal lens 21, the non-conductive portion of the first pattern electrode 213 and the non-conductive portion of the second pattern electrode 217 do not face each other, as indicated by a one-dot chain line in FIG. 7. That is, a conductive portion (at least one of the electrodes 213A, 213B, 217A, and 217B) is provided on at least one of the first substrate S2 and the second substrate C2 over the entire display area D (FIG. 1) of the liquid crystal lens 21. Is formed.

次に、図8を用いて、本実施形態の効果を説明する。図8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8では、電極213A、213B、217A、および217Bの電位を、それぞれ電位V1〜V4に制御した場合を示している。図8には、x方向に沿った液晶層115の模式的な屈折率を併せて示している。   Next, the effect of this embodiment is demonstrated using FIG. FIG. 8 is a schematic cross-sectional view for explaining the effect of the liquid crystal lens 21. FIG. 8 shows a case where the potentials of the electrodes 213A, 213B, 217A, and 217B are controlled to potentials V1 to V4, respectively. FIG. 8 also shows a schematic refractive index of the liquid crystal layer 115 along the x direction.

本実施形態においても第1の実施形態と同様に、制御部119によって、電極213A、213B、217A、および217Bの電位を制御することによって、GRINレンズとしての機能を切り替えることができる。また、第1基板S2だけではなく、第2基板C2にも、パターン電極を形成する。これによって、xy面内にも電界がかかり易くなる。したがって、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。   Also in this embodiment, the function as the GRIN lens can be switched by controlling the potentials of the electrodes 213A, 213B, 217A, and 217B by the control unit 119, as in the first embodiment. In addition, the pattern electrode is formed not only on the first substrate S2 but also on the second substrate C2. As a result, an electric field is easily applied to the xy plane. Therefore, good lens characteristics can be obtained even when the ratio a / d is large.

本実施形態では、第1パターン電極213の非導電部と、第2パターン電極217の非導電部とが対向していない。これにより、xy面内にさらに電界がかかり易くなる。そのため、有効な屈折率分布を得るために必要な電位の数をさらに少なくすることができる。   In the present embodiment, the non-conductive portion of the first pattern electrode 213 and the non-conductive portion of the second pattern electrode 217 do not face each other. As a result, an electric field is more easily applied in the xy plane. Therefore, the number of potentials necessary for obtaining an effective refractive index distribution can be further reduced.

理想的なGRINレンズでは、屈折率分布は図8に示すように二次曲線となる。そのため、レンズ端部における屈折率の変化は、レンズ中心における屈折率の変化よりも急峻である。したがって、理想的なGRINレンズに近いレンズ特性を得るためには、レンズ端部における電位勾配を、レンズ中心における電位勾配よりも急峻にすることが好ましい。   In an ideal GRIN lens, the refractive index distribution is a quadratic curve as shown in FIG. Therefore, the change in refractive index at the lens edge is steeper than the change in refractive index at the center of the lens. Therefore, in order to obtain lens characteristics close to an ideal GRIN lens, it is preferable to make the potential gradient at the lens end portion steeper than the potential gradient at the lens center.

そのため、第1パターン電極213または第2パターン電極217のx方向の幅は、第1基板S2と第2基板C2との間の電位差が相対的に小さい部分に比べて、第1基板S2と第2基板C2との間の電位差が相対的に大きい部分において、狭く形成されていることが好ましい。例えば本実施形態では、電極213Aのx方向の幅が、電極213B、217A、および217Bのx方向の幅と比較して、狭く形成されている。   Therefore, the width of the first pattern electrode 213 or the second pattern electrode 217 in the x direction is the same as that of the first substrate S2 and the second substrate compared to the portion where the potential difference between the first substrate S2 and the second substrate C2 is relatively small. It is preferable that the gap is narrowly formed in a portion where the potential difference between the two substrates C2 is relatively large. For example, in the present embodiment, the width of the electrode 213A in the x direction is narrower than the width of the electrodes 213B, 217A, and 217B in the x direction.

本実施形態においても、第1パターン電極213および第2パターン電極217が、それぞれ独立した電極を何種類含んでいるかは任意である。また、電極213Aと電極217Aとは、x方向の中心位置をずらして配置されても良いし、電極213Bと電極217Bとは、x方向の中心位置を揃えて配置されても良い。   Also in the present embodiment, it is arbitrary how many kinds of independent electrodes each of the first pattern electrode 213 and the second pattern electrode 217 include. Further, the electrode 213A and the electrode 217A may be arranged with the center position in the x direction shifted, and the electrode 213B and the electrode 217B may be arranged with the center position in the x direction aligned.

[第3の実施形態]
図9は、本発明の第3の実施形態にかかる液晶レンズ31の概略構成を示す模式的断面図である。液晶レンズ31は、第1基板S3と、第2基板C3と、液晶層315と、制御部119とを備えている。
[Third Embodiment]
FIG. 9 is a schematic cross-sectional view showing a schematic configuration of a liquid crystal lens 31 according to the third embodiment of the present invention. The liquid crystal lens 31 includes a first substrate S3, a second substrate C3, a liquid crystal layer 315, and a control unit 119.

本実施形態では、液晶層315を構成する液晶分子315aとして、誘電率異方性が負のものを用いる。   In this embodiment, as the liquid crystal molecules 315a constituting the liquid crystal layer 315, those having a negative dielectric anisotropy are used.

第1基板S3は、第1基板S2の配向膜114を、垂直配向用の配向膜314に置き換えたものである。第2基板C3は、第2基板C2の配向膜118を、垂直配向用の配向膜318に置き換えたものである。   The first substrate S3 is obtained by replacing the alignment film 114 of the first substrate S2 with an alignment film 314 for vertical alignment. The second substrate C3 is obtained by replacing the alignment film 118 of the second substrate C2 with an alignment film 318 for vertical alignment.

配向膜314および318によって、液晶分子315aは、第1基板S3と第2基板C3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315aが一様に配向しているため、液晶層315の屈折率も一様になる。したがって、この場合、液晶レンズ31は、GRINレンズとして機能していない。   By the alignment films 314 and 318, the liquid crystal molecules 315a are aligned so that the molecular major axis is parallel to the z-axis direction when no potential difference is generated between the first substrate S3 and the second substrate C3. Since the liquid crystal molecules 315a are uniformly aligned, the refractive index of the liquid crystal layer 315 is also uniform. Therefore, in this case, the liquid crystal lens 31 does not function as a GRIN lens.

図10は、液晶レンズ31の動作を説明するための模式的断面図である。図10では、制御部119によって、電極213A、213B、217A、および217Bの電位が、電位V1〜V4にそれぞれ制御されている。   FIG. 10 is a schematic cross-sectional view for explaining the operation of the liquid crystal lens 31. In FIG. 10, the potentials of the electrodes 213A, 213B, 217A, and 217B are controlled by the control unit 119 to potentials V1 to V4, respectively.

誘電率異方性が負の液晶分子315aは、第1基板S3と第2基板C3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。電極213Aと電極217Aとの間には、電位差(V1−V3)が生じている。これによって、電極213Aの近傍の液晶分子315aの分子長軸は、z方向と垂直に配向している。   The liquid crystal molecules 315a having a negative dielectric anisotropy are aligned so that the electric field generated by the potential difference between the first substrate S3 and the second substrate C3 is perpendicular to the molecular major axis. A potential difference (V1−V3) is generated between the electrode 213A and the electrode 217A. Thereby, the molecular long axis of the liquid crystal molecules 315a in the vicinity of the electrode 213A is aligned perpendicular to the z direction.

本実施形態においても、隣接する電極213Aの中間の位置において第1基板S3と第2基板C3との間の電位差が最も小さくなるように、電極213A、213B、217Aおよび217Bの位置および幅、ならびに電位V1〜V4が調整されている。これによって、液晶分子315aの配向方向は、x方向に沿って、x方向からz方向に連続的に変化している。   Also in this embodiment, the positions and widths of the electrodes 213A, 213B, 217A, and 217B, and the potential difference between the first substrate S3 and the second substrate C3 are minimized at an intermediate position between the adjacent electrodes 213A, and The potentials V1 to V4 are adjusted. As a result, the alignment direction of the liquid crystal molecules 315a continuously changes from the x direction to the z direction along the x direction.

そのため、液晶層315は、x方向に屈折率分布を有している。液晶層315は、この屈折率分布によって、図10に破線の矢印で示すように、液晶層315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31は、GRINレンズとして機能している。   Therefore, the liquid crystal layer 315 has a refractive index distribution in the x direction. The liquid crystal layer 315 can collect the light incident on the liquid crystal layer 315 by this refractive index distribution, as indicated by a broken arrow in FIG. That is, the liquid crystal lens 31 functions as a GRIN lens.

このように、液晶レンズ31も液晶レンズ11と同様に、制御部119によって電極213A、213B、217A、および217B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。   As described above, the liquid crystal lens 31 can also switch the function as the GRIN lens by controlling the potentials of the electrodes 213A, 213B, 217A, and 217B by the control unit 119, similarly to the liquid crystal lens 11.

また、液晶レンズ11と同様に、第1基板S3だけではなく、第2基板C3にもパターン電極を形成する。これによって、xy面内にも電界がかかり易くなる。したがって、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。   Further, similarly to the liquid crystal lens 11, the pattern electrode is formed not only on the first substrate S3 but also on the second substrate C3. As a result, an electric field is easily applied to the xy plane. Therefore, good lens characteristics can be obtained even when the ratio a / d is large.

本実施形態においては、垂直配向用の配向膜314および318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。   In this embodiment, alignment films 314 and 318 for vertical alignment are used. Therefore, it is not necessary to perform a rubbing process. As a result, the influence of asymmetry associated with the rubbing process can be eliminated.

[第4の実施形態]
図11は、本発明の第4の実施形態にかかる液晶レンズ41の概略構成を示す模式的断面図である。液晶レンズ41は、第1基板S4と、第2基板C4と、液晶層115と、制御部119と、偏光板46とを備えている。
[Fourth Embodiment]
FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing a schematic configuration of a liquid crystal lens 41 according to the fourth embodiment of the present invention. The liquid crystal lens 41 includes a first substrate S4, a second substrate C4, a liquid crystal layer 115, a control unit 119, and a polarizing plate 46.

第1基板S4は、第1基板S2の配向膜114を、配向膜414に置き換えたものである。配向膜114と配向膜414とは、ラビング処理の方向が異なっている。同様に、第2基板C4は、第2基板C2の配向膜118を、配向膜418に置き換えたものである。配向膜118と配向膜418とは、ラビング処理の方向が異なっている。   The first substrate S4 is obtained by replacing the alignment film 114 of the first substrate S2 with an alignment film 414. The alignment film 114 and the alignment film 414 have different rubbing directions. Similarly, the second substrate C4 is obtained by replacing the alignment film 118 of the second substrate C2 with an alignment film 418. The alignment film 118 and the alignment film 418 have different rubbing treatment directions.

配向膜414は、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418は、配向膜414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。   The alignment film 414 is rubbed in a direction that forms an angle of about 45 ° with the direction in which the electrode 113A extends (y direction). The alignment film 418 is rubbed in a direction substantially orthogonal to the rubbing process direction of the alignment film 414.

これによって、液晶層115の液晶分子115aは、第1基板S4と第2基板C4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、第1基板S4側においては配向膜414のラビング処理の方向に沿って配向し、第2基板C4側においては配向膜418のラビング処理の方向に沿って配向する。これによって、第1基板S4側と第2基板C4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。   Accordingly, the liquid crystal molecules 115a of the liquid crystal layer 115 are aligned as follows when no potential difference is generated between the first substrate S4 and the second substrate C4. That is, the liquid crystal molecules 115a are aligned along the rubbing process direction of the alignment film 414 on the first substrate S4 side, and are aligned along the rubbing process direction of the alignment film 418 on the second substrate C4 side. As a result, the alignment direction of the liquid crystal molecules 115a is rotated by 90 ° between the first substrate S4 side and the second substrate C4 side. That is, the liquid crystal layer 115 is a TN (Twisted Nematic) type liquid crystal.

液晶レンズ41はさらに、偏光板46を備える。偏光板46は、第1基板S4の、液晶層115と反対側の主面に配置されている。偏光板46の偏光軸は、配向膜414のラビング処理の方向と概略一致している。   The liquid crystal lens 41 further includes a polarizing plate 46. The polarizing plate 46 is disposed on the main surface of the first substrate S4 opposite to the liquid crystal layer 115. The polarizing axis of the polarizing plate 46 is approximately coincident with the rubbing treatment direction of the alignment film 414.

次に、液晶レンズ41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418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。   Next, the operation of the liquid crystal lens 41 will be described. First, the phase difference plate 12 (FIG. 1) matches the polarization direction of the light emitted from the liquid crystal display 14 with the direction of the rubbing treatment of the alignment film 418. The phase difference plate 12 may not be provided depending on the polarization direction of the light emitted from the liquid crystal display 14.

第1基板S4と第2基板C4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。   When no potential difference is generated between the first substrate S4 and the second substrate C4, as described above, the alignment direction of the liquid crystal molecules 115a rotates as it advances in the z direction. On the other hand, the alignment direction of the liquid crystal molecules 115a is uniform in the xy plane.

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、基板S8と基板C3との間に電位差が生じていない場合、液晶レンズ41は、GRINレンズとして機能していない。   Since the alignment direction of the liquid crystal molecules 115a is uniform in the xy plane, the refractive index distribution is also uniform in the xy plane. Therefore, when there is no potential difference between the substrate S8 and the substrate C3, the liquid crystal lens 41 does not function as a GRIN lens.

図11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46の偏光軸は、配向膜414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46を通過することができる。   As shown in FIG. 11, the polarization axis of the light incident on the liquid crystal layer 115 changes by 90 ° in accordance with the change in the alignment direction of the liquid crystal molecules 115a. The polarizing axis of the polarizing plate 46 is approximately coincident with the rubbing treatment direction of the alignment film 414. Therefore, the light that has passed through the liquid crystal layer 115 can pass through the polarizing plate 46.

図12は、液晶レンズ41の動作を説明するための模式的断面図である。図12では、制御部119によって、電極213A、213B、217A、および217Bの電位が、電位V1〜V4にそれぞれ制御されている。   FIG. 12 is a schematic cross-sectional view for explaining the operation of the liquid crystal lens 41. In FIG. 12, the potentials of the electrodes 213A, 213B, 217A, and 217B are controlled by the control unit 119 to potentials V1 to V4, respectively.

電極213Aと電極217Aとの間には、電位差(V1−V3)が生じている。これによって、電極213A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。   A potential difference (V1−V3) is generated between the electrode 213A and the electrode 217A. Thereby, the molecular long axis of the liquid crystal molecules 115a in the vicinity of the electrode 213A is aligned in parallel with the z direction.

本実施形態においても、隣接する電極213Aの中間の位置において第1電極S4と第2基板C4との間の電位差が最も小さくなるように、電極213A、213B、217Aおよび217Bの位置および幅、ならびに電位V1〜V4が調整されている。これによって、液晶分子115aの配向方向は、x方向に沿って、z方向からx方向に連続的に変化している。   Also in this embodiment, the positions and widths of the electrodes 213A, 213B, 217A, and 217B, and the potential difference between the first electrode S4 and the second substrate C4 are minimized at an intermediate position between the adjacent electrodes 213A, and The potentials V1 to V4 are adjusted. Thereby, the alignment direction of the liquid crystal molecules 115a continuously changes from the z direction to the x direction along the x direction.

そのため、液晶層115は、x方向に屈折率分布を有している。液晶層115は、この屈折率分布によって、図12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41は、GRINレンズとして機能している。   Therefore, the liquid crystal layer 115 has a refractive index distribution in the x direction. The liquid crystal layer 115 can collect the light incident on the liquid crystal layer 115 by this refractive index distribution, as indicated by a broken arrow in FIG. That is, the liquid crystal lens 41 functions as a GRIN lens.

このとき、電極213A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12に実線の矢印で示すように、この光は偏光版46を通過することができない。これによって、液晶レンズ41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。   At this time, the light passing through the vicinity of the electrode 213A passes through the liquid crystal layer 115 without rotating the polarization axis. Therefore, this light cannot pass through the polarizing plate 46 as shown by the solid arrow in FIG. As a result, the liquid crystal lens 41 forms a virtual parallax barrier in the boundary region of the virtual lens.

本実施形態によれば、液晶レンズ41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。   According to the present embodiment, the liquid crystal lens 41 has a function as a parallax barrier in addition to a function as a GRIN lens. Thereby, crosstalk in stereoscopic display can be reduced.

このように、液晶レンズ41は、制御部119によって電極213A、213B、217A、および217B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。   As described above, the liquid crystal lens 41 can switch the functions of the GRIN lens and the parallax barrier by controlling the potentials of the electrodes 213A, 213B, 217A, and 217B by the control unit 119.

また、液晶レンズ11と同様に、第1基板S4だけではなく、第2基板C4にも、パターン電極を形成する。これによって、xy面内にも電界がかかり易くなる。したがって、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。   Further, similarly to the liquid crystal lens 11, the pattern electrode is formed not only on the first substrate S4 but also on the second substrate C4. As a result, an electric field is easily applied to the xy plane. Therefore, good lens characteristics can be obtained even when the ratio a / d is large.

本実施形態では、偏光板46は、第1基板S4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、第2基板C4が液晶ディスプレイ14側に配置される。なお、偏光板46は、第2基板C4側に配置されていても良い。この場合、立体表示装置1において、第1基板S4が液晶ディスプレイ14側に配置される。   In the present embodiment, the polarizing plate 46 is disposed on the first substrate S4 side. In this case, in the stereoscopic display device 1 (FIG. 1), the second substrate C4 is disposed on the liquid crystal display 14 side. The polarizing plate 46 may be disposed on the second substrate C4 side. In this case, in the stereoscopic display device 1, the first substrate S4 is disposed on the liquid crystal display 14 side.

液晶レンズ41の配向膜414は、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418は、配向膜414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414および418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。   The alignment film 414 of the liquid crystal lens 41 is rubbed in a direction that forms an angle of 45 ° with the direction in which the electrode 113A extends (y direction). The alignment film 418 is rubbed in a direction orthogonal to the rubbing process direction of the alignment film 414. However, the direction of the rubbing treatment of the alignment films 414 and 418 only needs to intersect, and the others are arbitrary.

[レンズ特性の計算例]
以下、図13〜図20を用いて、レンズ特性の計算例について説明する。電位の数を変えて、レンズ特性のシミュレーションを実施した。図13、図15、図17、および図19は、このシミュレーションにおける、各構成要素の配置および電位を示す図および表である。図14、図16、図18、および図20は、このシミュレーションの結果を示すグラフであって、横軸はレンズ中心からの距離(μm)を、縦軸は位相差(波数)を、それぞれ示している。
[Example of lens characteristics calculation]
Hereinafter, an example of calculating lens characteristics will be described with reference to FIGS. The lens characteristics were simulated by changing the number of potentials. FIG. 13, FIG. 15, FIG. 17, and FIG. 19 are diagrams and tables showing the arrangement and potential of each component in this simulation. FIG. 14, FIG. 16, FIG. 18, and FIG. 20 are graphs showing the results of this simulation. The horizontal axis indicates the distance (μm) from the lens center, and the vertical axis indicates the phase difference (wave number). ing.

図13、図15、図17、および図19には、関係する構成のみを抜き出して示している。液晶層の液晶分子は、第1基板111と第2基板116との間に電位差がない場合、TN型に配向する構成として計算した。いずれの場合も、電極間の間隔a(ピッチ)は700μmとして計算した。また、第1基板111と第2基板116との間隔d(第1基板111の電極と第2基板116との電極との間隔に概略等しい)は、60μmとして計算した。比率a/dは11.66であり、7.0を上回っていた。   In FIG. 13, FIG. 15, FIG. 17, and FIG. 19, only relevant components are extracted and shown. The liquid crystal molecules of the liquid crystal layer were calculated as a configuration in which the liquid crystal molecules are aligned in the TN type when there is no potential difference between the first substrate 111 and the second substrate 116. In any case, the calculation was performed assuming that the distance a (pitch) between the electrodes was 700 μm. The distance d between the first substrate 111 and the second substrate 116 (approximately equal to the distance between the electrode of the first substrate 111 and the electrode of the second substrate 116) was calculated as 60 μm. The ratio a / d was 11.66, which was higher than 7.0.

図13では、第1基板111に電極213Aを、第2基板116に共通電極917を配置した。そして、電極213Aおよび共通電極917をそれぞれ電位V1およびV2の2水準の電位に制御して電位勾配を形成した。なお、W1は電極213Aの半幅であり、G11は隣接する電極213A間の間隔である。このように、第1基板111には導電部と非導電部とが縞状に繰り返されたパターン電極を配置し、第2基板116には一様な共通電極917を配置して計算した。   In FIG. 13, the electrode 213 </ b> A is disposed on the first substrate 111, and the common electrode 917 is disposed on the second substrate 116. Then, the potential gradient was formed by controlling the electrode 213A and the common electrode 917 to two levels of potentials V1 and V2, respectively. W1 is the half width of the electrode 213A, and G11 is the distance between the adjacent electrodes 213A. Thus, the calculation was performed by arranging the pattern electrode in which the conductive portion and the non-conductive portion are repeated in a stripe pattern on the first substrate 111 and the uniform common electrode 917 on the second substrate 116.

図14は、電位が2水準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。比率a/dが7.0を上回っているため、隣接する電極213A間の中央付近では有効な屈折率分布が得られていないことが分かる。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、1.88であった。   FIG. 14 is a graph showing a simulation result P2 and a theoretical curve P0 when the potential is 2 levels. Since the ratio a / d exceeds 7.0, it can be seen that an effective refractive index distribution is not obtained near the center between the adjacent electrodes 213A. The root mean square of the difference between the simulation result P2 and the theoretical curve P0 was 1.88.

図15では、第1基板111に電極213Aおよび213Bを、第2基板116に電極217Aおよび217Bを配置した。そして、電極213A、213B、217A、および217Bを、電位V1〜V4の4水準の電位に制御して電位勾配を形成した。なお、W1は電極213Aの半幅であり、W2は電極213Bの幅であり、W3は電極217Aの半幅であり、W4は電極217Bの幅である。G12は電極213Aと電極213Bとの間隔であり、G22は隣接する電極213B間の間隔であり、G34は電極217Aと電極217Bとの間隔である。このように、第1基板111および第2基板116の両方に、導電部と非導電部とが縞状に繰り返されたパターン電極を配置して計算した。   In FIG. 15, the electrodes 213A and 213B are arranged on the first substrate 111, and the electrodes 217A and 217B are arranged on the second substrate 116. Then, the electrodes 213A, 213B, 217A, and 217B were controlled at four levels of potentials V1 to V4 to form a potential gradient. W1 is the half width of the electrode 213A, W2 is the width of the electrode 213B, W3 is the half width of the electrode 217A, and W4 is the width of the electrode 217B. G12 is the distance between the electrodes 213A and 213B, G22 is the distance between the adjacent electrodes 213B, and G34 is the distance between the electrodes 217A and 217B. Thus, the calculation was performed by arranging the pattern electrodes in which the conductive portions and the non-conductive portions are repeated in a striped pattern on both the first substrate 111 and the second substrate 116.

図16は、電位が4水準の場合のシミュレーション結果P4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P4と理論曲線P0との差の2乗平均は、0.40であった。   FIG. 16 is a graph showing a simulation result P4 and a theoretical curve P0 when the potential is 4 levels. The mean square of the difference between the simulation result P4 and the theoretical curve P0 was 0.40.

図17では、第1基板111に電極213A、213B、および213Cを、第2基板116に電極217A、217B、および217Cを配置した。そして、電極213A、213B、213C、217A、217B、および217Cを、電位V1〜
V6の6水準の電位に制御して電位勾配を形成した。なお、W1は電極213Aの半幅であり、W2は電極213Bの幅であり、W3は電極213Cの幅である。W4は電極217Aの半幅であり、W5は電極217Bの幅であり、W6は電極217Cの幅である。G12は電極213Aと電極213Bとの間隔であり、G23は電極213Bと電極213Cとの間隔であり、G33は隣接する電極213C間の間隔である。G45は電極217Aと電極217Bとの間隔であり、G56は電極217Bと電極217Cとの間隔である。このように、第1基板111および第2基板116の両方に、導電部と非導電部とが縞状に繰り返されたパターン電極を配置して計算した。
In FIG. 17, the electrodes 213A, 213B, and 213C are arranged on the first substrate 111, and the electrodes 217A, 217B, and 217C are arranged on the second substrate 116. Then, the electrodes 213A, 213B, 213C, 217A, 217B, and 217C are connected to potentials V1 to V1.
A potential gradient was formed by controlling the potential at 6 levels of V6. W1 is the half width of the electrode 213A, W2 is the width of the electrode 213B, and W3 is the width of the electrode 213C. W4 is the half width of the electrode 217A, W5 is the width of the electrode 217B, and W6 is the width of the electrode 217C. G12 is the distance between the electrodes 213A and 213B, G23 is the distance between the electrodes 213B and 213C, and G33 is the distance between the adjacent electrodes 213C. G45 is the distance between the electrodes 217A and 217B, and G56 is the distance between the electrodes 217B and 217C. Thus, the calculation was performed by arranging the pattern electrodes in which the conductive portions and the non-conductive portions are repeated in a striped pattern on both the first substrate 111 and the second substrate 116.

図18は、電位が6水準の場合のシミュレーション結果P6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P6と理論曲線P0との差の2乗平均は、0.21であった。   FIG. 18 is a graph showing a simulation result P6 and a theoretical curve P0 when the potential is 6 levels. The mean square of the difference between the simulation result P6 and the theoretical curve P0 was 0.21.

図19では、第1基板111に電極213A、213B、213C、および213Dを、第2基板116に電極217A、217B、217C、および217Dを配置した。そして、電極213A、213B、213C、213D、217A、217B、217C、および217Dを、電位V1〜V8の8水準の電位に制御して電位勾配を形成した。なお、W1は電極213Aの半幅であり、W2は電極213Bの幅であり、W3は電極213Cの幅であり、W4は電極213Dの幅である。W5は電極217Aの半幅であり、W6は電極217Bの幅であり、W7は電極217Cの幅であり、W8は電極217Dの幅である。G12は電極213Aと電極213Bとの間隔であり、G23は電極213Bと電極213Cとの間隔であり、G34は電極213Cと電極214Dとの間隔であり、G44は隣接する電極213D間の間隔である。G56は電極217Aと電極217Bとの間隔であり、G67は電極217Bと電極217Cとの間隔であり、G78は電極217Cと電極217Dとの間隔である。このように、第1基板111および第2基板116の両方に、導電部と非導電部とが縞状に繰り返されたパターン電極を配置して計算した。   In FIG. 19, the electrodes 213A, 213B, 213C, and 213D are arranged on the first substrate 111, and the electrodes 217A, 217B, 217C, and 217D are arranged on the second substrate 116. Then, the electrodes 213A, 213B, 213C, 213D, 217A, 217B, 217C, and 217D were controlled to have eight levels of potentials V1 to V8 to form a potential gradient. W1 is the half width of the electrode 213A, W2 is the width of the electrode 213B, W3 is the width of the electrode 213C, and W4 is the width of the electrode 213D. W5 is the half width of the electrode 217A, W6 is the width of the electrode 217B, W7 is the width of the electrode 217C, and W8 is the width of the electrode 217D. G12 is the distance between the electrodes 213A and 213B, G23 is the distance between the electrodes 213B and 213C, G34 is the distance between the electrodes 213C and 214D, and G44 is the distance between the adjacent electrodes 213D. . G56 is the distance between the electrodes 217A and 217B, G67 is the distance between the electrodes 217B and 217C, and G78 is the distance between the electrodes 217C and 217D. Thus, the calculation was performed by arranging the pattern electrodes in which the conductive portions and the non-conductive portions are repeated in a striped pattern on both the first substrate 111 and the second substrate 116.

図20は、電位が8水準の場合のシミュレーション結果P8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P8と理論曲線P0との差の2乗平均は、0.13であった。   FIG. 20 is a graph showing a simulation result P8 and a theoretical curve P0 when the potential is 8 levels. The mean square of the difference between the simulation result P8 and the theoretical curve P0 was 0.13.

図21は、横軸に電位の数を、縦軸に理論曲線C0と差の2乗平均を示して、その関係を表したグラフである。図21に示すように、理論曲線C0との差は、電位が4水準以上である場合に急激に小さくなっている。したがって、電位の数は、4水準以上であることが好ましい。   FIG. 21 is a graph showing the relationship between the number of potentials on the horizontal axis and the mean square of the difference between the theoretical curve C0 and the vertical axis. As shown in FIG. 21, the difference from the theoretical curve C0 is abruptly reduced when the potential is 4 levels or more. Therefore, the number of potentials is preferably 4 levels or more.

[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。
[Other Embodiments]
As mentioned above, although embodiment about this invention was described, this invention is not limited to each above-mentioned embodiment, A various change or combination is possible within the scope of the invention.

本発明は、液晶レンズおよび立体表示装置として産業上の利用が可能である。   The present invention can be industrially used as a liquid crystal lens and a stereoscopic display device.

1 立体表示装置
11,21,31,41,91 液晶レンズ
S1,S2,S3,S4,S9 第1基板
111 基板
113,213 第1パターン電極
913 パターン電極
114,314,414 配向膜
115,315 液晶層
115a,315a 液晶分子
C1,C2,C3,C4,C9 第2基板
116 基板
117,217 第2パターン電極
917 共通電極
118,318,418 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
46 偏光板
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 3D display device 11, 21, 31, 41, 91 Liquid crystal lens S1, S2, S3, S4, S9 1st board | substrate 111 Board | substrate 113,213 First pattern electrode 913 Pattern electrode 114,314,414 Alignment film 115,315 Liquid crystal Layers 115a, 315a Liquid crystal molecules C1, C2, C3, C4, C9 Second substrate 116 Substrate 117, 217 Second pattern electrode 917 Common electrode 118, 318, 418 Alignment film 119 Controller 12 Phase difference plate 13 Spacer 14 Liquid crystal display 15 Backlight 46 Polarizing plate

Claims (13)

絶縁性の第1基板と、
前記第1基板に、第1方向に沿って導電部と非導電部とが縞状に繰り返されて形成された第1パターン電極と、
前記第1基板に対向して配置された絶縁性の第2基板と、
前記第2基板に、前記第1方向に沿って導電部と非導電部とが縞状に繰り返されて形成された第2パターン電極と、
前記第1基板および前記第2基板に挟持された液晶層と、
前記第1パターン電極および前記第2パターン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備える、液晶レンズ。
An insulating first substrate;
A first pattern electrode formed on the first substrate by repeating a conductive portion and a non-conductive portion in a stripe shape along a first direction;
An insulating second substrate disposed opposite to the first substrate;
A second pattern electrode formed by repeating conductive and non-conductive portions in a striped manner along the first direction on the second substrate;
A liquid crystal layer sandwiched between the first substrate and the second substrate;
A liquid crystal lens comprising: a control unit that controls potentials of the first pattern electrode and the second pattern electrode and switches between two or more modes.
前記第1パターン電極の非導電部と前記第2パターン電極の非導電部とが対向していない、請求項1に記載の液晶レンズ。   The liquid crystal lens according to claim 1, wherein the non-conductive portion of the first pattern electrode and the non-conductive portion of the second pattern electrode are not opposed to each other. 前記第1パターン電極の導電部の幅は、前記モードの一つにおいて前記第1パターン電極と前記第2パターン電極との間の電位差が小さい部分に比べて、前記第1パターン電極と前記第2パターン電極との間の電位差が大きい部分において狭く形成されている、請求項1または2に記載の液晶レンズ。   The width of the conductive portion of the first pattern electrode is greater than that of a portion where the potential difference between the first pattern electrode and the second pattern electrode is small in one of the modes. The liquid crystal lens according to claim 1, wherein the liquid crystal lens is narrowly formed in a portion where a potential difference with the pattern electrode is large. 前記制御部は、前記第1パターン電極の電位と前記第2パターン電極の電位とを、合計で4水準以上に制御する、請求項1〜3のいずれか一項に記載の液晶レンズ。   The liquid crystal lens according to claim 1, wherein the control unit controls the potential of the first pattern electrode and the potential of the second pattern electrode to a total of four levels or more. 前記液晶層の液晶分子は、前記第1基板と前記第2基板との間に電位差が生じていない場合、前記第1基板と概略平行に配向する、請求項1〜4のいずれか一項に記載の液晶レンズ。   The liquid crystal molecules of the liquid crystal layer are aligned approximately in parallel with the first substrate when no potential difference is generated between the first substrate and the second substrate. The liquid crystal lens described. 前記液晶層の液晶分子は、前記第1基板と前記第2基板との間に電位差が生じていない場合、前記第1基板と概略垂直に配向する、請求項1〜4のいずれか一項に記載の液晶レンズ。   The liquid crystal molecules of the liquid crystal layer are aligned substantially perpendicularly to the first substrate when no potential difference is generated between the first substrate and the second substrate. The liquid crystal lens described. 前記液晶分子は、前記第1基板と前記第2基板との間に電位差が生じていない場合、前記第1基板側における配向方向と、前記第2基板側における配向方向とが概略直交する、請求項5に記載の液晶レンズ。   In the liquid crystal molecules, when no potential difference is generated between the first substrate and the second substrate, the alignment direction on the first substrate side and the alignment direction on the second substrate side are substantially orthogonal to each other. Item 6. A liquid crystal lens according to Item 5. 前記液晶分子の前記第1基板側のおける配向方向と、前記第2方向とのなす角が約45°である、請求項7に記載の液晶レンズ。   The liquid crystal lens according to claim 7, wherein an angle formed between an alignment direction of the liquid crystal molecules on the first substrate side and the second direction is about 45 °. 前記第1基板側に配置され、前記液晶分子の前記第1基板側の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7または8に記載の液晶レンズ。   The liquid crystal lens according to claim 7, further comprising a polarizing plate disposed on the first substrate side and having a polarization axis substantially parallel to an alignment direction of the liquid crystal molecules on the first substrate side. 前記第2基板側に配置され、前記液晶分子の前記第2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7または8に記載の液晶レンズ。   The liquid crystal lens according to claim 7, further comprising a polarizing plate disposed on the second substrate side and having a polarization axis substantially parallel to an alignment direction of the liquid crystal molecules on the second substrate side. 画像を表示可能な表示装置と、
請求項1〜10のいずれか一項に記載の液晶レンズとを備える、立体表示装置。
A display device capable of displaying images;
A three-dimensional display apparatus provided with the liquid-crystal lens as described in any one of Claims 1-10.
前記液晶レンズは、前記第1基板が前記表示装置側に配置されている、請求項11に記載の立体表示装置。   The stereoscopic display device according to claim 11, wherein the liquid crystal lens has the first substrate disposed on the display device side. 前記液晶レンズは、前記第2基板が前記表示装置側に配置されている、請求項11に記載の立体表示装置。   The stereoscopic display device according to claim 11, wherein the liquid crystal lens has the second substrate disposed on the display device side.
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