液晶快门和图像显示观察系统的制作方法

专利名称：液晶快门和图像显示观察系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及液晶快门(liquid crystal shutter)和图像显示观察系统。
背景技术：
近来，开发出了三维图像显示系统，其在例如液晶显示器等显示屏幕上显示右眼 用图像和左眼用图像，并使使用三维眼镜的观察者三维地识别图像。获得三维图像的方法 包括例如时间分割快门方法(time divisionalshutter method)。日本未审查专利申请公布号8-327949和9-113864是现有技术的示例。然而，在现有技术的三维眼镜中，由于即使液晶快门关闭时，光也会穿透液晶快 门，所以不能在快门打开状态与快门关闭状态之间获得充分的对比度。因此，产生了左眼用 图像和右眼用图像发生混合的串扰(crosstalk)问题。此外，在使用多个液晶层来降低快 门关闭状态下的透射率的情况下，存在因层数增加而引起眼镜变重的问题。

发明内容
因此，希望提供一种新的或改善的液晶快门和图像显示观察系统，其能够显著降 低快门关闭状态下的透光率。本发明一实施例的液晶快门包括沿光入射方向配置的多个液晶层；和多个偏 振器，安装至所述多个液晶层中的每一个，隔着液晶层彼此相邻的两个偏振器的偏振轴以 90°角交叉，偏振轴处于第一方向的偏振器的偏振度的累积值(accumulated value)等于 偏振轴处于第二方向的偏振器的偏振度的累积值，所述第二方向以90°角与所述第一方向 交叉。在本发明一实施例的液晶快门中，所述多个液晶层包括两个液晶层，并且所述多 个偏振器设置在所述两个液晶层的光入射侧表面和光出射侧表面上、以及相邻的液晶层之 间。在本发明一实施例的中液晶快门中，所述偏振器包括具有使光偏振的功能的偏振 膜、和接合到所述偏振膜的基材；并且位于所述多个液晶层之间的偏振器的基材比位于光 入射侧表面或光出射侧表面上的偏振器的基材薄。在本发明一实施例的液晶快门中，所述基材包括纤维素二醋酸酯 (triacetylcellulose)0在本发明一实施例的中液晶快门中，驱动所述多个液晶层，使得向所述多个液晶 层施加电压值大于等于预定电压阈值的电压的电压施加时间、以及施加电压值小于预定电 压阈值的电压的电压施加时间以预定的周期重复。在本发明一实施例的中液晶快门中，所述液晶快门包括液晶快门眼镜的右眼用快 门和左眼用快门，并被驱动成使得所述右眼用快门和左眼用快门以预定周期交替打开和关 闭。在本发明一实施例的中液晶快门中，所述多个液晶层包括两个液晶层；并且所述液晶层中的一个液晶层的打开和关闭时机(timing)不同于所述液晶层中的另一个液晶层 的打开和关闭时机。在本发明一实施例的中液晶快门中，在所述一个液晶层处于打开期间的同时，所述另一个液晶层打开和关闭。本发明另一实施例的液晶快门包括沿光入射方向配置的多个液晶层；设置在所 述多个液晶层的光入射侧表面和光出射侧表面上的第一偏振器；和设置在相邻的液晶层之 间并包括金属偏振元件的第二偏振器。在本发明另一实施例的液晶快门中，所述液晶层包括安装有透明电极的基底；并 且在相邻的液晶层之间，相邻液晶层的一个液晶层的透明电极和另一个液晶层的透明电极 分别安装在相同基底的顶面和底面上，并且所述第二偏振器安装在所述基底上。在本发明另一实施例的液晶快门中，所述第一偏振器的偏振轴与所述第二偏振器 的偏振轴以90°角交叉，偏振轴处于第一方向的第一偏振器的偏振度的累积值等于偏振轴 处于第二方向的第二偏振器的偏振度的累积值，所述第二方向以90°角与所述第一方向交 叉。在本发明另一实施例的液晶快门中，驱动所述多个液晶层，使得向所述多个液晶 层施加电压值大于等于预定电压阈值的电压的电压施加时间、以及施加电压值小于预定电 压阈值的电压的电压施加时间以预定的周期重复。在本发明另一实施例的液晶快门中，所述液晶快门包括液晶快门眼镜的右眼用快 门和左眼用快门，并被驱动成使得所述右眼用快门和左眼用快门以预定周期交替打开和关 闭。在本发明另一实施例的液晶快门中，所述多个液晶层包括两个液晶层；并且所述 液晶层中的一个液晶层的打开和关闭时机不同于所述液晶层中的另一个液晶层的打开和 关闭时机。在本发明另一实施例的液晶快门中，在所述一个液晶层处于打开期间的同时，所 述另一个液晶层打开和关闭。本发明再一实施例的图像显示观察系统包括液晶快门，所述液晶快门包括沿光入射方向配置的多个液晶层和多个偏振器，所 述多个偏振器安装至所述多个液晶层中的每一个，隔着液晶层彼此相邻的两个偏振器的偏 振轴以90°角交叉，偏振轴处于第一方向的偏振器的偏振度的累积值等于偏振轴处于第二 方向的偏振器的偏振度的累积值，所述第二方向以90°角与所述第一方向交叉，所述液晶 快门包括右眼用快门和左眼用快门，并被驱动成使得右眼用快门和左眼用快门交替打开和 关闭；和图像显示装置，所述图像显示装置交替显示右眼用图像和左眼用图像，在右眼用 快门打开而左眼用快门关闭的情况下显示右眼用图像，并在左眼用快门打开而右眼用快门 关闭的情况下显示左眼用图像。本发明再一实施例的图像显示观察系统包括液晶眼镜，其包括沿光入射方向配置的多个液晶层、设置在所述多个液晶层的光 入射侧表面和光出射侧表面上的第一偏振器、和设置在相邻的液晶层之间并包括金属偏振 元件的第二偏振器，液晶快门包括右眼用快门和左眼用快门，并被驱动成使得右眼用快门和左眼用快门以预定周期交替打开和关闭；和图像显示装置，所述图像显示装置交替显示右眼用图像和左眼用图像，在右眼用 快门打开而左眼用快门关闭的情况下显示右眼用图像，并在左眼用快门打开而右眼用快门 关闭的情况下显示左眼用图像。根据本发明，能够提供一种液晶快门和图像显示观察系统，其能够显著降低快门 关闭状态下的透光率。



图1是用于示出本发明一实施例的三维图像显示观察系统的构造的模拟图；图2是用于说明液晶快门的构造的模拟图；图3是用于说明通过控制偏振度来降低黑穿透率的效果的特性图，示出了透射率 的模拟结果；图4是用于说明通过控制偏振度来降低黑穿透率的效果的特性图，示出了透射率 的模拟结果；图5是用于说明通过控制偏振度来降低黑穿透率的效果的特性图，示出了透射率 的模拟结果；图6是用于示出偏振器的构造例的模拟图；图7是用于说明第二实施例的液晶快门的构造的模拟图；图8A和8B是用于说明由切换的响应延迟所引发的串扰的视图；图9是用于示出施加至液晶单元的电压和液晶单元的透射率变化的特性图；图10是用于示出施加至液晶单元的电压和液晶单元的透射率变化的图，并且是 用于示出开闭时机与图9不同的状态的特性图。
具体实施例方式下面将参考附图来描述本发明的优选实施例。此外，各图中相同符号表示相同元 件，省略其重复描述。此外，描述将按如下顺序进行。1.第一实施例(布置有多个液晶单元且偏振器的偏振度受到控制的例子)(1)系统构造的例子(2)液晶快门的构造(3)液晶快门的偏振度的最佳化(4)通过控制偏振度得到的透射率的模拟结果(5)液晶快门的轻量化2.第二实施例(使用线栅(wire grid，金属偏振元件)作为偏振器的例子)(1)液晶快门的构造3.第三实施例(关于液晶快门的驱动)(1)关于由左右图像切换的响应延迟所引起的串扰(2)由改变液晶快门的占空比(duty ratio)所获得的改善(3)第三实施例的液晶快门的驱动
<1.第一实施例>[(1)系统构造的例子] 图1是用于示出本发明一实施例的三维图像显示观察系统的构造的模拟图。参考 图1，本实施例的系统包括例如CRT和IXD等图像显示装置100、和显示图像观察眼镜200。图像显示装置100例如对于各个区域交替显示右眼用图像110和左眼用图像120。 显示图像观察眼镜200在与透镜相对应的部分安装有一对液晶快门200a、200b。随着图像 显示装置100的各个区域的图像变化，同时对液体快门200a、200b交替地进行开闭操作。也 就是说，在图像显示装置100上显示右眼用图像110的区域，左眼用液晶快门200b处于关 闭状态，而右眼用液晶快门200a处于打开状态。此外，在左眼用图像120被显示的区域，进 行的操作与上述操作相反。通过进行这种操作，戴着观察眼镜200观察图像显示装置100的用户只在其右眼 接收右眼用图像110，而只在其左眼接收左眼用图像120。因此，右眼用图像和左眼用图像 在观察者的眼内合成，并且图像显示装置100所显示的图像被识别为三维图像。[(2)液晶快门的构造]下面描述液晶快门200a、200b的构造。图2是用于说明液晶快门200a、200b的构 造的模拟图。由于液晶快门200a和液晶快门200b具有相同的构造，所以下面将描述液晶 快门200a的构造。参考图2，液晶快门200a包括重叠的两个液晶单元210、220、和偏振器230、偏振器 240、偏振器250。通常，对于液晶快门200a、200b已知的是，以一定的周期将电压值大于等 于阈值的电压施加至向列液晶(nematicliquid crystal)，则交替实现了透光率高的打开 状态和透光率低的关闭状态。液晶快门200a、200b使用该原理。液晶快门200a插入一对 透明基底之间，形成在透明基底上的透明电极向液晶快门200a施加电压。偏振器240配置 在重叠的液晶单元210与220之间。此外，偏振器230和偏振器250分别配置在重叠的两 个液晶单元210、220的前侧表面和后侧表面上。这里，偏振器230配置在观察眼镜200的 前侧即朝向图像显示装置100，而偏振器250配置成朝向用户的眼球。液晶单元210包括玻璃基底212、透明电极(ITO) 214、液晶层216、透明电极 (ITO) 218、和玻璃基底219。液晶单元220具有与液晶单元210相同的构造，包括玻璃基底 222、透明电极(ITO) 224、液晶层226、透明电极(ITO) 228、和玻璃基底229。偏振器230、240、250具有偏振轴(穿透轴)，所述偏振轴具有预定方向。偏振器 230的偏振轴为图1中的箭头Al方向(上下方向)。此外，偏振器240的偏振轴为箭头A2 方向(水平方向)，与箭头Al方向成90°交叉。此外，偏振器250的穿透轴为箭头Al方向 (上下方向)。液晶层216、226例如由向列液晶构成，并用于STN模式和TN模式。在本实施例 中，例示的是使用扭曲角为90°的扭曲向列(TN)型液晶的情况。在液晶单元210中，透明 电极214沉积在玻璃基底212上，而透明电极218沉积在玻璃基底219上。在透明电极214 和218上各自形成水平取向膜(未示出)，使得水平取向膜隔着液晶层216彼此相对，并沿 预定方向对取向膜进行摩擦处理(rubbing process) 0此外，在取向膜之间，当未施加电压 时，液晶层216的液晶分子被分子间作用力扭曲预定角度(90° )。在本实施例中，透明电 极214在光入射侧的摩擦方向与偏振器230的偏振轴方向(箭头Al方向)相同，而透明电极218在光出射侧的摩擦方向与偏振器240的偏振轴方向(箭头A2方向)相同。同样，在液晶单元220中，透明电极224沉积在玻璃基底222上，而透明电极228 沉积在玻璃基底229上。在透明电极224和228上各自形成水平取向膜(未示出)，使得水 平取向膜隔着液晶层226彼此相对，并沿预定方向对取向膜进行摩擦处理。此外，在取向膜 之间，当未施加电压时，液晶层226的液晶分子被分子间作用力扭曲预定角度(90° )。透 明电极224在液晶单元220的光入射侧的摩擦方向与偏振器240的偏振轴方向(箭头A2 方向)相同，而透明电极228在光出射侧的摩擦方向与偏振器250的偏振轴方向(箭头Al 方向)相同。在液晶单元210中，在透明电极214与218之间，当未施加电压时，液晶层216的 液晶分子被分子间作用力扭曲预定角度(90° )。在该状态下，在透明电极214附近，液晶 分子取向成使得它们的长轴取向为透明电极214的 取向膜的摩擦方向。此外，在透明电极 218附近，液晶分子取向成使得它们的长轴从透明电极214附近的取向扭曲90°角，从而取 向为透明电极218的摩擦方向。同样，在液晶单元220中，在透明电极224与228之间，当未施加电压时，液晶层 226的液晶分子被分子间作用力扭曲90°的扭曲角。在该状态下，在透明电极224附近，液 晶分子取向成使得它们的长轴取向为透明电极224的取向膜的摩擦方向。此外，在透明电 极228附近，液晶分子取向成使得它们的长轴从透明电极224附近的取向扭曲90°角，从而 取向为透明电极228的取向膜的摩擦方向。在如本实施例这样的图像显示装置100由IXD等构成的情况下，从图像显示装置 100射出的光通常变成偏振光，而其偏振轴取向为箭头Al方向。因此，从图像显示装置100 射出的具有图2中的箭头Al方向(上下方向)的偏振特性的光穿透偏振器230。此外，在 透明电极214与218之间以及透明电极224与228之间未施加电压的状态下，由于液晶层 216的液晶分子扭曲了 90°，所以从图像显示装置100射出的光响应于该扭曲，使传播的偏 振方向旋转90°。因此，从图像显示装置100射出的光穿透偏振器240。由于液晶层226 的液晶分子扭曲了 90°，所以穿过偏振器240的光响应于该扭曲，使传播的偏振方向旋转 90°，并穿透偏振器250。因此，戴着观察眼镜200的用户能够从视觉上识别到从偏振器250 射出的光，并能够从视觉上识别到图像显示装置100的图像。这样，在本实施例的观察眼镜 200中，当未施加电压时，实现了使来自图像显示装置100的光(通常为白光)穿透液晶单 元210禾口 220的状态。另一方面，当向透明电极214与218之间以及透明电极224与228之间施加电压 值大于等于阈值的电压时，如果液晶的介电各向异性(dielectricanisotropy)为正(Δ ε > 0)，则液晶分子取向成使得它们的长轴取向为电场方向。在该状态下，由于液晶层216 和226中的液晶分子未被扭曲，所以偏振器230、240和250的偏振轴相对于来自图像显示 装置100的光得到保持。由于偏振器230、240和250的穿透轴从图像显示装置100侧起以 90°发生变化，所以来自图像显示装置100的光虽然能够穿透偏振器230，但是不能穿透位 于后侧的偏振器240。此外，即使一部分入射光穿透了偏振器240，但是由于位于更靠后侧 的偏振器250的穿透轴偏移了 90°，所以光不穿透偏振器250。这样，在本实施例的观察眼 镜200中，在施加电压的状态下，能够通过穿透轴以90°发生变化的偏振器230、240和250 抑制来自图像显示装置100的光的穿过。因此，能够通过向透明电极214与218之间以及透明电极224与228之间施加电压，使液晶分子的取向状态发生变化，来实现透光率高的快门打开状态和透光率低的快门关闭状态。此外，在本说明书和附图中中，将快门关闭状态时 的透光率称为黑穿透率，并将快门打开状态时的透光率称为白穿透率。注意，在观察眼镜由一块液晶单元构成的情况下，当施加电压时，存在不能充分降 低光的穿透率的情况。在该情况下，在快门关闭状态下被遮挡的图像穿透液晶单元，尤其是 在液晶快门用于如同本实施例的三维图像观察眼镜的情况下，会发生右眼用图像110和左 眼用图像120被混合的串扰(crosstalk)现象。在本实施例中，两块液晶单元210和220重叠设置，在一块液晶单元210上层叠有 另一块液晶单元220。这样，由于能够防止光穿透液晶单元210和220两者，所以与一块液 晶单元的情况相比，能够降低黑穿透率。此外，由于第一块液晶单元210的出射侧的偏振轴 与第二液晶单元220的入射侧的偏振轴处于相同方向(箭头A2方向)，所以能够将以白表 示(at whiteindication)的穿透率损失抑制到最低。此外，如上所述，从图像显示装置100 射出的射出光通常是偏振光，并且其偏振轴处于图1中的箭头Al方向。因此，能够通过组 合从图像显示装置100射出的一般偏振光的偏振轴、第一块偏振器230的偏振轴和第一块 液晶单元210在入射侧的偏振轴，来将快门打开状态下的穿透率损失抑制到最低。[(3)液晶快门的偏振度的最佳化]下面将描述在构造如上的液晶快门200a、200b中，最佳地调节各偏振器230、240 和250的偏振度的构造。如上所述，通过布置两块液晶单元210和220，并使偏振器230的穿透轴与偏振器 240的穿透轴以90°交叉，并使偏振器240的穿透轴与偏振器250的穿透轴以90°交叉，能 够抑制施加电压时的黑穿透率。在本实施例中，除上述构造外，还通过使偏振器230、240和250在上下方向(箭头 Al方向)和水平方向(箭头A2方向)上的偏振度最佳化，使得黑穿透率得到显著降低。下 面将详细描述使偏振度最佳化的方法。对于使偏振度最佳化的方法，在本实施例中，进行调节以使穿透轴处于上下方向 的偏振器的偏振度的累积值与穿透轴处于水平方向的偏振器的偏振度的累积值相同。由于 穿透轴处于上下方向的偏振器是偏振器230和250，而穿透轴处于水平方向的偏振器是偏 振器240，所以调节各偏振器230、240和250的偏振度，以使偏振器230和250的偏振度之 和等于偏振器240的偏振度。作为调节方法的一个具体示例，对于各偏振轴，使偏振器重叠，并测量各偏振轴上 的偏振度。此外，各偏振轴上的偏振器的偏振度设定成使得偏振器的偏振度相对于从前侧 入射的光彼此大致相等。例如，使偏振轴处于上下方向的偏振器230和250重叠以测量它 们的偏振度，另一方面测量偏振轴处于水平方向的偏振器240的偏振度。此外，确定各偏振 器230、240、250的厚度和材料，以使两个测量值彼此相等。在偏振器的种类和材料相同的 情况下，理论上能够通过使各偏振轴的偏振膜厚度的累积值相等，来获得相同的偏振度。也 就是说，优选的是偏振器230和250的偏振膜的厚度之和等于偏振器240的偏振膜的厚度。此外，在偏振器由不同材料构成的情况下，由于波长不同，它们的特性有可能不 同，但是优选的是各偏振器的偏振度邻近对亮度特别有利的波长550nm(光度因子函数y的 最大值)。在各情况下，均对各偏振轴的偏振度进行测量，并将偏振器的材料和厚度设定成使得各偏振轴的偏振度累积值彼此相等。通常，可以使用分光器来对偏振器的穿透率或偏振度进行测量。对偏振器的穿透 率或偏振度的测量可使用例如OUJI MEASURING EQUIPMENT公司的相位差测量装置“K0BRA” 等来进行。在使用相位差测量装置对偏振器的穿透率进行测量的场合，使用的是采用测量系 统的光分析器的旋转光分析器方法，对包括在装置中的多个特定波长来进行。在描述测量 偏振器的穿透率的方法的一个例子中，如果光分析器的旋转角为9时的穿透光的强度是 1(e)，则能够使用以下表达式(1)来表示1(0)。1(0) = (I0/2) [(Tpy ‘ Tsy+Tpx ‘ Tsx)cos2( 0 -0) + (Tpy ‘ Tsx+Tpx ‘ Tsy) sin2(0-O)]... (1)其中，对于表达式(1)，10 没有样品时的穿透光的强度6 光分析器的旋转角Tpx.Tpy 光分析器在穿透轴方向和吸收轴方向上的穿透率Tsy.Tsx 样品在穿透轴方向和吸收轴方向上的穿透率O 样品的穿透轴的取向对于各测量波长提前调查Tpx、Tpy的值，并将之设定为装置整数(device integers) 0此外，使用0 = 0、30、60、90、120、150来改变光分析器的取向，并以各取向检 测光量I ( e i)。此外，通过穿透光强度图的6个离散点的值，使用表达式(1)进行数值演算，确定 通过曲线拟合获得的Tsy、Tsx和①。此外，通过以下表达式⑵、(3)、⑷、和(5)来表示单体穿透率Tm、平行穿透率Tp、 垂直穿透率Tc和偏振度V。Tm = (Tsy+Tsx) /2. . . (2)Tp = (Tsy2+Tsx2) /2. . . (3)Tc = Tsy Tsx. (4)V = V [ (Tp-Tc) / (Tp+Tc) ] (5)在本实施例中，能够通过使偏振轴处于上下方向的偏振器230和250的偏振度之 和等于偏振轴处于水平方向的偏振器240的偏振度，来实现将黑穿透率抑制到最低。这里， 作为使偏振器230和250的偏振度之和等于偏振器240的偏振度的方法的例子，使偏振器 230与偏振器250具有相同构造，并使偏振器240由两个各自与偏振器230 (偏振器250)相 同的偏振器重叠而成。这样，就能够使偏振轴处于上下方向的偏振器230和250的偏振度 之和等于偏振轴处于水平方向的偏振器240的偏振度。此外，也可以优选通过测量偏振轴处于上下方向的偏振器230和250的偏振度之 和，并使用测得的和来调节偏振器240的厚度和材料，从而使偏振器230和250的偏振度之 和等于偏振器240的偏振度。[⑷通过控制偏振度得到的透射率的模拟结果]图3、4、5是用于说明通过调节偏振度得到的黑穿透率的减小的影响的特性图，示 出了穿透率的模拟结果。这里，图3示出了通过构成本实施例的液晶快门200a、200b所获得的黑穿透率、白穿透率、和作为白穿透率对黑穿透率的比值的对比度。对于偏振器230和 250，使用的是NITT0UTENK0U公司(日东电工株式会社)的产品G1220DU(厚度为180 y m)。 此外，对于偏振器240，使用的是由与偏振器230 (偏振器250)相同的两块偏振器重叠而成 的偏振器。因此，偏振器240的厚度为360 u m。此外，图4和5示出了本实施例的比较例，图4示出的是由一块液晶单元和配置在 该液晶单元两侧的、穿透轴以90°交叉的偏振器构成的液晶快门所获得的模拟结果。偏振 器与图3的相同，使用的是NITTOU TENK0U公司的产品G1220DU。此外，图5示出的是与本实施例相似的使用两块液晶单元210和220、以及三个偏 振器230、240、250的情况，偏振器230和250的构造与图3的相同。另一方面，偏振器240 与图3的的不同，只由一块NITTOU TENK0U公司的产品G1220DU构成。在图3、4、5所示出的模拟的特性中，通过在示出结果的圆内将穿透率相同的点连 接起来的特性曲线来表示穿透率。这里，圆的中心表示从正面(front)入射的光的穿透率。 此外，随着靠近圆周，对正面方向的视角逐渐变大，而圆的外周缘示出了从以90°角与正面 方向交叉的方向入射的光的穿透率。此外，即使在黑穿透率和白穿透率中的任一个的特性 中，特性曲线示出了从正面入射的光(圆心)的穿透率最高，并随着靠近周缘而逐渐变低。 对比度亦如此，特性曲线示出了正面方向的对比度为最高，并随着靠近周缘而逐渐变低。此外，对于模拟，使用SINTECH公司的LCDmaster ID作为模拟器。此外，使用MERK 公司的产品ZLI-4792( An = 0. 094)(预倾斜角2。、扭曲角90° )作为液晶。由于图3、4、5中的白穿透率差别并不大，所以下面将基于黑穿透率和对比度来考 虑模拟结果。参考图4，虽然在一块液晶单元的情况下，从正面入射的光的黑穿透率(图4 中C1的穿透率)几乎为零，但是对于从右上方、左上方、右下方和左下方入射的光，随着视 角的变大，穿透率逐渐变低。具体说，在特性曲线所围成的区域C3(对于从左下方向入射的 光，视角约为80° )中，穿透率大于等于20%，在快门关闭状态下，不能充分降低穿透率。同 样，即使在区域C2(对于从左上方入射的光，视角约为80° )和区域C4(对于从右下方入射 的光，视角约为80° )中，穿透率约为15%，在快门关闭状态下，不能充分降低穿透率。因 此，虽然作为白穿透率对黑穿透率的比值的对比度(CR)在特性曲线所围成的区域C6中最 高，但是不能获得大面积的高对比度区域。此外，即使在从正面入射的光中，对比度CR也只 约等于1102，不能获得足够的对比度。此外，参考图5，在配置有两块液晶单元210和220的情况下，即使作为中间偏振 器240，只使用一块与两侧的偏振器230和250相同的偏振器时，也表现出如图4所示的趋 势。参考图5，虽然从正面入射的光的黑穿透率(图5中D1的穿透率)几乎为0，但是对于 从右上方、左上方、右下方、左下方入射的光，随着视角的逐渐变大，得到了穿透率降低的结 果。具体说，在特性曲线所围成的区域D2(对于从左上方入射的光，视角约为80° )和区 域D3(对于从右下方入射的光，视角约为80° )中，穿透率约为10%，在快门关闭状态下， 不能充分降低穿透率。因此，虽然作为白穿透率对黑穿透率的比值的对比度(CR)在特性曲 线所围成的区域D5中最高，但是不能获得大面积的高对比度区域。此外，即使在从正面入 射的光中，对比度CR也只约等于2103，不能获得足够的对比度。另一方面，在图3所示的本实施例的例子中，配置了两块液晶单元210和220，中 间偏振器240由与配置于两侧的偏振器230和250相同的两块偏振器重叠而成。根据该构
11造，偏振轴处于上下方向的偏振器230和250的偏振度之和等于偏振轴处于水平方向的偏 振器240的偏振度。根据这种构造，如图3所示，从正面入射的光的穿透率(图3中B1的 穿透率)几乎变成0，并且即使在大视角的情况下，对于从右上方、左上方、右下方、左下方 入射的光，也能获得良好的结果。在该情况下，获得了在特性曲线所围成的区域B2(对于从 左上方入射的光，视角约为80° )和区域 B3(对于从右下方入射的光，视角约为80° )中 穿透率最高的结果，但其穿透率小于5%。因此，作为白穿透率对黑穿透率的比值的对比度 (CR)在特性曲线所围成的区域B5中最高，并且能够获得大面积的高对比度区域。在从正面 入射的光中，获得了 CR约为2，430，000的值。因此，与图4和5的情况相比，获得了对比度 能够显著提高的结果。下面将说明如图3所示，为什么通过用两块各自与两侧的偏振器230和250相同 的偏振器来形成中间偏振器240就能够显著降低黑穿透率的原因。假定偏振轴处于垂直方 向和水平方向的混合光穿过允许垂直方向的偏振光穿过(吸收水平方向的偏振光)的第一 偏振器A，并进一步穿过允许水平方向的偏振光穿过(吸收垂直方向的偏振光)的第二偏振 器B。这时，当第二偏振器B的厚度等于第一偏振器A的厚度时，穿过偏振器A和B后所得 到的光处于垂直方向和水平方向的偏振光被吸收了的状态，而回到起初偏振轴处于垂直方 向和水平方向的混合光的状态(该状态称为状态1)。这里，即使再使状态1的混合光穿透构造与第一偏振器A相同的偏振器C(允许垂 直方向的偏振光穿透的偏振器，厚度等于偏振器A的厚度)，只有偏振轴处于水平方向的光 被吸收。因此，如图5所说明的，不能充分降低黑穿透率。另一方面，在获得状态1的混合光后，建议在第二块偏振器B的后半部重叠配置使 水平方向的偏振光穿透的偏振器B'，并配置使垂直方向的偏振光穿透(吸收水平方向的 偏振光)的偏振器C作为第三块偏振器。偏振器B'和偏振器C的厚度建议等于偏振器A 和偏振器B的厚度。在该情况下，当状态1的混合光穿透偏振器B'和偏振器C时，垂直方 向和水平方向的偏振光被它们的组合吸收，使得垂直方向和水平方向的偏振光从状态1的 混合光被吸收。因此，如图3所说明的，能够使对比度CR增加至2，430，000。此外，快门打开状态下的穿透率(白穿透率)在图3、4、5中均获得了良好的结果， 结果是由特性极性所围成的区域B4、C5、D4中获得了大于25%的穿透率。从以上结果可知，通过使上下方向的偏振度的累积值等于水平方向的偏振度的累 积值，能够显著降低黑穿透率，并显著提高对比度。[(5)液晶快门的轻量化]下面描述使液晶快门200a、200b更轻的构造。图6是用于示出偏振器230、240和 250的构造的一个例子的模拟图，示出了通常使用的偏振器的构造。如图6所示，偏振器 230,240和250包括从底层开始的隔离膜(PET) 260、粘合剂262、基底膜(TAC 纤维素二醋 酸酯(Triacetylcellulose))264、和偏振膜(PVA 聚乙烯醇)266。此外，偏振器230、240和 250还包括基底膜(TAC) 268和保护膜270。这里，偏振膜266是生成偏振光的膜，并且强度 相对较弱。因此，由纤维素二醋酸酯形成并配置在偏振膜266的两侧的基底膜264和268用 作加强偏振膜266的基材。此外，粘合剂262是贴附至玻璃基底212、219、222或229的粘 合剂，并且在未使用时被隔离膜260保护。此外，保护膜270膜用于在未使用时保护基底膜 268的表面的膜。因此，在贴附至玻璃基底212、219、222或229的状态下，偏振器230、240和250包括粘合剂262、基底膜264、偏振膜266、和基底膜268。在本实施例中，偏振器240配置于两块液晶单元210与220之间，并被夹持在两块 液晶单元210与220之间。因此，虽然偏振器240的基底膜264和268本来是配置成支承 偏振膜266的加强材料，但是由于偏振器240被支承在液晶单元210与220之间，所以加强 的必要性有所降低。此外，由于偏振器240被夹在液晶单元210与220之间，对未暴露于外 部的表面的保护也没有必要。因此，与偏振器230和250相比，能够使偏振器240的基底膜 264和268尽可能薄。如上所述，偏振器240能够由功能与偏振器230或250相同的两块偏振器重叠而 成，以使偏振器240的偏振度等于偏振器230和250的偏振度。在该情况下，偏振器240由 两块结构均与图6所示结构相同的偏振器重叠而成。这里，对于构成偏振器240的两块偏振 器的每一块，偏振膜(PVA) 266的构成材料与偏振器230 (或偏振器250)的相同。此外，偏 振器240的基底膜(TAC)264和268由厚度比偏振器230 (或偏振器250)薄的膜构成。这 样，在包括两块液晶单元210和220的液晶快门200a、200b中，能够使快门更轻。此外，如上所述，通过使偏振器240的材料和厚度最佳化，能够使偏振器240构造 成使得偏振器240的偏振度等于偏振器230和250的偏振度之和。在该情况下，偏振器240 能够由一片图6所示的偏振器形成。在该情况下，偏振器240的偏振膜(PVA)266构造成在 材料或厚度上与偏振器230或偏振器250的不同。在该情况下，同样能够使偏振器240的 基底膜(TAC) 264和268比偏振器230或250的基底膜(TAC) 264和268薄。因此，能够使 液晶快门200a、200b更轻。根据上述第一实施例，在液晶快门200a、200b中，两个液晶单元210和220彼此重 叠，偏振器230和250配置在液晶单元210和220的两端，而偏振器240配置在液晶单元210 与220之间。此外，能够通过最佳地调节穿透轴处于水平方向的偏振器230和250的偏振 度、以及穿透轴处于垂直方向的偏振器240的偏振度，来使液晶快门200a、200b在关闭状态 下的光的穿透率显著降低。因此，变得能够使快门打开状态和快门关闭状态下的对比度显 著增强，以抑制右眼用图像和左眼用图像混合时所发生的串扰，从而提供良好的三维图像。此外，配置在两块液晶单元210与220之间的偏振器240的基底膜(TAC) 264和 268变得比配置在两端的偏振器230或偏振器250的基底膜(TAC) 264和268薄。因此，变 得能够使液晶快门200a、200b更轻。<2.第二实施例〉[(1)液晶快门的构造]下面将描述本发明的第二实施例。由于第二实施例的系统的构造与第一实施例的 相同，所以这里将主要描述液晶快门的构造。图7是用于说明第二实施例的液晶快门200a、 200b的构造的模拟图。由于液晶快门200a的构造与液晶快门200b的相同，所以下面将描 述液晶快门200a的构造。第二实施例的液晶快门200a的主要构造与第一实施例的液晶快门200a的相同， 包括液晶单元210和220、偏振器230和偏振器250。另一方面，在第二实施例中，没有设置第一实施例的偏振器440，而是配置了线栅 (wire grid) 300来代替偏振器440。第一实施例的偏振器440由例如碘等有机材料形成， 而线栅300由金属构成，是具有使光偏振的功能的偏振元件。线栅300的材料为铝，并形成在液晶单元210的玻璃基底219上。作为线栅300，可使用例如通过形成铝的微细结构制成 的偏振滤波器“AsahiKASEI WGF”(ASAHI KASEI公司制造)。线栅300与第一实施例的偏 振器400类似，具有处于水平方向(图2中的箭头A2方向)的偏振轴。因此，通过施加电 压而实现的快门打开状态和快门关闭状态与第一实施例相同。如图7所示，在形成有线栅300的玻璃基底219上，经由线栅300形成液晶单元 220的透明电极214。这样，在第二实施例中，由于线栅300是抗热金属，所以能够直接在线 栅300上形成透明电极226。因此，液晶单元210和液晶单元220能够共同使用玻璃基底 219，而不使用第一实施例的玻璃基底222。因此，能够使液晶快门200a、200b的结构更简 单，并使快门更轻和更薄。此外，由于不需要贴附偏振器240的工艺，并且也不需要玻璃基 底222，所以能够降低制造成本。<3.第三实施例〉[(1)关于由左右图像切换的响应延迟所引起的串扰]下面将描述本发明的第三实施例。第三实施例涉及对第一和第二实施例的液晶快 门的驱动。如上所述，在三维图像显示观察系统中，右眼用图像110和左眼用图像120发生 混合的串扰现象发生在快门关闭状态下黑穿透率变高时。此外，图像显示装置100侧交替改变待显示的右眼用图像110和左眼用图像120， 由于对图像显示装置100所引起的右眼用图像110和左眼用图像120的切换的响应延迟也 会造成串扰现象。例如，在图像显示装置100由液晶显示器等构成的情况下，对图像改变的响应比 较慢。此外，在图像显示装置100中，当右眼用图像110和左眼用图像120改变时，进行了 上下扫描，使得显示器的上侧与显示器的中心相比，受到下一帧图像的影响，所以容易在那 里发生串扰现象。另一方面，显示器的下侧与显示器的中心相比，受到上一帧图像的影响， 所以在那里容易发生串扰。图8A和8B是用于说明由对切换的响应延迟所引起的串扰的图，并且是示出图像 显示装置100所显示的左右图像和液晶快门200a、200b的开闭时机的时机图。图8A和8B 示出了分别以120[Hz]的驱动频率表示右眼用图像R和左眼用图像L的情况，并且显示右 眼用图像R或左眼用图像L的时长是1/120 [Hz] = 8. 3 [ms]。在图8A中，从液晶显示面板的上侧(Y = Y0)到下侧(Y = 0)以线顺序进行显示， 并且在垂直方向的从上侧至下侧的各个位置，亮度随时间而该变。如图8A所示，在屏幕的上侧(Y = Y0)，从时刻t0到tl显示右眼用图像R，并在预 定的空白时长后，从时刻t2到t3显示左眼用图像L。相似地，从时刻t4到t5显示右眼用 图像R，并从时刻t6到t7显示左眼用图像L。这里，在显示右眼用图像R的时刻t0到tl的期间，基于屏幕的上侧(Y = Y0)，右 眼用图像R在时刻to处开始显示，屏幕上侧的亮度随时间而增大，在时刻tl处达到期望的 亮度。如上所述，由于在液晶显示面板中从屏幕的上侧到下侧是以线顺序进行显示的，所以 随着向屏幕下端的趋近，右眼用图像R开始显示的时刻变得时刻t0晚，并且右眼用图像R 结束显示的时刻也变得比时刻tl晚。相似地，在显示左眼用图像L的时刻t2到t3的期间，基于屏幕的上侧(Y = Y0)， 左眼用图像L在时刻t2处开始显示，屏幕上侧的亮度随时间而增大，在时刻t3处达到期望的亮度。同样，在左眼用图像L中，随着向屏幕下端的趋近，左眼用图像L开始显示的时刻 变得比时刻t2晚，并且左眼用图像L结束显示的时刻也变得比时刻t3晚。参考图8A，当以线顺序进行显示时，由于液晶的响应速度比较低，对于右眼用图像 R的写入，当屏幕上侧在tl时刻达到期望亮度时，屏幕下侧才刚刚处于开始写入的状态。此 外，同样，对于左眼用图像L的写入，当屏幕上侧在t3时刻达到期望亮度时，屏幕下侧才刚 刚处于开始写入的状态。图8B示出了液晶快门200a、200b的开闭时机。参考图8B，右眼用液晶快门R(液 晶200a)在时刻tl tlO之间、以及时刻t5 tl2之间打开。此外，左眼用液晶快门L(液 晶快门200b)在时刻t3 til之间、以及时刻t7 tl3之间打开。当液晶快门200a在时刻tl到tlO之间打开时，由于在图8A所示的屏幕下侧的区 域(从Y = 0到Y = yl)内液晶快门200a打开的时机中右眼用图像R得到显示，所以用户 的右眼从视觉上识别到右眼用图像R。然而，在Y > y2的区域内，在快门200a打开的期间， 右眼用图像R结束显示，而下一个左眼用图像L被显示。因此，在该区域中，用户识别到从右 眼用图像R向左眼用图像L转变的过渡状态的图像。此外，在屏幕的下侧(Y = 0)附近，同 样，当从左眼用图像L向右眼用图像R的转变延迟时，用户识别到从上一帧左眼用图像L向 右眼用图像R转变的过渡状态的图像。如上所述，由于与显示器的中心相比，显示器的上侧 受到下一帧图像的影响，而显示器的下侧受到上一帧图像的影响，所以会发生右眼用图像R 和左眼用图像L发生混合并被用户识别到的串扰现象。此外，在屏幕下侧(Y = 0)的附近，虽然在时刻tl到tlO之间显示右眼用图像R， 但是由于是在时刻tl开始显示后立即打开液晶快门200a，所以液晶处于没有充分响应的 状态。因此，用户在屏幕下侧(Y = 0)识别到的图像处于亮度不是十分高的状态，用户不能 识别到具有期望亮度的图像。[(2)由改变液晶快门的占空比所获得的改善]因响应延迟在显示器上侧和下侧引起的串扰的影响，能够通过使液晶快门200a、 200b处于打开状态的占空比变小而得到降低。例如，参考图8A和8B，能够通过使液晶快门 200a的打开周期变短，在时刻tl到t20之间打开液晶快门200a，来抑制在上侧发生的串 扰。另一方面，当液晶快门200a的打开周期变短时，对于液晶快门200a不能获得充分的液 晶层响应时间，因打开周期变短的事实，而使得亮度降低。[(3)第三实施例的液晶快门的驱动]第一和第二实施例的观察眼镜200的液晶快门包括两个液晶单元210和220，并且 如上所述，能够显著降低黑穿透率。因此，在第三实施例中，对于两个液晶单元210和220 中的每一个，使液晶快门200a、200b的打开周期的占空比(duty raio)彼此不同。图9和10是用于示出向液晶单元210、220施加的电压(虚线表示)和液晶单元 210、220的穿透率(实线表示)的变化的特性图。这里，图9示出的是液晶快门200a、200b 的打开周期的占空比为50%的情况。此外，图10示出的是液晶快门200a、200b的打开周期 的占空比为12.5%的情况。参考图9和10，快门开闭的时间轴(横轴)彼此一致。参考图 9和10的每一个，施加至液晶单元210和220的电压基于常白(normally white)特性，在 快门打开期间变成零，而在快门关闭期间变成10[v]或-10[v]。此外，液晶单元210和220 的穿透率表示对打开期间占空比为100%的情况下获得的穿透率的比率。
15
在本实施例中，图像显示装置100侧的液晶单元210在如图9所示的打开期间的 占空比为50%的情况下被驱动。因此，能够与右眼用图像110或左眼用图像120的显示相 应地使快门打开相对较长的时间，并将右眼用图像110和左眼用图像120的亮度降低抑制 到最低。因此，用户能够从视觉上识别具有高亮度的右眼用图像110和左眼用图像120。此外，液晶单元220在如图10所示的打开期间的占空比为12.5%的情况下被驱 动。液晶单元220在液晶单元210的打开期间中打开，并且液晶单元220的关闭时机设定 成早于液晶单元210的关闭时机。这样，能够确实抑制由下一帧和上一帧图像造成的影响， 并且能够确实抑制响应延迟所引发的串扰现象。如上所述，在具有两个液晶单元210和220的观察眼镜200的液晶快门200a、200b 中，能够通过使液晶单元210和220各自的开闭时机不同，并且使一侧的液晶单元210的打 开期间变长，来确实抑制亮度的降低。此外，能够通过使另一侧的液晶单元220的打开期间 变短，来确实抑制串扰现象的发生。以上，虽然参考附图详细描述了本发明的优选实施例，但是本发明并不局限于相 关示例。例如，虽然液晶层216和226用于TN模式，但是本发明并不局限于相关示例。例 如，液晶层216和226可用于STN模式。此外，也可将均质单元(homogeneous cell)等用 作液晶层216和226。此外，在第一和第二实施例中，虽然是将玻璃基底212、219、222和229用作液晶单 元210和220的基材，但是例如塑料等树脂材料也可用作基材。在该情况下，能够将例如 PC (Poly Carbonate，聚碳酸脂)、丙烯(acryl)、PET、PES (Polyethylenesulfone，聚醚砜)、 C0P、PI(PolyimideS，聚酰亚胺)等用作基材。这样，能够使液晶快门200a、200b更轻。此外，虽然第一和第二实施例中层叠的是两个液晶单元210和220，但是也可层叠 两个或两个以上的液晶单元。本申请包含2009年4月9日在日本专利局提交的日本优先权专利申请JP 2009-095168所涉及的主题，其全部内容通过引用并入本文。本领域的技术人员应该了解的是，在所附权利要求书或其等同方案的范围内，可 根据设计要求和其它因素做出各种修改、组合、子组合和变更。
1权利要求
一种液晶快门，包括沿光入射方向配置的多个液晶层；和多个偏振器，安装至所述多个液晶层中的每一个，隔着液晶层彼此相邻的两个偏振器的相应偏振轴以90°角交叉，偏振轴处于第一方向的偏振器的偏振度的累积值等于偏振轴处于第二方向的偏振器的偏振度的累积值，所述第二方向以90°角与所述第一方向交叉。
2.如权利要求1所述的液晶快门，其中所述多个液晶层包括两个液晶层；并且所述多个偏振器设置在所述两个液晶层的光入射侧表面和光出射侧表面上、以及相邻 的液晶层之间。
3.如权利要求1所述的液晶快门，其中所述偏振器包括具有使光偏振的功能的偏振膜、和粘结到所述偏振膜的基材；并且位于所述多个液晶层之间的偏振器的基材比位于光入射侧表面或光出射侧表面上的 偏振器的基材薄。
4.如权利要求3所述的液晶快门，其中，所述基材包括纤维素二醋酸酯。
5.如权利要求1所述的液晶快门，其中，驱动所述多个液晶层，使得向所述多个液晶层 施加电压值大于等于预定电压阈值的电压的电压施加时间、以及施加电压值小于预定电压 阈值的电压的电压施加时间以预定的周期重复。
6.如权利要求1所述的液晶快门，其中，包括液晶快门眼镜的右眼用快门和左眼用快 门，所述右眼用快门和左眼用快门被驱动成以预定周期交替打开和关闭。
7.如权利要求6所述的液晶快门，其中所述多个液晶层包括两个液晶层；并且所述液晶层中的一个液晶层的打开和关闭时机不同于所述液晶层中的另一个液晶层 的打开和关闭时机。
8.如权利要求7所述的液晶快门，其中，在所述一个液晶层处于打开期间的同时，所述 另一个液晶层打开和关闭。
9.一种液晶快门，包括沿光入射方向配置的多个液晶层；第一偏振器，设置在所述多个液晶层的光入射侧表面和光出射侧表面上；和第二偏振器，设置在相邻的液晶层之间，并包括金属偏振元件。
10.如权利要求9所述的液晶快门，其中所述液晶层包括安装有透明电极的基底；并且在相邻的液晶层之间，一个液晶层的透明电极和另一个液晶层的透明电极分别安装在 相同基底的顶面和底面上，并且所述第二偏振器安装在所述基底上。
11.如权利要求9所述的液晶快门，其中，所述第一偏振器的偏振轴与所述第二偏振器 的偏振轴以90°角交叉，偏振轴处于第一方向的第一偏振器的偏振度的累积值等于偏振轴 处于第二方向的第二偏振器的偏振度的累积值，所述第二方向以90°角与所述第一方向交 叉。
12.如权利要求9所述的液晶快门，其中，驱动所述多个液晶层，使得向所述多个液晶 层施加电压值大于等于预定电压阈值的电压的电压施加时间、以及施加电压值小于预定电压阈值的电压的电压施加时间以预定周期重复。
13.如权利要求9所述的液晶快门，其中，所述液晶快门包括液晶快门眼镜的右眼用快 门和左眼用快门，并被驱动成使得所述右眼用快门和左眼用快门以预定周期交替打开和关 闭。
14.如权利要求13所述的液晶快门，其中所述多个液晶层包括两个液晶层；并且所述液晶层中的一个液晶层的打开和关闭时机不同于所述液晶层中的另一个液晶层 的打开和关闭时机。
15.如权利要求14所述的液晶快门，其中，在所述一个液晶层处于打开期间的同时，所 述另一个液晶层打开和关闭。
16.一种图像显示观察系统，包括液晶眼镜，所述液晶眼镜具有液晶快门，所述液晶快门包括沿光入射方向配置的多个 液晶层；和多个偏振器，接合至所述多个液晶层中的每一个，隔着液晶层彼此相邻的两个偏 振器的相应偏振轴以90°角交叉，偏振轴处于第一方向的偏振器的偏振度的累积值等于偏 振轴处于第二方向的偏振器的偏振度的累积值，所述第二方向以90°角与所述第一方向交 叉；并且包括被驱动以交替打开和关闭的右眼用快门和左眼用快门；和图像显示装置，交替显示右眼用图像和左眼用图像，在右眼用快门打开而左眼用快门 关闭的情况下显示右眼用图像，并在左眼用快门打开而右眼用快门关闭的情况下显示左眼 用图像。
17.一种图像显示观察系统，包括液晶眼镜，所述液晶眼镜具有液晶快门，所述液晶快门包括沿光入射方向配置的多个 液晶层、设置在所述多个液晶层的光入射侧表面和光出射侧表面上的第一偏振器、和设置 在相邻的液晶层之间并包括金属偏振元件的第二偏振器，并且包括被驱动以交替打开和关 闭的右眼用快门和左眼用快门；和图像显示装置，交替显示右眼用图像和左眼用图像，在右眼用快门打开而左眼用快门 关闭的情况下显示右眼用图像，并在左眼用快门打开而右眼用快门关闭的情况下显示左眼 用图像。
全文摘要
本发明涉及液晶快门和图像显示观察系统。液晶快门包括沿光入射方向配置的多个液晶层；和多个偏振器，安装至所述多个液晶层中的每一个，隔着液晶层彼此相邻的两个偏振器的偏振轴以90°角交叉，偏振轴处于第一方向的偏振器的偏振度的累积值等于偏振轴处于第二方向的偏振器的偏振度的累积值，所述第二方向以90°角与所述第一方向交叉。
文档编号G02F1/1335GK101859043SQ201010155498
公开日2010年10月13日 申请日期2010年4月2日 优先权日2009年4月9日
发明者中畑佑治, 井上雄一, 小川涼, 福本绘理, 鎌田豪 申请人:索尼公司