CN103309116A - 光学设备、显示装置和电子装置 - Google Patents

Abstract

一种光学设备包括：第一电极；第二电极，安排为面对所述第一电极；液晶层，安排在所述第一电极和所述第二电极之间，根据施加到所述第一电极和所述第二电极的电压产生透镜效果；以及偏振板，安排在最外表面上。

Description

光学设备、显示装置和电子装置

技术领域

本公开涉及光学设备、显示装置和电子装置。

背景技术

当通过在安排为相互面对的电极之间施加电压来控制液晶层中的电场分布时，该液晶层包夹在电极之间，液晶层中的液晶分子根据电场分布对准。当改变对准状态时，液晶层中关于入射光的折射率改变，因为液晶分子具有折射率各向异性。因为施加给液晶层的电场分布通过控制要在电极之间施加的电压控制，以便获得折射率分布，其中通过利用上述现象产生透镜效果，所以该设备可以用作液晶透镜。例如，在JP-A-2007-213081（专利文献1）中公开了使用这样的液晶透镜的3D显示装置。

发明内容

上述液晶透镜关于具有特定偏振方向的光产生透镜效果，然而，该液晶透镜关于具有不同偏振方向的光不产生透镜效果。相应地，偏振为具有特定偏振方向的光入射在液晶透镜上。然而，例如由于隔片部分中的入射光的去偏振、电极上液晶的对准缺陷等，关于某些光不产生透镜效果。在这样的情况下，在从液晶透镜发出的光中包括不必要的光。

考虑以上，期望减少从液晶透镜发出的光中包括的不必要的光。

本公开的实施例关注于一种光学设备，包括：第一电极；第二电极，安排为面对所述第一电极；液晶层，安排在所述第一电极和所述第二电极之间，根据施加到所述第一电极和所述第二电极的电压产生透镜效果；以及偏振板，安排在最外表面上。

本公开的另一实施例关注于一种显示装置，包括：显示单元，发出在特定偏振方向上偏振的图像光；液晶透镜，安排为面对所述显示单元，并且在多个视点形成由所述显示单元发出的图像光的图像；以及偏振板，安排在所述液晶透镜上。

本公开的另一实施例关注于一种电子装置，包括：显示单元，发出在特定偏振方向上偏振的图像光；液晶透镜，安排为面对所述显示单元，并且在多个视点形成由所述显示单元发出的图像光的图像；以及偏振板，安排在所述液晶透镜上。

如上所述，根据本公开的实施例，可能减少从液晶透镜发出的光中包括的不必要的光。

附图说明

图1是示出根据本公开实施例的光学设备的结构的说明图。

图2是示出液晶透镜中出现的现象的说明图。

图3是示出根据本公开实施例的光学设备的结构的修改示例的说明图。

图4是示出使用根据实施例的光学设备的显示装置的结构的说明图。

图5是示出双凸透镜和屏幕结构的外观的示例的说明图。

图6是示出双凸透镜的原理的说明图。

图7是示出使用包括根据本公开实施例的光学设备的显示装置的电子装置的配置示例的框图。

图8是示出根据实施例的光学设备的偏振板的透射轴方向的示例的说明图。

图9是示出根据实施例的光学设备的偏振板的透射轴方向的示例的说明图。

图10是示出根据实施例的光学设备的偏振板的透射轴方向的示例的说明图。

图11是示出根据实施例的显示装置的光轴的设计示例的图。

图12是用于说明根据实施例的光学设备中的偏振板的透射轴的倾斜量的可允许范围的说明图。

图13是用于说明根据实施例的光学设备中的偏振板的透射轴的倾斜量的可允许范围的说明图。

图14是用于说明根据实施例的光学设备中的偏振板的透射轴的倾斜量的可允许范围的说明图。

图15是示出关于根据实施例的显示装置和比较示例的隔片直径和串扰之间的关系的图。

图16是示出作为根据实施例的显示装置的比较示例的显示装置的结构的说明图。

具体实施方式

以下，将参考附图详细描述本公开的优选实施例。在本说明书和附图中，具有基本相同功能结构的组件将用相同符号表示以省略重复说明。

将按照以下顺序进行说明。

1.光学设备的结构

2.显示装置的结构

3.电子装置的配置

4.偏振板的透射轴方向

5.效果的示例

<1.光学设备的结构>

首先，将参考图1到图3描述根据本公开实施例的光学设备的结构。图1是示出根据本公开实施例的光学设备的结构的说明图。图2是示出在液晶透镜中出现的现象的说明图。图3是根据本公开实施例的光学设备的结构的修改示例的说明图。

参考图1，根据本公开实施例的光学设备100a主要包括第一基底101、第一电极102、第二基底103、第二电极104、液晶层105a和偏振板106。

第一基底101和第二基底103由关于入射光具有透明度的材料制成。例如，第一基底101和第二基底103可以由玻璃材料制成。多个第一电极102形成在第一基底101上。第一电极102相互以间隔安排。第二电极104均匀地在大约第二基底103的整个表面上形成。第一电极102和第二电极104是关于入射光具有透明度的导电膜。例如，ITO（氧化铟锡）膜可以作为对可见光透明的导电膜的例子。

液晶层105a形成在第一电极102和第二电极104之间。液晶层105a包括具有折射率各向异性的液晶分子。液晶分子例如在长侧方向和短侧方向关于入射光具有不同的折射率。液晶分子的对准根据由施加到第一电极102和第二电极104的电压生成的电场分布改变。相应地，表面上液晶层105a关于入射光的折射率改变。因此，液晶层105a根据第一电极102和第二电极104之间的电场分布形成折射率分布，这可以产生透镜效果。也就是说，第一基底101、第一电极102、第二基底103、第二电极104和液晶层105a配置液晶透镜。

在根据实施例的光学设备100a中，偏振板106安排在光学设备100a的最外表面上。偏振板106是选择性地透射在特定方向偏振的光的偏振器。如上所述，液晶层105a可以通过形成折射率分布产生透镜效果。透镜效果对特定偏振方向上的入射光起作用。相应地，使用该效果，使得具有特定偏振方向的光入射在光学设备100a上。然而，存在这样的情况，其中由于例如用于确保液晶层的厚度的隔片（未示出）部分中的入射光的线性偏振的去偏振，电极上的液晶分子的对准缺陷等，如图2所示，液晶层105a关于某些光不产生透镜效果。在这样的情况下，除了根据要求通过透镜效果折射的光以外的不必要的光包括在从液晶层105a发出的发出光中。相应地，根据实施例的光学设备100a具有在液晶透镜的最外表面的偏振板106。后面将说明透射轴方向上的偏振板106的细节。

安排液晶分子用于产生透镜效果的方法不限于图1所示的示例。例如，在图3中示出作为根据实施例的光学设备100a的修改示例的光学设备100b。光学设备100b主要包括第一基底101、第一电极102、第二基底103、第二电极104、液晶层105b和偏振板106。这里，光学设备100b的液晶层105b与光学设备100a的液晶层105a相比具有不同的液晶分子对准方向。本公开的技术可以应用于该类型的液晶透镜。

<2.显示装置的结构>

接着，将参考图4到图6描述使用根据本公开实施例的光学设备的显示装置。图4是示出使用根据实施例的光学设备的显示装置的结构的说明图。图5是示出双凸透镜和屏幕结构的外观的示例的说明图。图6是示出双凸透镜的原理的说明图。

显示装置10包括LCD（液晶显示器）和安排为面对LCD的光学设备100。光学设备100折射作为LCD的图像光的入射光，以分别在各期望位置处形成图像。LCD可以显示用于立体显示的图像。用于立体显示的图像通过交替地安排右眼图像和左眼图像配置。

这里，光学设备100产生双凸透镜型透镜效果。将参考图5和图6描述双凸透镜的原理。双凸透镜是其中连接半圆柱形的透镜，如图5所示。当包括双眼视差的两个画面逐行地交替安排在双凸透镜后面的一个屏幕上并从特定距离观察时，观察者能够将图像识别为立体图像。双凸透镜用作改变其中视线到达屏幕的位置的棱镜。双凸透镜还用作通过调整透镜在屏幕上的焦点放大一行的图像的凸透镜。

相应地，左眼图像在透镜的整个范围上放大以提供给左眼，并且右眼图像在透镜的整个范围上放大以提供给右眼，如图6所示。当视差包括在左眼图像和右眼图像中时，观察者可以将图像识别为立体图像。

因为光学设备100具有双凸透镜型透镜效果，所以光学设备100可以将LCD显示的用于立体显示的图像分离为右眼图像和左眼图像以提供给观察者。

在该情况下，光学设备100具有最外表面上（即，比液晶层105更靠近观察者的位置处）的偏振板106。在LCD中更接近观察者的位置处提供用于控制入射到光学设备100的光的偏振方向的偏振板。然而，存在这样的情况，其中如上所述液晶层105由于隔片部分中的去偏振、电极上液晶的对准缺陷等，关于某些光不产生透镜效果。偏振板106可以减少这样的情况产生的不必要光包括在从光学设备100发出的光中。当不必要的光包括在从光学设备100发出的光中时，串扰增加。因此，通过将包括偏振板106的光学设备100应用于支持立体显示的显示装置10，可以预期减少串扰的效果。图4中所示的摩擦（rubbing）方向、透射轴方向等是稍后将详细说明的示例。

<3.电子装置的配置>

这里，将参考图7描述使用包括根据本公开实施例的上述光学设备的显示装置的电子装置的配置示例。图7是示出使用包括根据本公开实施例的光学设备的显示装置的电子装置的配置示例的框图。

参考图7，电子装置1000包括显示装置10、控制电路20、操作单元30、存储单元40和通信单元50。电子装置1000例如是在显示单元中使用液晶透镜的某种装置，如电视、蜂窝式电话（智能电话）、数字相机、个人计算机、导航装置或游戏机。

控制电路20例如包括CPU（中央处理单元）、RAM（随机存取存储器）和ROM（只读存储器）等，其控制电子装置1000的各个单元。显示装置10也由控制电路20控制。

操作单元30例如包括触摸垫、按钮、键盘、鼠标等，其接收用户关于电子装置1000的操作输入。控制电路20根据由操作单元30获取的操作输入控制电子装置1000。

存储单元40例如包括半导体存储器、磁盘、光盘等，其存储用于允许电子装置1000运作所需的各种类型的数据。控制电路20可以通过读取并执行存储单元40中存储的程序操作。

另外提供通信单元50。通信单元50是连接到包括例如调制解调器、端口、天线等的有线或无线网络60的通信接口。控制电路20通过通信单元50从网络60接收数据或者发送数据到网络60。

不仅光学设备100和显示装置10，而且具有显示装置10的电子装置1000包括在本公开的实施例中。

<4.偏振板的透射轴方向>

接着，将参考图8到图14和图16描述根据本公开的实施例的安排在光学设备的最外表面上的偏振板的透射轴方向。图8到图10是示出根据实施例的光学设备的偏振板的透射轴方向的示例的说明图。图11是示出根据实施例的显示装置的光轴的设计示例的图。图12到图14是用于说明根据实施例的光学设备中的偏振板的透射轴的倾斜量的可允许范围的说明图。图16是示出作为根据实施例的显示装置的比较示例的显示装置的结构的说明图。

首先，在图8中示出了使用LCD的显示装置的各个轴方向的示例。这里，示出入射光的偏振方向、作为液晶的对准改变方向的摩擦方向和安排在外表面上的偏振板106（Pol）的偏振方向全部相同的情况作为示例。图9示出了使用LCD的显示装置的各个轴方向的另一示例。在该情况下，入射光的偏振方向不对应于作为液晶的对准改变方向的摩擦方向。在该情况下期望偏振板106的透射轴方向对应于摩擦方向，即，产生液晶透镜的透镜效果的方向。还可能将本公开的技术应用于OLED（有机电致发光显示器），如图10所示。同样在该情况下，以与上面相同的方式安排偏振板106的透射轴方向以便对应于摩擦方向。

这里，图11示出根据实施例的显示装置的各个轴方向上的光轴的设计示例以及各个情况下的效率。在所有情况下，最外表面轴的方向（即，偏振板106的透射轴方向）将是对应于液晶的对准改变方向（摩擦方向）的方向，即，产生液晶透镜的透镜效果的方向。在该图中，示出了透镜的长侧方向（电极方向）、液晶的对准改变方向（摩擦方向）、入射光到光学设备100上的偏振方向、最外表面上的偏振方向（即，偏振板106的透射轴方向）和效率。这里，当透镜的长侧方向（电极方向）、液晶的对准改变方向（摩擦方向）、入射光的偏振方向、最外表面上的偏振方向（即，偏振板106的透射轴方向）全部相同时获得的效率是“1”（最大值）。在入射光到光学设备100上的偏振方向不同的情况下，当入射光的偏振方向和另一轴形成的角度为θ时，效率用“cosθ”表示。在透镜的长侧方向不同而液晶的对准改变方向（摩擦方向）入射光的偏振方向和最外表面上的偏振方向（即，偏振板106的透射轴方向）相同的情况下，效率是“1”。在液晶透镜中液晶的对准改变方向扭转360度或更多用于垂直/水平切换的情况下，入射光轴和最外表面轴的偏振方向具有任意角度α，并且效率为“1”。

参考图12到图14以及图16，认为产生液晶透镜的透镜效果的方向和偏振板106的透射轴方向形成的角度的可允许范围如下。图12示出在没有安排偏振板106的比较示例90的结构中，当串扰为5%时，串扰减少效果中和透射偏振板106之后的亮度中偏振板的透射轴角度的依赖性。此外，图13示出在没有安排偏振板106的比较示例90的结构中，当串扰为10%时，串扰减少效果中和亮度中偏振板的透射轴角度的依赖性，以及图14示出在没有安排偏振板106的比较示例90的结构中，当串扰为15%时，串扰减少效果中和透射偏振板106之后的亮度中偏振板的透射轴角度的依赖性。比较示例90的显示装置与显示装置10的不同点在于不包括最外表面上的偏振板106。

从这些图中发现，当偏振板106的透射轴关于优化轴方向（即，产生液晶透镜的透镜效果的方向）的倾斜量在+-45度内时，与不提供偏振板106的结构相比，能够减少串扰。从这些图中还发现，当偏振板106的透射轴关于优化轴方向的倾斜量在+-20度内时，串扰能够减少到1/3。亮度关于偏振板的透射轴以cosθ衰减。相应地，偏振板106的透射轴关于优化轴方向的倾斜量可以是+-26度或更少，以便将从在优化轴方向中获得的亮度的亮度减少抑制在10%内。

根据以上，期望产生液晶透镜的透镜效果的方向和偏振板106的透射轴形成的角度为45度或更少。进一步期望产生液晶透镜的透镜效果的方向和偏振板106的透射轴形成的角度为26度或更少。此外期望产生液晶透镜的透镜效果的方向和偏振板106的透射轴形成的角度为20度或更少。

<5.效果示例>

将参考图15进一步说明当使用根据实施例的光学设备时减少获得的串扰的效果。图15是示出关于根据实施例的显示装置和比较示例的隔片直径和串扰之间的关系的图。

图15所示的比较示例90是关于作为参考图16描述的比较示例90的显示装置的数据。假设在该情况下设置产生液晶透镜的透镜效果的方向，以便近似地对应于显示装置10中的偏振板106的透射轴。如图中所示，串扰的值根据隔片的直径而极大地不同，然而发现在每个情况下，通过使用具有最外表面上的偏振板106的光学设备100，显著减少了串扰。

如上所述，因为通过使用具有液晶透镜的最外表面上的偏振板106的光学设备100能够消除从液晶透镜发出的光中包括的不必要分量，所以能够减少串扰。当偏振板106的透射轴方向对应于产生液晶透镜的透镜效果的方向的程度变高时，减少串扰的效果增加。然而，当产生液晶透镜的透镜效果的方向和偏振板106的透射轴形成的角度为45度或更少时，能够获得减少串扰的效果。更优选地，当产生液晶透镜的透镜效果的方向和偏振板106的透射轴形成的角度为26度或更少时，串扰能够减少到1/3。更优选地，当产生液晶透镜的透镜效果的方向和偏振板106的透射轴方向形成的角度为20度或更少时，能够获得减少串扰的效果，同时将亮度减少抑制到10%或更少。

上面已经参考附图详细描述了本公开的优选实施例，然而，本公开的技术范围不限于上面的示例。显然，本公开的技术领域的技术人员可以在所附权利要求中描述的技术构思的范围内进行各种修改或替代，它们自然属于本公开的技术范围。

在附图和上面的说明中，简要示出了理解本公开的技术内容所需的点。相应地，在图中没有示出所有结构。可以包括除了图中所示结构以外的结构。此外，图中所示组件的厚度或尺寸不一定按照精确比例绘制。

此外，使用液晶透镜的显示装置在上述实施例中是3D显示装置，然而，本公开的申请范围不限于该示例。例如，使用液晶透镜的显示装置不限于3D显示装置，并且可以应用于将图像分离为多个视点图像来提供的所有显示装置。3D显示装置提供两个图像分别给一个观察者的右眼和左眼，从而允许观察者将图像识别为3D图像。划分的图像可以提供给多个观察者。根据上述显示装置，不同图像可以分别提供给多个观察者。这种显示装置可以应用于导航装置。该导航装置可以提供不同图像分别给坐在驾驶员座位上的观察者和坐在乘客座位上的观察者。

下面配置也属于本公开的技术范围。

（1）一种光学设备，包括：

第一电极；

第二电极，安排为面对所述第一电极；

液晶层，安排在所述第一电极和所述第二电极之间，根据施加到所述第一电极和所述第二电极的电压产生透镜效果；以及

偏振板，安排在最外表面上。

（2）如上面（1）所述的光学设备，

其中，由产生透镜效果的偏振方向和偏振板的透射轴形成的角度为45度或更少。

（3）如上面（1）或（2）所述的光学设备，

其中，由产生透镜效果的偏振方向和偏振板的透射轴形成的角度为26度或更少。

（4）如上面（1）到（3）的任一所述的光学设备，

其中，由产生透镜效果的偏振方向和偏振板的透射轴形成的角度为20度或更少。

（5）如上面（1）到（4）的任一所述的光学设备，

其中，所述液晶层的透镜效果等于双凸透镜。

（6）一种显示装置，包括：

显示单元，发出在特定偏振方向上偏振的图像光；

液晶透镜，安排为面对所述显示单元，并且在多个视点形成由所述显示单元发出的图像光的图像；以及

偏振板，安排在所述液晶透镜上。

（7）一种电子装置，包括：

显示单元，发出在特定偏振方向上偏振的图像光；

液晶透镜，安排为面对所述显示单元，并且在多个视点形成由所述显示单元发出的图像光的图像；以及

偏振板，安排在所述液晶透镜上。

本公开包含与2012年3月8日在日本专利局提交的日本优先权专利申请JP2012-051827中的公开有关的主题，其全部内容通过引用合并于此。

本领域的技术人员应该理解，根据设计要求和其他因素，可以出现各种修改、组合、子组合和变更，只要它们在所附权利要求或其等价物的范围内即可。

Claims (7)

1.一种光学设备，包括：

第一电极；

第二电极，安排为面对所述第一电极；

液晶层，安排在所述第一电极和所述第二电极之间，根据施加到所述第一电极和所述第二电极的电压产生透镜效果；以及

偏振板，安排在最外表面上。

2.如权利要求1所述的光学设备，

其中，由产生透镜效果的偏振方向和偏振板的透射轴形成的角度为45度或更少。

3.如权利要求1所述的光学设备，

其中，由产生透镜效果的偏振方向和偏振板的透射轴形成的角度为26度或更少。

4.如权利要求1所述的光学设备，

其中，由产生透镜效果的偏振方向和偏振板的透射轴形成的角度为20度或更少。

5.如权利要求1所述的光学设备，

其中，所述液晶层的透镜效果等于双凸透镜。

6.一种显示装置，包括：

显示单元，发出在特定偏振方向上偏振的图像光；

液晶透镜，安排为面对所述显示单元，并且在多个视点形成由所述显示单元发出的图像光的图像；以及

偏振板，安排在所述液晶透镜上。

7.一种电子装置，包括：

显示单元，发出在特定偏振方向上偏振的图像光；

液晶透镜，安排为面对所述显示单元，并且在多个视点形成由所述显示单元发出的图像光的图像；以及

偏振板，安排在所述液晶透镜上。

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