专利名称：透镜阵列装置及图像显示器的制作方法
技术领域：
本发明涉及透镜阵列装置和图像显示器，该透镜阵列能够对通过使用液晶而产生的透镜效果进行控制，该图像显示器能够通过使用透镜阵列装置而在例如二维显示与三维显示之间以电的方式进行切换。
背景技术：
在现有技术中，已知双目式或多目式(multi-ocular)立体显示器，它们通过给观察者的双眼显示视差图像(parallax image)而实现立体视觉。此外，实现更加自然的立体视觉的一种方法是空间成像立体显示。在空间成像立体显示中，具有不同发射方向的多个光线被发射到空间中，以形成与多个视角对应的空间图像。
作为实现这样的立体显示的一种方法，例如已知将二维显示器(例如液晶显示器)与用于三维显示的光学装置相结合，所述光学装置将来自二维显示器的显示图像光偏转到多个视角方向。作为用于三维显示的光学装置，例如使用透镜阵列，该透镜阵列中平行地布置有多个柱透镜。例如，在双目式立体显示器的情况下，当向观察者的眼镜并排地显示彼此不同的左右视差图像时，获得了立体效果。为了实现这种立体效果，在二维显示器的显示表面上沿横向平行地布置沿垂直方向延伸的多个柱透镜，来自二维显示器的显示图像光被向右和向左偏转，使得右侧和左侧视差图像分别合适地到达观察者的右眼和左眼。
作为这种用于三维显示的光学装置，例如可以使用由树脂模制形成的微透镜阵列。此外，还可以使用由液晶透镜构成的切换系统透镜阵列。由液晶透镜构成的切换系统透镜阵列能够以电的方式在产生透镜效果的状态与不产生透镜效果的状态之间切换，所以通过将二维显示器与切换系统透镜阵列相结合能够执行两种显示模式(即二维显示模式与三维显示模式)之间的切换。换言之，在二维显示模式下，透镜阵列成为不产生透镜效果的状态(透镜阵列不具有屈光度的状态)，来自二维显示器的显示图像光原样穿过。在三维显示模式下，透镜阵列成为产生透镜效果的状态(例如，透镜阵列具有正屈光度的状态)，来自二维显示器的显示图像光被沿多个视角方向偏转，以实现立体视觉。
图15和图16图示了由液晶透镜构成的切换系统透镜阵列的第一构造示例。该透镜阵列包括第一透明衬底221和第二透明衬底222，以及夹在第一衬底221与第二衬底222之间的液晶层223，其中第一衬底和第二衬底例如由玻璃材料制成。在第一衬底221的离液晶层223更近的那个侧面，在大体上整个表面上均匀地形成由例如透明导电膜(例如ITO(铟锡氧化物)膜)制成的第一透明电极224。以相同的方式，在第二衬底222的离液晶层223更近的那个侧面，在大体上整个表面上均匀地形成第二透明电极225。
液晶层具有这样的构造通过称为照片复制(photoreplication)工艺的制造方法，用液晶分子231填充具有凹透镜形状的模具。配向膜(alignment film)232平坦地布置在液晶层223的离第一衬底221更近的那一侧。配向膜233布置在液晶层223的离第二衬底222更近的那一侧，并具有由复制件(replica)234的模具形成的凸起形状。换言之，在液晶层223中，下方的平坦配向膜232与上方的具有凸起形状的配向膜233之间的区域填充有液晶分子231，上方的其他区域是复制件234。这样，在液晶层223中，填充有液晶分子231的部分具有凸起形状。这种凸起形状是响应于施加电压而选择性地变成微透镜的部分。
液晶分子231具有折射率各向异性并例如具有折射率椭球构造，对于透射光线在长轴方向和短轴方向具有不同的折射率。此外，液晶分子231的配向响应于从第一透明电极224与第二透明电极225施加的电压而改变。在此情况下，在向液晶分子231施加预定电压作为差动电压的状态下，由分子配向对于透射光线所提供的折射率为n0。此外，在差动电压为零的状态下，由分子配向对透射光线提供的折射率为ne。此外，这些折射率的大小具有ne＞n0的关系。复制件234的折射率等于折射率n0，低于在向液晶分子231施加预定电压作为差动电压的状态下的折射率ne。
这样，在从第一透明电极224和第二透明电极225施加的差动电压为零的状态下，液晶分子231对于透射光线L的折射率ne与复制件234的折射率n0之间存在差异。结果，如图16所示，具有凸起形状的部分起凸透镜作用。另一方面，在差动电压为该预定电压的状态下，液晶分子231对于透射光线L的折射率n0与复制件234的折射率n0彼此相等，具有凸起形状的这部分不起凸透镜作用。结果，如图15所示，穿过液晶层223的光线不被偏转，并原样穿过。
图17A、图17B、图18和图19图示了由液晶透镜构成的切换系统透镜阵列的第二构造示例。如图17A和图17B所示，该透镜阵列包括第一透明衬底101和第二透明衬底102，以及夹在第一衬底101与第二衬底102之间的液晶层103，其中第一衬底和第二衬底例如由玻璃材料制成。第一衬底101和第二衬底102布置成彼此面对并具有间距d。
如图18和图19所示，由透明导电膜(例如ITO膜)构成的第一透明电极111均匀地形成于第一衬底101的面向第二衬底102的那一侧的大体上整个表面上。此外，由透明导电膜(例如ITO膜)构成的第二透明电极112局部地形成于第二衬底102的面向第一衬底101的表面上。如图19所示，第二透明电极112例如具有电极宽度L，并沿垂直方向延伸。多个第二透明电极112平行地间隔布置，其间隔对应于产生了透镜效果时的透镜间距p。两个相邻的第二透明电极112之间的空间是具有宽度A的开口。另外，在图19中，为了描述第二透明电极112的布置情况，图示了处于颠倒情况的切换系统透镜阵列的状态，即，第一衬底101位于上方，而第二衬底102位于下方。
另外，配向膜(未示出)形成于第一透明电极111与液晶层103之间。此外，配向膜还以同样方式形成于第二透明电极112与液晶层102之间。如图17A所示，液晶层103不具有图15和图16中的构造示例所示的透镜形状，具有折射率各向异性的液晶分子104均匀地分布。
在这种透镜阵列中，如图17A所示，在所施加的电压为0V的普通状态下，液晶分子104沿由配向膜确定的预定方向均匀地配向。因此，透射光线的波前201是平面波，透镜阵列成为没有透镜效果的状态。另一方面，在这种透镜阵列中，如图18和图19所示，第二透明电极112布置成在这些电极之间具有宽度为A的开口，所以当在图18所示的状态下施加预定驱动电压时，液晶层103中的电场分布受到偏置。具体而言，产生了这样的电场电场强度根据与形成有第二透明电极112的区域对应的部分中的驱动电压而增大，并随着离宽度为A的开口的中心部分的距离减小而逐渐减小。这样，透射光线的波前202被改变，使得透镜阵列成为产生透镜效果的状态。
日本未审查专利申请公开No.2008-9370中公开了一种液晶透镜，其中，与图18和图19所示的电极构造中的第二透明电极112对应的部分具有双层构造。在这种液晶透镜中，液晶层的一侧布置的双层构造中，第一层和第二层中的透明电极之间的间隔彼此不同，从而更容易优化对液晶层中形成的电场进行的控制。
发明内容
但是，在使用图15和图16所示的透镜阵列以在二维显示模式与三维显示模式之间切换时，出现了下述问题。首先，必须在衬底上形成要由液晶分子231填充的模具，而形成模具在工艺和成本方面非常不利。而且，在不向液晶层223施加电压的情况下产生透镜效果的状态是三维显示模式，但容易预见到目前更频繁使用的是二维显示模式，所以认为在功耗方面不利。此外，由于液晶层223中包括专门的模具，或者液晶对视角的依赖性，所以二维显示模式中的图像显示质量不佳。
另一方面，在使用图17A和图17B所示的透镜阵列的情况下，不向液晶层103施加电压的状态是没有透镜效果的状态，即二维显示模式。因此，在频繁使用二维显示模式的情况下，在功耗方面是有利的。此外，液晶层103中不包括透镜形状的模具，所以与图15和图16所示的透镜阵列相比，二维显示模式下的图像显示质量不太容易变差。
在静态显示的情况下，屏幕的垂直方向和水平方向的显示状态通常固定不变。例如，在具有水平定向(landscape-oriented)的屏幕的静态显示器的情况下，屏幕不变地固定在水平的显示状态。但是例如在如今的移动装置(例如蜂窝电话)中，已经开发了这样的显示器其中，显示部分的屏幕的显示状态能够在垂直定向(portrait orientation)状态(屏幕的长度大于宽度的状态)与水平定向状态(屏幕的宽度大于长度的状态)之间切换。在水平定向显示模式与垂直定向显示模式之间的这种切换例如可以通过下述方式实现将装置旋转90度或者单独将显示表面中的显示部分旋转90度，并将显示图像也旋转90度。现在考虑在能够在垂直定向状态与水平定向状态之间切换的装置中实现三维显示。在由柱透镜阵列实现三维显示的系统(该系统通过树脂模制形成而不使用液晶透镜)的情况下，柱透镜阵列通常固定到二维显示器的显示表面。因此，水平定向显示状态和垂直定向显示状态中只有一者能够正确地实现三维显示。例如，在柱透镜阵列布置成使得在水平定向显示状态下正确地实现三维显示的情况下，在垂直定向显示状态下沿垂直方向提供屈光度，而不是在横向提供屈光度，所以难以正确实现立体视觉。另外，在使用现有技术中由液晶透镜构成的柱透镜阵列的情况下，也出现同样的问题。具体而言，在现有技术中，通过使用液晶透镜能够在二维显示模式与三维显示模式之间切换，但是在三维显示模式下，难以响应于在水平定向显示状态与垂直定向显示状态之间的切换而实现合适的显示切换。
此外，在与日本未审查专利申请公开No.2008-9370所述的液晶透镜类似地在液晶层的一侧形成两层电极构造的情况下，必须布置两个包括电极的层，在工艺和成本方面非常不利。而且，作为装置构造，由于在上方的衬底上将包括电极的两个层隔开的介质膜，上下衬底彼此在电的方面不对称。换言之，该状态与在上方衬底上设置厚配向膜的状态一样，该状态显然会造成诸如在液晶中引起烧入(burn-in)现象等问题。
希望提供一种透镜阵列装置以及使用该透镜阵列装置的图像显示器，该透镜阵列装置使得能够在两个方向之间切换柱透镜的透镜效果。
根据本发明的实施例，提供了一种透镜阵列装置，包括第一衬底和第二衬底，其布置成彼此面对且其间有间距；第一电极组，形成于第一衬底的面向第二衬底的一侧，并包括沿第一方向延伸的多个透明电极，所述多个透明电极平行地布置成在宽度方向上间隔开；第二电极组，形成于第二衬底的面向第一衬底的一侧，并包括沿与所述第一方向不同的第二方向延伸的多个透明电极，所述多个透明电极平行地布置成在宽度方向上间隔开；液晶层，布置在第一衬底与第二衬底之间，包括具有折射率各向异性的液晶分子，并通过响应于向第一电极组和第二电极组施加的电压而改变液晶分子的配向方向来产生透镜效果。根据向第一电极组和第二电极组施加的电压的状态，液晶层以电的方式改变到三种状态之一，所述三种状态包括没有透镜效果的状态、第一透镜状态和第二透镜状态，在所述第一透镜状态中产生沿第一方向延伸的第一柱透镜的透镜效果，而在所述第二透镜状态中产生沿第二方向延伸的第二柱透镜的透镜效果。
在根据本发明实施例的透镜阵列装置中，根据向第一电极组和第二电极组施加的电压的状态，液晶层以电的方式改变到三种状态之一，所述三种状态包括没有透镜效果的状态、第一透镜状态和第二透镜状态，在所述第一透镜状态中产生沿第一方向延伸的第一柱透镜的透镜效果，而在所述第二透镜状态中产生沿第二方向延伸的第二柱透镜的透镜效果。例如，第一电极组和第二电极组中的全部透明电极被设定在相同电位，以使液晶层能够成为没有透镜效果的状态。共同的电压被施加到第二电极组中的全部透明电极，并且驱动电压被选择性地仅施加到第一电极组中的、处于与第一柱透镜的透镜间距对应的位置处的透明电极，以使液晶层能够成为第一透镜状态。共同的电压被施加到第一电极组中的全部透明电极，并且驱动电压被选择性地仅施加到第二电极组中的、处于与第二柱透镜的透镜间距对应的位置处的透明电极，以使液晶层能够成为第二透镜状态。
根据本发明的实施例，提供了一种图像显示器，包括显示面板，其以二维方式显示图像；透镜阵列装置，其布置成面向显示面板的显示表面，并选择性地改变来自显示面板的光线的透射状态。该透镜阵列装置是根据本发明上述实施例的透镜阵列装置。
在根据本发明实施例的图像显示器中，例如，合适地将透镜阵列装置的状态在没有透镜效果的状态与第一透镜状态或第二透镜状态之间切换，这样能够实现二维显示与三维显示之间的电切换。例如，将透镜阵列装置置于没有透镜效果的状态能够使来自显示面板的显示图像光不受任何偏转地经过透镜阵列装置，从而实现二维显示。此外，将透镜阵列装置置于第一透镜状态能够使来自显示面板的显示图像光在与第一方向正交的方向上受到偏折，从而实现这样的三维显示当观察者的双眼位置沿与第一方向正交的方向时获得立体效果。此外，将透镜阵列装置置于第二透镜状态能够使来自显示面板的显示图像光在与第二方向正交的方向上受到偏折，从而实现这样的三维显示当观察者的双眼位置沿与第二方向正交的方向时获得立体效果。
在根据本发明实施例的透镜阵列装置中，第一电极组和第二电极组布置成彼此面对且其间有液晶层，第一电极组和第二电极组各自包括沿两个不同方向延伸的多个透明电极，向第一电极组和第二电极组施加的电压的状态被合适地控制，以对液晶层中的透镜效果进行合适的控制，所以能够容易地在有无透镜效果之间进行电切换。此外，还能够容易地以电的方式在两个方向之间切换柱透镜的透镜效果。
在根据本发明实施例的图像显示器中，作为选择性地改变来自显示面板的光线的透射状态的光学装置，使用了根据本发明实施例的透镜阵列装置，所以例如能够容易地实现二维显示与三维显示之间的电切换。此外，例如，还能够容易地在两个不同方向之间以电的方式切换实现了三维显示情况下的显示方向。
根据下面的说明会更完全地明白本发明其他的和更多的目的、特征和优点。
图1的剖视示了根据本发明第一实施例的透镜阵列装置的构造示例。
图2的立体示了根据本发明第一实施例的透镜阵列装置的电极部分的构造示例。
图3的示意示了根据本发明第一实施例的透镜阵列装置中电压施加状态与所产生的透镜效果之间的对应关系以及电极的连接关系。
图4中(A)至(C)的示意图用柱透镜以光学等效的方式图示了根据本发明第一实施例的透镜阵列装置中透镜效果的切换状态。
图5中(A)至(D)的示意示了根据本发明第一实施例的图像显示器中在显示状态之间进行切换的示例。
图6的示意示了根据本发明第二实施例的透镜阵列装置中电压施加状态与所产生的透镜效果之间的对应关系以及电极的连接关系。
图7的示意示了根据本发明第二实施例的透镜阵列装置中各个电极中的电压施加状态与所产生的透镜效果之间的对应关系。
图8的波形示了根据本发明第二实施例的透镜阵列装置中的驱动电压，其中(A)和(B)分别图示了第一驱动电压的波形和第二驱动电压的波形。
图9的波形示了第二透镜状态(Y方向柱透镜)中垂直方向的电极之间的电位，其中(A)和(B)分别图示了与第二电极组24中的第一电极21Y对应的部分的电压波形以及与第二电极22Y对应的部分的电压波形。
图10的波形示了第一透镜状态(X方向柱透镜)中垂直方向的电极之间的电位，其中(A)和(B)分别图示了与第一电极组14中的第一电极11X对应的部分的电压波形以及与第二电极12X对应的部分的电压波形。
图11的剖视示了根据本发明一种示例的图像显示器的构造。
图12的俯视示了根据本发明该示例的图像显示器中图像显示表面的像素构造。
图13A和图13B的俯视示了根据本发明该示例的图像显示器中，透镜阵列装置中电极的尺寸。
图14是对根据本发明该示例的图像显示器中三维显示的可视性进行评估的示意图。
图15是由液晶透镜构成的切换系统透镜阵列的第一构造示例在没有透镜效果的状态下的剖视图。
图16是由液晶透镜构成的切换系统透镜阵列的第一构造示例在产生了透镜效果的状态下的剖视图。
图17A和图17B的剖视图分别图示了在没有透镜效果的状态下和在产生了透镜效果的状态下，由液晶透镜构成的切换系统透镜阵列的第二构造示例。
图18的剖视示了图17A和图17B所示液晶透镜中电极部分的构造示例。
图19的立体示了图17A和图17B所示液晶透镜中电极部分的构造示例。
具体实施例方式 下面将参照附图详细说明优选实施例。
第一实施例 透镜阵列装置和图像显示器的整体构造 图1图示了根据本发明第一实施例的透镜阵列装置1的构造示例。透镜阵列装置1包括第一衬底10和第二衬底20，以及布置在第一衬底10与第二衬底20之间的液晶层3，其中第一衬底10与第二衬底20彼此面对并具有间距d。第一衬底10和第二衬底20是透明衬底，由例如玻璃材料或树脂材料制成。第一衬底10的面向第二衬底20的那一侧形成有第一电极组14，在第一电极组14中，沿第一方向延伸的多个透明电极平行地在宽度方向上间隔开布置。配向膜13形成于第一衬底10上，第一电极组14处于配向膜13与第一衬底10之间。第二衬底20的面向第一衬底10的的那一侧形成有第二电极组24，在第二电极组24中，沿与第一方向不同的第二方向延伸的多个透明电极平行地在宽度方向上间隔开布置。配向膜23形成于第二衬底20上，第二电极组24处于配向膜23与第二衬底20之间。
透镜阵列装置1与以二维方式显示图像的显示面板2组合，以组成例如能够在二维显示模式和三维显示模式之间切换的图像显示器。在此情况下，如图1所示，透镜阵列装置1布置成使之面向显示面板2的显示表面2A。透镜阵列装置通过响应于显示模式而控制透镜效果，来改变来自显示面板2的光线的透射状态。在此情况下，显示面板2例如由液晶显示器构成。在实现二维显示的情况下，显示面板2显示基于二维图像数据的图像；在实现三维显示的情况下，显示面板2显示基于三维图像数据的图像。另外，三维图像数据是这样的数据其包括与三维显示中多个视角相对应的多个视差图像。例如，在实现双目式三维显示的情况下，三维图像数据是包括用于右眼显示的视差图像和用于左眼显示的视差图像的数据。
液晶层3包括液晶分子5，通过响应于向第一电极组14和第二电极组24施加的电压而改变液晶分子5的配向方向，透镜效果受到控制。液晶分子5具有折射率各向异性，并例如具有折射率椭球构造，对于透射光线沿长轴方向和短轴方向具有不同的折射率。响应于向第一电极组14和第二电极组24施加的电压的状态，液晶层3以电的方式改变到三种状态之一即，没有透镜效果的状态、第一透镜状态和第二透镜状态。第一透镜状态是产生沿第一方向延伸的第一柱透镜的透镜效果的状态。第二透镜状态是产生沿第二方向延伸的第二柱透镜的透镜效果的状态。另外，在透镜阵列装置1中，产生透镜效果的基本原理与图17A和图17B所示液晶透镜中相同，只是透镜阵列装置1通过使透镜效果的方向在两个不同方向之间切换而产生透镜效果。
下文中，在本实施例中，上述第一方向被定义为图1中的X方向(纸面的横向)，而上述第二方向被定义为图1中的Y方向(与纸面垂直的方向)。X方向和Y方向在衬底表面中彼此正交。
透镜阵列装置1的电极构造 图2图示了透镜阵列装置1的电极构造的一种构造示例。在图2中，为了容易看出与图19所示现有技术中电极构造的差异，图示了图1中透镜阵列装置处于颠倒情况的状态，即第一衬底10处于上方而第二衬底20处于下方。
第一电极组14具有这样的构造多个两种透明电极平行地交替布置，两种电极具有不同的电极宽度。换言之，第一电极组14具有包括多个X方向第一电极(第一电极11X)和多个X方向第二电极(第二电极12X)的构造，这些X方向第一电极和X方向第二电极平行地交替布置。第一电极11X各自具有第一宽度Ly，并沿第一方向(X方向)延伸。第二电极12X各自具有比第一宽度Ly大的第二宽度Sy，并沿第一方向延伸。多个第一电极11X平行地间隔布置，间距对应于作为透镜效果而产生的第一柱透镜的透镜间距p。第一电极11X和第二电极12X以间距a布置。
第二电极组24也具有这样的构造多个两种透明电极平行地交替布置，两种电极具有不同的电极宽度。换言之，第二电极组24具有包括多个Y方向第一电极(第一电极21Y)和多个Y方向第二电极(第二电极22Y)的构造，这些Y方向第一电极和Y方向第二电极平行地交替布置。第一电极21Y各自具有第一宽度Lx，并沿第二方向(Y方向)延伸。第二电极22Y各自具有比第一宽度Lx大的第二宽度Sx，并沿第二方向延伸。多个第一电极21Y平行地间隔布置，间距对应于作为透镜效果而产生的第二柱透镜的透镜间距p。第一电极21Y和第二电极22Y以间距a布置。
制造透镜阵列装置 在制造透镜阵列装置1时，例如，首先，在由例如玻璃材料或树脂材料制成的第一衬底10和第二衬底20上以预定图案形成透明导电膜(例如ITO膜)，以分别形成第一电极组14和第二电极组24。通过摩擦法或SiO的倾斜蒸发方法等方式形成配向膜13和23，其中在摩擦法中，用布料沿一个方向摩擦聚合物(例如聚酰亚胺)。这样，液晶分子5的长轴沿一个方向配向。为了使第一衬底10与第二衬底20之间的间距d保持均匀，密封材料被印刷在配向膜13和23上，由玻璃材料或树脂材料制成的隔离件(spacer)4散布到所述密封材料中。然后，将第一衬底10和第二衬底20粘接在一起，并使包括隔离件4的密封材料固化。随后，从密封材料的开口将已知的液晶材料(例如TN液晶或STN液晶)注入第一衬底10与第二衬底20之间，然后将密封材料的该开口密封。此后，将液晶成分加热到其各向同性相，然后缓慢地冷却以完成透镜阵列装置1。另外，在这种实施例中，液晶分子5的折射率各向异性Δn越大，获得的透镜效果就越大，所以液晶材料优选地具有这样的成分。另一方面，在液晶成分具有大的折射率各向异性Δn的情况下，由于削弱了液晶成分的物理特性来提高粘度，所以可能难以将液晶成分注入衬底之间，或者液晶成分可能成为在低温下形成晶体形式的状态，或者内部电场可能增大而造成液晶元件的驱动电压增大。因此，液晶材料具有的成分优选地既基于制造性能又基于透镜效果。
透镜阵列装置的控制操作 下面参照图3和图4A至图4C说明透镜阵列装置1的控制操作(透镜效果的控制操作)。图3图示了透镜阵列装置1中电压施加状态与所产生的透镜效果之间的对应关系以及电极的连接关系。图4A至图4C以光学等效的方式图示了透镜阵列装置1中产生的透镜效果。
在透镜阵列装置1中，液晶层3根据向第一电极组14和第二电极组24施加的电压的状态而以电的方式改变到三种状态之一即没有透镜效果的状态、第一透镜状态和第二透镜状态。第一透镜状态是产生沿第一方向(X方向)延伸的第一柱透镜的透镜效果的状态。第二透镜状态是产生沿第二方向(Y方向)延伸的第二柱透镜的透镜效果的状态。
在透镜阵列装置1中，在液晶层3成为没有透镜效果的状态的情况下，电压成为第一电极组14的多个透镜电极与第二电极组24的多个透明电极具有相同电位(0V)的电压状态(图3的中部所示的状态)。在此情况下，由于与图17(A)所示情况相同的原理，液晶分子5在由配向膜13和23所确定的预定方向上均匀地配向，因此液晶层3成为没有透镜效果的状态。
此外，在液晶层3成为第一透镜状态的情况下，在与第一电极组14的第一电极11X对应的部分中，产生液晶层3上方和下方的透明电极之间的预定电位差，该电位差使得液晶分子5的配向能够被改变。例如，向第二电极组24的所述多个透明电极(第一电极21Y和第二电极22Y)全部施加共同的电压。同时，选择性地向第一电极组14的多个透明电极(第一电极11X和第二电极12X)中的仅第一电极11X施加预定的驱动电压(指图3的下部所示的状态)。在此情况下，由于与图17B所示情况相同的原理，液晶层3中的电场分布受到偏置。具体而言，产生这样的电场电场强度在与形成有第一电极11X的区域对应的部分中根据驱动电压而增大，并随着离第一电极11X的距离增大而逐渐减小。换言之，电场分布被改变成产生沿第二方向(Y方向)的透镜效果。如图4B所示，透镜阵列装置1相当于处于这样的透镜状态在X方向上延伸并在Y方向上具有屈光度的多个第一柱透镜(X方向柱透镜)在Y方向上平行地布置。在此情况下，电压被选择性地施加到第一电极组14中仅与第一柱透镜31X的透镜间距p对应的位置处的透明电极(第一电极11X)。
此外，在液晶层3成为第二透镜状态的情况下，在与第二电极组24的第一电极21Y对应的部分中，产生液晶层3上方和下方的透明电极之间的预定电位差，该电位差使得液晶分子5的配向能够被改变。例如，向第一电极组14的所述多个透明电极全部施加共同的电压。同时，选择性地向第二电极组24的多个透明电极中的仅第一电极21Y施加预定的驱动电压(指图3的上部所示的状态)。在此情况下，由于与图17B所示情况相同的原理，液晶层3中的电场分布受到偏置。具体而言，产生这样的电场电场强度在与形成有第一电极21Y的区域对应的部分中根据驱动电压而增大，并随着离第一电极21Y的距离增大而逐渐减小。换言之，电场分布被改变成产生沿第一方向(X方向)的透镜效果。如图4A所示，透镜阵列装置1相当于处于这样的透镜状态在Y方向上延伸并在X方向上具有屈光度的多个第二柱透镜(Y方向柱透镜)在X方向上平行地布置。在此情况下，电压被选择性地施加到第二电极组24中仅与第一柱透镜31Y的透镜间距p对应的位置处的透明电极(第一电极21Y)。
在第一电极组14和第二电极组24中，电极宽度(Ly、Lx等)或电极之间的那些间隔a可以彼此相等(例如Ly＝Lx)。在此情况下，可以产生在不同方向上具有相等的透镜间距p和相等屈光度的柱透镜的效果。另一方面，当第一电极组14和第二电极组24具有不同的电极宽度或在电极之间具有不同的间隔a时，第一透镜状态和第二透镜状态中可以产生具有不同透镜间距的柱透镜的效果。
图像显示器的控制操作 参照图5A至图5D，下面将说明使用透镜阵列装置1的图像显示器的控制操作。图5A至图5D图示了在图像显示器中的各显示状态之间切换的一种示例。在本申请中下面将说明这样的情况作为示例图像显示器被应用到能够在垂直定向状态与水平定向状态之间切换屏幕显示状态的装置(例如移动装置)。另外，下面将说明图像显示器能够在二维显示模式与三维显示模式之间切换的情况作为示例。
在图像显示器中，通过适当地在上述没有透镜效果的状态、第一透镜状态和第二透镜状态之间进行切换来实现二维显示与三维显示之间的电切换。例如，当透镜阵列装置1处于没有透镜效果的状态时，来自显示面板2的显示图像光不被偏转，并原样穿过，从而实现二维显示。图5C图示了在屏幕的显示状态处于水平定向的状态下实现二维显示的屏幕示例，图5D图示了在屏幕的显示状态处于垂直定向的状态下实现二维显示的屏幕示例。
此外，当透镜阵列装置1处于第一透镜状态时，来自显示面板2的显示图像光在与第一方向(X方向)正交的方向(Y方向)上受到偏转，从而实现三维显示，在所述三维显示中，当观察者的双眼位置沿着与第一方向正交的方向时获得立体效果。这对应于图5B所示的下述情况在屏幕的显示状态处于垂直定向的状态下实现三维显示。在这种状态下，产生了如图4C所示状态(图4B所示的状态旋转了90度的状态)的透镜效果，所以在屏幕的显示状态处于垂直定向的状态下当双眼位置沿着横向时，获得了立体效果。
此外，当透镜阵列装置1处于第二透镜状态时，来自显示面板2的显示图像光在与第二方向(Y方向)正交的方向(X方向)上受到偏转，从而实现三维显示，在所述三维显示中，当观察者的双眼位置沿着与第二方向正交的方向时获得立体效果。这对应于图5A所示的下述情况在屏幕的显示状态处于水平定向的状态下实现三维显示。在这种状态下，产生了如图4A所示状态的透镜效果，所以在屏幕的显示状态处于水平定向的状态下当双眼位置沿着横向时，获得了立体效果。
如上所述，在根据本实施例的透镜阵列装置1中，当向第一电极组14和第二电极组24施加的电压的状态受到适当控制时，液晶层3中的透镜效果受到适当控制。这样，容易地在有无透镜效果之间实现了电切换。此外，柱透镜的透镜效果能够以电的方式容易地在两个方向之间切换。在透镜阵列装置1中，彼此面对并夹着液晶层3的电极构造是单层构造，所以与像日本未审查专利申请公开No.2008-9370所述液晶透镜的情况(在液晶层的一侧形成两层电极构造的情况)相比，透镜阵列装置1在工艺和成本方面是有利的。此外，还能够防止两层电极构造的情况下造成液晶的烧入现象。
此外，在根据本实施例的图像显示器中，作为选择性地使来自显示面板2的光线的透射状态改变的光学装置，使用透镜阵列1，所以容易实现在二维显示与三维显示之间的电切换。此外，在实现三维显示器的情况下的显示方向还能够容易地以电的方式在两个不同方向之间切换。
第二实施例 下面将说明根据本发明第二实施例的透镜阵列装置和图像显示器。与根据第一实施例的透镜阵列装置1和图像显示器相同的部件由相同的标号表示，并将不再进一步说明。
在根据第一实施例的透镜阵列装置1中，在由图3所示的驱动方法来实现对上方和下方的透明电极的驱动电压的施加状态的情况下，存在这样的可能性透镜形状(液晶分子5的配向状态)随着时间改变，因而不能将液晶层3控制到所需的透镜状态。尤其是，在使电极之间的间距(衬底之间的距离d)变窄以实现更高分辨率和更高响应速度等的情况下，液晶层3不被控制到所需透镜状态的可能性较高。例如，在图3上部所示的状态下，只有第二电极组24的第一电极21Y被连接到例如外部驱动电路，以使预定的驱动电压被选择性地仅施加到第一电极21Y，而第二电极22Y被电隔离并处于浮动状态。在此情况下，当透镜阵列装置1连续工作时，第二电极22Y处于浮动状态，所以存在这样的可能性液晶分子5的配向情况在与第二电极22Y对应的部分中不同于初始条件，并处于不可控状态。为了在图3的上部所示状态下维持良好的透镜状态，需要创建这样的状态第二电极22Y如同第二电极22Y不是电极那样动作，与第二电极22Y对应的部分不处于电浮动状态。本实施例与对根据第一实施例的透镜阵列装置1进行驱动的方法的改进有关。透镜阵列装置和图像显示器的基本构造与第一实施例中相同，所以将只说明驱动方法。
图6图示了根据本实施例的透镜阵列装置中电压施加状态与所产生的透镜效果之间的对应关系以及电极的连接关系。在本实施例中，第一电极组14中的多个透明电极(第一电极11X和第二电极12X)中的每一个的一端能够连接到作为第一外部驱动电路的X方向信号发生器(第一驱动信号发生器40X)。此外，第二电极组24中的多个透明电极(第一电极21Y和第二电极22Y)中的每一个的一端能够连接到作为第二外部驱动电路的Y方向信号发生器(第二驱动信号发生器40Y)。
图7图示了在这种透镜阵列装置中，每个电极中的电压时间状态与所产生的透镜效果之间的对应关系。图8(A)图示了在透镜阵列装置中产生透镜效果的情况下，由第一驱动信号发生器40X产生的驱动信号(第一驱动电压(幅度为Vx))的电压波形的示例。图8(B)图示了由第二驱动信号发生器40Y产生的驱动信号(第二驱动电压(幅度为Vy))的电压波形的示例。第一驱动信号发生器40X和第二驱动信号发生器40Y各自例如以等于或高于30Hz产生矩形波信号。如图8(A)和图8(B)所示，第一驱动信号发生器40X和第二驱动信号发生器40Y分别产生幅度大体上相等(Vx＝Vy)并且相位差异180度的驱动信号。
图9(A)和图9(B)图示了本实施例中在第二透镜状态下(图6的上部，Y方向柱透镜)垂直方向的电极之间的电位。尤其是，图9(A)图示了与第二电极组24的第一电极21Y对应的部分的电压波形，而图9(B)图示了与第二电极22Y对应的部分的电压波形。在液晶层3处于第二透镜状态的情况下，在与第二电极组24的第一电极21Y对应的部分中，产生液晶层上方和下方的透明电极之间的预定电位差，该电位差使得液晶分子5的配向能够被改变。首先，第一电极组14的所述多个透明电极中的每一个的一端连接到第一驱动信号发生器40X，共同的电压(第一驱动电压(幅度为Vx))被施加到所有这些电极。此外，第二电极组24的所述多个透明电极中只有第一电极21Y连接到第二驱动信号发生器40Y，预定的驱动电压(第二驱动电压(幅度为Vy))被选择性地施加到第一电极21Y。同时，第二电极组24的所述多个透明电极中的第二电极22Y被接地。这样，与图3的上部的状态相比，防止了第二电极22Y处于电浮动状态。在此情况下，第一信号发生器40X和第二信号发生器40Y分别产生具有大体上相等的电压幅度和180度差异相位的矩形波的驱动信号，如图8(A)和图8(B)所示。因此，如图9(A)所示，具有(Vx+Vy)电压幅度的矩形波被施加在第二电极组24的第一电极21Y和第一电极组14的与第一电极21Y对应的部分之间。另一方面，如图9(B)所示，具有Vx＝Vy＝(Vx+Vy)/2电压幅度的矩形波被施加在第二电极组24的第二电极22Y和第一电极组14的与第二电极22Y对应的部分之间。此时，在与第二电极22Y对应的部分，当电压幅度等于或低于液晶的阈值电压时，液晶分子5不实际移动，但第二电极22Y引起的横向电场能够造成液晶分子5的初始配向分布情况，即折射率分布。
图10(A)和图10(B)图示了在第一透镜状态下(图6的下部，X方向柱透镜)垂直方向的电极之间的电位。尤其是，图10(A)图示了与第一电极组14的第一电极11X对应的部分的电压波形，而图10(B)图示了与第二电极12X对应的部分的电压波形。在液晶层3处于第一透镜状态的情况下，在与第一电极组14的第一电极11X对应的部分中，产生液晶层上方和下方的透明电极之间的预定电位差，该电位差使得液晶分子5的配向能够被改变。首先，第二电极组24的所述多个透明电极中的每一个的一端连接到第二驱动信号发生器40Y，共同的电压(第二驱动电压(幅度为Vy))被施加到所有这些透明电极。此外，第一电极组14的所述多个透明电极中只有第一电极11X连接到第一驱动信号发生器40X，预定的驱动电压(第一驱动电压(幅度为Vx))被选择性地施加到第一电极11X。同时，第一电极组14的所述多个透明电极中的第二电极12X被接地。这样，与图3的下部的状态相比，防止了第二电极12X处于电浮动状态。在此情况下，如图8(A)和图8(B)所示，第一信号发生器40X和第二信号发生器40Y分别产生具有大体上相等的电压幅度和180度差异相位的矩形波的驱动信号。因此，如图10(A)所示，具有(Vx+Vy)电压幅度的矩形波被施加在第一电极组14的第一电极11X和第二电极组24的与第一电极11X对应的部分之间。另一方面，如图10(B)所示，具有Vx＝Vy＝(Vx+Vy)/2电压幅度的矩形波被施加在第一电极组14的第二电极12X和第二电极组24的与第二电极12X对应的部分之间。此时，在与第二电极12X对应的部分，当电压幅度等于或低于液晶的阈值电压时，液晶分子5不实际移动，但第二电极12X引起的横向电场能够造成液晶分子5的初始配向分布情况，即折射率分布。
在液晶层3处于没有透镜效果的状态的情况下，电压处于这样的状态第一电极组14的多个透明电极与第二电极组24的多个透明电极具有相同电位(0V)(图6的中部所示的状态)。即各个电极都被接地。在此情况下，由于与图17(A)所示情况相同的原理，液晶分子5沿由配向膜13和23确定的预定方向均匀地配向，所以液晶层3处于没有透镜效果的状态。
这样，在根据本实施例的透镜阵列装置中，在产生透镜效果的情况下，透镜阵列装置被驱动成不造成电浮动情况，所以能够防止透镜形状(液晶分子5的配向状态)随着时间改变。从而能够连续地将透镜阵列装置控制到所需透镜状态。
示例 下面将说明使用根据本实施例的透镜阵列装置1的图像显示器的具体示例。
图11图示了根据这些示例的图像显示器的构造。在该示例中，作为透镜阵列装置1的第一衬底10和第二衬底20，使用了通过在玻璃衬底上布置由ITO制成的透明电极而形成的电极衬底。然后，通过公知的光刻方法和湿刻蚀方法或干刻蚀方法，这些电极被图案化成为第一电极组14的电极(第一电极11X和第二电极12X)和第二电极组24的电极(第一电极21Y和第二电极22Y)的形状。通过旋涂将聚酰亚胺涂敷到这些衬底上，然后聚酰亚胺受到烧制(fire)以形成配向膜13和23。在烧制该材料之后，在配向膜13和23的表面上执行摩擦处理，并用IPA等对配向膜13和23进行清洁，然后同加热来干燥。在冷却之后，将第一衬底10和第二衬底20粘接在一起，其间具有约30至50μm的距离d，使其摩擦方向彼此面对。通过在整个表面上散布隔离件来保持距离d。此后，用真空注入方法将液晶材料注入到密封材料的开口中，并将密封材料的开口密封。然后，将液晶单元加热到其各向同性相，然后缓慢冷却。作为这些示例中所用的液晶材料，使用了MBBA(对-甲氧基苄叉-对′-正丁基苯胺)，它是典型的向列相液晶。折射率各向异性Δn的值在25℃时为0.255。
化学式1
作为显示面板2，使用了TFT-LCD面板，其中，一个像素的尺寸为70.5μm。显示面板2包括多个像素，这些像素包括R(红色)像素、G(绿色)像素和B(蓝色)像素，所述多个像素布置成矩阵形式。此外，对于由透镜阵列装置1形成的柱透镜的间距p，显示面板2中像素的数目是整数倍，例如N(二或更大)。在三维显示中提供的光线数目(视线数目)等于数字N。
表1图示了作为示例1至6而设定的设计参数的值。N表示对于显示面板的透镜间距p的像素数目。电极的宽度Lx、Sx、Ly和Sy、电极之间的间隔a、衬底之间的距离d的意义如图2所示。另外，本发明的构造不限于这些示例中如下所示的这些设计参数值。
表1 在示例1至6中，作为显示面板2，使用了图12所示的3英寸WVGA(864×480像素)。图13A和图13B图示了与图12所示显示面板2的像素构造对应的透镜阵列装置1的电极构造。图13A图示了第一衬底10那侧的电极构造，图13B图示了第二衬底20那侧的电极构造。
图14图示了对这些示例中三维显示的可视性进行评估的概念。对于三维显示质量进行判定的具体测试装置没有示出，所以在这些示例中，通过用下列评估作为判定准则来简单地判定是否能够识别出三维显示。在图14的示例中，给透镜阵列装置1中形成的一个柱透镜分配两个蓝色像素和两个红色像素(即四个像素)。图14是与示例1至3对应的图像示意图。另一方面，在示例4至6中，给一个柱透镜分配一个蓝色像素和一个红色像素(即两个像素)。另外，图14是概念图，图14中像素形状等与图11和图12中不同。
如图14中概念性地示出的，显示图案被输出到显示面板2，使得右眼和左眼分别观察到蓝色和红色。相机被至于与右眼和左眼的位置对应的位置，并由相机对显示面板2进行拍摄；作为判定准则，判定是否分别地观察到红色和蓝色。在显示屏幕处于水平定向和垂直定向的情况下以相同方式执行评估。另外，驱动电压幅度被逐渐增大，并存在这样的区域在该区域中即使增大电压，可视性也不改变；恰好低于饱和的电压值被作为驱动电压。此外，从三维显示模式到二维显示模式改变所需的时间(2D切换响应时间)是通过施加0V来观察的。结果如表2所示。在表2中，“A”表示观察到红色和蓝色充分分开的状态。“C”表示观察到红色和蓝色分开的临界点的状态。“B”表示观察到上述这些状态之间的中间状态。
在这些示例中，透镜阵列装置1中的电压施加状态与产生的透镜效果之间的对应关系与图3或图6所示的相同。施加电压所用的外部电源使用了30Hz或更大频率的矩形波作为标准。此时的电压幅度大约为5V至10V，并根据柱透镜的间距或上下电极衬底之间的间隙而调整。必须的是衬底之间的距离d越大，电压幅度就设定得越大。如上所述，在使用图6所示第二驱动方法的情况下，第一驱动信号发生器40X和第二驱动信号发生器40Y分别产生具有大体上相等电压幅度(Vx＝Vy)和180度相位差的驱动信号。在使用图3所示第一驱动方法的情况下，在每种透镜状态下，向各个电极施加的矩形波的电压幅度V为V＝2Vx＝2Vy。
表2 图3所示第一驱动方法的情况下和图6所示第二驱动方法的情况下基本可视性的评估结果与表2所示相同。但是，在透镜阵列装置1受到连续驱动的情况下，在第一驱动方法和第二驱动方法中发生液晶分布状态随时间的改变(透镜形状随时间的改变)。随时间的改变对驱动方法的依赖关系的评估如表3所示。改变程度被主观地评估为三个水平从维持良好状态而不随时间改变初始透镜形状的水平到发生了变化的水平。在表3中，“A”表示透镜形状几乎不改变的水平，“C”表示透镜形状发生了改变的水平。“B”表示上述这些水平之间的中间水平。由表3可见，在第一驱动方法中，在电极之间的间隙(衬底之间的距离d)较窄的示例中，透镜形状较容易随时间改变。另一方面，在第二驱动方法中，在全部示例中透镜形状都不随时间改变。
表3
另外，为了对向二维显示模式的切换有更快的响应，需要减小电极之间的间隙(衬底之间的距离d)。另一方面，透镜效果的大小受到折射率各向异性Δn和衬底之间的距离d的影响(Δn×d)。因此，当使用具有较大的折射率各向异性Δn的液晶材料时，衬底之间的距离d可以小于这些示例中的衬底之间的距离d。
其他实施例 本发明不限于上述实施例和上述示例，而是可以进行各种改变。例如，在上述实施例和上述示例中，对产生透镜效果的方向受到90度切换的情况进行了说明。但是，对该方向进行切换的角度不限于90度，而可以是任何角度。例如，柱透镜的透镜效果的方向可以被切换到垂直方向以及从垂直方向偏离几度至几十度的方向。在此情况下，第一电极组14和第二电极组24可以以这样的角度形成所述角度对应于透镜效果的方向要被切换的角度。
本申请包含与2008年12月22日在日本特许厅提交的日本在先专利申请JP2008-326503和2009年3月16日在日本特许厅提交的日本在先专利申请JP2009-063276所公开的主题有关的主题，这些申请的全部内容通过引用方式结合于此。
本领域技术人员应当明白，在所附权利要求及其等同含义的范围内，取决于设计要求和其他因素，可以有各种变更、组合、子组合和替换形式。
权利要求
1.一种透镜阵列装置，包括
第一衬底和第二衬底，其布置成彼此面对且其间有间距；
第一电极组，形成于所述第一衬底的面向所述第二衬底的一侧，并包括沿第一方向延伸的多个透明电极，所述多个透明电极平行地布置成在宽度方向上间隔开；
第二电极组，形成于所述第二衬底的面向所述第一衬底的一侧，并包括沿与所述第一方向不同的第二方向延伸的多个透明电极，所述多个透明电极平行地布置成在宽度方向上间隔开；以及
液晶层，布置在所述第一衬底与所述第二衬底之间，包括具有折射率各向异性的液晶分子，并通过响应于向所述第一电极组和所述第二电极组施加的电压而改变所述液晶分子的配向方向来产生透镜效果，
其中，根据向所述第一电极组和所述第二电极组施加的电压的状态，所述液晶层以电的方式改变到三种状态之一，所述三种状态包括没有透镜效果的状态、第一透镜状态和第二透镜状态，在所述第一透镜状态中产生沿所述第一方向延伸的第一柱透镜的透镜效果，而在所述第二透镜状态中产生沿所述第二方向延伸的第二柱透镜的透镜效果。
2.根据权利要求1所述的透镜阵列装置，其中，
所述第一电极组和所述第二电极组中的全部透明电极被设定在相同电位，以使所述液晶层能够成为所述没有透镜效果的状态，
共同的电压被施加到所述第一电极组中的全部透明电极，并且驱动电压被选择性地仅施加到所述第二电极组中的、处于与所述第二柱透镜的透镜间距对应的位置处的透明电极，以使所述液晶层能够成为所述第二透镜状态，并且
共同的电压被施加到所述第二电极组中的全部透明电极，并且驱动电压被选择性地仅施加到所述第一电极组中的、处于与所述第一柱透镜的透镜间距对应的位置处的透明电极，以使所述液晶层能够成为所述第一透镜状态。
3.根据权利要求1所述的透镜阵列装置，其中，
所述第一电极组包括多个第一电极(A1)和多个第二电极(A2)，所述第一电极具有第一宽度并沿所述第一方向延伸，所述第二电极具有比所述第一宽度更大的第二宽度并沿所述第一方向延伸，所述第一电极和所述第二电极平行地交替布置，并且
所述第二电极组包括多个第一电极(B1)和多个第二电极(B2)，所述第一电极具有第一宽度并沿所述第二方向延伸，所述第二电极具有比所述第一宽度更大的第二宽度并沿所述第二方向延伸，所述第一电极和所述第二电极平行地交替布置。
4.根据权利要求3所述的透镜阵列装置，其中，
所述第一电极组和所述第二电极组中的全部透明电极被设定在相同的电位，以使所述液晶层能够成为所述没有透镜效果的状态，
共同的电压被施加到所述第一电极组中的全部透明电极，并且驱动电压被选择性地仅施加到所述第二电极组中的第一电极(B1)，以使所述液晶层能够成为所述第二透镜状态，并且
共同的电压被施加到所述第二电极组中的全部透明电极，并且驱动电压被选择性地仅施加到所述第一电极组中的第一电极(A1)，以使所述液晶层能够成为所述第一透镜状态。
5.根据权利要求4所述的透镜阵列装置，其中，
所述第二电极组的第二电极(B2)被接地，以使所述液晶层能够成为所述第二透镜状态，并且
所述第一电极组的第二电极(A2)被接地，以使所述液晶层能够成为所述第一透镜状态。
6.根据权利要求5所述的透镜阵列装置，其中，
第一驱动电压被共同地施加到所述第一电极组中的全部透明电极，并且第二驱动电压被选择性地仅施加到所述第二电极组中的第一电极，以使所述液晶层能够成为所述第二透镜状态，
所述第二驱动电压被共同地施加到所述第二电极组中的全部透明电极，并且所述第一驱动电压被选择性地仅施加到所述第一电极组中的第一电极，以使所述液晶层能够成为所述第一透镜状态，并且
所述第一驱动电压和所述第二驱动电压以具有相等的电压幅度和180度差异相位的矩形波的形式施加。
7.根据权利要求3所述的透镜阵列装置，其中，
所述第一电极组中的第一电极(A1)以与所述第一柱透镜的透镜间距对应的间隔布置，并且
所述第二电极组中的第一电极(B1)以与所述第二柱透镜的透镜间距对应的间隔布置。
8.根据权利要求1所述的透镜阵列装置，其中，
所述第二方向与所述第一方向正交，产生透镜效果的状态被以电的方式在彼此正交的所述第一方向和所述第二方向之间切换。
9.一种图像显示器，包括
显示面板，其以二维方式显示图像；和
透镜阵列装置，其布置成面向所述显示面板的显示表面，并选择性地改变来自所述显示面板的光线的透射状态，
其中，所述透镜阵列装置包括
第一衬底和第二衬底，其布置成彼此面对且其间有间距；
第一电极组，形成于所述第一衬底的面向所述第二衬底的一侧，并包括沿第一方向延伸的多个透明电极，所述多个透明电极平行地布置成在宽度方向上间隔开；
第二电极组，形成于所述第二衬底的面向所述第一衬底的一侧，并包括沿与所述第一方向不同的第二方向延伸的多个透明电极，所述多个透明电极平行地布置成在宽度方向上间隔开；以及
液晶层，布置在所述第一衬底与所述第二衬底之间，包括具有折射率各向异性的液晶分子，并通过响应于向所述第一电极组和所述第二电极组施加的电压而改变所述液晶分子的配向方向来产生透镜效果，
根据向所述第一电极组和所述第二电极组施加的电压的状态，所述液晶层以电的方式改变到三种状态之一，所述三种状态包括没有透镜效果的状态、第一透镜状态和第二透镜状态，在所述第一透镜状态中产生沿所述第一方向延伸的第一柱透镜的透镜效果，而在所述第二透镜状态中产生沿所述第二方向延伸的第二柱透镜的透镜效果。
10.根据权利要求9所述的图像显示器，其中，
将所述透镜阵列装置的状态在所述没有透镜效果的状态与所述第一透镜状态或所述第二透镜状态之间切换能够实现二维显示与三维显示之间的电切换。
11.根据权利要求10所述的图像显示器，其中，
将所述透镜阵列装置置于所述没有透镜效果的状态能够使来自所述显示面板的显示图像光不受任何偏转地经过所述透镜阵列装置，从而实现二维显示，
将所述透镜阵列装置置于所述第一透镜状态能够使来自所述显示面板的显示图像光在与所述第一方向正交的方向上受到偏折，从而实现这样的三维显示当观察者的双眼位置沿与所述第一方向正交的方向时获得立体效果，
将所述透镜阵列装置置于所述第二透镜状态能够使来自所述显示面板的显示图像光在与所述第二方向正交的方向上受到偏折，从而实现这样的三维显示当观察者的双眼位置沿与所述第二方向正交的方向时获得立体效果。
12.一种图像显示器，包括
显示面板，其显示图像；和
透镜阵列装置，其布置成面向所述显示面板的显示表面，
其中，所述透镜阵列装置包括
第一衬底和第二衬底，其布置成彼此面对且其间有间距；
第一电极组，形成于所述第一衬底的面向所述第二衬底的一侧，并包括沿第一方向延伸的多个透明电极；
第二电极组，形成于所述第二衬底的面向所述第一衬底的一侧，并包括沿与所述第一方向不同的第二方向延伸的多个透明电极；以及
液晶层，布置在所述第一衬底与所述第二衬底之间，
其中，根据向所述第一电极组和所述第二电极组施加的电压的状态，所述液晶层以电的方式改变到三种状态之一，所述三种状态包括
第一状态，所述第一状态使来自所述显示面板的显示图像光在与所述第一方向正交的方向上受到偏转，
第二状态，所述第二状态使来自所述显示面板的显示图像光在与所述第二方向正交的方向上受到偏转，以及
第三状态，所述第三状态使来自所述显示面板的显示图像光不受任何偏折地经过所述透镜阵列装置。
13.根据权利要求12所述的图像显示器，其中，
共同的电压被施加到所述第二电极组中的全部透明电极，并且驱动电压被选择性地仅施加到所述第一电极组中的透明电极，以使所述液晶层能够成为所述第一状态，
共同的电压被施加到所述第一电极组中的全部透明电极，并且驱动电压被选择性地仅施加到所述第二电极组中的透明电极，以使所述液晶层能够成为所述第二状态，并且
所述第一电极组和所述第二电极组中的全部透明电极被设定在相同的电位，以使所述液晶层能够成为所述第三状态。
全文摘要
本发明涉及透镜阵列装置及图像显示器，该透镜阵列装置包括第一衬底上形成的第一电极组，包括沿第一方向延伸的透明电极；第二衬底上形成的第二电极组，包括沿第二方向延伸的透明电极；布置在第一衬底与第二衬底之间的具有折射率各向异性的液晶层，通过改变液晶分子的配向而产生透镜效果。根据向第一电极组和第二电极组施加的电压，液晶层以电的方式改变到三种状态之一。这三种状态包括没有透镜效果的状态；第一透镜状态，在该状态下，产生沿第一方向延伸的第一柱透镜的透镜效果；第二透镜状态，在该状态下，产生沿第二方向延伸的第二柱透镜的透镜效果。
文档编号G02B27/22GK101762896SQ20091026108
公开日2010年6月30日 申请日期2009年12月22日 优先权日2008年12月22日
发明者高桥贤一 申请人:索尼株式会社