专利名称：折射率分布型液晶光学元件以及图像显示装置的制作方法
技术领域：
本发明的实施方式涉及折射率分布型液晶光学元件以及图像显示装置。
背景技术：
以前，提出了可以显示立体(3维)图像的显示装置。另外，还有想要使用同一显示装置有选择地实现2维(2D)图像的显示和3维(3D)图像的显示这样的要求，提出了响应于该要求的技术。例如在专利文献I中记载了使用液晶透镜阵列元件切换2D显示和3D显示的技术。该液晶透镜阵列元件具有在一个基板上周期性地配置的棒状的电极。而后，在和形成在相对的另一个基板上的电极之间产生电场分布。通过该电场分布液晶层的取向发生变化，生成作为透镜作用的折射率分布。通过控制施加于电极的电压，能够开关透镜作用，所以能够切换2D显示和3D显示。这样通过电场控制液晶分子的取向方向的方式称为液晶折射率分布型(GRIN:gradient index)透镜方式。另外,在本构成中，由于对各棒状的电极分别施加成为3D显示的电压或者成为2D显示的电压，因而在棒状的电极排列的方向上可以局部切换2D显示和3D显示。进而，例如在专利文献2中记载了与液晶透镜阵列元件分开设置偏振光可变单元的结构。根据该结构，通过在显示面内切换入射到液晶透镜阵列元件的光的偏振光状态，就可以局部切换2D显示和3D显示。另外，例如在专利文献2中，作为用于控制上述偏振光可变单元的驱动方法提出了基于标志位的驱动方法。这是通过将偏振光可变单元的多个电极分组，使得用于实现2D显示和3D显示的局部显示的驱动容易的方法。专利文献1:日本专利2000-102038号公报专利文献2:日本特开2004-258631号公报专利文献3:日本特开2010-78653号公报但是，在专利文献I所记载的2D/3D显示切换显示器中，各棒状的电极分别只排列在水平方向上。其结果，能够在整个画面上切换2D显示和3D显示。另外，能够在水平方向上局部切换2D显不和3D显不。但是不能在垂直方向上分割。另外，在专利文献2或者专利文献3所记载的显示器中，不仅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透镜元件外需要偏振光可变单元，所以厚度和重量增大，成本也增高。
发明内容
本实施方式的目的在于提供一种可以通过透镜单体进行局部显示的折射率分布型液晶光学元件以及图像显示装置。本实施方式涉及的折射率分布型液晶光学元件包含:第I基板、第2基板、液晶层、多个第I电极、多个第2电极、第3电极。第I基板以及第2基板使光透过。液晶层填充在第I基板和上述第2基板之间。多个第I电极各自形成于第I基板的上述液晶层侧，并沿着第I方向延伸。多个第2电极各自形成于第I基板并沿着上述第I方向延伸。多个第3电极形成于第2基板上的上述液晶层侧。形成使第I电极和第2电极电绝缘的电介质层，第3电极沿着第2方向延伸而形成，沿着第2方向重复配置第I电极和第2电极的集合。另外，本实施方式涉及的图像显示装置包含上述的折射率分布型液晶光学元件和图像显示部。
图1是表示第I实施方式的立体图像显示装置的侧视分解图。图2是表示第I实施方式的立体图像显示装置的上面透视图。图3是图2中的A-A’线的剖面图。图4是图2中的B-B’线的剖面图。图5是表示在图3的透镜中，透镜功能为有效的电极构造、施加电压时的液晶指向矢分布的剖面图。图6是表示在图3的透镜中，不对第2电极和第3电极施加电压时的液晶指向矢分布的图。图7是表示根据图5的液晶指向矢分布计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线图。图8是表示使用了从图5的液晶指向矢分布得到的折射率分布的亮度轮廓模拟结果的图。图9是用于说明第I实施方式的驱动法的图。图10是表示在图9的立体图像显示装置中用于显示局部3D而施加的电压波形和相当于该电压的标志位的图。图11是表示施加了图10所示的电压时的地址以及列的标志位和有无实现3D显示的表。图12是表示进行2个部分3D窗口显示时的地址部、列部的标志值的图。图13是表示用于显示2个窗口而施加的电压波形和相当于该电压的标志位的图。图14是表示施加于地址部、列部的电压、实际施加于液晶的电压、显示模式的关系的表。图15是在本实施方式的液晶透镜阵列元件上应用了导电性密封材料时的上面透视图。图16是表示第2实施方式的液晶透镜阵列元件的上面透视图。图17是表示第3实施方式的液晶透镜阵列元件的上面透视图。图18是在图17中的C-C’线上的剖面图。图19是表示在图18的透镜中施加了使透镜功能成为有效的电压时的液晶指向矢分布的剖面图。图20是表示在图2中的B-B’线上的剖面图中的液晶指向矢分布的图。图21是表示根据图19的液晶指向矢分布计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线图。
图22是表示使用从图19的液晶指向矢分布得到的折射率分布的亮度轮廓模拟结果的图。图23是表示加上了在图22所示的视差光线中的相邻2视差光线的亮度轮廓的图。图24是表示第4实施方式的液晶透镜阵列元件的上面透视图。图25是表示第5实施方式的液晶透镜阵列元件的上面透视图。图26是表示第6实施方式的液晶透镜阵列元件的上面透视图。图27是表示第7实施方式的液晶透镜阵列元件的上面透视图。图28是表示第8实施方式的液晶透镜阵列元件的上面透视图。图29是表示第9实施方式的立体图像显示装置的侧视分解图。图30是表示第9实施方式的立体图像显示装置的上面透视图。图31是图30中的D-D’线的剖面图。图32是表示第10实施方式的液晶透镜阵列元件的上面透视图。(符号说明)101:第 I 基板；102:第 2 基板；103、2904 第 I 电极;104、2903 第 2 电极；105、2905:第2电极引出线;106、2906 第3电极；107:液晶；108:电介质；109:偏振光板；110:2 维图像显示装置;111、112、113、2911、2912:地址电压供给部;114、115、2914、2915、2916:列电压供给部；501:指向矢；502:光线；1201、1202:3D窗口 ；1501:导电性密封材料；1601:接触孔。
具体实施例方式以下，参照附图详细说明本实施方式涉及的折射率分布型液晶光学元件以及图像显示装置，特别是液晶透镜阵列元件以及立体图像显示装置。而且，在以下的实施方式中，附加了同一参照符号的部分进行同样的动作，适当地省略重复的说明。(第I实施方式)参照图1、图2、图3以及图4说明本实施方式的液晶透镜阵列元件以及立体图像显示装置。而且，图1中用黑粗线表示的部分表示透镜一个单位。图2是从与基板垂直的方向看的上面透视图。图3是图2中的A-A’线的剖面图，图4是B-B’线的剖面图。本实施方式的立体图像显示装置包含:第I基板101、第2基板102、第I电极103、第2电极104、第2电极引出线105、第3电极106、液晶107、电介质108、偏振光板109、2维图像显示装置110、第I地址电压供给部111、第2地址电压供给部112、第3地址电压供给部113、第I列电压供给部114、第2列电压供给部115。液晶透镜阵列元件与从立体图像显示装置除去偏振光板109、2维图像显示装置110的部分相对应，包含 第I基板101、第2基板102、第I电极103、第2电极104、第2电极引出线105、第3电极106、液晶107、电介质108。也可以包含第I地址电压供给部111、第2地址电压供给部112、第3地址电压供给部113、第I列电压供给部114、第2列电压供给部115。而且，上方或者上是指表现与基板垂直的方向。例如，第2基板102还在第I基板101上方。另外，下方(或者下)和上方(或者上)对应于相反的方向。另外，所谓水平方向设为在基板面内中的、与图2中的A-A’线平行的方向。
第I基板101以及第2基板102由透明的材料构成，形成平坦的形状。即，第I基板101以及第2基板102可以让光透过。第2电极104由导体构成，在第I基板101上延伸在第I方向的长度。第2电极104分为第2数的组而设置，各组包含多个第2电极104，组内的多个第2电极104在端部在与第I方向不同的第2方向上通过第2电极引出线105而电连接。通过I个第2电极引出线105连接的第2电极104属于同一组。其结果，排列在第2方向上的第2电极形成同一组。而且，在本实施方式中第I方向和第2方向正交。在第I基板101以及第2电极104上叠层电介质108。在电介质108上第I电极103配置为在第I方向上延伸。电介质108是用于使第I电极和第2电极不导通的绝缘层。第I电极103设置为分为第I数的组，各个组包含多个第I电极103，组内的多个第I电极103在端部电连接。相反，不同的组之间不电连接。第I电极103的延伸方向和第2电极104的延伸方向是同一方向。对于基板的水平方向上的位置，在相邻的2个第I电极103之间的位置(例如中央位置)配置I个第2电极
104。即第I电极103和第2电极104在水平方向上交替排列。在图1的例子中，在6个第I电极103之间配置5个第2电极104。相邻的2个第I电极103、位于这些第I电极103之间的第2电极104、位于该第2电极104上方的I个第3电极106成一组,通过2个第I电极103围出的区域和I个第3电极106重叠的区域成为局部显示的一个单位的区域。在图1的例子中，有15个一个单位的区域。而且，在本实施方式中，在第2电极引出线105的正上方未配置第3电极106。另夕卜，从上面看时，第2电极104形成为不在第3电极106彼此的间隙部分露出。进而，第2电极引出线形成在第I基板101和电介质108之间。液晶107是表示单轴双折射的液晶，填充在电介质108以及第I电极103和第2基板102之间。在第2基板102的液晶107层侧叠层第3电极106。第3电极106由导体构成，在第2基板102上延伸第2方向上的长度。第3电极106例如在第2方向上从第2基板102的一端延伸到另一端。第3电极106有作为第2电极104的组数的第2数。第3电极106分别与第2电极104的某一组对应设置。作为其另一例子，第3电极106与图1所示的例子相比也可以进一步进行2分割，是第2数的2倍的个数。第I地址电压供给部111电连接第I组的第2电极引出线105、位于该第2电极引出线105上方的第3电极106。第2地址电压供给部112电连接第2组的第2电极引出线
105、位于该第2电极引出线105上方的第3电极106。第3地址电压供给部113电连接第2组的第2电极引出线105和位于该第2电极引出线105上方的第3电极106。当对第3电极106进行2分割时，第i地址电压供给部(i=l，2，3)与第i组的第2电极引出线105、位于该第2电极引出线105上方的经过分割的电极分别连接，将连接目的地设定为规定的同一电位。而且，各地址电压供给部也可以连接多个组的第2电极引出线105。第I列电压供给部114电连接于第I组的第I电极103，第2列电压供给部115电连接于第2组的第I电极103。第I列电压供给部114以及第2列电压供给部115分别将连接目的地设定为规定的同一电位。在第I基板101下设置偏振光板109，在偏振光板109下设置2维图像显示装置110。2维图像显示装置110包含排列成矩阵形的像素，可以应用作为显示装置当前通常使用的装置。而且，在图1的偏振光板109中记载的箭头表示偏振光方向。2维图像显示装置110也可以包含偏振光板109。而且，在图1所示的例子中，作为第I电极103的组数的第I数是2，作为第2电极104的组数的第2数是3，但这只不过是一例，可以根据显示画面的大小、局部显示的区域的大小等适宜地变更。以下，说明2维显示和3维显示的切换(2D/3D切换)。图5表示 在具有图3的剖面的液晶透镜阵列元件上施加电压时的电场分布和液晶指向矢分布。从2维图像显示装置110射出的光502入射到液晶透镜阵列元件。图6是填充有液晶107的图3的剖面图。表示对各电极施加电压前的初始取向。液晶的初始取向方向是水平方向，在本实施方式中是透镜间距方向。即，是与第I电极、第2电极延伸的第I方向正交的方向，是第2方向。液晶有细长的分子构造，因为这种构造，在入射了偏振光方向是与液晶长轴的指向矢501相同的方向的光的情况下，以及入射了偏振光方向是与液晶短轴的指向矢501相同的方向的光的情况下，本实施方式的液晶透镜阵列元件具有不同的折射率。在第I基板101上的电介质108上对位于透镜边缘的第I电极103施加Vlon电压，对位于透镜中心的第2电极104施加V2on电压，假设Vlon > V2on，为了液晶层发现透镜效果施加最佳的电压。通过对具有图3的剖面的液晶透镜阵列元件这样施加电压，从透镜的透镜中心向透镜边缘液晶的指向矢501逐渐上升，由此，可以在透镜中心使折射率最高，在透镜边缘使折射率最低。参照图7说明该图5中的透镜的折射率分布。理想的折射率分布用下式表示。假设以透镜间距方向上的坐标Y、液晶分子的长轴方向的折射率Ne、液晶分子的短轴方向的折射率No、液晶的折射率的双折射特性Ne-No、坐标到+Ytl形成透镜，如果预先将其间距设置为2Y0,则可以用下式表示。[数I]
权利要求
1.一种折射率分布型液晶光学元件，其特征在于，具备: 第I基板，使光透过； 第2基板，使光透过； 液晶层，填充在上述第I基板和上述第2基板之间； 多个第I电极，形成于上述第I基板上的上述液晶层侧，并沿着第I方向延伸； 多个第2电极，形成于上述第I基板上，并沿着上述第I方向延伸；以及 第3电极，形成于上述第2基板上的上述液晶层侧， 形成有用于电连接多个上述第2电极的第2电极引出线，该多个上述第2电极沿着与上述第I方向不同的第2方向排列， 形成有使上述第I电极和上述第2电极电绝缘的电介质层， 上述第3电极沿着上述第2方向延伸而形成， 上述第I电极和上述第2电极的集合沿着上述第2方向重复配置。
2.根据权利要求1所述的折射率分布型液晶光学元件，其特征在于:上述第I电极和上述第2电极沿着上述第2方向交替重复配置。
3.根据权利要求1所述的折射率分布型液晶光学元件，其特征在于:电连接多个上述第I电极而形成组。
4.根据权利要求1所述的折射率分布型液晶光学元件，其特征在于:上述第2电极引出线形成在上述第I基板和上述电介质层之间。
5.根据权利要求4所述的折射率分布型液晶光学元件，其特征在于:上述第I电极以及上述第2电极形成在上述电介质层和上述液晶之间。
6.根据权利要求1所述的折射率分布型液晶光学元件，其特征在于:上述第I电极包括沿着上述第I方向延伸的部分、和具有弯曲的部分构成。
7.根据权利要求1所述的折射率分布型液晶光学元件，其特征在于:通过形成在上述第2电极间的上述第2电极引出线的一部分和上述第2电极，电连接沿着上述第2方向排列的多个上述第2电极。
8.根据权利要求1所述的折射率分布型液晶光学元件，其特征在于:上述第2电极引出线具有相对上述第2方向倾斜的部分。
9.根据权利要求1所述的折射率分布型液晶光学元件，其特征在于:电连接上述第2电极引出线和上述第3电极，上述第3电极与连接于该第2电极引出线的多个上述第2电极相对地配置。
10.根据权利要求3所述的折射率分布型液晶光学元件，其特征在于进一步具备: 第I电压供给部，向上述第2电极引出线、和与该第2电极引出线相对的上述第3电极提供相同的第I电压； 第2电压供给部，连接于上述第I电极的组，并提供第2电压。
11.根据权利要求1所述的折射率分布型液晶光学元件，其特征在于:上述第3电极与上述第2电极引出线相对地配置。
12.根据权利要求1所述的折射率分布型液晶光学元件，其特征在于:上述液晶层在不施加电压的情况下，液晶分子的长轴方向取向于与上述第I方向正交的方向。
13.一种折射率分布型液晶光学元件，其特征在于，具备:第I基板，使光透过； 第2基板，使光透过； 液晶层，填充在上述第I基板和上述第2基板之间； 多个第I电极，形成于上述第I基板上的上述液晶层侧，并沿着第I方向延伸； 多个第2电极，形成于上述第I基板上，并沿着上述第I方向延伸；以及 第3电极，形成于上述第2基板上的上述液晶层侧， 形成有用于电连接多个上述第2电极的第2电极引出线，该多个上述第2电极沿着与上述第I方向不同的第2方向排列， 形成有使上述第I电极和上述第2电极电绝缘的电介质层， 上述第3电极沿着上述第I方向延伸而形成， 上述第I电极和上述第2电极的集合沿着上述第2方向重复配置。
14.一种折射率分布型液晶光学元件，其特征在于，具备: 第I基板，使光透过； 第2基板，使光透过； 液晶层，填充在上述第I基板和上述第2基板之间； 多个第I电极，形成于上述第I基板上的液晶层侧； 多个第2电极，形成于上述第I基板上的液晶层侧；以及 多个第3电极，形成于上述第2基板上的液晶层侧， 形成有连接于上述第I电极并沿着第I方向延伸的第I电极引出线， 上述第2电极形成在上述第I电极的周围， 形成有连接于上述第2电极并沿着与上述第I方向不同的第2方向延伸的第2电极引出线， 形成有使上述第I电极和上述第2电极电绝缘的电介质层， 上述第3电极沿着上述第2方向延伸而形成， 上述第I电极和上述第2电极的集合沿着上述第2方向重复配置。
15.一种图像显示装置，其特征在于:具备权利要求1至14中的任意一项所述的折射率分布型液晶光学元件、和图像显示部。
全文摘要
本实施方式涉及的折射率分布型液晶光学元件包含第1基板、第2基板、液晶层、多个第1电极、多个第2电极、第3电极。第1基板以及第2基板使光透过。液晶层填充在第1基板和上述第2基板之间。多个第1电极的各自形成于第1基板上的上述液晶层侧，并沿着第1方向延伸。多个第2电极的各自形成于第1基板上并沿着上述第1方向延伸。多个第3电极形成于第2基板上的上述液晶层侧。形成有使第1电极和第2电极电绝缘的电介质层，第3电极沿着第2方向延伸而形成，第1电极和第2电极的集合沿着第2方向重复配置。
文档编号G02F1/1343GK103097941SQ20108006911
公开日2013年5月8日 申请日期2010年11月30日 优先权日2010年11月30日
发明者高木亚矢子, 上原伸一, 最首达夫 申请人:株式会社东芝