JP2014016419A - 液晶光学素子および画像表示装置 - Google Patents

液晶光学素子および画像表示装置 Download PDF

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Abstract

【課題】高品位の表示を提供する液晶光学素子及び画像表示装置を提供する。
【解決手段】本実施形態の液晶光学素子は、第１基板と、前記第１基板の第１面上に設けられ第１方向に延在し前記第１方向と直交する第２方向に配列された一対の第１電極と、前記第１面上の前記一対の第１電極間に設けられ前記第１方向に延在し前記第２方向に配列された一対の第２電極と、前記第１基板の前記第１面に対向する第２面を有する第２基板と、前記第２基板の前記第２面上に設けられた対向電極であって、前記一対の第１電極および前記一対の第２電極のうちの少なくとも一方の一対の電極に対応する領域に前記第１方向に延在する第１切り欠き部を有する対向電極と、前記第１基板と前記第２基板との間に設けられた液晶層と、を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、液晶光学素子および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。
この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、二次元画像表示動作と三次元画像表示動作とを実現する。フレネルゾーンプレートの光学原理を利用して光の経路を変更する技術も知られている。このような表示装置において高い表示品位が求められている。
特開２０１１−１９７６４０号公報
本実施形態は、高品位の表示を提供する液晶光学素子及び画像表示装置を提供する。
本実施形態の液晶光学素子は、第１基板と、前記第１基板の第１面上に設けられ第１方向に延在し前記第１方向と直交する第２方向に配列された一対の第１電極と、前記第１面上の前記一対の第１電極間に設けられ前記第１方向に延在し前記第２方向に配列された一対の第２電極と、前記第１基板の前記第１面に対向する第２面を有する第２基板と、前記第２基板の前記第２面上に設けられた対向電極であって、前記一対の第１電極および前記一対の第２電極のうちの少なくとも一方の一対の電極に対応する領域に前記第１方向に延在する第１切り欠き部を有する対向電極と、前記第１基板と前記第２基板との間に設けられた液晶層と、を備えている。
第１実施形態による液晶光学素子を示す断面図。 第１実施形態の液晶光学素子を備えた画像表示装置を示すブロック図。 第１実施形態の液晶光学素子の効果を説明する図。 第１実施形態の液晶光学素子のフレネル電極近傍の拡大断面図。 第１実施形態による液晶光学素子の切り欠き部の好適な範囲を説明する図。 第２実施形態による液晶光学素子を示す断面図。 第２実施形態による液晶光学素子のレンズ端電極近傍の拡大断面図。 第３実施形態による液晶光学素子を示す断面図。 第４実施形態による液晶光学素子を示す断面図。
以下に図面を参照して実施形態について説明する。
（第１実施形態）
第１実施形態による液晶光学素子の断面を図１に示す。この第１実施形態の液晶光学素子は、第１基板１０と、第１基板１０と対向するように配置された第２基板２０と、第１基板１０と第２基板２０との間に挟持された液晶層３０と、を備えており、屈折率が面内で変化する液晶ＧＲＩＮ(Gradient Index lens)として機能する。
第２基板２０に対向する第１基板１０の面上に絶縁層１１が設けられている。この絶縁層１１上には、複数の第１電極１２と、複数の第２電極１４と、複数の第３電極１６と、複数の第４電極１８と、が設けられている。なお、絶縁層１１を設けずに、第２基板２０に対向する第１基板１０の面上に第１乃至第４電極１２、１４、１６、１８を直接に設けてもよい。第１乃至第４電極１２、１４、１６、１８は、図１に示すＹ方向に延在するように配置されている。
隣接する一対の第１電極１２のそれぞれは、フレネルレンズのレンズ端に対応する位置に配置され、隣接するフレネルレンズに対して共通の電極となっている。すなわち、第１電極１２のそれぞれは、レンズ端中心軸４２によって２分され、２分されたうちの半分１２１は対象となるフレネルレンズのレンズ端電極となり、他の半分１２２は上記対象となるフレネルレンズに隣接するフレネルレンズのレンズ端電極となる。隣接する一対の第１電極１２のＸ方向における中心位置には、フレネルレンズのレンズ中心に相当する中心軸（以下、レンズ中心ともいう）４０が存在する。そして、このレンズ中心４０上に第４電極１８が配置されている。すなわち、第４電極１８は中心電極となっている。なお、この中心電極１８は後述するように、基準電圧（ＧＮＤ）に設定されるため、設けなくともよい。
複数の第２電極１４は、隣接する一対の第１電極１２間に設けられる。これらの第２電極１４は、フレネルレンズの不連続点に対応する位置に配置され、レンズ中心４０に対して線対称配置となっている。これらの第２電極１４はフレネル電極とも呼ばれる。
複数の第３電極１６は、フレネルレンズのレンズ面に対応する位置に配置され、レンズ中心４０に対して線対称に配置される。これらの第３電極１６は補助電極とも呼ばれる。
第１基板１０に対向する、第２基板２０の面上に、第５電極２２が設けられている。この第５電極２２は、第１基板１０に対向する、第２基板２０の面の全面に設けられる。この第５電極２２は対向電極とも呼ばれる。
そして、本実施形態においては、第５電極２２には、各フレネル電極１４の対向する領域に切り欠き部（溝）２４が設けられている。この切り欠き部２４のレンズ端中心軸４２に最も近い側面（外側の側面）は、対応するフレネル電極１４の真上に位置している。その詳細な位置については後述する。なお、切り欠き部２４は、フレネル電極１４と同様にＹ方向に延在している。
また第５電極２２には、各フレネル電極１４の外側の領域に対向する部分、すなわちレンズ端電極１２とフレネル電極１４との間の領域に対向する領域に切り欠き部（溝）２６が設けられている。これらの切り欠き部２６と対応するフレネル電極１４とのペアがフレネルレンズの屈折率の極大点と極小点とを形成するとともに、上記極小点から極大点への変化を急峻にする。切り欠き部２６もＹ方向に延在している。
第１基板１０、第１乃至第４電極１２、１４、１６、１８、第２基板２０、および対向電極２２は、光に対して透過性を有している。すなわち透明である。
第１基板１０および第２基板２０には、例えば、ガラスまたは樹脂などの透明材料が用いられる。第１基板１０および第２基板２０は、板状またはシート状である。第１基板１０及び第２基板２０の厚さは、例えば、５０マイクロメートル（μｍ）以上、２０００μｍ以下である。ただし、厚さは任意である。
第１乃至第４電極１２、１４、１６、１８および対向電極２２は、例えば、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｚｎ及びＴｉよりなる群から選ばれた少なくとも１つ（１種）の元素を含む酸化物を含む。これらの電極には、例えばＩＴＯが用いられる。例えば、Ｉｎ２Ｏ３及びＳｎＯ３の少なくともいずれかを用いても良い。これらの電極の厚さは、例えば、可視光に対して高い透過率が得られる厚さに設定される。
第１電極１２の配設ピッチは、所望な仕様（屈折率分布型レンズの特性）に適合するように設定される。
液晶層３０は、液晶材料を含む。液晶材料には、ネマティック液晶（液晶光学素子１の使用温度においてネマティック相）が用いられる。液晶材料は、正の誘電異方性または負の誘電異方性を有する。正の誘電異方性の場合、液晶層３０における液晶の初期配列（液晶層３０に電圧を印加しないときの配列）は、例えば、実質的に水平配向である。負の誘電異方性の場合、液晶層３０における液晶の初期配列は、実質的に垂直配向である。
本明細書においては、水平配向においては、液晶のダイレクタ（液晶分子３２の長軸）とＸ−Ｙ平面との角度（プレチルト角）は、０°以上３０°以下である。垂直配向においては、例えば、プレチルト角は、６０°以上９０°以下である。初期配列、及び、電圧印加時の配列の少なくともいずれかにおいて、液晶のダイレクタは、Ｘ軸方向に対して平行な成分を有する。
以下では、液晶層３０に含まれる液晶の誘電異方性は正であり、初期配列が実質的に水平配向である場合について説明する。
実質的な水平配向の場合、初期配列において、Ｘ−Ｙ平面に投影したとき、ダイレクタは、Ｘ軸方向に対して実質的に平行である。例えば、Ｘ−Ｙ平面に投影したとき、ダイレクタとＸ軸方向との角度（の絶対値）は、１５度以下である。液晶層３０の第１基板１０の近傍での配向方向は、液晶層３０の第２基板部２０の近傍での配向方向に対して反平行である。すなわち、初期配向は、スプレイ配列ではない。
第１基板１０上に、配向膜（図示しない）がさらに設けられていても良い。この配向膜と、第１基板１０と、の間に、第１乃至第４電極１２、１４、１６、１８が配置される。第２基板２０上に、配向膜（図示しない）がさらに設けられていても良い。この配向膜と、第２基板２０との間に、対向電極２２が配置される。これらの配向膜には例えばポリイミドが用いられる。配向膜に例えばラビング処理を行うことで、液晶層３０の初期配列が得られる。第１基板１０に設けられる配向膜のラビング処理の方向は、第２基板２０の配向膜のラビング方向に対して反平行である。配向膜に光照射処理を行うことで、初期配向を得ても良い。
第１電極１２と対向電極２２との間、および、第２および第３電極１４、１６と対向電極２２との間に電圧を印加することで、液晶層３０における液晶配向が変化する。この変化に伴って液晶層３０に屈折率分布が形成され、この屈折率分布により、液晶光学素子１に入射する光の進行方向を変化させる。この光の進行方向の変化は、主に屈折効果に基づく。
次に、本実施形態の液晶光学素子１の特性について図２乃至図３を参照して説明する。本実施形態の液晶光学素子１は、画像表示装置１００に用いられる。この画像表示装置１００は図２に示すように、本実施形態の液晶光学素子１と、画像表示部８０と、この画像表示部８０を駆動する表示駆動部８２と、液晶光学素子１を駆動する駆動部８４とを備えている。
画像表示部８０には、任意の表示装置を用いることができる。例えば、液晶表示装置、有機ＥＬ表示装置またはプラズマディスプレイなどを用いることができる。
画像表示部８０は、液晶光学素子１と積層される。なお、液晶光学素子１の第１基板１０が画像表示部８０側に位置し、第２基板２０は第１基板１０よりも画像表示部８０から遠い位置となるように配置される。画像表示部８０は、画像情報を含む光を液晶層３０に入射させる。画像表示部８０は、表示駆動部８２から供給される信号に基づいて変調された光を生成する。画像表示部８０は、例えば、複数の視差画像を含む光を出射する。液晶光学素子１は後述するように、光路を変更する動作状態と、光路を実質的に変更しない動作状態と、を有する。光路を変更する動作状態の液晶光学素子１に光が入射することで、画像表示装置１００は、例えば、三次元画像表示を提供する。また、例えば、光路を実質的に変更しない動作状態において、画像表示装置１００は、例えば、二次元画像表示を提供する。
駆動部８４は、表示駆動部８２と有線または無線の方法（電気的方法または光学的方法など）により、接続されても良い。また、画像表示装置１００は、駆動部８４と表示駆動部８２とを制御する制御部（図示しない）をさらに含んでも良い。
駆動部８４は、第１乃至第４電極１２、１４、１６、１８および対向電極２２と電気的に接続される。駆動部８４は、第１電極１２と対向電極２２との間に第１電圧を印加し、第２乃至第３電極１４、１６と対向電極２２との間に第２電圧を印加する。第４電極１８および対向電極２２に基準電圧（ＧＮＤ）を印加する。なお、本明細書においては、２つの電極の間の電位を同じにする（零ボルトにする）状態も、便宜的に、電圧を印加する状態に含まれるものとする。
レンズ端はレンズの屈折率差が一番小さく、レンズ端電極１２に印加する第１電圧を高くすることが多い。レンズ層が薄くなるとレンズ性能を得るためにフレネルレンズのように不連続点を作りだし、屈折率差の勾配を用いてレンズ作用を得ることができる。このレンズ端電極１２と不連続点制御の電極（フレネル電極）１４の電圧は異なることが多い。不連続点からレンズ中心までの屈折率分布がレンズ曲線と沿わない場合に、補助電極１６によって屈折率分布を制御することができる。
第１電圧および第２電圧は、直流電圧でも交流電圧でも良い。第１電圧および第２電圧の極性は、例えば周期的に変化しても良い。例えば、対向電極２２の電位を固定し、第１電極１２の電位を交流で変化させても良い。また、対向電極２２の電位の極性を周期的に変化させ、この極性の変化に連動して、第１電極１２の電位を逆極性で変化させても良い。すなわち、コモン反転駆動を行っても良い。これにより、駆動回路の電源電圧を小さくでき、駆動ＩＣの耐圧仕様が緩和される。
液晶層３０のプレチルト角が比較的小さい（例えば１０度以下）場合は、液晶層３０の液晶配向の変化に関する閾値電圧Ｖｔｈが比較的明確である。この場合、例えば、第１電圧および第２電圧は、閾値電圧Ｖｔｈよりも大きく設定される。電圧の印加により、液晶層３０の液晶配向が変化し、それに基づいて、屈折率分布が形成される。屈折率分布は、電極の配置と、電極に印加する電圧と、によって定まる。
次に、本実施形態のように、第２電極（フレネル電極）に対応する対向電極２２の領域に切り欠き部２４を設けた場合の効果について説明する。説明を簡単にするために、本実施形態の液晶光学素子１において、第３および第４電極を設けない液晶光学素子を実施例として考える。この実施例の液晶光学素子の第１電極１２に第１電圧を印加し、第２電極１４に第２電圧を印加し、対向電極２２に基準電圧（ＧＮＤ）を印加する。この状態において、液晶光学素子のレンズ端中心４２を原点とし、このレンズ端中心４２からのＸ方向の距離を横軸に取り、屈折率を縦軸に取ったときの液晶層３０の屈折率分布を図３の実線に示す。液晶層３０の理想的な屈折率分布を図３の１点鎖線で示し、比較例の液晶光学素子における液晶層の屈折率分布を波線で示す。この比較例は、切り欠き部２４を設けない以外は、上記実施例の液晶光学素子と同じ構成を有している。
図３からわかるように、レンズ端からレンズ中央に向けて電位差が変化し、フレネル電極によって屈折率分布に不連続点が生じていることがわかる。図２に示すようなフレネル電極の直上からレンズ端よりに対向電極に電極の無い部分（切り欠き）２６を設けることにより不連続点の頂点部分の屈折率差を高めることができる。切欠き部分２６は対向電極の電圧よりも第１基板１０側の電圧に近い電位になり第１基板１０と対向電極の電位差が少なくなることによる。
しかし、図３に示す比較例のように、不連続点の位相差分布（屈折率分布）の谷はなだらかに落ち込んでしまうことが多く、理想的な屈折率分布に近いレンズ特性が得られない。そこで、本実施形態のように、フレネル電極１４のレンズ中心側の一部に切り欠き２４を設けることによって、図３に示すように、不連続点の谷の部分を鋭角に立ち上げることができる。
より詳しく説明する。フレネル電極１４の電極幅を広げることによって対向電極２２との電位差を上げることができ、谷の深い性能の高いレンズが作成可能となる。しかし、電極の幅が広いと液晶が立つ部分の幅がひろがり位相差分布がえぐれてしまう現象が起きる。そこで、フレネル電極１４の直上の中心側に切り欠き２４を設けると、電極のある部分とは電位差が縮まり電界分布に偏りを設けることができる。このことによって、位相差分布の谷の部分を鋭角に立ち上げることができる。
次に、切り欠き部２４の詳細な位置について、図４乃至図５を参照して説明する。図４は、切り欠き部２４と対応するフレネル電極１４の位置関係を拡大した図である。Ｘ−Ｙ平面に投影したとき、切り欠き部２４のレンズ端中心軸４２に最も近い側面２４ａは、フレネル電極１４上に位置し、切り欠き部２４のレンズ中心４０に最も近い側面２４ｂは、フレネル電極１４のレンズ中心４０に最も近い側面１４ｂに一致するかまたは側面１４ｂよりもレンズ中心４０側に位置する。フレネル電極１４のＸ方向における幅をＡとする。すなわち、フレネル電極１４のレンズ端中心軸４２に最も近い側面１４ａと、フレネル電極１４のレンズ中心４０に最も近い側面１４ｂとのＸ方向における距離をＡとする。切り欠き部２４の、レンズ端中心軸４２に最も近い側面２４ａと、フレネル電極１４の側面１４ｂに対応する切り欠き部２４の位置までのＸ方向における距離をＢとする。すると、切り欠き部２４の側面２４ａは、後述するように、比Ｂ／Ａが０．３〜１．０であるように位置することが好ましく、０．４５〜０．９であるように位置することが更に好ましい。上記比Ｂ／Ａは、Ｘ−Ｙ平面に投影した場合における、切り欠き部２４の、対応するフレネル電極１４に対するオーバラップの割合を表している。
本実施形態の液晶光学素子１における切り欠き部２４の、対応するフレネル電極１４に対するオーバラップの割合を変えたときの、図２に示す画像表示装置に現れるクロストークの割合を測定した結果を図５に示す。クロストークの割合は、注目する視差の中心の角度において他の視差の輝度が観測される輝度に対してどれだけ混ざっているかを示す指標であり、この図の場合、少ないことが性能の高さを示す。この図５から分かる比Ｂ／Ａが０．３〜１．０である場合にはクロストークの割合が少なく、比Ｂ／Ａが０．４５〜０．９である場合にはクロストークの割合は更に少なくなっている。
以上説明したように、第１実施形態によれば、フレネル電極に対応する対向電極の領域に切り欠き部を設けることにより、屈折率分布の不連続点の谷の部分を鋭角に立ち上げることが可能となり、高品位の表示を提供する液晶光学素子及び画像表示装置を得ることができる。
（第２実施形態）
第２実施形態による液晶光学素子１Ａの断面を図６に示す。この第２実施形態の液晶光学素子１Ａは、図１に示す第１実施形態の液晶光学素子１において、レンズ端電極１２に対応する、対向電極２２の領域に切り欠き部（溝）２８を設けた構成となっている。
レンズ端軸中心４２がフレネルレンズの端部であり、液晶が寝て屈折率を一番低くしたい。そのためにレンズ端電極１２と対向電極２２との電圧を高く設定し、レンズ端電極１２の電極幅が広いことが望まれる。しかし、フレネル電極１４と同様に電極幅を広げると屈折率分布（位相差分布）がえぐれて理想とする鋭い分布が実現できない。そこでレンズ端電極１２の両端に近い部分に対応する対向電極２２の領域に切欠き部２８を設け電界分布に偏りを作りだすことで屈折率が高く且つ鋭角なレンズ端の屈折率分布を生み出すができる。
この切り欠き部２８の詳細な位置について図７を参照して説明する。図７は、切り欠き部２８と対応するレンズ端電極１２の位置関係を拡大した図である。Ｘ−Ｙ平面に投影したとき、切り欠き部２８のレンズ端中心軸４２に最も近い側面２８ａは、レンズ端電極１２をレンズ端中心軸４２で２分したとき対象となるフレネルレンズの一方のレンズ端電極１２１上に位置する。切り欠き部２８のレンズ中心４０に最も近い側面２８ｂは、レンズ端電極１２１のレンズ中心４０に最も近い側面１２ａに一致するかまたは側面１２ａよりもレンズ中心４０側に位置する。レンズ端電極１２１のＸ方向における幅をＡとする。すなわち、レンズ端中心軸４２から、レンズ端電極１２１のレンズ中心４０に最も近い側面１２ａとのＸ方向における距離をＡとする。切り欠き部２８の、レンズ端中心軸４２に最も近い側面２８ａと、レンズ端電極１２１の側面１２ａに対応する切り欠き部２８の位置までのＸ方向における距離をＢとする。すると、切り欠き部２８の側面２８ａは、第１実施形態と同様に、比Ｂ／Ａが０．３〜１．０であるように位置することが好ましく、０．４５〜０．９であるように位置することが更に好ましい。上記比Ｂ／Ａは、Ｘ−Ｙ平面に投影した場合における、切り欠き部２８の、対応するレンズ端電極１２１に対するオーバラップの割合を表している。
この第２実施形態の液晶光学素子１Ａを図２に示す液晶光学素子１の代わりに用いれば、高品位の表示を提供できる画像表示装置を得ることができる。
なお、上記説明からわかるように、この第２実施形態においては、第１実施形態と異なり、フレネル電極１４に対応する対向電極２２の領域に切り欠き部２４を設けなくてもよい。
以上説明したように、第２実施形態によれば、各レンズにおけるレンズ端電極に対応する対向電極の領域に切り欠き部を設けることにより、屈折率分布の不連続点の谷の部分を鋭角に立ち上げることが可能となり、高品位の表示を提供する液晶光学素子及び画像表示装置を得ることができる。
（第３実施形態）
第３実施形態による液晶光学素子１Ｂについて図８を参照して説明する。図８は第３実施形態の液晶光学素子１Ｂの補助電極１６付近の断面図である。この第３実施形態の液晶光学素子１Ｂは、図１に示す第１実施形態の液晶光学素子１において、補助電極１６に対応する、対向電極２２の領域に切り欠き部（溝）２９を設けた構成となっている。第１実施形態のフレネル電極の場合と同様に、補助電極１６が存在することにより屈折率分布にえぐれが生じる。しかし、この切り欠き部２９を設けることにより、上記えぐれが生じるのを防止することができる。
次に、切り欠き部２９の詳細な位置について説明する。Ｘ−Ｙ平面に投影したとき、切り欠き部２９のレンズ端中心軸４２に最も近い側面２９ａは、補助電極１６上に位置し、切り欠き部２９のレンズ中心４０側の側面２９ｂは、補助電極１６のレンズ中心４０側の側面１６ｂに一致するかまたは側面１６ｂよりもレンズ中心４０側に位置する。補助電極１６のＸ方向における幅をＡとする。すなわち、補助電極１６のレンズ端中心軸側の側面１６ａと、補助電極１６のレンズ中心４０側の側面１４ｂとのＸ方向における距離をＡとする。切り欠き部２９の、レンズ端中心軸側の側面２９ａと、補助電極１６の側面１６ｂに対応する切り欠き部２９の位置までのＸ方向における距離をＢとする。すると、切り欠き部２９の側面２９ａは、第１実施形態で説明したように、比Ｂ／Ａが０．３〜１．０であるように位置することが好ましく、０．４５〜０．９であるように位置することが更に好ましい。上記比Ｂ／Ａは、Ｘ−Ｙ平面に投影した場合における、切り欠き部２９の、対応する補助電極１６に対するオーバラップの割合を表している。
この第３実施形態の液晶光学素子１Ｂを図２に示す液晶光学素子１の代わりに用いれば、高品位の表示を提供できる画像表示装置を得ることができる。
なお、上記説明からわかるように、この第３実施形態においては、第１実施形態と異なり、フレネル電極１４に対応する対向電極２２の領域に切り欠き部２４を設けなくてもよい。
以上説明したように、第３実施形態によれば、補助電極に対応する対向電極の領域に切り欠き部を設けることにより、屈折率分布にえぐれが生じるのを防止することが可能となり、高品位の表示を提供する液晶光学素子及び画像表示装置を得ることができる。
（第４実施形態）
第４実施形態による液晶光学素子１Ｃについて図９を参照して説明する。図９は第４実施形態の液晶光学素子１Ｂの補助電極１６付近の断面図である。この第３実施形態の液晶光学素子１Ｂは、図１に示す第１実施形態の液晶光学素子１において、フレネル電極１４を二つのフレネル電極１４，１５に分割し、フレネル電極１４、１５のそれぞれに対応する対向電極２２の領域に切り欠き部２４、２５を設けた構成となっている。レンズ中心４０に近い側のフレネル電極１５を補助電極として考えれば、第３実施形態に相当し、屈折率分布にえぐれが生じるのを防止することができる。切り欠き部２４の位置については第１実施形態で説明したと同じとなる。
次に、切り欠き部２５の詳細な位置について説明する。Ｘ−Ｙ平面に投影したとき、切り欠き部２５のレンズ端中心軸４２に最も近い側面２５ａは、フレネル電極１５上に位置し、切り欠き部２５のレンズ中心４０側の側面２５ｂは、フレネル電極１５のレンズ中心４０側の側面１５ｂに一致するかまたは側面１５ｂよりもレンズ中心４０側に位置する。フレネル電極１５のＸ方向における幅をＡとする。すなわち、フレネル電極１５のレンズ端中心軸４２側の側面１５ａと、フレネル電極１５のレンズ中心４０側の側面１５ｂとのＸ方向における距離をＡとする。切り欠き部２５の、レンズ端中心軸側の側面２５ａと、フレネル電極１５の側面１５ｂに対応する切り欠き部２５の位置までのＸ方向における距離をＢとする。すると、切り欠き部２５の側面２５ａは、第１実施形態で説明したように、比Ｂ／Ａが０．３〜１．０であるように位置することが好ましく、０．４５〜０．９であるように位置することが更に好ましい。上記比Ｂ／Ａは、Ｘ−Ｙ平面に投影した場合における、切り欠き部２５の、対応するフレネル電極１５に対するオーバラップの割合を表している。
なお、この第４実施形態において、フレネル電極１４に対応する切り欠き部２４は設けなくともよい。
この第４実施形態の液晶光学素子１Ｃを図２に示す液晶光学素子１の代わりに用いれば、高品位の表示を提供できる画像表示装置を得ることができる。
以上説明したように、第４実施形態によれば、レンズ中心に近い側のフレネル電極に対応する対向電極の領域に切り欠き部を設けることにより、屈折率分布にえぐれが生じるのを防止することが可能となり、高品位の表示を提供する液晶光学素子及び画像表示装置を得ることができる。
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。これらの実施形態は、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。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、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ものである。
１…液晶光学素子、１Ａ…液晶光学素子、１Ｂ…液晶光学素子、１Ｃ…液晶光学素子、１０…第１基板、１１…絶縁層、１２…レンズ端電極（第１電極）、１２１…レンズ端電極、１２２…レンズ端電極、１４…フレネル電極（第２電極）、１５…フレネル電極、１６…補助電極（第３電極）、１８…中心電極（第４電極）、２０…第２基板、２２…対向電極、２４…切り欠き部（溝）、２６…切り欠き部（溝）、２８…切り欠き部（溝）、２９…切り欠き部（溝）、３０…液晶層、３２…液晶分子、４０…レンズ中心、４２…レンズ端中心軸。
本実施形態の液晶光学素子は、第１面を有する第１基板と、前記第１基板の前記第１面に対向する第２面を有する第２基板と、前記第１基板と前記第２基板との間に挟持された液晶層と、を有し、前記液晶層への電圧印加により前記液晶層にフレネルレンズとして作用する屈折率分布を発生する液晶光学素子であって、前記第１基板の前記第１面上に設けられ第１方向に延在し前記第１方向と直交する第２方向に配列され前記フレネルレンズの端部に対応する位置に設けられた一対の第１電極と、前記第１面上の前記一対の第１電極間に設けられ前記第１方向に延在し前記第２方向に配列され前記フレネルレンズの段差部に対応する位置に設けられた一対の第２電極と、前記第２基板の前記第２面上に設けられた対向電極であって、前記一対の第２電極に対応する領域に前記第１方向に延在する一対の第１スリットを有する対向電極と、を備え、前記一対の第１電極のそれぞれの前記第２方向における中心を結ぶ線分の中点を通り前記第１方向に平行となる第１中心軸に平行で前記第１中心軸から遠い前記一対の第１スリットのそれぞれの第１側面は、前記第１および第２方向とそれぞれ直交する第３方向から前記対向電極を前記第１基板に投影したとき、前記第２電極上に位置する。

Claims (12)

  1. 第１基板と、
    前記第１基板の第１面上に設けられ第１方向に延在し前記第１方向と直交する第２方向に配列された一対の第１電極と、
    前記第１面上の前記一対の第１電極間に設けられ前記第１方向に延在し前記第２方向に配列された一対の第２電極と、
    前記第１基板の前記第１面に対向する第２面を有する第２基板と、
    前記第２基板の前記第２面上に設けられた対向電極であって、前記一対の第１電極および前記一対の第２電極のうちの少なくとも一方の一対の電極に対応する領域に前記第１方向に延在する第１切り欠き部を有する対向電極と、
    前記第１基板と前記第２基板との間に設けられた液晶層と、
    を備えた液晶光学素子。
  2. 前記第１切り欠き部は前記一対の第２電極のそれぞれに対応する領域に設けられ、
    前記一対の第１電極のそれぞれの前記第２方向における中心を結ぶ線分の中点を通り前記第１方向に平行となる第１中心軸に平行で前記第１中心軸から遠い前記第１切り欠き部の第１側面は、前記第１および第２方向とそれぞれ直交する第３方向から前記対向電極を前記第１基板に投影したとき、前記第２電極上に位置する請求項１記載の液晶光学素子。
  3. 前記第１中心軸に平行で前記第１中心軸に近い前記第１切り欠き部の第２側面は、前記第３方向から前記対向電極を前記第１基板に投影したとき、前記第１中心軸に平行で前記第１中心軸に近い前記第２電極の第１側面と同じ位置かまたは前記第１側面より前記第１中心軸の近くに位置する請求項２記載の液晶光学素子。
  4. 前記第１切り欠き部を前記第３方向から前記第１基板に投影したとき、前記第１切り欠き部の対応する前記第２電極に対するオーバラップの割合は、０．３〜１．０である請求項２または３記載の液晶光学素子。
  5. 前記オーバラップの割合は、０．４５〜０．９である請求項４記載の液晶光学素子。
  6. 前記対向電極は、前記一対の第１電極に対応する領域に前記第１方向に延在する第２切り欠き部を更に有する請求項２乃至５のいずれか１項に記載の液晶光学素子。
  7. 前記第１中心軸に平行で前記第１中心軸から遠い前記第２切り欠き部の第１側面は、前記第３方向から前記対向電極を前記第１基板に投影したとき、前記第１方向における対応する前記第１電極の中心線と、前記第１中心軸に近い前記第１電極の第１側面との間に位置する請求項６記載の液晶光学素子。
  8. 前記第１中心軸に平行で前記第１中心軸に近い前記第２切り欠き部の第２側面は、前記第３方向から前記対向電極を前記第１基板に投影したとき、前記第１中心軸に平行で前記第１電極の第１側面と同じ位置かまたは前記第１側面より前記中心軸の近くに位置する請求項７記載の液晶光学素子。
  9. 前記第１面上の前記一対の第２電極間に設けられ前記第１方向に延在し前記第２方向に配列された複数の第３電極を更に備えた請求項１乃至８のいずれか１項に記載の液晶光学素子。
  10. 前記対向電極は、前記第３電極に対応する領域に前記第１方向に延在する第３切り欠き部を有する請求項９記載の液晶光学素子。
  11. 前記対向電極は、前記第１電極とこの第１電極に隣接する第２電極との間に対応する領域に前記第１方向に延在する第４切り欠き部を有する請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の液晶光学素子。
  12. 請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の液晶光学素子と、
    前記液晶光学素子と積層され画像情報を含む光を前記液晶層に入射させ画像を表示する画像表示部と、
    を備えた画像表示装置。
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