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TWI470280B - Liquid crystal optical components and three-dimensional image display device - Google Patents

Liquid crystal optical components and three-dimensional image display device Download PDF

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TWI470280B
TWI470280B TW101102674A TW101102674A TWI470280B TW I470280 B TWI470280 B TW I470280B TW 101102674 A TW101102674 A TW 101102674A TW 101102674 A TW101102674 A TW 101102674A TW I470280 B TWI470280 B TW I470280B
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Taiwan
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liquid crystal
electrode
substrate
optical element
image display
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TW101102674A
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Inventor
Yuko Kizu
Shinichi Uehara
Ayako Takagi
Masako Kashiwagi
Machiko Ito
Masahiro Baba
Hajime Yamaguchi
Original Assignee
Toshiba Kk
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Publication date
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Description

液晶光學元件及立體影像顯示裝置
本發明之實施型態，係關於液晶光學元件及立體影像顯示裝置。
利用液晶分子的複折射姓，因應於電壓的施加而使折射率的分布改變的液晶光學元件係屬已知。此外，還有組合此液晶光學元件、與影像顯示部之立體影像顯示裝置。
在此立體影像顯示裝置，藉由使液晶光學元件的折射率的分布改變，而切換使被顯示於影像顯示部的影像直接入射至觀察者的眼睛的狀態，與使被顯示於影像顯示部的影像作為複數之視差影像而入射至觀察者的眼睛的狀態。藉此，實現高精細的二次元影像顯示動作，與根據複數之視差影像的以裸眼觀看的立體視之三次元影像顯示動作。於這樣的顯示裝置，追求著易於觀賞的顯示。
〔先前技術〕 〔專利文獻〕
〔專利文獻1〕日本特開2010-224191號公報
本發明之實施型態，提供使得易於觀賞的顯示成為可能之液晶光學元件及立體影像顯示裝置。
根據本發明的實施型態，提供具備第1基板部、第2基板部與液晶層的液晶光學元件。前述第1基板部，包含第1基板，與第1電極。前述第1基板，具有第1主面。前述第1電極，設於前述第1主面。前述第1電極，沿著第1方向延伸。前述第2基板部，包含第2基板，與第1對向電極。前述第2基板，具有與前述第1主面對向的第2主面。前述第1對向電極，設於前述第2主面，與前述第1電極對向。前述液晶層，設於前述第1基板部與前述第2基板部之間。前述液晶層之中的前述第1基板部側的第1部分為垂直配向。前述液晶層之中的前述第2基板部側的第2部分為液晶分子的長軸沿著前述第2方向的水平配向。
以下，參照圖面詳細說明本發明之實施型態。
又，圖式僅為模式顯示或者概念顯示者，各部分的厚度與寬幅之關係，部分間的大小比率等，不一定與現實中的相同。此外，即使是表示相同部分的場合，也可能隨著圖式不同而會有在相互之間的尺寸或比率表示為不同的場合。
又，於本說明書與各圖，關於已揭示的圖與前述者相同的要素會被賦予相同符號而省略詳細說明。
(第1實施型態)
圖1係相關於第1實施型態之立體影像顯示裝置的構成之模式剖面圖。
圖2係顯示相關於第1實施型態之立體影像顯示裝置之一部分的構成之模式立體圖。
圖1模式表示圖2之A1-A2線剖面。
如圖1及圖2所示，立體影像顯示裝置210，具備液晶光學元件110、影像顯示部120、與控制電路130。
影像顯示部120，具有供顯示影像之用的影像顯示面120a。影像顯示面120a，例如為矩形狀。
液晶光學元件110，被設於影像顯示面120a之上。液晶光學元件110，例如，覆蓋住影像顯示面120a之全體。液晶光學元件110，例如做為液晶GRIN透鏡(梯度折射率透鏡，Gradient Index Lens)而發揮功能。液晶光學元件110的折射率分布，可以改變。折射率分布之一種狀態，對應於使被顯示於影像顯示面120a的影像直接入射至觀察者的眼睛的第1狀態，折射率分布的其他狀態，對應於使被顯示於影像顯示部120的影像作為複數之視差影像入射至觀察者的眼睛的第2狀態。
於立體影像顯示裝置210，藉由改變液晶光學元件110的折射率分布，而可以進行二次元的影像的顯示(以下稱為2D顯示)，與能夠以裸眼進行立體觀賞的三次元影像的顯示(以下稱為3D顯示)之選擇性切換。
控制電路130，被導電連接於液晶光學元件110。在此例，控制電路130，進而被導電連接於影像顯示部120。控制電路130，控制液晶光學元件110及影像顯示部120的動作。控制電路130，例如進行液晶光學元件110的第1狀態與第2狀態之切換。於控制電路130，藉由記錄媒體或外部輸入等，被輸入影像訊號。控制電路130，根據被輸入的影像訊號控制影像顯示部120的動作。因應於被輸入的影像訊號的影像，被顯示於影像顯示面120a。控制電路130，亦可包含於影像顯示部120。
控制電路130，在進行2D顯示的場合，使液晶光學元件110在第1狀態，把2D顯示用的影像顯示於影像顯示部120。另一方面，控制電路130，在進行3D顯示的場合，使液晶光學元件110在第2狀態，把3D顯示用的影像顯示於影像顯示部120。
液晶光學元件110，包含第1基板部11s，第2基板部12s，與液晶層30。第1基板部11s，包含第1基板11、第1電極21，與第2電極22。第2基板部12s，包含第2基板12，與第1對向電極23。
第1基板11，具有第1主面11a。第2基板12，具有與第1主面11a對向的第2主面12a。第1電極21，係有複數設於第1主面11a上。複數之第1電極21，分別沿著第1方向延伸，對第1方向於垂直的第2方向上隔著間隔而配置。複數的第1電極21彼此之間隔，例如為一定。第1電極21的形狀，例如為大致長方形。
對於第1主面11a及第2主面12a垂直的方向為Z軸方向。對於Z軸方向垂直的一個方向為X軸方向。接著，對於Z軸方向及X軸方向分別垂直的方向作為Y軸方向。在此例，以Y軸方向為第1方向。以X軸方向為第2方向。但是，於實施型態，只要是對Z軸方向為垂直的任意方向即可，第1方向只要是沿著第1主面11a的任意方向即可。
第1主面11a，與第2主面12a為實質上平行。在此例，矩形狀的影像顯示面120a之相互垂直的2邊之中的一方之邊為與X軸方向平行，另一方之邊與Y軸方向平行。影像顯示面120a的邊的方向並不以此為限，只要是對Z軸方向為垂直的任意方向皆可。
第2電極22，沿著第1方向延伸，於第2方向上與第1電極21隔著間隔而配置。第2電極22，被設於複數之第1電極21之各個之間。第2電極22，例如，被配置於相鄰的2個第1電極21之間的實質上的中央。第1電極21及第2電極22，於X軸方向上交互排列。例如，第2電極22，也有複數設於第1主面11a上。第2電極22的形狀，為沿著Y軸方向延伸的長方形狀。第1電極21及第2電極22的Y軸方向的長度，比影像顯示面120a之Y軸方向的長度稍長。第1電極21及第2電極22，於Y軸方向橫跨影像顯示面120a。
複數之第1電極21之一端，被連接於第1配線部41。包含複數之第1電極21，與第1配線部41的形狀，為 梳刃狀。藉由對第1配線部41施加電壓，可以對複數之第1電極21之各個施加電壓。複數之第2電極22，於與第1電極21相反側之端部，被連接於第2配線部42。藉由對第2配線部42施加電壓，可以對複數之第2電極22之各個施加電壓。
第2基板部12s，與第1基板部11s對向。第2基板12之第2主面12a，與第1主面11a對向。第1對向電極23，被設於第2主面12a上。第1對向電極23，分別與複數之第1電極21及複數之第2電極22之各個相對向。第1對向電極23，比第1電極21更大，於Z軸方向上觀看時，覆蓋第1電極21。在此例，第1對向電極23，具有對向於複數之第1電極21的部分23b，與對向於第2電極22的部分23c。例如，第1對向電極23具有第3主面23a，第3主面23a，具有對向於複數之第1電極21的部分23b，與對向於第2電極22的部分23c。
第1電極21、第2電極22及第1對向電極23，藉由省略圖示的配線與控制電路130導電連接。往第1電極21、第2電極22及第1對向電極23的電壓的施加(電位的設定)，是藉由控制電路130來控制。液晶光學元件110之第1狀態與第2狀態之切換，是藉由往第1電極21、第2電極22及第1對向電極23之電壓的施加(電位的設定)而進行的。
液晶層30，設於第1基板部11s與第2基板部12s之間。液晶層30，具有包含複數液晶分子35的液晶材料36 。液晶材料36，為液晶性的媒質。於液晶層30，例如使用向列液晶。液晶層30的介電向異性，為正或者負。在以下，作為液晶層30，針對使用具有正的介電向異性之向列(nematic)液晶的場合來進行說明。
在第1基板部11s與液晶層30之間，設有第1配向膜31。第1配向膜31，使液晶分子35垂直配向。在第2基板部12s與液晶層30之間，設有第2配向膜32。第2配向膜32，使液晶分子35水平配向。此外，第2配向膜32，使液晶分子35的指向(長軸)朝向X軸方向。藉此，液晶材料36，於複數之第1電極21與複數之第2電極22與第1對向電極23未被施加電壓的狀態(圖1所表示的狀態)，呈現在第1基板11側成為垂配向，在第2基板12側成為水平配向的混合配向(Hybrid Aligned Nematic：HAN配向)。液晶層30之中的第1基板部11s側的第1部分30p為垂直配向。液晶層30之中的第2基板部12s側的第2部分30h為液晶分子35的長軸沿著X軸方向之水平配向。
此處，水平配向，例如，包含在對Z軸方向垂直的方向為0度時，液晶分子35的長軸在0度以上30度以下的範圍之狀態。此外，垂直配向，例如，包含液晶分子35的長軸在60度以上90度以下的範圍之狀態。亦即，水平配向之預傾角為0度以上30度以下。垂直配向之預傾角為60度以上90度以下。
於第1基板11、第2基板12、第1電極21、第2電 極22以及第1對向電極23，使用透明的材料。包含被顯示於影像顯示部120的影像的光，透過這些。
於第1基板11及第2基板12，例如使用玻璃，或者樹脂等。第1電極21、第2電極22以及第1對向電極23，例如包含含有由In、Sn、Zn及Ti構成的群所選擇之至少任一元素的氧化物。於第1電極21、第2電極22及第1對向電極23，例如使用ITO。於第1電極21、第2電極22及第1對向電極23，使用薄金屬層亦可。於第1配向膜31、第2配向膜32，例如使用聚醯亞胺等之樹脂。第1配向膜31的材料，與第2配向膜32的材料不同。於第1配向膜31，使用表面能比較小的材料，於第2配向膜32，使用表面能比較大的材料。於第1配線部41及第2配線部42，例如，使用被使用在第1電極21、第2電極22以及第1對向電極23的材料。
如此般，液晶光學元件110，具備第1基板部11s，第2基板部12s，與液晶層30。第1基板部11s，包含第1基板11、複數之第1電極21，與第2電極22。第1基板11，具有第1主面11a。複數之第1電極21，設於第1主面11a上。複數之第1電極21，沿著第1方向延伸，對第1方向於垂直的第2方向上隔著間隔而配置。第2電極22，被設於複數之第1電極21之間。第2基板部12s，包含第2基板12，與第1對向電極23。第2基板12，具有與第1主面11a對向的第2主面12a。第1對向電極23，被設於第2主面12a，與複數之第1電極21及複數之第2 電極22對向。液晶層30，設於第1基板部11s與第2基板部12s之間。液晶層30之中的第1基板部11s側的第1部分30p為垂直配向。液晶層30之中的第2基板部12s側的第2部分30h為液晶分子35的長軸沿著第2方向之水平配向。
影像顯示部120，具有被配置為二次元矩陣狀的複數畫素群50。影像顯示面120a，藉由這些複數之畫素群50而形成。畫素群50，包含第1畫素PX1，第2畫素PX2，與第3畫素PX3。在以下，統稱第1畫素PX1~第3畫素PX3的場合，稱之為畫素PX。畫素群50，與相鄰的2個第1電極21之間的區域AR1對向而配置。畫素群50，與第2電極22對向。包含於畫素群50的第1畫素PX1~第3畫素PX3，被排列於X軸方向。包含於畫素群50的複數之畫素PX，不限於3個，亦可為2個，亦可為4個。
影像顯示部120，例如，使包含顯示於影像顯示面120a的影像之光射出。此光為實質上進行於Z軸方向的直線偏光狀態。此直線偏光之偏光軸(電場的振動面之X-Y平面之方位軸)，為X軸方向。亦即，此直線偏光的偏光軸，是與在與第2基板部12s側的液晶分子35的指向(長軸)平行的方向。此直線偏光，例如把以X軸方向作為偏光軸的光學濾鏡(偏光子)配置於光徑上而形成。
如圖1所表示的，包含於液晶層30的複數液晶分子35之各個，在未對複數第1電極21與複數之第2電極22與第1對向電極23施加電壓的場合，在第1基板部11s 側成為垂直配向，在第2基板部12s側成為水平配向。藉此，於X軸方向及Y軸方向，呈現幾乎均一之折射率分布。因此，在電壓未被施加的場合，不使包含被顯示於影像顯示部120的影像之光的進行方向實質上產生變化。液晶光學元件110，在未被施加電壓的場合，成為第1狀態。
將液晶光學元件110由第1狀態切換至第2狀態的場合，例如，對複數之第1電極21施加電壓、使複數之第2電極22及第1對向電極23接地。亦即，使第1電極21與第1對向電極23之間的電壓的絕對值，比第2電極22與第1對向電極23之間的電壓的絕對值更大。例如，使第1電極21與第1對向電極23之間的電壓的實效值，比第2電極22與第1對向電極23之間的電壓的實效值更大。
圖3係相關於第1實施例之立體影像顯示裝置的一部分的構成之剖面圖。在圖3為了方便省略了第1配向膜31及第2配向膜32之圖示。
如圖3所表示的，對第1電極21、第2電極22及第1對向電極23之各個如前所述施加電壓的話，於第1電極21的周圍產生電力線EL。電力線EL，例如以第1電極21為中心成左右對稱的分布。
圖4係相關於第1實施例之立體影像顯示裝置的一部分的構成之剖面圖。
如圖4所表示的，液晶層30的介電向異性為正的場合，電力線EL的密集區(亦即強電場區)之液晶分子35 的配向，沿著電力線EL的路徑變形。在第1電極21與第1對向電極23對向的部分，在第2基板12側成水平配向的液晶分子35，變成接近於垂直配向。另一方面，在第2電極22與第1對向電極23對向的部分，液晶分子35維持水平配向的原樣。接著，在第1電極21與第2電極22之間的部分，以由第2電極22朝向第1電極21徐徐接近於垂直配向的方式，改變液晶分子35的角度。液晶分子35，沿著電力線EL，於Z-X平面，改變液晶分子35的長軸的角度。液晶分子35的長軸的角度，係以Y軸為旋轉軸而改變。
液晶分子35具有複折射性。液晶分子35的長軸方向之對偏光的折射率，比液晶分子35的短軸方向之折射率更高。如前所述使液晶分子35的角度改變的話，關於進行於Z軸方向而偏光軸朝向X軸方向的直線偏光之液晶層30的折射率，於液晶層30之中與第2電極22對向的部分較高，由與第2電極22對向的部分朝向與第1電極21對向的部分徐徐變低。藉此，形成凸透鏡狀的折射率分布。
第1電極21及第2電極22，沿著Y軸方向延伸。藉此，電壓施加時的液晶層30的折射率分布，為沿著Y軸方向延伸的柱面鏡(cylindrical lens)狀。此外，第1電極21及第2電極22，於X軸方向上交互排列複數個。藉此，電壓施加時的液晶層30的折射率分布，以液晶層30全體來看時，為沿著Y軸方向延伸的柱狀透鏡於X軸方向上排列複數個柱狀透鏡(lenticular lens)狀。
如前所述，影像顯示部120的畫素群50，與相鄰的2個第1電極21之間的區域AR1對向而配置。被形成於液晶層30的凸透鏡狀的折射率分布，與畫素群50對向。在此例，液晶層30的折射率分布之中的折射率高的部份，與被配置於畫素群50的中央之第2畫素PX2對向。
圖5(a)及圖5(b)，為例示相關於第1實施型態的立體影像顯示裝置之一部份的構成之剖面圖。
如圖5(a)所示，電壓施加時的液晶層30的折射率分布，係使由畫素群50射出的光(影像)，朝向觀察者的眼睛OE聚光。藉此，藉由包含於影像顯示面120a內的複數第1畫素PX1而形成的影像，成為第1視差影像。藉由複數第2畫素PX2形成的影像，成為第2視差影像。接著，藉由複數第3畫素PX形成的影像，成為第3視差影像。右眼用的視差影像，選擇性地射入觀察者的右眼，左眼用的視差影像，選擇性地射入觀察者的左眼。藉此，使得3D顯示成為可能。亦即液晶光學元件110，在被施加電壓的場合，成為第2狀態。
如圖5(b)所示，液晶光學元件110為第1狀態的場合，係使由畫素群50射出的光直進，入射至觀察者的眼睛OE。藉此，使得2D顯示成為可能。在2D顯示，能夠以對3D顯示成視差數倍(在此例為3倍)的解像度顯示通常的2D影像。
於複數之畫素PX，可以分別設包含RGB三原色的彩色濾光片。藉此，使得彩色顯示成為可能。於彩色濾光片 ，除了RGB三原色以外，進而包含白(無色)或其他色要素亦可。
圖6之(a)及圖6(b)係顯示參考例的構成之剖面圖。圖6(a)係顯示參考例之液晶光學元件119的第1狀態之剖面圖。圖6(b)係顯示參考例之液晶光學元件119的第2狀態之剖面圖。如圖6(a)所表示的，參考例之液晶光學元件119的構成，係液晶層30的配向為水平配向。除此以外，與液晶光學元件110的構成實質上相同。
第1配向膜31及第2配向膜32，係配向為使液晶分子35的長軸朝向X軸方向之水平配向。藉此，在未對第1電極21、第2電極22及第1對向電極23施加電壓的狀態，液晶層30的液晶分子35為水平配向。藉此，折射率分布為均一。亦即，在液晶光學元件119，未對第1電極21、第2電極22及第1對向電極23施加電壓的場合，成為第1狀態。
將液晶光學元件119由第1狀態切換至第2狀態的場合，例如，對複數之第1電極21施加電壓、使複數之第2電極22及第1對向電極23接地。藉此，同樣產生圖3所表示的電力線EL。液晶分子35的角度沿著電力線EL改變，呈現凸透鏡狀的折射率分布。藉由對第1電極21、第2電極22及第1對向電極23施加電壓，由第1狀態變化為第2狀態。
如此，於參考例之液晶光學元件119，也可以使折射率分布改變。然而，明瞭了在液晶光學元件119，還有以 下的課題存在。
圖7(a)及圖7(b)係顯示參考例的特性之照片。
圖7(a)係把第2狀態(電壓施加狀態)之液晶光學元件119在平行尼柯爾下觀察的狀態之相片。圖7(b)係把液晶光學元件119在正交尼柯爾下觀察的狀態之相片。於這些相片，液晶光學元件119，為第2狀態(電壓施加狀態)。於圖7(a)及圖7(b)，區域d1顯示第1電極21之存在的部份。
如圖7(a)及圖7(b)所表示的，在液晶光學元件119的第2狀態，於第1電極21的X軸方向的中央的兩側部份，產生亮線(漏光)。此亮線，成為視差影像的混視(串訊)的原因，妨礙觀察者的立體影像觀賞。
如此，可知在使用參考例之液晶光學元件119的場合，會藉由亮線而產生視差影像的串訊。針對此亮線進行說明。
於圖6(b)所表示的第2狀態，注意第1電極21的附近之液晶分子35的狀態。於第1電極21的左側部份，液晶分子35的長軸的方向逆轉。在此參考例，第1配向膜31的配向處理的方向AO1，於圖示的狀態為由左朝向右的方向(+X方向)。此外，第2配向膜32的配向處理的方向AO2，於圖示的狀態為由右朝向左的方向(-X方向)。伴隨著此配向處理的方向，液晶分子35具有特定的預傾角。電壓施加時，產生了液晶分子35的長軸依照此預傾角而改變的部份，與沿著電力線改變的部份成為逆 方向的部份(反傾斜部份)。
為了減少根據此反傾斜之能量，於第1電極21上，或者第1電極21的附近，應該會產生液晶分子35的扭轉部分。應該是由於此液晶分子35產生扭轉的部份，而產生了前述的亮線。以下，電腦模擬參考例之電壓施加狀態之液晶分子35的排列，根據其結果，說明求出液晶層30中的折射率分布及透過率分布的結果。
圖8(a)及圖8(b)係顯示參考例的特性之圖。圖8(a)係顯示液晶光學元件119的透過率分布之圖。圖8(a)的橫軸為液晶光學元件119的X軸方向的位置x。圖8(a)的縱軸，係以平行尼科爾化的最大透過率為亮度的基準時，正交尼科爾下之液晶光學元件119的相對透過率α。圖8(b)係顯示液晶光學元件119的折射率分布之圖。圖8(b)的橫軸為液晶光學元件119的X軸方向的位置x。圖8(b)的縱軸，係以區域內的最大值來規格化液晶層30的折射率n的值β。於圖8(a)及圖8(b)，區域d1顯示第1電極21存在的部份。此外，於圖8(a)，區域d2顯示第2電極22存在的部份。
如圖8(b)所表示的，液晶光學元件119，於第1電極21的中央附近折射率上升。這是起因於液晶分子35的扭轉變形所致。
因此，如圖8(a)所表示的，於第1電極21之上(區域d1)產生亮度高的區域。這對應於關於圖7(a)及圖7(b)所說明的亮線。
如此，於參考例之液晶光學元件119，產生液晶分子35的扭轉變形，產生向錯(disclination)，使透鏡性能劣化。此外，在液晶分子35的扭轉變形產生的部份，也被誘發偏光旋轉，這也招致透鏡性能的劣化。結果，第1電極21上，亦即凸透鏡狀的折射率分布的兩端附近，亮度不均變得明顯化。
本案發明人，檢討了供抑制參考例所產生的這樣的亮線之種種對策。
例如，檢討了作為液晶層30使用均勻配向(水平配向)時，使用彈性常數不同的液晶材料，或者使用種種的配向膜改變預傾角等。此外，還檢討使用垂面排列(homeotropic alignment)(垂直配向)的介電向異性為負的液晶材料等。然而，於這些構成，要解消此亮線是困難的。在此實驗中，意外地製作出於上下的基板，組合水平配向用的配向膜，與垂直配向用的配向膜之胞(cell)，亦即HAN配向之胞。本案發明人評估此HAN胞，發現了不會產生前述的亮線。
亦即，本案發明人發現了藉由設置至少在2個第1電極21之間配置第2電極22，使對向於第1電極21及第2電極22而配置第1對向電極23的構成，於第1電極21及第2電極22側為垂直配向，於第3電極側為水平配向的混合配向之液晶層30，前述亮線實質上不發生。
相關於實施型態的液晶光學元件110，作為液晶層30使用HAN配向。接著，於第1電極21的附近為垂直配向 。以垂直配向為起點，液晶分子35的變形，是無論倒向哪個方位的變形都能夠以大致相同的力量來完成。不會誘發扭轉變形。因此，於第1電極21的附近沿著電力線EL的配向變形應該會自然出現(參照圖4)。
液晶光學元件110的液晶層30的第2基板12側的部份為水平配向。在第2基板12側，液晶分子35的長軸的射影方位被限制。第2基板12側之液晶分子35的長軸的射影方位，與在第1基板11側藉由電場而限制的射影方位一致。藉此，在液晶光學元件110的液晶層30，於第1基板11側及第2基板12側之兩側，作用了對扭轉配向之抑制力。
如此，在使用HAN配向的液晶層30，液晶分子35的配向變化自然出現，同時扭轉配向被抑制。藉此，在液晶光學元件110，起因於液晶分子35的扭轉變形之亮線的產生被抑制，可以抑制伴此產生的串訊。根據本實施型態，可以提供使容易觀賞的顯示成為可能之液晶光學顯示。
圖9係例示相關於第1實施型態之立體影像顯示裝置的特性之圖。
具體而言，圖9係顯示液晶光學元件110的折射率分布之圖。圖9的橫軸為液晶光學元件110的X軸方向的位置x。圖9的縱軸，係以區域內的最大值來規格化液晶層30的折射率n之值β。區域d1的中央設有第1電極21。
如圖9所表示的，在液晶光學元件110，於第1電極21與第1對向電極23對向的部份，折射率變得最低。此 外，以平行尼科爾化的最大透過率為亮度的基準時，正交尼科爾下之液晶光學元件110的相對透過率α，於位置x之全區域，為不滿0.1%。
如此，在液晶光學元件110，沒有異常的折射率上升，也沒有異常的亮線產生。亦即，在液晶光學元件110，可以抑制起因於液晶分子35的扭轉變形之亮線的產生，以及伴隨著此情形之串訊。藉此，可以良好地分離視差影像。亦即，在液晶光學元件110，可以實現良好的3D顯示
於實施型態，對厚度實質上為均一的液晶層，部分地施加電壓，使液晶分子的排列部分地改變，形成折射率分布。結果，呈現透鏡效果。實施型態，於這樣的GRIN透鏡所特有的，液晶的初期配向與電場的競爭而產生的液晶的扭轉，以及根據此而產生的亮線，藉由HAN配向而抑制。此時，藉由使前述扭轉產生的被設置第1電極21之側的配向成為垂直配向，而可以實現前述顯示。
又，HAN配向之回應速度，與垂直配向或水平配向相比是比較慢的。因此，HAN配向，於顯示器等領域，並不是很合適。此外，為了得到HAN配向，在上下基板使用不同的配向膜，所以與垂直配向或水平配向相比，製造步驟比較複雜。相關於本實施型態的液晶光學元件，作為供切換2D顯示與3D顯示之用的透鏡元件來使用，所以回應速度慢不會成為問題。此外，如前所述，為了發揮抑制液晶的扭轉，抑制亮線產生之獨特效果，特別採用製造變 得複雜之HAN配向。
又，於實施型態，液晶光學元件110，除了使光線聚光(或者發散)的透鏡效果以外，還可以呈現使光的進行方向改變的效果(例如稜鏡效果)。
圖10係相關於第1實施型態之立體影像顯示裝置的其他構成之模式剖面圖。
如圖10所表示的，液晶光學元件112之液晶層30，於第2狀態，呈現稜鏡狀(三角柱狀)的折射率分布。液晶層30之稜鏡狀的折射率分布，例如可以藉由調整對第1電極21施加的電壓大小、第1電極21及第2電極22的寬幅或剖面形狀、第1電極21與第2電極22的間隔、液晶層30的厚度，及使用於液晶層30的液晶材料的物性值等而實現。
第2狀態之液晶光學元件112，使由畫素群50射出的光的光徑改變，入射至觀察者的眼睛OE。液晶光學元件112，如此般改變光徑，使由複數畫素50射出的光選擇性地射入觀察者的左右眼OE，而進行3D顯示。利用HAN配向的液晶層30的折射率分布，與垂直配向或水平配向相比，有直線改變的傾向。利用HAN配向的液晶層30，可以形成稜鏡狀的折射率分布。
圖11係相關於第1實施型態之立體影像顯示裝置的其他構成之模式剖面圖。
如圖11所表示的，於影像顯示部120上，設有包含凸透鏡狀的折射率分布的液晶層30之液晶光學元件114， 於此液晶光學元件114之上，進而設置包含稜鏡狀的折射率分布的液晶層30之液晶光學元件112亦可。在此場合，藉由於各視差影像時間分割驅動液晶光學元件112，而切換光的射出方向。藉此，可以擴大可進行3D顯示的視角範圍。
在液晶光學元件114之上設置液晶光學元件112的構成，可以使隨著折射率分布而形成的液晶光學元件114的凸透鏡的焦點距離，比液晶光學元件110的構成更長。此外，於液晶光學元件114，可以使用折射率向異性(△n)小的液晶材料36。藉此，在液晶光學元件114之上設置液晶光學元件112的構成，可以擴大材料選擇的範圍。進而，藉由把液晶光學元件114的凸透鏡，作為調整往液晶光學元件112之入射光線的方向之準直透鏡來使用，可以緩和對於與畫素群50之位置對準精度之要求。進而，可使電極構成簡化。又，第2狀態之液晶層30的折射率分布的形狀，不限於凸透鏡狀或稜鏡狀，只要是可以根據裸眼觀賞立體影像的形狀即可。
圖12係相關於第1實施型態之立體影像顯示裝置的其他構成之立體圖。
如圖12所表示的，於液晶光學元件116，第1基板部11s，進而包含設於被設於第1主面11a上的複數之第3電極26，與複數之第4電極27。複數之第3電極26，沿著對第1電極21及第2電極22垂直的方向，亦即沿著X軸方向延伸，於對X軸方向垂直的Y軸方向隔著一定的間 隔而配置。第4電極27，被設於複數之第3電極26之各個之間的中央附近。第3電極26的間隔，對應於複數畫素群50的Y軸方向的寬幅。在此例，對應於排列在Y軸方向的2個畫素群50的寬幅。第3電極26的間隔，不限於2個畫素群50的Y軸方向的寬幅，亦可為3個以上的畫素群50的Y軸方向的寬幅。此外，第3電極26，與鄰接於Y軸方向的2個畫素群50的邊界部分對向。亦即，在此例，藉由複數第1電極21與複數第3電極26而形成的矩形狀的區域，與排列在Y軸方向的2個畫素群50對向。
於第1基板部11s，在第3電極26與第1電極21之間、第3電極26與第2電極22之間、第4電極27與第1電極21之間及第4電極27與第2電極22之間，被設有層間絕緣層28。
於液晶光學元件116，使複數之第1電極21、複數之第2電極22、複數之第3電極26以及複數之第4電極27之各個預先分離，使可以對於各個個別地施加電壓。
例如，對第3電極26施加電壓，而使第1對向電極23及第4電極27接地。藉此，在液晶光學元件116，可以把沿著X軸方向為柱面鏡狀的折射率分布形成於液晶層30。
例如，對於複數第1電極21及複數第3電極26之各個施加電壓，而使複數之第2電極22、第1對向電極23及複數之第4電極27之各個接地。藉此，可以在與液晶 層30之中的複數之第1電極21與複數之第4電極27之各個所包圍的區域對向的部份，形成折射率分布。例如，可以形成在X軸方向與Y軸方向排列為矩陣狀的微透鏡狀之折射率分布。可對於複數之第1電極21、複數之第2電極22、複數之第3電極26以及複數之第4電極27之各個個別施加電壓的話，可以形成任意的折射率分布，擴大了應用範圍。
圖13係相關於第1實施型態之立體影像顯示裝置的其他構成之立體圖。
如圖13所表示的，於影像顯示部120上，設有包含第1電極21及第2電極22之液晶光學元件117，於此液晶光學元件117之上，進而設置包含第3電極26及第4電極27之液晶光學元件118亦可。
在液晶光學元件117，可以把沿著Y軸方向為柱面鏡狀的折射率分布形成於液晶層30。在液晶光學元件118，可以把沿著X軸方向為柱面鏡狀的折射率分布形成於液晶層30。藉此，在液晶光學元件117之上層積液晶光學元件118的構成，也可以形成任意的折射率分布，可以擴大應用範圍。
又，液晶光學元件117與液晶光學元件118的層積順序，不限於前述順序，亦可於液晶光學元件118之上，設置液晶光學元件117。不限於液晶光學元件117及液晶光學元件118，進而層積被形成於液晶層30的折射率分布不同的液晶光學元件亦可。
(第2實施型態)
圖14係相關於第2實施型態之立體影像顯示裝置的構成之模式剖面圖。
圖15係顯示相關於第2實施型態之立體影像顯示裝置之一部分的構成之模式立體圖。
圖14模式表示圖15之B1-B2線剖面。
如圖14及圖15所示，立體影像顯示裝置220，具備液晶光學元件140、影像顯示部120、與控制電路130。影像顯示部120及控制電路130的構成，與立體影像顯示裝置210相同。
在此例，於影像顯示部120側被配置液晶光學元件140之第2基板12，於光的射出側被配置第1基板11。於第1基板11的第1主面11a，設有複數之第1電極21與複數之第2電極22。第1電極21與第2電極22之間的間隙CL的X軸方向的寬幅，比畫素群50的X軸方向的寬幅更窄。此外，第1電極21與第2電極22，係於畫素群50的X軸方向的中央附近使間隙CL對向而配置。又，複數之第1電極21，於分別的端部與第1配線部41連接，可以實質上施加相同的電壓。或者是以可以對複數第1電極21之各個個別地施加電壓的方式亦可。針對複數之第2電極22，與複數之第1電極21相同。
第2基板部12s，具有第2基板12、第1對向電極23，與第2對向電極24。第1對向電極23與第2對向電極 24，設於第2基板12的第2主面12a。第1對向電極23，與第1電極21對向，覆蓋第1電極21的一部分。第2對向電極24，與第2電極22對向，覆蓋第2電極22的一部分。第2基板部12s，具有在第2主面12a上之，第1對向電極23與第2對向電極24之間未被設有電極的區域AR2。第1對向電極23與第2對向電極24，對向於鄰接於X軸方向的畫素群50之邊界部分而被配置。畫素群50，與第1對向電極23與第2對向電極24之間的區域AR2對向而被配置。又，複數之第1對向電極23及複數之第2對向電極24，於分別的端部與配線部連接，可以實質上施加相同的電壓。或者是可對第1對向電極23及第2對向電極24之各個個別地施加電壓的方式亦可。
液晶層30，在第1基板11側成為垂直配向，在第2基板12側成為水平配向。因此，在此例，於影像顯示部120側成為水平配向。
圖14顯示未對第1電極21、第2電極22、第1對向電極23及第2對向電極24施加電壓的狀態。在此狀態，HAN配向的液晶層30呈現均一的折射率分布。亦即，液晶光學元件140，在未對第1電極21、第2電極22、第1對向電極23及第2對向電極24施加電壓的場合，成為第1狀態。
將液晶光學元件140由第1狀態切換至第2狀態的場合，例如，對複數之第1電極21施加正電壓，對第2電極22施加負電壓、使第1對向電極23及第2對向電極24 接地。
圖16係相關於第2實施例之立體影像顯示裝置的一部分的構成之剖面圖。
如圖16所表示的，對第1電極21、第2電極22、第1對向電極23及第2對向電極24之各個如前所述施加電壓的話，於第1電極21的周圍產生電力線EL。從間隙CL的附近，至與此對向的部分為止的區域，電力線EL具有對X-Y平面平行的成分。進而，電力線EL，於間隙CL的附近為密集(電場強)。
圖17係相關於第2實施例之立體影像顯示裝置的一部分的構成之剖面圖。
如圖17所表示的，液晶層30的介電向異性為正的場合，液晶分子35的配向，沿著電力線EL而變形。在此例，在與間隙CL對向的部份，於第1基板11側，由垂直配向接近於水平配向。在間隙CL與第1對向電極23之間的區域，於第1基板11側，以由第1對向電極23朝向間隙CL徐徐接近於水平配向的方式，改變液晶分子35的角度。在間隙CL與第2對向電極24之間的區域，於第1基板11側，以由第2對向電極24朝向間隙CL徐徐接近於水平配向的方式，改變液晶分子35的角度。在液晶光學元件140的液晶層30，間隙CL部分的折射率高。由間隙CL朝向與第1電極21與第1對向電極23對向的部份，折射率徐徐變低，由間隙CL朝向與第2電極22與第2對向電極24對向的部份，折射率徐徐變低。如此，液晶光 學元件140的構成，也藉由對第1電極21、第2電極22、第1對向電極23及第2對向電極24施加電壓，而在與畫素群50對向的部份，呈現透鏡狀的折射率分布，使液晶光學元件140由第1狀態變化為第2狀態。
圖18係例示相關於第2實施型態之立體影像顯示裝置的特性之圖。
圖18係顯示液晶光學元件140的折射率分布之圖。
圖18的橫軸為液晶光學元件140的X軸方向的位置x。圖18的縱軸，係以區域內的最大值來規格化液晶層30的折射率n之值β。
於圖18，區域d1顯示第1電極21存在的部份。區域d2顯示第2電極22存在的部份。區域d3顯示第1對向電極23存在的部份。區域d4顯示第2對向電極24存在的部份。圖18係與圖14~17相較Z軸方向之上下為反轉。
如圖18所標示的，液晶光學元件140的折射率，於間隙CL部分很高。基著，液晶光學元件140的折射率，由間隙CL朝向第1對向電極23的方向徐徐變低，由間隙CL朝向第2對向電極24的方向徐徐變低。如此，在液晶光學元件140，未見到異常的折射率上升。
在液晶光學元件140，也可以抑制起因於液晶分子35的扭轉變形之亮線，以及抑制伴此產生的串訊。於液晶光學元件140，可以使液晶層30之中的第1基板11側的間隙CL附近部分之垂直配向的液晶分子35的預傾角，藉由橫方向(對基板平行的方向)之電場而變得更小。因此， 於液晶光學元件140，由液晶光學元件110的構成也可以增加折射率的調變量。
於液晶光學元件140，亦可把第1基板11配置於影像顯示部120側。此外，於液晶光學元件140，把其他形狀的折射率分布使用於液晶層30亦可。
根據本發明之實施型態的話，提供使得易於觀賞的顯示成為可能之液晶光學元件及立體影像顯示裝置。
以上，參照具體例說明了本發明之實施型態。但是本發明不以這些具體例為限。例如，關於構成立體影像顯示裝置的影像顯示部、液晶光學元件、第1基板部、第2基板部、液晶層、第1基板、第2基板、第1電極、第2電極、第1對向電極及第2對向電極等各要素的具體構成，只要是藉由從熟悉該項技藝者所公知的範圍來適當選擇而同樣實施本發明，得到同樣的效果的情況，都包含於本發明的範圍。
此外，各具體例之任一把2個以上的要素在技術上可能的範圍內組合者，只要是包含本發明的要旨就包含於本發明的範圍。
其他，作為本發明的實施型態而以前述之液晶光學元件及立體影像顯示裝置為基礎，熟悉該項技藝者經適宜的設計變更而可實施之所有的液晶光學元件及立體影像顯示裝置，也只要在包含本發明的要旨的條件下，屬於本發明的範圍。
其他，於本發明的思想的範疇，只要是該項技藝者， 應該可以想到各種變更例及修正例，針對這些變更例及修正例，也應被了解為屬於本發明的範圍。
雖然說明了本發明之幾個實施型態，但這些實施型態，僅係作為例子而提示的，並未意圖限定發明的範圍。這些新穎的實施型態，可以在其他種種型態被實施，在不逸脫於本發明要旨的範圍，可以進行種種的省略、置換、變更。這些實施型態或其變形，包含於本發明的範圍或要旨，同時也包含與記載於申請專利範圍的發明均等的範圍。
11‧‧‧第1基板
11a‧‧‧第1主面
11s‧‧‧第1基板部
12‧‧‧第2基板
12a‧‧‧第2主面
12s‧‧‧第2基板部
21‧‧‧第1電極
22‧‧‧第2電極
23‧‧‧第1對向電極
23a‧‧‧第3主面
23b‧‧‧對向於第1電極的部分
23c‧‧‧對向於第2電極的部分
30‧‧‧液晶層
30h‧‧‧第2部分
30p‧‧‧第1部分
31‧‧‧第1配向膜
32‧‧‧第2配向膜
35‧‧‧液晶分子
36‧‧‧液晶材料
41‧‧‧第1配線部
42‧‧‧第2配線部
50‧‧‧畫素群
110‧‧‧液晶光學元件
120‧‧‧影像顯示部
120a‧‧‧影像顯示面
130‧‧‧控制電路
210‧‧‧立體影像顯示裝置
AR1‧‧‧相鄰第1電極之間的區域
EL‧‧‧電力線
PX1‧‧‧第1畫素
PX2‧‧‧第2畫素
PX3‧‧‧第3畫素
圖1係顯示相關於第1實施型態之立體影像顯示裝置的模式剖面圖。
圖2係顯示相關於第1實施型態之立體影像顯示裝置的一部分之立體圖。
圖3係顯示相關於第1實施型態之立體影像顯示裝置的一部分之剖面圖。
圖4係顯示相關於第1實施型態之立體影像顯示裝置的一部分之剖面圖。
圖5之(a)及(b)係顯示相關於第1實施型態的立體影像顯示裝置的一部分之剖面圖。
圖6之(a)及(b)係顯示參考例的構成之剖面圖。
圖7之(a)及(b)係顯示參考例的特性之相片。
圖8之(a)及(b)係顯示參考例的特性之圖。
圖9係顯示相關於第1實施型態之立體影像顯示裝置 的特性之圖。
圖10係顯示相關於第1實施型態之其他立體影像顯示裝置的剖面圖。
圖11係顯示相關於第1實施型態之其他立體影像顯示裝置的剖面圖。
圖12係顯示相關於第1實施型態之其他立體影像顯示裝置的立體圖。
圖13係顯示相關於第1實施型態之其他立體影像顯示裝置的立體圖。
圖14係顯示相關於第2實施型態之立體影像顯示裝置的模式剖面圖。
圖15係顯示相關於第2實施型態之立體影像顯示裝置的一部分之立體圖。
圖16係顯示相關於第2實施型態之立體影像顯示裝置的一部分之剖面圖。
圖17係顯示相關於第2實施型態之立體影像顯示裝置的一部分之剖面圖。
圖18係顯示相關於第2實施型態之立體影像顯示裝置的特性之圖。
11‧‧‧第1基板
11a‧‧‧第1主面
11s‧‧‧第1基板部
12‧‧‧第2基板
12a‧‧‧第2主面
12s‧‧‧第2基板部
21‧‧‧第1電極
22‧‧‧第2電極
23‧‧‧第1對向電極
23a‧‧‧第3主面
23b‧‧‧對向於第1電極的部分
23c‧‧‧對向於第2電極的部分
30‧‧‧液晶層
30h‧‧‧第2部分
30p‧‧‧第1部分
31‧‧‧第1配向膜
32‧‧‧第2配向膜
35‧‧‧液晶分子
36‧‧‧液晶材料
50‧‧‧畫素群
110‧‧‧液晶光學元件
120‧‧‧影像顯示部
120a‧‧‧影像顯示面
130‧‧‧控制電路
210‧‧‧立體影像顯示裝置
AR1‧‧‧相鄰第1電極之間的區域
PX1‧‧‧第1畫素
PX2‧‧‧第2畫素
PX3‧‧‧第3畫素

Claims (6)

  1. 一種液晶光學元件，其特徵為具備：包含具有第1主面的第1基板、被設於前述第1主面，沿著第1方向延伸，排列於對前述第1方向垂直的第2方向的複數的第1電極之第1基板部，包含第2基板與第1對向電極之第2基板部，且係前述複數第1電極被配置於前述第1基板與前述第2基板之間，前述第1對向電極被配置於前述第2基板與前述第1基板部之間的第2基板部，以及為被設在前述第1基板部與前述第2基板部之間的液晶層，且係前述液晶層之中的前述第1基板部側的第1部分為垂直配向，前述液晶層之中的前述第2基板部側的第2部分為液晶分子的長軸沿著前述第2方向的水平配向之液晶層。
  2. 如申請專利範圍第1項之液晶光學元件，其中前述第1基板部進而包含被設於前述第1主面，沿著前述第1方向延伸，在前述第2方向上與前述複數第1電極隔著間隔而配置的第2電極。
  3. 如申請專利範圍第2項之液晶光學元件，其中前述第1對向電極，覆蓋前述第2電極。
  4. 如申請專利範圍第2項之液晶光學元件，其中前述第2基板部，進而包含與前述第2電極對向的第2對向電極。
  5. 一種立體影像顯示裝置，其特徵為具備：包含具有第1主面的第1基板、被設於前述第1主面，沿著第1方向延伸，排列於對前述第1方向垂直的第2方向的複數的第1電極之第1基板部，包含第2基板與第1對向電極之第2基板部，且係前述複數第1電極被配置於前述第1基板與前述第2基板之間，前述第1對向電極被配置於前述第2基板與前述第1基板部之間的第2基板部，以及為被設在前述第1基板部與前述第2基板部之間的液晶層，且係前述液晶層之中的前述第1基板部側的第1部分為垂直配向，前述液晶層之中的前述第2基板部側的第2部分為液晶分子的長軸沿著前述第2方向的水平配向之液晶層之液晶光學元件，以及與前述液晶光學元件層積，具有顯示影像的影像顯示面的影像顯示部。
  6. 如申請專利範圍第5項之立體影像顯示裝置，其中前述第1基板部 進而包含被設於前述第1主面，沿著前述第1方向延伸，於前述第2方向上與前述複數第1電極隔著間隔而配置的第2電極；前述第1電極與前述第1對向電極之間的電壓的絕對值，比前述第2電極與前述第1對向電極之間的電壓的絕對值更大。
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