JP6130727B2 - 液晶光学装置及び画像表示装置 - Google Patents

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Description

本発明の実施形態は、液晶光学装置及び画像表示装置に関する。
液晶の複屈折性を利用し、印加される電圧に応じて屈折率の分布を変化させる液晶光学装置がある。この液晶光学装置と、画像表示部と、を組み合わせた立体画像表示装置がある。
このような画像表示装置では、例えば、液晶光学装置の屈折率の分布を変化させることで、画像表示部に表示された画像をそのまま観察者の眼に入射させる状態と、画像表示部に表示された画像を複数の視差画像として観察者の眼に入射させる状態と、を切り替える。これにより、高精細な2次元画像表示動作と、複数の視差画像による裸眼での立体視の3次元画像表示動作と、が行われる。より使い易い液晶光学装置及び画像表示装置が望まれる。
特開2007−226231号公報 特開2010−249954号公報
本発明の実施形態は、より使い易い液晶光学装置及び画像表示装置を提供する。
本発明の実施形態によれば、第1基板部と、第2基板部と、液晶層と、を含む液晶光学装置が提供される。前記第1基板部は、第1面と、前記第1面に対して平行な平面に投影したときに第1辺方向に延在する第1辺と、を有する光透過性の第1基板と、前記第1面の上に設けられ、第1方向に延在し前記第1方向と交差する方向に互いに離間する複数の第1電極と、を含む。前記第2基板部は、前記第1面に対向する第2面を有する光透過性の第2基板と、前記第2面の上に設けられ、第2方向に延在し前記第2方向と交差する方向に互いに離間する複数の第2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液晶分子を含む。前記第1辺方向から前記第1方向までの、第1回転方向の第1角度は、0度よりも大きく90度よりも小さい。前記第1辺方向から、前記第2方向を前記平面に投影した方向までの、前記第1回転方向の第2角度は前記第1角度とは異なり、0度よりも大きく90度よりも小さい。前記第1辺方向から、前記液晶分子の長軸方向を前記平面に投影した方向までの、前記第1回転方向の第3角度は、前記第1角度とは異なり前記第2角度とは異なる。
第1の実施形態に係る液晶光学装置及び画像表示装置を示す模式図である。 第1の実施形態に係る液晶光学装置を示す模式的斜視図である。 図3(a)及び図3(b)は、第1の実施形態に係る液晶光学装置を示す模式図である。 図4(a)及び図4(b)は、第1の実施形態に係る液晶光学装置及び画像表示装置の動作を示す模式図である。 図5(a)及び図5(b)は、第1の実施形態に係る液晶光学装置及び画像表示装置の別の動作を示す模式図である。 図6(a)及び図6(b)は、第1の実施形態に係る液晶光学装置及び画像表示装置の動作を示す模式図である。 図7(a)及び図7(b)は、第1の実施形態に係る別の液晶光学装置及び画像表示装置の動作を示す模式図である。 図8(a)及び図8(b)は、第1の実施形態に係る別の液晶光学装置及び画像表示装置の動作を示す模式図である。 図9(a)及び図9(b)は、第1の実施形態に係る別の液晶光学装置及び画像表示装置の動作を示す模式図である。 液晶光学装置の特性を示すグラフ図である。 図11(a)及び図11(b)は、液晶光学装置の特性を示す模式図である。 図12(a)及び図12(b)は、液晶光学装置の特性を示す模式図である。 図13(a)〜図13(f)は、第1の実施形態に係る液晶光学装置を示す模式図である。 第1の実施形態に係る別の液晶光学装置を示す模式図である。 図15(a)及び図15(b)は、第1の実施形態に係る別の液晶光学装置を示す模式図である。 図16(a)及び図16(b)は、第2の実施形態に係る画像表示装置を例示する模式図である。 第3の実施形態に係る液晶光学装置を示す模式図である。 図18(a)及び図18(b)は、参考例に係る液晶光学装置を示す模式図である。
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の実施形態に係る液晶光学装置及び画像表示装置を例示する模式図である。
図1に表したように、画像表示装置500は、液晶光学装置110と、画像表示部400と、を含む。この例では、液晶光学装置110用の第1駆動部150と、画像表示部400用の第2駆動部450と、検出部300と、が設けられている。
液晶光学装置110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10sと、複数の第1電極10eと、を含む。第1基板10sは、光透過性である。第1基板10sは、第1面10aを有する。第1面10aは、第1基板10sの主面である。
第1面10aに対して垂直な方向をZ軸方向とする。Z軸方向に対して垂直な1つの方向をX軸方向とする。Z軸方向とX軸方向とに対して垂直な方向をY軸方向とする。第1面10aは、X−Y平面に対して平行である。
この例では、第1基板10sの平面形状は、実質的に長方形(正方形も含む)である。第1基板10sは、第1辺11〜第4辺14を有する。第1辺11は、第1辺方向S1に延在する。第1辺方向S1をY軸方向とする。
第1辺11は、第1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辺方向S1(この例ではY軸方向)に延在する。第1辺11は、一端11aと他端11bとを有する。他端11bは、一端11aとY軸方向において離間する。
第2辺12は、X軸方向において、第1辺11と離間し、Y軸方向に延在する。第2辺12は、一端12aと他端12bとを有する。他端12bは、一端12aとY軸方向において離間する。
第3辺13は、第1辺11の一端11aと、第2辺12の一端12aと、を接続する。第3辺13は、X軸方向に延在する。
第4辺14は、第1辺11の他端11bと、第2辺12の他端12bと、を接続する。第4辺14は、X軸方向に延在し、第3辺13とY軸方向において離間する。
実施形態において、各辺が接続されるコーナー部は、各辺に対して傾斜していても良い。コーナー部が曲線状でも良い。実施形態において、第1基板10sの形状は、長方形(正方を含む)でなくても良く、任意の多角形でも良い。第1基板10sは、第1辺方向S1に延在する第1辺11を少なくとも有している。
複数の第1電極10eは、第1面10aの上に設けられる。複数の第1電極10eのそれぞれは、第1方向D1に延在する。複数の第1電極10eは、第1方向D1と交差する方向(例えば直交する方向)に、互いに離間する。複数の第1電極10eのそれぞれの少なくとも一部は、例えば、光透過性である。第1電極10eは、第1方向D1に延在する帯状である。
第2基板部20uは、第2基板20sと、複数の第2電極20eと、を含む。第2基板20sは、光透過性である。第2基板20sは、第2面20aを有する。第2面20aは、第1面10aに対向する。
本願明細書において、対向する状態は、直接向かい合う状態と、間に別の要素が挿入されて向かい合う状態と、を含む。
第2面20aは、第1面10aに対して実質的に平行である。複数の第2電極20eは、第2面20aの上に設けられる。複数の第2電極20eは、第2方向D2に延在する。複数の第2電極20eは、第2方向D2と交差する方向(例えば直交する方向)に、互いに離間する。複数の第2電極20eのそれぞれの少なくとも一部は、例えば、光透過性である。第2方向D2は、第1方向D1と交差する。すなわち、第2方向D2は、第1方向D1に対して非平行である。
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。液晶層30は、液晶分子31を含む。液晶層30は、例えば、ネマティック液晶を含む。液晶層30は、カイラル剤を含んでも良い。液晶分子31は、長軸方向31aを有する。
第1辺方向S1、第1方向D1、第2方向D2、及び、液晶層30における液晶の配向方向については、後述する。
第1基板10s及び第2基板20sには、例えば、透明なガラス、または、透明な樹脂などが用いられる。第1電極10e及び第2電極20eは、例えば、In、Sn、Zn及びTiよりなる群から選択された少なくともいずれかの元素を含む酸化物を含む。第1電極10e及び第2電極20eには、例えばITO(Indium Tin Oxide)などが用いられる。第1電極10e及び第2電極20eには、例えば、光透過性の薄い金属層を用いても良い。
画像表示装置500においては、このような液晶光学装置110が、画像表示部400と積層される。換言すれば、画像表示部400は、液晶光学装置110と積層される。例えば、画像表示部400は、表示面401を有する。液晶光学装置110は、画像表示部400の表示面401に積層される。
本願明細書において、積層される状態は、直接重ねられる状態と、間に別の要素が挿入されて重ねられる状態と、を含む。
表示面401は、X−Y平面に対して実質的に平行である。
画像表示部400は、表示層423を含む。この例では、画像表示部400には、例えば液晶表示装置が用いられる。このとき、表示層423には、液晶層が用いられる。例えば、画像表示部400は、第1偏光層421と、第2偏光層422と、をさらに含む。表示層423は、第1偏光層421と第2偏光層422との間に設けられる。第1偏光層421及び第2偏光層422には、例えば、偏光板、偏光膜、または、偏光フィルタなどが用いられる。第1偏光層421は、第1透過軸421pを有する。第1透過軸421pは、第1偏光層421の吸収軸(第1偏光層421の延伸方向)に対して垂直な軸である。第2偏光層422は、第2透過軸422pを有する。第2透過軸422pは、第2偏光層422の吸収軸(第2偏光層422の延伸方向)に対して垂直な軸である。
この例では、第2偏光層422と液晶光学装置110との間に表示層423が配置され、表示層423と液晶光学装置110との間に第1偏光層421が配置されている。画像表示部400から出射する光(画像光400L)が、第1偏光層421から液晶光学装置110に入射する。画像表示部400から出射する画像光400Lの偏光軸は、第1偏光層421の第1透過軸421pに対して実質的に平行である。
例えば、画像光400Lは、実質的に、直線偏光である。画像光400Lのうちの偏光軸に沿う振動面(電界の振動面)の成分は、画像光400Lのうちの偏光軸に対して直交する軸に沿う振動面(電界の振動面)の成分よりも大きい。
画像表示部400の構成は、任意である。表示層423には、例えばVAモード、TNモード、または、IPSモードなどの任意の構成を適用できる。第1偏光層421と表示層423との間、第2偏光層422と表示層423との間の少なくともいずれかに位相差層(位相差板)を設けても良い。
この例では、画像表示部400用の第2駆動部450により、表示層423の動作が制御される。第2駆動部450は、画像情報を含む光を形成する表示層423に接続されている。第2駆動部450には、例えば、記録媒体や外部入力などにより、映像信号が入力される。第2駆動部450は、入力された映像信号に基づいて画像表示部400の動作を制御する。表示層423に複数の画素(図示しない)が設けられる。複数の画素における液晶の配列が制御されて複数の画素から出射する光の強度が変調され、画像が形成される。画像を含む光(画像光400L)が、液晶光学装置110に入射する。
この例では、液晶光学装置110用の第1駆動部150は、液晶光学装置110の複数の第1電極10e及び複数の第2電極20eに電気的に接続される。第1電極10eと第2電極20eとの間に印加される電圧に応じて液晶層30における液晶の配向が変化する。後述するように、液晶層30において、X−Y平面内に延在する複数のレンズが形成される。
例えば、第1駆動部150から供給される電圧に応じて、第1電極10eの延在方向である第1方向D1に対して直交する方向に屈折率分布(屈折率の変化)が形成される。すなわち、例えば、第1電圧状態のときに、第1方向D1に沿う複数の帯状のレンズ(例えばシリンドリカル状のレンズ)が形成される。または、第2電極20eの延在方向である第2方向D2に対して直交する方向に屈折率分布が形成される。すなわち、第2電圧状態のときに、第2方向D2に沿う複数の帯状のレンズ(例えばシリンドリカル状のレンズ)が形成される。第2方向D2は、第1方向D1と交差している。電圧状態を変えることで、互いに異なる複数の方向に延在する、複数の屈折率分布が形成できる。
図1に例示したように、画像表示部400用の第2駆動部450と、液晶光学装置110用の第1駆動部150と、は、制御部200に含まれて、一体化されても良い。
画像表示部400から出射した画像を含む光(画像光400L)が、液晶光学装置110に入射し、液晶光学装置110における上記の屈折率分布により、例えば、立体視の3次元画像表示動作が行われる。この動作については、後述する。検出部300についても、後述する。
図2は、第1の実施形態に係る液晶光学装置を例示する模式的斜視図である。
図2は、液晶層30における液晶分子31の状態を例示している。
図2に例示したように、液晶層30が、第1基板部10uと第2基板部20uとの間に設けられている。例えば、液晶層30において、液晶分子31は、所定の方向に配向している。例えば、第1基板部10uの液晶層30に対向する面(例えば第1電極10eの表面)上に図示しない配向膜が設けられる。一方、第2基板部20uの液晶層30に対向する面(例えば第2電極20eの表面)上に図示しない配向膜が設けられる。これらの配向膜に配向処理(例えばラビング処理など)が行われる。これにより、液晶層30の液晶分子31の配向が定まる。
液晶層30の液晶分子31の長軸方向31a(ダイレクタの方向)をX−Y平面に投影した方向を第3方向D3とする。
図2に示した例では、ラビング処理により液晶分子31の配向が制御される。
例えば、液晶層30は、第1基板部10uに接する第1基板側部分32aと、第2基板部20uに接する第2基板側部分32bと、を含む。第1基板側部分32aは、第1配向方向OD1を有する。第2基板側部分32bは、第2配向方向OD2を有する。
第1配向方向OD1は、例えば、第1基板部10uにおける配向方向(例えばラビング処理方向)である。第2配向方向OD2は、例えば、第2基板部20uにおける配向方向(例えばラビング処理方向)である。
液晶層30における液晶分子31の長軸方向31aは、液晶層30のうちの第1基板側部分32aの第1配向方向OD1と、液晶層30のうちの第2基板側部分32bの第2配向方向OD2と、を含む。
図2に示した例では、第1配向方向OD1は、第2配向方向OD2に対して、反平行(逆向き)である。例えば、液晶層30は、一軸配向を有する。例えば、第1配向方向OD1と、第2配向方向OD2と、の間の角度の絶対値は、3度未満でも良い。
この場合、液晶層30において、実質的にホモジニアス配向が形成される。このとき、第1配向方向OD1及び第2配向方向OD2は、第3方向D3に対して、実質的に平行である。
液晶層30には、例えばネマティック液晶が用いられる。液晶層30に含まれる液晶の誘電異方性は、例えば、正である。液晶層30に電圧が印加されない状態(または、液晶層30がしきい値電圧を有する場合においてしきい値電圧以下の電圧が印加された状態)を、非活性化状態とする。液晶層30に電圧(しきい値電圧よりも大きい電圧)が印加された状態を、活性化状態とする。例えば、非活性化状態において、液晶層30は、実質的に水平配向を有する。この状態における液晶分子31の長軸方向31aをX−Y平面に投影した方向が第3方向D3に対応する。液晶層30に含まれる液晶の誘電異方性が正の場合の、非活性化状態における液晶のプレチルト角(ダイレクタと基板の主面との間の角度)は、例えば、0度以上30度以下である。この場合における液晶の配向は、例えば、実質的に水平配向、または、HAN配向である。
液晶層30に含まれる液晶の誘電異方性は、負でも良い。例えば、液晶層30に電圧(しきい値電圧よりも大きい電圧)が印加された活性化状態において、液晶層30の液晶分子31の長軸方向31aは、X−Y平面に対して平行な成分を有する。この状態における液晶分子31の長軸方向31aをX−Y平面に投影した方向が第3方向D3に対応する。液晶の誘電異方性が負の場合、非活性化状態における液晶のプレチルト角は、例えば、60度以上90度以下である。この場合における液晶の配向は、例えば、実質的に垂直配向、または、HAN配向である。
例えば、第3方向D3は、液晶層30の、偏光を含む光学的特性を評価することで、判断できる。第3方向D3を、液晶層30の液晶分子31の配向制御方向(例えばラビング処理方向)により、判断しても良い。ラビング処理方向は、液晶層30に電圧(特に直流電圧)を印加したときに発生する、液晶層30の配向の不均一さ(例えばラビング傷など)の異方性を観察することで判断できる。液晶層30の液晶配向は、光配向方法などで形成されても良く、任意の方法で形成できる。
液晶層30における液晶配向がツイスト配向でない場合は、第1配向方向OD1と、第2配向方向OD2と、は互いに平行である。液晶層30における液晶配向がツイスト配向でない場合は、第3方向D3は、第1基板部10u上における液晶の配向方向(第1配向方向OD1)に対応する。
後述するように、液晶層30の配向として、ツイスト配向を用いても良い。例えば、液晶(液晶分子31)の長軸方向31aは、Z軸方向を軸としてツイストする。このとき、液晶層30中において、第3方向D3が変化する。以下では、説明を簡単にするために、液晶の配向方向が、Z軸に沿って一定である場合について説明する。
図3(a)及び図3(b)は、第1の実施形態に係る液晶光学装置を例示する模式図である。
図3(a)は、模式的斜視図であり、図3(b)は、模式的平面図である。
図3(a)に例示したように、第1基板10sの第1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辺11は、第1辺方向S1に延在している。第1辺方向S1は、例えばY軸方向に対して平行である。
第1方向D1及び第1辺方向S1は、上記の平面(X−Y平面)内の方向である。第2方向D2及び第3方向D3は、上記の平面(X−Y平面)に投影することができる。
図3(b)は、X−Y平面内の第1方向D1及び第1辺方向S1と、X−Y平面に投影したときの第2方向D2及び第3方向D3と、を例示している。
図3(b)に表したように、第1辺方向S1から第1方向D1までの、第1回転方向の角度を第1角度θ1とする。第1角度θ1は、0度よりも大きく90度よりも小さい。この例では、第1回転方向は、反時計回りである。後述するように、第1回転方向は、時計回りでも良い。以下では、第1回転方向が反時計回りである場合について説明する。
一方、第1辺方向S1から、第2方向D2をX−Y平面に投影した方向までの、第1回転方向(この例では反時計回り)の角度を第2角度θ2とする。第2角度θ2は、第1角度θ1とは異なる。第2角度θ2は、0度よりも大きく90度よりも小さい。この例では、第2角度θ2は、第1角度θ1よりも大きい。後述するように、第2角度θ2は第1角度θ1よりも小さくても良い。
一方、第1辺方向S1から、第3方向D3(すなわち、液晶分子31の長軸方向31aをX−Y平面に投影した方向)までの、第1回転方向(この例では反時計回り)の角度を第3角度θ3とする。第3角度θ3は、第1角度θ1とは異なり、第2角度θ2とは異なる。この例では、第3角度θ3は、第1角度θ1よりも大きく、第2角度θ2よりも大きい。
このように、実施形態においては、第3方向D3は、第1方向D1と交差し、かつ、第2方向D2と交差する。そして、第3方向D3は、例えば、第1方向D1と第2方向D2とで形成される鈍角の間に位置する。
このような第1辺方向S1、第1方向D1、第2方向D2及び第3方向D3により、例えば、以下に説明するように、第1方向D1に対して直交する方向の屈折率分布と、第2方向D2に対して直交する方向の屈折率分布と、を切り替えて得ることが可能になる。これにより、より使い易い液晶光学装置及び画像表示装置が得られる。
例えば、動作状態の例として、第1方向D1に対して直交する方向に屈折率分布を形成する第1動作状態と、第2方向D2に対して直交する方向に屈折率分布を形成する第2動作状態と、について説明する。以下では、液晶層30の液晶が正の誘電異方性を有する場合として、説明する。
図4(a)及び図4(b)は、第1の実施形態に係る液晶光学装置及び画像表示装置の動作を例示する模式図である。
図4(a)は、第1動作状態ST1における液晶光学装置110及び画像表示装置500を例示している。図4(a)は、第1方向D1に対して垂直でZ軸方向に対して垂直な方向D1aと、Z軸方向と、を含む平面で、液晶光学装置110及び画像表示装置500を切断したときの模式的断面図である。4(b)は、第1動作状態ST1において、第1電極10eに供給される電圧Va1を例示している。
図4(a)に表したように、液晶光学装置110において、第1基板部10uは、第1配向膜10oをさらに含む。第1配向膜10oは、第1電極10eと液晶層30との間に設けられる。この例では、第1配向膜10oは、第1基板10sと液晶層30との間にも設けられている。一方、第2基板部20uは、第2配向膜20oを、さらに含む。第2配向膜20oは、第2電極20eと液晶層30との間に設けられる。これらの配向膜に所定の処理が行われて液晶層30の初期配向が形成される。これにより、第3方向D3が定まる。第1配向膜10o及び第2配向膜20oには、例えば、ポリイミドなどの樹脂が用いられる。第1配向膜10o及び第2配向膜20oの厚さは、例えば、約200nm(例えば100nm以上300nm以下)である。
第1電極10eと第2電極20eとの間の電圧を制御することで、液晶層30の配向を制御し、液晶層30中に屈折率分布を形成することができる。以下では、説明を簡単にするために、第1動作状態ST1において、複数の第2電極20eの電位が固定されるものとする。例えば、複数の第2電極20eの電位が、接地電位に設定される。
一方、複数の第1電極10eに、互いに異なる電圧が印加される。例えば、第1電極10eは、電極E11〜E19を含む。電極E11〜E19は、この順で、方向D1aに並ぶ。例えば、電極E11〜E19のそれぞれに、互いに異なる電圧が印加される。
図4(b)の横軸は、方向D1aにおける位置である。図4(b)の縦軸は、第1電極10eに印加される電圧Va1である。図4(b)に表したように、例えば、電極E11及び電極E19に高い電圧を印加する。一方、電極E15に低い電圧を印加する。例えば、電極E15の電位を、第2電極20eの電位と同じにする。そして、電極E12、E13及びE14のそれぞれの電圧をこの順で低くする。一方、電極E16、E17及びE18のそれぞれの電圧をこの順で高くする。
液晶層30に印加された電圧による誘電エネルギーと、弾性エネルギーと、により液晶層30の配向が決まる。
このような電圧を印加することで、電極E11及びE19と、第2電極20eと、の間において、液晶層30に高い電圧が印加される。このため、図4(a)に例示したように、これらの部分においては、液晶分子31の長軸と、Z軸方向と、の間の角度は小さい。すなわち、チルト角は大きい。一方、電極E15と、第2電極20eと、の間において、液晶層30に印加される電圧は低い(例えば0である)。この部分においては、液晶分子31の長軸と、Z軸方向と、の間の角度は大きい。すなわち、チルト角は小さい。そして、電極E11と電極E15との間の領域、及び、電極E19と電極E15との間の領域、においては、これらの中間の状態が形成される。このように、第1電圧状態が第1駆動部150により形成され、この第1電圧状態により、液晶の第1配向状態が形成される。
液晶は、複屈折性を有している。液晶分子31の長軸方向31aの偏光に対する屈折率は、液晶分子31の短軸方向の屈折率よりも高い。印加される電圧に応じて、液晶層30における液晶の配向方向が変化し、これに応じて、実効的な屈折率が変化する。これにより、液晶層30において、屈折率分布(第1屈折率分布35)が形成される。すなわち、第1レンズが形成される。この第1屈折率分布35(第1レンズ)においては、屈折率は、方向D1aに沿って変化する。そして、第1方向D1に関しては、屈折率は、実質的に一定である。例えば、レンチキュラー状の第1レンズが形成される。
このような電極E11〜E19が1セットとなる。このセットが、複数設けられ、複数のセットが、方向D1aに沿って並べられる。これにより、第1レンズが複数設けられる。例えば、第1方向D1に沿って延びる複数のシリンドリカルレンズが、第1方向D1に直交する方向D1aに沿って並ぶ。
例えば、電極E11に対応する位置、及び、電極E19に対応する位置が、レンズ端に対応する。電極E15に対応する位置がレンズ中心に対応する。
このように、第1動作状態ST1においては、第1方向D1に対して垂直でZ軸方向に対して垂直な方向D1aに沿った、第1屈折率分布35(第1レンズ)が形成される。液晶光学装置110は、例えば、液晶GRINレンズ(Gradient Index lens)として機能する。図4(a)では、液晶GRINレンズの1つのレンズが例示されている。このようなレンズが、方向D1aに沿って複数形成される。
このとき、画像表示部400は、例えば、複数の画素群410(例えば、第1画素〜第5画素PX1〜PX5など)を有する。複数の画素群410は、例えば、表示面401に対して平行な平面(例えばX−Y平面)内にマトリクス状に配列される。複数の画素群410により、複数の視差画像が表示される。複数の視差画像は、例えば、観視者の視差に対応する画像である。複数の視差画像を含む光(画像光400L)が、液晶光学装置110に入射する。
既に説明したように、第1基板10s、第2基板20s、第1電極10e及び第2電極20eは、光透過性である。画像表示部400から出射した画像光400Lは、これらを透過する。複数の視差画像を含む画像光400Lを、液晶光学装置110に形成される第1屈折率分布35(第1レンズ)を介して観視することで、3次元画像が知覚される。
すなわち、液晶光学装置110により形成されるレンチキュラー状のレンズにより、画像表示部400の画素群410により形成された複数の視差像は、観視者の右眼または左眼に選択的に入射する。これにより、3次元画像が知覚される。
このようにして、第1動作状態ST1において、第1方向D1に対して垂直な方向D1aに沿った第1屈折率分布35(第1レンズ)を利用した、第1の3次元画像が表示できる。
一方、液晶層30に電圧を印加しない場合は、液晶層30における屈折率は、一定である。このとき、画像表示部400における表示画像が、視差を含まない画像にされる。これにより、高精細な2次元画像が提供される。
図5(a)及び図5(b)は、第1の実施形態に係る液晶光学装置及び画像表示装置の別の動作を例示する模式図である。
図5(a)は、第2動作状態ST2における液晶光学装置110及び画像表示装置500を例示している。図5(a)は、第2方向D2に対して垂直でZ軸方向に対して垂直な方向D2aと、Z軸方向と、を含む平面で、液晶光学装置110及び画像表示装置500を切断したときの模式的断面図である。5(b)は、第2動作状態ST2において、第2電極20eに供給される電圧Va2を例示している。
第2動作状態ST2において、例えば、複数の第1電極10eの電位が固定される。例えば、複数の第1電極10eの電位が、接地電位に設定される。
そして、複数の第2電極20eに、互いに異なる電圧が印加される。例えば、第2電極20eは、電極E21〜E29を含む。電極E21〜E29は、この順で、方向D2aに並ぶ。例えば、電極E21〜E29のそれぞれに互いに異なる電圧が印加される。
図5(b)の横軸は、方向D2aにおける位置である。図5(b)の縦軸は、第2電極20eに印加される電圧Va2である。図5(b)に表したように、例えば、電極E21及び電極E29に高い電圧を印加する。一方、電極E25に低い電圧を印加する。例えば、電極E25の電位を、第1電極10eの電位と同じにする。そして、電極E22、E23及びE24のそれぞれの電圧をこの順で低くする。一方、電極E26、E27及びE28のそれぞれの電圧をこの順で高くする。
このような電圧を印加することで、電極E21及びE29と、第電極0eと、の間において、液晶層30に高い電圧が印加され、チルト角は大きくなる。一方、電極E25と、第1電極10eと、の間において、液晶層30に印加される電圧は低く(例えば0である)、チルト角は小さい。このように、第2電圧状態が第1駆動部150により形成され、この第2電圧状態により、液晶の第2配向状態が形成される。
この第2配向状態により、液晶層30において、屈折率分布(第2屈折率分布36)が形成される。すなわち、第2レンズが形成される。この第2屈折率分布36(第2レンズ)においては、屈折率は、方向D2aに沿って変化する。そして、第2方向D2に関しては、屈折率は、実質的に一定である。
このように、第2動作状態STにおいては、第2方向D2に対して垂直でZ軸方向に対して垂直な方向D2aに沿った、第2屈折率分布36(第2レンズ)が形成される。
このような電極E21〜E29が1セットとなる。このセットが、複数設けられ、複数のセットが、方向D2aに沿って並べられる。これにより、第2レンズが複数設けられる。例えば、第2方向D2に沿って延びる複数のシリンドリカルレンズが、第2方向D2に直交する方向D2aに沿って並ぶ。
例えば、電極E21に対応する位置、及び、電極E29に対応する位置が、レンズ端に対応する。電極E25に対応する位置がレンズ中心に対応する。
一方、第2動作状態ST2においては、画像表示部400に、例えば、複数の画素群410(例えば、第1画素〜第5画素PY1〜PY5など)が形成される。第1画素〜第5画素PY1〜PY5などの配列方向は、第1画素〜第5画素PX1〜PX5の配列方向とは異なる。この場合も、複数の画素群410(例えば、第1画素〜第5画素PY1〜PY5など)により、複数の視差画像が表示される。
複数の視差画像を含む画像光400Lを、液晶光学装置110に形成される第2屈折率分布36を有する第2レンズを介して観視することで、3次元画像が知覚される。このようにして、第2動作状態ST2において、第2方向D2に対して垂直な方向D2aに沿った第2屈折率分布36(第2レンズ)を利用した、第2の3次元画像が表示できる。
このように、本実施形態に係る液晶光学装置及び画像表示装置においては、上記の第1屈折率分布35(第1レンズ)を利用した第1の3次元画像表示と、第2屈折率分布36(第2レンズ)を利用した第2の3次元画像表示と、レンズを用いない2次元画像表示と、が提供される。
このようにして、第1駆動部150は、複数の第1電極10eと複数の第2電極20eとの間の電圧を第1状態にして、液晶層30に第1方向D1に対して垂直な方向D1aに沿った第1屈折率分布35を形成する第1動作を実施する。
そして、第1駆動部150は、複数の第1電極10eと複数の第2電極20eとの間の電圧を第2状態にして、液晶層30に第2方向D2に対して垂直な方向D2aに沿った第2屈折率分布36を形成する第2動作を実施する。
第1駆動部150は、上記の第1動作において、複数の第1電極のうちの少なくとも2つのそれぞれの電位を互いに変える。例えば、図4(b)に例示した電圧を複数の第1電極10eに印加する。
第1駆動部150は、上記の第2動作において、複数の第2電極のうちの少なくとも2つのそれぞれの電位を互いに変える。例えば、図5(b)に例示した電圧を複数の第2電極20eに印加する。
図6(a)及び図6(b)は、第1の実施形態に係る液晶光学装置及び画像表示装置の動作を例示する模式図である。
図6(a)及び図6(b)は、それぞれ、第1動作状態ST1及び第2動作状態ST2を例示している。
図6(a)に例示したように、液晶光学装置110の主面(例えば第1面10a)は、実質的に長方形である。第1動作状態ST1においては、液晶光学装置110の辺のうちで長い辺が、横方向に配置される。液晶光学装置110の配置に対応して、画像表示部400が配置される。すなわち、画像表示装置500の画面の長い辺が、横方向に配置される。この表示状態は、例えば、風景を表示する場合に用いられる。他の表示に用いられても良い。
一方、図6(b)に例示したように、第2動作状態ST2においては、液晶光学装置110の辺のうちで長い辺が、縦方向に配置される。すなわち、画像表示装置500の画面の長い辺が、縦方向に配置される。この表示状態は、例えば、ポートレイトを表示する場合に用いられる。他の表示に用いられても良い。
このように、画像表示装置500を横長の配置で使用したり、縦長の配置で使用したりすることが望まれる。すなわち、表示画面を、横長の状態と、縦長の状態と、に切り替えることが望まれる。
例えば、液晶GRINレンズを用いない場合は、画像表示部400で表示する表示データを変更することで、横長の配置と、縦長の配置と、が容易に切り替えることが可能である。すなわち、2次元画像を表示する場合において、横長の配置と、縦長の配置と、の切り替えは、容易である。
しなしながら、液晶GRINレンズを用いた3次元画像の表示においては、横長の配置と、縦長の配置と、の両方において、適正な屈折率分布が形成されることが必要となる。もし、横長の配置の表示状態において、左右方向(観視者の視差方向)に沿った屈折率分布が形成されても、縦長の配置に切り替えたときに左右方向に沿った屈折率分布ではなく、上下方向に沿った屈折率分布が形成されると、適正な3次元表示が行われない。
本願発明者は、このような課題を見出した。本実施形態は、この課題を解決する。すなわち、上記のように、本実施形態に係る液晶光学装置及び画像表示装置においては、第1屈折率分布35(第1レンズ)を利用した第1の3次元画像表示と、第2屈折率分布36(第2レンズ)を利用した第2の3次元画像表示と、の切り替えが可能である。これにより、画像表示装置500を横長の配置で使用したり、縦長の配置で使用したりした場合においても、良好な3次元画像が提供できる。
例えば、第1駆動部150(制御部200でも良い)は、液晶光学装置110を、第1動作状態ST1(例えば、横長の配置に対応する動作状態)にし、第2駆動部450は、画像表示部400を横長の配置に対応する3次元画像表示状態にする。そして、第1駆動部150(制御部200でも良い)は、液晶光学装置110を、第2動作状態ST2(例えば、縦長の配置に対応する動作状態)にし、第2駆動部450は、画像表示部400を縦長の配置に対応する3次元画像表示状態にする。さらに、第1駆動部150(制御部200でも良い)は、液晶光学装置110を、屈折率が一定の第3動作状態(例えば、液晶層30が非活性化状態)にし、第2駆動部450は、画像表示部400を2次元画像表示状態にする。
画像表示装置500においては、液晶光学装置110の屈折率の分布を変化させることにより、2次元画像表示(第3表示動作状態)と、裸眼で立体視を行うことができる3次元画像表示(第1動作状態ST1及び第2動作状態ST2)と、が可能である。そして、画像表示部400及び液晶光学装置110の画面を90度回転させたときにも、3次元画像表示が可能である。実施形態においては、このような3種類の表示動作を、選択的に切り替えることが可能である。
例えば、図6(a)に例示したように、第1動作状態ST1においては、第1方向D1は、右下がりの方向である。一方、図6(b)に例示したように、画面を90度回転させた第2動作状態ST2においては、第2方向D2は、左下がりの方向である。このように、2種類の動作状態において、右下がりと、左下がりと、が入れ替わる。実施形態において、表示装置を回転させた後のレンズの稜線の傾きの方向(使用者から見たときの方向)は、表示装置を回転させる前のレンズの稜線の傾きの方向(使用者から見たときの方向)が異なる。
すなわち、形成されるレンズの屈折率分布の方向(右下がりまたは左下がりか)が、第1動作状態ST1と第2動作状態ST2とにおいて、異なる。これにより、例えば、両方の動作状態において、モアレを効果的に抑制し易くなる。
一方、屈折率分布の方向(右下がりまたは左下がりか)が、第1動作状態ST1と第2動作状態ST2とにおいて同じである場合は、両方の動作状態においてモアレが生じ易い場合がある。例えば、左下がりの2種類の延在方向のレンズの両方で、モアレを生じ難くする設計条件範囲が、比較的狭い。
これに対して、屈折率分布の方向(右下がりまたは左下がりか)が、第1動作状態ST1と第2動作状態ST2とにおいて異なることで、例えば、両方の動作状態においてモアレが生じ難い設計のマージンが拡大できる。
実施形態においては、液晶光学装置のX−Y平面内の中心を原点としたときに、第1方向D1と、第2方向D2と、は、同じ象限内に存在する。これにより、例えば、モアレが生じ難い設計のマージンが拡大できる。
第1動作状態ST1における第1方向D1の傾き方向は、液晶光学装置110をZ軸中心に90度回転させた後の第2動作状態ST2における第2方向D2の傾き方向と、異なる。これにより、第1方向D1と第2方向D2との間の角度の差が、小さくできる。これにより、第3方向D3の方向をより効果的な方向に設定し易くなる。
後述するように、例えば、第3方向D3と第1方向D1との間の角度は、90度に近いことが好ましい。これにより、第1方向D1に対して直交する方向D1aに沿った第1屈折率分布35の屈折率の変化を大きくすることができる。後述するように、第3方向D3が第1方向D1に対して平行である場合には、第1屈折率分布35の屈折率の変化が小さくなり易い。そして、第1方向D1に対して直交する方向D1aを軸とした液晶光学装置110の回転において、実効的な屈折率が大きく変化し、視角依存性が大きくなる。第3方向D3と第1方向D1との間の角度を、90度に近くすることで、視角特性が向上する。
同様に、例えば、第3方向D3と第2方向D2との間の角度は、90度に近いことが好ましい。これにより、第2方向D2に対して直交する方向D2aに沿った第2屈折率分布36の屈折率の変化を大きくすることができる。後述するように、第3方向D3が第2方向D2に対して平行である場合には、第2屈折率分布36の屈折率の変化が小さくなり易い。そして、第2方向D2に対して直交する方向D2aを軸とした液晶光学装置110の回転において、実効的な屈折率が大きく変化し、視角依存性が大きくなる。第3方向D3と第2方向D2との間の角度を、90度に近くすることで、視角特性が向上する。
例えば、第3方向D3は、第1方向D1と第2方向D2とで形成される交差角を分ける向きである。
ここで、第1方向D1と第2方向D2とが互いに交差するため、第3方向D3と第1方向D1との間の角度、及び、第3方向D3と第2方向D2との間の角度の両方は、同時に90度にはならない。第1方向D1と第2方向D2との間の角度の差を、小さくすることで、第3方向D3と第1方向D1との間の角度、及び、第3方向D3と第2方向D2との間の角度の両方を、90度に近づけることができる。
既に説明したように、本実施形態においては、第1基板10sの第1辺11の第1辺方向S1から第1方向D1までの、第1回転方向の第1角度θ1は、0度よりも大きく90度よりも小さい。すなわち、第1方向D1は、第1辺方向S1に対して傾斜している。例えば、第1辺方向S1に対して直交する方向に沿って視差画像が配置される場合において、第1方向D1を第1辺方向S1に対して傾斜させることで、視差画像の配列と、第1方向D1(または第1方向D1に対して直交する方向D1a)と、の間に生じるモアレが抑制し易くなる。
同様に、本実施形態においては、第1辺方向S1から第2方向D2までの、第1回転方向の第2角度θ2は、0度よりも大きく90度よりも小さい。すなわち、第2方向D2は、第1辺方向S1に対して傾斜している。これにより、視差画像の配列と、第2方向D2(または第2方向D2に対して直交する方向D2a)と、の間に生じるモアレが抑制できる。
そして、本実施形態においては、第2角度θ2は、第1角度θ1とは異なる。すなわち、第2方向D2は、第1方向D1と交差する。これにより、互いに異なる方向の第1方向D1及び第2方向D2に基づく2種類のレンズが形成可能である。これにより、2種類の方向のレンズを用いた2種類の3次元画像表示が可能となる。
上記の図6(a)及び図6(b)に示した例では、第1回転方向が反時計回りである。そして、第2角度θ2は、第1角度θ1よりも大きい。そして、第3角度θ3は、第1角度θ1よりも大きく、第2角度θ2よりも大きい。実施形態はこれに限らず、種々の変形が可能である。
図7(a)及び図7(b)は、第1の実施形態に係る別の液晶光学装置及び画像表示装置の動作を例示する模式図である。
図7(a)及び図7(b)は、それぞれ、本実施形態に係る別の液晶光学装置111における、第1動作状態ST1及び第2動作状態ST2を例示している。
図7(a)及び図7(b)に例示したように、液晶光学装置111においては、第1回転方向が反時計回りである。そして、第2角度θ2は、第1角度θ1よりも小さい。そして、第3角度θ3は、第1角度θ1よりも大きく、第2角度θ2よりも大きい。
図7(a)に例示したように、第1動作状態ST1において、第1方向D1は、右下がりの方向である。一方、図7(b)に例示したように、画面を90度回転させた第2動作状態ST2においては、第2方向D2は、左下がりの方向である。このように、2種類の動作状態において、右下がりと、左下がりと、が入れ替わる。
図8(a)及び図8(b)は、第1の実施形態に係る別の液晶光学装置及び画像表示装置の動作を例示する模式図である。
図8(a)及び図8(b)は、それぞれ、本実施形態に係る別の液晶光学装置112における、第1動作状態ST1及び第2動作状態ST2を例示している。
図8(a)及び図8(b)に例示したように、液晶光学装置112においては、第1回転方向が時計回りである。そして、第2角度θ2は、第1角度θ1よりも大きい。そして、第3角度θ3は、第1角度θ1よりも大きく、第2角度θ2よりも大きい。
図8(a)に例示したように、第1動作状態ST1において、第1方向D1は、左下がりの方向である。一方、図8(b)に例示したように、画面を90度回転させた第2動作状態ST2においては、第2方向D2は、右下がりの方向である。このように、2種類の動作状態において、右下がりと、左下がりと、が入れ替わる。
図9(a)及び図9(b)は、第1の実施形態に係る別の液晶光学装置及び画像表示装置の動作を例示する模式図である。
図9(a)及び図9(b)は、それぞれ、本実施形態に係る別の液晶光学装置113における、第1動作状態ST1及び第2動作状態ST2を例示している。
図9(a)及び図9(b)に例示したように、液晶光学装置113においは、第1回転方向が時計回りである。そして、第2角度θ2は、第1角度θ1よりも小さい。そして、第3角度θ3は、第1角度θ1よりも大きく、第2角度θ2よりも大きい。
図9(a)に例示したように、第1動作状態ST1において、第1方向D1は、左下がりの方向である。一方、図9(b)に例示したように、画面を90度回転させた第2動作状態ST2においては、第2方向D2は、右下がりの方向である。このように、2種類の動作状態において、右下がりと、左下がりと、が入れ替わる。
上記の液晶光学装置110〜113においては、液晶光学装置のX−Y平面内の中心を原点としたときに、第1方向D1と、第2方向D2と、は同じ象限内に存在する。
これにより、第1方向D1と第2方向D2との間の角度の差が、小さくできる。これにより、第3方向D3の方向をより効果的な方向に設定し易くなる。
そして、画面を90度回転する前と後との両方において、液晶光学装置と画像表示部400との間に生じるモアレを抑制しつつ、画像表示部400の視差画像に対応した適正なレンズが形成可能になる。これにより、画面を90度回転する前と後との両方において、適正な3次元画像が提供できる。
図6(a)及び図6(b)に例示した液晶光学装置110において、第1角度θ1は、5度以上40度以下であり、第2角度θ2は、45度以上85度以下である。第1角度θ1と第2角度θ2との差Δθは、5度以上80度以下である。第3角度θ3は、例えば、90度以上180度以下である。これらの角度は、反時計回りである。
液晶光学装置110において、例えば、第1角度θ1は、10度以上30度以下であることが好ましい。第2角度θ2は、45度以上70度以下であることが好ましい。第1角度θ1と第2角度θ2との差Δθは、15度以上40度以下であることが好ましい。第3角度θ3は、例えば、130度以上、160度以下であることが好ましい。
液晶光学装置110において、例えば、第1角度θ1は、約25度(20度以上30度以下)であることが好ましい。例えば、第2角度θ2は、約65度(60度以上70度以下)であることが好ましい。第3角度θ3は、約145度(140度以上150度以下)であることが好ましい。これにより、第1動作状態ST1と第2動作状態との両方において、良好なレンズの屈折率分布が形成され易い。
図7(a)及び図7(b)に例示した液晶光学装置111において、第1角度θ1は、45度以上85度以下であり、第2角度θ2は、5度以上40度以下である。第1角度θ1と第2角度θ2との差Δθは、5度以上85度以下である。第3角度θ3は、例えば、90度以上180度以下である。これらの角度は、反時計回りである。
液晶光学装置111において、例えば、第1角度θ1は、45度以上60度以下であることが好ましい。第2角度θ2は、30度以上44度以下であることが好ましい。第1角度θ1と第2角度θ2との差Δθは、1度以上30度以下であることが好ましい。第3角度θ3は、例えば、100度以上、170度以下であることが好ましい。
液晶光学装置111において、例えば、第1角度θ1は、約50度(45度以上55度以下)であることが好ましい。例えば、第2角度θ2は、約44度(39度以上49度以下)であることが好ましい。第3角度θ3は、約135度(130度以上140度以下)であることが好ましい。これにより、第1動作状態ST1と第2動作状態との両方において、良好なレンズの屈折率分布が形成され易い。
図8(a)及び図8(b)に例示した液晶光学装置112において、第1角度θ1は、5度以上40度以下であり、第2角度θ2は、45度以上85度以下である。第1角度θ1と第2角度θ2との差Δθは、5度以上80度以下である。第3角度θ3は、例えば、0度以上90度以下である。これらの角度は、時計回りである。
液晶光学装置112において、例えば、第1角度θ1は、10度以上30度以下であることが好ましい。第2角度θ2は、45度以上70度以下であることが好ましい。第1角度θ1と第2角度θ2との差Δθは、15度以上40度以下であることが好ましい。第3角度θ3は、例えば、130度以上、160度以下であることが好ましい。
液晶光学装置112において、例えば、第1角度θ1は、約25度(20度以上30度以下)であることが好ましい。例えば、第2角度θ2は、約65度(60度以上70度以下)であることが好ましい。第3角度θ3は、約145度(140度以上150度以下)であることが好ましい。これにより、第1動作状態ST1と第2動作状態との両方において、良好なレンズの屈折率分布が形成され易い。
図9(a)及び図9(b)に例示した液晶光学装置113において、第1角度θ1は、45度以上85度以下であり、第2角度θ2は、5度以上40度以下である。第1角度θ1と第2角度θ2との差Δθは、5度以上85度以下である。第3角度θ3は、例えば、0度以上90度以下である。これらの角度は、時計回りである。
液晶光学装置113において、例えば、第1角度θ1は、45度以上60度以下であることが好ましい。第2角度θ2は、30度以上44度以下であることが好ましい。第1角度θ1と第2角度θ2との差Δθは、1度以上30度以下であることが好ましい。第3角度θ3は、例えば、100度以上、170度以下であることが好ましい。
液晶光学装置113において、例えば、第1角度θ1は、約50度(45度以上55度以下)であることが好ましい。例えば、第2角度θ2は、約44度(39度以上49度以下)であることが好ましい。第3角度θ3は、約135度(130度以上140度以下)であることが好ましい。これにより、第1動作状態ST1と第2動作状態との両方において、良好なレンズの屈折率分布が形成され易い。
以下、液晶分子31の長軸方向31a(第3方向D3)と、第1電極10eの延在方向(第1方向D1)と、の間の角度を変えたときの特性の例について説明する。
図10は、液晶光学装置の特性を例示するグラフ図である。
図10は、第1動作状態ST1における液晶層30における屈折率分布のシミュレーション結果を例示している。図10の横軸は、第1方向D1に対して直交する方向D1aにおける位置である。図10中の左端は、電極E11の位置に対応し、右端は、電極E19の位置に対応し、中央は、電極E15の位置に対応する。縦軸は、液晶層30の屈折率n30を規格化して表している。
図10には、第1構成SP1、第2構成SP2及び第3構成SP3における特性が例示されている。第1構成SP1においては、第3方向D3と第1方向D1との間の角度が90度である。第2構成SP2においては、第3方向D3と第方向D1との間の角度が50度である。第3構成SP3においては、第3方向D3と第1方向D1との間の角度が0度である。
図10から分かるように、第3方向D3と第1方向D1との間の角度が90度である第1構成SP1においては、良好なレンズ形状の屈折率分布が得られる。第1構成SP1において、図10に示した特性は、左右非対称である。これは、液晶に付与されるプレチルトの方向と、電界の方向と、の作用に起因する。左右非対称であることは、実用上問題はない。
一方、第3方向D3と第1方向D1との間の角度が50度である第2構成SP2においては、屈折率分布の形状がレンズ形状から変化している。第3方向D3と第1方向D1との間の角度が0度である第3構成SP3においては、屈折率分布の形状が、レンズ形状から大きく異なる。
このような現象は、第1電極10eに印加される電圧によって生じる、X−Y面内の成分を有する電界(横電界)に関係している。以下、第3方向D3と第1方向D1との間の角度を変えたときの、電圧印加ときの液晶分子31の状態の違いについて説明する。
図11(a)及び図11(b)は、液晶光学装置の特性を例示する模式図である。
これらの図は、第1動作状態ST1における液晶分子31の方向をモデル的に示している。これらの図においては、第1電極10eのうちの電極E11の位置〜電極E19の位置の液晶分子31の向きが示されている。
図11(a)は、上記の第1構成SP1に対応し、第3方向D3が第1方向D1に対して直交する。例えば、電圧を印加しない非活性化状態において、第1電極10eの延在方向と直交する方向D1aに、液晶分子31の長軸が沿う。
図11(b)は、上記の第3構成SP3に対応し、第3方向D3が第1方向D1に対して平行である。例えば、電圧を印加しない非活性化状態において、第1電極10eの延在方向に、液晶分子31の長軸が沿う。
図11(a)に表したように、第3方向D3が第1方向D1に対して直交する第1構成SP1においては、液晶分子31の長軸の方向は、Z軸方向と方向D1aとを含む平面内で変化する。この場合、レンズ中心に対応する電極E15の位置における液晶分子31の長軸の方向は、方向D1aに沿う。これにより、図10に例示したように、第1構成SP1においては、良好なレンズ形状の屈折率分布が得られる。
これに対して、図11(b)に表したように、第3方向D3が第1方向D1に対して平行な第3構成SP3においては、液晶分子31の長軸の方向は、第1方向D1、方向D1a及びZ軸方向において変化する。このような液晶分子31の長軸の方向の変化は、第1電極10eにより形成される、方向D1aの成分を有する電界による。すなわち、このような液晶分子31の長軸の方向の変化は、横電界に起因する。この場合、レンズ中心に対応する電極E15の位置における液晶分子31の長軸は、第1方向D1に沿う。これにより、図10に例示したように、第3構成SP3においては、屈折率分布の形状が、レンズ形状から大きく異なる。
さらに、このような差は、視角特性にも影響を与える。
図12(a)及び図12(b)は、液晶光学装置の特性を例示する模式図である。
これらの図は、上記の第1構成SP1及び第3構成SP3に関して、方向D1a(X−Y平面に対して平行で第1方向D1に対して垂直な方向)を軸として、視点または液晶光学装置が回転する場合の特性についてモデル的に示している。
図12(a)及び図12(b)のそれぞれは、図11(a)及び図11(b)の状態(第1の視角方向状態)から、方向D1aを軸として所定の角度で回転した状態(第2の視角方向状態)に対応する。例えば、第2の視角方向状態は、第1の視角方向状態に対して30度回転した方向である。
例えば、第1角度θ1(第1方向D1と、第1基板10sの第1辺11の第1辺方向S1と、の間の角度)が比較的小さい場合は、第2の視角方向状態は、液晶表示装置を、X軸方向を軸にして回転した状態と見なしても良い。
図12(a)に例示したように、第1構成SP1においては、方向D1aを中心として視角を変化させた場合においても、レンズ中心の位置における実効的な複屈折率は実質的に変化しない。すなわち、視角を変化させたときの光学特性の変化が小さい。
一方、図12(b)に例示したように、第3構成SP3においては、方向D1aを中心として視角を変化させると、液晶分子31の長軸の回転が生じる。このため、レンズ中心の位置における実効的な複屈折率が、視角方向によって大きく変化する。すなわち、視角を変化させたときの光学特性の変化が大きい。
このように、第3方向D3を第1方向D1に対して直交させることで、視角依存性の小さい液晶光学装置が得られる。
例えば、実施形態において、第3方向D3を第1方向D1に対して直交させる。このとき、既に説明したように、第2方向D2は、第1方向D1に対して交差するため、第1方向D1と第2方向D2との両方に対して、第3方向D3を直交させることができない。
例えば、第1方向D1に対して直交する方向D1aを軸とした視角の変化が大きい用途においては、第3方向D3を第1方向D1に対して直交させても良い。例えば、第1角度θ1と第3角度θ3との差の絶対値は、87度以上93度以下としても良い。
一方、第2方向D2に対して直交する方向D2aを軸とした視角の変化が大きい用途においては、第3方向D3を第2方向D2に対して直交させても良い。例えば、第2角度θ2と第3角度θ3との差の絶対値は、87度以上93度以下としても良い。
このように、用途によって、第3方向D3と第1方向D1との関係、及び、第3方向D3と第2方向D2との関係を定めても良い。第3方向D3と第1方向D1との間の角度と、第3方向D3と第2方向D2との間の角度と、の両方が、90度に近くなるようにこれらの方向を設定しても良い。
例えば、3方向D3と第1方向D1との間の角度と、第3方向D3と第2方向D2との間の角度と、の両方が、90度に近くなるように設定することで、液晶光学装置の視角を変えたときの視角特性を向上させることができる。すなわち、第1動作状態ST1及び第2動作状態ST2の両方において、良好な視野角特性が得られる。
例えば、第3方向D3と第1方向D1との間の角度は70度以上であり、第3方向D3と第2方向D2との間の角度が70度以上であるときに、視野角特性が特に良好になる。これらの角度により、例えば、第1電極10eまたは第2電極20eによる横電界を、液晶分子31に作用させ易くなる。これにより、視野角特性を効果的に向上させることができる。
液晶光学装置110〜113において、第1角度θ1と第2角度θ2との差Δθの絶対値は、60度以下であることが好ましい。差Δθの絶対値を60度以下にすることで、第3方向D3と第1方向D1との間の角度、及び、第3方向D3と第2方向D2との間の角度の両方を大きくできる。これにより、良好な視野角特性が得られる。
一方、第3角度θ3と第1角度θ1との差の絶対値は、20度以上であることが好ましい。第3角度θ3と第2角度θ2との差の絶対値は、20度以上であることが好ましい。
図13(a)〜図13(f)は、第1の実施形態に係る液晶光学装置を例示する模式図である。
これらの図は、第1方向D1、第2方向D2、第3方向D3、第1角度θ1、第2角度θ2及び第3角度θ3を例示している。
図13(a)に例示したように、第1角度θ1(度)と、第2角度θ2(度)と、の平均の角度を角度θ12(度)とする。角度θ12は、(θ1+θ2)/2である。角度θ12の方向を方向D12とする。方向D12に対して直交する方向(かつ、Z軸方向に対して直交する方向)を方向D12aとする。第1辺方向S1から方向D12aまでの、第1回転方向の角度θ12a(度)は、(θ1+θ2)/2+90度となる。
例えば、第3方向D3を、上記の方向D12aに対して平行に設定することで、第3方向D3と第1方向D1との間の角度、及び、第3方向D3と第2方向D2との間の角度の両方を大きくできる。例えば、これらの角度を90度に近くできる。
例えば、図13(b)に例示したように、第3方向D3は、方向D12aに対して平行である。このとき、第3角度θ3(度)は、(θ1+θ2)/2+90度である。
実施形態において、例えば、第3方向D3は、方向D12aに対してプラスマイナス20度の範囲で、方向D12aに対して傾斜しても良い。この場合、第1角度をθ1(度)とし、第2角度をθ2(度)と、第3角度をθ3(度)と、において、

(θ1+θ2)/2+70度≦θ3≦(θ1+θ2)/2+110度

の関係が満たされる。
この構成の場合、第1動作状態ST1及び第2動作状態ST2の両方の状態において、良好な視野角特性が得易い。
図13(c)に例示したように、第3方向D3が、第1方向D1に対して直交しても良い。この場合は、第3方向D3は、第2方向D2に対して傾斜する。この場合、例えば、第1動作状態ST1において、特に良好な視角特性が得られる。
図13(d)に例示したように、第3方向D3が、第2方向D2に対して直交しても良い。この場合は、第3方向D3は、第1方向D1に対して傾斜する。この場合、例えば、第2動作状態ST2において、特に良好な視角特性が得られる。
図13(e)及び図13(f)に例示したように、第3方向D3が、第1方向D1、第2方向D2、方向D12、及び、方向D12aに対して傾斜しても良い。
図13(a)〜図13(f)に示した例においては、第3角度θ3は、第1角度θ1よりも大きく、第2角度θ2よりも大きい。
図14は、第1の実施形態に係る別の液晶光学装置を例示する模式図である。
図14は、第1方向D1、第2方向D2、第3方向D3、第1角度θ1、第2角度θ2及び第3角度θ3を例示している。
図14に例にしたように、この例では、第3角度θ3は、第1角度θ1よりも大きく、第2角度θ2よりも小さい。第3角度θ3が、第2角度θ2よりも大きく、第1角度θ1よりも小さくても良い。すなわち、この例では、第3角度θ3は、第1角度θ1と第2角度θ2との間の角度である。
このような角度を用いた場合においても、第1方向D1に対して直交する方向D1aの屈折率分布と、第2方向D2に対して直交する方向D2aの屈折率分布と、を切り替えて得ることが可能になる。これにより、より使い易い液晶光学装置及び画像表示装置が得られる。
例えば、角度が反時計回りであるときにおいて、第1角度θ1は、5度以上40度以下であり、第2角度θ2は、45度以上85度以下である。第1角度θ1と第2角度θ2との差Δθは、例えば5度以上80度以下でも良い。そして、第3角度θ3は、第1角度θ1と第2角度θ2との間の角度である。
例えば、角度が反時計回りであるときにおいて、第1角度θ1は、45度以上85度以下であり、第2角度θ2は、5度以上40度以下である。第1角度θ1と第2角度θ2との差Δθは、例えば5度以上80度以下でも良い。そして、第3角度θ3は、第1角度θ1と第2角度θ2との間の角度である。
例えば、角度が時計回りであるときにおいて、第1角度θ1は、5度以上40度以下であり、第2角度θ2は、45度以上85度以下である。第1角度θ1と第2角度θ2との差Δθは、例えば5度以上80度以下でも良い。そして、第3角度θ3は、第1角度θ1と第2角度θ2との間の角度である。
例えば、角度が時計回りであるときにおいて、第1角度θ1は、45度以上85度以下であり、第2角度θ2は、5度以上40度以下である。第1角度θ1と第2角度θ2との差Δθは、例えば5度以上80度以下でも良い。そして、第3角度θ3は、第1角度θ1と第2角度θ2との間の角度である。
例えば、第1角度θ1と第2角度θ2との間の差Δθが比較的大きい場合(例えば、差Δθが40度以上の場合)、第3角度θ3を、第1角度θ1と第2角度θ2との間の角度に設定しても良い。この場合も、良好な視角特性が得られる。
第3角度θ3が、第1角度θ1と第2角度θ2との間である場合よりも、第3角度θ3が、第1角度θ1よりも大きく第2角度θ2よりも大きい場合の方が、より良好な視角特性が得られる。
図15(a)及び図15(b)は、第1の実施形態に係る別の液晶光学装置を例示する模式図である。
図15(a)は、液晶層30における液晶分子31の状態を例示している。図15(b)は、各種の方向及び角度を例示している。
図15(b)に表したように、本実施形態に係る別の液晶光学装置114においては、液晶層30のうちの第1基板側部分32aの第1配向方向OD1が、液晶層30のうちの第2基板側部分32bの第2配向方向OD2と、交差している。
例えば、第1配向方向OD1と、第2配向方向OD2と、の間の角度の絶対値は、3度以上である。この角度の絶対値は、20度よりも小さいことが好ましい。
そして、液晶層30における液晶分子31の長軸方向31aは、Z軸方向(すなわち、第1方向D1と第2方向D2とに対して垂直な方向)に沿ってツイストしている。
例えば、第1基板部10uにおける配向処理方向(例えばラビング処理方向)が、第2基板部20uにおける配向処理方向(例えばラビング処理方向)と交差している。2つのラビング処理方向と、プレチルト角に応じて、ツイスト方向が定まる。液晶層30に、カイラル剤を含む液晶を用いることで、そのカイラル剤のツイスト方向によって、液晶層30におけるツイスト方向を定めても良い。
このような液晶光学装置114においても、第3方向D3が定まる。液晶がツイスト配向しているため、第3方向D3は、所定の範囲で変化する。
例えば、図15(b)に例示したように、第1辺方向S1から、第1配向方向OD1(液晶分子31の長軸方向31aのうちの1つ)をX−Y平面に投影した方向までの、第1回転方向の角度を第4角度θ31とする。第4角度θ31は、ツイストして変化する第3角度θ3のうちの1つである。
一方、第1辺方向S1から、第2配向方向OD2(液晶分子31の長軸方向31aのうちの1つ)をX−Y平面に投影した方向までの、第1回転方向の角度を第5角度θ32とする。第5角度θ32は、ツイストして変化する第3角度θ3のうちの1つである。
これらの第4角度θ31及び第5角度θ32のそれぞれが、第1角度θ1とは異なり、第2角度θ2とは異なる。このときも、第1方向D1に対して直交する方向の屈折率分布と、第2方向D2に対して直交する方向の屈折率分布と、を切り替えて得ることが可能になる。これにより、より使い易い液晶光学装置及び画像表示装置が得られる。
例えば、第1配向方向OD1及び第2配向方向OD2の両方が、第1方向D1と第2方向D2との間に形成される鈍角の間に位置する。
例えば、液晶層30がプレチルトを有する場合に、第1電極10eと第2電極20eとの間に電圧を印加して活性化状態にしたときに、リバースチルト配向不均一が生じ易い。リバースチルト配向不均一においては、液晶分子31のチルト方向が互いに異なる複数の領域が生じる。チルト方向が互いに異なる複数の領域間では、実効屈折率が互いに異なり、形成されるレンズの屈折率分布が偏る。このリバースチルト配向不均一は、液晶の初期配向と、印加電圧によって生じる横電界と、の作用によって生じる。例えば、液晶の初期配が、ホモジニアス配向である場合に、リバースチルト配向不均一が生じ易い。
液晶の初期配向がツイスト成分を有することで、このようなリバースチルト配向不均一の発生が抑制できる。
すなわち、第1配向方向OD1と、第2配向方向OD2と、の間の角度の絶対値を、3度以上とし、液晶層30における液晶分子31の長軸方向31aを、Z軸方向に沿ってツイストさせる。これにより、第2基板20sの近傍に生じるリバースチルトによる屈折率の偏りが軽減できる。液晶層30における全体的な配向状態の偏りが軽減できる。これにより、液晶光学装置の視野角特性をさらに向上できる。
図1に関して説明したように、実施形態においては、例えば、画像情報を含む光(画像光400L)は、偏光を含む。この偏光の偏光軸は、第1透過軸421pに対して平行である。この偏光軸をX−Y平面に投影した方向は、第1方向D1と交差し、第2方向D2と交差する。これにより、第1電極10eに基づく第1レンズ、及び、第2電極20eに基づく第2レンズの両方において、画像光400Lに対して効果的にレンズ効果を作用させることができる。
(第2の実施形態)
本実施形態においては、液晶光学装置及び画像表示部400の少なくともいずれかの回転または傾きを検出して、上記の第1動作状態ST1及び第2動作状態ST2を切り替える。この動作は、例えば、制御部200(図1参照)により行われる。
図1に表したように、制御部200は、例えば、観視者350が画像表示部400を観視すると推定される観視方向に関する情報を入手する。観視方向は、例えば、Z軸方向を軸とした回転方向を含む。観視者350には、画像情報を含む光(画像光400L)が入射される。
例えば、検出部300として、観視者350の、画像表示部400の観視方向を検出する第1検出部310が設けられる。第1検出部310は、例えば、観視者350の顔部を撮像し、撮像した顔部の像から、観視者350の顔の向きを推定する。そして、第1検出部310は、推定された観視者の顔の向きから、観視者350の、画像表示部400の観視方向を推定する。そして、第1検出部310は、検出した観視方向に関する情報を制御部200に供給する。
そして、制御部200は、入手した情報に基づいて、第1駆動部150に第1動作及び第2動作の少なくともいずれかを実施させる。すなわち、制御部200は、第1駆動部150に、第1動作状態ST1及び第2動作状態STのいずれかを形成させる。
このとき、制御部200は、入手した情報に基づいて第2駆動部450を制御して、表示層423における光(画像光400L)を変更する。例えば、第2駆動部450は、表示層423に、第1動作状態ST1に対応する画像を形成させる。または、第2駆動部450は、表示層423に、第2動作状態ST2に対応する画像を形成させる。
これにより、観視者350が、画像表示装置500の縦横を回転させた場合に、観視者350が画像表示部400を観視する観視方向(回転)に応じて、適正な3次元画像を提供できる。
上記において、観視者350が画像表示部400を観視すると推定される観視方向に関する情報は、任意の方法により得ることができる。
例えば、図1に例示したように、検出部300として、第2検出部320を設けても良い。第2検出部320は、例えば、画像表示部400の辺、及び、液晶光学装置に含まれる辺(例えば第1辺11など)の少なくともいずれかの延在方向の基準軸に対する方向を検出する。基準軸として、例えば、重力及び地軸の少なくともいずれかを用いることができる。
そして、第2検出部320は、検出した方向(画像表示部400の辺の延在方向の基準軸に対する方向)に基づいて、観視者350が画像表示部400を観視すると推定される観視方向に関する情報を生成する。例えば、多くの場合、観視者350の両眼が重力に対して交差する(例えば直交する方向)状態において、観視者350は、画像表示装置500を観視する。このため、画像表示装置500(すなわち、画像表示部400)が有する辺の、重力の方向を基準にしたときの方向を検出することで、観視者350が画像表示部400を観視すると推定される観視方向に関する情報が生成できる。
そして、第2検出部320は、生成したその情報を制御部200に供給する。この場合も、制御部200は、入手した情報に基づいて、第1駆動部150に第1動作及び第2動作の少なくともいずれかを実施させる。そして、制御部200は、入手した情報に基づいて第2駆動部450を制御して、表示層423における光(画像光400L)を変更する。
第1検出部310として、例えば、カメラ及び距離センサの少なくともいずれかを用いることができる。第2検出部320として、例えば、重力加速度センサ及び距離センサの少なくともいずれかを用いることができる。
第1駆動部150は、液晶光学装置に含めても良い。第1駆動部50は、画像表示部400に含めても良い。第1駆動部150及び第2駆動部450の少なくともいずれかは、制御部200に組み込まれても良い。検出部300(例えば第1検出部310及び第2検出部320など)は、制御部200に含まれても良い。
例えば、制御部200は、液晶光学装置に含まれても良い。そして、検出部300(例えば第1検出部310及び第2検出部320など)が液晶光学装置に含まれても良い。例えば、制御部200は、Z軸方向(X−Y平面に対して垂直な方向)を中心とした、第1基板部10uの回転に関する情報を入手する。制御部200は、入手した情報に基づいて第1駆動部150に第1動作及び第2動作の少なくともいずれかを実施させる。
このように、制御部200及び検出部300を用いることで、画像表示部400及び液晶光学装置がZ軸に対して回転された場合に、または、観視者350が観視方向を回転させた場合に、その回転に合わせて、適正な画像を提供できる。
図16(a)及び図16(b)は、第2の実施形態に係る画像表示装置を例示する模式図である。
これらの図は、画像表示装置500の画像表示部400を例示する模式図である。これらの図は、画像表示装置500の縦横の配置が互いに異なる状態を、それぞれ例示している。これらの状態は、画像表示装置500の縦横の配置が、Z軸方向を軸として回転させられている。この例では、回転の角度は90度である。図16(a)は、例えば、第1動作状態ST1に対応する。図16(b)は、第2動作状態ST2に対応する。
図16(a)に表したように、画像表示部400は、複数の画素424を含む。複数の画素424は、Z軸方向に対して平行な平面内(X−Y平面内)に配置される。既に説明したように、X−Y平面は、第1面10aに対して平行である。
画素424は、例えば、表示層423に設けられる。複数の画素424のそれぞれから出射する光の強度が変調されて、画像が形成される。
この例では、複数の画素424は、複数の第1画素424aと、複数の第2画素424bと、複数の第3画素424cと、を含む。
第1画素424aは、第1ピーク波長を有する第1光を出射可能である。第2画素424bは、第2ピーク波長を有する第2光を出射可能である。第2ピーク波長は、第1ピーク波長とは異なる。第3画素424cは、第3ピーク波長を有する第3光を出射可能である。第3ピーク波長は、第1ピーク波長とは異なり、第2ピーク波長とは異なる。第1光は、例えば、赤光であり、第2光は、例えば、緑光であり、第3光は、例えば青色である。第1光〜第3光のそれぞれの色は、相互に入れ替えが可能である。
例えば、1つの第1画素424aと、1つの第2画素424bと、1つの第3画素424cと、が1つの表示要素となる。第1〜第3画素424a〜42cは、例えば、サブ画素である。
例えば、画素424の縦方向の長さは、横方向の長さとは異なる。
例えば、X−Y平面内(第1面10aに対して平行な平面内)の1つの方向を第1画素方向DP1とする。第1画素方向DP1は、第1方向D1と交差し、第2方向D2と交差する。例えば、第1画素方向DP1は、第1辺方向S1に対して平行である。第1画素方向DP1に対して垂直で、X−Y平面内(第1面10aに対して平行な平面内)の方向を第2画素方向DP2とする。第2画素方向DP2は、第1方向D1と交差し、第2方向D2と交差する。
第1画素方向DP1に沿う、複数の画素424のそれぞれの第1長さL1は、第2画素方向DP2に沿う複数の画素424のそれぞれの第2長さL2とは、異なる。この例では、第1長さL1は、第2長さL2よりも長い。
例えば、1つの表示要素の縦方向の長さは、横方向の長さと実質的に等しい。1つの表示要素に、3つの画素424(第1〜第3画素424a〜424c)が含まれる場合、例えば、第1長さL1は、第2長さL2の実質的に3倍程度である。例えば、第1長さL1は、第2長さL2の2.5倍以上3.5倍以下である。これにより、1つの表示要素の縦方向の長さと横方向の長さとの差が小さくでき、表示オブジェクトの縦横比が所望の値にし易くできる。
画素424のそれぞれの形状は、例えば、矩形である。画素424のそれぞれの形状は、任意である。第1長さL1は、便宜的に、複数の画素424の、第1画素方向DP1のピッチでも良い。第2長さL2は、便宜的に、複数の画素424の、第2画素方向DP2のピッチでも良い。
画素424のそれぞれから、互いに異なる色の光が出射される。画素424のそれぞれが、例えば、互いに異なる色の光を出射する発光層(例えば有機発光層)を含む場合は、異なる発光層のそれぞれが画素424のそれぞれに対応する。異なる色のカラーフィルタが設けられる場合は、画素424のそれぞれは、異なる色のカラーフィルタのそれぞれに対応する。
このように、この例では、複数の画素424が設けられ、複数の画素424の形状が異方性を有する。すなわち、1つの方向(第1画素方向DP1)の画素424の第1長さL1が、別の方向(第2画素方向DP2)の画素424の第2長さL2とは異なる。このような画素424を含む画像表示部400と、実施形態に係る液晶光学装置と、が組み合わせられる。そして、第1動作状態ST1が設けられる。
本実施形態においては、第1方向D1が、異方性形状を有する画素424の延在方向(すなわち、第1画素方向DP1と交差する。これにより、複数の画素424と、液晶光学装置と、の間におけるモアレの発生が抑制される。すなわち、第1動作状態ST1において、モアレが抑制できる。
一方、図16(b)に表したように、画像表示装置500が回転させられ、第2動作状態ST2が設けられる。このとき、本実施形態においては、第2方向D2が、異方性形状を有する画素424の延在方向(すなわち、第1画素方向DP1)と交差する。これにより、複数の画素424と、液晶光学装置と、の間におけるモアレの発生が抑制される。すなわち、第2動作状態ST2においても、モアレが抑制できる。
このように、使用者から見た場合に、第1動作状態ST1と、第2動作状態ST2と、とで、異方性形状を有する画素424の延在方向が異なる。すなわち、この例では、第1動作状態ST1では、画素424の延在方向は、縦方向である。すなわち、画素424は、縦長である。一方、第2動作状態ST2では、画素424の延在方向は、横方向である。すなわち、画素424は、横長である。本実施形態によれば、このような画像表示装置におけるモアレを、両方の動作状態において抑制できる。
例えば、第1方向D1は、縦長の画素424に対してモアレが抑制されるように設定される。一方、第2方向D2は、横長の画素424に対してモアレが抑制されるように設定される。
図16(a)に例示したように、例えば、複数の第1画素424aは、第1画素方向DP1に沿う直線に沿って並ぶ。複数の第2画素424bも、第1画素方向DP1に沿う直線に沿って並ぶ。複数の第3画素424cも、第1画素方向DP1に沿う直線に沿って並ぶ。すなわち、第1画素424a、第2画素424b及び第3画素424cのそれぞれは、第1画素方向DP1に沿うストライプ状である。このようなストライプ状の画素424を含む画像表示部400と、実施形態に係る液晶光学装置と、が組み合わせられる。これにより、第1方向D1は、ストライプの延在方向と交差する。そして、第2方向D2も、ストライプの延在方向と交差する。これにより、第1動作状態ST1及び第2動作状態ST2の両方において、モアレが抑制できる。
例えば、第1方向D1は、縦方向に延在するストライプ状の画素424に対してモアレが抑制されるように設定される。一方、第2方向D2は、横方向に延在するストライプ状の画素424に対してモアレが抑制されるように設定される。
(第3の実施形態)
図17は、第3の実施形態に係る液晶光学装置を例示する模式図である。
図17は、本実施形態に係る液晶光学装置130における、第1方向D1、第2方向D2及び第3方向D3を例示している。これらの方向の相互の関係を除いて、液晶光学装置130の構成は、液晶光学装置110と同様とすることができるので説明を省略する。そして、液晶光学装置130も画像表示部400と組み合わせて、画像表示装置として使用できる。
図17に表したように、この例では、第2方向D2は、第1方向D1に対して直交している。そして、この場合も、第1辺方向S1から第1方向D1までの、第1回転方向の第1角度θ1は、0度よりも大きく90度よりも小さい。この例では、第2角度θ2と第1角度θ1との差の絶対値は90度である。
そして、第3角度θ3は、第1角度θ1とは異なり、第2角度θ2とも異なる。
このような構成を有する液晶光学装置130によれば、第1方向D1に対して直交する方向D1aの屈折率分布と、第2方向D2に対して直交する方向D2aの屈折率分布と、を切り替えて得ることが可能になる。これにより、より使い易い液晶光学装置及び画像表示装置が得られる。
例えば、第3方向D3と第1方向D1との間の角度を約45度(42度以上48度以下)としても良い。例えば、第3角度θ3(度)と第1角度θ1(度)との差の絶対値は、例えば、約45度(42度以上48度以下)である。または、例えば、第3角度θ3(度)と第1角度θ1(度)との差の絶対値は、例えば、約135度(132度以上138度以下)でも良い。このような構成により、第1動作状態ST1及び第2動作状態ST2の両方の動作状態において、良好な特性のレンズを形成できる。そして、両方の動作状態において、良好な視野角特性が得られる。
本実施形態において、第1角度θ1は、5度以上40度以下とすることが好ましい。これにより、第1動作状態ST1及び第2動作状態ST2の両方の動作状態において、良好な特性のレンズを形成し易くできる。
第3の実施形態と、第2の実施形態と、を組み合わせて実施しても良い。
さらに、本実施形態において、第2角度θ2と第1角度θ1との差の絶対値は90度でなくても良い。この場合も、例えば、第1角度θ1は、0度よりも大きく45度以下であり、第2角度θ2は、45度よりも大きく90度よりも小さい。このような液晶光学装置と、上記の第1動作及び第2動作が可能な上記の第1駆動部150と、を組み合わせることで、より使い易い液晶光学装置及び画像表示装置を提供することができる。
参考例
図18(a)及び図18(b)は、参考例に係る液晶光学装置を例示する模式図である。
図18(a)及び図18(b)は、参考例に係る液晶光学装置140及び141のそれぞれにおける、第1方向D1、第2方向D2及び第3方向D3を例示している。これらの方向の相互の関係を除いて、液晶光学装置140及び141の構成は、液晶光学装置110と同様とすることができるので説明を省略する。そして、液晶光学装置140及び141も画像表示部400と組み合わせて、画像表示装置として使用できる。
図18(a)に表したように、液晶光学装置140においては、第1方向D1は、第1辺方向S1に対して平行である。すなわち、第1角度θ1は0である。第2方向D2は、第1方向D1に対して交差している。そして、第3方向D3は、第1方向D1及び第2方向D2と交差する。この場合の第2角度θ2は、5度以上70度以下が好ましい。第3角度θ3は、30度以上150度以下が好ましい。
図18(b)に表したように、液晶光学装置141においては、第2方向D2は、第1辺方向S1に対して平行である。すなわち、第2角度θ2は0である。第1方向D1は、第2方向D2に対して交差している。そして、第3方向D3は、第1方向D1及び第2方向D2と交差する。この場合の第1角度θ1は、5度以上70度以下が好ましい。第3角度θ3は、30度以上150度以下が好ましい。
このような構成を有する液晶光学装置140及び141においても、第1方向D1に対して直交する方向D1aの屈折率分布と、第2方向D2に対して直交する方向D2aの屈折率分布と、を切り替えて得ることが可能になる。これにより、より使い易い液晶光学装置及び画像表示装置が得られる。
参考例と、第2の実施形態と、を組み合わせて実施しても良い。
実施形態によれば、より使い易い液晶光学装置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、液晶光学装置に含まれる基板部、基板、電極、配向膜、液晶層、液晶分子、第1駆動部、並びに、画像表示装置に含まれる画像表示部、表示層、第2駆動部、制御部及び検出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液晶光学装置及び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液晶光学装置及び画像表示装置も、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。
10a…第1面、 10e…第1電極、 10o…第1配向膜、 10s…第1基板、 10u…第1基板部、 11…第1辺、 11a…一端、 11b…他端、 12…第2辺、 12a…一端、 12b…他端、 13…第3辺、 14…第4辺、 20a…第2面、 20e…第2電極、 20o…第2配向膜、 20s…第2基板、 20u…第2基板部、 30…液晶層、 31…液晶分子、 31a…長軸方向、 32a…第1基板側部分、 32b…第2基板側部分、 35…第1屈折率分布、 36…第2屈折率分布、 Δθ…差、 θ1…第1角度、 θ12、θ12a…角度、 θ2…第2角度、 θ3…第3角度、 θ31…第4角度、 θ32…第5角度、 110〜114、130、140、141…液晶光学装置、 150…第1駆動部、 200…制御部、 300…検出部、 310、320…第1、第2検出部、 350…観視者、 400…画像表示部、 400L…画像光、 401…表示面、 410…画素群、 421…第1偏光層、 421p…第1透過軸、 422…第2偏光層、 422p…第2透過軸、 423…表示層、 424…画素、 424a〜424c…第1〜第3画素、 450…第2駆動部、 500…画像表示装置、 D1…第1方向、 D12、D12a、D1a…方向、 D2…第2方向、 D2a…方向、 D3…第3方向、 D32a、D32b…第1、第2配向方向、 DP1、DP2…第1、第2画素方向、 E11〜E19、E21〜E22…電極、 L1、L2…第1、第2長さ、 OD1、OD2…第1、第2配向方向、 PX1〜PX5、PY1〜PY5…画素、 S1…第1辺方向、 SP1〜SP3…第1〜第3構成、 ST1、ST2…第1、第2動作状態、 Va1、Va2…電圧、 n30…屈折率

Claims (17)

  1. 第1面と、前記第1面に対して平行な平面に投影したときに第1辺方向に延在する第1辺と、を有する光透過性の第1基板と、
    前記第1面の上に設けられ、第1方向に延在し前記第1方向と交差する方向に互いに離間する複数の第1電極と、
    を含む第1基板部と、
    前記第1面に対向する第2面を有する光透過性の第2基板と、
    前記第2面の上に設けられ、第2方向に延在し前記第2方向と交差する方向に互いに離間する複数の第2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液晶分子を含む液晶層と、
    を備え、
    前記第1辺方向から前記第1方向までの、第1回転方向の第1角度は、0度よりも大きく90度よりも小さく、
    前記第1辺方向から、前記第2方向を前記平面に投影した方向までの、前記第1回転方向の第2角度は前記第1角度とは異なり、0度よりも大きく90度よりも小さく、
    前記第1辺方向から、前記液晶分子の長軸方向を前記平面に投影した方向までの、前記第1回転方向の第3角度は、前記第1角度とは異なり前記第2角度とは異なる液晶光学装置。
  2. 前記第3角度は、前記第1角度よりも大きく、前記第2角度よりも大きい請求項1記載の液晶光学装置。
  3. 前記第1角度をθ1(度)とし、前記第2角度をθ2(度)とし、前記第3角度をθ3(度)としたとき、
    前記θ1、前記θ2、前記θ3は、
    (θ1+θ2)/2+70度≦θ3≦(θ1+θ2)/2+110度
    を満たす請求項1または2に記載の液晶光学装置。
  4. 前記液晶層における前記液晶分子の前記長軸方向は、前記液晶層のうちの前記第1基板部に接する第1基板側部分の第1配向方向と、前記液晶層のうちの前記第2基板部に接する第2基板側部分の第2配向方向と、を含み、
    前記第1配向方向と、前記第2配向方向と、の間の角度の絶対値は、3度未満である請求項1〜3のいずれか1つに記載の液晶光学装置。
  5. 前記液晶層における前記液晶分子の前記長軸方向は、前記液晶層のうちの前記第1基板部に接する第1基板側部分の第1配向方向と、前記液晶層のうちの前記第2基板部に接する第2基板側部分の第2配向方向と、を含み、
    前記第1配向方向と、前記第2配向方向と、の間の角度の絶対値は、3度以上であり、
    前記液晶層における前記液晶分子の前記長軸方向は、前記第1方向と前記第2方向とに対して垂直な方向に沿ってツイストしている請求項1〜3のいずれか1つに記載の液晶光学装置。
  6. 前記第1辺は、一端と、前記一端と前記第1辺方向に沿って離間する他端と、を有し、 前記第1基板は、第2辺、第3辺及び第4辺と、をさらに含み、
    前記第2辺は、前記第1辺方向に対して垂直な方向において前記第1辺と離間し、前記第2辺は、一端と、他端と、を有し、前記第2辺の前記他端は、前記第2辺の前記一端と前記第1辺方向に沿って離間し、
    前記第3辺は、前記第1辺の前記一端と、前記第2辺の前記一端と、を接続し、前記第3辺は、前記第1辺方向に対して垂直な前記方向に延在し、
    前記第4辺は、前記第1辺の前記他端と、前記第2辺の前記他端と、を接続し、前記第4辺は、前記第1辺方向に対して垂直な前記方向に延在し、前記第3辺と前記第1辺方向において離間する請求項1〜5のいずれか1つに記載の液晶光学装置。
  7. 前記複数の第1電極と前記複数の第2電極とに電気的に接続された駆動部をさらに備え、
    前記駆動部は、
    前記複数の第1電極と前記複数の第2電極との間の電圧を第1状態にして、前記液晶層に前記第1方向に対して垂直な方向に沿った第1屈折率分布を形成する第1動作と、
    前記複数の第1電極と前記複数の第2電極との間の電圧を第2状態にして、前記液晶層に前記第2方向に対して垂直な方向に沿った第2屈折率分布を形成する第2動作と、
    を実施する請求項1〜6のいずれか1つに記載の液晶光学装置。
  8. 前記駆動部は、
    前記第1動作において、前記複数の第1電極のうちの少なくとも2つのそれぞれの電位を互いに変え、
    前記第2動作において、前記複数の第2電極のうちの少なくとも2つのそれぞれの電位を互いに変える請求項7に記載の液晶光学装置。
  9. 制御部をさらに備え、
    前記制御部は、前記平面に対して垂直な方向を中心とした前記第1基板部の回転に関する情報を入手し、前記入手した情報に基づいて前記駆動部に前記第1動作及び前記第2動作の少なくともいずれかを実施させる請求項7または8に記載の液晶光学装置。
  10. 請求項1〜6のいずれか1つに記載の液晶光学装置と、
    前記液晶光学装置と積層され画像情報を含む光を前記液晶層に入射させる画像表示部と、
    を備えた画像表示装置。
  11. 前記画像情報を含む前記光は、偏光を含み、前記偏光の偏光軸を前記平面に投影した方向は、前記第1方向と交差し、前記第2方向と交差する請求項10記載の画像表示装置。
  12. 制御部をさらに備え、
    前記液晶光学装置は、前記複数の第1電極と前記複数の第2電極とに電気的に接続された第1駆動部をさらに含み、
    前記第1駆動部は、
    前記複数の第1電極と前記複数の第2電極との間の電圧を第1状態にして、前記液晶層に前記第1方向に対して垂直な方向に沿った第1屈折率分布を形成する第1動作と、
    前記複数の第1電極と前記複数の第2電極との間の電圧を第2状態にして、前記液晶層に前記第2方向に対して垂直な方向に沿った第2屈折率分布を形成する第2動作と、
    を実施し、
    前記制御部は、前記画像情報を含む光が入射される観視者が前記画像表示部を観視すると推定される観視方向に関する情報を入手し、前記入手した情報に基づいて前記第1駆動部に前記第1動作及び前記第2動作の少なくともいずれかを実施させる請求項10または11に記載の画像表示装置。
  13. 前記観視者の前記画像表示部の前記観視方向を検出し、前記検出した前記観視方向に関する情報を前記制御部に供給する第1検出部をさらに備えた請求項12記載の画像表示装置。
  14. 前記画像表示部に含まれる辺及び前記液晶光学装置に含まれる辺の少なくともいずれかの延在方向の、重力及び地軸の少なくともいずれかの基準軸に対する方向を検出し、前記検出した方向に基づいて前記観視者が前記画像表示部を観視すると推定される前記観視方向に関する前記情報を生成し、前記生成した前記情報を前記制御部に供給する第2検出部をさらに備えた請求項12または13に記載の画像表示装置。
  15. 前記画像表示部は、前記画像情報を含む前記光を形成する表示層と、前記表示層に接続された第2駆動部と、を含み、
    前記制御部は、前記入手した情報に基づいて前記第2駆動部を制御して、前記表示層における前記光を変更する請求項12〜14のいずれか1つに記載の画像表示装置。
  16. 前記画像表示部は、前記第1面に対して平行な平面内に配置された複数の画素を含み、
    前記第1面に対して平行な平面内の第1画素方向に沿う、前記複数の画素のそれぞれの第1長さは、前記第1画素方向に対して垂直で前記第1面に対して平行な前記平面内の第2画素方向に沿う前記複数の画素のそれぞれの第2長さとは異なる請求項12〜15のいずれか1つに記載の画像表示装置。
  17. 前記複数の画素は、
    第1ピーク波長を有する第1光を出射可能な複数の第1画素と、
    前記第1ピーク波長とは異なる第2ピーク波長を有する第2光を出射可能な複数の第2画素と、
    を含み、
    前記複数の第1画素は、前記第1画素方向に沿う直線に沿って並び、
    前記複数の第2画素は、前記第1画素方向に沿う前記直線に沿って並ぶ請求項16記載の画像表示装置。
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