JP2013218133A - Liquid crystal lens and stereoscopic display device - Google Patents

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裕一 神林
Hiromi Kato
浩巳 加藤
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a liquid crystal lens in which a region functioning as a lens and a region not functioning as a lens can be formed.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 118 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 a second direction crossing the first direction; and a liquid crystal layer 115 held between the first substrate 111 and the second substrate 116.

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.

特開２０１０−７８６５３号公報（特許文献１）には、平面表示装置と、偏光可変セルと、光線制御素子とを備えた立体表示装置が開示されている。   Japanese Patent Laying-Open No. 2010-78653 (Patent Document 1) discloses a stereoscopic display device including a flat display device, a polarization variable cell, and a light beam control element.

同文献によれば、偏光可変セルは、対向する一対の電極基板と、この一対の電極基板に挟持されたＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）液晶とを備えている。立体表示装置は、偏光可変セルの電極基板間に印加する電圧を制御して、光の偏光方向を制御する。光線制御素子は、レンズ型枠と、レンズ型枠に格納された複屈折性物質とを備えている。光線制御素子は、複屈折性物質の長軸方向に偏光方向が一致した場合に、レンズ効果が現れるように構成されている。これによって、この立体表示装置は、部分的に３次元画像と２次元画像とを切り替えて表示することができる。   According to this document, the polarization variable cell includes a pair of opposing electrode substrates and a TN (Twisted Nematic) liquid crystal sandwiched between the pair of electrode substrates. The stereoscopic display device controls the polarization direction of light by controlling the voltage applied between the electrode substrates of the polarization variable cell. The light beam control element includes a lens mold and a birefringent material stored in the lens mold. The light beam control element is configured such that the lens effect appears when the polarization direction coincides with the major axis direction of the birefringent material. Accordingly, this stereoscopic display device can partially switch between a 3D image and a 2D image for display.

特開２０１０−７８６５３号公報JP 2010-78653 A

上記の立体表示装置は、平面表示装置の他に、偏光可変セルと光線制御素子との２つの部材を備える。偏光可変セルを用いずに、レンズとして機能する領域とレンズとして機能しない領域とを切り替えることができる液晶レンズが得られれば、立体表示装置の部材を削減できる。これによって、製造コストを削減できる。また、光透過度の点でも有利である。さらに、立体表示装置を薄くすることできる。   In addition to the flat display device, the stereoscopic display device includes two members, a polarization variable cell and a light beam control element. If a liquid crystal lens that can switch between a region that functions as a lens and a region that does not function as a lens without using a polarization variable cell can be obtained, the members of the stereoscopic display device can be reduced. Thereby, the manufacturing cost can be reduced. It is also advantageous in terms of light transmittance. Furthermore, the stereoscopic display device can be thinned.

本発明の目的は、レンズとして機能する領域とレンズとして機能しない領域とを形成することができる液晶レンズを提供することである。   The objective of this invention is providing the liquid crystal lens which can form the area | region which functions as a lens, and the area | region which does not function as a lens.

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方向と交差する第２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, An insulating second substrate disposed opposite to the first substrate, and a conductive portion and a non-conductive portion on the second substrate along a second direction intersecting the first direction in a stripe shape A second pattern electrode formed repeatedly; and a liquid crystal layer sandwiched between the first substrate and the second substrate.

本発明によれば、レンズとして機能する領域とレンズとして機能しない領域とを形成することができる液晶レンズが得られる。   According to the present invention, a liquid crystal lens capable of forming a region that functions as a lens and a region that does not function as a lens is obtained.

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、本発明の第１の実施形態にかかる液晶レンズの構成の一部を抜き出して模式的に示す斜視図である。FIG. 2 is a perspective view schematically showing a part of 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パターン電極および第２パターン電極の一部を抜き出して模式的に示す平面図である。FIG. 3 is a plan view schematically showing a part of the first pattern electrode and the second pattern electrode extracted from the configuration of the liquid crystal lens according to the first embodiment. 図４は、Ｖｇ＿ｏｎ、Ｖｇ＿ｏｆｆ、Ｖｓ＿ｏｎ、およびＶｓ＿ｏｆｆの関係を示す模式図である。FIG. 4 is a schematic diagram showing the relationship among Vg_on, Vg_off, Vs_on, and Vs_off. 図５は、レンズとして機能させる領域の断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view of a region that functions as a lens. 図６は、レンズとして機能させない領域の断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of a region that does not function as a lens. 図７は、第２パターン電極を線順次駆動する場合の一例を示すタイミングチャートである。FIG. 7 is a timing chart showing an example when the second pattern electrode is line-sequentially driven. 図８は、本発明の第２の実施形態にかかる液晶レンズの構成を模式的に示す断面図である。FIG. 8 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a liquid crystal lens according to the second embodiment of the present invention. 図９は、シミュレーションに使用した各構成要素の配置図である。FIG. 9 is a layout diagram of each component used in the simulation. 図１０は、シミュレーションにより得られた液晶層の屈折率分布である。FIG. 10 is a refractive index distribution of the liquid crystal layer obtained by simulation. 図１１は、第３の実施形態にかかる液晶レンズの構成から、第１パターン電極および第２パターン電極の一部を抜き出して模式的に示す平面図である。FIG. 11 is a plan view schematically showing a part of the first pattern electrode and the second pattern electrode extracted from the configuration of the liquid crystal lens according to the third embodiment. 図１２は、垂直なレンチキュラーレンズを形成した場合を示す模式図である。FIG. 12 is a schematic diagram showing a case where a vertical lenticular lens is formed. 図１３は、斜めにレンチキュラーレンズを形成した場合を示す模式図である。FIG. 13 is a schematic diagram showing a case where a lenticular lens is formed obliquely. 図１４は、第４の実施形態にかかる液晶レンズの構成から、第１パターン電極および第２パターン電極の一部を抜き出して模式的に示す平面図である。FIG. 14 is a plan view schematically showing a part of the first pattern electrode and the second pattern electrode extracted from the configuration of the liquid crystal lens according to the fourth embodiment. 図１５は、第４の実施形態にかかる液晶レンズの構成から、第１パターン電極の一部を抜き出して模式的に示す平面図である。FIG. 15 is a plan view schematically showing a part of the first pattern electrode extracted from the configuration of the liquid crystal lens according to the fourth embodiment. 図１６は、図１５のＡ−Ａ線に沿った断面図である。16 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 図１７は、下部配線の構成例である。FIG. 17 is a configuration example of the lower wiring. 図１８は、下部配線の他の構成例である。FIG. 18 shows another configuration example of the lower wiring.

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方向と交差する第２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 pattern electrode; an insulative second substrate disposed opposite to the first substrate; and a conductive portion and a non-conductive portion on the second substrate along a second direction intersecting the first direction. Includes a second pattern electrode formed by being repeated in a striped pattern, and a liquid crystal layer sandwiched between the first substrate and the second substrate (first configuration).

上記の構成によれば、対向して配置された第１基板および第２基板に、互いに交差する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パターン電極および第２パターン電極が形成されている。第１パターン電極および第２パターン電極の導電部の電位をそれぞれ制御することによって、これらの交点における電位差を制御することができる。そのため、液晶層の液晶分子の配向方向を、所定の場所だけ変化させることができる。これによって、レンズとして機能する領域とレンズとして機能しない領域とを形成することができる。   According to said structure, the 1st pattern electrode formed by repeating the electroconductive part and the nonelectroconductive part on the 1st board | substrate and 2nd board | substrate which were arrange | positioned facing each other along the direction which mutually cross | intersects in stripe form And the 2nd pattern electrode is formed. By controlling the potentials of the conductive portions of the first pattern electrode and the second pattern electrode, respectively, the potential difference at these intersections can be controlled. Therefore, the alignment direction of the liquid crystal molecules in the liquid crystal layer can be changed only at a predetermined location. As a result, a region that functions as a lens and a region that does not function as a lens can be formed.

上記第１の構成において、前記第１パターン電極をＶｓ＿ｏｆｆとＶｓ＿ｏｎとを含む電位に制御し、前記第２パターン電極をＶｇ＿ｏｆｆとＶｇ＿ｏｎとを含む電位に制御する制御部をさらに備えていても良い。ここで、Ｖｓ＿ｏｆｆ、Ｖｓ＿ｏｎ、Ｖｇ＿ｏｆｆ、およびＶｇ＿ｏｎは、
Ｖｓ＿ｏｎ＜Ｖｇ＿ｏｆｆ＜Ｖｓ＿ｏｆｆ＜Ｖｇ＿ｏｎ
および、
Ｖｇ＿ｏｎ＜Ｖｓ＿ｏｆｆ＜Ｖｇ＿ｏｆｆ＜Ｖｓ＿ｏｎ
の一方を満たす（第２の構成）。 The first configuration may further include a control unit that controls the first pattern electrode to a potential including Vs_off and Vs_on, and controls the second pattern electrode to a potential including Vg_off and Vg_on. Where Vs_off, Vs_on, Vg_off, and Vg_on are
Vs_on <Vg_off <Vs_off <Vg_on
and,
Vg_on <Vs_off <Vg_off <Vs_on
Is satisfied (second configuration).

上記第２の構成において、Ｖｇ＿ｏｎ−Ｖｓ＿ｏｆｆ、Ｖｓ＿ｏｆｆ−Ｖｇ＿ｏｆｆ、およびＶｇ＿ｏｆｆ−Ｖｓ＿ｏｎの値が等しいことが好ましい（第３の構成）。   In the second configuration, it is preferable that the values of Vg_on-Vs_off, Vs_off-Vg_off, and Vg_off-Vs_on are equal (third configuration).

上記の構成によれば、レンズとして機能させない領域の電位差を等しくすることができる。これによって、レンズとして機能させない領域の光学特性を均一にすることができる。   According to the above configuration, it is possible to equalize the potential difference in the region that does not function as a lens. This makes it possible to make the optical characteristics of the region that does not function as a lens uniform.

上記第２または第３の構成において、前記制御部は、前記第１パターン電極および前記第２パターン電極の一方の電位を、３水準以上に制御することが好ましい（第４の構成）。   In the second or third configuration, it is preferable that the control unit controls one potential of the first pattern electrode and the second pattern electrode to three levels or more (fourth configuration).

上記の構成によれば、レンズを複数の電位によって形成することができる。これによって、液晶層の屈折率分布をより細かく制御することができる。したがって、より良好なレンズ特性が得られる。また、液晶層の屈性率分布をより細かく制御することによって、液晶層の厚さを薄くすることができる。液晶の応答速度は、液晶層の厚さの二乗に概略反比例する。そのため、液晶層の厚さを薄くすることで、液晶の応答速度を向上させることができる。   According to the above configuration, the lens can be formed by a plurality of potentials. Thereby, the refractive index distribution of the liquid crystal layer can be controlled more finely. Therefore, better lens characteristics can be obtained. Further, the thickness of the liquid crystal layer can be reduced by finely controlling the refractive index distribution of the liquid crystal layer. The response speed of the liquid crystal is approximately inversely proportional to the square of the thickness of the liquid crystal layer. Therefore, the response speed of the liquid crystal can be improved by reducing the thickness of the liquid crystal layer.

上記第４の構成において、前記制御部は、前記第１パターン電極および前記第２パターン電極の他方を線順次駆動することが好ましい（第５の構成）。   In the fourth configuration, it is preferable that the control unit drives the other of the first pattern electrode and the second pattern electrode line-sequentially (fifth configuration).

３水準以上の電位に制御されるパターン電極は、液晶層の屈性率分布をより細かく制御するために、細かく形成されることが好ましい。そのため、３水準以上の電位に制御されるパターン電極を線順次駆動するよりも、他方のパターン電極を線順次駆動する方が、走査にかかる時間が短くなる。これによって、フレームレートを高くすることができる。   The pattern electrode controlled to a potential of 3 levels or more is preferably formed finely in order to finely control the refractive index distribution of the liquid crystal layer. Therefore, the time required for scanning is shorter when the other pattern electrode is line-sequentially driven than when the pattern electrode controlled to a potential of 3 levels or more is line-sequentially driven. As a result, the frame rate can be increased.

上記第１〜第５のいずれかの構成において、前記第１基板と前記第１パターン電極との間に形成され、コンタクトホールを含む層間絶縁膜と、前記第１基板と前記層間絶縁膜との間に形成され、前記コンタクトホールを介して前記第１パターン電極と電気的に接続された下部配線とをさらに備え、前記第１パターン電極の導電部は、前記第１方向と交差する方向に不連続部を有し、前記不連続部では、前記下部配線を介して電気的に接続されていても良い（第６の構成）。   In any one of the first to fifth configurations, an interlayer insulating film including a contact hole formed between the first substrate and the first pattern electrode, and the first substrate and the interlayer insulating film. And a lower wiring electrically connected to the first pattern electrode through the contact hole, wherein the conductive portion of the first pattern electrode is not formed in a direction intersecting the first direction. It may have a continuous portion, and the discontinuous portion may be electrically connected via the lower wiring (sixth configuration).

上記の構成によれば、第１パターン電極の導電部を不連続に形成することができる。これによって、レンズとして機能させる領域の形状をより自由に設計することができる。   According to said structure, the electroconductive part of a 1st pattern electrode can be formed discontinuously. Thereby, the shape of the region functioning as a lens can be designed more freely.

上記第１〜第６のいずれかの構成において、前記第１パターン電極の導電部が延びる方向と、前記第２パターン電極の導電部が延びる方向とが直交していても良い（第７の構成）。   In any of the first to sixth configurations, a direction in which the conductive portion of the first pattern electrode extends may be orthogonal to a direction in which the conductive portion of the second pattern electrode extends (seventh configuration). ).

上記第１〜第７のいずれかの構成において、前記液晶層の液晶分子は、前記第１パターン電極と前記第２パターン電極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８の構成）。   In any one of the first to seventh configurations, the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer are substantially parallel to the first substrate when no potential difference is generated between the first pattern electrode and the second pattern electrode. (8th structure).

上記第１〜第７のいずれかの構成において、前記液晶層の液晶分子は、前記第１パターン電極と前記第２パターン電極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９の構成）。   In any one of the first to seventh configurations, the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer are substantially perpendicular to the first substrate when no potential difference is generated between the first pattern electrode and the second pattern electrode. (9th structure).

上記第８の構成において、前記液晶分子は、前記第１パターン電極と前記第２パターン電極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１０の構成）。   In the eighth configuration, the liquid crystal molecules are aligned on the first substrate side and on the second substrate side when no potential difference is generated between the first pattern electrode and the second pattern electrode. The orientation direction may be substantially orthogonal (tenth configuration).

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).

［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.

立体表示装置１は、さらに、表示領域Ｄ１の一部分だけを３次元表示にすることができる。液晶ディスプレイ１４は、３次元表示をする領域では多方向から撮影した画像を規則的に並べて表示し、２次元表示をする領域では通常の２次元画像を表示する。そして、液晶レンズ１１は、３次元表示をする領域では液晶層内の液晶分子の配向を規則的に変化させ、２次元表示をする領域では液晶層内の液晶分子の配向を一様にする。   Further, the stereoscopic display device 1 can display only a part of the display area D1 in a three-dimensional display. The liquid crystal display 14 regularly displays images taken from multiple directions in the three-dimensional display area, and displays a normal two-dimensional image in the two-dimensional display area. The liquid crystal lens 11 regularly changes the orientation of the liquid crystal molecules in the liquid crystal layer in the three-dimensional display region, and makes the liquid crystal molecules in the liquid crystal layer uniform in the two-dimensional display region.

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、液晶レンズ１１の構成の一部を抜き出して模式的に示す斜視図である。液晶レンズ１１は、第１基板１１１と、第２基板１１６と、液晶層１１５と、制御部１６とを備えている。   FIG. 2 is a perspective view schematically showing a part of the configuration of the liquid crystal lens 11. The liquid crystal lens 11 includes a first substrate 111, a second substrate 116, a liquid crystal layer 115, and a control unit 16.

本実施形態では、液晶層１１５を構成する液晶分子として、誘電率異方性が正の液晶分子を用いる。液晶分子は、複屈折性を有している。すなわち、光学軸に平行に振動する光に対する屈折率ｎｅと、光学軸に垂直に振動する光に対する屈折率ｎｏとが異なっている。液晶分子は、Δｎ＝ｎｅ−ｎｏの値の大きい液晶分子が好ましい。 In the present embodiment, liquid crystal molecules having positive dielectric anisotropy are used as the liquid crystal molecules constituting the liquid crystal layer 115. The liquid crystal molecules 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. Liquid crystal molecules is greater liquid crystal molecules of the values of Δn = n e -n o is preferred.

制御部１６は、第１基板１１１および第２基板１１６の電位を制御して、液晶層１１５に電場を印加し、液晶分子の配向を変化させる。制御部１６は、例えば第１基板１１１または第２基板１１６の非表示領域Ｐに配置される。制御部１６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１６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１６は、第１基板１１１および第２基板１１６以外に配置されても良い。この場合、制御部１６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 16 controls the potentials of the first substrate 111 and the second substrate 116 to apply an electric field to the liquid crystal layer 115 to change the alignment of the liquid crystal molecules. For example, the control unit 16 is disposed in the non-display area P of the first substrate 111 or the second substrate 116. The controller 16 can be formed monolithically on these substrates by a semiconductor process. The control unit 16 can also be mounted on these substrates by COG (Chip On Glass) technology. The control unit 16 may be disposed other than the first substrate 111 and the second substrate 116. In this case, the control unit 16 is connected to these substrates via, for example, an FPC (Flexible Printed Circuit).

第１基板１１１および第２基板１１６は、透光性および絶縁性を有している。第１基板１１１および第２基板１１６は、例えばガラス基板である。第１基板１１１および第２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 first substrate 111 and the second substrate 116 are translucent and insulating. The first substrate 111 and the second substrate 116 are, for example, glass substrates. The surfaces of the first substrate 111 and the second substrate 116 may be coated with a passivation film or the like.

第１基板１１１には、層間絶縁膜１１２、第１パターン電極１１３、および配向膜１１４が形成されている。   On the first substrate 111, an interlayer insulating film 112, a first pattern electrode 113, and an alignment film 114 are formed.

図２には図示していないが、第１基板１１１と層間絶縁膜１１２との間には、金属配線を含む配線層が形成されている。金属配線は、例えば基板１１１の非表示領域Ｐに、低電気抵抗の金属によって形成されている。金属配線は、例えばアルミニウムの膜である。金属配線は、例えば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。   Although not shown in FIG. 2, a wiring layer including metal wiring is formed between the first substrate 111 and the interlayer insulating film 112. The metal wiring is formed of, for example, a low electrical resistance metal in the non-display area P of the substrate 111. The metal wiring is, for example, an aluminum film. The metal wiring is formed by sputtering, for example, and patterned by photolithography.

配線層を覆って、層間絶縁膜１１２が形成されている。層間絶縁膜１１２は、透光性の絶縁材料で形成されている。層間絶縁膜１１２は、例えばＳｉＯ２の膜であり、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によって成膜される。図２には図示していないが、層間絶縁膜１１２には、コンタクトホールが形成されている。コンタクトホールは、例えばフォトリソグラフィによって形成される。 An interlayer insulating film 112 is formed so as to cover the wiring layer. The interlayer insulating film 112 is formed of a light-transmitting insulating material. The interlayer insulating film 112 is, for example, a SiO 2 film, and is formed by CVD (Chemical Vapor Deposition). Although not shown in FIG. 2, a contact hole is formed in the interlayer insulating film 112. The contact hole is formed by photolithography, for example.

層間絶縁膜１１２の上に、第１パターン電極１１３が形成されている。すなわち、第１パターン電極１１３と配線層とは、層間絶縁膜１１２を間に挟んで、異なる層に形成されている。第１パターン電極１１３と金属配線とは、層間絶縁膜１１２に形成されたコンタクトホールを通じて、電気的に接続されている。第１パターン電極１１３と金属配線とは、コンタクトホールが形成されている場所以外の場所においては、層間絶縁膜１１２によって絶縁されている。この構成によって、第１パターン電極１１３と金属配線とは、ｘｙ面内で交差することができる。   A first pattern electrode 113 is formed on the interlayer insulating film 112. That is, the first pattern electrode 113 and the wiring layer are formed in different layers with the interlayer insulating film 112 interposed therebetween. The first pattern electrode 113 and the metal wiring are electrically connected through a contact hole formed in the interlayer insulating film 112. The first pattern electrode 113 and the metal wiring are insulated by the interlayer insulating film 112 at a place other than the place where the contact hole is formed. With this configuration, the first pattern electrode 113 and the metal wiring can intersect in the xy plane.

第１パターン電極１１３は、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、１１３Ｂ、１１３Ｃ・・・を含んでいる。   The first pattern electrode 113 is formed by repeating conductive portions and non-conductive portions in a stripe shape along the x direction. More specifically, the first pattern electrode 113 includes electrodes 113A, 113B, 113C,... Formed at predetermined intervals along the x direction.

電極１１３Ａ、１１３Ｂ、１１３Ｃ、・・・のそれぞれは、ｙ方向に延びて細長に形成されている。以下では、電極１１３Ａ、１１３Ｂ、１１３Ｃ、・・・が延びる方向（ｙ方向）を、第１パターン電極１１３の導電部の延在方向と呼ぶ。   Each of the electrodes 113A, 113B, 113C,... Is elongated to extend in the y direction. Hereinafter, the direction (y direction) in which the electrodes 113A, 113B, 113C,... Extend is referred to as the extending direction of the conductive portion of the first pattern electrode 113.

電極１１３Ａ、１１３Ｂ、１１３Ｃ・・・は、透光性の導電材料で形成されている。電極１１３Ａ、１１３Ｂ、１１３Ｃ・・・は例えば、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）またはＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）である。電極１１３Ａ、１１３Ｂ、１１３Ｃ・・・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。   The electrodes 113A, 113B, 113C,... Are made of a light-transmitting conductive material. The electrodes 113A, 113B, 113C,... Are, for example, ITO (Indium Tin Oxide) or IZO (Indium Zinc Oxide). The electrodes 113A, 113B, 113C,... Are formed by, for example, CVD or sputtering, and are patterned by photolithography.

電極１１３Ａ、１１３Ｂ、１１３Ｃ、・・・のそれぞれは、金属配線を介して、制御部１６に電気的に接続されている。制御部１６は、電極１１３Ａ、１１３Ｂ、１１３Ｃ、・・・のそれぞれの電位を、独立して制御することができる。   Each of the electrodes 113A, 113B, 113C,... Is electrically connected to the control unit 16 through a metal wiring. The control unit 16 can independently control the potentials of the electrodes 113A, 113B, 113C,.

第１パターン電極１１３を覆って、配向膜１１４が形成されている。配向膜１１４は、例えばポリイミドであり、印刷法によって形成される。   An alignment film 114 is formed so as to cover the first pattern electrode 113. The alignment film 114 is made of polyimide, for example, and is formed by a printing method.

第２基板１１６には、層間絶縁膜１１７、第２パターン電極１１８、および配向膜１１９が形成されている。また、第２基板１１６と層間絶縁膜１１７との間にも、図示しない配線層が形成されている。これらの構成は、第１基板１１１の配線層、層間絶縁膜１１２、第１パターン電極１１３、および配向膜１１４と概略同じである。ただし、第２パターン電極１１８の導電部の延在方向は、第１パターン電極１１３延在方向と異なっている。   On the second substrate 116, an interlayer insulating film 117, a second pattern electrode 118, and an alignment film 119 are formed. A wiring layer (not shown) is also formed between the second substrate 116 and the interlayer insulating film 117. These configurations are substantially the same as the wiring layer, the interlayer insulating film 112, the first pattern electrode 113, and the alignment film 114 of the first substrate 111. However, the extending direction of the conductive portion of the second pattern electrode 118 is different from the extending direction of the first pattern electrode 113.

第２パターン電極１１８は、ｙ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２パターン電極１１８は、ｙ方向に沿って所定の間隔で形成された電極１１８Ａ、１１８Ｂ、１１８Ｃ・・・を含んでいる。   The second pattern electrode 118 is formed by repeating a conductive portion and a non-conductive portion in a stripe shape along the y direction. More specifically, the second pattern electrode 118 includes electrodes 118A, 118B, 118C,... Formed at predetermined intervals along the y direction.

電極１１８Ａ、１１８Ｂ、１１８Ｃ、・・・のそれぞれは、ｘ方向に延びて細長に形成されている。すなわち、第２パターン電極１１８の導電部の延在方向は、第１パターン電極１１３の導電部の延在方向と直交している。   Each of the electrodes 118A, 118B, 118C,... Extends in the x direction and is formed in an elongated shape. That is, the extending direction of the conductive portion of the second pattern electrode 118 is orthogonal to the extending direction of the conductive portion of the first pattern electrode 113.

第１パターン電極１１３と同様に、電極１１８Ａ、１１８Ｂ、１１８Ｃ、・・・のそれぞれは、金属配線を介して、制御部１６に電気的に接続されている。制御部１６は、電極１１８Ａ、１１８Ｂ、１１８Ｃ、・・・のそれぞれの電位を、独立して制御することができる。   As with the first pattern electrode 113, each of the electrodes 118A, 118B, 118C,... Is electrically connected to the control unit 16 via a metal wiring. The control unit 16 can independently control the respective potentials of the electrodes 118A, 118B, 118C,.

液晶レンズ１１は、第１基板１１１と第２基板１１６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 111 and the second substrate 116, sealing the periphery, and injecting liquid crystal into the gap.

本実施形態では、配向膜１１４および１１９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パターン電極１１３と第２パターン電極１１８との間に電位差が生じていない場合、液晶分子はｘ方向に配向している。   In the present embodiment, the alignment films 114 and 119 are rubbed in substantially parallel to the x direction. Accordingly, when no potential difference is generated between the first pattern electrode 113 and the second pattern electrode 118, the liquid crystal molecules are aligned in the x direction.

次に、図３〜図６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３は、液晶レンズ１１の構成から、第１パターン電極１１３および第２パターン電極１１８の一部を抜き出して模式的に示すｘｙ平面図である。   FIG. 3 is an xy plan view schematically showing a part of the first pattern electrode 113 and the second pattern electrode 118 extracted from the configuration of the liquid crystal lens 11.

図３では、制御部１６によって、電極１１３Ａおよび１１３Ｂの電位がＶｓ＿ｏｆｆに、電極１１３Ｃ〜１１３Ｆの電位がＶｓ＿ｏｎに、それぞれ制御されている。また、電極１１８Ａおよび１１８Ｂの電位がＶｇ＿ｏｆｆに、電極１１８Ｃ〜１１８Ｆの電位がＶｇ＿ｏｎに、それぞれ制御されている。   In FIG. 3, the control unit 16 controls the potentials of the electrodes 113A and 113B to Vs_off and the potentials of the electrodes 113C to 113F to Vs_on, respectively. Further, the potentials of the electrodes 118A and 118B are controlled to Vg_off, and the potentials of the electrodes 118C to 118F are controlled to Vg_on, respectively.

これによって、電極１１３Ｃ〜１１３Ｆと電極１１８Ｃ〜１１８Ｆとが交差する領域ＡＲ１では、第１パターン電極１１３と第２パターン電極１１８との間の電位差は、（Ｖｇ＿ｏｎ−Ｖｓ＿ｏｎ）になっている。同様に、電極１１３Ａおよび１１３Ｂと電極１１８Ｃ〜１１８Ｆとが交差する領域ＡＲ２における電位差は、（Ｖｇ＿ｏｎ−Ｖｓ＿ｏｆｆ）になっている。電極１１３Ａおよび１１３Ｂと電極１１８Ａおよび１１８Ｂとが交差する領域ＡＲ３における電位差は、（Ｖｓ＿ｏｆｆ−Ｖｇ＿ｏｆｆ）になっている。電極１１３Ｃ〜１１３Ｆと電極１１８Ａおよび電極１１８Ｂとが交差する領域ＡＲ４における電位差は、（Ｖｇ＿ｏｆｆ−Ｖｓ＿ｏｎ）になっている。   Thereby, in the area AR1 where the electrodes 113C to 113F and the electrodes 118C to 118F intersect, the potential difference between the first pattern electrode 113 and the second pattern electrode 118 is (Vg_on−Vs_on). Similarly, the potential difference in the region AR2 where the electrodes 113A and 113B and the electrodes 118C to 118F intersect is (Vg_on−Vs_off). The potential difference in the region AR3 where the electrodes 113A and 113B and the electrodes 118A and 118B intersect is (Vs_off−Vg_off). The potential difference in the region AR4 where the electrodes 113C to 113F intersect with the electrodes 118A and 118B is (Vg_off−Vs_on).

図４は、Ｖｇ＿ｏｎ、Ｖｇ＿ｏｆｆ、Ｖｓ＿ｏｎ、およびＶｓ＿ｏｆｆの関係を示す模式図である。図４に示すように、これらの値は、Ｖｓ＿ｏｎ＜Ｖｇ＿ｏｆｆ＜Ｖｓ＿ｏｆｆ＜Ｖｇ＿ｏｎの関係を満たしている。   FIG. 4 is a schematic diagram showing the relationship among Vg_on, Vg_off, Vs_on, and Vs_off. As shown in FIG. 4, these values satisfy the relationship of Vs_on <Vg_off <Vs_off <Vg_on.

Ｖｇ＿ｏｎ、Ｖｇ＿ｏｆｆ、Ｖｓ＿ｏｎ、およびＶｓ＿ｏｆｆはさらに、（Ｖｇ＿ｏｎ−Ｖｓ＿ｏｆｆ）、（Ｖｓ＿ｏｆｆ−Ｖｇ＿ｏｆｆ）、および（Ｖｇ＿ｏｆｆ−Ｖｓ＿ｏｎ）の値が等しくなるように選択されることが好ましい。すなわち、領域ＡＲ２〜ＡＲ４における第１パターン電極１１３と第２パターン電極１１８との間の電位差が等しくなるように選択されることが好ましい。この場合、領域ＡＲ１における電位差は、領域ＡＲ２〜ＡＲ４における電位差の３倍になる。   Vg_on, Vg_off, Vs_on, and Vs_off are further preferably selected such that the values of (Vg_on-Vs_off), (Vs_off-Vg_off), and (Vg_off-Vs_on) are equal. That is, it is preferable to select the potential difference between the first pattern electrode 113 and the second pattern electrode 118 in the regions AR2 to AR4 to be equal. In this case, the potential difference in the area AR1 is three times the potential difference in the areas AR2 to AR4.

図５は、領域ＡＲ１における液晶レンズ１１のｘｚ断面図である。   FIG. 5 is an xz sectional view of the liquid crystal lens 11 in the area AR1.

液晶層１１５の液晶分子１１５ａは、第１パターン電極１１３と第２パターン電極１１８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１１３Ｄと電極１１８Ｅとの間、および電極１１３Ｅと電極１１８Ｅとの間には、電位差（Ｖｇ＿ｏｎ−Ｖｓ＿ｏｎ）が生じている。これによって、電極１１３Ｄおよび電極１１３Ｅ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。そして、電極１１３Ｄと電極１１３Ｅとの中間では、液晶分子１１５ａの分子長軸は、ｚ方向からｘ方向に向かって傾きが変化している。   The liquid crystal molecules 115a of the liquid crystal layer 115 are aligned so that the electric field generated by the potential difference between the first pattern electrode 113 and the second pattern electrode 118 is parallel to the molecular long axis. A potential difference (Vg_on−Vs_on) is generated between the electrode 113D and the electrode 118E and between the electrode 113E and the electrode 118E. Thereby, the molecular long axes of the liquid crystal molecules 115a in the vicinity of the electrode 113D and the electrode 113E are aligned parallel to the z direction. In the middle between the electrode 113D and the electrode 113E, the inclination of the molecular major axis of the liquid crystal molecules 115a changes from the z direction to 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５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、領域ＡＲ１では、屈折率分布型レンズ（Ｇｒａｄｉｅｎｔ Ｉｎｄｅｘ Ｌｅｎｓ、ＧＲＩＮレンズ）として機能している。   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 the broken arrow in FIG. That is, the liquid crystal lens 11 functions as a gradient index lens (GRIN lens) in the area AR1.

図６は、領域ＡＲ２における液晶レンズ１１のｘｚ断面図である。   FIG. 6 is an xz sectional view of the liquid crystal lens 11 in the area AR2.

電極１１３Ａと電極１１８Ｅとの間、および電極１１３Ｂと電極１１８Ｅとの間には、電位差（Ｖｇ＿ｏｎ−Ｖｓ＿ｏｆｆ）が生じている。しかし、図４に示すように、電位差（Ｖｇ＿ｏｎ−Ｖｓ＿ｏｆｆ）は、領域ＡＲ１の電位差（Ｖｇ＿ｏｎ−Ｖｓ＿ｏｎ）に比べて小さい。そのため、液晶分子１１５ａの配向を変化させることができない。あるいは、液晶分子１１５ａの配向を変化させるために、領域ＡＲ１の場合と比較して非常に長い時間を必要とする。そのため、液晶分子１１５ａは、配向膜１１４および１１８によって、ｘ方向と平行に配向している。   A potential difference (Vg_on−Vs_off) is generated between the electrode 113A and the electrode 118E and between the electrode 113B and the electrode 118E. However, as shown in FIG. 4, the potential difference (Vg_on−Vs_off) is smaller than the potential difference (Vg_on−Vs_on) in the region AR1. Therefore, the alignment of the liquid crystal molecules 115a cannot be changed. Or, in order to change the alignment of the liquid crystal molecules 115a, it takes a very long time compared to the case of the region AR1. Therefore, the liquid crystal molecules 115a are aligned parallel to the x direction by the alignment films 114 and 118.

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６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、領域ＡＲ２では、ＧＲＩＮレンズとして機能していない。領域ＡＲ３およびＡＲ４においても同様である。   Since the liquid crystal molecules 115a are uniformly aligned, the refractive index of the liquid crystal layer 115 is also uniform. As shown by the dashed arrows in FIG. 6, 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 the area AR2. The same applies to the areas AR3 and AR4.

このように液晶レンズ１１は、制御部１６によって第１パターン電極１１３および第２パターン電極１１８の電位を制御して、ＧＲＩＮレンズとして機能する領域（領域ＡＲ１）と、ＧＲＩＮレンズとして機能しない領域（領域ＡＲ３〜ＡＲ４）とを形成することができる。   As described above, the liquid crystal lens 11 controls the potentials of the first pattern electrode 113 and the second pattern electrode 118 by the control unit 16, and functions as a region (region AR1) that functions as a GRIN lens and a region (region) that does not function as a GRIN lens. AR3 to AR4) can be formed.

既述のように立体表示装置１（図１）では、液晶レンズ１１と液晶ディスプレイ１４とが連動して動作する。すなわち液晶ディスプレイ１４は、液晶レンズ１１の領域ＡＲ１と重なる部分に、多方向から撮影した画像を規則的に並べて表示する。そして、液晶視すプレイ１４は、領域ＡＲ２〜ＡＲ４と重なる部分に、通常の２次元画像を表示する。これによって、立体表示装置１は、表示領域Ｄ１の一部分だけを３次元表示にすることができる。   As described above, in the stereoscopic display device 1 (FIG. 1), the liquid crystal lens 11 and the liquid crystal display 14 operate in conjunction with each other. In other words, the liquid crystal display 14 regularly displays images taken from multiple directions on a portion overlapping the area AR1 of the liquid crystal lens 11. The play 14 viewed from the liquid crystal displays a normal two-dimensional image in a portion overlapping the areas AR2 to AR4. Accordingly, the stereoscopic display device 1 can display only a part of the display area D1 in a three-dimensional display.

既述のように、Ｖｇ＿ｏｎ、Ｖｇ＿ｏｆｆ、Ｖｓ＿ｏｎ、およびＶｓ＿ｏｆｆは、（Ｖｇ＿ｏｎ−Ｖｓ＿ｏｆｆ）、（Ｖｓ＿ｏｆｆ−Ｖｇ＿ｏｆｆ）、および（Ｖｇ＿ｏｆｆ−Ｖｓ＿ｏｎ）の値が等しくなるように選択されることが好ましい。これによって、領域ＡＲ２〜ＡＲ４における電位差を等しくすることができる。これによって、ＧＲＩＮレンズとして機能させない領域の光学特性を均一にすることができる。   As described above, Vg_on, Vg_off, Vs_on, and Vs_off are preferably selected so that the values of (Vg_on−Vs_off), (Vs_off−Vg_off), and (Vg_off−Vs_on) are equal. Thereby, the potential differences in the regions AR2 to AR4 can be made equal. This makes it possible to make the optical characteristics of the region not functioning as a GRIN lens uniform.

液晶レンズ１１は、制御部１６が、第１パターン電極１１３および第２パターン電極１１８の一方を、線順次駆動する構成としても良い。線順次駆動によって、空間的に離れた複数の部分において、ＧＲＩＮレンズとして機能する領域を形成することができる。   The liquid crystal lens 11 may be configured such that the control unit 16 drives one of the first pattern electrode 113 and the second pattern electrode 118 line-sequentially. By line-sequential driving, a region functioning as a GRIN lens can be formed in a plurality of spatially separated portions.

図７は、第２パターン電極１１８を線順次駆動する場合の一例を示すタイミングチャートである。図７で、ＶｇＡ、ＶｇＢ、ＶｇＣ、・・・はそれぞれ、電極１１８Ａ、１１８Ｂ、１１８Ｃ、・・・の電位を示す。同様に、ＶｓＡ、ＶｓＢ、ＶｓＣ、・・・はそれぞれ、電極１１３Ａ、１１３Ｂ、１１３Ｃ、・・・の電位を示す。図７は、図３の領域ＡＲ１における電位差を（Ｖｇ＿ｏｎ−ＶＳ＿ｏｎ）にするための駆動パターンである。   FIG. 7 is a timing chart showing an example when the second pattern electrode 118 is driven in a line sequential manner. In FIG. 7, VgA, VgB, VgC,... Indicate the potentials of the electrodes 118A, 118B, 118C,. Similarly, VsA, VsB, VsC,... Indicate the potentials of the electrodes 113A, 113B, 113C,. FIG. 7 shows a drive pattern for setting the potential difference in the area AR1 in FIG. 3 to (Vg_on−VS_on).

図７に示すように、制御部１６はまず、電極１１８Ａの電位をＶｇ＿ｏｎに制御し、第２パターン電極１１８の他の電極の電位をＶｇ＿ｏｆｆに制御する。同時に、制御部１６は第１パターン電極１１３の電極の電位をすべてＶｓ＿ｏｆｆに制御する。   As shown in FIG. 7, the control unit 16 first controls the potential of the electrode 118A to Vg_on, and controls the potentials of the other electrodes of the second pattern electrode 118 to Vg_off. At the same time, the control unit 16 controls all the potentials of the electrodes of the first pattern electrode 113 to Vs_off.

制御部１６は次に、電極１１８Ｂの電位をＶｇ＿ｏｎに制御し、第２パターン電極１１８の他の電極の電位をＶｇ＿ｏｆｆに制御する。この時、第１パターン電極１１３の電極の電位はＶｓ＿ｏｆｆに制御されたままである。   Next, the control unit 16 controls the potential of the electrode 118B to Vg_on, and controls the potential of the other electrode of the second pattern electrode 118 to Vg_off. At this time, the potential of the electrode of the first pattern electrode 113 remains controlled at Vs_off.

制御部１６は次に、電極１１８Ｃの電位をＶｇ＿ｏｎに制御し、第２パターン電極１１８の他の電極の電位をＶｇ＿ｏｆｆに制御する。同時に、制御部１６は、電極１１３Ｃ〜１１３Ｆの電位をＶｓ＿ｏｎに制御する。これによって、電極１１８Ｃと電極１１３Ｃ〜１１３Ｆとの間に、電位差（Ｖｇ＿ｏｎ−Ｖｓ＿ｏｎ）が生じる。   Next, the control unit 16 controls the potential of the electrode 118C to Vg_on, and controls the potential of the other electrode of the second pattern electrode 118 to Vg_off. At the same time, the control unit 16 controls the potentials of the electrodes 113C to 113F to Vs_on. Accordingly, a potential difference (Vg_on−Vs_on) is generated between the electrode 118C and the electrodes 113C to 113F.

以下同様にして、制御部１６は電極１１８Ｄ〜１１８Ｆを順次選択して電位をＶｇ＿ｏｎに制御し、第２パターン電極１１８の他の電極の電位をＶｇ＿ｏｆｆに制御する。これに同期して、電極１１３Ａ〜１１３Ｆの電位を制御する。   Similarly, the controller 16 sequentially selects the electrodes 118D to 118F to control the potential to Vg_on, and controls the potentials of the other electrodes of the second pattern electrode 118 to Vg_off. In synchronization with this, the potentials of the electrodes 113A to 113F are controlled.

以上の動作によって、所定の場所にだけ電位差（Ｖｇ＿ｏｎ−Ｖｓ＿ｏｎ）を生じさせることができる。なお、ここでは第２パターン電極１１８を線順次駆動する場合を説明したが、第１パターン電極１１３を線順次駆動しても良い。   Through the above operation, a potential difference (Vg_on−Vs_on) can be generated only at a predetermined location. Although the case where the second pattern electrode 118 is line-sequentially driven has been described here, the first pattern electrode 113 may be line-sequentially driven.

以上、第１の実施形態にかかる液晶レンズ１１の構成および動作について説明した。   The configuration and operation of the liquid crystal lens 11 according to the first embodiment have been described above.

液晶レンズ１１では、図４に示すように、Ｖｓ＿ｏｎ＜Ｖｇ＿ｏｆｆ＜Ｖｓ＿ｏｆｆ＜Ｖｇ＿ｏｎとなるように、Ｖｇ＿ｏｎ、Ｖｇ＿ｏｆｆ、Ｖｓ＿ｏｎ、およびＶｓ＿ｏｆｆを選択した。しかし、Ｖｇ＿ｏｎ＜Ｖｓ＿ｏｆｆ＜Ｖｇ＿ｏｆｆ＜Ｖｓ＿ｏｎとなるように、Ｖｇ＿ｏｎ、Ｖｇ＿ｏｆｆ、Ｖｓ＿ｏｎ、およびＶｓ＿ｏｆｆを選択しても良い。この場合も、（Ｖｓ＿ｏｎ−Ｖｇ＿ｏｆｆ）、（Ｖｇ＿ｏｆｆ−Ｖｓ＿ｏｆｆ）、および（Ｖｓ＿ｏｆｆ−Ｖｇ＿ｏｎ）の値が等しいことが好ましい。   In the liquid crystal lens 11, as shown in FIG. 4, Vg_on, Vg_off, Vs_on, and Vs_off were selected so that Vs_on <Vg_off <Vs_off <Vg_on. However, Vg_on, Vg_off, Vs_on, and Vs_off may be selected so that Vg_on <Vs_off <Vg_off <Vs_on. Also in this case, it is preferable that the values of (Vs_on-Vg_off), (Vg_off-Vs_off), and (Vs_off-Vg_on) are equal.

図５および図６は、第１基板１１１側から光を入射する場合を図示している。すなわち図５および図６は、第１基板１１１が液晶ディスプレイ１４側に配置される構成を示している。この場合、液晶ディスプレイ１４に近い側のパターン電極（第１パターン電極１１３）の導電部の延在方向はｙ方向になる。しかし、液晶レンズ１１は、第２基板１１６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いても良い。この場合、液晶ディスプレイ１４に近い側のパターン電極（第２パターン電極１１８）の導電部の延在方向はｘ方向になる。このように本実施形態では、２つの基板に形成されたパターン電極の導電部の延在方向が互いに直交していれば良く、それぞれのパターン電極の導電部の延在方向は限定されない。   5 and 6 illustrate a case where light is incident from the first substrate 111 side. That is, FIG. 5 and FIG. 6 show a configuration in which the first substrate 111 is disposed on the liquid crystal display 14 side. In this case, the extending direction of the conductive portion of the pattern electrode (first pattern electrode 113) closer to the liquid crystal display 14 is the y direction. However, the liquid crystal lens 11 may be configured such that the second substrate 116 is disposed on the liquid crystal display 14 side. In this case, the extending direction of the conductive portion of the pattern electrode (second pattern electrode 118) closer to the liquid crystal display 14 is the x direction. As described above, in this embodiment, the extending directions of the conductive portions of the pattern electrodes formed on the two substrates need only be orthogonal to each other, and the extending directions of the conductive portions of the respective pattern electrodes are not limited.

［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 the liquid crystal lenses described below instead of the liquid crystal lens 11.

図８は、本発明の第２の実施形態にかかる液晶レンズ２１の構成を模式的に示すｘｚ断面図である。液晶レンズ２１は、液晶レンズ１１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１パターン電極２１３は、第１パターン電極１１３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の導電部は、第１パターン電極１１３の導電部よりも細かい間隔で形成されている。   FIG. 8 is an xz sectional view schematically showing the configuration of the liquid crystal lens 21 according to the second embodiment of the present invention. The liquid crystal lens 21 includes a first pattern electrode 213 instead of the first pattern electrode 113 of the liquid crystal lens 11. Similar to the first pattern electrode 113, the first pattern electrode 213 is formed by repeating a conductive portion and a non-conductive portion in a stripe shape along the x direction. The conductive portions of the first pattern electrode 213 are formed at a smaller interval than the conductive portions of the first pattern electrode 113.

第１パターン電極２１３も、第１パターン電極１１３と同様に、電極２１３Ａ、２１３Ｂ、２１３Ｃ・・・を含み、これらの電位は制御部１６によって独立に制御される。   Similarly to the first pattern electrode 113, the first pattern electrode 213 includes electrodes 213A, 213B, 213C,..., And these potentials are independently controlled by the control unit 16.

液晶レンズ１１では、図５に示すように、１つのレンズを１組の電極（図５では電極１１３Ｄおよび１１３Ｅ）によって形成している。液晶レンズ２１では、１つのレンズを複数の電極によって形成する。   In the liquid crystal lens 11, as shown in FIG. 5, one lens is formed by a pair of electrodes (electrodes 113D and 113E in FIG. 5). In the liquid crystal lens 21, one lens is formed by a plurality of electrodes.

具体的には、制御部１６によって、電極２１３Ａおよび２１３Ｇの電位をＶｓ＿ｏｎに制御する。さらに、制御部１６によって、電極２１３Ｂ〜２１３Ｆの電位をそれぞれＶｓ＿ｏｎ１〜Ｖｓ＿ｏｎ５に制御する。これによって、ｘｙ面内に電位分布を形成し、液晶層１１５の屈性率分布をより細かく制御することができる。したがって、より良好なレンズ特性が得られる。   Specifically, the control unit 16 controls the potentials of the electrodes 213A and 213G to Vs_on. Further, the control unit 16 controls the potentials of the electrodes 213B to 213F to Vs_on1 to Vs_on5, respectively. Thereby, a potential distribution can be formed in the xy plane, and the refractive index distribution of the liquid crystal layer 115 can be controlled more finely. Therefore, better lens characteristics can be obtained.

また、液晶層１１５の屈性率分布をより細かく制御することによって、液晶層１１５の厚さｄを薄くすることができる。液晶の応答速度は、厚さｄの二乗に概略反比例する。そのため、厚さｄを薄くすることで、液晶の応答速度を向上させることができる。   Further, the thickness d of the liquid crystal layer 115 can be reduced by finely controlling the refractive index distribution of the liquid crystal layer 115. The response speed of the liquid crystal is approximately inversely proportional to the square of the thickness d. Therefore, the response speed of the liquid crystal can be improved by reducing the thickness d.

以上のように、液晶レンズ２１では、制御部１６が、第１パターン電極２１３の電位を、Ｖｓ＿ｏｎおよびＶｓ＿ｏｆｆの他に、Ｖｓ＿ｏｎ１〜Ｖｓ＿ｏｎ５に制御する。すなわち、液晶レンズ２１では、制御部１６が、第１パターン電極２１３の電位を３水準以上に制御する。   As described above, in the liquid crystal lens 21, the control unit 16 controls the potential of the first pattern electrode 213 to Vs_on1 to Vs_on5 in addition to Vs_on and Vs_off. That is, in the liquid crystal lens 21, the control unit 16 controls the potential of the first pattern electrode 213 to 3 levels or more.

Ｖｓ＿ｏｎ１〜Ｖｓ＿ｏｎ５は、Ｖｓ＿ｏｎ以上であってＶｓ＿ｏｆｆ以下の値から選ばれることが好ましい。これによって、Ｖｇ＿ｏｆｆとの電位差を（Ｖｓ＿ｏｆｆ−Ｖｇ＿ｏｆｆ）以下、または（Ｖｇ＿ｏｆｆ−Ｖｓ＿ｏｎ）以下にすることができる。   Vs_on1 to Vs_on5 are preferably selected from values not less than Vs_on and not more than Vs_off. As a result, the potential difference from Vg_off can be set to (Vs_off−Vg_off) or less, or (Vg_off−Vs_on) or less.

図８では、１つのレンズを電極２１３Ａ〜２１３Ｇの７つの電極によって形成している。しかしこれは例示であり、１つのレンズを幾つの電極で形成するかは任意である。   In FIG. 8, one lens is formed by seven electrodes 213A to 213G. However, this is merely an example, and how many electrodes are used to form one lens is arbitrary.

液晶レンズ２１では、第１パターン電極２１３の電位を３水準以上に制御して、液晶層１１５に屈折率分布を形成している。しかし、第２パターン電極１１８の導電部を細かく形成し、電位を３水準以上に制御して、液晶層１１５に屈折率分布を形成しても良い。   In the liquid crystal lens 21, the potential of the first pattern electrode 213 is controlled to 3 levels or more to form a refractive index distribution in the liquid crystal layer 115. However, the conductive portion of the second pattern electrode 118 may be formed finely, and the refractive index distribution may be formed in the liquid crystal layer 115 by controlling the potential to be 3 levels or more.

液晶レンズ２１においても、制御部１６が、第１パターン電極２１３および第２パターン電極１１８の一方を線順次駆動する構成としても良い。この場合、電位を３水準以上に制御する電極（液晶レンズ２１では第１パターン電極２１３）ではない方の電極（液晶レンズ２１では第２パターン電極１１８）を線順次駆動することが好ましい。第１パターン電極２１３の導電部は、レンズピッチφよりも細かく形成されている。そのため、第１パターン電極２１３はより多くの電極を有している。したがって、第１パターン電極２１３を線順次駆動するよりも、第２パターン電極１１８を線順次駆動する方が、走査にかかる時間が短くなる。これによって、フレームレートを高くすることができる。   Also in the liquid crystal lens 21, the control unit 16 may be configured to drive one of the first pattern electrode 213 and the second pattern electrode 118 line-sequentially. In this case, it is preferable that the electrode (the second pattern electrode 118 in the liquid crystal lens 21) which is not the electrode (the first pattern electrode 213 in the liquid crystal lens 21) which controls the potential at three levels or more is line-sequentially driven. The conductive portion of the first pattern electrode 213 is formed finer than the lens pitch φ. Therefore, the first pattern electrode 213 has more electrodes. Therefore, the time required for scanning is shorter when the second pattern electrode 118 is driven line-sequentially than when the first pattern electrode 213 is driven line-sequentially. As a result, the frame rate can be increased.

［計算例］
以下、シミュレーションに基づいて本実施形態の効果をより具体的に説明する。図９は、シミュレーションに使用した各構成要素の配置図である。図９に示すように、１５個の電極によって一つのレンズを形成する構成とし、各電極の幅Ｅｗは５０μｍ、電極間の間隔Ｓｗは２５μｍ、レンズピッチφは７００μｍ、液晶層の厚さｄは５０μｍとした。それぞれの電極の電位を、図９の表に示す＃１〜＃８としてｘ方向に対称に制御して、液晶層１１５の屈折率分布を計算した。 [Calculation example]
Hereinafter, the effect of this embodiment will be described more specifically based on simulation. FIG. 9 is a layout diagram of each component used in the simulation. As shown in FIG. 9, one lens is formed by 15 electrodes, the width Ew of each electrode is 50 μm, the spacing Sw between the electrodes is 25 μm, the lens pitch φ is 700 μm, and the thickness d of the liquid crystal layer is The thickness was 50 μm. The potential of each electrode was controlled symmetrically in the x direction as # 1 to # 8 shown in the table of FIG. 9, and the refractive index distribution of the liquid crystal layer 115 was calculated.

結果を図１０に示す。図１０は、シミュレーションにより得られた液晶層１１５の屈折率分布である。図１０の横軸はｘ方向の距離（μｍ）を示している。図１０の縦軸は液晶層１１５の実効屈折率を示す。曲線Ｃ０は所定の焦点距離を持つＧＲＩＮレンズを得るための屈折率分布の理論曲線を示している。曲線Ｃ１は図９の配置における計算値を示し、曲線Ｃ２はレンズを１組の電極で形成した場合の計算値を示している。   The results are shown in FIG. FIG. 10 is a refractive index distribution of the liquid crystal layer 115 obtained by simulation. The horizontal axis in FIG. 10 indicates the distance (μm) in the x direction. The vertical axis in FIG. 10 indicates the effective refractive index of the liquid crystal layer 115. A curve C0 shows a theoretical curve of refractive index distribution for obtaining a GRIN lens having a predetermined focal length. A curve C1 shows the calculated value in the arrangement of FIG. 9, and a curve C2 shows the calculated value when the lens is formed by one set of electrodes.

曲線Ｃ２に示すように、レンズを１組の電極で形成した場合、レンズ中央付近の屈折率が一定になっている。この場合、ＧＲＩＮレンズとしての特性が得られない。これは、液晶層の厚さｄに対してレンズピッチφの値が大きいため、レンズ中央まで電界がかかっていないためと考えられる。   As shown by the curve C2, when the lens is formed by a pair of electrodes, the refractive index near the center of the lens is constant. In this case, characteristics as a GRIN lens cannot be obtained. This is considered to be because an electric field is not applied to the center of the lens because the value of the lens pitch φ is larger than the thickness d of the liquid crystal layer.

曲線Ｃ１に示すように、図９の配置によって電極の電位を制御することで、理論曲線Ｃ０に近い屈折率分布が得られている。すなわち、液晶層の厚さｄに対してレンズピッチφの値が大きい場合であっても、レンズ中央まで電界がかかり、良好なレンズ特性が得られている。したがって、液晶層の厚さｄを相対的に薄くすることができる。既述のように、液晶層の厚さｄを薄くすることによって、液晶の応答速度を向上させることができる。   As shown by the curve C1, the refractive index distribution close to the theoretical curve C0 is obtained by controlling the potential of the electrode by the arrangement of FIG. That is, even when the value of the lens pitch φ is large with respect to the thickness d of the liquid crystal layer, an electric field is applied to the center of the lens, and good lens characteristics are obtained. Therefore, the thickness d of the liquid crystal layer can be relatively reduced. As described above, the response speed of the liquid crystal can be improved by reducing the thickness d of the liquid crystal layer.

［第３の実施形態］
本発明の第３の実施形態にかかる液晶レンズは、液晶レンズ１１の第１パターン電極１１３に代えて、第１パターン電極３１３を備えている。図１１は、本実施形態にかかる液晶レンズの構成から、第１パターン電極３１３および第２パターン電極１１８の一部を抜き出して模式的に示すｘｙ平面図である。図１１に示すように、第１パターン電極３１３の導電部の延在方向はｙ方向から傾いており、ｘ方向と角度θ（θ≠９０°）をなしている。本実施形態では、第１パターン電極３１３の導電部の延在方向と、第２パターン電極１１８の導電部の延在方向とは、直交していない。 [Third Embodiment]
The liquid crystal lens according to the third embodiment of the present invention includes a first pattern electrode 313 instead of the first pattern electrode 113 of the liquid crystal lens 11. FIG. 11 is an xy plan view schematically showing a part of the first pattern electrode 313 and the second pattern electrode 118 extracted from the configuration of the liquid crystal lens according to the present embodiment. As shown in FIG. 11, the extending direction of the conductive portion of the first pattern electrode 313 is inclined from the y direction, and forms an angle θ (θ ≠ 90 °) with the x direction. In the present embodiment, the extending direction of the conductive portion of the first pattern electrode 313 and the extending direction of the conductive portion of the second pattern electrode 118 are not orthogonal.

第１パターン電極３１３も、第１パターン電極１１３と同様に、電極３１３Ａ、３１３Ｂ、３１３Ｃ・・・を含み、これらの電位は制御部１６によって独立に制御される。   Similarly to the first pattern electrode 113, the first pattern electrode 313 includes electrodes 313A, 313B, 313C,..., And these potentials are independently controlled by the control unit 16.

本実施形態においても、制御部１６によって第１パターン電極３１３および第２パターン電極１１８の電位を制御して、ＧＲＩＮレンズとして機能する領域（領域ＡＲ１）と、ＧＲＩＮレンズとして機能しない領域（領域ＡＲ３〜ＡＲ４）とを形成することができる。   Also in the present embodiment, the control unit 16 controls the potentials of the first pattern electrode 313 and the second pattern electrode 118 so that the region that functions as the GRIN lens (region AR1) and the region that does not function as the GRIN lens (regions AR3 to AR3). AR4) can be formed.

本実施形態にかかる液晶レンズによれば、ｘ方向と角度θをなすレンチキュラーレンズを形成することができる。図１２および図１３を用いて、この効果を説明する。   According to the liquid crystal lens according to this embodiment, a lenticular lens having an angle θ with the x direction can be formed. This effect will be described with reference to FIGS.

図１２および図１３は、液晶ディスプレイ１４の表示領域Ｄ１におけるサブピクセルの配置例を示す模式図である。液晶ディスプレイ１４の表示領域Ｄ１には、例えば赤、緑、および青を表示するサブピクセルが規則的に配置されている。既述のように、液晶ディスプレイ１４は、３次元表示モードにおいて、多方向から撮影した画像を規則的に並べて表示する。図１２および図１３において、例えば「Ｒ１」は、赤を表示するサブピクセルに１番目の視点の画像を表示していることを表している。同様に、「Ｇ」は緑を表示するサブピクセルを表し、「Ｂ」は青表示するサブピクセルを表し、後の数字は表示している視点の番号を表している。   12 and 13 are schematic views showing an example of subpixel arrangement in the display area D1 of the liquid crystal display 14. FIG. In the display area D1 of the liquid crystal display 14, for example, subpixels that display red, green, and blue are regularly arranged. As described above, the liquid crystal display 14 regularly displays images taken from multiple directions in the three-dimensional display mode. In FIG. 12 and FIG. 13, for example, “R1” represents that the image of the first viewpoint is displayed on the sub-pixel displaying red. Similarly, “G” represents a sub-pixel that displays green, “B” represents a sub-pixel that displays blue, and the subsequent number represents the number of the viewpoint being displayed.

図１２および図１３に示す例では、赤、緑、および青を表示するサブピクセルがｘ方向に沿って順番に配置され、同じ色を表示するサブピクセルがｙ方向に並んでいる。   In the example illustrated in FIGS. 12 and 13, subpixels that display red, green, and blue are sequentially arranged along the x direction, and subpixels that display the same color are arranged in the y direction.

図１２は、ｘ方向と垂直なレンチキュラーレンズＬ１を形成した場合を示す模式図である。この例では、２７個のサブピクセルによって、３視点の画像を表示している。   FIG. 12 is a schematic diagram showing a case where a lenticular lens L1 perpendicular to the x direction is formed. In this example, an image of three viewpoints is displayed by 27 subpixels.

図１３は、ｘ方向と角度θをなすレンチキュラーレンズＬ２を形成した場合を示す模式図である。より具体的には、レンチキュラーレンズＬ２は、サブピクセルの対角線方向と平行に形成されている。この例では、２７個のサブピクセルによって、９視点の画像を表示している。   FIG. 13 is a schematic diagram showing a case where a lenticular lens L2 having an angle θ with the x direction is formed. More specifically, the lenticular lens L2 is formed in parallel with the diagonal direction of the subpixel. In this example, nine viewpoint images are displayed by 27 subpixels.

このように、図１３の配置によれば、ｙ方向のサブピクセルに異なる視点の画像を表示させることができるため、図１２の配置よりも高解像度にすることができる。   As described above, according to the arrangement shown in FIG. 13, images of different viewpoints can be displayed on the sub-pixels in the y direction, so that the resolution can be higher than the arrangement shown in FIG.

なお、サブピクセルのアスペクト比が１：３の場合、レンチキュラーレンズＬ２がｘ方向となす角度θは約７２°になる。しかし、レンチキュラーレンズＬ２がｘ方向となす角度θはこれに限定されない。すなわち、第１パターン電極３１３の導電部の延在方向がｘ方向となす角度θは任意である。   When the aspect ratio of the subpixel is 1: 3, the angle θ that the lenticular lens L2 makes with the x direction is about 72 °. However, the angle θ formed by the lenticular lens L2 with respect to the x direction is not limited to this. In other words, the angle θ between the extending direction of the conductive portion of the first pattern electrode 313 and the x direction is arbitrary.

本実施形態では、第１パターン電極３１３の導電部の延在方向がｙ方向から傾いている。しかし、第２パターン電極１１８の導電部の延在方向がｘ方向から傾いていても良い。また、第１パターン電極３１３および第２パターン電極１１８の両方の導電部が、ｙ方向およびｘ方向から傾いて配置されていても良い。第１パターン電極３１３の導電部の延在方向と、第２パターン電極１１８の導電部の延在方向とのなす角度は、好ましくは４５〜１３５°である。   In the present embodiment, the extending direction of the conductive portion of the first pattern electrode 313 is inclined from the y direction. However, the extending direction of the conductive portion of the second pattern electrode 118 may be inclined from the x direction. In addition, the conductive portions of both the first pattern electrode 313 and the second pattern electrode 118 may be arranged to be inclined from the y direction and the x direction. The angle formed by the extending direction of the conductive portion of the first pattern electrode 313 and the extending direction of the conductive portion of the second pattern electrode 118 is preferably 45 to 135 °.

本実施形態においても、制御部１６が、第１パターン電極３１３および第２パターン電極１１８の一方を線順次駆動する構成としても良い。また、第２の実施形態のように、第１パターン電極３１３および第２パターン電極１１８の一方を、３水準以上の電位に制御する構成としても良い。   Also in the present embodiment, the control unit 16 may be configured to drive one of the first pattern electrode 313 and the second pattern electrode 118 line-sequentially. Further, as in the second embodiment, one of the first pattern electrode 313 and the second pattern electrode 118 may be controlled to a potential of three levels or more.

［第４の実施形態］
本発明の第４の実施形態にかかる液晶レンズは、液晶レンズ１１の第１パターン電極１１３に代えて、第１パターン電極４１３を備えている。図１４は、本実施形態にかかる液晶レンズの構成から、第１パターン電極４１３および第２パターン電極１１８の一部を抜き出して模式的に示すｘｙ平面図である。図１４に示すように、第３の実施形態と同様に、第１パターン電極４１３の導電部の延在方向は、ｘ方向と角度θ（θ≠９０°）をなしている。第１パターン電極４１３の導電部はさらに、延在方向に沿って所定の間隔で不連続部を有している。 [Fourth Embodiment]
The liquid crystal lens according to the fourth embodiment of the present invention includes a first pattern electrode 413 instead of the first pattern electrode 113 of the liquid crystal lens 11. FIG. 14 is an xy plan view schematically showing a part of the first pattern electrode 413 and the second pattern electrode 118 extracted from the configuration of the liquid crystal lens according to the present embodiment. As shown in FIG. 14, as in the third embodiment, the extending direction of the conductive portion of the first pattern electrode 413 forms an angle θ (θ ≠ 90 °) with the x direction. The conductive portion of the first pattern electrode 413 further has discontinuous portions at a predetermined interval along the extending direction.

図１５は、本実施形態にかかる液晶レンズの構成から、第１パターン電極４１３の一部を抜き出して模式的に示すｘｙ平面図である。図１６は、図１５のＡ−Ａ線に沿ったｘｚ断面図である。図１６に示すように、本実施形態にかかる液晶レンズは、基板１１１と層間絶縁膜１１２との間に形成された、下部配線１７を備えている。第１パターン電極４１３と下部配線１７とは、層間絶縁膜１１２に形成されたコンタクトホール１１２ａを介して、電気的に接続されている。第１パターン電極４１３の導電部は、不連続部ｇでは、下側配線１７を介して接続されている。   FIG. 15 is an xy plan view schematically showing a part of the first pattern electrode 413 extracted from the configuration of the liquid crystal lens according to the present embodiment. FIG. 16 is an xz sectional view taken along the line AA in FIG. As shown in FIG. 16, the liquid crystal lens according to this embodiment includes a lower wiring 17 formed between a substrate 111 and an interlayer insulating film 112. The first pattern electrode 413 and the lower wiring 17 are electrically connected via a contact hole 112 a formed in the interlayer insulating film 112. The conductive portion of the first pattern electrode 413 is connected to the discontinuous portion g via the lower wiring 17.

図１５に一点鎖線で模式的に示すように、第１パターン電極４１３の導電部は、不連続部ｇを挟んで、ｘ方向の隣の導電部と電気的に接続されている。すなわち、電気的に接続された導電部は、一直線上に並んでいない。   As schematically shown by the one-dot chain line in FIG. 15, the conductive portion of the first pattern electrode 413 is electrically connected to the adjacent conductive portion in the x direction across the discontinuous portion g. That is, the electrically connected conductive portions are not aligned on a straight line.

本実施形態では、電気的に接続された導電部の組のそれぞれを、電極４１３Ａ、４１３Ｂ、４１３Ｃ・・・と参照する。本実施形態においても、電極４１３Ａ、４１３Ｂ、４１３Ｃ・・・の電位は、制御部１６によって独立に制御される。   In the present embodiment, each set of electrically connected conductive portions is referred to as electrodes 413A, 413B, 413C,. Also in this embodiment, the potentials of the electrodes 413A, 413B, 413C,... Are independently controlled by the control unit 16.

電極４１３Ａ、４１３Ｂ、４１３Ｃ・・・のそれぞれは、図１５に示すようにジグザグに形成されている。しかし、図１５に二点鎖線の矢印で示すように、電極４１３Ａ、４１３Ｂ、４１３Ｃ・・・のそれぞれは、巨視的にはｙ方向と平行に延びて形成されている。   Each of the electrodes 413A, 413B, 413C,... Is formed in a zigzag as shown in FIG. However, as indicated by a two-dot chain line arrow in FIG. 15, each of the electrodes 413A, 413B, 413C,... Macroscopically extends in parallel with the y direction.

再び図１４を参照して、本実施形態の効果を説明する。本実施形態においても、制御部１６によって第１パターン電極４１３および第２パターン電極１１８の電位を制御して、ＧＲＩＮレンズとして機能する領域（領域ＡＲ１）と、ＧＲＩＮレンズとして機能しない領域（領域ＡＲ３〜ＡＲ４）とを形成することができる。   The effect of this embodiment will be described with reference to FIG. 14 again. Also in the present embodiment, the control unit 16 controls the potentials of the first pattern electrode 413 and the second pattern electrode 118 so that the region that functions as the GRIN lens (region AR1) and the region that does not function as the GRIN lens (regions AR3 to AR3). AR4) can be formed.

第３の実施形態（図１１）では、ＧＲＩＮレンズとして機能する領域（領域ＡＲ１）が斜めになっている。具体的には、第２パターン電極１１８の導電部の延在方向（ｘ方向）と、第１パターン電極３１３の導電部の延在方向（ｘ方向と角度θをなす方向）とによって、平行四辺形の領域が形成されている。   In the third embodiment (FIG. 11), the region functioning as a GRIN lens (region AR1) is slanted. Specifically, the parallel four sides are defined by the extending direction (x direction) of the conductive portion of the second pattern electrode 118 and the extending direction of the conductive portion of the first pattern electrode 313 (a direction that forms an angle θ with the x direction). A shaped region is formed.

本実施形態では、電極４１３Ａ、４１３Ｂ、４１３Ｃ・・・のそれぞれが、巨視的にはｙ方向と平行に延びて形成されている。これによって、ＧＲＩＮレンズとして機能する領域（領域ＡＲ１）を矩形にすることができる。   In the present embodiment, each of the electrodes 413A, 413B, 413C,... Is macroscopically extended in parallel with the y direction. Thereby, the area (area AR1) functioning as a GRIN lens can be made rectangular.

なお、下部配線１７が液晶層１１５に及ぼす影響を小さくするため、不連続部ｇの幅は狭いほど好ましい。   In order to reduce the influence of the lower wiring 17 on the liquid crystal layer 115, the width of the discontinuous portion g is preferably as narrow as possible.

本実施形態においても、制御部１６が、第１パターン電極４１３および第２パターン電極１１８の一方を線順次駆動する構成としても良い。また、第２の実施形態のように、第１パターン電極４１３および第２パターン電極１１８の一方を、３水準以上の電位に制御する構成としても良い。   Also in the present embodiment, the control unit 16 may be configured to drive one of the first pattern electrode 413 and the second pattern electrode 118 line-sequentially. Further, as in the second embodiment, one of the first pattern electrode 413 and the second pattern electrode 118 may be controlled to a potential of three levels or more.

図１７は、下部配線の構成例である。図１７では、１つのレンズを４組の電極によって形成している。図１７では、第１パターン電極４１３の導電部は、電位分布がｘ方向に対称になるように形成されている。より具体的には、レンズの最も外側にある導電部同士が、不連続部ｇを挟んでコンタクトホール１１２ａおよび下部配線１７を介して電気的に接続され、電極４１３Ａを形成している。同様に、レンズの外側から２番目にある導電部同士が電気的に接続され、電極４１３Ｂを形成している。レンズの外側から３番目にある導電部同士が電気的に接続され、電極４１３Ｃを形成している。レンズの最も内側にある導電部同士が電気的に接続され、電極４１３Ｄを形成している。図１７では、電極４１３Ａの電位をＶｓ＿ｏｎに、電極４１３Ｂの電位をＶｓ＿ｏｎ１に、電極４１３Ｃの電位をＶｓ＿ｏｎ２に、電極４１３Ｄの電位をＶｓ＿ｏｎ３に、それぞれ制御している。   FIG. 17 is a configuration example of the lower wiring. In FIG. 17, one lens is formed by four sets of electrodes. In FIG. 17, the conductive portion of the first pattern electrode 413 is formed so that the potential distribution is symmetric in the x direction. More specifically, the outermost conductive portions of the lens are electrically connected via the contact hole 112a and the lower wiring 17 with the discontinuous portion g interposed therebetween, thereby forming an electrode 413A. Similarly, the second conductive portions from the outside of the lens are electrically connected to form an electrode 413B. The third conductive portion from the outside of the lens is electrically connected to form an electrode 413C. The innermost conductive parts of the lens are electrically connected to form an electrode 413D. In FIG. 17, the potential of the electrode 413A is controlled to Vs_on, the potential of the electrode 413B is controlled to Vs_on1, the potential of the electrode 413C is controlled to Vs_on2, and the potential of the electrode 413D is controlled to Vs_on3.

図１８は、下部配線の他の構成例である。図１８では、レンズの最も外側にある導電部の一方と、レンズの最も内側にある導電部の一方とが、不連続部ｇを挟んでコンタクトホール１１２ａおよび下部配線１７を介して電気的に接続され、電極４１３Ａを形成している。同様に、レンズの外側から２番目にある導電部の一方とレンズの内側から２番目にある導電部の一方とが電気的に接続され、電極４１３Ｂを形成している。レンズの外側から３番目にある導電部の一方とレンズの内側から３番目にある導電部の一方とが電気的に接続され、電極４１３Ｃを形成している。レンズの最も内側にある導電部の他方とレンズの最も外側にある導電部の他方とが電気的に接続され、電極４１３Ｄを形成している。   FIG. 18 shows another configuration example of the lower wiring. In FIG. 18, one of the outermost conductive portions of the lens and one of the innermost conductive portions of the lens are electrically connected via the contact hole 112a and the lower wiring 17 with the discontinuous portion g interposed therebetween. Thus, an electrode 413A is formed. Similarly, one of the second conductive portions from the outside of the lens and one of the second conductive portions from the inside of the lens are electrically connected to form an electrode 413B. One of the third conductive portions from the outside of the lens and one of the third conductive portions from the inside of the lens are electrically connected to form an electrode 413C. The other of the innermost conductive portions of the lens and the other outermost conductive portion of the lens are electrically connected to form an electrode 413D.

図１７と図１８とを比較すれば分かるように、図１７のように下部配線１７を構成する方が、不連続部ｇの幅を狭くすることができる。したがって、図１７のように下部配線１７を構成することが好ましい。   As can be seen from a comparison between FIG. 17 and FIG. 18, the width of the discontinuous portion g can be narrowed by forming the lower wiring 17 as shown in FIG. Therefore, it is preferable to form the lower wiring 17 as shown in FIG.

［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.

上述の各実施形態では、配向膜１１４および１１９は、ｘ方向と平行にラビング処理されている。しかし、配向膜１１４および１１９のラビング方向は、液晶レンズに入射する光の偏光方向と一致していれば良い。液晶レンズに入射する光の偏光方向は例えば、位相差板１２（図１）によって調整することができる。したがって、配向膜１１４および１１９は、ｙ方向と平行にラビング処理されていても良い。   In each of the above-described embodiments, the alignment films 114 and 119 are rubbed in parallel with the x direction. However, the rubbing direction of the alignment films 114 and 119 only needs to coincide with the polarization direction of the light incident on the liquid crystal lens. The polarization direction of light incident on the liquid crystal lens can be adjusted by, for example, the phase difference plate 12 (FIG. 1). Therefore, the alignment films 114 and 119 may be rubbed in parallel with the y direction.

配向膜１１４のラビング処理の方向と配向膜１１９のラビング処理の方向は、一致していなくても良い。この場合、光が入射する側の配向膜のラビング処理の方向と、入射する光の偏光方向とを一致させておけば良い。例えば、配向膜１１４のラビング処理の方向と、配向膜１１９のラビング処理の方向とが、直交していても良い。この場合、電位差のない部分において、液晶分子１１５ａはｚ方向に沿って分子長軸がｘｙ面内で９０°回転するＴＮ型の配置となる。   The rubbing treatment direction of the alignment film 114 and the rubbing treatment direction of the alignment film 119 do not have to coincide with each other. In this case, the rubbing treatment direction of the alignment film on the light incident side may be matched with the polarization direction of the incident light. For example, the rubbing treatment direction of the alignment film 114 and the rubbing treatment direction of the alignment film 119 may be orthogonal to each other. In this case, in a portion where there is no potential difference, the liquid crystal molecules 115a have a TN type arrangement in which the major axis of the molecule rotates 90 ° in the xy plane along the z direction.

上述の各実施形態では、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液晶分子を用いている。液晶レンズは、液晶層１１５を構成する液晶分子として、誘電率異方性が負の液晶分子を用いても良い。この場合、配向膜１１４および１１９として、垂直配向用の配向膜を用いる。垂直配向用の配向膜により、電位差がない部分では、液晶分子はｚ方向と平行に配向する。一方、第１パターン電極１１３と第２パターン電極１１８との間の電位差によって電界が生じている部分には、誘電率異方性が負の液晶分子は、電界と分子長軸とが垂直になるように配向する。これによって、液晶層に屈折率分布を形成することができる。   In each of the above-described embodiments, liquid crystal molecules having positive dielectric anisotropy are used as the liquid crystal molecules 115a constituting the liquid crystal layer 115. The liquid crystal lens may use liquid crystal molecules having negative dielectric anisotropy as the liquid crystal molecules constituting the liquid crystal layer 115. In this case, an alignment film for vertical alignment is used as the alignment films 114 and 119. With the alignment film for vertical alignment, the liquid crystal molecules are aligned in parallel with the z direction in a portion where there is no potential difference. On the other hand, in the portion where the electric field is generated by the potential difference between the first pattern electrode 113 and the second pattern electrode 118, the liquid crystal molecules having negative dielectric anisotropy are perpendicular to the electric field and the molecular major axis. Oriented as follows. Thereby, a refractive index distribution can be formed in the liquid crystal layer.

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 液晶レンズ
１１１ 第１基板
１１２ 層間絶縁膜
１１２ａ コンタクトホール
１１３，２１３，３１３，４１３ 第１パターン電極
１１４ 配向膜
１１５ 液晶層
１１５ａ 液晶分子
１１６ 第２基板
１１７ 層間絶縁膜
１１８ 第２パターン電極
１１９ 配向膜
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
１６ 制御部
１７ 下部配線 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 3D display device 11, 21 Liquid crystal lens 111 1st board | substrate 112 Interlayer insulation film 112a Contact hole 113,213,313,413 413 1st pattern electrode 114 Alignment film 115 Liquid crystal layer 115a Liquid crystal molecule 116 2nd board | substrate 117 Interlayer insulation film 118 1st Two-pattern electrode 119 Alignment film 12 Phase difference plate 13 Spacer 14 Liquid crystal display 15 Backlight 16 Control unit 17 Lower wiring

Claims (11)

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方向と交差する第２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 on the second substrate by repeating a conductive portion and a non-conductive portion in a stripe shape along a second direction intersecting the first direction;
A liquid crystal lens comprising: a liquid crystal layer sandwiched between the first substrate and the second substrate. 前記第１パターン電極をＶｓ＿ｏｆｆとＶｓ＿ｏｎとを含む電位に制御し、前記第２パターン電極をＶｇ＿ｏｆｆとＶｇ＿ｏｎとを含む電位に制御する制御部をさらに備える、請求項１に記載の液晶レンズ。
ここで、Ｖｓ＿ｏｆｆ、Ｖｓ＿ｏｎ、Ｖｇ＿ｏｆｆ、およびＶｇ＿ｏｎは、
Ｖｓ＿ｏｎ＜Ｖｇ＿ｏｆｆ＜Ｖｓ＿ｏｆｆ＜Ｖｇ＿ｏｎ
および、
Ｖｇ＿ｏｎ＜Ｖｓ＿ｏｆｆ＜Ｖｇ＿ｏｆｆ＜Ｖｓ＿ｏｎ
の一方を満たす。 2. The liquid crystal lens according to claim 1, further comprising a control unit that controls the first pattern electrode to a potential including Vs_off and Vs_on, and controls the second pattern electrode to a potential including Vg_off and Vg_on.
Where Vs_off, Vs_on, Vg_off, and Vg_on are
Vs_on <Vg_off <Vs_off <Vg_on
and,
Vg_on <Vs_off <Vg_off <Vs_on
Satisfy one of the following. Ｖｇ＿ｏｎ−Ｖｓ＿ｏｆｆ、Ｖｓ＿ｏｆｆ−Ｖｇ＿ｏｆｆ、およびＶｇ＿ｏｆｆ−Ｖｓ＿ｏｎの値が等しい、請求項２に記載の液晶レンズ。   The liquid crystal lens according to claim 2, wherein values of Vg_on−Vs_off, Vs_off−Vg_off, and Vg_off−Vs_on are equal. 前記制御部は、前記第１パターン電極および前記第２パターン電極の一方の電位を、３水準以上に制御する、請求項２または３に記載の液晶レンズ。   4. The liquid crystal lens according to claim 2, wherein the control unit controls one potential of the first pattern electrode and the second pattern electrode to three levels or more. 5. 前記制御部は、前記第１パターン電極および前記第２パターン電極の他方を線順次駆動する、請求項４に記載の液晶レンズ。   The liquid crystal lens according to claim 4, wherein the control unit drives the other of the first pattern electrode and the second pattern electrode line-sequentially. 前記第１基板と前記第１パターン電極との間に形成され、コンタクトホールを含む層間絶縁膜と、
前記第１基板と前記層間絶縁膜との間に形成され、前記コンタクトホールを介して前記第１パターン電極と電気的に接続された下部配線とをさらに備え、
前記第１パターン電極の導電部は、前記第１方向と交差する方向に不連続部を有し、前記不連続部では、前記下部配線を介して電気的に接続されている請求項１〜５のいずれか一項に記載の液晶レンズ。 An interlayer insulating film formed between the first substrate and the first pattern electrode and including a contact hole;
A lower wiring formed between the first substrate and the interlayer insulating film and electrically connected to the first pattern electrode through the contact hole;
The conductive portion of the first pattern electrode has a discontinuous portion in a direction crossing the first direction, and the discontinuous portion is electrically connected via the lower wiring. The liquid crystal lens according to any one of the above. 前記第１パターン電極の導電部が延びる方向と、前記第２パターン電極の導電部が延びる方向とが直交している、請求項１〜６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 a direction in which the conductive portion of the first pattern electrode extends and a direction in which the conductive portion of the second pattern electrode extends are orthogonal to each other. 前記液晶層の液晶分子は、前記第１パターン電極と前記第２パターン電極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１〜７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 parallel to the first substrate when no potential difference is generated between the first pattern electrode and the second pattern electrode. The liquid crystal lens according to item. 前記液晶層の液晶分子は、前記第１パターン電極と前記第２パターン電極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１〜７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 perpendicular to the first substrate when no potential difference is generated between the first pattern electrode and the second pattern electrode. The liquid crystal lens according to item. 前記液晶分子は、前記第１パターン電極と前記第２パターン電極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８に記載の液晶レンズ。   In the liquid crystal molecules, when there is no potential difference between the first pattern electrode and the second pattern electrode, the alignment direction on the first substrate side and the alignment direction on the second substrate side are approximately orthogonal to each other. The liquid crystal lens according to claim 8. 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.
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