專利名稱：折射率分布型液晶光學元件以及圖像顯示裝置的制作方法
技術領域：
本發明的實施方式涉及折射率分布型液晶光學元件以及圖像顯示裝置。
背景技術：
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現2維(2D)圖像的顯示和3維(3D)圖像的顯示這樣的要求，提出了響應于該要求的技術。例如在專利文獻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。該液晶透鏡陣列元件具有在一個基板上周期性地配置的棒狀的電極。而后，在和形成在相對的另一個基板上的電極之間產生電場分布。通過該電場分布液晶層的取向發生變化，生成作為透鏡作用的折射率分布。通過控制施加于電極的電壓，能夠開關透鏡作用，所以能夠切換2D顯示和3D顯示。這樣通過電場控制液晶分子的取向方向的方式稱為液晶折射率分布型(GRIN:gradient index)透鏡方式。另外,在本構成中，由于對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。進而，例如在專利文獻2中記載了與液晶透鏡陣列元件分開設置偏振光可變單元的結構。根據該結構，通過在顯示面內切換入射到液晶透鏡陣列元件的光的偏振光狀態，就可以局部切換2D顯示和3D顯示。另外，例如在專利文獻2中，作為用于控制上述偏振光可變單元的驅動方法提出了基于標志位的驅動方法。這是通過將偏振光可變單元的多個電極分組，使得用于實現2D顯示和3D顯示的局部顯示的驅動容易的方法。專利文獻1:日本專利2000-102038號公報專利文獻2:日本特開2004-258631號公報專利文獻3:日本特開2010-78653號公報但是，在專利文獻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。其結果，能夠在整個畫面上切換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，在專利文獻2或者專利文獻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。

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


圖1是表示第I實施方式的立體圖像顯示裝置的側視分解圖。圖2是表示第I實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’線的剖面圖。圖4是圖2中的B-B’線的剖面圖。圖5是表示在圖3的透鏡中，透鏡功能為有效的電極構造、施加電壓時的液晶指向矢分布的剖面圖。圖6是表示在圖3的透鏡中，不對第2電極和第3電極施加電壓時的液晶指向矢分布的圖。圖7是表示根據圖5的液晶指向矢分布計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果的圖。圖9是用于說明第I實施方式的驅動法的圖。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于該電壓的標志位的圖。圖11是表示施加了圖10所示的電壓時的地址以及列的標志位和有無實現3D顯示的表。圖12是表示進行2個部分3D窗口顯示時的地址部、列部的標志值的圖。圖13是表示用于顯示2個窗口而施加的電壓波形和相當于該電壓的標志位的圖。圖14是表示施加于地址部、列部的電壓、實際施加于液晶的電壓、顯示模式的關系的表。圖15是在本實施方式的液晶透鏡陣列元件上應用了導電性密封材料時的上面透視圖。圖16是表示第2實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’線上的剖面圖中的液晶指向矢分布的圖。圖21是表示根據圖19的液晶指向矢分布計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果的圖。圖23是表示加上了在圖22所示的視差光線中的相鄰2視差光線的亮度輪廓的圖。圖24是表示第4實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實施方式的立體圖像顯示裝置的側視分解圖。圖30是表示第9實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’線的剖面圖。圖32是表示第10實施方式的液晶透鏡陣列元件的上面透視圖。(符號說明)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;106、2906 第3電極；107:液晶；108:電介質；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；1201、1202:3D窗口 ；1501:導電性密封材料；1601:接觸孔。
具體實施例方式以下，參照附圖詳細說明本實施方式涉及的折射率分布型液晶光學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，在以下的實施方式中，附加了同一參照符號的部分進行同樣的動作，適當地省略重復的說明。(第I實施方式)參照圖1、圖2、圖3以及圖4說明本實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中用黑粗線表示的部分表示透鏡一個單位。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’線的剖面圖，圖4是B-B’線的剖面圖。本實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105、第3電極106、液晶107、電介質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的部分相對應，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105、第3電極106、液晶107、電介質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)對應于相反的方向。另外，所謂水平方向設為在基板面內中的、與圖2中的A-A’線平行的方向。
第I基板101以及第2基板102由透明的材料構成，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。第2電極104由導體構成，在第I基板101上延伸在第I方向的長度。第2電極104分為第2數的組而設置，各組包含多個第2電極104，組內的多個第2電極104在端部在與第I方向不同的第2方向上通過第2電極引出線105而電連接。通過I個第2電極引出線105連接的第2電極104屬于同一組。其結果，排列在第2方向上的第2電極形成同一組。而且，在本實施方式中第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108。在電介質108上第I電極103配置為在第I方向上延伸。電介質108是用于使第I電極和第2電極不導通的絕緣層。第I電極103設置為分為第I數的組，各個組包含多個第I電極103，組內的多個第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。對于基板的水平方向上的位置，在相鄰的2個第I電極103之間的位置(例如中央位置)配置I個第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個第I電極103之間配置5個第2電極104。相鄰的2個第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個第3電極106成一組,通過2個第I電極103圍出的區域和I個第3電極106重疊的區域成為局部顯示的一個單位的區域。在圖1的例子中，有15個一個單位的區域。而且，在本實施方式中，在第2電極引出線105的正上方未配置第3電極106。另夕卜，從上面看時，第2電極104形成為不在第3電極106彼此的間隙部分露出。進而，第2電極引出線形成在第I基板101和電介質108之間。液晶107是表示單軸雙折射的液晶，填充在電介質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層側疊層第3電極106。第3電極106由導體構成，在第2基板102上延伸第2方向上的長度。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的組數的第2數。第3電極106分別與第2電極104的某一組對應設置。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一步進行2分割，是第2數的2倍的個數。第I地址電壓供給部111電連接第I組的第2電極引出線105、位于該第2電極引出線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
105、位于該第2電極引出線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105和位于該第2電極引出線105上方的第3電極106。當對第3電極106進行2分割時，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105、位于該第2電極引出線105上方的經過分割的電極分別連接，將連接目的地設定為規定的同一電位。而且，各地址電壓供給部也可以連接多個組的第2電極引出線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定為規定的同一電位。在第I基板101下設置偏振光板109，在偏振光板109下設置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，可以應用作為顯示裝置當前通常使用的裝置。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的組數的第I數是2，作為第2電極104的組數的第2數是3，但這只不過是一例，可以根據顯示畫面的大小、局部顯示的區域的大小等適宜地變更。以下，說明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的電場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。液晶有細長的分子構造，因為這種構造，在入射了偏振光方向是與液晶長軸的指向矢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108上對位于透鏡邊緣的第I電極103施加Vlon電壓，對位于透鏡中心的第2電極104施加V2on電壓，假設Vlon > V2on，為了液晶層發現透鏡效果施加最佳的電壓。通過對具有圖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。參照圖7說明該圖5中的透鏡的折射率分布。理想的折射率分布用下式表示。假設以透鏡間距方向上的坐標Y、液晶分子的長軸方向的折射率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、坐標到+Ytl形成透鏡，如果預先將其間距設置為2Y0,則可以用下式表示。[數I]
權利要求
1.一種折射率分布型液晶光學元件，其特征在于，具備: 第I基板，使光透過； 第2基板，使光透過； 液晶層，填充在上述第I基板和上述第2基板之間； 多個第I電極，形成于上述第I基板上的上述液晶層側，并沿著第I方向延伸； 多個第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， 形成有用于電連接多個上述第2電極的第2電極引出線，該多個上述第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方向重復配置。
2.根據權利要求1所述的折射率分布型液晶光學元件，其特征在于:上述第I電極和上述第2電極沿著上述第2方向交替重復配置。
3.根據權利要求1所述的折射率分布型液晶光學元件，其特征在于:電連接多個上述第I電極而形成組。
4.根據權利要求1所述的折射率分布型液晶光學元件，其特征在于:上述第2電極引出線形成在上述第I基板和上述電介質層之間。
5.根據權利要求4所述的折射率分布型液晶光學元件，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層和上述液晶之間。
6.根據權利要求1所述的折射率分布型液晶光學元件，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成。
7.根據權利要求1所述的折射率分布型液晶光學元件，其特征在于:通過形成在上述第2電極間的上述第2電極引出線的一部分和上述第2電極，電連接沿著上述第2方向排列的多個上述第2電極。
8.根據權利要求1所述的折射率分布型液晶光學元件，其特征在于:上述第2電極引出線具有相對上述第2方向傾斜的部分。
9.根據權利要求1所述的折射率分布型液晶光學元件，其特征在于:電連接上述第2電極引出線和上述第3電極，上述第3電極與連接于該第2電極引出線的多個上述第2電極相對地配置。
10.根據權利要求3所述的折射率分布型液晶光學元件，其特征在于進一步具備: 第I電壓供給部，向上述第2電極引出線、和與該第2電極引出線相對的上述第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.根據權利要求1所述的折射率分布型液晶光學元件，其特征在于:上述第3電極與上述第2電極引出線相對地配置。
12.根據權利要求1所述的折射率分布型液晶光學元件，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元件，其特征在于，具備:第I基板，使光透過； 第2基板，使光透過； 液晶層，填充在上述第I基板和上述第2基板之間； 多個第I電極，形成于上述第I基板上的上述液晶層側，并沿著第I方向延伸； 多個第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， 形成有用于電連接多個上述第2電極的第2電極引出線，該多個上述第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方向重復配置。
14.一種折射率分布型液晶光學元件，其特征在于，具備: 第I基板，使光透過； 第2基板，使光透過； 液晶層，填充在上述第I基板和上述第2基板之間； 多個第I電極，形成于上述第I基板上的液晶層側； 多個第2電極，形成于上述第I基板上的液晶層側；以及 多個第3電極，形成于上述第2基板上的液晶層側， 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， 上述第2電極形成在上述第I電極的周圍， 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， 形成有使上述第I電極和上述第2電極電絕緣的電介質層， 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方向重復配置。
15.一種圖像顯示裝置，其特征在于:具備權利要求1至14中的任意一項所述的折射率分布型液晶光學元件、和圖像顯示部。
全文摘要
本實施方式涉及的折射率分布型液晶光學元件包含第1基板、第2基板、液晶層、多個第1電極、多個第2電極、第3電極。第1基板以及第2基板使光透過。液晶層填充在第1基板和上述第2基板之間。多個第1電極的各自形成于第1基板上的上述液晶層側，并沿著第1方向延伸。多個第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。多個第3電極形成于第2基板上的上述液晶層側。形成有使第1電極和第2電極電絕緣的電介質層，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方向重復配置。
文檔編號G02F1/1343GK103097941SQ20108006911
公開日2013年5月8日 申請日期2010年11月30日 優先權日2010年11月30日
發明者高木亞矢子, 上原伸一, 最首達夫 申請人:株式會社東芝