CN103217822B - 立体显示装置 - Google Patents

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Abstract

根据本发明，提供一种使用液晶透镜单元的立体显示装置，所述立体显示装置具有下述结构：在降低温度时，防止液晶透镜单元的液晶层中溶解的水分溶出。本发明的立体显示装置具有显示装置、和配置在上述显示装置上的液晶透镜单元，上述液晶透镜单元具有：第一基板；第二基板；夹持在上述第一基板和上述第二基板之间的液晶层；配置在上述第一基板的上述液晶层侧的第一电极；和配置在上述第二基板的上述液晶层侧的第二电极，上述液晶透镜单元具有配置在上述第一基板及第二基板中的至少一个基板的上述液晶层侧的吸水膜。上述吸水膜配置在上述第一基板和上述第一电极之间、或者上述第一电极的上述液晶层侧。上述第一电极为梳齿电极，上述第二电极为平面状电极。

Description

立体显示装置
技术领域
本发明涉及立体显示装置(三维显示装置)，特别是涉及应用于使用液晶透镜单元的双凸透镜方式的立体显示装置有效的技术。
背景技术
一直以来，作为不佩戴专用的眼镜就能够看见立体图像(三维图像)的立体显示装置(三维显示装置)，已知使用双凸型透镜的立体显示装置。
该使用双凸型透镜的立体显示装置，例如在液晶显示面板等显示面上配置双凸型透镜，在液晶显示面板上交替地显示左眼用的图像和右眼用的图像，用双凸型透镜分离该左眼用的图像和右眼用的图像。观察者通过分别用左眼及右眼观察被双凸型透镜分离的左眼用的图像和右眼用的图像，可以观察三维立体图像。
在该使用双凸型透镜的立体显示装置中，使用液晶透镜单元作为双凸型透镜的内容记载于下述专利文献1的日本特开平7-72445号公报中。
专利文献1：日本特开平7-72445号公报
发明内容
液晶透镜单元在内部只具有构成电极的透明导电膜(例如ITO(IndiumTinOxide))、保持单元的间隔为恒定的珠状隔离物(beadsspacer)、取向膜、或无机绝缘膜，吸收水的构件少。
因此，在使用液晶透镜单元的立体显示装置中，变成高温高湿状态时，水分进入液晶透镜单元的液晶层，若降低温度，则存在液晶层中溶解的水分溶出的问题。
本发明是为了解决上述现有技术的问题而完成的，本发明的目的在于提供一种技术，所述技术为：在使用液晶透镜单元的立体显示装置中，降低温度时，能够防止液晶透镜单元的液晶层中溶解的水分溶出。
通过本说明书的记载及附图进一步说明本发明的上述及其他目的和新的特征。
本申请中公开的发明中，若简单说明代表的方案的概要，则如下所述。
(1)一种立体显示装置，具有显示装置和配置在上述显示装置上的液晶透镜单元，上述液晶透镜单元具有：第一基板；第二基板；夹持在上述第一基板和上述第二基板之间的液晶层；配置在上述第一基板的上述液晶层侧的第一电极；和配置在上述第二基板的上述液晶层侧的第二电极，上述液晶透镜单元具有配置在上述第一基板及第二基板中的至少一个基板的上述液晶层侧的吸水膜。
(2)在(1)中，上述吸水膜由丙烯酸树脂或环氧树脂构成。
(3)在(1)中，上述吸水膜配置在上述第一基板和上述第一电极之间、或上述第一电极的上述液晶层侧。
(4)在(1)中，上述吸水膜配置在上述第二基板和上述第二电极之间、或上述第二电极的上述液晶层侧。
(5)在(1)中，使上述液晶层的厚度为d、吸水膜的厚度为Th时，满足7.5＜(d/Th)＜100。
(6)在(1)中，上述第一电极为梳齿电极，上述第二电极为平面状电极，使上述液晶层的厚度为d、上述梳齿电极的间距为Q时，满足3.5＜(Q/d)＜7，优选满足4.5＜(Q/d)＜5.5，较优选满足(Q/d)＝5。
(7)在(1)中，上述第一电极为梳齿电极，上述第二电极为平面状电极，使上述梳齿电极的间距为Q、上述梳齿电极的宽度为L时，满足10＜(Q/L)，优选满足15＜(Q/L)＜20。
(8)在(1)中，上述立体显示装置具有配置在上述液晶层的内部的珠状隔离物，上述液晶层的每1mm2的上述珠状隔离物量为10个以下。
若简单说明通过本申请中公开的发明中代表的方案得到的效果，如下所述。
根据本发明，在使用液晶透镜单元的立体显示装置中，降低温度时，能够防止在液晶透镜单元的液晶层中溶解的水分溶出。
附图说明
[图1]为表示本发明的实施例1的立体显示装置的简要构成的框图。
[图2]为表示图1所示的液晶透镜单元的剖面构造的剖视图。
[图3A、3B]为表示图2所示的第一电极及第二电极的电极形状的图。
[图4A、4B、4C]为说明图2所示的液晶透镜单元的工作的图。
[图5]为表示模拟构成第一电极的梳齿电极的间距Q和液晶层的厚度d的比(Q/d)对串扰(crosstalk)的影响的结果的图。
[图6]为表示(Q/d)为5时，模拟构成第一电极的梳齿电极的间距Q和梳齿电极的宽度L的比(Q/L)对串扰的影响的结果的图。
[图7A]为表示分散在本发明的实施例1的液晶透镜单元中的珠状隔离物的情况的简图。
[图7B]为表示分散在一般的液晶显示面板(TN方式或STN方式等液晶显示面板)中的珠状隔离物的情况的简图。
[图8]为表示进入液晶层的水分量相对于水蒸气压的图。
[图9]为表示一边改变配置在液晶透镜单元的内部的吸水膜的膜厚，一边测定直至吸水膜吸收在高温高湿(在70℃、90％的环境下放置500hr)的环境下放置液晶透镜单元时进入的水分的时间的结果的图。
[图10]为表示本发明的实施例2的立体显示装置的液晶透镜单元的剖面构造的剖视图。
[图11]为表示本发明的实施例3的立体显示装置的液晶透镜单元的剖面构造的剖视图。
符号说明
10吸水膜
20电力线
30液晶分子
100显示装置
101液晶透镜单元
102粘接构件
SUB1第一基板
SUB2第二基板
AL1、AL2取向膜
EL1第一电极
EL2第二电极
LC液晶层
BS珠状隔离物
具体实施方式
以下，使用附图等、用实施例说明本发明的实施方式。以下的实施例表示本发明的内容的具体例，本发明并不限定于这些实施例，在本说明书公开的技术思想的范围内，可以由本领域技术人员进行各种变更及修正。
另外，以下的实施例并不用于限定本发明的权利要求的解释。
另外，在用于说明实施例的全部附图中，对具有相同功能的部分标注相同的符号，有时省略其重复说明。
[实施例1]
图1为表示本发明的实施例1的立体显示装置的简要构成的框图。
如图1所示，本实施例的立体显示装置由显示装置100和液晶透镜单元101构成。显示装置100可以使用液晶显示面板、或作为自发光显示器的有机EL显示面板等。
液晶透镜单元101通过透明的粘接构件102被贴附在显示装置100上。此处，透明的粘接构件102例如由UV固化树脂等构成。
图2为表示图1所示的液晶透镜单元101的剖面构造的剖视图。
如图2所示，液晶透镜单元101具有第一基板(SUB1)、第二基板(SUB2)、和夹持在第一基板(SUB1)和第二基板(SUB2)之间的液晶层(LC)。第一基板(SUB1)及第二基板(SUB2)例如由玻璃基板等透明基板构成。此处，第一基板(SUB1)的与液晶层(LC)相反侧的面通过粘接构件102被贴附在显示装置100上。因此，第二基板(SUB2)的与液晶层(LC)相反侧的面成为观察者观察的观察面。
在第一基板(SUB1)的液晶层(LC)侧的面上形成有第一电极(EL1)，在该第一电极(EL1)上形成有取向膜(AL1)。同样地，在第二基板(SUB2)的液晶层(LC)侧的面上形成有第二电极(EL2)，在该第二电极(EL2)上形成有取向膜(AL2)。需要说明的是，图2中省略了保持液晶层(LC)的间隔为恒定的珠状隔离物的图示。
图2中，10为吸水膜，期望吸水膜10为具有吸水性的透明的有机材料的膜，例如可以使用透明的丙烯酸树脂或环氧树脂等。由于丙烯酸树脂的吸水性优异，故特别优选。
此处，取向膜(AL1，AL2)的取向方向为水平方向。另外，液晶层(LC)使用正的介电常数各向异性材料。
图3A、3B为表示图2所示的第一电极(EL1)及第二电极(EL2)的电极形状的图。如图3A所示，第二电极(EL2)为平面状电极，如图3B所示，第一电极(EL1)为梳齿电极。
此处，第一电极(EL1)及第二电极(EL2)例如由ITO(IndiumTinOxide，氧化锡铟)等透明电极构成。需要说明的是，图2表示沿图3B的A-A’剖面线的剖面构造。
图4A、4B、4C为说明图2所示的液晶透镜单元101的工作的图。需要说明的是，在图4A、4B、4C中，20为电力线，30为液晶分子。
在第一电极(EL1)和第二电极(EL2)之间施加交流的电压。例如，向第一电极(EL1)供给比第二电极(EL2)高电位的电压时，如图4A所示，电力线20在从第一电极(EL1)朝向第二电极(EL2)的方向上产生，省略图示，向第二电极(EL2)供给比第一电极(EL1)高电位的电压时，电力线20在从第二电极(EL2)朝向第一电极(EL1)的方向上产生。
另外，如图4B所示，在向第一电极(EL1)和第二电极(EL2)之间不施加电压的状态下，液晶分子30形成与第一基板(SUB1)和第二基板(SUB2)平行的状态。这种情况下，显示在显示装置100上的图像保持原样地通过，因此观察者能够观察二维图像。
另外，如图4C所示，在向第一电极(EL1)和第二电极(EL2)之间施加电压的状态下，液晶分子30在电场方向上排列，液晶层(LC)的折射率分布发生变化。因此，在显示装置100交替显示的左眼用的图像和右眼用的图像通过液晶透镜单元101时，前进方向被改变从而图像分离，因此观察者通过分别用左眼及右眼观察被液晶透镜单元101分离的左眼用的图像和右眼用的图像，可以观察三维立体图像。需要说明的是，本实施例的立体显示装置中，关于三维立体图像显现的原理，记载于上述专利文献1的日本特开平7-72445中。
如上所述，本实施例中，利用由液晶透镜单元101的折射率分布产生的透镜效果(GRIN透镜)，能够在二维图像和三维立体图像之间切换。
图2中，d为液晶层(LC)的厚度，Q为构成第一电极(EL1)的梳齿电极的间距，L为梳齿电极的宽度。因此，S＝Q-L。
图5为表示模拟构成第一电极(EL1)的梳齿电极的间距Q与液晶层(LC)的厚度d的比(Q/d)对串扰的影响的结果的图。
需要说明的是，所谓串扰表示在第一电极(EL1)和第二电极(EL2)之间施加电压、显示三维立体图像的状态下，左眼用的图像中混入右眼用的图像的比例(或者右眼用的图像中混入左眼用的图像的比例)。
串扰为1％以下时，变得人眼难以识别，因此，由图5可知，(Q/d)期望为3.5＜(Q/d)＜7，进而，为了降低串扰，期望优选为4.5＜(Q/d)＜5.5，期望较优选(Q/d)约为5。即，(Q/d)为5时，能够得到最好的透镜效果。
图6为表示使(Q/d)为5时，模拟构成第一电极(EL1)的梳齿电极的间距Q与梳齿电极的宽度L的比(Q/L)对串扰的影响的结果的图。
由图6可知，Q/L期望为15＜(Q/L)＜20，进而，若使串扰为1％以内，则期望10＜(Q/L)。
图7A为表示分散在本实施例的液晶透镜单元101中的珠状隔离物(BS)的情况的简图。需要说明的是，图7B表示作为比较例的分散在一般的液晶显示面板(TN方式或STN方式等液晶显示面板)中的珠状隔离物(BS)的情况。
为了获得透镜效果，液晶透镜单元101需要较大的延迟(Δn×d)。本实施例中，例如使液晶层(LC)的厚度(d)为30μm。此时，至少需要20μm以上大小的珠状隔离物(BS)。
因此，由于珠状隔离物(BS)被观察者目视观察到，所以如图7A所示，在液晶透镜单元101的情况下，期望以每1mm2为1个(1个/mm2)珠状隔离物(BS)、最大每1mm210个(10个/mm2)以下珠状隔离物(BS)的密度使其分散。
另一方面，如图7B所示，在一般的液晶显示面板中，通常每1mm2分散100个～200个(100个～200个/mm2)珠状隔离物(BS)。
本实施例中使用的液晶显示面板的周围用密封材料密封，对此省略了图示。但是，在高温高湿状态(例如70℃、湿度90％、水蒸气压约281hPa)下放置时，每一小时有0.06ppm(0.06ppm/hr)的水分进入液晶层(LC)中。如果密封材料变化，则该速度变化，但不会改变那么大。水分主要从密封材料和基板界面进入，因此，即使间隙发生变化，也不会变化那么大。
进入的水分被液晶层(LC)、珠状隔离物(BS)、取向膜(AL1，AL2)吸收。此处，珠状隔离物(BS)吸收的水分量的速度依赖于珠状隔离物(BS)的表面积。
液晶透镜单元101中使用的、直径为30μm的珠状隔离物(BS)的表面积约为2827μm2，一般的液晶显示面板中使用的、直径为4μm的珠状隔离物(BS)的表面积约为50μm2。
此处，每1mm2的珠状隔离物(BS)的个数在液晶透镜单元101中为10个，在一般的液晶显示面板中为200个。此时，每单位体积(1mm3)的珠状隔离物(BS)的个数在液晶透镜单元101中为1个时，在一般的液晶单元中为150个。
因此，对于珠状隔离物(BS)在液晶单位体积所占的表面积，液晶透镜单元为2827＝2827μm2×1，一般的液晶显示面板为7540＝50μm2×150。
因此，关于珠状隔离物(BS)的表面积，在液晶透镜单元101中，与一般的液晶显示面板相比为37％。
测定每单位体积中4μm的珠状隔离物(BS)为150个的一般的液晶显示面板的吸水率，结果可知每单位体积吸收约0.1ppm/hr的水。
另一方面，每单位体积中30μm的珠状隔离物(BS)为1个的液晶透镜单元101的吸水率约为0.1ppm/hr的37％，因此为0.037ppm/hr。
若使进入每单位体积中30μm的珠状隔离物(BS)为1个的液晶透镜单元101的内部的水分量为0.06ppm/hr，则显示以液晶透镜单元101的隔珠量不能充分吸收水。
另一方面，一般的液晶显示面板的情况下，珠状隔离物(BS)能够吸收进入液晶层中的所有水分。
需要说明的是，作为上述计算式的前提的条件，假设在液晶透镜单元101内，以10个/mm2分散30μm的珠状隔离物(BS)。
但是，若增加珠状隔离物(BS)的分散量，则看得见珠状隔离物(BS)，因此期望为1个/mm2。为该条件时，进一步显示不能吸收进入液晶透镜单元101的内部的水分。
在高温高湿状态下，水分进入液晶层中时，降回至室温时，液晶层中能够溶解的饱和水分量下降，因此认识到存在水将溶出的缺陷。
图8表示进入液晶层的水分量相对于水蒸气压的图。
水蒸气压为281hPa(例如70℃、湿度90％)时，进入量为0.06ppm/hr，但水蒸气压为59hPa(例如36℃、湿度100％)时，进入量为0.04。也就是说，未设置吸水膜10的液晶透镜单元101的情况，在放置在水蒸气压60hPa以上的环境下、进入液晶层(LC)能吸收的水分量以上时，水溶出。
为了解决上述课题，本实施例中，将吸水膜10配置在图2所示的位置。如上所述，吸水膜10例如由丙烯酸树脂或环氧树脂等透明有机绝缘膜构成，与珠状隔离物(BS)相比时，吸收率特别高。
因此，本实施例中，即使在高温高湿状态下水分进入液晶层(LC)中，在吸水膜10饱和之前，液晶层(LC)中也不会积存水。吸收构件中例如使用透明有机绝缘膜时，即使在70℃、湿度90％的环境下放置2000hr以上，也不会超过吸水膜10的饱和值，因此，在通常的使用环境中不会超过饱和水分量。
一边改变配置在液晶透镜单元101的内部的吸水膜10的膜厚，一边测定直至吸水膜10吸收在高温高湿(在70℃、90％的环境下放置500hr)的环境下放置液晶透镜单元101时进入的水分的时间。
将测定结果示于图9。在该图9的图中，横轴上设为液晶层厚/吸水膜厚，纵轴上设为吸水时间。横轴越大，吸水膜10变得越薄。需要说明的是，液晶层厚为30μm。
吸水时间在液晶层厚/吸水膜厚为7.5以下时饱和。即，吸水时间不发生变化。另外，液晶层厚/吸水膜厚为100以上时，吸水时间急剧增加。
因此，对于图9的(C)的区域，由于吸水时间急剧增加，所以不优选，期望液晶层厚/吸水膜厚为100以下。
另外，图9的(A)的区域需要增加吸水膜10的膜厚，由于吸水膜10的光吸收，透过率可能减少，并且由于白费的膜厚，材料成本也提高。进而，由于为7.5以下时充分饱和，所以较期望为7.5＜液晶层厚/吸水膜厚＜100。
[实施例2]
图10为表示本发明的实施例2的立体显示装置的液晶透镜单元101的剖面构造的剖视图。
如图10所示，与上述实施例1的不同点是将吸水膜10配置在梳齿电极即第一电极(EL1)、在吸水膜10上配置取向膜(AL1)这一点。
本实施例中，如果吸水膜10具有绝缘性，则也能够防止第一电极(EL1)和第二电极(EL2)接触而短路。进而，由于在第一电极(EL1)上配置吸水膜10，所以也能提高吸水率。
[实施例3]
图11为表示本发明的实施例3的立体显示装置的液晶透镜单元的剖面构造的剖视图。
如图11所示，与上述实施例1的不同点是将吸水膜10配置在第二基板(SUB2)侧、平面状电极即第二电极(EL2)上这一点。
由此，本实施例中，能够提高吸水率，也能改善在上述实施例2中成为问题的由于第一电极(EL1)的高低差异引起的吸水膜10的不均。
需要说明的是，在上述各实施例中，吸水膜10可以设置在第一基板(SUB1)和第二基板(SUB2)两者上，但考虑由于吸水膜10的光吸收导致透过率减少时，吸水膜10优选设置在第一基板(SUB1)、或第二基板(SUB2)中的任一个上。
以上，基于上述实施例具体地说明了由本发明人完成的发明，但本发明并不限定于上述实施例，在不脱离其主旨的范围内，当然可以进行各种变更。
另外，本发明并不限定于上述实施例，包括各种变形例。例如，上述实施例是为了便于理解说明本发明而详细说明的例子，并不一定限定于具有说明的全部构成。另外，可以将某实施例的构成的一部分替换为其他实施例的构成，另外也可以在某实施例的构成中加入其他实施例的构成。另外，关于各实施例的构成的一部分，可以进行其他构成的追加、删除或置换。

Claims (13)

1.一种立体显示装置，具有显示装置、和配置在所述显示装置上的液晶透镜单元，
所述液晶透镜单元具有：
第一基板；
第二基板；
夹持在所述第一基板和所述第二基板之间的液晶层；
配置在所述第一基板的所述液晶层侧的第一电极；和
配置在所述第二基板的所述液晶层侧的第二电极，
所述立体显示装置的特征在于，所述液晶透镜单元具有配置在所述第一基板及第二基板中的至少一个基板的所述液晶层侧的吸水膜。
2.如权利要求1所述的立体显示装置，其特征在于，所述吸水膜由丙烯酸树脂或环氧树脂构成。
3.如权利要求1所述的立体显示装置，其特征在于，所述吸水膜配置在所述第一基板和所述第一电极之间。
4.如权利要求1所述的立体显示装置，其特征在于，所述吸水膜配置在所述第一电极的所述液晶层侧。
5.如权利要求1所述的立体显示装置，其特征在于，所述吸水膜配置在所述第二基板和所述第二电极之间。
6.如权利要求1所述的立体显示装置，其特征在于，所述吸水膜配置在所述第二电极的所述液晶层侧。
7.如权利要求1所述立体显示装置，其特征在于，使所述液晶层的厚度为d、吸水膜的厚度为Th时，满足7.5＜(d/Th)＜100。
8.如权利要求1所述的立体显示装置，其特征在于，
所述第一电极为梳齿电极，
所述第二电极为平面状电极，
使所述液晶层的厚度为d、所述梳齿电极的间距为Q时，满足3.5＜(Q/d)＜7。
9.如权利要求8所述的立体显示装置，其特征在于，满足4.5＜(Q/d)＜5.5。
10.如权利要求9所述的立体显示装置，其特征在于，满足(Q/d)＝5。
11.如权利要求1所述的立体显示装置，其特征在于，
所述第一电极为梳齿电极，
所述第二电极为平面状电极，
使所述梳齿电极的间距为Q、所述梳齿电极的宽度为L时，满足10＜(Q/L)。
12.如权利要求11所述的立体显示装置，其特征在于，满足15＜(Q/L)＜20。
13.如权利要求1所述的立体显示装置，其特征在于，
具有配置在所述液晶层的内部的珠状隔离物，
所述液晶层的每1mm2的所述珠状隔离物量为10个以下。
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