TWI463213B - Image display device - Google Patents

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TWI463213B
TWI463213B TW100147122A TW100147122A TWI463213B TW I463213 B TWI463213 B TW I463213B TW 100147122 A TW100147122 A TW 100147122A TW 100147122 A TW100147122 A TW 100147122A TW I463213 B TWI463213 B TW I463213B
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Ayako Takagi
Shinichi Uehara
Masako Kashiwagi
Masahiro Baba
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Toshiba Kk
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Description

影像顯示裝置
本發明之實施方式，係與影像顯示裝置相關。
傳統以來，就有人提出可顯示立體(3次元)影像之顯示裝置。而且，也有利用同一顯示裝置來實現選擇2次元(2D)影像之顯示及3次元(3D)影像之顯示的要求，而有人提出對應該要求之2D/3D切換技術。
並且，也有人提出了藉由將具有2D/3D切換機能之透鏡複數重疊，可分別選擇切換3D顯示之3D顯示器。例如，重疊2段之焦點距離不同的液晶透鏡陣列，來切換視差數及視域角的技術為大家所熟知。該技術時，2種類之液晶透鏡，可以分別藉由施加於該液晶透鏡之電壓的ON．OFF來切換2D顯示及3D顯示。藉由使施加於2種液晶透鏡中之其中一方之液晶透鏡的電壓處於ON狀態而使施加於另一方之液晶透鏡的電壓處於OFF狀態來進行切換，可實現焦點距離不同之2種3D顯示。
專利文獻1：日本特表2009-519487號公報
然而，上述技術時，因為需要2層之液晶透鏡陣列，製造成本增大。而且，因為透鏡部之厚度增大，也有亮度降低的問題。本發明所要解決的課題，係提供可抑制透鏡 部之厚度的增大，而且可切換視差數及視域角之影像顯示裝置。
實施方式之影像顯示裝置，具備光學元件、電壓控制部、及顯示部。光學元件之折射率分佈，對應所施加之電壓變化。電壓控制部，第1模式時，得到作為第1菲涅爾透鏡之作用的第1折射率分佈，控制對光學元件施加之電壓，不同於第1模式之第2模式時，以得到段差數多於第1菲涅爾透鏡之第2菲涅爾透鏡之作用的第2折射率分佈之方式，控制對光學元件施加之電壓。顯示部，設於光學元件之背面，用以顯示影像。
以下，一邊參照附錄圖式，一邊針對本發明之影像顯示裝置的實施方式進行詳細說明。而且，以下之實施方式時，賦予相同符號之要素係具有相同機能者，適度地省略重複說明。
第1圖，係本實施方式之影像顯示裝置100之構成例的方塊圖。影像顯示裝置100，係可進行立體影像(3次元影像)顯示之裝置。而且，影像顯示裝置100，也可進行平面影像(2次元影像)之顯示，也可進行3次元影像顯示及2次元影像顯示的切換。
如第1圖所示，影像顯示裝置100，具備光學元件10、顯示部20、電壓控制部30、電壓供應部40、及顯示控制部50。視聽者P，介由光學元件10觀察顯示部20，可 以辨識顯示於顯示部20之立體影像等。
光學元件10之折射率分佈，對應所施加之電壓變化。由顯示部20入射至光學元件10之光線，朝對應於光學元件10之折射率分佈的方向射出。本實施方式時，光學元件10，係以液晶GRIN(gradient index)透鏡陣列時為例，然而，並未受限於此。本實施方式之光學元件10的詳細構成如後面所述。
顯示部20，設於光學元件10之背面，係用以顯示影像之裝置。例如，顯示部20，係用以顯示利用於立體影像顯示之視差影像。顯示部20，例如，亦可以為將RGB各色之子像素以RGB作為1畫素而配置成矩陣狀之眾所皆知的構成。第1圖之例時，以並列於Y方向之RGB各色的子像素來構成1畫素，而將顯示於只有視差數之相鄰畫素並列於與Y方向正交之X方向之畫素群的影像，稱為要素影像。本實施方式時，各要素影像，係對應1個液晶GRIN透鏡來形成。要素影像之光，係朝對應於對應該要素影像之液晶GRIN透鏡之折射率分佈的方向射出。顯示部20之子像素的配列，也可以為其他眾所皆知的配列。而且，子像素，並未限制為RGB之3色。例如，也可以為4色。
顯示部20，係直視型2次元顯示器，例如，有機EL(Organic Electro Luminescence)及LCD(Liquid Crystal Display)、PDP(Plasma Display Panel)、投射型顯示器等。
電壓控制部30，係控制施加於光學元件10之電壓。本實施方式時，電壓控制部30，受取用以表示顯示3次元影像顯示種類(光學元件10之折射率分佈種類)之模式的指定輸入，對應受取之輸入來設定模式。並且，電壓控制部30，對應設定之模式，可變地控制施加於光學元件10之電壓。而且，電壓控制部30，將用以表示設定之模式的模式資訊傳送給顯示控制部50。此處，係以第1模式及第2模式作為模式之一例。第2模式，視域角大於第1模式，而且，視差數多於第1模式。而且，視域角，係用以表示視聽者可以辨識顯示於顯示部20之影像的角度。而且，模式設定方法為任意，例如，也可以為對應3次元影像之觀察者人數來自動切換模式之構成。
電壓供應部40，係在電壓控制部30之控制下，對光學元件10供應電壓。顯示控制部50，係以顯示影像(例如，視差影像等)的方式來控制顯示部20。本實施方式時，顯示控制部50，係對應由電壓控制部30受取之模式資訊，取得應顯示之視差影像，並以顯示將該取得之視差影像的方式控制顯示部20。
第2圖，係光學元件10之剖面圖。如第2圖所示，光學元件10，包含：透明之第1基板101、與第1基板101相對的透明之第2基板102、及夾於第1基板101及第2基板102之間的液晶層107。於第1基板101之液晶層107側之面，形成複數透明之第1電極103。各第1電極103，在第1基板101之液晶層107側之面，以於第2 圖之X方向延伸來形成。
各第1電極103，為電介質層DL所覆蓋，於該電介質層DL之上面，形成有複數之第2電極104。各第2電極104，在電介質層DL之上面，係以於第2圖之X方向延伸來形成。第2圖之例時，第1電極103及第2電極104，係以相同寬度(第2圖之例時，Y方向之尺寸)及間距而為周期性地配置，由第2圖之Z方向觀察時，係以第1電極103位於相鄰之第2電極104之間的方式來配置。第1電極103及第2電極104，可以重疊，也可以未重疊，然而，電極間之間距，以窄於電極之寬度為佳。
於第2基板102之液晶層107側之面的全面，形成有透明之相對電極106。相對電極106，係分別與複數之第1電極103及第2電極104相對。由電壓供應部40分別於各第1電極103、第2電極103、及相對電極106供應電位。供應給各電極之電位值，由電壓控制部30所控制。液晶層107，包含液晶分子、及使液晶分子分散之分散媒。本實施方式時，液晶分子之一例，係使用呈現單軸性複折射的物質。
此處，針對以使液晶GRIN透鏡進行集光為目的之良好折射率分佈進行說明。第3圖中，係假設透鏡間距方向之座標為Y、液晶分子之長軸方向的折射率為Ne、液晶分子之短軸方向的折射率No(<Ne)、液晶之折射率的複折射性為(Ne-No)、從座標-Ipo/2在座標+Ipo/2之區間形成液晶GRIN透鏡(形成透鏡間距Ipo之液晶GRIN透鏡 )時。此時之以使液晶GRIN透鏡進行集光為目的之良好折射率分佈，如以下之式1所示。
此外，由對上述之式1之兩邊乘以液晶之厚度t再減去No×t的式2，可以表示相位滯後分佈。液晶之傾斜分佈，因為於厚度方向並非一定，比較液晶GRIN透鏡之性能時，折射率分佈，以相位滯後分佈來表現，可以更為符合實態。
如第4圖所示，液晶分子之向上角度以θtilt來表示。本例時，θtilt，係以相對於第1基板101之法線的液晶分子之長軸方向的角度來表示。單軸性液晶時，對應於液晶分子之向上角度θtilt，液相對於與晶分子之配向方向相同之方向之偏光的折射率不同。液晶導向器(液晶分子之長軸的平均方向)之傾斜(θtilt)與折射率之關係，可以以下之式3來表示。
現在，如第5圖所示，假設偏光方向及液晶導向器之配向方向分別為相同方向(第5圖之例中，Y方向)時。上側電極(相對電極106)與下側電極(第1電極103或第2電極104)之間發生電壓的話，液晶導向器之傾斜，對該電壓而變化。更具體而言，如以下所示。
第5圖之例時，如(a)所示，液晶分子之充份向上之電壓值Vmax被施加於上側電極及下側電極之間時，θtilt=0度。所以，由式3可以理解到，此時之折射率N(0)=No(短軸方向之折射率)。而且，如第5圖之(c)所示，低於以使液晶分子向上為目的之閾值電壓Vth電壓(≧0V)被施加於上側電極及下側電極之間時，θtilt=90度。所以，由式(3)可以理解到，此時之折射率N(90)=Ne(長軸方向之折射率)。並且，如第5圖之(b)所示，Vth及Vmax之間的電壓被施加於上側電極及下側電極之間時，θtilt為0度至90度之間的角度θ，折射率N(θ)為No至Ne之間的值。
由以上，對配置在對應於液晶GRIN透鏡之端部的電極所施加之電壓為最大，對愈接近配置於對應透鏡中心之位置之電極的電極所施加的電壓愈小，藉由控制對各電極施加之電壓，得到接近式1所示之折射率分佈的折射率分 佈。
其次，說明形成具有相同焦點距離而透鏡間距不同之2種液晶GRIN透鏡的方法。菲涅爾透鏡，係將1個透鏡於透鏡間距方向分割成數個，分別保有各自之曲面下，於厚度方向防去平坦部分，來達到透鏡薄型化的目的。此處，係考慮形成透鏡間距為可變設定之菲涅爾型液晶GRIN透鏡。亦即，藉由具有使於水平方向分割成複數透鏡之焦點距離大致一致之方式的曲面，在保持菲涅爾透鏡之中心透鏡的焦點距離下，增加菲涅爾之段數，可以增大透鏡間距。
第6圖，係以製作具有1個段差之菲涅爾型液晶GRIN透鏡為目的之良好相位滯後分佈例。比段差更靠近中央側，稱為中心透鏡。第6圖之例中，係菲涅爾透鏡之透鏡間距為Ipe時，透鏡間距Ipe，可以將由凸透鏡(單透鏡)分割成同心圓中之最小半徑rm的同心圓所分割之透鏡面視為中心透鏡。第6圖之例中，中心透鏡之透鏡間距為Ipc(<Ipe)。而且，比段差更靠近透鏡端側，稱為邊緣透鏡。第6圖之例中，由從中心透鏡所切出之第1同心圓(最小半徑rm之同心圓)、及以菲涅爾透鏡之透鏡間距之一半(第6圖所示之Ipe/2)作為半徑之第2同心圓所圍繞輪狀透鏡面，可以視為邊緣透鏡。也可以將構成菲涅爾透鏡之複數透鏡面中之中心透鏡以外的輪狀透鏡面視為邊緣透鏡。
為了有良好之裸眼3D顯示，如第6圖所示，以中心 透鏡之焦點距離fc、及透鏡間距之焦點距離fe分別與透鏡及畫素110之間的距離一致為佳。藉此，可以不改變焦點距離，而使對應1個畫素110之透鏡的透鏡間距產生變化。亦即，可以不改變焦點距離，而改變視差數及視域角。
中心透鏡之液晶GRIN透鏡的焦點距離fc，中心透鏡之透鏡間距為Ipc、中心透鏡之液晶厚度為tc的話，則可以式4來表示。
fc=Ipc2 /8△ntc (4)
此外，邊緣透鏡之液晶GRIN透鏡的焦點距離fe，邊緣透鏡之透鏡間距為Ipe、邊緣透鏡之液晶厚度為te的話，則可以式5來表示。
fe=Ipe2 /8△nte (5)
此處，進一步說明以將透鏡間距切換成Ipc及Ipc之m倍(m>1)的Ipe之必要條件。首先，Ipc及Ipe之間的關係如式6所示。
Ipe=m×Ipc (6)
如前面所述，透鏡間距為Ipc、液晶厚度為tc之液晶 GRIN透鏡的焦點距離fc，可以式7來表示。而且，透鏡間距為Ipe、液晶厚度為te之液晶GRIN透鏡的焦點距離fe，可以式8來表示。
fc=Ipc2 /8△ntc (7)
fe=Ipe2 /8△nte=m2 Ipc2 /8△nte (8)
為了使焦點距離fc及焦點距離fe一致，以下之式9必須成立。
te=m2 ×tc (9)
此時，因為式8為fe=m2 Ipc2 /8△n(m2 tc)=Ipc2 /8△ntc，故fc=fe成立。
例如，為了使透鏡間距成為2倍，式6中，m=2。此時，式9，因為以下之式10來表示，故液晶厚度必須為4倍。
te=4×tc (10)
例如，在第1模式，形成具有透鏡間距為Ipc之凸透鏡作用的液晶GRIN透鏡，在第2模式，形成具有透鏡間 距為Ipc之2倍的Ipe之凸透鏡作用的液晶GRIN透鏡時，用以形成第2模式之液晶GRIN透鏡的必要液晶厚度，為用以形成第1模式之液晶GRIN透鏡的必要液晶厚度之4倍。因此，無法降低透鏡部的厚度，並有亮度降低的問題。
相對於此，在本實施方式，電壓控制部30，第1模式時，以得到段差數為0之具有菲涅爾透鏡(第1菲涅爾透鏡)之作用的折射率分佈之方式，控制對光學元件10施加之電壓，第2模式時，以得到段差數多於第1菲涅爾透鏡之菲涅爾透鏡(第2菲涅爾透鏡)之作用的折射率分佈之方式，控制對光學元件10施加之電壓。此處，電壓控制部30，第1模式時，以形成周期性地配列第1菲涅爾透鏡之透鏡陣列(第1透鏡陣列)的方式，控制對光學元件10施加之電壓，第2模式時，以形成周期性地配列第2菲涅爾透鏡之透鏡陣列(第2透鏡陣列)的方式，控制對光學元件10施加之電壓。而且，段差數為0之菲涅爾透鏡，可以視為單體之凸透鏡(單透鏡)。例如，第2模式時，以形成透鏡間距為第1模式形成之液晶GRIN透鏡之透鏡間距之2倍的菲涅爾型液晶GRIN透鏡之方式，控制對光學元件10施加之電壓，即使透鏡間距擴大，卻可抑制透鏡部厚度的增大。
此處，針對以形成菲涅爾型液晶GRIN透鏡為目的之電壓條件的一例，亦即，以形成第6圖之實線所示之菲涅爾型液晶GRIN透鏡為目的之電壓條件進行說明。第6圖 之例時，複數第2電極104中之從左方數起第1個第2電極104，係對應於菲涅爾型液晶GRIN透鏡之其中一方端部來配置，從左方數起第9個第2電極104係對應於另一方端部來配置。而且，複數第2電極104中之從左方數起第5個第2電極104，係對應於菲涅爾型液晶GRIN透鏡之中心來配置。第6圖之例時，對從左方數起第1個第2電極104供應之電位以V1來表示，對第2個第2電極104供應之電位以V3來表示，對第3個第2電極104供應之電位以V5來表示，對第4個第2電極104供應之電位以V7來表示，對第5個第2電極104供應之電位以V9來表示，對第6個第2電極104供應之電位以V11來表示，對第7個第2電極104供應之電位以V13來表示，對第8個第2電極104供應之電位以V15來表示，對第9個第2電極104供應之電位以V17。而且，本例時，對相對電極106供應之電位設定成0V。
此外，複數第1電極103中之從左方數起第1個~第8個第1電極103，係以形成第6圖所示之菲涅爾型液晶GRIN透鏡來使用。第6圖之例時，對從左方數起第1個第1電極103供應之電位以V2來表示，對第2個第1電極103供應之電位以V4來表示，對第3個第1電極103供應之電位以V6來表示，對第4個第1電極103供應之電位以V8來表示，對第5個第1電極103供應之電位以V10來表示，對第6個第1電極103供應之電位以V12來表示，對第7個第1電極103供應之電位以V14來表示， 對第8個第1電極103供應之電位以V16來表示。
第6圖之例時，被供應電位V5之第2電極104、及被供應電位V13之第2電極104，係分別對應菲涅爾型液晶GRIN透鏡之段差(菲涅爾之段差)來配置。換言之，被供應電位V5之第2電極104、及被供應電位V13之第2電極104，可以視為用以形成菲涅爾之段差的電極。
第7圖，係被供應電位V3之第2電極104、被供應電位V4之第1電極103、及被供應電位V5之第2電極104之各正上方之液晶的傾斜示意圖。第7圖之虛線部分117，係表示中心透鏡之相位滯後分佈。而且，第7圖之虛線部分118，係表示邊緣透鏡之相位滯後分佈。被供應電位V3之第2電極104之正上方之液晶的平均折射率分佈為N3、被供應電位V4之第2電極104之正上方之液晶的平均折射率分佈為N4、被供應電位V5之第2電極104之正上方之液晶的平均折射率分佈為N5的話，液晶之折射率分佈，被供應電位V4之第2電極104之正上方呈現較大之值，另一方面，藉由菲涅爾之段差，被供應電位V5之第2電極104之正上方則呈現較小之值。亦即，N4>N3>N5。所以，必須為V4<V3<V5。
因此，第6圖之例時，以形成比透鏡中心更靠左側之透鏡為目的之電壓條件，為V1>V2>V3>V4<V5>V6>V7>V8>V9。以形成比透鏡中心更靠右側之透鏡為目的之電壓條件也可以相同方式來考處，亦即，V17(=V1)>V16>V15>V14<V13>V12>V11>V10>V9。由以上，以對配 置在對應透鏡端部之位置的電極所施加之電壓V1、V17為最大值，另一方面，對配置在對應菲涅爾之段差的位置之電極所施加之電壓V5、V13為極大值之方式，控制施加於各電極之電壓，得到段差數為1之菲涅爾透鏡作用的折射率分佈(形成第6圖之菲涅爾型液晶GRIN透鏡)。而且，可以將所施加之電壓為最大值的電極間距離(本例時，係被供應電位V1之第2電極104、及被供應電位V17之第2電極104之間的距離Ipe)，視為第6圖之菲涅爾型液晶GRIN透鏡之透鏡間距。
其次，參照第8圖，針對以形成具有與第6圖之菲涅爾型液晶GRIN透鏡大致相同焦點距離之單透鏡型液晶GRIN透鏡(段差數0之菲涅爾型液晶透鏡)為目的之電壓條件進行說明。第8圖之例時，複數第2電極104中之從左方數起第1個第2電極104，係對應單透鏡型液晶GRIN透鏡之其中一方端部而配置，從左方數起第7個第2電極104，係對應另一方端部而配置。而且，複數第2電極104中之，從左方數起第4個第2電極104，係對應單透鏡型液晶GRIN透鏡之中心而配置。第8圖之例時，對從左方數起第1個第2電極104供應之電位以V1來表示，對第2個第2電極104供應之電位以V3來表示，對第3個第2電極104供應之電位以V5來表示，對第4個第2電極104供應之電位以V7來表示，對第5個第2電極104供應之電位以V9來表示，對第6個第2電極104供應之電位以V11來表示，對第7個第2電極104供應之 電位以V13。而且，對相對電極106供應之電位設定成0V。
此外，本例時，複數第1電極103中之從左方數起第1個~第6個第1電極103，係以形成單透鏡型液晶GRIN透鏡來使用。此處，對從左方數起第1個第1電極103施加之電位以V2來表示，對第2個第1電極103供應之電位以V4來表示，對第3個第1電極103供應之電位以V6來表示，對第4個第1電極103供應之電位以V8來表示，對第5個第1電極103供應之電位以V10來表示，對第6個第1電極103供應之電位以V12。
被供應電位Vi(i=1~13)之電極的正上方之液晶的平均折射率分佈為Ni的話，平均折射率分佈Ni，以如式1所示之拋物線狀的方式，從透鏡中心朝透鏡端部變小為佳。所以，透鏡中心左側之透鏡的平均折射率分佈，為N7>N6>N5>N4>N3>N2>N1，透鏡中心右側之透鏡的平均折射率分佈，以N7>N8>N9>N10>N11>N12>N13為佳。亦即，以形成左側透鏡為目的之電壓條件，為V1>V2>V3>V4>V5>V6>V7。而且，以形成右側透鏡為目的之電壓條件，為V13(=V1)>V12>V11>V10>V9>V8>V7。
由以上，以對配置於對應透鏡端部之位置的電極所施加之電壓V1、V13為最大值，另一方面，對配置於愈接近對應透鏡中心之位置之電極的電極所施加之電壓愈小，而對配置於對應透鏡中心之位置的電極所施加之電壓V7 為最小值的方式，來控制對各電極施加之電壓，得到單透鏡作用的折射率分佈(形成單透鏡型液晶GRIN透鏡)。而且，可以將施加之電壓為最大值的電極間距離(本例時，係被供應電位V1之第2電極104、及被供應電位V13之第2電極104之間的距離)，視為單透鏡型液晶GRIN透鏡之透鏡間距。
此處，切換透鏡間距時，2倍、3倍之大幅改變透鏡間距比微小變化更有效果。以下，參照第9圖，以透鏡間距之2倍變化時為例來進行說明。不變化焦點距離時，可以使視差數為2倍，使視域角成為2倍。而且，在菲涅爾之段差部，折射率變化以陡峭為佳，然而，液晶具有分子構造，有時難以使折射率產生陡峭變化。此時，可以減少菲涅爾之段差數(例如，1段)，來減少段差部之緩和所導致之朝非意圖方向進行的光線數。
第9圖之例，電壓控制部30，第1模式時，以得到透鏡間距Ipc_2之單透鏡(段差數0之菲涅爾透鏡)作用之折射率分佈的方式，控制對各電極供應之電壓，第2模式時，以得到透鏡間距Ipe_2(=Ipc_2×2)之1段菲涅爾透鏡作用之折射率分佈的方式，控制對各電極供應之電壓。本例時，第1模式所形成之單透鏡，與第2模式所形成之1段菲涅爾透鏡之中心透鏡一致。亦即，電壓控制部30，以第1模式所形成之單透鏡的折射率分佈、與第2模式所形成之1段菲涅爾透鏡之中心透鏡的折射率分佈一致之方式，控制對各電極施加之電壓。
由前述式10，為了在不變化焦點距離之條件下，使透鏡間距成為2倍，必須在△n為一定之條件下，使液晶厚度成為4倍，或者，使相位滯後(△n×液晶厚度)成為4倍。具體而言，如第10圖所示，中心透鏡之最大相位滯後值(本例時，係透鏡中央之相位滯後值)，相較於假設邊緣透鏡為單透鏡時之最大相位滯後值，為1/4。假設邊緣透鏡為單透鏡時之最大相位滯後值，平均折射率為Ne_2、液晶厚度為te_2的話，以下式11來表示。
Re＿edge=(Ne＿2-No)×te＿2 (11)
使中心透鏡端部之段差部的相位滯後值成為接近0的值。該相位滯後值愈小愈好。其次，中心透鏡之最大相位滯後值，以下式12來表示。
Re＿center=(Ne＿2-No)×te＿2/4 (12)
此處，中心透鏡之液晶物理厚度tc_2，與段差部之厚度td_2相同(td_2=tc_2)。段差部之厚度td_2，對應中心透鏡之透鏡間距Ipc_2而變化，然而，必須至少為td_2<te_2。所以，中心透鏡之最大相位滯後值為(Ne_2-No)×te_2/4時，必須為複折射性之指標△n=(Ne_2-No)/4程度。
其次，參照第11圖，針對在第9圖之實線所圍繞之 菲涅爾透鏡的透鏡中心部Cp，以滿足上述式12來控制液晶導向器之傾斜時進行說明。第11圖之例時，將偏光方向及液晶之配向方向，設定成正交於第1電極103及第2電極104之延伸方向的方向(第11圖之Y方向)。該例時，藉由使液晶之初始配向方向及偏光方向為相同方向，可以對應液晶導向器之傾斜角度θtilt來控制折射率。然而，第11圖之例時，在中心透鏡之中央左側及右側，傾斜角度θtilt分別為對稱性變化。所以，有時在中心透鏡中央，會發生傾斜角度θtilt=0度之區域而使折射率分佈大亂。而且，傾斜角度θtilt=0度時，因為可能發生具有第11圖所示之X方向傾斜的扭轉成份，無法只以液晶導向器之傾斜角度來控制相位滯後，而導致作為透鏡作用之折射率分佈劣化。
所以，第2模式所形成之菲涅爾型液晶GRIN透鏡的段差數為1時，如第12圖所示，液晶之初始配向方向被設定成平行於第1電極103及第2電極104之延伸方向(第12圖之例時，X方向)，而設定與初始配向方向相同方向之偏光入射。換言之，第2模式所形成之菲涅爾型液晶GRIN透鏡之中心透鏡的最大相位滯後值、與段差部之最大相位滯後值之差為基準值以上時，以將液晶之初始配向方向設定成平行於各電極之延伸方向，而使與初始配向方向相同方向之偏光入射為佳。
第12圖之例時，在中心透鏡之中央，液晶導向器之傾斜，係由形成於第1基板101側之電極(第1電極103 或第2電極104)、與形成於第2基板102側之電極(相對電極106)之電位差V12、V13、V14來決定。並且，該液晶導向器之傾斜角不朝向透鏡中央，而如第12圖之實線所圍繞之部分Cp所示，全部以與液晶之配向方向相同之方向，而一致平行於形成在第1基板101側之電極之延伸方向(第12圖之X方向)的方向。所以，可以在中心透鏡之中央，生成平滑之折射率分佈。
此外，第12圖之例時，虛線所圍繞之區域Rs，係表示第2模式所形成之菲涅爾型液晶GRIN透鏡的段差部。段差部之液晶導向器，係以接近中心透鏡側向上之方式進行控制，接近邊緣透鏡之側，則以放倒之方式控制，此點，與第7圖之例相同。第13圖，係從X方向觀察光學元件10時，液晶導向器之傾斜的示意圖。
其次，針對以形成第9圖之實線所示之菲涅爾型液晶GRIN透鏡(第2模式所形成之菲涅爾型液晶GRIN透鏡)為目的之電壓條件進行說明。電壓控制部30，以對配置於對應菲涅爾透鏡端部之位置的電極所施加之電壓為最大值，而且，對配置於對應段差之位置的電極所施加之電壓為極大值的方式，控制對各電極施加之電壓。更具體而言，如以下所示。
第9圖之例時，複數第2電極104中之從左方數起第1個第2電極104，係對應於菲涅爾型液晶GRIN透鏡之其中一方端部來配置，從左方數起第13個第2電極104，係對應於另一方端部來配置。而且，複數第2電極104中 之從左方數起第7個第2電極104，係對應於菲涅爾型液晶GRIN透鏡之中心來配置。亦即，複數第2電極104中之從左方數起第4個第2電極104，及第10個第2電極104，係分別對應於菲涅爾之段差來配置。
第9圖之例時，對從左方數起第1個第2電極104供應之電位以V1來表示，對第2個第2電極104供應之電位以V3來表示，對第3個第2電極104供應之電位以V5來表示，對第4個第2電極104供應之電位以V7來表示，對第5個第2電極104供應之電位以V9來表示，對第6個第2電極104供應之電位以V11來表示，對第7個第2電極104供應之電位以V13來表示，對第8個第2電極104供應之電位以V15來表示，對第9個第2電極104供應之電位以V17來表示，對第10個第2電極104供應之電位以V19來表示，對第11個第2電極104供應之電位以V21來表示，對第12個第2電極104供應之電位以V23來表示，對第13個第2電極104供應之電位以V25來表示。而且，該例時，對相對電極106供應之電位設定成0V。
此外，複數第1電極103中之從左方數起第1個~第12個第1電極103，係以形成第9圖所示之菲涅爾型液晶GRIN透鏡來使用。第9圖之例時，對從左方數起第1個第1電極103施加之電位以V2來表示，對第2個第1電極103供應之電位以V4來表示，對第3個第1電極103供應之電位以V6來表示，對第4個第1電極103供應之 電位以V8來表示，對第5個第1電極103供應之電位以V10來表示，對第6個第1電極103供應之電位以V12來表示，對第7個第1電極103供應之電位以V14來表示，對第8個第1電極103供應之電位以V16來表示，對第9個第1電極103供應之電位以V18來表示，對第10個第1電極103供應之電位以V20來表示，對第11個第1電極103供應之電位以V22來表示，對第12個第1電極103供應之電位以V24來表示。
被供應電位Vi(i=1~25)之電極的正上方之液晶的平均折射率分佈為Ni的話，以比透鏡中心靠左側之透鏡的平均折射率分佈為N13>N12>N11>N10>N9>N8>N7<N6>N5>N4>N3>N2>N1之方式，控制對各電極施加之電壓，以比透鏡中心靠右側之透鏡的平均折射率分佈為N13>N14>N15>N16>N17>N18>N19<N20>N21>N22>N23>N24>N25之方式，控制對各電極施加之電壓。亦即，第9圖之例時，以形成比透鏡中心靠左側之透鏡為目的之電壓條件，為V13<V12<V11<V10<V9<V8<V7>V6<V5<V4<V3<V2<V1。以形成比透鏡中心靠右側之透鏡為目的之電壓條件，為V13<V14<V15<V16<V17<V18<V19>V20<V21<V22<V23<V24<V25(=V1)。
由以上，以對配置於對應透鏡端部之位置的電極施加之電壓V1、V25為最大值，另一方面，對配置於對應菲涅爾之段差位置的電極施加之電壓V7、V19為極大值之方式，控制對各電極施加之電壓，來形成第9圖之菲涅爾 型液晶GRIN透鏡。而且，可以將施加之電壓為最大值的電極間距離(此例時，係被供應電位V1之第2電極104、及被供應電位V25之第2電極104之間的距離Ipe_2)，視為第9圖之菲涅爾型液晶GRIN透鏡之透鏡間距。
其次，第9圖之例時，係針對以形成第1模式之單透鏡型液晶GRIN透鏡為目的之電壓條件進行說明。此時，電壓控制部30，係以對配置於對應透鏡端部之位置的電極施加之電壓為最大值，對配置於對應透鏡中心之位置的電極施加之電壓為最小值，對配置於愈靠近對應透鏡中心之位置之電極的電極施加之電壓愈小的方式，控制對各電極施加之電壓。更具體而言，如以下所示。而且，如前面所述，第9圖之例時，以第1模式形成之單透鏡型液晶GRIN透鏡的折射率分佈，與以第2模式形成之菲涅爾型液晶GRIN透鏡之中心透鏡的折射率分佈相同。
此時，複數第2電極104中之從左方數起第4個第2電極104，係對應於以第1模式形成之單透鏡型液晶GRIN透鏡(第2模式形成中心透鏡)的其中一方端部，從左方數起第10個第2電極104，係對應於另一方端部。而且，複數第2電極104中之從左方數起第7個第2電極104，係對應單透鏡之中心。對第1電極103及第2電極104供應之電位的表記，與第2模式時相同。
平均折射率分佈Ni，以如式1所示之拋物線狀的方式，從透鏡中心朝透鏡端部變小為佳。所以，以比透鏡中心靠左側之透鏡的平均折射率分佈，為N13>N12>N11> N10>N9>N8>N7，比透鏡中心靠右側之透鏡的平均折射率分佈，為N13>N14>N15>N16>N17>N18>N19為佳。亦即，以形成左側之透鏡為目的的電壓條件，為V13<V12<V11<V10<V9<V8<V7。而且，以形成右側之透鏡為目的的電壓條件，為V13<V14<V15<V16<V17<V18<V19。由以上，以對配置於對應透鏡端部之位置的電極施加之電壓V7、V19為最大值，另一方面，對配置於愈靠近對應透鏡中心之位置之電極的電極施加之電壓愈小，對配置於對應透鏡中心之位置的電極施加之電壓V13為最小值之方式，控制對各電極施加之電壓，來形成單透鏡型液晶GRIN透鏡。而且，可以將施加之電壓為最大值的電極間之距離(此例時，係被供應電位V7之第2電極104、及被供應電位V19之第2電極104之間的距離Ipc_2)，視為單透鏡型液晶GRIN透鏡之透鏡間距。
此例時，以第1模式所形成之單透鏡型液晶GRIN透鏡的折射率分佈，因為與以第2模式所形成之菲涅爾型液晶GRIN透鏡之中心透鏡的折射率分佈相同，不但可使焦點距離一致，對對應以第2模式所形成之中心透鏡而配置之電極所供應之電位，在第1模式及第2模式沒有變化。亦即，具有對對應以第2模式所形成之中心透鏡而配置之電極所供應之電位容易控制的優點。
以上，係針對以第2模式所形成之菲涅爾型液晶GRIN透鏡的段差數為1時進行說明，然而，並未受限於此，以第2模式所形成之菲涅爾型液晶GRIN透鏡的段差 數，可以任意變更。以下，如第14圖所示，針對以第2模式所形成之菲涅爾型液晶GRIN透鏡的段差數為複數時，亦即，針對在第2模式形成多段菲涅爾型液晶GRIN透鏡時進行說明。在第14圖之例，電壓控制部30，第1模式時，以得到透鏡間距為Ipc_2之單透鏡作用之折射率分佈的方式，控制對光學元件10施加之電壓，第2模式時，以得到透鏡間距為Ipe_2(=Ipc_2×2)之複數段之菲涅爾透鏡作用之折射率分佈的方式，控制對光學元件10施加之電壓。
由前述式10，在不變化焦點距離之條件下，為了使透鏡間距成為2倍，必須在△n為一定之條件下，使液晶厚度成為4倍，或者，使相位滯後(△n×液晶厚度)成為4倍。具體而言，如第15圖所示，中心透鏡之最大相位滯後值，相較於假設以邊緣透鏡作為單透鏡時之最大相位滯後值，為1/4。使平均折射率成為Ne_3、使中心透鏡之液晶厚度成為tc_3的話，則中心透鏡之相位滯後值，可以下式13來表示。
Re＿center2=(Ne＿3-No)×tc＿3 (13)
使邊緣透鏡之透鏡間距成為m倍的話，邊緣透鏡之相位滯後值，可以下式14來表示。
Re＿edge2=(Ne＿3-No)×m2 ×tc＿3 (14)
例如，m=2的話，設置複數段差，也可以同一液晶厚度實現液晶之複折射性△n=(Ne_No)之恰好4倍的折射率差。藉此，也可擴大視域角。而且，第2模式形成之多段菲涅爾型液晶GRIN透鏡時，因為可將中心透鏡之最大相位滯後值、及段差部之最大相位滯後值之差抑制在基準值以上，也可以與第1電極103及第2電極104之延伸方向正交的方式來設定液晶之初始配向方向，而設定成具有與初始配向方向相同方向之偏光的光入射。
針對以形成第14圖所示之多段菲涅爾型液晶GRIN透鏡為目的之電壓條件進行說明。此時，電壓控制部30，也是以對配置在對應菲涅爾透鏡端部之位置的電極施加之電壓為最大值，而且，對配置在對應段差之位置的電極施加之電壓為極大值的方式，來控制對各電極施加之電壓。更具體而言，如以下所示。
第14圖之例時，複數第2電極104中之從左方數起第4個第2電極104，係對應多段菲涅爾型液晶GRIN透鏡之其中一方端部來配置，從左方數起第16個第2電極104，係對應另一方端部來配置。而且，複數之第2電極104中之從左方數起第10個第2電極104，係對應多段菲涅爾型液晶GRIN透鏡之中心來配置。並且，複數第2電極104中之從左方數起第6個、第7個、第8個、第9個、第11個、第12個、第13個、第14個第2電極104，分別對應菲涅爾之段差來配置。
第14圖之例時，對從左方數起第4個第2電極104供應之電位以V1來表示，對第5個第2電極104供應之電位以V3來表示，對第6個第2電極104供應之電位以V5來表示，對第7個第2電極104供應之電位以V7來表示，對第8個第2電極104供應之電位以V9來表示，對第9個第2電極104供應之電位以V11來表示，對第10個第2電極104供應之電位以V13來表示，對第11個第2電極104供應之電位以V15來表示，對第12個第2電極104供應之電位以V17來表示，對第13個第2電極104供應之電位以V19來表示，對第14個第2電極104供應之電位以V21來表示，對第15個第2電極104供應之電位以V23來表示，對第16個第2電極104供應之電位以V25來表示。而且，該例時，對相對電極106供應之電位設定成0V。
此外，複數第1電極103中之從左方數起第4個~第15個第1電極103，係以形成第14圖所示之多段菲涅爾型液晶GRIN透鏡來使用。第14圖之例時，對從左方數起第4個第1電極103施加之電位以V2來表示，對第5個第1電極103供應之電位以V4來表示，對第6個第1電極103供應之電位以V6來表示，對第7個第1電極103供應之電位以V8來表示，對第8個第1電極103供應之電位以V10來表示，對第9個第1電極103供應之電位以V12來表示，對第10個第1電極103供應之電位以V14來表示，對第11個第1電極103供應之電位以V16 來表示，對第12個第1電極103供應之電位以V18來表示，對第13個第1電極103供應之電位以V20來表示，對第14個第1電極103供應之電位以V22來表示，對第15個第1電極103供應之電位以V24來表示。
被供應電位Vi(i=1~25)之電極的正上方之液晶的平均折射率分佈為Ni的話，以比透鏡中心靠左側之透鏡的平均折射率分佈為N13>N12>N11<N10>N9<N8>N7<N6>N5<N4>N3>N2>N1的方式，來控制對各電極施加之電壓，以比透鏡中心靠右側之透鏡的平均折射率分佈為N13>N14>N15<N16>N17<N18>N19<N20>N21<N22>N23>N24>N25的方式，來控制對各電極施加之電壓。亦即，第14圖之例時，以形成比透鏡中心靠左側之透鏡為目的的電壓條件，為V13<V12<V11>V10<V9>V8<V7>V6<V5>V4<V3<V2<V1。而且，以形成比透鏡中心靠右側之透鏡為目的的電壓條件，為V13<V14<V15>V16<V17>V18<V19>V20<V21>V22<V23<V24<V25。由以上，以對配置在對應透鏡端部之位置的電極施加之電壓V1、V25為最大值，另一方面，對配置在對應菲涅爾之段差的位置之電極施加之電壓V5、V7、V9、N11、V15、V17、V19、V21為極大值之方式，控制對各電極施加之電壓，來形成第14圖之多段菲涅爾型液晶GRIN透鏡。而且，可以將施加之電壓為最大值之電極間的距離(本例時，係被供應電位V1之第2電極104、及被供應電位V25之第2電極104之間的距離Ipe_2)，視為第14圖之多段菲涅爾型液晶GRIN透 鏡的透鏡間距。
如以上說明所示，在本實施方式，電壓控制部30，第1模式時，以得到段差數0之菲涅爾透鏡(第1菲涅爾透鏡)作用的折射率分佈(第1折射率分佈)之方式，控制對光學元件10施加之電壓，第2模式時，以得到段差數比第1菲涅爾透鏡多之菲涅爾透鏡(第2菲涅爾透鏡)作用的折射率分佈(第2折射率分佈)之方式，控制對光學元件10施加之電壓。藉此，提供可以在抑制透鏡部厚度增大下，切換視差數及視域角之影像顯示裝置。
此處，本實施方式之影像顯示裝置100，可以對應用途而變化裸眼3D顯示器之各協調關係的(1)爆出縱深量、(2)3D解析度、(3)視聽者可正常辨識3D影像之視域角。例如，視差數較多而光線密度較高的話，即使爆出縱深量變大，也可觀測到影像分割良好之3D顯示。而且，透鏡間距內分配較多視差數而使3D解析度劣化的話，不變化光線密度，卻可使視域角變寬廣。而且，即使相同視差數，被分配於較廣之視域角的話，藉由光線密度較低，爆出縱深量較小，也可以有良好之裸眼3D顯示。視差數切換、視域角切換，藉由對應用途如上述來變化，可以實現對應數個規格的3D顯示，而擴大使用範圍。
例如，如第16圖及第17圖所示，第1模式時，以得到單透鏡作用之第1折射率分佈125的方式，控制對光學元件10施加之電壓，而且，以視差數為N視差(第16圖之例時，為N=4)、視域角為2θ、光線間隔為m弧度來 設定，另一方面，第2模式時，以得到透鏡間距為第1模式之單透鏡之2倍之多段菲涅爾透鏡作用的第2折射率分佈126之方式，控制對光學元件10施加之電壓，而且，以視差數為2N視差(第17圖之例時，為N=4)、視域角為4θ、光線間隔為m弧度來設定。在第16圖、第17圖之例，相鄰之透鏡時，係與視差方向為相同方向之射出角度。切換成第2模式時，相較於第1模式，光線密度可以為一定、視域角可以為2倍、解析度可以為0.5倍。
此外，例如，如第18圖及第19圖所示，第1模式時，以得到單透鏡作用之第1折射率分佈125的方式，控制對光學元件10施加之電壓，而且，以視差數為2N+1視差(第18圖之例時，為N=4)、視域角為2θ、光線間隔為m弧度來設定，另一方面，第2模式時，以得到透鏡間距為第1模式之單透鏡的2倍之多段菲涅爾透鏡作用之第2折射率分佈126的方式，控制對光學元件10施加之電壓，而且，以視差數為2N+1視差(第19圖之例時，為N=4)、視域角為4θ、光線間隔為m/2弧度來設定。在第18圖、第19圖之例，相鄰之透鏡，係內插視差方向之射出角度。切換成第2模式時，相較於第1模式，光線密度可以為0.5倍、視域角可以為2倍，解析度可以為1倍。
(變形例)
以上，針對本發明之實施方式進行說明，然而，本實施方式，係只是一個實例，並非用以限制本發明之範圍。 該等新實施方式，可以各種形態來實施，只要未背離發明之要旨範圍，可以進行各種省略、置換、變更。該等實施方式及其變形，也包含於發明之範圍及要旨，而且，也包含於申請專利範圍所記載之發明及其均等之範圍。以下，針對變形例進行說明。以下之變形例，可以任意組合。
(1)變形例1
在上述之實施方式，第1模式時，係形成段差數0之菲涅爾型液晶GRIN透鏡，然而，並未受限於此，例如，也可以形成段差數為1以上之菲涅爾型液晶GRIN透鏡。換言之，第1模式時，以得到第1菲涅爾透鏡作用之折射率分佈的方式，控制對光學元件10施加之電壓，第2模式時，以得到段差數多於第1菲涅爾透鏡之第2菲涅爾透鏡作用之折射率分佈的方式，控制對光學元件10施加之電壓。
(2)變形例2
第14圖之例時，液晶之初始配向方向係設定成正交於第1電極103及第2電極104之延伸方向(第14圖之例時，為X方向)，藉由設定成具有與初始配向方向相同方向之偏光之光入射，也可省略數個用以形成第2模式之多段菲涅爾型液晶GRIN透鏡的電極。第14圖之例時，液晶之初始配向方向及偏光方向為Y方向。第14圖之例時，藉由形成於第1基板101側之電極(第1電極103、 第2電極104)的電位分佈，不但發生相對電極106側之縱向(第14圖之例時，為Z方向)之電場，也發生與透鏡間距方向相同方向之橫向(第14圖之例時，為Y方向)之電場。並且，因為液晶之配向方向，係與橫電場作用方向相同之方向，故可以縱電場及橫電場之均衡來控制液晶之傾斜。如第14圖所示，為了使段差部之液晶傾斜產生陡峭變化，於段差之左右需要有電極，然而，在如中心透鏡及邊緣透鏡之折射率分佈平滑區域，即使除去其中間之電極，也可保持折射率分佈。第14圖之例時，可以除去複數第2電極104中之從左方數起第3個第2電極104、被供應電位V3之第2電極104、被供應電位V23之第2電極104，也可以除去複數第1電極103中之從左方數起第3個第1電極103、被供應電位V2之第1電極103、被供應電位V12之第1電極103、被供應電位V14之第1電極103、被供應電位V24之第1電極103(參照第20圖)。是以，藉由除去數個電極，具有可以減少驅動電壓之種類，驅動裝置(例如，電壓控制部30、電壓供應部40)之構成更為簡化的優點。
(3)變形例3
在第21圖之例，電壓控制部30，第1模式時，以得到透鏡間距為Lp_1、段差數0之菲涅爾透鏡作用的折射率分佈135之方式，控制對光學元件10施加之電壓，第2模式時，以得到透鏡間距為Lp_2(>Lp_1)、段差數1之 菲涅爾透鏡作用的折射率分佈136之方式，控制對光學元件10施加之電壓。更具體而言，電壓控制部30，第1模式時，以形成周期性配列著透鏡間距為Lp_1之單透鏡型液晶GRIN透鏡的透鏡陣列之方式，控制對光學元件10施加之電壓，第2模式時，以形周期性配列著透鏡間距為Lp_2之段差數1之菲涅爾型液晶GRIN透鏡的透鏡陣列之方式，控制對光學元件10施加之電壓。透鏡間距Lp_1及透鏡間距Lp_2之間的關係，可以下式15來表示。式15中，n係1以上之整數，m係大於n之整數。
Lp＿1×m=Lp＿2×n (15)
此處，如第21圖所示，滿足上述式15之最小單位之液晶透鏡陣列的間距為Lp_1_2。第21圖之例時，Lp_1_2=Lp_1×4=Lp_2×3。以下，著眼於滿足上述式15之最小單位的液晶透鏡陣列，具體地進行說明。
如第22圖所示，第1模式時，形成有周期性配列著4個單透鏡型液晶GRIN透鏡之透鏡陣列。以下，第22圖中，將從左方數起第1個單透鏡稱為第1單透鏡，將第2個單透鏡稱為第2單透鏡，將第3個單透鏡稱為第3單透鏡，將第4個單透鏡稱為第4單透鏡。第22圖之例時，複數(13個)第2電極104中之從左方數起第1個~第4個第2電極104、及複數(6個)第1電極103之從左方數起第1個第1電極103，係使用於第1單透鏡之形成。 第1個第2電極104，係對應第1單透鏡之其中一方端部來配置，第4個第2電極104，係對應另一方端部來配置。
同樣地，複數第2電極104中之從左方數起第4個~第7個第2電極104、及複數第1電極103中之從左方數起第2個、第3個第1電極103，係使用於第2單透鏡之形成。第4個第2電極104，係對應第2單透鏡之其中一方端部來配置，第7個第2電極104，係對應第2單透鏡之另一方端部來配置。而且，複數第2電極104中之從左方數起第7個~第10個第2電極104、及複數第1電極103之從左方數起第4個、第5個第1電極103，係使用於第3單透鏡之形成。第7個第2電極104，係對應第3單透鏡之其中一方端部來配置，第10個第2電極104，係對應第3單透鏡之另一方端部來配置。亦即，複數第2電極104中之從左方數起第10個~第13個第2電極104、及複數第1電極103之從左方數起第6個第1電極103，係使用於第4單透鏡之形成。第10個第2電極104，係對應第4單透鏡之其中一方端部來配置，第13個第2電極104，係對應第4單透鏡之另一方端部來配置。
該例時，第1個第1電極103，係配置於第1個第2電極104及第3個第2電極104之間的位置。第2個第1電極103，係配置於第4個第2電極104及第5個第2電極104之間的位置。第3個第1電極103，係配置於第5個第2電極104及第6個第2電極104之間的位置。第4 個第1電極103，係配置於第8個第2電極104及第9個第2電極104之間的位置。第5個第1電極103，係配置於第9個第2電極104及第10個第2電極104之間的位置。第6個第1電極103，係配置於第12個第2電極104及第13個第2電極104之間的位置。
電壓控制部30，係以形成有周期性配列著4個單透鏡型液晶GRIN透鏡的透鏡陣列之方式，控制對各電極施加之電壓。第22圖之例時，將對未圖示之相對電極106供應之電位設定成0V，分別對第1個第2電極104、第4個第2電極104、第7個第2電極104、第10個第2電極104、及第13個第2電極104供應之電位設定成最大值Va1。而且，分別對第2個第2電極104、第5個第2電極104、第8個第2電極104、及第11個第2電極104供應之電位設定成Va2(<Va1)，分別對第3個第2電極104、第6個第2電極104、第9個第2電極104、及第12個第2電極104供應之電位設定成Va3(<Va1)。亦即，對第1個第1電極103供應之電位設定成Va3，對第2個第1電極103供應之電位設定成Va4，對第3個第1電極103供應之電位設定成Va5，對第4個第1電極103供應之電位設定成Va6，對第5個第1電極103供應之電位設定成Va7，對第6個第1電極103供應之電位設定成Va8。
另一方面，如第23圖所示，第2模式時，形成有周期性配置3個段差數1之菲涅爾型液晶GRIN透鏡的透鏡 陣列。以下，第23圖中，將從左方數起第1個菲涅爾透鏡稱為第1之1段菲涅爾透鏡，將第2個菲涅爾透鏡稱為第2之1段菲涅爾透鏡，將第3個菲涅爾透鏡稱為第3之1段菲涅爾透鏡。第23圖之例時，複數(13個)第2電極104之從左方數起第1個~第5個第2電極104、及複數(6個)第1電極103之從左方數起第1個、第2個第1電極103，係使用於第1之1段菲涅爾透鏡的形成。第1個第2電極104，係對應第1之1段菲涅爾透鏡之其中一方端部來配置，第5個第2電極104，係對應另一方端部來配置。
同樣的，複數第2電極104中之從左方數起第5個~第9個第2電極104、及複數第1電極103中之從左方數起第3個、第4個第1電極103，係使用於第2之1段菲涅爾透鏡的形成。第5個第2電極104，係對應第2之1段菲涅爾透鏡的其中一方端部來配置，第9個第2電極104，係對應第2之1段菲涅爾透鏡的另一方端部來配置。而且，複數第2電極104中之從左方數起第9個~第13個第2電極104、及複數第1電極103之從左方數起第5個、第6個第1電極103，係使用於第3之1段菲涅爾透鏡的形成。第9個第2電極104，係對應第3之1段菲涅爾透鏡的其中一方端部來配置，第13個第2電極104，係對應第3之1段菲涅爾透鏡的另一方端部來配置。
電壓控制部30，係以形成周期性配列4個段差數1之菲涅爾型液晶GRIN透鏡的透鏡陣列之方式，控制對各電 極施加之電壓。第23圖之例中，將對未圖示之相對電極106供應之電位設定成0V，分別對第1個第2電極104、第5個第2電極104、第9個第2電極104、及第13個第2電極104供應之電位設定成最大值Vc1。而且，分別對第2個第2電極104、第6個第2電極104、及第10個第2電極104供應之電位設定成Vc2，分別對第3個第2電極104、第7個第2電極104、及第11個第2電極104供應之電位設定成Vc3，分別對第4個第2電極104、第8個第2電極104、及第12個第2電極104供應之電位設定成Vc4。亦即，將對6個第1電極103供應之電位分別設定成Vc5。
第1模式方面，係對應於從透鏡內之左端的相對位置關係，來設定電壓種類。例如，第22圖中，著眼於從左方數起第1個、第2個第1電極103的話，兩者雖然皆配置於被供應電位Va1之第2電極104、及被供應電位Va2之第2電極104之間，然而，被供應之電位值互相不同(Va3、Va4)。其理由，係以第2模式形成有菲涅爾之段差，然而，如第21圖(第23圖)所示，從左方數起第1個第1電極103，在段差部，透鏡端部位於左側，從左方數起第2個第1電極103，在段差部，透鏡端部位於右側。所以，有時，第1個第1電極103及第2個第1電極103，分別與分別被供應電位Va1之第2電極104及被供應電位Va2之第2電極104的距離不同，可以提高集光特性。換言之，第21圖(第23圖)中，有時，第1個及第2個 第2電極104，分別與分別從第1個第1電極103之距離、第4個及第5個第2電極104至第2個第1電極103之距離不同，可以提高集光特性。透鏡內之相對位置關係不同而較佳時，將分別對第1個第2電極104及第2個第2電極104之供應的電位設定成不同值。而且，第2模式方面，設有以形成段差部為目的之必要最低限數的電極。
因為在以上之例，最小單位之液晶透鏡陣列的電極數，第1電極103為6個，第2電極104為13個，配置於左端之電極(第21圖之例中，為第1個第2電極104)，分別對應以第1模式及第2模式所形成之透鏡陣列的其中一方端部，配置於右端之電極(第21圖之例中，為第13個第2電極104)，分別對應以第1模式及第2模式所形成之透鏡陣列的另一方端部，組合複數最小單位之液晶透鏡的陣列時，在相鄰之位置，重複上述電位分佈。
此處，分別於第1模式及第2模式所形成之透鏡的折射率分佈為左右對稱時，以在透鏡內配置於左右對稱之位置的電極電位設定成相同值，可以減少供應電位之種類。第22圖之例時，可以將分別對第2個、第3個、第5個、第6個、第8個、第9個、第11個、第12個第2電極104供應之電位設定成相同值(例如，Va2)。而且，可以將分別對第1個第1電極103及第6個第1電極103供應之電位設定成相同值(例如，Va)，也可以將分別對第2個第1電極103及第5個第1電極103供應之電位設定成相同值(例如，Va4)，並可以將分別對第3個第1電 極103及第4個第1電極103供應之電位設定成相同值(例如，Va5)。亦即，可以如第24圖所示之方式來設定對各電極供應之電位。
此外，第23圖之例時，可以將分別對第2個、第4個、第6個、第8個、第10個、第12個第2電極104供應之電位設定成相同值(例如，Vc2)。亦即，可以如第25圖之方式來設定對各電極供應之電位。
在第22圖及第23圖之例，第1模式及第2模式時，分別對第2電極104供應之電位的組合，有(Va1、Vc1)、(Va2、Vc2)、(Va3、Vc3)、(Va1、Vc4)、(Va2、Vc1)、(Va3、Vc2)、(Va1、Vc3)、(Va2、Vc4)、(Va3、Vc1)、(Va1、Vc2)、(Va2、Vc3)、(Va3、Vc4)之12種類。另一方面，第1模式及第2模式時，分別對第1電極103供應之電位的組合，有(Va3、Vc5)、(Va4、Vc5)、(Va5、Vc5)、(Va6、Vc5)、(Va7、Vc5)、(Va8、Vc5)之6種類，第1模式及第2模式時，分別對各電極供應之電位的組合，合計為18種類。
相對於此，在第24圖及第25圖之例，第1模式及第2模式時，分別對第2電極104供應之電位的組合，有(Va1、Vc1)、(Va2、Vc2)、(Va2、Vc3)、(Va1、Vc2)、(Va2、Vc1)、(Va1、Vc3)之6種類。另一方面，第1模式及第2模式時，分別對第1電極103供應之電位的組合，有(Va3、Vc4)、(Va4、Vc4)、(Va5、 Vc4)之3種類，第1模式及第2模式時，分別對電極供應之電位的組合，合計為9種類。所以，相較於第22圖及第23圖之例，對各電極供應之電位的種類減半。因為藉由減少對各電極供應之電位的種類，可以縮小生成電壓之電路的面積(電路規模)，故可降低成本。
第26圖，係由第21圖之Z方向觀察光學元件10時之示意平面圖。此處，光學元件10中未與顯示部20之畫素相對的周邊區域，設有連結於各電極之電位供應配線(電源配線)。第26圖之例時，將上側之周邊區域稱為第2周邊區域T2，而將下側之周邊區域稱為第1周邊區域T1。該例時，於Y方向延伸且連結於第2電極104之第2電源配線129，設於第2周邊區域T2，於Y方向延伸且連結於第1電極103之第1電源配線130，設於第1周邊區域T1。第26圖之例時，於第2周邊區域T2，並列設有6條第2電源配線129，於第1周邊區域T1，並列設有3條第1電源配線130。
第26圖之例時，於從上數起第1個第2電源配線129，分別連結著複數第2電極104中之第1個第2電極104及第13個第2電極104。於從上數起第2個第2電源配線129，分別連結著複數第2電極104中之第2個、第6個、第8個、第12個第2電極104。於從上數起第3個第2電源配線129，分別連結著複數第2電極104中之第3個第2電極104及第11個第2電極104。於從上數起第4個第2電源配線129，分別連結著複數第2電極104中之第 4個第2電極104及第10個第2電極104。於從上數起第5個第2電源配線129，分別連結著複數第2電極104中之第5個第2電極104及第9個第2電極104。於從上數起第6個第2電源配線129，連結著複數第2電極104中之第7個第2電極104。
此外，第26圖之例時，於從下數起第1個第1電源配線130，分別連結著複數第1電極103中之第3個第1電極103及第4個第1電極103。於從下數起第2個第1電源配線130，分別連結著複數第1電極103中之第2個第1電極103及第5個第1電極103。於從下數起第3個第1電源配線130，分別連結著複數第1電極103中之第1個第1電極103及第6個第1電極103。
如第26圖之例所示，藉由將複數電極連結於電源配線(第2電源配線129、第1電源配線130)，相較於以1對1對應複數電極之方式來設置複數電源配線時，可以減少必要電源配線之條數。藉此，可以縮減電源配線與各電極重疊之區域，而以互相間隔來降低短路(短路)發生機率，並謀求良率的提升。
其次，針對以第1模式所形成之單透鏡型液晶GRIN透鏡的透鏡間距Lp_1、與以第2模式所形成之菲涅爾型液晶GRIN透鏡的透鏡間距Lp_2之關係進行說明。透鏡間距Lp_1及透鏡間距Lp_2之最小公倍數，相當於最小單位之液晶透鏡陣列的間距Lp_1_2(兩端間之距離)。亦即，透鏡間距Lp_1及透鏡間距Lp_2之最小公倍數，係滿 足第1模式及第2模式之電壓組合的最小單位。並且，最小公倍數愈小的話，電壓組合愈少。
例如，將公約數較多之48個的電極，設置於以實現第1模式及第2模式為目的之必要透鏡間距Lp_1_2之中。48之公約數，為1、2、3、4、6、8、12、18、24，然而，該等之組合為式15之m及n之組合的候補。
48之約數彼此的組合，最小公倍數為48，在m及n互為質數下，第1模式之1個單透鏡型液晶GRIN透鏡的形成必要電極數(可以視為透鏡間距Lp_1)、及第2模式之1個菲涅爾型液晶GRIN透鏡的形成必要電極數(可以視為透鏡間距Lp_2)的候補，如以下所示。
24電極(=Lp_1)×2(=m)、48電極(=Lp_2)×1(=n)
16電極(=Lp_1)×3(=m)、48電極(=Lp_2)×1(=n)
12電極(=Lp_1)×4(=m)、48電極(=Lp_2)×1(=n)
8電極(=Lp_1)×6(=m)、48電極(=Lp_2)×1(=n)
16電極(=Lp_1)×3(=m)、24電極(=Lp_2)×2(=n)
12電極(=Lp_1)×4(=m)、16電極(=Lp_2)×3(=n)
如上面可以得知，滿足第1模式及第2模式之電壓組 合的最小單位時，需要48個電極。另一方面，48之約數中之整數且互質的組合，如以下所示。
12電極(=Lp_1)×4(=m)、24電極(=Lp_2)×2(=n)
8電極(=Lp_1)×6(=m)、16電極(=Lp_2)×3(=m)
上述，最小公倍數為24。所以，切換透鏡間距之電壓組合的最小單位為24個電極，不同於最小單位為48個電極時。
為了以相同焦點距離形成複數種類之良好折射率分佈透鏡，必須以確保必要之電極數且減少電位種類之方式，來決定電極之總數及位置。而且，未受限於上述內容，式15之各參數(Lp_1、m、Lp_2、n)，在可以相同焦點距離形成複數種類之良好折射率分佈透鏡的範圍內，可以任意變更。
(4)變形例4
例如，也可以為只於第1基板101及第2基板102之其一方基板形成電極之構成。該構成時，可以利用橫向電場之作用，來控制液晶導向器之傾斜。換言之，只要於互相相對之第1基板101及第2基板102中之至少其中一方，設置使用於對液晶施加電壓之電極即可。只是，如第2圖所示，以於第1基板101之液晶層107側面，形成複數第1電極103，由第2圖之Z方向觀察光學元件10時， 使1個第2電極104位於相鄰第1電極103之間的方式，而為於覆蓋各第1電極103之電介質層DL的上面形成複數第2電極104之構成的話，以形成菲涅爾之段差部為目的之2種類的相鄰電源電極可以設定於任意位置。
(5)變形例5
上述之實施方式時，液晶層107之折射率，在施加之電壓值愈大時，朝愈低值變化，然而，並未受限於此，例如，液晶層107之折射率，也可以在施加之電壓值愈大時，朝愈高值變化。此時，電壓控制部30，第1模式時，以對配置在對應第1菲涅爾透鏡之端部的位置之電極施加的電壓為最小值之方式，控制對各電極施加之電壓，第2模式時，以對配置在對應第2菲涅爾透鏡之端部的位置之電極施加的電壓為最小值，而且，以對配置於對應段差之位置的電極施加之電壓為極小值的方式，控制對各電極施加之電壓。
10‧‧‧光學元件
20‧‧‧顯示部
30‧‧‧電壓控制部
40‧‧‧電壓供應部
50‧‧‧顯示控制部
100‧‧‧影像顯示裝置
101‧‧‧第1基板
102‧‧‧第2基板
103‧‧‧第1電極
104‧‧‧第2電極
106‧‧‧相對電極
107‧‧‧液晶層
110‧‧‧畫素
129‧‧‧第2電源配線
130‧‧‧第1電源配線
第1圖係實施方式之影像顯示裝置的構成例圖。
第2圖係實施方式之光學元件的剖面圖。
第3圖係實施方式之液晶GRIN透鏡之良好折射率分佈的說明圖。
第4圖係實施方式之液晶分子之向上角度的說明圖。
第5圖係實施方式之液晶導向器之傾斜控制方法的說明圖。
第6圖係實施方式之菲涅爾透鏡的示意圖。
第7圖係實施方式之菲涅爾透鏡之段差部的示意圖。
第8圖係實施方式之單透鏡的示意圖。
第9圖係實施方式之菲涅爾透鏡的示意圖。
第10圖係實施方式之中心透鏡及邊緣透鏡之相位滯後值圖。
第11圖係實施方式之透鏡中心部的示意圖。
第12圖係實施方式之透鏡中心部的示意圖。
第13圖係實施方式之液晶導向器之傾斜的示意圖。
第14圖係實施方式之多段菲涅爾透鏡的示意圖。
第15圖係實施方式之中心透鏡及邊緣透鏡之相位滯後值圖。
第16圖係實施方式之第1模式之視差數、視差角的示意圖。
第17圖係實施方式之第2模式之視差數、視差角的示意圖。
第18圖係實施方式之第1模式之視差數、視差角的示意圖。
第19圖係實施方式之第2模式之視差數、視差角的示意圖。
第20圖係變形例之電極配置圖。
第21圖係變形例之光學元件的示意圖。
第22圖係變形例之第1模式所形成之單透鏡的示意圖。
第23圖係變形例之第2模式所形成之菲涅爾透鏡的示意圖。
第24圖係變形例之第1模式之各電極的電位圖。
第25圖係變形例之第2模式之各電極的電位圖。
第26圖係變形例之各電極及電源配線的連結關係圖。
101‧‧‧第1基板
102‧‧‧第2基板
103‧‧‧第1電極
104‧‧‧第2電極
106‧‧‧相對電極
107‧‧‧液晶層

Claims (8)

  1. 一種影像顯示裝置，具備：光學元件，其折射率分佈係對應施加之電壓而變化；電壓控制部，第1模式時，以得到作為第1菲涅爾透鏡之作用之第1折射率分佈的方式，控制對前述光學元件施加之電壓，與前述第1模式不同之第2模式時，以得到作為段差數多於前述第1菲涅爾透鏡之第2菲涅爾透鏡之作用之第2折射率分佈的方式，控制對前述光學元件施加之電壓；以及顯示部，設於前述光學元件之背面，用以顯示影像。
  2. 如申請專利範圍第1項記載之影像顯示裝置，其中前述光學元件，含有：互相相對之第1基板及第2基板；液晶層，配置於前述第1基板及前述第2基板之間；以及複數之電極，設於前述第1基板及前述第2基板中之至少其中一方，用以對前述液晶層施加電壓，前述電壓控制部，在前述第1模式，以得到前述第1折射率分佈方式，控制對各前述電極施加之電壓，在前述第2模式，以得到前述第2折射率分佈方式，控制對各前述電極施加之電壓。
  3. 如申請專利範圍第2項記載之影像顯示裝置，其中前述第1菲涅爾透鏡之段差數為0，前述液晶層之折射率在施加之電壓值愈大時，朝愈低 之值變化，前述電壓控制部，在前述第1模式，以對配置在對應前述第1菲涅爾透鏡端部之位置的前述電極施加之電壓為最大值的方式，控制對各前述電極施加之電壓，在前述第2模式，以對配置在對應前述第2菲涅爾透鏡端部之位置的前述電極施加之電壓為最大值，而且，對配置在對應段差之位置的前述電極施加之電壓為極大值的方式，控制對各前述電極施加之電壓。
  4. 如申請專利範圍第2項記載之影像顯示裝置，其中前述第1菲涅爾透鏡之段差數為0，前述液晶層之折射率在施加之電壓值愈大時，朝愈高之值變化，前述電壓控制部，在前述第1模式，以對配置在對應前述第1菲涅爾透鏡端部之位置的前述電極施加之電壓為最小值的方式，控制對各前述電極施加之電壓，在前述第2模式，以對配置在對應前述第2菲涅爾透鏡端部之位置的前述電極施加之電壓為最小值，而且，對配置在對應段差之位置的前述電極施加之電壓為極小值的方式，控制對各前述電極施加之電壓。
  5. 如申請專利範圍第2項記載之影像顯示裝置，其中前述第1菲涅爾透鏡之段差數為0，配置各前述電極，使得配置在對應前述第1菲涅爾透鏡端部之位置的前述電極，與配置在對應前述第2菲涅爾透鏡當中半徑最小之同心圓所分割之透鏡面的中心透鏡端 部之位置的前述電極成為一致，前述電壓控制部，以使前述第1菲涅爾透鏡之折射率分佈、及前述第2菲涅爾透鏡之前述中心透鏡的折射率分佈成為一致的方式，控制對各前述電極施加之電壓。
  6. 如申請專利範圍第2項記載之影像顯示裝置，其中前述第2菲涅爾透鏡之段差數為1時，前述液晶層之初始配向方向係設定成平行於各前述電極之延伸方向，並設定成具有與前述初始配向方向相同方向之偏光的光入射。
  7. 如申請專利範圍第1項記載之影像顯示裝置，其中前述第2菲涅爾透鏡之透鏡間距，大於前述第1菲涅爾透鏡之透鏡間距。
  8. 如申請專利範圍第1項記載之影像顯示裝置，其中前述電壓控制部，前述第1模式時，以形成周期地配列著前述第1菲涅爾透鏡之第1透鏡陣列的方式，控制對前述光學元件施加之電壓，前述第2模式時，以形成周期地配列著前述第2菲涅爾透鏡之第2透鏡陣列的方式，控制對前述光學元件施加之電壓，前述第1菲涅爾透鏡之透鏡間距及前述第2菲涅爾透鏡之透鏡間距之間，以下式(1)Lp_1×m=Lp_2×n 式(1)所表示之關係成立，其中，Lp_1係第1菲涅爾透鏡之透鏡間距，Lp_2係第2菲涅爾透鏡之透鏡間距，n係1以上之整數，m係大於n之整數。
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