CN103293783A - 液晶光学设备和立体图像显示装置 - Google Patents

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柏木正子
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Abstract

本发明涉及液晶光学设备和立体图像显示装置。根据一个实施例，液晶光学设备包括第一基板单元、第二基板单元和液晶层。第一基板单元包括具有第一主表面的第一基板以及被设置在第一主表面上以便沿着第一方向延伸的多个第一电极，所述多个第一电极沿不与第一方向平行的方向排列。第二基板单元包括具有与第一主表面相对的第二主表面的第二基板以及被设置在第二主表面上以便与第一电极相对的第二电极。液晶层被设置在第一基板单元和第二基板单元之间。第一电极中的一个包括第一主体部分和第一末端部分。第一主体部分沿着第一方向延伸，并且第一末端部分被设置在第一主体部分的末端处。

Description

液晶光学设备和立体图像显示装置
相关申请的交叉引用
本申请基于2012年2月27日提交的在先的日本专利申请No2012-040644并且要求其优先权；该在先的日本专利申请的整个内容通过参考被并入于此。
技术领域
在此描述的实施例通常涉及液晶光学设备和立体图像显示装置。
背景技术
已知在其中通过利用液晶分子的双折射根据电压的施加来改变折射率的分布的液晶光学设备。存在将图像显示单元与这种液晶光学设备结合的立体图像显示装置。
通过改变液晶光学设备的折射率的分布，立体图像显示装置在其中显示在图像显示单元上的图像如在图像显示单元上显示的那样入射在人类观看者的眼睛上的状态与其中显示在图像显示单元上的图像作为多个视差图像入射在人类观看者的眼睛上的状态之间进行切换。由此，实现高分辨率二维图像显示操作和三维图像显示操作，其中三维图像显示操作包括由多个视差图像引起的利用裸眼进行立体观看。期望的是实现在立体图像显示装置中使用的液晶光学设备的良好的光学特性。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供了一种液晶光学设备，其包括：第一基板单元、第二基板单元以及液晶层。第一基板单元包括：具有第一主表面的第一基板；以及多个第一电极，被设置在第一主表面上以便沿着第一方向延伸，第一电极沿不与第一方向平行的方向排列。第二基板单元包括：具有与第一主表面相对的第二主表面的第二基板；以及第二电极，被设置在第二主表面上以便与第一电极相对。液晶层被设置在第一基板单元和第二基板单元之间。第一电极中的至少一个包括：沿着第一方向延伸的第一主体部分，第一主体部分具有沿着与第一主表面平行且与第一方向垂直的第二方向的第一宽度；以及设置在第一主体部分的末端处的第一末端部分，第一末端部分具有比第一宽度宽的沿着第二方向的第二宽度。
根据本发明的另一个方面，提供了一种立体图像显示装置，其包括：液晶光学设备；以及与液晶光学设备堆叠的图像显示单元，图像显示单元具有被配置为显示图像的显示表面。所述液晶光学设备包括：第一基板单元、第二基板单元以及液晶层。第一基板单元包括：具有第一主表面的第一基板；以及多个第一电极，被设置在第一主表面上以便沿着第一方向延伸，第一电极沿不与第一方向平行的方向排列。第二基板单元包括：具有与第一主表面相对的第二主表面的第二基板；以及第二电极，被设置在第二主表面上以便与第一电极相对。液晶层被设置在第一基板单元和第二基板单元之间。第一电极中的至少一个包括：沿着第一方向延伸的第一主体部分，第一主体部分具有沿着与第一主表面平行且与第一方向垂直的第二方向的第一宽度；以及设置在第一主体部分的末端处的第一末端部分，第一末端部分具有比第一宽度宽的沿着第二方向的第二宽度。
附图说明
图1A和图1B是根据第一实施例的立体图像显示装置的示意图；
图2A和图2B是根据第一实施例的立体图像显示装置的一部分的配置的示意性截面图；
图3A到图3D是示出根据第一实施例的立体图像显示装置的特性的示意图；
图4A到图4D是根据第一实施例的其它立体图像显示装置的一部分的配置的示意性顶视图；
图5A和图5B是根据第二实施例的立体图像显示装置的示意图；以及
图6是根据第二实施例的另一个立体图像显示装置的一部分的配置的示意性顶视图。
具体实施方式
根据一个实施例，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和多个第一电极。第一基板具有第一主表面。多个第一电极被设置在第一主表面上以便沿着第一方向延伸。第一电极沿不与第一方向平行的方向排列。第二基板单元包括第二基板和第二电极。第二基板具有与第一主表面相对的第二主表面。第二电极被设置在第二主表面上以便与第一电极相对。液晶层被设置在第一基板单元和第二基板单元之间。第一电极中的至少一个包括第一主体部分和第一末端部分。第一主体部分沿着第一方向延伸。第一主体部分具有沿着与第一主表面平行且与第一方向垂直的第二方向的第一宽度。第一末端部分被设置在第一主体部分的末端处。第一末端部分具有比第一宽度宽的沿着第二方向的第二宽度。
根据一个实施例，立体图像显示装置包括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堆叠。图像显示单元具有被配置为显示图像的显示表面。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和多个第一电极。第一基板具有第一主表面。多个第一电极被设置在第一主表面上以便沿着第一方向延伸。第一电极沿不与第一方向平行的方向排列。第二基板单元包括第二基板和第二电极。第二基板具有与第一主表面相对的第二主表面。第二电极被设置在第二主表面上以便与第一电极相对。液晶层被设置在第一基板单元和第二基板单元之间。第一电极中的至少一个包括第一主体部分和第一末端部分。第一主体部分沿着第一方向延伸。第一主体部分具有沿着与第一主表面平行且与第一方向垂直的第二方向的第一宽度。第一末端部分被设置在第一主体部分的末端处。第一末端部分具有比第一宽度宽的沿着第二方向的第二宽度。
将在下文中参考附图描述各种实施例。
附图是示意性的或概念上的；并且在各部分的厚度和宽度之间的关系、各部分之间的尺寸的比例等不一定与其实际值相同。在各附图之间即使对于相同的部分也可以不同地示出尺寸和/或比例。
在本申请的说明书和附图中，与关于前面的附图描述的那些组件类似的组件由相似的附图标记来标记，并且在适当时省略详细描述。
第一实施例
图1A和图1B是示出根据第一实施例的立体图像显示装置的配置的示意图。
图1A是示出立体图像显示装置210的配置的示意性截面图。图1B是示出立体图像显示装置210的一部分的配置的示意性顶视图。
如图1A所示，立体图像显示装置210包括液晶光学设备110、图像显示单元120和驱动单元130。
图像显示单元120具有显示图像的显示表面120a。显示表面120a具有例如矩形的形态。
液晶光学设备110被设置在显示表面120a上。例如，液晶光学设备110覆盖显示表面120a。液晶光学设备110用作例如液晶GRIN透镜（梯度折射率透镜）。液晶光学设备110的折射率的分布是可变的。折射率的分布的一个状态对应于其中显示在显示表面120a上的图像如在显示表面120a上显示的那样入射在人类观看者的眼睛上的第一状态。折射率分布的另一个状态对应于其中显示在图像显示单元120上的图像作为多个视差图像入射在人类观看者的眼睛上的第二状态。
通过使得液晶光学设备110的折射率的分布在立体图像显示装置210中改变，可以在二维图像的显示（在下文中称为2D显示）与能用裸眼进行立体观看的三维图像的显示（在下文中称为3D显示）之间选择性地切换。
驱动单元130电连接到液晶光学设备110。在该示例中，驱动单元130也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的操作。例如，驱动单元130执行液晶光学设备110的第一状态与第二状态之间的切换。通过使用记录介质、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的操作。由此，与输入的图像信号对应的图像被显示在显示表面120a上。驱动单元130可以被包括在图像显示单元120内。或者，例如，驱动单元130可以被包括在液晶光学设备110内。例如，仅仅驱动单元130的与驱动液晶光学设备110有关的部分可以被包括在液晶光学设备110内。
在驱动单元130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得图像显示单元120显示用于2D显示的图像。另一方面，在驱动单元130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得图像显示单元120显示用于3D显示的图像。
液晶光学设备110包括第一基板单元11s、第二基板单元12s和液晶层30。第一基板单元11s包括第一基板11和第一电极21。第二基板单元12s包括第二基板12和第二电极22。
第一基板11具有第一主表面11a。第二基板12具有与第一主表面11a相对的第二主表面12a。第一主表面11a基本上与第二主表面12a平行。多个第一电极21被设置在第一主表面11a上。多个第一电极21中的每一个沿着第一方向延伸；并且多个第一电极21沿不与第一方向平行的方向排列。例如，多个第一电极21在多个第一电极21之间具有间隔的情况下被布置在与第一方向垂直的第二方向上。例如，在多个第一电极21之间的间隔是恒定的。
与第一主表面11a和第二主表面12a垂直的方向被视为Z轴方向。与Z轴方向垂直的一个方向被视为X轴方向。与Z轴方向和X轴方向垂直的方向被视为Y轴方向。在该实例中，Y轴方向被视为第一方向。X轴方向被视为第二方向。然而，在实施例中，第一方向可以为与Z轴方向垂直的任意方向；并且第一方向可以为沿着第一主表面11a的任意方向。
在该示例中，矩形的显示表面120a的两个互相垂直的边中的一边平行于X轴方向；并且另一边平行于Y轴方向。显示表面120a的边的取向不限于此，并且可以包括与Z轴方向垂直的任意方向。
第二基板单元12s与第一基板单元11s相对。第二基板12的第二主表面12a与第一主表面11a相对。第二电极22被设置在第二主表面12a上。第二电极22与多个第一电极21中的每一个相对。第二电极22比第一电极21大并且在Z轴方向上观看时覆盖第一电极21。
多个第一电极21和第二电极22通过未示出的互连件电连接到驱动单元130。到多个第一电极21和第二电极22的电压的施加（电位的设定）由驱动单元130控制。通过将电压施加到多个第一电极21和第二电极22来执行在液晶光学设备110的第一状态和第二状态之间的切换。
液晶层30被设置在第一基板单元11s和第二基板单元12s之间。液晶层30包括液晶材料36，该液晶材料36包括多个液晶分子35。液晶材料36为液晶介质。液晶层30可以包括例如向列型液晶。液晶层30的介电各向异性为正或者负。在下文中，将描述其中具有正的介电各向异性的向列型液晶被用作液晶层30的情况。
第一基板单元11s还包括第一配向（alignment）膜（配向膜）31。第一配向膜31被设置在第一基板11和液晶层30之间。第一配向膜31也被设置在液晶层30和多个第一电极21之间。换句话说，第一配向膜31被设置在第一基板11上以便覆盖第一主表面11a和多个第一电极21。在第一配向膜31上执行从一个X轴方向朝向另一个X轴方向的配向处理。例如，第一配向膜31的配向处理的方向AD1在示出的状态中是从左向右的方向（+X方向）。
第二基板单元12s还包括第二配向膜32。第二配向膜32被设置在第二基板12和液晶层30之间。第二配向膜32被设置在第二电极22和液晶层30之间。第二配向膜32被设置在第二基板12的第二主表面12a上以便覆盖第二电极22。在第二配向膜32上执行从该另一个X轴方向朝向该一个X轴方向的配向处理。例如，第二配向膜32的配向处理的方向AD2在示出的状态中是从右向左的方向（-X方向）。换句话说，第一配向膜31的配向处理的方向AD1和第二配向膜32的配向处理的方向AD2不平行。
通过以上叙述的配向处理，第一配向膜31和第二配向膜32使得液晶分子35具有水平配向（也就是说，平行的配向）。在这种情况下，液晶分子35根据配向处理的方向而具有规定的预倾斜角度。第一配向膜31和第二配向膜32使得液晶分子35的指向向量（director）（长轴）被取向在X轴方向上。由此，液晶材料36在其中电压未被施加到多个第一电极21和第二电极22的状态（在图1A和图1B中示出的状态）中具有水平配向。
在本申请中，水平配向包括，例如，在与Z轴方向垂直的方向被视为0°时液晶分子35的长轴在不小于0°且不大于30°的范围之内的状态。换句话说，水平配向的预倾斜角度为例如不小于0°且不大于30°。液晶层30可以具有垂直配向或者混合配向（HAN配向）。
第一基板11、第二基板12、第一电极21和第二电极22可以包括例如透明材料。包括显示在图像显示单元120上的图像的光经过第一基板11、第二基板12、第一电极21和第二电极22。
第一基板11和第二基板12可以包括例如玻璃、树脂等。第一电极21和第二电极22可以包括例如包括选自由In、Sn、Zn和Ti组成的组中的至少一种元素的氧化物。第一电极21和第二电极22可以包括例如ITO。第一电极21和第二电极22可以为例如选自In2O3和SnO3中的至少一种。第一电极21和第二电极22可以为例如薄的金属层。
第一配向膜31和第二配向膜32可以包括例如树脂（诸如聚酰亚胺）。第一配向膜31和第二配向膜32的膜厚为例如200nm（例如，不小于100nm且不大于300nm）。
如图1B中所示出的，多个第一电极21中的每一个包括主体部分41（第一主体部分）和末端部分42（第一末端部分）。主体部分41具有沿着Y轴方向延伸的带状形态。主体部分41的沿着X轴方向的宽度W1（第一宽度）为恒定的。宽度W1沿着Y轴方向为基本上相同的。在本申请中，主体部分41的沿着X轴方向的宽度W1恒定（基本上相同）指的是，例如，主体部分41的沿着X轴方向的宽度W1的改变量不大于±5%的状态。
末端部分42被设置在主体部分41的末端41a处。末端部分42的沿着X轴方向的宽度W2（第二宽度）比主体部分41的沿着X轴方向的宽度W1宽。末端部分42包括与主体部分41的末端41a连接的第一端部42a以及在Y轴方向上与第一端部42a相对的一侧的第二端部42b。末端部分42的沿着X轴方向的宽度W2从第一端部42a朝向第二端部42b逐渐变宽。例如，宽度W2从第一端部42a朝向第二端部42b单调地增大。末端部分42的沿着Y轴方向的长度L1大于主体部分41的沿着X轴方向的宽度W1。长度L1不大于主体部分41的沿着X轴方向的宽度W1的50倍。例如，长度L1不大于在彼此相邻的第一电极21的第二方向上的中心之间的距离（第一电极21的间距（pitch））的5倍。
宽度W1为例如不小于5μm且不大于200μm。第一电极21的间距为例如不小于宽度W1的4倍且不大于宽度W1的20倍。第一电极21的间距为例如不小于10μm且不大于4000μm。主体部分41的沿着第一方向的长度为例如不小于50mm且不大于2000mm。
第一电极21的在Y轴方向上的长度稍微长于显示表面120a的在Y轴方向上的长度。由此，第一电极21在Y轴方向上横穿显示表面120a。第一基板单元11s还包括连接单元44。连接单元44连接到主体部分41的在与末端41a相对的一侧的端部（电源端子41b）。例如，连接单元44被用于第一电极21的电连接。连接单元44的沿着X轴方向的宽度比主体部分41的沿着X轴方向的宽度W1宽。在该示例中，多个第一电极21中的每一个连接到一个连接单元44。包括多个第一电极21和连接单元44的配置是梳状的配置。可以通过将电压施加到连接单元44来将电压施加到多个第一电极21中的每一个。连接单元44可以包括例如第一电极21和第二电极22的材料。多个连接单元44可以被设置以便对应于多个第一电极21中的每一个。例如，第一电极21的主体部分41的在Y轴方向上的长度比显示表面120a的在Y轴方向上的长度长。例如，第一电极21的主体部分41横穿显示表面120a。例如，连接单元44和末端部分42的至少一部分被设置在显示表面120a外。例如，在Z轴方向上观看时连接单元44和末端部分42的至少一部分不与显示表面120a交迭。
图像显示单元120包括以二维矩阵配置方式排列的多个像素组50。显示表面120a由多个像素组50形成。像素组50包括例如第一像素PX1、第二像素PX2和第三像素PX3。在下文中，第一像素PX1到第三像素PX3被共同地称为像素PX。像素组50被布置为与两个相邻（例如，最邻近的）第一电极21之间的区域AR1相对。包括在像素组50内的第一像素PX1到第三像素PX3沿X轴方向排列。包括在像素组50内的多个像素PX的数量不限于三个，并且可以是两个、四个或更多个。
例如，图像显示单元120发射包括要被显示在显示表面120a上的图像的光。该光处于基本上在Z轴方向上行进的线偏振光状态。线偏振光的偏振轴（X-Y平面中的电场的振动面的取向轴）是X轴方向。换句话说，线偏振光的偏振轴在与液晶分子35的指向向量（长轴）平行的方向上。例如，通过在光路中布置具有X轴方向作为偏振轴的滤光器（偏振器）来形成线偏振光。
如图1A中所示出的，包括在液晶层30内的多个液晶分子35中的每一个在电压未被施加到多个第一电极21和第二电极22的情况下具有水平配向。由此，在X轴方向和Y轴方向上存在基本上均匀的折射率分布。因此，在电压未被施加的情况下，包括要被显示在图像显示单元120上的图像的光的行进方向基本上不变。在电压未被施加的情况下，液晶光学设备110被切换到第一状态。
例如，在将液晶光学设备110从第一状态切换到第二状态的情况下，驱动单元130在多个第一电极21和第二电极22之间施加电压。例如，驱动单元130使得多个第一电极21的电压的绝对值（有效值（例如，均方根值））相对高于第二电极22的电压的绝对值（有效值）。例如，驱动单元130将第二电极22接地。因此，驱动单元130将与第二电极22的电压不同的电压施加到具有主体部分41和末端部分42的第一电极21。
图2A和图2B是示出根据第一实施例的立体图像显示装置的一部分的配置的示意性截面图。
如图2A所示，在如上所述地将电压施加到多个第一电极21和第二电极22时，产生从第一电极21朝向第二电极22的电力线EL。例如，电力线EL具有以第一电极21为中心的水平对称的分布。
图2B是液晶层30的液晶分子35的配向的模型状的图示。如图2B所示，在液晶层30的介电各向异性为正的情况下，液晶分子35的配向在电力线EL的密集区域（即，较强的电场区域）中沿着电力线EL的路径变形。在液晶层30的其中第一电极21与第二电极22相对的第一部分30a中液晶分子35的倾斜角增大。另一方面，在液晶层30的邻近于两个彼此相邻的第一电极21的中心的第二部分30b中的液晶分子35仍然处于水平配向。在第一部分30a与第二部分30b之间的部分中的液晶分子35的角度（倾斜角）从第二部分30b朝向第一部分30a逐渐朝向垂直配向地变化。液晶分子35的长轴的角度在Z-X平面中沿着电力线EL改变。液晶分子35的长轴的角度利用Y轴作为旋转轴地改变。
液晶分子35是双折射的。液晶分子35的对于长轴方向的偏振的折射率高于液晶分子35的短轴方向的折射率。如上所述，在液晶分子35的角度改变时，液晶层30的对于在Z轴方向上行进的具有取向在X轴方向上的偏振轴的线偏振光的折射率在液晶层30的第二部分30b中较高，并且朝向第一部分30a逐渐减少。由此，以凸透镜形态形成折射率分布。
多个第一电极21沿着Y轴方向延伸。因此，液晶层30的折射率分布在电压施加期间具有沿着Y轴方向延伸的柱面透镜的形态。多个第一电极21沿着X轴方向排列。因此，在电压施加期间的液晶层30的折射率分布具有在其中在作为整体观看液晶层30时在X轴方向上排列多个沿着Y轴方向延伸的柱面透镜的双凸透镜的形态。
图像显示单元120的像素组50被布置为与在两个彼此相邻的第一电极21之间的区域AR1相对。具有在液晶层30中形成的凸透镜形态的折射率分布与像素组50相对。在该示例的液晶层30的折射率分布中，其中折射率较高的部分（第二部分30b）与布置在像素组50的中心的第二像素PX2相对。
在电压施加期间的液晶层30的折射率分布使得从像素组50发射的光（图像）朝向人类观看者的眼睛行进。由此，由包括在显示表面120a内的多个第一像素PX1形成的图像变为第一视差图像。由多个第二像素PX2形成的图像变为第二视差图像。由多个第三像素PX3形成的图像变为第三视差图像。用于右眼的视差图像选择性地入射在人类观看者的右眼上；并且用于左眼的视差图像选择性地入射在人类观看者的左眼上。由此，3D显示是可能的。换句话说，在电压被施加到多个第一电极21和第二电极22的情况下，液晶光学设备110被切换到第二状态。
在液晶光学设备110处于第一状态的情况下，从像素组50发射的光直线地行进并且入射在人类观看者的眼睛上。由此，2D显示是可能的。在2D显示中，可以利用作为3D显示的分辨率的视差图像数的倍数（在该示例中，3倍）大的分辨率来显示正常的2D图像。
包括三原色RGB的滤色器可以被分别设置在多个像素PX处。由此，彩色显示是可能的。除三原色RGB以外，滤色器还可以包括白色（无色）和其它颜色分量。
因此，立体图像显示装置210的液晶光学设备110通过是否将电压施加到多个第一电极21和第二电极22来改变液晶层30的折射率分布，从而在2D显示和3D显示之间进行切换。在液晶光学设备110中，末端部分42被设置在主体部分41的末端41a处，并且末端部分42的沿着X轴方向的宽度比主体部分41宽。
在液晶光学设备110中从第一状态切换到第二状态时，第一电极21之上的液晶的指向向量的方向从水平配向朝向垂直配向改变。在这时候，选自反向倾斜（液晶的倾斜方向的反转）和扭曲（twist）（在X-Y平面中的液晶的指向向量的旋转）中的至少一个出现；并且向错（disclination）出现。这使得液晶光学设备110的光学特性恶化。例如，在第一电极21的末端部分处，电场不仅沿着第二方向而且沿着第一方向歪曲（distort）。因此，在第一电极21的末端部分处，液晶分子35的配向混乱（disorder）容易集中；并且存在出现向错的较强的趋势。
图3A到图3D是示出根据第一实施例的立体图像显示装置的特性的示意图。
图3A到图3D示意性地示出了在第二状态中出现在第一电极21处的向错的区域DR。图3A示意性地示出了对于在其中第一电极21的在X轴方向上的宽度沿着Y轴方向基本上相同的参考示例的第一电极21的配置的、刚好在切换到第二状态之后的区域DR。图3B示意性地示出了对于上述的参考示例的配置的、在从切换到第二状态开始的规定的时间段之后的区域DR。图3C示意性地示出了对于根据第一实施例的第一电极21的、刚好在切换到第二状态之后的区域DR。图3D示意性地示出了对于根据第一实施例的第一电极21的、在从切换到第二状态开始的规定的时间段之后的区域DR。
如图3A到图3D所示，向错出现在第一电极21的X轴方向的侧部处。出现在第一电极21的两侧部分处的向错在第一电极21的末端部分处以弧形形态连续。认为的是，该现象由具有Y轴方向分量的电场在末端部分处出现而引起。
在如图3A所示的参考示例的配置中，在第一电极21的末端部分处的向错的曲率相对较高（曲率半径较小）。在如图3B所示的参考示例的配置中，在第一电极21的末端部分处出现的液晶分子35的配向混乱（向错的区域）随时间增大。换句话说，配向混乱随时间朝向电源端子41b侧传播。配向混乱的沿着具有带状形态的第一电极21的传播是由本申请的发明人发现的新的技术问题。
在立体图像显示装置210中，向错的出现导致视差图像的串扰并且妨碍由人类观看者的立体观看。向错的影响在使用透光的第一电极21的立体图像显示装置210中比在使用金属电极的液晶显示装置等中更显著地出现。
在如图3C所示的根据第一实施例的第一电极21中，末端部分42被设置为具有比主体部分41宽的X轴方向上的宽度。由此，在末端部分42处出现的向错的曲率可以比参考示例的配置小。在如图3D中所示出的根据第一实施例的第一电极21中，与参考示例相比，更多地抑制了液晶分子35的随时间的配向混乱的传播。认为的是，这是由在末端部分42处的向错的曲率增大和液晶分子35的配向混乱的集中被缓和而引起的。例如，认为的是，在具有较小曲率的末端部分处的配向混乱的集中是配向混乱的传播的一个原因。例如，认为的是，沿着Y轴方向以带状形态延伸的第一电极21的形态是配向混乱的传播的另一个原因。
本申请的发明人进行了第一电极21的形态的研究，并且发现在其中设置末端部分42的形态中抑制了液晶分子35的配向混乱的随时间的变化。因此，在立体图像显示装置210中，在第一电极21的末端部分处出现的液晶分子35的配向混乱的传播可以被抑制；并且可以提高观看立体图像显示装置210的容易性。在立体图像显示装置210中，末端部分42的沿着Y轴方向的长度L1大于主体部分41的沿着X轴方向的宽度W1。由此，在末端部分42处的向错的曲率可以被适当地设定。例如，向错的曲率增大；并且液晶分子35的配向混乱的传播被适当地抑制。在该示例中，末端部分42被布置在显示表面120a外。由此，末端部分42处的液晶分子35的配向混乱对图像的显示的不利影响可以被更适当地抑制。
图4A到图4D是示出根据第一实施例的其它立体图像显示装置的一部分的配置的示意性顶视图。
如图4A所示，末端部分42的沿着X轴方向的中心CT可以从第一端部42a朝向第二端部42b变化。在这种情况下，中心CT朝向第一配向膜31的配向处理的方向AD1的一侧变化。在该示例中，该变化沿页面的左方向。换句话说，中心CT朝向第一配向膜31的配向处理的方向AD1的上游侧变化。末端部分42的X轴方向上的中心CT的X轴方向上的位置从第一端部42a朝向第二端部42b接近配向处理的一个方向AD1。在配向处理的上游侧容易出现向错。因此，液晶分子35的配向混乱的传播可以通过中心CT朝向第一配向膜31的配向处理的方向AD1的上游侧变化来被适当地抑制。
如图4B所示，末端部分42可以具有包括第一部分42c和从第一部分42c分岔出的第二部分42d的形态。换句话说，末端部分42的形态可以被分割成两个分叉。末端部分42的分枝的数量不限于两个，并且可以是三个或更多个。对于末端部分42而言至少具有第一部分42c和第二部分42d是足够的。
如图4C所示，末端部分42在投影到X-Y平面上时可以具有例如矩形的形态。换句话说，末端部分42的沿着X轴方向的宽度W2从第一端部42a朝向第二端部42b可以是基本上相同的。如图4D所示，末端部分42在投影到X-Y平面上时可以具有例如圆形的形态。
第二实施例
图5A和图5B是示出根据第二实施例的立体图像显示装置的配置的示意图。
图5A是立体图像显示装置212的示意性截面图；并且图5B是示出立体图像显示装置212的一部分的配置的示意性顶视图。
在如图5A和图5B所示的该示例的立体图像显示装置212中，液晶光学设备112的第一基板单元11s还包括多个电极对25。多个电极对25分别被设置在第一主表面11a上的多个第一电极21之间的空间中。多个电极对25沿第二方向（X轴方向）排列。多个第一电极21包括主体部分41和末端部分42。
多个电极对25中的每一对包括第三电极23和第四电极24。第三电极23在Y轴方向（第一方向）上延伸。第四电极24在Y轴方向上延伸。在液晶光学设备112中，绝缘层46被设置在第三电极23和第四电极24之间。绝缘层46也被设置在第一基板11和第一电极21之间。例如，绝缘层46被设置在第一基板11上以便覆盖第一主表面11a和第四电极24。多个第一电极21和多个第三电极23被设置在绝缘层46上。绝缘层46在多个电极对25之间可以是连续的。在该示例中，绝缘层46在第一电极21和第一基板11之间延伸。
图5A和图5B示出了多个第一电极21中的两个。多个第一电极21的数量是任意的。
现在将聚焦于多个第一电极21中的两个最邻近的第一电极21。中心轴49在最邻近的第一电极21之间。中心轴49经过连接两个最邻近的第一电极21的X轴方向上的中心的线的中点。中心轴49平行于Y轴方向。
现在将聚焦于作为两个最邻近的第一电极21之一的电极21p。电极21p的位置29是第一电极21的X轴方向上的中心的位置。
在中心轴49与作为两个最邻近的第一电极21之一的电极21p之间的第一主表面11a的区域被视为第一区域R1。在中心轴49与作为两个最邻近的第一电极21中的另一个的电极21q之间的第一主表面11a的区域被视为第二区域R2。从中心轴49朝向电极21p的方向被视为+X方向。从中心轴49朝向电极21q的方向对应于-X方向。
在该示例中，一个电极对25被设置在第一区域R1中。同样，另一个电极对25被设置在第二区域R2中。多个电极对25在投影到X-Y平面上时彼此分离。在电极对25之间存在其中未设置电极的区域。在实施例中，还可以在电极对25之间设置其它电极。
在一个电极对25中，第三电极23具有在投影到与第一方向和第二方向平行的平面（X-Y平面）上时与第四电极24交迭的第一重叠部分23p以及在投影到X-Y平面上时不与第四电极24交迭的第一非重叠部分23q。在一个电极对25中，第四电极24具有在投影到X-Y平面上时与第三电极23交迭的第二重叠部分24p以及在投影到X-Y平面上时不与第四电极24交迭的第二非重叠部分24q。
在包括在液晶光学设备112的第一区域R1内的电极对25中，第一重叠部分23p被布置在第二重叠部分24p和液晶层30之间。第三电极23的位置相对于第四电极24的位置在X轴方向上偏移。具体地，在一个电极对25中，在第二非重叠部分24q和中心轴49之间的距离比在第一非重叠部分23q和中心轴49之间的距离长。换句话说，在一个电极对25中，第三电极23比第四电极24更邻近于中心轴49。
第二区域R2中的电极对25的布置基本上具有以中心轴49作为对称轴的线对称性。然而，线对称可以不是严格的。例如，可以基于液晶层30的排列的分布（例如，预倾斜角度等）来引入微小的不对称。
在将液晶光学设备112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和第二电极22之间施加第一电压，在第三电极23和第二电极22之间施加第三电压，并且在第四电极24和第二电极22之间施加第四电压。在本申请中为了方便起见，即使在电极之间的电势差为零的情况下，这也被描述为施加电压（0伏的电压）。第一电压的绝对值大于第四电压的绝对值。第三电压的绝对值大于第四电压的绝对值。在这些电压为交流的情况下，第一电压的有效值大于第四电压的有效值。第三电压的有效值大于第四电压的有效值。例如，第一电压的有效值可以被设定为大于第四电压的有效值。
在如上所述地施加电压时，作为水平配向的液晶分子35的配向在第一电极21与第二电极22相对的液晶层30的部分中接近垂直配向。在液晶层30的邻近于两个相邻的（例如，最邻近的）第一电极21的中心的部分中，液晶分子35保持水平配向。在第二电极22与第三电极23相对的液晶层30的部分中，作为水平配向的液晶分子35的配向接近垂直配向。在第二电极22与第四电极24的第二非重叠部分24q相对的液晶层30的部分中，液晶分子35保持水平配向。
在第一电极21和第四电极24之间的部分中，折射率从第一电极21朝向第四电极24逐渐增大。折射率在邻近第二非重叠部分24q和第一重叠部分23p之间的界线处从第四电极24朝向第三电极23突然地减少。在第三电极23和中心轴49之间的部分中，折射率从第三电极23朝向中心轴49逐渐增大。因此，在如上所述地施加电压时，液晶层30具有如下的折射率分布，即该折射率分布具有其中折射率在第二电极22与电极对25相对的部分处具有跳变的菲涅耳透镜状的形态。
对于其中在液晶层30中形成具有菲涅耳透镜状形态的折射率分布的液晶光学设备112，液晶层30的厚度可以比液晶光学设备110的厚度薄。液晶层30在第一状态和第二状态之间切换时的响应速率可以被增大。
在液晶光学设备112中，施加有较大绝对值（较大有效值）的第一电极21包括主体部分41和末端部分42。由此，液晶分子35的配向混乱的传播可以被抑制。因此，在液晶光学设备112中也获得良好的光学特性。
图6是示出根据第二实施例的另一个立体图像显示装置的一部分的配置的示意性顶视图。
如图6所示，第三电极23可以具有主体部分61（第二主体部分）和末端部分62（第二末端部分），其中主体部分61沿着Y轴方向延伸并且具有恒定的沿着X轴方向的宽度，并且末端部分62被设置在主体部分61的末端61a处并且具有比主体部分61的沿着X轴方向的宽度宽的沿着X轴方向的宽度。主体部分61具有沿着X轴方向的第三宽度W3。末端部分62具有比第三宽度宽的沿着X轴方向的第四宽度W4。因此，施加有较大绝对值（较大有效值）的第三电极23具有主体部分61和末端部分62。由此，液晶分子35的配向混乱的传播被更适当地抑制；并且液晶光学设备112的光学特性提高。
第三电极23可以是第一电极21的一部分。换句话说，第一电极21中的至少一个可以具有在投影到与第一方向和第二方向平行的平面上时与第四电极24交迭的第一重叠部分以及不与第四电极24交迭的第一非重叠部分；并且第四电极24可以具有在投影到该平面上时与第一电极21交迭的第二重叠部分和不与第一电极21交迭的第二非重叠部分。例如，第三电极23可以是第一电极21的一部分；并且仅仅第三电极23可以具有主体部分41和末端部分42。
根据实施例，提供了具有良好的光学特性的液晶光学设备以及包括该液晶光学设备的立体图像显示装置。
在本申请的说明书中，“垂直”和“平行”不仅指的是严格地垂直和严格地平行，而且包括例如由制造工艺等引起的波动。它足以是基本上垂直的和基本上平行的。
在上文中，参考具体的示例而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的示例。例如，本领域技术人员可以通过从已知的技术中适当地选择包括在液晶光学设备和立体图像显示装置内的组件（诸如第一基板单元、第二基板单元、液晶层、第一基板、第一电极、第二基板、第二电极、主体部分、末端部分、第一端部、第二端部、第一部分、第二部分、图像显示单元等）的具体配置来类似地实践本发明；并且这种实践被包括在本发明的范围内从而获得类似的效果。
此外，具体示例的任意两个或更多个组件可以在技术上可行的范围内被结合并且被包括在本发明的范围内从而包括本发明的要旨。
此外，由本领域技术人员基于上面作为本发明的实施例描述的液晶光学设备和立体图像显示装置通过适当的设计变型可实行的所有液晶光学设备和立体图像显示装置也在本发明的范围之内从而包括本发明的精神。
各种其它变化和变型可以由本领域技术人员在发明的精神内设想，并且应当理解这种变化和变型也被包括在本发明的范围内。
虽然已经描述了某些实施例，但是这些实施例仅仅通过示例的方式被呈现，并且不意图限制本发明的范围。实际上，在本申请中描述的新颖的实施例可以以各种其它形式具体实现；此外，可以在没有脱离本发明的精神的情况下进行在本申请中描述的实施例的形式中的各种省略、置换和改变。所附的权利要求和它们的等同物意图覆盖会落入本发明的范围和精神内的这种形式或者变型。

Claims (20)

1.一种液晶光学设备，包括：
第一基板单元，包括
具有第一主表面的第一基板，以及
多个第一电极，被设置在第一主表面上以便沿着第一方向延伸，第一电极沿不与第一方向平行的方向排列；
第二基板单元，包括
具有与第一主表面相对的第二主表面的第二基板，以及
第二电极，被设置在第二主表面上以便与第一电极相对；以及
液晶层，被设置在第一基板单元和第二基板单元之间，
第一电极中的至少一个包括：
沿着第一方向延伸的第一主体部分，第一主体部分具有沿着与第一主表面平行且与第一方向垂直的第二方向的第一宽度；以及
设置在第一主体部分的末端处的第一末端部分，第一末端部分具有比第一宽度宽的沿着第二方向的第二宽度。
2.根据权利要求1所述的液晶光学设备，其中
第一末端部分包括第一端部和第二端部，
第一端部连接到第一主体部分的末端，
第一端部在第一方向上被布置在末端和第二端部之间，以及
第一末端部分的沿着第二方向的宽度从第一端部朝向第二端部单调地增大。
3.根据权利要求2所述的液晶光学设备，其中第一末端部分的在第二方向上的中心的位置从第一端部朝向第二端部变化。
4.根据权利要求3所述的液晶光学设备，其中
第一基板单元还包括设置在第一基板和液晶层之间的配向膜，在配向膜上执行从一个第二方向朝向另一个第二方向的配向处理，以及
第一末端部分的第二方向上的中心的第二方向上的位置从第一端部朝向第二端部接近所述一个第二方向。
5.根据权利要求1所述的液晶光学设备，其中第一末端部分的沿着第一方向的长度大于第一主体部分的沿着第二方向的第一宽度。
6.根据权利要求1所述的液晶光学设备，其中第一末端部分具有第一部分和从第一部分分岔出的第二部分。
7.根据权利要求1所述的液晶光学设备，其中第一宽度是恒定的。
8.根据权利要求1所述的液晶光学设备，其中第一宽度的改变量不大于±5%。
9.根据权利要求1所述的液晶光学设备，其中第一基板单元还包括与第一主体部分的在与末端相对的一侧的端部连接的连接单元，连接单元被用于第一电极的电连接，以及
连接单元的沿着第二方向的宽度比第一主体部分的沿着第二方向的第一宽度宽。
10.根据权利要求1所述的液晶光学设备，其中
第一基板单元还包括设置在第一主表面上的多个电极对，电极对沿第二方向排列，
电极对中的至少一对被布置在第一电极之间的空间中的每一个中，
电极对中的所述至少一对包括
在第一方向上延伸的第三电极，
在第一方向上延伸的第四电极，以及
设置在第三电极和第四电极之间的绝缘层，
第三电极包括
第一重叠部分，在投影到与第一方向和第二方向平行的平面上时与第四电极交迭，以及
第一非重叠部分，在投影到所述平面上时不与第四电极交迭，以及
第四电极包括
第二重叠部分，在投影到所述平面上时与第三电极交迭，以及
第二非重叠部分，在投影到所述平面上时不与第三电极交迭。
11.根据权利要求10所述的液晶光学设备，其中第三电极包括
沿着第一方向延伸的第二主体部分，第二主体部分具有沿着第二方向的第三宽度，以及
设置在第二主体部分的末端处的第二末端部分，第二末端部分具有比第三宽度宽的沿着第二方向的第四宽度。
12.根据权利要求1所述的液晶光学设备，其中第一宽度不小于5μm且不大于200μm。
13.根据权利要求1所述的液晶光学设备，其中在第一电极的第二方向上的中心之间的沿着第二方向的距离不小于第一宽度的4倍且不大于第一宽度的20倍。
14.根据权利要求1所述的液晶光学设备，其中第一主体部分的沿着第一方向的长度不小于50mm且不大于2000mm。
15.根据权利要求1所述的液晶光学设备，其中液晶层在电压未被施加到第一电极和第二电极的状态中具有水平配向。
16.一种立体图像显示装置，包括：
液晶光学设备；以及
与液晶光学设备堆叠的图像显示单元，图像显示单元具有被配置为显示图像的显示表面，
液晶光学设备包括：
第一基板单元，包括
具有第一主表面的第一基板，以及
多个第一电极，被设置在第一主表面上以便沿着第一方向延伸，第一电极沿不与第一方向平行的方向排列；
第二基板单元，包括
具有与第一主表面相对的第二主表面的第二基板，以及
第二电极，被设置在第二主表面上以便与第一电极相对；以及
液晶层，被设置在第一基板单元和第二基板单元之间，
第一电极中的至少一个包括：
沿着第一方向延伸的第一主体部分，第一主体部分具有沿着与第一主表面平行且与第一方向垂直的第二方向的第一宽度；以及
设置在第一主体部分的末端处的第一末端部分，第一末端部分具有比第一宽度宽的沿着第二方向的第二宽度。
17.根据权利要求16所述的立体图像显示装置，其中第一末端部分的至少一部分在投影到与第一方向和第二方向平行的平面上时不与显示表面交迭。
18.根据权利要求16所述的立体图像显示装置，其中图像显示单元被配置为从显示表面发射光，所述光处于具有第二方向上的偏振轴的线偏振光状态并且包括要被显示的图像。
19.根据权利要求16所述的立体图像显示装置，还包括驱动单元，所述驱动单元被配置为在第一电极和第二电极之间施加电压，
在第一电极和第二电极之间的液晶层的液晶的配向被配置为由于所述电压而改变。
20.根据权利要求16所述的立体图像显示装置，还包括驱动单元，
第一基板单元还包括设置在第一主表面上的多个电极对，电极对沿第二方向排列，
电极对中的至少一对被布置在第一电极之间的空间中的每一个中，
电极对中的所述至少一对包括：
在第一方向上延伸的第三电极；
在第一方向上延伸的第四电极；以及
设置在第三电极和第四电极之间的绝缘层，
第三电极包括：
第一重叠部分，在投影到与第一方向和第二方向平行的平面上时与第四电极交迭；以及
第一非重叠部分，在投影到所述平面上时不与第四电极交迭，
第四电极包括：
第二重叠部分，在投影到所述平面上时与第三电极交迭；以及
第二非重叠部分，在投影到所述平面上时不与第三电极交迭，
驱动单元被配置为在第二电极和第一电极之间施加第一电压，在第三电极和第二电极之间施加第三电压，以及在第四电极和第二电极之间施加第四电压，
第一电压的有效值大于第三电压的有效值，
第一电压的有效值大于第四电压的有效值，以及
第三电压的有效值大于第四电压的有效值。
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