TWI495924B - An optical device, an image display device, a driving device, and a driving method - Google Patents

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TWI495924B
TWI495924B TW101104056A TW101104056A TWI495924B TW I495924 B TWI495924 B TW I495924B TW 101104056 A TW101104056 A TW 101104056A TW 101104056 A TW101104056 A TW 101104056A TW I495924 B TWI495924 B TW I495924B
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Description

光學裝置、影像顯示裝置、驅動裝置及驅動方法
本發明之實施型態，係關於光學裝置、影像顯示裝置、驅動裝置及驅動方法。
視聽者不使用特殊眼鏡而能夠以裸眼的方式觀察立體影像的立體影像顯示裝置係屬已知。這樣的立體影像顯示裝置，顯示視點不同的複數影像，藉由光學元件控制這些光線。被控制的光線，被導引到視聽者的雙眼，視聽者的觀察位置若是適切的話，視聽者可以認識到立體影像。作為光線元件，使用視差屏障(parallax barrier)或柱狀透鏡者係屬已知。
但是，作為光學元件，在使用視差屏障(parallax barrier)或柱狀透鏡的方式，會有立體影像的解像度降低，或是平面(2D)影像的顯示品質降低的情形。為了保持平面影像的顯示品質，作為切換2D顯示與3D顯示的光學元件，使用液晶光學元件或複折射元件之技術係屬已知，但由3D顯示往2D顯示之切換速度還是多有問題。作為提高此切換速度之技術，於被形成於上側基板的電極與被形成於下側基板的電極成為對向的方式配置之多電極構造，在由3D顯示切換為2D顯示時，設定中間電壓狀態之技術係屬已知。在此技術，由3D顯示往2D顯示切換時，以可得到透鏡被週期排列的透鏡陣列而發揮作用的折 射率分布的方式從被施加至各電極的電壓被控制之第1電壓狀態，設定為對在第1電壓狀態形成的透鏡的端部所對應的電極施加的電壓V1，與0V之電壓對各電極交互施加的中間電壓狀態。接著，其後以得到折射率為一定的折射率分布的方式設定為第2電壓狀態，其係被施加至各電極的電壓被控制。
〔先前技術文獻〕 〔非專利文獻〕
〔非專利文獻1〕SID11Digestpp.17-20,2011
然而，在前述從前技術，於第1電壓狀態被施加於各電極的電壓之中，被施加在對應於透鏡端部的第1電極的電壓為最大，所以在透鏡端部容易產生配向紊亂。接著，於中間電壓狀態被施加於第1電極的電壓，於第1電壓狀態被設定為與被施加至第1電極的電壓相同之值(V1)，所以會有要由對應於第1電壓狀態的折射率分布切換往對應於第2電壓狀態的折射率分部時之切換速度很難充分提高的問題。
本發明所欲解決之課題，在於提供可以提高在切換光學元件的折射率分布時的切換速度之光學裝置、影像顯示裝置、驅動裝置及驅動方法。
本實施型態之光學裝置，具備光學元件與電壓控制部。光學元件，具有因應於被施加的電壓而改變折射率分布的折射率調變層，與可以對折射率調變層施加電壓的複數電極。電壓控制部，被施加於電極的電壓的狀態為第1電壓狀態的場合，以折射率調變層的折射率具有梯度的第1折射率分布是以至少在前述光學元件的一部分被週期性排列的方式來控制被施加至各電極的電壓。此外，電壓控制部，在第2電壓狀態的場合，以可得第2折射率分布的方式控制被施加至各電極的電壓。進而，電壓控制部，在被設定於由第1電壓狀態切換到第2電壓狀態時的中間電壓狀態的場合，把被施加於第1電極的電壓，控制為比第1電壓更小的第2電壓，該第1電極在第1電壓狀態被施加最大之第1電壓。此外，本實施型態之影像顯示裝置，具備前述光學裝置與顯示部。顯示部，設於光學元件的背面，顯示影像。
本實施型態之驅動裝置，係驅動光學元件的裝置，具備電壓控制部。光學元件，具有因應於被施加的電壓而改變折射率分布的折射率調變層，與可以對折射率調變層施加電壓的複數電極。電壓控制部，被施加於電極的電壓的狀態為第1電壓狀態的場合，以折射率調變層的折射率具有梯度的第1折射率分布是以至少在前述光學元件的一部分被週期性排列的方式來控制被施加至各電極的電壓。此外，電壓控制部，在第2電壓狀態的場合，以可得第2折 射率分布的方式控制被施加至各電極的電壓。進而，電壓控制部，在被設定於由第1電壓狀態切換到第2電壓狀態時的中間電壓狀態的場合，把被施加於第1電極的電壓，控制為比第1電壓更小的第2電壓，該第1電極在第1電壓狀態被施加最大之第1電壓。
實施型態之驅動方法，係驅動光學元件的方法。光學元件，具有因應於被施加的電壓而改變折射率分布的折射率調變層，與可以對折射率調變層施加電壓的複數電極。驅動方法，係被施加於電極的電壓的狀態為第1電壓狀態的場合，折射率調變層的折射率具有梯度的第1折射率分布是以至少在前述光學元件的一部分被週期性排列的方式來控制被施加至各電極的電壓，在第2電壓狀態的場合，以可得第2折射率分布的方式控制被施加至各電極的電壓，在被設定於由第1電壓狀態切換到第2電壓狀態時的中間電壓狀態的場合，把被施加於第1電極的電壓，控制為比第1電壓更小的第2電壓，該第1電極在第1電壓狀態被施加最大之第1電壓。
以下，參照附圖，同時詳細說明相關於本發明之光學裝置、影像顯示裝置、驅動裝置及驅動方法之實施型態。又，在以下之各實施型態，賦予同一符號的要素為具有同樣機能者，適當省略重複的說明。
〔第1實施形態〕
圖1係顯示本實施型態之影像顯示裝置100的構成例之方塊圖。影像顯示裝置100，為可以顯示立體影像(3次元影像)的裝置。此外，影像顯示裝置100，也可以顯示平面影像(2次元影像)，可以切換3次元影像的顯示與2次元影像的顯示。
如圖1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、與顯示控制部40。視聽者P，藉由透過光學元件10觀察顯示部20，而可以認識被顯示於顯示部20的立體影像等。此處，以圖1的虛線包圍的部分(光學元件10及電壓控制部30)，對應於本發明的光學裝置。此外，電壓控制部30，對應於本發明之驅動裝置。
光學元件10，因應於被施加的電壓而改變折射率分布。由顯示部20往光學元件10入射的光線，朝向因應於光學元件10的折射率分布的方向而射出。在本實施型態，光學元件10，係針對液晶GRIN(傾斜折射率)透鏡陣列的場合進行例示，但並不以此為限。針對本實施型態之光學元件10的詳細構成稍後敘述，本實施型態之光學元件10，至少具有因應於被施加的電壓而改變折射率分布的液晶層，與可以對液晶層施加電壓的複數電極。
顯示部20，設於光學元件10的背面，係顯示影像的裝置。例如，顯示部20顯示使用於立體影像的顯示之視差影像。顯示部20，例如亦可以使RGB各色之次畫素， 為以RGB為1畫素而配置為矩陣狀之公知的構成。在顯示控制部40的控制下，於顯示部20之各畫素，被分配由顯示控制部40供給的視差影像。各畫素之射出光，朝向因應於對應於該畫素而形成的液晶GRIN透鏡的折射率分布的方向射出。顯示部20的次畫素的排列，亦可為其他公知的排列。此外，次畫素不限於RGB三色。例如亦可為四色。
電壓控制部30，控制被施加於光學元件10具備的電極之電壓。在本實施型態，電壓控制部30，接受顯示被施加於光學元件10具備的電極的電壓狀態之模式的指定輸入，進行接受的輸入所顯示的模式之設定。改變觀點來看，所謂模式，亦可認為是顯示影像顯示的種類，或者光學元件10的折射率分布的種類。電壓控制部30，以被設定於接受的輸入所示的模式的方式，可變地控制施加於光學元件10具備的電極之電壓。此外，電壓控制部30，把可以特定初接受的輸入所示的模式之模式資訊送往顯示控制部40。此處，作為模式之一例，有第1模式與第2模式。如後所述，以第1模式形成的透鏡(液晶GRIN透鏡)的延伸方向與以第2模式形成的透鏡的延伸方向相互正交，藉由切換第1模式與第2模式，可以進行縱橫切換顯示。又，不限於此，模式的種類或數目可以任意設定。此外，模式的設定方法為任意，例如因應於3次元影像的觀察者的人數而自動切換的構成亦可。此外，於各實施型態，僅提及對於光學元件10之全面統括控制模式之例，但以隨 光學元件10的區域不同而成為不同模式的方式控制電壓的型態亦可。例如，第1模式亦可以是在光學元件10的特定區域形成透鏡，在其他區域不形成透鏡的模式。
顯示控制部40，以顯示影像(例如視差影像)的方式控制顯示部20。在本實施型態，顯示控制部40，參照由電壓控制部30傳送過來的模式資訊，取得在以該模式資訊所特定的模式下所應該顯示的影像(例如視差影像)，以顯示該取得的影像的方式控制顯示部20。
圖2係顯示影像顯示裝置100之具體構成例之分解立體圖。在圖2之例，省略電壓控制部30，顯示控制部40的圖示。又，於圖2之例，以兩端有箭頭的線段所視的部分，顯示在第1模式或第2模式形成的構成透鏡陣列的各透鏡之間距(透鏡間距)。於圖2之例，以粗線包圍的部分惟部分3D顯示區域之一單位。
如圖2所示，光學元件10，具有：第1基板101、與第1基板101對向的第2基板102、及被挾持於第1基板101與第2基板102之間的液晶層107。第1基板101與第2基板102，由透明材質所構成，為平坦的形狀。亦即，第1基板101與第2基板102可以透過光線。
第1基板101之液晶層107側之面以介電質層108覆蓋，介電質層108的上面，被形成沿著圖2的Y方向延伸的複數第1電極103、及沿著Y方向延伸的複數第2電極104。在圖2之例，第1電極103與第2電極104，沿著與Y方向正交的X方向交互排列。此外，在圖2之例，於第 1基板101之液晶層107側之面，被形成沿著Y方向延伸的複數第4電極114、及沿著Y方向延伸的複數第5電極115。第4電極114及第5電極115，在由第1基板101的法線方向來觀察的場合，在相鄰的第1電極103與第2電極104之間，以分別具有一個的方式被配置著。以下具體地進行說明。
於第1基板101之液晶層107側之面，被形成沿著圖2的X方向延伸的複數第2電極拉出線105。各第2電極拉出線105，於圖2之Y方向上隔著特定的間隔被配置。第2電極拉出線105，以介電質層108覆蓋，於介電質層108的上面，被形成僅有特定長度延伸於Y方向的複數第2電極104。在圖2之例，複數之第2電極104，被分為第2數目之群而設置，分別之群，包含沿著X方向排列的複數第2電極104。第2電極104之群與第2電極拉出線105係1對1對應，於各第2電極拉出線105，透過貫通介電質層108的接觸孔(圖2之虛線部分)，屬於對應於該第2電極拉出線105的群之複數第2電極104之各個的端部被連接。總之，被連接於1條第2電極拉出線105的複數第2電極104屬於同一群。亦即，屬於同一群的複數第2電極104被導電連接。相反的，屬於不同群的第2電極104彼此未被導電連接。
此外，於介電質層108的上面，被形成延伸於Y方向的複數第1電極103，各第1電極103，於X方向上隔著特定的間隔而被配置。在圖2之例，複數之第1電極103 ，被分為第1數目之群而設置，分別之群，包含沿著X方向排列的複數第1電極103。在圖2之例，於介電質層108的上面，每個第1電極103之群，被形成僅有特定長度延伸於X方向的第1電極拉出線111。接著，屬於各群之複數第1電極103之各個的端部，被連接於對應於該群的第1電極拉出線111。藉此，屬於同一群的複數第1電極103被導電連接。相反的，屬於不同群的第1電極103彼此未被導電連接。此外，第1電極103與第2電極104，藉由介電質層108而相互絕緣。
此外，在圖2之例，於第1基板101之液晶層107側之面，被形成沿著X方向延伸的複數第4電極116、及沿著X方向延伸的複數第5電極117。在圖2之例，在鄰接於Y方向的第2電極拉出線105之間，第4電極拉出線116及第5電極拉出線117分別被配置1條，第4電極拉出線116與第5電極拉出線117，於Y方向隔著特定間隔配置。
於各第4電極拉出線116，被連接沿著Y方向延伸的複數第4電極114。此外，於各第5電極拉出線117，被連接沿著Y方向延伸的複數第5電極115。被形成於第1基板101之液晶層107側之面的第4電極114、第5電極115、第4電極拉出線116、及第5電極拉出線117之各個，以介電質層108覆蓋。
如前所述，在圖2之例，由第1基板101的法線方向來觀察的場合，第4電極114及第5電極115，以在第1 電極103與第2電極104之間分別具有一個的方式被配置著。在此，被配置於第1電極103與第2電極104之間的電極數目不限於2個，例如亦可為1個，亦可為3個以上。又，在以下的說明，於不區別第1電極103、第2電極104、第4電極114及第5電極115之各個的場合，亦稱之為「下側電極」。
被挾持於第1基板101與第2基板102之間的液晶層107，具備供分散液晶分子之用的分散媒。在本實施型態，作為液晶分子之一例，使用呈現單軸性複折射之物質。
於第2基板102之液晶層107側之面，被形成沿著X方向延伸的複數第3電極106。各第3電極106，沿著Y方向配置為並排，例如由第2基板102之一端延伸至另一端。在本實施型態，被形成於第2基板102的電極(第3電極106)的延伸方向，與被形成於第1基板101的電極(第1電極103、第2電極104、第4電極114、第5電極115)之延伸方向不同，二者為正交。在圖2之例，第3電極106的數目，為對應於第2電極104之群數之第2數目的數目。此處，對應於第2電極104之1個群的第3電極106之數目為7，但是不以此為限。簡言之，於各第2電極104之群，設置對應於該群的特定數目之第3電極106。又，在以下之說明，亦將第3電極106稱為「上側電極」。
在圖2之例，鄰接的2條第1電極103，與位於該2條第1電極103之間的第2電極104，2條第4電極114， 以及2條第5電極115，與位於該第2電極104的上方之複數第3電極106構成一個組，在3個第1電極103所框取的區域與複數第3電極106重疊的區域成為3D部分顯示的一個單位的區域127。在圖2之例，有4個(上下2分割，左右2分割)之進行3D部分顯示的1個單位的區域。
此外，在圖2之例，光學元件10，具備：第1位址電極電壓供給部131、第2位址電極電壓供給部132、第3位址電極電壓供給部133、行電極電壓供給部134、與對向電極電壓供給部135。第1位址電極電壓供給部131、第2位址電極電壓供給部132、第3位址電極電壓供給部133、行電極電壓供給部134、及對向電極電壓供給部135，藉由電壓控制部30而個別地控制。
第1位址電極電壓供給部131，於各第2電極拉出線105(改變觀點的話係於各第2電極104之群)被個別地配置。各第1位址電極電壓供給部131，與對應於該第1位址電極電壓供給部131的第2電極拉出線105導電連接。電壓控制部30的控制之下，第1位址電極電壓供給部131，藉由對被連接於自身的第2電極拉出線105供給特定的電壓，被連接於該第2電極拉出線105的複數第2電極104之各個的電壓被設定為相同值。
第2位址電極電壓供給部132，於各第4電極拉出線116被個別地配置。各第2位址電極電壓供給部132，與對應於該第2位址電極電壓供給部132的第4電極拉出線 116導電連接。電壓控制部30的控制之下，第2位址電極電壓供給部132，藉由對被連接於自身的第4電極拉出線116供給特定的電壓，被連接於該第4電極拉出線116的複數第4電極114之各個的電壓被設定為相同值。
第3位址電極電壓供給部133，於各第5電極拉出線117被個別地配置。各第3位址電極電壓供給部133，與對應於該第3位址電極電壓供給部133的第5電極拉出線117導電連接。電壓控制部30的控制之下，第3位址電極電壓供給部133，藉由對被連接於自身的第5電極拉出線117供給特定的電壓，被連接於該第5電極拉出線117的複數第5電極115之各個的電壓被設定為相同值。
行電極電壓供給部134，於各第1電極拉出線111(改變觀點的話係於各第1電極103之群)被個別地配置。各行電極電壓供給部134，與對應於該行電極電壓供給部134的第1電極拉出線111導電連接。電壓控制部30的控制之下，行電極電壓供給部111，藉由對被連接於自身的第1電極拉出線111供給特定的電壓，被連接於該第1電極拉出線111的複數第1電極103之各個的電壓被設定為相同值。
對向電極電壓供給部135，個別地被配置於供形成在第2模式形成的透鏡陣列之中的一個透鏡(液晶GRIN透鏡)之用的7個第3電極106之各個。針對被施加於第3電極106的電壓之控制稍後敘述。現在，於圖3，著眼於供形成一個透鏡所使用的7個第3電極106而進行說明。 在圖3之例，由上數來第1個第3電極106，及第7個第3電極106之各個是對應於透鏡的端部而配置的電極，由上數來第4個第3電極106是對應於透鏡的中心而配置的電極。
在圖3之例，由上數來第1個第3電極106與第7個第3電極106，透過貫孔401，被連接於第1條第3電極拉出線136。此外，由上數來第2個第3電極106與第6個第3電極106，透過貫孔401，被連接於第2條第3電極拉出線137。此外，由上數來第3個第3電極106與第5個第3電極106，透過貫孔401，被連接於第3條第3電極拉出線138。此外，由上數來第4個第3電極106，透過貫孔401，被連接於第4條第3電極拉出線139。對第1條第3電極拉出線136、第2條第3電極拉出線137、第3條第3電極拉出線138、及第4條第3電極拉出線139之各個供給的電壓值，藉由電壓控制部30個別地控制。
再度回到圖2繼續說明。於第1基板101的下側(第1基板101之中與液晶層107側相反之側)被設置偏光板109，偏光板109的下側(偏光板109之中與第1基板101側相反之側)被配置顯示部20。又，於圖2，記載於偏光板109的箭頭顯示偏光方向。此外，顯示部20亦可為包含偏光板109的構成。又，在圖2所示之例，第1電極103的群數之第1數為2，第2電極104的群數之第2數為2，但這只是一個例子而已，可以隨著顯示畫面的大小、部分顯示的區域的大小而適當變更。
圖4係由正上方來看光學元件10的場合之平面圖。電壓控制部30，在設定為第1模式的場合，以作為圖4之Y-Y’方向上有稜線方向延伸的透鏡而作用的折射率分布沿著圖4之X-X’方向上週期性排列的方式，把施加於上側電極(第3電極106)的電壓控制為共同的基準電壓(在此例為0V)，同時個別控制被施加於下側電極(第1電極103、第2電極104、第4電極114、第5電極115)的電壓。總之，第1模式的場合，可以視為下側電極作為電源面發揮功能，另一方面上側電極作為接地面發揮功能。另一方面，在設定為第2模式的場合，電壓控制部30，以作為圖4之X-X’方向上有稜線方向延伸的透鏡而作用的折射率分布沿著圖4之Y-Y’方向上週期性排列的方式，把施加於下側電極的電壓控制為共同的基準電壓(在此例為0V)，同時個別控制被施加於上側電極的電壓。總之，第2模式的場合，可以視為上側電極作為電源面發揮功能，另一方面下側電極作為接地面發揮功能。
現在，舉第1模式的場合為例，說明供以液晶GRIN透鏡聚光之用的良好的折射率分布。圖5係顯示在圖4之X-X’線之光學元件10的剖面的一部分之圖。於圖5，透鏡間距方向的座標為X，液晶分子的長軸方向的折射率為Ne，液晶分子的短軸方向的折射率為No(<Ne)，液晶的折射率之複折射性為(Ne-No)，假設由座標-lpo/2起至座標+lpo/2之區間第1透鏡陣列中的一個透鏡被形成(被形成透鏡間距為lpo的透鏡)的場合。圖5之虛線顯 示折射率分布。以此場合之透鏡使其聚光之用的良好的折射率分布，可以藉由以下之式1來表示。
此外，藉由對前述式1的兩邊乘以液晶的厚度t減去No×t之式2，可以表示延遲(retardation)分布。液晶的傾斜分布於厚度方向上並不是一定的，在比較液晶GRIN透鏡的性能的場合，不採折射率分布，而是以延遲分布來表現，會更能顯示出實際情形。
如圖6所示，液晶分子的立起角度以θ tilt來表示。在此例，θ tilt以液晶分子的長軸方向對第1基板101的法線的角度來表示。單軸性液晶的場合，因應於液晶分子的立起角度θ tilt，液晶分子之對與配向方向相同當向的偏光的折射率變得不同。液晶導向(director)(液晶分子的長軸的平均方向)的傾斜(θ tilt)，與折射率的關係可以藉由以下式3來表示。
現在，如圖7所示，假設偏光方向及液晶導向的配向方向之各個為同方向的場合。使電壓發生在上側電極與下側電極之間時，液晶導向的傾斜會因應該電壓而改變。更具體的內容如下。
在圖7之例，如(a)所示，液晶分子充分立起的電壓值Vmax被施加於上側電極與下側電極之間的場合，成為θ tilt=0度。亦即，如同由式3所理解的，此場合之折射率成為N(0)=No(短軸方向之折射率)。此外，如圖7之(c)所示，低於使液晶分子立起之閾值電壓Vth的電壓(≧0V)被施加於上側電極與下側電極之間的場合，成為θ tilt=90度。亦即，如同由式(3)所理解的，此場合之折射率成為N(90)=Ne(長軸方向之折射率)。進而，如圖7之(b)所示，Vth與Vmax之間的電壓被施加於上側電極與下側電極之間的場合，θ tilt成為由0度到90度之間的角度θ ，折射率N(θ )也成為由No到Ne之間之值。
由以上所述，藉由以被施加於配置在對應於液晶GRIN透鏡的端部的位置之電極的電壓成為最大，越接近被配置於對應透鏡中心的位置的電極之電極被施加的電壓變得越小的方式，控制被施加於各電極的電壓，可得到接近於以式1所表示的折射率分布之折射率分布。
在圖5之例，相鄰的2個第1電極103之中的一方，被配置於對應在第1模式形成的第1透鏡陣列之中的一個透鏡(液晶GRIN透鏡)的一方端部的位置，相鄰的2個 第1電極103之中的另一方，被配置於對應該透鏡之另一方的端部的位置。此外，被配置於相鄰的2個第1電極103之間的第2電極104，對應於該透鏡的中心而被配置。設定為第1模式的場合，電壓控制部30，以被施加於第1電極103的電壓成為最大值，另一方面越接近於第2電極104的電極被施加的電壓越小，被施加於第2電極104的電壓成為最小值的方式，控制被施加於各電極的電壓。藉此，可得圖5的虛線部分所示的折射率分布(被形成液晶GRIN透鏡)。
圖8係顯示圖5之例之下側電極的位置(X方向之位置)，與於第1模式被施加的電壓之對應關係(亦可視為電壓圖案)。此處，被施加到作為接地面而發揮功能的上側電極之電壓被控制為0V，被施加到對應於透鏡的端部的第1電極103的電壓被控制為6V。此外，被施加於對應透鏡的中心之第2電極104的電壓被控制為0V。此外，被施加的電壓成為最大值的電極間的距離(在此例為相鄰的第1電極103間的距離)，可以視為在第1模式形成的第1透鏡陣列之中的一個透鏡之透鏡間距。
設定為第1模式的場合，電壓控制部30，以形成圖5所示的透鏡(稜線方向延伸於Y方向的透鏡)沿著X方向週期性排列的第1透鏡陣列的方式，控制被施加於各電極的電壓，所以顯示X方向之下側電極的位置，與於第1模式被施加的電壓之對應關係的電壓圖案，成為圖9那樣。設定為第1模式的場合，也可以視為電壓控制部30，把 被施加於複數之各個上側電極的電壓控制為相同值(基準電壓)，另一方面，使被施加於複數之各個下側電極的電壓週期性變化。
針對第2模式的場合也可以抱持同樣看法。圖10係顯示在圖4之Y-Y’線之光學元件10的剖面的一部分之圖。於圖10，構成在第2模式被形成的第2透鏡陣列之各透鏡的透鏡間距方向的座標為Y，假設由座標-lpo/2起至座標+lpo/2之區間第2透鏡陣列中的一個透鏡被形成的場合。圖10之虛線顯示折射率分布。又，為了說明上的方便，在圖9之例省略下側電極的圖示。在圖10之例，由左數來第1個第3電極106，是對應於透鏡的一方端部而配置的，由左數來第7個第3電極106是對應於透鏡的另一方端部而配置的。此外，在圖10之例，由左數來第4個第3電極106，對應於透鏡的中心而被配置。設定為第2模式的場合，電壓控制部30，以被施加於配置在對應透鏡的端部的位置之第3電極106(圖10之第1個第3電極106、第7個第3電極)的電壓成為最大值，另一方面越接近被配置在對應於透鏡中心的位置的第3電極106(圖10之第4個第3電極106)的電極被施加的電壓變得越小，而被施加於配置在對應於透鏡的中心的位置之第3電極106的電壓成為最小值的方式，控制被施加於各電極的電壓。藉此，可得圖10的虛線部分所示的折射率分布。
圖11係顯示圖10之例之上側電極的位置(Y方向之位置)，與於第2模式被施加的電壓之對應關係(電壓圖 案)。此處，被施加到作為接地面而發揮功能的下側電極之電壓被控制為0V，被施加到對應於透鏡的端部的第3電極106的電壓被控制為6V。此外，被施加於對應透鏡的中心之第3電極106的電壓被控制為0V。又，被施加的電壓成為最大值的電極間的距離(在圖10之例，為第1個第3電極106與第7個第3電極之間的距離)，可以視為在第2模式形成的第2透鏡陣列之中的一個透鏡之透鏡間距。
設定為第2模式的場合，電壓控制部30，以形成圖10所示的透鏡(稜線方向延伸於X方向的透鏡)沿著Y方向週期性排列的第2透鏡陣列的方式，控制被施加於各電極的電壓，所以顯示Y方向之上側電極的位置，與於第2模式被施加的電壓之對應關係的電壓圖案，成為圖12那樣。設定為第2模式的場合，也可以視為電壓控制部30，把被施加於複數之各個下側電極的電壓控制為相同值，另一方面，使被施加於複數之各個上側電極的電壓週期性變化。
在本實施型態，藉由切換第1模式與第2模式，可以進行縱橫切換顯示。現在，假設由第1模式切換為第2模式的場合。如前所述，於第1模式，於對應在第1模式形成的液晶GRIN透鏡之端部而配置的第1電極103，被施加至各電極的電壓之中，被施加最大值之第1電壓V1，所以如圖13所示，由被施加第1電壓V1的第1電極103，產生與其他電極相比更強的縱電場(作用於Z方向的電 場)。亦即，於此強的縱電場作用的第1電極103的附近(典型者為正上方)容易產生液晶配向(液晶分子的排列)紊亂。一旦產生液晶配向的紊亂，在切換為第2模式時，也容易有保持配向紊亂的傾向，所以要完全切換至對應於第2模式的折射率分布(應該在第2模式得到的折射率分布)為止時間變得更長。亦即，引起切換速度變慢的問題。
為此，在本實施型態，由第1模式切換為第2模式的場合，電壓控制部30，以使被施加於光學元件10的電壓的狀態，由第1模式設定為中間電壓狀態之後，再設定為第2模式。設定為中間電壓狀態的場合，電壓控制部30，以使被施加於第1電極103的電壓，控制為比第1電壓V1更小的第2電壓V1’。如圖14所示，藉由降低被施加於第1電極103的電壓，減弱由第1電極103產生的縱電場，把與第1模式不同配向的作用(衝擊；shock)，提供給第1電極103附近的液晶。藉此，第1模式之電場的圖案崩壞，第1電極103附近的液晶配向變得容易安定化。總之，可以使第1電極103附近的液晶配向的紊亂進行重設(Reset)(解消)。又，第2電壓V1’之值可以任意設定。簡言之，第2電壓V1’只要被設定為可以重設在第1模式產生的液晶配向的紊亂之值即可。
圖15係著眼於圖5的剖面，模式顯示由第1模式切換為第2模式的場合之光學元件10的狀態變化之圖。首先，接受第1模式的指定輸入的場合，如圖15(a)所示 ，電壓控制部30，藉由以對應於在第1模式形成的透鏡端部之第1電極103的第1電壓V1成為最大值，另一方面越接近於對應透鏡中心的第2電極104的電極被施加的電壓越小，被施加於第2電極104的電壓成為最小值的方式，控制被施加於各電極的電壓而設定為第1模式。此處，被施加到作為接地面而發揮功能的上側電極之電壓被控制為0V，同時被施加到第1電極103的第1電壓V1為6V，被施加到第2電極104的電壓被控制為0V。此外，在此場合，電壓控制部30，把可以特定出第1模式之模式資訊送往顯示控制部40。接受該模式資訊的顯示控制部40，以顯示應該在第1模式顯示的視差影像的方式來控制顯示部20。
接著，在被設定為第1模式的狀態下接受第2模式的指定輸入的場合，如圖15(b)所示，電壓控制部30，藉由把施加於第1電極103的電壓，控制為比第1電壓V1更小的第2電壓V1’而設定為中間電壓狀態。電壓控制部30，把施加於第1電極103的電壓，由第1電壓V1，降低至緩和液晶的配向紊亂的電壓，亦即降低至使液晶的配向變成安定狀態的電壓(在此例為4V以下)，使得往第2模式之切換變得容易進行。此處，被施加到作為接地面而發揮功能的上側電極之電壓被控制為0V，同時被施加到第1電極103的第2電壓V1’被控制為4V。此外，在此場合，電壓控制部30，把可以特定出中間電壓狀態之模式資訊送往顯示控制部40。接受該模式資訊的顯示控制部 40，以顯示應該在中間電壓狀態顯示的影像的方式來控制顯示部20。應該在中間電壓狀態顯示的影像可以任意設定，例如在中間電壓狀態可以為顯示「黑」的影像之構成。
設定為中間電壓狀態之後，電壓控制部30，以形成圖10之透鏡的方式，藉由控制被施加於各電極的電壓而設定為第2模式。此處，如圖15(c)所示，被施加到作為接地面而發揮功能的下側電極(第1電極103、第2電極104、第4電極114、第5電極115)之電壓被控制為0V，同時被施加到上側電極的電壓如圖11所示地被控制。在此場合，電壓控制部30，把可以特定出第2模式之模式資訊送往顯示控制部40。接受該模式資訊的顯示控制部40，以顯示應該在第2模式顯示的視差影像的方式來控制顯示部20。
如以上所說明的，在本實施型態，於由第1模式往第2模式切換時設定的中間電壓狀態，電壓控制部30，以於第1模式被施加至各電極的電壓之中，被施加於成為最大值的第1電壓V1被施加之第1電極103的電壓，控制為比第1電壓V1更小的第2電壓V1’，所以減弱由第1電極103產生的縱電場，把成為與第1模式不同配向之作用(衝擊)，對第1電極103附近的液晶提供。藉此，第1模式之電場的圖案崩壞，第1電極103附近的液晶配向變得容易安定化。亦即，在本實施型態，藉由在第1模式產生的液晶配向的紊亂被重置(reset)之後，設定為第2模式，可以提高由對應於第1模式的折射率分布切換往對應 於第2模式的折射率分布時之切換速度。在以上之例，實施型態之「第1模式」對應於請求項之「第1電壓狀態」，實施型態之「第2模式」對應於請求項之「第2電壓狀態」。
又，於以上，舉由第1模式切換為第2模式的場合為例進行說明，在由第2模式切換為第1模式的場合也同樣，電壓控制部30，把施加於光學元件10的電壓的狀態，由第2模式設定為中間電壓狀態(為了與前述之中間電壓狀態區別開來，稱為第2中間電壓狀態)之後，設定為第1模式。設定第2中間電壓狀態的場合，電壓控制部30，把被施加至於第2模式施加於各電極的電壓之中，成為最大值的電壓被施加之第3電極106(對應於在第2模式形成的透鏡的端部而配置的第3電極106)的電壓，控制為比在第2模式施加的最大值的電壓更小之電壓。在此場合，實施型態之「第2模式」對應於請求項之「第1電壓狀態」，實施型態之「第1模式」對應於請求項之「第2電壓狀態」。
以下，說明本發明之第1實施型態之變形例。以下之變形例也可以任意組合。
〔第1實施形態之變形例1〕
在前述之第1實施型態，係針對使用被施加比供液晶分子立起之用的閾值電壓Vth還要高的電壓的場合液晶分子會立起(θ tilt=0度)的正型液晶之例來說明，但不限 於此，例如也可以使用在被施加高於閾值電壓Vth的電壓的場合液晶分子會倒下(θ tilt=90度)的負型液晶。在此場合，對於對應於在第1模式或第2模式形成的透鏡的中心而配置的電極，變成被施加最高的電壓。在此場合，例如於由第1模式切換到第2模式時設定的中間電壓狀態，電壓控制部30，把對被配置在對應在第1模式形成的透鏡的中心的位置之第2電極104施加的電壓，控制為於第1模式施加於第2電極104的電壓更小之值。
〔第1實施形態之變形例2〕
在前述第1實施型態，針對作為因應於被施加的電壓而折射率分布改變的折射率調變層，使用液晶層107之例來說明，但不限於此，例如把複折射性的高分子等作為折射率調變層使用亦可。簡言之，折射率調變層，只要是因應於被施加的電壓而改變折射率分布者即可。
〔第1實施形態之變形例3〕
在前述第1實施型態，第1模式的場合，稜線方向延伸於圖4的Y-Y’方向之透鏡被形成為在圖4的X-X’方向上被週期性排列的第1透鏡陣列，但不限於此，第1模式的內容可以任意設定。例如，第1模式的場合，亦能夠以如圖16所示的稜鏡被週期性排列的方式(被形成稜鏡陣列的方式)，使被施加於各電極的電壓被控制之構成亦可。例如，可以因應於所要的光學特性，僅必要的部分作成 稜鏡陣列，減少配向紊亂的總面積。
在圖16之例，相鄰的2個第1電極103之中的一方，被配置於對應在第1模式形成的稜鏡陣列之中的一個稜鏡的一方端部的位置，相鄰的2個第1電極103之中的另一方，被配置於對應該稜鏡之另一方的端部的位置。此外，被配置於相鄰的2個第1電極103之間的第2電極104，對應於該稜鏡的中心而被配置。在圖16之例，被設定為第1模式的場合，如圖17所示，被施加於配置在對應於稜鏡的端部的位置之第1電極103的電壓成為最大值V11。在由第1模式切換為第2模式時被設定的中間電壓狀態，如圖18所示，電壓控制部30，使被施加於第1電極103的電壓，控制為比電壓V11更小的電壓V11’。藉此，可得與前述之第1實施型態相同的效果。
同樣地，第2模式的內容亦可任意設定。例如，第2模式的場合，亦能夠以如圖19所示的稜鏡被週期性排列的方式，使被施加於各電極的電壓被控制之構成亦可。此外，例如圖20所示的，第2模式的場合，亦可為以能夠得到折射率成為一定的形狀之折射率分布的方式，使被施加於各電極的電壓被控制之構成。在此場合，於光學元件10，對液晶之導向(director)方向垂直方向的偏光入射，在光學元件10光線不折射，所以可以直接看到位在光學元件10的背面之顯示部20的影像。亦即，此場合成為2D顯示。但是，此場合，在由第1模式切換為第2模式時被設定為中間電壓狀態，另一方面由第2模式切換為第 1模式時不被設定為中間電壓狀態。此場合之第2模式之折射率分布並非具有梯度者，總之，不是對特定的電極施加高電壓，液晶的配向紊亂不容易發生，所以由第2模式切換為第1模式時沒有設中間電壓狀態的需要。簡言之，液晶層107的折射率具有梯度的折射率分布至少從在光學元件10之一部分被排列為週期性的模式起，切換為其他模式(不管模式的種類)時被設定為中間電壓狀態，於該中間電壓狀態，只要折射率具有梯度的折射率分布於週期型排列的模式被施加至施加最大的第1電壓之第1電極的電壓，被控制為比第1電壓更小的第2電壓即可。又，前述梯度的種類為任意，如圖5或圖10之例所示，折射率呈曲線狀變化(增加或減少)亦可，或者如圖16或圖19之例所示，折射率直線變化(增加或減少)亦可。
〔第1實施形態之變形例4〕
電極構造可以任意變更。在以下，說明下側電極的構造之變形例，針對上側電極的構造也可以同樣變形。如圖5所示，在前述之第1實施型態，使用7個電極(1個第2電極104、2個第1電極103、2個第4電極114，及2個第5電極115)，形成在第1模式形成的第1透鏡陣列之中的一個透鏡，但不限於此，例如圖21所示，使用3個電極，形成在第1模式形成的第1透鏡陣列之中的一個透鏡亦可。在圖21之例，介電質層108、第4電極114、第5電極115未設置，第1電極103、及第2電極104直接 形成於第1基板101之中的液晶層107側的面上。根據圖21的構成，可以簡化電極構造，同時對各電極之電壓控制變得容易。進而，電極的圖案數很少，可以實現低成本化。
此外，例如圖22所示，也可以使用比7個更多的數目(在圖22之例為10個)電極，形成在第1模式形成的第1透鏡陣列之中的一個透鏡。在圖22之例，於第1基板101的液晶層107側之面，為了形成一個透鏡而使用的10個電極在不引起短路(short)的範圍內密接配置。根據圖22的構成，可以精細地控制電壓圖案(電場的分布狀態)，所以可提高形成的折射率分布之精度。
此外，例如圖23所示，供形成在第1模式形成的第1透鏡陣列之中的一個透鏡之用的複數電極，亦可為被配置在第1基板101的液晶層107側之面的間隔不均等的構成。例如，第1基板101的液晶層107側之面之中，被配置於對應在第1模式形成的透鏡之端部的位置附近的電極之間隔，可以比被配置於其他位置的電極的間隔更窄。亦即，針對容易產生液晶配向紊亂的部分，藉由以狹窄的間隔配置電極，可以更為細緻地控制電場的分布狀態，所以容易減輕配向紊亂。
〔第1實施形態之變形例5〕
例如，將下側電極與上側電極之中的任一方，於第1模式及第2模式雙方都作為接地面使其發揮機能的構成亦 可。總之，亦可為不進行縱橫切換顯示的構成。在此場合，第1模式及第2模式之各個的內容亦可任意設定。例如第1模式的場合，以形成透鏡為週期性排列的透鏡陣列的方式，控制被施加於各電極的電壓，第2模式的場合，以可得到折射率成為一定的形狀之折射率分布的方式，控制被施加於各電極的電壓之構成亦可。此外，例如第2模式的場合，以形成與在第1模式形成的透鏡之透鏡間距不同的透鏡間距之透鏡被週期性排列的透鏡陣列的方式，控制被施加於各電極的電壓之構成亦可。進而，例如第2模式的場合，以形成稜鏡被週期性排列的稜鏡陣列的方式，控制被施加於各電極的電壓之構成亦可。針對第1模式也是同樣的。此外，在此場合，作為接地面發揮機能之一方的電極(稱為「對向電極」)，亦能夠以與作為電源面發揮機能的複數電極之各個相對向的1枚平板狀的電極來構成。
此外，於不進行縱橫切換顯示的構成，例如僅於第1基板101及第2基板102之中的一方配置電極的構成亦可。簡言之，相互對向的第1基板101及第2基板102之中的至少一方，設有供對液晶施加電壓之用的電極即可。
〔第2實施形態〕
其次，說明第2實施型態。在本實施型態，於中間電壓狀態，利用在之前的模式被施加最大電壓的電極，與鄰接於該電極的電極之間產生的橫電場，重置(reset)液晶 的配向紊亂。以下，舉中間電壓狀態之前一模式，為前述第1模式的場合來進行說明，但是中間電壓狀態之前一模式，為前述第2模式的場合也可以同樣思考。以下，以與第1實施型態之不同點為中心來進行說明。
如圖24所示，在本實施型態，於中間電壓狀態，電壓控制部30，把施加於第1電極103的電壓，控制為比第1電壓V1更小之第2電壓V1’，同時把施加於鄰接第1電極103的電極之電壓(稱為「第3電壓」)，控制為與第2電壓V1’不同的電壓V2’。在此例，鄰接於第1電極103的電極為第5電極115，此第5電極115，對應於請求項之「第2電極」。此外，在此例，第1電極103對應於請求項之「第1電極」。藉由在第1電極103與第5電極115之間產生電位差，而對第1電極103附近的液晶，除了因應於被施加在第1電極103的電壓V1’而產生的縱電場發揮作用，還加上因應於第1電極103與第5電極115之電位差而產生的橫電場(作用於X方向的電場)發揮作用。藉此，可以把成為與第1模式不同的配向之作用(衝擊)，對第1電極103附近的液晶提供，所以第1模式之電場圖案被破壞，第1電極103附近的液晶的配向狀態變得容易安定化。根據本實施型態，藉由除了縱電場還使橫電場產生作用，具有使第1模式之電場的圖案更進一步容易破壞的優點。由，於中間電壓狀態，被施加於第1電極103的第2電壓V1’與被施加於第5電極115的第3電壓V2’之關係，只要是可以重置於第1模式下第1電極103 附近產生的液晶配向紊亂的電壓設定即可，其關係可以任意設定。
圖25係模式顯示第1模式及中間電壓狀態之各個之光學元件10的狀態之圖。如圖25(a)所示，設定為第1模式的場合，電壓控制部30，以對應於在第1模式形成的透鏡端部之第1電極103的第1電壓V1成為最大值，另一方面越接近於對應透鏡中心的第2電極104的電極被施加的電壓越小，被施加於第2電極104的電壓成為最小值的方式，控制被施加於各電極的電壓。在此例，於第1模式被施加於第5電極115的電壓(稱為「第4電壓」)，被控制為比第1電壓V1更小之的電壓V2。
此外，如圖25(b)所示，設定為中間電壓狀態的場合，電壓控制部30，把施加於第1電極103的第2電壓V1控制為比第1電壓V1更小之值，同時把施加於第5電極115的第3電壓V2’控制為比第2電壓V1’更小之值。於中間電壓狀態，藉由在第1電極103與第5電極115之間產生電位差，不僅縱電場還可以使橫電場作用於第1電極103附近的液晶。藉此，可以增加對第1電極103附近的液晶提供的衝擊(與第1模式不同方向的衝擊)。結果，液晶的配向狀態更進一步容易安定化。
以下，記載第2實施型態之變形例。以下之變形例也可以任意組合。
〔第2實施形態之變形例1〕
例如，於中間電壓狀態，以被施加於第1電極103的第2電壓V1’，與被施加於第5電極115的第3電壓V2’之關係，成為V1’<V2’的方式來控制亦可。圖26係顯示於第1模式及中間電壓狀態之下，X方向之下側電極的位置，與被施加於下側電極的電壓之關係。如圖26(a)所示，設定為第1模式的場合，電壓控制部30，以對應於在第1模式形成的透鏡端部之第1電極103的第1電壓V1成為最大值，另一方面越接近於對應透鏡中心的第2電極104的電極被施加的電壓越小，被施加於第2電極104的電壓成為最小值的方式，控制被施加於各電極的電壓。在此例，於第1模式被施加於第5電極115的第4電壓V2，被控制為比第1電壓V1更小之值。
此外，如圖26(b)所示，設定為中間電壓狀態的場合，電壓控制部30，把施加於第1電極103的第2電壓V1控制為比第1電壓V1更小之值，同時把施加於第5電極115的第3電壓V2’控制為比第2電壓V1’更大之值。於中間電壓狀態，以被施加於第5電極115的第3電壓V2’比被施加於第1電極103的第2電壓V1’更大的方式被控制著，可以在互相鄰接的第1電極103與第5電極115之間產生電位差。藉此，由第5電極115朝向第1電極103的橫電場的作用增強，可以增加對第1電極103附近的液晶提供的衝擊(與第1模式不同方向的衝擊)。結果，液晶的配向狀態容易安定化。
〔第2實施形態之變形例2〕
於中間電壓狀態，被施加於第1電極103的第2電壓V1’，與被施加於第5電極115的第3電壓V2’之關係，以可得在第1電極103附近的電場最有變化的電壓設定為較佳。例如，考慮到液晶的回應時間時，液晶的立起時間toff ，可以藉由以下之式4來表示。於以下之式4，γ 為液晶的旋轉黏性率，d為液晶的厚度，K為液晶的彈性常數。
於中間電壓狀態，對各電極施加電壓的時間(電壓施加時間)，在前述立起時間toff 內的場合，會產生液晶的配向改變的過渡期的狀態。亦即，於中間電壓狀態，即使以被施加於第1電極103的第2電壓V1’與被施加於第5電極115的第3電壓V2’被控制為相同值的場合，也可以藉由以使電壓施加時間成為前述立起時間toff 內的方式來控制，而暫時性地在第1電極103與第5電極115之間產生電位差。藉此，對於第1電極103附近的液晶，可以暫時使橫電場作用。
〔第2實施形態之變形例3〕
例如於第1模式，被施加於第1電極103的第1電壓V1，與被施加於第5電極115的第4電壓V2之差分的絕對值，比第4電壓V2更小的場合，電壓控制部30，於中 間電壓狀態，可以把施加於第5電極115的第3電壓V2’控制為比第4電壓V2更小之值。此場合之電壓條件，可以藉由以下之式5來表示。
〔數學式5〕|V1-V2|<V2………(5)
此場合，於第1模式，於第5電極115的附近(典型為正上方)，也應該有很強的縱電場作用，所以於中間電壓狀態，可以使被施加於第5電極115的電壓，比第1模式的場合更為降低，而使第5電極115附近的液晶之配向狀態安定化。
圖27係顯示於第1模式及中間電壓狀態之下，X方向之下側電極的位置，與被施加於下側電極的電壓之對應關係。如圖27(a)所示，設定為第1模式的場合，電壓控制部30，以對應於在第1模式形成的透鏡端部之第1電極103的第1電壓V1成為最大值，另一方面越接近於對應透鏡中心的第2電極104的電極被施加的電壓越小，被施加於第2電極104的電壓成為最小值的方式，控制被施加於各電極的電壓。在此例，於第1模式被施加於第5電極115的第4電壓V2，被設定為比第1電壓V1更小之值。接著，第1電壓V1與第4電壓V2之差分的絕對值| V1-V2 |，比第4電壓V2還要小。亦即，滿足以上述式5所表示的電壓條件。
如圖27(b)所示，設定為中間電壓狀態的場合，電壓控制部30，把施加於第1電極103的電壓，控制為比第 1電壓V1更小之第2電壓V1’，同時把施加於第5電極115的第3電壓V2’控制為比第4電壓V2更小，且比第2電壓V1’更大之值。
由以上，於中間電壓狀態藉由使被施加於第5電極115的第3電壓V2’，比在第1模式被施加於第5電極115的第4電壓V2更為降低，可以使第5電極115附近的液晶的配向狀態安定化。此外，與前述第2實施型態同樣，於中間電壓狀態，藉由在第1電極103與第5電極115之間設電位差，對於在第1模式容易產生配向紊亂的第1電極103附近的液晶，亦可在縱電場之外也使橫電場作用，所以第1電極103附近的液晶配向狀態變得容易安定化。以上之例，係為了破壞第1模式之電場，而於中間電壓狀態，增強由第5電極115朝向第1電極103的橫電場的作用為較佳的場合之例，但是例如，要破壞第1模式之電場圖案，在提高由第1電極103往第5電極115之橫電場的作用是有效的場合，也可以把第3電壓V2’控制為比第4電壓V2更小，且比第2電壓V1’更小之值。
〔第2實施形態之變形例4〕
例如於第1模式，被施加於第1電極103的第1電壓V1，與被施加於第5電極115的第4電壓V2之差分的絕對值，比第4電壓V2更大的場合，電壓控制部30，於中間電壓狀態，可以把施加於第5電極115的第3電壓V2’控制為比第4電壓V2更大之值。此場合之電壓條件，可 以藉由以下之式6來表示。
〔數學式6〕|V1-V2|>V2………(6)
圖28係顯示於第1模式及中間電壓狀態之下，X方向之下側電極的位置，與被施加於下側電極的電壓之關係。如圖28(a)所示，設定為第1模式的場合，電壓控制部30，以對應於在第1模式形成的透鏡端部之第1電極103的第1電壓V1成為最大值，另一方面越接近於對應透鏡中心的第2電極104的電極被施加的電壓越小，被施加於第2電極104的電壓成為最小值的方式，控制被施加於各電極的電壓。在此例，於第1模式被施加於第5電極115的第4電壓V2，被控制為比第1電壓V1更小之值。接著，第1電壓V1與第4電壓V2之差分的絕對值| V1-V2 |，比第4電壓V2還要大。亦即，滿足以上述式6所表示的電壓條件。
如圖28(b)所示，設定為中間電壓狀態的場合，電壓控制部30，把施加於第1電極103的電壓，控制為比第1電壓V1更小之第2電壓V1’，同時把施加於第5電極115的第3電壓V2’控制為比第4電壓V2更大，且比第2電壓V1’更大之值。
在以上之例，第4電壓V2與第1電壓V1相比充分地低，所以於中間電壓狀態還有使被施加於第5電極115的電壓增加的餘地。第4電壓V2與第1電壓V1相比充分低，所以把第3電壓V2’控制為比第4電壓V2更大之 值的做法，在第1電極103與第5電極115之間產生電位差，往第1電極103之橫電場的作用變強，可以破壞第1模式之第1電極103的附近的電場圖案。以上之例，係於中間電壓狀態，增強由第5電極115朝向第1電極103的橫電場的作用為較佳的場合之例，但是例如，要破壞第1模式之電場圖案，在提高由第1電極103往第2電極115之橫電場的作用是有效的場合，也可以把第3電壓V2’控制為比第4電壓V2更大，且比第2電壓V1’更小之值。
〔第2實施形態之變形例5〕
例如電壓控制部30，也能夠以使第1電壓V1與第2電壓V1’之差分的絕對值，為比第3電壓V2與第4電壓V2之差分的絕對值更大的方式來進行控制。此場合之電壓條件，可以藉由以下之式7來表示。
圖29係顯示於第1模式及中間電壓狀態之下，X方向之下側電極的位置，與被施加於下側電極的電壓之對應關係。如圖29(a)所示，設定為第1模式的場合，電壓控制部30，以對應於在第1模式形成的透鏡端部之第1電極103的第1電壓V1成為最大值，另一方面越接近於對應透鏡中心的第2電極104的電極被施加的電壓越小，被施加於第2電極104的電壓成為最小值的方式，控制被施加於各電極的電壓。於第1模式，被施加於鄰接於第1電 極103的第5電極115的第4電壓V2，被控制為比第1電壓V1更小之值。
如圖29(b)所示，設定為中間電壓狀態的場合，電壓控制部30，把施加於第1電極103的第2電壓V1’控制為比第1電壓V1更小之值，同時把施加於第5電極115的第3電壓V2’控制為比第4電壓V2更小之值。在此例，第3電壓V2’被控制為比第2電壓V1’更小之值。接著，電壓控制部30，也以使第1電壓V1與第2電壓V1’之差分的絕對值，比第3電壓V2’與第4電壓V2之差分的絕對值更大的方式來進行控制。於以上之例，也是在中間電壓狀態，藉由在第1電極103與第5電極115之間產生電位差，而對第1電極103附近的液晶，除了因應於被施加在第1電極103的電壓V1’而產生的縱電場發揮作用，還加上因應於第1電極103與第5電極115之電位差而產生的橫電場發揮作用。藉此，可以把成為與第1模式不同的配向之作用(衝擊)，對第1電極103附近的液晶提供，所以第1模式之電場圖案被破壞，第1電極103附近的液晶的配向狀態變得容易安定化。
〔第2實施形態之變形例6〕
在此，於第1模式，把被施加於鄰接於第5電極115的第4電極114的電壓表示為第5電壓V3，另一方面，於中間電壓狀態，把被施加於第4電極114的電壓表示為第6電壓V3’。電壓控制部30，能夠以滿足下列式8所表 示的電壓條件的方式來進行控制。
圖30係顯示於第1模式及中間電壓狀態之下，X方向之下側電極的位置，與被施加於下側電極的電壓之對應關係。如圖30(a)所示，設定為第1模式的場合，電壓控制部30，以對應於在第1模式形成的透鏡端部之第1電極103的第1電壓V1成為最大值，另一方面越接近於對應透鏡中心的第2電極104的電極被施加的電壓越小，被施加於第2電極104的電壓成為最小值的方式，控制被施加於各電極的電壓。於第1模式，被施加於鄰接於第1電極103的第5電極115的第4電壓V2，被控制為比第1電壓V1更小之值。此外，被施加於鄰接於第5電極115的第4電極114的第5電壓V3，被控制為比第4電壓V2更小之值。
如圖30(b)所示，設定為中間電壓狀態的場合，電壓控制部30，把施加於第1電極103的第2電壓V1’控制為比第1電壓V1更小之值，把施加於第5電極115的第3電壓V2’控制為比第4電壓V2更小之值，同時把施加於第4電極114的第6電壓V3’控制為比第5電壓V3更小之值。在此例，第3電壓V2’被控制為比第2電壓V1’更小之值，第6電壓V3’被控制為比第3電壓V2’更小之值。在此例，電壓控制部30，以滿足前述式8所表示的電壓條件的方式，控制被施加於第1電極103、第5電極115 及第4電極114之各個的電壓。在此例，於中間電壓狀態，不僅使第1電極103與第5電極115之間產生電位差，在第1電極103與第4電極114之間也產生電位差，藉由增加電壓的相互作用，可以進而增強橫電場的作用。藉此，第1模式之電場的圖案更進一步容易崩壞，所以第1電極103附近的液晶配向狀態變得容易安定化。
〔第3實施形態〕
其次，說明第3實施型態。在本實施型態，如圖31所示，設定為中間電壓狀態的場合，電壓控制部30，以僅使第1模式之電壓圖案的相位偏移預定之值(在圖31之例為△)的方式控制被施加至各電極的電壓。根據本實施型態，可以使第1模式之電壓圖案不改變而僅藉由使相位改變(偏移)，而設定中間電壓狀態。亦即，具有供設定中間電壓狀態之用的電壓控制被簡化之優點。
〔第4實施形態〕
其次，說明第4實施型態。在本實施型態，設定為中間電壓狀態的場合，電壓控制部30，把施加到在前一模式作為接地面發揮功能的電極(對向電極)之電壓，設定為比基準電壓更大，而且比在前一模式被施加至各電極的電壓之中的最大值更小之值這一點與前述各實施型態不同。以下，舉中間電壓狀態之前一模式，為前述第1模式的場合來進行說明，但是中間電壓狀態之前一模式，為前述第 2模式的場合也可以同樣思考。
如圖32所示，設定為第1模式的場合，電壓控制部30，把被施加於作為接地面而發揮功能的上側電極(在此例，上側電極為對向電極)的電壓控制為0V，另一方面使被施加至作為電源面發揮機能的複數下側電極之各個的電壓週期性地改變。如前所述，於第1模式，以對應於在第1模式形成的透鏡端部之第1電極103的第1電壓V1成為最大值，另一方面越接近於對應透鏡中心的第2電極104的電極被施加的電壓越小，被施加於第2電極104的電壓成為最小值的方式，控制被施加於各電極的電壓。接著，在本實施型態，如圖32所示，設定為中間電壓狀態的場合，電壓控制部30，把施加於第1電極103的電壓控制為比第1電壓V1更小的第2電壓V1’，同時把施加於上側電極的電壓控制為比0V(基準電壓之一例)更大，且比第1電壓V1更小的電壓Vx。對上側電極也藉由被施加電壓Vx，而對第1電極103的附近之液晶，作用因應於被施加於上側電極的電壓Vx而產生的縱電場。亦即，於第1電極103附近的液晶，除了因應於被施加於第1電極103的第2電壓V1’而產生的縱電場，或是因應於第1電極103與鄰接於第1電極103的電極之電位差而產生的橫電場以外，也有因應於被施加淤上側電極的電壓Vx而產生的縱電場，所以使第1模式之電場的圖案更進一步容易崩毀。亦即，根據本實施型態，第1電極103附近的液晶配向狀態變得更進一步容易安定化。
以上，說明了本發明之實施型態，但此實施型態，僅係作為例子而提示的，並未意圖限定發明的範圍。這些新穎的實施型態，可以在其他種種型態被實施，在不逸脫於本發明要旨的範圍，可以進行種種的省略、置換、變更。這些實施型態或其變形，包含於本發明的範圍或要旨，同時也包含與記載於申請專利範圍的發明均等的範圍。此外，亦可任意組合前述之各實施型態。
例如，前述第1實施型態，係進行縱橫切換顯示的構成，下側電極的延伸方向為與Y方向平行，另一方面，上側電極的延伸方向為平行於X方向，二者為交叉的情形，但是並不以此為限。
此外，於前述各實施型態，說明了於第1模式或第2模式分別為1方向上透鏡機能週期性排列的場合，但是任一模式下被配置2次元的透鏡能能的構成亦可。例如，於任一模式，凸透鏡(蠅眼透鏡)被排列為陣列狀的蠅眼陣列之構成亦可。
10‧‧‧光學元件
20‧‧‧顯示部
30‧‧‧電壓控制部
40‧‧‧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‧‧‧第3電極
107‧‧‧液晶層
114‧‧‧第4電極
115‧‧‧第5電極
圖1係顯示第1實施型態之影像顯示裝置的構成例之圖。
圖2係第1實施型態之影像顯示裝置之分解立體圖。
圖3係顯示第1實施型態之第3電極之配置例。
圖4係由正上方來看第1實施型態之光學元件的場合之平面圖。
圖5係第1實施型態之光學元件的剖面圖。
圖6係供說明第1實施型態之液晶分子的立起角度之圖。
圖7係供說明第1實施型態之液晶導向(director)之傾斜的控制方法之圖。
圖8係顯示第1實施型態之第1模式之電壓圖案之一例之圖。
圖9係顯示第1實施型態之第1模式之電壓圖案之一例之圖。
圖10係第1實施型態之光學元件的剖面圖。
圖11係顯示第1實施型態之第2模式之電壓圖案之一例之圖。
圖12係顯示第1實施型態之第2模式之電壓圖案之一例之圖。
圖13係第1實施型態之光學元件的剖面圖。
圖14係第1實施型態之光學元件的剖面圖。
圖15係供說明第1實施型態之模式切換之圖。
圖16係變形例之光學元件的剖面圖。
圖17係顯示變形例的電壓圖案之圖。
圖18係顯示變形例的電壓圖案之圖。
圖19係變形例之光學元件的剖面圖。
圖20係變形例之光學元件的剖面圖。
圖21係變形例之光學元件的剖面圖。
圖22係變形例之光學元件的剖面圖。
圖23係變形例之光學元件的剖面圖。
圖24係第2實施型態之光學元件的剖面圖。
圖25係供說明第2實施型態之模式切換之圖。
圖26係顯示變形例的電壓圖案之圖。
圖27係顯示變形例的電壓圖案之圖。
圖28係顯示變形例的電壓圖案之圖。
圖29係顯示變形例的電壓圖案之圖。
圖30係顯示變形例的電壓圖案之圖。
圖31係顯示第3實施型態之電壓圖案。
圖32係供說明第4實施型態之模式切換之圖。
103‧‧‧第1電極
104‧‧‧第2電極
106‧‧‧第3電極
107‧‧‧液晶層
108‧‧‧介電質層
114‧‧‧第4電極
115‧‧‧第5電極

Claims (14)

  1. 一種光學裝置，其特徵為具備：光學元件，其係具有折射率分布因應於被施加的電壓而變化的折射率調變層、相互對向的同時挾持前述折射率調變層的第1基板及第2基板、被形成於前述第1基板中的前述折射率調變層側之面上且延伸於第1方向的複數之前述電極，被形成於前述第2基板中的前述折射率調變層側之面上且延伸於與前述第1方向不同的方向之第2方向的複數電極；以及電壓控制部，其係被施加於各前述電極的電壓的狀態為第1電壓狀態的場合，把被施加於形成在前述第2基板上的前述複數之前述電極之各個的電壓控制為相同值，同時使被施加於形成在前述第1基板上的前述複數之前述電極之各個的電壓週期性改變，在與前述第1電壓狀態不同的第2電壓狀態的場合，使被施加於形成在前述第1基板上的前述複數之前述電極之各個的電壓控制為相同值，同時使被施加於形成在前述第2基板上的前述複數之前述電極之各個的電壓週期性改變，在由前述第1電壓狀態切換到前述第2電壓狀態時被設定的中間電壓狀態的場合，於被形成在前述第1基板上的前述複數之前述電極之中的前述第1電壓狀態，把被施加於顯示被施加最大之第1電壓的前述電極亦即第1電極的電壓，控制為比前述第1電壓更小而比0V更大的第2電壓。
  2. 如申請專利範圍第1項之光學裝置，其中前述電壓控制部，在前述中間電壓狀態的場合，在被 形成於前述第1基板上的前述複數之前述電極之中，把被施加於顯示鄰接於前述第1電極的前述電極亦即第2電極之電壓，控制為與前述第2電壓不同的第3電壓。
  3. 如申請專利範圍第2項之光學裝置，其中前述第3電壓，比前述第2電壓還小。
  4. 如申請專利範圍第2項之光學裝置，其中前述第3電壓，比前述第2電壓還大。
  5. 如申請專利範圍第2項之光學裝置，其中前述電壓控制部，在前述第1電壓狀態下被施加至前述第1電極的前述第1電壓，與在前述第1電壓狀態下被施加於前述第2電極的第4電壓之差分的絕對值，比前述第4電壓還小的場合，把前述第3電壓控制為比前述第4電壓更小的值。
  6. 如申請專利範圍第2項之光學裝置，其中前述電壓控制部，在前述第1電壓狀態下被施加至前述第1電極的前述第1電壓，與在前述第1電壓狀態下被施加於前述第2電極的第4電壓之差分的絕對值，比前述第4電壓還大的場合，把前述第3電壓控制為比前述第4電壓更大的值。
  7. 如申請專利範圍第2項之光學裝置，其中前述電壓控制部，以使前述第1電壓與前述第2電壓的差分的絕對值，比前述第3電壓與在前述第1狀態下被施加至前述第2電極的第4電壓之差分的絕對值更大的方式來進行控制。
  8. 如申請專利範圍第1項之光學裝置，其中前述電壓控制部，在前述中間電壓狀態的場合，以使前述第1電壓狀態之電壓圖案之相位僅偏移預先決定之值的方式，控制被施加至各前述電極的電壓。
  9. 如申請專利範圍第1項之光學裝置，其中前述第1電壓狀態的場合，前述電壓控制部，以形成稜線方向延伸於前述第1方向的第1透鏡週期性地排列之第1透鏡陣列的方式，控制被施加於各前述電極的電壓，前述第2電壓狀態的場合，前述電壓控制部，以形成稜線方向延伸於前述第2方向的第2透鏡被週期性排列的第2透鏡陣列的方式，控制被施加於各前述電極的電壓。
  10. 如申請專利範圍第9項之光學裝置，其中前述第1電壓狀態的場合，前述電壓控制部，以被形成於前述第1基板上的前述複數之前述電極之中，被施加至對應於前述第1透鏡的端部而配置的顯示前述電極之前述第1電極之電壓成為最大值，另一方面被施加至對應於越接近前述第1透鏡的中心之前述電極的電壓變得越小，而被施加於對應於前述第1透鏡的中心而配置的前述電極之電壓成為最小值的方式，控制被施加至被形成於前述第1基板上的前述複數之前述電極的各個的電壓；前述第2電壓狀態的場合，前述電壓控制部，以被形成於前述第2基板上的前述複數之前述電極之中，被施加至對應於前述第2透鏡的端部而配置的前述電極之電壓成為最大值，另一方面被施加至對應於越接近前述第2透鏡 的中心之前述電極的電壓變得越小，而被施加於對應於前述第2透鏡的中心而配置的前述電極之電壓成為最小值的方式，控制被施加至被形成於前述第2基板上的前述複數之前述電極的各個的電壓。
  11. 如申請專利範圍第1項之光學裝置，其中前述折射率調變層，係具備液晶分子，與使前述液晶分子分散的分散媒之液晶層。
  12. 一種影像顯示裝置，其特徵為具備：申請專利範圍第1至11項之任一項之光學裝置，與設於前述光學元件的背面而顯示影像的顯示部。
  13. 一種驅動裝置，其係驅動具有折射率分布因應於被施加的電壓而變化的折射率調變層、相互對向的同時挾持前述折射率調變層的第1基板及第2基板、被形成於前述第1基板中的前述折射率調變層側之面上且延伸於第1方向的複數之前述電極，被形成於前述第2基板中的前述折射率調變層側之面上且延伸於與前述第1方向不同的方向之第2方向的複數電極的光學元件之驅動裝置，其特徵為具備：電壓控制部，其係被施加於各前述電極的電壓的狀態為第1電壓狀態的場合，把被施加於形成在前述第2基板上的前述複數之前述電極之各個的電壓控制為相同值，同時使被施加於形成在前述第1基板上的前述複數之前述電極之各個的電壓週期性改變，在與前述第1電壓狀態不同的第2電壓狀態的場合，使被施加於形成在前述第1基板上的前述複數之前述電極之各個的電壓控制為相同值 ，同時使被施加於形成在前述第2基板上的前述複數之前述電極之各個的電壓週期性改變在由前述第1電壓狀態切換到前述第2電壓狀態時被設定的中間電壓狀態的場合，於被形成在前述第1基板上的前述複數之前述電極之中的前述第1電壓狀態，把被施加於顯示被施加最大的第1電壓之前述電極亦即第1電極的電壓，控制為比前述第1電壓更小而比0V更大的第2電壓。
  14. 一種驅動方法，其係驅動具有折射率分布因應於被施加的電壓而變化的折射率調變層、相互對向的同時挾持前述折射率調變層的第1基板及第2基板、被形成於前述第1基板中的前述折射率調變層側之面上且延伸於第1方向的複數之前述電極，被形成於前述第2基板中的前述折射率調變層側之面上且延伸於與前述第1方向不同的方向之第2方向的複數電極的光學元件之驅動方法，其特徵為：被施加於各前述電極的電壓的狀態為第1電壓狀態的場合，把被施加於形成在前述第2基板上的前述複數之前述電極之各個的電壓控制為相同值，同時使被施加於形成在前述第1基板上的前述複數之前述電極之各個的電壓週期性改變，在與前述第1電壓狀態不同的第2電壓狀態的場合，使被施加於形成在前述第1基板上的前述複數之前述電極之各個的電壓控制為相同值，同時使被施加於形成在前述第2基板上的前述複數之前述電極之各個的電壓週期性改變，在由前述第1電壓狀態切換到前述第2電壓狀態時設定的中間電壓狀態的場合，於被形成在前述第1基 板上的前述複數之前述電極之中的前述第1電壓狀態，把被施加於顯示被施加最大之第1電壓之前述電極亦即第1電極的電壓，控制為比前述第1電壓更小而比0V更大的第2電壓。
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