立体表示装置
【課題】構成を複雑化することなく、多様な形態で２次元表示と３次元表示とを切り替えることができるようにする。
【解決手段】互いに対向する第１の電極と第２の電極２１Ｙとによって印加される電圧に応じて液晶層内の屈折率分布を変化させることにより、レンズ効果をオン状態とオフ状態とに可変制御することが可能なレンズアレイ素子を用いる。レンズアレイ素子において複数の所定の部分領域ごとにレンズ効果のオン・オフ制御が可能となるように、第１の電極および第２の電極２１Ｙのうちいずれか一方を、複数の所定の部分領域に電気的に分離し、所定の部分領域ごとに液晶層に電圧を印加することが可能な構造とする。例えば第１の電極を全体として平面状の電極とし、その平面状の電極を、複数の所定の部分領域に対応する複数の分割電極１１−１，１１−２で構成し、複数の分割電極１１−１，１１−２ごとに所定の駆動電圧を印加する。
【解決手段】互いに対向する第１の電極と第２の電極２１Ｙとによって印加される電圧に応じて液晶層内の屈折率分布を変化させることにより、レンズ効果をオン状態とオフ状態とに可変制御することが可能なレンズアレイ素子を用いる。レンズアレイ素子において複数の所定の部分領域ごとにレンズ効果のオン・オフ制御が可能となるように、第１の電極および第２の電極２１Ｙのうちいずれか一方を、複数の所定の部分領域に電気的に分離し、所定の部分領域ごとに液晶層に電圧を印加することが可能な構造とする。例えば第１の電極を全体として平面状の電極とし、その平面状の電極を、複数の所定の部分領域に対応する複数の分割電極１１−１，１１−２で構成し、複数の分割電極１１−１，１１−２ごとに所定の駆動電圧を印加する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可変式のレンズアレイ素子を用いて、２次元表示と３次元表示とを電気的に切り替えることができる立体表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、観察者の両眼に視差のある視差画像を見せることで立体視を実現する２眼式または多眼式の立体表示装置が知られている。これらの立体表示装置を実現する方法としては、例えば、液晶ディスプレイなどの２次元表示装置と、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（視差分離手段）とを組み合わせたものが知られている。３次元表示用の光学デバイスとしては、例えば図２６に示したように、複数のシリンドリカルレンズ（円筒レンズ）３０３を並列配置したシリンドリカルレンズアレイ３０２が用いられる。このシリンドリカルレンズアレイ３０２を２次元表示装置からなる表示パネル３０１の表示面に対して対向配置する。各シリンドリカルレンズ３０３は、表示パネル３０１の表示面に対して縦方向に延在し、左右方向に屈折力を有するように配置する。表示パネル３０１の表示面には、規則的に複数の表示画素が２次元配列されている。一つのシリンドリカルレンズ３０３の背面に２つ以上の画素を配置し、各画素からの光線をレンズの屈折力により異なる水平方向に出射させることで両眼視差を満たし、裸眼での立体視が可能となる。
【０００３】
図２６では２眼式の立体表示の例を示しており、各シリンドリカルレンズ３０３に対して、表示パネル３０１の表示面における隣接する２本の画素列３０１Ｒ，３０１Ｌが割り当てられている。一方の画素列３０１Ｒには右視差画像を表示し、他方の画素列３０１Ｌに左視差画像を表示する。表示された各視差画像は各シリンドリカルレンズ３０３によって左右別々の光路４０２，４０３に振り分けられる。これにより、所定の位置、所定の方向から観察者４００が立体表示装置を見た場合、左右の視差画像が適切に観察者４００の左右の眼４０１Ｒ，４０１Ｌに到達し、立体像が知覚される。
【０００４】
同様にして、多眼式の場合、３つ以上の視点に相当する位置および方向において撮影した複数の視差画像を、シリンドリカルレンズ３０３の横方向のレンズピッチ内で等分して割り当てて表示する。これにより、３つ以上の視差画像が、シリンドリカルレンズアレイ３０２によって連続的な異なる角度範囲に出射され、結像される。この場合、観察者４００の視線の位置および方向の変化に応じて、複数の異なる視差画像が知覚される。視点変化に応じた視差画像の変化が多いほど、より現実に近い立体感を得ることができる。
【０００５】
ところで、シリンドリカルレンズアレイ３０２としては、例えば樹脂成型された、形状およびレンズ効果が固定のレンズアレイを用いることができるが、この場合、レンズ効果が固定なので３次元表示専用の表示装置となってしまう。一方、シリンドリカルレンズアレイ３０２として、液晶レンズによる切り替え式のレンズアレイ素子を用いることができる。液晶レンズによる切り替え式のレンズアレイ素子の場合、レンズ効果の有無を電気的に切り替えることができるため、２次元表示装置と組み合わせて、２次元表示モードと３次元表示モードとの２つの表示モードを切り替えることができる。すなわち、２次元表示モードでは、レンズアレイをレンズ効果の無い状態（屈折力の無い状態）とし、２次元表示装置からの表示画像光をそのままの状態で通過させる。３次元表示モードでは、レンズアレイをレンズ効果を発生させた状態とし、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ことで立体視を実現する。
【０００６】
図２７（Ａ），（Ｂ）、図２８、図２９（Ａ），（Ｂ）、および図３０（Ａ），（Ｂ）を参照して、液晶レンズによる切り替え式（可変式）のレンズアレイ素子の構成例を説明する。なお、これらの図では、主として電極部分の構造を図示し、基板や配向膜等の構成要素を省略している。この可変式のレンズアレイ素子は、例えばガラス材料よりなる透明な第１の基板および第２の基板と、それら第１の基板および第２の基板の間に挟まれた液晶層１３０（図２７（Ａ），（Ｂ）参照）とを備えている。第１の基板と第２の基板は、間隔ｄを空けて対向配置されている。
【０００７】
第１の基板上には、ＩＴＯ膜（Indium Tin Oxide）などの透明な導電膜からなる第１の電極１１１がほぼ全面に一様に形成されている（図２８、図３０（Ａ）参照）。第１の基板上にはまた、第１の電極１１１を介して液晶層１３０に接するように第１の配向膜が形成されている。第２の基板上には、ＩＴＯ膜などの透明な導電膜からなる第２の電極１２１Ｙが部分的に形成されている（図２８、図３０（Ａ）参照）。第２の基板上にはまた、第２の電極１２１Ｙを介して液晶層３０に接するように第２の配向膜が形成されている。
【０００８】
図２７（Ａ），（Ｂ）は、このレンズアレイ素子におけるレンズ効果発生の基本原理を示している。なお、図２７（Ａ），（Ｂ）では基本原理を説明するため、可変レンズアレイ素子の構成を簡略化して示している。液晶層１３０は、液晶分子１３１を含み、第１の電極１１１と第２の電極１２１Ｙとに印加される電圧に応じて液晶分子１３１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っている。液晶分子１３１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。液晶層１３０は、第１の電極１１１と第２の電極１２１Ｙ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と、レンズ効果が発生する状態とに電気的に切り替わるようになっている。
【０００９】
このレンズアレイ素子では、図２７（Ａ）に示したように、印加電圧が０Ｖの通常の状態では、液晶分子１３１が第１の配向膜および第２の配向膜によって規定される所定の方向に一様に配列される。このため、通過光線の波面２０１は平面波となり、レンズ効果の無い状態となる。一方、このレンズアレイ素子では、複数の第２の電極１２１Ｙが、所定の間隔で離間配置されているため、第１の電極１１１と第２の電極１２１Ｙとの間に所定の駆動電圧を印加すると、液晶層１３０内での電界分布に偏りが生ずる。すなわち、第２の電極１２１Ｙが形成されている領域に対応する部分では駆動電圧に応じて電界強度が強くなり、複数の第２の電極１２１Ｙ間の開口の中心部に行くほど電界強度が弱くなるような電界が発生する。このため、図２７（Ｂ）に示したように、液晶分子１３１の配列が電界強度分布に応じて変化する。これにより、通過光線の波面２０２が変化し、レンズ効果が発生する状態となる。
【００１０】
図２８、図３０（Ａ）は電極部分の平面構成例を示している。図３０（Ｂ）は図３０（Ａ）に示した電極構造である場合に形成されるレンズ形状を光学的に等価に示している。第２の電極１２１Ｙは、幅Ｌｘの電極幅を有して縦方向（垂直方向）に延在している。そして、図３０（Ａ）に示したように第２の電極１２１Ｙは、レンズ効果を発生させたときのレンズピッチｐに相当する周期間隔で複数、並列的に配置されている。レンズ効果を発生させる場合には、液晶層１３０を挟む上下の電極間で、液晶分子１３１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を与えるようにする。例えば図２９（Ｂ）に示したように、複数の第２の電極１２１Ｙについては所定の共通電圧（例えば０Ｖ）を印加し、第１の電極１１１には例えば矩形波状の所定の駆動電圧を印加する。
【００１１】
第１の電極１１１は全面に形成され、第２の電極１２１Ｙは横方向に間隔を空けて部分的に形成されているので、第１の電極１１１と第２の電極１２１Ｙとの間で所定の電位差を生じさせると、上記した図２７（Ｂ）に示した原理で、液晶層１３０内での電界分布に偏りが生ずるので、横方向（Ｘ軸方向）にレンズ効果が発生するように電界分布が変化する。すなわち、等価的には、図３０（Ｂ）に示したように、Ｙ軸方向に延在しＸ軸方向に屈折力のあるシリンドリカルレンズ３１Ｙが、Ｘ軸方向に複数、並列配置されたようなレンズ状態となる。
【００１２】
その他、裸眼での立体視が可能なものとして、パララックスバリア方式のものが知られている。パララックスバリア方式では、視差分離手段としてパララックスバリアと呼ばれる構造物を２次元表示パネルに対向配置し、２次元表示パネルに表示された左右の視差画像をパララックスバリアによって水平方向に視差分離することで立体視が行われる。パララックスバリアを例えば液晶ディスプレイを用いて可変式のバリアとすることで、２次元表示モードと３次元表示モードとの２つの表示モードでの切り替え表示が可能である。しかしながら、パララックスバリア方式の場合、３次元表示モードでは、パララックスバリアによって２次元表示パネルからの表示画像光が部分的に遮蔽されてしまうので、上記したシリンドリカルレンズを用いる方式に比べて観察画像が暗くなってしまう。
【００１３】
特許文献１には、図２７（Ａ）等に示した電極構造における第２の電極１２１Ｙの部分を２層構造とした液晶レンズが開示されている。この液晶レンズでは、液晶層の片側に形成する透明電極の配置間隔を第１層目と第２層目とで変えることで、液晶層に形成される電界分布の制御をより最適化しやすくしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【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】
【００１５】
上記したように可変式のレンズアレイ素子を用いることで、２次元表示モードと３次元表示モードとの２つの表示モードでの切り替え表示が可能である。しかしながら、従来では、この表示切り替えを図２９（Ａ）に示したように、全画面での２次元（２Ｄ）表示と全画面での３次元（３Ｄ）表示との切り替えを行うものに限られている。一方で、画面の一部分のみを３次元表示とし、その他の部分を２次元表示にすることができれば便利である。例えば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の場合には、部分的に２次元表示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。このような多様な形態での表示を簡易な構成で実現できれば便利である。
【００１６】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、構成を複雑化することなく、多様な形態で２次元表示と３次元表示とを切り替えることができるようにした立体表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の第１の観点に係る立体表示装置は、２次元的に画像表示を行う表示パネルと、第１の電極と、第１の電極に対向するように配置された第２の電極と、第１の電極と第２の電極との間に配置された液晶層とを有し、第１の電極と第２の電極とによって印加される電圧に応じて液晶層内の屈折率分布を変化させることにより、表示パネルからの表示画像光に対するレンズ効果をオン状態とオフ状態とに可変制御することが可能に構成されたレンズアレイ素子とを備えているものである。そして、レンズアレイ素子において複数の所定の部分領域ごとにレンズ効果のオン・オフ制御が可能となるように、第１の電極および第２の電極のうちいずれか一方が、複数の所定の部分領域に電気的に分離され、所定の部分領域ごとに液晶層に電圧を印加することが可能な構造とされているものである。
【００１８】
本発明の第２の観点に係る立体表示装置は、画像表示を行う表示パネルと、第１の電極と、第１の電極に対向するように配置された第２の電極と、第１の電極と第２の電極との間に配置された液晶層とを有し、第１の電極と第２の電極とによって印加される電圧に応じて、表示パネルからの表示画像光に対するレンズ効果を制御することが可能に構成されたレンズアレイ素子とを備えているものである。そして、第１の電極および第２の電極のうちいずれか一方が、複数の所定の部分領域に電気的に分離され、所定の部分領域ごとに液晶層に電圧を印加することが可能な構造とされているものである。
【００１９】
本発明の第３の観点に係る立体表示装置は、画像表示を行う表示パネルと、第１の電極と、第１の電極に対向するように配置された第２の電極と、第１の電極と第２の電極との間に配置された液晶層とを有し、第１の電極と第２の電極とによって印加される電圧に応じて、表示パネルからの表示画像光に対する屈折力の方向を制御することが可能に構成されたレンズアレイ素子とを備えているものである。そして、第１の電極および第２の電極のうちいずれか一方が、複数の所定の部分領域に電気的に分離され、所定の部分領域ごとに液晶層に電圧を印加することが可能な構造とされているものである。
【００２０】
本発明の第１、第２または第３の観点に係る立体表示装置では、レンズアレイ素子において互いに対向配置された第１の電極および第２の電極のうちいずれか一方が、複数の所定の部分領域に電気的に分離されていることで、液晶層への電圧印加の状態が所定の部分領域ごとに制御可能となる。これにより、レンズアレイ素子において、例えば複数の所定の部分領域のうちの一部の部分領域についてレンズ効果をオン状態に設定し、かつ、その他の部分領域についてレンズ効果をオフ状態に設定するような制御が可能となり、一部の部分領域にのみ３次元表示を行い、かつ、その他の部分領域での２次元表示を行うことが可能となる。また、例えば複数の所定の部分領域のすべてについてレンズ効果をオフ状態とオン状態とに切り替えるような制御も可能であり、全画面での２次元表示と３次元表示との切り替えを行うこともできる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の第１、第２または第３の観点に係る立体表示装置によれば、レンズアレイ素子において、互いに対向配置された第１の電極および第２の電極のうちいずれか一方を、複数の所定の部分領域に電気的に分離し、所定の部分領域ごとに液晶層に電圧を印加することが可能な構造にしたので、構成を複雑化することなく、多様な形態で２次元表示と３次元表示とを切り替えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施の形態に係る立体表示装置の全体構成の一例を示す断面図である。
【図２】立体表示装置の全体構成の他の例を示す断面図である。
【図３】（Ａ）はレンズアレイ素子における電極部分の第１の構成例を示す斜視図であり、（Ｂ）は電極部分の第２の構成例を示す斜視図である。
【図４】立体表示装置に設定された部分領域についての説明図である。
【図５】立体表示装置における表示状態の切り替えについての説明図である。
【図６】（Ａ）は立体表示装置における表示状態の一例を示す説明図あり、（Ｂ）は図６（Ａ）に示した表示状態を実現するための電極部分の第１の構成例および駆動例を示す説明図、（Ｃ）は図６（Ａ）に示した表示状態を実現するための電極部分の第２の構成例および駆動例を示す説明図である。
【図７】レンズアレイ素子における電極部分に印加される駆動電圧の一例を示す波形図である。
【図８】部分領域の設定の変形例を示す説明図である。
【図９】部分領域の設定の他の変形例を示す説明図である。
【図１０】部分領域の設定のさらに他の変形例を示す説明図である。
【図１１】（Ａ）は立体表示装置における表示状態の変形例を示す説明図あり、（Ｂ）は図１１（Ａ）に示した表示状態を実現するための電極部分の第１の構成例および駆動例を示す説明図、（Ｃ）は図１１（Ａ）に示した表示状態を実現するための電極部分の第２の構成例および駆動例を示す説明図である。
【図１２】（Ａ）は立体表示装置における表示状態の変形例を示す説明図あり、（Ｂ）は図１２（Ａ）に示した表示状態を実現するための電極部分の第１の構成例および駆動例を示す説明図、（Ｃ）は図１２（Ａ）に示した表示状態を実現するための電極部分の第２の構成例および駆動例を示す説明図である。
【図１３】（Ａ）は立体表示装置における表示状態の変形例を示す説明図あり、（Ｂ）は図１３（Ａ）に示した表示状態を実現するための電極部分の構成例および駆動例を示す説明図である。
【図１４】（Ａ）は立体表示装置における表示状態の変形例を示す説明図あり、（Ｂ）は図１４（Ａ）に示した表示状態を実現するための電極部分の第１の構成例および駆動例を示す説明図、（Ｃ）は図１４（Ａ）に示した表示状態を実現するための電極部分の第２の構成例および駆動例を示す説明図である。
【図１５】（Ａ）は立体表示装置における表示状態の変形例を示す説明図あり、（Ｂ）は図１５（Ａ）に示した表示状態を実現するための電極部分の第１の構成例および駆動例を示す説明図、（Ｃ）は図１５（Ａ）に示した表示状態を実現するための電極部分の第２の構成例および駆動例を示す説明図である。
【図１６】立体表示装置による表示形態の具体例を示す説明図である。
【図１７】立体表示装置による表示形態の他の具体例を示す説明図である。
【図１８】本発明の実施例に係る立体表示装置の第１の構成を示す断面図である。
【図１９】実施例に係る立体表示装置の第２の構成を示す断面図である。
【図２０】実施例に係る立体表示装置の電極部分の構成を示す斜視図である。
【図２１】実施例に係る立体表示装置における表示パネルの構成を示す平面図である。
【図２２】実施例に係る立体表示装置における電極部分の構成を示す平面図である。
【図２３】表示品位の評価に用いた第１の測定系の構成を模式的に示す説明図である。
【図２４】表示品位の評価に用いた第２の測定系の構成を模式的に示す説明図である。
【図２５】実施例に係る立体表示装置の表示品位の評価結果を示す説明図である。
【図２６】従来のシリンドリカルレンズを用いた立体表示の概念を示す説明図である。
【図２７】従来の可変式のレンズアレイ素子の基本構成例を示す断面図であり、（Ａ）はレンズ効果の無い状態、（Ｂ）はレンズ効果を発生させた状態を示す。
【図２８】従来の可変式のレンズアレイ素子における電極部分の構成例を示す平面図である。
【図２９】（Ａ）は従来の可変式のレンズアレイ素子を用いた場合の表示状態の切り替えについての説明図であり、（Ｂ）は従来の可変式のレンズアレイ素子における電極部分に印加される駆動電圧の一例を示す説明図である。
【図３０】（Ａ）は従来の可変式のレンズアレイ素子の電極部分の構成例を示す斜視図であり、（Ｂ）は可変式のレンズアレイ素子によって形成されるレンズ形状を光学的に等価に示した斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００２４】
［立体表示装置の全体構成］
図１は、本発明の一実施の形態に係る立体表示装置の一例を示している。この立体表示装置は、２次元的に画像表示を行う表示パネル２と、表示パネル２の表示面２Ａ側に対向するように配置されたレンズアレイ素子１とを備えている。
【００２５】
この立体表示装置は、全画面での２次元（２Ｄ）表示モードと、全画面での３次元（３Ｄ）表示モードと、部分的な３次元表示モードとの３つの表示モードを選択的に切り替えることが可能とされている。この立体表示装置では、図４に示したように、領域サイズの同じ部分領域が左右２つに設定されている。そして、各部分領域について２Ｄ表示と３Ｄ表示とを選択的に切り替えることが可能とされている。これにより、例えば図５（Ａ）〜（Ｄ）に示したような表示状態を任意に選択可能とされている。すなわち、各部分領域をすべて２Ｄ表示にした状態（図５（Ａ））と、各部分領域をすべて３Ｄ表示にした状態（図５（Ｂ））と、左側の部分領域を２Ｄ表示にし、かつ右側の部分領域を３Ｄ表示にした状態（図５（Ｃ））と、左側の部分領域を３Ｄ表示にし、かつ右側の部分領域を２Ｄ表示にした状態（図５（Ｄ））とに切り替え可能とされている。
【００２６】
レンズアレイ素子１は、後述するように液晶レンズ方式による可変レンズアレイであり、部分領域ごとに電気的にレンズ効果のオン・オフ制御を行うことが可能なものである。レンズアレイ素子１は、表示モードに応じてレンズ効果を部分領域ごとに制御することで、表示パネル２からの光線の通過状態を部分領域ごとに選択的に変化させるようになっている。表示パネル２は、２次元表示を行う部分領域については２次元画像データに基づく映像表示を行い、３次元表示を行う部分領域については３次元画像データに基づく映像表示を行うようになっている。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る。例えば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である。
【００２７】
なお、本実施の形態では、レンズアレイ素子１における各基板面または表示パネル２の各基板面に平行な面内で横方向（水平方向）をＸ方向、縦方向（垂直方向）をＹ方向として説明する。基本的には、表示パネル２の表示面２Ａの横方向がＸ方向、縦方向がＹ方向である。
【００２８】
［表示パネル２の構成］
表示パネル２は、例えばＲ（赤色）用画素、Ｇ（緑色）用画素、およびＢ（青色）用画素からなる画素を複数有し、それら複数の画素がマトリクス状に配置されている。表示パネル２の画素は、レンズアレイ素子１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Ｎ個（２以上の整数）分、配置されている。３次元表示モードでは、このＮ個分、３次元表示における光線数（視線数）を提示することになる。表示パネル２は、例えば液晶表示ディスプレイで構成することができる。表示パネル２を例えば透過型の液晶表示ディスプレイで構成した場合、バックライトからの光を画像データに応じて画素ごとに変調させることで２次元的な画像表示を行う。また、表示パネル２として、有機ＥＬ（Electro-Luminescence）ディスプレイやフィールドエミッションディスプレイ（ＦＥＤ）等の自発光型のディスプレイを用いても良い。
【００２９】
［レンズアレイ素子１の全体構成］
レンズアレイ素子１は、図１に示したように間隔ｄを空けて互いに対向配置された第１の基板１０および第２の基板２０と、それら第１の基板１０および第２の基板２０の間に配置された液晶層３とを備えている。第１の基板１０および第２の基板２０は、例えばガラス材料または樹脂材料よりなる透明基板である。第１の基板１０上における第２の基板２０に対向する側には、ＩＴＯ膜などの透明な導電膜からなる第１の電極１１がほぼ全面に形成されている。第１の基板１０上にはまた、第１の電極１１を介して液晶層３に接するように第１の配向膜１３が形成されている。第２の基板２０上における第１の基板１０に対向する側には、ＩＴＯ膜などの透明な導電膜からなる第２の電極２１Ｙが部分的に形成されている。第２の基板２０上にはまた、第２の電極２１Ｙを介して液晶層３に接するように第２の配向膜２３が形成されている。
【００３０】
液晶層３は、液晶分子５を含み、第１の電極１１と第２の電極２１Ｙとに印加される電圧に応じて液晶分子５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っている。液晶分子５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。液晶層３は、第１の電極１１と第２の電極２１Ｙ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と、レンズ効果が発生する状態とに電気的に切り替わるようになっている。なお、このレンズアレイ素子１において、そのレンズ効果発生の基本原理は、図２７（Ａ），（Ｂ）に示した液晶レンズと同様である。
【００３１】
なお、図２に示したように、第２の電極２１Ｙと第２の配向膜２３との間に誘電体層２５が配置されていても良い。誘電体層２５を配置することにより、レンズアレイ素子１でレンズ効果を発生させる場合に、液晶層３内の屈折率分布をより理想的な状態にして理想的なレンズ効果を得ることができる。
【００３２】
［レンズアレイ素子１の電極構造］
第２の電極２１Ｙは、互いに間隔を空けて配置された複数のライン電極からなり、図１に示したように幅Ｌｘの電極幅を有して縦方向に延在している。そして、第２の電極２１Ｙは、レンズ効果を発生させたときのレンズピッチｐに相当する周期間隔で複数、並列的に配置されている。レンズ効果を発生させる場合には、液晶層３を挟む上下の電極間で、液晶分子５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を与えるようにする。第１の電極１１は全体として平面状の電極である。第２の電極２１Ｙは横方向に間隔を空けて部分的に形成されているので、第１の電極１１と第２の電極２１Ｙとの間で電圧を印加すると、図２７（Ｂ）に示した場合と同様の原理で、液晶層３内での電界分布に偏りが生ずる。すなわち、第２の電極２１Ｙが形成されている領域に対応する部分では駆動電圧に応じて電界強度が強くなり、第２の電極２１Ｙから横方向に離れるほど電界強度が弱くなるような電界が発生する。すなわち、横方向（Ｘ方向）にレンズ効果（屈折力）が発生するように電界分布が変化する。すなわち、等価的には、図３０（Ｂ）に示した場合と同様に、Ｙ方向に延在しＸ方向に屈折力のあるシリンドリカルレンズ３１Ｙが、Ｘ方向に複数、並列配置されたようなレンズ状態となる。
【００３３】
図３（Ａ）はレンズアレイ素子１の電極部分の第１の具体的な構成例を示している。図３（Ｂ）は第２の具体的な構成例を示している。なお、図３（Ａ），図３（Ｂ）では説明の都合上、第２の電極２１Ｙの数を少なめに簡略化して図示している。レンズアレイ素子１は、図４に示した各部分領域ごとにレンズ効果のオン・オフ制御が可能となるように、第１の電極１１および第２の電極２１Ｙのうちいずれか一方が、複数の部分領域に電気的に分離され、各部分領域ごとに液晶層３に電圧を印加することが可能な構造とされている。
【００３４】
図３（Ａ）は、第１の電極１１を、左右の部分領域に対応する第１の分割電極１１−１と第２の分割電極１１−２とに分割した構造とし、各分割電極ごとに所定の駆動電圧を印加することが可能にしたものである。この構成の場合、第２の電極２１Ｙを構成する複数のライン電極には、全体に所定の共通電圧が印加されるようする。
【００３５】
図３（Ｂ）は、第２の電極２１Ｙを構成する複数のライン電極を、左右の部分領域に対応させて第１の分離電極２１Ｙ−１と第２の分離電極２１Ｙ−２とに電気的に分離し、各分離電極ごとに所定の駆動電圧を印加することが可能にしたものである。この構成の場合、第１の電極１１は全体として一様な１つの平面状の電極とし、全体に所定の共通電圧が印加されるようする。
【００３６】
［レンズアレイ素子の製造］
このレンズアレイ素子１の製造を行う場合、まず、例えばガラス材料または樹脂材料よりなる第１の基板１０および第２の基板２０のそれぞれに、例えばＩＴＯ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１１および第２の電極２１Ｙを形成する。第１および第２の配向膜１３，２３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等の斜方蒸着法により形成する。これにより、液晶分子５の長軸を一方向に配向させる。第１および第２の配向膜１３，２３上には、第１の基板１０と第２の基板２０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４を分散させたものを印刷する。そして、第１の基板１０と第２の基板２０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、公知のＴＮ、ＳＴＮ等の液晶材料を、シール材開口部から第１の基板１０と第２の基板２０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、レンズアレイ素子１を完成させる。なお、本実施の形態においては、液晶分子５の屈折率異方性Δｎが大きいほど、より大きいレンズ効果が得られるので、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、却って液晶組成物の物性を損ね、粘性が増加してしまうことによる基体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、製造性とレンズ効果との双方を考慮した内容組成にすることが好ましい。
【００３７】
［立体表示装置の動作］
この画像表示装置では、レンズアレイ素子１において、複数の部分領域のすべてについてレンズ効果をオフ状態に設定して、表示パネル２からの表示画像光を屈折させることなく透過させることで全画面での２次元表示を行う。
【００３８】
また、レンズアレイ素子１において、複数の部分領域のすべてについてレンズ効果をオン状態に設定して、表示パネル２からの表示画像光を立体視が可能となるように屈折させることで全画面での３次元表示を行う。
【００３９】
また、レンズアレイ素子１において、複数の部分領域のうちの一部の部分領域についてレンズ効果をオン状態に設定して、表示パネル２からの表示画像光を立体視が可能となるように屈折させることで一部の部分領域での３次元表示を行う。かつ、その他の部分領域についてレンズ効果をオフ状態に設定して、表示パネル１からの表示画像光を屈折させることなく透過させることでその他の部分領域での２次元表示を行う。
【００４０】
一例として、図６（Ａ）に示したように左側の部分領域を３Ｄ表示にし、かつ右側の部分領域を２Ｄ表示にする場合について、レンズアレイ素子１の駆動方法を説明する。図６（Ｂ）は、図３（Ａ）に示したように第１の電極１１を第１の分割電極１１−１と第２の分割電極１１−２とに分割した構造にした場合の駆動例を示している。この場合、第２の電極２１Ｙを構成する複数のライン電極には、全体に所定の共通電圧（例えば０Ｖ）を印加する。第１の電極１１については、３Ｄ表示にする左側の部分領域に対応する第１の分割電極１１−１には、所定の駆動電圧を印加する。この所定の駆動電圧としては、例えば図７に示したような矩形波状の電圧を印加する。これにより、左側の部分領域についてはレンズ効果がオン状態となる。２Ｄ表示にする右側の部分領域に対応する第２の分割電極１１−２には、第２の電極２１Ｙと同電位となるように所定の共通電圧（例えば０Ｖ）を印加する。これにより右側の部分領域についてはレンズ効果がオフ状態となる。
【００４１】
図６（Ｃ）は、図３（Ｂ）に示したように第１の分離電極２１Ｙ−１と第２の分離電極２１Ｙ−２とに電気的に分離した構造にした場合の駆動例を示している。この場合、第１の電極１１には、全体に所定の共通電圧（例えば０Ｖ）を印加する。第２の電極２１Ｙについては、３Ｄ表示にする左側の部分領域に対応する第１の分離電極２１Ｙ−１には、所定の駆動電圧を印加する。この所定の駆動電圧としては、例えば図７に示したような矩形波状の電圧を印加する。これにより、左側の部分領域についてはレンズ効果がオン状態となる。２Ｄ表示にする右側の部分領域に対応する第２の分離電極２１Ｙ−２には、第１の電極１１と同電位となるように所定の共通電圧（例えば０Ｖ）を印加する。これにより右側の部分領域についてはレンズ効果がオフ状態となる。
【００４２】
＜変形例＞
この立体表示において、部分領域の設定の数や大きさは図４に示した例に限らず、種々の変形例が考えられる。その場合、電極構造は、部分領域の設定に応じた構造とすれば良い。例えば第１の電極１１を部分領域に対応するような分割電極とすれば良い。
【００４３】
［部分領域の設定の変形例］
図８（Ａ）〜（Ｃ）は、画面の上下方向に複数の部分領域を設定した例を示している。図８（Ａ）は、部分領域が上下方向に２つあり、上側の部分領域に比べて下側の部分領域のサイズを小さく設定した例を示している。図８（Ｂ）は、部分領域が上下方向に３つあり、上側の第１の部分領域に比べてサイズが小さい第２および第３の部分領域を下側に設定した例を示している。図８（Ｃ）は、上下方向に等分割で４つの部分領域を設定した例を示している。なお、図示したものよりも上下方向に細かく部分領域を設定することも可能である。最小の部分領域の大きさはレンズピッチに相当する部分まで細かく設定することが可能である。
【００４４】
図９（Ａ）〜（Ｃ）は、水平方向に複数の部分領域を設定した例を示している。図９（Ａ）は、水平方向に等分割で３つの部分領域を設定した例を示している。図９（Ｂ）は、部分領域が水平方向に３つあり、左側の第１の部分領域に比べてサイズが小さい第２および第３の部分領域を左側に設定した例を示している。図９（Ｃ）は、部分領域が水平方向に３つあり、中央の第１の部分領域に比べてサイズが小さい第２および第３の部分領域を左右に設定した例を示している。なお、図示したものよりも水平方向に細かく部分領域を設定することも可能である。最小の部分領域の大きさはレンズピッチに相当する部分まで細かく設定することが可能である。
【００４５】
その他、図１０（Ａ）〜（Ｄ）に示したように、上下方向と水平方向との双方に複数の部分領域を設定することも可能である。この他、例えば第１の電極１１を部分領域に対応するような分割電極で構成する場合、外周部から接続端子が取れるような構造であれば種々の形態での部分領域の設定が可能である。
【００４６】
［部分領域の設定および電極構造の変形例］
図１１（Ｂ），（Ｃ）は、図１１（Ａ）に示したように、水平方向に等分割で３つの部分領域が設定され、左右の部分領域のみを３Ｄ表示にする場合について、電極構造の具体例とその駆動例を示している。図１１（Ｂ）は、第１の電極１１を各部分領域に対応させて第１の分割電極１１−１と第２の分割電極１１−２と第３の分割電極１１−３とに分割した構造にした場合の駆動例を示している。この場合、第２の電極２１Ｙを構成する複数のライン電極には、全体に所定の共通電圧（例えば０Ｖ）を印加する。第１の電極１１については、３Ｄ表示にする左右の部分領域に対応する第１の分割電極１１−１と第２の分割電極１１−２とには、所定の駆動電圧を印加する。この所定の駆動電圧としては、例えば図７に示したような矩形波状の電圧を印加する。これにより、左右の部分領域についてはレンズ効果がオン状態となる。２Ｄ表示にする中央の部分領域に対応する第３の分割電極１１−３には、第２の電極２１Ｙと同電位となるように所定の共通電圧（例えば０Ｖ）を印加する。これにより中央の部分領域についてはレンズ効果がオフ状態となる。
【００４７】
図１１（Ｃ）は、第２の電極２１Ｙを第１の分離電極２１Ｙ−１と第２の分離電極２１Ｙ−２と第３の分離電極２１Ｙ−３とに電気的に分離した構造にした場合の駆動例を示している。この場合、第１の電極１１には、全体に所定の共通電圧（例えば０Ｖ）を印加する。第２の電極２１Ｙについては、３Ｄ表示にする左右の部分領域に対応する第１の分離電極２１Ｙ−１と第２の分離電極２１Ｙ−２とには、所定の駆動電圧を印加する。この所定の駆動電圧としては、例えば図７に示したような矩形波状の電圧を印加する。これにより、左右の部分領域についてはレンズ効果がオン状態となる。２Ｄ表示にする中央の部分領域に対応する第３の分離電極２１Ｙ−３には、第１の電極１１と同電位となるように所定の共通電圧（例えば０Ｖ）を印加する。これにより中央の部分領域についてはレンズ効果がオフ状態となる。
【００４８】
図１２（Ｂ），（Ｃ）は、図１２（Ａ）に示したように、上下方向に等分割で２つの部分領域が設定され、上側の部分領域のみを３Ｄ表示にする場合について、電極構造の具体例とその駆動例を示している。図１２（Ｂ）は、第１の電極１１を各部分領域に対応させて第１の分割電極１１−１と第２の分割電極１１−２とに分割した構造にした場合の駆動例を示している。また、図１２（Ｃ）は、第２の電極２１Ｙを、２つの部分領域に対応させて第１の分割電極２１Ｙ−１０と第２の分割電極２１Ｙ−２０とに分割した構造にした場合の駆動例を示している。
【００４９】
図１３（Ｂ）は、図１３（Ａ）に示したように、上下方向に等分割で３つの部分領域が設定され、中央の部分領域のみを３Ｄ表示にする場合について、電極構造の具体例とその駆動例を示している。図１３（Ｂ）は、第１の電極１１を各部分領域に対応させて第１の分割電極１１−１と第２の分割電極１１−２と第３の分割電極１１−３とに分割した構造にした場合の駆動例を示している。
【００５０】
図１４（Ｂ），（Ｃ）は、図１４（Ａ）に示したように、上側に領域サイズの大きい１つの部分領域が設定されると共に、下側に領域サイズの小さい２つの部分領域が設定され、左下の部分領域のみを３Ｄ表示にする場合について、電極構造の具体例とその駆動例を示している。図１４（Ｂ）は、第１の電極１１を各部分領域に対応させて第１の分割電極１１−１と第２の分割電極１１−２と第３の分割電極１１−３とに分割した構造にした場合の駆動例を示している。また、図１４（Ｃ）は、第２の電極２１Ｙを、上下方向に第１の分割電極２１Ｙ−１０と第２の分割電極２１Ｙ−２０とに分割すると共に、第２の分割電極２１Ｙ−２０をさらに第１の分離電極２１Ｙ−２１と第２の分離電極２１Ｙ−２２とに電気的に分離させた構造にした場合の駆動例を示している。
【００５１】
図１５（Ｂ），（Ｃ）は、図１５（Ａ）に示したように、全体が上下方向および左右方向に等分割され、合計で４つの部分領域が設定され、右上と左下側の部分領域のみを３Ｄ表示にする場合について、電極構造の具体例とその駆動例を示している。図１５（Ｂ）は、第１の電極１１を各部分領域に対応させて第１の分割電極１１−１と第２の分割電極１１−２と第３の分割電極１１−３と第４の分割電極１１−４とに分割した構造にした場合の駆動例を示している。また、図１５（Ｃ）は、第２の電極２１Ｙを、上下方向に第１の分割電極２１Ｙ−１０と第２の分割電極２１Ｙ−２０とに分割すると共に、第１の分割電極２１Ｙ−１０を第１の分離電極２１Ｙ−１１と第２の分離電極２１Ｙ−１２とに電気的に分離させ、さらに第２の分割電極２１Ｙ−２０を第３の分離電極２１Ｙ−１３と第２の４離電極２１Ｙ−１４とに電気的に分離させた構造にした場合の駆動例を示している。
【００５２】
［表示形態の具体例］
以上説明したように、本実施の形態に係る立体表示装置によれば、複数の所定の部分領域ごとにレンズ効果のオン・オフ制御が可能となるようにレンズアレイ素子１を構成したので、構成を複雑化することなく、多様な形態で２次元表示と３次元表示とを切り替えることができる。これにより、例えば、立体写真や立体映像が表示されている部分に対して、字幕や文章などを読みやすく、高精細な２Ｄ表示での同画面内で表示することが可能となる。また、部分領域の設定を特定のパターンにしているので、複雑なドライバー回路や配線など、ほぼ不要にすることができ、安価に実施できる。
【００５３】
図１６（Ａ），（Ｂ）および図１７は、以上で説明した立体表示装置において、部分的に３次元表示を行う場合の表示形態の例を示している。図１６（Ａ），（Ｂ）は、領域サイズの同じ部分領域が左右２つに設定されている場合の表示形態の例を示している。例えば図１６（Ａ）に示したように、左側の部分領域には３Ｄ写真を表示し、右側の部分領域にはカレンダや時計などを２Ｄ表示する形態が考えられる。また、図１６（Ｂ）に示したように、左側の部分領域には３Ｄでのゲーム画面を表示し、右側の部分領域にはゲームに関連する文字情報などを２Ｄ表示する形態が考えられる。
【００５４】
図１７は、部分領域が上下方向に２つあり、上側の部分領域に比べて下側の部分領域のサイズが小さく設定されている場合の表示形態の例を示している。このような部分領域が設定されている場合、例えば字幕付きの３Ｄ映画を表示するのに便利である。例えば上側の広い部分領域には３Ｄ映画の映像本体部分を３Ｄ表示し、下側の狭い部分領域には字幕を２Ｄ表示する形態が考えられる。
【実施例】
【００５５】
次に、本実施の形態に係る立体表示装置の具体的な実施例について説明する。
【００５６】
図１８および図１９は、本実施例に係る立体表示装置の構成を示している。図１９は、図１８の構成に対して、第２の電極２１Ｙと第２の配向膜２３との間に誘電体層２５が配置されたものであり、その他の構成は同じである。本実施例では、レンズアレイ素子１の第１の基板１０および第２の基板２０として、ガラス基板にＩＴＯからなる透明電極を設けた電極基板を用いた。そして、周知のフォトリソグラフィ法ならびにウェットエッチングもしくはドライエッチング法により、第１の電極１１および第２の電極２１Ｙの電極形状をパターンニングした。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し、各配向膜１３，２３を形成した。材料の焼成後には、各配向膜１３，２３の表面をラビング処理し、さらにはＩＰＡ等で洗浄−加熱乾燥させた。冷却後、ラビング方向が向き合うように第１の基板１０および第２の基板２０を所定の間隔ｄで貼り合わせた。この間隔ｄは、スペーサを全面に分散させることにより保持した。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した。そして、等方相まで液晶セルを加熱してから徐冷した。本実施例で用いた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）を用いた。屈折率異方性Δｎの値は、２０℃で０．２５５である。
【００５７】
【化１】
【００５８】
表示パネル２としては、１画素の大きさが８１μｍのＴＦＴ−ＬＣＤパネルを用いた。この表示パネル２は、Ｒ（赤色）用画素、Ｇ（緑色）用画素、およびＢ（青色）用画素からなる画素を複数有し、それら複数の画素がマトリクス状に配置されている。また、レンズアレイ素子１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２の画素数を２以上Ｎ個というように、整数倍にした。このＮ個分、３次元表示における光線数（視線数）を提示することになる。
【００５９】
レンズアレイ素子１の電極構造としては、図２０に示したように、第１の電極１１を、上下方向に第１の分割電極１１−１と第２の分割電極１１−２とに分割した構造にした。第１の分割電極１１−１の上下方向の長さＷ１は、第２の分割電極１１−２の上下方向の長さＷ２に対して３倍の大きさにした。すなわち、
Ｗ１：Ｗ２＝３：１
である。
【００６０】
以下の表１に、実施例１〜４として設定した設計パラメータの値を［表１］に示す。Ｎは表示パネル２のレンズピッチｐに対する画素数を示す。間隔ｓは、図２０に示したように、第１の分割電極１１−１と第２の分割電極１１−２との距離である。その他、電極幅Ｌｘ等の意味は、図２０に示した通りである。なお、本発明の構成は、以下に示す実施例の設計パラメータの値に限定されるものではない。
【００６１】
【表１】
【００６２】
実施例１〜４では、表示パネル２として、図２１に示したような３インチＷＶＧＡ（８６４×４８０画素）のものを用いた。図２２（Ａ），（Ｂ）は、図２１に示した表示パネル２の画素構成に対応するレンズアレイ素子１の電極構造を示している。図２２（Ａ）は第１の基板１０側、図２２（Ｂ）は第２の基板２０側の電極構造を示している。
【００６３】
また、比較例として第１の電極１１が分割されていない構造（図２９（Ｂ）に示した構造）のものを用意した。その比較例１〜４として設定した設計パラメータの値を［表２］に示す。
【００６４】
【表２】
【００６５】
上記実施例１〜４と比較例１〜４では、第１の電極１１への駆動電圧に用いる外部電源として、３０Ｈｚ以上の矩形波を用いることを標準にした。その際の振幅電圧は５Ｖ〜１０Ｖ程度であり、シリンドリカルレンズのピッチや上下電極基板のギャップなどに応じ、調整した。基板間隔ｄが厚くなるほど、振幅電圧は高く設定する必要がある。駆動振幅電圧を少しずつ上げ、その電圧を上げてもほとんど視認性が変わらなくなってくる領域があり、飽和直前の電圧値を駆動電圧とする。また、０Ｖ印加することで、２Ｄ表示モードにするときに凡その時間（ＯＦＦ応答時間）を観測した。
【００６６】
［立体表示装置の表示品位の評価］
上記実施例１〜４と比較例１〜４のそれぞれについて、立体表示装置の表示品位の評価を行った。図２３、図２４はその表示品位の評価に用いた測定系の概念を示している。図２３は実施例１〜２と比較例１〜２の評価に用いた測定系、図２４は実施例３〜４と比較例３〜４の評価に用いた測定系を示している。
【００６７】
図２３では、レンズアレイ素子１によって形成されるシリンドリカルレンズ３１Ｙの１つのレンズ幅に対して、表示パネル２の画素が４画素分配置されるような構成にした。表示パネル２の１画素はＲ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の３つのサブピクセルからなる。このような構成の立体表示装置に対して、５０ｍｍ離れたところに光強度を観測できるフォトダイオード８０を配置し、表示パネル２に対して平行に移動できるような測定系とした。図２３において、画素１と画素２のＲ，Ｇ．Ｂの全てを点灯して白表示になるようにしたもの（右眼用）と、画素３と画素４のＲ，Ｇ．Ｂの全てを点灯して白表示になるようにしたもの（左眼用）とに対して、それぞれの状況で、５０ｍｍ離れたところに光強度を観測できるフォトダイオード８０を配置し、移動方向に応じて光強度を計測した。
【００６８】
図２４では、レンズアレイ素子１によって形成されるシリンドリカルレンズ３１Ｙの１つのレンズ幅に対して、表示パネル２の画素が２画素分配置されるような構成にした。図２４において、画素１のＲ，Ｇ．Ｂの全てを点灯して白表示になるようにしたもの（右眼用）と、画素２のＲ，Ｇ．Ｂの全てを点灯して白表示になるようにしたもの（左眼用）とに対して、それぞれの状況で、５０ｍｍ離れたところに光強度を観測できるフォトダイオード８０を配置し、移動方向に応じて光強度を計測した。
【００６９】
図２５は、実施例１における光強度分布の測定結果を示している。図２５において、横軸はフォトダイオード８０による光強度の検出位置（ｍｍ）であり、縦軸は光強度（arbitrary unit(任意単位)）となっている。図２５において、光強度がピークとなる位置は、立体表示を行う場合の視線位置に対応する
【００７０】
ここで、視距離５００ｍｍ離れたところで、瞳間距離６５ｍｍに相当するクロストーク値を換算する。瞳距離６５ｍｍ離れたところで、左眼には左眼用だけの光線が、右眼には右眼用だけの光線が観測されるのが理想であるが、図２５のように、左眼の観測位置では左眼用の光線だけでなく、右眼用の光線のスソが重なっている。すなわち、これらはクロストークと定義され、限りなくゼロとすることが望ましい。クロストークを定量化するにあたり、
左右いずれかの強度／左右両方の強度合計×１００（％）
と定義する。
さらに計測エリアを該当エリアで９か所（縦３×横３）とし、その平均値として示す。
［表３］には実施例１〜４のクロストーク量、［表４］には比較例１〜４のクロストーク量を示す。
【００７１】
【表３】
【００７２】
【表４】
【００７３】
実施例１〜４において、全面３Ｄ表示モードであっても、部分的な３Ｄ表示モードであっても、そのクロストーク量は同じ結果となり、電極分割による影響は全くない結果となった。さらに、各実施例に対する比較例１〜４とで、クロストーク量は同じであり、電極分割することによる影響が全くない。
【００７４】
一方、２Ｄ表示の定量化としては視野角に対しての輝度、色度などのパラメータがあげられる。実施例１〜４においては、液晶レンズ部のレンズ効果オフ時において、輝度ならび色度の視野角依存性を計測したところ、液晶レンズ部がない場合と比較して８０〜９０％の劣化となった。本実施例においては反射防止のためのＡＲフィルムなどの対策を行っていないため、この程度の劣化は不可避であり、換言すれば、同対策を施せば、ほぼ２Ｄ表示時の劣化は見られないと考えられる。この２Ｄ表示の評価結果は全面２Ｄ表示モードであっても、部分的な２Ｄ表示モードであっても全く同じ結果となった。
【符号の説明】
【００７５】
１…レンズアレイ素子、２…表示パネル、２Ａ…表示面、３…液晶層、５…液晶分子、１０…第１の基板、１１…第１の電極、１１−１…第１の分割電極、１１−２…第２の分割電極、１１−３…第３の分割電極、１１−４…第４の分割電極、１３…第１の配向膜、２０…第２の基板、２１Ｙ…第２の電極、２１Ｙ−１…第１の分離電極、２１Ｙ−２…第２の分離電極、２１Ｙ−３…第３の分離電極、２１Ｙ−１０…第１の分割電極、２１Ｙ−２０…第２の分割電極、２１Ｙ−１１，２１Ｙ−２１…第１の分離電極、２１Ｙ−１２，２１Ｙ−２２…第２の分離電極、２１Ｙ−１３…第３の分離電極、２１Ｙ−１４…第４の分離電極、２３…第２の配向膜、２５…誘電体層、３１Ｙ…シリンドリカルレンズ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可変式のレンズアレイ素子を用いて、２次元表示と３次元表示とを電気的に切り替えることができる立体表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、観察者の両眼に視差のある視差画像を見せることで立体視を実現する２眼式または多眼式の立体表示装置が知られている。これらの立体表示装置を実現する方法としては、例えば、液晶ディスプレイなどの２次元表示装置と、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（視差分離手段）とを組み合わせたものが知られている。３次元表示用の光学デバイスとしては、例えば図２６に示したように、複数のシリンドリカルレンズ（円筒レンズ）３０３を並列配置したシリンドリカルレンズアレイ３０２が用いられる。このシリンドリカルレンズアレイ３０２を２次元表示装置からなる表示パネル３０１の表示面に対して対向配置する。各シリンドリカルレンズ３０３は、表示パネル３０１の表示面に対して縦方向に延在し、左右方向に屈折力を有するように配置する。表示パネル３０１の表示面には、規則的に複数の表示画素が２次元配列されている。一つのシリンドリカルレンズ３０３の背面に２つ以上の画素を配置し、各画素からの光線をレンズの屈折力により異なる水平方向に出射させることで両眼視差を満たし、裸眼での立体視が可能となる。
【０００３】
図２６では２眼式の立体表示の例を示しており、各シリンドリカルレンズ３０３に対して、表示パネル３０１の表示面における隣接する２本の画素列３０１Ｒ，３０１Ｌが割り当てられている。一方の画素列３０１Ｒには右視差画像を表示し、他方の画素列３０１Ｌに左視差画像を表示する。表示された各視差画像は各シリンドリカルレンズ３０３によって左右別々の光路４０２，４０３に振り分けられる。これにより、所定の位置、所定の方向から観察者４００が立体表示装置を見た場合、左右の視差画像が適切に観察者４００の左右の眼４０１Ｒ，４０１Ｌに到達し、立体像が知覚される。
【０００４】
同様にして、多眼式の場合、３つ以上の視点に相当する位置および方向において撮影した複数の視差画像を、シリンドリカルレンズ３０３の横方向のレンズピッチ内で等分して割り当てて表示する。これにより、３つ以上の視差画像が、シリンドリカルレンズアレイ３０２によって連続的な異なる角度範囲に出射され、結像される。この場合、観察者４００の視線の位置および方向の変化に応じて、複数の異なる視差画像が知覚される。視点変化に応じた視差画像の変化が多いほど、より現実に近い立体感を得ることができる。
【０００５】
ところで、シリンドリカルレンズアレイ３０２としては、例えば樹脂成型された、形状およびレンズ効果が固定のレンズアレイを用いることができるが、この場合、レンズ効果が固定なので３次元表示専用の表示装置となってしまう。一方、シリンドリカルレンズアレイ３０２として、液晶レンズによる切り替え式のレンズアレイ素子を用いることができる。液晶レンズによる切り替え式のレンズアレイ素子の場合、レンズ効果の有無を電気的に切り替えることができるため、２次元表示装置と組み合わせて、２次元表示モードと３次元表示モードとの２つの表示モードを切り替えることができる。すなわち、２次元表示モードでは、レンズアレイをレンズ効果の無い状態（屈折力の無い状態）とし、２次元表示装置からの表示画像光をそのままの状態で通過させる。３次元表示モードでは、レンズアレイをレンズ効果を発生させた状態とし、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ことで立体視を実現する。
【０００６】
図２７（Ａ），（Ｂ）、図２８、図２９（Ａ），（Ｂ）、および図３０（Ａ），（Ｂ）を参照して、液晶レンズによる切り替え式（可変式）のレンズアレイ素子の構成例を説明する。なお、これらの図では、主として電極部分の構造を図示し、基板や配向膜等の構成要素を省略している。この可変式のレンズアレイ素子は、例えばガラス材料よりなる透明な第１の基板および第２の基板と、それら第１の基板および第２の基板の間に挟まれた液晶層１３０（図２７（Ａ），（Ｂ）参照）とを備えている。第１の基板と第２の基板は、間隔ｄを空けて対向配置されている。
【０００７】
第１の基板上には、ＩＴＯ膜（Indium Tin Oxide）などの透明な導電膜からなる第１の電極１１１がほぼ全面に一様に形成されている（図２８、図３０（Ａ）参照）。第１の基板上にはまた、第１の電極１１１を介して液晶層１３０に接するように第１の配向膜が形成されている。第２の基板上には、ＩＴＯ膜などの透明な導電膜からなる第２の電極１２１Ｙが部分的に形成されている（図２８、図３０（Ａ）参照）。第２の基板上にはまた、第２の電極１２１Ｙを介して液晶層３０に接するように第２の配向膜が形成されている。
【０００８】
図２７（Ａ），（Ｂ）は、このレンズアレイ素子におけるレンズ効果発生の基本原理を示している。なお、図２７（Ａ），（Ｂ）では基本原理を説明するため、可変レンズアレイ素子の構成を簡略化して示している。液晶層１３０は、液晶分子１３１を含み、第１の電極１１１と第２の電極１２１Ｙとに印加される電圧に応じて液晶分子１３１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っている。液晶分子１３１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。液晶層１３０は、第１の電極１１１と第２の電極１２１Ｙ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と、レンズ効果が発生する状態とに電気的に切り替わるようになっている。
【０００９】
このレンズアレイ素子では、図２７（Ａ）に示したように、印加電圧が０Ｖの通常の状態では、液晶分子１３１が第１の配向膜および第２の配向膜によって規定される所定の方向に一様に配列される。このため、通過光線の波面２０１は平面波となり、レンズ効果の無い状態となる。一方、このレンズアレイ素子では、複数の第２の電極１２１Ｙが、所定の間隔で離間配置されているため、第１の電極１１１と第２の電極１２１Ｙとの間に所定の駆動電圧を印加すると、液晶層１３０内での電界分布に偏りが生ずる。すなわち、第２の電極１２１Ｙが形成されている領域に対応する部分では駆動電圧に応じて電界強度が強くなり、複数の第２の電極１２１Ｙ間の開口の中心部に行くほど電界強度が弱くなるような電界が発生する。このため、図２７（Ｂ）に示したように、液晶分子１３１の配列が電界強度分布に応じて変化する。これにより、通過光線の波面２０２が変化し、レンズ効果が発生する状態となる。
【００１０】
図２８、図３０（Ａ）は電極部分の平面構成例を示している。図３０（Ｂ）は図３０（Ａ）に示した電極構造である場合に形成されるレンズ形状を光学的に等価に示している。第２の電極１２１Ｙは、幅Ｌｘの電極幅を有して縦方向（垂直方向）に延在している。そして、図３０（Ａ）に示したように第２の電極１２１Ｙは、レンズ効果を発生させたときのレンズピッチｐに相当する周期間隔で複数、並列的に配置されている。レンズ効果を発生させる場合には、液晶層１３０を挟む上下の電極間で、液晶分子１３１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を与えるようにする。例えば図２９（Ｂ）に示したように、複数の第２の電極１２１Ｙについては所定の共通電圧（例えば０Ｖ）を印加し、第１の電極１１１には例えば矩形波状の所定の駆動電圧を印加する。
【００１１】
第１の電極１１１は全面に形成され、第２の電極１２１Ｙは横方向に間隔を空けて部分的に形成されているので、第１の電極１１１と第２の電極１２１Ｙとの間で所定の電位差を生じさせると、上記した図２７（Ｂ）に示した原理で、液晶層１３０内での電界分布に偏りが生ずるので、横方向（Ｘ軸方向）にレンズ効果が発生するように電界分布が変化する。すなわち、等価的には、図３０（Ｂ）に示したように、Ｙ軸方向に延在しＸ軸方向に屈折力のあるシリンドリカルレンズ３１Ｙが、Ｘ軸方向に複数、並列配置されたようなレンズ状態となる。
【００１２】
その他、裸眼での立体視が可能なものとして、パララックスバリア方式のものが知られている。パララックスバリア方式では、視差分離手段としてパララックスバリアと呼ばれる構造物を２次元表示パネルに対向配置し、２次元表示パネルに表示された左右の視差画像をパララックスバリアによって水平方向に視差分離することで立体視が行われる。パララックスバリアを例えば液晶ディスプレイを用いて可変式のバリアとすることで、２次元表示モードと３次元表示モードとの２つの表示モードでの切り替え表示が可能である。しかしながら、パララックスバリア方式の場合、３次元表示モードでは、パララックスバリアによって２次元表示パネルからの表示画像光が部分的に遮蔽されてしまうので、上記したシリンドリカルレンズを用いる方式に比べて観察画像が暗くなってしまう。
【００１３】
特許文献１には、図２７（Ａ）等に示した電極構造における第２の電極１２１Ｙの部分を２層構造とした液晶レンズが開示されている。この液晶レンズでは、液晶層の片側に形成する透明電極の配置間隔を第１層目と第２層目とで変えることで、液晶層に形成される電界分布の制御をより最適化しやすくしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【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】
【００１５】
上記したように可変式のレンズアレイ素子を用いることで、２次元表示モードと３次元表示モードとの２つの表示モードでの切り替え表示が可能である。しかしながら、従来では、この表示切り替えを図２９（Ａ）に示したように、全画面での２次元（２Ｄ）表示と全画面での３次元（３Ｄ）表示との切り替えを行うものに限られている。一方で、画面の一部分のみを３次元表示とし、その他の部分を２次元表示にすることができれば便利である。例えば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の場合には、部分的に２次元表示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。このような多様な形態での表示を簡易な構成で実現できれば便利である。
【００１６】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、構成を複雑化することなく、多様な形態で２次元表示と３次元表示とを切り替えることができるようにした立体表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の第１の観点に係る立体表示装置は、２次元的に画像表示を行う表示パネルと、第１の電極と、第１の電極に対向するように配置された第２の電極と、第１の電極と第２の電極との間に配置された液晶層とを有し、第１の電極と第２の電極とによって印加される電圧に応じて液晶層内の屈折率分布を変化させることにより、表示パネルからの表示画像光に対するレンズ効果をオン状態とオフ状態とに可変制御することが可能に構成されたレンズアレイ素子とを備えているものである。そして、レンズアレイ素子において複数の所定の部分領域ごとにレンズ効果のオン・オフ制御が可能となるように、第１の電極および第２の電極のうちいずれか一方が、複数の所定の部分領域に電気的に分離され、所定の部分領域ごとに液晶層に電圧を印加することが可能な構造とされているものである。
【００１８】
本発明の第２の観点に係る立体表示装置は、画像表示を行う表示パネルと、第１の電極と、第１の電極に対向するように配置された第２の電極と、第１の電極と第２の電極との間に配置された液晶層とを有し、第１の電極と第２の電極とによって印加される電圧に応じて、表示パネルからの表示画像光に対するレンズ効果を制御することが可能に構成されたレンズアレイ素子とを備えているものである。そして、第１の電極および第２の電極のうちいずれか一方が、複数の所定の部分領域に電気的に分離され、所定の部分領域ごとに液晶層に電圧を印加することが可能な構造とされているものである。
【００１９】
本発明の第３の観点に係る立体表示装置は、画像表示を行う表示パネルと、第１の電極と、第１の電極に対向するように配置された第２の電極と、第１の電極と第２の電極との間に配置された液晶層とを有し、第１の電極と第２の電極とによって印加される電圧に応じて、表示パネルからの表示画像光に対する屈折力の方向を制御することが可能に構成されたレンズアレイ素子とを備えているものである。そして、第１の電極および第２の電極のうちいずれか一方が、複数の所定の部分領域に電気的に分離され、所定の部分領域ごとに液晶層に電圧を印加することが可能な構造とされているものである。
【００２０】
本発明の第１、第２または第３の観点に係る立体表示装置では、レンズアレイ素子において互いに対向配置された第１の電極および第２の電極のうちいずれか一方が、複数の所定の部分領域に電気的に分離されていることで、液晶層への電圧印加の状態が所定の部分領域ごとに制御可能となる。これにより、レンズアレイ素子において、例えば複数の所定の部分領域のうちの一部の部分領域についてレンズ効果をオン状態に設定し、かつ、その他の部分領域についてレンズ効果をオフ状態に設定するような制御が可能となり、一部の部分領域にのみ３次元表示を行い、かつ、その他の部分領域での２次元表示を行うことが可能となる。また、例えば複数の所定の部分領域のすべてについてレンズ効果をオフ状態とオン状態とに切り替えるような制御も可能であり、全画面での２次元表示と３次元表示との切り替えを行うこともできる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の第１、第２または第３の観点に係る立体表示装置によれば、レンズアレイ素子において、互いに対向配置された第１の電極および第２の電極のうちいずれか一方を、複数の所定の部分領域に電気的に分離し、所定の部分領域ごとに液晶層に電圧を印加することが可能な構造にしたので、構成を複雑化することなく、多様な形態で２次元表示と３次元表示とを切り替えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施の形態に係る立体表示装置の全体構成の一例を示す断面図である。
【図２】立体表示装置の全体構成の他の例を示す断面図である。
【図３】（Ａ）はレンズアレイ素子における電極部分の第１の構成例を示す斜視図であり、（Ｂ）は電極部分の第２の構成例を示す斜視図である。
【図４】立体表示装置に設定された部分領域についての説明図である。
【図５】立体表示装置における表示状態の切り替えについての説明図である。
【図６】（Ａ）は立体表示装置における表示状態の一例を示す説明図あり、（Ｂ）は図６（Ａ）に示した表示状態を実現するための電極部分の第１の構成例および駆動例を示す説明図、（Ｃ）は図６（Ａ）に示した表示状態を実現するための電極部分の第２の構成例および駆動例を示す説明図である。
【図７】レンズアレイ素子における電極部分に印加される駆動電圧の一例を示す波形図である。
【図８】部分領域の設定の変形例を示す説明図である。
【図９】部分領域の設定の他の変形例を示す説明図である。
【図１０】部分領域の設定のさらに他の変形例を示す説明図である。
【図１１】（Ａ）は立体表示装置における表示状態の変形例を示す説明図あり、（Ｂ）は図１１（Ａ）に示した表示状態を実現するための電極部分の第１の構成例および駆動例を示す説明図、（Ｃ）は図１１（Ａ）に示した表示状態を実現するための電極部分の第２の構成例および駆動例を示す説明図である。
【図１２】（Ａ）は立体表示装置における表示状態の変形例を示す説明図あり、（Ｂ）は図１２（Ａ）に示した表示状態を実現するための電極部分の第１の構成例および駆動例を示す説明図、（Ｃ）は図１２（Ａ）に示した表示状態を実現するための電極部分の第２の構成例および駆動例を示す説明図である。
【図１３】（Ａ）は立体表示装置における表示状態の変形例を示す説明図あり、（Ｂ）は図１３（Ａ）に示した表示状態を実現するための電極部分の構成例および駆動例を示す説明図である。
【図１４】（Ａ）は立体表示装置における表示状態の変形例を示す説明図あり、（Ｂ）は図１４（Ａ）に示した表示状態を実現するための電極部分の第１の構成例および駆動例を示す説明図、（Ｃ）は図１４（Ａ）に示した表示状態を実現するための電極部分の第２の構成例および駆動例を示す説明図である。
【図１５】（Ａ）は立体表示装置における表示状態の変形例を示す説明図あり、（Ｂ）は図１５（Ａ）に示した表示状態を実現するための電極部分の第１の構成例および駆動例を示す説明図、（Ｃ）は図１５（Ａ）に示した表示状態を実現するための電極部分の第２の構成例および駆動例を示す説明図である。
【図１６】立体表示装置による表示形態の具体例を示す説明図である。
【図１７】立体表示装置による表示形態の他の具体例を示す説明図である。
【図１８】本発明の実施例に係る立体表示装置の第１の構成を示す断面図である。
【図１９】実施例に係る立体表示装置の第２の構成を示す断面図である。
【図２０】実施例に係る立体表示装置の電極部分の構成を示す斜視図である。
【図２１】実施例に係る立体表示装置における表示パネルの構成を示す平面図である。
【図２２】実施例に係る立体表示装置における電極部分の構成を示す平面図である。
【図２３】表示品位の評価に用いた第１の測定系の構成を模式的に示す説明図である。
【図２４】表示品位の評価に用いた第２の測定系の構成を模式的に示す説明図である。
【図２５】実施例に係る立体表示装置の表示品位の評価結果を示す説明図である。
【図２６】従来のシリンドリカルレンズを用いた立体表示の概念を示す説明図である。
【図２７】従来の可変式のレンズアレイ素子の基本構成例を示す断面図であり、（Ａ）はレンズ効果の無い状態、（Ｂ）はレンズ効果を発生させた状態を示す。
【図２８】従来の可変式のレンズアレイ素子における電極部分の構成例を示す平面図である。
【図２９】（Ａ）は従来の可変式のレンズアレイ素子を用いた場合の表示状態の切り替えについての説明図であり、（Ｂ）は従来の可変式のレンズアレイ素子における電極部分に印加される駆動電圧の一例を示す説明図である。
【図３０】（Ａ）は従来の可変式のレンズアレイ素子の電極部分の構成例を示す斜視図であり、（Ｂ）は可変式のレンズアレイ素子によって形成されるレンズ形状を光学的に等価に示した斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００２４】
［立体表示装置の全体構成］
図１は、本発明の一実施の形態に係る立体表示装置の一例を示している。この立体表示装置は、２次元的に画像表示を行う表示パネル２と、表示パネル２の表示面２Ａ側に対向するように配置されたレンズアレイ素子１とを備えている。
【００２５】
この立体表示装置は、全画面での２次元（２Ｄ）表示モードと、全画面での３次元（３Ｄ）表示モードと、部分的な３次元表示モードとの３つの表示モードを選択的に切り替えることが可能とされている。この立体表示装置では、図４に示したように、領域サイズの同じ部分領域が左右２つに設定されている。そして、各部分領域について２Ｄ表示と３Ｄ表示とを選択的に切り替えることが可能とされている。これにより、例えば図５（Ａ）〜（Ｄ）に示したような表示状態を任意に選択可能とされている。すなわち、各部分領域をすべて２Ｄ表示にした状態（図５（Ａ））と、各部分領域をすべて３Ｄ表示にした状態（図５（Ｂ））と、左側の部分領域を２Ｄ表示にし、かつ右側の部分領域を３Ｄ表示にした状態（図５（Ｃ））と、左側の部分領域を３Ｄ表示にし、かつ右側の部分領域を２Ｄ表示にした状態（図５（Ｄ））とに切り替え可能とされている。
【００２６】
レンズアレイ素子１は、後述するように液晶レンズ方式による可変レンズアレイであり、部分領域ごとに電気的にレンズ効果のオン・オフ制御を行うことが可能なものである。レンズアレイ素子１は、表示モードに応じてレンズ効果を部分領域ごとに制御することで、表示パネル２からの光線の通過状態を部分領域ごとに選択的に変化させるようになっている。表示パネル２は、２次元表示を行う部分領域については２次元画像データに基づく映像表示を行い、３次元表示を行う部分領域については３次元画像データに基づく映像表示を行うようになっている。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る。例えば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である。
【００２７】
なお、本実施の形態では、レンズアレイ素子１における各基板面または表示パネル２の各基板面に平行な面内で横方向（水平方向）をＸ方向、縦方向（垂直方向）をＹ方向として説明する。基本的には、表示パネル２の表示面２Ａの横方向がＸ方向、縦方向がＹ方向である。
【００２８】
［表示パネル２の構成］
表示パネル２は、例えばＲ（赤色）用画素、Ｇ（緑色）用画素、およびＢ（青色）用画素からなる画素を複数有し、それら複数の画素がマトリクス状に配置されている。表示パネル２の画素は、レンズアレイ素子１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Ｎ個（２以上の整数）分、配置されている。３次元表示モードでは、このＮ個分、３次元表示における光線数（視線数）を提示することになる。表示パネル２は、例えば液晶表示ディスプレイで構成することができる。表示パネル２を例えば透過型の液晶表示ディスプレイで構成した場合、バックライトからの光を画像データに応じて画素ごとに変調させることで２次元的な画像表示を行う。また、表示パネル２として、有機ＥＬ（Electro-Luminescence）ディスプレイやフィールドエミッションディスプレイ（ＦＥＤ）等の自発光型のディスプレイを用いても良い。
【００２９】
［レンズアレイ素子１の全体構成］
レンズアレイ素子１は、図１に示したように間隔ｄを空けて互いに対向配置された第１の基板１０および第２の基板２０と、それら第１の基板１０および第２の基板２０の間に配置された液晶層３とを備えている。第１の基板１０および第２の基板２０は、例えばガラス材料または樹脂材料よりなる透明基板である。第１の基板１０上における第２の基板２０に対向する側には、ＩＴＯ膜などの透明な導電膜からなる第１の電極１１がほぼ全面に形成されている。第１の基板１０上にはまた、第１の電極１１を介して液晶層３に接するように第１の配向膜１３が形成されている。第２の基板２０上における第１の基板１０に対向する側には、ＩＴＯ膜などの透明な導電膜からなる第２の電極２１Ｙが部分的に形成されている。第２の基板２０上にはまた、第２の電極２１Ｙを介して液晶層３に接するように第２の配向膜２３が形成されている。
【００３０】
液晶層３は、液晶分子５を含み、第１の電極１１と第２の電極２１Ｙとに印加される電圧に応じて液晶分子５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っている。液晶分子５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。液晶層３は、第１の電極１１と第２の電極２１Ｙ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と、レンズ効果が発生する状態とに電気的に切り替わるようになっている。なお、このレンズアレイ素子１において、そのレンズ効果発生の基本原理は、図２７（Ａ），（Ｂ）に示した液晶レンズと同様である。
【００３１】
なお、図２に示したように、第２の電極２１Ｙと第２の配向膜２３との間に誘電体層２５が配置されていても良い。誘電体層２５を配置することにより、レンズアレイ素子１でレンズ効果を発生させる場合に、液晶層３内の屈折率分布をより理想的な状態にして理想的なレンズ効果を得ることができる。
【００３２】
［レンズアレイ素子１の電極構造］
第２の電極２１Ｙは、互いに間隔を空けて配置された複数のライン電極からなり、図１に示したように幅Ｌｘの電極幅を有して縦方向に延在している。そして、第２の電極２１Ｙは、レンズ効果を発生させたときのレンズピッチｐに相当する周期間隔で複数、並列的に配置されている。レンズ効果を発生させる場合には、液晶層３を挟む上下の電極間で、液晶分子５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を与えるようにする。第１の電極１１は全体として平面状の電極である。第２の電極２１Ｙは横方向に間隔を空けて部分的に形成されているので、第１の電極１１と第２の電極２１Ｙとの間で電圧を印加すると、図２７（Ｂ）に示した場合と同様の原理で、液晶層３内での電界分布に偏りが生ずる。すなわち、第２の電極２１Ｙが形成されている領域に対応する部分では駆動電圧に応じて電界強度が強くなり、第２の電極２１Ｙから横方向に離れるほど電界強度が弱くなるような電界が発生する。すなわち、横方向（Ｘ方向）にレンズ効果（屈折力）が発生するように電界分布が変化する。すなわち、等価的には、図３０（Ｂ）に示した場合と同様に、Ｙ方向に延在しＸ方向に屈折力のあるシリンドリカルレンズ３１Ｙが、Ｘ方向に複数、並列配置されたようなレンズ状態となる。
【００３３】
図３（Ａ）はレンズアレイ素子１の電極部分の第１の具体的な構成例を示している。図３（Ｂ）は第２の具体的な構成例を示している。なお、図３（Ａ），図３（Ｂ）では説明の都合上、第２の電極２１Ｙの数を少なめに簡略化して図示している。レンズアレイ素子１は、図４に示した各部分領域ごとにレンズ効果のオン・オフ制御が可能となるように、第１の電極１１および第２の電極２１Ｙのうちいずれか一方が、複数の部分領域に電気的に分離され、各部分領域ごとに液晶層３に電圧を印加することが可能な構造とされている。
【００３４】
図３（Ａ）は、第１の電極１１を、左右の部分領域に対応する第１の分割電極１１−１と第２の分割電極１１−２とに分割した構造とし、各分割電極ごとに所定の駆動電圧を印加することが可能にしたものである。この構成の場合、第２の電極２１Ｙを構成する複数のライン電極には、全体に所定の共通電圧が印加されるようする。
【００３５】
図３（Ｂ）は、第２の電極２１Ｙを構成する複数のライン電極を、左右の部分領域に対応させて第１の分離電極２１Ｙ−１と第２の分離電極２１Ｙ−２とに電気的に分離し、各分離電極ごとに所定の駆動電圧を印加することが可能にしたものである。この構成の場合、第１の電極１１は全体として一様な１つの平面状の電極とし、全体に所定の共通電圧が印加されるようする。
【００３６】
［レンズアレイ素子の製造］
このレンズアレイ素子１の製造を行う場合、まず、例えばガラス材料または樹脂材料よりなる第１の基板１０および第２の基板２０のそれぞれに、例えばＩＴＯ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１１および第２の電極２１Ｙを形成する。第１および第２の配向膜１３，２３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等の斜方蒸着法により形成する。これにより、液晶分子５の長軸を一方向に配向させる。第１および第２の配向膜１３，２３上には、第１の基板１０と第２の基板２０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４を分散させたものを印刷する。そして、第１の基板１０と第２の基板２０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、公知のＴＮ、ＳＴＮ等の液晶材料を、シール材開口部から第１の基板１０と第２の基板２０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、レンズアレイ素子１を完成させる。なお、本実施の形態においては、液晶分子５の屈折率異方性Δｎが大きいほど、より大きいレンズ効果が得られるので、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、却って液晶組成物の物性を損ね、粘性が増加してしまうことによる基体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、製造性とレンズ効果との双方を考慮した内容組成にすることが好ましい。
【００３７】
［立体表示装置の動作］
この画像表示装置では、レンズアレイ素子１において、複数の部分領域のすべてについてレンズ効果をオフ状態に設定して、表示パネル２からの表示画像光を屈折させることなく透過させることで全画面での２次元表示を行う。
【００３８】
また、レンズアレイ素子１において、複数の部分領域のすべてについてレンズ効果をオン状態に設定して、表示パネル２からの表示画像光を立体視が可能となるように屈折させることで全画面での３次元表示を行う。
【００３９】
また、レンズアレイ素子１において、複数の部分領域のうちの一部の部分領域についてレンズ効果をオン状態に設定して、表示パネル２からの表示画像光を立体視が可能となるように屈折させることで一部の部分領域での３次元表示を行う。かつ、その他の部分領域についてレンズ効果をオフ状態に設定して、表示パネル１からの表示画像光を屈折させることなく透過させることでその他の部分領域での２次元表示を行う。
【００４０】
一例として、図６（Ａ）に示したように左側の部分領域を３Ｄ表示にし、かつ右側の部分領域を２Ｄ表示にする場合について、レンズアレイ素子１の駆動方法を説明する。図６（Ｂ）は、図３（Ａ）に示したように第１の電極１１を第１の分割電極１１−１と第２の分割電極１１−２とに分割した構造にした場合の駆動例を示している。この場合、第２の電極２１Ｙを構成する複数のライン電極には、全体に所定の共通電圧（例えば０Ｖ）を印加する。第１の電極１１については、３Ｄ表示にする左側の部分領域に対応する第１の分割電極１１−１には、所定の駆動電圧を印加する。この所定の駆動電圧としては、例えば図７に示したような矩形波状の電圧を印加する。これにより、左側の部分領域についてはレンズ効果がオン状態となる。２Ｄ表示にする右側の部分領域に対応する第２の分割電極１１−２には、第２の電極２１Ｙと同電位となるように所定の共通電圧（例えば０Ｖ）を印加する。これにより右側の部分領域についてはレンズ効果がオフ状態となる。
【００４１】
図６（Ｃ）は、図３（Ｂ）に示したように第１の分離電極２１Ｙ−１と第２の分離電極２１Ｙ−２とに電気的に分離した構造にした場合の駆動例を示している。この場合、第１の電極１１には、全体に所定の共通電圧（例えば０Ｖ）を印加する。第２の電極２１Ｙについては、３Ｄ表示にする左側の部分領域に対応する第１の分離電極２１Ｙ−１には、所定の駆動電圧を印加する。この所定の駆動電圧としては、例えば図７に示したような矩形波状の電圧を印加する。これにより、左側の部分領域についてはレンズ効果がオン状態となる。２Ｄ表示にする右側の部分領域に対応する第２の分離電極２１Ｙ−２には、第１の電極１１と同電位となるように所定の共通電圧（例えば０Ｖ）を印加する。これにより右側の部分領域についてはレンズ効果がオフ状態となる。
【００４２】
＜変形例＞
この立体表示において、部分領域の設定の数や大きさは図４に示した例に限らず、種々の変形例が考えられる。その場合、電極構造は、部分領域の設定に応じた構造とすれば良い。例えば第１の電極１１を部分領域に対応するような分割電極とすれば良い。
【００４３】
［部分領域の設定の変形例］
図８（Ａ）〜（Ｃ）は、画面の上下方向に複数の部分領域を設定した例を示している。図８（Ａ）は、部分領域が上下方向に２つあり、上側の部分領域に比べて下側の部分領域のサイズを小さく設定した例を示している。図８（Ｂ）は、部分領域が上下方向に３つあり、上側の第１の部分領域に比べてサイズが小さい第２および第３の部分領域を下側に設定した例を示している。図８（Ｃ）は、上下方向に等分割で４つの部分領域を設定した例を示している。なお、図示したものよりも上下方向に細かく部分領域を設定することも可能である。最小の部分領域の大きさはレンズピッチに相当する部分まで細かく設定することが可能である。
【００４４】
図９（Ａ）〜（Ｃ）は、水平方向に複数の部分領域を設定した例を示している。図９（Ａ）は、水平方向に等分割で３つの部分領域を設定した例を示している。図９（Ｂ）は、部分領域が水平方向に３つあり、左側の第１の部分領域に比べてサイズが小さい第２および第３の部分領域を左側に設定した例を示している。図９（Ｃ）は、部分領域が水平方向に３つあり、中央の第１の部分領域に比べてサイズが小さい第２および第３の部分領域を左右に設定した例を示している。なお、図示したものよりも水平方向に細かく部分領域を設定することも可能である。最小の部分領域の大きさはレンズピッチに相当する部分まで細かく設定することが可能である。
【００４５】
その他、図１０（Ａ）〜（Ｄ）に示したように、上下方向と水平方向との双方に複数の部分領域を設定することも可能である。この他、例えば第１の電極１１を部分領域に対応するような分割電極で構成する場合、外周部から接続端子が取れるような構造であれば種々の形態での部分領域の設定が可能である。
【００４６】
［部分領域の設定および電極構造の変形例］
図１１（Ｂ），（Ｃ）は、図１１（Ａ）に示したように、水平方向に等分割で３つの部分領域が設定され、左右の部分領域のみを３Ｄ表示にする場合について、電極構造の具体例とその駆動例を示している。図１１（Ｂ）は、第１の電極１１を各部分領域に対応させて第１の分割電極１１−１と第２の分割電極１１−２と第３の分割電極１１−３とに分割した構造にした場合の駆動例を示している。この場合、第２の電極２１Ｙを構成する複数のライン電極には、全体に所定の共通電圧（例えば０Ｖ）を印加する。第１の電極１１については、３Ｄ表示にする左右の部分領域に対応する第１の分割電極１１−１と第２の分割電極１１−２とには、所定の駆動電圧を印加する。この所定の駆動電圧としては、例えば図７に示したような矩形波状の電圧を印加する。これにより、左右の部分領域についてはレンズ効果がオン状態となる。２Ｄ表示にする中央の部分領域に対応する第３の分割電極１１−３には、第２の電極２１Ｙと同電位となるように所定の共通電圧（例えば０Ｖ）を印加する。これにより中央の部分領域についてはレンズ効果がオフ状態となる。
【００４７】
図１１（Ｃ）は、第２の電極２１Ｙを第１の分離電極２１Ｙ−１と第２の分離電極２１Ｙ−２と第３の分離電極２１Ｙ−３とに電気的に分離した構造にした場合の駆動例を示している。この場合、第１の電極１１には、全体に所定の共通電圧（例えば０Ｖ）を印加する。第２の電極２１Ｙについては、３Ｄ表示にする左右の部分領域に対応する第１の分離電極２１Ｙ−１と第２の分離電極２１Ｙ−２とには、所定の駆動電圧を印加する。この所定の駆動電圧としては、例えば図７に示したような矩形波状の電圧を印加する。これにより、左右の部分領域についてはレンズ効果がオン状態となる。２Ｄ表示にする中央の部分領域に対応する第３の分離電極２１Ｙ−３には、第１の電極１１と同電位となるように所定の共通電圧（例えば０Ｖ）を印加する。これにより中央の部分領域についてはレンズ効果がオフ状態となる。
【００４８】
図１２（Ｂ），（Ｃ）は、図１２（Ａ）に示したように、上下方向に等分割で２つの部分領域が設定され、上側の部分領域のみを３Ｄ表示にする場合について、電極構造の具体例とその駆動例を示している。図１２（Ｂ）は、第１の電極１１を各部分領域に対応させて第１の分割電極１１−１と第２の分割電極１１−２とに分割した構造にした場合の駆動例を示している。また、図１２（Ｃ）は、第２の電極２１Ｙを、２つの部分領域に対応させて第１の分割電極２１Ｙ−１０と第２の分割電極２１Ｙ−２０とに分割した構造にした場合の駆動例を示している。
【００４９】
図１３（Ｂ）は、図１３（Ａ）に示したように、上下方向に等分割で３つの部分領域が設定され、中央の部分領域のみを３Ｄ表示にする場合について、電極構造の具体例とその駆動例を示している。図１３（Ｂ）は、第１の電極１１を各部分領域に対応させて第１の分割電極１１−１と第２の分割電極１１−２と第３の分割電極１１−３とに分割した構造にした場合の駆動例を示している。
【００５０】
図１４（Ｂ），（Ｃ）は、図１４（Ａ）に示したように、上側に領域サイズの大きい１つの部分領域が設定されると共に、下側に領域サイズの小さい２つの部分領域が設定され、左下の部分領域のみを３Ｄ表示にする場合について、電極構造の具体例とその駆動例を示している。図１４（Ｂ）は、第１の電極１１を各部分領域に対応させて第１の分割電極１１−１と第２の分割電極１１−２と第３の分割電極１１−３とに分割した構造にした場合の駆動例を示している。また、図１４（Ｃ）は、第２の電極２１Ｙを、上下方向に第１の分割電極２１Ｙ−１０と第２の分割電極２１Ｙ−２０とに分割すると共に、第２の分割電極２１Ｙ−２０をさらに第１の分離電極２１Ｙ−２１と第２の分離電極２１Ｙ−２２とに電気的に分離させた構造にした場合の駆動例を示している。
【００５１】
図１５（Ｂ），（Ｃ）は、図１５（Ａ）に示したように、全体が上下方向および左右方向に等分割され、合計で４つの部分領域が設定され、右上と左下側の部分領域のみを３Ｄ表示にする場合について、電極構造の具体例とその駆動例を示している。図１５（Ｂ）は、第１の電極１１を各部分領域に対応させて第１の分割電極１１−１と第２の分割電極１１−２と第３の分割電極１１−３と第４の分割電極１１−４とに分割した構造にした場合の駆動例を示している。また、図１５（Ｃ）は、第２の電極２１Ｙを、上下方向に第１の分割電極２１Ｙ−１０と第２の分割電極２１Ｙ−２０とに分割すると共に、第１の分割電極２１Ｙ−１０を第１の分離電極２１Ｙ−１１と第２の分離電極２１Ｙ−１２とに電気的に分離させ、さらに第２の分割電極２１Ｙ−２０を第３の分離電極２１Ｙ−１３と第２の４離電極２１Ｙ−１４とに電気的に分離させた構造にした場合の駆動例を示している。
【００５２】
［表示形態の具体例］
以上説明したように、本実施の形態に係る立体表示装置によれば、複数の所定の部分領域ごとにレンズ効果のオン・オフ制御が可能となるようにレンズアレイ素子１を構成したので、構成を複雑化することなく、多様な形態で２次元表示と３次元表示とを切り替えることができる。これにより、例えば、立体写真や立体映像が表示されている部分に対して、字幕や文章などを読みやすく、高精細な２Ｄ表示での同画面内で表示することが可能となる。また、部分領域の設定を特定のパターンにしているので、複雑なドライバー回路や配線など、ほぼ不要にすることができ、安価に実施できる。
【００５３】
図１６（Ａ），（Ｂ）および図１７は、以上で説明した立体表示装置において、部分的に３次元表示を行う場合の表示形態の例を示している。図１６（Ａ），（Ｂ）は、領域サイズの同じ部分領域が左右２つに設定されている場合の表示形態の例を示している。例えば図１６（Ａ）に示したように、左側の部分領域には３Ｄ写真を表示し、右側の部分領域にはカレンダや時計などを２Ｄ表示する形態が考えられる。また、図１６（Ｂ）に示したように、左側の部分領域には３Ｄでのゲーム画面を表示し、右側の部分領域にはゲームに関連する文字情報などを２Ｄ表示する形態が考えられる。
【００５４】
図１７は、部分領域が上下方向に２つあり、上側の部分領域に比べて下側の部分領域のサイズが小さく設定されている場合の表示形態の例を示している。このような部分領域が設定されている場合、例えば字幕付きの３Ｄ映画を表示するのに便利である。例えば上側の広い部分領域には３Ｄ映画の映像本体部分を３Ｄ表示し、下側の狭い部分領域には字幕を２Ｄ表示する形態が考えられる。
【実施例】
【００５５】
次に、本実施の形態に係る立体表示装置の具体的な実施例について説明する。
【００５６】
図１８および図１９は、本実施例に係る立体表示装置の構成を示している。図１９は、図１８の構成に対して、第２の電極２１Ｙと第２の配向膜２３との間に誘電体層２５が配置されたものであり、その他の構成は同じである。本実施例では、レンズアレイ素子１の第１の基板１０および第２の基板２０として、ガラス基板にＩＴＯからなる透明電極を設けた電極基板を用いた。そして、周知のフォトリソグラフィ法ならびにウェットエッチングもしくはドライエッチング法により、第１の電極１１および第２の電極２１Ｙの電極形状をパターンニングした。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し、各配向膜１３，２３を形成した。材料の焼成後には、各配向膜１３，２３の表面をラビング処理し、さらにはＩＰＡ等で洗浄−加熱乾燥させた。冷却後、ラビング方向が向き合うように第１の基板１０および第２の基板２０を所定の間隔ｄで貼り合わせた。この間隔ｄは、スペーサを全面に分散させることにより保持した。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した。そして、等方相まで液晶セルを加熱してから徐冷した。本実施例で用いた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）を用いた。屈折率異方性Δｎの値は、２０℃で０．２５５である。
【００５７】
【化１】
【００５８】
表示パネル２としては、１画素の大きさが８１μｍのＴＦＴ−ＬＣＤパネルを用いた。この表示パネル２は、Ｒ（赤色）用画素、Ｇ（緑色）用画素、およびＢ（青色）用画素からなる画素を複数有し、それら複数の画素がマトリクス状に配置されている。また、レンズアレイ素子１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２の画素数を２以上Ｎ個というように、整数倍にした。このＮ個分、３次元表示における光線数（視線数）を提示することになる。
【００５９】
レンズアレイ素子１の電極構造としては、図２０に示したように、第１の電極１１を、上下方向に第１の分割電極１１−１と第２の分割電極１１−２とに分割した構造にした。第１の分割電極１１−１の上下方向の長さＷ１は、第２の分割電極１１−２の上下方向の長さＷ２に対して３倍の大きさにした。すなわち、
Ｗ１：Ｗ２＝３：１
である。
【００６０】
以下の表１に、実施例１〜４として設定した設計パラメータの値を［表１］に示す。Ｎは表示パネル２のレンズピッチｐに対する画素数を示す。間隔ｓは、図２０に示したように、第１の分割電極１１−１と第２の分割電極１１−２との距離である。その他、電極幅Ｌｘ等の意味は、図２０に示した通りである。なお、本発明の構成は、以下に示す実施例の設計パラメータの値に限定されるものではない。
【００６１】
【表１】
【００６２】
実施例１〜４では、表示パネル２として、図２１に示したような３インチＷＶＧＡ（８６４×４８０画素）のものを用いた。図２２（Ａ），（Ｂ）は、図２１に示した表示パネル２の画素構成に対応するレンズアレイ素子１の電極構造を示している。図２２（Ａ）は第１の基板１０側、図２２（Ｂ）は第２の基板２０側の電極構造を示している。
【００６３】
また、比較例として第１の電極１１が分割されていない構造（図２９（Ｂ）に示した構造）のものを用意した。その比較例１〜４として設定した設計パラメータの値を［表２］に示す。
【００６４】
【表２】
【００６５】
上記実施例１〜４と比較例１〜４では、第１の電極１１への駆動電圧に用いる外部電源として、３０Ｈｚ以上の矩形波を用いることを標準にした。その際の振幅電圧は５Ｖ〜１０Ｖ程度であり、シリンドリカルレンズのピッチや上下電極基板のギャップなどに応じ、調整した。基板間隔ｄが厚くなるほど、振幅電圧は高く設定する必要がある。駆動振幅電圧を少しずつ上げ、その電圧を上げてもほとんど視認性が変わらなくなってくる領域があり、飽和直前の電圧値を駆動電圧とする。また、０Ｖ印加することで、２Ｄ表示モードにするときに凡その時間（ＯＦＦ応答時間）を観測した。
【００６６】
［立体表示装置の表示品位の評価］
上記実施例１〜４と比較例１〜４のそれぞれについて、立体表示装置の表示品位の評価を行った。図２３、図２４はその表示品位の評価に用いた測定系の概念を示している。図２３は実施例１〜２と比較例１〜２の評価に用いた測定系、図２４は実施例３〜４と比較例３〜４の評価に用いた測定系を示している。
【００６７】
図２３では、レンズアレイ素子１によって形成されるシリンドリカルレンズ３１Ｙの１つのレンズ幅に対して、表示パネル２の画素が４画素分配置されるような構成にした。表示パネル２の１画素はＲ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の３つのサブピクセルからなる。このような構成の立体表示装置に対して、５０ｍｍ離れたところに光強度を観測できるフォトダイオード８０を配置し、表示パネル２に対して平行に移動できるような測定系とした。図２３において、画素１と画素２のＲ，Ｇ．Ｂの全てを点灯して白表示になるようにしたもの（右眼用）と、画素３と画素４のＲ，Ｇ．Ｂの全てを点灯して白表示になるようにしたもの（左眼用）とに対して、それぞれの状況で、５０ｍｍ離れたところに光強度を観測できるフォトダイオード８０を配置し、移動方向に応じて光強度を計測した。
【００６８】
図２４では、レンズアレイ素子１によって形成されるシリンドリカルレンズ３１Ｙの１つのレンズ幅に対して、表示パネル２の画素が２画素分配置されるような構成にした。図２４において、画素１のＲ，Ｇ．Ｂの全てを点灯して白表示になるようにしたもの（右眼用）と、画素２のＲ，Ｇ．Ｂの全てを点灯して白表示になるようにしたもの（左眼用）とに対して、それぞれの状況で、５０ｍｍ離れたところに光強度を観測できるフォトダイオード８０を配置し、移動方向に応じて光強度を計測した。
【００６９】
図２５は、実施例１における光強度分布の測定結果を示している。図２５において、横軸はフォトダイオード８０による光強度の検出位置（ｍｍ）であり、縦軸は光強度（arbitrary unit(任意単位)）となっている。図２５において、光強度がピークとなる位置は、立体表示を行う場合の視線位置に対応する
【００７０】
ここで、視距離５００ｍｍ離れたところで、瞳間距離６５ｍｍに相当するクロストーク値を換算する。瞳距離６５ｍｍ離れたところで、左眼には左眼用だけの光線が、右眼には右眼用だけの光線が観測されるのが理想であるが、図２５のように、左眼の観測位置では左眼用の光線だけでなく、右眼用の光線のスソが重なっている。すなわち、これらはクロストークと定義され、限りなくゼロとすることが望ましい。クロストークを定量化するにあたり、
左右いずれかの強度／左右両方の強度合計×１００（％）
と定義する。
さらに計測エリアを該当エリアで９か所（縦３×横３）とし、その平均値として示す。
［表３］には実施例１〜４のクロストーク量、［表４］には比較例１〜４のクロストーク量を示す。
【００７１】
【表３】
【００７２】
【表４】
【００７３】
実施例１〜４において、全面３Ｄ表示モードであっても、部分的な３Ｄ表示モードであっても、そのクロストーク量は同じ結果となり、電極分割による影響は全くない結果となった。さらに、各実施例に対する比較例１〜４とで、クロストーク量は同じであり、電極分割することによる影響が全くない。
【００７４】
一方、２Ｄ表示の定量化としては視野角に対しての輝度、色度などのパラメータがあげられる。実施例１〜４においては、液晶レンズ部のレンズ効果オフ時において、輝度ならび色度の視野角依存性を計測したところ、液晶レンズ部がない場合と比較して８０〜９０％の劣化となった。本実施例においては反射防止のためのＡＲフィルムなどの対策を行っていないため、この程度の劣化は不可避であり、換言すれば、同対策を施せば、ほぼ２Ｄ表示時の劣化は見られないと考えられる。この２Ｄ表示の評価結果は全面２Ｄ表示モードであっても、部分的な２Ｄ表示モードであっても全く同じ結果となった。
【符号の説明】
【００７５】
１…レンズアレイ素子、２…表示パネル、２Ａ…表示面、３…液晶層、５…液晶分子、１０…第１の基板、１１…第１の電極、１１−１…第１の分割電極、１１−２…第２の分割電極、１１−３…第３の分割電極、１１−４…第４の分割電極、１３…第１の配向膜、２０…第２の基板、２１Ｙ…第２の電極、２１Ｙ−１…第１の分離電極、２１Ｙ−２…第２の分離電極、２１Ｙ−３…第３の分離電極、２１Ｙ−１０…第１の分割電極、２１Ｙ−２０…第２の分割電極、２１Ｙ−１１，２１Ｙ−２１…第１の分離電極、２１Ｙ−１２，２１Ｙ−２２…第２の分離電極、２１Ｙ−１３…第３の分離電極、２１Ｙ−１４…第４の分離電極、２３…第２の配向膜、２５…誘電体層、３１Ｙ…シリンドリカルレンズ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２次元的に画像表示を行う表示パネルと、
第１の電極と、前記第１の電極に対向するように配置された第２の電極と、前記第１の電極と前記第２の電極との間に配置された液晶層とを有し、前記第１の電極と前記第２の電極とによって印加される電圧に応じて前記液晶層内の屈折率分布を変化させることにより、前記表示パネルからの表示画像光に対するレンズ効果をオン状態とオフ状態とに可変制御することが可能に構成されたレンズアレイ素子と
を備え、
前記レンズアレイ素子において複数の所定の部分領域ごとにレンズ効果のオン・オフ制御が可能となるように、前記第１の電極および前記第２の電極のうちいずれか一方が、複数の前記所定の部分領域に電気的に分離され、前記所定の部分領域ごとに前記液晶層に電圧を印加することが可能な構造とされている
立体表示装置。
【請求項２】
画像表示を行う表示パネルと、
第１の電極と、前記第１の電極に対向するように配置された第２の電極と、前記第１の電極と前記第２の電極との間に配置された液晶層とを有し、前記第１の電極と前記第２の電極とによって印加される電圧に応じて、前記表示パネルからの表示画像光に対するレンズ効果を制御することが可能に構成されたレンズアレイ素子と
を備え、
前記第１の電極および前記第２の電極のうちいずれか一方が、複数の所定の部分領域に電気的に分離され、前記所定の部分領域ごとに前記液晶層に電圧を印加することが可能な構造とされている
立体表示装置。
【請求項３】
画像表示を行う表示パネルと、
第１の電極と、前記第１の電極に対向するように配置された第２の電極と、前記第１の電極と前記第２の電極との間に配置された液晶層とを有し、前記第１の電極と前記第２の電極とによって印加される電圧に応じて、前記表示パネルからの表示画像光に対する屈折力の方向を制御することが可能に構成されたレンズアレイ素子と
を備え、
前記第１の電極および前記第２の電極のうちいずれか一方が、複数の所定の部分領域に電気的に分離され、前記所定の部分領域ごとに前記液晶層に電圧を印加することが可能な構造とされている
立体表示装置。
【請求項４】
前記レンズアレイ素子において、前記複数の所定の部分領域のすべてについてレンズ効果をオフ状態に設定して、前記表示パネルからの表示画像光を屈折させることなく透過させることで全画面での２次元表示を行い、
前記レンズアレイ素子において、前記複数の所定の部分領域のすべてについてレンズ効果をオン状態に設定して、前記表示パネルからの表示画像光を立体視が可能となるように屈折させることで全画面での３次元表示を行い、
前記レンズアレイ素子において、前記複数の所定の部分領域のうちの一部の部分領域についてレンズ効果をオン状態に設定して、前記表示パネルからの表示画像光を立体視が可能となるように屈折させることで前記一部の部分領域での３次元表示を行い、かつ、その他の部分領域についてレンズ効果をオフ状態に設定して、前記表示パネルからの表示画像光を屈折させることなく透過させることで前記その他の部分領域での２次元表示を行う
請求項１ないし３のいずれか１項に記載の立体表示装置。
【請求項５】
前記第１の電極は全体として平面状の電極であり、
前記第２の電極は垂直方向に延在し、互いに間隔を空けて配置された複数のライン電極からなり、前記複数のライン電極には全体に所定の共通電圧が印加されるようになされ、
前記平面状の電極が、前記複数の所定の部分領域に対応する複数の分割電極で構成され、前記複数の分割電極ごとに所定の駆動電圧が印加されるようになっている
請求項１ないし４のいずれか１項に記載の立体表示装置。
【請求項６】
前記第１の電極は全体に所定の共通電圧が印加される平面状の共通電極であり、
前記第２の電極は垂直方向に延在し、互いに間隔を空けて配置された複数のライン電極からなり、
前記複数のライン電極が、前記複数の所定の部分領域ごとに電気的に分離されており、前記複数の所定の部分領域ごとに所定の駆動電圧が印加されるようになっている
請求項１ないし４のいずれか１項に記載の立体表示装置。
【請求項７】
前記レンズアレイ素子は、レンズ効果をオン状態に設定した領域では、等価的に複数のシリンドリカルレンズを水平方向に並列配置したようなレンズ効果を発生させるものである
請求項１ないし４のいずれか１項に記載の立体表示装置。
【請求項８】
複数の前記所定の部分領域はそれぞれ、領域サイズが同じものである
請求項１ないし４のいずれか１項に記載の立体表示装置。
【請求項９】
複数の前記所定の部分領域として、第１の部分領域と、前記第１の部分領域よりも領域サイズの小さい１または２以上の第２の部分領域とを有し、
前記レンズアレイ素子において、前記第１の部分領域を前記一部の部分領域に設定して３次元表示を行い、かつ、前記第２の部分領域を前記その他の部分領域に設定して２次元表示を行う
請求項４に記載の立体表示装置。
【請求項１】
２次元的に画像表示を行う表示パネルと、
第１の電極と、前記第１の電極に対向するように配置された第２の電極と、前記第１の電極と前記第２の電極との間に配置された液晶層とを有し、前記第１の電極と前記第２の電極とによって印加される電圧に応じて前記液晶層内の屈折率分布を変化させることにより、前記表示パネルからの表示画像光に対するレンズ効果をオン状態とオフ状態とに可変制御することが可能に構成されたレンズアレイ素子と
を備え、
前記レンズアレイ素子において複数の所定の部分領域ごとにレンズ効果のオン・オフ制御が可能となるように、前記第１の電極および前記第２の電極のうちいずれか一方が、複数の前記所定の部分領域に電気的に分離され、前記所定の部分領域ごとに前記液晶層に電圧を印加することが可能な構造とされている
立体表示装置。
【請求項２】
画像表示を行う表示パネルと、
第１の電極と、前記第１の電極に対向するように配置された第２の電極と、前記第１の電極と前記第２の電極との間に配置された液晶層とを有し、前記第１の電極と前記第２の電極とによって印加される電圧に応じて、前記表示パネルからの表示画像光に対するレンズ効果を制御することが可能に構成されたレンズアレイ素子と
を備え、
前記第１の電極および前記第２の電極のうちいずれか一方が、複数の所定の部分領域に電気的に分離され、前記所定の部分領域ごとに前記液晶層に電圧を印加することが可能な構造とされている
立体表示装置。
【請求項３】
画像表示を行う表示パネルと、
第１の電極と、前記第１の電極に対向するように配置された第２の電極と、前記第１の電極と前記第２の電極との間に配置された液晶層とを有し、前記第１の電極と前記第２の電極とによって印加される電圧に応じて、前記表示パネルからの表示画像光に対する屈折力の方向を制御することが可能に構成されたレンズアレイ素子と
を備え、
前記第１の電極および前記第２の電極のうちいずれか一方が、複数の所定の部分領域に電気的に分離され、前記所定の部分領域ごとに前記液晶層に電圧を印加することが可能な構造とされている
立体表示装置。
【請求項４】
前記レンズアレイ素子において、前記複数の所定の部分領域のすべてについてレンズ効果をオフ状態に設定して、前記表示パネルからの表示画像光を屈折させることなく透過させることで全画面での２次元表示を行い、
前記レンズアレイ素子において、前記複数の所定の部分領域のすべてについてレンズ効果をオン状態に設定して、前記表示パネルからの表示画像光を立体視が可能となるように屈折させることで全画面での３次元表示を行い、
前記レンズアレイ素子において、前記複数の所定の部分領域のうちの一部の部分領域についてレンズ効果をオン状態に設定して、前記表示パネルからの表示画像光を立体視が可能となるように屈折させることで前記一部の部分領域での３次元表示を行い、かつ、その他の部分領域についてレンズ効果をオフ状態に設定して、前記表示パネルからの表示画像光を屈折させることなく透過させることで前記その他の部分領域での２次元表示を行う
請求項１ないし３のいずれか１項に記載の立体表示装置。
【請求項５】
前記第１の電極は全体として平面状の電極であり、
前記第２の電極は垂直方向に延在し、互いに間隔を空けて配置された複数のライン電極からなり、前記複数のライン電極には全体に所定の共通電圧が印加されるようになされ、
前記平面状の電極が、前記複数の所定の部分領域に対応する複数の分割電極で構成され、前記複数の分割電極ごとに所定の駆動電圧が印加されるようになっている
請求項１ないし４のいずれか１項に記載の立体表示装置。
【請求項６】
前記第１の電極は全体に所定の共通電圧が印加される平面状の共通電極であり、
前記第２の電極は垂直方向に延在し、互いに間隔を空けて配置された複数のライン電極からなり、
前記複数のライン電極が、前記複数の所定の部分領域ごとに電気的に分離されており、前記複数の所定の部分領域ごとに所定の駆動電圧が印加されるようになっている
請求項１ないし４のいずれか１項に記載の立体表示装置。
【請求項７】
前記レンズアレイ素子は、レンズ効果をオン状態に設定した領域では、等価的に複数のシリンドリカルレンズを水平方向に並列配置したようなレンズ効果を発生させるものである
請求項１ないし４のいずれか１項に記載の立体表示装置。
【請求項８】
複数の前記所定の部分領域はそれぞれ、領域サイズが同じものである
請求項１ないし４のいずれか１項に記載の立体表示装置。
【請求項９】
複数の前記所定の部分領域として、第１の部分領域と、前記第１の部分領域よりも領域サイズの小さい１または２以上の第２の部分領域とを有し、
前記レンズアレイ素子において、前記第１の部分領域を前記一部の部分領域に設定して３次元表示を行い、かつ、前記第２の部分領域を前記その他の部分領域に設定して２次元表示を行う
請求項４に記載の立体表示装置。
【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２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【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２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【公開番号】特開２０１１−１５４１９７（Ｐ２０１１−１５４１９７Ａ）
【公開日】平成２３年８月１１日（２０１１．８．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１５７３９（Ｐ２０１０−１５７３９）
【出願日】平成２２年１月２７日（２０１０．１．２７）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月１１日（２０１１．８．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月２７日（２０１０．１．２７）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
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