CN102650791A - 图像显示装置和可变透镜阵列 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及图像显示装置和可变透镜阵列。图像显示装置包括：图像显示部分，其显示二维图像；和可变透镜阵列，其包括具有第一电极的第一衬底、具有第二电极的第二衬底、和设置在第一衬底和第二衬底之间的液晶层。通过施加在第一电极和第二电极之间的电压来改变可变透镜阵列的每个透镜列的屈光力的值。可变透镜阵列设置成与图像显示部分相对。在可变透镜阵列的第一衬底和第二衬底之间，将壁状或柱状隔离件设置在这样的位置上，在所述位置上当可变透镜阵列的每个透镜列的屈光力的值改变时、液晶层的液晶分子的取向方向不改变。

Description

图像显示装置和可变透镜阵列
技术领域
本发明涉及图像显示装置。此外，本发明涉及可变透镜阵列。
背景技术
存在能够以图像观察者观察具有视差的两个图像的方式实现立体观察的各种图像显示装置。图像显示装置的能够实现立体观察的方法大致分成两种方法：使用眼镜的方法，其中通过眼镜将视差图像分别呈现给右眼和左眼；和裸眼观察方法，其中将视差图像呈现给右眼和左眼而不使用眼镜。对于使用裸眼观察方法的图像显示装置，实际上已经使用将透镜阵列(例如，柱状透镜)与用于显示二维图像的图像显示部分结合的图像显示装置。
图30A和30B示出了将具有透镜列的透镜阵列设置在图像显示部分和图像观察者之间的图像显示装置的操作的概念图。
如图30A所示，从由符号R1、R3、R5、R7和R9所指示的像素群组发射出的一组光线到达观察点2。此外，如图30B所示，从由符号L2、L4、L6、L8和L10所指示的像素群组发射出的一组光线到达观察点1。如上所述，在与图像显示部分相距预定距离处的位置上，分别观察到观察点1上的图像和观察点2上的图像。
图像观察者的左眼和右眼定位在观察点1和观察点2，通过由符号L2、L4、L6、L8和L10所指示的像素群组显示用于左眼的图像，通过由符号R1、R3、R5、R7和R9所指示的像素群组显示用于右眼的图像。在这种情况下，图像观察者将图像识别为立体图像。
同时，在能够实现立体显示的图像显示装置中，优选地能够毫无问题地显示正常图像(二维图像)。也就是说，优选采用能够切换立体图像的显示和正常图像的显示的构造。当透镜阵列的透镜列的屈光力可变时，可以切换立体图像的显示和正常图像的显示。
例如，如图2所示，在日本未审查专利申请公开No.2001-133918中，对于能够改变透镜列的屈光力的可变透镜阵列，提出了具有将液晶层设置在具有透明电极的一对透镜衬底之间的结构的可变透镜阵列。在具有上述结构的可变透镜阵列中，透镜列由使用液晶材料的梯度折射率(gradient index)透镜形成，并因此能够通过改变一对衬底之间的电压来改变透镜列的屈光力。
发明内容
在由使用液晶材料的梯度折射率透镜(在下文中简称为液晶GRIN透镜)形成的可变透镜阵列中，需要在一对衬底之间保持预定空间。因为形成光学透镜列，所以可变透镜阵列的液晶层在某种程度上比通常的液晶显示面板的液晶层厚。例如，当由在衬底之间分布的球形隔离件来保持衬底之间的空间时，每个隔离件的直径的大小与图像显示装置的每个像素的宽度相比是不可忽视的，因此围绕隔离件的液晶分子的取向处于混乱状态，从而使透镜性能降低。从而，显示图像的图像质量恶化。
因此，本发明期望提供能够减小显示图像的图像质量恶化的图像显示装置和可变透镜阵列。
根据本发明的第一实施例，提供图像显示装置，其包括：图像显示部分，其显示二维图像；和可变透镜阵列，其包括具有第一电极的第一衬底、具有第二电极的第二衬底、和设置在第一衬底和第二衬底之间的液晶层，其中，通过施加在第一电极和第二电极之间的电压来改变可变透镜阵列的每个透镜列的屈光力的值。
在该装置中，可变透镜阵列设置成与图像显示部分相对。
在该装置中，在可变透镜阵列的第一衬底和第二衬底之间，将壁状或柱状隔离件设置在当可变透镜阵列的每个透镜列的屈光力的值改变时，液晶层的液晶分子的取向方向不改变的位置上。
根据本发明的第二实施例，提供可变透镜阵列，其包括：具有第一电极的第一衬底；具有第二电极的第二衬底；和设置在第一衬底和第二衬底之间的液晶层。
在该可变透镜阵列中，通过施加在第一电极和第二电极之间的电压来改变可变透镜阵列的每个透镜列的屈光力的值。
在该可变透镜阵列中，在第一衬底和第二衬底之间，将壁状或柱状隔离件设置在当可变透镜阵列的每个透镜列的屈光力的值改变时，液晶层的液晶分子的取向方向不改变的位置上。
根据本发明的第三实施例，提供图像显示装置，其包括：图像显示部分，其显示二维图像；和可变透镜阵列，其包括具有第一电极的第一衬底、具有第二电极的第二衬底、和设置在第一衬底和第二衬底之间的液晶层，其中，通过施加在第一电极和第二电极之间的电压来改变可变透镜阵列的每个透镜列的屈光力的值。
在该装置中，可变透镜阵列设置成与图像显示部分相对。
在该装置中，在透镜列的中央部分上设置壁状或柱状隔离件。
根据本发明的第四实施例，提供可变透镜阵列，其包括：具有第一电极的第一衬底；具有第二电极的第二衬底；和设置在第一衬底和第二衬底之间的液晶层。
在该可变透镜阵列中，通过施加在第一电极和第二电极之间的电压来改变可变透镜阵列的每个透镜列的屈光力的值。
在该可变透镜阵列中，在透镜列的中央部分上设置壁状或柱状隔离件。
根据本发明的第五实施例，提供图像显示装置，其包括：图像显示部分，其显示二维图像；和可变透镜阵列，其包括具有第一电极的第一衬底、具有第二电极的第二衬底、和设置在第一衬底和第二衬底之间的液晶层，其中，通过施加在第一电极和第二电极之间的电压来改变可变透镜阵列的每个透镜列的屈光力的值。
在该装置中，可变透镜阵列设置成与图像显示部分相对。
在该装置中，在彼此相邻的透镜列的边界部分上设置壁状或柱状隔离件。
根据本发明的第六实施例，提供可变透镜阵列，其包括：具有第一电极的第一衬底；具有第二电极的第二衬底；和设置在第一衬底和第二衬底之间的液晶层。
在该可变透镜阵列中，通过施加在第一电极和第二电极之间的电压来改变可变透镜阵列的每个透镜列的屈光力的值。
在该可变透镜阵列中，在彼此相邻的透镜列的边界部分上设置壁状或柱状隔离件。
在本发明的可变透镜阵列和/或构成本发明的图像显示装置的可变透镜阵列中，将壁状或柱状隔离件设置在当可变透镜阵列的每个透镜列的屈光力的值改变时，液晶层的液晶分子的取向方向不改变的位置上。相应的，即使透镜列的屈光力的值改变，隔离件和围绕隔离件的液晶层之间的光学关系基本恒定。从而，因为减小了由隔离件引起的透镜性能的恶化，可以减小显示图像的图像质量的恶化。
附图说明
图1是根据第一实施例的图像显示装置在虚拟拆分开时的示意性透视图；
图2是可变透镜阵列的正面的示意性顶部平面图；
图3是可变透镜阵列的背面的示意性顶部平面图；
图4是沿着图2的III-III线取得的截面图；
图5是部分地示出在显示立体图像时的可变透镜阵列和图像显示部分的示意性截面图；
图6是部分地示出图像显示部分和可变透镜阵列的示意性透视图；
图7是部分地示出在显示正常图像时的可变透镜阵列和图像显示部分的示意性截面图；
图8是部分地示出图像显示部分和可变透镜阵列的示意性透视图；
图9是第一修改示例的可变透镜阵列的正面的示意性顶部平面图；
图10是可变透镜阵列的背面的示意性顶部平面图；
图11是第二修改示例的可变透镜阵列的正面的示意性顶部平面图；
图12是可变透镜阵列的背面的示意性顶部平面图；
图13是根据第二实施例的可变透镜阵列的正面的示意性顶部平面图；
图14是可变透镜阵列的背面的示意性顶部平面图；
图15是沿着图13的XV-XV线取得的截面图；
图16是部分地示出在显示立体图像时的可变透镜阵列和图像显示部分的示意性截面图；
图17是部分地示出图像显示部分和可变透镜阵列的示意性透视图；
图18是部分地示出在显示正常图像时的可变透镜阵列和图像显示部分的示意性截面图；
图19是部分地示出图像显示部分和可变透镜阵列的示意性透视图；
图20是部分地示出根据第三实施例的可变透镜阵列的截面图；
图21是部分地示出在显示立体图像时的可变透镜阵列和图像显示部分的示意性截面图；
图22是部分地示出图像显示部分和可变透镜阵列的示意性透视图；
图23是部分地示出在显示正常图像时的可变透镜阵列和图像显示部分的示意性截面图；
图24是部分地示出图像显示部分和可变透镜阵列的示意性透视图；
图25是部分地示出根据第四实施例的可变透镜阵列的截面图；
图26是部分地示出在显示立体图像时的可变透镜阵列和图像显示部分的示意性截面图；
图27是部分地示出图像显示部分和可变透镜阵列的示意性透视图；
图28是部分地示出在显示正常图像时的可变透镜阵列和图像显示部分的示意性截面图；
图29是部分地示出图像显示部分和可变透镜阵列的示意性透视图；
图30A和30B是将具有透镜列的透镜阵列设置在图像显示部分和图像观察者之间的图像显示装置的操作的概念图。
具体实施方式
在下文中，参考附图，将描述本发明的实施例。本发明不限于这些实施例，各种数值和材料都是示例。在下面的描述中，相同的元件和具有相同功能的元件由相同的附图标记和符号表示，并省略重复的描述。此外，以下列项目的顺序进行描述。
1.根据本发明的图像显示装置和可变透镜阵列的概述
2.第一实施例
3.第二实施例
4.第三实施例
5.第四实施例(其他的)
根据本发明的图像显示装置和可变透镜阵列的概述
在本发明的可变透镜阵列和/或在本发明的图像显示装置中使用的可变透镜阵列(在下文中简称为本发明的可变透镜阵列)中，如上所述，壁状或柱状隔离件设置在这样的位置上，在该位置上当可变透镜阵列的每个透镜列的屈光力的值改变时，液晶层的液晶分子的取向方向不改变。这里，术语“液晶分子的取向方向不改变”定义为不仅包括液晶分子的取向方向严格地不改变的情况，还包括液晶分子的取向方向基本不改变的情况。也就是说，允许有在设计或制造中引起的各种偏差。
在假定在图像观察者使用装置的状态下该观察者要按压可变透镜阵列的表面的情况下，为了确保对抗表面上的力的所谓强度，优选采用使用壁状隔离件的构造。可替换地，优选采用布置柱状隔离件的构造，所述柱状隔离件的数量足够确保对抗表面上的力的充分强度。此外，柱状隔离件的形状不具体限定，例如，柱状隔离件的形状可以是棱柱形或圆柱形。
第一衬底中的第一电极的平面形状和第二衬底中的第二电极的平面形状可以适合于可变透镜阵列的设计。基本地，第一电极和第二电极当中的一个形成为具有平面形状的公共电极，另一个形成为具有条带形状的电极。此外，当将直流电压连续地施加到液晶层时，这引起液晶材料的恶化。因此，与通常的液晶显示面板类似，可变透镜阵列可以受到驱动，以使得第一电极和第二电极之间的电压的极性顺序地反转。
在包括根据第一电极和第二电极的设计和将电压施加到第一电极和第二电极的设置的上述优选构造的本发明的可变透镜阵列中，壁状或柱状隔离件可以构造成设置在透镜列的中央部分上，和/或壁状或柱状隔离件可以构造成设置在透镜列的邻近另一透镜列的边界部分上。
在包括上述优选构造的本发明的可变透镜阵列中，从确保液晶材料的流动性的角度来看，优选应当通过密封部分来密封第一衬底的外周部分和第二衬底的外周部分。因此，还优选在壁状或柱状隔离件的端部与密封部分之间设置间隔。
组成可变透镜阵列的第一衬底或第二衬底可以由光学透明材料(即，不太多吸收光的材料)制成。构成第一衬底或第二衬底的材料的示例包括丙烯酸树脂、聚碳酸酯树脂(PC)、ABS树脂、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚芳酯树脂(PAR)、聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂(PET)和玻璃。构成第一衬底和第二衬底的材料可以相同，或者可以不同。
第一衬底的第一电极或第二衬底的第二电极可以由具有光学透过性的金属薄膜或透明导电材料(例如，氧化铟锡(ITO)或氧化铟锌(IZO))制成。第一电极或第二电极可以由现有方法形成，例如，以真空沉积或溅射为示例的物理气相沉积(PVD)、或各种化学气相沉积(CVD)。此外，可以通过现有方法(例如作为光刻和蚀刻的组合的剥离(liftoff))对电极进行图案化。
可以使用向列型液晶等用于构成置于第一电极和第二电极之间的液晶层。构成液晶层的材料不具体限定。对于材料，可以使用正性液晶材料，可以使用负性液晶材料。
在第一电极和第二电极与液晶层接近的表面当中的至少一个可以受到配向处理，以设置液晶分子的预倾角或取向方向。可以通过用于形成将在研磨处理(rubbing process)中使用的取向膜的方法来执行配向处理。取向膜可以由聚酰亚胺材料等制成。
形成壁状或柱状隔离件的方法不具体限定。形成隔离件的方法的示例包括丝网印刷方法和感光方法。丝网印刷方法是这样的方法：在与形成隔离件的部分相对应的丝网部分中形成开口，通过使用刮板使得用于形成隔离件的材料经过丝网，在衬底上形成用于形成隔离件的材料层，并在必要时执行固化处理。感光方法是在衬底上形成具有光敏性的用于形成隔离件的材料层并通过曝光和显影对用于形成隔离件的材料层进行图案化的方法。隔离件可以由透明聚合物等制成。
对第一衬底的外周部分和第二衬底的外周部分之间的间隙进行密封的密封部分可以由热固性环氧基树脂等制成。
对于在本发明的图像显示装置中使用的图像显示部分，可以使用现有的显示装置，例如，液晶显示面板、电致发光显示面板或等离子体显示面板。图像显示部分可以是单色显示，可以是彩色显示。
在将要描述的各个实施例中，使用透过型单色液晶显示面板作为图像显示部分。此外，在实施例中，将在可变透镜阵列被设置在图像显示部分和图像观察者之间的假设下进行描述。此外，本发明的结构不限于此，本发明的结构可以构造成使得可变透镜阵列被设置在透过型显示面板和照明部分之间。
液晶显示面板例如由具有透明公共电极的前面板、具有透明像素电极的后面板、和设置在前面板和后面板之间的液晶材料形成。液晶显示面板的操作模式不限于此。显示面板可以构造成以所谓的TN模式受到驱动，可以构造成以VA模式或IPS模式受到驱动。
当图像显示部分的像素M×N的数量由(M，N)表示时，对于(M，N)的值，具体地，可以以一些图像显示分辨率作为示例，例如，VGA(640，480)、S-VGA(800，600)、XGA(1024，768)、APRC(1152，900)、S-XGA(1280，1024)、U-XGA(1600，1200)、HD-TV(1920，1080)、Q-XGA(2048，1536)、(1920，1035)、(720，480)和(1280，960)。但是，(M，N)的值不限于上述这些值。
对于从透过型显示面板的后侧照射该透过型显示面板的照明部分，可以使用现有的照明设备。照明部分的构造不具体限定。照明部分可以由光源、棱镜片、漫射板、导光板等形成。
对图像显示部分和可变透镜阵列进行驱动的驱动电路可以由各种电路构成。这些电路可以使用现有的电路元件。
说明书中描述的各种条件严格地成立和基本成立的情况都满足。允许有在设计或制造中引起的各种偏差。
第一实施例
第一实施例涉及根据本发明的图像显示装置和可变透镜阵列。
图1是根据第一实施例的图像显示装置在虚拟拆分开时的示意性透视图。
如图1所示，图像显示装置1包括：显示二维图像的图像显示部分10；和可变透镜阵列30，其包括具有第一电极的第一衬底130A、具有第二电极的第二衬底130B、和设置在第一衬底130A和第二衬底130B之间的液晶层，其中通过施加在第一电极和第二电极之间的电压来改变该可变透镜阵列30的每个透镜列31的屈光力的值。此外，附图标记138表示第一衬底130A和第二衬底130B之间的密封部分。
可变透镜阵列30设置成面对图像显示部分10的正面(图像观察者一侧)，并且由未示出的保持构件所固定，以使得可变透镜阵列30面对图像显示部分10并且在可变透镜阵列30和图像显示部分10之间设置有预定间隔，根据设计来设置所述预定间隔。如之后所述的，在可变透镜阵列30的第一衬底130A和第二衬底130B之间，壁状隔离件设置在这样的位置上，在该位置上当可变透镜阵列30的每个透镜列31的屈光力的值改变时液晶层的液晶分子的取向方向不改变。在第一实施例中，柱状隔离件设置在透镜列31的中央部分上。
发射光的照明部分20设置在图像显示部分10的后面。照明部分20由诸如光源、棱镜片、漫射板和导光板的构件(图中未示出该构件)构成。
图中未示出的第一偏振膜附接到图像显示部分10的后表面一侧，以使得偏振方向为X方向，第二偏振模附接到图像显示部分10的前表面一侧，以使得偏振方向为Y方向。通过使图中未示出的驱动电路来驱动图像显示部分10以控制像素内的液晶分子的取向方向，显示出基于从外部传输的视频信号的二维图像。此外，在通过使图中未示出的分离的驱动电路来驱动可变透镜阵列30而显示立体图像的情况下和显示正常图像的情况下，透镜列31的屈光力的值分别设置成预定值。
在图像显示部分10的显示区域11中，M个像素12布置在水平方向(图中的X方向)上，N个像素12布置在垂直方向(图中的Y方向)上。第m个(m＝1，2，...，M)像素12表示为像素12m。
在可变透镜阵列30中，沿水平方向布置在垂直方向上延伸的P个透镜列(可变透镜列)31。第p个(p＝1，2，...，P)透镜列31由透镜列31p表示。将描述上述“P”和“M”之间的关系。
为便于描述，在显示立体图像时图像的观察点的数量是中央观察区域WAC中的观察点A1、A2、...、和A4这4个，但是这仅仅是示例。观察区域的数量和观察点的数量可以根据图像显示装置1的设计适当地设置。通过适当地设置图像显示部分10和透镜列31的位置关系等，即使在中央观察区域WAC的左侧区域WAL和右侧区域WAR中，也可看到用于各个观察点的图像。
随后，参考图2到4，将描述可变透镜阵列30的构造。
图2是可变透镜阵列的正面的示意性顶部平面图。第二衬底130B的一部分被切除并显示在图2中。图3是可变透镜阵列的背面的示意性顶部平面图。第一衬底130A的一部分被被切除并显示在图3中。图4是沿着图2的III-III线取得的截面图。
如图4所示，可变透镜阵列30包括：具有第一电极1311、1312、...、和1318的第一衬底130A；具有第二电极134的第二衬底130B；设置在第一衬底130A和第二衬底130B之间的液晶层137。此外，第一电极1311、1312、...、和1318可以集体由第一电极131表示。其他元件同样如此。
第一电极131和第二电极134分别形成在第一衬底130A和第二衬底130B各自的液晶层137一侧的表面(内表面)上。液晶层137由正向列型液晶材料形成。
第一电极131和第二电极134由称作ITO的透明导电材料形成，并且通过现有的膜形成技术来形成。通过图案化技术使第一电极131形成为图2中所示的预定的条带形状。第二电极134构成所谓的公共电极，并且形成在第二衬底130B的整个表面上。此外，为便于说明，在图3中，没有示出之后将描述的第二电极134和第二取向膜135。此外，在图2中，也省略了之后将描述的第一取向膜133。
如图4所示，覆盖包括第一电极131的整个表面的第一取向膜133形成于第一衬底130A上，覆盖包括第二电极134的整个表面的第二取向膜135形成于第二衬底130B上。这些取向膜例如由聚酰亚胺材料制成，在这些取向膜的表面上执行研磨处理。在没有施加电场的状态下，第一取向膜133和第二取向膜135限定液晶分子137A的分子轴的方向。第一取向膜133和第二取向膜135受到在没有施加电场的状态下使液晶分子137A的长轴定向到Y方向、并且在施加电场时使该长轴倾斜到Z方向的配向处理。此外，图4示出在没有施加电场时液晶分子137A的取向。从图中没有示出的驱动电路将预定电压施加到第二电极134。
一个透镜列31基本上对应四列像素12。当透镜列31在水平方向上的间距和像素12在水平方向上的间距分别由符号LD和符号ND表示时，LD≈4×ND。例如，假设像素间距ND是0.3[mm]，则透镜列31的间距LD约为1.2[mm]。此外，上述“P”和“M”满足P≈M/4的关系。
如图2和4所示，在组成一个透镜列31的区域中，布置具有在垂直方向上延伸的条带形状的第一电极1311、1312、...、和1318。如图4所示，第一电极131在它们之间设置有预定间隔NW的状态下沿水平方向布置。符号EW表示第一电极131在水平方向上的宽度。透镜列间距LD、间隔NW和宽度EW满足LD＝8×(NW+EW)的关系。此外，与一个透镜列31相对应的第一电极131的数量不限于8，可以根据可变透镜阵列30的设计适当地设置。间隔NW和宽度EW的值不具体限定，例如，可以考虑图案化技术而设置成适当的值。
如图2所示，还将具有在水平方向上延伸的条带形状的馈线1321、1322、...、1324设置在第一衬底130A上。基本上以与第一电极131相同的制造处理来形成馈线1321到1324。第一电极1311和1318连接到馈线1321，第一电极1312和1317连接到馈线1322。此外，第一电极1313和1316连接到馈线1323，第一电极1314和1315连接到馈线1324。此外，在图2中，未示出馈线132和电极131的触点。
从上述连接关系可以明显看出，通过施加到馈线1321的电压来控制第一电极1311和1318的电压，通过施加到馈线1322的电压来控制第一电极1312和1317的电压。此外，通过施加到馈线1323的电压来控制第一电极1313和1316的电压，通过施加到馈线1324的电压来控制第一电极1314和1315的电压。单独的电压分别从图中未示出的驱动电路施加到馈线1321、1322、...、和1324。
此外，如图3和4所示，在构成一个透镜列31的区域中，设置在垂直方向上延伸的壁状隔离件136。
隔离件136设置在第二衬底130B的第二取向膜135上的规定位置上。隔离件136由透明聚合物材料形成，并且通过对在第二取向膜135上设置的用于形成隔离件的、并且具有光敏性的材料层进行曝光和显影来形成隔离件136。
在第一实施例中，在透镜列31的中央部分的位置上，隔离件136设置在第二取向膜135上。相对于穿过隔离件136的中央的线，第一电极1311和1318设置成对称的。其他电极同样如此。
在图4中，符号SW表示隔离件136在水平方向上的宽度。此外，符号SH表示隔离件136在Z方向上的高度。宽度SW例如是25[μm]，高度SH例如是50[μm]。如图1到3所示，第一衬底130A的外周部分和第二衬底130B的外周部分被密封部分138所密封，所述密封部分138例如由环氧基树脂材料形成。图3中所示的隔离件136的长度SL设置成使得在隔离件136的端部和密封部分138之间可设置间隔D1和D2的值。间隔D1和D2的值设置成使得在制造可变透镜阵列30时液晶材料可没有任何问题地流入衬底之间的间隙中的值。
将描述制造可变透镜阵列30的方法。在第一衬底130A上适当地形成第一电极131、第一到第四馈线、第一取向膜133等。此外，在第二衬底130B上适当地形成第二电极134、第二取向膜135、隔离件136等。此外，第一衬底130A和第二衬底130B受到上述处理以彼此面对，在第一衬底130A和第二衬底130B之间设置有液晶材料，并且第一衬底130A和第二衬底130B的外周被密封，从而可以获得可变透镜阵列30。
随后，参考图5到8，将描述可变透镜阵列30的操作。首先，将描述在显示立体图像时的操作，随后，将描述在显示正常图像时的操作。
图5是部分地示出在显示立体图像时的可变透镜阵列和图像显示部分的示意性截面图。图6是部分地示出图像显示部分和可变透镜阵列的示意性透视图。
在操作图像显示装置1时，例如，将0[伏特]施加到第二电极134。然后，在显示立体图像的情况下，例如，将30[伏特]施加到馈线1321，将20[伏特]施加到馈线1322，将10[伏特]施加到馈线1323，将0[伏特]施加到馈线1324。
在这种状态下，第二电极134与连接到馈线1321的第一电极1311和1318之间的电压是30[伏特]。相应的，在第二电极134与第一电极1311和1318之间产生电场，然后液晶分子137A的长轴被定向到Z方向。此外，第二电极134、与连接到馈线1322的第一电极1312和1317之间的电压是20[伏特]。相应的，在第二电极134与第一电极1312和1317之间产生比刚才产生的电场强度小的电场。液晶分子137A的长轴被定向到Z方向，但是取向的程度略低。第二电极134与连接到馈线1323的第一电极1313和1316之间的电压是10[伏特]。相应地，在第二电极134与第一电极1313和1316之间也产生电场，然后液晶分子137A的长轴被定向到Z方向，但是取向的程度更低。
另一方面，第二电极134与连接到馈线1324的第一电极1314和1315之间的电压是0[伏特]。相应地，在第二电极134与第一电极1314和1315之间不产生电场，然后液晶分子137A的长轴保持在Y方向。
液晶层137由正向列型液晶材料形成。液晶分子137A在长轴方向上的折射率大于其在短轴方向上的折射率。因此，如在图5的图示中所示，在透镜列31的外周部分处液晶层137的折射率小，而在越靠近中央部分的位置上折射率越大。此外，图5中所示的符号“nS”和符号“nL”分别表示液晶分子137A在短轴方向上的折射率和液晶分子137A在长轴方向上的折射率。此外，图5中所示的图示是示意性的，因此并不表示折射率的最小值和最大值通常是“nS”和“nL”。之后将描述的其他附图中的图示同样如此。
在这个状态下，在透镜列31的更靠近外周部分的位置上透射穿过透镜列31的光的波阵面比透镜列31的中央部分传播得更快。相应的，光传播成使得波阵面集中到中央点。因此，透镜列31构成用作凸透镜的液晶GRIN透镜。图6中所示的条带形状的透镜列31被认为在光学上与圆柱凸透镜列相同，并因此用作柱状透镜。此外，图5中所示的折射率的图示等示出了选择具有与液晶分子137A的长轴方向的折射率相同的折射率的材料作为形成隔离件136的聚合物材料的示例性情况。此外，在图6、图8和之后描述的类似图中，为便于说明，省略了隔离件136。
从像素12发出的用于对观察点A1、A2、...、和A4形成图像的光的传播方向在光透射穿过透镜列31时可以改变，并且光被定向到预定方向。从而，在图1中所示的观察区域WA中，可以观察用于预定观察点的图像。
图7是部分地示出在显示正常图像时的可变透镜阵列和图像显示部分的示意性截面图。图8是部分地示出图像显示部分和可变透镜阵列的示意性透视图。
当显示正常图像时，例如，将0[伏特]施加到馈线1321、1322、...、和1324。在这个状态下，第二电极134与第一电极1311、1312、...、和1318之间的电压是0[伏特]。相应的，在第二电极134与所有的第一电极131之间不产生电场，液晶分子137A的长轴保持在Y方向。
在这个状态下，液晶层137用作简单的透明衬底，该衬底由折射率为“nL”的材料形成。也就是说，图8中所示的具有条带形状的透镜列31的屈光力变小。相应的，图像显示装置1的状态变成与没有设置透镜阵列的装置的状态类似，因此可以观察正常图像。
从图5和图7之间的对比可以明显看出，在显示立体图像的情况下和在显示正常图像的情况下，围绕隔离件136的液晶分子137A的取向方向保持恒定。如上所述，每个隔离件136设置在当透镜列31的屈光力的值改变时液晶层137的液晶分子137A不移动的位置上。相应的，即使隔离件136对围绕隔离件136的液晶分子137A的初始取向状态有影响，也不扰乱通过施加在第一电极131和第二电极134之间的电压而进行的对液晶分子137A的取向操作。
此外，当选择具有与液晶分子137A在长轴方向上的折射率基本相同的折射率的材料作为构成隔离件136的聚合物材料时，不管可变透镜阵列30的屈光力设置成什么，隔离件136被认为在光学上与液晶层137相同。相应的，不会由于存在隔离件136而引起透镜性能下降。
至此，描述了第一实施例。在上面的描述中，隔离件136设置在各个透镜列31的中央部分上，但是本发明不限于此。例如，可以构造成交替地布置设置有隔离件136的透镜列31和没有设置隔离件136的透镜列31。之后描述的其他实施例同样如此。图9和图10是根据这样的修改示例的可变透镜阵列的正面和可变透镜阵列的背面的示意性顶部平面图。
可替换地，在上面的描述中，每个隔离件136具有壁状，但是可以设置柱状隔离件。之后描述的其他实施例同样如此。图11和图12是根据这样的修改示例的可变透镜阵列的正面和可变透镜阵列的背面的示意性顶部平面图。
第二实施例
第二实施例同样涉及根据本发明的图像显示装置和可变透镜阵列。
第二实施例与第一实施例的不同之处在于组成可变透镜阵列的隔离件的位置和在显示正常图像时施加到第一电极的电压的值。除了上述不同点之外，第二实施例与第一实施例具有相同的构造。
在根据第二实施例的图像显示装置2在虚拟拆分开时的示意性透视图中，图像显示装置2显示为代替图1中所示的图像显示装置1，可变透镜阵列230显示为代替可变透镜阵列30。
参考图13到15，将描述可变透镜阵列230的构造。
图13是可变透镜阵列的正面的示意性顶部平面图。第二衬底130B的一部分被切除并显示在图13中。图14是可变透镜阵列的背面的示意性顶部平面图。第一衬底130A的一部分被切除并显示在图14中。图15是沿着图13的XV-XV线取得的截面图。
如图13到15中所示，在可变透镜阵列230中，每个壁状隔离件236设置在透镜列31与相邻的透镜列31之间的边界部分上。即，隔离件236分别设置在相邻的透镜列31之间的边界部分上。
在第二实施例中，将在液晶分子137A的长轴在没有施加电场时被定向到Y方向的假定下进行描述。此外，图15示出在没有施加电场时液晶分子137A的取向。
随后，参考图16到19，将描述可变透镜阵列230的操作。首先，将描述在显示立体图像时的操作，随后，将描述在显示正常图像时的操作。
图16是部分地示出在显示立体图像时的可变透镜阵列和图像显示部分的示意性截面图。图17是部分地示出图像显示部分和可变透镜阵列的示意性透视图。
在操作图像显示装置2时，例如，将0[伏特]施加到第二电极134。然后，在显示立体图像的情况下，例如，将30[伏特]施加到馈线1321，将20[伏特]施加到馈线1322、将10[伏特]施加到馈线1323，将0[伏特]施加到馈线1324。
在这种状态下在第二电极134和第一电极131之间产生的电场的图形与在第一实施例中参考图5所给出的描述中的相同。透镜列31构成用作凸透镜的液晶GRIN透镜。图17中所示的条带形状的透镜列31被认为在光学上与圆柱凸透镜列相同，并因此用作柱状透镜。
图18是部分地示出在显示正常图像时的可变透镜阵列和图像显示部分的示意性截面图。图19是部分地示出图像显示部分和可变透镜阵列的示意性透视图。
当显示正常图像时，例如，将30[伏特]施加到馈线1321、1322、...、和1324。在第二电极134和所有的第一电极131之间产生电场，因此液晶分子137A的长轴被定向到Z方向。
在这个状态下，液晶层137用作简单的透明衬底，该衬底由折射率为“nS”的材料形成。也就是说，图19中所示的透镜列31的屈光力变小。相应的，图像显示装置2的状态变成与没有设置透镜阵列的装置的状态类似，因此可以观察正常图像。
第三实施例
第三实施例同样涉及根据本发明的图像显示装置和可变透镜阵列。
在第三实施例中，可变透镜阵列的液晶层由负向列型液晶材料形成。第三实施例与第一实施例的不同之处在于取向膜和液晶材料。除了上述不同点之外，第三实施例与第一实施例具有相同的构造。
在根据第三实施例的图像显示装置3在虚拟拆分开时的示意性透视图中，图像显示装置3显示为代替图1中所示的图像显示装置1，可变透镜阵列330显示为代替可变透镜阵列30。
图20是部分地示出根据第三实施例的可变透镜阵列的截面图。具体地，图20是当可变透镜阵列330显示为代替在第一实施例中图2的可变透镜阵列30时沿着III-III线所取得的截面图。
如上所述，在可变透镜阵列330中，液晶层337由负向列型液晶材料形成。此外，与第一实施例相反，第一取向膜333和第二取向膜335受到在没有施加电场的状态下使液晶分子337A的长轴定向到Z方向并且在施加电场时使该长轴倾斜到Y方向的配向处理。此外，图20示出在没有施加电场时液晶分子337A的取向。
随后，参考图21到24，将描述可变透镜阵列330的操作。首先，将描述在显示立体图像时的操作，随后，将描述在显示正常图像时的操作。
图21是部分地示出在显示立体图像时的可变透镜阵列和图像显示部分的示意性截面图。图22是部分地示出图像显示部分和可变透镜阵列的示意性透视图。
在操作图像显示装置3时，例如，将0[伏特]施加到第二电极134。然后，在显示立体图像的情况下，例如，将0[伏特]施加到馈线1321，将10[伏特]施加到馈线1322，将20[伏特]施加到1323，将30[伏特]施加到1324。
在这个状态下，第二电极134与连接到馈线1324的第一电极1314和1315之间的电压是30[伏特]。相应的，在第二电极134与第一电极1314和1315之间产生电场，然后液晶分子337A的长轴被定向到Y方向。此外，第二电极134与连接到馈线1323的第一电极1313和1316之间的电压是20[伏特]。相应的，在第二电极134与第一电极1313和1316之间产生比刚才产生的电场强度小的电场。液晶分子337A的长轴被定向到Y方向，但是取向的程度略低。第二电极134与连接到馈线1322的第一电极1312和1317之间的电压是10[伏特]。相应地，在第二电极134与第一电极1312和1317之间也产生电场，然后液晶分子337A的长轴被定向到Y方向，但是取向的程度更低。
另一方面，第二电极134与连接到馈线1321的第一电极1311和1318之间的电压是0[伏特]。相应地，在第二电极134与第一电极1311和1318之间不产生电场，然后液晶分子337A的长轴保持在Z方向。
液晶分子337A在长轴方向上的折射率大于其在短轴方向上的折射率。因此，如在图21的图示中所示，在透镜列31的外周部分处液晶层337的折射率小，而在越靠近中央部分的位置上折射率越大。此外，图21中所示的符号“nS”和符号“nL”分别表示液晶分子337A在短轴方向上的折射率和液晶分子337A在长轴方向上的折射率。
在这个状态下，透镜列31构成用作凸透镜的液晶GRIN透镜。图22中所示的条带形状的透镜列31被认为在光学上与圆柱凸透镜列相同，并因此用作柱状透镜。此外，图21中所示的折射率的图示等示出了选择具有与液晶分子337A的长轴方向的折射率基本相同的折射率的材料作为形成隔离件136的聚合物材料的示例性情况。
从像素12发出的用于对于观察点A1、A2、...、和A4形成图像的光的传播方向在光透射穿过透镜列31时可以改变，并且光被定向到预定方向。从而，在图1中所示的观察区域WA中，可以观察用于预定观察点的图像。
图23是部分地示出在显示正常图像时的可变透镜阵列和图像显示部分的示意性截面图。图24是部分地示出图像显示部分和可变透镜阵列的示意性透视图。
当显示正常图像时，例如，将30[伏特]施加到馈线1321、1322、...、和1324。在这个状态下，第二电极134与第一电极1311、1312、...、和1318之间的电压是30[伏特]。相应的，在第二电极134和所有的第一电极131之间产生电场，液晶分子337A的长轴保持在Y方向。
在这个状态下，液晶层337用作简单的透明衬底，该衬底由折射率为“nL”的材料形成。也就是说，透镜列31的屈光力变小。相应的，图像显示装置3的状态变成与没有设置透镜阵列的装置的状态类似，因此可以观察正常图像。
第四实施例
第四实施例同样涉及根据本发明的图像显示装置和可变透镜阵列。
第四实施例与第三实施例的不同之处在于组成可变透镜阵列的隔离件的位置和在显示正常图像时施加到第一电极的电压的值。除了上述不同点之外，第四实施例与第三实施例具有相同的构造。
在根据第四实施例的图像显示装置4在虚拟拆分开时的示意性透视图中，图像显示装置4显示为代替图1中所示的图像显示装置1，可变透镜阵列430显示为代替可变透镜阵列30。
图25是部分地示出根据第四实施例的可变透镜阵列的截面图。具体地，图25是当可变透镜阵列430显示为代替在第一实施例中图13的可变透镜阵列230时沿着XV-XV线所取得的截面图。
参考图26到29，将描述可变透镜阵列430的构造。
如图25中所示，在可变透镜阵列430中，每个壁状隔离件236设置在透镜列31与相邻的透镜列31之间的边界部分上。即，隔离件236分别设置在相邻的透镜列31之间的边界部分上。
在第四实施例中，将在液晶分子337A的长轴在没有施加电场时被定向到Z方向的假定下进行描述。此外，图25示出在没有施加电场时液晶分子337A的取向。
随后，参考图26到29，将描述可变透镜阵列430的操作。首先，将描述在显示立体图像时的操作，随后，将描述在显示正常图像时的操作。
图26是部分地示出在显示立体图像时的可变透镜阵列和图像显示部分的示意性截面图。图27是部分地示出图像显示部分和可变透镜阵列的示意性透视图。
在操作图像显示装置4时，例如，将0[伏特]施加到第二电极134。然后，在显示立体图像的情况下，例如，将0[伏特]施加到馈线1321，将10[伏特]施加到馈线1322、将20[伏特]施加到馈线1323，将30[伏特]施加到馈线1324。
在这种状态下在第二电极134和第一电极131之间产生的电场的图形与在第一实施例中参考图21所给出的描述中的相同。透镜列31构成用作凸透镜的液晶GRIN透镜。图27中所示的条带形状的透镜列31被认为在光学上与圆柱凸透镜列相同，并因此用作柱状透镜。
图28是部分地示出在显示正常图像时的可变透镜阵列和图像显示部分的示意性截面图。图29是部分地示出图像显示部分和可变透镜阵列的示意性透视图。
当显示正常图像时，例如，将0[伏特]施加到馈线1321、1322、...、和1324。在第二电极134和所有的第一电极131之间不产生电场，因此液晶分子337A的长轴被定向到Z方向。
在这个状态下，液晶层337用作简单的透明衬底，该衬底由折射率为“nS”的材料形成。也就是说，图29中所示的透镜列31的屈光力变小。相应的，图像显示装置4的状态变成与没有设置透镜阵列的装置的状态类似，因此可以观察正常图像。
至此，详细描述了本发明的实施例，但是本发明不限于上述实施例，并且本发明可以根据本发明的技术范围被修改成各种形式。
例如，在各个实施例中，隔离件形成在第二衬底130B上，但是隔离件可以形成在第一衬底130A上。此外，在各个实施例中，取向膜设置在第一衬底130A和第二衬底130B的液晶层一侧的全部表面上。但是，取向膜可设置在第一衬底130A和第二衬底130B中的任意一个上，并且在某些情况下可以不包括取向膜。
本申请包含与2011年1月24日递交于日本特许厅的日本在先专利申请JP 2011-038679中公开的内容相关的主题，该专利申请的全部内容通过引用结合于此。
本领域技术人员应当理解，只要在权利要求书的范围或其等价的范围内，根据设计需要和其他因素可以产生各种修改、组合、变形和替换。

Claims (13)

1.一种图像显示装置，其包括：
图像显示部分，其显示二维图像；和
可变透镜阵列，其包括具有第一电极的第一衬底、具有第二电极的第二衬底、和设置在所述第一衬底和所述第二衬底之间的液晶层，其中，通过施加在所述第一电极和所述第二电极之间的电压来改变所述可变透镜阵列的每个透镜列的屈光力的值，
其中，所述可变透镜阵列设置成与所述图像显示部分相对，并且
其中，在所述可变透镜阵列的所述第一衬底和所述第二衬底之间，将壁状或柱状隔离件设置在当所述可变透镜阵列的每个透镜列的屈光力的值改变时，所述液晶层的液晶分子的取向方向不改变的位置上。
2.根据权利要求1所述的图像显示装置，其中，所述壁状或柱状隔离件设置在所述透镜列的中央部分上。
3.根据权利要求1所述的图像显示装置，其中，所述壁状或柱状隔离件设置在彼此相邻的所述透镜列的边界部分上。
4.根据权利要求1所述的图像显示装置，
其中，所述第一衬底的外周部分和所述第二衬底的外周部分被密封部分所密封，并且
其中，在所述壁状或柱状隔离件的端部与所述密封部分之间设置有间隔。
5.一种图像显示装置，其包括：
图像显示部分，其显示二维图像；和
可变透镜阵列，其包括具有第一电极的第一衬底、具有第二电极的第二衬底、和设置在所述第一衬底和所述第二衬底之间的液晶层，其中，通过施加在所述第一电极和所述第二电极之间的电压来改变所述可变透镜阵列的每个透镜列的屈光力的值，
其中，所述可变透镜阵列设置成与所述图像显示部分相对，并且
其中，在所述透镜列的中央部分上设置壁状或柱状隔离件。
6.一种图像显示装置，其包括：
图像显示部分，其显示二维图像；和
可变透镜阵列，其包括具有第一电极的第一衬底、具有第二电极的第二衬底、和设置在所述第一衬底和所述第二衬底之间的液晶层，其中，通过施加在所述第一电极和所述第二电极之间的电压来改变所述可变透镜阵列的每个透镜列的屈光力的值，
其中，所述可变透镜阵列设置成与所述图像显示部分相对，并且
其中，在彼此相邻的所述透镜列的边界部分上设置壁状或柱状隔离件。
7.一种图像显示装置，其包括：
图像显示部分；和
可变透镜阵列，其包括具有在第一方向上延伸的多个第一电极的第一衬底、具有第二电极的第二衬底、和设置在所述第一衬底和所述第二衬底之间的液晶层，其中，通过施加在所述第一电极和所述第二电极之间的电压来改变所述可变透镜阵列的每个透镜列的屈光力的值，
其中，所述可变透镜阵列设置成与所述图像显示部分相对，并且
其中，在所述第一衬底和所述第二衬底之间设置在所述第一方向上延伸的壁状或柱状隔离件。
8.一种可变透镜阵列，其包括：
具有第一电极的第一衬底；
具有第二电极的第二衬底；和
设置在所述第一衬底和所述第二衬底之间的液晶层，
其中，通过施加在所述第一电极和所述第二电极之间的电压来改变所述可变透镜阵列的每个透镜列的屈光力的值，并且
其中，在所述第一衬底和所述第二衬底之间，将壁状或柱状隔离件设置在当所述可变透镜阵列的每个透镜列的屈光力的值改变时，所述液晶层的液晶分子的取向方向不改变的位置上。
9.根据权利要求8所述的可变透镜阵列，其中，所述壁状或柱状隔离件设置在所述透镜列的中央部分上。
10.根据权利要求8所述的可变透镜阵列，其中，所述壁状或柱状隔离件设置在彼此相邻的所述透镜列的边界部分上。
11.根据权利要求8所述的可变透镜阵列，
其中，所述第一衬底的外周部分和所述第二衬底的外周部分被密封部分所密封，并且
其中，在所述壁状或柱状隔离件的端部与所述密封部分之间设置有间隔。
12.一种可变透镜阵列，其包括：
具有第一电极的第一衬底；
具有第二电极的第二衬底；和
设置在所述第一衬底和所述第二衬底之间的液晶层，
其中，通过施加在所述第一电极和所述第二电极之间的电压来改变所述可变透镜阵列的每个透镜列的屈光力的值，并且
其中，在所述透镜列的中央部分上设置壁状或柱状隔离件。
13.一种可变透镜阵列，其包括：
具有第一电极的第一衬底；
具有第二电极的第二衬底；和
设置在所述第一衬底和所述第二衬底之间的液晶层，
其中，通过施加在所述第一电极和所述第二电极之间的电压来改变所述可变透镜阵列的每个透镜列的屈光力的值，并且
其中，在彼此相邻的所述透镜列的边界部分上设置壁状或柱状隔离件。
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