圖像顯示裝置及液晶透鏡的製作方法
2023-07-12 17:18:11 2
圖像顯示裝置及液晶透鏡的製作方法
【專利摘要】本發明提供一種圖像顯示裝置及液晶透鏡，圖像顯示裝置（DP）在顯示面板的顯示面一側具有液晶透鏡（LZ），該液晶透鏡包括：第一基板（B1）和第二基板（B2）；夾在第一基板（B1）與第二基板（B2）之間的液晶層（LC）；形成在第一基板（B1）與液晶層（LC）的邊界面的第一取向膜、以及形成在第二基板（B2）與液晶層的邊界面的第二取向膜；第一取向膜和第二取向膜是以通過施加預傾角而使液晶層（LC）中的液晶分子向第一方向扭曲90°地取向的方式進行摩擦處理的取向膜，通過向液晶層中添加手性劑，液晶層（LC）中的液晶分子在未施加電場的狀態下以處於向與第一方向相反方向的第二方向扭曲90°的狀態的方式進行取向。
【專利說明】圖像顯示裝置及液晶透鏡【技術領域】
[0001]本發明涉及一種圖像顯示裝置及液晶透鏡。
【背景技術】
[0002]液晶具有如液體那樣的流動性，在電光特性上表現出各向異性，並且具有能夠對分子取向狀態進行各種控制之類的特徵。公知一種液晶透鏡，其將具有這樣的性質的液晶封入在一對基板之間，通過控制向液晶層施加的電壓來控制折射率的分布特性。
[0003]作為液晶透鏡，公知一種在不向液晶層施加電壓的狀態下為均勻取向(* ^ '7' 二了 7配向)，並通過施加電壓來起到透鏡效果的狀態的液晶透鏡。另外，在將液晶透鏡設置在顯示面板前表面的圖像顯示裝置中，能夠對規定位置的觀察者提供二維圖像或三維圖像。
[0004]需要說明的是，日本特開2011-164273號公報的目的在於，提供一種改善光透射率相對於施加電壓的變化的急劇性的液晶顯示元件。日本特開2011-164273號公報公開了一種由一組取向膜的取向處理方向和預傾角的組合所確定的液晶材料的扭曲方向與通過手性劑(力4 7力剤)引起的液晶材料的扭曲方向方向相反的液晶顯示元件。
[0005]在此，圖7是簡要地表示配置在顯示面板PNL前表面(顯示面一側)的TN(TwistedNematic:扭曲向列)取向的液晶透鏡LZ的剖面的圖。
[0006]圖7A表示未向液晶層LC施加電場的狀態，通過未圖示的取向膜使兩個基板之間的液晶分子扭曲90度而進行取向。另外，圖7B表示在第一基板BI —側的電極E與第二基板一側的電極PE之間施加電場的狀態，處於顯現出透鏡效果的狀態。另外，在圖7A、圖7B所示的TN取向的液晶透鏡LZ中，在第一基板BI與第二基板B2之間夾有液晶層LC，在兩個基板的外側配置有第一偏光板PLl和第二偏光板PL2。第一偏光板PLl和第二偏光板PL2以使透射軸正交的方式進行正交尼克爾(々π 7 二- >)的配置。
[0007]在圖7A的狀態下，由於液晶分子為TN取向，所以來自顯示面板PNL的圖像透過液晶透鏡而顯示二維圖像，在圖7B的狀態下，在兩個電極E之間，在TN取向殘存的狀態下得到折射率分布而顯示三維圖像。另外，在圖7B的三維圖像顯示中，TN取向在與電極E重疊的部分消失，該部分的透射率降低。
[0008]在此，在初期取向為均勻取向的液晶透鏡中，由於電極E的重疊部分產生的液晶取向的缺陷給顯示性能造成了不良影響，但是通過使液晶層LC的初期取向為TN取向，能夠降低三維圖像顯示時的透射率而防止因取向缺陷造成的不良影響。
[0009]但是，在利用形成於第一基板BI和第二基板B2的靠液晶層LC側的邊界面的取向膜而使液晶分子為TN取向的液晶透鏡中，如圖8A和圖8B所示，施加電場時的電極E附近的取向發生紊亂，折射率分布變得不對稱。如果產生這樣的不對稱的折射率分布，右眼用圖像與左眼用圖像在觀察者的雙眼中混在一起，串擾(々口 7卜一々)惡化。
【發明內容】
[0010]鑑於以上課題，本發明的目的在於，提供一種具有改善串擾的TN取向的液晶透鏡的圖像顯示裝置，或提供一種改善串擾的TN取向的液晶透鏡。通過本說明書的描述和附圖來明確本發明新穎的特徵以及上述目的和其他目的。
[0011]鑑於上述課題，本發明的圖像顯示裝置包括包括:顯示面板，其具有配置成矩陣狀的多個像素；液晶透鏡，其配置在所述顯示面板的顯示面一側；所述液晶透鏡包括:第一基板和第二基板；液晶層，其夾在所述第一基板與所述第二基板之間；形成在所述第一基板與所述液晶層的邊界面的第一取向膜，以及形成在所述第二基板與所述液晶層的邊界面的第二取向膜；所述第一取向膜和所述第二取向膜是以通過施加預傾角而使所述液晶層中的液晶分子向第一方向扭曲90°地取向的方式進行摩擦處理的取向膜，通過向所述液晶層中添加手性劑，所述液晶層中的液晶分子在未施加電場的狀態下以處於向與所述第一方向相反方向的第二方向扭曲90°的狀態的方式進行取向。
[0012]另外，在本發明的圖像顯示裝置的一個方式中，所述第一基板形成有沿規定方向延伸的多個電極，在所述第一基板與所述第二基板之間施加有電場的情況下，在多個所述電極之間形成有折射率的分布，在使多個所述電極的電極寬度為《，多個所述電極的電極間距為P，所述液晶層的厚度為d的情況下,3.5 ( (p-w) /d≤4.5成立。
[0013]另外，在本發明的圖像顯示裝置的一個方式中，所述第一取向膜的摩擦方向與所述規定方向所成的角度在40度以上50度以下，所述第二取向膜的摩擦方向在與所述第一取向膜的摩擦方向相反的方向上，與所述規定方向所成的角度在40度以上50度以下。
[0014]另外，鑑於上述課題，本發明的圖像顯示裝置包括:顯示面板，其具有配置成矩陣狀的多個像素；液晶透鏡，其配置在所述顯示面板的顯示面一側，所述液晶透鏡包括--第一基板和第二基板；液晶層，其夾在所述第一基板與所述第二基板之間；形成在所述第一基板與所述液晶層的邊界面的第一取向膜，以及形成在所述第二基板與所述液晶層的邊界面的第二取向膜；所述第一取向膜和所述第二取向膜是光取向處理的取向膜，通過向所述液晶層中添加手性劑，所述液晶層中的液晶分子在未施加電場的狀態下以處於扭曲90°的狀態的方式進行取向。
[0015]並且，鑑於上述課題，本發明的液晶透鏡的特徵在於，包括:第一基板和第二基板；液晶層，其夾在所述第一基板與所述第二基板之間；形成在所述第一基板與所述液晶層的邊界面的第一取向膜，以及形成在所述第二基板與所述液晶層的邊界面的第二取向膜；所述第一取向膜和所述第二取向膜是以通過施加預傾角而使所述液晶層中的液晶分子向第一方向扭曲90°地取向的方式進行摩擦處理的取向膜，通過向所述液晶層中添加手性劑，所述液晶層中的液晶分子在未施加電場的狀態下以處於向與所述第一方向相反方向的第二方向扭曲90°的狀態的方式進行取向。
[0016]根據本發明，能夠提供一種具有改善串擾的TN取向的液晶透鏡的圖像顯示裝置，或提供一種改善串擾的TN取向的液晶透鏡。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1是本發明的第一實施方式的圖像顯示裝置的示意圖。
[0018]圖2是俯視第一實施方式的液晶透鏡中的電極構造的示意圖。
[0019]圖3A是表示第一實施方式的液晶透鏡的剖面情況的圖。[0020]圖3B是表示第一實施方式的液晶透鏡的剖面情況的圖。
[0021]圖3C是表示第一實施方式的液晶透鏡的剖面情況的圖。
[0022]圖4A是簡要表不向第一實施方式的液晶層施加電場時兩個第一電極之間的透射率的分布的曲線圖。
[0023]圖4B是簡要表不向第一實施方式的液晶層施加電場時兩個第一電極之間的折射率的分布的曲線圖。
[0024]圖5A是表示通過盒厚(七^^ 〃 7°)標準化的第一電極之間的距離與、折射率分布和二次曲線的相關值之間的關係的曲線圖。
[0025]圖5B是表示通過盒厚標準化的第一電極之間的距離與、串擾的發生量的關係的曲線圖。
[0026]圖6是表示形成在第一基板的第一取向膜的摩擦方向與、液晶透鏡中顯現的折射率分布和二次曲線之間的相關值的關係的曲線圖。
[0027]圖7A是簡要地表示TN取向的液晶透鏡的剖面的圖。
[0028]圖7B是簡要地表示TN取向的液晶透鏡的剖面的圖。
[0029]圖8A是表示在TN取向的液晶透鏡中，施加電場時電極E附近的取向發生紊亂而廣生不對稱的液晶取 向的情況的圖。
[0030]圖8B是表示在TN取向的液晶透鏡中，施加電場時電極E附近的取向發生紊亂而產生不對稱的折射率分布的情況的圖。
【具體實施方式】
[0031]下面，參照附圖對本發明的各實施方式進行說明。
[0032][第一實施方式]
[0033]圖1是本發明的第一實施方式的圖像顯示裝置DP的示意圖。圖像顯示裝置DP包括顯示面板PNL、配置在顯示面板PNL的靠觀察者一側(前表面，顯示面側)的液晶透鏡LZ。另外，第一實施方式中的圖像顯示裝置具有切換三維圖像顯示和二維圖像顯示的功能。
[0034]液晶透鏡LZ包括第一基板B1、第二基板B2、第一偏光板PL1、第二偏光板PL2、液晶層LC。另外,第一偏光板PLl與第二偏光板PL2以使透射軸正交的方式進行配置。
[0035]在液晶透鏡LZ中，向液晶層LC施加電場時形成多個具有透鏡部的透鏡陣列。本實施方式的液晶透鏡在向液晶層LC施加電場時向觀察者提供三維顯示，在沒有施加電場的狀態下提供二維顯示。
[0036]顯示面板PNL具有配置成矩陣狀的多個像素，液晶透鏡LZ形成的各透鏡部與顯示面板PNL上的輸出左眼用顯示的像素列和輸出右眼用顯示的像素列對應。
[0037]圖2是俯視本實施方式的液晶透鏡LZ中的電極結構的示意圖，與從觀察者一側觀察圖像顯示裝置DP的情況對應。在第一基板BI上配置有多個電極(第一電極E1)，所述第一電極El形成為從觀察者一側觀察各自沿上下方向延伸的長條狀。另外，在第二基板B2上配置有第二電極E2，所述第二電極E2形成為與顯示面板PNL的顯示區域對應的平板狀。因此，在本實施方式的液晶透鏡LZ中，通過在第一電極El與第二電極E2之間施加電場，形成具有多個圓筒形透鏡狀的透鏡部的透鏡陣列。另外，在本實施方式中，透鏡陣列中的各透鏡部以與顯示面板PNL上的兩列像素列對應的方式形成。需要說明的是，作為第一電極E1，沿上下方向延伸的各電極可以形成為與液晶透鏡LZ的上部或下部連結的梳齒狀。
[0038]另外,在第一基板BI的靠液晶層LC 一側的邊界面形成有未圖不的取向膜(第一取向膜)，在第二基板B2的靠液晶層LC 一側的邊界面也形成有未圖示的取向膜(第二取向膜)。另外，圖2的箭頭Pl和P2分別表示第一取向膜和第二取向膜的摩擦方向，並且相對於第一電極El的延伸方向成45度角度，從而以使第一取向膜的摩擦方向與第二取向膜的摩擦方向彼此垂直相交的方式進行設定。利用進行了摩擦處理的取向膜向液晶層LC的液晶分子施加預傾角，在不施加電壓的初期取向狀態下，在第一基板BI的附近和第二基板B2的附近，液晶分子的長軸方向與箭頭Pl和P2的方向一致。
[0039]另外，在第一電極El與第二電極E2之間，顯示切換裝置CM通過配線進行連接。顯示切換裝置CM根據來自外部的輸入在工作狀態與切斷狀態之間進行切換，在工作狀態的情況下，向第一電極El與第二電極E2之間輸入電壓來控制液晶層LC的取向。
[0040]圖3是表示本實施方式的液晶透鏡LZ的剖面的情況的圖。圖3A和圖3B表示未向液晶層LC施加電場的狀態，圖3A表示相當於圖2中的A-A位置的剖面，圖3B表示相當於圖2中B-B位置的剖面。另外，圖3C表不向液晶層LC施加電場而表現出透鏡功能的狀態，是相當於圖2中的A-A位置的剖面。
[0041]在此，在本實施方式的液晶透鏡LZ的液晶層LC中添加有手性劑，該手性劑產生與由形成在第一基板BI與液晶層LC的邊界面和第二基板B2與液晶層LC的邊界面上的取向膜(在圖3A、圖3B、圖3C中未圖示)的取向處理方向和預傾角的組合所確定的液晶分子的扭曲方向(第一方向)相反的扭曲方向(第二方向)。在本實施方式中，通過向液晶層LC中添加這樣的手性劑，使液晶層LC的初期取向狀態為沿第二方向扭曲90度的TN (TwistedNematic:扭曲向列)取向。
[0042]在圖3A和圖3B的液晶透鏡LZ的狀態下，由於液晶分子在兩個基板之間為TN取向，所以透過第一偏光板PLl的光線以偏光狀態旋轉90度並透過第二偏光板PL2。因此，在兩個基板之間沒有施加電場的狀態下，來自顯示面板PNL的光線的前進方向原則上不變化,而顯示來自顯示面板PNL的圖像。
[0043]另一方面，在圖3C的液晶透鏡LZ的狀態下，液晶分子的取向在兩個第一電極El之間逐漸變化，隨著靠近中央液晶分子逐漸傾倒。因此，在兩個第一電極El之間產生折射率的分布而顯現出透鏡功能，並且改變透過第一偏光板PLl的光線的前進方向。另外，顯示面板PNL在向液晶透鏡LZ施加電場時，以從二維圖像用顯示切換到三維圖像用顯示，從而利用左眼用和右眼用像素來顯示左眼用圖像和右眼用圖像的方式進行控制。由此，圖像顯示裝置DP以向規定位置的觀察者的左眼和右眼分別提供左眼用圖像和右眼用圖像的方式輸出立體圖像。
[0044]本實施方式的圖像顯示裝置DP通過向液晶透鏡LZ的液晶層LC添加上述手性劑，抑制各透鏡部的折射率分布的不對稱性的顯現。如圖3A所示，即使在存在基於第一取向膜和第二取向膜的預傾角的情況下，也通過使液晶分子扭曲且取向為與由預傾角產生的扭曲方向相反的方向，從而抑制形成有第一電極El的第一基板BI側所產生的液晶分子取向的紊亂，並且能夠防止電場施加時的折射率分布的不對稱性。由於抑制折射率分布的不對稱性，所以能夠更加容易且準確地向觀察者的左眼和右眼提供分別對應的圖像，從而有助於串擾的改善。[0045]圖4是簡要地表不向本實施方式的液晶層LC施加電場時兩個第一電極El之間的透射率的分布和折射率的分布的曲線圖。圖4A和圖4B的橫軸對應於兩個第一電極El之間的位置，圖4A的縱軸表示透射率，圖4B的縱軸表示折射率。
[0046]如圖3C所示，在第一電極El上，由於液晶分子的分子長軸沿垂直方向取向，所以處於消除由手性劑產生的液晶分子的TN取向的狀態。因此，如圖4A所示，第一電極El的位置處的透射率變低，隨著離開第一電極El而減弱電場的影響，由手性劑產生的液晶分子的扭曲被誘發而使透射率提高。另外，如圖4B所示，第一電極El之間的區域的折射率分布隨著離開第一電極El而向透鏡部的中央靠近，折射率提高，並且其變化也變得緩慢。
[0047]另外，作為誘發與形成在第一基板BI和第二基板B2的取向膜誘發的液晶分子LC的扭曲方向相反方向的扭曲的手性劑，在常溫(具體地說，在O度以上~40度以下的範圍)下，手性間距c與盒厚d的關係被設定為滿足O < d/c < 1/2。如果超出該範圍，產生液晶取向向第一方向扭曲、或液晶取向向第二方向270度扭曲的可能性變高，因此不希望出現這種情況。
[0048]接下來，對表示本實施方式的液晶層LC的厚度的盒厚d與、第一電極El之間的距離的關係進行說明。
[0049]圖5是用於說明通過盒厚d標準化的第一電極El之間的距離與串擾的發生量的關係的曲線圖。圖5A的曲線的縱軸表示折射率分布和二次曲線的相關值，在第一電極El之間的距離為盒厚d的大約4倍時，折射率分布與二次曲線最為接近。另外，圖5B的曲線的縱軸表示串擾的發生量，如果折射率分布和二次曲線的相關值提高，則串擾的發生量減少。
[0050]在本實施方式中，使第一電極El的電極寬度w為10μm，第一電極El之間的間距P為160 μ m，盒厚d為25 μ m，與未添加手性劑的情況相比，串擾降低約2%。
[0051]另外，對於液晶層LC的盒厚d與第一電極El之間的距離(即，p-w)的關係而言，如圖5B等所示，優選的是，3.5≤(p-w)/d ( 4.5。如圖5B所示，如果將(p_w)/d設定為3以下或5以上，則串擾急劇增大，因此，通過將第一電極El之間的距離設定在上述範圍內，能夠將串擾抑制在5%以下。
[0052]另外，作為液晶層LC的盒厚d，優選採用18 μ m以上27 μ m以下，或20 μ m以上25 μ m以下的值,作為第一電極El的電極寬度W,優選的是8μηι以上20 μ m以下,或IOym以上15μηι以下。另外，作為第一電極El之間的間距P,優選的是100 μ m以上200 μ m以下。
[0053]接下來，對第一電極El延伸的方向與形成在液晶層LC的邊界面的取向膜的取向處理的方向的關係進行說明。
[0054]圖6是表不形成於第一基板BI的第一取向膜的摩擦方向(初期取向方向)與、液晶透鏡LZ中顯現的折射率分布與二次曲線之間的相關值的關係的曲線圖。圖6的橫軸所示的第一取向膜的摩擦方向表示以第一電極El的延伸方向為基準的角度，在圖6的曲線中，形成於第二基板B2的第二取向膜的摩擦方向為-45度。如該圖所示，在第一電極El與第一取向膜的摩擦方向所成角度為45度的情況下，折射率分布與二次曲線之間的相關值最高。
[0055]如果折射率分布與二次曲線之間的相關值降低，則三維顯示時的液晶透鏡LZ的串擾惡化。從圖5可以認為，在相關值為0.8以下時，串擾大致為5%以上。因此，優選的是，作為第一取向膜的摩擦方向，以第一電極El延伸的方向為基準將其設定為40度以上50度以下，作為第二取向膜的摩擦方向，在從第一取向膜的摩擦方向逆時針旋轉的方向上，相對於第一電極El的延伸方向設定為40度以上50度以下。
[0056][第二實施方式]
[0057]在上述第一實施方式中，在液晶層LC的邊界面形成第一取向膜和第二取向膜，如圖2所示，設定摩擦方向使其垂直相交，添加手性劑，以使向與兩個取向膜的初期取向方向和由預傾角所確定的扭曲方向相反的方向產生扭曲。另外，在第二實施方式中，將液晶層LC的邊界面的第一取向膜和第二取向膜設為光取向膜，以使手性間距c與盒厚d之間的關係滿足O < d/c < 1/2的條件的方式添加手性劑，從這一點來看，第二實施方式與第一實施方式不同。
[0058]在未向第二實施方式的圖像顯示裝置DP的液晶層LC添加手性劑的情況下，隨著從第一基板BI向第二基板B2側靠近，分子長軸順時針旋轉的液晶取向與分子長軸逆時針旋轉的液晶取向混在一起，由此產生疇(卜^ >)而導致液晶透鏡的串擾惡化。
[0059]但是，隨著從第一基板BI向第二基板B2側靠近，通過向液晶層LC添加誘發使分子長軸順時針或逆時針扭曲的手性劑，能夠減輕串擾的發生。
[0060]需要說明的是，可以更換上述各實施方式中的第一電極El和第二電極E2的電極圖案。另外，在上述各實施方式中，第二電極E2的電極形狀為平板狀，但只要能夠在兩個第一電極EI之間顯現出透鏡功能即可，也可以是其他形狀。
[0061 ] 需要說明的是，在上述各實施方式中，作為顯示面板PNL，可以使用液晶顯示面板，也可以使用有機EL顯示面板。在使用液晶顯示面板的情況下，還可以在顯示面板PNL的背面配置背光源。需要說 明的是，在上述第一實施方式的液晶透鏡LZ中，將第一取向膜和第二取向膜的摩擦方向設定為90度相交，而且，以成為沿第二方向誘發90度的扭曲的TN取向的方式添加手性劑，但是並不完全限定於90度的情況，也可以容許製造上的誤差。
[0062]本發明不是限於上述實施方式的發明，能夠進行各種變形。例如，能夠將在各實施方式中說明的結構替換為實質上相同的結構、起到相同作用效果的結構、或能夠達到相同目的的結構。
【權利要求】
1.一種圖像顯示裝置，其特徵在於，包括: 顯示面板，其具有配置成矩陣狀的多個像素； 液晶透鏡，其配置在所述顯示面板的顯示面一側； 所述液晶透鏡包括: 第一基板和第二基板； 液晶層，其夾在所述第一基板與所述第二基板之間； 形成在所述第一基板與所述液晶層的邊界面的第一取向膜，以及形成在所述第二基板與所述液晶層的邊界面的第二取向膜； 所述第一取向膜和所述第二取向膜是以通過施加預傾角而使所述液晶層中的液晶分子向第一方向扭曲90°地取向的方式進行摩擦處理的取向膜， 通過向所述液晶層中添加手性劑，所述液晶層中的液晶分子在未施加電場的狀態下以處於向與所述第一方向相反方向的第二方向扭曲90°的狀態的方式進行取向。
2.如權利要求1所述的圖像顯示裝置，其特徵在於， 所述第一基板形成有沿規定方向延伸的多個電極， 在所述第一基板與所述第二基板之間施加有電場的情況下，在多個所述電極之間形成有折射率的分布， 在使多個所述電極的電極寬度為《，多個所述電極的電極間距為P，所述液晶層的厚度為d的情況下，
3.5 ^ (p-w) /d ^ 4.5 成立。
3.如權利要求2所述的圖像顯示裝置，其特徵在於， 所述第一取向膜的摩擦方向與所述規定方向所成的角度在40度以上50度以下， 所述第二取向膜的摩擦方向在與所述第一取向膜的摩擦方向相反的方向上，與所述規定方向所成的角度在40度以上50度以下。
4.一種圖像顯示裝置，其特徵在於，包括: 顯示面板，其具有配置成矩陣狀的多個像素； 液晶透鏡，其配置在所述顯示面板的顯示面一側， 所述液晶透鏡包括: 第一基板和第二基板； 液晶層，其夾在所述第一基板與所述第二基板之間； 形成在所述第一基板與所述液晶層的邊界面的第一取向膜，以及形成在所述第二基板與所述液晶層的邊界面的第二取向膜； 所述第一取向膜和所述第二取向膜是光取向處理的取向膜， 通過向所述液晶層中添加手性劑，所述液晶層中的液晶分子在未施加電場的狀態下以處於扭曲90°的狀態的方式進行取向。
5.一種液晶透鏡，其特徵在於，包括: 第一基板和第二基板； 液晶層，其夾在所述第一基板與所述第二基板之間； 形成在所述第一基板與所述液晶層的邊界面的第一取向膜，以及形成在所述第二基板與所述液晶層的邊界面的第二取向膜；所述第一取向膜和所述第二取向膜是以通過施加預傾角而使所述液晶層中的液晶分子向第一方向扭曲90°地取向的方式進行摩擦處理的取向膜， 通過向所述液晶層中添加手性劑，所述液晶層中的液晶分子在未施加電場的狀態下以處於向與所述第一方向相 反方向的第二方向扭曲90°的狀態的方式進行取向。
【文檔編號】G02B27/22GK103809328SQ201310547957
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2013年11月7日 優先權日:2012年11月7日
【發明者】長沼智彥, 岡真一郎 申請人:株式會社日本顯示器