レンズアレイ素子、および画像表示装置
【課題】画面を縦長の状態として用いるか横長の状態で用いるかに拘わらず３次元表示を可能にし、さらに、画面上に２次元表示モードの領域と３次元表示モードの領域とを同時に設ける。
【解決手段】同図Ａの使用状態を実現するには、第１の電極群１６に接続されているスイッチのＸライン発生部３１側をオンとし、接地側をオフとする。また、第２の電極群１９に接続されているスイッチのうち、Ｙライン発生部３２側の２次元表示モードとする領域に対応するものについてはオフとし、３次元表示モードとする領域に対応するスイッチ３３ＬＸをオン、スイッチ３３ＳＸをオフとする。さらに、接地側の２次元表示モードとする領域に対応するものについてはオフとし、３次元表示モードとする領域に対応するスイッチ３４ＬＸをオフ、スイッチ３４ＳＸをオンとする。本発明は、小型ディスプレイを備えるスマートフォン等に適用できる。
【解決手段】同図Ａの使用状態を実現するには、第１の電極群１６に接続されているスイッチのＸライン発生部３１側をオンとし、接地側をオフとする。また、第２の電極群１９に接続されているスイッチのうち、Ｙライン発生部３２側の２次元表示モードとする領域に対応するものについてはオフとし、３次元表示モードとする領域に対応するスイッチ３３ＬＸをオン、スイッチ３３ＳＸをオフとする。さらに、接地側の２次元表示モードとする領域に対応するものについてはオフとし、３次元表示モードとする領域に対応するスイッチ３４ＬＸをオフ、スイッチ３４ＳＸをオンとする。本発明は、小型ディスプレイを備えるスマートフォン等に適用できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レンズアレイ素子、および画像表示装置に関し、特に、３次元表示を実現するためのレンズ効果の発生を電気的に制御するようにしたレンズアレイ素子、および画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、観察者の左右の眼に視差を生じさせた視差画像を見せることにより立体視を実現する方法が知られており、観察者が立体視を実現するための専用のメガネを用いる必要がある方法と当該メガネを必要としない方法とが知られている。
【０００３】
当該メガネを必要とする方法は、例えば、映画館における上映設備やテレビジョン受像機に適用されている。当該メガネを必要としない方法は、テレビジョン受像機の他、例えば、携帯電話機、スマートフォン、ネットブックコンピュータなどのような携帯可能な電子機器のディスプレイに適用されることが想定される。
【０００４】
当該メガネを必要としない方法の具体的な実現方法としては、液晶ディスプレイなどの２次元表示装置の画面上に、２次元表示装置からの表示画像光を複数の視野角方向に偏向させる３次元表示用の光学デバイスとを組み合わせたものを挙げることができる。
【０００５】
３次元表示用の光学デバイスとしては、複数のシリンドリカルレンズ（円筒レンズ）を並列配置したレンズアレイが知られている。例えば２眼式の立体視の場合、左右の眼に異なる視差画像を見せることにより観察者の視覚に対して立体感が得られる。よって、これを実現するため、２次元表示装置の表示面に対して、縦方向に延在するシリンドリカルレンズを横方向に複数並列配置し、２次元表示装置からの表示画像光を左右方向に偏向させ、左右の視差画像が適切に観察者の左右の眼に到達するようになされている。
【０００６】
シリンドリカルレンズの他には、液晶レンズによる切り替え式のレンズアレイ素子（以下、液晶レンズアレイ素子と称する）が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
この液晶レンズアレイ素子は、シリンドリカルレンズと同等のレンズ効果の有無を電気的に切り替えることができる。したがって、２次元表示装置の画面上に液晶レンズアレイ素子を設けることにより、レンズ効果無しの状態による２次元表示モードと、レンズ効果有りの状態による３次元表示モードの２つの表示モードを切り替えることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００８−９３７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述したように、液晶レンズアレイ素子を用いた３次元表示は、スマートフォン等の携帯可能な電子機器に適用することが想定されるが、その場合、以下の要望を実現することが望ましい。
【００１０】
すなわち、当該電子機器のディスプレイは、その表示状態を、縦長の状態（画面の縦横比率が縦の方が大きい状態）と、横長の状態（画面の縦横比率が横の方が大きい状態）とに切り替えて使用可能なものが存在する。したがって、ディスプレイの状態に拘わらず、３次元表示を実現できるようにしたいという要望がある。
【００１１】
それに加え、全画面を一括して２次元表示モードまたは３次元表示モードのいずれかに切り替えるだけでなく、画面上に２次元表示モードの領域と３次元表示モードの領域とを同時に設けられるようにすれば便利である。
【００１２】
一般に、３次元表示は２次元表示に比べて解像度が落ちるため、高い解像度が要求される映像部分については２次元表示モードとし、その他の部分については３次元表示モードとすることが考えられる。また、３次元表示でなくとも良い部分を含む映像素材を表示する領域を、部分的に２次元表示モードにすることが考えられる。例えば、字幕付きの映画を３次元表示する場合に、字幕の部分については２次元表示にすることなどが考えられる。
【００１３】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、画面の向き（縦長の状態で用いるか、横長の状態で用いるか）に拘わらず、３次元表示を可能にし、且つ、画面上に２次元表示モードの領域と３次元表示モードの領域とを同時に設けられるようにするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の第１の側面であるレンズアレイ素子は、間隔を空けて互いに対向配置された第１および第２の基板と、前記第１の基板上における前記第２の基板に対向する側に形成され、第１の方向に延在する複数の電極が幅方向に間隔を空けて並列配置されて成る第１の電極群と、前記第１の電極群に対して電圧を印加する第１の電圧発生部と前記第１の電極群の各電極と接続する第１のスイッチ群と、前記第２の基板上における前記第１の基板に対向する側に形成され、前記第１の方向とは異なる第２の方向に延在する複数の電極が幅方向に間隔を空けて並列配置されて成る第２の電極群と、前記第２の電極群に対して電圧を印加する第２の電圧発生部と前記第２の電極群の各電極と接続する第２のスイッチ群と、前記第１の基板と前記第２の基板との間に配置され、屈折率異方性を有する液晶分子を含み、前記第１の電極群と前記第２の電極群とに印加される電圧に応じて前記液晶分子の配列方向が変化することでレンズ効果が発生する液晶層とを備え、前記第１および第２のスイッチ群を切り替えることにより、前記第１または第２の方向と平行な任意の線を境とし、前記液晶層のレンズ効果が変化する。
【００１５】
前記液晶層は、前記第１および第２のスイッチ群を切り替えることにより、前記第１または第２の方向と平行な任意の線を境とし、前記第１の電極群と前記第２の電極群とに印加される電圧の状態に応じて、レンズ効果の無い状態、前記第１の方向に延在するような第１のシリンドリカルレンズ状のレンズ効果が発生する第１のレンズ状態、または前記第２の方向に延在するような第２のシリンドリカルレンズ状のレンズ効果が発生する第２のレンズ状態のいずれかの状態に電気的に切り替わるようにすることができる。
【００１６】
前記液晶層は、前記第１の電極群を構成する複数の電極と前記第２の電極群を構成する複数の電極とが同電位であるとき、レンズ効果の無い状態となり、前記第１の電極群を構成する複数の電極のすべてに共通の電圧を印加するとともに、前記第２の電極群を構成する複数の電極のうち、前記第２のシリンドリカルレンズのレンズピッチに相当する位置にある電極のみに選択的に駆動電圧を印加するとき、前記第２のレンズ状態になり、前記第２の電極群を構成する複数の電極のすべてに共通の電圧を印加するとともに、前記第１の電極群を構成する複数の電極のうち、前記第１のシリンドリカルレンズのレンズピッチに相当する位置にある電極のみに選択的に駆動電圧を印加するとき、前記第１のレンズ状態になるようにすることができる。
【００１７】
前記第１の電極群は、第１の幅を有して前記第１の方向に延在する第１の電極と、前記第１の幅よりも大きい第２の幅を有して前記第１の方向に延在する第２の電極とをそれぞれ複数有し、前記第１の電極と前記第２の電極とが交互に並列配置されて構成され、前記第２の電極群は、第１の幅を有して前記第２の方向に延在する第１の電極と、前記第１の幅よりも大きい第２の幅を有して前記第２の方向に延在する第２の電極とをそれぞれ複数有し、前記第１の電極と前記第２の電極とが交互に並列配置されて構成されているようにすることができる。
【００１８】
前記液晶層は、前記第１の電極群を構成する複数の電極と前記第２の電極群を構成する複数の電極とが同電位であるとき、レンズ効果の無い状態となり、前記第１の電極群を構成する複数の電極のすべてに共通の電圧を印加するとともに、前記第２の電極群を構成する複数の電極のうち、前記第１の電極のみに選択的に駆動電圧を印加するとき、前記第２のレンズ状態になり、前記第２の電極群を構成する複数の電極のすべてに共通の電圧を印加するとともに、前記第１の電極群を構成する複数の電極のうち、前記第１の電極のみに選択的に駆動電圧を印加するとき、前記第１のレンズ状態になるようにすることができる。
【００１９】
前記液晶層は、前記第２の電極群を構成する複数の電極のうち、前記第１の電極のみに選択的に駆動電圧を印加し、かつ前記第２の電極を接地させたとき、前記第２のレンズ状態になり、前記第１の電極群を構成する複数の電極のうち、前記第１の電極のみに選択的に駆動電圧を印加し、かつ前記第２の電極を接地させたとき、前記第１のレンズ状態になるようにすることができる。
【００２０】
前記液晶層は、前記第１の電極群を構成する複数の電極のすべてに共通の電圧を印加するとともに、前記第２の電極群を構成する複数の電極のうち、前記第１の電極のみに選択的に第２の駆動電圧を印加するとき、前記第２のレンズ状態になり、前記第２の電極群を構成する複数の電極のすべてに共通の電圧を印加するとともに、前記第１の電極群を構成する複数の電極のうち、前記第１の電極のみに選択的に第１の駆動電圧を印加するとき、前記第１のレンズ状態になり、前記第１の駆動電圧と前記第２の駆動電圧は、電圧振幅が同一の矩形波であって、かつ、互いの位相が１８０°異なっているようにすることができる。
【００２１】
前記第１の電極群を構成する前記第１の電極は、前記第１のシリンドリカルレンズのレンズピッチに相当する間隔で配置され、前記第２の電極群を構成する前記第１の電極は、前記第２のシリンドリカルレンズのレンズピッチに相当する間隔で配置されているようにすることができる。
【００２２】
前記第１の方向と前記第２の方向とは互いに直交する方向であり、前記液晶層は、前記第１の方向にレンズ効果のある状態または前記第２の方向にレンズ効果のある状態に電気的に切り替えられるようにすることができる。
【００２３】
前記第２の方向は、前記第１の方向に対して（９０°−θ）で交わる方向であり、前記液晶層は、前記第１の方向にレンズ効果のある状態または前記第２の方向にレンズ効果のある状態に電気的に切り替えられるようにすることができる。
【００２４】
前記θは、tan−１θ＝１／３を満たすようにすることができる。
【００２５】
本発明の第１の側面であるレンズアレイ素子においては、第１および第２のスイッチ群を切り替えることにより、第１または第２の方向と平行な任意の線を境とし、液晶層のレンズ効果が変化される。
【００２６】
本発明の第２の側面である画像表示装置は、画像表示を行う表示部と、前記表示部の表示面側に対向配置され、前記表示部からの光線の通過状態を選択的に変化させるレンズアレイ素子と、前記レンズアレイ素子が対向配置された前記表示パネルが使用される向きを検知する検知手段と、表示の境界を設定する設定手段と、スイッチを制御するスイッチ制御手段とを備え、前記レンズアレイ素子は、間隔を空けて互いに対向配置された第１および第２の基板と、前記第１の基板上における前記第２の基板に対向する側に形成され、第１の方向に延在する複数の電極が幅方向に間隔を空けて並列配置されて成る第１の電極群と、前記第１の電極群に対して電圧を印加する第１の電圧発生部と前記第１の電極群の各電極と接続する第１のスイッチ群と、前記第２の基板上における前記第１の基板に対向する側に形成され、前記第１の方向とは異なる第２の方向に延在する複数の電極が幅方向に間隔を空けて並列配置されて成る第２の電極群と、前記第２の電極群に対して電圧を印加する第２の電圧発生部と前記第２の電極群の各電極と接続する第２のスイッチ群と、前記第１の基板と前記第２の基板との間に配置され、屈折率異方性を有する液晶分子を含み、前記第１の電極群と前記第２の電極群とに印加される電圧に応じて前記液晶分子の配列方向が変化することでレンズ効果が発生する液晶層とを備え、前記スイッチ制御手段が、検知された前記表示パネルが使用される向き、または設定された前記表示の境界の少なくとも一方に基づき、前記第１および第２のスイッチ群を切り替えることにより、前記第１または第２の方向と平行な任意の線を境とし、前記液晶層のレンズ効果が変化する。
【００２７】
前記液晶層は、前記第１および第２のスイッチ群を切り替えることにより、前記第１または第２の方向と平行な、前記境界を境とし、前記第１の電極群と前記第２の電極群とに印加される電圧の状態に応じて、レンズ効果の無い状態、前記第１の方向に延在するような第１のシリンドリカルレンズ状のレンズ効果が発生する第１のレンズ状態、または前記第２の方向に延在するような第２のシリンドリカルレンズ状のレンズ効果が発生する第２のレンズ状態のいずれかの状態に電気的に切り替わるようにすることができる。
【００２８】
前記レンズアレイ素子において、前記レンズ効果の無い状態、または前記第１のレンズ状態若しくは前記第２のレンズ状態とを切り替えることにより、２次元表示または３次元表示とが電気的に切り替わるようにすることができる。
【００２９】
前記レンズアレイ素子を、前記レンズ効果の無い状態として、前記表示パネルからの表示画像光を偏向させることなく透過させることで２次元表示を行い、前記第１のレンズ状態として、前記表示パネルからの表示画像光を前記第１の方向に直交する方向に偏向させることで、前記第１の方向に直交する方向に両眼を置いたときに立体感が得られる３次元表示を行い、前記第２のレンズ状態として、前記表示パネルからの表示画像光を前記第２の方向に直交する方向に偏向させることで、前記第２の方向に直交する方向に両眼を置いたときに立体感が得られる３次元表示を行うようにすることができる。
【００３０】
本発明の第２の側面である画像表示装置においては、スイッチ制御手段により、検知された表示パネルが使用される向き、または設定された表示の境界の少なくとも一方に基づき、第１および第２のスイッチ群を切り替えることにより、第１または第２の方向と平行な任意の線を境とし、液晶層のレンズ効果が変化される。
【発明の効果】
【００３１】
本発明の第１の側面によれば、画面の向きに拘わらず、３次元表示を可能にし、さらに、画面上に２次元表示モードの領域と３次元表示モードの領域とを同時に設けることが可能なレンズ効果を得ることができる。
【００３２】
本発明の第２の側面によれば、画面の向きに拘わらず、３次元表示を可能にし、さらに、画面上に２次元表示モードの領域と３次元表示モードの領域とを同時に設けることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明を適用したスマートフォンの外観図である。
【図２】液晶レンズアレイ素子の構成例を示す断面図である。
【図３】液晶レンズアレイ素子の第１および第２の電極群を示す斜視図である。
【図４】液晶レンズアレイ素子の第１および第２の電極群を示す斜視図である。
【図５】液晶レンズアレイ素子を制御するための構成例を示すブロック図である。
【図６】ディスプレイの利用状態に対応するスイッチの切り替え制御の状態を示す図である。
【図７】ディスプレイの利用状態に対応するスイッチの切り替え制御の状態を示す図である。
【図８】ディスプレイの利用状態に対応するスイッチの切り替え制御の状態を示す図である。
【図９】ディスプレイの利用状態に対応するスイッチの切り替え制御の状態を示す図である。
【図１０】ディスプレイの利用状態に対応するスイッチの切り替え制御の状態を示す図である。
【図１１】ディスプレイの利用状態に対応するスイッチの切り替え制御の状態を示す図である。
【図１２】ディスプレイの利用状態に対応するスイッチの切り替え制御の状態を示す図である。
【図１３】ディスプレイの利用状態に対応するスイッチの切り替え制御の状態を示す図である。
【図１４】ディスプレイの利用状態に対応するスイッチの切り替え制御の状態を示す図である。
【図１５】ディスプレイの利用状態に対応するスイッチの切り替え制御の状態を示す図である。
【図１６】ディスプレイの利用状態に対応するスイッチの切り替え制御の状態をまとめた図である。
【図１７】Ｘライン発生部およびＹライン発生部における発生電圧の波形を示す図である。
【図１８】表示パネルの一例を示す図である。
【図１９】第１乃至第３の実施例に対応する第１の電極群と第２の電極群の角度を示す図である。
【図２０】第４乃至第６の実施例に対応する第１の電極群と第２の電極群の角度を示す図である。
【図２１】第１乃至第６の実施例におけるパラメータの値を示す図である。
【図２２】３次元表示の評価方法を説明する図である。
【図２３】第１乃至第６の実施例に対する評価を示す図である。
【図２４】液晶レンズアレイ素子の電極構造の他の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、発明を実施するための最良の形態（以下、実施の形態と称する）について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００３５】
＜１．実施の形態＞
［スマートフォンの構成例］
図１は、本発明の実施の形態であるスマートフォンの外観を示している。このスマートフォン１には、縦横の長さが異なるディスプレイ２が設けられている。ディスプレイ２は、２次元表示装置である表示パネル２０と、その画面上に設けられた液晶レンズアレイ素子１０（いずれも図２）とにより構成される。
【００３６】
このスマートフォン１は、本体を立てた状態、すなわち、ディスプレイ２を同図Ａに示されるような縦長の状態で使用できる。また、本体を９０度横に傾けた状態、すなわち、同図Ｃに示すような横長の状態でも使用することもできる。当然ながら、ディスプレイ２の表示内容の角度は、ディスプレイ２の傾きを打ち消す方向に調整される。したがって、スマートフォン１のユーザ（観察者）は、本体の傾きに拘わらず、表示される情報を不自然さなく見ることができる。
【００３７】
また、同図Ｂに示すように、ディスプレイ２を縦長の状態とし、その上側の領域２−１を２次元表示モード、その下側の領域２−２を３次元表示モードとして使用することができる。これにより、例えば、ディスプレイ２の上側の領域２−１にカレンダや時計を２次元表示させることができ、それと同時に、その下側の領域２−２に写真などを３次元表示することができる。なお、上側の領域２−１と、下側の領域２−２の境界線は任意の位置に設けることができる。また、上側の領域２−１を３次元表示モード、下側の領域２−２を２次元表示モードとして使用することができる。
【００３８】
さらに、同図Ｃに示すように、ディスプレイ２を横長の状態とし、その右側の領域２−３を２次元表示モード、その左側の領域２−４を３次元表示モードとして使用することができる。これにより、例えば、ディスプレイ２の右側の領域２−３に任意の文字情報を２次元表示させることができ、それと同時に、その左側の領域２−４にゲームなどの画面を３次元表示することができる。なお、右側の領域２−３と、左側の領域２−４の境界線は任意の位置に設けることができる。また、右側の領域２−３を３次元表示モード、左側の領域２−４を２次元表示モードとして使用することができる。
【００３９】
［液晶レンズアレイ素子１０の構成例］
図２は、ディスプレイ２を構成する液晶レンズアレイ素子１０の断面図を示している。
【００４０】
同図に示すように、液晶レンズアレイ素子１０は、表示パネル２０の表示面２０Ａ上に設けられる。
【００４１】
液晶レンズアレイ素子１０は、表示モードに応じてレンズ効果を制御することで、表示パネル２０からの光線の通過状態を選択的に変化させる。表示パネル２０は、例えば液晶表示ディスプレイ、有機ELなどで構成することができる。そして、表示パネル２０は、２次元表示モードの領域には２次元画像データに基づく映像表示を行い、３次元表示モードの領域には３次元画像データに基づく映像表示を行う。なお、３次元画像データとは、例えば、３次元表示における複数の視野角方向に対応した複数の視差画像を含むデータであり、２眼式の３次元表示を行う場合、右眼表示用と左眼表示用の視差画像のデータを指す。
【００４２】
液晶レンズアレイ素子１０は、間隔ｄを空けて互いに対向配置された第１の基板１４および第２の基板１７、並びにそれらの間に配置された液晶層１１を備えている。
【００４３】
第１の基板１４および第２の基板１７は、例えば、ガラス材料または樹脂材料などより成る透明基板である。第１の基板１４上における第２の基板１７に対向する側には、第１の方向（同図のＸ軸方向）に延在する複数の透明電極が幅方向（同図のＹ軸方向）に間隔を空けて並列配置された第１の電極群１６が形成されている。第１の基板１４上にはまた、第１の電極群１６を介して配向膜１５が形成されている。
【００４４】
同様に、第２の基板１７上における第１の基板１４に対向する側には、第１の方向とは異なる第２の方向（同図のＹ軸方向）に延在する複数の透明電極が幅方向（同図のＸ軸方向）に間隔を空けて並列配置されてなる第２の電極群１９が形成されている。第２の基板１７上にはまた、第２の電極群１９を介して配向膜１８が形成されている。
【００４５】
液晶層１１は、液晶分子１３を含み、第１の電極群１６と第２の電極群１９とに印加される電圧に応じて液晶分子１３の配列方向が変化することでレンズ効果が制御されるようになされている。また、液晶層１１は、第１の電極群１６と第２の電極群１９とに印加される電圧の状態に応じて、液晶レンズアレイ素子１０を領域毎に、レンズ効果の無い状態と、第１のレンズ状態と、第２のレンズ状態との３つの状態に電気的に切り替えることができる。
【００４６】
液晶分子１３は、屈折率異方性を有し、例えば長手方向と短手方向とで通過光線に対して屈折率の異なる屈折率楕円体の構造を有している。第１のレンズ状態は、第１の方向に延在するような第１のシリンドリカルレンズ状のレンズ効果が発生する状態である。第２のレンズ状態は、第２の方向に延在するような第２のシリンドリカルレンズ状のレンズ効果が発生する状態である。
【００４７】
以下、本実施の形態では、上記第１の方向を図１のＸ方向（紙面の横方向）、上記第２の方向を図１のＹ方向（紙面に直交する方向）として説明する。Ｘ方向とＹ方向は、基板面内で互いに直交する方向である。ただし、Ｘ方向とＹ方向とが直行しない場合もある。その場合については、図２０を参照して後述する。
【００４８】
［液晶レンズアレイ素子１０の電極構造］
図３および図４は、液晶レンズアレイ素子１０の電極構造を示している。なお、図３は、図１および図４とは上下を逆にした状態、すなわち、第１の基板１４を上側に、第２の基板１７を下側にした状態を示している。
【００４９】
第１の基板１４に設けられた第１の電極群１６は、複数の透明電極として、電極幅が異なる２種類の電極を交互に並列配置して構成されている。すなわち、第１の電極群１６は、Ｘ方向第１電極（第１の電極１６ＬＹ）と、Ｘ方向第２電極（第２の電極１６ＳＹ）とをそれぞれ複数有し、第１の電極１６ＬＹと第２の電極１６ＳＹとが交互に並列配置されて構成される。
【００５０】
第１の電極１６ＬＹは、第１の幅Ｌｙを有して第１の方向（Ｘ方向）に延在している。第２の電極１６ＳＹは、第１の幅Ｌｙよりも広い第２の幅Ｓｙを有して第１の方向に延在している。第１の電極１６ＬＹは、レンズ効果として発生する第１のシリンドリカルレンズのレンズピッチｐに相当する周期間隔で、複数、並列配置されている。第１の電極１６ＬＹと第２の電極１６ＳＹは、間隔ａの幅を空けて配置されている。
【００５１】
そして、図４に示すように、第１の方向に延伸された第１の電極１６ＬＹの一端は、スイッチ３３ＬＹを介して、第１の電極群１６に対して所定の電圧を印加するためのＸライン発生部３１に接続されており、他端はスイッチ３４ＬＹを介して接地されている。また、第２の電極１６ＳＹの一端も、スイッチ３３ＳＹを介してＸライン発生部３１に接続されており、他端はスイッチ３４ＳＹを介して接地されている。
【００５２】
同様に、第２の電極群１９も、複数の透明電極として、電極幅が異なる２種類の電極を交互に並列配置して構成されている。すなわち、第２の電極群１９は、Ｙ方向第１電極（第１の電極１９ＬＸ）と、Ｙ方向第２電極（第２の電極１９ＳＸ）とをそれぞれ複数有し、第１の電極１９ＬＸと第２の電極１９ＳＸとが交互に並列配置されて構成される。
【００５３】
第１の電極１９ＬＸは、第１の幅Ｌｘを有して第２の方向（Ｙ方向）に延在している。第２の電極２２Ｙは、第１の幅Ｌｘよりも広い第２の幅Ｓｘを有して第２の方向に延在している。第１の電極１９ＬＸは、レンズ効果として発生する第２のシリンドリカルレンズのレンズピッチｐに相当する周期間隔で、複数、並列配置されている。第２の電極２１Ｙと第２の電極２２Ｙは、間隔ａの幅を空けて配置されている。
【００５４】
そして、図４に示すように、第２の方向に延伸された第２の電極１９ＬＸの一端は、スイッチ３３ＬＸを介して、第２の電極群１９に対して所定の電圧を印加するためのＹライン発生部３２に接続されており、他端はスイッチ３４ＬＸを介して接地されている。また、第２の電極１９ＳＸの一端も、スイッチ３３ＳＸを介してＹライン発生部３２に接続されており、他端はスイッチ３４ＳＸを介して接地されている。
【００５５】
上述した構成において、Ｘライン発生部３１およびＹライン発生部３２により所定の電圧を発生し、スイッチ３３ＬＹおよび３４ＬＹ、スイッチ３３ＳＹおよび３４ＳＹ、スイッチ３３ＬＸおよび３４ＬＸ、並びにスイッチ３３ＳＸおよび３４ＳＸを適切に切り替えることにより、液晶レンズアレイ素子１０の任意の領域を２次元表示モード、または３次元表示モードに設定することができる。
【００５６】
なお、Ｘライン発生部３１およびＹライン発生部３２により所定の電圧を発生しないことにより、すなわち、液晶レンズアレイ素子１０に電力を供給しないことにより、液晶レンズアレイ素子１０の全領域をその向きに拘わらず２次元表示モードに設定することができる。
【００５７】
スマートフォン１の一般的な使用状況を考慮した場合、液晶レンズアレイ素子１０の全領域を２次元表示モードに設定した状態が、使用時間のうちの最も長い時間を占めるものと想定される。したがって、液晶レンズアレイ素子１０に常時電力を給電する場合に比較して、電力の消費を抑えることができる。
【００５８】
［液晶レンズアレイ素子１０の製造］
液晶レンズアレイ素子１０の製造を行う場合には、ガラス材料などから成る第１の基板１４および第２の基板１７のそれぞれに、例えばITO(IndiumTin Oxide)膜などの透明導電膜を所定のパターンで形成して第１の電極群１６および第２の電極群１９を形成する。配向膜１５および２３は、ポリイミド等の高分子化合物を布で一方向に擦るラビング法や、SiO等の斜方蒸着法などにより形成する。これにより、液晶分子１３の長軸を一方向に配向させることができる。
【００５９】
配向膜１５，２３上には、第１の基板１４と第２の基板１７との間隔ｄを一様に保つために、シール材にガラス材料または樹脂材料からなるスペーサ１２を分散配置させたものを印刷する。そして、第１の基板１４と第２の基板１７とを貼り合わせ、スペーサ入りのシール材を硬化させる。その後に、所定の液晶材料をシール材開口部から第１の基板１４と第２の基板１７との間に注入し、シール材開口部を封止する。そして、液晶組成物を等方相まで加熱してから、徐冷することにより、液晶レンズアレイ素子１０を完成させる。
【００６０】
なお、液晶レンズアレイ素子１０においては、液晶分子１３の屈折率異方性Δｎが大きいほど、より大きいレンズ効果を得ることができるので、液晶材料をそのような内容組成にすることが好ましい。一方で、屈折率異方性Δｎが大きい液晶組成物の場合、かえって液晶組成物の物性を損ね、粘性が増加してしまう。これにより、基板間への注入が困難となったり、低温では結晶に近い状態になったり、内部電界が増大し、液晶素子の駆動電圧が高くなってしまうことがある。このため、液晶材料の内容組成は、製造性とレンズ効果との双方を考慮して決定することが好ましい。液晶材料の具体的な内容組成については、後述する実施例において詳述する。
【００６１】
［液晶レンズアレイ素子制御部４０の構成例］
次に、図５は、液晶レンズアレイ素子１０を制御するためにスマートフォン１の内部に設けられる液晶レンズアレイ素子制御部の構成例を示している。
【００６２】
この液晶レンズアレイ素子制御部４０は、傾きセンサ４１、操作入力部４２、統制部４３、Ｘライン電圧制御部４４、Ｙライン電圧制御部４５、およびスイッチ制御部４６から構成される。
【００６３】
傾きセンサ４１は、スマートフォン１の本体の傾きを検出し、その検出結果を統制部４３に通知する。操作入力部４２は、例えば、２次元表示モードまたは３次元表示モードを選択したり、各表示モードとする領域の境を指定したり、ディスプレイ２の表示方向を指定するなどのユーザの操作を受け付けて、その操作に応じた操作信号を統制部４３に出力する。
【００６４】
統制部４３は、傾きセンサ４１の検出結果および操作入力部４２からの操作信号に従い、ディスプレイ２の表示方向を決定するとともに、ディスプレイ２の画面上の２次元表示モードの領域と、３次元表示モードの領域を決定する。なお、ユーザの操作に基づく操作信号に依存せず、傾きセンサ４１の検出結果と実行中のアプリケーションからの制御に従って、それらを決定することもできる。さらに、統制部４３は、その決定に基づいて、Ｘライン電圧制御部４４、Ｙライン電圧制御部４５、およびスイッチ制御部４６を制御する。
【００６５】
Ｘライン電圧制御部４４は、統制部４３からの制御に従い、Ｘライン発生部３１を制御して所定の電圧を発生させる。Ｙライン電圧制御部４５は、統制部４３からの制御に従い、Ｙライン発生部３１を制御して所定の電圧を発生させる。スイッチ制御部４６は、統制部４３からの制御に従い、第１の電極群１６および第２の電極群１９に接続されているスイッチ３３ＬＹおよび３４ＬＹ、スイッチ３３ＳＹおよび３４ＳＹ、スイッチ３３ＬＸおよび３４ＬＸ、並びにスイッチ３３ＳＸおよび３４ＳＸを切り替える。
【００６６】
［ディプレイ２の状態と表示モードに対応するスイッチ制御］
次に、ディプレイ２の状態（縦長の状態で使用するか、または横長の状態で使用するか）と表示モード（２次元表示モード、または３次元表示モード）に対応するスイッチ３３ＬＹおよび３４ＬＹ、スイッチ３３ＳＹおよび３４ＳＹ、スイッチ３３ＬＸおよび３４ＬＸ、並びにスイッチ３３ＳＸおよび３４ＳＸの状態について、図６乃至図１６を参照して説明する。なお、図６乃至図１５におけるＸライン発生部３１およびＹライン発生部３２は、それぞれ所定の電圧（図１７を参照して後述）を発生しているものとする。
【００６７】
図６Ａに示すように、ディプレイ２を横長の状態で使用し、その全面を３次元表示モードとする場合には、同図Ｂに示すように、第１の電極群１６に接続されている全てのスイッチをオンとし、第２の電極群１９に接続されているスイッチのうち、Ｙライン発生部３２側のスイッチ３３ＳＸと、接地側のスイッチ３４ＬＸをオフとし、その他をオンとする。
【００６８】
図７Ａに示すように、ディプレイ２を縦長の状態で使用し、その全面を３次元表示モードとする場合には、同図Ｂに示すように、第１の電極群１６に接続されているスイッチのうち、Ｘライン発生部３１側のスイッチ３３ＳＹと、接地側のスイッチ３４ＬＹをオフとし、その他をオンとする。また、第２の電極群１９に接続されているスイッチのうち、Ｙライン発生部３２側の全てのスイッチをオフとする。
【００６９】
図８Ａに示すように、ディプレイ２を横長の状態で使用し、その右側の領域を３次元表示モード、その左側の領域を２次元表示モードとする場合には、同図Ｂに示すように、第１の電極群１６に接続されているスイッチのうち、Ｘライン発生部３１側の全てのスイッチをオンとし、接地側の全てのスイッチをオフとする。また、第２の電極群１９に接続されているスイッチのうち、Ｙライン発生部３２側の２次元表示モードとする領域（同図Ｂで左斜め下側）に対応するものについてはオフとし、３次元表示モードとする領域（同図Ｂで右斜め上側）に対応するスイッチ３３ＬＸをオン、スイッチ３３ＳＸをオフとする。さらに、第２の電極群１９に接続されているスイッチのうち、接地側の２次元表示モードとする領域に対応するものについてはオフとし、３次元表示モードとする領域に対応するスイッチ３４ＬＸをオフ、スイッチ３４ＳＸをオンとする。
【００７０】
図９Ａに示すように、ディプレイ２を横長の状態で使用し、その右側の領域を２次元表示モード、その左側の領域を３次元表示モードとする場合には、同図Ｂに示すように、第１の電極群１６に接続されているスイッチのうち、Ｘライン発生部３１側の全てのスイッチをオンとし、接地側の全てのスイッチをオフとする。また、第２の電極群１９に接続されているスイッチのうち、Ｙライン発生部３２側の２次元表示モードとする領域（同図Ｂで右斜め上側）に対応するものについてはオフとし、３次元表示モードとする領域（同図Ｂで左斜め下側）に対応するスイッチ３３ＬＸをオン、スイッチ３３ＳＸをオフとする。さらに、第２の電極群１９に接続されているスイッチのうち、接地側の２次元表示モードとする領域に対応するものについてはオフとし、３次元表示モードとする領域に対応するスイッチ３４ＬＸをオフ、スイッチ３４ＳＸをオンとする。
【００７１】
図１０Ａに示すように、ディプレイ２を横長の状態で使用し、その上側の領域を３次元表示モード、その下側の領域を２次元表示モードとする場合には、同図Ｂに示すように、第１の電極群１６に接続されているスイッチのうち、Ｘライン発生部３１側のスイッチの３次元表示モードとする領域（同図Ｂで左斜め上側）に対応するものについてはオンとし、２次元表示モードとする領域（同図Ｂで右斜め下側）に対応するものについてはオフとする。また、第１の電極群１６に接続されているスイッチのうち、接地側のスイッチの３次元表示モードとする領域に対応するものについてはオフとし、２次元表示モードとする領域に対応するものについてはオンとする。さらに、第２の電極群１９に接続されているスイッチのうち、Ｙライン発生部３２側のスイッチ３３ＬＸをオン、スイッチ３３ＳＸをオフとする。また、第２の電極群１９に接続されているスイッチのうち、接地側のスイッチ３４ＬＸをオフ、スイッチ３４ＳＸをオンとする。
【００７２】
図１１Ａに示すように、ディプレイ２を横長の状態で使用し、その上側の領域を２次元表示モード、その下側の領域を３次元表示モードとする場合には、同図Ｂに示すように、第１の電極群１６に接続されているスイッチのうち、Ｘライン発生部３１側のスイッチの３次元表示モードとする領域（同図Ｂで右斜め下側）に対応するものについてはオンとし、２次元表示モードとする領域（同図Ｂで左斜め上側）に対応するものについてはオフとする。また、第１の電極群１６に接続されているスイッチのうち、接地側のスイッチの３次元表示モードとする領域に対応するものについてはオフとし、２次元表示モードとする領域に対応するものについてはオンとする。さらに、第２の電極群１９に接続されているスイッチのうち、Ｙライン発生部３２側のスイッチ３３ＬＸをオン、スイッチ３３ＳＸをオフとする。また、第２の電極群１９に接続されているスイッチのうち、接地側のスイッチ３４ＬＸをオフ、スイッチ３４ＳＸをオンとする。
【００７３】
図１２Ａに示すように、ディプレイ２を縦長の状態で使用し、その上側の領域を２次元表示モード、その下側の領域を３次元表示モードとする場合には、同図Ｂに示すように、第１の電極群１６に接続されているスイッチのうち、Ｘライン発生部３１側のスイッチ３３ＬＹをオン、スイッチ３３ＳＹをオフとする。また、第１の電極群１６に接続されているスイッチのうち、接地側のスイッチ３４ＬＹをオフ、スイッチ３４ＳＹをオンとする。さらに、第２の電極群１９に接続されているスイッチのうち、Ｙライン発生部３２側のスイッチの２次元表示モードとする領域（同図Ｂで右斜め上側）に対応するものについてはオフとし、３次元表示モードとする領域（同図Ｂで左斜め下側）に対応するものについてはオンとする。また、第２の電極群１９に接続されているスイッチのうち、接地側のスイッチの２次元表示モードとする領域に対応するものについてはオンとし、３次元表示モードとする領域に対応するものについてはオフとする。
【００７４】
図１３Ａに示すように、ディプレイ２を縦長の状態で使用し、その上側の領域を３次元表示モード、その下側の領域を２次元表示モードとする場合には、同図Ｂに示すように、第１の電極群１６に接続されているスイッチのうち、Ｘライン発生部３１側のスイッチ３３ＬＹをオン、スイッチ３３ＳＹをオフとする。また、第１の電極群１６に接続されているスイッチのうち、接地側のスイッチ３４ＬＹをオフ、スイッチ３４ＳＹをオンとする。さらに、第２の電極群１９に接続されているスイッチのうち、Ｙライン発生部３２側のスイッチの２次元表示モードとする領域（同図Ｂで左斜め下側）に対応するものについてはオフとし、３次元表示モードとする領域（同図Ｂで右斜め上側）に対応するものについてはオンとする。また、第２の電極群１９に接続されているスイッチのうち、接地側のスイッチの２次元表示モードとする領域に対応するものについてはオンとし、３次元表示モードとする領域に対応するものについてはオフとする。
【００７５】
図１４Ａに示すように、ディプレイ２を縦長の状態で使用し、その右側の領域を２次元表示モード、その左側の領域を３次元表示モードとする場合には、同図Ｂに示すように、第１の電極群１６に接続されているスイッチのうち、Ｘライン発生部３１側のスイッチの２次元表示モードとする領域（同図Ｂで右斜め下側）に対応するものについてはオフとし、３次元表示モードとする領域（同図Ｂで左斜め上側）に対応するものについては、３３ＬＹをオン、スイッチ３３ＳＹをオフとする。また、第１の電極群１６に接続されているスイッチのうち、接地側のスイッチの２次元表示モードとする領域に対応するものについてはオンとし、３次元表示モードとする領域に対応するものについては、３４ＬＹをオフ、スイッチ３４ＳＹをオンとする。さらに、第２の電極群１９に接続されているスイッチのうち、Ｙライン発生部３２側の全てのスイッチをオンとし、接地側の全てのスイッチをオフとする。
【００７６】
図１５Ａに示すように、ディプレイ２を縦長の状態で使用し、その右側の領域を３次元表示モード、その左側の領域を２次元表示モードとする場合には、同図Ｂに示すように、第１の電極群１６に接続されているスイッチのうち、Ｘライン発生部３１側のスイッチの２次元表示モードとする領域（同図Ｂで左斜め上側）に対応するものについてはオフとし、３次元表示モードとする領域（同図Ｂで右斜め下側）に対応するものについては、３３ＬＹをオン、スイッチ３３ＳＹをオフとする。また、第１の電極群１６に接続されているスイッチのうち、接地側のスイッチの２次元表示モードとする領域に対応するものについてはオンとし、３次元表示モードとする領域に対応するものについては、３４ＬＹをオフ、スイッチ３４ＳＹをオンとする。さらに、第２の電極群１９に接続されているスイッチのうち、Ｙライン発生部３２側の全てのスイッチをオンとし、接地側の全てのスイッチをオフとする。
【００７７】
図１６は、図６乃至図１５に示された、液晶レンズアレイ素子１０における各電極の電圧印加の状態と発生するレンズ効果との対応関係を示している。
【００７８】
以上に説明したように、本実施の形態における液晶レンズアレイ素子１０によれば、ディスプレイ２の状態（縦長または横長）に拘わらず３次元表示モードを実現するとともに、画面上を３次元表示モードの領域と２次元表示モードの領域とに分割して使用することができる。
【００７９】
[Ｘライン発生部３１およびＹライン発生部３２における発生電圧]
次に、Ｘライン発生部３１およびＹライン発生部３２のそれぞれにおいて発生される電圧について、図１７を参照して説明する。
【００８０】
同図Ａは、Ｘライン発生部３１およびＹライン発生部３２が発生する電圧波形の一例を示している。同図Ａに示されるように、Ｘライン発生部３１は、例えば30Hz以上の矩形波の電圧を＋Ｖｘ，−Ｖｘ，＋Ｖｘ，−Ｖｘ，・・・の順に発生する。これに対して、Ｙライン発生部３２は、同じ周期の矩形波の電圧を−Ｖｙ，＋Ｖｙ，−Ｖｙ，＋Ｖｙ，・・・の順に発生する。すなわち、Ｘライン発生部３１とＹライン発生部３２は、振幅がほぼ等しい（Ｖｘ＝Ｖｙ）電圧を、位相を１８０°ずらして発生する。
【００８１】
同図Ｂは、図６Ａに示された状態に対応する上下方向の電極間電位を示している。特に、同図Ｂの上段は、第２の電極群１９の第１の電極１９ＬＸに対応する部分の電圧波形、同図Ｂの下段は、第２の電極１９ＳＸに対応する部分の電圧波形を示している。
【００８２】
図６Ａの状態を実現する場合には、液晶層１１を挟む上下の透明電極間で、第２の電極群１９の第１の電極１９ＬＸに対応する部分において、液晶分子１３の配列に変化を生じさせることが可能となるような所定の電位差が生じるようにする。
【００８３】
具体的には、第１の電極群１６を構成する各電極のＸライン発生部３１側のスイッチを全てオンとして、共通の電圧（振幅Ｖｘ）を印加する。また、第２の電極群１９を構成する複数の電極のうち、第１の電極１９ＬＸのみをＹライン発生部３２に接続し、選択的に電圧（振幅Ｖｙ）を印加する。かつ、第２の電極群１９を構成する複数の電極のうち第２の電極１９ＳＸを接地する。
【００８４】
ここで、Ｘライン発生部３１とＹライン発生部３２が、同図Ａに示されたように電圧を発生すると、第２の電極群１９の第１の電極１９ＬＸと、その第１の電極１９ＬＸに対応する部分に存在する第１の電極群１６との電極間には、同図Ｂの上段に示されるように、（Ｖｘ＋Ｖｙ）の振幅電圧を有する矩形波が印加されることになる。一方、第２の電極群１９の第２の電極１９ＳＸと、その第２の電極１９ＳＸに対応する部分に存在する第１の電極群１６との電極間には、同図Ｂの下段に示されるように、Ｖｘ＝Ｖｙ＝（Ｖｘ＋Ｖｙ）／２の振幅電圧を有する矩形波が印加されることになる。このとき、第２の電極１９ＳＸに対応する部分では、その振幅電圧が液晶の閾値電圧以下であれば、液晶分子１３の動きが実際には起きないが、第２の電極１９ＳＸによる横電界によって初期の液晶分子１３の配向分布、すなわち屈折率分布を引き起こすことができる。
【００８５】
同図Ｃは、図７Ａに示された状態に対応する上下方向の電極間電位を示している。特に、同図Ｃの上段は、第１の電極群１６の第１の電極１６ＬＹに対応する部分の電圧波形、同図Ｃの下段は、第２の電極１６ＳＸに対応する部分の電圧波形を示している。
【００８６】
図７Ａの状態を実現する場合には、液晶層１１を挟む上下の透明電極間で、第１の電極群１６の第１の電極１６ＬＹに対応する部分において、液晶分子１３の配列に変化を生じさせることが可能となるような所定の電位差が生じるようにする。
【００８７】
具体的には、第２の電極群１９を構成する各電極のＹライン発生部３２側のスイッチを全てオンとして、共通の電圧（振幅Ｖｙ）を印加する。また、第１の電極群１６を構成する複数の電極のうち、第１の電極１６ＬＹのみをＸライン発生部３１に接続し、選択的に電圧（振幅Ｖｘ）を印加する。かつ、第１の電極群１６を構成する複数の電極のうち、第２の電極１６ＳＹを接地する。
【００８８】
ここで、Ｘライン発生部３１とＹライン発生部３２が、同図Ａに示されたように電圧を発生すると、第１の電極群１６の第１の電極１６ＬＹと、その第１の電極１６ＬＹに対応する部分に存在する第２の電極群１９との電極間には、同図Ｃの上段に示されるように、（Ｖｘ＋Ｖｙ）の振幅電圧を有する矩形波が印加されることになる。一方、第１の電極群１６の第２の電極１６ＳＹと、その第２の電極１６ＳＹに対応する部分に存在する第２の電極群１９との電極間には、同図Ｃの下段に示されるように、Ｖｘ＝Ｖｙ＝（Ｖｘ＋Ｖｙ）／２の振幅電圧を有する矩形波が印加されることになる。このとき、第２の電極１６ＳＹに対応する部分では、その振幅電圧が液晶の閾値電圧以下であれば、液晶分子１３の動きが実際には起きないが、第２の電極１６ＳＹによる横電界によって初期の液晶分子１３の配向分布、すなわち屈折率分布を引き起こすことができる。
【００８９】
なお、液晶層３の全体ををレンズ効果の無い状態にする場合には、第１の電極群１６を構成する複数の電極と第２の電極群１９を構成する複数の透極とがすべて同電位（０Ｖ）となるような電圧状態とすればよい。すなわち、図４に示されたように、Ｘライン発生部３１およびＹライン発生部３２の発生電圧を０Ｖとして各電極を接地する。この場合、液晶分子１３が配向膜１５，１８によって規定される所定の方向に一様に配列されるので、レンズ効果の無い状態となる。
【実施例】
【００９０】
次に、本実施の形態であるスマートフォン１の具体的な実施例について説明する。
【００９１】
液晶レンズアレイ素子１０については、上述したように、ガラス材料などからなる第１基板１４と第２の基板１７の間に、ITOからなる第１の電極群１６と第２の電極群１９を、周知のフォトリソ法とウェットエッチングまたはドライエッチングとにより形成させる。その電極上にポリイミドをそれぞれスピンコートして焼成することにより、配向膜１５，１８を形成する。
【００９２】
材料の焼成後には、配向膜１５，１８の表面をラビング処理し、さらにはIPA等で洗浄し、加熱乾燥させる。冷却後、ラビング方向が向き合うように第１基板１４と第２の基板１７を約30乃至50μｍの間隔で貼り合わせる。この間隔は、スペーサを全面に分散させることにより保持する。その後、シール材開口部から真空注入法によって、液晶材料を注入し、シール材開口部を封止する。そして、等方相まで液晶セルを加熱してから徐冷する。
【００９３】
液晶層１１に用いる液晶材料は代表的なネマティック液晶であるMBBA(p-methoxybenzylidene-p’-butylaniline)を用いる。なお、屈折率異方性Δｎは、２０℃で０．２５５である。
【化１】
【００９４】
表示パネル２０については、１画素の大きさが70.5μｍのTFT-LCDパネルを用いた。この表示パネル２０は、Ｒ，Ｇ，Ｂの各画素がマトリクス状に配置されている。また、液晶レンズアレイ素子１０によって形成されるシリンドリカルレンズのピッチｐに対して、表示パネル２０の画素数がＮ（２以上の数）個となるようになされている。３次元表示モードの領域では、このＮ個分の光線数（視線数）を提示することになる。また、表示パネル２０としては、３インチのWVGA（864×480画素）規格のものを用いた。
【００９５】
図１９は、後述する第１乃至第３の実施例に対応する液晶レンズアレイ素子１０の電極構造を示しており、同図Ａは第２の基板１７側の電極構造、同図Ｂは第１の基板１４側の電極構造を示している。同図に示すとおり、第１乃至第３の実施例では、第１の基板１４の電極と第２の基板１７の電極とが直交するように形成されている。
【００９６】
同図に示すように、第１の基板１４の電極と第２の基板１７の電極とが直交している場合には、以下に説明する不都合が生じ得る。すなわち、図７等に示されたように、表示パネル２０を縦長の状態で使用した場合、図１８に示されたように、表示パネル２０においてＲ，Ｇ，Ｂの画素がＸ方向に配置されていることに起因して、観察者が見る３次元表示にモアレが生じ易くなる。
【００９７】
これを抑止するため、後述する第４乃至第６の実施例では、第１の基板１４の電極と第２の基板１７の電極とは直交せず、所定の角度を有するように形成されている。
【００９８】
図２０は、後述する第４乃至第６の実施例に対応する液晶レンズアレイ素子１０の電極構造を示しており、同図Ａは第２の基板１７側の電極構造、同図Ｂは第１の基板１４側の電極構造を示している。同図に示すとおり、第４乃至第６の実施例では、第１の基板１４の電極と第２の基板１７の電極とが（９０−θ）の角度を有するように形成されている。ここで、θはtan−１θ＝１／３である。
【００９９】
図２１は、第１乃至第６の実施例に対応する各種設計パラメータの値を示している。Ｎは表示パネル２０のレンズピッチｐに対する画素数であり、電極幅Ｌｘ，Ｓｘ，Ｌｙ，Ｓｙ、電極間隔ａ，基板間隔ｄは、図２に示されたとおりの部位の長さをμｍの単位で示している。
【０１００】
なお、Ｘライン発生部３１およびＹライン発生部３２から供給する電力は、30Hz以上の矩形波を用い、その振幅電圧は５乃至１０Ｖ程度として、レンズピッチｐや基板間隔ｄに応じて調整するものとする。通常、基板間隔ｄが厚くなるほど、振幅電圧を高く設定する必要がある。
【０１０１】
次に、第１乃至第６の実施例に対する評価について説明する。なお、現状においては、３次元表示の良し悪しを判断するための明確な判断基準が一般化されていないため、ここでは、以下に示す簡略的な手法によって、３次元表示として認識できるか否かを判断基準とするようにした。
【０１０２】
図２２は、第１乃至第６の実施例における３次元表示の見え方の評価の概念を示している。同図に示すように、液晶レンズアレイ素子１０によって発生する１つのシリンドリカルレンズに対して、青色１画素、赤色１画素の計２画素分が対応している。同図に示されたように、表示パネル２０に対して、右眼と左眼にそれぞれ青と赤の色が見えるように表示パターンを出力して表示させる。そして、左右の眼の位置に相当するところにカメラを配置して撮影し、それぞれ、赤と青に分離して見えるか否かを判断基準とした。なお、２次元表示モードの領域については、赤と青が混合して紫として見えることになる。
【０１０３】
駆動振幅電圧については、少しずつ上げるようにし、その電圧を上げてもほとんど視認性が変わらなくなる飽和直前の電圧値を駆動電圧とする。なお、各電極に印加する矩形波の電圧振幅ＶはＶ＝２Ｖｘ＝２Ｖｙとした。また、０Ｖを印加することで、３次元表示モードから２次元表示モードへと変化するのときの時間（２Ｄ切替応答時間）も評価の対象として観測した。
【０１０４】
第１乃至第６の各実施例を、以下の７種類の使用状態に評価した結果は次のとおりである。
【０１０５】
使用状態１（全面を２次元表示モードとした場合）
第１乃至第６の実施例のいずれも、視感評価として、全面紫色となり、液晶レンズアレイ素子１０を表示パネル２０上に配置していない場合とほぼ同様の２次元表示が確認できる。
【０１０６】
使用状態２（図６に対応する。横長で全面を３次元表示モードとした場合）
第１乃至第６の実施例のいずれも、左眼位置では赤、右眼位置では青を観測することができる。すなわち、液晶レンズアレイ素子１０により３次元表示モードが実現されていることが確認できる。
【０１０７】
使用状態３（図７に対応する。縦長で全面を３次元表示モードとした場合）
第１乃至第６の実施例のいずれも、左眼位置では赤、右眼位置では青を観測することができる。すなわち、液晶レンズアレイ素子１０により３次元表示モードが実現されていることが確認できる。しかしながら、第１乃至第３の実施例では、全面を白色で表示した場合などにおいて、赤、青、緑の縞状のいわゆるモアレが観察され、視覚的な快適性が欠如している。
【０１０８】
使用状態４（図８または図９に対応する。横長で３次元表示モードの領域と２次元表示モードの領域とを左右に分けて設けた場合）
第１乃至第６の実施例のいずれも、３次元表示モードと２次元表示モードの境の位置に拘わらず、２次元表示モードの領域では紫色が観察される。一方、３次元表示モードの領域では、左眼位置では赤、右眼位置では青を観測することができる。すなわち、液晶レンズアレイ素子１０により３次元表示モードが実現されていることが確認できる。
【０１０９】
使用状態５（図１０または図１１に対応する。横長で３次元表示モードの領域と２次元表示モードの領域とを上下に分けて設けた場合）
第１乃至第６の実施例のいずれも、３次元表示モードと２次元表示モードの境の位置に拘わらず、２次元表示モードの領域では紫色が観察される。一方、３次元表示モードの領域では、左眼位置では赤、右眼位置では青を観測することができる。すなわち、液晶レンズアレイ素子１０により３次元表示モードが実現されていることが確認できる。
【０１１０】
使用状態６（図１２または図１３に対応する。縦長で３次元表示モードの領域と２次元表示モードの領域とを上下に分けて設けた場合）
第１乃至第６の実施例のいずれも、３次元表示モードと２次元表示モードの境の位置に拘わらず、２次元表示モードの領域では紫色が観察される。一方、３次元表示モードの領域では、左眼位置では赤、右眼位置では青を観測することができる。すなわち、液晶レンズアレイ素子１０により３次元表示モードが実現されていることが確認できる。しかしながら、第１乃至第３の実施例では、全面を白色で表示した場合などにおいて、赤、青、緑の縞状のいわゆるモアレが観察され、視覚的な快適性が欠如している。
【０１１１】
使用状態７（図１４または図１５に対応する。縦長で３次元表示モードの領域と２次元表示モードの領域とを左右に分けて設けた場合）
第１乃至第６の実施例のいずれも、３次元表示モードと２次元表示モードの境の位置に拘わらず、２次元表示モードの領域では紫色が観察される。一方、３次元表示モードの領域では、左眼位置では赤、右眼位置では青を観測することができる。すなわち、液晶レンズアレイ素子１０により３次元表示モードが実現されていることが確認できる。しかしながら、第１乃至第３の実施例では、全面を白色で表示した場合などにおいて、赤、青、緑の縞状のいわゆるモアレが観察され、視覚的な快適性が欠如している。
【０１１２】
図２３は、上述した使用状態１乃至７における各評価をまとめて示している。同図においては、２次元表示および３次元表示の評価を、最も良い方から順に２重丸◎、１重丸○、三角△、バツ×として４段階で示している。２重丸◎は、赤と青に十分に分離して観察できたことを示す。三角△は、赤と青に分離する限界の状態のように観察されたことを示している。１重丸○は、２重丸◎と三角△の中間の見え方であったことを示している。
【０１１３】
以上に説明したように、本実施の形態によれば、画面の長手方向の向き、すなわち、縦長の状態として用いるか、または横長の状態に拘わらず３次元表示を可能にし、且つ、画面上に２次元表示モードの領域と３次元表示モードの領域と任意の位置を境にとして同時に設けることができる。
【０１１４】
＜その他の実施の形態＞
なお、画面上の任意の位置を境として２次元表示モードの領域と３次元表示モードの領域と設けるのではなく、当該境を最も使用勝手がよいと想定される位置に固定してしまう場合には、例えば、図２４に示されるように、第１の基板１４における第１の電極群１６の各電極を、当該境とする位置で分断するようにしてもよい。このような構成によっても、当該境界を任意に設定すること以外については、上述した実施の形態を同様の効果を得ることができる。
【０１１５】
なお、本発明の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【０１１６】
１ スマートフォン， ２ ディスプレイ， １０ 液晶レンズアレイ素子， １４ 第１の基板， １５ 配向膜， １６ 第１の電極群， １７ 第２の基板， １８ 配向膜， １９ 第２の電極群， ２０ 表示パネル， ３１ Ｘライン発生部， ３２ Ｙライン発生部， ３３ スイッチ， ３４ スイッチ， ４０ 液晶レンズアレイ素子制御部， ４１ 傾きセンサ， ４２ 操作入力部， ４３ 統制部， ４４ Ｘライン電圧制御部， ４５ Ｙライン電圧制御部， ４６ スイッチ制御部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レンズアレイ素子、および画像表示装置に関し、特に、３次元表示を実現するためのレンズ効果の発生を電気的に制御するようにしたレンズアレイ素子、および画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、観察者の左右の眼に視差を生じさせた視差画像を見せることにより立体視を実現する方法が知られており、観察者が立体視を実現するための専用のメガネを用いる必要がある方法と当該メガネを必要としない方法とが知られている。
【０００３】
当該メガネを必要とする方法は、例えば、映画館における上映設備やテレビジョン受像機に適用されている。当該メガネを必要としない方法は、テレビジョン受像機の他、例えば、携帯電話機、スマートフォン、ネットブックコンピュータなどのような携帯可能な電子機器のディスプレイに適用されることが想定される。
【０００４】
当該メガネを必要としない方法の具体的な実現方法としては、液晶ディスプレイなどの２次元表示装置の画面上に、２次元表示装置からの表示画像光を複数の視野角方向に偏向させる３次元表示用の光学デバイスとを組み合わせたものを挙げることができる。
【０００５】
３次元表示用の光学デバイスとしては、複数のシリンドリカルレンズ（円筒レンズ）を並列配置したレンズアレイが知られている。例えば２眼式の立体視の場合、左右の眼に異なる視差画像を見せることにより観察者の視覚に対して立体感が得られる。よって、これを実現するため、２次元表示装置の表示面に対して、縦方向に延在するシリンドリカルレンズを横方向に複数並列配置し、２次元表示装置からの表示画像光を左右方向に偏向させ、左右の視差画像が適切に観察者の左右の眼に到達するようになされている。
【０００６】
シリンドリカルレンズの他には、液晶レンズによる切り替え式のレンズアレイ素子（以下、液晶レンズアレイ素子と称する）が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
この液晶レンズアレイ素子は、シリンドリカルレンズと同等のレンズ効果の有無を電気的に切り替えることができる。したがって、２次元表示装置の画面上に液晶レンズアレイ素子を設けることにより、レンズ効果無しの状態による２次元表示モードと、レンズ効果有りの状態による３次元表示モードの２つの表示モードを切り替えることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００８−９３７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述したように、液晶レンズアレイ素子を用いた３次元表示は、スマートフォン等の携帯可能な電子機器に適用することが想定されるが、その場合、以下の要望を実現することが望ましい。
【００１０】
すなわち、当該電子機器のディスプレイは、その表示状態を、縦長の状態（画面の縦横比率が縦の方が大きい状態）と、横長の状態（画面の縦横比率が横の方が大きい状態）とに切り替えて使用可能なものが存在する。したがって、ディスプレイの状態に拘わらず、３次元表示を実現できるようにしたいという要望がある。
【００１１】
それに加え、全画面を一括して２次元表示モードまたは３次元表示モードのいずれかに切り替えるだけでなく、画面上に２次元表示モードの領域と３次元表示モードの領域とを同時に設けられるようにすれば便利である。
【００１２】
一般に、３次元表示は２次元表示に比べて解像度が落ちるため、高い解像度が要求される映像部分については２次元表示モードとし、その他の部分については３次元表示モードとすることが考えられる。また、３次元表示でなくとも良い部分を含む映像素材を表示する領域を、部分的に２次元表示モードにすることが考えられる。例えば、字幕付きの映画を３次元表示する場合に、字幕の部分については２次元表示にすることなどが考えられる。
【００１３】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、画面の向き（縦長の状態で用いるか、横長の状態で用いるか）に拘わらず、３次元表示を可能にし、且つ、画面上に２次元表示モードの領域と３次元表示モードの領域とを同時に設けられるようにするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の第１の側面であるレンズアレイ素子は、間隔を空けて互いに対向配置された第１および第２の基板と、前記第１の基板上における前記第２の基板に対向する側に形成され、第１の方向に延在する複数の電極が幅方向に間隔を空けて並列配置されて成る第１の電極群と、前記第１の電極群に対して電圧を印加する第１の電圧発生部と前記第１の電極群の各電極と接続する第１のスイッチ群と、前記第２の基板上における前記第１の基板に対向する側に形成され、前記第１の方向とは異なる第２の方向に延在する複数の電極が幅方向に間隔を空けて並列配置されて成る第２の電極群と、前記第２の電極群に対して電圧を印加する第２の電圧発生部と前記第２の電極群の各電極と接続する第２のスイッチ群と、前記第１の基板と前記第２の基板との間に配置され、屈折率異方性を有する液晶分子を含み、前記第１の電極群と前記第２の電極群とに印加される電圧に応じて前記液晶分子の配列方向が変化することでレンズ効果が発生する液晶層とを備え、前記第１および第２のスイッチ群を切り替えることにより、前記第１または第２の方向と平行な任意の線を境とし、前記液晶層のレンズ効果が変化する。
【００１５】
前記液晶層は、前記第１および第２のスイッチ群を切り替えることにより、前記第１または第２の方向と平行な任意の線を境とし、前記第１の電極群と前記第２の電極群とに印加される電圧の状態に応じて、レンズ効果の無い状態、前記第１の方向に延在するような第１のシリンドリカルレンズ状のレンズ効果が発生する第１のレンズ状態、または前記第２の方向に延在するような第２のシリンドリカルレンズ状のレンズ効果が発生する第２のレンズ状態のいずれかの状態に電気的に切り替わるようにすることができる。
【００１６】
前記液晶層は、前記第１の電極群を構成する複数の電極と前記第２の電極群を構成する複数の電極とが同電位であるとき、レンズ効果の無い状態となり、前記第１の電極群を構成する複数の電極のすべてに共通の電圧を印加するとともに、前記第２の電極群を構成する複数の電極のうち、前記第２のシリンドリカルレンズのレンズピッチに相当する位置にある電極のみに選択的に駆動電圧を印加するとき、前記第２のレンズ状態になり、前記第２の電極群を構成する複数の電極のすべてに共通の電圧を印加するとともに、前記第１の電極群を構成する複数の電極のうち、前記第１のシリンドリカルレンズのレンズピッチに相当する位置にある電極のみに選択的に駆動電圧を印加するとき、前記第１のレンズ状態になるようにすることができる。
【００１７】
前記第１の電極群は、第１の幅を有して前記第１の方向に延在する第１の電極と、前記第１の幅よりも大きい第２の幅を有して前記第１の方向に延在する第２の電極とをそれぞれ複数有し、前記第１の電極と前記第２の電極とが交互に並列配置されて構成され、前記第２の電極群は、第１の幅を有して前記第２の方向に延在する第１の電極と、前記第１の幅よりも大きい第２の幅を有して前記第２の方向に延在する第２の電極とをそれぞれ複数有し、前記第１の電極と前記第２の電極とが交互に並列配置されて構成されているようにすることができる。
【００１８】
前記液晶層は、前記第１の電極群を構成する複数の電極と前記第２の電極群を構成する複数の電極とが同電位であるとき、レンズ効果の無い状態となり、前記第１の電極群を構成する複数の電極のすべてに共通の電圧を印加するとともに、前記第２の電極群を構成する複数の電極のうち、前記第１の電極のみに選択的に駆動電圧を印加するとき、前記第２のレンズ状態になり、前記第２の電極群を構成する複数の電極のすべてに共通の電圧を印加するとともに、前記第１の電極群を構成する複数の電極のうち、前記第１の電極のみに選択的に駆動電圧を印加するとき、前記第１のレンズ状態になるようにすることができる。
【００１９】
前記液晶層は、前記第２の電極群を構成する複数の電極のうち、前記第１の電極のみに選択的に駆動電圧を印加し、かつ前記第２の電極を接地させたとき、前記第２のレンズ状態になり、前記第１の電極群を構成する複数の電極のうち、前記第１の電極のみに選択的に駆動電圧を印加し、かつ前記第２の電極を接地させたとき、前記第１のレンズ状態になるようにすることができる。
【００２０】
前記液晶層は、前記第１の電極群を構成する複数の電極のすべてに共通の電圧を印加するとともに、前記第２の電極群を構成する複数の電極のうち、前記第１の電極のみに選択的に第２の駆動電圧を印加するとき、前記第２のレンズ状態になり、前記第２の電極群を構成する複数の電極のすべてに共通の電圧を印加するとともに、前記第１の電極群を構成する複数の電極のうち、前記第１の電極のみに選択的に第１の駆動電圧を印加するとき、前記第１のレンズ状態になり、前記第１の駆動電圧と前記第２の駆動電圧は、電圧振幅が同一の矩形波であって、かつ、互いの位相が１８０°異なっているようにすることができる。
【００２１】
前記第１の電極群を構成する前記第１の電極は、前記第１のシリンドリカルレンズのレンズピッチに相当する間隔で配置され、前記第２の電極群を構成する前記第１の電極は、前記第２のシリンドリカルレンズのレンズピッチに相当する間隔で配置されているようにすることができる。
【００２２】
前記第１の方向と前記第２の方向とは互いに直交する方向であり、前記液晶層は、前記第１の方向にレンズ効果のある状態または前記第２の方向にレンズ効果のある状態に電気的に切り替えられるようにすることができる。
【００２３】
前記第２の方向は、前記第１の方向に対して（９０°−θ）で交わる方向であり、前記液晶層は、前記第１の方向にレンズ効果のある状態または前記第２の方向にレンズ効果のある状態に電気的に切り替えられるようにすることができる。
【００２４】
前記θは、tan−１θ＝１／３を満たすようにすることができる。
【００２５】
本発明の第１の側面であるレンズアレイ素子においては、第１および第２のスイッチ群を切り替えることにより、第１または第２の方向と平行な任意の線を境とし、液晶層のレンズ効果が変化される。
【００２６】
本発明の第２の側面である画像表示装置は、画像表示を行う表示部と、前記表示部の表示面側に対向配置され、前記表示部からの光線の通過状態を選択的に変化させるレンズアレイ素子と、前記レンズアレイ素子が対向配置された前記表示パネルが使用される向きを検知する検知手段と、表示の境界を設定する設定手段と、スイッチを制御するスイッチ制御手段とを備え、前記レンズアレイ素子は、間隔を空けて互いに対向配置された第１および第２の基板と、前記第１の基板上における前記第２の基板に対向する側に形成され、第１の方向に延在する複数の電極が幅方向に間隔を空けて並列配置されて成る第１の電極群と、前記第１の電極群に対して電圧を印加する第１の電圧発生部と前記第１の電極群の各電極と接続する第１のスイッチ群と、前記第２の基板上における前記第１の基板に対向する側に形成され、前記第１の方向とは異なる第２の方向に延在する複数の電極が幅方向に間隔を空けて並列配置されて成る第２の電極群と、前記第２の電極群に対して電圧を印加する第２の電圧発生部と前記第２の電極群の各電極と接続する第２のスイッチ群と、前記第１の基板と前記第２の基板との間に配置され、屈折率異方性を有する液晶分子を含み、前記第１の電極群と前記第２の電極群とに印加される電圧に応じて前記液晶分子の配列方向が変化することでレンズ効果が発生する液晶層とを備え、前記スイッチ制御手段が、検知された前記表示パネルが使用される向き、または設定された前記表示の境界の少なくとも一方に基づき、前記第１および第２のスイッチ群を切り替えることにより、前記第１または第２の方向と平行な任意の線を境とし、前記液晶層のレンズ効果が変化する。
【００２７】
前記液晶層は、前記第１および第２のスイッチ群を切り替えることにより、前記第１または第２の方向と平行な、前記境界を境とし、前記第１の電極群と前記第２の電極群とに印加される電圧の状態に応じて、レンズ効果の無い状態、前記第１の方向に延在するような第１のシリンドリカルレンズ状のレンズ効果が発生する第１のレンズ状態、または前記第２の方向に延在するような第２のシリンドリカルレンズ状のレンズ効果が発生する第２のレンズ状態のいずれかの状態に電気的に切り替わるようにすることができる。
【００２８】
前記レンズアレイ素子において、前記レンズ効果の無い状態、または前記第１のレンズ状態若しくは前記第２のレンズ状態とを切り替えることにより、２次元表示または３次元表示とが電気的に切り替わるようにすることができる。
【００２９】
前記レンズアレイ素子を、前記レンズ効果の無い状態として、前記表示パネルからの表示画像光を偏向させることなく透過させることで２次元表示を行い、前記第１のレンズ状態として、前記表示パネルからの表示画像光を前記第１の方向に直交する方向に偏向させることで、前記第１の方向に直交する方向に両眼を置いたときに立体感が得られる３次元表示を行い、前記第２のレンズ状態として、前記表示パネルからの表示画像光を前記第２の方向に直交する方向に偏向させることで、前記第２の方向に直交する方向に両眼を置いたときに立体感が得られる３次元表示を行うようにすることができる。
【００３０】
本発明の第２の側面である画像表示装置においては、スイッチ制御手段により、検知された表示パネルが使用される向き、または設定された表示の境界の少なくとも一方に基づき、第１および第２のスイッチ群を切り替えることにより、第１または第２の方向と平行な任意の線を境とし、液晶層のレンズ効果が変化される。
【発明の効果】
【００３１】
本発明の第１の側面によれば、画面の向きに拘わらず、３次元表示を可能にし、さらに、画面上に２次元表示モードの領域と３次元表示モードの領域とを同時に設けることが可能なレンズ効果を得ることができる。
【００３２】
本発明の第２の側面によれば、画面の向きに拘わらず、３次元表示を可能にし、さらに、画面上に２次元表示モードの領域と３次元表示モードの領域とを同時に設けることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明を適用したスマートフォンの外観図である。
【図２】液晶レンズアレイ素子の構成例を示す断面図である。
【図３】液晶レンズアレイ素子の第１および第２の電極群を示す斜視図である。
【図４】液晶レンズアレイ素子の第１および第２の電極群を示す斜視図である。
【図５】液晶レンズアレイ素子を制御するための構成例を示すブロック図である。
【図６】ディスプレイの利用状態に対応するスイッチの切り替え制御の状態を示す図である。
【図７】ディスプレイの利用状態に対応するスイッチの切り替え制御の状態を示す図である。
【図８】ディスプレイの利用状態に対応するスイッチの切り替え制御の状態を示す図である。
【図９】ディスプレイの利用状態に対応するスイッチの切り替え制御の状態を示す図である。
【図１０】ディスプレイの利用状態に対応するスイッチの切り替え制御の状態を示す図である。
【図１１】ディスプレイの利用状態に対応するスイッチの切り替え制御の状態を示す図である。
【図１２】ディスプレイの利用状態に対応するスイッチの切り替え制御の状態を示す図である。
【図１３】ディスプレイの利用状態に対応するスイッチの切り替え制御の状態を示す図である。
【図１４】ディスプレイの利用状態に対応するスイッチの切り替え制御の状態を示す図である。
【図１５】ディスプレイの利用状態に対応するスイッチの切り替え制御の状態を示す図である。
【図１６】ディスプレイの利用状態に対応するスイッチの切り替え制御の状態をまとめた図である。
【図１７】Ｘライン発生部およびＹライン発生部における発生電圧の波形を示す図である。
【図１８】表示パネルの一例を示す図である。
【図１９】第１乃至第３の実施例に対応する第１の電極群と第２の電極群の角度を示す図である。
【図２０】第４乃至第６の実施例に対応する第１の電極群と第２の電極群の角度を示す図である。
【図２１】第１乃至第６の実施例におけるパラメータの値を示す図である。
【図２２】３次元表示の評価方法を説明する図である。
【図２３】第１乃至第６の実施例に対する評価を示す図である。
【図２４】液晶レンズアレイ素子の電極構造の他の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、発明を実施するための最良の形態（以下、実施の形態と称する）について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００３５】
＜１．実施の形態＞
［スマートフォンの構成例］
図１は、本発明の実施の形態であるスマートフォンの外観を示している。このスマートフォン１には、縦横の長さが異なるディスプレイ２が設けられている。ディスプレイ２は、２次元表示装置である表示パネル２０と、その画面上に設けられた液晶レンズアレイ素子１０（いずれも図２）とにより構成される。
【００３６】
このスマートフォン１は、本体を立てた状態、すなわち、ディスプレイ２を同図Ａに示されるような縦長の状態で使用できる。また、本体を９０度横に傾けた状態、すなわち、同図Ｃに示すような横長の状態でも使用することもできる。当然ながら、ディスプレイ２の表示内容の角度は、ディスプレイ２の傾きを打ち消す方向に調整される。したがって、スマートフォン１のユーザ（観察者）は、本体の傾きに拘わらず、表示される情報を不自然さなく見ることができる。
【００３７】
また、同図Ｂに示すように、ディスプレイ２を縦長の状態とし、その上側の領域２−１を２次元表示モード、その下側の領域２−２を３次元表示モードとして使用することができる。これにより、例えば、ディスプレイ２の上側の領域２−１にカレンダや時計を２次元表示させることができ、それと同時に、その下側の領域２−２に写真などを３次元表示することができる。なお、上側の領域２−１と、下側の領域２−２の境界線は任意の位置に設けることができる。また、上側の領域２−１を３次元表示モード、下側の領域２−２を２次元表示モードとして使用することができる。
【００３８】
さらに、同図Ｃに示すように、ディスプレイ２を横長の状態とし、その右側の領域２−３を２次元表示モード、その左側の領域２−４を３次元表示モードとして使用することができる。これにより、例えば、ディスプレイ２の右側の領域２−３に任意の文字情報を２次元表示させることができ、それと同時に、その左側の領域２−４にゲームなどの画面を３次元表示することができる。なお、右側の領域２−３と、左側の領域２−４の境界線は任意の位置に設けることができる。また、右側の領域２−３を３次元表示モード、左側の領域２−４を２次元表示モードとして使用することができる。
【００３９】
［液晶レンズアレイ素子１０の構成例］
図２は、ディスプレイ２を構成する液晶レンズアレイ素子１０の断面図を示している。
【００４０】
同図に示すように、液晶レンズアレイ素子１０は、表示パネル２０の表示面２０Ａ上に設けられる。
【００４１】
液晶レンズアレイ素子１０は、表示モードに応じてレンズ効果を制御することで、表示パネル２０からの光線の通過状態を選択的に変化させる。表示パネル２０は、例えば液晶表示ディスプレイ、有機ELなどで構成することができる。そして、表示パネル２０は、２次元表示モードの領域には２次元画像データに基づく映像表示を行い、３次元表示モードの領域には３次元画像データに基づく映像表示を行う。なお、３次元画像データとは、例えば、３次元表示における複数の視野角方向に対応した複数の視差画像を含むデータであり、２眼式の３次元表示を行う場合、右眼表示用と左眼表示用の視差画像のデータを指す。
【００４２】
液晶レンズアレイ素子１０は、間隔ｄを空けて互いに対向配置された第１の基板１４および第２の基板１７、並びにそれらの間に配置された液晶層１１を備えている。
【００４３】
第１の基板１４および第２の基板１７は、例えば、ガラス材料または樹脂材料などより成る透明基板である。第１の基板１４上における第２の基板１７に対向する側には、第１の方向（同図のＸ軸方向）に延在する複数の透明電極が幅方向（同図のＹ軸方向）に間隔を空けて並列配置された第１の電極群１６が形成されている。第１の基板１４上にはまた、第１の電極群１６を介して配向膜１５が形成されている。
【００４４】
同様に、第２の基板１７上における第１の基板１４に対向する側には、第１の方向とは異なる第２の方向（同図のＹ軸方向）に延在する複数の透明電極が幅方向（同図のＸ軸方向）に間隔を空けて並列配置されてなる第２の電極群１９が形成されている。第２の基板１７上にはまた、第２の電極群１９を介して配向膜１８が形成されている。
【００４５】
液晶層１１は、液晶分子１３を含み、第１の電極群１６と第２の電極群１９とに印加される電圧に応じて液晶分子１３の配列方向が変化することでレンズ効果が制御されるようになされている。また、液晶層１１は、第１の電極群１６と第２の電極群１９とに印加される電圧の状態に応じて、液晶レンズアレイ素子１０を領域毎に、レンズ効果の無い状態と、第１のレンズ状態と、第２のレンズ状態との３つの状態に電気的に切り替えることができる。
【００４６】
液晶分子１３は、屈折率異方性を有し、例えば長手方向と短手方向とで通過光線に対して屈折率の異なる屈折率楕円体の構造を有している。第１のレンズ状態は、第１の方向に延在するような第１のシリンドリカルレンズ状のレンズ効果が発生する状態である。第２のレンズ状態は、第２の方向に延在するような第２のシリンドリカルレンズ状のレンズ効果が発生する状態である。
【００４７】
以下、本実施の形態では、上記第１の方向を図１のＸ方向（紙面の横方向）、上記第２の方向を図１のＹ方向（紙面に直交する方向）として説明する。Ｘ方向とＹ方向は、基板面内で互いに直交する方向である。ただし、Ｘ方向とＹ方向とが直行しない場合もある。その場合については、図２０を参照して後述する。
【００４８】
［液晶レンズアレイ素子１０の電極構造］
図３および図４は、液晶レンズアレイ素子１０の電極構造を示している。なお、図３は、図１および図４とは上下を逆にした状態、すなわち、第１の基板１４を上側に、第２の基板１７を下側にした状態を示している。
【００４９】
第１の基板１４に設けられた第１の電極群１６は、複数の透明電極として、電極幅が異なる２種類の電極を交互に並列配置して構成されている。すなわち、第１の電極群１６は、Ｘ方向第１電極（第１の電極１６ＬＹ）と、Ｘ方向第２電極（第２の電極１６ＳＹ）とをそれぞれ複数有し、第１の電極１６ＬＹと第２の電極１６ＳＹとが交互に並列配置されて構成される。
【００５０】
第１の電極１６ＬＹは、第１の幅Ｌｙを有して第１の方向（Ｘ方向）に延在している。第２の電極１６ＳＹは、第１の幅Ｌｙよりも広い第２の幅Ｓｙを有して第１の方向に延在している。第１の電極１６ＬＹは、レンズ効果として発生する第１のシリンドリカルレンズのレンズピッチｐに相当する周期間隔で、複数、並列配置されている。第１の電極１６ＬＹと第２の電極１６ＳＹは、間隔ａの幅を空けて配置されている。
【００５１】
そして、図４に示すように、第１の方向に延伸された第１の電極１６ＬＹの一端は、スイッチ３３ＬＹを介して、第１の電極群１６に対して所定の電圧を印加するためのＸライン発生部３１に接続されており、他端はスイッチ３４ＬＹを介して接地されている。また、第２の電極１６ＳＹの一端も、スイッチ３３ＳＹを介してＸライン発生部３１に接続されており、他端はスイッチ３４ＳＹを介して接地されている。
【００５２】
同様に、第２の電極群１９も、複数の透明電極として、電極幅が異なる２種類の電極を交互に並列配置して構成されている。すなわち、第２の電極群１９は、Ｙ方向第１電極（第１の電極１９ＬＸ）と、Ｙ方向第２電極（第２の電極１９ＳＸ）とをそれぞれ複数有し、第１の電極１９ＬＸと第２の電極１９ＳＸとが交互に並列配置されて構成される。
【００５３】
第１の電極１９ＬＸは、第１の幅Ｌｘを有して第２の方向（Ｙ方向）に延在している。第２の電極２２Ｙは、第１の幅Ｌｘよりも広い第２の幅Ｓｘを有して第２の方向に延在している。第１の電極１９ＬＸは、レンズ効果として発生する第２のシリンドリカルレンズのレンズピッチｐに相当する周期間隔で、複数、並列配置されている。第２の電極２１Ｙと第２の電極２２Ｙは、間隔ａの幅を空けて配置されている。
【００５４】
そして、図４に示すように、第２の方向に延伸された第２の電極１９ＬＸの一端は、スイッチ３３ＬＸを介して、第２の電極群１９に対して所定の電圧を印加するためのＹライン発生部３２に接続されており、他端はスイッチ３４ＬＸを介して接地されている。また、第２の電極１９ＳＸの一端も、スイッチ３３ＳＸを介してＹライン発生部３２に接続されており、他端はスイッチ３４ＳＸを介して接地されている。
【００５５】
上述した構成において、Ｘライン発生部３１およびＹライン発生部３２により所定の電圧を発生し、スイッチ３３ＬＹおよび３４ＬＹ、スイッチ３３ＳＹおよび３４ＳＹ、スイッチ３３ＬＸおよび３４ＬＸ、並びにスイッチ３３ＳＸおよび３４ＳＸを適切に切り替えることにより、液晶レンズアレイ素子１０の任意の領域を２次元表示モード、または３次元表示モードに設定することができる。
【００５６】
なお、Ｘライン発生部３１およびＹライン発生部３２により所定の電圧を発生しないことにより、すなわち、液晶レンズアレイ素子１０に電力を供給しないことにより、液晶レンズアレイ素子１０の全領域をその向きに拘わらず２次元表示モードに設定することができる。
【００５７】
スマートフォン１の一般的な使用状況を考慮した場合、液晶レンズアレイ素子１０の全領域を２次元表示モードに設定した状態が、使用時間のうちの最も長い時間を占めるものと想定される。したがって、液晶レンズアレイ素子１０に常時電力を給電する場合に比較して、電力の消費を抑えることができる。
【００５８】
［液晶レンズアレイ素子１０の製造］
液晶レンズアレイ素子１０の製造を行う場合には、ガラス材料などから成る第１の基板１４および第２の基板１７のそれぞれに、例えばITO(IndiumTin Oxide)膜などの透明導電膜を所定のパターンで形成して第１の電極群１６および第２の電極群１９を形成する。配向膜１５および２３は、ポリイミド等の高分子化合物を布で一方向に擦るラビング法や、SiO等の斜方蒸着法などにより形成する。これにより、液晶分子１３の長軸を一方向に配向させることができる。
【００５９】
配向膜１５，２３上には、第１の基板１４と第２の基板１７との間隔ｄを一様に保つために、シール材にガラス材料または樹脂材料からなるスペーサ１２を分散配置させたものを印刷する。そして、第１の基板１４と第２の基板１７とを貼り合わせ、スペーサ入りのシール材を硬化させる。その後に、所定の液晶材料をシール材開口部から第１の基板１４と第２の基板１７との間に注入し、シール材開口部を封止する。そして、液晶組成物を等方相まで加熱してから、徐冷することにより、液晶レンズアレイ素子１０を完成させる。
【００６０】
なお、液晶レンズアレイ素子１０においては、液晶分子１３の屈折率異方性Δｎが大きいほど、より大きいレンズ効果を得ることができるので、液晶材料をそのような内容組成にすることが好ましい。一方で、屈折率異方性Δｎが大きい液晶組成物の場合、かえって液晶組成物の物性を損ね、粘性が増加してしまう。これにより、基板間への注入が困難となったり、低温では結晶に近い状態になったり、内部電界が増大し、液晶素子の駆動電圧が高くなってしまうことがある。このため、液晶材料の内容組成は、製造性とレンズ効果との双方を考慮して決定することが好ましい。液晶材料の具体的な内容組成については、後述する実施例において詳述する。
【００６１】
［液晶レンズアレイ素子制御部４０の構成例］
次に、図５は、液晶レンズアレイ素子１０を制御するためにスマートフォン１の内部に設けられる液晶レンズアレイ素子制御部の構成例を示している。
【００６２】
この液晶レンズアレイ素子制御部４０は、傾きセンサ４１、操作入力部４２、統制部４３、Ｘライン電圧制御部４４、Ｙライン電圧制御部４５、およびスイッチ制御部４６から構成される。
【００６３】
傾きセンサ４１は、スマートフォン１の本体の傾きを検出し、その検出結果を統制部４３に通知する。操作入力部４２は、例えば、２次元表示モードまたは３次元表示モードを選択したり、各表示モードとする領域の境を指定したり、ディスプレイ２の表示方向を指定するなどのユーザの操作を受け付けて、その操作に応じた操作信号を統制部４３に出力する。
【００６４】
統制部４３は、傾きセンサ４１の検出結果および操作入力部４２からの操作信号に従い、ディスプレイ２の表示方向を決定するとともに、ディスプレイ２の画面上の２次元表示モードの領域と、３次元表示モードの領域を決定する。なお、ユーザの操作に基づく操作信号に依存せず、傾きセンサ４１の検出結果と実行中のアプリケーションからの制御に従って、それらを決定することもできる。さらに、統制部４３は、その決定に基づいて、Ｘライン電圧制御部４４、Ｙライン電圧制御部４５、およびスイッチ制御部４６を制御する。
【００６５】
Ｘライン電圧制御部４４は、統制部４３からの制御に従い、Ｘライン発生部３１を制御して所定の電圧を発生させる。Ｙライン電圧制御部４５は、統制部４３からの制御に従い、Ｙライン発生部３１を制御して所定の電圧を発生させる。スイッチ制御部４６は、統制部４３からの制御に従い、第１の電極群１６および第２の電極群１９に接続されているスイッチ３３ＬＹおよび３４ＬＹ、スイッチ３３ＳＹおよび３４ＳＹ、スイッチ３３ＬＸおよび３４ＬＸ、並びにスイッチ３３ＳＸおよび３４ＳＸを切り替える。
【００６６】
［ディプレイ２の状態と表示モードに対応するスイッチ制御］
次に、ディプレイ２の状態（縦長の状態で使用するか、または横長の状態で使用するか）と表示モード（２次元表示モード、または３次元表示モード）に対応するスイッチ３３ＬＹおよび３４ＬＹ、スイッチ３３ＳＹおよび３４ＳＹ、スイッチ３３ＬＸおよび３４ＬＸ、並びにスイッチ３３ＳＸおよび３４ＳＸの状態について、図６乃至図１６を参照して説明する。なお、図６乃至図１５におけるＸライン発生部３１およびＹライン発生部３２は、それぞれ所定の電圧（図１７を参照して後述）を発生しているものとする。
【００６７】
図６Ａに示すように、ディプレイ２を横長の状態で使用し、その全面を３次元表示モードとする場合には、同図Ｂに示すように、第１の電極群１６に接続されている全てのスイッチをオンとし、第２の電極群１９に接続されているスイッチのうち、Ｙライン発生部３２側のスイッチ３３ＳＸと、接地側のスイッチ３４ＬＸをオフとし、その他をオンとする。
【００６８】
図７Ａに示すように、ディプレイ２を縦長の状態で使用し、その全面を３次元表示モードとする場合には、同図Ｂに示すように、第１の電極群１６に接続されているスイッチのうち、Ｘライン発生部３１側のスイッチ３３ＳＹと、接地側のスイッチ３４ＬＹをオフとし、その他をオンとする。また、第２の電極群１９に接続されているスイッチのうち、Ｙライン発生部３２側の全てのスイッチをオフとする。
【００６９】
図８Ａに示すように、ディプレイ２を横長の状態で使用し、その右側の領域を３次元表示モード、その左側の領域を２次元表示モードとする場合には、同図Ｂに示すように、第１の電極群１６に接続されているスイッチのうち、Ｘライン発生部３１側の全てのスイッチをオンとし、接地側の全てのスイッチをオフとする。また、第２の電極群１９に接続されているスイッチのうち、Ｙライン発生部３２側の２次元表示モードとする領域（同図Ｂで左斜め下側）に対応するものについてはオフとし、３次元表示モードとする領域（同図Ｂで右斜め上側）に対応するスイッチ３３ＬＸをオン、スイッチ３３ＳＸをオフとする。さらに、第２の電極群１９に接続されているスイッチのうち、接地側の２次元表示モードとする領域に対応するものについてはオフとし、３次元表示モードとする領域に対応するスイッチ３４ＬＸをオフ、スイッチ３４ＳＸをオンとする。
【００７０】
図９Ａに示すように、ディプレイ２を横長の状態で使用し、その右側の領域を２次元表示モード、その左側の領域を３次元表示モードとする場合には、同図Ｂに示すように、第１の電極群１６に接続されているスイッチのうち、Ｘライン発生部３１側の全てのスイッチをオンとし、接地側の全てのスイッチをオフとする。また、第２の電極群１９に接続されているスイッチのうち、Ｙライン発生部３２側の２次元表示モードとする領域（同図Ｂで右斜め上側）に対応するものについてはオフとし、３次元表示モードとする領域（同図Ｂで左斜め下側）に対応するスイッチ３３ＬＸをオン、スイッチ３３ＳＸをオフとする。さらに、第２の電極群１９に接続されているスイッチのうち、接地側の２次元表示モードとする領域に対応するものについてはオフとし、３次元表示モードとする領域に対応するスイッチ３４ＬＸをオフ、スイッチ３４ＳＸをオンとする。
【００７１】
図１０Ａに示すように、ディプレイ２を横長の状態で使用し、その上側の領域を３次元表示モード、その下側の領域を２次元表示モードとする場合には、同図Ｂに示すように、第１の電極群１６に接続されているスイッチのうち、Ｘライン発生部３１側のスイッチの３次元表示モードとする領域（同図Ｂで左斜め上側）に対応するものについてはオンとし、２次元表示モードとする領域（同図Ｂで右斜め下側）に対応するものについてはオフとする。また、第１の電極群１６に接続されているスイッチのうち、接地側のスイッチの３次元表示モードとする領域に対応するものについてはオフとし、２次元表示モードとする領域に対応するものについてはオンとする。さらに、第２の電極群１９に接続されているスイッチのうち、Ｙライン発生部３２側のスイッチ３３ＬＸをオン、スイッチ３３ＳＸをオフとする。また、第２の電極群１９に接続されているスイッチのうち、接地側のスイッチ３４ＬＸをオフ、スイッチ３４ＳＸをオンとする。
【００７２】
図１１Ａに示すように、ディプレイ２を横長の状態で使用し、その上側の領域を２次元表示モード、その下側の領域を３次元表示モードとする場合には、同図Ｂに示すように、第１の電極群１６に接続されているスイッチのうち、Ｘライン発生部３１側のスイッチの３次元表示モードとする領域（同図Ｂで右斜め下側）に対応するものについてはオンとし、２次元表示モードとする領域（同図Ｂで左斜め上側）に対応するものについてはオフとする。また、第１の電極群１６に接続されているスイッチのうち、接地側のスイッチの３次元表示モードとする領域に対応するものについてはオフとし、２次元表示モードとする領域に対応するものについてはオンとする。さらに、第２の電極群１９に接続されているスイッチのうち、Ｙライン発生部３２側のスイッチ３３ＬＸをオン、スイッチ３３ＳＸをオフとする。また、第２の電極群１９に接続されているスイッチのうち、接地側のスイッチ３４ＬＸをオフ、スイッチ３４ＳＸをオンとする。
【００７３】
図１２Ａに示すように、ディプレイ２を縦長の状態で使用し、その上側の領域を２次元表示モード、その下側の領域を３次元表示モードとする場合には、同図Ｂに示すように、第１の電極群１６に接続されているスイッチのうち、Ｘライン発生部３１側のスイッチ３３ＬＹをオン、スイッチ３３ＳＹをオフとする。また、第１の電極群１６に接続されているスイッチのうち、接地側のスイッチ３４ＬＹをオフ、スイッチ３４ＳＹをオンとする。さらに、第２の電極群１９に接続されているスイッチのうち、Ｙライン発生部３２側のスイッチの２次元表示モードとする領域（同図Ｂで右斜め上側）に対応するものについてはオフとし、３次元表示モードとする領域（同図Ｂで左斜め下側）に対応するものについてはオンとする。また、第２の電極群１９に接続されているスイッチのうち、接地側のスイッチの２次元表示モードとする領域に対応するものについてはオンとし、３次元表示モードとする領域に対応するものについてはオフとする。
【００７４】
図１３Ａに示すように、ディプレイ２を縦長の状態で使用し、その上側の領域を３次元表示モード、その下側の領域を２次元表示モードとする場合には、同図Ｂに示すように、第１の電極群１６に接続されているスイッチのうち、Ｘライン発生部３１側のスイッチ３３ＬＹをオン、スイッチ３３ＳＹをオフとする。また、第１の電極群１６に接続されているスイッチのうち、接地側のスイッチ３４ＬＹをオフ、スイッチ３４ＳＹをオンとする。さらに、第２の電極群１９に接続されているスイッチのうち、Ｙライン発生部３２側のスイッチの２次元表示モードとする領域（同図Ｂで左斜め下側）に対応するものについてはオフとし、３次元表示モードとする領域（同図Ｂで右斜め上側）に対応するものについてはオンとする。また、第２の電極群１９に接続されているスイッチのうち、接地側のスイッチの２次元表示モードとする領域に対応するものについてはオンとし、３次元表示モードとする領域に対応するものについてはオフとする。
【００７５】
図１４Ａに示すように、ディプレイ２を縦長の状態で使用し、その右側の領域を２次元表示モード、その左側の領域を３次元表示モードとする場合には、同図Ｂに示すように、第１の電極群１６に接続されているスイッチのうち、Ｘライン発生部３１側のスイッチの２次元表示モードとする領域（同図Ｂで右斜め下側）に対応するものについてはオフとし、３次元表示モードとする領域（同図Ｂで左斜め上側）に対応するものについては、３３ＬＹをオン、スイッチ３３ＳＹをオフとする。また、第１の電極群１６に接続されているスイッチのうち、接地側のスイッチの２次元表示モードとする領域に対応するものについてはオンとし、３次元表示モードとする領域に対応するものについては、３４ＬＹをオフ、スイッチ３４ＳＹをオンとする。さらに、第２の電極群１９に接続されているスイッチのうち、Ｙライン発生部３２側の全てのスイッチをオンとし、接地側の全てのスイッチをオフとする。
【００７６】
図１５Ａに示すように、ディプレイ２を縦長の状態で使用し、その右側の領域を３次元表示モード、その左側の領域を２次元表示モードとする場合には、同図Ｂに示すように、第１の電極群１６に接続されているスイッチのうち、Ｘライン発生部３１側のスイッチの２次元表示モードとする領域（同図Ｂで左斜め上側）に対応するものについてはオフとし、３次元表示モードとする領域（同図Ｂで右斜め下側）に対応するものについては、３３ＬＹをオン、スイッチ３３ＳＹをオフとする。また、第１の電極群１６に接続されているスイッチのうち、接地側のスイッチの２次元表示モードとする領域に対応するものについてはオンとし、３次元表示モードとする領域に対応するものについては、３４ＬＹをオフ、スイッチ３４ＳＹをオンとする。さらに、第２の電極群１９に接続されているスイッチのうち、Ｙライン発生部３２側の全てのスイッチをオンとし、接地側の全てのスイッチをオフとする。
【００７７】
図１６は、図６乃至図１５に示された、液晶レンズアレイ素子１０における各電極の電圧印加の状態と発生するレンズ効果との対応関係を示している。
【００７８】
以上に説明したように、本実施の形態における液晶レンズアレイ素子１０によれば、ディスプレイ２の状態（縦長または横長）に拘わらず３次元表示モードを実現するとともに、画面上を３次元表示モードの領域と２次元表示モードの領域とに分割して使用することができる。
【００７９】
[Ｘライン発生部３１およびＹライン発生部３２における発生電圧]
次に、Ｘライン発生部３１およびＹライン発生部３２のそれぞれにおいて発生される電圧について、図１７を参照して説明する。
【００８０】
同図Ａは、Ｘライン発生部３１およびＹライン発生部３２が発生する電圧波形の一例を示している。同図Ａに示されるように、Ｘライン発生部３１は、例えば30Hz以上の矩形波の電圧を＋Ｖｘ，−Ｖｘ，＋Ｖｘ，−Ｖｘ，・・・の順に発生する。これに対して、Ｙライン発生部３２は、同じ周期の矩形波の電圧を−Ｖｙ，＋Ｖｙ，−Ｖｙ，＋Ｖｙ，・・・の順に発生する。すなわち、Ｘライン発生部３１とＹライン発生部３２は、振幅がほぼ等しい（Ｖｘ＝Ｖｙ）電圧を、位相を１８０°ずらして発生する。
【００８１】
同図Ｂは、図６Ａに示された状態に対応する上下方向の電極間電位を示している。特に、同図Ｂの上段は、第２の電極群１９の第１の電極１９ＬＸに対応する部分の電圧波形、同図Ｂの下段は、第２の電極１９ＳＸに対応する部分の電圧波形を示している。
【００８２】
図６Ａの状態を実現する場合には、液晶層１１を挟む上下の透明電極間で、第２の電極群１９の第１の電極１９ＬＸに対応する部分において、液晶分子１３の配列に変化を生じさせることが可能となるような所定の電位差が生じるようにする。
【００８３】
具体的には、第１の電極群１６を構成する各電極のＸライン発生部３１側のスイッチを全てオンとして、共通の電圧（振幅Ｖｘ）を印加する。また、第２の電極群１９を構成する複数の電極のうち、第１の電極１９ＬＸのみをＹライン発生部３２に接続し、選択的に電圧（振幅Ｖｙ）を印加する。かつ、第２の電極群１９を構成する複数の電極のうち第２の電極１９ＳＸを接地する。
【００８４】
ここで、Ｘライン発生部３１とＹライン発生部３２が、同図Ａに示されたように電圧を発生すると、第２の電極群１９の第１の電極１９ＬＸと、その第１の電極１９ＬＸに対応する部分に存在する第１の電極群１６との電極間には、同図Ｂの上段に示されるように、（Ｖｘ＋Ｖｙ）の振幅電圧を有する矩形波が印加されることになる。一方、第２の電極群１９の第２の電極１９ＳＸと、その第２の電極１９ＳＸに対応する部分に存在する第１の電極群１６との電極間には、同図Ｂの下段に示されるように、Ｖｘ＝Ｖｙ＝（Ｖｘ＋Ｖｙ）／２の振幅電圧を有する矩形波が印加されることになる。このとき、第２の電極１９ＳＸに対応する部分では、その振幅電圧が液晶の閾値電圧以下であれば、液晶分子１３の動きが実際には起きないが、第２の電極１９ＳＸによる横電界によって初期の液晶分子１３の配向分布、すなわち屈折率分布を引き起こすことができる。
【００８５】
同図Ｃは、図７Ａに示された状態に対応する上下方向の電極間電位を示している。特に、同図Ｃの上段は、第１の電極群１６の第１の電極１６ＬＹに対応する部分の電圧波形、同図Ｃの下段は、第２の電極１６ＳＸに対応する部分の電圧波形を示している。
【００８６】
図７Ａの状態を実現する場合には、液晶層１１を挟む上下の透明電極間で、第１の電極群１６の第１の電極１６ＬＹに対応する部分において、液晶分子１３の配列に変化を生じさせることが可能となるような所定の電位差が生じるようにする。
【００８７】
具体的には、第２の電極群１９を構成する各電極のＹライン発生部３２側のスイッチを全てオンとして、共通の電圧（振幅Ｖｙ）を印加する。また、第１の電極群１６を構成する複数の電極のうち、第１の電極１６ＬＹのみをＸライン発生部３１に接続し、選択的に電圧（振幅Ｖｘ）を印加する。かつ、第１の電極群１６を構成する複数の電極のうち、第２の電極１６ＳＹを接地する。
【００８８】
ここで、Ｘライン発生部３１とＹライン発生部３２が、同図Ａに示されたように電圧を発生すると、第１の電極群１６の第１の電極１６ＬＹと、その第１の電極１６ＬＹに対応する部分に存在する第２の電極群１９との電極間には、同図Ｃの上段に示されるように、（Ｖｘ＋Ｖｙ）の振幅電圧を有する矩形波が印加されることになる。一方、第１の電極群１６の第２の電極１６ＳＹと、その第２の電極１６ＳＹに対応する部分に存在する第２の電極群１９との電極間には、同図Ｃの下段に示されるように、Ｖｘ＝Ｖｙ＝（Ｖｘ＋Ｖｙ）／２の振幅電圧を有する矩形波が印加されることになる。このとき、第２の電極１６ＳＹに対応する部分では、その振幅電圧が液晶の閾値電圧以下であれば、液晶分子１３の動きが実際には起きないが、第２の電極１６ＳＹによる横電界によって初期の液晶分子１３の配向分布、すなわち屈折率分布を引き起こすことができる。
【００８９】
なお、液晶層３の全体ををレンズ効果の無い状態にする場合には、第１の電極群１６を構成する複数の電極と第２の電極群１９を構成する複数の透極とがすべて同電位（０Ｖ）となるような電圧状態とすればよい。すなわち、図４に示されたように、Ｘライン発生部３１およびＹライン発生部３２の発生電圧を０Ｖとして各電極を接地する。この場合、液晶分子１３が配向膜１５，１８によって規定される所定の方向に一様に配列されるので、レンズ効果の無い状態となる。
【実施例】
【００９０】
次に、本実施の形態であるスマートフォン１の具体的な実施例について説明する。
【００９１】
液晶レンズアレイ素子１０については、上述したように、ガラス材料などからなる第１基板１４と第２の基板１７の間に、ITOからなる第１の電極群１６と第２の電極群１９を、周知のフォトリソ法とウェットエッチングまたはドライエッチングとにより形成させる。その電極上にポリイミドをそれぞれスピンコートして焼成することにより、配向膜１５，１８を形成する。
【００９２】
材料の焼成後には、配向膜１５，１８の表面をラビング処理し、さらにはIPA等で洗浄し、加熱乾燥させる。冷却後、ラビング方向が向き合うように第１基板１４と第２の基板１７を約30乃至50μｍの間隔で貼り合わせる。この間隔は、スペーサを全面に分散させることにより保持する。その後、シール材開口部から真空注入法によって、液晶材料を注入し、シール材開口部を封止する。そして、等方相まで液晶セルを加熱してから徐冷する。
【００９３】
液晶層１１に用いる液晶材料は代表的なネマティック液晶であるMBBA(p-methoxybenzylidene-p’-butylaniline)を用いる。なお、屈折率異方性Δｎは、２０℃で０．２５５である。
【化１】
【００９４】
表示パネル２０については、１画素の大きさが70.5μｍのTFT-LCDパネルを用いた。この表示パネル２０は、Ｒ，Ｇ，Ｂの各画素がマトリクス状に配置されている。また、液晶レンズアレイ素子１０によって形成されるシリンドリカルレンズのピッチｐに対して、表示パネル２０の画素数がＮ（２以上の数）個となるようになされている。３次元表示モードの領域では、このＮ個分の光線数（視線数）を提示することになる。また、表示パネル２０としては、３インチのWVGA（864×480画素）規格のものを用いた。
【００９５】
図１９は、後述する第１乃至第３の実施例に対応する液晶レンズアレイ素子１０の電極構造を示しており、同図Ａは第２の基板１７側の電極構造、同図Ｂは第１の基板１４側の電極構造を示している。同図に示すとおり、第１乃至第３の実施例では、第１の基板１４の電極と第２の基板１７の電極とが直交するように形成されている。
【００９６】
同図に示すように、第１の基板１４の電極と第２の基板１７の電極とが直交している場合には、以下に説明する不都合が生じ得る。すなわち、図７等に示されたように、表示パネル２０を縦長の状態で使用した場合、図１８に示されたように、表示パネル２０においてＲ，Ｇ，Ｂの画素がＸ方向に配置されていることに起因して、観察者が見る３次元表示にモアレが生じ易くなる。
【００９７】
これを抑止するため、後述する第４乃至第６の実施例では、第１の基板１４の電極と第２の基板１７の電極とは直交せず、所定の角度を有するように形成されている。
【００９８】
図２０は、後述する第４乃至第６の実施例に対応する液晶レンズアレイ素子１０の電極構造を示しており、同図Ａは第２の基板１７側の電極構造、同図Ｂは第１の基板１４側の電極構造を示している。同図に示すとおり、第４乃至第６の実施例では、第１の基板１４の電極と第２の基板１７の電極とが（９０−θ）の角度を有するように形成されている。ここで、θはtan−１θ＝１／３である。
【００９９】
図２１は、第１乃至第６の実施例に対応する各種設計パラメータの値を示している。Ｎは表示パネル２０のレンズピッチｐに対する画素数であり、電極幅Ｌｘ，Ｓｘ，Ｌｙ，Ｓｙ、電極間隔ａ，基板間隔ｄは、図２に示されたとおりの部位の長さをμｍの単位で示している。
【０１００】
なお、Ｘライン発生部３１およびＹライン発生部３２から供給する電力は、30Hz以上の矩形波を用い、その振幅電圧は５乃至１０Ｖ程度として、レンズピッチｐや基板間隔ｄに応じて調整するものとする。通常、基板間隔ｄが厚くなるほど、振幅電圧を高く設定する必要がある。
【０１０１】
次に、第１乃至第６の実施例に対する評価について説明する。なお、現状においては、３次元表示の良し悪しを判断するための明確な判断基準が一般化されていないため、ここでは、以下に示す簡略的な手法によって、３次元表示として認識できるか否かを判断基準とするようにした。
【０１０２】
図２２は、第１乃至第６の実施例における３次元表示の見え方の評価の概念を示している。同図に示すように、液晶レンズアレイ素子１０によって発生する１つのシリンドリカルレンズに対して、青色１画素、赤色１画素の計２画素分が対応している。同図に示されたように、表示パネル２０に対して、右眼と左眼にそれぞれ青と赤の色が見えるように表示パターンを出力して表示させる。そして、左右の眼の位置に相当するところにカメラを配置して撮影し、それぞれ、赤と青に分離して見えるか否かを判断基準とした。なお、２次元表示モードの領域については、赤と青が混合して紫として見えることになる。
【０１０３】
駆動振幅電圧については、少しずつ上げるようにし、その電圧を上げてもほとんど視認性が変わらなくなる飽和直前の電圧値を駆動電圧とする。なお、各電極に印加する矩形波の電圧振幅ＶはＶ＝２Ｖｘ＝２Ｖｙとした。また、０Ｖを印加することで、３次元表示モードから２次元表示モードへと変化するのときの時間（２Ｄ切替応答時間）も評価の対象として観測した。
【０１０４】
第１乃至第６の各実施例を、以下の７種類の使用状態に評価した結果は次のとおりである。
【０１０５】
使用状態１（全面を２次元表示モードとした場合）
第１乃至第６の実施例のいずれも、視感評価として、全面紫色となり、液晶レンズアレイ素子１０を表示パネル２０上に配置していない場合とほぼ同様の２次元表示が確認できる。
【０１０６】
使用状態２（図６に対応する。横長で全面を３次元表示モードとした場合）
第１乃至第６の実施例のいずれも、左眼位置では赤、右眼位置では青を観測することができる。すなわち、液晶レンズアレイ素子１０により３次元表示モードが実現されていることが確認できる。
【０１０７】
使用状態３（図７に対応する。縦長で全面を３次元表示モードとした場合）
第１乃至第６の実施例のいずれも、左眼位置では赤、右眼位置では青を観測することができる。すなわち、液晶レンズアレイ素子１０により３次元表示モードが実現されていることが確認できる。しかしながら、第１乃至第３の実施例では、全面を白色で表示した場合などにおいて、赤、青、緑の縞状のいわゆるモアレが観察され、視覚的な快適性が欠如している。
【０１０８】
使用状態４（図８または図９に対応する。横長で３次元表示モードの領域と２次元表示モードの領域とを左右に分けて設けた場合）
第１乃至第６の実施例のいずれも、３次元表示モードと２次元表示モードの境の位置に拘わらず、２次元表示モードの領域では紫色が観察される。一方、３次元表示モードの領域では、左眼位置では赤、右眼位置では青を観測することができる。すなわち、液晶レンズアレイ素子１０により３次元表示モードが実現されていることが確認できる。
【０１０９】
使用状態５（図１０または図１１に対応する。横長で３次元表示モードの領域と２次元表示モードの領域とを上下に分けて設けた場合）
第１乃至第６の実施例のいずれも、３次元表示モードと２次元表示モードの境の位置に拘わらず、２次元表示モードの領域では紫色が観察される。一方、３次元表示モードの領域では、左眼位置では赤、右眼位置では青を観測することができる。すなわち、液晶レンズアレイ素子１０により３次元表示モードが実現されていることが確認できる。
【０１１０】
使用状態６（図１２または図１３に対応する。縦長で３次元表示モードの領域と２次元表示モードの領域とを上下に分けて設けた場合）
第１乃至第６の実施例のいずれも、３次元表示モードと２次元表示モードの境の位置に拘わらず、２次元表示モードの領域では紫色が観察される。一方、３次元表示モードの領域では、左眼位置では赤、右眼位置では青を観測することができる。すなわち、液晶レンズアレイ素子１０により３次元表示モードが実現されていることが確認できる。しかしながら、第１乃至第３の実施例では、全面を白色で表示した場合などにおいて、赤、青、緑の縞状のいわゆるモアレが観察され、視覚的な快適性が欠如している。
【０１１１】
使用状態７（図１４または図１５に対応する。縦長で３次元表示モードの領域と２次元表示モードの領域とを左右に分けて設けた場合）
第１乃至第６の実施例のいずれも、３次元表示モードと２次元表示モードの境の位置に拘わらず、２次元表示モードの領域では紫色が観察される。一方、３次元表示モードの領域では、左眼位置では赤、右眼位置では青を観測することができる。すなわち、液晶レンズアレイ素子１０により３次元表示モードが実現されていることが確認できる。しかしながら、第１乃至第３の実施例では、全面を白色で表示した場合などにおいて、赤、青、緑の縞状のいわゆるモアレが観察され、視覚的な快適性が欠如している。
【０１１２】
図２３は、上述した使用状態１乃至７における各評価をまとめて示している。同図においては、２次元表示および３次元表示の評価を、最も良い方から順に２重丸◎、１重丸○、三角△、バツ×として４段階で示している。２重丸◎は、赤と青に十分に分離して観察できたことを示す。三角△は、赤と青に分離する限界の状態のように観察されたことを示している。１重丸○は、２重丸◎と三角△の中間の見え方であったことを示している。
【０１１３】
以上に説明したように、本実施の形態によれば、画面の長手方向の向き、すなわち、縦長の状態として用いるか、または横長の状態に拘わらず３次元表示を可能にし、且つ、画面上に２次元表示モードの領域と３次元表示モードの領域と任意の位置を境にとして同時に設けることができる。
【０１１４】
＜その他の実施の形態＞
なお、画面上の任意の位置を境として２次元表示モードの領域と３次元表示モードの領域と設けるのではなく、当該境を最も使用勝手がよいと想定される位置に固定してしまう場合には、例えば、図２４に示されるように、第１の基板１４における第１の電極群１６の各電極を、当該境とする位置で分断するようにしてもよい。このような構成によっても、当該境界を任意に設定すること以外については、上述した実施の形態を同様の効果を得ることができる。
【０１１５】
なお、本発明の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【０１１６】
１ スマートフォン， ２ ディスプレイ， １０ 液晶レンズアレイ素子， １４ 第１の基板， １５ 配向膜， １６ 第１の電極群， １７ 第２の基板， １８ 配向膜， １９ 第２の電極群， ２０ 表示パネル， ３１ Ｘライン発生部， ３２ Ｙライン発生部， ３３ スイッチ， ３４ スイッチ， ４０ 液晶レンズアレイ素子制御部， ４１ 傾きセンサ， ４２ 操作入力部， ４３ 統制部， ４４ Ｘライン電圧制御部， ４５ Ｙライン電圧制御部， ４６ スイッチ制御部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
間隔を空けて互いに対向配置された第１および第２の基板と、
前記第１の基板上における前記第２の基板に対向する側に形成され、第１の方向に延在する複数の電極が幅方向に間隔を空けて並列配置されて成る第１の電極群と、
前記第１の電極群に対して電圧を印加する第１の電圧発生部と前記第１の電極群の各電極と接続する第１のスイッチ群と、
前記第２の基板上における前記第１の基板に対向する側に形成され、前記第１の方向とは異なる第２の方向に延在する複数の電極が幅方向に間隔を空けて並列配置されて成る第２の電極群と、
前記第２の電極群に対して電圧を印加する第２の電圧発生部と前記第２の電極群の各電極と接続する第２のスイッチ群と、
前記第１の基板と前記第２の基板との間に配置され、屈折率異方性を有する液晶分子を含み、前記第１の電極群と前記第２の電極群とに印加される電圧に応じて前記液晶分子の配列方向が変化することでレンズ効果が発生する液晶層と
を備え、
前記第１および第２のスイッチ群を切り替えることにより、前記第１または第２の方向と平行な任意の線を境とし、前記液晶層のレンズ効果が変化する
レンズアレイ素子。
【請求項２】
前記液晶層は、前記第１および第２のスイッチ群を切り替えることにより、前記第１または第２の方向と平行な任意の線を境とし、前記第１の電極群と前記第２の電極群とに印加される電圧の状態に応じて、レンズ効果の無い状態、前記第１の方向に延在するような第１のシリンドリカルレンズ状のレンズ効果が発生する第１のレンズ状態、または前記第２の方向に延在するような第２のシリンドリカルレンズ状のレンズ効果が発生する第２のレンズ状態のいずれかの状態に電気的に切り替わる
請求項１に記載のレンズアレイ素子。
【請求項３】
前記液晶層は、
前記第１の電極群を構成する複数の電極と前記第２の電極群を構成する複数の電極とが同電位であるとき、レンズ効果の無い状態となり、
前記第１の電極群を構成する複数の電極のすべてに共通の電圧を印加するとともに、前記第２の電極群を構成する複数の電極のうち、前記第２のシリンドリカルレンズのレンズピッチに相当する位置にある電極のみに選択的に駆動電圧を印加するとき、前記第２のレンズ状態になり、
前記第２の電極群を構成する複数の電極のすべてに共通の電圧を印加するとともに、前記第１の電極群を構成する複数の電極のうち、前記第１のシリンドリカルレンズのレンズピッチに相当する位置にある電極のみに選択的に駆動電圧を印加するとき、前記第１のレンズ状態になる
請求項２に記載のレンズアレイ素子。
【請求項４】
前記第１の電極群は、第１の幅を有して前記第１の方向に延在する第１の電極と、前記第１の幅よりも大きい第２の幅を有して前記第１の方向に延在する第２の電極とをそれぞれ複数有し、前記第１の電極と前記第２の電極とが交互に並列配置されて構成され、
前記第２の電極群は、第１の幅を有して前記第２の方向に延在する第１の電極と、前記第１の幅よりも大きい第２の幅を有して前記第２の方向に延在する第２の電極とをそれぞれ複数有し、前記第１の電極と前記第２の電極とが交互に並列配置されて構成されている
請求項１乃至３に記載のレンズアレイ素子。
【請求項５】
前記液晶層は、
前記第１の電極群を構成する複数の電極と前記第２の電極群を構成する複数の電極とが同電位であるとき、レンズ効果の無い状態となり、
前記第１の電極群を構成する複数の電極のすべてに共通の電圧を印加するとともに、前記第２の電極群を構成する複数の電極のうち、前記第１の電極のみに選択的に駆動電圧を印加するとき、前記第２のレンズ状態になり、
前記第２の電極群を構成する複数の電極のすべてに共通の電圧を印加するとともに、前記第１の電極群を構成する複数の電極のうち、前記第１の電極のみに選択的に駆動電圧を印加するとき、前記第１のレンズ状態になる
請求項４に記載のレンズアレイ素子。
【請求項６】
前記液晶層は、
前記第２の電極群を構成する複数の電極のうち、前記第１の電極のみに選択的に駆動電圧を印加し、かつ前記第２の電極を接地させたとき、前記第２のレンズ状態になり、
前記第１の電極群を構成する複数の電極のうち、前記第１の電極のみに選択的に駆動電圧を印加し、かつ前記第２の電極を接地させたとき、前記第１のレンズ状態になる
請求項５に記載のレンズアレイ素子。
【請求項７】
前記液晶層は、
前記第１の電極群を構成する複数の電極のすべてに共通の電圧を印加するとともに、前記第２の電極群を構成する複数の電極のうち、前記第１の電極のみに選択的に第２の駆動電圧を印加するとき、前記第２のレンズ状態になり、
前記第２の電極群を構成する複数の電極のすべてに共通の電圧を印加するとともに、前記第１の電極群を構成する複数の電極のうち、前記第１の電極のみに選択的に第１の駆動電圧を印加するとき、前記第１のレンズ状態になり、
前記第１の駆動電圧と前記第２の駆動電圧は、電圧振幅が同一の矩形波であって、かつ、互いの位相が１８０°異なっている
請求項６に記載のレンズアレイ素子。
【請求項８】
前記第１の電極群を構成する前記第１の電極は、前記第１のシリンドリカルレンズのレンズピッチに相当する間隔で配置され、
前記第２の電極群を構成する前記第１の電極は、前記第２のシリンドリカルレンズのレンズピッチに相当する間隔で配置されている
請求項４に記載のレンズアレイ素子。
【請求項９】
前記第１の方向と前記第２の方向とは互いに直交する方向であり、
前記液晶層は、前記第１の方向にレンズ効果のある状態または前記第２の方向にレンズ効果のある状態に電気的に切り替えられる
請求項１乃至３に記載のレンズアレイ素子。
【請求項１０】
前記第２の方向は、前記第１の方向に対して（９０°−θ）で交わる方向であり、
前記液晶層は、前記第１の方向にレンズ効果のある状態または前記第２の方向にレンズ効果のある状態に電気的に切り替えられる
請求項１乃至３に記載のレンズアレイ素子。
【請求項１１】
前記θは、
tan−１θ＝１／３
を満たす
請求項１０に記載のレンズアレイ素子。
【請求項１２】
画像表示を行う表示部と、
前記表示部の表示面側に対向配置され、前記表示部からの光線の通過状態を選択的に変化させるレンズアレイ素子と、
前記レンズアレイ素子が対向配置された前記表示パネルが使用される向きを検知する検知手段と、
表示の境界を設定する設定手段と、
スイッチを制御するスイッチ制御手段と
を備え、
前記レンズアレイ素子は、
間隔を空けて互いに対向配置された第１および第２の基板と、
前記第１の基板上における前記第２の基板に対向する側に形成され、第１の方向に延在する複数の電極が幅方向に間隔を空けて並列配置されて成る第１の電極群と、
前記第１の電極群に対して電圧を印加する第１の電圧発生部と前記第１の電極群の各電極と接続する第１のスイッチ群と、
前記第２の基板上における前記第１の基板に対向する側に形成され、前記第１の方向とは異なる第２の方向に延在する複数の電極が幅方向に間隔を空けて並列配置されて成る第２の電極群と、
前記第２の電極群に対して電圧を印加する第２の電圧発生部と前記第２の電極群の各電極と接続する第２のスイッチ群と、
前記第１の基板と前記第２の基板との間に配置され、屈折率異方性を有する液晶分子を含み、前記第１の電極群と前記第２の電極群とに印加される電圧に応じて前記液晶分子の配列方向が変化することでレンズ効果が発生する液晶層と
を備え、
前記スイッチ制御手段が、検知された前記表示パネルが使用される向き、または設定された前記表示の境界の少なくとも一方に基づき、前記第１および第２のスイッチ群を切り替えることにより、前記第１または第２の方向と平行な任意の線を境とし、前記液晶層のレンズ効果が変化する
画像表示装置。
【請求項１３】
前記液晶層は、前記第１および第２のスイッチ群を切り替えることにより、前記第１または第２の方向と平行な、前記境界を境とし、前記第１の電極群と前記第２の電極群とに印加される電圧の状態に応じて、レンズ効果の無い状態、前記第１の方向に延在するような第１のシリンドリカルレンズ状のレンズ効果が発生する第１のレンズ状態、または前記第２の方向に延在するような第２のシリンドリカルレンズ状のレンズ効果が発生する第２のレンズ状態のいずれかの状態に電気的に切り替わる
請求項１２に記載の画像表示装置。
【請求項１４】
前記レンズアレイ素子において、前記レンズ効果の無い状態、または前記第１のレンズ状態若しくは前記第２のレンズ状態とを切り替えることにより、２次元表示または３次元表示とが電気的に切り替わる
請求項１３に記載の画像表示装置。
【請求項１５】
前記レンズアレイ素子を、
前記レンズ効果の無い状態として、前記表示パネルからの表示画像光を偏向させることなく透過させることで２次元表示を行い、
前記第１のレンズ状態として、前記表示パネルからの表示画像光を前記第１の方向に直交する方向に偏向させることで、前記第１の方向に直交する方向に両眼を置いたときに立体感が得られる３次元表示を行い、
前記第２のレンズ状態として、前記表示パネルからの表示画像光を前記第２の方向に直交する方向に偏向させることで、前記第２の方向に直交する方向に両眼を置いたときに立体感が得られる３次元表示を行う
請求項１４に記載の画像表示装置。
【請求項１】
間隔を空けて互いに対向配置された第１および第２の基板と、
前記第１の基板上における前記第２の基板に対向する側に形成され、第１の方向に延在する複数の電極が幅方向に間隔を空けて並列配置されて成る第１の電極群と、
前記第１の電極群に対して電圧を印加する第１の電圧発生部と前記第１の電極群の各電極と接続する第１のスイッチ群と、
前記第２の基板上における前記第１の基板に対向する側に形成され、前記第１の方向とは異なる第２の方向に延在する複数の電極が幅方向に間隔を空けて並列配置されて成る第２の電極群と、
前記第２の電極群に対して電圧を印加する第２の電圧発生部と前記第２の電極群の各電極と接続する第２のスイッチ群と、
前記第１の基板と前記第２の基板との間に配置され、屈折率異方性を有する液晶分子を含み、前記第１の電極群と前記第２の電極群とに印加される電圧に応じて前記液晶分子の配列方向が変化することでレンズ効果が発生する液晶層と
を備え、
前記第１および第２のスイッチ群を切り替えることにより、前記第１または第２の方向と平行な任意の線を境とし、前記液晶層のレンズ効果が変化する
レンズアレイ素子。
【請求項２】
前記液晶層は、前記第１および第２のスイッチ群を切り替えることにより、前記第１または第２の方向と平行な任意の線を境とし、前記第１の電極群と前記第２の電極群とに印加される電圧の状態に応じて、レンズ効果の無い状態、前記第１の方向に延在するような第１のシリンドリカルレンズ状のレンズ効果が発生する第１のレンズ状態、または前記第２の方向に延在するような第２のシリンドリカルレンズ状のレンズ効果が発生する第２のレンズ状態のいずれかの状態に電気的に切り替わる
請求項１に記載のレンズアレイ素子。
【請求項３】
前記液晶層は、
前記第１の電極群を構成する複数の電極と前記第２の電極群を構成する複数の電極とが同電位であるとき、レンズ効果の無い状態となり、
前記第１の電極群を構成する複数の電極のすべてに共通の電圧を印加するとともに、前記第２の電極群を構成する複数の電極のうち、前記第２のシリンドリカルレンズのレンズピッチに相当する位置にある電極のみに選択的に駆動電圧を印加するとき、前記第２のレンズ状態になり、
前記第２の電極群を構成する複数の電極のすべてに共通の電圧を印加するとともに、前記第１の電極群を構成する複数の電極のうち、前記第１のシリンドリカルレンズのレンズピッチに相当する位置にある電極のみに選択的に駆動電圧を印加するとき、前記第１のレンズ状態になる
請求項２に記載のレンズアレイ素子。
【請求項４】
前記第１の電極群は、第１の幅を有して前記第１の方向に延在する第１の電極と、前記第１の幅よりも大きい第２の幅を有して前記第１の方向に延在する第２の電極とをそれぞれ複数有し、前記第１の電極と前記第２の電極とが交互に並列配置されて構成され、
前記第２の電極群は、第１の幅を有して前記第２の方向に延在する第１の電極と、前記第１の幅よりも大きい第２の幅を有して前記第２の方向に延在する第２の電極とをそれぞれ複数有し、前記第１の電極と前記第２の電極とが交互に並列配置されて構成されている
請求項１乃至３に記載のレンズアレイ素子。
【請求項５】
前記液晶層は、
前記第１の電極群を構成する複数の電極と前記第２の電極群を構成する複数の電極とが同電位であるとき、レンズ効果の無い状態となり、
前記第１の電極群を構成する複数の電極のすべてに共通の電圧を印加するとともに、前記第２の電極群を構成する複数の電極のうち、前記第１の電極のみに選択的に駆動電圧を印加するとき、前記第２のレンズ状態になり、
前記第２の電極群を構成する複数の電極のすべてに共通の電圧を印加するとともに、前記第１の電極群を構成する複数の電極のうち、前記第１の電極のみに選択的に駆動電圧を印加するとき、前記第１のレンズ状態になる
請求項４に記載のレンズアレイ素子。
【請求項６】
前記液晶層は、
前記第２の電極群を構成する複数の電極のうち、前記第１の電極のみに選択的に駆動電圧を印加し、かつ前記第２の電極を接地させたとき、前記第２のレンズ状態になり、
前記第１の電極群を構成する複数の電極のうち、前記第１の電極のみに選択的に駆動電圧を印加し、かつ前記第２の電極を接地させたとき、前記第１のレンズ状態になる
請求項５に記載のレンズアレイ素子。
【請求項７】
前記液晶層は、
前記第１の電極群を構成する複数の電極のすべてに共通の電圧を印加するとともに、前記第２の電極群を構成する複数の電極のうち、前記第１の電極のみに選択的に第２の駆動電圧を印加するとき、前記第２のレンズ状態になり、
前記第２の電極群を構成する複数の電極のすべてに共通の電圧を印加するとともに、前記第１の電極群を構成する複数の電極のうち、前記第１の電極のみに選択的に第１の駆動電圧を印加するとき、前記第１のレンズ状態になり、
前記第１の駆動電圧と前記第２の駆動電圧は、電圧振幅が同一の矩形波であって、かつ、互いの位相が１８０°異なっている
請求項６に記載のレンズアレイ素子。
【請求項８】
前記第１の電極群を構成する前記第１の電極は、前記第１のシリンドリカルレンズのレンズピッチに相当する間隔で配置され、
前記第２の電極群を構成する前記第１の電極は、前記第２のシリンドリカルレンズのレンズピッチに相当する間隔で配置されている
請求項４に記載のレンズアレイ素子。
【請求項９】
前記第１の方向と前記第２の方向とは互いに直交する方向であり、
前記液晶層は、前記第１の方向にレンズ効果のある状態または前記第２の方向にレンズ効果のある状態に電気的に切り替えられる
請求項１乃至３に記載のレンズアレイ素子。
【請求項１０】
前記第２の方向は、前記第１の方向に対して（９０°−θ）で交わる方向であり、
前記液晶層は、前記第１の方向にレンズ効果のある状態または前記第２の方向にレンズ効果のある状態に電気的に切り替えられる
請求項１乃至３に記載のレンズアレイ素子。
【請求項１１】
前記θは、
tan−１θ＝１／３
を満たす
請求項１０に記載のレンズアレイ素子。
【請求項１２】
画像表示を行う表示部と、
前記表示部の表示面側に対向配置され、前記表示部からの光線の通過状態を選択的に変化させるレンズアレイ素子と、
前記レンズアレイ素子が対向配置された前記表示パネルが使用される向きを検知する検知手段と、
表示の境界を設定する設定手段と、
スイッチを制御するスイッチ制御手段と
を備え、
前記レンズアレイ素子は、
間隔を空けて互いに対向配置された第１および第２の基板と、
前記第１の基板上における前記第２の基板に対向する側に形成され、第１の方向に延在する複数の電極が幅方向に間隔を空けて並列配置されて成る第１の電極群と、
前記第１の電極群に対して電圧を印加する第１の電圧発生部と前記第１の電極群の各電極と接続する第１のスイッチ群と、
前記第２の基板上における前記第１の基板に対向する側に形成され、前記第１の方向とは異なる第２の方向に延在する複数の電極が幅方向に間隔を空けて並列配置されて成る第２の電極群と、
前記第２の電極群に対して電圧を印加する第２の電圧発生部と前記第２の電極群の各電極と接続する第２のスイッチ群と、
前記第１の基板と前記第２の基板との間に配置され、屈折率異方性を有する液晶分子を含み、前記第１の電極群と前記第２の電極群とに印加される電圧に応じて前記液晶分子の配列方向が変化することでレンズ効果が発生する液晶層と
を備え、
前記スイッチ制御手段が、検知された前記表示パネルが使用される向き、または設定された前記表示の境界の少なくとも一方に基づき、前記第１および第２のスイッチ群を切り替えることにより、前記第１または第２の方向と平行な任意の線を境とし、前記液晶層のレンズ効果が変化する
画像表示装置。
【請求項１３】
前記液晶層は、前記第１および第２のスイッチ群を切り替えることにより、前記第１または第２の方向と平行な、前記境界を境とし、前記第１の電極群と前記第２の電極群とに印加される電圧の状態に応じて、レンズ効果の無い状態、前記第１の方向に延在するような第１のシリンドリカルレンズ状のレンズ効果が発生する第１のレンズ状態、または前記第２の方向に延在するような第２のシリンドリカルレンズ状のレンズ効果が発生する第２のレンズ状態のいずれかの状態に電気的に切り替わる
請求項１２に記載の画像表示装置。
【請求項１４】
前記レンズアレイ素子において、前記レンズ効果の無い状態、または前記第１のレンズ状態若しくは前記第２のレンズ状態とを切り替えることにより、２次元表示または３次元表示とが電気的に切り替わる
請求項１３に記載の画像表示装置。
【請求項１５】
前記レンズアレイ素子を、
前記レンズ効果の無い状態として、前記表示パネルからの表示画像光を偏向させることなく透過させることで２次元表示を行い、
前記第１のレンズ状態として、前記表示パネルからの表示画像光を前記第１の方向に直交する方向に偏向させることで、前記第１の方向に直交する方向に両眼を置いたときに立体感が得られる３次元表示を行い、
前記第２のレンズ状態として、前記表示パネルからの表示画像光を前記第２の方向に直交する方向に偏向させることで、前記第２の方向に直交する方向に両眼を置いたときに立体感が得られる３次元表示を行う
請求項１４に記載の画像表示装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【公開番号】特開２０１２−１３８７１（Ｐ２０１２−１３８７１Ａ）
【公開日】平成２４年１月１９日（２０１２．１．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１４９２０６（Ｐ２０１０−１４９２０６）
【出願日】平成２２年６月３０日（２０１０．６．３０）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１月１９日（２０１２．１．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月３０日（２０１０．６．３０）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
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