CN102713732B - 光偏转器以及采用该光偏转器的液晶显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于实现能够降低因发生衍射光而造成的光量损失的光偏转器。使光偏转向规定的偏转方向且能够对光的偏转角度进行调制的光偏转器（10），其具备在规定的偏转方向上排列配置的多个液晶偏转元件（101a）、（101b）、（101c）。在至少一组相邻的成对的液晶偏转元件中，一方的液晶偏转元件在规定的偏转方向上的大小与另一方的液晶偏转元件在规定的偏转方向上的大小不同。

Description

光偏转器以及采用该光偏转器的液晶显示装置

技术领域

本发明涉及使光偏转的光偏转器以及采用该光偏转器的液晶显示装置。

背景技术

关于偏转光的光偏转器，一直在进行各种研究。例如，对于激光打印机等所使用的激光扫描器而言，光偏转器是必不可缺的器件。历来，作为光偏转器例如在使用多面镜扫描仪、检流计式扫描仪以及MEMS镜等。但是，在此类多面镜扫描仪、检流计式扫描仪以及MEMS镜中，由于设有为使部件进行动作的可动部（机械性机构），而容易发生故障。因此，不用设置可动部也能偏转光的光偏转器的开发被寄予期望。

对于这一需求，现已开发出如下述专利文献1中公开的光偏转器。在该光偏转器中，无需设置可动部，而是通过施加电压来调制液晶的折射率，从而使光偏转。由此，能减少故障发生，实现高信用度。

以下，参照图7A以及图7B，对现有的光偏转器进行说明。图7A是现有的光偏转器的截面图，图7B是表示沿着图7A中的A-A线切断光偏转器时的截面图。图中表示的光偏转器50具备液晶偏转元件501以及被配置在液晶偏转元件501的周围的3组成对的电极502a、502b、502c。液晶偏转元件501包括截面为三角形的液晶503和具有与液晶503的形状互补的形状的电介质504。电介质504被配置在液晶503的斜面侧，因此，液晶偏转元件501在整体上其截面被构成为矩形。电介质504例如可由塑料等的高分子树脂或者玻璃等构成。3组成对的电极502a、502b、502c分别夹着液晶偏转元件501相对而配置。

通过在3组成对的电极502a、502b、502c之间分别施加电压，来调制液晶503的折射率，从而使射入液晶偏转元件501的光偏转。在此，图7A以及图7B中表示了设置3组成对的电极502a、502b、502c的结构，此外也可以设置其中任意的1组成对的电极或者2组成对的电极。

如图7A中的箭头505所示，光从液晶503的射入端面（图7A中的下侧的面）射入液晶偏转元件501。在此，优选为，成对的电极502b是透明电极，以使光能够透射成对的电极502b。

在成对的电极502a、502b、502c之间未施加电压的状态下，如果液晶503的折射率NL与电介质504的折射率ND是相同的值时，光不被折射，而是沿着图7A中的箭头505s所示的方向直线前进。通过在成对的电极502a、502b、502c之间施加电压，使液晶503的折射率NL变得比电介质504的折射率ND高的情况下，光向图7A中的箭头505h所示的方向被折射。另外，通过在成对的电极502a、502b、502c之间施加电压，使液晶503的折射率NL变得比电介质504的折射率ND低的情况下，光向图7A中的箭头505m所示的方向被折射。如上所述，通过控制被施加在成对的电极502a、502b、502c之间的电压，能够对光的偏转角度进行调制。

另外，如图8所示，还能够在横方向上排列配置多个（在图8中是3个）液晶偏转元件501a、501b、501c。在图8的光偏转器60中，在各液晶偏转元件501a、501b、501c的斜面侧分别配置有电介质504a、504b、504c。电介质504a、504b、504c是被一体化成形的结构。在光的偏转方向（图8中的左右方向）上的液晶偏转元件501a的大小Wa、液晶偏转元件501b的大小Wb、液晶偏转元件501c的大小Wc是相同的大小（Wa=Wb=Wc）。另外，液晶503a的斜面的倾斜角度θa、液晶503b的斜面的倾斜角度θb、液晶503c的斜面的倾斜角度θc也是相同的大小（θa=θb=θc）。在此，图8中省略了所述3组成对的电极。

如上所述，通过排列配置多个液晶偏转元件501a、501b、501c，能够对广范围的光（例如，线状光或者面状光等）进行偏转。

专利文献1：国际公开第2005/069918号

然而，在所述现有的光偏转器中存在以下问题。第一，在图7A所示的光偏转器50中，在成对的电极502a、502b、502c之间施加电压时，由于液晶503的折射率的调制量小，因此无法增大光的偏转角度。

第二，如图8所示的光偏转器60，在通过排列配置多个液晶偏转元件501a、501b、501c来对广范围的光进行偏转的情况下，由于发生衍射光而会造成光量损失，因此，以规定的偏转角度从液晶偏转元件501a、501b、501c射出的光的光量会下降。在图8所示的光偏转器50中，发生衍射光的理由如下。由于多个液晶偏转元件501a、501b、501c的配置结构为周期结构，即，在光的偏转方向上的液晶偏转元件501a、501b、501c的大小Wa、Wb、Wc是相同的大小，因此，在满足规定条件的角度φ的指向上会发生衍射光。在图8中，在箭头506所示的方向上发生衍射光。关于所述规定的条件，设想在光的偏转方向上的液晶偏转元件501a、501b、501c的大小Wa、Wb、Wc为Wa=Wb=Wc=D时，可表示为下述式1。

$D\×\sin \mathrm{\φ}=n\×\frac{\mathrm{\λ}}{\mathrm{ND}}$ (式1)

在式1中，λ是光111的波长，ND是电介质504a、504b、504c的折射率，n是任意的整数。是相对于垂直方向（图8中的上下方向）的衍射光的射出角度。例如，在光被偏转向图8中的箭头505m所示的方向的情况下，由于会在角度的指向上发生衍射光，因此向图8中的箭头505m所示的方向偏转的光的光量会降低相当于衍射光的光量的程度。

另外，利用所述现有的光偏转器，例如可构成平板型的3D（三维）显示器等的液晶显示装置。但是，在具有这种结构的液晶显示装置中，会发生如下问题。如上所述，由于在光偏转器中无法使光的偏转角度增大，因此会发生液晶显示装置的视角变窄的问题。另外，如上所述，由于在光偏转器中因发生衍射光而造成光量损失，因此会发生液晶显示装置的亮度降低的问题。

发明内容

本发明是为了解决所述现有的问题而开发的，其目的在于提供既能增大光的偏转角度，又能降低因发生衍射光而造成的光量损失的光偏转器以及采用了该光偏转器的液晶显示装置。

为了达成所述目的，本发明的一形态的光偏转器使光偏转向规定的偏转方向，并能调制光的偏转角度。该光偏转器具备按所述规定的偏转方向排列配置的多个光偏转元件。在至少一组相邻的成对的光偏转元件中，一方的光偏转元件在所述规定的偏转方向上的大小与另一方的光偏转元件在所述规定的偏转方向上的大小不同。

通过采用所述结构，能降低衍射光发生，并能降低因发生衍射光而造成的光量损失。由此，能实现高效率的光偏转器。

并且，优选为，还具备被设置在所述多个光偏转元件的光射出侧的角度放大透镜，由所述多个光偏转元件射出的光的偏转角度被所述角度放大透镜进行放大。

通过采用所述结构，能够增大从光偏转器射出的光的偏转角度。

另外，优选为，所述多个光偏转元件按从光的射入侧朝向光的射出侧的方向被层叠为多层。

通过采用所述结构，能够增大从光偏转器射出的光的偏转角度。

另外，优选为，所述多个光偏转元件各自为液晶偏转元件，通过向所述多个液晶偏转元件分别施加电压来调制所述多个液晶偏转元件各自的折射率，从而使射入所述多个液晶偏转元件的每一个液晶偏转元件的光因折射而被偏转。

通过采用所述结构，能够以简单的结构，通过折射而使射入多个液晶偏转元件的每一个液晶偏转元件的光偏转。

另外，本发明的一形态的光偏转器通过衍射而使光偏转向规定的偏转方向，并能调制光的偏转角度。该光偏转器具备按所述规定的偏转方向排列配置的多个液晶偏转元件，所述多个液晶偏转元件各自在所述规定的偏转方向上的大小为大致相同的大小。通过向所述多个液晶偏转元件分别施加电压来调制所述多个液晶偏转元件各自的折射率，从而使射入所述多个液晶偏转元件的每一个液晶偏转元件的光因衍射而被偏转。

通过采用所述结构，能实现光的偏转角度大的光偏转器。

另外，优选为，所述多个液晶偏转元件各自的射入光的开口部在所述规定的偏转方向上的大小为50μm以下。

通过采用所述结构，能够以比最大可能的折射角还大的偏转角度，通过衍射而使光偏转。

并且，优选为，还具备被设置在所述多个液晶偏转元件的光射出侧的角度放大透镜，由所述多个液晶偏转元件射出的光的偏转角度被所述角度放大透镜进行放大。

通过采用所述结构，能够增大从光偏转器射出的光的偏转角度。

另外，优选为，所述多个液晶偏转元件按从光的射入侧朝向光的射出侧的方向被层叠为多层。

通过采用所述结构，能够增大从光偏转器射出的光的偏转角度。

另外，本发明的一形态的液晶显示装置具备：如权利要求1至8中的任一项所述的光偏转器；被设置在所述光偏转器的光射入侧的光源；被设在所述光偏转器的光射出侧的液晶面板。由所述光源发出的光射入所述光偏转器并被所述光偏转器偏转之后，由所述光偏转器射出并射入所述液晶面板。

通过采用所述结构，由于在光偏转器中的光偏转角度增大，因此能够使液晶显示装置的视角增宽。另外，在光偏转器中，因发生衍射光而造成的光量损失会降低，因此能够提高液晶显示装置的亮度。

另外，优选为，所述光源被构成为按顺序发出波长不同的多个颜色的光，由所述光源发出的所述波长不同的多个颜色的光按顺序射入所述光偏转器时，根据所射入的光的波长来调制多个光偏转元件各自的折射率或者多个液晶偏转元件各自的折射率，以使所述波长不同的多个颜色的光的偏转角度成为相同角度。

通过采用所述结构，能够照射出没有色偏的均匀白光。

另外，本发明的一形态的液晶显示装置具备：光偏转器，使光偏转向规定的偏转方向；光源，被设置在所述光偏转器的光射入侧，朝向所述光偏转器发出光；液晶面板，被设置在所述光偏转器的光射出侧，由所述光偏转器偏转的光射入该液晶面板。所述液晶面板具有按规定方向排列配置的多个像素，所述多个像素各自由多个子像素构成，所述多个子像素的排列方向与所述规定的偏转方向正交。

通过采用所述结构，无论光在像素内以任何偏转角度被偏转，光都能以相等的量射入多个子像素的每一个。由此，能够实现无色斑的高画质的液晶显示装置。

另外，本发明的一形态的液晶显示装置具备：光偏转器，使光偏转向规定的偏转方向；光源，被设置在所述光偏转器的光射入侧，朝向所述光偏转器发出光；液晶面板，被设置在所述光偏转器的光射出侧，由所述光偏转器偏转的光射入该液晶面板。所述光偏转器具有按所述规定的偏转方向排列配置的多个光偏转元件，所述液晶面板具有按所述规定的偏转方向排列配置的多个像素，所述多个像素各自在所述规定的偏转方向上的大小比所述多个光偏转元件各自在所述多个偏转方向上的大小大。

通过采用所述结构，由于从光偏转元件射出的光会射入所有的像素，因此能够不留余角地对所有的像素进行照明。

另外，优选为，所述多个像素各自在所述规定的偏转方向上的大小是所述多个光偏转元件各自在所述规定的偏转方向上的大小的整数倍。

通过采用所述结构，能够降低射入相邻的一对像素的边界部的光被吸收所造成的损失，从而提高光的利用效率。并且，由于光偏转元件在偏转方向上的空间频率会成为像素在偏转方向上的空间频率的定数倍，因此能防止发生波纹，从而能实现高画质的液晶显示装置。

并且，优选为，所述液晶显示装置还具备检测部和控制部，所述检测部检测对所述液晶面板进行观察的观察者的右眼以及左眼的位置，所述控制部根据由所述检测部检测出的右眼以及左眼的位置，来控制所述光偏转器对光的偏转角度。所述控制部按时序切换所述光偏转器对光的偏转角度，以使得从所述液晶面板射出的光按时序交替聚集于由所述检测部检测出的右眼以及左眼的位置。

通过采用所述结构，能够实现作为3D显示器的液晶显示装置。

如上所述，在本发明的光偏转器中，能增大光的偏转角度，并能降低因发生衍射光而造成的光量损失。另外，在本发明的液晶显示装置中，通过使用所述光偏转器，能扩大视角，并能提高光的利用效率。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式1的光偏转器的截面图。

图2是表示本发明的实施方式2的光偏转器的截面图。

图3是表示本发明的实施方式3的光偏转器的截面图。

图4是表示本发明的实施方式4的液晶显示装置的图。

图5A是表示从图4的液晶显示装置中提取的光源、光偏转器以及液晶面板的图。

图5B是扩大表示图5A中被单点虚线所包围的区域S的图。

图6是表示构成液晶面板的多个像素的配置的图。

图7A是表示现有的光偏转器的截面图。

图7B是沿着图7A中的A-A线切断光偏转器时的截面图。

图8是表示排列配置多个光偏转元件的现有的光偏转器的截面图。

具体实施方式

以下，参照附图来说明本发明的实施方式。在以下的说明中，对于相同的结构要素赋予相同的符号，有时省略其说明。另外，以下将说明的实施方式均表示本发明所优选的一具体例。以下实施方式中出现的数值、形状、材料、结构要素以及结构要素的配置位置等也表示一个例子，并不意味本发明限定于此。本发明只限定于权利要求项的范围。因此，关于以下实施方式的结构要素中的未被记载于表示本发明最上位概念的独立权利要求项中的结构要素，不是为了达成本发明的目的所必需的，而是作为能构成最优选的结构的结构要素进行说明。另外，为了便于理解，附图中以各结构要素为主体进行示意性表示。

（实施方式1）

图1是表示本发明的实施方式1的光偏转器10的截面图。图中表示的光偏转器10由多个（在本实施方式中是3个）液晶偏转元件101a、101b、101c在光的偏转方向（图1中的左右方向）上排列配置而成。这些液晶偏转元件101a、101b、101c各自由光偏转元件构成。

各液晶偏转元件101a、101b、101c包括截面为三角形的液晶102a、102b、102c以及具有相对于液晶102a、102b、102c的形状互补的形状的电介质103a、103b、103c。电介质103a、103b、103c被配置在液晶102a、102b、102c的斜面侧。由此，各液晶偏转元件101a、101b、101c在整体上被构成为矩形的截面。电介质103a、103b、103c例如可由塑料等的高分子树脂等或者玻璃等构成。另外，在本实施方式中，电介质103a、103b、103c是被一体化成形的结构。

在本实施方式的光偏转器10中，在光的偏转方向上的液晶偏转元件101的大小Wa、液晶偏转元件101b的大小Wb以及液晶偏转元件101c的大小Wc被设定成互不相同的大小。例如，液晶偏转元件101a的大小Wa为100μm，液晶偏转元件101b的大小Wb为80μm，液晶偏转元件101c的大小Wc为120μm。另外，液晶102a的斜面的倾斜角度θa、液晶102b的斜面的倾斜角度θb以及液晶102c的斜面的倾斜角度θc被设定成相同的值。

另外，还设有用于向液晶偏转元件101a、101b、101c的各液晶102a、102b、102c施加电压的成对的电极（未图示）。成对的电极夹着各液晶偏转元件101a、101b、101c相对而配置。通过控制在成对的电极之间施加的电压，能够以规定的调制幅度来调制各液晶102a、102b、102c的折射率NL。例如，在成对的电极之间施加第一电压时，各液晶102a、102b、102c的折射率NL将变得比电介质103a、103b、103c的折射率ND高。在成对的电极之间施加与所述第一电压不同的第二电压时，各液晶102a、102b、102c的折射率NL将变得比各电介质103a、103b、103c的折射率ND低。在成对的电极之间不施加电压的状态下，各液晶102a、102b、102c的折射率NL将成为与各电介质103a、103b、103c的折射率ND相同的值。

另外，在各液晶偏转元件101a、101b、101c的光射出侧分别配置有角度放大透镜104。在本实施方式中，角度放大透镜104由凹透镜105和凸透镜106组合而成。从靠近各液晶偏转元件101a、101b、101c的光射出侧开始，依次配置有凸透镜106以及凹透镜105。通过这样配置角度放大透镜104，来放大从各液晶偏转元件101a、101b、101c射出的光的偏转角度。

其次，说明本实施方式的光偏转器10的光偏转方法。在光偏转器10的光射入侧配置有光源（未图示）。如图1中的箭头107所示，来自光源的光由各液晶102a、102b、102c的射入端面（图1中的下侧的面）射入。

在成对的电极之间未施加电压的情况下，各液晶102a、102b、102c的折射率NL将成为与各电介质103a、103b、103c的折射率ND相同的值。因此，从各液晶102a、102b、102c的射入端面射入的光不会在各液晶102a、102b、102c与各电介质103a、103b、103c的界面上折射，而是像图1中的箭头107s所示的那样直线前进。在此，光的偏转角度是指光相对于垂直方向（图1中的上下方向）被偏转的角度。在此情况下，光的偏转角度为0°。从液晶偏转元件101a、101b、101c射出的光透射角度放大透镜104的凸透镜106以及凹透镜105之后直线前进，如图1中的箭头108s所示，从角度放大透镜104射出。

在成对的电极之间例如施加了所述第一电压的情况下，各液晶102a、102b、102c的折射率NL将变得比各电介质103a、103b、103c的折射率ND高，因此，光11如图1中的箭头107h所示，在各液晶102a、102b、102c与各电介质103a、103b、103c的界面被折射。在此情况下，光的偏转角度是α₁。被液晶偏转元件101a、101b、101c偏转并射出的光透射角度放大透镜104之后，如图1中的箭头108h所示，从角度放大透镜104射出。光的偏转角度被角度放大透镜104的凸透镜106以及凹透镜105进行放大。因此，从角度放大透镜104射出的光的偏转角度β₁将变得比从液晶偏转元件101a、101b、101c射出的光的偏转角度α₁大。

另外，在成对的电极之间例如施加所述第二电压的情况下，各液晶102a、102b、102c的折射率NL将变得比各电介质103a、103b、103c的折射率ND低，因此，光11如图1中的箭头107m所示，在各液晶102a、102b、102c与各电介质103a、103b、103c的界面被折射。在此情况下，光的偏转角度是α₂。与以上说明的同样，被液晶偏转元件101a、101b、101c偏转并射出的光透射角度放大透镜104之后，如图1中的箭头108m所示，从角度放大透镜104射出。被液晶偏转元件101a、101b、101c偏转并射出的光的偏转角度α₂被角度放大透镜104放大。由此，从角度放大透镜104射出的光的偏转角度β₂将变得比从液晶偏转元件101a、101b、101c射出的光的偏转角度α₂大。

如上所述，在本实施方式的光偏转器10中，在至少一组相邻的成对的液晶偏转元件101a、101b（或者101b、101c）中，在光的偏转方向上的液晶偏转元件的大小Wa、Wb（或者Wb、Wc）不同。由此，多个液晶偏转元件101a、101b、101c的配置结构成为非周期结构，所述式1所示的规定的条件不能成立，从而能够降低衍射光的发生。

另外，在本实施方式中，在光的偏转方向上排列配置了3个液晶偏转元件101a、101b、103c，但并不限定于此。例如，也可以在光的偏转方向上排列配置2个液晶偏转元件或者4个以上的液晶偏转元件。或者，也可以在规定的偏转方向（图1中的左右方向）以及相对于所述规定的偏转方向正交的方向（图1中的相对于图面垂直的方向）上，以矩阵状配置多个液晶偏转元件。

另外，在本实施方式中，作为构成光偏转器10的光偏转元件，使用通过折射来使光偏转的液晶偏转元件101a、101b、101c进行了说明，但并不限定于此，也能够使用以折射之外的方法来偏转光的其他光偏转元件。

另外，在本实施方式中，说明了通过组合凸透镜106以及凹透镜105来构成角度放大透镜104的结构，但并不限定于此，也能够组合其他种类的透镜单体或者其他种类的透镜来构成。

（实施方式2）

图2是表示本发明的实施方式2的光偏转器20的截面图。图中表示的光偏转器20由实施方式1的多个液晶偏转元件101a、101b、103c，在从光的射入侧朝向光的射出侧的方向（图2中的从下侧朝向上侧的方向）上层叠为多层（在本实施方式中是2层）而构成。在上层的各液晶偏转元件101a、101b、101c的光射出侧分别配置有角度放大透镜104。并且，还设有用于对上层以及下层的液晶偏转元件101a、101b、101c的各液晶102a、102b、102c施加电压的成对的电极（未图示）。成对的电极夹着上层以及下层的液晶偏转元件101a、101b、101c，以相对的方式被配置。

以下，说明本实施方式的光偏转器20的光偏转方法。如图2中的箭头201所示，来自光源（未图示）的光由下层的各液晶102a、102b、102c的射入端面射入。

在成对的电极之间未施加电压的情况下，在上层以及下层的液晶偏转元件101a、101b、101c中，各液晶102a、102b、102c的折射率NL与各电介质103a、103b、103c的折射率ND成为相同的值。由此，如图2中的箭头201s所示，光在下层的各液晶偏转元件101a、101b、101c中直线前进，然后，如图2中的箭头202s所示，在上层的各液晶偏转元件101a、101b、101c中直线前进。在此情况下，光的偏转角度是0°。从上层的液晶偏转元件101a、101b、101c射出的光，透射角度放大透镜104之后继续直线前进，如图2中的箭头203s所示，从角度放大透镜104射出。

在成对的电极之间例如施加所述第一电压的情况下，在上层以及下层的液晶偏转元件101a、101b、101c中，各液晶102a、102b、102c的折射率NL将变得比各电介质103a、103b、103c的折射率ND高。由此，由下层的各液晶102a、102b、102c的射入端面射入的光，如图2中的箭头201h所示，在各液晶102a、102b、102c与电介质103a、103b、103c的界面被折射。在此情况下，光的偏转角度是α₁。被下层的液晶偏转元件101a、101b、101c偏转并射出的光，由上层的液晶偏转元件101a、101b、101c的各液晶102a、102b、102c的射入端面射入。该射入的光如图2中的箭头202h所示，在各液晶102a、102b、102c与各电介质103a、103b、103c的界面被折射。在此情况下，光的偏转角度是2α₁。此时，从上层的液晶偏转元件101a、101b、101c射出的光的偏转角度2α₁将变得比从下层的液晶偏转元件101a、101b、101c射出的光的偏转角度α₁大（大致为2倍）。从上层的液晶偏转元件101a、101b、101c射出的光透射角度放大透镜104之后，从角度放大透镜104射出。此时，光的偏转角度被角度放大透镜104的凸透镜106以及凹透镜105放大。由此，从角度放大透镜104射出的光的偏转角度β₁'将变得比从上层的液晶偏转元件101a、101b、101c射出的光的偏转角度2α₁还大。

另外，在成对的电极之间例如施加所述第二电压的情况下，在上层以及下层的液晶偏转元件101a、101b、101c中，各液晶102a、102b、102c的折射率NL将变得比各电介质103a、103b、103c的折射率ND低。由此，由下层的各液晶102a、102b、102c的射入端面射入的光如图2中的箭头201m所示，在各液晶102a、102b、102c与各电介质103a、103b、103c的界面被折射。在此情况下，光的偏转角度是α₂。从下层的液晶偏转元件101a、101b、101c射出的光，从上层的各液晶102a、102b、102c的射入端面射入。该射入的光如图2中的箭头202m所示，在各液晶102a、102b、102c与各电介质103a、103b、103c的界面被折射。在此情况下，光的偏转角度是2α₂。此时，从上层的液晶偏转元件101a、101b、101c射出的光的偏转角度2α₂将变得比从下层的液晶偏转元件101a、101b、101c射出的光的偏转角度α₂大（大致为2倍）。从上层的液晶偏转元件101a、101b、101c射出的光透射角度放大透镜104之后，从角度放大透镜104射出。此时，光的偏转角度被角度放大透镜104的凸透镜106以及凹透镜105进行放大。由此，从角度放大透镜104射出的光的偏转角度β₂'将变得比从上层的液晶偏转元件101a、101b、101c射出的光的偏转角度2α₂还大。

因此，在本实施方式的光偏转器20中，通过将多个液晶偏转元件101a、101b、103c层叠为多层，能够使从光偏转器20射出的光的偏转角度变得更大。

另外，在本实施方式中，说明了将多个液晶偏转元件101a、101b、103c层叠为2层的结构，此外也能层叠为3层或4层以上。随着多个液晶偏转元件101a、101b、101c的层叠数的增大，从光偏转器20射出的光的偏转角度被进一步放大。

（实施方式3）

图3是表示本发明的实施方式3的光偏转器30的截面图。图中表示的光偏转器30由在光的偏转方向上（图3中的左右方向）排列配置的多个（在本实施方式中是3个）液晶偏转元件301a、301b、301c构成。各液晶偏转元件301a、301b、301c由截面为矩形的液晶302a、302b、302c构成。在光的偏转方向上的各液晶偏转元件301a、301b、301c的大小D被构成为大致相同的大小。

另外，在多个液晶偏转元件301a、301b、301c的射入端面上配置有光量限制部303。光量限制部303由衍射栅构成，在光量限制部303上，以与多个液晶偏转元件301a、301b、301c相对应的方式设有多个开口限制部304a、304b、304c。在光的偏转方向上的开口限制部304a、304b、304c的大小D'被构成为，比在光的偏转方向上的液晶偏转元件301a、301b、301c的大小D小。

另外，还设有用于对各液晶302a、302b、302c施加电压的成对的电极（未图示）。成对的电极夹着多个液晶偏转元件301a、301b、301c以相对的方式被配置。

以下说明本实施方式的光偏转器30的光偏转方法。从各液晶偏转元件301a、301b、301c的射入端面（图3中的下侧的面）射入的光，在被光量限制部303的各开口限制部304a、304b、304c折射的同时在各液晶302a、302b、302c内传播。在此，在光的偏转方向上的各液晶偏转元件301a、301b、301c的大小均为D时，因衍射，光沿着满足下述式2的角度的指向前进。

$D\×\sin \mathrm{\φ}=n\×\frac{\mathrm{\λ}}{\mathrm{NL}}$ (式2)

在式2中，n为整数，λ是光的波长，NL是液晶302a、302b、302c的折射率。

在式2中，例如在n=1、λ=450nm、D=1μm的情况下，光向角度的方向射出。因此，在本实施方式的光偏转器30中，能够以较大的偏转角度使光偏转。另外，通过在成对的电极之间施加电压来调制各液晶302a、302b、302c的折射率NL，从而能调制光的偏转角度。

在本实施方式中，说明了各液晶302a、302b、302c的截面为矩形的结构，此外各液晶302a、302b、302c也可以构成棱镜形状。由此，能够增强在规定方向上的衍射光的强度。

在光的偏转方向上的开口限制部304a、304b、304c的大小D'优选为50μm以下。关于其理由，说明如下。在由下述式3所限定的角度范围内，以满足所述式2的角度的指向上产生衍射光。

(式3)

在通过周期性棱镜阵列进行衍射而使光偏转的情况下，由液晶和电介质构成的棱镜在制造上可达到的纵横比（棱镜的横方向大小∶棱镜的纵方向大小）为10:1左右。由于液晶的折射率和电介质的折射率的最大差为0.1左右，因此折射角最大可达到0.6°左右。若想以更大角度进行衍射来使光偏转，在波长为532nm的光（绿色光）的情况下，根据式3，开口幅度（即，各液晶偏转元件301a、301b、301c的射入光的开口部在光偏转方向上的大小）大致成为50μm以下。因此，通过使在光的偏转方向上的开口限制部304a、304b、304c的大小D'成为50μm以下，从而能够以比最大可能的折射角还大的角度来进行衍射，而使光偏转。

另外，在本实施方式中，与实施方式1以及2同样，也能够在各液晶偏转元件301a、301b、301c的光射出侧配置角度放大透镜。由此，能够对从各液晶偏转元件301a、301b、301c射出的光的偏转角度进行放大。

另外，在本实施方式中，与实施方式2同样，也可以在从光射入侧朝向光射出侧的方向上，将多个液晶偏转元件301a、301b、301c层叠为多层。

另外，本实施方式中说明了设置光量限制部303的结构，但也能够省略该光量限制部303。即使在这种结构的情况下，由于在光的偏转方向上的各液晶偏转元件301a、301b、301c的大小D大致相同，因此能够在各液晶偏转元件301a、301b、301c中获得光衍射效果。

（实施方式4）

图4是表示实施方式4的液晶显示装置40的图。图中表示的液晶显示装置40具备矩形的框（未图示），在该框中收容有光源401、光偏转器402、液晶面板403、右侧照相机404a、左侧照相机404b以及控制部405。本实施方式的液晶显示装置40例如由平板型的3D显示面板构成。

光偏转器402使射入的光偏转向规定的偏转方向（图4中的左右方向），并能调制光的偏转角度。作为光偏转器402例如能够使用实施方式1的光偏转器10、实施方式2的光偏转器20或者实施方式3的光偏转器30。光偏转器402为板状，构成光偏转器402的多个光偏转元件406（参照图5A）被配置成矩阵状。

光源401由面状光源构成，与光偏转器402的射入端面相对而配置。从光源401发出的光射入光偏转器402的射入端面。

液晶面板403与光偏转器402的射出端面相对而配置。在液晶面板403的显示区域中，多个像素407（参照图5A）被配置成矩阵状。

右侧照相机404a检测对液晶显示装置40进行观察的观察者408的右眼409a的位置。左侧照相机404b检测对液晶显示装置40进行观察的观察者408的左眼409b的位置。这些右侧照相机404a以及左侧照相机404b构成检测部。

控制部405根据来自右侧照相机404a的右眼位置检测信号以及来自左侧照相机的左眼位置检测信号，通过对施加在构成光偏转器402的各光偏转元件406的液晶（未图示）的电压进行控制，来调制液晶的折射率。

以下，参照图5A以及图5B，对构成液晶面板403的像素407和构成光偏转器402的光偏转元件406的配置关系进行说明。图5A是表示从图4中提取的光源401、光偏转器402以及液晶面板403的图。图5B是扩大表示图5A中被单点虚线所包围的区域S的图。

如图5B所示，在光的偏转方向（图5A以及图5B中的左右方向）上的构成液晶面板403的像素407的大小Wp比在光的偏转方向上的光偏转元件406的大小Wh大。因此，从光偏转元件406射出的光可射入所有的像素407，从而能够不留余角地照明所有的像素407。

另外，优选为，在光的偏转方向上的像素407的大小Wp是在光的偏转方向上的光偏转元件406的大小Wh的整数倍。由此，能够降低射入相邻的成对的像素407的边界部的光被吸收而造成的损失，从而能够提高光的利用效率。并且，光偏转元件406的偏转方向的空间频率成为像素407的偏转方向的空间频率的定数倍，因此能够防止发生波纹，实现高画质的液晶显示装置40。

以下，参照图6说明构成液晶面板403的多个像素407的配置。图6是表示构成液晶面板403的多个像素407的配置的图。在本实施方式中，像素407由3个子像素构成，即，由红色子像素407r、绿色子像素407g以及蓝色像素407b构成。在各像素407中，红色子像素407r、绿色子像素407g以及蓝色子像素407b沿着相对于光的偏转方向（图6中的左右方向）正交的方向被排列。通过进行这种排列，在像素407内，无论光以任何偏转角度被偏转，都会有三分之一的等量光分别射入红色子像素407r、绿色子像素407g以及蓝色子像素407b。由此，能够实现没有色斑的高画质的液晶显示装置40。

以下，参照图4说明本实施方式的液晶显示装置40的动作结构。右侧照相机404a以及左侧照相机404b分别检测对液晶显示装置40进行观察的观察者408的右眼409a以及左眼409b的位置。来自右侧照相机404a的右眼位置检测信号以及来自左侧照相机404b的左眼位置检测信号分别被发送给控制部405。控制部405根据来自右侧照相机404a的右眼位置检测信号以及来自左侧照相机404b的左眼位置检测信号，对施加在构成光偏转器402的各光偏转元件406的液晶的电压进行控制，从而对各光偏转元件406的液晶的折射率进行调制。

光源401开始亮灯之后，从光源401发出的光，透射光偏转器402以及液晶面板403，朝向液晶显示装置40的外部射出。此时，从光偏转器402射出的光对液晶面板403进行照明，从而在液晶面板403上形成图像。

在从光源401开始亮灯到经过规定时间为止的期间，控制部405对各光偏转元件406的液晶的折射率进行调制。由此，从光源401发出的光被光偏转器402偏转向图4中的箭头410a所示的方向，被聚集在观察者408右眼409a的位置。在光通过所述方式被偏转向右眼409a的定时，液晶面板403上显示右眼用的图像。

在经过了所述规定的时间之后，控制部405对各光偏转元件406的液晶的折射率进行调制。由此，从光源401发出的光被光偏转器402偏转向图4中的箭头410b所示的方向，并被聚集在观察者408的左眼409b的位置。在光通过所述方式被偏转向左眼409b的定时，液晶面板403上显示左眼用的图像。

如上所述，控制部405按时序切换光偏转器402对光的偏转角度。由此，从光源401发出的光被光偏转器402偏转，按时序交替聚集于观察者408的右眼409a的位置以及左眼409b的位置。在光被偏转向右眼409a的定时，液晶面板403显示右眼用的图像，在光被偏转向左眼409b的定时，液晶面板403显示左眼用的图像，从而观察者408能够观察到3D图象。

另外，作为光偏转器402使用实施方式1～3中的任一个光偏转器时，例如能采用如下结构。光源401按时序依次反复照射出红色激光（波长640nm）、绿色激光（波长532nm）以及蓝色激光（450nm）。在照射各色激光时，通过调制构成各液晶偏转元件的液晶的折射率，能够使各色激光的偏转角度成为相同角度。由此，能以相同方向按时序依次照射出各色激光，从而能够照射出没有色偏的均匀的白光。

另外，在本实施方式中，说明了观察者为一人的情况，此外，即使在观察者为数人的情况下，也能够使液晶显示装置发挥3D显示器的功能。在此情况下，对于检测出的多个观察者各自的右眼以及左眼，通过偏转光而进行聚光，并按各自的定时在液晶面板403上显示适当的图像。

另外，在液晶面板403上显示的右眼用图像和左眼用图像是相同图像的情况下，观察者408会观察到作为2D图像的图像，但观察者408以外的人则无法观察到液晶面板403上显示的图像。因此，液晶显示装置40发挥作为保密性显示器的功能。

另外，光源401可例如由多个白色LED等以面状配置而成，或者由多个红色LED、蓝色LED以及绿色LED以面状配置而成。或者，光源401可由被配置在导光板的侧面的发光二极管、CCFL（ColdCathodeFluorescentLamp：冷阴极荧光灯）或者激光器等构成。

另外，在本实施方式的液晶显示装置40中，在光偏转器402和液晶面板403之间，能够配置实施方式1的角度放大透镜104。由此，即使在液晶面板403和观察者408的距离较短的情况下，也能使光偏转，从而能够扩大3D显示板以及保密性显示板等的观察范围（视角）。

另外，在本实施方式中，说明了利用2个照相机404a、404b来检测观察者408的右眼409a的位置以及左眼409b的位置的情况，此外也能够通过其他方式来检测右眼409a的位置以及左眼409b的位置。例如，能够通过2个照相机404a、404b拍摄观察者408的两个眼睛409a、409b，然后根据照相机404a、404b所拍摄到的图像的差来检测两个眼睛409a、409b的位置。

以上，说明了本发明的实施方式1～4，但所述实施方式1～4中表示的结构均表示一个例子，当然能够在不脱离本发明的宗旨的范围内进行各种变形。并且，还可以对所述实施方式1～4进行组合，或者对变形发明进行组合来利用。

本发明的光偏转器能够应用于，光偏转角度大且能够降低因发生衍射光而造成的光量损失的光偏转器。另外，采用本发明的光偏转器的液晶显示装置能够应用于平板型3D显示板、设置型的3D显示板或者保密性显示板等。

符号说明

10、20、30、50、60、402光偏转器

40液晶显示装置

101a、101b、101c、301a、301b、301c、501、501a、501b、501c液晶偏转元件

102a、102b、102c、302a、302b、302c、503、503a、503b、503c液晶

103a、103b、103c、504、504a、504b、504c电介质

104角度放大透镜

105凹透镜

106凸透镜

303光量限制部

304a、304b、304c开口限制部

401光源

403液晶面板

404a右侧照相机

404b左侧照相机

405控制部

406光偏转元件

407像素

407r红色子像素

407g绿色子像素

407b蓝色子像素

408观察者

409a右眼

409b左眼

502a、502b、502c电极

Claims (11)

1.一种光偏转器，使光偏转向规定的偏转方向，并能调制光的偏转角度，

该光偏转器具备按所述规定的偏转方向排列配置的多个光偏转元件，

在至少一组相邻的成对的光偏转元件中，一方的光偏转元件在所述规定的偏转方向上的大小与另一方的光偏转元件在所述规定的偏转方向上的大小不同。

2.如权利要求1所述的光偏转器，

还具备被设置在所述多个光偏转元件的光射出侧的角度放大透镜，

由所述多个光偏转元件射出的光的偏转角度被所述角度放大透镜进行放大。

3.如权利要求1所述的光偏转器,

所述多个光偏转元件按从光的射入侧朝向光的射出侧的方向被层叠为多层。

4.如权利要求1所述的光偏转器，

所述多个光偏转元件各自为液晶偏转元件，

通过向所述多个液晶偏转元件分别施加电压来调制所述多个液晶偏转元件各自的折射率，从而使射入所述多个液晶偏转元件的每一个液晶偏转元件的光因折射而被偏转。

5.一种液晶显示装置，其具备：

如权利要求1至4中的任一项所述的光偏转器；

被设置在所述光偏转器的光射入侧的光源；以及

被设在所述光偏转器的光射出侧的液晶面板，

由所述光源发出的光射入所述光偏转器并被所述光偏转器偏转之后，由所述光偏转器射出并射入所述液晶面板。

6.如权利要求5所述的液晶显示装置，

所述光源被构成为，按顺序发出波长不同的多个颜色的光，

由所述光源发出的所述波长不同的多个颜色的光按顺序射入所述光偏转器时，根据所射入的光的波长来调制多个光偏转元件各自的折射率或者多个液晶偏转元件各自的折射率，以使所述波长不同的多个颜色的光的偏转角度成为相同角度。

7.一种液晶显示装置，其具备：

如权利要求1至4中的任一项所述的光偏转器，使光偏转向规定的偏转方向；

光源，被设置在所述光偏转器的光射入侧，朝向所述光偏转器发出光；以及

液晶面板，被设置在所述光偏转器的光射出侧，由所述光偏转器偏转的光射入该液晶面板，

所述液晶面板具有按规定方向排列配置的多个像素，所述多个像素各自由多个子像素构成，所述多个子像素的排列方向与所述规定的偏转方向正交。

8.一种液晶显示装置，其具备：

如权利要求1至4中的任一项所述的光偏转器，使光偏转向规定的偏转方向；

光源，被设置在所述光偏转器的光射入侧，朝向所述光偏转器发出光；以及

液晶面板，被设置在所述光偏转器的光射出侧，由所述光偏转器偏转的光射入该液晶面板，

所述光偏转器具有按所述规定的偏转方向排列配置的多个光偏转元件，所述液晶面板具有按所述规定的偏转方向排列配置的多个像素，所述多个像素各自在所述规定的偏转方向上的大小比所述多个光偏转元件各自在所述规定的偏转方向上的大小大。

9.如权利要求8所述的液晶显示装置，

所述多个像素各自在所述规定的偏转方向上的大小是所述多个光偏转元件各自在所述规定的偏转方向上的大小的整数倍。

10.如权利要求5所述的液晶显示装置，

所述液晶显示装置还具备检测部和控制部，所述检测部检测对所述液晶面板进行观察的观察者的右眼以及左眼的位置，所述控制部根据由所述检测部检测出的右眼以及左眼的位置，来控制所述光偏转器对光的偏转角度，

所述控制部按时序切换所述光偏转器对光的偏转角度，以使得从所述液晶面板射出的光按时序交替聚集于由所述检测部检测出的右眼以及左眼的位置。

11.如权利要求7所述的液晶显示装置，

所述液晶显示装置还具备检测部和控制部，所述检测部检测对所述液晶面板进行观察的观察者的右眼以及左眼的位置，所述控制部根据由所述检测部检测出的右眼以及左眼的位置，来控制所述光偏转器对光的偏转角度，

所述控制部按时序切换所述光偏转器对光的偏转角度，以使得从所述液晶面板射出的光按时序交替聚集于由所述检测部检测出的右眼以及左眼的位置。