專利名稱：折射率分布型液晶光學(xué)元件以及圖像顯示裝置的制作方法
折射率分布型液晶光學(xué)元件以及圖像顯示裝置
相關(guān)申請的交叉引用
本申請基于2010年12月27日提交的在先的日本專利申請No. 2010490644并要求其優(yōu)先權(quán)。本發(fā)明通過參照該申請而包含其全部內(nèi)容。技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明的實(shí)施方式涉及折射率分布型液晶光學(xué)元件以及圖像顯示裝置。
技術(shù)背景
提出有能夠顯示立體圖像(3維圖像)的顯示裝置。另外，有想要在同一顯示裝置中切換實(shí)現(xiàn)2維圖像的顯示和3維圖像的顯示的要求，提出有用于響應(yīng)該要求的技術(shù)。例如，使用液晶透鏡陣列元件切換2維圖像顯示和3維圖像顯示的技術(shù)。該液晶透鏡陣列元件具有在一方的基板上周期性地配置的棒狀的電極。并且，在與形成在對向的另一方的基板上的電極之間制造出電場分布，通過該電場分布來改變液晶層的取向，生成作為透鏡而發(fā)揮作用的折射率分布。通過控制施加到電極的電壓，能夠開啟或中斷透鏡作用，所以能夠切換2維圖像顯示和3維圖像顯示。像這樣地通過電場來控制液晶分子的取向方向的方式被稱為液晶折射率分布型透鏡方式、或液晶GRIN(梯度折射率，gradient index)透鏡方式。
另外，提出有對在一方基板上周期性地配置的棒狀的電極施加2種不同的電壓的技術(shù)。并且，通過施加2種不同的電壓，生成作為透鏡陣列更優(yōu)選的折射率分布。
由此，進(jìn)行用于實(shí)現(xiàn)液晶GRIN透鏡的試驗(yàn)。其中，為了使用液晶GRIN透鏡實(shí)現(xiàn)良好的3維圖像顯示，需要將液晶GRIN透鏡的焦點(diǎn)距離設(shè)定為液晶GRIN透鏡的主點(diǎn)與圖像顯示部的像素面之間的距離程度。因此，在液晶GRIN透鏡的液晶層中會(huì)要求某種程度的折射力。但是，因?yàn)橐壕Х肿拥恼凵渎矢飨虍愋酝ǔＰ〉?.2左右，所以需要將液晶層的厚度設(shè)為比通常的顯示面板大很多。這樣不僅導(dǎo)致液晶的使用量增大而成本升高，還存在制造中的難易度也變高的問題。
因此，提出有將液晶GRIN透鏡菲涅耳透鏡化的方案。這需要通過在一方的基板上設(shè)置多個(gè)棒狀的電極，并施加多個(gè)不同的電壓來實(shí)現(xiàn)作為菲涅耳透鏡的折射率分布。
但是，在菲涅耳透鏡型的液晶GRIN透鏡陣列中，需要在各透鏡中配置多個(gè)棒狀的電極，需要精細(xì)加工透明電極的技術(shù)。透明電極的精細(xì)加工需要高精度的步進(jìn)器 (st印per)、干蝕刻裝置等，所以存在成本升高的問題。另外，需要對多個(gè)棒狀電極施加不同的多個(gè)電壓，有驅(qū)動(dòng)復(fù)雜而成本升高的問題。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實(shí)施方式的折射率分布型液晶光學(xué)元件具有第1基板；與所述第1基板對向配置的第2基板；夾持在所述第1基板和所述第2基板之間的液晶層；設(shè)置在所述第 1基板上的所述液晶層側(cè)、沿第1方向排列的多個(gè)第1電極；在所述第1基板上的所述液晶層側(cè)與所述第1電極對應(yīng)地設(shè)置、且在所述第1方向上排列的多個(gè)第2電極；設(shè)置在所述第1基板上的所述液晶層側(cè)、在所述第1方向上排列的多個(gè)第3電極；以及形成在所述第2基板上的所述液晶層側(cè)的第4電極，該折射率分布型液晶光學(xué)元件的特征在于，針對所述第3 電極的每一個(gè)，在第3電極的兩側(cè)中的一側(cè)配置具有所述第1電極和與該第1電極對應(yīng)的第2電極的第1電極對，并且在另一側(cè)配置具有第1電極和與該第1電極對應(yīng)的第2電極的第2電極對，在所述第1電極對中，配置為從所述第2基板觀察沿所述第1方向的剖面中的所述第2電極的中心比所述第1電極的中心更位于所述第3電極側(cè)，在所述第2電極對中，配置為從所述第2基板觀察沿所述第1方向的剖面中的所述第2電極的中心比所述第 1電極的中心更位于所述第3電極側(cè)。


圖1是表示第1實(shí)施方式的圖像顯示裝置的剖面圖。
圖2是第1實(shí)施方式中的液晶GRIN透鏡陣列的俯視圖。
圖3是表示通過圖2的切斷線A-A切斷的電壓印加時(shí)的液晶指向矢的剖面圖。
圖4是在橫軸上取透鏡節(jié)距方向上的座標(biāo)、在縱軸上取光路長、而根據(jù)圖3所示的液晶指向矢計(jì)算出的折射率分布的曲線圖。
圖5是表示第1實(shí)施方式的圖像顯示裝置的框圖。
圖6是表示第1實(shí)施方式的第1變形例的圖像顯示裝置的剖面圖。
圖7是表示第1實(shí)施方式的第2變形例的圖像顯示裝置的剖面圖。
圖8是表示第1實(shí)施方式的第3變形例的圖像顯示裝置的剖面圖。
圖9是表示第1實(shí)施方式的第4變形例的圖像顯示裝置的剖面圖。
圖10是表示第2實(shí)施方式的圖像顯示裝置的剖面圖。
圖11是表示第3實(shí)施方式的圖像顯示裝置的剖面圖。
具體實(shí)施方式
以下，參照附圖對實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說明。另外，在以下的實(shí)施方式中，標(biāo)記同一參照符號的部分作為進(jìn)行同樣的動(dòng)作的部分，適當(dāng)?shù)厥÷灾貜?fù)的說明。
(第1實(shí)施方式)
參照圖1至圖5對第1實(shí)施方式的圖像顯示裝置進(jìn)行說明。圖1表示第1實(shí)施方式的圖像顯示裝置。該實(shí)施方式的圖像顯示裝置具備折射率分布型液晶光學(xué)元件1和圖像顯示部5。圖像顯示部5是具有在顯示面上排列為矩陣狀的像素的顯示面板，例如，能夠適當(dāng)?shù)厥褂靡壕姘?、有機(jī)EL面板、等離子顯示面板等。另外，在本實(shí)施方式，圖像顯示部5 構(gòu)成為射出箭頭所示的第1方向61的直線偏振光。另外，在本實(shí)施方式中，折射率分布型液晶光學(xué)元件1為液晶GRIN透鏡陣列，圖2示出該液晶GRIN透鏡陣列1的俯視圖。
該液晶GRIN透鏡陣列1具有在設(shè)置于圖像顯示部5的前表面的透明的第1基板 11和與第1基板11對向配置的透明的第2基板12之間夾持有液晶層4的結(jié)構(gòu)。在第1 基板11的液晶層側(cè)的面中設(shè)置有透明的第1電極21、透明的第2電極22、透明的第3電極 23、透明的第5電極25以及透明的電介質(zhì)層3。如圖2所示地，這些第1電極21、第2電極 22、第3電極23、以及第5電極25設(shè)為分別在和第1方向61交差的第2方向62上延伸。 另外，在圖2中，第2方向62配置為和第1方向61正交，但是也可以不正交。另外，在第2基板12的液晶層側(cè)的面上設(shè)置有透明的第4電極M。該第4電極M設(shè)置為與上述第1電極21、第2電極22、第3電極23、以及第5電極25對向，且設(shè)置在第2基板12的液晶層側(cè)的面的幾乎整個(gè)面上。液晶層4包含有液晶分子41，在本實(shí)施方式中，使用表示單軸性復(fù)折射的物質(zhì)作為液晶分子41。未對第1至第5電極施加電壓時(shí)的液晶分子41的初始取向的長軸方向?yàn)榈?方向61。
在第1基板11的液晶層側(cè)的面上，成為在第1方向61上并列配置有多個(gè)第3電極23、且在各第3電極的兩側(cè)配置有第1電極21的結(jié)構(gòu)。成為在鄰接的第3電極之間的大致中央處配置有第5電極25的結(jié)構(gòu)。這些第1電極21、第3電極23以及第5電極由電介質(zhì)層3覆蓋著。并且，在該電介質(zhì)層3上，以與第1電極21的每一個(gè)對應(yīng)的方式設(shè)置有第2電極22。因此，第2電極22和第1電極21、第3電極23以及第5電極通過電介質(zhì)層 3而電絕緣。另外，配置為各第2電極22在第2方向上延伸的中心軸相對于對應(yīng)的第1電極21的中心軸位于第3電極23側(cè)。
并且，在本說明書中，在圖上將配置在第3電極23的左側(cè)的第1電極21和與該第 1電極21對應(yīng)的第2電極22的組稱為電極對200A，將配置在第3電極23的右側(cè)的第1電極21和與該第1電極21對應(yīng)的第2電極22的組稱為電極對200B。于是，在第1基板11 上，具有從圖1的左側(cè)開始依次配置有電極對200A、第3電極23、電極對200B、第5電極25、 電極對200A、第3電極23以及電極對200B的結(jié)構(gòu)。即，成為在鄰接的第3電極23之間配置有電極對200A和電極對200B、在這些電極對200A和電極對200B之間配置有第5電極的結(jié)構(gòu)。另外，配置在第3電極23的兩側(cè)的電極對200A以及電極對200B配置為相對第3電極23對稱。S卩，配置為在圖2所示的俯視圖中觀察的情況下，相對第3電極23的中心軸線對稱。
接下來，對電極對200A、200B之間的距離進(jìn)行說明。從第2基板側(cè)觀察時(shí)，設(shè)第3 電極23的中心軸和配置在該第3電極23的左側(cè)的電極對200A的中心軸之間的距離為P1， 上述第3電極的中心軸和配置在該第3電極23的右側(cè)的電極對200B的中心軸之間的距離為P2。此時(shí)，如果設(shè)配置在鄰接的第3電極23之間的電極對200A和電極對200B的各自的中心軸間的距離為P3，則成為配置為滿足
P3 > P1+P2
的條件的結(jié)構(gòu)(圖2)。另外，配置在第3電極23的左側(cè)的電極對200A的中心軸相對于上述第3電極23位于平行于電極對200A的第2方向62的最遠(yuǎn)的側(cè)面和最近的側(cè)面之間的正中間，配置在第3電極23的右側(cè)的電極對200B的中心軸相對于上述第3電極 23位于平行于電極對200B的第2方向62的最遠(yuǎn)的側(cè)面和最近的側(cè)面之間的正中間。
接下來，對第1實(shí)施方式的顯示裝置中的液晶GRIN透鏡陣列1的動(dòng)作進(jìn)行說明。 圖3表示對各電極施加電壓時(shí)的、通過圖2所示的切斷線A-A線切斷了的面內(nèi)的液晶導(dǎo)向偶極子的分布。該液晶導(dǎo)向偶極子的分布通過模擬求得。圖4表示根據(jù)圖3所示的液晶指向矢計(jì)算出的折射率分布。圖4所示的橫軸是透鏡節(jié)距方向上的座標(biāo)，取圖2所示的第5 電極25的中心軸為原點(diǎn)，設(shè)平行于第1方向61的方向?yàn)棣州S，并示出從上述原點(diǎn)算起的距離。另外，圖4的縱軸表示光路長。
在第1實(shí)施方式的液晶GRIN透鏡陣列1中，在設(shè)第4電極M為基準(zhǔn)電壓(例如 GND)時(shí)，第5電極25被施加與第4電極M相同的電壓。并且，在電極對200A、電極對200B的任意一方中都是，第1電極21被施加有比第2電極22高的電壓。具體地，如果設(shè)第1電極21的電壓為VI、第2電極22的電壓為V2，則Vl > V2。
并且，第2電極22的電壓V2被設(shè)定為比第5電極25的電壓高。其中，第2電極 22和第5電極25之間的電壓差被設(shè)定為比液晶層4的閾值電壓Vth小。S卩，V2<Vth。另外，第3電極23的電壓V3被施加與第1電極21的電壓Vl相同的電壓。
這樣，對施加有電壓時(shí)的液晶分子41的取向狀態(tài)進(jìn)行說明。首先，在第5電極25 和第4電極M之間電壓差為零，所以如圖3以及圖4所示地，液晶分子41保持初始的取向狀態(tài)。即，觀察到的折射率大，作為其結(jié)果，光路長也變大。
接下來，在第1電極21和第4電極M之間施加所定的電壓VI，液晶分子41豎起。 其結(jié)果是觀察到的折射率變小，作為其結(jié)果光路長也變小。另外，在第5電極25和第1電極21之間折射率逐漸變化，并且隨著折射率的變化光路長也逐漸變化。
另一方面，在第2電極22和第4電極M之間，將電壓差設(shè)定為比液晶層4的閾值電壓Vth小的V2。因此，幾乎觀察不到液晶分子41的豎起。其結(jié)果是觀察到的折射率變大，光路長也變大。另外，因?yàn)槭菍盈B第1電極21和第2電極22地形成，所以在該部分的折射率的變化急劇。
并且，在第3電極23和第4電極M之間，因?yàn)槿缜八龅厥┘优c第1電極21的電壓Vl相同的電壓，所以觀察到的折射率變小，作為結(jié)果光路長也變小。
由此，能夠?qū)崿F(xiàn)作為菲涅耳透鏡的折射率分布(光路長分布)。
另外，如圖5所示地，液晶GRIN透鏡陣列1由驅(qū)動(dòng)電路81驅(qū)動(dòng)，在液晶GRIN透鏡陣列1的各電極21 25上施加滿足上述條件的電壓。另外，圖像顯示部5由驅(qū)動(dòng)電路85 驅(qū)動(dòng)。此時(shí)，當(dāng)驅(qū)動(dòng)電路81和驅(qū)動(dòng)電路85同步、且圖像顯示部5顯示3維圖像的情況下， 通過驅(qū)動(dòng)電路81向液晶GRIN透鏡陣列1的各電極21 25施加滿足上述條件的電壓。此時(shí)，圖1所示的鄰接的第3電極23之間成為透鏡的1單位、即透鏡節(jié)距，且與顯示3維圖像時(shí)的出射光瞳之一對應(yīng)。另外，在圖像顯示部5顯示2維圖像的情況下，通過驅(qū)動(dòng)電路81 向液晶GRIN透鏡陣列1的各電極21 25施加基準(zhǔn)電壓(GND)。
接下來，對第1實(shí)施方式的效果進(jìn)行說明。
在本實(shí)施方式中，如上述那樣地，電極對200A中的第2電極22的中心軸比第1電極21的中心軸還配置在第3電極23側(cè)，電極對200B中的第2電極22的中心比第1電極 21的中心還配置在第3電極23側(cè)。由此，與以往技術(shù)相比，能夠以少的電極數(shù)實(shí)現(xiàn)菲涅耳透鏡陣列。因此，能夠不使用精細(xì)加工透明電極的專用技術(shù)，而使用通常的半導(dǎo)體制造技術(shù)進(jìn)行加工，能夠以低成本生產(chǎn)液晶GRIN透鏡陣列。另外，因?yàn)殡姌O數(shù)少，所以也能夠減少控制所需要的電壓的種類，能夠?qū)Ⅱ?qū)動(dòng)簡單化，實(shí)現(xiàn)低成本化。
另外，通過如本實(shí)施方式那樣地形成第1電極21和與該第1電極21對應(yīng)的第2 電極22，能夠制作作為菲涅耳透鏡而適合的急劇的折射率分布，能夠?qū)崿F(xiàn)作為透鏡的高性能。為了生成這樣的急劇的折射率分布，優(yōu)選減小上述第1電極21和上述第2電極22之間的間隙、即、優(yōu)選減小上述第1電極21和上述第2電極22之間的最小距離，通過本發(fā)明的發(fā)明人們的研究得以明確。在此，所謂第1電極21和第2電極22之間的最小距離是指第1電極21的任意點(diǎn)與第2電極22的任意點(diǎn)之間的距離中的最小值。在本實(shí)施方式中， 從第4電極M觀察時(shí)，上述第1電極21和上述第2電極22重疊，所以兩電極間的間隙為電介質(zhì)層3的厚度與第1電極21的厚度之差。如圖3所示地，其結(jié)果是電力線重疊的部分嵌入到兩電極之間，并通過從未重疊的部分泄漏的電場生成急劇的折射率分布。但是，優(yōu)選第1電極21和第2電極22之間的在第1方向61上的間隔、即從第4電極M觀察時(shí)的未重疊的部分的在第1方向61上的最大距離至少為介質(zhì)層3的厚度以下。這是因?yàn)槿绻鲜鲎畲缶嚯x大于電介質(zhì)層3的厚度，則兩電極間的泄漏電場變大，生成平行于第1方向61 的電場分量，從而很難生成急劇的折射率分布。在此，所謂的第1電極21和第2電極22之間的最大距離表示第1電極21的任意點(diǎn)與第2電極22的任意點(diǎn)之間的距離中的最大值。
另外，通過如上述那樣地將第1方向61上的各電極的配置配置為
P3 > P1+P2,
能夠進(jìn)一步降低液晶層4的厚度。這一點(diǎn)可以根據(jù)以下內(nèi)容得以明確，即如果參照圖4所示的折射率分布，則與在透鏡的光軸、即第5電極25的中心軸附近設(shè)置菲涅耳的高度差相比，在透鏡的端部、即第3電極23的中心軸附近設(shè)置高度差更能降低液晶層4的厚度。另外，能夠使液晶層4的厚度最薄的是在圖4所示的折射率分布中光軸的值與菲涅耳的高度差部的值一致時(shí)。優(yōu)選預(yù)先配置各電極，并且調(diào)整施加電壓，以實(shí)現(xiàn)這樣的折射率分布。
另外，關(guān)于施加到第1實(shí)施方式的液晶GRIN透鏡陣列1的電壓，將第2電極22和第4電極M之間的電壓差設(shè)為比液晶層4的閾值電壓Vth小的值。由此，能夠抑制第2電極22和第4電極M之間的液晶分子41的豎起，能夠?qū)崿F(xiàn)作為菲涅耳透鏡而適合的急劇的折射率分布。另外，因?yàn)槟軌蚣哟笫┘拥降?電極22的電壓，所以能夠減小與第1電極21 之間的電壓差，能夠抑制第1電極21和第2電極之間的泄漏電場。其結(jié)果是降低平行于泄漏電場的第1方向61的分量，能夠?qū)崿F(xiàn)更加急劇的折射率特性。
另外，在第1實(shí)施方式中，關(guān)于第1電極21和與該第1電極對應(yīng)的第2電極22， 如圖1所示地，在與第3電極23側(cè)相反的一側(cè)、即第5電極25側(cè)的端部(側(cè)面)的各個(gè)位置，第2電極22的端部的位置比第1電極21的端部的位置還位于第3電極23側(cè)。但是，也可以是第2電極22的端部的位置比第1電極21的端部的位置向第5電極25側(cè)突出。但是，如果設(shè)電介質(zhì)層3的厚度為t，則優(yōu)選第2電極22的端部的位置比第1電極21的端部的位置向第5電極25側(cè)突出的量為t以下。這是因?yàn)榧僭O(shè)突出量大于t的情況下，起因于第2電極22的電力線不被第1電極21充分遮蔽，作為透鏡的折射率分布紊亂而性能降低。即、通過如上述那樣的結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)作為菲涅耳透鏡適合的折射率分布，能夠提高性能。
另外，在第1實(shí)施方式中，如圖1所示地，關(guān)于第1電極21和與該第1電極21對應(yīng)的第2電極22的、第3電極23側(cè)的各個(gè)端部的位置，第2電極22的端部的位置比第1 電極21的端部的位置突出。如果設(shè)電介質(zhì)層3的厚度為t，則該突出量優(yōu)選為t以上。這是因?yàn)?，假設(shè)突出量小于t的情況下，起因于第2電極22的電力線被第1電極21遮蔽，作為菲涅耳透鏡的性能降低。即、通過上述那樣的結(jié)構(gòu)，能夠提高透鏡性能，是優(yōu)選的。
另外，在對第1電極21和與該第1電極21對應(yīng)的第2電極的寬度進(jìn)行比較的情況下，優(yōu)選從第4電極M觀察時(shí)不與第1電極21重疊的第2電極22的部分的寬度比第1 電極21的寬度大。通過這樣的結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)適合于菲涅耳透鏡的特有的折射率分布。艮口、 優(yōu)選設(shè)為要實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)的折射率分布的第2電極22的電極寬度比要實(shí)現(xiàn)更急劇的折射率分布的第1電極21的電極寬度大的結(jié)構(gòu)。
在第1實(shí)施方式中，設(shè)電極對200A和電極對200B相對第3電極23對稱地配置的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了說明，但并不限于此。不是必須對稱地設(shè)置。但是，配置為對稱則能夠?qū)⒆鳛橥哥R的折射率分布設(shè)為更優(yōu)選的分布，是優(yōu)選的。
另外，在第1實(shí)施方式中，因?yàn)榈?電極22配置在電介質(zhì)層3上，所以第2電極 22與第1電極21相比位于液晶層4側(cè)，由此，能夠抑制要實(shí)現(xiàn)更平穩(wěn)的折射率分布的部分 (電極22的附近)的電場的紊亂，能夠提高透鏡性能。
另外，在第1實(shí)施方式中，因?yàn)樵卩徑拥牡?電極23之間設(shè)置有第5電極25，所以能夠?qū)⒆鳛橥哥R的折射率分布設(shè)為更理想的分布，能夠提高透鏡性能。
如以上說明的那樣，根據(jù)第1實(shí)施方式，能夠提供結(jié)構(gòu)簡單且驅(qū)動(dòng)容易的低成本的折射率分布型液晶光學(xué)元件以及顯示裝置。
(第1變形例)
接下來，圖6示出第1實(shí)施方式的第1變形例的圖像顯示裝置。圖6是表示第1 變形例的圖像顯示裝置的剖面圖。該第1變形例的圖像顯示裝置是在圖1所示的第1實(shí)施方式的圖像顯示裝置中將液晶GRIN透鏡陣列1置換為液晶GRIN透鏡陣列IA的結(jié)構(gòu)。該液晶GRIN透鏡陣列IA是在圖1所示的液晶GRIN透鏡陣列1中在電介質(zhì)層3上配置有第 1電極21以及第3電極、且在第1基板11上配置有第2電極22的結(jié)構(gòu)。
這樣構(gòu)成的第1變形例也和第1實(shí)施方式同樣地，能夠提供結(jié)構(gòu)簡單且驅(qū)動(dòng)容易的低成本的折射率分布型液晶光學(xué)元件以及顯示裝置。另外，在第1變形例中，第1電極21、 第3電極23配置在電介質(zhì)層3的液晶層4側(cè)。由此，在第1電極21以及第3電極23中， 能夠抑制電介質(zhì)層3造成的電壓降低。第1電極21以及第3電極23與第2電極22以及第5電極25相比施加相對高的電壓，所以驅(qū)動(dòng)電壓降低的效果大。即、因?yàn)槟軌蚪档万?qū)動(dòng)電路的最大出力電壓，所以不僅能夠簡化驅(qū)動(dòng)電路，還能夠降低消耗電力。
(第2變形例)
接下來，圖7示出第1實(shí)施方式的第2變形例的圖像顯示裝置。圖7是表示第2 變形例的圖像顯示裝置的剖面圖。該第2變形例的圖像顯示裝置是在圖1所示的第1實(shí)施方式的圖像顯示裝置中將液晶GRIN透鏡陣列1置換為液晶GRIN透鏡陣列IB的結(jié)構(gòu)。該液晶GRIN透鏡陣列IB是在圖1所示的液晶GRIN透鏡陣列1中在電介質(zhì)層3上配置有第 3電極23的結(jié)構(gòu)。
這樣構(gòu)成的第2變形例也和第1實(shí)施方式同樣地，能夠提供結(jié)構(gòu)簡單且驅(qū)動(dòng)容易的低成本的折射率分布型液晶光學(xué)元件以及顯示裝置。
另外，如第2變形例那樣，通過與第1電極21相比將第2電極22設(shè)在液晶層4側(cè)， 與第1變形例相比，能夠抑制要實(shí)現(xiàn)更平穩(wěn)的折射率分布的部分(電極22的附近)的電場的紊亂，能夠提高透鏡性能。
(第3變形例)
接下來，圖8示出第1實(shí)施方式的第3變形例的圖像顯示裝置。圖8是表示第3 變形例的圖像顯示裝置的剖面圖。該第3變形例的圖像顯示裝置是在圖6所示的第1變形例的圖像顯示裝置中將液晶GRIN透鏡陣列IA置換為液晶GRIN透鏡陣列IC的結(jié)構(gòu)。該液晶GRIN透鏡陣列IC為在圖6所示的液晶GRIN透鏡陣列IA中刪除了第5電極25的結(jié)構(gòu)。
這樣構(gòu)成的第3變形例也和第1變形例同樣地，能夠提供結(jié)構(gòu)簡單且驅(qū)動(dòng)容易的低成本的折射率分布型液晶光學(xué)元件以及顯示裝置。
(第4變形例)
接下來，圖9示出第1實(shí)施方式的第4變形例的圖像顯示裝置。圖9是表示第4變形例的圖像顯示裝置的剖面圖。該第4變形例的圖像顯示裝置為在圖1所示的第1實(shí)施方式的圖像顯示裝置中將液晶GRIN透鏡陣列1置換為液晶GRIN透鏡陣列ID的結(jié)構(gòu)。該液晶GRIN透鏡陣列ID為在圖1所示的液晶GRIN透鏡陣列1中在電介質(zhì)層3上配置第1電極21、且在第1基板11上配置第2電極22的結(jié)構(gòu)。即、為在第1基板11上配置第2電極 22、第3電極23以及第5電極25的結(jié)構(gòu)。
一般地，形成在第1基板11上的電極和形成在電介質(zhì)層3上的電極在形成時(shí)也會(huì)產(chǎn)生對位誤差。為了降低由該定位誤差造成的影響，在本變形例中，將第3電極23、第5電極25以及第2電極22形成在同一層、即第1基板11上是有效的。由此，因?yàn)槟軌蛲ㄟ^透鏡端和透鏡中心的位置關(guān)系相同的曝光工序來制作，所以能夠抑制透鏡的中心等主要部分的偏差，能夠提高透鏡性能。另外，與將透鏡端和透鏡中心的電極都形成在電介質(zhì)層3上的情況相比，更優(yōu)選將透鏡端和透鏡中心的電極都形成在第1基板11。這是因?yàn)楹笳吣軌蚺懦鲭娊橘|(zhì)層3的影響的緣故。另外，在該第4變形例中，在第1基板11上形成第3電極23、 第5電極25以及第2電極22，并在電介質(zhì)層3上形成有第1電極，但是可以相反地形成。 即、也可以在電介質(zhì)層3上形成第3電極23、第5電極25以及第2電極22，在第1基板11 上形成第1電極。
這樣構(gòu)成的第4變形例也和第1實(shí)施方式同樣地，能夠提供結(jié)構(gòu)簡單且驅(qū)動(dòng)容易的低成本的折射率分布型液晶光學(xué)元件以及顯示裝置。
另外，在第1實(shí)施方式以及第1至第4變形例中，設(shè)液晶的初始取向?yàn)樗椒较虻乃饺∠蜻M(jìn)行了說明，但是液晶的初始取向不限于此。也能使用其它的液晶取向模式。
另外，在第1實(shí)施方式以及第1至第4變形例中，設(shè)折射率分布型液晶光學(xué)元件為液晶透鏡陣列元件進(jìn)行了說明，但不限于此。光學(xué)元件只要具備能夠?qū)崿F(xiàn)3維圖像的顯示的性能即可。例如，即可以是未實(shí)現(xiàn)完全的作為透鏡的折射率分布，也可以作為L棱鏡陣列元件發(fā)揮功能。
另外，在第1實(shí)施方式以及第1至第4變形例中，作為控制來自圖像顯示部5的光線的折射率分布型光學(xué)元件，使用了折射率分布型液晶光學(xué)元件，但所使用的材料不限于液晶。只要是具有同樣的電光學(xué)效果的材料，都可以作為上述折射率分布型光學(xué)元件應(yīng)用。
另外，在第1實(shí)施方式以及第1至第4變形例中，設(shè)透鏡陣列沿第1方向61排列的情況進(jìn)行了說明，但不限于此。例如，也能夠通過排列為2維狀來實(shí)現(xiàn)復(fù)眼透鏡(Fly eye lens) ο
(第2實(shí)施方式)
接下來，參照圖10對第2實(shí)施方式的圖像顯示裝置進(jìn)行說明。圖10是表示第2 實(shí)施方式的圖像顯示裝置的剖面圖。
該第2實(shí)施方式的圖像顯示裝置是在圖6所示的第1實(shí)施方式的第1變形例的圖像顯示裝置中將液晶GRIN透鏡陣列IA置換為液晶GRIN透鏡陣列IE的結(jié)構(gòu)。該液晶GRIN 透鏡陣列IE為下述結(jié)構(gòu)在圖6所示的液晶GRIN透鏡陣列IA中，在第5電極25的左側(cè)且在與第3電極23之間，進(jìn)一步設(shè)置至少一組以上的包含第1電極21以及第2電極22的電極對200B，在第5電極25的右側(cè)且在與第3電極23之間進(jìn)一步設(shè)置至少一組以上的包含第1電極21以及第2電極22的電極對200A。另外，在圖10中，進(jìn)一步設(shè)置的電極對200A、 200B分別成為一組。S卩、在第1實(shí)施方式以及第1乃至第4變形例中，液晶GRIN透鏡陣列為2級的菲涅耳透鏡。與此相對，在第2實(shí)施方式中不同點(diǎn)在于實(shí)現(xiàn)了多級的菲涅耳透鏡。
另外，第2實(shí)施方式中的動(dòng)作與在第1實(shí)施方式中說明過的情況相同。
在第2實(shí)施方式中，通過菲涅耳透鏡的多級化，進(jìn)一步降低液晶層4的厚度，能夠?qū)崿F(xiàn)低成本化。
另外，第2實(shí)施方式也和第1實(shí)施方式同樣地，能夠提供結(jié)構(gòu)簡單且驅(qū)動(dòng)容易的低成本的折射率分布型液晶光學(xué)元件以及顯示裝置。
另外，如該第2實(shí)施方式那樣的菲涅耳透鏡的多段化也能在第1實(shí)施方式或其變形例中應(yīng)用。
(第3實(shí)施方式)
接下來，參照圖11對第3實(shí)施方式的圖像顯示裝置進(jìn)行說明。圖11是表示第3 實(shí)施方式的圖像顯示裝置的剖面圖。
在第1以及第2實(shí)施方式中，液晶GRIN透鏡陣列具有電介質(zhì)層3，第1電極21和第2電極22夾持電介質(zhì)層3而形成在不同層中。與此相對，在第3實(shí)施方式中不同點(diǎn)在于， 未設(shè)置電介質(zhì)層3，第1電極21和第2電極22形成在第1基板11上。該第3實(shí)施方式中的動(dòng)作與在第1實(shí)施方式說明過的情況相同。
在該第3實(shí)施方式中，能夠通過由同一層(單層)構(gòu)成的電極來實(shí)現(xiàn)液晶GRIN透鏡的菲涅耳化。單層的電極與制造第1至第2實(shí)施方式那樣的層疊構(gòu)造的電極相比能夠削減工序數(shù)量，所以能夠?qū)崿F(xiàn)低成本化。
另外，第3實(shí)施方式也和第1實(shí)施方式同樣地，能夠提供結(jié)構(gòu)簡單且驅(qū)動(dòng)容易的低成本的折射率分布型液晶光學(xué)元件以及顯示裝置。
雖然對本發(fā)明的幾個(gè)實(shí)施方式進(jìn)行了說明，但是這些實(shí)施方式是作為例子而示出的方案，并非旨在限定本發(fā)明的范圍。這些實(shí)施方式能夠通過其它的各種各樣的方式實(shí)施， 在不脫離發(fā)明的要旨的范圍內(nèi)，能夠進(jìn)行各種省略、置換以及變更。這些實(shí)施方式及其變形都包含在發(fā)明的范圍和要旨內(nèi)，同樣地，也包含在權(quán)利要求書所述的發(fā)明及其等同的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種折射率分布型液晶光學(xué)元件，其特征在于，包括 第1基板；與所述第1基板對向配置的第2基板； 夾持在所述第1基板和所述第2基板之間的液晶層； 設(shè)置在所述第1基板上的所述液晶層側(cè)、沿第1方向排列的多個(gè)第1電極； 在所述第1基板上的所述液晶層側(cè)與所述第1電極對應(yīng)地設(shè)置、在所述第1方向上排列的多個(gè)第2電極；設(shè)置在所述第1基板上的所述液晶層側(cè)、在所述第1方向上排列的多個(gè)第3電極；以及形成在所述第2基板上的所述液晶層側(cè)的第4電極，針對所述第3電極的每一個(gè)，在第3電極的兩側(cè)中的一側(cè)配置有具有所述第1電極和與該第1電極對應(yīng)的第2電極的第1電極對，并且在另一側(cè)配置有具有第1電極和與該第 1電極對應(yīng)的第2電極的第2電極對，在所述第1電極對中，配置為從所述第2基板觀察沿所述第1方向的剖面中的所述第 2電極的中心比所述第1電極的中心更位于所述第3電極側(cè)，在所述第2電極對中，配置為從所述第2基板觀察沿所述第1方向的剖面中的所述第 2電極的中心比所述第1電極的中心更位于所述第3電極側(cè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的折射率分布型液晶光學(xué)元件，其特征在于，在鄰接的兩個(gè)第3電極之間配置有一組所述第1電極對和一組所述第2電極對。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的折射率分布型液晶光學(xué)元件，其特征在于，在鄰接的兩個(gè)第3電極之間配置有多組所述第1電極對和多組所述第2電極對。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的折射率分布型液晶光學(xué)元件，其特征在于，在鄰接的兩個(gè)第3電極之間配置的所述一組第1電極對和所述一組第2電極對的在沿所述第1方向的剖面中的中心間距離比以下兩個(gè)距離的和大，其中一個(gè)距離是所述兩個(gè)第 3電極中的一方的電極的在沿著所述第1方向的剖面中的中心與設(shè)置在該一方的電極的一側(cè)的第1電極對的在沿著所述第1方向的剖面中的中心之間的距離，另一個(gè)距離是所述兩個(gè)第3電極的一方的電極的在沿著所述第1方向的剖面中的中心與設(shè)置在該一方的電極的另一側(cè)的第2電極對的在沿著所述第1方向的剖面中的中心之間的距離。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的折射率分布型液晶光學(xué)元件，其特征在于，配置在所述第3電極的一側(cè)的所述第1電極對和配置在另一側(cè)的所述第2電極對配置成相對于所述第3電極對稱。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的折射率分布型液晶光學(xué)元件，其特征在于，多個(gè)所述第1電極、多個(gè)所述第2電極以及多個(gè)所述第3電極沿著與所述第1方向不同的第2方向延伸。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的折射率分布型液晶光學(xué)元件，其特征在于， 在所述第1電極和所述第2電極之間設(shè)置有電介質(zhì)層。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的折射率分布型液晶光學(xué)元件，其特征在于，在所述第1電極對以及所述第2電極對的各自中，所述第1方向上的所述第1電極與所述第2電極之間的最大距離為所述電介質(zhì)層的厚度以下。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的折射率分布型液晶光學(xué)元件，其特征在于，在所述第1電極對和所述第2電極對之間設(shè)置有第5電極。
10.一種圖像顯示裝置，其特征在于，具有權(quán)利要求1所述的折射率分布型液晶光學(xué)元件；以及圖像顯示部。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的圖像顯示裝置，其特征在于，在鄰接的兩個(gè)第3電極之間配置有一組所述第1電極對和一組所述第2電極對。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的圖像顯示裝置，其特征在于，在鄰接的兩個(gè)第3電極之間配置有多組所述第1電極對和多組所述第2電極對。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的圖像顯示裝置，其特征在于，在鄰接的兩個(gè)第3電極之間配置的所述一組第1電極對和所述一組第2電極對的在沿所述第1方向的剖面中的中心間距離比以下兩個(gè)距離之和大，其中一個(gè)距離是所述2兩個(gè)第3電極中的一方的電極的在沿著所述第1方向的剖面中的中心與設(shè)置在該一方的電極的一側(cè)的第1電極對的在沿著所述第1方向的剖面中的中心之間的距離，另一個(gè)距離是所述兩個(gè)第3電極的一方的電極的在沿著所述第1方向的剖面中的中心與設(shè)置在該一方的電極的另一側(cè)的第2電極對的在沿著所述第1方向的剖面中的中心之間的距離。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的圖像顯示裝置，其特征在于，配置在所述第3電極的一側(cè)的所述第1電極對和配置在另一側(cè)的所述第2電極對配置為相對于所述第3電極對稱。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的圖像顯示裝置，其特征在于，多個(gè)所述第1電極、多個(gè)所述第2電極以及多個(gè)所述第3電極沿著與所述第1方向不同的第2方向延伸。
16.根據(jù)權(quán)利要求10所述的圖像顯示裝置，其特征在于，在所述第1電極和所述第2電極之間設(shè)置有電介質(zhì)層。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的圖像顯示裝置，其特征在于，在所述第1電極對以及所述第2電極對的各自中，所述第1方向上的所述第1電極與所述第2電極之間的最大距離為所述電介質(zhì)層的厚度以下。
18.根據(jù)權(quán)利要求10所述的圖像顯示裝置，其特征在于，在所述第1電極對和所述第2電極對之間設(shè)置有第5電極。
全文摘要
本實(shí)施方式提供一種折射率分布型液晶光學(xué)元件，具備液晶層；在第1基板上的液晶層側(cè)、沿第1方向排列的第1電極；在第1基板上的液晶層側(cè)與第1電極對應(yīng)、在第1方向排列的第2電極；設(shè)置在第1基板上的液晶層側(cè)、在第1方向排列的第3電極以及形成在第2基板上的液晶層側(cè)的第4電極，其中，針對第3電極的每一個(gè)，在一側(cè)配置具有所述第1電極和與該第1電極對應(yīng)的第2電極的第1電極對，在另一側(cè)配置具有第1電極和與該第1電極對應(yīng)的第2電極的第2電極對，在第1電極對中，沿第1方向的剖面中的第2電極的中心比第1電極的中心更位于第3電極側(cè)，在第2電極對中，沿第1方向的剖面中的第2電極的中心比第1電極的中心更位于第3電極側(cè)。
文檔編號G02B27/22GK102540588SQ20111024975
公開日2012年7月4日 申請日期2011年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月27日
發(fā)明者上原伸一, 高木亞矢子 申請人:株式會(huì)社東芝