JP5610452B2

JP5610452B2 - Liquid crystal optical element and image display device

Info

Publication number: JP5610452B2
Application number: JP2013216606A
Authority: JP
Inventors: 芳晴桃井; 亜矢子高木; 上原　伸一; 伸一上原; 岐津　裕子; 裕子岐津; 正子柏木
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Lifestyle Products and Services Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba Lifestyle Products and Services Corp
Priority date: 2013-10-17
Filing date: 2013-10-17
Publication date: 2014-10-22
Anticipated expiration: 2032-04-27
Also published as: JP2014041381A

Description

本発明の実施形態は、液晶光学素子及び画像表示装置に関するものである。 Embodiments described herein relate generally to a liquid crystal optical element and an image display apparatus.

従来、液晶分子の複屈折性を利用し、所定の電圧を印加することで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提案されている。 Conventionally, there has been known a liquid crystal optical element that utilizes the birefringence of liquid crystal molecules and changes the refractive index distribution by applying a predetermined voltage. In addition, a stereoscopic image display device combining this liquid crystal optical element and an image display unit has been proposed.

上記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、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している。また、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。 In the above three-dimensional image display device, by changing the refractive index distribution of the liquid crystal optical element, the image displayed on the image display unit is directly incident on the observer's eyes and the observer as a plurality of parallax images. The state to be incident on the eyes is switched. Thereby, a two-dimensional display operation and a three-dimensional image display operation are realized. In addition, a technique for changing the light path using the optical principle of the Fresnel zone plate is also known.

特開２０１１−１９７６４０号公報JP 2011-197640 A

しかしながら、上記従来技術では、液晶分子の制御性について特段考慮されていないため、目標とするレンズの屈折率分布特性を実現することが困難となる場合がある。また、この場合、所望の集光性能を得ることができないため、立体画像表示時の画質が劣化するという問題が発生する。 However, in the above prior art, since the controllability of liquid crystal molecules is not particularly taken into consideration, it may be difficult to realize the target refractive index distribution characteristic of the lens. Further, in this case, since a desired light collecting performance cannot be obtained, there arises a problem that the image quality at the time of stereoscopic image display is deteriorated.

実施の形態の液晶光学素子は、第１基板と第２基板との間に液晶層を挟持し、前記液晶層への電圧印加により当該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させる液晶光学素子であって、複数の第１電極と、複数の第２電極と、複数の第３電極と、第４電極とを備える。第１電極は、前記第１基板上の前記液晶層側で且つ前記フレネルレンズの端部に対応する位置に設けられる。第２電極は、前記第１基板上の前記液晶層側で且つ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る。第３電極は、前記第１基板上の前記液晶層側で且つ前記フレネルレンズの端部及び段差部以外の位置に設けられる。第４電極は、前記第２基板上の前記液晶層側全面に設けられ、前記第３電極との対向部分に電極を取り除いた第１スリットを有する。また、前記第１スリットの幅は、前記第３電極と等しい以上の幅で形成され、前記第１スリットが設けられた領域は、前記第１基板及び前記第２基板の対向方向から見て、当該第１スリットに対向する前記第３電極の全域を包含する。 In the liquid crystal optical element of the embodiment, a liquid crystal layer is sandwiched between a first substrate and a second substrate, and a liquid crystal layer that generates a refractive index distribution that acts as a Fresnel lens on the liquid crystal layer by applying a voltage to the liquid crystal layer. An optical element, comprising a plurality of first electrodes, a plurality of second electrodes, a plurality of third electrodes, and a fourth electrode. The first electrode is provided on the liquid crystal layer side on the first substrate and at a position corresponding to the end of the Fresnel lens. The second electrode is provided on the liquid crystal layer side on the first substrate and at a position corresponding to the step portion of the Fresnel lens. The third electrode is provided on the liquid crystal layer side on the first substrate and at a position other than the end portion and the step portion of the Fresnel lens. The fourth electrode is provided on the entire surface of the second substrate on the liquid crystal layer side, and has a first slit from which the electrode is removed at a portion facing the third electrode. Further, the width of the first slit is formed to be equal to or larger than the third electrode, and the region where the first slit is provided is viewed from the opposing direction of the first substrate and the second substrate, The entire region of the third electrode facing the first slit is included.

図１は、第１の実施形態に係る液晶光学素子の構成を例示する模式的断面図である。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view illustrating the configuration of the liquid crystal optical element according to the first embodiment. 図２は、第１の実施形態に係る液晶光学素子の上面図である。FIG. 2 is a top view of the liquid crystal optical element according to the first embodiment. 図３は、第１の実施形態に係る画像表示装置の構成を例示する模式図である。FIG. 3 is a schematic view illustrating the configuration of the image display device according to the first embodiment. 図４は、第１の実施形態に係る液晶光学素子の電圧印加時に液晶層に発生する電位分布及び屈折率分布のシミュレーション結果の一例を示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating an example of simulation results of a potential distribution and a refractive index distribution generated in the liquid crystal layer when a voltage is applied to the liquid crystal optical element according to the first embodiment. 図５は、第１の実施形態に係る液晶光学素子の屈折率分布をモデル的に示す図である。FIG. 5 is a diagram schematically showing the refractive index distribution of the liquid crystal optical element according to the first embodiment. 図６は、第３電極及び第１切欠部を形成しない液晶光学素子において、電圧印加時に液晶層に発生する電位分布及び屈折率分布のシミュレーション結果の一例を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a simulation result of a potential distribution and a refractive index distribution generated in the liquid crystal layer when a voltage is applied in a liquid crystal optical element in which the third electrode and the first notch are not formed. 図７は、第１の実施形態に係る他の液晶光学素子の構成を例示する模式断面図である。FIG. 7 is a schematic cross-sectional view illustrating the configuration of another liquid crystal optical element according to the first embodiment. 図８は、第１の実施形態に係る他の液晶光学素子の構成を例示する模式断面図である。FIG. 8 is a schematic cross-sectional view illustrating the configuration of another liquid crystal optical element according to the first embodiment. 図９は、第１の実施形態に係る他の液晶光学素子の構成を例示する模式断面図である。FIG. 9 is a schematic cross-sectional view illustrating the configuration of another liquid crystal optical element according to the first embodiment. 図１０は、第２の実施形態に係る液晶光学素子の構成を例示する模式的断面図である。FIG. 10 is a schematic cross-sectional view illustrating the configuration of the liquid crystal optical element according to the second embodiment.

以下、図面を参照して、この発明に係る液晶光学素子及び画像表示装置の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の実施形態では、同一の参照符号を付した部分は同様の動作を行うものとして、重複する説明を適宜省略する。 Embodiments of a liquid crystal optical element and an image display device according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In the following embodiments, the same reference numerals are assigned to the same operations, and duplicate descriptions are omitted as appropriate.

［第１の実施形態］
図１は、第１の実施形態に係る液晶光学素子の構成を例示する模式的断面図である。また、図２は、第１の実施形態に係る液晶光学素子の上面図である。 [First Embodiment]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view illustrating the configuration of the liquid crystal optical element according to the first embodiment. FIG. 2 is a top view of the liquid crystal optical element according to the first embodiment.

図１に示すように、本実施形態に係る液晶光学素子１００は、第１基板１１と、当該第１基板１１に対向配置された第２基板１２と、第１基板１１と第２基板１２との間に狭持された液晶層１３とを有している。 As shown in FIG. 1, the liquid crystal optical element 100 according to the present embodiment includes a first substrate 11, a second substrate 12 disposed to face the first substrate 11, a first substrate 11, and a second substrate 12. And a liquid crystal layer 13 sandwiched between them.

第１基板１１の液晶層１３側の面には、第１電極１４、第２電極１５及び第３電極１６が設けられている。これらの第１電極１４、第２電極１５及び第３電極１６はそれぞれ、図２に示すように、第１方向Ｄ１と交差する第２方向Ｄ２に延在するように設けられる。なお、図２では、第２方向Ｄ２は、第１方向Ｄ１と直交するように配置された例を示しているが、これに限らず、直交していなくてもよい。 A first electrode 14, a second electrode 15, and a third electrode 16 are provided on the surface of the first substrate 11 on the liquid crystal layer 13 side. As shown in FIG. 2, each of the first electrode 14, the second electrode 15, and the third electrode 16 is provided so as to extend in a second direction D2 that intersects the first direction D1. In addition, in FIG. 2, although the 2nd direction D2 has shown the example arrange | positioned so that it may orthogonally cross with the 1st direction D1, it does not need to be orthogonal to this.

第１電極１４は、第１基板１１の液晶層１３側の面上において、後述するフレネルレンズのレンズ端に対応する第１方向Ｄ１の各位置に配置されている。これらの第１電極１４のうち、隣接する二つの第１電極１４の第１方向Ｄ１における略中心位置には、後述するフレネルレンズでのレンズ中心に相当する中心軸（以下、レンズ中心ＬＣという）が存在する。なお、レンズ中心ＬＣは、第２方向Ｄ２に対して平行である。 The first electrode 14 is disposed at each position in the first direction D1 corresponding to a lens end of a Fresnel lens described later on the surface of the first substrate 11 on the liquid crystal layer 13 side. Among these first electrodes 14, a central axis corresponding to a lens center in a Fresnel lens (to be described later) (hereinafter referred to as a lens center LC) is provided at a substantially central position in the first direction D <b> 1 of two adjacent first electrodes 14. Exists. The lens center LC is parallel to the second direction D2.

また、隣接する二つの第１電極１４の間には、第２電極１５が第１方向Ｄ１に複数個並列に配置されている。第２電極１５は、後述するフレネルレンズの不連続点に対応する各位置に配置され、各配置位置はレンズ中心ＬＣに対し線対称となっている。 A plurality of second electrodes 15 are arranged in parallel in the first direction D1 between two adjacent first electrodes 14. The second electrode 15 is disposed at each position corresponding to a discontinuous point of a Fresnel lens to be described later, and each disposed position is axisymmetric with respect to the lens center LC.

さらに、隣接する二つの第１電極１４の間には、第３電極１６が第１方向Ｄ１に複数個並列に配置されている。ここで、第３電極１６は、後述するフレネルレンズのレンズ面に対応する位置に配置され、当該配置位置はレンズ中心ＬＣに対し線対称となっている。なお、図２では、第３電極１６を、レンズ中心ＬＣ（レンズ中心）と当該レンズ中心ＬＣに隣接する第２電極１５（不連続点）との間に設けた例を示しているが、これに限らないものとする。 Furthermore, a plurality of third electrodes 16 are arranged in parallel in the first direction D1 between two adjacent first electrodes 14. Here, the 3rd electrode 16 is arrange | positioned in the position corresponding to the lens surface of the Fresnel lens mentioned later, and the said arrangement position is axisymmetric with respect to the lens center LC. FIG. 2 shows an example in which the third electrode 16 is provided between the lens center LC (lens center) and the second electrode 15 (discontinuous point) adjacent to the lens center LC. Not limited to.

第２基板１２の液晶層１３側の面には、第４電極１７が設けられている。第４電極１７は、上記第１電極１４、第２電極１５及び第３電極１６に対向するように設けられ、第２基板１２の液晶層１３側の面の全面に設けられる。また、第４電極１７における第３電極１６との対向部分には、電極基板を取り除いた第１切欠部１７ａが設けられている。 A fourth electrode 17 is provided on the surface of the second substrate 12 on the liquid crystal layer 13 side. The fourth electrode 17 is provided so as to face the first electrode 14, the second electrode 15, and the third electrode 16, and is provided on the entire surface of the second substrate 12 on the liquid crystal layer 13 side. Further, a first notch portion 17 a from which the electrode substrate is removed is provided at a portion of the fourth electrode 17 facing the third electrode 16.

ここで、第１方向Ｄ１における第１切欠部１７ａの幅（以下、切欠幅という）は、この第１切欠部１７ａに対向する第３電極１６の幅（以下、電極幅）に対し、相対的に広く形成されている。また、前記第１基板１１及び前記第２基板１２の対向方向（第３方向Ｄ３）から見て、第１切欠部１７ａが設けられた領域が、当該第１切欠部１７ａに対向する第３電極１６の全域を包含するよう形成されている。 Here, the width of the first notch 17a in the first direction D1 (hereinafter referred to as notch width) is relative to the width of the third electrode 16 (hereinafter referred to as electrode width) facing the first notch 17a. Widely formed. In addition, when viewed from the opposing direction (third direction D3) of the first substrate 11 and the second substrate 12, the region where the first cutout portion 17a is provided is the third electrode facing the first cutout portion 17a. It is formed so as to cover the entire 16 areas.

上記の構成において、第１基板１１、第２基板１２、第１電極１４、第２電極１５、第３電極１６及び第４電極１７は、光に対して透過性である。具体的には透明である。 In the above configuration, the first substrate 11, the second substrate 12, the first electrode 14, the second electrode 15, the third electrode 16, and the fourth electrode 17 are transparent to light. Specifically, it is transparent.

第１基板１１及び第２基板１２には、例えば、ガラス又は樹脂等の透明材料が用いられる。第１基板１１及び第２基板１２は、板状又はシート状である。第１基板１１及び第２基板１２の厚さは、特に問わず、例えば、５０マイクロメートル（μｍ）以上、２０００μｍ以下等、任意の厚さを採用することが可能である。 For the first substrate 11 and the second substrate 12, for example, a transparent material such as glass or resin is used. The first substrate 11 and the second substrate 12 are plate-shaped or sheet-shaped. The thicknesses of the first substrate 11 and the second substrate 12 are not particularly limited, and any thickness such as, for example, 50 micrometers (μm) or more and 2000 μm or less can be adopted.

第１電極１４、第２電極１５、第３電極１６及び第４電極１７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一つ（一種）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の少なくとも何れかを用いてもよい。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。また、第１電極１４、第２電極１５及び第３電極１６の第１方向Ｄ１方向に沿う長さ（電極幅）は、例えば、５μｍ以上３００μｍ以下である。 The first electrode 14, the second electrode 15, the third electrode 16, and the fourth electrode 17 are, for example, oxides containing at least one (a kind) element selected from the group consisting of In, Sn, Zn, and Ti. Including. For these electrodes, for example, ITO is used. For example, at least one of IN ₂ O ₃ and SnO ₃ may be used. The thickness of these electrodes is, for example, about 200 nanometers (nm) (for example, not less than 100 nm and not more than 350 nm). The thickness of the electrode is set to a thickness that provides a high transmittance for visible light, for example. Moreover, the length (electrode width) along the first direction D1 of the first electrode 14, the second electrode 15, and the third electrode 16 is, for example, not less than 5 μm and not more than 300 μm.

液晶層１３は、ネマティック液晶等の液晶材料を含んでいる。液晶材料は、正の誘電異方性又は負の誘電異方性を有する。液晶層１３は、液晶の初期配列（液晶層１３に電圧を印加しないときの配列）及び電圧印加時の配列の何れかにおいて、液晶のダイレクタ（液晶分子の長軸）は、第１方向Ｄ１に対して平行な成分（水平配向）を有する。なお、本実施形態では、液晶の初期配列において、液晶のダイレクタは水平配向を有するものとする。 The liquid crystal layer 13 includes a liquid crystal material such as nematic liquid crystal. The liquid crystal material has a positive dielectric anisotropy or a negative dielectric anisotropy. The liquid crystal layer 13 has a liquid crystal director (long axis of liquid crystal molecules) in the first direction D1 in either the initial alignment of liquid crystals (alignment when no voltage is applied to the liquid crystal layer 13) or the alignment when voltage is applied. It has a parallel component (horizontal orientation). In the present embodiment, it is assumed that the director of the liquid crystal has horizontal alignment in the initial alignment of the liquid crystal.

第１電極１４、第２電極１５及び第３電極１６と、第４電極１７との間に電圧を印加することで、液晶層１３における液晶配列が変化する。この変化に伴って液晶層１３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１００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。 By applying a voltage between the first electrode 14, the second electrode 15, the third electrode 16, and the fourth electrode 17, the liquid crystal alignment in the liquid crystal layer 13 is changed. With this change, a refractive index distribution is formed in the liquid crystal layer 13, and the traveling direction of light incident on the liquid crystal optical element 100 is changed by this refractive index distribution. This change in the traveling direction of light is mainly based on the refractive effect.

図３は、本実施形態に係る画像表示装置の構成を例示する模式図である。同図に示すように、画像表示装置２００は、上述した液晶光学素子１００に加え、表示部２１と、表示駆動部２２と、駆動部２３とを備える。 FIG. 3 is a schematic view illustrating the configuration of the image display apparatus according to this embodiment. As shown in the figure, the image display apparatus 200 includes a display unit 21, a display drive unit 22, and a drive unit 23 in addition to the liquid crystal optical element 100 described above.

表示部２１は、例えば、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、プラズマディスプレイ等の表示ユニットであって、液晶光学素子１００に積層される。表示部２１は、画像情報を含む光を液晶層１３に入射する。 The display unit 21 is a display unit such as a liquid crystal display, an organic EL display, or a plasma display, and is stacked on the liquid crystal optical element 100. The display unit 21 makes light including image information incident on the liquid crystal layer 13.

表示駆動部２２は、表示部２１を駆動する。表示部２１は、表示駆動部２２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。表示部２１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１００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体状態とを有する。光路を変更する動作状態の画像表示装置２００に光が入射することで、表示部２１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２００は、例えば二次元画像表示を提供する。 The display drive unit 22 drives the display unit 21. The display unit 21 generates light modulated based on a signal supplied from the display driving unit 22. The display unit 21 emits light including a plurality of parallax images, for example. As will be described later, the liquid crystal optical element 100 has an operation state in which the optical path is changed and a moving body state in which the optical path is not substantially changed. The display unit 21 provides, for example, a three-dimensional image display when light enters the image display device 200 in an operation state in which the optical path is changed. Further, for example, in an operation state in which the optical path is not substantially changed, the image display device 200 provides, for example, a two-dimensional image display.

駆動部２３は、第１電極１４、第２電極１５、第３電極１６及び第４電極１７と電気的に接続され、当該電極の各々に所定の電位を設定する。具体的に、駆動部２３は、第１電極１４と第４電極１７との間に第１電圧を印加し、第２電極１５及び第３電極１６と第４電極１７との間に第２電圧を印加する。駆動部２３は、例えば、第４電極１７の電位をＧＮＤとし、第１電極１４の電位をＶ１、第２電極１５及び第３電極１６の電位を同一のＶ２とすることで、第１電極１４と第４電極１７との間に第１電圧（ＧＮＤ−Ｖ１）を印加し、第２電極１５及び第３電極１６と第４電極１７との間に第２電圧（ＧＮＤ−Ｖ２）を印加する。なお、本実施形態では、二つの電極間の電位を同じにする（零ボルトにする）状態も、便宜的に、電圧をオンする状態に含まれるものとする。 The drive unit 23 is electrically connected to the first electrode 14, the second electrode 15, the third electrode 16, and the fourth electrode 17, and sets a predetermined potential for each of the electrodes. Specifically, the drive unit 23 applies a first voltage between the first electrode 14 and the fourth electrode 17, and a second voltage between the second electrode 15 and the third electrode 16 and the fourth electrode 17. Apply. For example, the drive unit 23 sets the potential of the fourth electrode 17 to GND, sets the potential of the first electrode 14 to V1, and sets the potentials of the second electrode 15 and the third electrode 16 to the same V2. A first voltage (GND-V1) is applied between the second electrode 15 and the fourth electrode 17, and a second voltage (GND-V2) is applied between the second electrode 15, the third electrode 16, and the fourth electrode 17. . In the present embodiment, the state where the potential between the two electrodes is the same (zero volts) is also included in the state where the voltage is turned on for convenience.

第１電極１４、第２電極１５、第３電極１６及び第４電極１７への電圧印加により、液晶層１３の液晶配列が変化し、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。なお、駆動部２３は、表示駆動部２２と有線又は無線（電気的又は光学的）により接続されてもよい。また、画像表示装置２００は、駆動部２３と表示駆動部２２とを制御する制御部（図示しない）を更に含んでもよい。 By applying a voltage to the first electrode 14, the second electrode 15, the third electrode 16, and the fourth electrode 17, the liquid crystal alignment of the liquid crystal layer 13 changes, and based on this, a refractive index distribution is formed. The refractive index distribution is determined by the arrangement of the electrodes and the voltage applied to the electrodes. The driving unit 23 may be connected to the display driving unit 22 by wire or wireless (electrical or optical). The image display device 200 may further include a control unit (not shown) that controls the drive unit 23 and the display drive unit 22.

以下、図４〜図６を用いて、本実施形態の液晶光学素子１００により実現される屈折率分布について説明する。 Hereinafter, the refractive index distribution realized by the liquid crystal optical element 100 of the present embodiment will be described with reference to FIGS.

液晶光学素子１００に所定の電圧を印加した場合、液晶層１３内での電位分布及び屈折率分布は、図４のように表される。ここで、図４は、液晶光学素子１００の電圧印加時に液晶層１３に発生する電位分布及び屈折率分布のシミュレーション結果の一例を示す図である。同図において、破線は、等電位曲線１３ａであり、実線は、屈折率分布１３ｂの曲線である。 When a predetermined voltage is applied to the liquid crystal optical element 100, the potential distribution and the refractive index distribution in the liquid crystal layer 13 are expressed as shown in FIG. Here, FIG. 4 is a diagram showing an example of simulation results of the potential distribution and refractive index distribution generated in the liquid crystal layer 13 when a voltage is applied to the liquid crystal optical element 100. In the figure, the broken line is the equipotential curve 13a, and the solid line is the curve of the refractive index distribution 13b.

例えば、第４電極１７の電位をＧＮＤに設定し、第１電極１４の電位をＶ１に設定することで、第１電極１４と第４電極１７との間に、ＧＮＤ−Ｖ１の電位差の第１電圧が印加される。また、第２電極１５及び第３電極１６の電位をＶ２に設定することで、第２電極１５及び第３電極１６と第４電極１７との間に、ＧＮＤ−Ｖ２の電位差の第２電圧が印加される。なお、図４では、Ｖ１＞Ｖ２とした例を示しているが、これに限らず、Ｖ１＝Ｖ２としてもよいし、Ｖ１＜Ｖ２としてもよい。 For example, by setting the potential of the fourth electrode 17 to GND and setting the potential of the first electrode 14 to V1, the first potential difference of GND−V1 between the first electrode 14 and the fourth electrode 17 is set. A voltage is applied. Further, by setting the potential of the second electrode 15 and the third electrode 16 to V2, the second voltage of the potential difference of GND−V2 is generated between the second electrode 15, the third electrode 16 and the fourth electrode 17. Applied. FIG. 4 shows an example in which V1> V2. However, the present invention is not limited to this, and V1 = V2 or V1 <V2.

第１電圧及び第２電圧の印加により、第１電極１４、第２電極１５及び第３電極１６と、第４電極１７との間の電位は、第１電極１４、第２電極１５及び第３電極１６の電極位置で高電位（山）となり、電極間で低電位（谷）となる。これにより、液晶層１３の屈折率分布１３ｂは、図４に示すように、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。 Due to the application of the first voltage and the second voltage, the potential between the first electrode 14, the second electrode 15, the third electrode 16, and the fourth electrode 17 becomes the first electrode 14, the second electrode 15, and the third electrode. The electrode 16 has a high potential (crest) at the electrode position and a low potential (valley) between the electrodes. Thereby, the refractive index distribution 13b of the liquid crystal layer 13 has a shape corresponding to the lens thickness distribution in the Fresnel lens, as shown in FIG.

このように、液晶光学素子１００は、屈折率が面内で変化する液晶ＧＲＩＮレンズ（Gradient Index lens）であり、液晶光学素子１００全体としてシリンドリカルレンズアレイとしての機能を有する。なお、屈折率分布１３ｂにおいて、レンズ中心ＬＣは、フレネルレンズでのレンズの中心位置に対応する。また、第１電極１４は、フレネルレンズのレンズ端の位置に対応し、第２電極１５は、フレネルレンズの不連続点に対応している。さらに、第３電極１６（第１切欠部１７ａ）は、フレネルレンズのレンズ面部分に対応している。 Thus, the liquid crystal optical element 100 is a liquid crystal GRIN lens (Gradient Index lens) whose refractive index changes in the plane, and the liquid crystal optical element 100 as a whole has a function as a cylindrical lens array. In the refractive index distribution 13b, the lens center LC corresponds to the center position of the lens in the Fresnel lens. The first electrode 14 corresponds to the position of the lens end of the Fresnel lens, and the second electrode 15 corresponds to a discontinuous point of the Fresnel lens. Further, the third electrode 16 (first cutout portion 17a) corresponds to the lens surface portion of the Fresnel lens.

ここで、第３電極１６及び第１切欠部１７ａの組が存在する部位に着目すると、第１切欠部１７ａの部位にかかる電位は、当該第１切欠部１７ａ周辺の第４電極１７の電位（ＧＮＤ）より高まり、第３電極１６と第１切欠部１７ａとの組に対応する液晶層１３部分の電位差は、第２電圧以下となる。そのため、液晶光学素子１００の屈折率分布は、図４に示すように、第２電極１５からレンズ中心ＬＣにかけて、なだらかな上昇傾向を示すことになる。 Here, paying attention to a portion where the set of the third electrode 16 and the first notch 17a exists, the potential applied to the portion of the first notch 17a is the potential of the fourth electrode 17 around the first notch 17a ( GND) and the potential difference of the liquid crystal layer 13 corresponding to the set of the third electrode 16 and the first notch 17a is equal to or lower than the second voltage. Therefore, as shown in FIG. 4, the refractive index distribution of the liquid crystal optical element 100 shows a gentle upward trend from the second electrode 15 to the lens center LC.

図５は、図４と同様の電圧を印加したときの、液晶光学素子１００の屈折率分布１３ｂをモデル的に示す図である。ここで、図５の横軸は、第１方向Ｄ１方向であり、各符号位置は第１電極１４、第２電極１５及び第３電極１６の配置位置に対応している。縦軸は屈折率ｎ（実効的な屈折率）である。また、図５中のＬ１、Ｌ２は、目標とするレンズの屈折率分布である。 FIG. 5 is a diagram schematically showing the refractive index distribution 13b of the liquid crystal optical element 100 when a voltage similar to that in FIG. 4 is applied. Here, the horizontal axis of FIG. 5 is the first direction D1, and each code position corresponds to the arrangement position of the first electrode 14, the second electrode 15, and the third electrode 16. The vertical axis represents the refractive index n (effective refractive index). Further, L1 and L2 in FIG. 5 are target lens refractive index distributions.

図５に示すように、液晶光学素子１００においては、第１電極１４、第２電極１５及び第４電極１７による液晶層１３への電界効果により、外側のレンズを実現する屈折率分布Ｒ１が形成される。また、第２電極１５、第３電極１６及び第４電極１７（第１切欠部１７ａ）による液晶層１３への電界効果により、内側のレンズを実現する屈折率分布Ｒ２が形成される。ここで、屈折率分布Ｒ１及びＲ２と、目標とするレンズの屈折率分布Ｌ１、Ｌ２とを比較すると、両形状は略同等となるため、液晶光学素子１００によるフレネルレンズの集光性能を目標値に近付けることができる。 As shown in FIG. 5, in the liquid crystal optical element 100, a refractive index distribution R1 that realizes an outer lens is formed by the electric field effect on the liquid crystal layer 13 by the first electrode 14, the second electrode 15, and the fourth electrode 17. Is done. Further, the refractive index distribution R2 that realizes the inner lens is formed by the electric field effect on the liquid crystal layer 13 by the second electrode 15, the third electrode 16, and the fourth electrode 17 (first cutout portion 17a). Here, when the refractive index distributions R1 and R2 are compared with the refractive index distributions L1 and L2 of the target lens, the two shapes are substantially the same. Therefore, the condensing performance of the Fresnel lens by the liquid crystal optical element 100 is the target value. Can approach.

一方、例えば、液晶光学素子１００において、第３電極１６及び第１切欠部１７ａの組を形成しない参考例においては、第３電極１６及び第１切欠部１７ａの組による電界効果が液晶層１３に作用しないため、第２電極１５からレンズ中心ＬＣにかけて、屈折率が急峻に上昇することになる。 On the other hand, for example, in the reference example in which the set of the third electrode 16 and the first notch 17a is not formed in the liquid crystal optical element 100, the electric field effect due to the set of the third electrode 16 and the first notch 17a is applied to the liquid crystal layer 13. Since it does not act, the refractive index rises steeply from the second electrode 15 to the lens center LC.

ここで、図６は、第３電極１６及び第１切欠部１７ａを形成しない液晶光学素子において、電圧印加時に液晶層１３に発生する電位分布及び屈折率分布のシミュレーション結果の一例を示す図である。図６において、破線は、等電位曲線１３ｃであり、実線は、屈折率分布１３ｄの曲線である。 Here, FIG. 6 is a diagram illustrating an example of simulation results of the potential distribution and the refractive index distribution generated in the liquid crystal layer 13 when a voltage is applied in the liquid crystal optical element in which the third electrode 16 and the first notch 17a are not formed. . In FIG. 6, the broken line is the equipotential curve 13c, and the solid line is the curve of the refractive index distribution 13d.

図６において、図４での条件と同様に、第４電極１７の電位をＧＮＤ、第１電極１４の電位をＶ１、第２電極１５の電位をＶ２に設定したとすると、その屈折率分布１３ｄは、図４と同様に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。しかしながら、第２電極１５からレンズ中心ＬＣにかけて、屈折率が急峻に変化するため、図４の屈折率分布１３ｂと比較し、レンズの中央部分が扁平した形状となる。この場合、図６の屈折率分布の形状は、目標とするレンズの屈折率分布の形状に沿わないため、目標とする集光性能が得られず、立体画像表示時の画質が劣化するという問題が発生する。 In FIG. 6, assuming that the potential of the fourth electrode 17 is set to GND, the potential of the first electrode 14 is set to V1, and the potential of the second electrode 15 is set to V2 as in the condition in FIG. Has a shape corresponding to the thickness distribution of the Fresnel lens as in FIG. However, since the refractive index changes steeply from the second electrode 15 to the lens center LC, the central portion of the lens is flattened compared to the refractive index distribution 13b of FIG. In this case, since the shape of the refractive index distribution in FIG. 6 does not follow the shape of the refractive index distribution of the target lens, the target light collecting performance cannot be obtained, and the image quality at the time of stereoscopic image display is deteriorated. Will occur.

これに対して、本実施形態に係る液晶光学素子１００では、第３電極１６及び第１切欠部１７ａの組の作用により、フレネルレンズのレンズ面（屈折率）をより滑らかに形成することができるため、上記の問題点を解消することができる。 In contrast, in the liquid crystal optical element 100 according to the present embodiment, the lens surface (refractive index) of the Fresnel lens can be more smoothly formed by the action of the set of the third electrode 16 and the first notch 17a. Therefore, the above problems can be solved.

以上のように、本実施形態の液晶光学素子１００（画像表示装置２００）によれば、第３電極１６と第１切欠部１７ａとの組をレンズ面部分に設けることで、電界分布の制御性を高めることができる。また、第３電極１６と第１切欠部１７ａとの組をレンズ面部分に設けることで、限られた電源系統数（電圧種）であっても、多様な電圧を液晶層１３に印加することができる。これにより、目標とする屈折率分布特性を容易に実現することが可能となるため、良好なレンズ効果を得ることができる。また、屈折率分布の特性が向上し、高品位の表示を実現可能な画像表示装置２００を提供することができる。 As described above, according to the liquid crystal optical element 100 (image display device 200) of the present embodiment, the controllability of the electric field distribution is provided by providing the set of the third electrode 16 and the first notch portion 17a on the lens surface portion. Can be increased. Further, by providing a set of the third electrode 16 and the first notch portion 17a on the lens surface portion, various voltages can be applied to the liquid crystal layer 13 even with a limited number of power supply systems (voltage types). Can do. This makes it possible to easily realize the target refractive index distribution characteristic, so that a good lens effect can be obtained. In addition, it is possible to provide the image display device 200 with improved refractive index distribution characteristics and capable of realizing high-quality display.

なお、上記実施形態では、レンズ中心ＬＣと第１電極１４（又は第２電極１５）との間に一つの第３電極１６を設ける形態としたが、これに限らず、複数の第３電極１６を設ける形態としてもよい。以下、この形態の液晶光学素子について、図７を用いて説明する。 In the above embodiment, one third electrode 16 is provided between the lens center LC and the first electrode 14 (or the second electrode 15). However, the present invention is not limited to this, and a plurality of third electrodes 16 are provided. It is good also as a form which provides. Hereinafter, the liquid crystal optical element of this embodiment will be described with reference to FIG.

図７は、第１の実施形態に係る他の液晶光学素子１００ａの構成を例示する模式断面図である。本実施形態にかかる液晶光学素子１００ａでは、レンズ中心ＬＣと第１電極１４（第２電極１５）との間に、二つの第３電極１６を設けた例を示している。また、各第３電極１６に対応する第１切欠部１７ａが、第２基板１２上に設けられており、第３電極１６とレンズ中心ＬＣとの離間距離が近いほど、当該第３電極１６に対向する第１切欠部１７ａの幅が広く形成されている。 FIG. 7 is a schematic cross-sectional view illustrating the configuration of another liquid crystal optical element 100a according to the first embodiment. In the liquid crystal optical element 100a according to the present embodiment, an example in which two third electrodes 16 are provided between the lens center LC and the first electrode 14 (second electrode 15) is shown. Further, the first cutout portions 17a corresponding to the respective third electrodes 16 are provided on the second substrate 12, and the closer the separation distance between the third electrode 16 and the lens center LC is, the closer to the third electrode 16 is. The width of the opposing first cutout portion 17a is wide.

図７に示すように、第１基板１１及び第２基板１２の対向方向（第３方向Ｄ３）から見て、第１切欠部１７ａが設けられた領域位置とレンズ中心ＬＣとの離間距離が近いほど、第１切欠部１７ａの幅が広く形成されている。より具体的には、第３電極１６が設けられるレンズ面のレンズ（図５の内側のレンズ）において、当該第３電極１６の電極幅に対する第１切欠部１７ａの切欠幅の比率が、レンズの端側より中心側の方が大きくなるよう形成されている。これにより、第３電極１６の対により形成されるレンズ面を、より滑らかに形成することができる。 As shown in FIG. 7, when viewed from the opposing direction (third direction D3) of the first substrate 11 and the second substrate 12, the distance between the region position where the first notch 17a is provided and the lens center LC is short. The first cutout portion 17a is formed wider. More specifically, in the lens on the lens surface on which the third electrode 16 is provided (the inner lens in FIG. 5), the ratio of the notch width of the first notch 17a to the electrode width of the third electrode 16 is the lens The center side is larger than the end side. Thereby, the lens surface formed by the pair of third electrodes 16 can be formed more smoothly.

なお、第３電極１６の設置位置は、内側のレンズのレンズ面（レンズ中心と第２電極１５との間）に限らず、外側のレンズのレンズ面（第１電極１４と第２電極１５との間）に設ける形態としてもよい。また、この形態においても、図７と同様に、第１切欠部１７ａの第１方向Ｄ１における切欠幅は、対応する第３電極１６とレンズ中心ＬＣとの離間距離に応じた大きで形成されるものとする。 The installation position of the third electrode 16 is not limited to the lens surface of the inner lens (between the lens center and the second electrode 15), but the lens surface of the outer lens (the first electrode 14 and the second electrode 15). (Between). Also in this embodiment, similarly to FIG. 7, the notch width in the first direction D1 of the first notch portion 17a is formed with a size corresponding to the distance between the corresponding third electrode 16 and the lens center LC. Shall.

また、上記実施形態では、第１基板１１上に第１電極１４、第２電極１５及び第３電極１６を設ける形態としたが、これに限らず、他の電極を設ける形態としてもよい。例えば、図８に示すように、第１基板１１のレンズ中心ＬＣ部分に、中心部電極１８を設ける形態としてもよい。 In the above embodiment, the first electrode 14, the second electrode 15, and the third electrode 16 are provided on the first substrate 11. However, the present invention is not limited thereto, and other electrodes may be provided. For example, as shown in FIG. 8, the center electrode 18 may be provided in the lens center LC portion of the first substrate 11.

ここで、図８は、第１の実施形態に係る他の液晶光学素子１００ｂの構成を例示する模式断面図である。同図に示すように、本実施形態にかかる液晶光学素子１００ｂでは、第１基板１１のレンズ中心ＬＣ部分に中心部電極１８を設けた例を示している。この構成を採用する場合、中心部電極１８に、第４電極１７と同値の電圧（ＧＮＤ）を印加することで、レンズ中心ＬＣ部分の液晶のダイレクタを水平配向に保持することができる。これにより、レンズ中心ＬＣ周辺の第３電極１６による、レンズ中心ＬＣ部分への影響を抑えることができるため、より高品位の屈折率分布特性を有した液晶光学素子１００ｂを提供することができる。 Here, FIG. 8 is a schematic cross-sectional view illustrating the configuration of another liquid crystal optical element 100b according to the first embodiment. As shown in the figure, in the liquid crystal optical element 100b according to the present embodiment, an example in which a center electrode 18 is provided in the lens center LC portion of the first substrate 11 is shown. In the case of adopting this configuration, by applying a voltage (GND) equivalent to that of the fourth electrode 17 to the center electrode 18, the director of the liquid crystal at the lens center LC portion can be held in a horizontal alignment. Thereby, since the influence on the lens center LC portion by the third electrode 16 around the lens center LC can be suppressed, it is possible to provide the liquid crystal optical element 100b having a higher-quality refractive index distribution characteristic.

また、上記実施形態では、第４電極１７での第３電極１６との対向部分に切欠部（第１切欠部１７ａ）を設ける形態としたが、これに限らず、他の部分に切欠部を設ける形態としてもよい。例えば、図９に示すように、第２電極１５に対応する位置に切欠部を設ける形態としてもよい。 Moreover, in the said embodiment, although it was set as the form which provided the notch part (1st notch part 17a) in the part facing the 3rd electrode 16 in the 4th electrode 17, it does not restrict to this but a notch part is provided in another part. It is good also as a form to provide. For example, as shown in FIG. 9, a notch portion may be provided at a position corresponding to the second electrode 15.

ここで、図９は、第１の実施形態に係る他の液晶光学素子１００ｃの構成を例示する模式断面図である。同図に示すように、本実施形態にかかる液晶光学素子１００ｃにおいて、第４電極１７には、第１切欠部１７ａと同様に電極基板を取り除いた複数の第２切欠部１７ｂが設けられている。 Here, FIG. 9 is a schematic cross-sectional view illustrating the configuration of another liquid crystal optical element 100c according to the first embodiment. As shown in the figure, in the liquid crystal optical element 100c according to the present embodiment, the fourth electrode 17 is provided with a plurality of second cutout portions 17b from which the electrode substrate is removed in the same manner as the first cutout portion 17a. .

ここで、第２切欠部１７ｂは、第４電極１７における、第２電極１５との対向部分に設けられる。なお、第２切欠部１７ｂの第１方向Ｄ１における切欠幅は特に問わず、例えば、対応する第２電極１５の電極幅と同等としてもよいし、当該電極幅以上としてもよい。また、第１基板１１及び第２基板１２の対向方向（第３方向Ｄ３）から見て、第２切欠部１７ｂが設けられる領域は、対応する第２電極１５の周辺であればよく、第２電極１５の全域又は一部を包含する形態としてもよいし、非包含とする形態としてもよい。 Here, the second notch 17 b is provided in a portion of the fourth electrode 17 facing the second electrode 15. In addition, the notch width in the 1st direction D1 of the 2nd notch part 17b is not ask | required in particular, For example, it may be equivalent to the electrode width of the corresponding 2nd electrode 15, and may be more than the said electrode width. Further, when viewed from the opposing direction of the first substrate 11 and the second substrate 12 (third direction D3), the region where the second notch 17b is provided may be around the corresponding second electrode 15, and the second The whole or part of the electrode 15 may be included, or the electrode 15 may be not included.

この構成を採用する場合、第２電極１５と第４電極１７との間の電界は、当該第２電極１５に対応する第２切欠部１７ｂの作用を受けることになる。これにより、第２切欠部１７ｂの部分に、電極に対して非対称な屈折率分布を容易に形成することができる。つまり、理想的なフレネルレンズの不連続な屈折率分布に近いレンズ形状の屈折率分布を形成することができる。 When this configuration is adopted, the electric field between the second electrode 15 and the fourth electrode 17 is subjected to the action of the second notch 17 b corresponding to the second electrode 15. Thereby, a refractive index distribution asymmetric with respect to the electrode can be easily formed in the second cutout portion 17b. That is, a lens-shaped refractive index distribution close to the discontinuous refractive index distribution of an ideal Fresnel lens can be formed.

なお、図９では、第１電極１４とレンズ中心ＬＣとの間に一つの第２電極１５を設ける形態としたが、これに限らず、複数の第２電極１５を設ける形態としてもよい。この場合、各第２電極１５に対向する第２切欠部１７ｂの切欠幅を、当該第２電極１５とレンズ中心ＬＣとの離間距離が近いほど、広く形成する形態としてもよい。また、第１基板１１及び第２基板１２の対向方向（第３方向Ｄ３）から見て、第２切欠部１７ｂが設けられた領域位置とレンズ中心ＬＣとの離間距離が近いほど、第２切欠部１７ｂの幅を広く形成する形態としてもよい。 In FIG. 9, one second electrode 15 is provided between the first electrode 14 and the lens center LC. However, the present invention is not limited to this, and a plurality of second electrodes 15 may be provided. In this case, the cutout width of the second cutout portion 17b facing each second electrode 15 may be formed wider as the distance between the second electrode 15 and the lens center LC is shorter. In addition, as viewed from the opposing direction (third direction D3) of the first substrate 11 and the second substrate 12, the second notch is closer as the distance between the region position where the second notch 17b is provided and the lens center LC is closer. The width of the portion 17b may be formed wide.

［第２の実施形態］
図１０は、第２の実施形態に係る液晶光学素子の構成を例示する模式的断面図である。図１０に示すように、本実施形態に係る液晶光学素子１１０は、第１基板１１と、当該第１基板１１に対向配置された第２基板１２と、第１基板１１と第２基板１２との間に狭持された液晶層１３とを有している。 [Second Embodiment]
FIG. 10 is a schematic cross-sectional view illustrating the configuration of the liquid crystal optical element according to the second embodiment. As shown in FIG. 10, the liquid crystal optical element 110 according to the present embodiment includes a first substrate 11, a second substrate 12 disposed to face the first substrate 11, the first substrate 11, the second substrate 12, and the like. And a liquid crystal layer 13 sandwiched between them.

第１基板１１の液晶層１３側の面には、第１電極１４及び第２電極１５が設けられている。ここで、第１電極１４及び第２電極１５は、第１基板１１の液晶層１３側の面に設けられた絶縁層１９内に埋設されている。絶縁層１９には、例えば、ＳｉＯ₂等が用いられる。また、絶縁層１９の厚さは、例えば、１００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下である。これにより、適正な絶縁性と高い透過率とが得られる。 A first electrode 14 and a second electrode 15 are provided on the surface of the first substrate 11 on the liquid crystal layer 13 side. Here, the first electrode 14 and the second electrode 15 are embedded in an insulating layer 19 provided on the surface of the first substrate 11 on the liquid crystal layer 13 side. For example, SiO ₂ or the like is used for the insulating layer 19. Moreover, the thickness of the insulating layer 19 is 100 nm or more and 1000 nm or less, for example. Thereby, appropriate insulation and high transmittance can be obtained.

絶縁層１９上には、第３電極１６が第１方向Ｄ１に複数個並列に配置されている。ここで、第３電極１６は、レンズ面に対応し、レンズ中心ＬＣに対し線対称となる位置に設けられる。なお、図１０では、第３電極１６を、レンズ中心ＬＣと第２電極１５との間に設けた例を示しているが、これに限らないものとする。 On the insulating layer 19, a plurality of third electrodes 16 are arranged in parallel in the first direction D1. Here, the third electrode 16 corresponds to the lens surface and is provided at a position that is line-symmetric with respect to the lens center LC. Although FIG. 10 shows an example in which the third electrode 16 is provided between the lens center LC and the second electrode 15, it is not limited thereto.

第２基板１２の液晶層１３側の面には、第４電極１７が設けられている。この第４電極１７は、上記第１電極１４、第２電極１５及び第３電極１６に対向するように設けられ、第２基板１２の液晶層１３側の面の全面に設けられる。また、第４電極１７における第３電極１６との対向部分には、第１切欠部１７ａが設けられている。なお、第３電極１６の電極幅と第１切欠部１７ａの切欠幅との関係は、上述した第１の実施形態と同様であるとする。 A fourth electrode 17 is provided on the surface of the second substrate 12 on the liquid crystal layer 13 side. The fourth electrode 17 is provided so as to face the first electrode 14, the second electrode 15, and the third electrode 16, and is provided on the entire surface of the second substrate 12 on the liquid crystal layer 13 side. In addition, a first notch portion 17 a is provided in a portion of the fourth electrode 17 facing the third electrode 16. It is assumed that the relationship between the electrode width of the third electrode 16 and the notch width of the first notch 17a is the same as that in the first embodiment described above.

上記した図１０の構成において、例えば、第４電極１７をＧＮＤ電位に設定し、第１電極１４の電位をＶ１に設定し、第２電極１５及び第３電極１６の電位をＶ２に設定する。この場合においても、第１の実施形態と同様、第３電極１６及び第１切欠部１７ａの組の作用により、レンズ面（屈折率）をより滑らかに形成することができる。そのため、液晶光学素子１１０の屈折率分布特性を、目標とする屈折率分布特性に近付けることが可能となる。 In the configuration of FIG. 10 described above, for example, the fourth electrode 17 is set to the GND potential, the potential of the first electrode 14 is set to V1, and the potentials of the second electrode 15 and the third electrode 16 are set to V2. Also in this case, the lens surface (refractive index) can be formed more smoothly by the action of the set of the third electrode 16 and the first notch 17a, as in the first embodiment. Therefore, the refractive index distribution characteristic of the liquid crystal optical element 110 can be brought close to the target refractive index distribution characteristic.

以上のように、本実施形態の液晶光学素子１１０によれば、上述した第１の実施形態と同様に、目標とする屈折率分布特性を容易に実現することが可能となるため、良好なレンズ効果を得ることができる。 As described above, according to the liquid crystal optical element 110 of the present embodiment, a target refractive index distribution characteristic can be easily realized as in the first embodiment described above. An effect can be obtained.

以上、本発明の実施形態を説明したが、上記の各実施形態は、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。上記の各実施形態は、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、追加等を行うことができる。また、上記の各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。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described, each said embodiment was shown as an example and is not intending limiting the range of invention. Each of the above embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, changes, additions, and the like can be made without departing from the scope of the invention. Each of the above-described embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalent scope thereof.

１００、１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１１０液晶光学素子
１１第１基板
１２第２基板
１３液晶層
１４第１電極
１５第２電極
１６第３電極
１７第４電極
１７ａ第１切欠部
１７ｂ第２切欠部
１８中心部電極
１９絶縁層
２００画像表示装置
２１表示部
２２表示駆動部
２３駆動部 100, 100a, 100b, 100c, 110 Liquid crystal optical element 11 First substrate 12 Second substrate 13 Liquid crystal layer 14 First electrode 15 Second electrode 16 Third electrode 17 Fourth electrode 17a First notch 17b Second notch 18 Center electrode 19 Insulating layer 200 Image display device 21 Display unit 22 Display drive unit 23 Drive unit

Claims

A liquid crystal optical element that sandwiches a liquid crystal layer between a first substrate and a second substrate and generates a refractive index distribution that acts as a Fresnel lens on the liquid crystal layer by applying a voltage to the liquid crystal layer,
A plurality of first electrodes provided on a position corresponding to an end of the Fresnel lens on the liquid crystal layer side on the first substrate;
A plurality of second electrodes provided on the liquid crystal layer side on the first substrate and at positions corresponding to the step portions of the Fresnel lens;
A plurality of third electrodes provided on the liquid crystal layer side on the first substrate and at positions other than the end portion and the step portion of the Fresnel lens;
A fourth electrode provided on the entire surface of the second substrate on the liquid crystal layer side and having a first slit in which the electrode is removed from a portion facing the third electrode;
With
The width of the first slit is formed to be equal to or larger than that of the third electrode, and the region where the first slit is provided is the first slit when viewed from the facing direction of the first substrate and the second substrate. A liquid crystal optical element including the entire region of the third electrode facing one slit.

A plurality of the third electrodes between the first electrode and the central axis of the Fresnel lens;
2. The liquid crystal optical element according to claim 1, wherein the first slit facing the third electrode is formed wider as the separation distance between the third electrode and the central axis is shorter.

The first electrode and the second electrode are embedded in an insulating layer stacked on the liquid crystal layer side of the first substrate,
The liquid crystal optical element according to claim 1, wherein the third electrode is provided on the liquid crystal layer side of the insulating layer and at a position other than an end portion and a step portion of the Fresnel lens.

The liquid crystal optical element according to claim 1, wherein a second slit is provided at a position corresponding to the second electrode on the fourth electrode.

A plurality of the second electrodes between the first electrode and the central axis of the Fresnel lens;
The liquid crystal optical element according to claim 4, wherein the width of the second slit facing the second electrode is increased as the distance between the second electrode and the central axis is shorter.

The liquid crystal optical element according to claim 1, wherein the first electrode, the second electrode, and the third electrode are provided in line symmetry with respect to a central axis of the Fresnel lens.

The liquid crystal optical element according to claim 1, further comprising a fifth electrode provided at a position corresponding to a central axis of the Fresnel lens on the liquid crystal layer side on the first substrate.

A liquid crystal optical element according to any one of claims 1 to 7,
An image display unit including a display unit that is stacked on the liquid crystal optical element and causes light including image information to enter a liquid crystal layer included in the liquid crystal optical element;
An image display device comprising: