專利名稱：圖像顯示裝置和可變透鏡陣列的制作方法
技術領域：
本發明涉及圖像顯示裝置。此外，本發明涉及可變透鏡陣列。
背景技術：
存在能夠以圖像觀察者觀察具有視差的兩個圖像的方式實現立體觀察的各種圖像顯示裝置。圖像顯示裝置的能夠實現立體觀察的方法大致分成兩種方法使用眼鏡的方法，其中通過眼鏡將視差圖像分別呈現給右眼和左眼；和裸眼觀察方法，其中將視差圖像呈現給右眼和左眼而不使用眼鏡。對于使用裸眼觀察方法的圖像顯示裝置，實際上已經使用將透鏡陣列(例如，柱狀透鏡)與用于顯示ニ維圖像的圖像顯示部分結合的圖像顯示裝置。 圖30A和30B示出了將具有透鏡列的透鏡陣列設置在圖像顯示部分和圖像觀察者之間的圖像顯示裝置的操作的概念圖。如圖30A所示，從由符號Rl、R3、R5、R7和R9所指示的像素群組發射出的ー組光線到達觀察點2。此外，如圖30B所示，從由符號L2、L4、L6、L8和LlO所指示的像素群組發射出的一組光線到達觀察點I。如上所述，在與圖像顯示部分相距預定距離處的位置上，分別觀察到觀察點I上的圖像和觀察點2上的圖像。圖像觀察者的左眼和右眼定位在觀察點I和觀察點2，通過由符號L2、L4、L6、L8和LlO所指示的像素群組顯示用于左眼的圖像，通過由符號Rl、R3、R5、R7和R9所指示的像素群組顯示用于右眼的圖像。在這種情況下，圖像觀察者將圖像識別為立體圖像。同時，在能夠實現立體顯示的圖像顯示裝置中，優選地能夠毫無問題地顯示正常圖像(ニ維圖像)。也就是說，優選采用能夠切換立體圖像的顯示和正常圖像的顯示的構造。當透鏡陣列的透鏡列的屈光力可變時，可以切換立體圖像的顯示和正常圖像的顯示。例如，如圖2所示，在日本未審查專利申請公開No. 2001-133918中，對于能夠改變透鏡列的屈光力的可變透鏡陣列，提出了具有將液晶層設置在具有透明電極的ー對透鏡襯底之間的結構的可變透鏡陣列。在具有上述結構的可變透鏡陣列中，透鏡列由使用液晶材料的梯度折射率(gradient index)透鏡形成,并因此能夠通過改變ー對襯底之間的電壓來改變透鏡列的屈光力。
發明內容
在由使用液晶材料的梯度折射率透鏡(在下文中簡稱為液晶GRIN透鏡)形成的可變透鏡陣列中，需要在ー對襯底之間保持預定空間。因為形成光學透鏡列，所以可變透鏡陣列的液晶層在某種程度上比通常的液晶顯示面板的液晶層厚。例如，當由在襯底之間分布的球形隔離件來保持襯底之間的空間時，每個隔離件的直徑的大小與圖像顯示裝置的每個像素的寬度相比是不可忽視的，因此圍繞隔離件的液晶分子的取向處于混亂狀態，從而使透鏡性能降低。從而，顯示圖像的圖像質量惡化。因此，本發明期望提供能夠減小顯示圖像的圖像質量惡化的圖像顯示裝置和可變透鏡陣列。
根據本發明的第一實施例，提供圖像顯示裝置，其包括圖像顯示部分，其顯示ニ維圖像；和可變透鏡陣列，其包括具有第一電極的第一襯底、具有第二電極的第二襯底、和設置在第一襯底和第二襯底之間的液晶層，其中，通過施加在第一電極和第二電極之間的電壓來改變可變透鏡陣列的每個透鏡列的屈光力的值。在該裝置中，可變透鏡陣列設置成與圖像顯示部分相対。在該裝置中，在可變透鏡陣列的第一襯底和第二襯底之間，將壁狀或柱狀隔離件設置在當可變透鏡陣列的每個透鏡列的屈光力的值改變時，液晶層的液晶分子的取向方向不改變的位置上。根據本發明的第二實施例，提供可變透鏡陣列，其包括具有第一電極的第一襯底；具有第二電極的第二襯底；和設置在第一襯底和第二襯底之間的液晶層。在該可變透鏡陣列中，通過施加在第一電極和第二電極之間的電壓來改變可變透 鏡陣列的每個透鏡列的屈光力的值。在該可變透鏡陣列中，在第一襯底和第二襯底之間，將壁狀或柱狀隔離件設置在當可變透鏡陣列的每個透鏡列的屈光力的值改變時，液晶層的液晶分子的取向方向不改變的位置上。根據本發明的第三實施例，提供圖像顯示裝置，其包括圖像顯示部分，其顯示ニ維圖像；和可變透鏡陣列，其包括具有第一電極的第一襯底、具有第二電極的第二襯底、和設置在第一襯底和第二襯底之間的液晶層，其中，通過施加在第一電極和第二電極之間的電壓來改變可變透鏡陣列的每個透鏡列的屈光力的值。在該裝置中，可變透鏡陣列設置成與圖像顯示部分相対。在該裝置中，在透鏡列的中央部分上設置壁狀或柱狀隔離件。根據本發明的第四實施例，提供可變透鏡陣列，其包括具有第一電極的第一襯底；具有第二電極的第二襯底；和設置在第一襯底和第二襯底之間的液晶層。在該可變透鏡陣列中，通過施加在第一電極和第二電極之間的電壓來改變可變透鏡陣列的每個透鏡列的屈光力的值。 在該可變透鏡陣列中，在透鏡列的中央部分上設置壁狀或柱狀隔離件。根據本發明的第五實施例，提供圖像顯示裝置，其包括圖像顯示部分，其顯示ニ維圖像；和可變透鏡陣列，其包括具有第一電極的第一襯底、具有第二電極的第二襯底、和設置在第一襯底和第二襯底之間的液晶層，其中，通過施加在第一電極和第二電極之間的電壓來改變可變透鏡陣列的每個透鏡列的屈光力的值。在該裝置中，可變透鏡陣列設置成與圖像顯示部分相対。在該裝置中，在彼此相鄰的透鏡列的邊界部分上設置壁狀或柱狀隔離件。根據本發明的第六實施例，提供可變透鏡陣列，其包括具有第一電極的第一襯底；具有第二電極的第二襯底；和設置在第一襯底和第二襯底之間的液晶層。在該可變透鏡陣列中，通過施加在第一電極和第二電極之間的電壓來改變可變透鏡陣列的每個透鏡列的屈光力的值。在該可變透鏡陣列中，在彼此相鄰的透鏡列的邊界部分上設置壁狀或柱狀隔離件。在本發明的可變透鏡陣列和/或構成本發明的圖像顯示裝置的可變透鏡陣列中，將壁狀或柱狀隔離件設置在當可變透鏡陣列的每個透鏡列的屈光力的值改變時，液晶層的液晶分子的取向方向不改變的位置上。相應的，即使透鏡列的屈光力的值改變，隔離件和圍繞隔離件的液晶層之間的光學關系基本恒定。從而，因為減小了由隔離件引起的透鏡性能的惡化，可以減小顯示圖像的圖像質量的惡化。
圖I是根據第一實施例的圖像顯示裝置在虛擬拆分開時的示意性透視圖；圖2是可變透鏡陣列的正面的 示意性頂部平面圖；圖3是可變透鏡陣列的背面的示意性頂部平面圖；圖4是沿著圖2的III-III線取得的截面圖；圖5是部分地示出在顯示立體圖像時的可變透鏡陣列和圖像顯示部分的示意性截面圖；圖6是部分地示出圖像顯示部分和可變透鏡陣列的示意性透視圖；圖7是部分地示出在顯示正常圖像時的可變透鏡陣列和圖像顯示部分的示意性截面圖；圖8是部分地示出圖像顯示部分和可變透鏡陣列的示意性透視圖；圖9是第一修改示例的可變透鏡陣列的正面的示意性頂部平面圖；圖10是可變透鏡陣列的背面的示意性頂部平面圖；圖11是第二修改示例的可變透鏡陣列的正面的示意性頂部平面圖；圖12是可變透鏡陣列的背面的示意性頂部平面圖；圖13是根據第二實施例的可變透鏡陣列的正面的示意性頂部平面圖；圖14是可變透鏡陣列的背面的示意性頂部平面圖；圖15是沿著圖13的XV-XV線取得的截面圖；圖16是部分地示出在顯示立體圖像時的可變透鏡陣列和圖像顯示部分的示意性截面圖；圖17是部分地示出圖像顯示部分和可變透鏡陣列的示意性透視圖；圖18是部分地示出在顯示正常圖像時的可變透鏡陣列和圖像顯示部分的示意性截面圖；圖19是部分地示出圖像顯示部分和可變透鏡陣列的示意性透視圖；圖20是部分地示出根據第三實施例的可變透鏡陣列的截面圖；圖21是部分地示出在顯示立體圖像時的可變透鏡陣列和圖像顯示部分的示意性截面圖；圖22是部分地示出圖像顯示部分和可變透鏡陣列的示意性透視圖；圖23是部分地示出在顯示正常圖像時的可變透鏡陣列和圖像顯示部分的示意性截面圖；圖24是部分地示出圖像顯示部分和可變透鏡陣列的示意性透視圖；圖25是部分地示出根據第四實施例的可變透鏡陣列的截面圖；圖26是部分地示出在顯示立體圖像時的可變透鏡陣列和圖像顯示部分的示意性截面圖27是部分地示出圖像顯示部分和可變透鏡陣列的示意性透視圖；圖28是部分地示出在顯示正常圖像時的可變透鏡陣列和圖像顯示部分的示意性截面圖；圖29是部分地示出圖像顯示部分和可變透鏡陣列的示意性透視圖；圖30A和30B是將具有透鏡列的透鏡陣列設置在圖像顯示部分和圖像觀察者之間的圖像顯示裝置的操作的概念圖。
具體實施例方式在下文中，參考附圖，將描述本發明的實施例。本發明不限于這些實施例，各種數值和材料都是示例。在下面的描述中，相同的元件和具有相同功能的元件由相同的附圖標記和符號表示，并省略重復的描述。此外，以下列項目的順序進行描述。 I.根據本發明的圖像顯示裝置和可變透鏡陣列的概述2.第一實施例3.第二實施例4.第三實施例5 第四實施例(其他的)根據本發明的圖像顯示裝置和可變透鏡陣列的概述在本發明的可變透鏡陣列和/或在本發明的圖像顯示裝置中使用的可變透鏡陣列(在下文中簡稱為本發明的可變透鏡陣列)中，如上所述，壁狀或柱狀隔離件設置在這樣的位置上，在該位置上當可變透鏡陣列的每個透鏡列的屈光力的值改變時，液晶層的液晶分子的取向方向不改變。這里，術語“液晶分子的取向方向不改變”定義為不僅包括液晶分子的取向方向嚴格地不改變的情況，還包括液晶分子的取向方向基本不改變的情況。也就是說，允許有在設計或制造中引起的各種偏差。在假定在圖像觀察者使用裝置的狀態下該觀察者要按壓可變透鏡陣列的表面的情況下，為了確保對抗表面上的力的所謂強度，優選采用使用壁狀隔離件的構造。可替換地，優選采用布置柱狀隔離件的構造，所述柱狀隔離件的數量足夠確保對抗表面上的力的充分強度。此外，柱狀隔離件的形狀不具體限定，例如，柱狀隔離件的形狀可以是棱柱形或圓柱形。第一襯底中的第一電極的平面形狀和第二襯底中的第二電極的平面形狀可以適合于可變透鏡陣列的設計。基本地，第一電極和第二電極當中的ー個形成為具有平面形狀的公共電極，另ー個形成為具有條帶形狀的電極。此外，當將直流電壓連續地施加到液晶層時，這引起液晶材料的惡化。因此，與通常的液晶顯示面板類似，可變透鏡陣列可以受到驅動，以使得第一電極和第二電極之間的電壓的極性順序地反轉。在包括根據第一電極和第二電極的設計和將電壓施加到第一電極和第二電極的設置的上述優選構造的本發明的可變透鏡陣列中，壁狀或柱狀隔離件可以構造成設置在透鏡列的中央部分上，和/或壁狀或柱狀隔離件可以構造成設置在透鏡列的鄰近另一透鏡列的邊界部分上。在包括上述優選構造的本發明的可變透鏡陣列中，從確保液晶材料的流動性的角度來看，優選應當通過密封部分來密封第一襯底的外周部分和第二襯底的外周部分。因此，還優選在壁狀或柱狀隔離件的端部與密封部分之間設置間隔。組成可變透鏡陣列的第一襯底或第二襯底可以由光學透明材料(即，不太多吸收光的材料)制成。構成第一襯底或第二襯底的材料的示例包括丙烯酸樹脂、聚碳酸酯樹脂(PC)、ABS樹脂、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚芳酯樹脂(PAR)、聚對苯ニ甲酸こニ醇酯樹脂(PET)和玻璃。構成第一襯底和第二襯底的材料可以相同，或者可以不同。第一襯底的第一電極或第二襯底的第二電極可以由具有光學透過性的金屬薄膜或透明導電材料(例如，氧化銦錫(ITO)或氧化銦鋅(IZO))制成。第一電極或第二電極可以由現有方法形成，例如，以真空沉積或濺射為示例的物理氣相沉積(PVD)、或各種化學氣相沉積(CVD)。此外，可以通過現有方法(例如作為光刻和蝕刻的組合的剝離(liftoff))對電極進行圖案化。可以使用向列型液晶等用于構成置于第一電極和第二電極之間的液晶層。構成液晶層的材料不具體限定。對于材料，可以使用正性液晶材料，可以使用負性液晶材料。在第一電極和第二電極與液晶層接近的表面當中的至少ー個可以受到配向處理，以設置液晶分子的預傾角或取向方向。可以通過用于形成將在研磨處理(rubbingprocess)中使用的取向膜的方法來執行配向處理。取向膜可以由聚酰亞胺材料等制成。形成壁狀或柱狀隔離件的方法不具體限定。形成隔離件的方法的示例包括絲網印刷方法和感光方法。絲網印刷方法是這樣的方法在與形成隔離件的部分相對應的絲網部分中形成開ロ，通過使用刮板使得用于形成隔離件的材料經過絲網，在襯底上形成用于形成隔離件的材料層，并在必要時執行固化處理。感光方法是在襯底上形成具有光敏性的用于形成隔離件的材料層并通過曝光和顯影對用于形成隔離件的材料層進行圖案化的方法。隔離件可以由透明聚合物等制成。對第一襯底的外周部分和第二襯底的外周部分之間的間隙進行密封的密封部分可以由熱固性環氧基樹脂等制成。對于在本發明的圖像顯示裝置中使用的圖像顯示部分，可以使用現有的顯示裝置，例如，液晶顯示面板、電致發光顯示面板或等離子體顯示面板。圖像顯示部分可以是單色顯示，可以是彩色顯示。在將要描述的各個實施例中，使用透過型單色液晶顯示面板作為圖像顯示部分。此外，在實施例中，將在可變透鏡陣列被設置在圖像顯示部分和圖像觀察者之間的假設下進行描述。此外，本發明的結構不限于此，本發明的結構可以構造成使得可變透鏡陣列被設置在透過型顯示面板和照明部分之間。液晶顯示面板例如由具有透明公共電極的前面板、具有透明像素電極的后面板、和設置在前面板和后面板之間的液晶材料形成。液晶顯示面板的操作模式不限于此。顯示面板可以構造成以所謂的TN模式受到驅動，可以構造成以VA模式或IPS模式受到驅動。當圖像顯示部分的像素MXN的數量由(M, N)表示時,對于(M, N)的值,具體地，可以以ー些圖像顯示分辨率作為示例，例如，VGA(640,480), S-VGA(800，600)、XGA(1024，768)、APRC(1152，900)、S-XGA (1280, 1024)、U-XGA (1600,1200)、HD-TV (1920,10 80)、Q-XGA(2048，1536)、(1920，1035)、(720，480)和(1280,960) 但是，(M，N)的值不限于上述這些值。對于從透過型顯示面板的后側照射該透過型顯示面板的照明部分，可以使用現有的照明設備。照明部分的構造不具體限定。照明部分可以由光源、棱鏡片、漫射板、導光板等形成。對圖像顯示部分和可變透鏡陣列進行驅動的驅動電路可以由各種電路構成。這些電路可以使用現有的電路元件。說明書中描述的各種條件嚴格地成立和基本成立的情況都滿足。允許有在設計或制造中引起的各種偏差。第一實施例第一實施例涉及根據本發明的圖像顯示裝置和可變透鏡陣列。圖I是根據第一實施例的圖像顯示裝置在虛擬拆分開時的示意性透視圖。
如圖I所示，圖像顯示裝置I包括顯示ニ維圖像的圖像顯示部分10 ;和可變透鏡陣列30，其包括具有第一電極的第一襯底130A、具有第二電極的第二襯底130B、和設置在第一襯底130A和第二襯底130B之間的液晶層，其中通過施加在第一電極和第二電極之間的電壓來改變該可變透鏡陣列30的每個透鏡列31的屈光力的值。此外，附圖標記138表示第一襯底130A和第二襯底130B之間的密封部分。可變透鏡陣列30設置成面對圖像顯示部分10的正面(圖像觀察者ー側)，并且由未示出的保持構件所固定，以使得可變透鏡陣列30面對圖像顯示部分10并且在可變透鏡陣列30和圖像顯示部分10之間設置有預定間隔，根據設計來設置所述預定間隔。如之后所述的，在可變透鏡陣列30的第一襯底130A和第二襯底130B之間，壁狀隔離件設置在這樣的位置上，在該位置上當可變透鏡陣列30的每個透鏡列31的屈光力的值改變時液晶層的液晶分子的取向方向不改變。在第一實施例中，柱狀隔離件設置在透鏡列31的中央部分上。發射光的照明部分20設置在圖像顯示部分10的后面。照明部分20由諸如光源、棱鏡片、漫射板和導光板的構件(圖中未示出該構件)構成。圖中未示出的第一偏振膜附接到圖像顯示部分10的后表面ー側，以使得偏振方向為X方向，第二偏振模附接到圖像顯示部分10的前表面ー側，以使得偏振方向為Y方向。通過使圖中未示出的驅動電路來驅動圖像顯示部分10以控制像素內的液晶分子的取向方向，顯示出基于從外部傳輸的視頻信號的ニ維圖像。此外，在通過使圖中未示出的分離的驅動電路來驅動可變透鏡陣列30而顯示立體圖像的情況下和顯示正常圖像的情況下，透鏡列31的屈光力的值分別設置成預定值。在圖像顯示部分10的顯示區域11中，M個像素12布置在水平方向(圖中的X方向)上，N個像素12布置在垂直方向(圖中的Y方向)上。第m個(m= 1，2，...，M)像素12表示為像素12^。在可變透鏡陣列30中，沿水平方向布置在垂直方向上延伸的P個透鏡列(可變透鏡列)31。第p個(p = 1，2，...，P)透鏡列31由透鏡列3ら表示。將描述上述“ P”和“ M”之間的關系。為便于描述，在顯示立體圖像時圖像的觀察點的數量是中央觀察區域WAc中的觀
察點Al、A2.....和A4這4個，但是這僅僅是示例。觀察區域的數量和觀察點的數量可以
根據圖像顯示裝置I的設計適當地設置。通過適當地設置圖像顯示部分10和透鏡列31的位置關系等，即使在中央觀察區域WAe的左側區域W\和右側區域WAk中，也可看到用于各個觀察點的圖像。隨后，參考圖2到4，將描述可變透鏡陣列30的構造。圖2是可變透鏡陣列的正面的示意性頂部平面圖。第二襯底130B的一部分被切除并顯示在圖2中。 圖3是可變透鏡陣列的背面的示意性頂部平面圖。第一襯底130A的一部分被被切除并顯示在圖3中。圖4是沿著圖2的III-III線取得的截面圖。如圖4所示，可變透鏡陣列30包括具有第一電極131i、1312、...、和1318的第一襯底130A ;具有第二電極134的第二襯底130B ;設置在第一襯底130A和第二襯底130B之間的液晶層137。此外,第一電極131^131;^...、和1318可以集體由第一電極131表ホ。其他元件同樣如此。第一電極131和第二電極134分別形成在第一襯底130A和第二襯底130B各自的液晶層137 —側的表面(內表面)上。液晶層137由正向列型液晶材料形成。第一電極131和第二電極134由稱作ITO的透明導電材料形成，并且通過現有的膜形成技術來形成。通過圖案化技術使第一電極131形成為圖2中所示的預定的條帶形狀。第二電極134構成所謂的公共電極，并且形成在第二襯底130B的整個表面上。此外，為便于說明，在圖3中，沒有示出之后將描述的第二電極134和第二取向膜135。此外，在圖2中，也省略了之后將描述的第一取向膜133。如圖4所不,覆蓋包括第一電極131的整個表面的第一取向膜133形成于第ー襯底130A上，覆蓋包括第二電極134的整個表面的第二取向膜135形成于第二襯底130B上。這些取向膜例如由聚酰亞胺材料制成，在這些取向膜的表面上執行研磨處理。在沒有施加電場的狀態下，第一取向膜133和第二取向膜135限定液晶分子137A的分子軸的方向。第一取向膜133和第二取向膜135受到在沒有施加電場的狀態下使液晶分子137A的長軸定向到Y方向、并且在施加電場時使該長軸傾斜到Z方向的配向處理。此外，圖4示出在沒有施加電場時液晶分子137A的取向。從圖中沒有示出的驅動電路將預定電壓施加到第二電極 134。一個透鏡列31基本上對應四列像素12。當透鏡列31在水平方向上的間距和像素12在水平方向上的間距分別由符號LD和符號ND表示吋，LD 4XND。例如，假設像素間距ND是0. 3 [mm]，則透鏡列31的間距LD約為I. 2 [mm]。此外，上述“P”和“M”滿足P ^ M/4的關系。如圖2和4所示，在組成ー個透鏡列31的區域中，布置具有在垂直方向上延伸的
條帶形狀的第一電極13し、1312.....和1318。如圖4所示，第一電極131在它們之間設置有
預定間隔NW的狀態下沿水平方向布置。符號EW表示第一電極131在水平方向上的寬度。透鏡列間距LD、間隔NW和寬度EW滿足LD = 8X (NW+EW)的關系。此外，與一個透鏡列31相對應的第一電極131的數量不限于8，可以根據可變透鏡陣列30的設計適當地設置。間隔NW和寬度EW的值不具體限定，例如，可以考慮圖案化技術而設置成適當的值。如圖2所示，還將具有在水平方向上延伸的條帶形狀的饋線13も、1322、...、1324設置在第一襯底130A上。基本上以與第一電極131相同的制造處理來形成饋線132:到1324。第一電極13し和1318連接到饋線132i，第一電極1312和1317連接到饋線1322。此夕卜，第一電極1313和1316連接到饋線1323，第一電極1314和1315連接到饋線1324。此外，在圖2中，未示出饋線132和電極131的觸點。
從上述連接關系可以明顯看出，通過施加到饋線13 的電壓來控制第一電極Ul1和1318的電壓，通過施加到饋線1322的電壓來控制第一電極1312和1317的電壓。此外，通過施加到饋線1323的電壓來控制第一電極1313和1316的電壓，通過施加到饋線1324的電壓來控制第一電極1314和1315的電壓。単獨的電壓分別從圖中未示出的驅動電路施加到饋線 13も、1322、.、和 1324。此外，如圖3和4所示，在構成ー個透鏡列31的區域中，設置在垂直方向上延伸的壁狀隔離件136。隔離件136設置在第二襯底130B的第二取向膜135上的規定位置上。隔離件136 由透明聚合物材料形成，并且通過對在第二取向膜135上設置的用于形成隔離件的、并且具有光敏性的材料層進行曝光和顯影來形成隔離件136。在第一實施例中，在透鏡列31的中央部分的位置上，隔離件136設置在第二取向膜135上。相對于穿過隔離件136的中央的線，第一電極131:和1318設置成対稱的。其他電極同樣如此。在圖4中，符號SW表示隔離件136在水平方向上的寬度。此外，符號SH表示隔離件136在Z方向上的高度。寬度SW例如是25 [iim]，高度SH例如是50 [iim]。如圖I到3所示，第一襯底130A的外周部分和第二襯底130B的外周部分被密封部分138所密封，所述密封部分138例如由環氧基樹脂材料形成。圖3中所示的隔離件136的長度SL設置成使得在隔離件136的端部和密封部分138之間可設置間隔Dl和D2的值。間隔Dl和D2的值設置成使得在制造可變透鏡陣列30時液晶材料可沒有任何問題地流入襯底之間的間隙中的值。將描述制造可變透鏡陣列30的方法。在第一襯底130A上適當地形成第一電極131、第一到第四饋線、第一取向膜133等。此外，在第二襯底130B上適當地形成第二電極134、第二取向膜135、隔離件136等。此外，第一襯底130A和第二襯底130B受到上述處理以彼此面對，在第一襯底130A和第二襯底130B之間設置有液晶材料，并且第一襯底130A和第二襯底130B的外周被密封，從而可以獲得可變透鏡陣列30。隨后，參考圖5到8，將描述可變透鏡陣列30的操作。首先，將描述在顯示立體圖像時的操作，隨后，將描述在顯示正常圖像時的操作。圖5是部分地示出在顯示立體圖像時的可變透鏡陣列和圖像顯示部分的示意性截面圖。圖6是部分地示出圖像顯示部分和可變透鏡陣列的示意性透視圖。在操作圖像顯示裝置I時，例如，將0[伏持]施加到第二電極134。然后，在顯示立體圖像的情況下，例如，將30 [伏特]施加到饋線132:，將20 [伏特]施加到饋線1322，將10 [伏特]施加到饋線1323，將0 [伏特]施加到饋線1324。在這種狀態下，第二電極134與連接到饋線13 的第一電極13し和1318之間的電壓是30[伏持]。相應的，在第二電極134與第一電極13し和1318之間產生電場，然后液晶分子137A的長軸被定向到Z方向。此外，第二電極134、與連接到饋線1322的第一電極1312和1317之間的電壓是20[伏持]。相應的，在第二電極134與第一電極1312和1317之間產生比剛才產生的電場強度小的電場。液晶分子137A的長軸被定向到Z方向，但是取向的程度略低。第二電極134與連接到饋線1323的第一電極1313和1316之間的電壓是10 [伏特]。相應地，在第二電極134與第一電極1313和1316之間也產生電場，然后液晶分子137A的長軸被定向到Z方向，但是取向的程度更低。另ー方面，第二電極134與連接到饋線1324的第一電極1314和1315之間的電壓是0[伏持]。相應地，在第二電極134與第一電極1314和1315之間不產生電場，然后液晶分子137A的長軸保持在Y方向。液晶層137由正向列型液晶材料形成。液晶分子137A在長軸方向上的折射率大于其在短 軸方向上的折射率。因此，如在圖5的圖示中所示，在透鏡列31的外周部分處液晶層137的折射率小，而在越靠近中央部分的位置上折射率越大。此外，圖5中所示的符號“nS”和符號“nL”分別表不液晶分子137A在短軸方向上的折射率和液晶分子137A在長軸方向上的折射率。此外，圖5中所示的圖示是示意性的，因此并不表示折射率的最小值和最大值通常是“nS”和“nL”。之后將描述的其他附圖中的圖示同樣如此。在這個狀態下，在透鏡列31的更靠近外周部分的位置上透射穿過透鏡列31的光的波陣面比透鏡列31的中央部分傳播得更快。相應的，光傳播成使得波陣面集中到中央點。因此，透鏡列31構成用作凸透鏡的液晶GRIN透鏡。圖6中所示的條帶形狀的透鏡列31被認為在光學上與圓柱凸透鏡列相同，并因此用作柱狀透鏡。此外，圖5中所示的折射率的圖不等不出了選擇具有與液晶分子137A的長軸方向的折射率相同的折射率的材料作為形成隔離件136的聚合物材料的示例性情況。此外，在圖6、圖8和之后描述的類似圖中，為便于說明，省略了隔離件136。從像素12發出的用于對觀察點Al、A2、...、和A4形成圖像的光的傳播方向在光透射穿過透鏡列31時可以改變，并且光被定向到預定方向。從而，在圖I中所示的觀察區域WA中，可以觀察用于預定觀察點的圖像。圖7是部分地示出在顯示正常圖像時的可變透鏡陣列和圖像顯示部分的示意性截面圖。圖8是部分地示出圖像顯示部分和可變透鏡陣列的示意性透視圖。當顯示正常圖像時，例如，將0[伏特]施加到饋線132:、1322、...、和1324。在這個狀態下，第二電極134與第一電極13^13“、...、和1318之間的電壓是0[伏持]。相應的，在第二電極134與所有的第一電極131之間不產生電場，液晶分子137A的長軸保持在Y方向。在這個狀態下，液晶層137用作簡單的透明襯底，該襯底由折射率為“nL”的材料形成。也就是說，圖8中所示的具有條帶形狀的透鏡列31的屈光力變小。相應的，圖像顯示裝置I的狀態變成與沒有設置透鏡陣列的裝置的狀態類似，因此可以觀察正常圖像。從圖5和圖7之間的對比可以明顯看出，在顯示立體圖像的情況下和在顯示正常圖像的情況下，圍繞隔離件136的液晶分子137A的取向方向保持恒定。如上所述，每個隔離件136設置在當透鏡列31的屈光力的值改變時液晶層137的液晶分子137A不移動的位置上。相應的，即使隔離件136對圍繞隔離件136的液晶分子137A的初始取向狀態有影響，也不擾亂通過施加在第一電極131和第二電極134之間的電壓而進行的對液晶分子137A的取向操作。此外，當選擇具有與液晶分子137A在長軸方向上的折射率基本相同的折射率的材料作為構成隔離件136的聚合物材料時，不管可變透鏡陣列30的屈光力設置成什么，隔離件136被認為在光學上與液晶層137相同。相應的，不會由于存在隔離件136而引起透鏡性能下降。
至此，描述了第一實施例。在上面的描述中，隔離件136設置在各個透鏡列31的中央部分上，但是本發明不限于此。例如，可以構造成交替地布置設置有隔離件136的透鏡列31和沒有設置隔離件136的透鏡列31。之后描述的其他實施例同樣如此。圖9和圖10是根據這樣的修改示例的可變透鏡陣列的正面和可變透鏡陣列的背面的示意性頂部平面圖。可替換地，在上面的描述中，每個隔離件136具有壁狀，但是可以設置柱狀隔離件。之后描述的其他實施例同樣如此。圖11和圖12是根據這樣的修改示例的可變透鏡陣列的正面和可變透鏡陣列的背面的示意性頂部平面圖。第二實施例第二實施例同樣涉及根據本發明的圖像顯示裝置和可變透鏡陣列。第二實施例與第一實施例的不同之處在于組成可變透鏡陣列的隔離件的位置和在顯示正常圖像時施加到第一電極的電壓的值。除了上述不同點之外，第二實施例與第一 實施例具有相同的構造。在根據第二實施例的圖像顯示裝置2在虛擬拆分開時的示意性透視圖中，圖像顯示裝置2顯示為代替圖I中所示的圖像顯示裝置1，可變透鏡陣列230顯示為代替可變透鏡陣列30。參考圖13到15，將描述可變透鏡陣列230的構造。圖13是可變透鏡陣列的正面的示意性頂部平面圖。第二襯底130B的一部分被切除并顯示在圖13中。圖14是可變透鏡陣列的背面的示意性頂部平面圖。第一襯底130A的一部分被切除并顯示在圖14中。圖15是沿著圖13的XV-XV線取得的截面圖。如圖13到15中所示，在可變透鏡陣列230中，每個壁狀隔離件236設置在透鏡列31與相鄰的透鏡列31之間的邊界部分上。S卩，隔離件236分別設置在相鄰的透鏡列31之間的邊界部分上。在第二實施例中，將在液晶分子137A的長軸在沒有施加電場時被定向到Y方向的假定下進行描述。此外，圖15示出在沒有施加電場時液晶分子137A的取向。隨后，參考圖16到19，將描述可變透鏡陣列230的操作。首先，將描述在顯示立體圖像時的操作，隨后，將描述在顯示正常圖像時的操作。圖16是部分地示出在顯示立體圖像時的可變透鏡陣列和圖像顯示部分的示意性截面圖。圖17是部分地示出圖像顯示部分和可變透鏡陣列的示意性透視圖。在操作圖像顯示裝置2時，例如，將0[伏持]施加到第二電極134。然后，在顯示立體圖像的情況下，例如，將30 [伏特]施加到饋線132:，將20 [伏特]施加到饋線1322、將10 [伏特]施加到饋線1323，將0 [伏特]施加到饋線1324。在這種狀態下在第二電極134和第一電極131之間產生的電場的圖形與在第一實施例中參考圖5所給出的描述中的相同。透鏡列31構成用作凸透鏡的液晶GRIN透鏡。圖17中所示的條帶形狀的透鏡列31被認為在光學上與圓柱凸透鏡列相同，并因此用作柱狀透鏡。圖18是部分地示出在顯示正常圖像時的可變透鏡陣列和圖像顯示部分的示意性截面圖。圖19是部分地示出圖像顯示部分和可變透鏡陣列的示意性透視圖。當顯示正常圖像時，例如，將30[伏特]施加到饋線132i、1322、...、和1324。在第ニ電極134和所有的第一電極131之間產生電場，因此液晶分子137A的長軸被定向到Z方向。在這個狀態下，液晶層137用作簡單的透明襯底，該襯底由折射率為“nS”的材料形成。也就是說，圖19中所示的透鏡列31的屈光力變小。相應的，圖像顯示裝置2的狀態變成與沒有設置透鏡陣列的裝置的狀態類似，因此可以觀察正常圖像。
第三實施例第三實施例同樣涉及根據本發明的圖像顯示裝置和可變透鏡陣列。在第三實施例中，可變透鏡陣列的液晶層由負向列型液晶材料形成。第三實施例與第一實施例的不同之處在于取向膜和液晶材料。除了上述不同點之外，第三實施例與第一實施例具有相同的構造。在根據第三實施例的圖像顯示裝置3在虛擬拆分開時的示意性透視圖中，圖像顯示裝置3顯示為代替圖I中所示的圖像顯示裝置1，可變透鏡陣列330顯示為代替可變透鏡陣列30。圖20是部分地示出根據第三實施例的可變透鏡陣列的截面圖。具體地，圖20是當可變透鏡陣列330顯示為代替在第一實施例中圖2的可變透鏡陣列30時沿著III-III線所取得的截面圖。如上所述，在可變透鏡陣列330中，液晶層337由負向列型液晶材料形成。此外，與第一實施例相反，第一取向膜333和第二取向膜335受到在沒有施加電場的狀態下使液晶分子337A的長軸定向到Z方向并且在施加電場時使該長軸傾斜到Y方向的配向處理。此夕卜，圖20示出在沒有施加電場時液晶分子337A的取向。隨后，參考圖21到24，將描述可變透鏡陣列330的操作。首先，將描述在顯示立體圖像時的操作，隨后，將描述在顯示正常圖像時的操作。圖21是部分地示出在顯示立體圖像時的可變透鏡陣列和圖像顯示部分的示意性截面圖。圖22是部分地示出圖像顯示部分和可變透鏡陣列的示意性透視圖。在操作圖像顯示裝置3時，例如，將0[伏持]施加到第二電極134。然后，在顯示立體圖像的情況下，例如，將0[伏特]施加到饋線132:，將10[伏特]施加到饋線1322，將20 [伏特]施加到1323，將30 [伏特]施加到1324。在這個狀態下，第二電極134與連接到饋線1324的第一電極1314和1315之間的電壓是30[伏持]。相應的，在第二電極134與第一電極1314和1315之間產生電場，然后液晶分子337A的長軸被定向到Y方向。此外，第二電極134與連接到饋線1323的第一電極1313和1316之間的電壓是20 [伏特]。相應的，在第二電極134與第一電極1313和1316之間產生比剛才產生的電場強度小的電場。液晶分子337A的長軸被定向到Y方向，但是取向的程度略低。第二電極134與連接到饋線1322的第一電極1312和1317之間的電壓是10 [伏特]。相應地，在第二電極134與第一電極1312和1317之間也產生電場，然后液晶分子337A的長軸被定向到Y方向，但是取向的程度更低。另ー方面，第二電極134與連接到饋線13 的第一電極13し和1318之間的電壓是0[伏持]。相應地，在第二電極134與第一電極13し和1318之間不產生電場，然后液晶分子337A的長軸保持在Z方向。液晶分子337A在長軸方向上的折射率大于其在短軸方向上的折射率。因此，如在圖21的圖示中所示，在透鏡列31的外周部分處液晶層337的折射率小，而在越靠近中央部分的位置上折射率越大。此外，圖21中所示的符號“nS”和符號“nL”分別表示液晶分子337A在短軸方向上的折射率和液晶分子337A在長軸方向上的折射率。在這個狀態下，透鏡列31構成用作凸透鏡的液晶GRIN透鏡。圖22中所示的條帶形狀的透鏡列31被認為在光學上與圓柱凸透鏡列相同，并因此用作柱狀透鏡。此外，圖21中所示的折射率的圖示等示出了選擇具有與液晶分子337A的長軸方向的折射率基本相同的折射率的材料作為形成隔離件136的聚合物材料的示例性情況。從像素12發出的用于對于觀察點Al、A2、...、和A4形成圖像的光的傳播方向在光透射穿過透鏡列31時可以改變，并且光被定向到預定方向。從而，在圖I中所示的觀察區域WA中，可以觀察用于預定觀察點的圖像。 圖23是部分地示出在顯示正常圖像時的可變透鏡陣列和圖像顯示部分的示意性截面圖。圖24是部分地示出圖像顯示部分和可變透鏡陣列的示意性透視圖。當顯示正常圖像時，例如，將30[伏特]施加到饋線132i、1322、...、和1324。在這個狀態下，第二電極134與第一電極13し、1312、...、和1318之間的電壓是30[伏特]。相應的，在第二電極134和所有的第一電極131之間產生電場,液晶分子337A的長軸保持在Y方向。在這個狀態下，液晶層337用作簡單的透明襯底，該襯底由折射率為“nL”的材料形成。也就是說，透鏡列31的屈光力變小。相應的，圖像顯示裝置3的狀態變成與沒有設置透鏡陣列的裝置的狀態類似，因此可以觀察正常圖像。第四實施例第四實施例同樣涉及根據本發明的圖像顯示裝置和可變透鏡陣列。第四實施例與第三實施例的不同之處在于組成可變透鏡陣列的隔離件的位置和在顯示正常圖像時施加到第一電極的電壓的值。除了上述不同點之外，第四實施例與第三實施例具有相同的構造。在根據第四實施例的圖像顯示裝置4在虛擬拆分開時的示意性透視圖中，圖像顯示裝置4顯示為代替圖I中所示的圖像顯示裝置I，可變透鏡陣列430顯示為代替可變透鏡陣列30。圖25是部分地示出根據第四實施例的可變透鏡陣列的截面圖。具體地，圖25是當可變透鏡陣列430顯示為代替在第一實施例中圖13的可變透鏡陣列230時沿著XV-XV線所取得的截面圖。參考圖26到29，將描述可變透鏡陣列430的構造。如圖25中所示，在可變透鏡陣列430中，每個壁狀隔離件236設置在透鏡列31與相鄰的透鏡列31之間的邊界部分上。即，隔離件236分別設置在相鄰的透鏡列31之間的邊界部分上。在第四實施例中，將在液晶分子337A的長軸在沒有施加電場時被定向到Z方向的假定下進行描述。此外，圖25示出在沒有施加電場時液晶分子337A的取向。隨后，參考圖26到29，將描述可變透鏡陣列430的操作。首先，將描述在顯示立體圖像時的操作，隨后，將描述在顯示正常圖像時的操作。圖26是部分地示出在顯示立體圖像時的可變透鏡陣列和圖像顯示部分的示意性截面圖。圖27是部分地示出圖像顯示部分和可變透鏡陣列的示意性透視圖。
在操作圖像顯示裝置4時，例如，將0[伏持]施加到第二電極134。然后，在顯示立體圖像的情況下，例如，將0[伏特]施加到饋線132:，將10[伏特]施加到饋線1322、將20 [伏特]施加到饋線1323，將30 [伏特]施加到饋線1324。在這種狀態下在第二電極134和第一電極131之間產生的電場的圖形與在第一實施例中參考圖21所給出的描述中的相同。透鏡列31構成用作凸透鏡的液晶GRIN透鏡。圖27中所示的條帶形狀的透鏡列31被認為在光學上與圓柱凸透鏡列相同，并因此用作柱狀透鏡。圖28是部分地示出在顯示正常圖像時的可變透鏡陣列和圖像顯示部分的示意性截面圖。圖29是部分地示出圖像顯示部分和可變透鏡陣列的示意性透視圖。當顯示正常圖像時，例如，將0[伏特]施加到饋線132pl322、...、和1324。在第ニ電極134和所有的第一電極131之間不產生電場，因此液晶分子337A的長軸被定向到Z方向。
在這個狀態下，液晶層337用作簡單的透明襯底，該襯底由折射率為“nS”的材料形成。也就是說，圖29中所示的透鏡列31的屈光力變小。相應的，圖像顯示裝置4的狀態變成與沒有設置透鏡陣列的裝置的狀態類似，因此可以觀察正常圖像。至此，詳細描述了本發明的實施例，但是本發明不限于上述實施例，并且本發明可以根據本發明的技術范圍被修改成各種形式。例如，在各個實施例中，隔離件形成在第二襯底130B上，但是隔離件可以形成在第一襯底130A上。此外，在各個實施例中，取向膜設置在第一襯底130A和第二襯底130B的液晶層ー側的全部表面上。但是，取向膜可設置在第一襯底130A和第二襯底130B中的任意ー個上，并且在某些情況下可以不包括取向膜。本申請包含與2011年I月24日遞交于日本特許廳的日本在先專利申請JP2011-038679中公開的內容相關的主題，該專利申請的全部內容通過引用結合于此。本領域技術人員應當理解，只要在權利要求書的范圍或其等價的范圍內，根據設計需要和其他因素可以產生各種修改、組合、變形和替換。
權利要求
1.ー種圖像顯示裝置，其包括 圖像顯示部分，其顯示ニ維圖像；和 可變透鏡陣列，其包括具有第一電極的第一襯底、具有第二電極的第二襯底、和設置在所述第一襯底和所述第二襯底之間的液晶層，其中，通過施加在所述第一電極和所述第二電極之間的電壓來改變所述可變透鏡陣列的每個透鏡列的屈光力的值， 其中，所述可變透鏡陣列設置成與所述圖像顯示部分相對，并且其中，在所述可變透鏡陣列的所述第一襯底和所述第二襯底之間，將壁狀或柱狀隔離件設置在當所述可變透鏡陣列的每個透鏡列的屈光力的值改變時，所述液晶層的液晶分子的取向方向不改變的位置上。
2.根據權利要求I所述的圖像顯示裝置，其中，所述壁狀或柱狀隔離件設置在所述透鏡列的中央部分上。
3.根據權利要求I所述的圖像顯示裝置，其中，所述壁狀或柱狀隔離件設置在彼此相鄰的所述透鏡列的邊界部分上。
4.根據權利要求I所述的圖像顯示裝置， 其中，所述第一襯底的外周部分和所述第二襯底的外周部分被密封部分所密封，并且 其中，在所述壁狀或柱狀隔離件的端部與所述密封部分之間設置有間隔。
5.ー種圖像顯示裝置，其包括 圖像顯示部分，其顯示ニ維圖像；和 可變透鏡陣列，其包括具有第一電極的第一襯底、具有第二電極的第二襯底、和設置在所述第一襯底和所述第二襯底之間的液晶層，其中，通過施加在所述第一電極和所述第二電極之間的電壓來改變所述可變透鏡陣列的每個透鏡列的屈光力的值， 其中，所述可變透鏡陣列設置成與所述圖像顯示部分相對，并且 其中，在所述透鏡列的中央部分上設置壁狀或柱狀隔離件。
6.ー種圖像顯示裝置，其包括 圖像顯示部分，其顯示ニ維圖像；和 可變透鏡陣列，其包括具有第一電極的第一襯底、具有第二電極的第二襯底、和設置在所述第一襯底和所述第二襯底之間的液晶層，其中，通過施加在所述第一電極和所述第二電極之間的電壓來改變所述可變透鏡陣列的每個透鏡列的屈光力的值， 其中，所述可變透鏡陣列設置成與所述圖像顯示部分相對，并且 其中，在彼此相鄰的所述透鏡列的邊界部分上設置壁狀或柱狀隔離件。
7.ー種圖像顯示裝置，其包括 圖像顯示部分；和 可變透鏡陣列，其包括具有在第一方向上延伸的多個第一電極的第一襯底、具有第二電極的第二襯底、和設置在所述第一襯底和所述第二襯底之間的液晶層，其中，通過施加在所述第一電極和所述第二電極之間的電壓來改變所述可變透鏡陣列的每個透鏡列的屈光力的值， 其中，所述可變透鏡陣列設置成與所述圖像顯示部分相對，并且其中，在所述第一襯底和所述第二襯底之間設置在所述第一方向上延伸的壁狀或柱狀隔離件。
8.一種可變透鏡陣列，其包括 具有第一電極的第一襯底； 具有第二電極的第二襯底；和 設置在所述第一襯底和所述第二襯底之間的液晶層， 其中，通過施加在所述第一電極和所述第二電極之間的電壓來改變所述可變透鏡陣列的每個透鏡列的屈光力的值，并且 其中，在所述第一襯底和所述第二襯底之間，將壁狀或柱狀隔離件設置在當所述可變透鏡陣列的每個透鏡列的屈光力的值改變時，所述液晶層的液晶分子的取向方向不改變的位置上。
9.根據權利要求8所述的可變透鏡陣列，其中，所述壁狀或柱狀隔離件設置在所述透鏡列的中央部分上。
10.根據權利要求8所述的可變透鏡陣列，其中，所述壁狀或柱狀隔離件設置在彼此相鄰的所述透鏡列的邊界部分上。
11.根據權利要求8所述的可變透鏡陣列， 其中，所述第一襯底的外周部分和所述第二襯底的外周部分被密封部分所密封，并且 其中，在所述壁狀或柱狀隔離件的端部與所述密封部分之間設置有間隔。
12.—種可變透鏡陣列，其包括 具有第一電極的第一襯底； 具有第二電極的第二襯底；和 設置在所述第一襯底和所述第二襯底之間的液晶層， 其中，通過施加在所述第一電極和所述第二電極之間的電壓來改變所述可變透鏡陣列的每個透鏡列的屈光力的值，并且 其中，在所述透鏡列的中央部分上設置壁狀或柱狀隔離件。
13.一種可變透鏡陣列，其包括 具有第一電極的第一襯底； 具有第二電極的第二襯底；和 設置在所述第一襯底和所述第二襯底之間的液晶層， 其中，通過施加在所述第一電極和所述第二電極之間的電壓來改變所述可變透鏡陣列的每個透鏡列的屈光力的值，并且 其中，在彼此相鄰的所述透鏡列的邊界部分上設置壁狀或柱狀隔離件。
全文摘要
本發明涉及圖像顯示裝置和可變透鏡陣列。圖像顯示裝置包括圖像顯示部分，其顯示二維圖像；和可變透鏡陣列，其包括具有第一電極的第一襯底、具有第二電極的第二襯底、和設置在第一襯底和第二襯底之間的液晶層。通過施加在第一電極和第二電極之間的電壓來改變可變透鏡陣列的每個透鏡列的屈光力的值。可變透鏡陣列設置成與圖像顯示部分相對。在可變透鏡陣列的第一襯底和第二襯底之間，將壁狀或柱狀隔離件設置在這樣的位置上，在所述位置上當可變透鏡陣列的每個透鏡列的屈光力的值改變時、液晶層的液晶分子的取向方向不改變。
文檔編號G02F1/29GK102650791SQ20121003911
公開日2012年8月29日 申請日期2012年2月17日 優先權日2011年2月24日
發明者小糸健夫, 高間大輔 申請人:索尼公司