CN103293782A - 液晶光学设备、驱动设备，以及图像显示设备 - Google Patents

Abstract

公开了一种液晶光学设备、驱动设备，以及图像显示设备。根据一个实施例，一种液晶光学设备包括第一和第二衬底单元、液晶层，以及驱动单元。第一衬底单元包括具有第一主表面的第一衬底、多个第一和第二电极。在第一主表面上提供了第一电极以在第一方向延伸。在第一主表面上提供了第二电极以在第一方向延伸。第二衬底单元包括具有与第一主表面相对的第二主表面的第二衬底以及相对电极。在第二主表面上提供相对电极。在第一衬底单元和第二衬底单元之间提供了液晶层。驱动单元电连接到第一以及第二电极，以及相对电极，并在液晶层中形成折射率分布。

Description

液晶光学设备、驱动设备,以及图像显示设备

对相关申请的交叉引用

本申请基于2012年2月29日提出的在先的日本专利申请No.2012-044686并要求它的优先权，该申请的全部内容以引用的方式并入本文中。

技术领域

此处所描述的各实施例一般涉及液晶光学设备、驱动设备以及图像显示设备。

背景技术

使用液晶分子的双折射性来根据电压的施加而改变折射率的分布的液晶光学设备是已知的。存在组合这样的液晶光学设备与图像显示单元的立体图像显示设备。

这样的立体图像显示设备在使图像显示单元上所显示的图像按原样入射到人观察者的眼睛上的状态和通过改变液晶光学设备的折射率的分布而使图像显示单元上所显示的图像作为多个视差图像入射到人观察者的眼睛上的状态之间切换。从而，实现二维显示操作和三维图像显示操作。此外，通过利用菲涅尔带片的光学原理来改变光的路径的技术也是已知的。对于这样的显示设备，高显示质量是所希望的。

发明内容

根据本发明的一个方面，公开了一种液晶光学设备包括第一衬底单元、第二衬底单元、液晶层，以及驱动单元。第一衬底单元包括具有第一主表面的第一衬底、多个第一电极，以及多个第二电极。在第一主表面上提供了该多个第一电极。第一电极在第一方向延伸，并排列在非平行于第一方向的方向。在第一主表面上提供了在第一方向延伸的多个第二电极。第二电极中的一个被安置在中心轴和两个最接近的第一电极中的一个之间。第二电极中的一个其他第二电极被安置在中心轴和该两个最接近的第一电极中的另一个之间。中心轴平行于第一方向，穿过在平行于第一主表面并垂直于第一方向的第二方向中连接该两个最接近的第一电极的中心的线段的中点。第二衬底单元包括第二衬底和相对电极。第二衬底具有与第一主表面相对的第二主表面。在第二主表面上提供了该相对电极，以与第一电极和第二电极相对。在第一衬底单元和第二衬底单元之间提供液晶层。驱动单元电连接到第一电极，第二电极，以及该相对电极，并被配置成通过控制相对电极、第一电极，以及第二电极之间的电势差来在液晶层中形成折射率分布。折射率分布具有末端部分、中心部分、第一部分、第二部分、第三部分以及第四部分。末端部分位于第二方向中两个最接近的第一电极中的一个的中心上。中心部分位于中心轴上。第一部分位于末端部分和中心部分之间。第二部分位于第一部分和中心部分之间。第三部分位于第二部分和中心部分之间。第四部分位于第三部分和中心部分之间。折射率分布中的折射率从末端部分朝向中心部分单调地增大。第一部分的折射率的第一增长速率高于第二部分的折射率的第二增长速率。第二增长速率低于第三部分的折射率的第三增长速率。第三增长速率高于第四部分的折射率的第四增长速率。

根据本发明的另一个方面，公开了一种被配置成驱动液晶光学设备的驱动设备。液晶光学设备包括第一衬底单元、第二衬底单元和液晶层。第一衬底单元包括具有第一主表面的第一衬底、多个第一电极，以及多个第二电极。在第一主表面上提供了该多个第一电极。第一电极在第一方向延伸，并排列在非平行于第一方向的方向。在第一主表面上提供了在第一方向延伸的多个第二电极。第二电极中的一个被安置在中心轴和两个最接近的第一电极中的一个之间。第二电极中的一个其他电极被安置在中心轴和该两个最接近的第一电极中的另一个之间。中心轴平行于第一方向，穿过在平行于第一主表面并垂直于第一方向的第二方向连接两个该最接近的第一电极的中心的线段的中点。第二衬底单元包括第二衬底和相对电极。第二衬底具有与第一主表面相对的第二主表面。在第二主表面上提供了该相对电极，以与第一电极和第二电极相对。在第一衬底单元和第二衬底单元之间提供液晶层。驱动设备电连接到第一电极、第二电极，以及该相对电极，并被配置成通过控制该相对电极和第一电极之间的电势差以及该相对电极和第二电极之间的电势差，来在液晶层中形成折射率分布。折射率分布具有末端部分、中心部分、第一部分、第二部分、第三部分以及第四部分。末端部分位于第二方向中两个最接近的第一电极中的一个的中心的第二方向上的位置上。中心部分位于中心轴的第二方向上的位置上。第一部分位于末端部分和中心部分之间。第二部分位于第一部分和中心部分之间。第三部分位于第二部分和中心部分之间。第四部分位于第三部分和中心部分之间。折射率分布中的折射率从末端部分朝向中心部分单调地增大。第一部分的折射率的第一增长速率高于第二部分的折射率的第二增长速率。第二增长速率低于第三部分的折射率的第三增长速率。第三增长速率高于第四部分的折射率的第四增长速率。

根据本发明的另一个方面，公开了一种图像显示设备，包括图像显示单元和上文所列举的液晶光学设备。图像显示单元与液晶光学设备层叠，并包括被配置成使包括图像信息的光入射到液晶层上的显示单元。

附图说明

图1是示出了根据一个实施例的液晶光学设备的配置的示意图；

图2是示出了根据该实施例的液晶光学设备的光学特性的图形；

图3是示出了根据该实施例的液晶光学设备的配置的示意图；

图4是示出了根据该实施例的液晶光学设备的另一种配置的示意图；

图5是示出了根据该实施例的液晶光学设备的另一种配置的示意图；

图6是示出了根据该实施例的液晶光学设备的另一种配置的示意图；

图7A和图7B是示出了根据该实施例的液晶光学设备的另一种配置的示意图；

图8A和图8B是示出了根据该实施例的液晶光学设备的另一种配置的示意图；

图9是示出了根据该实施例的液晶光学设备的特征的图形；

图10A和图10B是示出了根据该实施例的液晶光学设备的另一种配置的示意图；以及

图11A和图11B是示出了根据该实施例的液晶光学设备的另一种配置的示意图。

具体实施方式

根据一个实施例，液晶光学设备包括第一衬底单元、第二衬底单元、液晶层，以及驱动单元。第一衬底单元包括具有第一主表面的第一衬底、多个第一电极，以及多个第二电极。在第一主表面上提供了第一电极。第一电极在第一方向延伸，并排列在非平行于第一方向的方向。在第一主表面上提供了第二电极，以在第一方向延伸。第二电极中的一个被安置在中心轴和两个最接近的第一电极中的一个之间。第二电极中的一个其他电极被安置在中心轴和该两个最接近的第一电极中的另一个之间。中心轴平行于第一方向，穿过在平行于第一主表面并垂直于第一方向的第二方向连接两个最接近的第一电极的中心的线段的中点。第二衬底单元包括第二衬底和相对电极。第二衬底具有与第一主表面相对的第二主表面。在第二主表面上提供了该相对电极，以与第一电极和第二电极相对。在第一衬底单元和第二衬底单元之间提供液晶层。驱动单元电连接到第一电极，第二电极，以及该相对电极，并被配置成通过控制相对电极、第一电极，以及第二电极之间的电势差来在液晶层中形成折射率分布。折射率分布具有末端部分、中心部分、第一部分、第二部分、第三部分以及第四部分。末端部分位于第二方向中两个最接近的第一电极中的一个的中心上。中心部分位于中心轴上。第一部分位于末端部分和中心部分之间。第二部分位于第一部分和中心部分之间。第三部分位于第二部分和中心部分之间。第四部分位于第三部分和中心部分之间。折射率分布中的折射率从末端部分朝向中心部分单调地增大。第一部分的折射率的第一增长速率高于第二部分的折射率的第二增长速率。第二增长速率低于第三部分的折射率的第三增长速率。第三增长速率高于第四部分的折射率的第四增长速率。

根据一个实施例，驱动设备被配置成驱动液晶光学设备。液晶光学设备包括第一衬底单元、第二衬底单元和液晶层。第一衬底单元包括具有第一主表面的第一衬底、多个第一电极，以及多个第二电极。在第一主表面上提供了第一电极。第一电极在第一方向延伸，并排列在非平行于第一方向的方向。在第一主表面上提供了第二电极，以在第一方向延伸。第二电极中的一个被安置在中心轴和两个最接近的第一电极中的一个之间。第二电极中的一个其他电极被安置在中心轴和该两个最接近的第一电极中的另一个之间。中心轴平行于第一方向，穿过在平行于第一主表面并垂直于第一方向的第二方向连接两个该最接近的第一电极的中心的线段的中点。第二衬底单元包括第二衬底和相对电极。第二衬底具有与第一主表面相对的第二主表面。在第二主表面上提供了该相对电极，以与第一电极和第二电极相对。在第一衬底单元和第二衬底单元之间提供液晶层。驱动设备电连接到第一电极、第二电极，以及该相对电极，并被配置成通过控制该相对电极和第一电极之间的电势差以及该相对电极和第二电极之间的电势差，来在液晶层中形成折射率分布。折射率分布具有末端部分、中心部分、第一部分、第二部分、第三部分以及第四部分。末端部分位于第二方向中两个最接近的第一电极中的一个的中心的第二方向上的位置上。中心部分位于中心轴的第二方向上的位置上。第一部分位于末端部分和中心部分之间。第二部分位于第一部分和中心部分之间。第三部分位于第二部分和中心部分之间。第四部分位于第三部分和中心部分之间。折射率分布中的折射率从末端部分朝向中心部分单调地增大。第一部分的折射率的第一增长速率高于第二部分的折射率的第二增长速率。第二增长速率低于第三部分的折射率的第三增长速率。第三增长速率高于第四部分的折射率的第四增长速率。

根据一个实施例，图像显示设备包括上文所列举的液晶光学设备和图像显示单元。图像显示单元与液晶光学设备层叠，并包括被配置成使包括图像信息的光入射到液晶层上的显示单元。

下面将参考各个附图来描述各实施例。

附图是示意的或概念性的；各部分的厚度和宽度之间的关系，各部分之间的大小的比例等等不一定与其实际值相同。在各附图之间，甚至对于相同的部分，可以以不同的方式示出尺寸和/或比例。

在本申请的说明书和各附图中，类似于参考附图所描述的那些组件的组件利用相同附图标记来标记，相应地省略详细描述。

第一实施例

图1是示出了根据一个实施例的液晶光学设备的配置的示意图。

如图1所示，根据该实施例的液晶光学设备111包括第一衬底单元10u、第二衬底单元20u、液晶层30，以及驱动单元72。

图1中示意性地示出了液晶光学设备111的一部分的配置的截面。

第一衬底单元10u包括第一衬底10、多个第一电极11，以及多个第二电极12。第一衬底10具有第一主表面10a。在第一主表面10a上提供了多个第一电极11和多个第二电极12。多个第一电极11中的每一个在第一方向延伸。多个第一电极11沿着非平行于第一方向的方向排列。平行于第一主表面10a并垂直于第一方向的方向是第二方向。例如，多个第一电极11沿着第二方向排列。图1示出了多个第一电极11中的两个。多个第一电极11的数量是任意的。

这里，第一方向是Y轴方向。第二方向是X轴方向。垂直于X轴方向和Y轴方向的第三方向是Z轴方向。

中心轴59在最接近的第一电极11之间。中心轴59穿过连接两个最接近的第一电极11的X轴方向中心的中点。中心轴59平行于Y轴方向。

第一主表面10a的中心轴59和电极11p（是两个最接近的第一电极11中的一个）之间的区域是第一区域R1。第一主表面10a的中心轴59和电极11q（是两个最接近的第二电极11中的另一个）之间的区域是第二区域R2。从中心轴59朝向电极11p的方向是+X方向。从中心轴59朝向电极11q的方向对应于-X轴方向。

分别在中心轴59和两个最接近的第一电极11之间的区域提供了多个第二电极12。换言之，在两个最接近的第一电极11之间提供了多个第二电极12中的两个。多个第二电极12中的每一个都在Y轴方向延伸。例如，存在于第一区域R1中的一个第二电极12和存在于第二区域R2中的一个第二电极12基本上呈线对称，以中心轴59作为对称轴。然而，这可能不是严格的线对称。例如，可以基于液晶层30的布局的分布（例如，预倾斜角度等等），引入微不对称。

如此，多个第二电极12中的一个被安置在中心轴59和两个最接近的第一电极11中的一个（电极11p）之间，其中，中心轴59平行于第一方向，以穿过连接两个最接近的第一电极11的第二方向中心的线段的中点。多个第二电极12的一个其他第二电极12被安置在中心轴59和两个最接近的第一电极11中的另一个（电极11q）之间。

距离L1是从第一电极11的X轴方向中心位置到中心轴59的距离。距离L2是从第二电极12的X轴方向中心位置到中心轴59的距离。在这样的情况下，例如，距离L2不小于距离L1的40%，并且不超过60%。

例如，第一电极11的安置间距（最接近的第一电极11的X轴方向中心之间的距离）不小于10微米(μm)，并且不超过1000μm。相应地，例如，距离L1不小于5μm，并且不超过500μm。安置间距被设置为匹配所希望的规范（下面所描述的屈折率透镜的特征）。例如，距离L2不小于2μm，并且不超过300μm。例如，第一电极11和第二电极12沿着X轴方向的长度（宽度）不小于5μm，并且不超过300μm。

第二衬底单元20u包括第二衬底20和相对电极20c。第二衬底20具有与第一主表面10a相对的第二主表面20a。在第二主表面20a上提供了相对电极20c。当被投射到X-Y平面上时，相对电极20c覆盖多个第一电极11和多个第二电极12。例如，相对电极20c在X-Y平面中延伸。

第一衬底10、第一电极11、第二电极12、第二衬底20，以及相对电极20c相对于光是能透射的，具体而言，是透明的。

第一衬底10以及第二衬底20可包括，例如，诸如玻璃、树脂等等之类的透明材料。第一衬底10和第二衬底20具有板状配置或片状配置。例如，第一衬底10和第二衬底20的厚度不小于50μm，并且不超过2000μm。然而，厚度是任意的。

例如，第一电极11、第二电极12，以及相对电极20c包括氧化物，其中包括至少一种（一类）从包括In、Sn、Zn以及Ti的组中选择的元素。这些电极可包括，例如，ITO。例如，可以使用从In₂O₃和SnO₃中选择的至少一个。例如，这些电极的厚度大约是200纳米（nm）（例如，不小于100nm，并且不超过350nm）。例如，电极的厚度被设置为相对于可见光能获得高透射率的厚度。

在第一衬底单元10u和第二衬底单元20u之间提供了液晶层30。液晶层30包括液晶材料。液晶材料可包括向列液晶（在使用液晶光学设备111的温度下具有向列相）。液晶材料具有正的介电各向异性或负的介电各向异性。例如，在正的介电各向异性的情况下，液晶层30的液晶的初始布局（当不向液晶层30施加电压时）基本上是水平配向（平行配向）。在负的介电各向异性的情况下，液晶层30的液晶的初始布局基本上是垂直配向。对于本申请的说明书中的水平配向，液晶的定向器（液晶分子的长轴）和X-Y平面之间的角度（预倾斜角度）不小于0°，并且不超过30°。例如，对于垂直配向，预倾斜角度不小于60°，并且不超过90°。从初始布局和施加电压期间的布局中的选择至少一个的液晶的定向器具有平行于X轴方向的分量。

这里，描述了液晶层30中所包括的液晶的介电各向异性是正的，并且初始布局基本上是水平配向的情况。

在基本上水平配向的情况下，当投射到X-Y平面上时，定向器基本上平行于初始布局中的X轴方向。例如，当投射到X-Y平面上时，定向器和X轴方向之间的角度（角度的绝对值）不超过10度。与第一衬底单元10u最接近的液晶层30的取向方向和与第二衬底单元20u最接近的液晶层30的取向方向是反平行的。换言之，初始配向不是扩散配向。

第一衬底单元10u还可以包括配向膜（未示出）。第一电极11和第二电极12被安置在第一衬底10和第一衬底单元10u的配向膜之间。第二衬底单元20u还可以包括配向膜（未示出）。相对电极20c被安置在第二衬底20和第二衬底单元20u的配向膜之间。这些配向膜可包括，例如，聚酰亚胺。例如，通过执行对配向膜的摩擦来获得液晶层30的初始布局。对第一衬底单元10u的摩擦的方向是与第二衬底单元20u的摩擦方向反平行的。可以通过执行配向膜的光辐射来获得初始配向。

通过在相对电极20c和第一电极11之间以及在相对电极20c和第二电极12之间施加电压来改变液晶层30的液晶配向。根据液晶配向的变化，在液晶层30中形成折射率分布。入射到液晶光学设备111上的光的传播方向通过折射率分布来改变。光的传播方向的变化主要基于折射效应。

驱动单元72电连接到第一电极11、第二电极12，以及相对电极20c。驱动单元72通过向第一电极11、第二电极12，以及相对电极20c施加电压，来在液晶层30中形成折射率分布RD。驱动单元72通过控制相对电极20c和第一电极11之间的电势差以及相对电极20c和第二电极12之间的电势差，来在液晶层30中形成折射率分布。液晶光学设备111是分散折射率类型的液晶光学设备。可以与液晶光学设备111分开地提供与驱动单元72具有基本上相同功能的驱动设备100。

图2是示出了根据本实施例的液晶光学设备的光学特性的图形。

图2的水平轴是X轴方向位置x。图2的垂直轴是折射率n。

图2示意性地示出了折射率在驱动单元72在液晶层30中形成的折射率分布RD的X-Z平面（平行于X轴方向和Z轴方向的平面）中的分布曲线。

在如图2所示的折射率分布RD中，折射率从第一电极11朝向中心轴59单调地增大。折射率分布RD从第一电极11的第二方向中心的第二方向位置处的末端部分11x朝向中心轴59的第二方向位置处的中心部分59x单调地增大。折射率分布RD没有折射率在从第一电极11朝向中心轴59的方向降低的部分。

折射率分布RD在与第一电极11最接近的部分是第一部分PA1。折射率分布RD在第一部分PA1和中心轴59之间的部分是第二部分PA2。折射率分布RD在第二部分PA2和中心轴59之间的部分是第三部分PA3。折射率分布RD在第三部分PA3和中心轴59之间的部分是第四部分PA4。

第一部分PA1的折射率分布RD的斜率（折射率的变化相对于X轴方向位置的变化的程度）是第一斜率S1。第二部分PA2的折射率分布RD的斜率是第二斜率S2。第三部分PA3的折射率分布RD的斜率是第三斜率S3。第四部分PA4的折射率分布RD的斜率是第四斜率S4。在折射率分布RD中，第二斜率S2小于第一斜率S1。第三斜率S3大于第二斜率S2。第四斜率S4小于第三斜率S3。

第一电极11的X轴方向中心位置是第一位置PT1。第二电极12的X轴方向中心位置是第二位置PT2。第一位置PT1和第二位置PT2之间的X轴方向中心位置是第三位置PT3。第二位置PT2和中心轴59之间的X轴方向中心位置是第四位置PT4。

例如，第一部分PA1是第一位置PT1和第三位置PT3之间的部分。例如，第二部分PA2是第三位置PT3和第二位置PT2之间的部分。例如，第三部分PA3是第二位置PT2和第四位置PT4之间的部分。例如，第四部分PA4是第四位置PT4和中心轴59之间的部分。第一部分PA1、第二部分PA2、第三部分PA3，以及第四部分PA4可以是折射率分布RD在中心轴59和第一电极11之间的任何部分。

例如，第一斜率S1是第一部分PA1的折射率分布RD的曲线的直线近似AL的斜率。例如，第二斜率S2是第二部分PA2的折射率分布RD的曲线的直线近似AL的斜率。例如，第三斜率S3是第三部分PA3的折射率分布RD的曲线的直线近似AL的斜率。例如，第四斜率S4是第四部分PA4的折射率分布RD的曲线的直线近似AL的斜率。

如此，折射率分布RD的第一部分PA1的折射率的第一增长速率（第一斜率S1）高于折射率分布RD在第一部分PA1和中心部分59x之间的第二部分PA2的折射率的第二增长速率（第二斜率S2）。

第二增长速率低于第二部分PA2和中心部分59x之间的折射率分布RD的第三部分PA3的折射率的第三增长速率（第三斜率S3）。

第三增长速率高于第三部分PA3和中心部分59x之间的折射率分布RD的第四部分PA4的折射率的第四增长速率（第四斜率S4）。

驱动单元72在相对电极20c和第一电极11之间施加第一电压V1，并在相对电极20c和第二电极12之间施加第二电压V2。为了方便起见，其中在两个电极之间电势相同（零伏特）的状态被视为被包括在其中施加电压的状态中。

第一电压V1的绝对值大于第二电压V2的绝对值。第一电压V1和第二电压V2可以是直流电压或交流电压。在交流电压的情况下，第一电压V1的有效值（均方根值）大于第二电压V2的有效值（均方根值）。

相对电极20c的电势可以是固定的；而从第一电极11和第二电极12中选择的至少一个的电势可以作为交流电而变化。例如，通过向第一电极11提供具有与相对电极20c的电势的变化的极性相反的极性的电压，第一电压V1的绝对值（有效值）可以相对较大。通过这样的驱动方法，驱动电路的电源电压可以很小；而驱动IC的击穿电压规定可以放松。

在液晶层30的预倾斜角度相对较小的情况下（例如，不超过10度），涉及液晶层30的液晶配向的变化的阈值电压Vth相对来说明显。例如，在这样的情况下，第一电压V1和第二电压V2被设置为大于阈值电压Vth。

第一电压V1和第二电压V2是将液晶层30的液晶配向从初始布局改变的电压。液晶层30的液晶配向通过向每一个电极施加的电压而改变；而上文所列举的折射率分布RD是基于此改变而形成的。例如，在液晶层30的介电各向异性是正的并且当施加电压时液晶的取向方向是垂直而当不施加电压时是水平的情况下，当形成折射率分布RD时，驱动单元72控制第一电压V1的绝对值（有效值），例如，不小于4V（伏特）并且不超过20V。例如，驱动单元72控制第二电压V2的绝对值（有效值）不小于1V并且不超过10V。

例如，在液晶光学设备111中，在相对电极20c和第一电极11之间的电压和相对电极20c和第二电极12之间的电压不超过阈值电压Vth的情况下，在液晶层30中形成均匀的折射率分布。在这样的情况下，入射到液晶光学设备111上的光的传播方向基本上不改变。

图3是示出了根据本实施例的液晶光学设备的配置的示意图。

图3还示出了液晶光学设备111的使用的状态的示例。液晶光学设备111和图像显示单元80一起使用。根据该实施例的图像显示设备211包括根据该实施例的液晶光学设备中的任何一种（在此示例中，液晶光学设备111）和图像显示单元80。任何显示设备都可以被用作图像显示单元80。例如，可以使用液晶显示设备、有机EL显示设备、等离子显示器等等。

图像显示单元80包括显示单元81。显示单元81与液晶光学设备111层叠。显示单元81促使包括图像信息的光入射到液晶层30上。在此示例中，光通过第一衬底单元10u进入液晶层30，并通过第二衬底单元20u被辐射到外部。

光处于在基本上Z轴方向进行传播的线性偏振光状态。线性偏振光的偏振轴（X-Y平面（是电场的振动面）中的取向轴）是X轴方向。换言之，线性偏振光的偏振轴是平行于液晶层30的液晶分子的定向器（长轴）的方向。线性偏振光通过，例如，放置以X轴方向作为沿着光路的偏振轴的光学过滤器（偏振器）来形成。

图像显示单元80还可以包括驱动显示单元81的显示驱动单元82。显示驱动单元82向显示单元81提供驱动信号。显示单元81产生基于来自显示驱动单元82的驱动信号而调制的光。

液晶光学设备111具有修改光路的操作状态以及通过向第一电极11、第二电极12，以及相对电极20c施加的电压而基本上不修改光路的操作状态。例如，图像显示设备211通过在修改光路的操作状态入射到液晶光学设备111上的光来提供三维显示。例如，图像显示设备211在基本上不修改光路的操作状态下提供二维图像显示。

驱动单元72可以通过有线或无线方法（电法、光学法等等）连接到显示驱动单元82。图像显示设备211还可以包括控制驱动单元72以及显示驱动单元82的控制单元（未示出）。

存在这样的液晶光学设备，通过在两个最接近的第一电极11之间提供四个或更多电极并通过调整向电极中的每一个施加的电压，在液晶层30中形成具有菲涅耳透镜状的配置的折射率分布。此外，例如，还存在液晶光学设备，其通过在相对电极20c以及多个第一电极11之间施加电压，在液晶层30中形成具有凸透镜配置的折射率分布。对于形成具有菲涅耳透镜状的配置的折射率分布的配置，液晶层30的厚度可以比形成具有凸透镜配置的折射率分布的配置的情况薄。此外，当在修改光路的操作状态和基本上不修改光路的操作状态之间切换时液晶层30的响应速率可以更高。

然而，形成具有菲涅耳透镜状的配置的折射率分布的配置是有问题的，因为在液晶层30中形成了反斜率。反斜率是朝向不同于由折射率分布所形成的透镜的焦点的方向的斜率。例如，在图2中，第一区域R1中的第一斜率S1到第四斜率S4具有朝向左上方的斜率。在液晶光学设备111的第一区域R1的液晶层30中在朝向左上方的斜率是正向的情况下，反斜率是朝向左下的斜率。

通过液晶层30的反斜率集中的光作为叫做偏置亮度的干扰视差渗入。液晶层30的反斜率在三维显示期间导致视差图像的串扰，并阻碍人观察者的立体观察。此外，还需要向电极施加比较高的电压以抑制形成具有菲涅耳透镜状的配置的折射率分布的配置中的反斜率。然而，当向电极施加高电压时，当液晶变为垂直时产生不在取向方向的组件；容易产生液晶的配向缺陷；并且令人遗憾地无法获得目标折射率分布。

另一方面，可以在由液晶光学设备111所形成的折射率分布RD中抑制反斜率的发生。从而，可以抑制液晶光学设备111中的串扰的发生。在液晶光学设备111中，高质量显示是可能的。可以通过施加相对较低的电压来实现折射率分布RD的形成。与凸透镜配置的折射率分布相比，液晶层30的厚度可以更薄，并且响应速率对于折射率分布RD可以更快。在液晶光学设备111中，可以降低偏置亮度的泄漏，并且可以通过使用低电压在电平之间形成温和的跳动来降低3D显示劣化。

图4是示出了根据该实施例的液晶光学设备的另一种配置的示意图。

如图4所示，液晶光学设备112的第一衬底单元10u还包括多个第三电极13。在第一主表面10a上提供了多个第三电极13。多个第三电极13在Y轴方向延伸。在覆盖第一主表面10a上的中心轴的位置提供第三电极13中的每一个。例如，在两个最接近的第一电极11之间在X轴方向中心上提供第三电极13。换言之，在中心轴59上提供第三电极13。多个第三电极13电连接到驱动单元72。驱动单元72在形成折射率分布RD时还控制相对电极20c和第三电极13之间的电势差。

驱动单元72在相对电极20c和第一电极11之间施加第一电压V1，在相对电极20c和第二电极12之间施加第二电压V2，并在相对电极20c和第三电极13之间施加第三电压V3。第一电压V1的绝对值（有效值）大于第三电压V3的绝对值（有效值）。第二电压V1的绝对值（有效值）大于第三电压V3的绝对值（有效值）。例如，通过相对电极20c的电势作为交流电变化并通过向第三电极13提供具有与该变化的极性相同极性的电压，第三电压V1的绝对值（有效值）可以相对较小。例如，第三电压V3被设置为不超过与液晶层30的液晶配向的变化有关的阈值电压Vth。例如，第三电压V3是将液晶层30的液晶配向保持为初始布局或接近该初始布局的排列状态的电压。例如，第三电压V3的绝对值（有效值）不小于0V并且不超过2V。

如此，通过在第一衬底单元10u中提供第三电极13并通过向第三电极13施加第三电压V3，可以更适当地形成折射率分布RD。

图5是示出了根据该实施例的液晶光学设备的另一种配置的示意图。

如图5所示，液晶光学设备113的第一衬底单元10u还包括多个第四电极14。在第一主表面10a上提供了多个第四电极14。多个第四电极14在Y轴方向延伸。在第一电极11和第二电极12之间的区域中分别提供了多个第四电极14。多个第四电极14中的一个被安置在两个最接近的第一电极11中的一个（电极11p）和位于中心轴59和两个最接近的第一电极11中的那一个（电极11p）之间的第二电极12之间。多个第四电极14中的一个其他第四电极14被安置在两个最接近的第一电极11中的另一个（电极11q）和位于中心轴59和两个最接近的第一电极11中的另一个（电极11q）之间的第二电极12之间。

例如，在两个最接近的第一电极11之间提供两个第四电极14。分别在两个最接近的第一电极11中的一个和两个第二电极12中的一个之间以及在两个最接近的第一电极11中的另一个和所述两个第二电极12中的另一个之间分别提供两个第四电极14。多个第四电极14中的每一个电连接到驱动单元72。驱动单元72在形成折射率分布RD时还控制相对电极20c和第四电极14之间的电势差。

例如，存在于第一区域R1中的一个第四电极14和存在于第二区域R2中的一个第四电极14基本上呈线对称放置，以中心轴59作为对称轴。然而，这可能不是严格的线对称。距离L4是从第四电极14的X轴方向中心位置到中心轴59的距离。在这样的情况下，例如，距离L4不小于距离L1的55%，并且不超过80%。

驱动单元72在相对电极20c和第一电极11之间施加第一电压V1，在相对电极20c和第二电极12之间施加第二电压V2，在相对电极20c和第三电极13之间施加第三电压V3，并在相对电极20c和第四电极14之间施加第四电压V4。例如，希望第四电压V4的绝对值（有效值）小于第一电压V1的绝对值（有效值），第四电压V4的绝对值（有效值）是第二电压V2的绝对值（有效值）的大约±0.5V内的电压。例如，第四电压V4的绝对值（有效值）不小于0.5V并且不超过3V。

如此，通过在第一衬底单元10u中提供第四电极14并通过向第四电极14施加第四电压V4，可以更适当地形成折射率分布RD。

图6是示出了根据该实施例的液晶光学设备的另一种配置的示意图。

除如图6所示的第二电极12和第三电极13之外，液晶光学设备114的第一衬底单元10u还包括绝缘层18和多个第四电极14。

在衬底10和第二电极12之间提供绝缘层18。在衬底10和绝缘层18之间提供多个第四电极14。该多个第四电极14在第一方向延伸。

该多个第四电极14中的一个第四电极14x沿着第二方向的位置在两个最接近的第一电极11中的一个（电极11p）沿着第二方向的位置和中心轴59沿着第二方向的位置之间。

该多个第四电极14中的一个其他第四电极14y沿着第二方向的位置在两个最接近的第一电极11中的另一个（电极11q）沿着第二方向的位置和中心轴59沿着第二方向的位置之间。

第四电极14的一部分在Z轴方向与第二电极12层叠。在此示例中，在第一衬底10的第一主表面10a上提供多个第四电极14；而在多个第四电极14和第一主表面10a上提供绝缘层18。在绝缘层18上提供第一电极11、第二电极12，以及第三电极13。

在如图6所示的此示例中，当投射到平行于X轴方向和Y轴方向的平面（X-Y平面）上时，位于中心轴59和两个最接近的第一电极11中的一个（电极11p）之间的第二电极12（第二电极12x）具有覆盖上文所列举的一个第四电极14x的第一重叠部分12p和不覆盖该第四电极14x的第一非重叠部分12q。

当投射到X-Y平面上时，上文所列举的一个第四电极14x具有覆盖位于中心轴59和两个最接近的第一电极11中的一个（电极11p）之间的第二电极12（第二电极12x）的第二重叠部分14p和不覆盖此第二电极12（第二电极12x）的第二非重叠部分14q。

在第二电极12和第四电极14之间提供绝缘层18，以绝缘第二电极12和第四电极14。绝缘层18可包括，例如，SiO₂、有机绝缘膜等等。例如，绝缘层18的厚度不小于100nm，并且不超过2000nm。从而，获得了适当的绝缘属性和高的光学透射率。在此示例中，距离L4是，例如，不小于40%，并且不超过80%；并且尽可能地靠近第二电极12是有利的。在此示例中，第四电压V4的绝对值（有效值），例如，不小于0.5V，并且不超过3V。

如此，可以通过在Z轴方向层叠第二电极12和第四电极14，以当投射到X-Y平面上时形成覆盖部分和非覆盖部分，更适当地形成折射率分布RD。例如，精细调整折射率分布RD更加容易。可以在第二电极12上形成绝缘层18；而在绝缘层18上可以形成第四电极14。可以在第一衬底10和绝缘层18之间提供第一电极11以及第三电极13。

现在将描述折射率分布RD的设计的示例。

图7A和图7B是示出了根据该实施例的液晶光学设备的另一种配置的示意图。

图7A是示出了折射率分布RD的图形。图7B是示出了折射率分布RD的设计示例的示意视图。在图7A中，水平轴是X轴方向位置x；而垂直轴是折射率n。

如图7A和图7B所示，例如，当设计折射率分布RD时，准备第一透镜曲线LC1和第二透镜曲线LC2。第一透镜曲线LC1和第二透镜曲线LC2是用于检查折射率分布RD的透镜效果的假想曲线。

第一透镜曲线LC1具有半圆形配置或半椭圆形配置。第一透镜曲线LC1的光心的X轴方向位置基本上与中心轴59的相同。第一透镜曲线LC1在第一衬底10侧具有焦点。例如，第一透镜曲线LC1的焦距与液晶光学设备和显示单元81之间的距离匹配。例如，第一透镜曲线LC1朝向显示单元81的多个像素聚焦形成视差图像的光。第一透镜曲线LC1在X轴方向的宽度小于多个第一电极11的排列间距。

第二透镜曲线LC2具有半圆形配置或半椭圆形配置。第二透镜曲线LC2的光心的X轴方向位置基本上与中心轴59的相同。第二透镜曲线LC2的中心的Z轴方向位置基本上与第一透镜曲线LC1的中心的Z轴方向位置相同。第二透镜曲线LC2覆盖第一透镜曲线LC1。

第二透镜曲线LC2在第一衬底10侧具有焦点。第二透镜曲线LC2在X轴方向的宽度基本上与多个第一电极11的排列间距相同。第二透镜曲线LC2的高度（在Z轴方向的长度）低于第一透镜曲线LC1的高度。相应地，第二透镜曲线LC2的焦距长于第一透镜曲线LC1的焦距。调整第二透镜曲线LC2的高度和/或曲率，以便与第一透镜曲线LC1的交叉点IP1的X轴方向位置位于第二电极12的位置。

从中心轴59到交叉点IP1，曲线沿着第一透镜曲线LC1。从交叉点IP1到第一电极11侧的末端部分，曲线沿着第二透镜曲线LC2。从而，获得折射率分布RDi1。

在折射率分布RDi1中，在中心轴59和第二电极12之间形成了具有第一焦距的第一聚焦部分41；而在第二电极12和第一电极11之间形成了具有长于第一焦距的第二焦距的第二聚焦部分42。

确定向电极施加的电压，以便在液晶层30中实际形成的折射率分布RD接近折射率分布RDi1。然而，由于在液晶光学设备的实际驱动状态中施加的电压的错误等等，分布从如图2所示的折射率分布RDi1稍微劣化。在图2所示出的折射率分布RD中，第三部分PA3和第四部分PA4对应于第一聚焦部分41；而第一部分PA1和第二部分PA2对应于第二聚焦部分42。

例如，第一透镜曲线LC1是具有小透镜间距的假想折射率分布。例如，第二透镜曲线LC2是具有大透镜间距的假想折射率分布。折射率分布RDi1在第一聚焦部分41和第二聚焦部分42之间具有一个弯曲点FP。

图8A和图8B是示出了根据该实施例的液晶光学设备的另一种配置的示意图。

图8A是示出了折射率分布RD的图形。图8B是示出了折射率分布RD的设计示例的示意视图。在图8A中，水平轴是X轴方向位置x；而垂直轴是折射率n。

如图8A和图8B所示，当设计折射率分布RD时，可以使用三个曲线。

在此示例中，第二透镜曲线LC2在X轴方向的宽度大于多个第一电极11的排列间距。

第三透镜曲线LC3具有半圆形配置或半椭圆形配置。第三透镜曲线LC3的光心的X轴方向位置基本上与中心轴59的相同。第三透镜曲线LC3的中心的Z轴方向位置基本上与第一透镜曲线LC1的中心的Z轴方向位置和第二透镜曲线LC2的中心的Z轴方向位置相同。第三透镜曲线LC3覆盖第一透镜曲线LC1和第二透镜曲线LC2。第一透镜曲线LC1的配置放大以形成第三透镜曲线LC3的配置。相应地，第三透镜曲线LC3的焦距基本上与第一透镜曲线LC1的焦距相同。

在此示例中，从中心轴59到交叉点IP1，曲线沿着第一透镜曲线LC1。从交叉点IP1到在第二透镜曲线LC2和第三透镜曲线LC3之间的交叉点IP2，曲线沿着第二透镜曲线LC2。从交叉点IP2到第一电极11侧的末端部分，曲线沿着第三透镜曲线LC3。从而，获得折射率分布RDi2。

在折射率分布RDi2中，在中心轴59和第二电极12之间形成具有第一焦距的第一聚焦部分41；在第二电极12和第一电极11之间的部分中形成具有长于第一焦距的第二焦距的第二聚焦部分42；而在第二聚焦部分42和第一电极11之间形成具有与第一焦距基本上相同的焦距的第三聚焦部分43。

例如，通过第四电极14的距离L4不小于距离L1的40%并且不超过其80%，并通过第四电压V4的绝对值（有效值）是在第二电极V2的绝对值的大约±0.5V内的电压，可以在包括第四电极14的液晶光学设备113中实现折射率分布RDi2。

在此示例中，第一透镜曲线LC1是具有，例如，小透镜间距的假想折射率分布。例如，第二透镜曲线LC2是具有大透镜间距的假想折射率分布。例如，第三透镜曲线LC3是具有中等透镜间距的假想折射率分布。在折射率分布RDi2中，带有相同焦距的具有两种不同类型的（即，中等类型和小类型）的透镜间距的折射率分布的透镜，通过具有最大透镜间距和长于上文所列举的焦距的焦距的折射率分布来连接，以便焦点水平位置基本上与上文所列举的中等和小透镜的焦点水平位置相同。折射率分布RDi2具有两个弯曲点，即，第一聚焦部分41和第二聚焦部分42之间的弯曲点FP1，和第二聚焦部分42和第三聚焦部分43之间的弯曲点FP2。

在此示例中，在由以基本上相同焦距和基本上相同水平位置处具有焦点的三种不同类型（即，大类型，中间类型，以及小类型）的透镜间距的折射率分布配置构成的一种透镜中，具有中等透镜间距的折射率分布（第三透镜曲线LC3）被安置在透镜末端处；从中等透镜间距的折射率分布和大透镜间距的折射率分布（第二透镜曲线LC2）之间的交叉点处的透镜间距内的水平位置1（交叉点IP2）到大透镜间距的折射率分布和小透镜间距的折射率分布（第一透镜曲线LC1）之间的交叉点处的透镜间距内的水平位置2（交叉点IP1）的折射率分布是大透镜间距的折射率分布；而从水平位置2到透镜中心的折射率分布是小透镜间距的折射率分布。从而，在菲涅耳透镜中，只在透镜球面的前向中形成等级之间的跳动处的斜率；而光线在相对视差图像上的集中可以被抑制。

第三透镜曲线LC3的折射率是Nmiddle。在形成菲涅耳透镜的情况下，虽然实际中心是第一透镜曲线LC1的中间处的折射率，但是，第三透镜曲线LC3的透镜中心处的折射率是N₃。二次系数是A₃。与透镜中心的距离是x。在这样的情况下，Nmiddle通过下面所列举的公式（1）来表示。

液晶相对于具有正交于液晶的定向器方向的偏振轴的偏振光的折射率是N₀。相对于具有平行于液晶的定向器方向的偏振轴的偏振光的折射率是N_e。N_e大于N₀。第三透镜曲线LC3的透镜间距的一半是lp3h。在这样的情况下，A₃通过下面所列举的公式（2）来表示。

第三透镜曲线LC3在Z轴方向的视厚度（高度）是t3。第一透镜曲线LC1在Z轴方向的厚度是t1。第三透镜曲线LC3的焦距f3由下面所列举的公式（3）来表示。

Nmiddle=N₃·A₃x²               (1)

N₃=((N_e-N₀)/t1)×t3+N₀         (1A)

A₃=(N₃-N₀)/(lp3h)²             (2)

f₃=(lp3h)²/(2·(N_e-N₀)·t3)    (3)

将从上文所列举的公式（1A）中获取的N_e代入（3）的N_e中，给出

f₃=(lp3h)²/(2·(N₃-N₀)·t1)    (3A)

第一透镜曲线LC1的折射率是Nsmall。第一透镜曲线LC1的透镜中心处的折射率是N₁。在这样的情况下，Nsmall通过下面所列举的公式（4）来表示。

A₁通过下面所列举的公式（5）来表示，其中，第一透镜曲线LC1的透镜间距的一半是lp1h。

第一透镜曲线LC1的焦距f1通过下面所列举的公式（6）来表示，其中，第一透镜曲线LC1在Z轴方向的厚度（高度）是t1。

Nsmall=N₁·A₁x²                (4)

N₁=((N_e-N₀)/d t1)×t1+N₀=N_e    (4A)

A₁=(N₁-N₀)/(lp1h)²             (5)

f1=(lp1h)²/(2·(N_e-N₀)·t1)    (6)

第二透镜曲线LC2的折射率是Nlarge。第二透镜曲线LC2的透镜中心处的折射率是N₂。在这样的情况下，第二透镜曲线LC2的折射率分布Nlarge由下面所列举的公式（7）来表示。

A₂通过下面所列举的公式（8）来表示，其中，第二透镜曲线LC2的透镜间距的一半是lp2h。

第二透镜曲线LC2的焦距f2通过下面所列举的公式（9）和（10）来表示，其中，第二透镜曲线LC2在Z轴方向的厚度（高度）是tlarge。

Nlarge=N₂-A₂x²                     (7)

N₂=((N_e-N₀)/t1)×t2+N₀             (7A)

A₂=(N₂-N₀)/(lp2h)²                 (8)

f2=(lp2h)²/(2·(N_e-N₀)·tlarge)    (9)

另一方面，将公式（7A）代入（9），给出

f2=(lp2h)²/(2·(N₂-N₀)·t1)        (10)

从上文所列举的公式（3A）、（6），以及（10）看出，为在厚度t1恒定的情况下匹配焦距f1，f2以及f3，在lp1h<lp3h<lp2h的情况下，透镜间距之间的关系是(N₁-N₀)<(N₃-N₀)<(N₂-N₀)。

由于在图8A和图8B所示出的示例中(N₂-N₀)<(N₁-N₀)<(N₃-N₀)，(N₂-N₀)的条件不满足焦距恒定的条件。因此，第二透镜曲线LC2的焦距较长；而如图8B所示，在中等透镜和小透镜的焦距位置处，发生散焦。例如，在透镜间距基本上与第三透镜曲线LC3的透镜间距相同的情况下，液晶层30的厚度是2/3；f=1.5倍；而发生大约1/3的透镜间距的散焦。然而，由于在相反的方向没有斜率，因此，没有朝向相反的视差图像的光集中分量；并且偏置亮度降低。

图9是示出了根据该实施例的液晶光学设备的特征的图形。

图9是使用图6中所示出的配置的模型的液晶光学设备的液晶定向器模拟的结果。在图9中，水平轴是X轴方向位置x；而垂直轴是折射率n。图9示出了具有不同的施加的电压的四种类型的特征CH1到CH4。对于图6中所示出的截面配置，距离L2是距离L1的50%；而距离L4是距离L1的55%。在此示例中，液晶层30的厚度是40μm；而液晶层30的液晶材料的折射率各向异性是0.2。

在如图9所示出的施加指定的电压的情况下（在此示例中，作为第四电压V4施加不小于1V并且不超过2V的电压，这与第二电压V2相同，向第一电极11施加不小于5V并且不超过12V的电压），获取靠近图8A中所示出的折射率分布RDi2的特征的特征。

图10A和图10B是示出了根据该实施例的液晶光学设备的另一种配置的示意图。

图10A是示出了折射率分布RD的图形。图10B是示出了折射率分布RD的设计示例的示意视图。在图10A中，水平轴是X轴方向位置x；而垂直轴是折射率n。

如图10A和图10B所示，当设计折射率分布RD时，可以使用四个曲线。

在此示例中，第二透镜曲线LC2在X轴方向的宽度大于多个第一电极11的排列间距。第二透镜曲线LC2的光心的X轴方向位置在+X方向中从第一透镜曲线LC1的光心的X轴方向位置（中心轴59）偏移。第二透镜曲线LC2在两点交叉第三透镜曲线LC3。第二透镜曲线LC2的顶点部分（光心部分）位于第一透镜曲线LC1内部。

第四透镜曲线LC4的配置基本上与第二透镜曲线LC2的配置相同。第四透镜曲线LC4的光心的X轴方向位置在-X方向中从第一透镜曲线LC1的光心的X轴方向位置（中心轴59）偏移。第四透镜曲线LC4的偏移量的绝对值基本上与第二透镜曲线LC2的偏移量的绝对值相同。换言之，第二透镜曲线LC2和第四透镜曲线LC4基本上具有线对称，以中心轴59作为对称轴。

在此示例中，在第一区域R1中，第一透镜曲线LC1和第四透镜曲线LC4之间的交叉点是交叉点IP1。在第一区域R1中，第三透镜曲线LC3和第四透镜曲线LC4之间的交叉点是交叉点IP2。在第二区域R2中，第一透镜曲线LC1和第二透镜曲线LC2之间的交叉点是交叉点IP3。在第二区域R2中，第三透镜曲线LC3和第二透镜曲线LC2之间的交叉点是交叉点IP4。

在此示例中，从中心轴59到交叉点IP1，曲线沿着第一透镜曲线LC1。从交叉点IP1到交叉点IP2，曲线沿着第四透镜曲线LC4。从交叉点IP2到电极11p侧的末端部分，曲线沿着第三透镜曲线LC3。在此示例中，从中心轴59到交叉点IP3，曲线沿着第一透镜曲线LC1。从交叉点IP3到交叉点IP4，曲线沿着第二透镜曲线LC2。从交叉点IP4到电极11q侧的末端部分，曲线沿着第三透镜曲线LC3。从而，获得折射率分布RDi3。

类似于折射率分布RDi2，在折射率分布RDi3中形成了第一聚焦部分41、第二聚焦部分42，以及第三聚焦部分43。与折射率分布RDi2相比，第二聚焦部分42的光心不同于折射率分布RDi3中的第一聚焦部分41和第三聚焦部分43的光心。另一方面，与折射率分布RDi2相比，对于折射率分布RDi3，第二聚焦部分42在X轴方向的散焦的范围可以更窄。

例如，在包括第四电极14的液晶光学设备113中形成折射率分布RDi3的情况下，希望第四电极14的距离L4不小于距离L1的40%并且不超过其80%，并且第四电压V4的绝对值（有效值）是在第二电压的绝对值的大约±0.5V内的电压。

在此示例中通过大透镜（第二透镜曲线LC2和第四透镜曲线LC4）执行连接的情况下，透镜的左边的折射率分布的水平焦点位置朝向右边偏移；而透镜的右边的折射率分布的水平焦点位置朝向左边偏移。换言之，通过改变具有最大的透镜间距的折射率分布的电压，来在相反方向预先偏移焦点位置，校正由于液晶定向器的斜率对于倾斜地入射的光线而不同而发生的光集中位置的偏移。从而，大透镜的散焦位置朝向中间偏移；而散焦范围变窄。

图11A和图11B是示出了根据该实施例的液晶光学设备的另一种配置的示意图。

图11A是示出了折射率分布RD的图形。图11B是示出了折射率分布RD的设计示例的示意视图。在图11A中，水平轴是X轴方向位置x；而垂直轴是折射率n。

在此示例中，第二透镜曲线LC2在X轴方向的宽度比第一透镜曲线LC1在X轴方向的宽度窄。第二透镜曲线LC2的高度低于第一透镜曲线LC1的高度。从而，第二透镜曲线LC2的焦距基本上与第一透镜曲线LC1的焦距相同。第二透镜曲线LC2的光心的X轴方向位置在+X方向中从第一透镜曲线LC1的光心的X轴方向位置（中心轴59）偏移。第二透镜曲线LC2的顶点部分（光心部分）位于第一透镜曲线LC1内部。

第四透镜曲线LC4的配置基本上与第二透镜曲线LC2的配置相同。第四透镜曲线LC4的光心的X轴方向位置在-X方向从第一透镜曲线LC1的光心的X轴方向位置（中心轴59）偏移。第四透镜曲线LC4的偏移量的绝对值基本上与第二透镜曲线LC2的偏移量的绝对值相同。换言之，第二透镜曲线LC2和第四透镜曲线LC4基本上具有线对称，以中心轴59作为对称轴。

在此示例中，在第一区域R1，第一透镜曲线LC1和第二透镜曲线LC2之间的交叉点是交叉点IP1。在第一区域R1，第二透镜曲线LC2和第三透镜曲线LC3之间的交叉点是交叉点IP2。在第二区域R2，第一透镜曲线LC1和第四透镜曲线LC4之间的交叉点是交叉点IP3。在第二区域R2，第三透镜曲线LC3和第四透镜曲线LC4之间的交叉点是交叉点IP4。

在此示例中，从中心轴59到交叉点IP1，曲线沿着第一透镜曲线LC1。从交叉点IP1到交叉点IP2，曲线沿着第二透镜曲线LC2。从交叉点IP2到电极11p侧的末端部分，曲线沿着第三透镜曲线LC3。在此示例中，从中心轴59到交叉点IP3，曲线沿着第一透镜曲线LC1。从交叉点IP3到交叉点IP4，曲线沿着第四透镜曲线LC4。从交叉点IP4到电极11q侧的末端部分，曲线沿着第三透镜曲线LC3。从而，获得折射率分布RDi4。

折射率分布RDi4具有第一聚焦部分41、第二聚焦部分42，以及第三聚焦部分43。在中心轴59和第二电极12之间提供了第一聚焦部分41。第一聚焦部分41具有第一焦距。在第二电极12和第一电极11之间的部分提供了第二聚焦部分42。第二聚焦部分42的光心不同于第一聚焦部分41的光心。第二聚焦部分42的焦距基本上与第一焦距相同。在第二聚焦部分42和第一电极11之间提供了第三聚焦部分43。第三聚焦部分43的光心基本上与第一聚焦部分41的光心相同。第三聚焦部分43的焦距基本上与第一焦距相同。

与折射率分布RDi3相比，第二聚焦部分42的光心与第一聚焦部分41和第三聚焦部分43的光心的偏移量对于折射率分布RDi4而言稍大一些。另一方面，与折射率分布RDi3相比，对于折射率分布RDi4，可以抑制第二聚焦部分42的散焦量。

例如，在包括第四电极14的液晶光学设备113中形成折射率分布RDi4的情况下，希望第四电极14的距离L4不小于距离L1的40%并且不超过其80%，第四电压V4的绝对值（有效值）是在第二电压V2的绝对值的大约±0.5V内的电压。

在此示例中通过小透镜（第二透镜曲线LC2和第四透镜曲线LC4）执行连接的情况下，透镜的左边的折射率分布的水平焦点位置朝向左边偏移；而透镜的右边的折射率分布的水平焦点位置朝向右边偏移。换言之，在由在基本上相同焦距和基本上相同水平位置处具有焦点的三种不同类型（即，大类型，中等类型，以及小类型）的透镜间距的折射率分布配置构成的一种透镜中，具有大透镜间距的折射率分布（第三透镜曲线LC3）被安置在透镜末端处；从小透镜间距的折射率分布和大透镜间距的折射率分布之间的交叉点处的透镜间距内的水平位置1（交叉点IP2和交叉点IP4）到小透镜间距的折射率分布和中等透镜间距的折射率分布（第一透镜曲线LC1）之间的交叉点处的透镜间距内的水平位置2（交叉点IP1和交叉点IP3）的折射率分布是小透镜间距的折射率分布；从水平位置2到透镜中心的折射率分布是中等大小的折射率分布；而对于位于透镜的左侧的折射率分布，小尺寸的水平焦点位置朝向左边偏移，对于位于透镜的右侧的折射率分布，朝向右边偏移。

如此，虽然由于大透镜的散焦位置在像素的位置内偏移而没有散焦，但是，发射的像素信息更宽。通过只在菲涅耳透镜中的透镜球面的正向在等级之间的跳动处形成斜率，光线在相反视差图像上的集中可以被抑制。

根据各实施例，可以提供能提供高质量显示的液晶光学装置和图像显示设备。

在本申请的说明书中，“垂直”和“平行”不仅指严格地垂直和严格地平行，而且还包括，例如，由于制造过程等等所导致的波动。基本上垂直和基本上平行就足够了。

在上文中，参考具体示例描述了本发明的示例性实施例。然而，本发明不仅限于这些具体示例。例如，本领域技术人员可以通过从已知技术中适当地选择液晶光学设备中所包括的诸如第一衬底单元、第二衬底单元、液晶层、第一衬底、第二衬底，第一到第四电极、绝缘层，以及驱动单元之类的组件的特定配置，以及图像显示设备中所包括的诸如显示单元、显示驱动单元等等组件的特定配置来类似地实施本发明；而到获得类似的效果的程度的这样的实施也包括在本发明的范围。

此外，在技术可行性的范围内，具体示例的任何两个或更多组件可以组合起来，到包括本发明的要旨的程度，被包括在本发明的范围内。

此外，可以由本领域技术人员基于上文作为本发明的各实施例所描述的液晶光学设备和图像显示设备通过适当的设计修改来实施的所有液晶光学设备和图像显示设备也都在本发明范围内，到包括本发明的精神的程度。

在本发明的精神内，可以由本领域的技术人员构思各种其他变化和修改，应该理解，这样的变化和修改也包含在本发明的范围内。

尽管描述了某些实施例，但是，这些实施例只是作为示例呈现的，并不旨在限制本发明的范围。实际上，此处所描述的新颖的实施例可以以各种其他形式具体化；此外，在不偏离本发明的精神的情况下，可以作出对此处所描述的各实施例的形式的各种省略、替换以及变化。所附带的权利要求书以及它们的等效内容旨在涵盖这样的形式或修改，都将在本发明的范围和精神内。

Claims (20)

1.一种液晶光学设备，包括：

第一衬底单元，包括

具有第一主表面的第一衬底，

在所述第一主表面上提供的多个第一电极，所述第一电极在第一方向延伸，并排列在非平行于所述第一方向的方向，以及

在所述第一主表面上提供的在所述第一方向延伸的多个第二电极，所述第二电极中的一个被安置在中心轴和两个最接近的第一电极中的一个之间，所述第二电极中的一个其他第二电极被安置在所述中心轴和所述两个最接近的第一电极中的另一个之间，所述中心轴平行于所述第一方向，以穿过在平行于所述第一主表面并垂直于所述第一方向的第二方向中连接所述两个最接近的第一电极的中心的线段的中点；

第二衬底单元，包括

具有与所述第一主表面相对的第二主表面的第二衬底，以及

在所述第二主表面上提供的以与所述第一电极和所述第二电极相对的相对电极；

在所述第一衬底单元和所述第二衬底单元之间提供的液晶层；以及

驱动单元，其电连接到所述第一电极、所述第二电极，以及所述相对电极并被配置成通过控制所述相对电极、所述第一电极，以及所述第二电极之间的电势差来在所述液晶层中形成折射率分布，

所述折射率分布具有末端部分、中心部分、第一部分、第二部分、第三部分以及第四部分，

所述末端部分位于所述第二方向中的所述两个最接近的第一电极中的所述一个的所述中心上，

所述中心部分位于所述中心轴上，

所述第一部分位于所述末端部分和所述中心部分之间，

所述第二部分位于所述第一部分和所述中心部分之间，

所述第三部分位于所述第二部分和所述中心部分之间，

所述第四部分位于所述第三部分和所述中心部分之间，

所述折射率分布中的折射率从所述末端部分朝向所述中心部分单调地增大，

所述第一部分的所述折射率的第一增长速率高于所述第二部分的所述折射率的第二增长速率，

所述第二增长速率低于所述第三部分的所述折射率的第三增长速率，

所述第三增长速率高于所述第四部分的所述折射率的第四增长速率。

2.根据权利要求1所述的液晶光学设备，其中

所述第一衬底单元还包括在覆盖所述第一主表面上的所述中心轴的位置提供的在所述第一方向延伸的第三电极，以及

所述驱动单元进一步电连接到所述第三电极，所述驱动单元进一步被配置成在形成所述折射率分布时控制所述第三电极和所述相对电极之间的电势差。

3.根据权利要求1所述的液晶光学设备，其中，

所述第一衬底单元还包括在所述第一主表面上提供的在所述第一方向延伸的多个第四电极，

所述第四电极中的一个被安置在所述两个最接近的第一电极中的所述一个和位于所述中心轴和所述两个最接近的第一电极中的所述一个之间的所述第二电极中的一个之间，

所述第四电极中的一个其他第四电极被安置在所述两个最接近的第一电极中的所述另一个和位于所述中心轴和所述两个最接近的第一电极中的所述另一个之间的所述第二电极中的所述一个其他第二电极之间，以及

所述驱动单元进一步电连接到所述第四电极，并且所述驱动单元进一步被配置成在形成所述折射率分布时控制所述相对电极和所述第四电极之间的电势差。

4.根据权利要求1所述的液晶光学设备，其中，

所述第一衬底单元还包括

在所述第一衬底和所述第二电极之间提供的绝缘层，以及

在所述第一衬底和所述绝缘层之间提供的在所述第一方向延伸的多个第四电极，

所述第四电极中的一个沿着所述第二方向的位置在所述两个最接近的第一电极中的一个沿着所述第二方向的位置和所述中心轴沿着所述第二方向的位置之间，

所述第四电极中的一个其他第四电极沿着所述第二方向的位置在所述两个最接近的第一电极中的另一个沿着所述第二方向的位置和所述中心轴沿着所述第二方向的位置之间，

位于所述中心轴和所述两个最接近第一电极中的一个之间的所述第二电极中的一个具有当投射到平行于所述第一方向和所述第二方向的平面上时，覆盖所述第四电极中的所述一个的第一重叠部分，以及不覆盖所述第四电极中的所述一个的第一非重叠部分，以及

所述第四电极中的所述一个具有当投射到所述平面上时覆盖位于所述中心轴和所述两个最接近的第一电极中的所述一个之间的所述第二电极中的所述一个的第二重叠部分，以及不覆盖位于所述中心轴和所述两个最接近的第一电极中的所述一个之间的第二电极的第二非重叠部分。

5.根据权利要求4所述的液晶光学设备，其中，在所述中心轴和所述第二方向的所述第四电极中的一个的中心位置之间的沿着第二方向的距离不小于所述中心轴和所述第二方向的所述两个最接近的第一电极中的所述一个的中心位置之间的沿着所述第二方向的距离的40%，并且不超过其80%。

6.根据权利要求1所述的液晶光学设备，其中，所述第一电极被排列在垂直于所述第一方向的方向中。

7.根据权利要求1所述的液晶光学设备，其中，所述第二电极中的所述一个与所述第二电极中的所述一个其他第二电极具有线对称，以所述中心轴作为对称轴。

8.根据权利要求1所述的液晶光学设备，其中，在所述中心轴和所述第二方向的所述第二电极中的所述一个的中心位置之间的沿着第二方向的距离不小于所述中心轴和所述第二方向的所述两个最接近的第一电极中的所述一个的中心位置之间的沿着所述第二方向的距离的40%，并且不超过其60%。

9.根据权利要求1所述的液晶光学设备，其中，所述第二方向的所述两个最接近的第一电极的中心之间的距离不小于10微米，并且不超过1000微米。

10.根据权利要求1所述的液晶光学设备，其中，所述第一电极、所述第二电极，以及所述相对电极包括氧化物，其中包括至少一种从包括In、Sn、Zn，以及Ti的组中选择的元素。

11.根据权利要求1所述的液晶光学设备，其中，所述相对电极和所述第一电极之间的电势差的绝对值大于所述相对电极和所述第二电极之间的电势差的绝对值。

12.根据权利要求11所述的液晶光学设备，其中

所述相对电极和所述第一电极之间的电势差的绝对值不小于4伏特，并且不超过20伏特，以及

所述相对电极和所述第二电极之间的电势差的绝对值不小于1伏特，并且不超过10伏特。

13.一种被配置成驱动液晶光学设备的驱动设备，

所述液晶光学设备包括：

第一衬底单元，包括

具有第一主表面的第一衬底，

在所述第一主表面上提供的多个第一电极，所述第一电极在第一方向延伸，并排列在非平行于所述第一方向的方向，以及

在所述第一主表面上提供的在所述第一方向延伸的多个第二电极，所述第二电极中的一个被安置在中心轴和两个最接近的第一电极中的一个之间，所述第二电极中的一个其他第二电极被安置在所述中心轴和所述两个最接近的第一电极中的另一个之间，所述中心轴平行于所述第一方向，以穿过在平行于所述第一主表面并垂直于所述第一方向的第二方向连接所述两个最接近的第一电极的中心的线段的中点；第二衬底单元，包括

具有与所述第一主表面相对的第二主表面的第二衬底，以及

在所述第二主表面上提供的与所述第一电极和所述第二电极相对的相对电极；以及

在所述第一衬底单元和所述第二衬底单元之间提供的液晶层，

所述驱动设备电连接到所述第一电极，所述第二电极，以及所述相对电极，并被配置成通过控制所述相对电极和所述第一电极之间的电势差，以及所述相对电极和所述第二电极之间的电势差来在所述液晶层中形成折射率分布，

所述折射率分布具有末端部分、中心部分、第一部分、第二部分、第三部分以及第四部分，

所述末端部分位于所述第二方向的所述两个最接近的第一电极中的一个的所述中心的所述第二方向上的位置，

所述中心部分位于所述中心轴的所述第二方向上的位置，

所述第一部分位于所述末端部分和所述中心部分之间，

所述第二部分位于所述第一部分和所述中心部分之间，

所述第三部分位于所述第二部分和所述中心部分之间，

所述第四部分位于所述第三部分和所述中心部分之间，

所述折射率分布中的折射率从所述末端部分朝向所述中心部分单调地增大，

所述第一部分的所述折射率的第一增长速率高于所述第二部分的所述折射率的第二增长速率，

所述第二增长速率低于所述第三部分的所述折射率的第三增长速率，

所述第三增长速率高于所述第四部分的所述折射率的第四增长速率。

14.根据权利要求13所述的驱动设备，其中

所述第一衬底单元还包括在覆盖所述第一主表面上的所述中心轴的位置提供的在所述第一方向延伸的第三电极，以及

所述驱动单元进一步电连接到所述第三电极，并且所述驱动单元进一步被配置成在形成所述折射率分布时控制所述第三电极和所述相对电极之间的电势差。

15.根据权利要求13所述的驱动设备，其中

所述第一衬底单元还包括在所述第一主表面上提供的在所述第一方向延伸的多个第四电极，

所述第四电极中的一个被安置在所述两个最接近的第一电极中的所述一个和位于所述中心轴和所述两个最接近的第一电极中的所述一个之间的所述第二电极中的所述一个之间，

所述第四电极中的一个其他第四电极被安置在所述两个最接近的第一电极中的所述另一个和位于所述中心轴和所述两个最接近的第一电极中的所述另一个之间的所述第二电极中的所述一个其他第二电极之间，以及

所述驱动单元进一步电连接到所述第四电极，并且所述驱动单元进一步被配置成在形成所述折射率分布时控制所述相对电极和所述第四电极之间的电势差。

16.根据权利要求13所述的驱动设备，其中

所述第一衬底单元还包括

在所述第一衬底和所述第二电极之间提供的绝缘层，以及

在所述第一衬底和所述绝缘层之间提供的在所述第一方向延伸的多个第四电极；

所述第四电极中的一个沿着所述第二方向的位置在所述两个最接近的第一电极中的所述一个沿着所述第二方向的位置和所述中心轴沿着所述第二方向的位置之间，

所述第四电极中的一个其他第四电极沿着所述第二方向的位置在所述两个最接近的第一电极中的所述另一各沿着所述第二方向的位置和所述中心轴沿着所述第二方向的位置之间，

位于所述中心轴和所述两个最接近的第一电极中的所述一个之间的所述第二电极中的所述一个具有当投射到平行于所述第一方向和所述第二方向的平面上时，覆盖所述第四电极中的所述一个的第一重叠部分，以及不覆盖所述第四电极中的所述一个的第一非重叠部分，以及

所述第四电极中的所述一个具有当投射到所述平面上时覆盖位于所述中心轴和所述两个最接近的第一电极中的所述一个之间的所述第二电极中的所述一个的第二重叠部分，以及不覆盖位于所述中心轴和所述两个最接近的第一电极中的所述一个之间的所述第二电极的第二非重叠部分。

17.一种图像显示设备，包括：

根据权利要求1所述的液晶光学设备；以及

与所述液晶光学设备层叠的图像显示单元，所述图像显示单元包括被配置成使包括图像信息的光入射到所述液晶层上的显示单元。

18.根据权利要求17所述的图像显示设备，其中

所述第一衬底单元还包括在覆盖所述第一主表面上的所述中心轴的位置提供的在所述第一方向延伸的第三电极，以及

所述驱动单元进一步电连接到所述第三电极，并且所述驱动单元进一步被配置成在形成所述折射率分布时控制所述第三电极和所述相对电极之间的电势差。

19.根据权利要求17所述的图像显示设备，其中

所述第一衬底单元还包括在所述第一主表面上提供的在所述第一方向延伸的多个第四电极，

所述第四电极中的一个被安置在所述两个最接近的第一电极中的一个和位于所述中心轴和所述两个最接近的第一电极中的所述一个之间的所述第二电极中的所述一个之间，

所述第四电极中的一个其他第四电极被安置在所述两个最接近的第一电极中的所述另一个和位于所述中心轴和所述两个最接近的第一电极中的所述另一个之间的所述第二电极中的所述一个其他第二电极之间，以及

所述驱动单元进一步电连接到所述第四电极，并且所述驱动单元进一步被配置成在形成所述折射率分布时控制所述相对电极和所述第四电极之间的电势差。

20.根据权利要求17所述的图像显示设备，其中

所述第一衬底单元还包括

在所述第一衬底和所述第二电极之间提供的绝缘层，以及

在所述第一衬底和所述绝缘层之间提供的在所述第一方向延伸的多个第四电极，

所述第四电极中的一个沿着所述第二方向的位置在所述两个最接近的第一电极中的所述一个沿着所述第二方向的位置和所述中心轴沿着所述第二方向的位置之间，

所述第四电极中的一个其他第四电极沿着所述第二方向的位置在所述两个最接近的第一电极中的所述另一个沿着所述第二方向的位置和所述中心轴沿着所述第二方向的位置之间，

位于所述中心轴和所述两个最接近的第一电极中的所述一个之间的所述第二电极中的所述一个具有当投射到平行于所述第一方向和所述第二方向的平面上时，覆盖所述第四电极中的所述一个的第一重叠部分，以及不覆盖所述第四电极中的所述一个的第一非重叠部分，以及

所述第四电极中的一个具有当投射到所述平面上时覆盖位于所述中心轴和所述最接近的第一电极中的所述一个之间的所述第二电极中的所述一个的第二重叠部分，以及不覆盖位于所述中心轴和所述两个最接近的第一电极中的所述一个之间的所述第二电极的第二非重叠部分。

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