液晶光學(xué)元件及具備其的圖像顯示裝置制造方法

液晶光學(xué)元件及具備其的圖像顯示裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種使液晶分子的初始取向最佳化了的液晶光學(xué)元件。本公開中的液晶光學(xué)元件具備：將具有在第1方向上延伸的棱線的棱鏡在與第1方向正交的第2方向上排列多個(gè)而構(gòu)成的棱鏡陣列、設(shè)置于棱鏡陣列上的液晶層、以及向液晶層施加電壓的電極。在施加于液晶層的電壓為0伏特時(shí)，液晶層的液晶分子的長(zhǎng)軸被取向?yàn)椋涸谂c第2方向正交的平面內(nèi)相對(duì)于第1方向傾斜規(guī)定角度。
【專利說明】液晶光學(xué)元件及具備其的圖像顯示裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開涉及使已入射的光偏轉(zhuǎn)的液晶光學(xué)元件以及使用其的圖像顯示裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在專利文獻(xiàn)I中，公開了通過對(duì)多個(gè)觀察者各自的眼睛交替地提示右眼用圖像的光和左眼用圖像的光，來使影像被立體視的自動(dòng)立體視顯示器。在專利文獻(xiàn)I的裝置中，使基于偏轉(zhuǎn)單元的光折射舉動(dòng)進(jìn)行變化以追蹤觀察者的眼球位置移動(dòng)。該偏轉(zhuǎn)單元由內(nèi)含兩個(gè)種類的不混合的液體的液滴控制單位構(gòu)成，通過對(duì)液滴控制單位施加電壓來使液體的界面變化，從而使液滴控制單位發(fā)揮了棱鏡功能。
[0003]在先技術(shù)文獻(xiàn)
[0004]專利文獻(xiàn)
[0005]專利文獻(xiàn)1:日本特表2010-529485號(hào)公報(bào)
【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]發(fā)明要解決的課題
[0007]本公開提供能追蹤觀察者的位置而使已入射的光偏轉(zhuǎn)、且不管觀察者的位置如何均能抑制到達(dá)觀察者的眼睛的光的強(qiáng)度的下降的液晶光學(xué)元件以及具備其的圖像顯示裝置。
[0008]用于解決課題的手段
[0009]本公開中的液晶光學(xué)元件具備:將具有在第I方向上延伸的棱線的棱鏡在與第I方向正交的第2方向上排列多個(gè)而構(gòu)成的棱鏡陣列、設(shè)置于棱鏡陣列上的液晶層、以及向液晶層施加電壓的電極。在施加于液晶層的電壓為O伏特時(shí)，液晶層的液晶分子的長(zhǎng)軸被取向?yàn)?在與第2方向正交的平面內(nèi)相對(duì)于第I方向傾斜規(guī)定角度。
[0010]發(fā)明效果
[0011]本公開有效地實(shí)現(xiàn)能追蹤觀察者的位置而使已入射的光偏轉(zhuǎn)、且不管觀察者的位置如何均能抑制到達(dá)觀察者的眼睛的光的強(qiáng)度的下降的液晶光學(xué)元件以及具備其的圖像
顯示裝置。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是實(shí)施方式所涉及的圖像顯示裝置的簡(jiǎn)要構(gòu)成圖。
[0013]圖2是圖像顯示裝置的一部分的分解立體圖。
[0014]圖3(a)是表示液晶分子的取向?yàn)镺度時(shí)的構(gòu)成的簡(jiǎn)要圖，圖3(b)是表示液晶分子的取向?yàn)?5度時(shí)的構(gòu)成的簡(jiǎn)要圖，圖3(c)是表示液晶分子的取向?yàn)?0度時(shí)的構(gòu)成的簡(jiǎn)要圖，圖3(d)是表示液晶分子的取向?yàn)镺度時(shí)的構(gòu)成的簡(jiǎn)要圖，圖3(e)是表示液晶分子的取向?yàn)?5度時(shí)的構(gòu)成的簡(jiǎn)要圖，圖3(f)是表示液晶分子的取向?yàn)?0度時(shí)的構(gòu)成的簡(jiǎn)要圖。[0015]圖4(a)是表示液晶分子的取向?yàn)镺度時(shí)的光的強(qiáng)度的圖表，圖4(b)是表示液晶分子的取向?yàn)?5度時(shí)的光的強(qiáng)度的圖表，圖4(c)是表示液晶分子的取向?yàn)?0度時(shí)的光的強(qiáng)度的圖表。
[0016]圖5(a)是表示液晶分子的取向?yàn)镺度時(shí)的構(gòu)成的簡(jiǎn)要圖，圖5(b)是表示液晶分子的取向?yàn)?5度時(shí)的構(gòu)成的簡(jiǎn)要圖，圖5 (c)是表示液晶分子的取向?yàn)?0度時(shí)的構(gòu)成的簡(jiǎn)要圖，圖5(d)是表示液晶分子的取向?yàn)镺度時(shí)的構(gòu)成的簡(jiǎn)要圖，圖5(e)是表示液晶分子的取向?yàn)?5度時(shí)的構(gòu)成的簡(jiǎn)要圖，圖5 (f)是表示液晶分子的取向?yàn)?0度時(shí)的構(gòu)成的簡(jiǎn)要圖。
[0017]圖6(a)是表示液晶分子的取向?yàn)?5度時(shí)的光的強(qiáng)度的圖表，圖6 (b)是表示液晶分子的取向?yàn)?0度時(shí)的光的強(qiáng)度的圖表。
【具體實(shí)施方式】
[0018]以下，酌情參照附圖來詳細(xì)說明實(shí)施方式。但有時(shí)省略超過必要的詳細(xì)的說明。例如，有時(shí)省略熟知的事項(xiàng)的詳細(xì)說明或針對(duì)實(shí)質(zhì)上相同的構(gòu)成的重復(fù)說明。這是為了避免以下的說明成為不必要的冗余，為了使本領(lǐng)域技術(shù)人員容易理解。另外，在附圖中，為了易于理解，示意性示出了主要的構(gòu)成要素。
[0019]此外，
【發(fā)明者】為了使本領(lǐng)域技術(shù)人員充分理解本公開而提供附圖和以下的說明，但并不是打算用它們來限定權(quán)利要求書所記載的主題。
[0020]< 1.圖像顯示裝置的構(gòu)成>
[0021]圖1是實(shí)施方式所涉及的圖像顯示裝置10的簡(jiǎn)要剖視圖，圖2是圖1所示的圖像顯示裝置10的一部分的分解立體圖。此外，在圖1中，省略了圖2所記載的電極48a、48b、49a、49b的描述。
[0022]在本實(shí)施方式中，對(duì)圖像顯示裝置10設(shè)定三維正交座標(biāo)系，使用座標(biāo)軸來確定方向。如圖1以及圖2所示，X軸方向，與觀察者正對(duì)圖像顯示面板50的顯示面時(shí)的左右方向(水平方向)一致。Y軸方向，與觀察者正對(duì)圖像顯示面板50的顯示面時(shí)的上下方向一致。Z軸方向，與相對(duì)于圖像顯示面板50的顯示面而垂直的方向一致。在此，“正對(duì)”是指，例如在顯示面顯示了 “A”這樣的文字的情況下，觀察者位于面向顯示面的正前方的位置以從正確的方向觀察該“A”這樣的文字。另外，圖1以及圖2相當(dāng)于從圖像顯示裝置10的上側(cè)觀察到的圖。因此，圖1以及圖2的左側(cè)成為從觀察者觀察到的顯示畫面的右側(cè)。
[0023]圖像顯示裝置10由以下部件構(gòu)成:光源切換型的背光燈20 ;液晶棱鏡元件40 ;圖像顯示面板50，交替地切換右眼用圖像以及左眼用圖像來進(jìn)行顯示；位置檢測(cè)部70，進(jìn)行正在使用圖像顯示裝置10的觀察者的位置檢測(cè)；以及控制部60，基于所檢測(cè)的觀察者的位置信息來控制向液晶棱鏡元件40輸出的液晶驅(qū)動(dòng)電壓。
[0024]圖像顯示裝置10與右眼用圖像和左眼用圖像的切換同步地進(jìn)行光源21a以及21b的切換。另外，通過以120Hz以上的頻率來進(jìn)行右眼用圖像與左眼用圖像的切換，從而觀察者能基于右眼用圖像和左眼用圖像來識(shí)別立體圖像。
[0025]以下，說明各構(gòu)成的細(xì)節(jié)。
[0026]<2.背光燈的構(gòu)成>
[0027]背光燈20具備:彼此對(duì)置的光源21a以及21b、反射薄膜22、導(dǎo)光板23、以及光控制薄膜30。反射薄膜22設(shè)置于導(dǎo)光板23的下表面?zhèn)?背面?zhèn)?，光控制薄膜30設(shè)置于導(dǎo)光板23的上表面?zhèn)?前面?zhèn)?。
[0028]光源21a以及21b沿導(dǎo)光板23的一對(duì)側(cè)面的各側(cè)面進(jìn)行配置，在X軸方向上相互對(duì)置。光源21a配置于導(dǎo)光板23的左側(cè)面,光源21b配置于導(dǎo)光板23的右側(cè)面。光源21a以及21b各自具有排列在Y軸方向上的多個(gè)LED元件。光源21a以及21b與圖像顯示面板50中所顯示的左眼用圖像以及右眼用圖像的切換同步地，交替地反復(fù)點(diǎn)亮以及熄滅。即，在圖像顯示面板50顯示右眼用圖像的情況下，光源21a點(diǎn)亮而光源21b熄滅，在圖像顯示面板50顯示左眼用圖像的情況下，光源21a熄滅而光源21b點(diǎn)亮。
[0029]從光源21a以及21b出射了的光在導(dǎo)光板23的上表面和下表面反復(fù)全反射的同時(shí)在導(dǎo)光板23內(nèi)擴(kuò)散。在導(dǎo)光板23內(nèi)具有超過全反射角度的角度的光從導(dǎo)光板23的上表面出射。導(dǎo)光板23的下表面如圖1以及2所示，由多個(gè)傾斜面24構(gòu)成?；谶@些傾斜面24,在導(dǎo)光板23內(nèi)傳播的光朝向各種方向反射，因此從導(dǎo)光板23出射的光的強(qiáng)度在整個(gè)上表面是均勻的。
[0030]反射薄膜22設(shè)置于導(dǎo)光板23的下表面?zhèn)?。打破了設(shè)置于導(dǎo)光板23的下表面的傾斜面24的全反射角度的光被反射薄膜22反射，再次入射至導(dǎo)光板23內(nèi)，最終從上表面出射。從導(dǎo)光板23出射了的光入射至光控制薄膜30。
[0031 ] 在光控制薄膜30的下表面，具有三角形形狀的剖圖以及Y軸方向上延伸的棱線的多個(gè)棱鏡31并列配置于X軸方向。即，在光控制薄膜30的下表面，具有三角形形狀的剖圖的棱鏡31被進(jìn)行一維陣列配置。另外，在光控制薄膜30的上表面，Y軸方向上延伸的多個(gè)柱面透鏡32并列配置于X軸方向。即，在光控制薄膜30的上表面，形成有雙凸透鏡。
[0032]入射至光控制薄膜30的下表面的光通過棱鏡31而豎立于Z軸方向，由上表面的雙凸透鏡聚光，并入射至液晶棱鏡元件40。
[0033]< 3.液晶棱鏡元件的構(gòu)成>
[0034]如圖1以及圖2所示，液晶棱鏡元件40具備:基板41、基板42、由多個(gè)棱鏡43構(gòu)成的棱鏡陣列44、液晶層45、電極48a以及48b、和電極49a以及49b。
[0035]基板41與基板42被配置為相互對(duì)置。
[0036]在基板41的內(nèi)面(與基板42對(duì)置一側(cè)的面)，形成有棱鏡陣列44。棱鏡陣列44由多個(gè)棱鏡43構(gòu)成。棱鏡43被配置為在X軸方向(第2方向的一例)上排列多個(gè)。
[0037]棱鏡43具有XZ平面上的剖圖為大致三角形的形狀。在本實(shí)施方式中，棱鏡43的剖圖是直角三角形。如圖1所示，構(gòu)成為:當(dāng)從Y軸方向觀察時(shí)，棱鏡43的斜邊(直角三角形的直角的對(duì)邊)與液晶層45相接。
[0038]另外，如圖2所示，棱鏡43形成為在Y軸方向(第I方向的一例)上伸長(zhǎng)的形狀。即，棱鏡43構(gòu)成為三角柱狀。
[0039]在基板41與液晶棱鏡元件40之間，形成有電極48a以及電極48b。另外，在基板42與液晶棱鏡兀件40之間，形成有電極49a以及電極49b。液晶層45形成于基板41與基板42之間。具體而言，液晶層45在基板41側(cè)與電極48a、電極48b、棱鏡陣列44相接。
[0040]此外，盡管在本實(shí)施方式中，將棱鏡43設(shè)為了在Y軸方向上伸長(zhǎng)的形狀，但棱鏡43也可以是在相對(duì)于Y軸傾斜了規(guī)定角度的方向上伸長(zhǎng)的形狀。通過設(shè)為這樣的構(gòu)成，從而能減少莫爾條紋(干涉條紋)的產(chǎn)生。莫爾條紋是在將周期性的構(gòu)造多片合在一起時(shí)因這些周期的偏差而在視覺上產(chǎn)生的條紋模樣。在本實(shí)施方式中，圖像顯示面板50的像素的配置、光控制薄膜30 (棱鏡31、柱面透鏡32)、液晶棱鏡元件40 (棱鏡陣列44)等成為了將周期性的構(gòu)造多片疊合在一起的狀態(tài)，因此容易產(chǎn)生莫爾條紋。為此，通過將棱鏡設(shè)為在相對(duì)于Y軸傾斜了規(guī)定角度的方向上伸長(zhǎng)的形狀，從而能使得莫爾條紋難以產(chǎn)生。
[0041]另外，盡管在本實(shí)施方式中，各自的電極形成于基板與棱鏡陣列之間，但電極也可以形成于與棱鏡陣列為相反側(cè)的面。另外，盡管在本實(shí)施方式中，棱鏡陣列與基板是分體構(gòu)成，但也可以將棱鏡陣列與基板一體成形。
[0042]液晶棱鏡元件40對(duì)偏光方向進(jìn)行控制，使得從左側(cè)的光源21a出射、通過導(dǎo)光板23以及光控制薄膜30而入射的光聚光于觀察者的右眼的位置。
[0043]另外，對(duì)偏光方向進(jìn)行控制，使得從右側(cè)的光源21b出射、通過導(dǎo)光板23以及光控制薄膜30而入射的光聚光于觀察者的左眼的位置。
[0044]從圖1以及圖2可以理解，多個(gè)棱鏡43在X軸方向并排設(shè)置于電極49a以及49b上。多個(gè)棱鏡43的剖圖形狀構(gòu)成為以液晶棱鏡元件40的整體而左右對(duì)稱。為了容易說明，將棱鏡43的形成區(qū)域二分為圖1以及2中的左半部分以及右半部分，將左側(cè)的區(qū)域設(shè)為R1，將在X軸方向上與區(qū)域Rl相鄰的右側(cè)的區(qū)域設(shè)為R2。另外，將通過區(qū)域Rl以及R2的邊界線(中央線)且與圖像顯示面板50的顯示面正交的平面設(shè)為P1。在與XZ平面平行的平面上進(jìn)行觀察時(shí)，配置于區(qū)域Rl的棱鏡43的剖圖形狀、與配置于區(qū)域R2的棱鏡43的剖圖形狀如圖1以及圖2所示，被設(shè)計(jì)為相對(duì)于平面Pl呈對(duì)稱。
[0045]電極48a形成于基板41的內(nèi)面的區(qū)域R1，電極48b形成于基板41的內(nèi)面的區(qū)域R2。同樣地，電極49a形成于基板42的內(nèi)面的區(qū)域R1，電極49b形成于基板42的內(nèi)面的區(qū)域R2。
[0046]此外，作為基板41以及42、棱鏡43的形成材料，能使用玻璃或樹脂。在使用樹脂作為棱鏡43的材料的情況下，作為一例，通過在玻璃基板上壓印UV固化樹脂，從而能形成棱鏡43。液晶棱鏡元件40能通過以下步驟來制作:在使電極49a以及49b成膜后的基板42上形成了棱鏡43的一維排列后，將基板42、與使電極48a以及48b成膜后的基板41相貼合，并在基板41、42之間封入液晶，由此制作。
[0047]液晶棱鏡元件40是能按照來自外部的施加電壓的大小來控制透過的光的偏轉(zhuǎn)角度的大小的元件。簡(jiǎn)單講述其原理。通常，液晶分子呈楕圓體形狀，介電常數(shù)在長(zhǎng)邊方向與短邊方向上不同。故而，液晶層45具有折射率按入射光的每個(gè)偏光方向而不同的雙折射的性質(zhì)。另外，若液晶分子的長(zhǎng)軸取向(指向器；director)的朝向相對(duì)于光的偏光方向相對(duì)地發(fā)生變化，則液晶層45的折射率也發(fā)生變化。故而，若通過給予某施加電壓所產(chǎn)生的電場(chǎng)來使液晶的取向發(fā)生變化，則針對(duì)透過的光的折射率改變，故作為光的折射角的偏轉(zhuǎn)角發(fā)生變化。
[0048]在本實(shí)施方式中，在未向液晶棱鏡元件40施加電壓的狀態(tài)下，液晶分子的取向以規(guī)定角度傾斜而形成。關(guān)于液晶分子的取向?qū)⒃诤竺鏀⑹觥?br> [0049]在本實(shí)施方式中，作為構(gòu)成液晶層45的材料，考慮使用了單軸性的正型液晶的情況。而且，在未向?qū)χ秒姌O間施加電壓的情況下，液晶分子長(zhǎng)軸取向于Y軸方向，在施加了電壓的情況下，考慮液晶分子長(zhǎng)軸取向于Z軸方向的情況。此外，液晶分子可以是負(fù)型液晶。[0050]一般而言，在以液晶棱鏡元件40等的有源元件來使光偏轉(zhuǎn)的情況下，為了增大偏轉(zhuǎn)角，期望使用△!!(=針對(duì)異常光的折射率ne-針對(duì)通常光的折射率no)大的液晶材料。然而，市面產(chǎn)品中Λ η大的液晶材料少，一般而言，Λ η約為0.2左右。
[0051 ] 另外，即便使用相同的液晶材料來構(gòu)成液晶棱鏡，取向方向的設(shè)計(jì)、電場(chǎng)的施加方法也是較大地左右液晶棱鏡元件的能力即偏轉(zhuǎn)角、電力、開關(guān)速度等元件性能的重要項(xiàng)目。
[0052]此外，在液晶棱鏡元件40中，棱鏡43的斜面的傾斜方向以畫面的中心線(平面PD為邊界而左右不同。在液晶棱鏡元件40中，具有如下性質(zhì):較之于使出射光朝著從棱鏡43的傾斜面遠(yuǎn)離的方向(相當(dāng)于圖2中的左上方向)的偏轉(zhuǎn)，使出射光朝著接近棱鏡43的傾斜面的方向(圖2中的右上方向)的偏轉(zhuǎn)的效率低。于是，通過將棱鏡43的傾斜面設(shè)為相對(duì)于平面Pl對(duì)稱，且使棱鏡43的傾斜面朝向畫面的中央部的前方，從而液晶棱鏡元件40能使入射至畫面的左端附近的光朝著畫面的右前方高效地偏轉(zhuǎn)，能使入射至畫面的右端附近的光朝著畫面的左前方高效地偏轉(zhuǎn)。在此情況下，在液晶棱鏡元件40的左右的區(qū)域施加不同的電壓。故而，電極49a以及49b在畫面中央處分離。另外，將位于同一基板內(nèi)的兩個(gè)電極均作為接地端子使用的情況下，可以在中央處不分離。
[0053]<4.圖像顯示面板的構(gòu)成>
[0054]透過了液晶棱鏡元件40的光入射至圖像顯示面板50。圖像顯示面板50對(duì)圖像或影像進(jìn)行顯示。圖像顯示面板50例如由液晶面板構(gòu)成。作為像素顯示面板4的一例，可列舉In-Plane-Switching方式的面板。但作為圖像顯示面板50,還能采用其他方式的圖像顯示面板。透過了圖像顯示面板50的光具有指向性，并被聚光于觀察者的眼的位置。
[0055]< 5.控制部的構(gòu) 成>
[0056]控制部60基于由視聽位置計(jì)算部72求出的視聽位置信息，來控制向液晶棱鏡元件40施加的電壓值。更詳細(xì)而言，觀察者的視聽位置如圖1所示，在從畫面中央移動(dòng)至左端側(cè)的情況下，通過在區(qū)域Rl使液晶層44的折射率比棱鏡43的折射率更小，在區(qū)域R2使液晶層44的折射率比棱鏡43的折射率更大，從而從觀察者來看，使來自棱鏡43的出射光偏轉(zhuǎn)于右方向。此時(shí)，相對(duì)于使光不偏轉(zhuǎn)時(shí)的施加電壓，使向區(qū)域Rl施加的施加電壓更大，使向區(qū)域R2施加的施加電壓更小，從而能使區(qū)域Rl的偏轉(zhuǎn)角與區(qū)域R2的偏轉(zhuǎn)角一致。反之，在觀察者的視聽位置從畫面中央移動(dòng)至右端側(cè)的情況下，通過在區(qū)域Rl使液晶層44的折射率比棱鏡43的折射率更大，在區(qū)域R2使液晶層44的折射率比棱鏡43的折射率更小，從而從觀察者來看，使來自棱鏡43的出射光偏轉(zhuǎn)于左方向。此時(shí)，相對(duì)于使光不偏轉(zhuǎn)時(shí)的施加電壓，使向區(qū)域Rl施加的施加電壓更小，使向區(qū)域R2施加的施加電壓更大，從而能使區(qū)域Rl的偏轉(zhuǎn)角與區(qū)域R2的偏轉(zhuǎn)角一致。
[0057]此外，由于與施加電壓相應(yīng)的液晶棱鏡元件40的偏轉(zhuǎn)角以及光的聚光點(diǎn)的位置信息能在設(shè)計(jì)階段設(shè)想，因此預(yù)先準(zhǔn)備將施加電壓與位置信息建立了關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)，并保存至圖像顯示裝置10所具備的存儲(chǔ)裝置即可。另外，在產(chǎn)品完成后，可以進(jìn)行校準(zhǔn)，進(jìn)行聚光點(diǎn)的位置的校正。
[0058]< 6.位置檢測(cè)部的構(gòu)成>
[0059]位置檢測(cè)部70包含照相機(jī)71和視聽位置計(jì)算部72。照相機(jī)71以規(guī)定周期來拍攝觀察者的圖像。視聽位置計(jì)算部72對(duì)由照相機(jī)71拍攝出的圖像進(jìn)行解析，來計(jì)算表征觀察者的視聽位置的視聽位置信息。在由照相機(jī)71進(jìn)行的圖像解析中，能利用對(duì)臉或臉的一部分(眼或鼻等)的位置進(jìn)行識(shí)別的公知算法。另外，由視聽位置計(jì)算部72求取的視聽位置信息優(yōu)選表征觀察者的眼睛的位置，但也可以取代眼的位置來表征臉或鼻等的位置。
[0060]< 7.液晶棱鏡元件的細(xì)節(jié)>
[0061]接下來，說明本實(shí)施方式的液晶棱鏡元件40的液晶分子的取向。在本實(shí)施方式中，在未向液晶棱鏡元件40施加電壓的狀態(tài)下，液晶分子傾斜了規(guī)定角度。即，液晶分子以傾斜了規(guī)定角度的狀態(tài)被初始取向。
[0062]在此，為了使說明容易，首先使用圖3以及圖4來說明初始取向?yàn)镺度的情況。其后，說明初始取向傾斜了規(guī)定角度的情況。
[0063]圖3示出了初始取向?yàn)镺度的情況下的液晶分子與棱鏡之間的關(guān)系。
[0064]圖3(a)?(C)是表示液晶分子與棱鏡之間的關(guān)系的簡(jiǎn)要立體圖。圖3 (d)?(f)是從X軸方向觀察圖3(a)?(C)的構(gòu)成時(shí)的簡(jiǎn)要圖。圖3(d)?(f)所示的基準(zhǔn)線M是與Y軸平行的線。即，基準(zhǔn)線M是與棱鏡的長(zhǎng)邊方向平行的線。
[0065]圖3(a)以及(d)示出了未向液晶層施加電壓的狀態(tài)。即，圖3(a)以及(d)示出了液晶分子的初始取向。如圖3(d)所示，液晶分子取向?yàn)?長(zhǎng)軸與基準(zhǔn)線M平行。將此時(shí)的液晶分子的初始取向角度設(shè)為O度。
[0066]圖3(b)以及(e)示出了向液晶層施加了規(guī)定電壓的狀態(tài)。如圖3(e)所示，液晶分子取向?yàn)?長(zhǎng)軸相對(duì)于基準(zhǔn)線M傾斜45度。
[0067]圖3(c)以及(f)示出了向液晶層施加了更大的電壓的狀態(tài)。如圖3(f)所示，液晶分子取向?yàn)?長(zhǎng)軸相對(duì)于基準(zhǔn)線M傾斜90度。
[0068]圖4是表示光的取向角度和光的強(qiáng)度的分布的圖表。圖表的橫軸示出了從圖像顯示裝置出射的光的出射角度。將出射角度在與圖像顯示裝置的顯示面正交的情況下設(shè)為O度。另外，關(guān)于出射角度的符號(hào)，將朝著圖像顯示裝置的右前方而偏轉(zhuǎn)后的光相對(duì)于顯示面的法線所形成的角度設(shè)為正。
[0069]在觀察者于圖像顯示裝置的中央處進(jìn)行視聽的情況下，光的出射角度在O度附近產(chǎn)生峰值。在觀察者于圖像顯示裝置的左側(cè)(即，對(duì)觀察者而言為右側(cè))進(jìn)行視聽的情況下，光朝著圖像顯示裝置的左側(cè)進(jìn)行偏轉(zhuǎn)。因此，在橫軸的角度的負(fù)側(cè)產(chǎn)生峰值。在觀察者于圖像顯示裝置的右側(cè)(即，對(duì)觀察者而言為左側(cè))進(jìn)行視聽的情況下，光朝著圖像顯示裝置的右側(cè)進(jìn)行偏轉(zhuǎn)。因此，在橫軸的角度的正側(cè)產(chǎn)生峰值。另外，圖表的縱軸示出了光的相對(duì)強(qiáng)度。即，縱軸示出了從液晶棱鏡元件出射的光的強(qiáng)度相對(duì)于入射至液晶棱鏡元件的光的強(qiáng)度的比例。將入射至液晶棱鏡元件的光全部從液晶棱鏡元件出射時(shí)的相對(duì)強(qiáng)度設(shè)為了“I”。
[0070]圖4(a)示出了圖3(a)以及(d)的狀態(tài)下的光的強(qiáng)度分布。在觀察者于圖像顯示裝置的左側(cè)進(jìn)行視聽的情況下，如圖4 (a)所示，所出射的光的相對(duì)強(qiáng)度呈0.8左右，成為對(duì)進(jìn)行視聽而言充分的強(qiáng)度。
[0071]圖4(b)示出了圖3(b)以及(e)的狀態(tài)下的光的強(qiáng)度分布。在觀察者于圖像顯示裝置的中央處進(jìn)行視聽的情況下，如圖4(b)所示，所出射的光的相對(duì)強(qiáng)度為0.5至0.6左右。
[0072]圖4(C)示出了圖3(c)以及(f)的狀態(tài)下的光的強(qiáng)度分布。在觀察者于圖像顯示裝置的右側(cè)進(jìn)行視聽的情況下，如圖4 (C)所示，所出射的光的相對(duì)強(qiáng)度為0.8左右，成為對(duì)視聽而言充分的強(qiáng)度。
[0073]如此，在液晶分子的初始取向?yàn)镺度的情況下，觀察者位于畫面中央的情況下的光的相對(duì)強(qiáng)度會(huì)下降。通常，認(rèn)為觀察者在畫面中央處進(jìn)行視聽的頻度高，因此畫面中央處的光的強(qiáng)度低對(duì)觀察者而言是不便的。進(jìn)而，為了使液晶分子取向而施加了規(guī)定電壓，因此功耗也變聞。
[0074]關(guān)于引起這樣的現(xiàn)象的原因，考慮以下那樣的理由。
[0075]與棱鏡的界面近的液晶分子具有維持初始取向的狀態(tài)的性質(zhì)。故而，即便使液晶分子相對(duì)于基準(zhǔn)線M取向45度，棱鏡界面附近的液晶分子也會(huì)受到初始取向的影響，因此不取向于45度。其結(jié)果，在棱鏡的附近與遠(yuǎn)離棱鏡的區(qū)域，液晶分子的取向不同。由此，在液晶層的內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生折射率的分布。該折射率的分布取決于棱鏡的形狀。即，在由棱鏡的斜面和相鄰的棱鏡的壁面所形成的凹部的區(qū)域，沿凹部的形狀而緩慢彎曲地，產(chǎn)生折射率分布。該彎曲的部分具有凹透鏡那樣的透鏡作用。通過該彎曲的部分的光會(huì)因凹透鏡的作用而擴(kuò)散。其結(jié)果，從液晶棱鏡元件出射的光以失去了指向性的狀態(tài)向著觀察者側(cè)前進(jìn)。失去了指向性的(經(jīng)擴(kuò)散的)光不會(huì)聚光于觀察者的眼睛，因此光的強(qiáng)度會(huì)下降。
[0076]于是，在本實(shí)施方式中，如以下所說明的那樣，在初始取向中，使液晶分子以規(guī)定角度傾斜。
[0077]使用圖5以及圖6來說明本實(shí)施方式的液晶分子的取向。
[0078]圖5(a)?(C)是表示液晶分子與棱鏡之間的關(guān)系的簡(jiǎn)要立體圖。圖5 (d)?(f)是從X軸方向觀察圖5(a)?(C)的構(gòu)成時(shí)的簡(jiǎn)要圖。圖5(d)?(f)所示的基準(zhǔn)線M是與Y軸平行的線。即，基準(zhǔn)線M是與棱鏡的長(zhǎng)邊方向平行的線。
[0079]圖5 (a)以及(d)示出了向液晶層施加了規(guī)定電壓(第I電壓)的狀態(tài)。如圖5(d)所示，液晶分子取向?yàn)?長(zhǎng)軸與基準(zhǔn)線M平行。
[0080]圖5(b)以及(e)示出了未向液晶層施加電壓的狀態(tài)。即，圖5(b)示出了液晶分子的初始取向。如圖5(e)所示，液晶分子取向?yàn)?長(zhǎng)軸相對(duì)于基準(zhǔn)線M傾斜45度。
[0081]圖5 (C)以及(f)示出了向液晶層施加了規(guī)定電壓(與第I電壓不同的第2電壓)的狀態(tài)。如圖5(f)所示，液晶分子取向?yàn)?長(zhǎng)軸相對(duì)于基準(zhǔn)線M傾斜90度。
[0082]圖6是表示光的取向角度和光的強(qiáng)度的分布的圖表。圖6(b)示出了圖5(c)以及(f)的狀態(tài)下的光的強(qiáng)度分布。在觀察者于圖像顯示裝置的右側(cè)進(jìn)行視聽的情況下，如圖6(b)所示，所出射的光的相對(duì)強(qiáng)度呈0.60左右。該相對(duì)強(qiáng)度是比圖4(c)所示的相對(duì)強(qiáng)度更低的值，但成為對(duì)視聽而言充分的強(qiáng)度。另外，盡管在此省略詳細(xì)的說明，但即使在圖像顯示裝置的左側(cè)進(jìn)行視聽的情況下，同樣地也是比圖4(a)所示的強(qiáng)度低若干的值，但仍得到對(duì)視聽而言充分的相對(duì)強(qiáng)度。
[0083]圖6(a)示出了圖5(b)以及(e)的狀態(tài)下的光的強(qiáng)度分布。在觀察者于圖像顯示裝置的中央處進(jìn)行視聽的情況下，如圖6(a)所示，所出射的光的相對(duì)強(qiáng)度為0.85左右?？芍玫搅吮葓D4(b)所示的強(qiáng)度更高的強(qiáng)度。
[0084]如此，在本實(shí)施方式中，在未向液晶層施加電壓的狀態(tài)下，使液晶分子的長(zhǎng)軸相對(duì)于基準(zhǔn)線M傾斜了規(guī)定角度。換言之，在本實(shí)施方式中，構(gòu)成為:液晶分子的初始取向相對(duì)于基準(zhǔn)線M傾斜規(guī)定角度。其結(jié)果，較之于初始取向?yàn)镺度的情況，在初始取向傾斜了規(guī)定角度的情況下，在畫面中央處進(jìn)行視聽時(shí)的光的強(qiáng)度變強(qiáng)。由于使液晶分子傾斜規(guī)定角度地進(jìn)行初始取向，因此，當(dāng)然在液晶層整體上液晶分子朝相同方向傾斜。其結(jié)果，不會(huì)產(chǎn)生在初始取向?yàn)镺度時(shí)所產(chǎn)生的那樣的折射率分布。因此，認(rèn)為從液晶棱鏡元件出射的光的強(qiáng)度變得充分強(qiáng)。另外，在視聽頻度最高的畫面中央處的視聽時(shí)，由于能不施加電壓而直接以初始取向進(jìn)行對(duì)應(yīng)，因此還能抑制功耗。
[0085]此外，盡管在上述的實(shí)施方式中，為了簡(jiǎn)化說明而說明了初始取向角度為45度的例子，但液晶分子的初始取向角度也可以不是45度。具體而言，初始取向中的液晶分子的傾斜度優(yōu)選為22.5度以上且67.5度以下。通過將液晶分子的傾斜度設(shè)為22.5度以上且67.5度以下，從而能在確保畫面中央處的視聽時(shí)的光的強(qiáng)度的同時(shí)，即使觀察者在圖像顯示裝置的左右端移動(dòng)了的情況下，也能通過調(diào)整液晶分子的角度來確保充分的亮度。
[0086]另外，初始取向中的液晶分子的傾斜度進(jìn)一步優(yōu)選為40度以上且50度以下。通過設(shè)為這樣的范圍，從而能降低在聚光于畫面中央前方時(shí)施加的電壓，因此能降低功耗。
[0087]接下來，說明液晶分子的長(zhǎng)軸相對(duì)于基準(zhǔn)線傾斜規(guī)定角度地進(jìn)行初始取向的方法。在此，設(shè)想液晶分子的初始取向?yàn)?5度的情況來進(jìn)行說明。
[0088]首先，準(zhǔn)備反應(yīng)性介晶(聚合性液晶。以下僅稱為“RM”)。RM具有通過照射紫外線而固化的性質(zhì)。另外，RM是至少具有反應(yīng)性介晶基元的材料。將該RM混入液晶之中。然后，通過向混入了 RM的液晶施加電壓，而使液晶分子以及RM的分子取向于45度。在此狀態(tài)下，對(duì)混入了 RM的液晶照射紫外線。由此，RM分子以取向于45度的狀態(tài)凝固。液晶分子具有受位于附近的構(gòu)造物的影響而進(jìn)行取向的性質(zhì)。故而，液晶分子成為沿RM分子的取向而傾斜了 45度的狀態(tài)。由此能實(shí)現(xiàn)初始取向45度。
[0089]盡管在上述的方法中，將RM混入了液晶之中，但也可以是將RM涂敷于棱鏡表面的方法。在通過旋涂將RM涂敷于棱鏡表面后，施加電壓以使液晶分子以及RM分子的取向成為45度。在此狀態(tài)下，通過對(duì)RM照射紫外線來使RM固化。如上所述，液晶分子由于受附近的構(gòu)造物的影響進(jìn)行取向，因此液晶分子沿著RM分子的取向以45度進(jìn)行取向。
[0090]此外，可以使用將RM混于液晶中的方法和將RM涂敷于棱鏡表面的方法這兩者，來調(diào)整液晶分子的初始取向。
[0091]< 總結(jié)>
[0092]如上所述，本實(shí)施方式的液晶棱鏡元件40 (液晶光學(xué)元件的一例)具有:棱鏡陣列44、液晶層45、電極48以及49。
[0093]棱鏡陣列44是將在Y軸方向(第I方向的一例)上延伸的棱鏡43在X軸方向(第2方向的一例)上排列多個(gè)而構(gòu)成的。
[0094]液晶層45設(shè)置于棱鏡陣列44上。
[0095]電極48以及49用于向液晶層45施加電壓。
[0096]而且，在施加于液晶層45的電壓為O伏特時(shí)，液晶層45的液晶分子的長(zhǎng)軸在YZ平面上內(nèi)相對(duì)于Y軸傾斜了規(guī)定角度。
[0097]通過這樣的構(gòu)成，在視聽頻度最高的畫面中央處的視聽之際，能確保充分的亮度。進(jìn)而，能將視聽頻度最高的畫面中央處的視聽之際施加于液晶層的電壓抑制得比現(xiàn)有低，因此還能降低功耗。
[0098]<其他的實(shí)施方式>
[0099]此外，盡管在本實(shí)施方式中，在光源21a以及21b被共用，但也可以設(shè)置光源21a用的導(dǎo)光板和光源21b用的導(dǎo)光板，將兩片導(dǎo)光板重疊起來進(jìn)行配置。
[0100]另外，可以取代使棱鏡與雙凸透鏡成為了一體的光控制薄膜30，而分別單獨(dú)設(shè)置棱鏡片以及雙凸透鏡片。
[0101]進(jìn)而，背光燈20不限于圖1以及2所記載的構(gòu)成，只要能與左右的圖像信號(hào)的切換同步地，以時(shí)間分割來交替地出射右眼用的光和左眼用的光，就可以采用其他的構(gòu)成。
[0102]進(jìn)而，盡管在本實(shí)施方式中，構(gòu)成為使液晶棱鏡元件40內(nèi)的棱鏡43的傾斜面的朝向在區(qū)域Rl以及R2不同，相對(duì)于平面Pl呈對(duì)稱，但也可以將棱鏡的傾斜面的朝向在液晶棱鏡元件40整體上設(shè)為恒定。在此情況下，取代像本實(shí)施方式那樣以液晶棱鏡元件40的區(qū)域Rl以及R2來劃分電極的方式，而在顯示畫面整個(gè)區(qū)域設(shè)置一個(gè)電極。然而，在相對(duì)于取向變化的光線的偏轉(zhuǎn)角以及透過效率的方面，進(jìn)一步優(yōu)選劃分為兩個(gè)區(qū)域Rl以及R2來設(shè)置棱鏡43以及電極。
[0103]進(jìn)而，盡管在本實(shí)施方式中，以將具有視差的右眼用圖像以及左眼用圖像進(jìn)行時(shí)間分割來顯示的立體圖像顯示裝置為例進(jìn)行了說明，但也可以顯示無視差的圖像。在此情況下，取代使光源21a以及21b交替地熄滅的方式而始終點(diǎn)亮。不限于三維圖像，即使在顯示二維圖像時(shí)，通過追蹤觀察者的移動(dòng)而僅在觀察者的眼附近使圖像進(jìn)行縮小投影，也能不僅節(jié)能，而且能防止周邊的人對(duì)所顯示的內(nèi)容進(jìn)行窺視，從而還能提高隱私保護(hù)。
[0104]工業(yè)實(shí)用性
[0105]本公開能應(yīng)用于對(duì)立體圖像進(jìn)行顯示的圖像顯示裝置等。具體而言，本公開能應(yīng)用于電視機(jī)、個(gè)人電腦、數(shù)字靜態(tài)照相機(jī)的顯示面、電影的顯示面、帶照相機(jī)功能的移動(dòng)電話的顯示面、智能手機(jī)的顯示面等。
[0106]符號(hào)說明
[0107]10圖像顯示裝置
[0108]20背光燈
[0109]22反射薄膜
[0110]23導(dǎo)光板
[0111]24多個(gè)傾斜面
[0112]30光控制薄膜
[0113]31 棱鏡
[0114]32柱面透鏡
[0115]40液晶棱鏡元件
[0116]41 基板
[0117]42 基板
[0118]43 棱鏡
[0119]44棱鏡陣列
[0120]45液晶層
[0121]50圖像顯示面板
[0122]60控制部
[0123]70位置檢測(cè)部
[0124]71照相機(jī) [0125] 72視聽位置計(jì)算部
【權(quán)利要求】
1.一種液晶光學(xué)兀件,具備: 棱鏡陣列，其是將具有在第I方向上延伸的棱線的棱鏡在與所述第I方向正交的第2方向上排列多個(gè)而構(gòu)成的； 液晶層，其設(shè)置于所述棱鏡陣列上；以及 電極，其向所述液晶層施加電壓， 在施加于所述液晶層的電壓為O伏特時(shí)，所述液晶層的液晶分子的長(zhǎng)軸被取向?yàn)?在與所述第2向正交的平面內(nèi)相對(duì)于所述第I方向傾斜規(guī)定角度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液晶光學(xué)元件，其中， 在施加于所述液晶層的電壓為O伏特時(shí)，所述液晶分子的長(zhǎng)軸在與所述第2方向正交的平面內(nèi)相對(duì)于所述第I方向所形成的角度為22.5度以上且67.5度以下。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液晶光學(xué)元件，其中， 所述液晶層至少包含具有反應(yīng)性介晶基元的材料。
4.一種圖像顯示裝置，具備權(quán)利要求1所述的液晶光學(xué)元件。
【文檔編號(hào)】G02F1/13357GK103782228SQ201380002921
【公開日】2014年5月7日 申請(qǐng)日期:2013年4月22日 優(yōu)先權(quán)日:2012年4月26日
【發(fā)明者】林克彥 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社