立体图像显示装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种立体图像显示装置，包括：图像显示单元，所述图像显示单元包括多个单位像素，各单位像素均包括用于左视场的像素和用于右视场的像素；梯度折射率液晶透镜；以及液晶透镜驱动电路。所述液晶透镜包括：液晶盒；多个电极组，各所述电极组包括对应于所述单位像素的列的多个条形透明电极；和透明对向电极，所述透明对向电极具有恒定的电位。所述液晶透镜驱动电路被配置成：对于各所述电极组，通过形成公共电压模式，将电压施加至所述透明电极，以使所述液晶盒的液晶作为对各所述电极组形成预定的折射率分布的多个透镜工作，且所述液晶透镜驱动电路配置成根据观察者的视点位置的信息改变电压模式，以移动各所述透镜的折射率分布。
【专利说明】立体图像显示装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种使用液晶透镜的立体图像显示装置，尤其涉及一种使用基于电光效应的梯度折射率液晶透镜的立体图像显示装置。
【背景技术】
[0002]作为使观察者感知立体图像的技术，通常使用基于双眼视差的立体图像显示方法，其中使用观察者的左眼和右眼的位置差具有很好的优势。该方法应用这样的立体图(stereogram)原理:使观察者的左眼和右眼分别感知不同的二维图像，以使观察者的大脑基于所感知的图像的差异来识别三维图像。作为这种立体图像显示方法，已知的方法是使用眼镜的立体观看方法和不使用眼镜的裸眼立体观看方法。取决于观察者的视点的数量，裸眼立体观看方法包括多视点类型和双视点类型。
[0003]为了使用诸如普通的平板显示器装置的二维图像显示装置利用裸眼方法显示立体图像，使用这样一种方法:使用由狭缝形成的遮光结构(屏障)设置在显示面板和光源之间的视差屏障方法和柱状透镜设置在观察者和用于显示二维图像的显示面板之间的透镜方法中的一种方法，使显示在二维屏幕上的左眼和右眼的图像在空间上分离且将图像分别呈现给左眼和右眼。
[0004]另一方面，在许多这样的裸眼立体观看方法中，屏障或透镜固定地接合至显示面板，这将立体感知区域限制为更窄的区域。此外，在多视点方法中增加视点的数量以使立体感知区域扩大的情况下，需要根据视点的数量在显示面板上显示增加数量的图像，这导致各图像的分辨率的下降。当在立体感知区域限制为窄区域的情况下观察者移动时，观察者的视点容易走出立体感知区域且容易进入反向立体区域，在反向立体区域中观察者逆向感知左眼图像和右眼图像。在这种情况下，观察者难以感知立体图像。
[0005]鉴于上述问题，日本未经审查的专利申请公开(JP-A)第H07-38926号和第2005-175973号公开了一种用于检测观察者的头部的空间位置的头部检测装置、以及一种伺服机构，该伺服机构配置成使由排列的柱面透镜构成的柱状透镜或作为屏障的遮光结构与头部检测装置的输出同步地机械移动，使得跟随观察者的视点移动立体感知区域。此外，日本专利(JP-B)第449582号(JP-A第2005-223727号)公开了这样一种技术:为了利用较少数量的像素实现显示装置的视点的增加，通过时分方法显示多个图像，以驱动由液晶形成的偏光开关元件与所显示的图像同步，且进一步使用屏障和透镜。
[0006]此外，在立体图像显示装置的领域中，强烈要求在同一屏幕上以混合的方式实现用于主要示出字母和字符的二维(2D)显示和用于主要示出物体和风景的三维(3D)显示。作为在2D和3D之间切换一个像素的显示模式的方法，已经提出了 JP-B第4400172号(JP-A第2004-280052号)所考虑的需求所阐述的使用子像素的阵列的柱状透镜方法和JP-A 第 2009-104137 号和 JP-B 第 4687073 号和第 3940725 号(JP-A 第 2006-0126721 和第
2004-258631)中的透镜特性可以被打开/关闭的液晶透镜方法。
[0007]关于柱状透镜方法，在现有技术中，假设柱状透镜的脊线的延伸方向为垂直方向，则各像素的垂直间距和水平间距是相同的且用于R、G、B颜色的子像素布置成与柱状透镜的延伸方向平行的竖直条形。因此，在现有技术中，水平分辨率需要加倍以确保3D分辨率等同于2D分辨率。JP-B第4400172号公开了这样一种结构:各像素的水平间距被设置为竖直间距的一半且用于R、G、B颜色的子像素布置成垂直于柱状透镜的延伸方向的水平条形，这通过确保2D分辨率和3D分辨率在相同的水平上，而实现2D显示和3D显示混在一起的显不O
[0008]关于液晶透镜方法，液晶透镜是一种光学元件，该光学元件利用液晶材料的物理性能，诸如电光效应和大的折射率各向异性，且采用该光学元件以充分利用其优点，即，可以容易地实现低驱动电压、低功率消耗和元件的二维布置(参见下列非专利文献:s.Sato,Jpn.J.App1.Phys.，第 18 卷，第 9 期，第 1679-1684 页，1979 ；Matsuda 等，Appl.0pt.，第36 卷，第 20 期，第 4772-4778 页，1997 ；Nose 等，Jpn.J.Appl.Phys.,第 39 卷，第 11 期，第6383-6387 页，2000 ;以及 Lu等，J.Display Technol.，第 7卷，第 4期，第 215-219 页，2011 )。例如，可以通过制备采用表面为透镜形状的电极基板的液晶盒，且向该液晶盒施加电压以将入射光的偏光方向上的液晶的折射率从“ne”变为“no”，来实现变焦液晶透镜。
[0009]此外，液晶微透镜由液晶盒构成，该液晶盒包括布置有狭缝图案的电极或圆孔图案的电极的两个平的基板且包括密封在这两个基板之间的液晶。当向电极施加电压时，在不存在电极的狭缝图案的开口或圆孔图案的开口中产生轴向对称的非均匀电场。液晶分子再次沿着产生的电场取向，且液晶分子的折射率分布具有二项式分布的形状，其中，在从开口的中心到图案化的边缘部的区域中，折射率连续地从“ne”变为“no”。该折射率分布造成光路差And并提供了透镜效应。换句话说，提供了变焦GRIN透镜。
[0010]这种液晶透镜可以形成为具有形状为几乎理想的二项式分布的折射率分布，这提供优异的透镜性能。通过使用分割的电极和/或外部控制的电极结构，可以使折射率分布沿着液晶盒的平面平行移动，换句话说，可以使透镜位置移动约10 μ m (下文，μ m也表示为“um”)，同时确保透镜性能(参见上述非专利文献:Matsuda等和Nose等)。然而，呈现透镜性能的开口已由初始电极布置确定，且透镜的移动可以引起透镜的一部分的缺少。因此，这样的结构难以提供透镜可以进行视点追踪的数百微米大的透镜移动量。
[0011]此外，液晶透镜需要足够的光路长度，这使得盒间隙“d”大于通常的液晶显示面板的盒间隙，从而增大液晶透镜的延迟(And)。因此，液晶透镜的响应变得相对慢。如果可利用具有足够大的各向异性折射率An的液晶，则可以改善这种问题。然而，当前可用的液晶的各向异性折射率Λη至多约0.2，这使得难以改善。鉴于此，Lu等公开的液晶透镜具有菲涅耳透镜形状的折射率分布，以实现盒间隙的减小。
[0012]JP-A第2009-104137号公开了下列立体图像显示装置。在立体图像显示装置中使用液晶透镜代替柱状透镜的情况下，液晶透镜需要具有与排列的柱面透镜的折射率分布相同的折射率分布，在该立体图像显示装置中，改变电极的宽度和间隔，以在相邻的透镜之间的空间中，换句话说，在上述条件下的液晶透镜的边缘部分的周围，也获得优异的液晶透镜性能。
[0013]JP-B第4687073号(JP-A第2006-126721号)公开了下列液晶透镜，以对于各像素独立地调节折射率分布。在该液晶透镜中，在一个方向上逐渐改变条形电极的间隔和宽度，以形成电场梯度，从而液晶透镜具有棱镜状的折射率分布。在各像素中，向条形电极施加恒定的驱动电压且对向电极作为公共电极。
[0014]JP-B第3940725号(JP-A第2004-258631号)公开了这样一种技术:使用液晶透镜代替柱状透镜，且使用配置成使偏光面旋转以用于在2D和3D之间切换显示模式的相位调制单元(由半波长板和铁电液晶盒构成)，使得可以通过使用相位调制单元而不使用液晶透镜的开/关切换，来快速切换2D/3D液晶显示模式。
[0015]JP-B第3814366号(JP-A第H10-221703号)公开了这样一种方法:提供通过下列方法形成的液晶透镜，以对于各像素独立地控制液晶透镜。提供了一种高电阻薄膜电阻线，该高电阻薄膜电阻线接合至低电阻条形电极(由金属或低电阻ITO (氧化铟锡)制成的透明电极)，以固定低电阻条形电极。向高电阻薄膜电阻线的两端施加不同的电压以形成梯度电场分布且提供液晶透镜。通过将多个条形电极与薄膜电阻线接合在一起且向各条形电极施加不同的电压，来限制输出电压的数值且降低驱动器的成本。
[0016]JP-A第2010-56712号提出了下列方法来保持立体视图。假设将垂直地通过立体图像显示面板的面板平面(包括z-y轴的平面)的光轴定义为X-轴。提供了一种图像分离元件(例如柱状透镜、视差屏障和液晶透镜)，以在空间上分离右眼图像和左眼图像。即使当观察面板的用户的姿势改变使得在面板平面内沿着Θ方向旋转时，也使图像分离元件根据检测结果旋转，以保持立体视图。
[0017]JP-A第2002-328333号公开了下列使用光学波前复原的显示装置。在该显示装置中，多个微小的液晶盒以矩阵排列且被分别控制以获得双眼视差。JP-A第2002-328333号还公开了一种简单的矩阵结构，其代替以单独的盒控制液晶的结构，而通过仅使用电极结构来作为控制液晶的另一结构，其中，形成在相对基板上的电极布置成彼此交叉(参照文献的第0061段)。
[0018]然而，在上述现有技术中，出于视点追踪的目的，JP-A第H07-38926号和第
2005-175973号的结构需要配置成使透镜移动的伺服机构和使透镜移动所需的空间，这导致装置的尺寸变得更大。
[0019]JP-B第449582号中公开的技术为仅用于实现多视点的技术，这缺少追踪视点的功能且需要与柱状透镜联接。此外，对于具有楔形表面的液晶盒，其表面处理是困难的，如从文献的描述可以看出“难以使形成在锯齿基板上的锯齿的顶点锐化，且通常，顶点具有一定的曲率半径。出于这个原因，锯齿的阶梯部可以散射光，这可以劣化通过阶梯部发送的像素图像。”(参照文献的第0033段)。此外，在阶梯部(尤其是在楔形的底部)，不能充分进行用于使液晶分子取向的基板表面的摩擦处理，这可能造成液晶分子的异常取向。因此，在楔形的底部也可能散射光。此外，柱面透镜和液晶偏光盒需要由相同的材料制成，否则在结构尺寸增大的情况下，由于其收缩率的差异引起这些元件的变形，且这种情况可以使视点移位或形成由于散射光泄漏产生的异常显示。为了解决该问题，可以给出将石英玻璃用于基板的方法。然而，通常的石英玻璃太贵而难以用于大尺寸的产品，这也是一个问题。
[0020]Matsuda 等(Matsuda 等,Appl.0pt.，第 36 卷，第 20 期，第 4772-4778 页，1997)和Nose 等(Nose 等，Jpn.J.Appl.Phys.,第 39 卷,第 11 期,第 6383-6387 页，2000)公开的结构中，透镜移动量如此小以至于不足以追踪视点，这是个问题。此外,Matsuda等和Nose等没有提出将他们的技术用于立体图像显示装置的任何思想。
[0021]Lu 等(Lu 等，J.Display Technol.,第 7 卷,第 4 期,第 215-219 页，2011)公开了这样一种结构:使用条形电极以建立菲涅耳透镜形状的折射率分布以使盒间隙变薄。菲涅尔透镜的形状是十分尖锐以至于难以通过液晶透镜准确地实现，且这样的液晶透镜可以使成像特性劣化和立体串扰增加。此外，液晶层放入盒内以诱导液晶分子的水平取向，从而与透明电极的条形的方向平行。因此，当相邻的条形电极的电位差变得大时，液晶分子沿着垂直于条形方向的方向旋转，这能够扰乱液晶分子的取向。此外，在该结构中，已建立电压施加模式，以实现用于初始透镜配置和初始透镜间距的最佳的透镜性能，而无需估计透镜的移动。该文献的结构仅切换2D显示和3D显示，且在该文献中没有提出追踪视点的系统和类似的思想。
[0022]JP-A第2009-104137号中公开的结构具有间隔和宽度都不均匀的条形电极。因此，难以在基板平面(即，在x-y平面中或水平方向上)内移动折射率分布的同时保持其形状。此外，在该结构中难以追踪视点，这是因为在该文献中没有移动透镜的思想。
[0023]JP-B第4687073号中公开的结构具有间隔和宽度都不均匀的条形电极。因此，难以在基板平面(即，在水平方向上)内移动折射率分布的同时保持其形状。此外，难以控制相邻像素的中点处的折射率分布，这是因为对于各像素而言透镜模型是独立的。因此，该结构难以追踪视点，这是因为在该文献中没有移动透镜的思想。
[0024]JP-B第3940725号中公开的结构具有液晶透镜，其中，仅在其边缘部处布置电极。因此，电极是固定的且难以在基板平面(即，在χ-y平面中或水平方向上)内移动。此外，该结构难以追踪视点，这是因为在该文献中没有移动透镜的思想。
[0025]JP-B第3814366号中公开的结构具有液晶透镜，其中，条形电极与电阻线连接，且几乎不能对各电极独立地调节电压，且通过电阻线的长度确定透镜间距。因此，难以在水平方向上移动折射率分布，且该结构难以追踪视点，这是因为在该文献中没有移动透镜的思想。
[0026]JP-A第2010-56712号中公开的结构使用液晶透镜作为图像分离元件。关于液晶透镜的结构，以矩阵布置像素电极，且其上形成有点的液晶透镜面板由像素电极、对向基板上的电极和液晶构成。像素电极独立地电气控制液晶在各点处的折射率，以使折射率分布旋转。然而，各点需要利用诸如TFT (薄膜晶体管)的有源元件来驱动，对应于图像显示面板的分辨率增加，这增加形成液晶透镜面板的TFT元件、导线和驱动器的输出端的数量，且还使产率降低、开口率降低且成本增加。此外，没有提出这样一种方法:在观察者沿着显示面板平面(y_z平面)的水平方向(例如，I轴方向)移动，以远离旋转轴(X轴)的情况下，使折射率分布平移。因此，在公开的结构中，在这样的情况下难以保持立体视图。
[0027]在JP-A第2002-328333号的结构中，将微小的液晶盒和遮光构件分离使制造工艺复杂化且导致产率降低。此外，利用TFT元件独立地控制各液晶盒可以造成成本的增加。在微小的液晶盒中，由于边界区域中的液晶不能移动，因此，当通过组合多个液晶盒来获得透镜功能时，难以获得平滑形状的折射率分布，这作为光波前控制是不充分的。换句话说，这种结构可能充分地将光聚集在观察者的位置，但形成具有低质量、失真且具有大的像差的图像。此外，在该文献中没有描述关于液晶的取向状态，且实际上难以仅通过向电极施加电压来形成十分平滑以实现立体图像的折射率分布。在简单的矩阵结构中，在如通常的液晶透镜中使用的简单的均匀分子取向状态下，如果将变化的电压施加至各相邻的工作区域(等同于各微小的盒)，来自包括上、下、左、右和对角线的所有侧的相邻的显示像素的泄漏电场作为外部干扰影响显示像素。这种情况导致扰乱液晶的分子取向(向错线)且使得难以极好地控制折射率分布。
【发明内容】
[0028]公开了示例性立体图像显示装置作为本发明的实施方式，该立体图像显示装置可以将立体感知区域调节为对应于观察者的视点的最佳位置，且即使当观察者移动时也可以防止感知的图像产生的立体效果的缺失。
[0029]示出本发明的一方面的实施方式是这样的一种立体图像显示装置:该立体图像显示装置包括:图像显示单元；梯度折射率液晶透镜，该梯度折射率液晶透镜布置在图像显示单元的显示表面的观察者侧处；以及液晶透镜驱动电路，该液晶透镜驱动电路用于驱动液晶透镜。该图像显示单元包括以矩阵布置的多个单位像素，用于在其显示表面上形成图像，其中，每个单位像素包括用于左视场的像素和用于右视场的像素。液晶透镜包括液晶盒，该液晶盒包括彼此面对的两个透明基板、放置在透明基板之间的液晶层、和分别形成在透明基板上的偏光元件。液晶透镜还包括多个电极组，该多个电极组形成在透明基板中的一个透明基板的面向液晶层的表面上，其中，各电极组包括对应于图像显示单元的单位像素的列的多个条形透明电极。液晶透镜还包括透明对向电极，该透明对向电极形成在透明基板中的另一个透明基板上且具有恒定的电位。液晶透镜驱动电路被配置成:对于各电极组，通过形成公共电压模式，向多个透明电极施加电压，使得，通过利用多个透明电极和透明对向电极之间的电压差来驱动液晶，使液晶层的液晶作为多个透镜工作，对各电极组，多个透镜形成预定的折射率分布。液晶透镜驱动电路还配置成:根据观察者的视点位置的信息改变电压，以移动各透镜的折射率分布。
[0030]立体图像显示装置还可以包括检测器，该检测器用于检测观察者的视点位置。作为检测器，立体图像显示装置可以采用利用成像装置(诸如CXD (电荷耦合器件))识别视点或面部轮廓的传感器，且可以采用配置成感测视点的移动量的视点追踪单元。可替选地，作为检测器，立体图像显示装置可以采用这样的结构:该结构配置成利用加速度传感器和倾斜传感器感测包括液晶透镜的立体图像显示装置的倾斜和移动，且基于这些传感器的输出计算或估计观察者的视点位置的移动量和移动方向。
[0031]代替用于检测视点位置的检测器，立体图像显示装置可以包括输入单元(诸如控制杆或触摸面板)，该输入单元配置成机械地输入视点位置的信息。因此，通过操作输入单元将视点位置的信息直接提供给液晶透镜驱动电路。可替选地，视点位置的信息可以值的形式直接输入至个人计算机或显示装置，使得视点位置的信息从立体图像显示装置的外部电气提供给液晶透镜驱动电路。此外，除利用来自外部控制装置(诸如上述触摸面板和上述个人计算机)的信号直接提供信息的上述方法之外，还可以使用通常的输入方法将视点位置的信息提供给立体图像显示装置。当以任意方式提供视点位置的信息时，可以以任意方式调节观察者可以感知立体图像的位置。
[0032]此外，形成液晶透镜的透明对向电极可以具有立体形状或条形形状。透明电极和透明对向电极可以布置成使得透明电极或透明电极和透明对向电极两者在恒定间隔的多个位置处弯曲。作为另一实施方式，液晶透镜驱动电路可以配置成基于待施加至透明电极的电压模式的最大电压值调节多个透镜的焦距。[0033]作为另一实施方式，透明基板中的布置有透明电极的一个透明基板可以定位成比透明基板中的另一透明基板远离图像显示单元，透明基板中的布置有透明对向电极的另一透明基板可以定位成比透明基板中的所述一个透明基板更靠近图像显示单元。
[0034]作为另一实施方式，透明电极或透明对向电极可以布置成，当从透明基板的法线方向观看时，透明电极的条形结构叠加在透明对向电极的条形结构上，或当从透明基板的法线方向观察时，透明电极的条形结构移动从而未叠加在透明对向电极的条形结构上。
[0035]作为另一实施方式，可以在液晶透镜和图像显示单元之间的位置处设置一个偏光板，且所述一个偏光板可以既作为用在液晶显示单元中的偏光元件又作为用在液晶透镜中的一个偏光兀件。
[0036]作为另一实施方式，立体图像显示装置还可以包括多个金属线，其中，该金属线的数量与形成一个电极组的透明电极的数量相同。金属线可以垂直于透明电极的条形结构的延伸方向延伸，且在各电极组中的相同位置处布置的透明电极可以通过层间绝缘层连接至金属线之一。
[0037]作为另一实施方式，立体图像显示装置还可以包括多个引线，该多个引线连接至金属线且在透明电极的条形结构的延伸方向上延伸，引线可以直接形成在各透明电极的下方。引线可以在透明电极的条形结构的整个长度上延伸。引线的宽度可以比透明电极的条形结构的宽度小。
[0038]作为另一实施方式，立体图像显示装置可以使用诸如液晶显示单元或有机电致发光显示单元的平板显示器作为图像显示单元。
[0039]下面将描述示例性实施方式的其它特征。
【专利附图】
【附图说明】
[0040]现将参照附图、仅以示例的方式描述实施方式，这些附图仅为示例性的而非限制性的，且在多个附图中，类似的元件使用相同的附图标记，在附图中:
[0041]图1是关于实施例1的立体图像显示装置的液晶透镜(液晶GRIN透镜)、液晶显示单元(液晶面板)、光源(背光源)的布置图；
[0042]图2A和图2B是示出关于实施例1的立体图像显示装置的操作的示意图；
[0043]图3A是示出关于实施例1的视点追踪方法的示图；
[0044]图3B是关于实施例1的液晶透镜的控制步骤的流程图；
[0045]图3C是示出关于实施例1的另一视点追踪方法的示图；
[0046]图4A至图4C是示出关于实施例1的液晶透镜的电极的布置和在向液晶透镜的电极施加零电压时的液晶分子取向的示图、示出液晶透镜的折射率分布的示图、和向电极施加电压的方法的示例的表；
[0047]图5A至图5C是示出关于实施例1的液晶透镜的电极的布置和在向液晶透镜的电极施加电压时的液晶分子取向的示图、示出液晶透镜的折射率分布的示图、和向电极施加电压的方法的示例的表；
[0048]图6A至图6C是示出关于实施例1的液晶透镜的电极的布置和在调节液晶透镜的电压时的液晶分子取向的示图、示出液晶透镜的折射率分布的示图、和向电极施加电压的方法的示例的表；[0049]图7A至图7D是示出关于实施例1的液晶透镜的电极的布置和在改变液晶透镜的焦距时的液晶分子取向的示图、示出液晶透镜的折射率分布的示图、和向电极施加电压的方法的示例的表；
[0050]图8A和图8B是示出关于实施例1的液晶透镜的金属线和条形透明电极的布置的示图；
[0051]图9是示出关于实施例1的液晶透镜的金属线和条形透明电极的连接方法的示图；
[0052]图1OA和图1OB分别是示出关于实施例1的液晶透镜的液晶指向矢的分布和电位分布的模拟结果的示图；
[0053]图1lA和图1lB分别是示出关于实施例1的液晶透镜的折射率分布的移动的模拟结果的示图；
[0054]图12A和图12B分别是示出关于实施例1的液晶透镜的焦距的控制的模拟结果的示图；
[0055]图13A和图13B分别是示出关于实施例1的视点移动量和透镜移动量的关系的示图；
[0056]图14A至图14C是示出关于实施例2的液晶透镜的电极的布置和在向液晶透镜的电极施加电压时的液晶分子取向的示图、示出液晶透镜的折射率分布的示图、和向电极施加电压的方法的示例的表；
[0057]图15A和图15B是示出关于实施例3的液晶透镜的电极的布置和在向液晶透镜的电极施加电压时的液晶分子取向的示图、和示出液晶透镜的折射率分布的示图；
[0058]图16A和图16B是示出关于实施例4的液晶透镜的电极的布置和在向液晶透镜的电极施加电压时的液晶分子取向的示图、和示出液晶透镜的折射率分布的示图；
[0059]图17A和图17B是示出关于实施例5的液晶透镜的电极的布置和在向液晶透镜的电极施加电压时的液晶分子取向的示图、和示出液晶透镜的折射率分布的示图；
[0060]图18是示出关于实施例6的液晶透镜的金属线和条形透明电极的布置的示图；
[0061]图19是示出关于实施例6的连接液晶透镜的从金属线延伸的引线和条形透明电极的方法的示图；
[0062]图20A和图20B是关于实施例7的液晶透镜的金属线和条形透明电极的布置的示图；
[0063]图21是示出关于实施例7的连接液晶透镜的金属线和条形透明电极的方法的详细示图；
[0064]图22是示出在关于实施例7的立体显示装置中，对于图像显示屏幕的各区域分别改变液晶透镜的移动量和焦距的情况的示图；
[0065]图23是示出关于实施例8的液晶透镜的金属线和弯曲的条形透明电极的布置的示图；
[0066]图24是示出关于实施例8的连接液晶透镜的从金属线延伸的引线和弯曲的条形透明电极的方法的示图；
[0067]图25A和图25B是示出关于实施例9的液晶透镜的金属线和条形透明电极的布置的示图；以及[0068]图26是示出关于实施例9的连接液晶透镜的金属线和条形透明电极的方法的示图。
【具体实施方式】
[0069]在下文中，将参照附图描述立体图像显示装置的示例性实施方式。本领域的普通技术人员将理解，本文中关于这些附图给出的描述仅出于示例性目的且在任何情况下不意图限制通过参照所附权利要求书可以确定的潜在实施方式的范围。
[0070]本发明的实施方式是这样的一种立体图像显示装置:该立体图像显示装置包括:图像显示单元；梯度折射率液晶透镜，该梯度折射率液晶透镜布置在图像显示单元的显示表面的观察者一侧；以及液晶透镜驱动电路，该液晶透镜驱动电路用于驱动液晶透镜。该图像显示单元包括以矩阵布置的多个单位像素，用于在其显示表面上形成图像，其中，每个单位像素包括用于左视场的像素和用于右视场的像素。液晶透镜包括液晶盒，该液晶盒包括彼此面对的两个透明基板、放置在透明基板之间的液晶层、和分别形成在透明基板上的偏光元件。液晶透镜还包括多个电极组，该多个电极组形成在透明基板中的一个透明基板的面向液晶层的表面上，其中，各电极组包括对应于图像显示单元的单位像素的列的多个条形透明电极。液晶透镜还包括透明对向电极，该透明对向电极形成在透明基板中的另一个透明基板上且具有恒定的电位。液晶透镜驱动电路被配置成:对于各电极组，通过形成公共电压模式，向多个透明电极施加电压，使得，通过利用多个透明电极和透明对向电极之间的电压差来驱动液晶，使液晶层的液晶作为对各电极组形成预定的折射率分布的多个透镜工作。液晶透镜驱动电路还配置成:根据观察者的视点位置的信息改变电压模式，以移动各透镜的折射率分布。
[0071]上述实施方式提供了这样一种立体成像系统，其中，视点追踪传感器的操作和液晶透镜的移动联系在一起，使得即使当观察者移动时，也可以防止由感知的图像产生的立体效果的损失。
[0072]此外，为了移动立体感知区域以追踪视点，该系统电气控制安装在图像显示装置的面板上的液晶透镜的折射率分布，这提供与通过常规系统移动网状透镜所提供的效果类似的效果。此外，液晶层连续存在于系统中的整个透镜中，这可以提供足够平滑的折射率分布。换句话说，系统通过持续地控制相邻的条形透明电极，形成与网状透镜的折射率分布相同的折射率分布。因此，即使在液晶分子均匀取向(诸如垂直取向和水平取向)的条件下，系统也难以形成向错线和形成足够平滑的折射率分布。
[0073]此外，这种系统可以通过使用液晶透镜电气实现2D显示和3D显示的切换。此外，该系统不需要配置成移动透镜的机械的伺服机构，这实现系统本身的厚度和尺寸的降低。此外，液晶透镜包括条形透明电极，相同的电位周期性地施加至该条形透明电极。在透明电极的每个操作过程中通过驱动液晶形成预定的折射率分布，这驱动作为透镜的液晶。此夕卜，通过将相同的电位周期性地施加到透明电极，驱动液晶所需的驱动器和金属线的数量减少，这以低成本实现立体图像显示装置，该立体图像显示装置可以移动立体视点(在该视点处观察者可以感知立体图像)，以追踪观察者的视点。
[0074]下文，将描述使用各种实施例的液晶透镜的各立体图像显示装置，以更具体地描述本发明的实施方式。[0075]实施例1
[0076]首先，下面将参照图1至图13B描述使用液晶透镜的立体图像显示装置的结构、操作、制造方法和制造步骤。
[0077]如图1所示，本实施例的立体图像显示装置10包括液晶透镜(在本实施例中为液晶GRIN透镜)20、图像显示单元(在本实施例中为液晶显示面板30)和光源(在本实施例中为背光源40)。
[0078]液晶显示面板30包括多列单位像素，其中，每个单位像素由在第一方向上相邻的用于左视场的像素和用于右视场的像素组成，且多列单位像素沿着垂直于第一方向的第二方向延伸。液晶显不面板驱动电路驱动液晶显不面板30。由于液晶显不面板30和背光源40具有与用于立体图像显示装置的常用液晶显示装置的结构类似的结构，因此下文将描述液晶透镜20的结构和控制方法。
[0079]如下制造用于液晶透镜20的液晶面板(液晶盒)。提供了彼此面对的透明基板，诸如玻璃基板。在该透明基板中的一个透明基板上，形成分别对应于各列单位像素的多个条形透明电极。在透明基板中的另一个透明基板(对向基板)上形成电极(称为透明对向电极)，该透明对向电极面对透明基板中的一个透明基板上的透明电极。在沿着垂直于透明电极的条形结构的延伸方向的方向上在透明基板上进行取向处理后，将透明基板接合在一起。在将液晶放在透明基板之间后，将偏光板接合至各透明基板，以制造液晶面板(液晶盒)。在该过程中，对于液晶分子，液晶分子指向矢(director)沿着垂直于透明电极的条形结构的延伸方向的方向排列，以形成水平取向。然后，通过多个透明电极和透明对向电极之间的电位差驱动液晶。表I示出液晶透镜20的主要特性。
[0080]表I
[0081]
【权利要求】
1.一种立体图像显示装置，包括: 图像显示单元，所述图像显示单元包括以矩阵布置的多个单位像素，用于在所述图像显示单元的显示表面上形成图像，各所述单位像素均包括用于左视场的像素和用于右视场的像素； 梯度折射率液晶透镜，所述梯度折射率液晶透镜布置在所述图像显示单元的所述显示表面的观察者侧处，所述液晶透镜包括: 液晶盒，所述液晶盒包括彼此面对的两个透明基板、置于所述透明基板之间的液晶层、和分别形成在所述透明基板上的偏光元件； 多个电极组，所述多个电极组形成在所述透明基板中的一个透明基板的面向所述液晶层的表面上，各所述电极组均包括对应于所述图像显示单元的所述单位像素的列的多个条形透明电极；和 透明对向电极，所述透明对向电极形成在所述透明基板中的另一个透明基板上且具有恒定的电位；以及 液晶透镜驱动电路，所述液晶透镜驱动电路用于驱动所述液晶透镜，所述液晶透镜驱动电路被配置成: 对于各所述电极组，通过形成公共电压模式，向所述多个透明电极施加电压，以通过利用所述多个透明电极和所述透明对向电极之间的电压差来驱动液晶，使所述液晶层的液晶作为多个透镜工作，对各所述电极组，所述多个透镜形成预定的折射率分布，以及根据观察者的视点位置的信息改变电压模式，以移动各所述透镜的折射率分布。
2.根据权利要求1所述的立体图像显示装置，还包括:· 检测器，所述检测器用于检测所述观察者的所述视点位置， 其中，所述液晶透镜驱动电路配置成根据由所述检测器给出的所述观察者的所述视点位置的信息来改变所述电压模式。
3.根据权利要求1所述的立体图像显示装置，还包括: 输入单元，所述输入单元用于输入所述观察者的所述视点位置， 其中，所述液晶透镜驱动电路配置成根据由所述输入单元给出的所述观察者的所述视点位置的信息来改变所述电压模式。
4.根据权利要求1所述的立体图像显示装置，其中， 所述液晶透镜驱动电路配置成: 接收所述观察者的所述视点位置的信息，从所述立体图像显示装置的外部电气输入所述信息，和 根据电气输入的所述观察者的所述视点位置的信息改变所述电压模式。
5.根据权利要求1所述的立体图像显示装置，其中， 所述液晶透镜驱动电路配置成: 基于所述电压模式的最大电压值调节所述多个透镜的焦距。
6.根据权利要求1所述的立体图像显示装置，其中， 所述透明对向电极为整面透明电极。
7.根据权利要求6所述的立体图像显示装置，其中， 所述透明基板中的布置有所述透明电极的一个透明基板定位成比所述透明基板中的另一透明基板更远离所述图像显示单元，以及 所述透明基板中的布置有所述透明对向电极的所述另一透明基板定位成比所述透明基板中的所述一个透明基板更靠近所述图像显示单元。
8.根据权利要求1所述的立体图像显示装置，其中， 所述透明对向电极具有条形形状。
9.根据权利要求8所述的立体图像显示装置，其中， 所述透明电极和所述透明对向电极布置成，当从所述透明基板的法线方向观看时，所述透明电极的条形结构叠加在所述透明对向电极的条形结构上。
10.根据权利要求8所述的立体图像显示装置，其中， 所述透明电极和所述透明对向电极布置成，当从所述透明基板的法线方向观看时，所述透明电极的条形结构错开从而未叠加在所述透明对向电极的条形结构上。
11.根据权利要求1所述的立体图像显示装置，还包括: 多个金属线，所述金属线的数量与形成一个所述电极组的所述透明电极的数量相同，所述金属线垂直于所述透明电极的条形结构的延伸方向延伸，以及在所述金属线和所述透明电极之间形成层间绝缘层， 其中，在各所述电极组中的相同位置处布置的透明电极通过所述层间绝缘层连接至一个所述金属线。
12.根据权利要求11所述的立体图像显示装置，还包括: 多个引线，所述多个引线连接至所述金属线且在所述透明电极的条形结构的延伸方向上延伸，所述引线直接形成在各所述透明电极的下方。
13.根据权利要求12所述的立体图像显示装置，其中， 所述引线在所述透明电极的条形结构的整个长度上延伸。
14.根据权利要求12所述的立体图像显示装置，其中， 所述引线的宽度比所述透明电极的条形结构的宽度小。
15.根据权利要求1所述的立体图像显示装置，其中， 所述透明电极和所述透明对向电极两者或所述透明电极在恒定间隔的多个位置处弯曲。
16.根据权利要求1所述的立体图像显示装置，包括: 在所述液晶透镜和所述图像显示单元之间的位置处设置的一个偏光板， 其中，所述一个偏光板既作为用在所述图像显示单元中的偏光元件又作为用在所述液晶透镜中的一个偏光兀件。
17.根据权利要求1所述的立体图像显示装置，其中， 所述图像显示单元是液晶显示单元。
18.根据权利要求1所述的立体图像显示装置，其中， 所述图像显示单元是有机电致发光显示单元。
【文档编号】G02F1/29GK103852949SQ201310625953
【公开日】2014年6月11日 申请日期:2013年11月28日 优先权日:2012年12月5日
【发明者】高桥聪之助 申请人:Nlt科技股份有限公司