折射率分布型液晶光學(xué)元件以及圖像顯示裝置的制作方法

專(zhuān)利名稱(chēng)：折射率分布型液晶光學(xué)元件以及圖像顯示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實(shí)施方式涉及折射率分布型液晶光學(xué)元件以及圖像顯示裝置。
背景技術(shù)：
以前，提出了可以顯示立體(3維)圖像的顯示裝置。另外，還有想要使用同一顯示裝置有選擇地實(shí)現(xiàn)2維(2D)圖像的顯示和3維(3D)圖像的顯示這樣的要求，提出了響應(yīng)于該要求的技術(shù)。例如在專(zhuān)利文獻(xiàn)I中記載了使用液晶透鏡陣列元件切換2D顯示和3D顯示的技術(shù)。該液晶透鏡陣列元件具有在一個(gè)基板上周期性地配置的棒狀的電極。而后，在和形成在相對(duì)的另一個(gè)基板上的電極之間產(chǎn)生電場(chǎng)分布。通過(guò)該電場(chǎng)分布液晶層的取向發(fā)生變化，生成作為透鏡作用的折射率分布。通過(guò)控制施加于電極的電壓，能夠開(kāi)關(guān)透鏡作用，所以能夠切換2D顯示和3D顯示。這樣通過(guò)電場(chǎng)控制液晶分子的取向方向的方式稱(chēng)為液晶折射率分布型(GRIN:gradient index)透鏡方式。另外,在本構(gòu)成中，由于對(duì)各棒狀的電極分別施加成為3D顯示的電壓或者成為2D顯示的電壓，因而在棒狀的電極排列的方向上可以局部切換2D顯示和3D顯示。進(jìn)而，例如在專(zhuān)利文獻(xiàn)2中記載了與液晶透鏡陣列元件分開(kāi)設(shè)置偏振光可變單元的結(jié)構(gòu)。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，通過(guò)在顯示面內(nèi)切換入射到液晶透鏡陣列元件的光的偏振光狀態(tài)，就可以局部切換2D顯示和3D顯示。另外，例如在專(zhuān)利文獻(xiàn)2中，作為用于控制上述偏振光可變單元的驅(qū)動(dòng)方法提出了基于標(biāo)志位的驅(qū)動(dòng)方法。這是通過(guò)將偏振光可變單元的多個(gè)電極分組，使得用于實(shí)現(xiàn)2D顯示和3D顯示的局部顯示的驅(qū)動(dòng)容易的方法。專(zhuān)利文獻(xiàn)1:日本專(zhuān)利2000-102038號(hào)公報(bào)專(zhuān)利文獻(xiàn)2:日本特開(kāi)2004-258631號(hào)公報(bào)專(zhuān)利文獻(xiàn)3:日本特開(kāi)2010-78653號(hào)公報(bào)但是，在專(zhuān)利文獻(xiàn)I所記載的2D/3D顯示切換顯示器中，各棒狀的電極分別只排列在水平方向上。其結(jié)果，能夠在整個(gè)畫(huà)面上切換2D顯示和3D顯示。另外，能夠在水平方向上局部切換2D顯不和3D顯不。但是不能在垂直方向上分割。另外，在專(zhuān)利文獻(xiàn)2或者專(zhuān)利文獻(xiàn)3所記載的顯示器中，不僅在水平方向上而且也可以在垂直方向上分割。但是，除了液晶GRIN透鏡元件外需要偏振光可變單元，所以厚度和重量增大，成本也增高。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)施方式的目的在于提供一種可以通過(guò)透鏡單體進(jìn)行局部顯示的折射率分布型液晶光學(xué)元件以及圖像顯示裝置。本實(shí)施方式涉及的折射率分布型液晶光學(xué)元件包含:第I基板、第2基板、液晶層、多個(gè)第I電極、多個(gè)第2電極、第3電極。第I基板以及第2基板使光透過(guò)。液晶層填充在第I基板和上述第2基板之間。多個(gè)第I電極各自形成于第I基板的上述液晶層側(cè)，并沿著第I方向延伸。多個(gè)第2電極各自形成于第I基板并沿著上述第I方向延伸。多個(gè)第3電極形成于第2基板上的上述液晶層側(cè)。形成使第I電極和第2電極電絕緣的電介質(zhì)層，第3電極沿著第2方向延伸而形成，沿著第2方向重復(fù)配置第I電極和第2電極的集合。另外，本實(shí)施方式涉及的圖像顯示裝置包含上述的折射率分布型液晶光學(xué)元件和圖像顯示部。


圖1是表示第I實(shí)施方式的立體圖像顯示裝置的側(cè)視分解圖。圖2是表示第I實(shí)施方式的立體圖像顯示裝置的上面透視圖。圖3是圖2中的A-A’線(xiàn)的剖面圖。圖4是圖2中的B-B’線(xiàn)的剖面圖。圖5是表示在圖3的透鏡中，透鏡功能為有效的電極構(gòu)造、施加電壓時(shí)的液晶指向矢分布的剖面圖。圖6是表示在圖3的透鏡中，不對(duì)第2電極和第3電極施加電壓時(shí)的液晶指向矢分布的圖。圖7是表示根據(jù)圖5的液晶指向矢分布計(jì)算出的厚度方向的平均折射率分布和理想折射率分布的曲線(xiàn)圖。圖8是表示使用了從圖5的液晶指向矢分布得到的折射率分布的亮度輪廓模擬結(jié)果的圖。圖9是用于說(shuō)明第I實(shí)施方式的驅(qū)動(dòng)法的圖。圖10是表示在圖9的立體圖像顯示裝置中用于顯示局部3D而施加的電壓波形和相當(dāng)于該電壓的標(biāo)志位的圖。圖11是表示施加了圖10所示的電壓時(shí)的地址以及列的標(biāo)志位和有無(wú)實(shí)現(xiàn)3D顯示的表。圖12是表示進(jìn)行2個(gè)部分3D窗口顯示時(shí)的地址部、列部的標(biāo)志值的圖。圖13是表示用于顯示2個(gè)窗口而施加的電壓波形和相當(dāng)于該電壓的標(biāo)志位的圖。圖14是表示施加于地址部、列部的電壓、實(shí)際施加于液晶的電壓、顯示模式的關(guān)系的表。圖15是在本實(shí)施方式的液晶透鏡陣列元件上應(yīng)用了導(dǎo)電性密封材料時(shí)的上面透視圖。圖16是表示第2實(shí)施方式的液晶透鏡陣列元件的上面透視圖。圖17是表示第3實(shí)施方式的液晶透鏡陣列元件的上面透視圖。圖18是在圖17中的C-C’線(xiàn)上的剖面圖。圖19是表示在圖18的透鏡中施加了使透鏡功能成為有效的電壓時(shí)的液晶指向矢分布的剖面圖。圖20是表示在圖2中的B-B’線(xiàn)上的剖面圖中的液晶指向矢分布的圖。圖21是表示根據(jù)圖19的液晶指向矢分布計(jì)算出的厚度方向的平均折射率分布和理想折射率分布的曲線(xiàn)圖。
圖22是表示使用從圖19的液晶指向矢分布得到的折射率分布的亮度輪廓模擬結(jié)果的圖。圖23是表示加上了在圖22所示的視差光線(xiàn)中的相鄰2視差光線(xiàn)的亮度輪廓的圖。圖24是表示第4實(shí)施方式的液晶透鏡陣列元件的上面透視圖。圖25是表示第5實(shí)施方式的液晶透鏡陣列元件的上面透視圖。圖26是表示第6實(shí)施方式的液晶透鏡陣列元件的上面透視圖。圖27是表示第7實(shí)施方式的液晶透鏡陣列元件的上面透視圖。圖28是表示第8實(shí)施方式的液晶透鏡陣列元件的上面透視圖。圖29是表示第9實(shí)施方式的立體圖像顯示裝置的側(cè)視分解圖。圖30是表示第9實(shí)施方式的立體圖像顯示裝置的上面透視圖。圖31是圖30中的D-D’線(xiàn)的剖面圖。圖32是表示第10實(shí)施方式的液晶透鏡陣列元件的上面透視圖。(符號(hào)說(shuō)明)101:第 I 基板；102:第 2 基板；103、2904 第 I 電極;104、2903 第 2 電極；105、2905:第2電極引出線(xiàn);106、2906 第3電極；107:液晶；108:電介質(zhì)；109:偏振光板；110:2 維圖像顯示裝置;111、112、113、2911、2912:地址電壓供給部;114、115、2914、2915、2916:列電壓供給部；501:指向矢；502:光線(xiàn)；1201、1202:3D窗口 ；1501:導(dǎo)電性密封材料；1601:接觸孔。
具體實(shí)施例方式以下，參照附圖詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)施方式涉及的折射率分布型液晶光學(xué)元件以及圖像顯示裝置，特別是液晶透鏡陣列元件以及立體圖像顯示裝置。而且，在以下的實(shí)施方式中，附加了同一參照符號(hào)的部分進(jìn)行同樣的動(dòng)作，適當(dāng)?shù)厥÷灾貜?fù)的說(shuō)明。(第I實(shí)施方式)參照?qǐng)D1、圖2、圖3以及圖4說(shuō)明本實(shí)施方式的液晶透鏡陣列元件以及立體圖像顯示裝置。而且，圖1中用黑粗線(xiàn)表示的部分表示透鏡一個(gè)單位。圖2是從與基板垂直的方向看的上面透視圖。圖3是圖2中的A-A’線(xiàn)的剖面圖，圖4是B-B’線(xiàn)的剖面圖。本實(shí)施方式的立體圖像顯示裝置包含:第I基板101、第2基板102、第I電極103、第2電極104、第2電極引出線(xiàn)105、第3電極106、液晶107、電介質(zhì)108、偏振光板109、2維圖像顯示裝置110、第I地址電壓供給部111、第2地址電壓供給部112、第3地址電壓供給部113、第I列電壓供給部114、第2列電壓供給部115。液晶透鏡陣列元件與從立體圖像顯示裝置除去偏振光板109、2維圖像顯示裝置110的部分相對(duì)應(yīng)，包含 第I基板101、第2基板102、第I電極103、第2電極104、第2電極引出線(xiàn)105、第3電極106、液晶107、電介質(zhì)108。也可以包含第I地址電壓供給部111、第2地址電壓供給部112、第3地址電壓供給部113、第I列電壓供給部114、第2列電壓供給部115。而且，上方或者上是指表現(xiàn)與基板垂直的方向。例如，第2基板102還在第I基板101上方。另外，下方(或者下)和上方(或者上)對(duì)應(yīng)于相反的方向。另外，所謂水平方向設(shè)為在基板面內(nèi)中的、與圖2中的A-A’線(xiàn)平行的方向。
第I基板101以及第2基板102由透明的材料構(gòu)成，形成平坦的形狀。即，第I基板101以及第2基板102可以讓光透過(guò)。第2電極104由導(dǎo)體構(gòu)成，在第I基板101上延伸在第I方向的長(zhǎng)度。第2電極104分為第2數(shù)的組而設(shè)置，各組包含多個(gè)第2電極104，組內(nèi)的多個(gè)第2電極104在端部在與第I方向不同的第2方向上通過(guò)第2電極引出線(xiàn)105而電連接。通過(guò)I個(gè)第2電極引出線(xiàn)105連接的第2電極104屬于同一組。其結(jié)果，排列在第2方向上的第2電極形成同一組。而且，在本實(shí)施方式中第I方向和第2方向正交。在第I基板101以及第2電極104上疊層電介質(zhì)108。在電介質(zhì)108上第I電極103配置為在第I方向上延伸。電介質(zhì)108是用于使第I電極和第2電極不導(dǎo)通的絕緣層。第I電極103設(shè)置為分為第I數(shù)的組，各個(gè)組包含多個(gè)第I電極103，組內(nèi)的多個(gè)第I電極103在端部電連接。相反，不同的組之間不電連接。第I電極103的延伸方向和第2電極104的延伸方向是同一方向。對(duì)于基板的水平方向上的位置，在相鄰的2個(gè)第I電極103之間的位置(例如中央位置)配置I個(gè)第2電極
104。即第I電極103和第2電極104在水平方向上交替排列。在圖1的例子中，在6個(gè)第I電極103之間配置5個(gè)第2電極104。相鄰的2個(gè)第I電極103、位于這些第I電極103之間的第2電極104、位于該第2電極104上方的I個(gè)第3電極106成一組,通過(guò)2個(gè)第I電極103圍出的區(qū)域和I個(gè)第3電極106重疊的區(qū)域成為局部顯示的一個(gè)單位的區(qū)域。在圖1的例子中，有15個(gè)一個(gè)單位的區(qū)域。而且，在本實(shí)施方式中，在第2電極引出線(xiàn)105的正上方未配置第3電極106。另夕卜，從上面看時(shí)，第2電極104形成為不在第3電極106彼此的間隙部分露出。進(jìn)而，第2電極引出線(xiàn)形成在第I基板101和電介質(zhì)108之間。液晶107是表示單軸雙折射的液晶，填充在電介質(zhì)108以及第I電極103和第2基板102之間。在第2基板102的液晶107層側(cè)疊層第3電極106。第3電極106由導(dǎo)體構(gòu)成，在第2基板102上延伸第2方向上的長(zhǎng)度。第3電極106例如在第2方向上從第2基板102的一端延伸到另一端。第3電極106有作為第2電極104的組數(shù)的第2數(shù)。第3電極106分別與第2電極104的某一組對(duì)應(yīng)設(shè)置。作為其另一例子，第3電極106與圖1所示的例子相比也可以進(jìn)一步進(jìn)行2分割，是第2數(shù)的2倍的個(gè)數(shù)。第I地址電壓供給部111電連接第I組的第2電極引出線(xiàn)105、位于該第2電極引出線(xiàn)105上方的第3電極106。第2地址電壓供給部112電連接第2組的第2電極引出線(xiàn)
105、位于該第2電極引出線(xiàn)105上方的第3電極106。第3地址電壓供給部113電連接第2組的第2電極引出線(xiàn)105和位于該第2電極引出線(xiàn)105上方的第3電極106。當(dāng)對(duì)第3電極106進(jìn)行2分割時(shí)，第i地址電壓供給部(i=l，2，3)與第i組的第2電極引出線(xiàn)105、位于該第2電極引出線(xiàn)105上方的經(jīng)過(guò)分割的電極分別連接，將連接目的地設(shè)定為規(guī)定的同一電位。而且，各地址電壓供給部也可以連接多個(gè)組的第2電極引出線(xiàn)105。第I列電壓供給部114電連接于第I組的第I電極103，第2列電壓供給部115電連接于第2組的第I電極103。第I列電壓供給部114以及第2列電壓供給部115分別將連接目的地設(shè)定為規(guī)定的同一電位。在第I基板101下設(shè)置偏振光板109，在偏振光板109下設(shè)置2維圖像顯示裝置110。2維圖像顯示裝置110包含排列成矩陣形的像素，可以應(yīng)用作為顯示裝置當(dāng)前通常使用的裝置。而且，在圖1的偏振光板109中記載的箭頭表示偏振光方向。2維圖像顯示裝置110也可以包含偏振光板109。而且，在圖1所示的例子中，作為第I電極103的組數(shù)的第I數(shù)是2，作為第2電極104的組數(shù)的第2數(shù)是3，但這只不過(guò)是一例，可以根據(jù)顯示畫(huà)面的大小、局部顯示的區(qū)域的大小等適宜地變更。以下，說(shuō)明2維顯示和3維顯示的切換(2D/3D切換)。圖5表示 在具有圖3的剖面的液晶透鏡陣列元件上施加電壓時(shí)的電場(chǎng)分布和液晶指向矢分布。從2維圖像顯示裝置110射出的光502入射到液晶透鏡陣列元件。圖6是填充有液晶107的圖3的剖面圖。表示對(duì)各電極施加電壓前的初始取向。液晶的初始取向方向是水平方向，在本實(shí)施方式中是透鏡間距方向。即，是與第I電極、第2電極延伸的第I方向正交的方向，是第2方向。液晶有細(xì)長(zhǎng)的分子構(gòu)造，因?yàn)檫@種構(gòu)造，在入射了偏振光方向是與液晶長(zhǎng)軸的指向矢501相同的方向的光的情況下，以及入射了偏振光方向是與液晶短軸的指向矢501相同的方向的光的情況下，本實(shí)施方式的液晶透鏡陣列元件具有不同的折射率。在第I基板101上的電介質(zhì)108上對(duì)位于透鏡邊緣的第I電極103施加Vlon電壓，對(duì)位于透鏡中心的第2電極104施加V2on電壓，假設(shè)Vlon > V2on，為了液晶層發(fā)現(xiàn)透鏡效果施加最佳的電壓。通過(guò)對(duì)具有圖3的剖面的液晶透鏡陣列元件這樣施加電壓，從透鏡的透鏡中心向透鏡邊緣液晶的指向矢501逐漸上升，由此，可以在透鏡中心使折射率最高，在透鏡邊緣使折射率最低。參照?qǐng)D7說(shuō)明該圖5中的透鏡的折射率分布。理想的折射率分布用下式表示。假設(shè)以透鏡間距方向上的坐標(biāo)Y、液晶分子的長(zhǎng)軸方向的折射率Ne、液晶分子的短軸方向的折射率No、液晶的折射率的雙折射特性Ne-No、坐標(biāo)到+Ytl形成透鏡，如果預(yù)先將其間距設(shè)置為2Y0,則可以用下式表示。[數(shù)I]
權(quán)利要求
1.一種折射率分布型液晶光學(xué)元件，其特征在于，具備: 第I基板，使光透過(guò)； 第2基板，使光透過(guò)； 液晶層，填充在上述第I基板和上述第2基板之間； 多個(gè)第I電極，形成于上述第I基板上的上述液晶層側(cè)，并沿著第I方向延伸； 多個(gè)第2電極，形成于上述第I基板上，并沿著上述第I方向延伸；以及 第3電極，形成于上述第2基板上的上述液晶層側(cè)， 形成有用于電連接多個(gè)上述第2電極的第2電極引出線(xiàn)，該多個(gè)上述第2電極沿著與上述第I方向不同的第2方向排列， 形成有使上述第I電極和上述第2電極電絕緣的電介質(zhì)層， 上述第3電極沿著上述第2方向延伸而形成， 上述第I電極和上述第2電極的集合沿著上述第2方向重復(fù)配置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的折射率分布型液晶光學(xué)元件，其特征在于:上述第I電極和上述第2電極沿著上述第2方向交替重復(fù)配置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的折射率分布型液晶光學(xué)元件，其特征在于:電連接多個(gè)上述第I電極而形成組。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的折射率分布型液晶光學(xué)元件，其特征在于:上述第2電極引出線(xiàn)形成在上述第I基板和上述電介質(zhì)層之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的折射率分布型液晶光學(xué)元件，其特征在于:上述第I電極以及上述第2電極形成在上述電介質(zhì)層和上述液晶之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的折射率分布型液晶光學(xué)元件，其特征在于:上述第I電極包括沿著上述第I方向延伸的部分、和具有彎曲的部分構(gòu)成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的折射率分布型液晶光學(xué)元件，其特征在于:通過(guò)形成在上述第2電極間的上述第2電極引出線(xiàn)的一部分和上述第2電極，電連接沿著上述第2方向排列的多個(gè)上述第2電極。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的折射率分布型液晶光學(xué)元件，其特征在于:上述第2電極引出線(xiàn)具有相對(duì)上述第2方向傾斜的部分。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的折射率分布型液晶光學(xué)元件，其特征在于:電連接上述第2電極引出線(xiàn)和上述第3電極，上述第3電極與連接于該第2電極引出線(xiàn)的多個(gè)上述第2電極相對(duì)地配置。
10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的折射率分布型液晶光學(xué)元件，其特征在于進(jìn)一步具備: 第I電壓供給部，向上述第2電極引出線(xiàn)、和與該第2電極引出線(xiàn)相對(duì)的上述第3電極提供相同的第I電壓； 第2電壓供給部，連接于上述第I電極的組，并提供第2電壓。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的折射率分布型液晶光學(xué)元件，其特征在于:上述第3電極與上述第2電極引出線(xiàn)相對(duì)地配置。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的折射率分布型液晶光學(xué)元件，其特征在于:上述液晶層在不施加電壓的情況下，液晶分子的長(zhǎng)軸方向取向于與上述第I方向正交的方向。
13.一種折射率分布型液晶光學(xué)元件，其特征在于，具備:第I基板，使光透過(guò)； 第2基板，使光透過(guò)； 液晶層，填充在上述第I基板和上述第2基板之間； 多個(gè)第I電極，形成于上述第I基板上的上述液晶層側(cè)，并沿著第I方向延伸； 多個(gè)第2電極，形成于上述第I基板上，并沿著上述第I方向延伸；以及 第3電極，形成于上述第2基板上的上述液晶層側(cè)， 形成有用于電連接多個(gè)上述第2電極的第2電極引出線(xiàn)，該多個(gè)上述第2電極沿著與上述第I方向不同的第2方向排列， 形成有使上述第I電極和上述第2電極電絕緣的電介質(zhì)層， 上述第3電極沿著上述第I方向延伸而形成， 上述第I電極和上述第2電極的集合沿著上述第2方向重復(fù)配置。
14.一種折射率分布型液晶光學(xué)元件，其特征在于，具備: 第I基板，使光透過(guò)； 第2基板，使光透過(guò)； 液晶層，填充在上述第I基板和上述第2基板之間； 多個(gè)第I電極，形成于上述第I基板上的液晶層側(cè)； 多個(gè)第2電極，形成于上述第I基板上的液晶層側(cè)；以及 多個(gè)第3電極，形成于上述第2基板上的液晶層側(cè)， 形成有連接于上述第I電極并沿著第I方向延伸的第I電極引出線(xiàn)， 上述第2電極形成在上述第I電極的周?chē)? 形成有連接于上述第2電極并沿著與上述第I方向不同的第2方向延伸的第2電極引出線(xiàn)， 形成有使上述第I電極和上述第2電極電絕緣的電介質(zhì)層， 上述第3電極沿著上述第2方向延伸而形成， 上述第I電極和上述第2電極的集合沿著上述第2方向重復(fù)配置。
15.一種圖像顯示裝置，其特征在于:具備權(quán)利要求1至14中的任意一項(xiàng)所述的折射率分布型液晶光學(xué)元件、和圖像顯示部。
全文摘要
本實(shí)施方式涉及的折射率分布型液晶光學(xué)元件包含第1基板、第2基板、液晶層、多個(gè)第1電極、多個(gè)第2電極、第3電極。第1基板以及第2基板使光透過(guò)。液晶層填充在第1基板和上述第2基板之間。多個(gè)第1電極的各自形成于第1基板上的上述液晶層側(cè)，并沿著第1方向延伸。多個(gè)第2電極的各自形成于第1基板上并沿著上述第1方向延伸。多個(gè)第3電極形成于第2基板上的上述液晶層側(cè)。形成有使第1電極和第2電極電絕緣的電介質(zhì)層，第3電極沿著第2方向延伸而形成，第1電極和第2電極的集合沿著第2方向重復(fù)配置。
文檔編號(hào)G02F1/1343GK103097941SQ20108006911
公開(kāi)日2013年5月8日 申請(qǐng)日期2010年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月30日
發(fā)明者高木亞矢子, 上原伸一, 最首達(dá)夫 申請(qǐng)人:株式會(huì)社東芝