JP5597667B2 - 画像表示装置 - Google Patents

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。

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 特開２００４−２１２６６６号公報 米国特許公開ＵＳ２００７／００３５８２９号公報

本発明の実施形態は、高品位の表示を提供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、液晶光学素子と、画像表示部と、制御部と、を含む画像表示装置が提供される。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方向に延在する第１主電極と、前記第１主面上に設けられ前記第１主電極と離間し前記第１方向に延在する第２主電極と、前記第１主面上に設けられ前記第１方向に延在する第３主電極であって、前記第１主電極と前記第３主電極との間に前記第２主電極が配置される第３主電極と、前記第１主面上において前記第１主電極と前記第２主電極との間及び前記第２主電極と前記第３主電極との間に設けられ前記第１方向に延在する第１サブ電極と、を含む。前記第２基板部は、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第１〜第３主電極と対向する第１対向電極と、を含む。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。前記液晶光学素子は、前記第１主面に対して平行な平面に投影したときに、前記第１主電極と前記第２主電極との間の第１レンズ領域と、前記第２主電極と前記第３主電極との間の第２レンズ領域を有する。前記画像表示部は、前記液晶光学素子と積層された表示部を含む。前記表示部は、前記第１レンズ領域と積層された第１要素画像領域と、前記第２レンズ領域と積層された第２要素画像領域と、を有する。前記第１要素画像領域は、前記平面に対して平行で前記第１方向に対して垂直な第２方向に順番に並ぶ第１〜第Ｎ（Ｎは２以上の整数）の複数の主領域視差画像を表示する。前記第２要素画像領域は、前記第２方向に順番に並ぶ第１〜第Ｎの複数の隣接領域視差画像を表示する。前記制御部は、前記第１〜第３主電極、前記第１サブ電極及び前記第１対向電極の電位を制御する。前記制御部は、前記平面に投影したときに前記第１主電極の前記第２方向における中心と前記第２主電極の前記第２方向における中心とを結ぶ線分の中点を通り前記第１方向に対して平行な中心軸と重なるレンズ中心部分では前記中心軸から前記第２主電極に向かう外方向に沿って前記液晶層の屈折率を減少させ、前記平面に投影したときに前記レンズ中心部分よりも前記第２主電極に近いレンズ端部分では前記外方向に沿って前記屈折率を減少させ、前記レンズ中心部分と前記レンズ端部分との間に設けられた第１屈折率上昇部分では前記外方向に沿って前記屈折率を上昇させる。前記液晶層に含まれる液晶の複屈折率をΔｎとし、前記第１屈折率上昇部分における屈折率の変化をδｎとし、最近接の前記複数の第１電極どうしの間の距離をｌｐとし、前記第１屈折率上昇部分の前記第２方向の長さをδｘとしたとき、（δｎ／Δｎ）／（δｘ／ｌｐ）は、４．９８以上１９．１以下である。

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２（ａ）〜図２（ｆ）は、画像表示装置の特性を示す模式図である。 図３（ａ）〜図３（ｆ）は、画像表示装置の特性を示す模式図である。 図４（ａ）及び図４（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図である。 図５（ａ）及び図５（ｂ）は、参考例の画像表示装置の特性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の特性を示す模式図である。 参考例の画像表示装置の特性を示す模式図である。 実施形態に係る画像表示装置の構成及び動作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的断面図である。 第２の実施形態に係る別の画像表示装置を示す模式的断面図である。 第２の実施形態に係る別の画像表示装置を示す模式的断面図である。 第２の実施形態に係る別の画像表示装置を示す模式的断面図である。 第２の実施形態に係る別の画像表示装置を示す模式的断面図である。 第３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。

以下に、本発明の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の実施形態）
図１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に表したように、本実施形態に係る画像表示装置２１１は、液晶光学素子１１１と、制御部７７と、画像表示部８０と、を含む。

液晶光学素子１１１は、第１基板部１０ｕと、第２基板部２０ｕと、液晶層３０と、を含む。

第１基板部１０ｕは、第１基板１０と、複数の第１電極１１と、複数の第１サブ電極１２と、を含む。第１基板１０は、第１主面１０ａを有する。複数の第１電極１１は、第１主面１０ａ上に設けられる。複数の第１電極１１のそれぞれは、第１方向に延在する。複数の第１電極１１は、第２方向に沿って並ぶ。第２方向は第１方向と直交する。

第１方向をＹ軸方向とする。第２方向をＸ軸方向とする。Ｘ軸方向とＹ軸方向とに対して垂直な方向をＺ軸方向とする。Ｘ−Ｙ平面は、第１主面１０ａに対して平行である。Ｘ軸方向は、第１主面１０ａに対して平行で、第１方向に対して垂直である。

図１においては、複数の第１電極１１のうちの４つが図示されている。複数の第１電極１１の数は任意である。

複数の第１電極１１の１つを第１主電極１１ａとし、複数の第１電極１１の別の１つを第２主電極１１ｂとし、複数の第１電極１１の別の１つを第３主電極１１ｃとする。すなわち、第１主電極１１ａは、第１主面１０ａ上に設けられＹ軸方向に延在する。第２主電極１１ｂは、第１主面１０ａ上に設けられ、第１主電極１１ａと離間し、Ｙ軸方向に延在する。第３主電極１１ｃは、第１主面１０ａ上に設けられ、Ｙ軸方向に延在する。第１主電極１１ａと第３主電極１１ｃとの間に第２主電極１１ｂが配置される。以下では、第１〜第３主電極１１ａ〜１１ｃを総称して、第１電極１１という場合がある。

複数の第１サブ電極１２のそれぞれは、第１主面１０ａ上において、複数の第１電極１１どうしの間に設けられる。すなわち、第１サブ電極１２は、第１主電極１１ａと第２主電極１１ｂとの間、及び、第２主電極１１ｂと第３主電極１１ｃとの間に設けられる。第１サブ電極１２は、Ｙ軸方向に延在する。この例では、複数の第１電極１１どうしの間のそれぞれに、２つの第１サブ電極１２が設けられているが、第１サブ電極１２の数は任意である。複数の第１電極１１どうしの間のそれぞれに、例えば、４つ以上の第１サブ電極１２が設けられても良い。

第２基板部２０ｕは、第２基板２０と、第１対向電極２１と、を含む。第２基板２０は、第１主面１０ａと対向する第２主面２０ａを有する。第１対向電極２１は、第２主面２０ａ上に設けられる。第１対向電極２１は、第１電極１１（第１〜第３主電極１１ａ〜１１ｃ）と対向する。

本明細書において、対向している状態は、直接向かい合う状態の他に、間に他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１０ｕと第２基板部２０ｕとの間に設けられる。

第１電極１１どうしの間隔は実質的に一定である。すなわち、第１主電極１１ａのＸ軸方向における中心と第２主電極１１ｂのＸ軸方向における中心との間のＸ軸方向に沿った距離は、第２主電極１１ｂのＸ軸方向における中心と第３主電極１１ｃのＸ軸方向における中心との間のＸ軸方向に沿った距離と実質的に等しい。

制御部７７は、第１電極１１（第１〜第３主電極１１ａ〜１１ｃ）、第１サブ電極１２及び第１対向電極２１の電位を制御する。制御部７７は、第１電極１１（第１〜第３主電極１１ａ〜１１ｃ）、第１サブ電極１２及び第１対向電極２１と電気的に接続される。制御部７７は、例えば、第１電極１１と第１対向電極２１との間に第１電圧を印加する。制御部７７は、例えば、第１サブ電極１２と第１対向電極２１との間に第２電圧を印加する。これにより、液晶層３０の液晶の配列を変化させ、液晶層３０に屈折率分布３１を形成する。

図１に表したように、制御部７７の機能により、液晶層３０に屈折率分布３１が形成される。図１では、屈折率分布３１を模式的に例示している。

液晶光学素子１１１は、第１主面１０ａに対して平行な平面（Ｘ−Ｙ平面）に投影したときに、第１主電極１１ａと第２主電極１１ｂとの間の第１レンズ領域７１と、第２主電極１１ｂと第３主電極１１ｃとの間の第２レンズ領域７２と、を有することができる。第２レンズ領域７２における屈折率分布３１は、第１レンズ領域７１における屈折率分布３１と実質的に同じである。以下では、第１レンズ領域７１における屈折率分布３１に関して説明する。

液晶光学素子１１１は、第１レンズ領域７１に設けられた中心軸５９を有する。中心軸５９は、Ｘ−Ｙ平面に投影したときに第１主電極１１ａのＸ軸方向における中心と、第２主電極１１ｂのＸ軸方向における中心と、を結ぶ線分の中点を通り、Ｙ軸方向に対して平行である。屈折率分布３１は、例えば、Ｘ軸方向に関して、中心軸５９を対称軸とする実質的に線対称である。ただし、所望の光学特性を得るために、または、製造条件のばらつきなどに起因して、非対称でも良い。以下では、説明を簡単にするために、線対称である場合について説明する。

すなわち、第１レンズ領域７１における屈折率分布３１として、中心軸５９と１つの第１電極１１（例えば第２主電極１１ｂ）との間の領域について説明する。

制御部７７は、をＸ−Ｙ平面に投影したときに中心軸５９と重なるレンズ中心部分３５ｃでは、中心軸５９から第２主電極１１ｂに向かう外方向（＋Ｘ方向）に沿って、液晶層３０の屈折率ｎを減少させる。

そして、制御部７７は、Ｘ−Ｙ平面に投影したときにレンズ中心部分３５ｃよりも第２主電極１１ｂに近いレンズ端部分３５ｅでは、外方向に沿って、屈折率ｎを減少させる。

そして、レンズ中心部分３５ｃとレンズ端部分３５ｅとの間に設けられた第１屈折率上昇部分３６ａでは外方向に沿って屈折率ｎを上昇させる。第１屈折率上昇部分３６ａは、例えばＸ−Ｙ平面に投影したときに、第１サブ電極１２に近接または重なる。

このように、第１レンズ領域７１において、屈折率ｎが減少する部分と、上昇する部分とが、設けられる。液晶光学素子１１１は、例えば、フレネルレンズ状の光学特性を有する。屈折率分布３１は、例えば、フレネルレンズにおけるレンズの厚さの分布に対応する形状を有する。液晶光学素子１１１は、屈折率ｎが面内で変化する液晶ＧＲＩＮレンズ（Gradient Index lens）として機能する。

本実施形態では、各フレネルレンズがシリンドリカルレンズとして機能する例について述べる。つまり、各フレネルレンズは図１のＸ軸方向には曲率を持っており、入射した光の方向を制御することが出来る。一方、Ｙ軸には曲率がないために入射した光は、平行平面ガラスを通過する様に方向が少し変化する。シリンドリカルレンズは一例に過ぎず、フライアレイレンズ等の光学素子として機能する構成であっても構わない。

画像表示部８０は、表示部８６を含む。画像表示部８０は、表示駆動部８７をさらに含んでも良い。

表示部８６は、液晶光学素子１１１と積層される。
本願において、積層される状態は、直接接して重ねられる状態の他に、間の他の要素が挿入されて重ねられる状態も含む。

表示部８６は、複数の要素画像領域を含む。複数の要素画像領域は、第１要素画像領域８１と、第２要素画像領域８２と、を含む。第１要素画像領域８１は、第１レンズ領域７１と積層される。第２要素画像領域８２は、第２レンズ領域７２と積層される。

なお、本実施形態では、要素画像領域及びレンズ領域をＸ−Ｙ平面に投影した位置が互いに一致するような構成について示すが、一致しない構成であっても良い（例えば特開２００４−２１２６６６号）。例えば、レンズ領域及び要素画像領域をＸ−Ｙ平面に投影した位置を表示部８６の中心からＸ軸方向に離れるに従って、レンズ領域の中心に対して、レンズに対応する要素画像領域の中心がＸ軸方向にずれるように要素画像領域を配置することにより、視域を制御することができる。この例については、図８に関して後述する。

表示駆動部８７から表示部８６に映像情報を含む信号が供給される。表示部８６は、その信号に基づいて変調された光を生成する。表示部８６は、例えば、複数の視差画像を含む光を出射する。

例えば、第１要素画像領域８１は、Ｘ軸方向に順番に並ぶ第１〜第Ｎ（Ｎは２以上の整数）の複数の主領域視差画像Ｐ１〜Ｐｎを表示する。第２要素画像領域８２は、Ｘ軸方向に順番に並ぶ第１〜第Ｎの複数の隣接領域視差画像Ｑ１〜Ｑｎを表示する。

図１においては、図を見やすくするために、Ｎが５である場合について例示している。実施形態において、Ｎは任意である。

第１〜第Ｎの複数の主領域視差画像Ｐ１〜Ｐｎ、及び、第１〜第ｎの複数の隣接領域視差画像Ｑ１〜Ｑｎは、例えば、立体視のための複数の視差情報を含む画像である。複数の視差画像を表示し、複数の視差画像を、液晶光学素子１１１により形成されるレンズを介して見ることで、例えば立体的な画像が知覚される。

液晶光学素子１１１は、光路を変更する動作状態（電圧が印加されて屈折率分布３１が形成される状態）と、光路を実質的に変更しない動作状態（電圧が印加されず屈折率分布３１が均一な状態）と、を有する。光路を変更する動作状態の液晶光学素子１１１に光が入射することで、画像表示装置２１１は、例えば、三次元表示を提供する。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２１１は、例えば、二次元画像表示を提供する。

画像表示部８０には、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。実施形態はこれに限らず、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。

第１基板１０、第１電極１１、第１サブ電極１２、第２基板２０及び第１対向電極２１は、光に対して透過性である。具体的には透明である。

第１基板１０及び第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及び第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電極１１、第１サブ電極１２及び第１対向電極２１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、Ｉｎ_２Ｏ_３及びＳｎＯ_３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、例えば約２００ナノメートル（ｎｍ）（例えば１００ｎｍ以上３５０ｎｍ以下）である。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１１の配設ピッチ（最近接の第１電極１１どうしのそれぞれのＸ軸方向の中心の間の距離）は、例えば、１０μｍ以上１０００μｍ以下である。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。

第１電極１１のＸ軸方向に沿う長さ（幅）は、例えば、５μｍ以上３００μｍ以下である。

第１サブ電極１２のＸ軸方向に沿う長さ（幅ｗ１２）は、例えば、５μｍ以上３００μｍ以下である。

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１１１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基板部１０ｕの近傍での配向方向は、液晶層３０の第２基板部２０ｕ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基板部１０ｕは、配向膜（図示しない）をさらに含んでも良い。第１基板部１０ｕの配向膜と、第１基板１０と、の間に、第１電極１１及び第１サブ電極１２が配置される。第２基板部２０ｕは、配向膜（図示しない）をさらに含んでも良い。第２基板部２０ｕの配向膜と、第２基板２０との間に、第１対向電極２１及び第２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基板部１０ｕのラビング処理の方向は、第２基板部２０ｕ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１１と第１対向電極２１との間、及び、第１サブ電極１２と第１対向電極２１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３１が形成され、この屈折率分布３１により、液晶光学素子１１１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。

図１に表したように、本実施形態に係る画像表示装置２１１においては、第１要素画像領域８１の第ｋ（ｋは１以上Ｎ以下の整数）の主領域視差画像Ｐｋを含む光は、レンズ中心部分３５ｃを通って液晶光学素子１１１の外部に出射する。第２要素画像領域８２の第ｋの隣接領域視差画像Ｑｋを含む光は、第１屈折率上昇部分３６ａを通って液晶光学素子１１１の外部に出射する。実施形態において、全てのｋにおいて、上記の関係が成立している必要はない。１以上Ｎ以下の任意のｋにおいて、上記の関係が成立する。ｋは、視点の番号と対応する。例えば、第１要素画像領域８１の第３の主領域視差画像Ｐ３に表示される画像情報と、第２要素画像領域８２の第３の隣接領域視差画像Ｑ３に表示される画像情報と、は、同じ視点から撮像された画像である。

例えば、図１に示した例では、ｋが３である。すなわち、第１要素画像領域８１の第３の主領域視差画像Ｐ３を含む光は、レンズ中心部分３５ｃを通って液晶光学素子１１１の外部に出射する。第１要素画像領域８１の隣の第２要素画像領域８２の第３の隣接領域視差画像Ｑ３を含む光は、第１屈折率上昇部分３６ａを通って液晶光学素子１１１の外部に出射する。
これにより、高品位の表示を提供する画像表示装置が提供できる。

なお、図１においては、図を見易くするために、図面の縦及び横の縮尺の比率は、実際のものとは異なる。光を示す線も模式的に描かれており、線の角度は実際のものとは必ずしも一致しない。

実施形態においては、図１に例示したように、複数の第１電極１１を用いて液晶ＧＲＩＮレンズを形成し、さらに、第１サブ電極１２を用いることで、フレネルレンズ状の光学特性を得る。これにより、同じ光学特性を得るためのレンズの厚さを薄くできることに対応する。液晶光学素子１１１においては、液晶層３０の厚さを薄くでき、液晶材料の使用量が削減できる。また、液晶層３０の応答速度が向上する。

屈折率分布３１のレンズ中心部分３５ｃ及びレンズ端部分３５ｅでは、外方向（＋Ｘ方向）に沿って屈折率ｎが低下する。これらの部分においては、レンズの形状に沿って屈折率ｎが変化する。一方、レンズ中心部分３５ｃとレンズ端部分３５ｅとの間の第１屈折率上昇部分３６ａでは外方向に沿って屈折率ｎが上昇し、屈折率分布３１は、所望のレンズ形状に沿わない。

第１屈折率上昇部分３６ａにおいて、屈折率ｎが緩やかに上昇すると、第１屈折率上昇部分３６ａに入射した光が、意図していない方向に光が導かれる。例えば、すなわち、迷光を生じさせる。このため、例えば、クロストークが発生し、表示品位は低い。

例えば、第１要素画像領域８１の第ｋの主領域視差画像Ｐｋを含む光が、レンズ中心部分３５ｃを通るときに、第ｋの主領域視差画像Ｐｋを含む光が、第１屈折率上昇部分３６ａも通ることを意図した場合において、第（ｋ−１）の主領域視差画像Ｐ（ｋ−１）または第（ｋ＋１）の主領域視差画像Ｐ（ｋ＋１）を含む光が、第１屈折率上昇部分３６ａを通る場合が生じる。

例えば、中心軸５９を通りＺ軸上の１つの視点から見たときに、レンズ中心部分３５ｃを通して、第１要素画像領域８１の第ｋの主領域視差画像Ｐｋを見る場合に、その視点から、第１屈折率上昇部分３６ａを通して、第（ｋ−１）の主領域視差画像Ｐ（ｋ−１）または第（ｋ＋１）の主領域視差画像Ｐ（ｋ＋１）が見えてしまう場合がある。

この現象は、第１屈折率上昇部分３６ａの屈折率ｎの変化が緩やかの場合に顕著になる。

第１屈折率上昇部分３６ａにおける屈折率ｎの変化を急激にするために、第１サブ電極１２と第１対向電極２１との間に印加する電圧を高くすることが考えられる。しかしながら、本願発明者の検討によると、この電圧を高くすると、第１サブ電極１２上またはその周囲に、プレチルト角が逆転するリバースチルト領域が形成されることが分かった。リバースチルト領域により、迷光が生じ、クロストークが発生する。

このように、第１屈折率上昇部分３６ａで生じる迷光の発生と、リバースチルトの発生と、はトレードオフの関係を有する。このため、高品位の表示の提供が困難であった。

従来の設計は、第１屈折率上昇部分３６ａを通る光を、レンズ中心部分３５ｃを通る光と同じ要素画像領域を通過させる思想に基づいている。すなわち、従来の設計思想では、第１レンズ領域７１のレンズ中心部分３５ｃを通る光が第１要素画像領域８１を通るときに、第１レンズ領域７１の第１屈折率上昇部分３６ａを通る光もその第１要素画像領域８１を通るようにする。しかしながら、上記のように、第１屈折率上昇部分３６ａの屈折率ｎの変化を急激することに限度があるため、この設計通りの特性が得られず、結果として表示の品位は低くなる。

本実施形態においては、第１レンズ領域７１のレンズ中心部分３５ｃを通る光が第１要素画像領域８１を通るときに、第１レンズ領域７１の第１屈折率上昇部分３６ａを通る光は、隣接する第２要素画像領域８２を通るようにする。すなわち、レンズ中心部分３５ｃに対応する要素画像領域とは異なる要素画像領域に対応するように、第１屈折率上昇部分３６ａを設計する。この場合には、第１屈折率上昇部分３６ａの屈折率ｎの変化は緩やかであるため、上記のリバースチルトの発生も抑制される。これにより、高品位の表示を提供することができる。

実施形態においては、第１レンズ領域７１のレンズ中心部分３５ｃを通る光と、第１レンズ領域７１の第１屈折率上昇部分３６ａを通る光とで、対応する要素画像領域が異なるので、厳密には、隣接する画像情報が混合された表示を見ることになる。しかしながら、第３の主領域視差画像Ｐ３に表示される画像情報と、第３の隣接領域視差画像Ｑ３に表示される画像情報と、は、同じ視点から撮像された画像内で近傍にある画像情報同士である。そのため、視点が異なる画像情報（例えば、Ｐ４，Ｐ５，Ｑ１，Ｑ２等）が混入する場合と比較し画像情報の差異が少ない場合が多いため、表示品質が劣化しない。

ここで、第１屈折率上昇部分３６ａのＸ軸方向に沿った幅３８をδｘとする。第１屈折率上昇部分３６ａにおける屈折率の変化３９をδｎとする。

図２（ａ）〜図２（ｆ）及び図３（ａ）〜図３（ｆ）は、画像表示装置の特性を例示する模式図である。
これらの図は、液晶光学素子に形成される屈折率分布３１の第１屈折率上昇部分３６ａの屈折率の変化率に関するパラメータ（傾斜角パラメータγ）を変えたときの、画像表示装置の光学特性のシミュレーション結果を示している。

図２（ａ）、図２（ｃ）、図２（ｅ）、図３（ａ）、図３（ｃ）及び図３（ｅ）は、屈折率分布３１を例示している。これらの図の横軸は、Ｘ軸方向における位置である。縦軸は、液晶層３０の実効的な屈折率の変化ｎｓ（規格化値）である。屈折率分布３１は、中心軸５９を対称軸とする線対称である。

レンズ中心部分３５ｃ及びレンズ端部分３５ｅの屈折率分布から導かれる焦点距離が、レンズ−画素間距離（液晶光学素子１１１の液晶層３０と、表示部８６の光変調部と、の間の距離）と一致するように、レンズ中心部分３５ｃ及びレンズ端部分３５ｅの屈折率分布３１を制御する。これは、第１サブ電極１２及び第２主電極１１ｂとの間の相対的な位置関係を考慮し、第２主電極１１ｂ及び第１サブ電極１２に印加する電圧を制御することで、実施される。

そのため、図２（ａ）、図２（ｃ）、図２（ｅ）、図３（ａ）、図３（ｃ）及び図３（ｅ）においては、レンズ中心部分３５ｃ及びレンズ端部分３５ｅの屈折率分布は適正化され、同一とし、第１屈折率上昇部分３６ａの屈折率のレンズピッチ方向（Ｘ軸方向）に対する傾斜角パラメータγを変えている。レンズピッチは、第１電極１１のそれぞれのＸ軸方向の中心同士の、Ｘ軸方向に沿った距離である。

上記のδｎと、δｘと、を用いると、第１屈折率上昇部分３６ａの屈折率の傾きは、δｎ／δｘである。

δｘの単位をミリメートル（ｍｍ）としたときに、傾斜角パラメータγ（度、すなわち、「°」）は、γ＝９０°−ｔａｎ^−１（δｎ／δｘ）＝ｔａｎ^−１（δｘ／δｎ）で表される。傾斜角パラメータγは、Ｚ軸方向を基準にしたときの第１屈折率上昇部分３６ａの傾斜の角度に相当する。

図２（ａ）、図２（ｃ）、図２（ｅ）、図３（ａ）、図３（ｃ）及び図３（ｅ）のそれぞれにおいて、傾斜角パラメータγは、７９度、５１度、３５度、１６度、７度、０．５度である。傾斜角パラメータγが１６度のときは、δｘ／δｎが３．４（ｍｍ）のときに対応する。

図２（ｂ）、図２（ｄ）、図２（ｆ）、図３（ｂ）、図３（ｄ）及び図３（ｆ）は、それぞれ、図２（ａ）、図２（ｃ）、図２（ｅ）、図３（ａ）、図３（ｃ）及び図３（ｅ）に示す屈折率分布３１の画像表示装置の光学特性を例示している。図２（ｂ）、図２（ｄ）、図２（ｆ）、図３（ｂ）、図３（ｄ）及び図３（ｆ）の横軸は、視角θである。

視角θが０であるとき、光はＺ軸方向に進む状態に対応する。縦軸は、光の強度Ｉｓ（規格化値）である。このシミュレーションでは、視差画像の数（すなわちＮ）は、９とし、レンズの中心軸５９の位置に、第５視差画像の表示位置が一致するとした。

図２（ｂ）、図２（ｄ）、図２（ｆ）、図３（ｂ）、図３（ｄ）及び図３（ｆ）に表したように、視角θが０度のときに、光の強度Ｉｓは最大になる。そして、屈折率分布３１の第１屈折率上昇部分３６ａの屈折率の傾き（すなわち、傾斜角パラメータγ）が変わると、視角θが５度〜１０度の範囲において、高さの低いピークが生じる。これは、第１屈折率上昇部分３６ａにおいて、光の進行方向が変えられ、隣接するレンズ領域に対応する画像の光が、着目しているレンズ領域に進入することに起因する。

図２（ｂ）、図２（ｄ）、図２（ｆ）、及び図３（ｆ）に表したように、傾斜角パラメータγが過度に小さいとき、または、過度に大きいときに、５度〜１０度の範囲に生じるピークが高い。これに対して、図３（ｂ）及び図３（ｄ）に表したように、傾斜角パラメータγが１６度のとき及び７度のときに、視角θが５度〜１０度の範囲に生じるピークは低い。特に、傾斜角パラメータγが１６度のときには、視角θが５度〜１０度の範囲のピークは実質的に発生しない。さらに、傾斜角パラメータγが１６度のときには、視角θが０度のときの光の強度Ｉｓが高い。

この例では、第１屈折率上昇部分３６ａの傾斜角パラメータγが１６度のときに、着目している要素画像領域に隣接する要素画像領域の光が、ちょうど着目しているレンズ領域の第１屈折率上昇部分３６ａを通過する。このため、上記のように、視角θが５度〜１０度の範囲のピークは実質的に発生せず、さらに、視角θが０度のときの光の強度Ｉｓが高くなる。

また、傾斜角パラメータγが７度以上１６度以下の範囲で上記のように良好な特性が得られるのと同様に、傾斜角パラメータγが１６度以上２５度以下の範囲でも良好な特性が得られる。すなわち、少なくとも１６度±９度の範囲の傾斜角パラメータγにおいて、良好な特性が得られる。

図４（ａ）及び図４（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図である。
図４（ａ）は、画像表示部８０及び液晶光学素子１１１をＹ軸方向に沿ってみたときの模式図である。
図４（ａ）に表したように、表示部８６において、第１要素画像領域８１は、第２要素画像領域８２と第３要素画像領域８３との間に配置される。第１要素画像領域８１は、５の視点番号に対応する画像情報が書き込まれる第５要素画像９１ｅを有する。同様に、第２要素画像領域８２は、５の視点番号に対応する画像情報が書き込まれる第５要素画像９２ｅを有する。そして、第３要素画像領域８３は、５の視点番号に対応する画像情報が書き込まれる第５要素画像９３ｅを有する。

図４（ａ）は、第１〜第３要素画像領域８１〜８３のうちで、第５要素画像９１ｅ〜９３ｅを点灯させ、他の要素画像を非点灯とした時の特性をモデル的に例示している。この図には、光線束の分布が例示されている。

図４（ａ）に表したように、表示部８６に液晶光学素子１１１が積層される。上記のように、液晶光学素子１１１において、屈折率分布３１が形成される。第１レンズ領域７１が、第１要素画像領域８１に対応して配置され、第２レンズ領域７２が第２要素画像領域８２に対応して配置され、第３レンズ領域７３が、第３要素画像領域８３に対応して配置される。第１レンズ領域７１において第１レンズ４１が形成され、第２レンズ領域７２において第２レンズ４２が形成され、第３レンズ領域７３において第３レンズ４３が形成される。第２レンズ４２及び第３レンズ４３は、第１レンズ４１に隣接するレンズである。

これらのレンズ４０（第１〜第３レンズ４１〜４３）のそれぞれの屈折率分布３１は、図１に関して説明した、レンズ中心部分３５ｃと、レンズ端部分３５ｅと、第１屈折率上昇部分３６ａと、を有する。例えば、第１屈折率上昇部分３６ａの特性は、図３（ａ）及び図３（ｂ）に例示した傾斜角パラメータが１６度のときに相当する。

図４（ａ）に表したように、第１要素画像領域８１の第５要素画像９１ｅの光は、第１レンズ４１のレンズ中心部分３５ｃ及びレンズ端部分３５ｅを通過する。この光は、第１レンズ４１の正面方向に、第５要素画像９１ｅを拡大した光線束Ｌｘ１として射出する。

第２要素画像領域８２の第５要素画像９２ｅの光は、第１レンズ４１の第１屈折率上昇部分３６ａ（図４（ａ）において左側）を通過する。この光は、第１レンズ４１の正面方向に、第５要素画像９２ｅを拡大した光線束Ｌｘ２として出射する。

第３要素画像領域８３の第５要素画像９３ｅの光は、第１レンズ４１の第１屈折率上昇部分３６ａ（図４（ａ）において右側）を通過する。この光は、第１レンズ４１の正面方向に、第５要素画像９３ｅを拡大した光線束Ｌｘ３として出射する。

このように、第１レンズ４１を通過して正面方向に表示される視差画像は、同じ（共通の）視点に対応する第５要素画像情報である。

このように、第１屈折率上昇部分３６ａの傾き角度が適切なときに、他の視差画像情報をもつ要素画像の光線束が混入しない。

図４（ｂ）は、第５要素画像９１ｅから出射し、第１レンズ４１及び隣接レンズ（第２レンズ４２及び第３レンズ４３）を通過した光線の、所定の視距離での輝度プロファイルのシミュレーション結果を示している。図４（ｂ）の横軸は、視角θ（観測角度）であり、縦軸は、輝度Ｂｒである。

図４（ｂ）に表したように、輝度が１つのピークが生じる。このことは、第５要素画像９１ｅから出射した光が第１レンズ４１のレンズ中心部分３５ｃ及びレンズ端部分３５ｅを通過し、第１レンズ４１の正面方向に出射することを示している。そして、第２レンズ４２の第１屈折率上昇部分３６ａを通過した光線束が、第１レンズ４１の正面方向に射出し、第３レンズ４３の第１屈折率上昇部分３６ａを通過した光線束が第１レンズ４１の正面方向に出射することを示している。第１屈折率上昇部分３６ａの傾き（すなわち、傾斜角パラメータγ）を適切に設定することにより、他の視差画像情報をもつ要素画像の光線束が実質的に混入しない状態を形成できる。

この例では、第１屈折率上昇部分３６ａにおける屈折率の最小値の位置は、レンズ中心（中心軸５９）からレンズピッチの１／２の８０％の距離の位置にあり、液晶層３０の厚さがレンズピッチの１／１０である。このときに、傾斜角パラメータγが約１６度において、レンズ４０からの光線束に他の視差画像が混入することを抑制できる。

図５（ａ）及び図５（ｂ）は、参考例の画像表示装置の特性を例示する模式図である。 これらの図は、参考例の液晶光学素子１１９及びそれを用いた参考例の画像表示装置２１９の構成及び特性を例示している。
図５（ａ）は、画像表示部８０及び液晶光学素子１１９をＹ軸方向に沿ってみたときの模式図である。
図５（ａ）に表したように、参考例の画像表示装置２１９においても、第１〜第３要素画像領域８１〜８３に対応して、第１〜第３レンズ領域７１〜７３が配置される。第１〜第３レンズ領域７１〜７３において、第１〜第３レンズ４１〜４３（レンズ４０）が形成される。参考例の液晶光学素子１１９においては、レンズ４０の屈折率分布３１が、実施形態に係る液晶光学素子１１１の場合とは異なる。具体的には、液晶光学素子１１９における第１屈折率上昇部分３６ａの傾斜角パラメータγは、液晶光学素子１１１における第１屈折率上昇部分３６ａの傾斜角パラメータγとは異なる。液晶光学素子１１９においては、第１屈折率上昇部分３６ａの傾斜角パラメータγが５１度である。

液晶光学素子１１９においても、第１要素画像領域８１の第５要素画像９１ｅの光は、第１レンズ４１のレンズ中心部分３５ｃ及びレンズ端部分３５ｅを通過し、第１レンズ４１の正面方向に、第５要素画像９１ｅを拡大した光線束Ｌｘ１として、射出する。

一方、第１レンズ４１の第１屈折率上昇部分３６ａ（図５（ａ）において左側）を、例えば、第２要素画像領域８２の第９要素画像９２ｉの光が通過する。この光は、第１レンズ４１の正面方向に、第２要素画像領域８２の第９要素画像９２ｉを拡大した光線束Ｌｘ４として出射する。

そして、第１レンズ４１の第１屈折率上昇部分３６ａ（図５（ａ）において右側）を、例えば、第３要素画像領域８３の第１要素画像９３ａの光が通過する。この光は、第１レンズ４１の正面方向に、第３要素画像領域８３の第１要素画像９３ａを拡大した光線束Ｌｘ５として出射する。

そのため、第１レンズ４１の正面に射出される視差画像において、第１要素画像領域８１の第５要素画像９１ｅと、第２要素画像領域８２の第９要素画像９２ｉと、第３要素画像領域８３の第１要素画像９３ａと、が混ざる。このため、２重像や、ぼけなどの、立体表示画像の劣化が生じる。

また、第１要素画像領域８１の第５要素画像９１ｅの光は、第２レンズ４２の第１屈折率上昇部分３６ａ、及び、第３レンズ４３の第１屈折率上昇部分３６ａのそれぞれに入射し、光線束Ｌｘ６及び光線束Ｌｘ７となって出射する。光線束Ｌｘ６及び光線束Ｌｘ７の角度（Ｚ軸方向に対する角度）は、光線束Ｌｘ１の角度とは異なる。

図５（ｂ）は、液晶光学素子１１９において、第５要素画像９１ｅから出射し、第１レンズ４１及び隣接レンズ（第２レンズ４２及び第３レンズ４３）を通過した光線の、所定の視距離での輝度プロファイルのシミュレーション結果を示している。

図５（ｂ）に表したように、輝度Ｂｒは、正面方向（θ＝０度）の位置におけるピークの他に、他のピークを有する。正面方向のピークは、第１レンズ４１のレンズ中心部分３５ｃとレンズ端部分３５ｅとを通過した光線束に対応し、他のピークは、例えば、第２レンズ４２及び第３レンズ４３の第１屈折率上昇部分３６ａを通過した光線束に対応する。このような、他のピークは、第１屈折率上昇部分３６ａの傾斜角パラメータγが適正でないときに生じ、その高さが高くなる。他のピークにより、３Ｄ表示の劣化が生じる。

図６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図である。
図７は、参考例の画像表示装置の特性を例示する模式図である。
これらの図は、表示部８６が１視差の要素画像を表示した時に、上記の液晶光学素子１１１及び１１９を用いて観測した場合の輝度分布を示すシミュレーション画像を示している。図６は、傾斜角パラメータγが１６度のときに対応し、図７は、傾斜角パラメータγが５１度のときに対応する。１視差の要素画像として、第５要素画像を点灯し、他の要素画像を非点灯にしている。これらの図において、明るい部分は、輝度が高い部分に対応し、暗い部分は、輝度が低い部分に対応する。

図７に表したように、参考例の画像表示装置２１９（γ＝５１度）においては、明るい帯状部分（明領域Ｒ１）と、暗い帯状部分（暗領域Ｒ２）と、中間の明るさの帯状部分（中間領域Ｒ３）と、の３種類のパターンが観察される。中間領域Ｒ３は、射出されるべき位置とは異なる方向へ出射する光のピークに対応する。この状態は、立体画像を劣化させる。

これに対して、図６に表したように、実施形態に係る画像表示装置２１１（γ＝１６度）においては、明るい帯状部分（明領域Ｒ１）と、暗い帯状部分（暗領域Ｒ２）と、の２種類のパターンが観察され、中間領域Ｒ３は観察されない。画像表示装置２１１においては、射出されるべき位置に光が出射し、良好な立体画像が表示される。

このように、例えば、１つの視差画像のみを点灯して、観視者からみたときに、複数の明領域Ｒ１と、明領域Ｒ１どうしの間の暗領域Ｒ２と、に加えて、中間領域Ｒ３が観察されるか否かによって、異なる視差領域に光が入射するかどうかが判断できる。中間領域Ｒ３が明領域Ｒ１どうしの間のどの位置に現れるかにより、第１屈折率上昇部分３６ａの傾き（すなわち、傾斜角パラメータγ）を見積もることもできる。

実施形態において、例えば、ｋは２以上である。このとき、第１屈折率上昇部分３６ａを通って液晶光学素子１１１の外部に出射する第２要素画像領域８２の第ｋの隣接領域視差画像Ｑｋを含む光の輝度に対する、第１屈折率上昇部分３６ａを通って液晶光学素子１１１の外部に出射する第２要素画像領域８２の第（ｋ−１）の隣接領域視差画像Ｑ（ｋ−１）を含む光の輝度の比は、０．２以下である。

また、第１屈折率上昇部分３６ａを通って液晶光学素子１１１の外部に出射する第２要素画像領域８２の第ｋの隣接領域視差画像Ｑｋを含む光の輝度に対する、第１屈折率上昇部分３６ａを通って液晶光学素子１１１の外部に出射する第２要素画像領域８２の第（ｋ＋１）の隣接領域視差画像Ｑ（ｋ＋１）を含む光の輝度の比は、０．２以下である。

図８は、実施形態に係る画像表示装置の構成及び動作を例示する模式図である。
図８は、画像表示部８０及び液晶光学素子１１１をＹ軸方向に沿ってみたときの模式図である。
図８に示すように、第１要素画像領域８１から射出された光を観察できる角度（画像表示装置２１１の表示面の法線方向を基準にした角度）を半視域角θedgeとする。視域角（全幅角）は、２×θedgeである。視距離Ｌでの視域幅Ｗは、Ｗ＝２×Ｌ×ｔａｎ（θedge）で表される。

図８に表したように、画像表示装置２１１の画面の中心の位置に対応して、中心レンズ４０ｃが形成される。中心レンズ４０ｃの中心は、視距離Ｌでの視域幅Ｗの中心と、画面の中心の要素画像領域（例えば第１要素画像領域８１）の中心と、を結ぶ直線上に位置する。観視者の目の位置（観視位置）が、左右（Ｘ軸方向）に視域幅Ｗ以内で動いた時も、その観視位置に応じた視点の画像情報を観察することができる。

一方、画像表示装置２１１の画面の端の位置に対応して、端レンズ４０ｅが形成される。例えば、端レンズ４０ｅの中心は、視距離Ｌでの視域幅Ｗの中心と、画面の端の要素画像領域（例えば画面端要素画像領域８１ｅ）の中心と、を結ぶ直線上に位置する。これにより、視距離Ｌで画面中心に対応する位置にいる観視者は、その視点に応じた画像情報を画像表示装置２１１の全体で観察することができる。

観視者の目が視域幅Ｗの範囲にある時に、視域幅Ｗ内で左右に移動した時も、観視者の目の位置に応じた視差画像を観視者はみることができる。例えば、端レンズ４０ｅの中心を基準にして、画面端要素画像領域８１ｅの中心を表示部８６の端に向かってずらすことで、画像表示装置２１１全体での視域を拡大することができる。この時、観視者の目と、端レンズ４０ｅの中心と、の間の角度を、観視者からの角度θｖとする。

液晶光学素子１１１において、液晶分子がチルトすることにより屈折率分布３１が生じる。端レンズ４０ｅにおいては、画面端要素画像領域８１ｅの光は、端レンズ４０ｅに傾斜して入射する。そのため、端レンズ４０ｅにおける第１屈折率上昇部分３６ａに対して入射する光の角度は、中心レンズ４０ｃにおける第１屈折率上昇部分３６ａに対して入射する光の角度とは異なる。このことを考慮して、端レンズ４０ｅにおける第１屈折率上昇部分３６ａの傾きを、観視者からの角度θｖに応じて、適正化することがより望ましい。

観視者からの角度θｖが３０度の場合について、以下説明する。例えば、観視者からの角度θｖに対応する、液晶層３０中における角度θｖ１は、空気の屈折率ｎ０と、液晶層３０の平均の屈折率ｎｘと、を用いて、スネルの法則により、
ｓｉｎ（θｖ）×ｎ０＝ｓｉｎ（θｖ１）×ｎｘ
で表される。

空気の屈折率は、約１であり、液晶層３０の平均の屈折率ｎｘを約１とすると、
ｓｉｎ（θｖ）＝１．５×ｓｉｎ（θｖ１）
となり、液晶層３０中における角度θｖ１は、約２０度となる。

例えば、中心レンズ４０ｃ及び端レンズ４０ｅにおいて、第１屈折率上昇部分３６ａの傾斜角パラメータγを１６度とする。このとき、観視者からの角度θｖに対応する液晶層３０中における角度θｖ１が２０度である場合、画面の右端に位置する端レンズ４０ｅにおいて、左側に位置する第１屈折率上昇部分３６ａを通過する光の角度（第１屈折率上昇部分３６ａを基準にした角度）は、−４度（１６度−２０度）となる。このように、左側に位置する第１屈折率上昇部分３６ａの傾斜は、この部分を通過する光に対してほぼ平行となる。これにより、端レンズ４０ｅにおいても、第１屈折率上昇部分３６ａを通過する光の、所望の方向とは異なる方向へ射出される光が抑制される。

なお、画面の右端に位置する端レンズ４０ｅにおいて、右側に位置する第１屈折率上昇部分３６ａと、この部分に入射する光の光路と、の間の角度は大きくなる。しかし、観視者は画面中心をみている状態の割合が高いため、実用的には、余り問題にはならない。画面の右端に位置する端レンズ４０ｅにおいても、第１屈折率上昇部分３６ａと、その部分に入射する光の光路と、の間の角度は、例えば３５度以下にすることが好ましい。これにより、反対視差方向に現れる妨害輝度のピーク値を抑制でき、実用的な高品位の表示を提供することができる。

また、端レンズ４０ｅにおいて、屈折率分布３１を非対称（中心側と端側とで異なる特性）にしても良い。これにより、さらに高品位の表示が提供できる。

上記の例では、傾斜角パラメータγが１６度±９度のときに良好な特性が得られる。この例では、液晶層３０の液晶の複屈折率Δｎ（異常光に対する屈折率ｎ_ｅと、常光に対する屈折率ｎ_ｏと、の差）が約０．２である。そして、第１屈折率上昇部分３６ａにおける屈折率の変化（δｎ）が、約０．０７である。そして、レンズピッチｌｐ（すなわち、最近接の第１電極１１どうしのそれぞれのＸ軸方向の中心の間の距離）が、０．５ｍｍである。第１屈折率上昇部分３６ａにおける屈折率が最小になる位置と、中心軸５９と、のＸ軸方向に沿った距離ｘｆ（中心軸５９からフレネル段差までの距離）が、０．１３５ｍｍである。距離ｘｆは、第１サブ電極１２のＸ軸方向の中心と、中心軸５９と、の間のＸ軸方向に沿った距離に相当する。このような条件のときにおいて、第１屈折率上昇部分３６ａのＸ軸方向に沿った幅（δｘ）を変えて、傾斜角パラメータγを変えた例について説明した。

第１屈折率上昇部分３６ａの屈折率の傾きであるδｎ／δｘは、上記のΔｎとレンズピッチｌｐと、を用いて、
α＝（δｎ／Δｎ）／（δｘ／ｌｐ）
で表される規格化した傾き（規格化傾きα）に変換することができる。

傾斜角パラメータγが７９度、５１度、３５度、２５度、１６度、７度、及び、０．５度のとき、それぞれ規格化傾きαは、０．４６、１．８６、３．３２、４．９８、７．８９、１９．１、及び、２３４である。

このように、実施形態において、規格化傾きαを、約７．８９（例えば４．９８以上１９．１以下）とすることで、良好な特性を得ることができる。

後述するように、中心軸５９とレンズ端との間に複数の屈折率上昇部分が設けられる場合がある。このときは、上記の距離ｘｆは、例えば、Ｘ軸方向に沿って中心軸に最も近い屈折率上昇部分に適用される。

（第２の実施形態）
図９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９に表したように、本実施形態に係る別の画像表示装置２２１の液晶光学素子１２１においては、第１基板部１０ｕが、第２サブ電極１３をさらに含む。例えば、Ｘ−Ｙ平面に投影したときに、第１レンズ領域７１の中心軸５９と第２主電極１１ｂとの間に、第１サブ電極１２が設けられ、第１サブ電極１２と第２主電極１１ｂとの間に第２サブ電極１３が配置される。これ以外は、画像表示装置２１１及び液晶光学素子１１１と同様である。なお、図９においては、制御部７７及び表示駆動部８７は省略されている。

第２サブ電極１３の電位をさらに制御する。この例では、制御部７７により形成される屈折率分布３１は、第２屈折率上昇部分３６ｂをさらに有する。すなわち、制御部７７は、第１レンズ領域７１において、第１屈折率上昇部分３６ａとレンズ端部分３５ｅとの間に設けられた第２屈折率上昇部分３６ｂでは、外方向（＋Ｘ方向）に沿って液晶層３０の屈折率を上昇させる。さらに、制御部７７は、第１屈折率上昇部分３６ａと第２屈折率上昇部分３６ｂとの間の部分（第１屈折率減少部分３７ａ）では、外方向に沿って屈折率を減少させる。

この例では、複数の副レンズを有するフレネルレンズ状の光学特性が得られる。これにより、例えば、所望の光学特性を得るための液晶層３０の厚さをさらに薄くでき有利である。

この場合も、第１要素画像領域８１の第ｋの主領域視差画像Ｐｋを含む光は、レンズ中心部分３５ｃを通って液晶光学素子１２１の外部に出射し、第２要素画像領域８２の第ｋの隣接領域視差画像Ｑｋを含む光は、第１屈折率上昇部分３６ａを通って液晶光学素子１２１の外部に出射する。リバースチルトの発生が抑制され、迷光を抑制し、高品位の表示を提供することができる。

第２サブ電極１３には、例えば、第１サブ電極１２に関して説明した材料を用いることができる。この例では、サブ電極として、第１サブ電極１２と第２サブ電極１３の２種類が設けられるが、さらに別のサブ電極が設けられても良い。サブ電極の数は任意である。

図１０は、第２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的断面図である。
図１０では、液晶光学素子の部分が図示されており、制御部７７及び画像表示部８０は省略されている。また、図を見やすくするために、第１レンズ領域７１を表示している。第２レンズ領域７２の構成は第１レンズ領域７１の構成と同様である。また、第１レンズ領域７１と第１要素画像領域８１との関係、及び、第２レンズ領域７２と第２要素画像領域８２との関係は、第１の実施形態、または、画像表示装置２１１と同様である。

図１０に表したように、本実施形態に係る液晶光学素子１２２（及び画像表示装置２２２）においても、第１サブ電極１２（第１サブ電極１２ａ）は、Ｘ−Ｙ平面に投影したときに、少なくとも、中心軸５９と第２主電極１１ｂとの間に配置されている。第１基板部１０ｕは、第２サブ電極１３（第２サブ電極１３ａ）と、絶縁層１８と、をさらに含む。第２サブ電極１３は、第１主面１０ａ上に設けられ、Ｙ軸方向に延在する。絶縁層１８は、第１サブ電極１２と第２サブ電極１３との間に設けられる。

この例では、第１サブ電極１２と第１基板１０との間に絶縁層１８が配置され、絶縁層１８の一部と第１基板１０との間に第２サブ電極１３が配置されている。ただし、実施形態はこれに限らず、第２サブ電極１３と第１基板１０との間に絶縁層１８が配置され、絶縁層１８の一部と第１基板１０との間に第１サブ電極１２が配置されても良い。

第１サブ電極１２のＸ軸方向に沿った位置は、第２サブ電極１３のＸ軸方向に沿った位置に対してシフトしている。第１サブ電極１２は、Ｘ−Ｙ平面に投影したときに、第２サブ電極１３と重なる第１重畳部分１２ｐと、重ならない第１非重畳部分１２ｑとを有する。第２サブ電極１３は、Ｘ−Ｙ平面に投影したときに、第１サブ電極１２と重なる第２重畳部分１３ｐと、重ならない第２非重畳部分１３ｑと、を有する。

１つの第１サブ電極１２と、Ｘ−Ｙ平面に投影したときにその１つの第１サブ電極１２と重なる部分を有する１つの第２サブ電極１３と、により、電極対１５（第１電極対１５ａ）が形成される。

制御部７７は、第２サブ電極１３の電位をさらに制御する。例えば、制御部７７は、第１電極１１（第１主電極１１ａ及び第２主電極１１ｂ）と、第１対向電極２１と、の間に、第１電圧を印加する。制御部７７は、第１サブ電極１２と第１対向電極２１との間に第２電圧を印加する。制御部７７は、第２サブ電極１３と第１対向電極２１との間に第３電圧を印加する。

本明細書において、電圧を印加する状態は、同じ電位に設定する状態、すなわち、０ボルトの電圧を印加する状態も含む。

第１電圧及び第２電圧は、液晶層３０において、液晶の配向を変化させる電圧である。第３電圧は、例えば、配向を変化させない、または配向の変化が小さい状態を生成する電圧である。これにより、電極対１５の第１サブ電極１２と第２サブ電極１３との組み合わせにおいて、印加する電圧が急激に変化させることができる。

また、第３電圧によって液晶の配向を変化させても良い。これにより、液晶層３０の屈折率分布３１の制御性がさらに高まる。

例えば、Ｘ−Ｙ平面に投影したときに、電極対１５に重なる位置に、レンズ中心部分３５ｃと第１屈折率上昇部分３６ａとの境界が配置される。

この場合も、第１要素画像領域８１の第ｋの主領域視差画像Ｐｋを含む光は、レンズ中心部分３５ｃを通って液晶光学素子１２２の外部に出射し、第２要素画像領域８２の第ｋの隣接領域視差画像Ｑｋを含む光は、第１屈折率上昇部分３６ａを通って液晶光学素子１２２の外部に出射する。リバースチルトの発生が抑制され、迷光を抑制し、高品位の表示を提供することができる。

図１１は、第２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的断面図である。
図１１においても、液晶光学素子の部分が図示されており、制御部７７及び画像表示部８０は省略されている。
図１１に表したように、本実施形態に係る画像表示装置２２３及び液晶光学素子１２３においては、第１基板部１０ｕは、複数の電極対１５（第１電極対１５ａ及び第２電極対１５ｂなど）を有する。

第２電極対１５ｂは、第１サブ電極１２ｂと第２サブ電極１３ｂと絶縁層１８とを含む。

第２電極対１５ｂは、Ｙ軸方向に延びる第２電極対１５ｂの第１サブ電極１２ｂと、Ｙ軸方向に延びる第２電極対１５ｂの第２サブ電極１３ｂと、第１サブ電極１２ｂと第２サブ電極１３ｂとの間に設けられた絶縁層１８と、を含む。

第２電極対１５ｂの第１サブ電極１２ｂは、Ｘ−Ｙ平面に投影したときに、第２電極対１５ｂの第２サブ電極１３ｂと重なる第１重畳部分１２ｐと、重ならない第１非重畳部分１２ｑと、を有する。第２電極対１５ｂの第２サブ電極１３ｂは、Ｘ−Ｙ平面に投影したときに、第２電極対１５ｂの第１サブ電極１２ｂと重なる第２重畳部分１３ｐと、重ならない第２非重畳部分１３ｑと、を有する。

複数の電極対１５により、複数の副レンズを有するフレネルレンズ状の光学特性が得られる。

この場合も、第１要素画像領域８１の第ｋの主領域視差画像Ｐｋを含む光は、レンズ中心部分３５ｃを通って液晶光学素子１２３の外部に出射し、第２要素画像領域８２の第ｋの隣接領域視差画像Ｑｋを含む光は、第１屈折率上昇部分３６ａを通って液晶光学素子１２３の外部に出射する。リバースチルトの発生が抑制され、迷光を抑制し、高品位の表示を提供することができる。

図１２は、第２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的断面図である。
図１２においても、液晶光学素子の部分が図示されており、制御部７７及び画像表示部８０は省略されている。
図１２に表したように、本実施形態に係る画像表示装置２２４及び液晶光学素子１２４においては、第２基板部２０ｕの構成が、液晶光学素子１２２のそれとは異なる。

すなわち、第２基板部２０ｕは、第２基板２０と第１対向電極２１との他に、第２対向電極２２を含む。第２対向電極２２は、第２基板２０の第２主面２０ａ上に設けられる。第２対向電極２２は、第１対向電極２１と離間し、Ｙ軸方向に延びる。第２対向電極２２は、Ｘ−Ｙ平面に投影したときに中心軸５９と重なる。

Ｘ−Ｙ平面に投影したときに、第１対向電極２１と第２対向電極２２との間の第１離間領域２２ｓは、第１電極対１５ａの少なくとも一部と重なる。

この例では、第２基板部２０ｕに第１対向電極２１と第２対向電極２２とが設けられる。このため、例えば、第２主電極１１ｂと対向する第１対向電極２１の電位を、レンズ中央に対応する中心軸５９に重なる第２対向電極２２の電位とは別の電位に設定することができる。これにより、屈折率分布の制御性が高まる。そして、第１電極対１５ａの少なくとも一部に対向して、第１離間領域２２ｓを配置することで、屈折率分布をより高い精度で制御できる。

第１対向電極２１と第２対向電極２２との間の第１離間領域２２ｓのＸ軸方向に沿う長さ（幅ｗ２２）は、例えば、５μｍ以上３００μｍ以下である。

図１３は、第２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的断面図である。
図１３においても、液晶光学素子の部分が図示されており、制御部７７及び画像表示部８０は省略されている。
図１３に表したように、本実施形態に係る画像表示装置２２５及び液晶光学素子１２５においては、第１基板部１０ｕは、第２電極対１５ｂをさらに含む。第２電極対１５ｂは、第１主面１０ａ上において、第１電極対１５ａと第２主電極１１ｂとの間に設けられる。

第２電極対１５ｂは、Ｙ軸方向に延びる第２電極対１５ｂの第１サブ電極１２ｂと、Ｙ軸方向に延びる第２電極対１５ｂの第２サブ電極１３ｂと、第１サブ電極１２ｂと第２サブ電極１３ｂとの間に設けられた絶縁層１８と、を含む。

また、第２基板部２０ｕは、第３対向電極２３をさらに含む。これ以外は、液晶光学素子１２４と同様なので説明を省略する。

第３対向電極は、第２主面２０ａ上において第１対向電極２１と第２対向電極２２との間に設けられる。第３対向電極２３は、第１対向電極２１と第２対向電極２２と離間しており、第２離間領域２３ｓが形成される。第３対向電極２３は、Ｙ軸方向に延びる。第３対向電極２３には、例えば、第１電極１１などと同じ材料を用いることができる。

第２電極対１５ｂの少なくとも一部に対向して、第２離間領域２３ｓを配置することで、屈折率分布をより高い精度で制御できる。

画像表示装置２２４及び２２５においても、第１要素画像領域８１の第ｋの主領域視差画像Ｐｋを含む光は、レンズ中心部分３５ｃを通って液晶光学素子の外部に出射し、第２要素画像領域８２の第ｋの隣接領域視差画像Ｑｋを含む光は、第１屈折率上昇部分３６ａを通って液晶光学素子の外部に出射する。リバースチルトの発生が抑制され、迷光を抑制し、高品位の表示を提供することができる。

（第３の実施形態）
図１４は、第３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１４においても、液晶光学素子の部分が図示されており、制御部７７及び画像表示部８０は省略されている。また、図を見やすくするために、第１レンズ領域７１を表示している。第２レンズ領域７２の構成は第１レンズ領域７１の構成と同様である。また、第１レンズ領域７１と第１要素画像領域８１との関係、及び、第２レンズ領域７２と第２要素画像領域８２との関係は、第１の実施形態と同様である。

図１４に表したように、本実施形態に係る画像表示装置２３１及び液晶光学素子１３１においても、第１基板部１０ｕは、第１基板１０と、複数の第１電極１１と、複数の第１サブ電極１２と、を含む。これらの構成は、第１の実施形態に関して説明した構成と同様とすることができるので説明を省略する。

この例では、第２基板部２０ｕは、第２基板２０及び第１対向電極２１に加え、第２対向電極２２をさらに含む。第２基板２０及び第１対向電極２１の構成は、第１の実施形態に関して説明した構成と同様とすることができるので説明を省略する。

第２対向電極２２は、第１対向電極２１と離間しつつ、Ｙ軸方向に延びる。第１対向電極２１と第２対向電極２２との間の領域（間隙）を第１離間領域２２ｓとする。第２対向電極２２は、Ｘ−Ｙ平面に投影したときに中心軸５９と重なる。第１離間領域２２ｓ（間隙）は、Ｙ軸方向に沿って延在する。

Ｘ−Ｙ平面に投影したときに、第１離間領域２２ｓのＸ軸方向に沿った中心２２ｓＣと、中心軸５９と、の間のＸ軸方向に沿った距離を距離ｄ２２とする。Ｘ−Ｙ平面に投影したときに、第１サブ電極１２のＸ軸方向に沿った中心１２Ｃと、中心軸５９と、の間のＸ軸方向に沿った距離を距離ｄ１２とする。本実施形態においては、距離ｄ２２は、距離ｄ１２よりも長い。

第２基板部２０ｕに設けられる電極の第１離間領域２２ｓは、第１基板部１０ｕに設けられる第１サブ電極１２とペアを形成する。１つのペアにおいて、第１離間領域２２ｓのＸ軸方向に沿った位置は、第１サブ電極１２のＸ軸方向に沿った位置に対してシフトしている。すなわち、Ｘ軸方向において、電極の配置に非対称性が導入される。これにより、液晶層３０中に形成される電界分布に非対称性が形成でき、液晶光学素子１３１における屈折率分布３１の特性を制御し易くなる。これにより、例えば、第１屈折率上昇部分３６ａの傾き（例えば傾斜角パラメータγ）を制御し易くなる。

第１対向電極２１と第２対向電極２２との間の第１離間領域２２ｓのＸ軸方向に沿う長さ（幅ｗ２２）は、例えば、５μｍ以上３００μｍ以下である。

この場合も、第１要素画像領域８１の第ｋの主領域視差画像Ｐｋを含む光は、レンズ中心部分３５ｃを通って液晶光学素子の外部に出射し、第２要素画像領域８２の第ｋの隣接領域視差画像Ｑｋを含む光は、第１屈折率上昇部分３６ａを通って液晶光学素子の外部に出射する。リバースチルトの発生が抑制され、迷光を抑制し、高品位の表示を提供することができる。

実施形態によれば、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が提供できる。

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ば良い。

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、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、画像表示装置に含まれる液晶光学素子、第１基板部、第２基板部、液晶層、第１基板、第２基板、第１電極、第１〜第３主電極、第１〜第２サブ電極、第１〜第３対向電極、絶縁層、制御部、表示部及び表示駆動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。

１０…第１基板、 １０ａ…第１主面、 １０ｕ…第１基板部、 １１…第１電極、 １１ａ〜１１ｃ…第１〜第３主電極、 １２、１２ａ、１２ｂ…第１サブ電極、 １２Ｃ…中心、 １２ｐ…第１重畳部分、 １２ｑ…第１非重畳部分、 １３、１３ａ、１３ｂ…第２サブ電極、 １３ｐ…第２重畳部分、 １３ｑ…第２非重畳部分、 １５…電極対、 １５ａ、１５ｂ…第１、第２電極対、 １８…絶縁層、 ２０…第２基板、 ２０ａ…第２主面、 ２０ｕ…第２基板部、 ２１…第１対向電極、 ２２…第２対向電極、 ２２ｓ…第１離間領域、 ２２ｓＣ…中心、 ２３…第３対向電極、 ２３ｓ…第２離間領域、 ３０…液晶層、 ３１…屈折率分布、 ３５ｃ…レンズ中心部分、 ３５ｅ…レンズ端部分、 ３６ａ…第１屈折率上昇部分、 ３６ｂ…第２屈折率上昇部分、 ３７ａ…第１屈折率減少部分、 ３８…幅（δｘ）、 ３９…屈折率の変化（δｎ）、 ４０…レンズ、 ４０ｃ…中心レンズ、 ４０ｅ…端レンズ、 ４１〜４３…第１〜第３レンズ、 ５９…中心軸、 ７１…第１レンズ領域、 ７２…第２レンズ領域、 ７３…第３レンズ領域、 ７７…駆動部、 ８０…画像表示部、 ８１…第１要素画像領域、 ８１ｅ…画面端要素画像領域、 ８２…第２要素画像領域、 ８３…第３要素画像領域、 ８６…表示部、 ８７…表示駆動部、 ９１ｅ〜９３ｅ…第５要素画像、 ９２ｉ…第９要素画像、 ９３ａ…第１要素画像、 γ…傾斜角パラメータ、 θ…視角、 θedge…半視域度、 θｖ…観視者からの角度、 １１１、１１２、１１９、１２１〜１２５、１３１…液晶光学素子、 ２１１、２１２、２１９、２２１〜２２５、２３１…画像表示装置、 Ｂｒ…輝度、 Ｉｓ…光の強度、 Ｌ…視距離、 Ｌｘ１〜Ｌｘ７…光線束、 Ｐ１〜Ｐｎ…第１〜第Ｎ主領域視差画像、 Ｑ１〜Ｑｎ…第１〜第Ｎ隣接領域視差画像、 Ｒ１…明領域、 Ｒ２…暗領域、 Ｒ３…中間領域、 Ｗ…視域幅、 ｄ１１、ｄ２２…距離、 ｎｓ…屈折率の変化、 ｗ１２、ｗ２２…幅

Claims (6)

1. 第１基板部であって、
   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方向に延在する第１主電極と、
   前記第１主面上に設けられ前記第１主電極と離間し前記第１方向に延在する第２主電極と、
   前記第１主面上に設けられ前記第１方向に延在する第３主電極であって、前記第１主電極と前記第３主電極との間に前記第２主電極が配置される第３主電極と、
   前記第１主面上において前記第１主電極と前記第２主電極との間及び前記第２主電極と前記第３主電極との間に設けられ前記第１方向に延在する第１サブ電極と、
   を含む第１基板部と、
   第２基板部であって、
   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第１〜第３主電極と対向する第１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と、
   を含み、前記第１主面に対して平行な平面に投影したときに、前記第１主電極と前記第２主電極との間の第１レンズ領域と、前記第２主電極と前記第３主電極との間の第２レンズ領域を有する液晶光学素子と、
   前記液晶光学素子と積層された表示部を含む画像表示部であって、前記表示部は、前記第１レンズ領域と積層された第１要素画像領域と、前記第２レンズ領域と積層された第２要素画像領域と、を有し、前記第１要素画像領域は、前記平面に対して平行で前記第１方向に対して垂直な第２方向に順番に並ぶ第１〜第Ｎ（Ｎは２以上の整数）の複数の主領域視差画像を表示し、前記第２要素画像領域は、前記第２方向に順番に並ぶ第１〜第Ｎの複数の隣接領域視差画像を表示する画像表示部と、
   前記第１〜第３主電極、前記第１サブ電極及び前記第１対向電極の電位を制御する制御部であって、前記制御部は、前記平面に投影したときに前記第１主電極の前記第２方向における中心と前記第２主電極の前記第２方向における中心とを結ぶ線分の中点を通り前記第１方向に対して平行な中心軸と重なるレンズ中心部分では前記中心軸から前記第２主電極に向かう外方向に沿って前記液晶層の屈折率を減少させ、前記平面に投影したときに前記レンズ中心部分よりも前記第２主電極に近いレンズ端部分では前記外方向に沿って前記屈折率を減少させ、前記レンズ中心部分と前記レンズ端部分との間に設けられた第１屈折率上昇部分では前記外方向に沿って前記屈折率を上昇させる制御部と、
   を備え、
   前記液晶層に含まれる液晶の複屈折率をΔｎとし、
   前記第１屈折率上昇部分における屈折率の変化をδｎとし、
   最近接の前記複数の第１電極どうしの間の距離をｌｐとし、
   前記第１屈折率上昇部分の前記第２方向の長さをδｘとしたとき、
   （δｎ／Δｎ）／（δｘ／ｌｐ）は、４．９８以上１９．１以下である画像表示装置。
2. 前記第１要素画像領域の第ｋ（ｋは１以上Ｎ以下の整数）の前記主領域視差画像を含む光は、前記レンズ中心部分を通って前記液晶光学素子の外部に出射し、
   前記第２要素画像領域の前記第ｋの前記隣接領域視差画像を含む光は、前記第１屈折率上昇部分を通って前記液晶光学素子の外部に出射する請求項１記載の画像表示装置。
3. 前記第１主電極の前記第２方向における前記中心と前記第２主電極の前記第２方向における前記中心との間の前記第２方向に沿った距離は、前記第２主電極の前記第２方向における前記中心と前記第３主電極の前記第２方向における中心との間の前記第２方向に沿った距離と等しい請求項１または２に記載の画像表示装置。
4. 前記第１サブ電極は、前記平面に投影したときに前記中心軸と前記第２主電極との間に配置され、
   前記第１基板部は、
   前記第１主面上に設けられ前記第１方向に延在する第２サブ電極と、
   前記第１サブ電極と前記第２サブ電極との間に設けられた絶縁層と、
   をさらに含み、
   前記第１サブ電極は、前記平面に投影したときに前記第２サブ電極と重なる第１重畳部分と重ならない第１非重畳部分とを有し、前記第２サブ電極は、前記平面に投影したときに前記第１サブ電極と重なる第２重畳部分と重ならない第２非重畳部分とを有し、
   前記制御部は、前記第２サブ電極の電位をさらに制御する請求項１〜３のいずれか１つに記載の画像表示装置。
5. 前記第１対向電極は、前記第１方向に延在し、
   前記第２基板部は、前記第２主面上に設けられ前記第１対向電極と離間し前記第１方向に延在する第２対向電極とをさらに含み、
   前記制御部は、前記第２対向電極の電位をさらに制御する請求項１〜３のいずれか１つに記載の画像表示装置。
6. 前記制御部は、
   前記第１屈折率上昇部分と前記レンズ端部分との間に設けられた第２屈折率上昇部分では前記外方向に沿って前記屈折率を上昇させ、前記第１屈折率上昇部分と前記第２屈折率上昇部分との間の部分では前記外方向に沿って前記屈折率を減少させる請求項１〜５のいずれか１つに記載の画像表示装置。