液晶透镜、显示装置及电子设备的制作方法

本发明涉及液晶透镜、显示装置及电子设备。

背景技术：
如果在彼此相对以夹持液晶层的电极之间施加电压来控制液晶层中的电场分布，那么液晶层中所包含的液晶分子根据电场分布取向。液晶分子具有折射率各向异性。因此，当取向状态改变时，入射到液晶层上的光的折射率也会改变。利用这种现象，通过控制施加在电极之间的电压来控制施加至液晶层的电场分布，以产生表现出透镜效果的折射率分布。因此，通过控制施加在电极之间的电压，电极和液晶层可以用作液晶透镜。例如，日本专利特开第2009-53345号公开了一种具有对于每个透镜使用两个下部电极的液晶透镜的三维显示装置。为了实现良好的液晶透镜，需要对施加至液晶的电场分布进行高精度控制。出于这个原因，日本专利特开第2011-150344号及日本专利特开第2011-164527号公开了一种液晶透镜，其中为每个透镜设置多个彼此分开等间距的下部电极。

技术实现要素：
然而，如果电极数量较少，难以对电场分布进行高精度控制。另一方面，如果电极数量较大，适于控制电极的集成电路的尺寸会不期望地增加。另外，如果电极之间的距离由于表示电极数量的电极计数增加而变短，那么由于图案缺陷，利用率会不可避免地减少。为了解决上述问题，期望一种利用少数个电极来对施加至液晶的电场分布进行高精度控制。根据本发明的实施方式，提供了一种液晶透镜，包括：多个第一电极；被设置成与所述第一电极相对的第二电极；以及设置在所述第一电极和所述第二电极之间的液晶层。在所述液晶透镜中，接收施加于其上的相对低的电压的所述第一电极比接收施加于其上的相对高的电压的所述第一电极被设置为彼此更邻近。根据本发明的另一个实施方式，提供了一种显示装置，包括：显示部，被构造为显示图像；以及液晶透镜，被设置成与所述显示部相对并用于接收在所述显示部上显示的图像的入射图像光。所述液晶透镜包括：多个第一电极；被设置成与所述第一电极相对的第二电极；以及设置在所述第一电极和所述第二电极之间的液晶层。在所述液晶透镜中，接收施加于其上的相对低的电压的所述第一电极比接收施加于其上的相对高的电压的所述第一电极被设置为彼此更邻近。根据本发明的又一实施方式，提供了一种电子设备，包括显示装置，所述显示装置包括：显示部，被构造为显示图像；以及液晶透镜，被设置成与所述显示部相对并用于接收在所述显示部上显示的图像的入射图像光。所述液晶透镜具有：多个第一电极；被设置成与所述第一电极相对的第二电极；以及设置在所述第一电极和所述第二电极之间的液晶层。在所述液晶透镜中，接收施加于其上的相对低的电压的所述第一电极比接收施加于其上的相对高的电压的所述第一电极被设置为彼此更邻近。如上所述，根据本发明的实施方式，可以利用几个电极对施加至液晶的电场分布进行高精度控制。附图说明图1是示出了根据本发明第一实施方式的液晶透镜的构造的说明图；图2是示出了根据相同实施方式的液晶透镜的电场分布的说明图；图3是在对根据相同实施方式的液晶透镜的相位差分布与理想相位差分布进行比较时所参照的说明图；图4是示出了根据本发明第二实施方式的液晶透镜的构造的说明图；图5是示出了根据第二实施方式的液晶透镜的电场分布和相位差分布的说明图；图6是示出了使用根据本发明实施方式的液晶透镜的显示装置的典型截面构造的说明图；图7是示出了柱状透镜的典型外观和典型屏幕构造的说明图；图8是在对柱状透镜的原理进行描述时所参照的说明图；图9是示出了使用根据本发明实施方式的液晶透镜的电子设备的典型构造的框图；图10是示出了具有包括等间距设置的电极的构造的液晶透镜用作与第一实施方式进行比较的典型比较透镜的说明图。具体实施方式通过参照以下附图对本发明的优选实施方式进行详细阐述。应注意的是，在本说明书及上面简要阐述的附图中，具有实质相同功能构造的构成元素由相同的参考标号表示，以避免对构造元素进行重复说明。还应注意的是，将描述分为按以下顺序排列的主题。1、第一实施方式2、第二实施方式（电极宽度不均匀的示例）3、典型应用﹤1、第一实施方式﹥（1-1、典型构造）通过参照以下图1及图10对根据本发明第一实施方式的液晶透镜的构造进行阐述。图1是示出了根据本发明第一实施方式的液晶透镜的构造的说明图。图10是示出了具有包括等间距设置的电极的构造的液晶透镜用作与根据第一实施方式的液晶透镜进行比较的典型比较透镜的说明图。如图1所示，根据本发明第一实施方式的液晶透镜100包括第一基板101、多个第一电极103、第二基板105、第二电极107以及液晶层109。第一基板101和第二基板105均由对可见光透明的材料制成。例如，第一基板101和第二基板105可以均由玻璃材料制成。第一电极103形成在第一基板101上。第一电极103间隔设置并彼此分开一间隙。第二电极107在第二基板105上形成为几乎均匀地在第二基板105的整个表面上。第一电极103和第二电极107是对可见光透明的导电膜。对可见光透明的导电膜的典型示例是氧化铟锡（ITO）膜。液晶层109形成在第一电极103的排列和第二电极107之间。液晶层109包括具有折射率各向异性的液晶分子。例如，液晶分子对沿纵向方向传播的入射光和沿横向方向传播的入射光表现出不同的折射率。液晶分子的取向根据由施加在第一电极103和第二电极107之间的电压产生的电场分布而变化。因此，从液晶层109看见的作为入射光的折射率的折射率发生变化。相应地，液晶层109可以根据第一电极103和第二电极107之间的电场分布形成折射率分布，表现出透镜效果。与接收施加于其上的相对高的电压的第一电极103相比，接收施加于其上的相对低的电压的第一电极103被设置为彼此更邻近。也就是说，接收施加于其上的相对低的电压的第一电极103的电极间距比接收施加于其上的相对高的电压的第一电极103的电极间距小。在图1中所示的典型构造中，第一电极103越靠近透镜的中心，施加至第一电极103的电压就越低。因此，靠近透镜中心的第一透镜103以较小的电极间距进行设置。图1示出了其中代表独立电极的数目的独立电极计数为三的典型构造。更具体地，将第二电极107和第一电极103-1设定为相同的电位。向两个第一电极103-2施加相同电压，并向两个第一电极103-3施加另一个相同电压。在这种情况下，通过适当地控制施加至第一电极103的电压，可以控制第一电极103和第二电极107之间存在的电场分布。在根据该实施方式的液晶透镜100中，设置第一电极103的电极间距是不同的。如上所述，接收施加于其上的相对低的电压的第一电极103具有的电极间距小于接收施加于其上的相对高的电压的第一电极103的电极间距。在图1中所示的典型构造中，第一电极103-1和第一电极103-2之间的距离比第一电极103-2和第一电极103-3之间的距离短。通过这样设置第一电极103，可以通过仅利用几个电极就能够对液晶层109中的电场分布进行高精度控制，并因此对液晶分子的取向进行高精度控制。关于适于高精度控制电场分布的方法，可设想增加电极数量的技术。例如，图10示出了作为与根据第一实施方式的液晶透镜100进行比较的典型比较透镜的液晶透镜900。如图中所示，液晶透镜900包括第一基板901、多个第一电极903、第二基板905、第二电极907以及液晶层909。在该构造中，第一电极903等间隔设置。通过这样增加透镜中电极的数量，可以对液晶层909中的电场分布进行高精度控制。然而，如果透镜中电极的数量上升，那么用于控制电场分布的IC的尺寸也会不可避免地增加。另外，如果透镜中电极的数量上升，那么电极之间的间隙就会变窄，从而完全有可能发生由于图案缺陷导致利用率不可避免低下。为了解决这些问题，如本发明的实施方式所提出的，提供了一种仅利用几个电极就能够表现出精确的透镜效果的液晶透镜。（1-2、透镜性能）通过参照图2及图3，以下描述解释了对于将第一电极103之间的间隙制作成不均匀来改变独立电极的数量的情况下的透镜性能。图2是示出了根据第一实施方式的液晶透镜的电场分布的说明图，而图3是在对根据第一实施方式的液晶透镜的相位差分布与理想相位差分布进行比较时所参照的说明图。图2示出了独立电极计数为七、四、三及二的液晶透镜100的电场分布。图2的水平方向表示透镜的直径、电极的位置以及等位面。另外，图2中所示的液晶层109中的箭头表示液晶的取向方向。应注意的是，在将独立电极计数设定为七的典型构造中，第一电极103等间隔设置。另外，图3示出了图2中所示的典型构造的相位差分布。如图2及图3所示，在独立电极计数为七的构造的情况下，可以获得与理想相位差分布非常接近的相位差分布，从而获得期望的光学特性。另外，即使对于独立电极计数为三和四，通过提供第一电极103越靠近液晶透镜100的中心，第一电极103之间的间隙就越小的构造，可以保持相位差分布非常接近理想相位差分布的状态，从而获得期望的光学特性。﹤2、第二实施方式﹥（2-1、典型构造）参照图4，以下描述阐述了根据本发明第二实施方式的液晶透镜的构造。图4是示出了根据本发明第二实施方式的液晶透镜的构造的说明图。如图中所示，液晶透镜200包括第一基板201、多个第一电极203、第二基板205、第二电极207以及液晶层209。液晶透镜200中的第一电极203的布置不同于液晶透镜100中的第一电极103的布置。以下描述阐述了液晶透镜200和液晶透镜100之间的差异，而将对液晶透镜200和液晶透镜100共有的部分进行的阐述省略。液晶透镜200的第一电极203被设置为彼此分开一间隙。接收施加于其上的相对低的电压的第一电极203具有的电极间距比接收施加于其上的相对高的电压的第一电极203的电极间距小。第一电极203的宽度不均匀。例如，第一电极203-2可以形成为宽度比第一电极203-1和第一电极203-3的宽度大。（2-2、透镜性能）接下来，参照图5，以下描述阐述了根据本发明第二实施方式的液晶透镜200的透镜性能。图5是示出了根据第二实施方式的液晶透镜200的电场分布和相位差分布的说明图。图5示出了具有独立电极计数为三的液晶透镜200的电场分布和相位差分布。正如前面所阐述的，液晶透镜200是透镜宽度不均匀的典型液晶透镜。液晶透镜200具有电极对，这对电极分别置于透镜的直径中心和透镜的两个边缘之间。电极的间距是不均匀的。电极的宽度也不均匀。图5的下部示出了液晶透镜200的相位差分布与理想相位差分布的比较。通过对图5中所示的比较与图3中所示的相应比较进行比较，可以理解，即使在不均匀的电极宽度的情况下，也可以保持相位差分布非常接近理想相位差分布的状态，从而获得期望的光学特性。﹤3、典型应用﹥到目前为止，已经阐述了实现根据本发明的液晶透镜的第一实施方式和第二实施方式。接下来，参照图6至图9，以下描述阐述了使用液晶透镜的显示装置的典型构造及采用该显示装置的电子设备的典型构造。图6是示出了使用根据本发明实施方式的液晶透镜的显示装置的典型截面构造的说明图，而图7是示出了柱状透镜的典型外观和典型屏幕构造的说明图。图8是在对柱状透镜的原理进行阐述时所要参照的说明图，而图9是示出了使用根据本发明实施方式的液晶透镜的电子设备的典型构造的框图。如图6所示，使用根据第一实施方式的液晶透镜100或根据第二实施方式的液晶透镜200的显示装置10包括液晶透镜100或液晶透镜200、显示面板500以及背光600。背光600设置在显示面板500的背面上。液晶透镜100或液晶透镜200设置在相对于显示面板500与背光600相对的一侧上。如上所述，显示装置10的构造包括液晶透镜100或液晶透镜200，任一个设置在用于显示视差图像的显示面板500上。在这种情况下，对液晶透镜100或液晶透镜200进行控制，以表现出与柱状透镜提供的效果等效的透镜效果。以下参照图7及图8对柱状透镜进行阐述。如图7所示，柱状透镜为半圆柱透镜的排列。在柱状透镜后面，设置用于将在图像观察者的左眼和右眼之间具有视差的两个图像垂直显示的屏幕。针对两个交替行分别显示两个图像。当图像观察者从与图像分开特定距离的位置观察这两个图像时，图像观察者将这两个图像识别为三维图像。柱状透镜具有改变视线到达屏幕的位置的棱镜的功能。柱状透镜使每个透镜聚焦在屏幕上，从而具有用于放大一行图像的凸透镜的功能。因此，如图8所示，通过透镜的整个区域向左眼提供用于左眼的放大图像。通过透镜的整个区域向右眼提供用于右眼的放大图像。由于用于左眼的图像和用于右眼的图像之间存在视差，因此图像观察者将这些图像识别为三维图像。液晶透镜100和液晶透镜200可以表现出这种柱状透镜的透镜效果。在这种情况下，显示装置10中所采用的液晶透镜具有图1中所示的液晶透镜100或图4中所示的液晶透镜200被重复布置的结构。接下来，参照图9，以下描述阐述了采用上述显示装置10的电子设备的典型构造。如图9所示，电子设备1000包括显示装置10、控制电路20、操作部30、存储部40以及通信部50。电子设备1000的典型示例是电视、移动电话（或智能手机）、数码相机、个人计算机、导航设备及游戏设备等。总之，电子设备1000是使用显示装置10中的液晶透镜100或200的设备。控制电路20通常包括中央处理器（CPU）、随机存取存储器（RAM）及只读存储器（ROM）。控制电路20对电子设备1000中使用的其他部分进行控制。因此，显示装置10也由控制电路20控制。操作部30通常包括触摸板、按钮、键盘及鼠标。操作部30接收用户键入的操作输入。控制电路20根据用户通过操作操作部30键入的操作输入对电子设备1000进行控制。存储部40通常是半导体存储器、磁盘或光盘。存储部40存储有执行电子设备1000的功能所需的各种数据。控制电路20可以通过读出存储部40中存储的程序并执行该程序来进行操作。通信部50是为电子设备1000设置的附加部分。通信部50是与作为有线网络或无线网络的网络60连接的通信接口。通信部50通常是调制解调器、端口或天线。控制电路20借助通信部50从网络60接收数据并同样借助通信部50将数据传输至网络60。除液晶透镜100、液晶透镜200及显示装置10之外，本发明的实施方式还包括电子设备1000。到目前为止，已经通过参照附图对本发明的优选实施方式进行了阐述。然而，本发明的范围绝不限于这些实施方式。显而易见的是，本发明技术领域的普通技术人员能够想到权利要求中所描述的技术思想的范围内的各种变化和各种修改。当然关键在于，此等变化和修改也包括在本发明的技术范围内。应注意的是，主要针对理解本发明的技术内容所需的点提供的示图以及描述。因此，示图不需示出所有构造。还可以包括示意图中所示出的构造之外的构造。图中所示每个构造元素的厚度和尺寸不总是以其正确的比例来表示。上述实施方式实现了使用液晶透镜的显示装置并实现了采用该显示装置的电子设备。然而，本技术的应用绝不限于显示装置和电子设备。本技术可用于在改变液晶透镜中的液晶分子的取向方向时表现出透镜效果的普通液晶透镜。由实施方式实现的、使用如上所述的液晶透镜的显示装置是三维显示装置。然而，本技术的应用绝不限于三维显示装置。使用液晶透镜的显示装置不一定是三维显示装置。例如，根据本技术的液晶透镜可用于被构造为将图像分为用于多个观察点的多个图像并显示分割图像的普通显示装置。三维显示装置分别针对图像观察者的左眼和右眼显示两个图像，以使得观察者将这两个图像识别为三维图像。然而，也可以将分割图像呈现给多个图像观察者。根据此显示装置，显示给多个图像观察者的图像在观察者之间是不同的。例如，此显示装置可用于导航设备。在导航设备中，可以使显示给坐在司机位置上的图像观察者的图像不同于显示给坐在靠近司机位置的前座上的图像观察者的图像。在上述实施方式中，使用具有正相对介电常数的液晶材料。然而，本发明的技术范围绝不限于此材料。例如，本发明还可用于使用具有负相对介电常数的液晶材料的情况。应注意的是，以下实现也属于本发明的技术范围。（1）一种液晶透镜，包括：多个第一电极；被设置成与所述第一电极相对的第二电极；以及设置在所述第一电极和所述第二电极之间的液晶层，其中，接收施加于其上的相对低的电压的所述第一电极比接收施加于其上的相对高的电压的所述第一电极彼此更邻近地设置。（2）根据实现（1）所述的液晶透镜，其中，所述第一电极的宽度不均匀。（3）根据实现（1）或（2）所述的液晶透镜，其中，所述液晶层包括具有折射率各向异性的液晶分子，并且利用通过所述第一电极和所述第二电极施加的电压来改变所述液晶分子的取向。（4）根据实现（1）至（3）中任一项所述的液晶透镜，其中，所述液晶透镜处于施加电压的状态时表现出具有柱状透镜形状的透镜效果。（5）一种显示装置，包括：显示部，被构造为显示图像；以及液晶透镜，被设置成与所述显示部相对并用于接收在所述显示部上显示的图像的入射图像光，其中，所述液晶透镜包括：多个第一电极，被设置成与所述第一电极相对的第二电极，以及设置在所述第一电极和所述第二电极之间的液晶层，其中，接收施加于其上的相对低的电压的所述第一电极比接收施加于其上的相对高的电压的所述第一电极被设置为彼此更邻近。（6）根据实现（5）所述的显示装置，其中，所述液晶透镜处于在所述第一电极和所述第二电极之间施加电压的状态时表现出具有柱状透镜形状的透镜效果。（7）根据实现（6）所述的显示装置，其中，所述液晶透镜处于在所述第一电极和所述第二电极之间没有施加电压的状态时没有表现出具有柱状透镜形状的透镜效果并在不折射的情况下传输图像光。（8）一种电子设备，包括：显示装置，包括：显示部，被构造为显示图像；以及液晶透镜，被设置成与所述显示部相对并用于接收在所述显示部上显示的图像的入射图像光，所述液晶透镜具有：多个第一电极，被设置成与所述第一电极相对的第二电极，以及设置在所述第一电极和所述第二电极之间的液晶层，其中，接收施加于其上的相对低的电压的所述第一电极比接收施加于其上的相对高的电压的所述第一电极被设置为彼此更邻近。本发明包含于2012年3月8日向日本专利局提交的日本优先权专利申请JP2012-051828所公开的内容相关的主题，其全部内容在此通过引用并入本文。