JP2013186134A - 画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】良好な光学特性を有する画像表示装置を提供する。
【解決手段】実施形態によれば、画像表示部と、液晶光学素子と、を含む画像表示装置が提供される。画像表示部は表示面を有し、偏光軸を有する偏光の画像光を出射する。液晶光学素子は表示面に積層される。液晶光学素子は、第１基板部と第２基板部と液晶層とを含む。第１基板部は、第１基板と複数の第１電極とを含む。第１基板は、表示面に対して平行な第１主面を有する。複数の第１電極は、第１方向に沿って延びる。第１主面に平行で第１方向に対して垂直な第２方向と偏光軸との間の角度は０度超９０度未満である。液晶層は、第１基板部と第２基板部との間に設けられる。液晶層の液晶分子の長軸方向を第１主面に投影した第３方向と偏光軸との間の角度は、０度を超え偏光軸と第２方向との間の角度未満である。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、画像表示装置に関する。

液晶分子の複屈折性を利用し、電圧の印加に応じて屈折率の分布を変化させる液晶光学素子が知られている。また、この液晶光学素子と、画像表示部と、を組み合わせた立体画像表示装置がある。

立体画像表示装置では、液晶光学素子の屈折率の分布を変化させることで、画像表示部に表示された画像をそのまま観察者の眼に入射させる状態と、画像表示部に表示された画像を複数の視差画像として観察者の眼に入射させる状態と、を切り替える。これにより、高精細な二次元画素表示動作と、複数の視差画像による裸眼での立体視の三次元画像表示動作と、を実現する。立体画像表示装置に用いられる液晶光学素子において、良好な光学特性を実現することが望まれる。

特許第３９４０７２５号公報

本発明の実施形態は、良好な光学特性を有する画像表示装置を提供する。

本発明の実施形態によれば、画像表示部と、液晶光学素子と、を含む画像表示装置が提供される。前記画像表示部は、表示面を有し、前記表示面に対して平行な偏光軸を有する偏光の画像光を出射する。前記液晶光学素子は、前記表示面に積層される。前記液晶光学素子は、第１基板部と、第２基板部と、液晶層と、を含む。前記第１基板部は、第１基板と、複数の第１電極と、を含む。前記第１基板は、前記表示面に対して平行な第１主面を有する。前記複数の第１電極は、前記第１主面上に設けられる。前記複数の第１電極は、第１方向に沿って延び、前記第１方向に対して非平行な方向に沿って並べられる。前記第１主面に対して平行で前記第１方向に対して垂直な第２方向と前記偏光軸との間の角度は０度よりも大きく９０度よりも小さい。前記第２基板は、第２基板と、対向電極と、を含む。前記第２基板は、前記第１主面と対向する第２主面を有する。前記対向電極は、前記第２主面上に設けられ、前記複数の第１電極のそれぞれと対向する。前記液晶層は、前記第１基板部と前記第２基板部との間に設けられる。前記液晶層の液晶分子の長軸方向を前記第１主面に投影した第３方向と前記偏光軸との間の角度は、０度よりも大きく、前記偏光軸と前記第２方向との間の角度よりも小さい。

図１（ａ）及び図１（ｂ）は、第１の実施形態に係る画像表示装置を示す模式図である。 第１の実施形態に係る画像表示装置を示す模式的断面図である。 図３（ａ）及び図３（ｂ）は、第１の実施形態に係る画像表示装置の特性を示す模式的断面図である。 第１の実施形態に係る別の画像表示装置を示す模式図である。 第２の実施形態に係る画像表示装置を示す模式図である。

以下に、各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。

（第１の実施の形態）
図１（ａ）及び図１（ｂ）は、第１の実施形態に係る画像表示装置の構成を例示する模式図である。
図１（ａ）は、画像表示装置２１０の構成を例示する模式的斜視図である。図１（ｂ）は、画像表示装置２１０における光軸を例示する模式図である。
図２は、第１の実施形態に係る画像表示装置の構成を例示する模式的断面図である。
図１（ａ）及び図２に表したように、画像表示装置２１０は、液晶光学素子１１０と、画像表示部１２０と、を含む。図２に表したように、画像表示装置２１０は、駆動部１３０をさらに含んでも良い。

図１（ａ）に表したように、画像表示部１２０は、表示面１２０ａを有する。液晶光学素子１１０は、画像表示部１２０の表示面１２０ａに積層される。

本願明細書において、「積層」は、直接重ねられる状態の他に、間に別の要素が挿入されて重ねられる状態も含む。

画像表示部１２０は、画像光１２５を出射する。画像光１２５は、偏光である。この偏光は、表示面１２０ａに対して平行な偏光軸Ｐ１を有する。

表示面１２０ａに対して垂直な方向をＺ軸方向とする。Ｚ軸方向に対して垂直な１つの方向をＸ軸方向とする。Ｚ軸方向とＸ軸方向とに対して垂直な方向をＹ軸方向とする。
例えば、偏光軸Ｐ１はＸ軸方向に対して平行であるとする。

画像表示部１２０には、例えば液晶表示装置が用いられる。例えば、画像表示部１２０は、第１偏光層１２１と、第２偏光層１２２と、表示液晶層１２３と、を含む。表示液晶層１２３は、第１偏光層１２１と第２偏光層１２２との間に設けられる。第１偏光層１２１及び第２偏光層１２２には、例えば、偏光板、偏光膜、または、偏光フィルタなどが用いられる。第１偏光層１２１は、第１透過軸１２１ｐを有する。第１透過軸１２１ｐは、第１偏光層１２１の吸収軸（第１偏光層１２１の延伸方向）に対して垂直な軸である。第２偏光層１２２は、第２透過軸１２２ｐを有する。第２透過軸１２２ｐは、第２偏光層１２２の吸収軸（第２偏光層１２２の延伸方向）に対して垂直な軸である。

この例では、第１偏光層１２１は、表示液晶層１２３と液晶光学素子１１０との間に配置されている。画像表示部１２０から出射する画像光１２５の偏光軸Ｐ１は、第１偏光層１２１の第１透過軸１２１ｐに対して実質的に平行である。

例えば、画像光１２５は、実質的に、直線偏光である。画像光１２５のうちの偏光軸Ｐ１に沿う振動面（電界の振動面）の成分は、画像光１２５のうちの偏光軸Ｐ１に対して直交する軸に沿う振動面（電界の振動面）の成分よりも大きい。

画像表示部１２０の構成は任意である。表示液晶層１２３には、例えばＶＡモード、ＴＮモード、または、ＩＰＳモードなどの任意の構成を適用できる。第１偏光層１２１と表示液晶層１２３との間、第２偏光層１２２と表示液晶層１２３との間の少なくともいずれかに位相差層（位相差板）を設けても良い。

液晶光学素子１１０は、第１基板部１１ｕと、第２基板部１２ｕと、液晶層３０と、を含む。

第１基板部１１ｕは、第１基板１１と、複数の第１電極２１と、を含む。第１基板１１は、第１主面１１ａを有する。第１主面１１ａは、表示面１２０ａに対して平行である。

複数の第１電極２１は、第１主面１１ａ上に設けられる。複数の第１電極２１のそれぞれは、第１方向Ｄ１（例えばＹ２軸方向）に沿って延びる。複数の第１電極２１は、第１方向Ｄ１に対して非平行な方向に沿って並べられる。第１主面１１ａに対して平行で第１方向Ｄ１に対して垂直な方向を第２方向Ｄ２（例えばＸ２軸方向）とする。複数の第１電極２１は、例えば、第２方向Ｄ２沿って並べられる。

第１方向Ｄ１は、偏光軸Ｐ１に対して平行でもなく、垂直でもない。第２方向Ｄ２は、偏光軸Ｐ１に対して平行でもなく、垂直でもない。偏光軸Ｐ１と第１方向Ｄ１との間の角度は、０度よりも大きく９０度よりも小さい。偏光軸Ｐ１と第２方向Ｄ２との間の角度（第１角θ１）は、０度よりも大きく９０度よりも小さい。第１角θ１は、偏光軸Ｐ１と第２方向Ｄ２との間の、挟角側の角度である。

第２基板部１２ｕは、第２基板１２と、対向電極１２ｃと、を含む。第２基板１２は、第２主面１２ａを有する。第２主面１２ａは、第１主面１１ａと対向する。対向電極１２ｃは、第２主面１２ａ上に設けられる。対向電極１２ｃは、複数の第１電極２１のそれぞれと対向する。

本願明細書において、「対向」は、直接向かい合う状態の他に、間に別の要素が挿入されて向かい合う状態も含む。

液晶層３０は、第１基板部１１ｕと第２基板部１２ｕとの間に設けられる。液晶層３０の液晶分子の長軸方向（ダイレクタの方向）を第１主面１１ａに投影した方向を第３方向Ｄ３とする。第３方向Ｄ３は、液晶の配向方向に対応する。第３方向Ｄ３と偏光軸Ｐ１との間の角度（第２角θ２）は、０度よりも大きく、第１角θ１よりも小さい。すなわち、第３方向Ｄ３は、第２方向Ｄ２と非平行である。

本願明細書において、第１軸（第１方向）と第２軸（第２方向）との間の角度は、第１軸（第１方向）と第２軸（第２方向）とで形成される角のうちで、９０度以下の角度をさす。また、角度は、正の値であり、角度は、第１軸から第２軸までの回転の角度の絶対値、または、第２軸から第１軸までの回転の角度の絶対値である。第１軸と第２軸との間の１つの角度において、第１軸に対する第２軸の回転は、正方向の回転と負方向の回転とがある。第１軸と第２軸との間の１つの角度において、２つの回転方向のどちらを採用しても良い。

図１（ｂ）に表したように、既に説明したように、偏光軸Ｐ１と第２方向Ｄ２との間の角度（第１角θ１）は、０度よりも大きく、９０度未満である。偏光軸Ｐ１と第３方向Ｄ３との間の角度（第２角θ２）は、０度よりも大きく、第１角θ１よりも小さい。

この例では、第３方向Ｄ３と第２方向Ｄ２との間の角度（第３角θ３）は、０度よりも大きく、偏光軸Ｐ１と第２方向Ｄ２との間の角度（第１角θ１）よりも小さい。すなわち、第３方向Ｄ３は、偏光軸Ｐ１と第２方向Ｄ２とで形成される挟角の間に位置する。

例えば、液晶層３０は、ネマティック液晶を含む。
液晶層３０に含まれる液晶の誘電異方性は、正である。液晶層３０に電圧を印加しない状態（または、液晶層３０がしきい値電圧を有する場合においてしきい値電圧以下の電圧を印加した状態）を非活性化状態とする。液晶層３０に電圧（しきい値電圧よりも大きい電圧）を印加した状態を活性化状態とする。例えば、非活性化状態において、液晶層３０は、実質的に水平配向を有する。この状態における液晶分子の長軸方向を第１主面１１ａに投影した第３方向Ｄ３が、配向方向に対応する。誘電異方性が正の場合、非活性化状態における液晶のプレチルト角（ダイレクタと基板の主面との間の角度）は、例えば、０度以上３０度以下である。液晶の配向は、例えば、実質的に水平配向、または、ＨＡＮ配向である。

例えば、液晶層３０に含まれる液晶の誘電異方性は、負である。例えば、液晶層３０に電圧（しきい値電圧よりも大きい電圧）を印加した活性化状態において、液晶層３０の液晶分子の長軸方向は、第１主面１１ａに対して平行な成分を有する。この状態における液晶分子の長軸方向を第１主面１１ａに投影した第３方向Ｄ３は、配向方向に対応する。誘電異方性が負の場合、非活性化状態における液晶のプレチルト角は、例えば、６０度以上９０度以下である。液晶の配向は、例えば、実質的に垂直配向、または、ＨＡＮ配向である。

例えば、液晶層３０の液晶配向がラビングにより形成される場合は、第３方向Ｄ３は、ラビング方向に実質的に平行である。なお、ラビング方向は、液晶層３０に電圧（特に直流電圧）を印加したときに発生する、液晶層３０の配向の不均一さ（例えばラビング傷など）の異方性を観察することで判断できる。液晶層３０の液晶配向は、光配向方法などで形成されても良く、任意の方法で形成できる。

この例では、第１基板部１１ｕは、第１配向膜３１を、さらに含む。第１配向膜３１は、第１基板１１と液晶層３０との間、及び、第１電極２１と液晶層３０との間にも設けられる。第２基板部１２ｕは、第２配向膜３２を、さらに含む。第２配向膜３２は、第２基板１２と液晶層３０との間、及び、対向電極１２ｃと液晶層３０との間に設けられる。これらの配向膜に所定の処理が行われて液晶層３０の初期配向が形成される。

第１基板１１、第２基板１２、第１電極２１及び対向電極１２ｃには、例えば、透明な材料が用いられる。画像表示部１２０から出射した画像光１２５は、これらを透過する。

第１基板１１及び第２基板１２には、例えば、ガラス、または、樹脂などが用いられる。第１電極２１及び対向電極１２ｃは、例えば、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｚｎ及びＴｉよりなる群から選択された少なくともいずれかの元素を含む酸化物を含む。第１電極２１及び対向電極１２ｃには、例えばＩＴＯが用いられる。第１電極２１及び対向電極１２ｃは、例えば、Ｉｎ_２Ｏ_３及びＳｎＯ_３の少なくともいずれかでもよい。第１電極２１及び対向電極１２ｃは、例えば、薄い金属層でもよい。

第１配向膜３１及び第２配向膜３２には、例えば、ポリイミドなどの樹脂が用いられる。第１配向膜３１及び第２配向膜３２の膜厚は、例えば、２００ｎｍ（例えば１００ｎｍ以上３００ｎｍ以下）である。

液晶光学素子１１０は、例えば、液晶ＧＲＩＮレンズ（Gradient Index lens）として機能する。液晶光学素子１１０の屈折率の分布は、変化可能である。屈折率の分布の１つの状態（第１状態）においては、Ｘ２−Ｙ２平面内で屈折率が実質的に均一である。屈折率分布の別の状態（第２状態）においては、屈折率は、Ｘ２軸に沿って変化する。液晶光学素子１１０の動作の例については、後述する。

画像表示部１２０は、例えば、複数の画素群５０（例えば、第１画素ＰＸ１、第２画素ＰＸ２及び第３画素ＰＸ３など）を有する。複数の画素群５０は、表示面１２０ａに対して平行な平面内にマトリクス状に配列される。画素群５０により、複数の視差画像が表示される。

駆動部１３０は、液晶光学素子１１０（第１電極２１及び対向電極１２ｃ）に電気的に接続される。この例では、駆動部１３０は、画像表示部１２０にさらに電気的に接続される。駆動部１３０は、液晶光学素子１１０及び画像表示部１２０の動作を制御する。駆動部１３０は、例えば、液晶光学素子１１０の第１状態と第２状態との切り替えを行う。駆動部１３０には、例えば、記録媒体や外部入力などにより、映像信号が入力される。駆動部１３０は、入力された映像信号に基づいて画像表示部１２０の動作を制御する。これにより、入力された映像信号に応じた画像光１２５が、表示面１２０ａから出射する。駆動部１３０は、画像表示部１２０に含めてもよい。駆動部１３０は、例えば、液晶光学素子１１０に含めてもよい。例えば、駆動部１３０のうちの、液晶光学素子１１０の駆動に関する部分は、液晶光学素子１１０に含めてもよい。

駆動部１３０は、２Ｄ表示を行う場合、液晶光学素子１１０を第１状態にし、２Ｄ表示用の画像を画像表示部１２０に表示させる。一方、駆動部１３０は、３Ｄ表示を行う場合、液晶光学素子１１０を第２状態にし、３Ｄ表示用の画像を画像表示部１２０に表示させる。

画像表示装置２１０においては、液晶光学素子１１０の屈折率の分布を変化させることにより、二次元の画像の表示（以下、２Ｄ表示と称す）と、裸眼で立体視を行うことができる三次元の画像の表示（以下、３Ｄ表示と称す）と、の選択的な切り替えが可能である。

図３（ａ）及び図３（ｂ）は、第１の実施形態に係る画像表示装置の特性を例示する模式的断面図である。
図３（ａ）は、液晶層３０に発生する電気力線ＥＬの分布を例示している。図３（ｂ）は、液晶層３０における液晶分子の配向をモデル的に例示している。以下では、説明を簡単にするために、液晶層３０の誘電率異方性が正である場合について説明する。

図３（ａ）に表したように、第１電極２１と対向電極１２ｃとの間に、液晶層３０のしきい値電圧よりも高い電圧を印加すると、液晶層３０中に電気力線ＥＬが生じる。電気力線ＥＬは、例えば、第１電極２１を中心とした、第１方向Ｄ１を対象軸とした線対称の分布となる。図２（ｂ）に表したように、液晶層３０への印加電圧による誘電エネルギーと、弾性エネルギーと、により液晶層３０の配向が決まる。

図３（ｂ）に表したように、液晶層３０の誘電率異方性が正の場合、液晶分子３５は、第１電極２１の近傍では、電気力線ＥＬに実質的に沿う。液晶層３０のうちの、第１電極２１と対向電極１２ｃとが対向している第１部分３０ａでは、液晶分子３５のチルト角が大きい。一方、液晶層３０のうちの、隣り合う２つの第１電極２１の中央付近の第２部分３０ｂでは、液晶分子３５は、水平配向である。第１部分３０ａと第２部分３０ｂとの間の部分では、液晶分子３５の角度（チルト角）は連続的に変化する。

液晶分子３５は、複屈折性を有している。液晶分子３５の長軸方向の偏光に対する屈折率は、液晶分子３５の短軸方向の屈折率よりも高い。液晶分子３５の角度の変化に伴い、液晶層３０の屈折率は、第２部分３０ｂにおいて高く、第１部分３０ａに向かって徐々に低くなる。これにより、凸レンズ状の屈折率分布３０ｒが形成される。

液晶光学素子１１０の第２状態において、レンチキュラー状のレンズが形成される。このレンズにおいては、第１方向Ｄ１（Ｙ２軸方向）に沿って延びるシリンドリカルレンズが第２方向Ｄ２（Ｘ２軸方向）に複数並べられた状態が形成される。

液晶光学素子１１０により形成されるレンチキュラー状のレンズにより、画像表示部１２０の画素群５０により形成された複数の視差像は、観視者の右眼または左眼に選択的に入射する。これにより、第２状態において３Ｄ画像が知覚される。

画像表示部１２０が２Ｄ表示を行う場合は、液晶光学素子１１０は屈折率分布が均一な第１状態とする。観視者は、高精細の２Ｄ画像を知覚する。

このように、画像表示装置２１０においては、液晶光学素子１１０の液晶層３０への印加電圧により液晶層３０の屈折率分布を変化させることにより、２Ｄ表示と３Ｄ表示とを切り替える。

液晶光学素子１１０の第２状態においては、第１電極２１と対向電極１２ｃとの間に高電圧が印加される。このとき、第１電極２１の近傍においては、液晶の長軸方向が電気力線ＥＬに沿うため、液晶のチルト方向が反転する。すなわち、リバースチルトが発生する。さらに、リバースチルトの弾性エネルギーを緩和させるためにツイスト配向（液晶のダイレクタのＸ２−Ｙ２平面内における回転）が発生する。ディスクリネーションが発生し、液晶光学素子１１０の光学特性を劣化させる。

このディスクリネーションに関して実験を行った。その結果、液晶配向の方向（第３方向Ｄ３）を、第１電極２１の延在方向に対して垂直な第２方向Ｄ２に対してオフセットすることで、ディスクリネーションの発生が抑制できることが分かった。

本実施形態においては、液晶の配向方向である第３方向Ｄ３を、第２方向Ｄ２に対して傾斜させる。すなわち、液晶配向の方向（第３方向Ｄ３）を、第１電極２１の延在方向に対して垂直な第２方向Ｄ２に対してオフセットする。これにより、第１電極２１の近傍において、液晶分子の長軸方向は、第２方向Ｄ２に対して傾斜する。これにより、液晶分子の長軸方向に対してＸ２−Ｙ２平面内において傾斜した成分の電界が、液晶分子に印加される。すなわち、ツイストの電界が印加されるように液晶の配向方向を設定する。これにより、ツイストリバースの発生が抑制される。

一方、液晶の配向の変化に基づく液晶層３０の偏光に対する実効的な屈折率の変化は、偏光の偏光軸Ｐ１が液晶の長軸方向に沿うときに大きくなる。すなわち、液晶光学素子１１０のレンズ効果は、液晶の配向方向（第３方向Ｄ３）が偏光軸Ｐ１に一致するときに、大きくなる。液晶の配向方向（第３方向Ｄ３）と偏光軸Ｐ１との間の角度（第２角θ２）が過度に大きくなると、屈折率差が減少し、レンズの屈折力が低下する。このため、本実施形態においては、液晶の配向方向（第３方向Ｄ３）と偏光軸Ｐ１との間の角度（第２角θ２）を第１角θ１よりも小さくする。これにより、ツイストリバースの発生を抑制しつつ、レンズの屈折力の低下を抑制する。

画像表示部１２０と液晶光学素子１１０とにおいて発生するモアレを抑制するために、第１方向Ｄ１は、偏光軸Ｐ１に対して傾斜させる。第１方向Ｄ１と偏光軸Ｐ１との間の角度は、画像表示部１２０における画素群５０の配列方向と偏光軸Ｐ１との角度、画像表示部１２０における画素群５０の配設ピッチ、画像表示部１２０における視差画像の数、液晶光学素子１１０における第１電極２１の配設ピッチなどに基づいて、モアレが抑制されるように設定される。

例えば、表示液晶層１２３において、画像表示部１２０の画素群５０の配列方向が偏光軸Ｐ１に対して実質的に垂直または実質的に平行に設定される場合（例えば、表示液晶層１２３においてＶＡモードを採用する場合など）がある。このときは、第１方向Ｄ１と偏光軸Ｐ１との間の角度は、例えば、４５度以上８５度以下である。このときに、モアレが知覚され難くなる。このとき、第２方向Ｄ２と偏光軸Ｐ１との間の角度（第１角θ１）は、５度以上４５度以下である。

このように、表示液晶層１２３に設けられる画素群５０の配列方向と偏光軸Ｐ１との間角度（第４角θ４）が、０度以上５度以下、または、８度以上９０度以下の場合は、第１角θ１は、５度以上４５度以下に設定する。このとき、第１角θ１を、５度以上３０度以下に設定しても良い。

例えば、表示液晶層１２３において、画素群の配列方向が偏光軸Ｐ１に対して実質的に４５度（±４５度）に設定される場合がある（例えば、表示液晶層１２３としてＴＮモードを採用する場合など）がある。この時は、第１方向Ｄ１と偏光軸Ｐ１との間の角度は、例えば５度以上４０度以下である。このときに、モアレが知覚され難くなる。この時、第１角θ１は、５０度以上８５度以下である。

このように、第４角θ４が、４０度以上５０度以下の場合には、第１角θ１は、５０度以上８５度以下に設定する。このとき、第１角θ１を、６０度以上８５度以下に設定しても良い。
第２方向Ｄ２と第３方向Ｄ３との間の角度（第３角θ３）は、例えば、２度以上である。液晶光学素子の製造において配向性を付与する工程におけるばらつきなどを考慮すると、第３角θ３を２度以上にすることで、ディスクリネーションの抑制が確実になる。第３角θ３は、例えば４５度以下である。第３角θが４５度よりも大きくなると、例えば液晶に印加される電界の、Ｙ２軸に沿う方向の成分が大きくなり、所望の配向が得難くなる。

液晶層３０のうちで第１電極２１に対向する部分は、屈折率分布レンズのレンズ端に相当する。上記のように、レンズ端においては、電界が強く、液晶の配向が乱れやすい。Ｘ２−Ｙ２平面内の配向乱れも発生する。液晶の配向方向（第３方向Ｄ３）を、第２方向Ｄ２に対して傾斜させ、かつ、配向方向（第３方向Ｄ３）と偏光軸Ｐ１との間の角度を小さくする。例えば、液晶の配向方向（第３方向Ｄ３）を、第２方向Ｄ２と偏光軸Ｐ１とで形成される挟角の範囲内に設定することで、配向の乱れを抑制しつつ、高いレンズ効果を得ることができる。本実施形態によれば、良好な光学特性を有する画像表示装置を提供することができる。

図４は、第１の実施形態に係る別の画像表示装置の構成を例示する模式図である。
図４は、画像表示装置２１０における光軸を例示する模式図である。
図４に表したように、画像表示装置２１１は、液晶光学素子１１０と、画像表示部１２０と、を含む。図４に例示した軸の関係を除いて、液晶光学素子１１０及び画像表示部１２０の構成は、画像表示装置２１０と同様なので説明を省略する。以下では、画像表示装置２１１における軸について説明する。

図４に表したように、画像表示装置２１１においても、偏光軸Ｐ１と第１方向Ｄ１との間の角度は０度よりも大きく９０度よりも小さい。すなわち、第１方向Ｄ１は、偏光軸Ｐ１に対して傾斜している。従って、偏光軸Ｐ１と第２方向Ｄ２との間の角度（第１角θ１）は０度よりも大きく９０度よりも小さい。さらに、液晶層３０の液晶分子の長軸方向を第１主面１１ａに投影した第３方向Ｄ３と偏光軸Ｐ１との間の角度（第２角θ２）は、０度よりも大きく、偏光軸Ｐ１と第２方向Ｄ２との間の角度よりも小さい。この場合は、第３方向Ｄ３と第２方向Ｄ２との間の角度（第３角θ３）は、偏光軸Ｐ１と第２方向Ｄ２との間の角度（第１角度）よりも大きい。この場合も、ツイストリバースの発生を抑制しつつ、レンズ効果の低下を抑制できる。これにより、良好な光学特性を有する画像表示装置を提供する。

（第２の実施形態）
図５は、第２の実施形態に係る画像表示装置の構成を例示する模式的断面図である。
図５に表したように、画像表示装置２２０は、液晶光学素子１１１と画像表示部１２０とを含む。画像表示部１２０の構成は、第１の実施形態に関して説明したものと同様とすることができる。以下では、液晶光学素子１１１に関して、液晶光学素子１１０とは異なる部分について説明する。

液晶光学素子１１１においては、第１基板部１１ｕは、複数の第１電極２１に加え、複数の電極対２５を、さらに含む。複数の電極対２５は、第１主面１１ａ上において、複数の第１電極２１どうしの間のそれぞれに設けられる。複数の電極対２５は、第２方向Ｄ２（Ｘ２軸方向）に並ぶ。

複数の電極対２５のそれぞれは、第２電極２２と、第３電極２３と、を含む。第２電極２２は、Ｙ２軸方向（第１方向Ｄ１）に延びる。第３電極２３は、Ｙ２軸方向に延びる。液晶光学素子１１１において、第２電極２２と第３電極２３との間に、絶縁層４６が設けられる。絶縁層４６は、第１基板１１と第１電極２１との間にも設けられる。絶縁層４６は、例えば、第３電極２３と第１主面１１ａとを覆うように、第１基板１１の上に設けられる。例えば、複数の第１電極２１と複数の第２電極２２とは、絶縁層４６の上に設けられる。複数の電極対２５どうしにおいて、絶縁層４６は連続していても良い。この例では、第１電極２１と第１基板１１との間に、絶縁層４６が延在している。

図５においては、複数の第１電極２１のうちの２つが図示されている。複数の第１電極２１の数は任意である。

複数の第１電極２１のうちの最近接の２つの第１電極２１に着目する。最近接の第１電極２１の間には、中心軸４９がある。中心軸４９は、最近接の２つの第１電極２１のそれぞれのＸ軸方向における中心を結ぶ線分の中点を通る。中心軸４９は、Ｙ２軸方向に対して平行である。

最近接の２つの第１電極２１のうちの一方の電極２１ｐに着目する。この電極２１ｐの位置は、第１電極２１のＸ２軸方向における中心の位置である。

第１主面１１ａのうちで、中心軸４９と、最近接の２つの第１電極２１のうちの一方の電極２１ｐと、の間の領域を第１領域Ｒ１とする。第１主面１１ａのうちで、中心軸４９と、最近接の２つの第１電極２１のうちの他方の電極２１ｑと、の間の領域を第２領域Ｒ２とする。中心軸４９から電極２１ｐに向かう方向を、＋Ｘ２方向とする。なお、中心軸４９から電極２１ｑに向かう方向は、−Ｘ２方向に相当する。

この例では、第１領域Ｒ１において、１つの電極対２５が設けられている。第２領域Ｒ２にも、１つの電極対２５が設けられている。Ｘ２−Ｙ２平面に射影したときに、複数の電極対２５どうしは、互いに離間している。電極対２５どうしの間には、電極が設けられていない領域が存在する。なお、実施形態において、電極対２５どうしの間に、別の電極をさらに設けても良い。

１つの電極対２５において、第２電極２２は、Ｙ２軸方向とＸ２軸方向とに対して平行な平面（Ｘ２−Ｙ２平面）に射影したときに第３電極２３と重なる第１重畳部分２２ｐと、重ならない第１非重畳部分２２ｑと、を有する。その１つの電極対２５において、第３電極２３は、Ｘ２−Ｙ２平面に射影したときに第２電極２２と重なる第２重畳部分２３ｐと、重ならない第２非重畳部分２３ｑと、を有する。

液晶光学素子１１１においては、第１領域Ｒ１に含まれる電極対２５において、第１重畳部分２２ｐが第２重畳部分２３ｐと液晶層３０との間に配置されている。そして、第２電極２２の位置は、第３電極２３の位置に対してＸ２軸方向にシフトしている。具体的には、１つの電極対２５において、第２非重畳部分２３ｑと中心軸４９との距離は、第１非重畳部分２２ｑと中心軸４９との距離よりも長い。すなわち、１つの電極対２５において、第２電極２２は、第３電極２３よりも中心軸４９に近い。

第２領域Ｒ２における電極対２５の配置は、中心軸４９を対称軸とした実質的な線対称の配置とされている。ただし、厳密な線対称でなくても良い。例えば、液晶層３０の配列の分布（例えばプレチルト角など）に基づいて、微小な非対称性が導入されても良い。

液晶光学素子１１１を第１状態から第２状態に切り替える場合には、駆動部１３０は、例えば、第１電極２１と対向電極１２ｃとの間に第１電圧を印加し、第２電極２２と対向電極１２ｃとの間に第２電圧を印加し、第３電極２３と対向電極１２ｃとの間に第３電圧を印加する。ここで、電極どうしの電位差を零にする場合も、便宜的に電圧（０ボルトの電圧）を印加すると表現することにする。第１電圧の絶対値は、第３電圧の絶対値よりも大きい。第２電圧の絶対値は、第３電圧の絶対値よりも大きい。これらの電圧が交流である場合は、第１電圧の実効値は、第３電圧の実効値よりも大きい。第２電圧の実効値は、第３電圧の実効値よりも大きい。例えば、第１電圧の実効値は、第３電圧の実効値よりも大きく設定する。また、第１電圧の絶対値は、第２電圧の絶対値よりも大きい。

上記のように電圧を印加すると、液晶層３０のうちの、第１電極２１と対向電極１２ｃとが対向している部分では、水平配向となっていた液晶分子３５が、垂直配向に近くなる。液晶層３０のうちの、隣接する２つの第１電極２１の中央付近の部分では、液晶分子３５は、水平配向のままである。液晶層３０のうちの、対向電極１２ｃと第２電極２２とが対向している部分では、水平配向となっていた液晶分子３５が、垂直配向に近くなる。液晶層３０のうちの、対向電極１２ｃと第３電極２３の第２非重畳部分２３ｑとが対向している部分では、液晶分子３５は、水平配向のままである。

第１電極２１と第３電極２３との間の部分では、第１電極２１から第３電極２３に向かって屈折率が徐々に高くなる。第２非重畳部分２３ｑと第１重畳部分２２ｐとの境界の近傍では、第３電極２３から第２電極２２に向かって屈折率が急激に低下する。そして、第２電極２２と中心軸４９との間の部分では、第２電極２２から中心軸４９に向かって屈折率が徐々に高くなる。従って、上記のように電圧を印加すると、対向電極１２ｃと電極対２５とが対向する部分に屈折率の段差を持つフレネルレンズ状の屈折率分布が、液晶層３０に現れる。

フレネルレンズ状の屈折率分布を液晶層３０に形成する液晶光学素子１１１では、液晶光学素子１１０に比べて、液晶層３０の厚みを薄くすることができる。第１状態と第２状態との間の切り替えにおける液晶層３０の応答速度を向上させることができる。

画像表示装置２１０においても、偏光軸Ｐ１と第１方向Ｄ１との間の角度は０度よりも大きく９０度よりも小さい。偏光軸Ｐ１と第２方向Ｄ２との間の角度（第１角θ１）は０度よりも大きく９０度よりも小さい。さらに、液晶層３０の液晶分子の長軸方向を第１主面１１ａに投影した第３方向Ｄ３と偏光軸Ｐ１との間の角度（第２角θ２）は、０度よりも大きく、偏光軸Ｐ１と第２方向Ｄ２との間の角度よりも小さい。この場合は、第３方向Ｄ３と第２方向Ｄ２との間の角度（第３角θ３）は、偏光軸Ｐ１と第２方向Ｄ２との間の角度（第１角θ１）よりも大きい。この場合も、ツイストリバースの発生を抑制しつつ、レンズ効果の低下を抑制できる。これにより、良好な光学特性を有する画像表示装置を提供する。画像表示装置２１０において、第３角θ３を、第１角θ１よりも小さくしても良い。

実施形態によれば、良好な光学特性を有する画像表示装置が提供される。

なお、本願明細書において、「垂直」及び「平行」は、厳密な垂直及び厳密な平行だけではなく、例えば製造工程におけるばらつきなどを含むものであり、実質的に垂直及び実質的に平行であれは良い。

以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明の実施形態は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、液晶光学素子及び画像表示装置に含まれる、第１基板部、第２基板部、液晶層、第１基板、第１電極、第２基板、対向電極、第２電極、第３電極、及び、画像表示部などの各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。
また、各具体例のいずれか２つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。

その他、本発明の実施の形態として上述した画像表示装置を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての画像表示装置も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。

その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。

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。

１１…第１基板、 １１ａ…第１主面、 １１ｕ…第１基板部、 １２…第２基板、 １２ａ…第２主面、 １２ｃ…対向電極、 １２ｕ…第２基板部、 ２１…第１電極、 ２１ｐ、２１ｑ…電極、 ２２…第２電極、 ２２ｐ…第２重畳部分、 ２２ｑ…第２非重畳部分、 ２３…第３電極、 ２３ｐ…第２重畳部分、 ２３ｑ…第２非重畳部分、 ２５…電極対、 ３０…液晶層、 ３０ａ…第１部分、 ３０ｂ…第２部分、 ３０ｒ…屈折率分布、 ３１…第１配向膜、 ３２…第２配向膜、 ３５…液晶分子、 ４６…絶縁層、 ４９…中心軸、 ５０…画素群、 θ１〜θ３…第１〜第３角、 １１０、１１１…液晶光学素子、 １２０…画像表示部、 １２０ａ…表示面、 １２１…第１偏光層、 １２１ｐ…第１透過軸、 １２２…第２偏光層、 １２２ｐ…第２透過軸、 １２３…表示液晶層、 １２５…画像光、 １３０…駆動部、 ２１０、２１１、２２０…画像表示装置、 Ｄ１〜Ｄ３…第１〜第３方向、 ＥＬ…電気力線、 Ｐ１…偏光軸、 ＰＸ、ＰＸ１、ＰＸ２、ＰＸ３…画素、 Ｒ１、Ｒ２…領域

Claims (4)

1. 表示面を有し、前記表示面に対して平行な偏光軸を有する偏光の画像光を出射する画像表示部と、
   前記表示面に積層された液晶光学素子であって、前記液晶光学素子は、
   前記表示面に対して平行な第１主面を有する第１基板と、
   前記第１主面上に設けられ、第１方向に沿って延び、前記第１方向に対して非平行な方向に並べられた複数の第１電極であって、前記第１主面に対して平行で前記第１方向に対して垂直な第２方向と前記偏光軸との間の角度は０度よりも大きく９０度よりも小さい複数の第１電極と、
   を含む第１基板部と、
   前記第１主面と対向する第２主面を有する第２基板と、
   前記第２主面上に設けられ、前記複数の第１電極のそれぞれと対向する対向電極と、
   を含む第２基板部と、
   前記第１基板部と前記第２基板部との間に設けられた液晶層であって、前記液晶層の液晶分子の長軸方向を前記第１主面に投影した第３方向と前記偏光軸との間の角度は、０度よりも大きく、前記偏光軸と前記第２方向との間の角度よりも小さい液晶層と、
   を含む液晶光学素子と、
   を備えた画像表示装置。
2. 前記第３方向と前記第２方向との間の角度は、前記偏光軸と前記第２方向との間の前記角度よりも小さい請求項１記載の画像表示装置。
3. 前記第３方向と前記第２方向との間の角度は、２度以上４５度以下である請求項１または２記載の画像表示装置。
4. 前記偏光軸と前記第１方向との間の前記角度は、４５度以上８５度以下である請求項１〜３のいずれか１つに記載の画像表示装置。

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