CN102854627A - 显示装置和可变透镜阵列 - Google Patents

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Abstract

一种显示装置，包括：显示单元，显示二维图像，以及可变透镜阵列，面对显示单元布置，其中可变透镜阵列包括：可变相位差层，接收在第一方向偏振的入射线性偏振光，并且允许在同样方向偏振的线性偏振光射出，或者允许在从第一方向切换的并且与第一方向不同的第二方向偏振的线性偏振光射出，以及光学各向异性层，接收从可变相位差层射出的光，并且对于在第一方向偏振的光和在第二方向偏振的光中的一个用作透镜阵列，而对于另一光用作透明层。

Description

显示装置和可变透镜阵列
技术领域
本公开涉及一种可变透镜阵列。本公开还涉及包括该可变透镜阵列的显示装置。
背景技术
已经存在各种已知显示装置，能够显示多个视点的图像，例如，显示具有视差的图像用于立体视觉。在面向商业化开发中的该类型显示装置的例子是柱状透镜(lenticular lens)或任何其它类似透镜阵列和显示二维图像的显示单元的组合。
图16A和16B是示出如下显示装置的操作的概念图，该显示装置具有在显示单元和图像观察者之间布置的透镜列(column)所构成的透镜阵列。
如图16A所示，从标注参考标记R1、R3、R5、R7和R9的一组像素发出的一组光线到达视点2。类似地，从一组标注参考标记L2、L4、L6、L8和L10的像素发出的一组光线到达视点1，如图16B所示。在离开显示装置预定距离的多个位置中，在视点1处的图像和视点2处的图像因此被独立地观看到。
当图像观察者的左右眼分别位于视点1和2处，并且标注参考标记L2、L4、L6、L8和L10的一组像素和标注参考标记R1、R3、R5、R7和R9的一组像素分别显示左眼图像和右眼图像时，图像观察者立体地识别图像。
另一方面，对于能够显示多个视点的图像(例如，显示立体图像)的这样一种显示装置，最好也能够必要时容易地显示常规图像(二维图像)。换句话说，这种类型的显示装置期望被配置为能够在显示立体图像或其他类似的图像的模式和显示常规图像的模式之间切换。当透镜阵列的透镜列具有可变的折射率(refracting power)时，显示立体图像或其他类似的图像的模式可以被切换到显示常规图像的模式，反之亦然。
例如，JP-A-7-72445提出一种能够改变每个透镜列的折射率的可变透镜阵列，如JP-A-7-72445中的图2所示。在JP-A-7-72445中描述的该可变透镜阵列具有这样的结构，其中液晶层被布置在一对透明基板之间，每个基板具有透明电极。在具有上述结构的可变透镜阵列中，每个透镜阵列由液晶材料制成的梯度折射率透镜(gradient index lens)(下文在某些情况下简单地被称之为GRIN透镜)组成，并且透镜阵列的折射能力可以通过改变一对基板之间的电压而变化。
发明内容
在JP-A-7-72445中的图2所示的形成光学透镜的可变透镜阵列中，液晶层需要比典型的液晶显示面板中的液晶层厚得多，导致液晶层响应速度慢，因此在显示立体图像或其他类似的图像的模式和显示常规图像的模式之间切换显示模式需要很长时间。
因此希望提供一种可变透镜阵列，能够缩短在显示立体图像或其他类似的图像的模式和显示常规图像的模式之间切换显示模式所需的时间。也希望提供一种包括该可变透镜阵列的显示装置。
本公开的一实施例针对一种显示装置，包括：
显示单元，显示二维图像，以及
可变透镜阵列，面对显示单元布置，
其中可变透镜阵列包括：
可变相位差层，接收在第一方向偏振的线性偏振光，并且允许在同样方向偏振的线性偏振光射出，或者允许从该第一方向切换的并且与第一方向不同的第二方向偏振的线性偏振光射出，以及
光学各向异性层，接收从可变相位差层射出的光，并且对于在第一方向偏振的光和在第二方向偏振的光中的一个用作透镜阵列，而对于其他光用作透明层。
本公开的另一个实施例针对一种可变透镜阵列，包括
可变相位差层，用于接收在第一方向偏振的入射线性偏振光，并且允许在相同方向偏振的线性偏振光射出，或者允许在从第一方向切换的并且与第一方向不同的第二方向偏振的偏振光射出，以及
光学各向异性层，接收从可变相位差层射出的光，并且对于在第一方向偏振的光和在第二方向偏振的光中的一个用作透镜阵列，而对于其他光用作透明层。
按照本公开的实施例的可变透镜阵列或形成按照本公开的实施例的显示装置的可变透镜阵列包括上述可变相位差层和光学各向异性层。因为可变透镜阵列能够在短时间内切换穿过其的光的偏振方向，因此显示模式能够在短时间内在显示立体图像或其他类似的图像的模式与显示常规图像的模式之间切换。
附图说明
图1是按照第一实施例的显示装置的图解性分解型透视图；
图2是可变透镜阵列的正面的图解性平面视图；
图3是沿如图2所示的线A-A截取的截面视图；
图4A至4C是有关第一基板和其他元件的图解性部分截面视图，并且描述了一种制造可变透镜阵列的方法；
图5A和5B是有关第一基板和其他元件的图解性部分截面视图，并且描述在如图4C所示的处理之后的制造可变透镜阵列的方法；
图6A和6B是有关第一基板和其他元件的图解性部分截面视图，并且描述在如图5B所示的处理之后的制造可变透镜阵列的方法；
图7是显示立体图像或其他类似图像的可变透镜阵列的部分和显示单元的部分的图解性截面视图；
图8是显示单元的部分和可变透镜阵列的部分的图解性透视图；
图9是显示常规图像的可变透镜阵列的部分和显示单元的部分的图解性截面视图；
图10是显示单元的部分和可变透镜阵列的部分的图解性透视图；
图11是按照一变形例的可变透镜阵列的图解性截面视图；
图12是按照第二实施例的可变透镜阵列的部分的图解性截面视图；
图13A和13B是第一基板和其他元件的图解性部分截面视图，并且描述了一种制造可变透镜阵列的方法；
图14A和14B是第一基板和其他元件的图解性部分截面视图，并且描述如图13B所示的处理之后的制造可变透镜阵列的方法；
图15是第一基板和其他元件的图解性部分截面视图，并且描述在如图14B所示的处理之后的制造可变透镜阵列的方法；
图16A和16B是示出显示装置的操作的概念图，该显示装置具有在显示单元和图像观察者之间布置的由透镜列构成的透镜阵列。
具体实施方式
下面参照附图基于实施例描述本公开。本公开不限于所述实施例，并且在实施例中的各种数值和材料作为例子提供。在下面的描述中，同样元件或具有相同功能的元件具有相同的参考标记，并且对这些元件不进行多余描述。将按照下面的顺序进行描述。
1.按照本公开的实施例的显示装置和可变透镜阵列的总体描述
2.第一实施例
3.第二实施例(其他)
[按照本公开实施例的显示装置和可变透镜阵列的总体描述]
在按照本公开实施例的可变透镜阵列或用于本公开实施例的显示装置中的可变透镜阵列(这些可变透镜阵列随后有时被简单称之为按照本公开实施例的可变透镜阵列)中，光学各向异性层包含液晶化合物分子，并且该液晶化合物分子固定于如下取向状态，在该取向状态，液晶化合物分子的取向方向在光学各向异性层中周期性变化。
按照本公开实施例的上述优选配置的可变透镜阵列还包括取向膜，并且光学各向异性层可以形成为与该取向膜接触。在此情形中，取向膜经过(undergo)取向处理，在取向处理中，该取向膜被处理以能够周期性地改变取向方向，并且可以通过下述操作形成光学各向异性层：将包含液晶化合物分子的溶液涂敷在取向膜上，其中每个液晶化合物分子具有反应基；然后使得反应基起反应以便固定液晶化合物分子。可替代地，取向膜经过取向处理，在取向处理中，取向膜被处理以能够设置取向方向为固定方向，以及可以通过下述操作形成光学各向异性层：将包含液晶化合物分子的溶液涂敷在取向膜上，其中每个液晶化合物分子具有光反应基；然后，使得以确定间隔分开的预定区域中的液晶化合物分子的反应基起反应，以便固定所述预定区域中的液晶化合物分子；并且增加整个结构的温度，以使得在不同于所述预定区域的部分中的液晶化合物分子的反应基起反应，以便固定所述部分中的液晶化合物分子。
包含液晶化合物分子——每个液晶化合物分子具有光反应基(photo-reactive group)——的溶液的涂敷可以例如用旋涂(spin coating)、丝印(screen printing)或任何其他适合的已知方法来实施。
每个都具有反应基的液晶化合物分子例如可以由公知的棒状(calamitic)液晶分子组成。液晶化合物分子的固定，例如可以用被引入液晶分子中的可聚合基的聚合反应实施。在将包含液晶化合物分子——每个液晶化合物分子都具有反应基——的溶液涂敷在取向膜上然后反应基被允许起反应的配置中，液晶化合物分子的固定，例如可以用热聚合或光聚合工艺实施。按照可变透镜阵列的构造和用于制造可变透镜阵列的方法，可以从已知的反应基选择优选反应基以适当使用。
取向膜可以由有机化合物、无机化合物或任何其他适合的已知材料构成。取向处理例如可以是摩擦(rub)处理，其中有机化合物层的表面或任何其他适合层的表面用纸或纤维片摩擦，或者可以是光照射处理，其中表面用非偏振或偏振光照射。其中取向膜被处理以能够周期性地改变取向方向的取向处理可以是使用掩模的光照射处理。取向能力可以通过对由例如光敏有机化合物构成的取向膜的光照射而得到。
例如，当用非偏振光照射由结合有光化学反应基的有机化合物构成的膜(film)时，在以光行进的方向排列的分子中发生的光化学反应与其他分子中发生的光化学反应不同，引起分子取向上的各向异性。替代地，当用线性偏振光照射由结合有光化学反应基的有机化合物所构成的膜时，沿着偏振轴限制的选择性反应发生，引起分子取向上的各向异性。由于如上所述的事实，可以通过下述手段来控制由有机化合物构成的取向膜的取向特性：在用非偏振光照射该膜时，适合地设置照射方向；而在用线性偏振光照射膜时，适当地使用掩模或控制偏振方向的任何其他适合分量轴。液晶化合物分子例如可以是聚酯、聚酰胺、聚酰亚胺或任何其他适合的已知材料。
在具有按照本公开实施例的如上所述的各种优选配置的可变透镜阵列中，可变相位差层可以由液晶层构成，其取向状态能够由施加其上的电压控制。构成液晶层的材料和液晶层工作的模式不局限于特定的几种，而是只要穿过液晶层的光的偏振方向能够容易地切换即可。其中可变相位差层是在一对透明公共电极之间布置的扭曲向列型液晶层的配置的优势在于：不必划分控制液晶层的电极，因此，可变透镜阵列的配置可以简化。在此情形中，因为液晶层可以和一般的液晶显示面板一样薄，例如5[μm]，因此偏振方向能够在短时间内切换。而且，因为在对液晶层连续施加DC电压时液晶材料性能下降，所以可以顺次反转施加给液晶层的电压的极性，如同在一般的液晶显示面板那样。
具有按照本公开的实施例的如上所述的各种优选配置的可变透镜阵列还包括第一基板和第二基板，并且可变相位差层和光学各向异性层可以在第一基板和第二基板之间相继形成。
用在可变透镜阵列的基板，诸如第一和第二基板，可以由对光透明的材料构成。构成基板的材料例如可以是丙烯酸(类)树脂、聚碳酸树脂(polycarbonate resin)(PC)、ABS树脂、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、多芳基化合物树脂(PAR)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)树脂和玻璃。
每个透明公共电极可以由透光金属薄膜构成，或者可以由铟锡氧化物(ITO)、铟铅氧化物(IZO)、或任何其他适合的透明导体材料构成。公共电极可以通过使用真空蒸发、反应溅射法(sputtering)或其他的物理汽相淀积(physicalvapor deposition)(PVD)法、各种化学的汽相淀积(CVD)法或其他适合的已知方法形成。
用在按照本公开的实施例的显示装置中的显示单元，可以是液晶显示面板、电致发光显示面板、等离子显示面板或任何其他适合的已知显示面板。显示单元可以用单色或彩色显示信息。
在下面所述的实施例中，透射单色液晶显示面板用作显示单元。在该实施例的描述中，可变透镜阵列被布置在显示单元和图像观察者之间。
例如，液晶显示面板由包括透明公共电极的前端面板、包括透明公共电极的后端面板和布置在前端面板和后端面板之间的液晶材料形成。液晶显示面板不必以特定模式操作。液晶显示面板可以称之为TN模式或VA或IPS模式驱动。
在显示单元中的像素MxN的数量可以用(M,N)表示。(M,N)的具体值例如可以是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)和Q-XGA(2048,1536)，甚至(3840,2160)、(1920.1035)、(720,480)、(1280.960)，以及若干其他用于显示图像的分辨率类型，但是并不局限于此。
已知的照明器可以被用来照射透射显示单元的后侧。该照明器不必以特定方式配置。照明器可以由光源、棱镜片、散射片、光导板和其他已知的元件构成。
驱动显示单元的驱动电路和驱动可变透镜阵列的驱动电路可以由各种电路构成。每个电路可以用已知的电路部件和其他元件构成。
在本说明书中所示的各种条件可以是精确的或者是实质上满足即可。各种类型的设计或制造上的不均匀性是允许的。
[第一实施例]
按照本公开的第一实施例涉及显示装置和可变透镜阵列。
图1是按照第一实施例的显示装置的图解性分解型透视图。显示装置1包括显示二维图像的显示单元10和可变透镜阵列30，该可变透镜阵列30与显示单元10面对地布置，如图1所示。为了便于描述，假设显示单元10的显示区域11与X-Z平面平行，并且图像观察者在+y侧(观看区域侧)提供。
可变透镜阵列30放置为面对显示单元10的正面(图像观察者侧)并且由支撑部件(未显示)支撑，使得可变透镜阵列30与显示单元10之间以预定设计距离面对。液晶层和其他部件布置在可变透镜阵列30的第一基板130A和第二基板130B之间，如随后所述。参考标记138表示密封器(sealer)。随后将参照图2和3详细描述可变透镜阵列30。
用光照射显示单元10的照明器20被布置在显示单元10的后侧。照明器20由光源、棱镜片、光导板和其他部件(未显示)构成。
使光在X方向偏振的第一偏振器膜（未示出）贴到显示单元10的后表面，并且使光在Z方向偏振的第二偏振器膜(未显示)贴到显示单元10的前表面。从显示区域向可变透镜阵列30行进的光因此在Z方向偏振。
跨越显示单元10的显示区域11排列像素12，具体来说，M个像素12布置在水平方向(图1的X方向)，N个像素12布置在垂直方向(图1的Z方向)。沿着第m(m=1、2、…、M)列的像素12用像素12m表示。
在可变透镜阵列30中，P个在垂直方向延伸的透镜列31按照水平方向排列。第p(p=1,2，...,P)个透镜列31用透镜列31p表示。“P”与上述“M”的关系将随后描述。
为了便于描述，仅仅作为举例，下面的描述假设在观看显示的立体图像或任何其他类似图像中涉及的视点的数目是4，在中心观看区域WAc提供的视点A1，A2，....,A4。观看区域数和视点数可以按照显示装置1的设计适当地设置。例如，通过优选地设置显示单元10和透镜列31之间的位置关系，在中心观看区域WAc的左和右的区域WAL和区域WAR，也可以看到用于各视点的图像。
显示单元10通过驱动电路(未显示)驱动。具体来说，控制每个像素12中的液晶分子的取向方向，以便显示按照外部视频信号的二维图像。而且，可变透镜阵列30由另一个驱动电路(未显示)驱动，使得每个透镜列31的折射能力在用于显示立体图像的折射能力和用于显示常规图像的折射能力之间实质地切换。可变透镜阵列30的具体操作随后参照随后描述的图7至10进行详细描述。
下面将参照图2和3描述可变透镜阵列30的配置。
图2是可变透镜阵列的正面的图解性平面视图。在图2中，第一基板130A的部分被切掉，以显示在第一基板130A后面的部分。而且，在第一基板130A的部分被切掉的部分中，液晶层和其他部件为了便于显示被省略。图3是沿图2所示的线A-A截取的截面视图。图3还图解性地显示了对应于透镜列31的像素。同样的情况对于随后描述的图12、图16A和16B和其他附图也成立。
可变透镜阵列30包括可变相位差层135和光学各向异性层132，如图3所示。可变相位差层135接收在第一方向(图3的Z方向)偏振的入射线性偏振光，并且允许在同样方向偏振的线性偏振光射出，或允许在从第一方向切换并且与第一方向不同的第二方向(图3的X方向)偏振的线性偏振光射出，并且光学各向异性层132接收从可变透镜阵列135射出的光，并且对于在第一方向偏振的光和在第二方向偏振的光(在描述中，第二方向偏振的光)中的一个用作透镜阵列，而对于另一光(在描述中，第一方向偏振的光)用作透明层。
可变透镜阵列30还包括取向膜131。该取向膜131在第一基板130A的内表面(面向光学各向异性层132的表面)形成，并且如此形成使得光学各向异性层132与取向膜131接触。光学各向异性层132包含液晶化合物分子132A。液晶化合物分子132A固定于如下取向状态，其中液晶分子的取向方向随着在光学各向异性层132的位置而周期性地变化。为了指示液晶化合物分子132A的取向状态固定，取向状态固定的区域用右上方向的对角线用阴影画出。对于其他附图也如此。
现在将描述液晶化合物分子132A的取向。为便于描述，将X-Z平面作为参考平面，并且考虑相对于X轴的方位角，以及还考虑相对于Y轴的极角。
每个液晶化合物分子132A的分子轴(长轴)的方位角大约是0度。换言之，液晶化合物分子132A的分子轴取向基本上与X-Y平面平行。
另一方面，每个液晶化合物分子132A的分子轴的极角的绝对值在透镜列31的交界处大约为0度，在更靠近每个透镜列31的中心部分的位置增大，并且在透镜列31的中心部分变成大约90度。换句话说，透镜列31p中的液晶化合物分子132A例如在透镜列31p和图3所示的透镜列31p-1之间的边界处沿Y方向取向，以及随着液晶化合物分子132A接近透镜列31p的中心向图3中的右侧倾斜。类似地，透镜列31p中的液晶化合物分子132A例如在透镜列31p和图3所示的透镜列31p+1之间的边界处沿Y方向取向，以及随着液晶化合物分子132A接近透镜列31p的中心向图3中的左侧倾斜。在透镜列31p的中心处，在透镜列31p中的液晶化合物分子132A沿X方向取向。
取向膜131经过取向处理，其中取向膜被处理以能够周期性地改变取向方向。通过下述操作形成光学各向异性层132：将包含液晶化合物分子132A的溶液涂敷在取向膜131上，其中每个液晶化合物分子132A具有光反应基；然后使得反应基起反应以便固定液晶化合物分子132A。
取向膜131的取向处理将参照随后描述的图4A至4C至图10随后描述。
可变相位差层135由布置在透明公共电极133和137之间的、由正的向列型(nematic)液晶材料构成的扭曲向列型液晶层形成。可变相位差层135在某些场合被称作液晶层135。
一对公共电极133和137由ITO或任何其他适合的透明导体材料构成。公共电极之一，即公共电极133在光学各向异性层132的整个表面上形式，而公共电极的另一个，公共电极137，在第二基板130B的整个内表面(与液晶层135面对的表面)上形成。
由例如聚酰胺构成的取向层134和136在面对液晶层135的一对公共电极133和137的整个表面上形成。取向层136的内表面(面对液晶层135的表面)经过摩擦处理，其中在Z方向摩擦该内表面。类似地，取向层134的内表面(面对液晶层135的表面)经过摩擦处理，其中在X方向摩擦该内表面。
当在一对公共电极133和137之间没有电位差时，取向层134和136限定每个液晶分子135A的分子轴(长轴)的方向。在此状态，位于公共电极137所在侧的液晶分子135A的分子轴(也称作为“方向器（director）”)沿Z方向取向。分子轴的方向随着液晶分子135A接近公共电极133而逐渐变化，并且位于公共电极133所在侧的液晶分子135A沿X方向取向。液晶层135的厚度通过分隔器或任何其他的部件(未显示)维持在预定值。
如上所述，可变透镜阵列30包括第一基板130A和第二基板130B，并且在第一基板130A和第二基板130B之间相继形成可变相位差层135和光学各向异性层132。这对随后描述的其他实施例同样成立，
单个透镜列31基本上与4列的像素12相当。现在，参考标记LD表示在液晶列31之间的水平间隔，并且参考标记ND表示在像素12之间的水平间隔。满足下面的表达式：LD≈4×ND。例如，当像素间隔ND是0.3[mm]时，透镜列间隔LD约为1.2[mm]。而且，上述“P”和“M”之间的关系为P≈M/4。
下面参照图4A至4C、图5A和5B，和6A和6B描述用于制造可变透镜阵列30的方法。这些附图基本上与附图3所示的沿着线A-A截取的截面视图相同。在图6B中，为便于图示，省略了部分部件。在下面的描述中，假定经过利用非偏振光的光学取向处理的取向膜用这样的方式使得液晶化合物分子132A取向：液晶化合物分子132A的长轴与光照射方向对齐。
[步骤100]（参看图4A）
首先，利用已知方法在第一基板130A上形成例如由光敏聚酰亚胺材料构成的取向膜131。
[步骤110]（参看图4A和4C）
然后，使用具有狭缝(slit)形状的开口42的掩模40来执行取向膜131的光学取向。
掩模40具有在Z方向延伸的狭缝形状的开口42和在相邻开口42之间的挡光器41。掩模40可以由已知材料构成并通过利用已知方法形成。在X方向上在开口42之间的间隔与图3所示的透镜列31之间的间隔LD相同。在X方向上的每个开口42的宽度按照可变透镜阵列30的规范可以适当地设置为优选值。
放置掩模40使得其面对取向膜131，并且取向膜131的与透镜列31之间的边界对应的部分对应于各个开口42的中心。然后用从光源(未显示)发射并且在Y方向行进的非偏振光照射掩模40，取向膜131的对应于开口42的区域(用参考标记AL1标注)经过光取向(参看图4B)。
接着放置掩模40使得其面对取向膜131，并且取向膜131的与透镜列31的中心部分对应的部分对应于各个开口42的中心。然后用从光源(未显示)发射并且沿如图4C所示的向右方向和向下方向行进的非偏振光照射掩模40，位于区域AL1的左边的取向膜131的区域AL2经过光学取向。然后用从光源(未显示)发射并且沿如图4C所示的向左方向和向下方向行进的非偏振光照射掩模40，位于区域AL1的右边的取向膜131的区域AL3经过光学取向(参看图4C)。
[步骤120]（参看图5A）
然后，利用已知方法将包含每个均具有反应基的液晶化合物分子的溶液涂敷在取向膜131上。参考标记132'指示所涂敷的溶液层。取向膜131将在溶液层132′中的液晶化合物分子132A按预定方式取向。
[步骤130](参看图5B)
随后，例如利用紫外线照射得到的结构(resultant structure)的整个表面，使得反应基起反应以致液晶化合物分子132A被固定。光学各向异性层132因此形成。在本说明书中，将光学各向异性层132的厚度设置在例如大致从30至40[μm]的范围的值。这对于随后描述的其他实施例也同样成立。
[步骤140](参看图6A)
然后利用已知方法，在光学各向异性层132的整个表面上形成由例如ITO构成的公共电极之一，即公共电极133(此后在某些情形也称之为第一公共电极)。然后利用已知方法，在包括第一公共电极133的整个表面上形成由例如聚酰亚胺材料构成的取向层134，并且取向层134的表面经过摩擦处理，其中在X方向摩擦该表面。
[步骤150](参看图6B)
之后，利用已知方法，在第二基板130B的整个表面上形成由例如ITO构成的公共电极的另一个，即公共电极137(此后在某些情形也称之为第二公共电极)。然后，利用已知方法在包括第二公共电极137的整个表面上形成由例如聚酰亚胺材料构成的取向层136，并且取向层136的表面经过摩擦处理，其中在Z方向摩擦该表面。
已经经过上述步骤的第一基板130A和第二基板130B接着被如此放置，使得它们彼此面对，而液晶层135放置其间，并且基板的周围通过利用热硬化性的环氧基树脂材料或任何其他适合的密封材料密封。如此提供了可变透镜阵列30。
接着将参照图7至10描述可变透镜阵列30的操作。首先将描述可变透镜阵列30显示立体图像或其他类似图像的操作，接着描述可变透镜阵列30显示常规图像的操作。
图7是显示立体图像或其他类似图像的可变透镜阵列的部分和显示单元的部分的图解性截面视图。图8是显示单元的部分和可变透镜阵列的部分的图解性透视图。
当显示装置1在操作中时，将相同的电压(例如0(伏特))施加到第一公共电极133和第二公共电极137。因为在第一公共电极133和第二公共电极137之间不存在电位差，因此，液晶层135中的液晶分子135A如图7所示那样取向。
在第一方向(Z方向)偏振的线性偏振光从显示单元10入射于液晶层135上。在从第一方向切换并且与第一方向不同的第二方向(X方向)偏振的线性偏振光接着从液晶层135射出。
在光学各向异性层132中，沿着液晶化合物分子132A的长轴的折射率大于沿着其短轴的折射率。而且，液晶化合物分子132A的分子轴被如此取向，以致它们基本上与X-Y平面平行。结果，当从液晶层135入射的光在X方向偏振(当入射光的电场分量在x方向取向时)时，在光学各向异性层132中的折射率在每个透镜列31的周围小，而在更接近透镜列的中心部分的位置增大，如图7的曲线所示。光学各向异性层132因此对于在第二方向偏振的光用作透镜阵列。如图7所示的参考标记“nS”和“nL”表示分别沿着液晶化合物分子132A的短轴和长轴的折射率。请注意，如图7所示的曲线是图解性的画出，而不意味着折射率的最大值和最小值典型地是“nS”和“nL”。这对于随后描述的其他附图也同样成立。
在此状态，穿过每个透镜列31的光的波阵面在透镜列31的周围部分中比在更接近透镜中心部分的部分中行进更快。换句话说，因为光按照其波阵面收敛于一点的方式行进，所以每个透镜列31用作形成凸透镜的GRIN透镜。如图7所示的条形(stripe)状的透镜列31在光学上等效于圆柱体凸透镜，因此作为柱状透镜(参照图8)。
从像素12射出并且形成用于视点A1、A2、……A4的图像的光通量在它们穿过透镜列31时改变方向并且沿预定方向取向。结果，在如图1所示的观看区域WA中可以观看到用于预定视点的图像。
图9是显示常规图像的可变透镜阵列的部分和显示单元的部分的图解性截面视图。图10是显示单元的部分和可变透镜阵列的部分的图解性透视图。
为了显示常规图像，不同的电压(例如，0[伏特]和15[伏特])施加于第一公共电极133和第二公共电极137。在实践中，为了用AC电压驱动液晶层135，例如对于每一显示帧切换电压的极性。为了便于描述，下面的描述不考虑电压的极性反转。
在此状态中，在第一公共电极133和第二公共电极137之间的电压是15伏特。因此在第二公共电极137和第一公共电极133之间产生电场，并且液晶分子135A如此取向使得其长轴在Y方向上延伸。
来自显示单元10的第一方向(Z方向)偏振的线性偏振光入射到液晶层135。然后，以相同第一方向偏振的线性偏振光从液晶层135射出。
以相同第一方向偏振(入射光的电场分量的方向)的线性偏振光的偏振方向与液晶化合物分子132A的分子轴垂直。因而，对于在第一方向偏振的光，光学各向异性层132因此简单地用作由具有折射率“nS”的材料构成的透明层(参见图10)。
上面已经描述了第一实施例。因为可变相位差层135可以在短时间内切换穿过液晶层135的光的偏振方向，因此，显示模式可以在短时间内在显示立体图像或其他类似的图像的模式和显示常规图像的模式之间切换。
在如上所述的配置中，当没有电场施加于液晶层135时，显示立体图像或其他类似图像，而当有电场施加于液晶层135时，则显示常规图像。从降低驱动液晶层135必需的功耗的视角来看，如上所述的配置因此适合于如下应用：其中，主要显示立体图像或其他类似图像，而次要显示常规图像。
显示装置能够替代地如此配置，使得来自显示单元10的显示区域11朝向可变透镜阵列30的光在X方向而非Z方向偏振，并且与偏振方向的改变相关联地，取向层134和136的摩擦方向彼此相互交换。
具体地，使光在Z方向偏振的第一偏振器膜(未显示)贴到显示单元10的后表面，而使光在X方向偏振的第二偏振器膜(未显示)贴到显示单元10的前表面。取向层136的内表面经过其中该内表面在X方向被摩擦的摩擦处理，而取向层134的内表面经过其中该内表面在Z方向被摩擦的摩擦处理。
在如上所述的配置中，当没有电场施加于液晶层135时，显示常规图像，而当有电场施加于液晶层135时，则显示立体图像或其他类似图像。从降低驱动液晶层135必需的功耗的视角来看，，上所述的配置因此适合于这样的应用：其中，主要显示常规图像，而次要显示立体图像。
在第一实施例中，显示单元可以替代地是自照明的显示单元，然而，其典型地发出非偏振光。在此情形，例如，诸如使光在X方向偏振的偏振器膜的光学元件139可以被放置在第二基板130B的后表面(面对自照明显示单元10'的表面)上，如图11所示。这同样对其他实施例成立。
[第二实施例]
按照本公开的第二实施例还涉及一种显示装置和可变透镜阵列。
第二实施例在取向膜和光学各向异性层的规范上与第一实施例不同。除了上述不同之外，第二实施例具有与第一实施例相同的配置。
按照第二实施例使用的显示装置2的图解性分解型透视图类似于图1，只不过术语“显示装置1”被术语“显示装置2”代替，并且术语“可变透镜阵列30”被术语“可变透镜阵列230”代替。
将参考图12描述可变透镜阵列230的配置。
图12是按照第二实施例的可变透镜阵列的部分的图解性截面视图。图12是在第一实施例中参考了的沿着如图3所示的线A-A截取的截面视图，只不过术语“可变透镜阵列30”被术语“可变透镜阵列230”代替。在图12中，参考标记231表示取向膜，参考标记232表示光学各向异性层，参考标记232A表示液晶化合物分子。图12显示在第一公共电极133和第二公共电极137之间不存在电位差的状态中的液晶分子135A的取向(换句话说，显示立体图像或其他类似图像)
取向膜231经过取向处理，其中该取向膜被处理以能够设置取向方向为固定方向(图12的X方向)。光学各向异性层232——将详细参照图13A和13B至图15随后描述——可以通过下述操作形成：将包含每个均具有光反应基的液晶化合物分子232A的溶液涂敷在取向膜231上；然后使得在以确定间隔分开的预定区域中的液晶化合物分子232A的反应基起反应，以便固定预定区域中的液晶化合物分子232A；并且增加整个结构的温度，以使得在不同于所述预定区域的部分中的液晶化合物分子232A的反应基起反应，以便固定该部分的液晶化合物分子232A。
液晶化合物分子232A的组成与第一实施例中的液晶化合物分子相同。因为第二实施例与第一实施例在用于固定液晶化合物分子的取向的方法方面不同，因此，在第二实施例的光学各向异性层和液晶化合物分子具有不同于第一实施例的参考标记。
下面将参照图13A和13B、14A和14B和15描述制造可变透镜阵列230的方法。这些图类似于图3所示的沿线A-A截取的截面视图，适当时替换了其中的参考标记。下面参照这些附图描述用于制造可变透镜阵列230的方法。
[步骤200]（参看图13A）
首先，利用已知方法在第一基板130A上形成例如由光敏聚酰亚胺材料构成的取向膜231。取向膜231经过摩擦处理，在该处理中，基于已知方法处理其表面以能够设置取向方向为固定方向(具体来说，图13A中的X方向)。
[步骤210]（参看图13B）
然后，利用已知方法将包含每个均具有反应基的液晶化合物分子的溶液涂敷在取向膜231上。参考标记232'指示该溶液层。取向膜232使在溶液层232'中的液晶化合物分子232A按下述方式取向：液晶化合物分子232A的分子轴沿X方向取向。然后，使用具有狭缝形状的开口242的掩模240使得在按照预定间隔分开的预定区域中的液晶化合物分子232A的反应基起反应，以便固定液晶化合物分子。
掩模240具有在Z方向延伸的狭缝形状的开口242和在相邻开口242之间的挡光器241。掩模240可以由已知材料构成并通过利用已知方法形成。在X方向上的开口242之间的间隔与图12所示的透镜列31之间的间隔LD相同。在X方向上的每个开口242的宽度按照可变透镜阵列230的规范可以适当地设置为优选值。
在掩模240被如此放置使得狭缝形状的开口242对应于透镜列31的中心部分之后，利用从光源(未显示)发出并且在Y方向行进的紫外光照射掩模。在此处理中，掩模242与溶液层232'分开，使得照射到掩模240的紫外光在某种程度上还到达溶液层232'的与挡光器241对应的部分。溶液层232'用紫外光如此照射，使得紫外光的强度连续变化，并且因此用紫外光照射的液晶化合物分子232A的硬化(hardening)程度也连续变化。在图13B中，硬化的液晶化合物分子232A用阴影画出，而未硬化的液晶化合物分子232A用虚线画出。
[步骤220](参看图14A和14B)
接着，整个结构被如此加热，使得包括未硬化的液晶化合物分子232A的部分变成各向同性的（图14A）。在此状态中，整个表面用紫外光如此照射，使得反应基起反应，从而固定液晶化合物分子232A(图14B)。光学各向异性层232A因此形成。在图14A中，已经变成各向同性的液晶化合物分子232A用虚线画出。在图12、14B和15中，为了图示方便，已经变成各向同性的液晶化合物分子232A被省略。
[步骤230](参看图15)
可以通过执行与第一实施例描述的[步骤150]相同的步骤而最终提供可变透镜阵列230。
已经在上文描述了用于制造可变透镜阵列230的方法。显示立体图像或其他类似图像的可变透镜阵列230的操作基本上与参照图7和8的第一实施例中描述的操作相同。显示常规图像的可变透镜阵列230的操作基本上与参照图9和10的第一实施例中描述的操作相同。因此将不进行可变透镜阵列230的操作的描述。
已经如上描述了本公开的实施例。本公开不限于如上所述的实施例，而是可以实现基于本公开的技术原理的各种变体。
本公开的技术还可以按照下面的配置实现。
(1)一种显示装置包括
显示单元，显示二维图像，以及
可变透镜阵列，面对显示单元布置，
其中可变透镜阵列包括：
可变相位差层，接收在第一方向偏振的入射线性偏振光，并且允许在同样方向偏振的线性偏振光射出，或者允许在从第一方向切换的并且与第一方向不同的第二方向偏振的线性偏振光射出，以及
光学各向异性层，接收从可变相位差层射出的光，并且对于在第一方向偏振的光和在第二方向偏振的光中的一个用作透镜阵列，而对于另一光用作透明层。
(2)如(1)所述的显示装置，
其中光学各向异性层包含液晶化合物分子，以及
液晶化合物分子固定于如下取向状态：液晶化合物分子的取向方向在光学各向异性层中周期性地变化。
(3)如(2)所述的显示装置，
其中可变透镜阵列还包括取向膜，以及
光学各向异性层形成为与取向膜接触。
4如(3)所述的显示装置，
其中所述取向膜经过取向处理，在取向处理中，取向膜被处理以能够周期性改变取向方向，以及
通过下述操作形成光学各向异性层：将包含液晶化合物分子的溶液涂敷在取向膜上，其中每个液晶化合物分子具有反应基；然后使得反应基起反应以便固定液晶化合物分子。
(5)如（3）中描述的显示装置，
其中，取向膜经过取向处理，在取向处理中，取向膜被处理以能够设置取向方向为固定方向，以及
通过下述操作形成光学各向异性层：将包含液晶化合物分子的溶液涂敷在取向膜上，其中每个液晶化合物分子具有光反应基；然后，使得以确定间隔分开的预定区域中的液晶化合物分子的反应基起反应，以便固定所述预定区域中的液晶化合物分子；并且增加整个结构的温度，以使得在不同于所述预定区域的部分中的液晶化合物分子的反应基起反应，以便固定所述部分中的液晶化合物分子。
(6)如(1)至(5)中的任何一个所述的显示装置，
其中可变相位差层由在一对透明公共电极之间布置的扭曲向列型液晶层形成。
(7)如(1)至(6)中的任何一个所述的显示装置，
其中所述可变透镜阵列还包括第一基板和第二基板，以及
其中该可变相位差层和光学各向异性层在第一基板和第二基板之间相继形成。
(8)一种可变透镜阵列，包括
可变相位差层，接收在第一方向偏振的入射线性偏振光，并且允许在相同方向偏振的线性偏振光射出，或者允许在从第一方向切换的并且与第一方向不同的第二方向偏振的线性偏振光射出，以及
光学各向异性层，接收从可变相位差层射出的光，并且对于在第一方向偏振的光和在第二方向偏振的光中的一个用作透镜阵列，而对于另一光用作透明层。
本公开包含有关2011年6月28日向日本专利局提交的日本优先权专利申请JP2011-142783中公开的主题，其整个内容通过引用在此合并。
本领域技术人员应该理解，各种修改、组合、子修改和变更可以依据设计要求和其他因素发生，它们均落入所附权利要求书及其等效的范围内。

Claims (8)

1.一种显示装置，包括：
显示单元，显示二维图像，以及
可变透镜阵列，面对显示单元布置，
其中可变透镜阵列包括：
可变相位差层，接收在第一方向偏振的入射线性偏振光，并且允许在同样方向偏振的线性偏振光射出，或者允许在从第一方向切换的并且与第一方向不同的第二方向偏振的线性偏振光射出，以及
光学各向异性层，接收从可变相位差层射出的光，并且对于在第一方向偏振的光和在第二方向偏振的光中的一个用作透镜阵列，而对于另一光用作透明层。
2.如权利要求1所述的显示装置，
其中光学各向异性层包含液晶化合物分子，以及
液晶化合物分子固定于如下取向状态：液晶化合物分子的取向方向在光学各向异性层中周期性地变化。
3.如权利要求2所述的显示装置，
其中可变透镜阵列还包括取向膜，以及
光学各向异性层形成为与取向膜接触。
4.如权利要求3所述的显示装置，
其中所述取向膜经过取向处理，在取向处理中，取向膜被处理以便能够周期性改变取向方向，以及
通过下述操作形成光学各向异性层：将包含液晶化合物分子的溶液涂敷在取向膜上，其中每个液晶化合物分子具有反应基；然后使得反应基起反应以便固定液晶化合物分子。
5.如权利要求3所述的显示装置，
其中，取向膜经过取向处理，在取向处理中，取向膜被处理以便能够设置取向方向为固定方向，以及
通过下述操作形成光学各向异性层：将包含液晶化合物分子的溶液涂敷在取向膜上，其中每个液晶化合物分子具有光反应基；然后，使得以确定间隔分开的预定区域中的液晶化合物分子的反应基起反应，以便固定所述预定区域中的液晶化合物分子；并且增加整个结构的温度，以使得在不同于所述预定区域的部分中的液晶化合物分子的反应基起反应，以便固定所述部分中的液晶化合物分子。
6.如权利要求1所述的显示装置，
其中可变相位差层由在一对透明公共电极之间布置的扭曲向列型液晶层形成。
7.如权利要求1所述的显示装置，
其中所述可变透镜阵列还包括第一基板和第二基板，以及
其中该可变相位差层和光学各向异性层在第一基板和第二基板之间相继形成。
8.一种可变透镜阵列，包括
可变相位差层，接收在第一方向偏振的入射线性偏振光，并且允许在相同方向偏振的线性偏振光射出，或者允许在从第一方向切换的并且与第一方向不同的第二方向偏振的线性偏振光射出，以及
光学各向异性层，接收从可变相位差层射出的光，并且对于在第一方向偏振的光和在第二方向偏振的光中的一个用作透镜阵列，而对于另一光用作透明层。
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