CN103293693A - 图像显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种图像显示装置，包括图像显示单元和与图像显示单元堆叠的液晶光学设备。图像显示单元发射具有偏振轴的图像光。液晶光学设备包括第一基板单元和第二基板单元以及液晶层。第一基板单元包括第一基板和沿着第一方向延伸的第一电极。偏振轴与垂直于第一方向的第二方向之间的角度大于0度且小于90度。液晶层设置在第一基板单元和第二基板单元之间。液晶的长轴方向与偏振轴之间的角度大于0度且小于偏振轴与第二方向之间的角度。

Description

图像显示装置

相关专利申请的交叉引用

本专利申请基于并要求2012年3月5日提交的在先日本专利申请No.2012-048451的优先权权益，该日本专利申请的全部内容以引用方式并入本文。

技术领域

本文描述的实施例总体涉及图像显示器。

背景技术

在已知的液晶光学设备中，通过利用液晶分子的双折射性使折射率的分布根据电压的施加而改变。存在一种立体图像显示装置，它将图像显示单元与这种液晶光学设备相结合。

通过改变液晶光学设备的折射率分布，立体图像显示装置在使图像显示单元上显示的图像按照在图像显示单元上显示的原样入射到人类观看者眼部的状态、和使图像显示单元上显示的图像作为多个视差图像入射到人类观看者眼部的状态之间切换。由此，实现了高清晰度的二维图像显示动作和三维图像显示动作，其中，三维图像显示动作包括由于多个视差图像导致的用裸眼的立体的观看。所期望的是，使立体图像显示装置中使用的液晶光学设备实现良好的光学特性。

发明内容

本发明的实施例的目的在于使立体图像显示装置中使用的液晶光学设备实现良好的光学特性。

根据本发明的实施例，提供一种图像显示装置，包括：图像显示单元，具有显示面，所述图像显示单元被配置为发射图像光，所述图像光是具有平行于所述显示面的偏振轴的偏振光；以及液晶光学设备，与所述显示面堆叠，所述液晶光学设备包括：第一基板单元，包括：第一基板，具有平行于所述显示面的第一主面，以及多个第一电极，设置在所述第一主面上，沿着第一方向延伸，所述第一电极排列在与所述第一方向不平行的方向上，所述偏振轴与第二方向之间的角度大于0度且小于90度，所述第二方向平行于所述第一主面并且垂直于所述第一方向；第二基板单元，包括：第二基板，具有与所述第一主面相对的第二主面，以及相对电极，设置在所述第二主面上，与所述第一电极相对；以及液晶层，设置在所述第一基板单元与所述第二基板单元之间，所述液晶层包括液晶分子，第三方向与所述偏振轴之间的角度大于0度且小于所述偏振轴与所述第二方向之间的角度，所述第三方向是投影到所述第一主面上的所述液晶分子的长轴方向。

根据本发明的实施例，能够使立体图像显示装置中使用的液晶光学设备实现良好的光学特性。

附图说明

图1A和图1B是示出根据第一实施例的图像显示装置的结构的示意图；

图2是示出根据第一实施例的图像显示装置的结构的示意性截面图；

图3A和图3B是示出根据第一实施例的图像显示装置的特性的示意性截面图；

图4是示出根据第一实施例的另一图像显示装置的结构的示意图；以及

图5是示出根据第二实施例的图像显示装置的结构的示意性截面图。

具体实施方式

根据一个实施例，图像显示装置包括图像显示单元和液晶光学设备。图像显示单元具有显示面。图像显示单元被配置为发射图像光。该图像光是具有平行于显示面的偏振轴的偏振光。液晶光学设备与显示面堆叠。液晶光学设备包括第一基板单元、第二基板单元和液晶层。第一基板单元包括：第一基板，具有平行于显示面的第一主面；以及多个第一电极，设置在第一主面上，沿着第一方向延伸。第一电极排列在与第一方向不平行的方向上。偏振轴与平行于第一主面且垂直于第一方向的第二方向之间的角度大于0度且小于90度。第二基板单元包括：第二基板，具有与第一主面相对的第二主面；以及相对电极，设置在第二主面上，与第一电极相对。液晶层设置在第一基板单元与第二基板单元之间。液晶层包括液晶分子。第三方向与偏振轴之间的角度大于0度且小于偏振轴与第二方向之间的角度。第三方向是投影到第一主面上的液晶分子的长轴方向。

现在，将参照附图描述实施例。

附图是示意性或概念性的；并且各部分的厚度和宽度之间的关系、各部分之间的尺寸比例等不一定与其真实值相同。另外，即使是对相同的部分，在各附图中也可以用不同方式示出尺寸和/或比例。

在本专利申请的说明书和附图中，用类似的附图标记标识与在先关于附图描述的部件类似的部件，并且酌情省略详细的描述。

第一实施例

图1A和图1B是示出根据第一实施例的图像显示装置的结构的示意图。

图1A是示出图像显示装置210的结构的示意性透视图。图1B是示出图像显示装置210的光轴的示意图。

图2是示出根据第一实施例的图像显示装置的结构的示意性截面图。

如图1A和图2中所示，图像显示装置210包括液晶光学设备110和图像显示单元120。如图2中所示，图像显示装置210还可以包括驱动单元130。

如图1A中所示，图像显示单元120具有显示面120a。液晶光学设备110与图像显示单元120的显示面120a堆叠。

在本专利申请的说明书中，堆叠的状态不仅包括直接覆盖的状态，而且还包括在之间插入另一部件而被覆盖的状态。

图像显示单元120发射图像光125。图像光125是偏振光。偏振光具有平行于显示面120a的偏振轴P1。

垂直于显示面120a的方向被设为Z轴方向。垂直于Z轴方向的一个方向被设为X轴方向。垂直于Z轴方向和X轴方向的方向被设为Y轴方向。

例如，偏振轴P1被设为平行于X轴方向。

图像显示单元120可以包括例如液晶显示装置。例如，图像显示单元120包括第一偏振层121、第二偏振层122和显示液晶层123。显示液晶层123设置在第一偏振层121和第二偏振层122之间。第一偏振层121和第二偏振层122可以包括例如偏振器、偏振膜、偏振滤波器等。第一偏振层121具有第一透射轴121p。第一透射轴121p是与第一偏振层121的吸光轴（第一偏振层121的延伸方向）垂直的轴。第二偏振层122包括第二透射轴122p。第二透射轴122p是与第二偏振层122的吸光轴（第二偏振层122的延伸方向）垂直的轴。

在本例中，第一偏振层121被配置于显示液晶层123和液晶光学设备110之间。从图像显示单元120发射的图像光125的偏振轴P1基本上平行于第一偏振层121的第一透射轴121p。

例如，图像光125基本上是线性偏振光。图像光125的沿着偏振轴P1的振动面（电场的振动面）的分量大于图像光125的沿着与偏振轴P1正交的轴的振动面（电场的振动面）的分量。

图像显示单元120的结构是任意的。如VA模式、TN模式、IPS模式等任意结构可应用于显示液晶层123。可以在从第一偏振层121与显示液晶层123之间的区域和第二偏振层122与显示液晶层123之间的区域中选择的至少一者中，设置相位差层（相位差板）。

液晶光学设备110包括第一基板单元11u、第二基板单元12u和液晶层30。

第一基板单元11u包括第一基板11和多个第一电极21。第一基板11具有第一主面11a。第一主面11a平行于显示面120a。

多个第一电极21设置在第一主面11a上。多个第一电极21中的每个沿着第一方向D1（例如，Y2轴方向）延伸。多个第一电极21沿着与第一方向D1不平行的方向排列。将第二方向D2（例如，X2轴方向）设为平行于第一主面11a且垂直于第一方向D1的方向。例如，多个第一电极21沿着第二方向D2排列。

第一方向D1既不平行于偏振轴P1又不垂直于偏振轴P1。第二方向D2既不平行于偏振轴P1又不垂直于偏振轴P1。偏振轴P1与第一方向D1之间的角度大于0度且小于90度。偏振轴P1与第二方向D2之间的角度（第一角度θ1）大于0度且小于90度。第一角度θ1是在偏振轴P1和第二方向D2之间形成的较小角度。

第二基板单元12u包括第二基板12和相对电极12c。第二基板12具有第二主面12a。第二主面12a与第一主面11a相对。相对电极12c设置在第二主面12a上。相对电极12c与多个第一电极21中的每个相对。

在本专利申请的说明书中，相对的状态不仅包括彼此直接面对的状态，而且还包括在之间插入另一部件而彼此面对的状态。

液晶层30设置在第一基板单元11u和第二基板单元12u之间。投影到第一主面11a上的、液晶层30的液晶分子的长轴方向（指向矢的方向）设为第三方向D3。第三方向D3对应于液晶的取向方向。第三方向D3和偏振轴P1之间的角度（第二角度θ2）大于0度且小于第一角度θ1。换句话讲，第三方向D3与第二方向D2不平行。

在本专利申请的说明书中，第一轴（第一方向）和第二轴（第二方向）之间的角度是第一轴（第一方向）和第二轴（第二方向）之间形成的、且不大于90度的角度。该角度是正值并且是从第一轴旋转至第二轴的旋转角度的绝对值，或者是从第二轴旋转至第一轴的旋转角度的绝对值。针对第一轴和第二轴之间的一个角度，第二轴相对于第一轴的旋转包括沿着正方向的旋转和沿着负方向的旋转。针对第一轴和第二轴之间的一个角度，可以采用这两个旋转方向中的任一个。

如图1B中所示，如上所述，偏振轴P1和第二方向D2之间的角度（第一角度θ1）大于0度且小于90度。偏振轴P1和第三方向D3之间的角度（第二角度θ2）大于0度且小于第一角度θ1。

在本例中，第三方向D3与第二方向D2之间的角度（第三角度θ3）大于0度且小于偏振轴P1与第二方向D2之间的角度（第一角度θ1）。换句话讲，第三方向D3处于偏振轴P1与第二方向D2之间形成的较小角度内。

例如，液晶层30包括向列型液晶。

液晶层30中包括的液晶的介电各向异性可以为正。将没有向液晶层30施加电压的状态（或者，在液晶层30具有阈值电压的情况下，施加未超过阈值电压的电压的状态）设为未激活状态。将向液晶层30施加电压（大于阈值电压的电压）的状态设为激活状态。例如，在非激活状态下，液晶层30具有基本上水平的取向。在这种状态下，第三方向D3即投影到第一主面11a上的液晶分子的长轴方向对应于取向方向。在介电各向异性为正的情况下，非激活状态下的液晶的预倾斜角（pretilt angle）（指向矢与基板的主面之间的角度）例如为不小于0度且不大于30度。例如，液晶的取向基本上是水平取向或HAN（混合排列向列）取向。

例如，液晶层30中包括的液晶的介电各向异性可以为负。例如，在向液晶层30施加电压（大于阈值电压的电压）的激活状态下，液晶层30的液晶分子的长轴方向具有平行于第一主面11a的分量。在这种状态下，第三方向D3即投影到第一主面11a上的液晶分子的长轴方向对应于取向方向。在介电各向异性为负的情况下，非激活状态下的液晶的预倾斜角例如为不小于60度且不大于90度。例如，液晶的取向基本上是垂直取向或HAN取向。

例如，在通过摩擦（rub）形成液晶层30的液晶取向的情况下，第三方向D3基本上平行于摩擦方向。通过观察当向液晶层30施加电压（尤其是直流电压）时出现的液晶层30的取向不均匀度（例如，摩擦刮痕等）的各向异性，能够确定摩擦方向。液晶层30的液晶取向可以通过光取向方法等形成，并且可以通过任何方法形成。

在本例中，第一基板单元11u还包括第一取向膜31。第一取向膜31还设置在第一基板11和液晶层30之间以及第一电极21和液晶层30之间。第二基板单元12u还包括第二取向膜32。第二取向膜32设置在第二基板12和液晶层30之间以及相对电极12c和液晶层30之间。通过对这些取向膜执行预定处理，形成液晶层30的初始取向。

第一基板11、第二基板12、第一电极21和相对电极12c可以包含例如透明材料。从图像显示单元120发射的图像光125穿过第一基板11、第二基板12、第一电极21和相对电极12c。

第一基板11和第二基板12可以包含例如玻璃、树脂等。第一电极21和相对电极12c可以包含例如从In、Sn、Zn和Ti组成的组中选择的至少一种元素的氧化物。第一电极21和相对电极12c可以包含例如ITO。例如，第一电极21和相对电极12c可以是从In₂O₃和SnO₃中选择的至少一种。例如，第一电极21和相对电极12c可以是薄金属层。

第一取向膜31和第二取向膜32可以包括例如聚酰亚胺等树脂。例如，第一取向膜31和第二取向膜32的膜厚是200nm（例如，不小于100nm且不大于300nm）。

例如，液晶光学设备110用作液晶GRIN（梯度折射率）透镜。液晶光学设备110的折射率分布是可变的。在折射率分布的一种状态（第一状态）下，折射率在X2-Y2平面内基本是均匀的。在折射率分布的另一状态（第二状态）下，折射率沿着X2轴变化。以下描述液晶光学设备110的动作例子。

例如，图像显示单元120包括多个像素组50（例如，第一像素PX1、第二像素PX2、第三像素PX3等）。多个像素组50在平行于显示面120a的平面内以矩阵结构排列。通过像素组50显示多个视差图像。

驱动单元130电连接到液晶光学设备110（第一电极21和相对电极12c）。在本例中，驱动单元130还电连接到图像显示单元120。驱动单元130控制液晶光学设备110和图像显示单元120的工作。例如，驱动单元130使液晶光学设备110在第一状态和第二状态之间切换。驱动单元130在第一电极21与相对电极12c之间施加电压，以改变液晶层30的折射率分布。

通过如记录介质、外部输入等将图像信号输入到驱动单元130。驱动单元130基于输入的图像信号控制图像显示单元120的工作。由此，从显示面120a发射与输入的图像信号对应的图像光125。驱动单元130可以被包括在图像显示单元120中。例如，驱动单元130可以被包括在液晶光学设备110中。例如，驱动单元130的与液晶光学设备110的驱动相关的那部分可以被包括在液晶光学设备110中。

在执行2D显示的情况下，驱动单元130将液晶光学设备110切换到第一状态，并且使图像显示单元120显示用于2D显示的图像。另一方面，在执行3D显示的情况下，驱动单元130将液晶光学设备110切换到第二状态，并且使图像显示单元120显示用于3D显示的图像。

在图像显示装置210中，通过使液晶光学设备110的折射率的分布变化，可以选择性地在二维图像的显示（下文中称为2D显示）和三维图像的显示（下文中称为3D显示）之间切换，在所述三维图像的显示中能够以裸眼进行立体观看。

图3A和图3B是示出根据第一实施例的图像显示装置的特性的示意性截面图。

图3A示出在液晶层30中出现的电力线EL的分布。图3B是液晶层30的液晶分子的取向的模型状图示。为了在下文中简化描述，描述液晶层30的介电各向异性为正的情况。

如图3A中所示，当在第一电极21与相对电极12c之间施加高于液晶层30的阈值电压的电压时，在液晶层30中出现电力线EL。例如，电力线EL具有以第一电极21为中心、且具有以第一方向D1为对称轴的线对称的分布。如图2B中所示，通过由于施加到液晶层30的电压导致的感应能和弹性能来决定液晶层30的取向。

在如图3B中所示液晶层30的介电各向异性为正的情况下，接近第一电极21的液晶分子35基本与电力线EL对齐。在第一电极21与相对电极12c相对的、液晶层30的第一部分30a中，液晶分子35的倾斜角大。另一方面，在两个相互相邻第一电极21之间的中心附近的、液晶层30的第二部分30b中，液晶分子35具有水平取向。在第一部分30a与第二部分30b之间的部分中，液晶分子35的角度（倾斜角）连续变化。

液晶分子35具有双折射性。液晶分子35的长轴方向相对于偏振光的折射率比液晶分子35的短轴方向的折射率高。随着液晶分子35的角度变化，液晶层30的折射率在第二部分30b中高，并且向着第一部分30a逐渐减小。由此，形成具有凸透镜结构的折射率分布30r。

在液晶光学设备110的第二状态下，形成具有双凸状结构（lenticular configuration）的透镜。在这种透镜中，形成沿着第一方向D1（Y2轴方向）延伸的柱状透镜被多重排列在第二方向D2（X2轴方向）上的状态下。

通过透镜具有由液晶光学设备110形成的双凸状结构，致使图像显示单元120的像素组50形成的多个视差图像选择性入射到人类观看者的右眼或左眼。由此，在第二状态下察觉到3D图像。

在图像显示单元120执行2D显示的状态下，液晶光学设备110切换到折射率分布均匀的第一状态。人类观看者察觉到高清晰度2D图像。

因此，通过向液晶光学设备110的液晶层30施加电压，从而改变液晶层30的折射率分布，从而使图像显示装置210在2D显示和3D显示之间切换。

在液晶光学设备110的第二状态下，在第一电极21与相对电极12c之间施加高电压。在这种情况下，因为液晶的长轴方向与电力线EL对齐，所以接近第一电极21的液晶的倾斜方向反向。换句话讲，出现反向倾斜。另外，出现扭曲取向（twist alignment，X2-Y2平面内液晶的指向矢的旋转），以缓和反向倾斜的弹性能。出现旋转位移；并且液晶光学设备110的光学特性劣化。

执行旋转位移的实验。结果发现，通过将液晶取向的方向（第三方向D3）相对于第二方向D2偏置，可以抑制旋转位移的发生，第二方向D2垂直于第一电极21的延伸方向。

在这个实施例中，第三方向D3即液晶的取向方向相对于第二方向D2倾斜。换句话讲，液晶取向的方向（第三方向D3）相对于与第一电极21的延伸方向垂直的第二方向偏置。由此，接近第一电极21的液晶分子的长轴方向相对于第二方向D2倾斜。由此，向液晶分子施加电场，该电场具有在X2-Y2平面内相对于液晶分子的长轴方向倾斜的分量。换句话讲，液晶的取向方向被设置成使得施加扭曲电场。由此，抑制了反向扭曲的出现。

另一方面，当偏振光的偏振轴P1对齐液晶的长轴方向时，基于液晶的取向变化，相对于偏振光的液晶层30的有效折射率变化增大。换句话讲，当液晶的取向方向（第三方向D3）匹配偏振轴P1时，液晶光学设备110的透镜效应增大。在偏振轴P1和液晶的取向方向（第三方向D3）之间的角度（第二角度θ2）过度增大的情况下，折射率差减小；并且透镜的折射力降低。因此，在这个实施例中，偏振轴P1和液晶的取向方向（第三方向D3）之间的角度（第二角度θ2）被设为小于第一角度θ1。由此，抑制了透镜的折射力降低同时抑制了反向扭曲的出现。

第一方向D1相对于偏振轴P1倾斜，以抑制在图像显示单元120和液晶光学设备110中出现的莫尔现象（moiré）。第一方向D1和偏振轴P1之间的角度被设置为基于偏振轴P1与图像显示单元120的像素组50的排列方向之间的角度、图像显示单元120的像素组50的布置节距、图像显示单元120的视差图像的数量、液晶光学设备110的第一电极21的布置节距等来抑制莫尔现象。

例如，在显示液晶层123中，存在如下情况：图像显示单元120的像素组50的排列方向被设置成基本上垂直或基本上平行于偏振轴P1（例如，在显示液晶层123中采用VA模式的情况下等）。在这种情况下，例如，第一方向D1和偏振轴P1之间的角度不小于45度且不大于85度。在这种情况下，不容易察觉到莫尔现象。在这种情况下，第二方向D2和偏振轴P1之间的角度（第一角度θ1）不小于5度、不大于45度。

因此，在偏振轴P1和设置在显示液晶层123中的像素组50的排列方向之间的角度（第四角度θ4）不小于0度且不大于5度，或者不小于85度且不大于90度的情况下，第一角度θ1被设置成不小于5度且不大于45度。在这种情况下，第一角度θ1可以被设置成不小于5度且不大于30度。

例如，在显示液晶层123中，存在如下情况：像素组的排列方向被设置成与偏振轴P1成基本上45度（±45度）（例如，在采用TN模式作为显示液晶层123的情况下等）。在这种情况下，例如，第一方向D1与偏振轴P1之间的角度不小于5度且不大于40度。在这种情况下，不容易察觉到莫尔现象。在这种情况下，第一角度θ1不小于50度且不大于85度。

因此，在第四角度θ4不小于40度且不大于50度的情况下，第一角度θ1被设置成不小于50度且不大于85度。在这种情况下，第一角度θ1可以被设置成不小于60度且不大于85度。

例如，第二方向D2与第三方向D3之间的角度（第三角度θ3）不小于2度。考虑到制造液晶光学设备的过程中提供取向的工艺存在波动等，通过使第三角度θ3不小于2度，可以可靠地抑制旋转位移。例如，第三角度θ3不大于45度。在第三角度θ3大于45度的情况下，例如，在沿着Y2轴的方向上向液晶施加的电场分量增大；并且不容易得到所需的取向。

液晶层30的与第一电极21相对的那部分对应于梯度折射率透镜的端部。如上所述，透镜端部的电场强；并且液晶的取向容易变得杂乱。取向杂乱还出现在X2-Y2平面内。液晶的取向方向（第三方向D3）相对于第二方向D2倾斜；并且偏振轴P1与取向方向（第三方向D3）之间的角度减小。例如，通过将液晶的取向方向（第三方向D3）设置在第二方向D2与偏振轴P1之间形成的较小角度内，可以得到高透镜效应同时抑制取向的杂乱。根据这个实施例，可以提供具有良好光学特性的图像显示装置。

图4是示出根据第一实施例的另一图像显示装置的结构的示意图。

图4是示出图像显示装置211的光轴的示意图。

如图4中所示，图像显示装置211包括液晶光学设备110和图像显示单元120。除了图4中示出的各个轴之间的关系之外，液晶光学设备110和图像显示单元120的结构与图像显示装置210的类似，因此省略描述。现在，将描述图像显示装置211的轴。

如图4中所示，在图像显示装置211中，同样地，偏振轴P1与第一方向D1之间的角度大于0度且小于90度。换句话讲，第一方向D1相对于偏振轴P1倾斜。因此，偏振轴P1和第二方向D2之间的角度（第一角度θ1）大于0度且小于90度。偏振轴P1与第三方向D3即投影到第一主面11a上的液晶层30的液晶分子的长轴方向之间的角度（第二角度θ2）大于0度且小于偏振轴P1与第二方向D2之间的角度。在这种情况下，第三方向D3与第二方向D2之间的角度（第三角度θ3）大于偏振轴P1与第二方向D2之间的角度（第一角度）。在这种情况下，同样地，可以抑制透镜效应的降低同时抑制反向扭曲的出现。由此，提供具有良好光学特性的图像显示装置。

第二实施例

图5是示出根据第二实施例的图像显示装置的结构的示意性截面图。

如图5中所示，图像显示装置220包括液晶光学设备111和图像显示单元120。图像显示单元120的结构可以近似于关于第一实施例描述的结构。现在，将描述液晶光学设备111与液晶光学设备110不同的那些部分。

在液晶光学设备111中，第一基板单元11u除了包括多个第一电极21之外，还包括多个电极对25。多个电极对25设置在第一主面11a上的多个第一电极21之间的区域中。多个电极对25排列在第二方向D2（X2轴方向）上。

多个电极对25中的每个包括第二电极22和第三电极23。第二电极22在Y2轴方向（第一方向D1）上延伸。第三电极23在Y2轴方向上延伸。在液晶光学设备111中，绝缘层46设置在第二电极22和第三电极23之间。绝缘层46还设置在第一基板11和第一电极21之间。例如，绝缘层46设置在第一基板11上，以覆盖第三电极23和第一主面11a。例如，多个第一电极21和多个第二电极22设置在绝缘层46上。绝缘层46在多个电极对25之间可以是连续的。在本例中，绝缘层46在第一电极21和第一基板11之间延伸。

在图5中示出多个第一电极21中的两个。多个第一电极21的数量是任意的。

现在，将关注多个第一电极21中的两个最接近的第一电极21。中心轴49处于最接近的第一电极21之间。中心轴49穿过连接两个最接近的第一电极21的X轴方向的中心的线段的中点。中心轴49平行于Y2轴方向。

现在，将关注两个最接近的第一电极21中的一个，即电极21p。电极21p的位置是第一电极21的X2轴方向中心的位置。

第一主面11a的处于中心轴49与电极21p即两个最接近的第一电极21中的一个之间的区域被设为第一区域R1。第一主面11a的处于中心轴49与电极21q即两个最接近的第一电极21中的另一个之间的区域被设为第二区域R2。从中心轴49向着电极21p的方向被设为+X2方向。从中心轴49向着电极21q的方向对应于－X2方向。

在本例中，一个电极对25设置在第一区域R1中。另外，一个电极对25设置在第二区域R2中。当投影到X2-Y2平面上时，多个电极对25彼此分开。在电极对25之间存在没有设置电极的区域。在本实施例中，还可以在电极对25之间设置其它电极。

在一个电极对25中，第二电极22包括当投影到与Y2轴方向和X2轴方向平行的平面（X2-Y2平面）上时覆盖第三电极23的第一叠加部分22p和没有覆盖第三电极23的第一非叠加部分22q。在一个电极对25中，第三电极23包括当投影到X2-Y2平面上时覆盖第二电极22的第二叠加部分23p和没有覆盖第二电极22的第二非叠加部分23q。

在液晶光学设备111的第一区域R1中包括的电极对25中，第一叠加部分22p位于第二叠加部分23p和液晶层30之间。第二电极22的位置在X2轴方向上偏离第三电极23的位置。具体地讲，在一个电极对25中，第二非叠加部分23q和中心轴49之间的距离比第一非叠加部分22q和中心轴49之间的距离长。换句话讲，在一个电极对25中，第二电极22比第三电极23更接近中心轴49。

电极对25在第二区域R2中的排列具有以中心轴49为对称轴的基本上的线对称。然而，线对称可以是不严格的。例如，可以基于液晶层30的排列的分布（例如，预倾斜角等）而引入微小的不对称性。

在液晶光学设备111从第一状态切换到第二状态的情况下，驱动单元130例如在第一电极21和相对电极12c之间施加第一电压，在第二电极22和相对电极12c之间施加第二电压，并且在第三电极23和相对电极12c之间施加第三电压。在此为了方便起见，即使在电极之间的电势差为0的情况下，也描述为施加了电压（0V的电压）。第一电压的绝对值大于第三电压的绝对值。第二电压的绝对值大于第三电压的绝对值。在这些电压是交流电流的情况下，第一电压的有效值大于第三电压的有效值。第二电压的有效值大于第三电压的有效值。例如，第一电压的有效值可以被设置成大于第三电压的有效值。第一电压的绝对值大于第二电压的绝对值。

当如上所述施加电压时，在液晶层30的第一电极21与相对电极12c相对的那部分中，水平取向的液晶分子35的取向接近垂直取向。在液晶层30的两个相邻第一电极21的中心附近的那部分中，液晶分子35保持水平取向。在液晶层30的相对电极12c与第二电极22相对的那部分中，水平取向的液晶分子35的取向接近垂直取向。在液晶层30的相对电极12c与第三电极23的第二非叠加部分23q相对的那部分中，液晶分子35保持水平取向。

在第一电极21和第三电极23之间的那部分中，从第一电极21向着第三电极23，折射率逐渐增大。在第二非叠加部分23q与第一叠加部分22p之间的边界附近处，从第三电极23向着第二电极22，折射率陡降。在第二电极22与中心轴49之间的那部分中，从第二电极22向着中心轴49，折射率逐渐增大。因此，当如上所述施加电压时，液晶层30的折射率分布具有菲涅尔透镜状结构，在这种结构中，在相对电极12与电极对25相对的那部分，折射率具有段差（jump）。

对于在液晶层30中形成具有菲涅尔透镜状结构的折射率分布的液晶光学设备111，液晶层30的厚度可以比液晶光学设备110的厚度薄。当在第一状态和第二状态之间切换时液晶层30的响应速率能够提高。

在图像显示装置210中，同样地，偏振轴P1和第一方向D1之间的角度大于0度且小于90度。偏振轴P1和第二方向D2之间的角度（第一角度θ1）大于0度且小于90度。偏振轴P1和第三方向D3即投影到第一主面11a上的液晶层30的液晶分子的长轴方向之间的角度（第二角度θ2）大于0度且小于偏振轴P1和第二方向D2之间的角度。在这种情况下，第三方向D3和第二方向D2之间的角度（第三角度θ3）大于偏振轴P1和第二方向D2之间的角度（第一角度）。在这种情况下，同样地，可以抑制透镜效应的降低同时抑制反向扭曲的出现。由此，提供具有良好光学特性的图像显示装置。在图像显示装置210中，第三角度θ3可以小于第一角度θ1。

根据这些实施例，提供具有良好光学特性的图像显示装置。

在本专利申请的说明书中，“垂直”和“平行”不仅是指严格垂直和严格平行，而且还包括例如由于制造工艺造成的波动等。基本上垂直和基本上平行就足够了。

在上文中，参照具体例子描述了本发明的示例性实施例。然而，本发明的实施例不限于这些具体例子。例如，本领域的技术人员通过从公知技术中适当地选择液晶光学设备和图像显示装置中包括的部件如第一基板单元、第二基板单元、液晶层、第一基板、第一电极、第二基板、相对电极、第二电极、第三电极、图像显示单元等的具体结构，可以用类似方式实践本发明；并且只要得到类似的效果，这种实践被包括在本发明的范围内。

另外，具体例子的任何两个或更多个部件可以在技术可行性的范围内进行组合并且只要包括在本发明的要旨内，就包括在本发明的范围内。

此外，本领域的技术人员基于作为本发明实施例的上述图像显示通过合适的设计修改可实践的所有图像显示装置只要包括本发明的精神，也在本发明的范围内。

本领域的技术人员在本发明的精神内可想到各种其他变形形式和修改形式，并且要理解，这类变化形式和修改形式也涵盖在本发明的范围内。

虽然已描述了某些实施例，但是这些实施例只是以举例的方式呈现，并不旨在限制本发明的范围。事实上，本文描述的新颖的实施例可以按各种其它形式实施；此外，可以在不脱离本发明的精神的情况下进行本文描述的实施例的形式方面的替代和变化。所附的权利要求书及其等同物旨在涵盖将落入本发明的范围和精神内的这类形式或修改形式。

Claims (20)

1.一种图像显示装置，包括：

图像显示单元，具有显示面，所述图像显示单元被配置为发射图像光，所述图像光是具有平行于所述显示面的偏振轴的偏振光；以及

液晶光学设备，与所述显示面堆叠，所述液晶光学设备包括：

第一基板单元，包括：

第一基板，具有平行于所述显示面的第一主面，以及

多个第一电极，设置在所述第一主面上，沿着第一方向延伸，所述第一电极排列在与所述第一方向不平行的方向上，所述偏振轴与第二方向之间的角度大于0度且小于90度，所述第二方向平行于所述第一主面并且垂直于所述第一方向；

第二基板单元，包括：

第二基板，具有与所述第一主面相对的第二主面，以及

相对电极，设置在所述第二主面上，与所述第一电极相对；以及

液晶层，设置在所述第一基板单元与所述第二基板单元之间，所述液晶层包括液晶分子，第三方向与所述偏振轴之间的角度大于0度且小于所述偏振轴与所述第二方向之间的角度，所述第三方向是投影到所述第一主面上的所述液晶分子的长轴方向。

2.根据权利要求1所述的图像显示装置，其中，所述第三方向与所述第二方向之间的角度小于所述偏振轴与所述第二方向之间的角度。

3.根据权利要求1所述的图像显示装置，其中，所述第三方向与所述第二方向之间的角度不小于2度且不大于45度。

4.根据权利要求1所述的图像显示装置，其中，所述偏振轴与所述第一方向之间的角度不小于45度且不大于85度。

5.根据权利要求1所述的图像显示装置，还包括驱动单元，所述驱动单元被配置为在所述第一电极与所述相对电极之间施加电压，以改变所述液晶层的折射率分布。

6.根据权利要求1所述的图像显示装置，其中，所述图像显示单元包括具有透射轴的偏振层，所述偏振轴平行于所述透射轴。

7.根据权利要求1所述的图像显示装置，其中，所述第三方向位于所述偏振轴与所述第二方向之间的角度内。

8.根据权利要求1所述的图像显示装置，其中，所述液晶层的介电各向异性为正，所述液晶层中的预倾斜角不小于0度且不大于30度。

9.根据权利要求8所述的图像显示装置，其中，所述液晶层的取向是水平取向或混合排列向列取向。

10.根据权利要求1所述的图像显示装置，其中，所述液晶层的介电各向异性为负，所述液晶层中的预倾斜角不小于60度且不大于90度。

11.根据权利要求10所述的图像显示装置，其中，所述液晶层的取向是垂直取向或混合排列向列取向。

12.根据权利要求1所述的图像显示装置，其中，所述第一电极和所述相对电极包含氧化物，所述氧化物包括从由In、Sn、Zn和Ti组成的组中选择的至少一种元素。

13.根据权利要求1所述的图像显示装置，其中，

所述第一基板单元包括设置在所述第一电极与所述液晶层之间的第一取向膜，

所述第二基板单元包括设置在所述相对电极与所述液晶层之间的第二取向膜。

14.根据权利要求1所述的图像显示装置，其中，

所述图像显示单元包括多个像素组，

所述偏振轴与所述像素组的排列方向之间的角度不小于0度且不大于5度或者不小于85度且不大于90度，

所述偏振轴与所述第二方向之间的角度不小于5度且不大于45度。

15.根据权利要求1所述的图像显示装置，其中，

所述图像显示单元包括多个像素组，

所述偏振轴与所述像素组的排列方向之间的角度不小于40度且不大于45度，

所述偏振轴与所述第二方向之间的角度不小于50度且不大于85度。

16.根据权利要求1所述的图像显示装置，其中，

所述第一基板单元还包括设置在所述第一主面上的多个电极对，每个电极对包括：

第二电极；

第三电极；以及

绝缘层，设置在所述第二电极与所述第三电极之间，

所述第二电极包括当投影到平行于所述第一主面的平面上时覆盖所述第三电极的第一叠加部分和没有覆盖所述第三电极的第一非叠加部分，

所述第三电极包括当投影到平行于所述第一主面的平面上时覆盖所述第二电极的第二叠加部分和没有覆盖所述第二电极的第二非叠加部分。

17.根据权利要求16所述的图像显示装置，还包括驱动单元，所述驱动单元被配置为

在所述第一电极与所述相对电极之间施加第一电压，

在所述第二电极与所述相对电极之间施加第二电压，以及

在所述第三电极与所述相对电极之间施加第三电压，

所述第一电压的绝对值大于所述第二电压的绝对值且大于所述第三电压的绝对值。

18.根据权利要求17所述的图像显示装置，其中，所述第二电压的绝对值大于所述第三电压的绝对值。

19.根据权利要求16所述的图像显示装置，其中，

所述电极对中的一个电极对设置在中心轴与两个最接近的第一电极中的一个第一电极之间的第一区域中，所述中心轴穿过线段的中点，该线段连接所述两个最接近的第一电极中的所述一个第一电极的中心和所述两个最接近的第一电极中的另一第一电极的中心，所述中心轴平行于所述第二方向，

所述电极对中的另一电极对设置在所述中心轴与所述两个最接近的第一电极中的所述另一第一电极之间的第二区域中。

20.根据权利要求19所述的图像显示装置，其中，在所述电极对中的一个电极对中，所述第二非叠加部分与所述中心轴之间的距离比所述第一非叠加部分与所述中心轴之间的距离更长。

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