三維圖像顯示裝置以及液晶面板的製作方法

2023-08-10 13:36:01 1

本實用新型涉及一種顯示裝置，特別是涉及一種使用了基於液晶的視差屏障面板的三維圖像顯示裝置。

背景技術：

作為三維圖像的顯示方法，已知有一種視差屏障方式。視差屏障方式是如下的方法，即，在被稱為視差屏障面板的含有多個縱向的細狹縫的面板的後方，顯示將來自右眼的視野的圖像與來自左眼的視野的圖像交替排列的圖像，利用該圖像通過視差屏障來顯示三維的圖像。

通過在形成有屏障(barrier)電極的屏障基板與形成有公共電極的公共基板之間夾持液晶，能夠形成視差屏障面板。使用了液晶的視差屏障面板具有如下的優點，即，在施加了用於驅動液晶的屏障信號時能夠進行三維圖像顯示，在未施加屏障信號時能夠進行二維圖像顯示。

在專利文獻1中記載有一種視差屏障方式，該視差屏障方式將屏障電極設置為雙層構造，在短時間內相互更換屏障側與透射側，由此抑制了基於視差屏障面板的透射率的下降。

在專利文獻2中記載有一種結構，該結構將第一透射電極和第二透射電極配置於屏障電極的兩側，在一幀內，交替地向第一透射電極和第二透射電極施加透射信號和屏障信號，由此抑制透射率的下降，並能夠進行具有深度的三維顯示。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：JP特開2009-9081號公報

專利文獻2：JP特開2006-189766號公報

為了形成屏障，屏障電極由ITO(Indiumu Tin Oxide，氧化銦錫)等透明電極形成。ITO雖然是透明電極，但並不是完全的透明，而是具有規定的透射率，有ITO的部分比其他的部分暗。由於屏障電極是周期性地形成的，所以與例如形成於液晶顯示面板的黑矩陣(black matrix)或者影像信號線等產生幹擾，這成為產生莫爾條紋的原因。這成為在顯示二維圖像時的莫爾條紋(moire)。

另一方面，視差屏障方式在移動了視點的情況下會產生串擾(cross talk)。為了防止這種現象，例如有將屏障區域分成多個並配合視點的移動地使屏障區域移動的方法。這種方法稱為眼球追蹤(eye tracking)方式。這種方法是利用多個屏障電極形成一個屏障區域，但是因在多個屏障電極之間產生透射區域，而產生莫爾條紋。這成為三維顯示中的莫爾條紋。

為了抑制如這樣的莫爾條紋，有一種通過將屏障電極設置為雙層布線來消除被分開的屏障電極的間隙的方法。但是，若將屏障電極設置為雙層布線，則布線結構以及工藝變複雜。

技術實現要素：

本實用新型要解決的問題是，實現在視差屏障方式下，在為了應對上述的莫爾條紋而設置為雙層布線的情況下的將布線結構簡單化、製造成本低且可靠性高的三維圖像顯示裝置。

本實用新型解決如以上所述的問題，主要的具體的手段如下。

(1)本實用新型提供一種三維圖像顯示裝置，其具有顯示面板和視差屏障面板，所述三維圖像顯示裝置的特徵在於，所述視差屏障面板具有第一基板和第二基板，在所述第一基板與所述第二基板之間夾持有液晶，在所述第二基板上隔著層間絕緣膜形成有沿著第一方向延伸並沿著第二方向以第一節距排列的第一屏障電極、和沿著所述第一方向延伸並沿著所述第二方向排列的第二屏障電極，在俯視時，在所述第一屏障電極與所述第一屏障電極之間形成有所述 第二屏障電極，具有一對屏障電極對，該一對屏障電極對由所述第一屏障電極中的一個、和在俯視時與所述第一屏障電極中的一個相鄰且被施加相同電位的、所述第二屏障電極中的一個構成，所述屏障電極對沿著所述第二方向以第一節距排列，在所述第二基板與所述層間絕緣膜之間形成有總線電極，所述屏障電極對中的所述第一屏障電極經由形成於所述層間絕緣膜的第一貫穿孔與所述總線電極連接，所述屏障電極對中的所述第二屏障電極與所述屏障電極對的所述第一屏障電極，經由形成於所述層間絕緣膜的第二貫穿孔與所述屏障電極對的所述第一屏障電極連接。

(2)如(1)所述的三維圖像顯示裝置，其特徵在於，所述視差屏障面板由多個所述屏障電極對形成。

(3)如(1)所述的三維圖像顯示裝置，其特徵在於，所述三維圖像顯示裝置通過眼球追蹤方式驅動。

(4)如(1)～(3)中任一項所述的三維圖像顯示裝置，其特徵在於，所述第二貫穿孔在所述第二方向上排列地形成。

(5)如(1)～(3)中任一項所述的三維圖像顯示裝置，其特徵在於，與所述屏障電極對中的一對對應的所述第一貫穿孔和所述第二貫穿孔在俯視時形成於同一總線電極的上方；與和所述屏障電極對中的所述一對不同的一對對應的所述第一貫穿孔和所述第二貫穿孔在俯視時形成於其他總線電極的上方。

(6)如(1)所述的三維圖像顯示裝置，其特徵在於，所述屏障電極對中的所述第二屏障電極經由所述第二貫穿孔，通過所述屏障電極對的所述第一屏障電極自身而與所述屏障電極對的所述第一屏障電極連接。

(7)如(1)～(6)中任一項所述的三維圖像顯示裝置，其特徵在於，所述顯示面板具有顯示區域和所述顯示區域周圍的非顯示區域，所述第一屏障電極和所述第二屏障電極設於與所述顯示區域對應的部分，所述總線電極設於所述非顯示區域。

(8)本實用新型提供一種液晶面板，該液晶面板具有形成有透 明電極的第一基板、第二基板和在所述第一基板與所述第二基板之間夾持的液晶，所述液晶面板的特徵在於，在所述第二基板上隔著層間絕緣膜形成有沿著第一方向延伸並沿著第二方向以第一節距排列的第一透明電極、和沿著所述第一方向延伸並沿著所述第二方向排列的第二透明電極，在俯視時，在所述第一透明電極與所述第一透明電極之間形成有所述第二透明電極，具有電極對，該電極對由所述第一透明電極中的一個、和在俯視時與所述第一透明電極中的一個相鄰且被施加相同電位的、所述第二透明電極中的一個構成，所述電極對沿著所述第二方向以第一節距排列，在所述第二基板與所述層間絕緣膜之間形成有總線電極，所述電極對中的所述第一透明電極經由形成於所述層間絕緣膜的第一貫穿孔與所述總線電極連接，所述電極對中的所述第二透明電極經由形成於所述層間絕緣膜的第二貫穿孔與所述電極對的所述第一透明電極連接。

(9)如(8)所述的液晶面板，所述電極對在所述液晶面板上形成有多個。

(10)如(8)或者(9)所述的液晶面板，所述第二貫穿孔在所述第二方向上排列地形成。

附圖說明

圖1是本實用新型中的視差屏障方式的三維圖像顯示裝置的剖視示意圖。

圖2是示出視差屏障方式的原理的剖視示意圖。

圖3是示出屏障面板的動作的剖視圖。

圖4是示出眼球追蹤的系統的示意圖。

圖5是示出由多個屏障電極形成屏障區域來改善視差特性的動作的剖視圖。

圖6是由多個屏障電極形成屏障區域的例子。

圖7是具有利用單層布線來改善視差特性的屏障電極的視差屏障面板的俯視圖的例子。

圖8是圖7的A部細節圖。

圖9是圖8的A-A剖視圖。

圖10是圖8的B-B剖視圖。

圖11是具有應用本實用新型的雙層方式的屏障電極的視差屏障面板的剖視圖。

圖12是實施例1的視差屏障面板的俯視圖。

圖13是圖12的B部細節圖。

圖14是圖13的C-C剖視圖。

圖15是圖13的D-D剖視圖。

圖16是實施例2的視差屏障面板的俯視圖。

圖17是圖16的C部細節圖。

圖18是圖17的F-F剖視圖。

附圖標記說明

11…上層屏障電極，12…下層屏障電極，15…屏障電極端子，20…公共布線，22…公共布線連接部，25…公共布線端子，30…總線電極，41…第一貫穿孔，42…第二貫穿孔，61…第一層間絕緣膜，62…第二層間絕緣膜，100…屏障基板，110…屏障電極，115…狹縫，120…人眼，120R…右眼，120L…左眼，150…顯示區域，160…端子區域，200…公共基板，210…公共電極，300…液晶分子，350…TFT基板，400…相對基板，600…屏障圖案，610…屏障區域，620…開口區域，800…像素圖案，1000…屏障面板，1100…下偏光板，2000…粘著材料，2100…上偏光板，3000…液晶顯示面板，4000…背光源，L…左眼用像素，R…右眼用像素

具體實施方式

以下使用實施例來詳細說明本實用新型的內容。

實施例1

圖1是本實用新型的三維圖像顯示裝置的剖視圖示意圖。圖1所示的裝置是能夠使用液晶視差屏障面板1000將由液晶顯示面板 3000形成的圖像觀察為三維圖像的結構。液晶視差屏障面板(此後稱為液晶面板或者視差屏障面板)1000與液晶顯示面板3000利用透明粘著材料2000粘著在一起。

液晶顯示面板3000是利用密封材料將以矩陣狀形成有具有TFT(薄膜電晶體)和像素電極的像素的TFT基板350與相對基板400貼合併在內部封裝有液晶的結構。在TFT基板350上，掃描線沿第一方向延伸並沿第二方向排列，影像信號線沿第二方向延伸並沿第一方向排列。由掃描線和影像信號線圍住的部分是像素。在相對基板400上，通常，在與TFT基板350的掃描線或者影像信號線對應的部分形成有黑矩陣，以謀求提高畫面的對比度。

由於液晶顯示裝置自己不發光，所以在液晶顯示面板3000的背面配置有背光源4000。背光源4000除了光源以外，還包含導光板、擴散板，根據情況還包含用於提高光的利用效率的稜鏡片等光學部件。

圖2是示出視差屏障方式的三維圖像顯示的原理的剖視圖。通過利用形成於屏障圖案600的屏障區域610和開口區域620，使右眼僅識別在顯示裝置800形成的右眼用的圖像R，使左眼僅識別左眼用的圖像L，由此，人們能夠識別三維圖像。

圖3是示出液晶視差屏障面板的動作原理的剖視圖。圖3的(a)和圖3的(b)都是TN(Twisted Nematic：扭曲向列)方式的液晶面板。在公共基板200的外側粘貼有上偏光板2100，在屏障基板100的外側粘貼有下偏光板1100。在圖3的(a)中，在公共基板200上以平面狀在整個面上形成有公共電極210，在屏障基板100上，條紋狀的屏障電極110以規定的節距沿坐標y方向延伸。液晶分子300從屏障基板100向公共基板200扭轉90度。圖3的(a)是在公共電極210與屏障電極110之間沒有施加電壓的狀態，來自液晶顯示面板的光不受調製。因此，在這種情況下，顯示二維像素。

圖3的(b)是針對同一視差屏障面板的屏障電極110每隔一個施加電壓的情況。在向屏障電極110施加了電壓的區域光被遮擋， 在未向屏障電極110施加電壓的區域光透射。通過這樣，當從視差屏障面板主面觀察時，觀察到交替地形成有條紋狀的遮光區域和條紋狀的開口區域。此外，在圖3的(b)中，箭頭F表示電場。

如圖2所示，視差屏障方式為了呈現完全的三維圖像，需要將人眼與視差屏障面板固定於規定的位置。當人眼在橫向上移動時，本來應該僅由左眼識別的像素也被右眼所識別，或者，本來應該僅由右眼識別的像素也被左眼所識別。將這種現象稱為串擾，三維圖像的品質會下降。

為了防止這種現象，有使屏障的位置配合人眼的位置而移動的方式。圖4是示出利用照相機追蹤人眼的移動並將這種數據反饋至顯示裝置的系統的框圖。此後將這種系統成為眼球追蹤方式的系統。在圖4中，利用照相機來測定人眼120的位置。這種照相機若使用可攜式終端等中的拍照用照相機，則即使不特別使用專用照相機，也能夠適用這種系統。

在圖4中，將由照相機檢測到的人眼120的位置輸入至位置檢測器，從位置檢測器向屏障控制器輸入該信號。屏障控制器生成用於控制屏障基板上的屏障圖案的位置的信號，並向具有視差屏障面板的立體顯示裝置(三維顯示裝置)輸入該信號。

圖5是示出以即使在人眼110移動了的情況下右眼用的像素與左眼用的像素也不串擾的方式配合人眼120的移動來移動屏障圖案600的示意圖。在圖5中，由於人眼120經由屏障圖案600來觀察像素圖案800，所以人們能夠識別三維圖像。圖5在圖5的(a)～圖5的(c)中示出人眼面向紙面從左向右移動的情況。圖5的(a)～圖5的(c)的最下方的長條圖案示出如下的情況：為了配合人眼的運動，在屏障圖案600中的一個屏障移動區域中屏障區域610從左向右移動。通過這樣，能夠防止右眼用的像素與左眼用的像素的串擾。

圖6示出在視差屏障面板中用於使屏障圖案600移動的電極構造。在圖6中，在公共基板200上公共電極210形成為平面狀這一 點與以往相同。另一方面，屏障基板100上的屏障電極110是在垂直於紙面的方向上延伸的條紋狀，但屏障電極的節距pb是屏障圖案中的一個屏障移動區域的節距pp的1/10。圖6的結構能夠與10個層級的視差對應，還能夠劃分為更細的層級。在圖6中，通過導通(on)5個屏障電極110來形成屏障區域，與關斷(off)狀態的5個屏障電極110對應地形成有開口區域620。設置為導通的屏障電極的數量並不限定於5個。為了使屏障區域610的位置移動，只要關斷屏障區域610中的單側的屏障電極110，並導通屏障區域610的另一側的屏障電極110即可。

像這樣，通過由多個屏障電極110形成屏障區域610，能夠使屏障區域610的位置移動，從而能夠準確地進行基於眼球追蹤的反饋。此外，在圖6中，在屏障電極110導通的區域形成有屏障區域610，在屏障電極110關斷的區域形成有透射區域620。另外，屏障電極110導通的狀態為向屏障電極110施加有電壓的狀態。

圖7是在圖6所示的視差屏障面板上，屏障電極110的節距pb是屏障圖案的節距pp的1/2的情況下的俯視圖。即，圖7的視差屏障面板能夠與兩個層級的視差的眼球追蹤方式對應。在圖7中，公共基板200配置在屏障基板100上方，在屏障基板100與公共基板200之間夾持有液晶。屏障基板100形成得比公共基板200大，與屏障基板100成為一張的部分是端子區域160。在端子區域160中配置有兩個屏障電極用端子15和一個公共電極用端子25。公共端子25經由公共布線20、公共布線連接部22而與形成於公共基板200的公共電極210連接。

兩個屏障電極端子15中的一個在顯示區域150的左方與在縱向上延伸的總線電極30連接，另一個在顯示區域150的右方與在縱向上延伸的總線電極30連接。在圖7中，屏障電極110交替地從左側的總線電極30以及右側的總線電極30朝向顯示區域的橫向上延伸。在顯示區域150中，屏障電極110在縱向上以節距pb排列。

圖8是圖7的A部細節圖。在圖8中，總線電極30在縱向上延 伸，屏障電極110從總線電極30向橫向上延伸。在顯示區域150的外側，屏障電極110在縱向上以2pb的節距排列。圖9是圖8的A-A剖視圖。圖9中的屏障電極110是由作為透明導電膜的ITO(Indium Tin Oxide)形成的，厚度例如是77μm。圖10是圖8的B-B剖視圖。在圖10中，在屏障電極110的端部形成有總線電極30。總線電極30是金屬或者合金，由例如MoCr(鉬鉻鑄鐵)等形成，厚度例如是150nm。通過使膜厚大的總線電極30位於上方，使由ITO形成的屏障電極110以低電阻與屏障電極用端子15連接。但是，圖7所示的視差屏障面板只能與兩個層級的視差對應。若想要與3個層級以上的視差對應，則利用圖7的這種布線結構無法對應，必須設置為多層布線。另外，由於構成屏障電極110的ITO並不是完全的透明，而是具有規定的透射率，所以會因ITO圖案而重複明圖案和暗圖案，從而導致在二維圖像顯示中也產生莫爾條紋。

如圖6所示，若屏障區域由更多個屏障電極110構成，則能夠與眼球追蹤的更細微的視差對應。但是，要設置為如圖6那樣的結構，就必須設置為多層布線。另外，由於圖6的結構在屏障電極110之間存在透射光的狹縫115，所以即使在屏障區域中，也會重複明圖案與暗圖案，從而導致在三維圖像顯示中產生莫爾條紋。另外，由於構成屏障電極110的ITO並不是完全的透明，而是具有規定的透射率，所以會因ITO圖案而重複明圖案與暗圖案，從而導致在二維圖像顯示中也產生莫爾條紋。

圖11是解決這種問題的視差屏障面板的剖視圖。圖11與圖6的不同點在於，在屏障基板100側，由上層屏障電極11和下層屏障電極12構成屏障電極110。在上層屏障電極11與下層屏障電極12之間存在第一層間絕緣膜61。在圖11中，向一個上層屏障電極11與在俯視時相鄰的一個下層屏障電極12施加相同的電壓，利用該電極對來形成屏障電極對。由於在俯視時，在上層屏障電極11與上層屏障電極11之間存在有下層屏障電極12，所以在上層屏障電極11與上層屏障電極11之間不存在狹縫狀的透射區域。因此，能夠防止 產生莫爾條紋。

在圖11中，下層屏障電極12的寬度可以與上層屏障電極11與上層屏障電極11的間隔相同，但是若考慮到屏障基板100與公共基板200的配合精度，則下層屏障電極12的寬度優選稍微大於上層屏障電極11與上層屏障電極11的間隔。在圖11中，上層屏障電極11與下層屏障電極12的寬度是相同的，但是也可以形成為不同。即，也可以是形成為上層屏障電極11的寬度比下層屏障電極12更寬，反之亦可。圖11是上層屏障電極11的節距pb是屏障圖案的節距pp的1/6的情況。即，圖11能夠與6個層級的視差對應。

圖12是在圖11所示的方式中，上層屏障電極11的節距pb是屏障圖案的節距pp的1/4的情況下的視差屏障面板的俯視圖。即，圖12能夠與4個層級的視差對應。在圖12中，為了與4個視差對應，屏障電極端子15配置有4個。與4個屏障電極端子15中的每一個連接的總線電極30在顯示區域150的左側沿著縱向延伸。

上側屏障電極11在顯示區域150上從總線電極30沿著橫向延伸。另外，上層屏障電極11沿著顯示區域150的縱向以節距pb排列。在圖12中，下層屏障電極12與上層屏障電極11成對地沿著橫向延伸。一對中的上層屏障電極11與下層屏障電極12的電位是相同的。其他的結構與用圖7說明的同樣。

如在圖12中例示的那樣，若想要與超過兩個視差的視差對應，則布線變得交叉，不得不設為多層布線。另外，在圖11和圖12所示的結構中，在屏障電極對中，需要形成電位相同的上層屏障電極11和下層屏障電極12。在這種情況下，若布線結構變得複雜，則會引起製造成品率下降或者可靠性下降。本實用新型給出在使用多層布線的視差屏障面板中，能夠將布線結構簡化且維持高可靠性的結構。

圖13是圖12的B部的細節俯視圖。在圖13中，4條總線電極30沿著縱向延伸。上層屏障電極11經由第一貫穿孔41與總線電極30中的每一條連接。上層屏障電極11在中途分叉，經由第二貫穿孔 42與成對的下層屏障電極12電連接。下層屏障電極12的寬度形成得略大於上層屏障電極11與上層屏障電極11的間隔，因此，在俯視的情況下，在上層屏障電極11之間或者下層屏障電極12之間不存在間隙。因此，能夠防止產生莫爾條紋。

圖14是圖13的C-C剖視圖。在圖14中，在上層屏障電極11與下層屏障電極12之間存在有第一層間絕緣膜61。在圖11中，上層屏障電極11和下層屏障電極12都是由ITO形成的，厚度例如是77nm。

圖15是圖13的D-D剖視圖。在圖15中，在基板100上形成有總線電極30和下層屏障電極12，以覆蓋這些電極的方式形成有第一層間絕緣膜61。在第一層間絕緣膜61的上方形成有上層屏障電極11。總線電極30的厚度例如是150nm。總線電極30與上層屏障電極11經由第一貫穿孔41連接。同一上層屏障電極11經由第二貫穿孔42與下層屏障電極12連接。

在本實用新型中，由於能夠在形成上層屏障電極11時，同時進行上層屏障電極11與下層屏障電極12的連接，所以能夠簡化製造工序。另外，與能夠簡化製造工序相對應地，能夠謀求降低製造成本和提高產品的可靠性。

實施例2

圖16是示出本實用新型的實施例2的視差屏障面板的俯視圖。圖16也與實施例1同樣地，是在眼球追蹤方式中能夠與4個視差對應的視差屏障面板。因此，圖16中也存在4個屏障電極端子15。圖16與圖12的不同點在於，上層屏障電極11與下層屏障電極12的連接結構即C部。圖16的其他結構與圖12同樣。

圖17是圖16的C部的細節俯視圖。在圖17中，4條總線電極30沿著縱向延伸。上層屏障電極11與下層屏障電極12的對延伸至總線電極30的上方。這一點與實施例1不同。上層屏障電極11在總線電極30上彎曲，並經由第一貫穿孔42與下層屏障電極12導通。即，利用上層屏障電極11同時實現與下層屏障電極12以及總線電 極30的連接。

圖18是圖17的F-F剖視圖。在圖18中，在基板100的上方形成有總線電極30。以覆蓋總線電極30的方式形成有第二層間絕緣膜62，在其上方形成有下層屏障電極12。以覆蓋下層屏障電極12的方式形成有第一層間絕緣膜61，在其上方形成有上層屏障電極11。

上層屏障電極11在第一貫穿孔41中與總線電極30連接。第一貫穿孔11貫通第一層間絕緣膜61與第二層間絕緣膜62。另外，上層屏障電極11在第二貫穿孔42中與下層屏障電極12連接。即，能夠在形成上層屏障電極11的同時，實現總線電極30與下層屏障電極12的連接。

本實施例由於在總線電極30的上方連接上層屏障電極11與下層屏障電極12，所以與圖13相比能夠縮小視差屏障面板的橫向上的尺寸。另外，貫穿孔通常容易變得比布線寬度更大。在實施例1中，由於上層屏障電極11與下層屏障電極12的連接貫穿孔42是以在縱向上排列的方式形成的，所以連接區域的縱向上的尺寸容易變大。與之相對，在本實施例中，如圖17所示，由於貫穿孔42是針對每條總線電極30以在水平方向上錯開的方式形成的，所以能夠縮小連接區域的縱向上的尺寸。

另外，在圖17中，由於上層屏障電極11與下層屏障電極12同樣延伸到總線電極30，所以能夠增大總線電極30與上層屏障電極11以及下層屏障電極12之間的電容，因此，能夠縮小在屏障基板100等帶有靜電的情況下層間絕緣膜發生擊穿的概率。

在以上的說明中，針對使用了眼球追蹤方式的視差屏障方式的三維圖像顯示裝置進行了說明。另一方面，即使是使用了液晶透鏡的三維圖像顯示裝置，也能夠謀求通過眼球追蹤方式來提高視差特性。在為液晶透鏡的情況下的視差特性改善也是通過將形成液晶透鏡的電極劃分為多個來進行的。因此，在實施例1以及實施例2中進行了說明的本實用新型也能夠應用於使用了液晶透鏡的三維圖像顯示裝置中。

另外，在以上的說明中，將顯示面板作為液晶顯示面板進行了說明，但是本實用新型不限於液晶顯示面板，還能夠應用有機EL顯示面板等。