TWI518421B - 二維影像／立體影像切換用透鏡陣列及其製造方法、以及二維影像／立體影像切換型複合面板及影像顯示裝置 - Google Patents

Description

二維影像/立體影像切換用透鏡陣列及其製造方法、以及二維影像/立體影像切換型複合面板及影像顯示裝置

本發明係關於二維影像/立體影像切換用透鏡陣列。更詳而言之，係關於為了將精細且明亮的二維影像、與無歪曲的鮮明立體影像作選擇性切換顯示的透鏡陣列。

以不使用專用眼鏡而顯示立體影像(三維影像)的技術而言，已知有凸鏡方式、視差方式等。

在藉由凸鏡方式之立體影像的顯示中，在影像顯示部上以條紋狀交替配置具有視差的右眼用影像與左眼用影像，藉由被配置在該影像顯示部前方的凸鏡狀透鏡，使得觀察者的右眼僅有右眼用影像、左眼僅有左眼用影像能分別被觀察，藉此，觀察者係感覺到宛如視覺辨認出立體影像。

若使用此般藉由凸鏡方式之立體影像顯示裝置來顯示二維影像時，將右眼用影像與左眼用影像用沒有視差的相同影像即可。但是，若將右眼用影像與左眼用影像用相同影像時，影像顯示部所具有的解析度會降低一半，並且由於在影像顯示部與觀察者之間所存在的凸鏡狀透鏡，二維影像係會非必要地成為低亮度者。

為了避免如上所示之不良情形，在二維影像顯示時係作為非透鏡透明體來發揮功能，在立體影像顯示時則作為凸鏡狀透鏡來發揮功能的二維影像/立體影像切換用透鏡已被提出(日本特開2000-102038號公報、日本特開2007-213081號公報及日本特開平10-333171號公報)。該等之中，日本特開2000-102038號公報及日本特開2007-213081號公報係關於一種技術，其形成由一對基板、及被夾處在其中的液晶層所構成的液晶面板，藉由電壓的ON/OFF來調整該面板的折射率，在電壓施加時係發揮凸鏡狀透鏡功能，未施加電壓時，則使其作為非透鏡透明體而發揮功能。藉由該等技術，確實解決顯示二維影像時的上述問題點。但是，藉由該等技術，會有在觀察者所視覺辨認之立體影像發生歪曲的情形，故圖求改善。

本發明係鑑於上述情形而研創者，其目的係為提供一種被使用在選擇性切換顯示精細且明亮的二維影像、與無歪曲的鮮明立體影像之二維影像/立體影像切換用透鏡陣列。

藉由本發明，本發明之上述目的及優點係藉由具有下列特徴之前述透鏡陣列來達成：其具有一對由第1基板及第2基板所構成的基板；及被夾處在該一對基板間的液晶層的二維影像/立體影像切換用透鏡陣列，該第1及第2基板係分別在單面依序由具有彼此平行配置的複數電極要素的梳型電極及垂直型液晶配向膜層積而成，該一對基板係進行對向配置，使得各垂直型液晶配向膜的面為相對。

[用以實施發明之形態]

以下詳加說明本發明。

＜二維影像/立體影像切換用透鏡陣列＞

本發明之二維影像/立體影像切換用透鏡陣列係具有一對由第1基板及第2基板所構成的基板、及被夾處在該一對基板間的液晶層。

該第1及第2基板較佳為分別由高可見光透射率的材料所構成者，較佳為使用例如由漂浮玻璃、鈉玻璃般的玻璃；由聚對苯二甲酸乙二酯、聚對苯二甲酸丁二酯、聚醚碸、聚碳酸酯般的塑膠所構成的透明基板等。以第1及第2基板的厚度而言，係可分別形成為例如20～2,000μm，以形成為50～1,000μm為佳。

該1及第2基板係分別在單面依序層積有具有彼此平行配置的複數電極要素的梳型電極及垂直型液晶配向膜。亦可在由梳型電極所構成之層與由垂直型液晶配向膜所構成之層之間具有平坦化膜。

以構成上述梳型電極的材料而言，係以使用透明導電體為佳，例如以由In₂O₃-SnO₂所構成的ITO、由SnO₂所構成的NESA(註冊商標)等較為合適。梳型電極係具有：彼此平行配置的複數電極要素；及該等電極要素在其一端彼此導通的背部分。以由與基板面呈垂直的方向觀察時之電極要素的形狀而言，以具有短邊及長邊的長方形為佳。電極要素的寬幅(短邊的長度)係以相對於與本發明之透鏡陣列組合使用的影像顯示部所具有的像素寬幅(指顯示右眼用影像或左眼用影像的像素單位的寬幅。以下同。)，形成為1%以上～未達200%為佳，較佳為5%以上、未達100%，更佳為5～50%。電極要素的長度(長邊的長度)係可為與基板的一邊長度大致相等的長度。相鄰電極要素間的間距係以與本發明之透鏡陣列組合使用的影像顯示部所具有的像素寬幅的2倍(200%)為佳。

在第1圖中顯示表示上述梳型電極之形狀之一例的概略圖。第1圖所示之梳型電極1係形成在基板0上，具有複數電極要素2與背部分3。各電極要素2係在基板面上，沿著基板的一邊平行配置，在一端藉由背部分3而被導通。該梳型電極所具有的電極要素的寬幅以d，長度以L，間距以p分別表示。第1圖的梳型電極所具有的電極要素的寬幅d與電極要素間的間距p的比(d：p)約為1：8。如上所述，電極要素間的間距p係以與該透鏡陣列組合使用的影像顯示部所具有的像素寬幅的200%為佳，因此具有第1圖的梳型電極的透鏡陣列係與具有以電極要素的寬幅d為像素寬幅的約25%的尺寸之像素的影像顯示裝置組合使用為佳。

如上所述在形成有梳型電極的基板上層積有垂直型液晶配向膜。該垂直型液晶配向膜若為具有使液晶層中的液晶分子與基板面呈垂直的方向進行配向的功能者，則可無障礙地使用。就此般垂直型液晶配向膜而言，係例如由聚醯胺酸、聚醯亞胺、聚有機矽氧烷、聚醯胺酸酯、聚酯、聚醯胺、纖維素衍生物、聚縮醛、聚苯乙烯衍生物、聚(苯乙烯-苯基馬來醯亞胺)衍生物、聚(甲基)丙烯酸酯等所構成的有機膜，可較佳使用具有預傾角表現性構造的膜。在此，以預傾角表現性構造而言，可列舉以例如下述式

(該式中，R^I為碳數1～40的烷基、碳數1～40的氟烷基、氰基或氟原子、或具有類固醇骨架的碳數17～51的烴基；Z^I為單鍵，^*-O-、^*-COO-或^*-OCO-(但，標註「＊」的鍵結為R^I側)，R^II為伸環己基或伸苯基，但，該伸環己基或伸苯基亦可藉由氰基、氟原子、三氟甲基或碳數1～3的烷基予以置換，n1為1或2，但是當n1為2時，2個R^II可彼此相同或不同，n2為0或1；Z^II為^*-O-、^*-COO-或^*-OCO-(但，標註「＊」的鍵結為R^I側)，n3為0～2的整數，n4為0或1。))所示之構造。以具有上述類固醇骨架的碳數17～51的烴基而言，係可列舉例如cholestanyl基、cholestenyl基、lanostanyl基、lanostenyl基等。若n2為0時，以R^I的碳數1～40的烷基及碳數1～40的氟烷基而言，分別以碳數4～40的烷基及碳數2～40的氟烷基為佳。

垂直型液晶配向膜係如後所述，以進行配向分割為佳。此配向分割可藉由光配向法輕易進行，因此上述垂直型液晶配向膜係除了上述預傾角表現性構造以外，以另外具有可藉由光照射來進行異性化及/或二量化的構造為佳。對此可藉由該光照射來進行異性化及/或二量化的構造而言，係可列舉例如桂皮酸構造為佳。

上述預傾角表現性構造、與可藉由光照射來進行異性化及/或二量化的構造亦可將其構造的一部分形成為共通。

本發明之透鏡陣列所具有的垂直型液晶配向膜較佳為被劃分為複數個領域，進行配向分割使每個領域之預傾角的方向不同。具體而言，在垂直型液晶配向膜上，假定有將上述電極要素沿著其長度方向分為二的中心線a、及將該電極要素與相鄰接的電極要素的間隙部(電極要素間的間隙部)沿著其長度方向分為二的中心線b時，將液晶分子由中心線a朝向中心線b預傾的方式予以配向分割為佳。

一面參照圖示，一面說明較佳配向分割的狀態。

在第2圖中顯示本發明之透鏡陣列所具有的垂直型液晶配向膜中的配向分割狀態。第2圖(a)係顯示本發明之透鏡陣列之基板之一枚的端部附近的部分放大概略圖，第2圖(b)係其剖面圖。在第2圖中係在基板0上形成有梳型電極，在第2圖(a)中係看得到該電極要素2的端部。若觀看第2圖(b)，可知在梳型電極上形成有垂直型液晶配向膜4。在第2圖中，分別將假設的中心線a以虛線，假設的中心線b以一點鏈線表示。接著，配向分割的樣式係以標記在垂直型液晶配向膜4上的短實線表示，被配置在垂直型液晶配向膜4附近的液晶分子係朝向以該短實線所指示的方向預傾。亦即，瞭解垂直型液晶配向膜4被劃分為藉由假設之中心線a及假設之中心線b所區分的複數個領域，在各領域中，液晶分子由中心線a朝向中心線b預傾的方式被配向分割。

以預傾角的值而言，以50°以上、未達90°為佳，較佳為80～89.9°，更佳為85～89.9°。

當使用含有具有預傾角表現性構造、及可藉由光照射來進行異性化及/或二量化的構造兩者的聚合物之液晶配向劑，藉由光配向法形成液晶配向膜時，由於使照射光的偏光方向在每個領域形成為不同的方向，可輕易形成具有如上所示之配向分割的垂直型液晶配向膜。

垂直型液晶配向膜的厚度係可為例如1～200nm，較佳為20～150nm。

亦可在由上述梳型電極所構成之層與由垂直型液晶配向膜所構成之層之間具有平坦化膜。以構成該平坦化膜的材料而言，係可列舉例如日本特開2007-186542號公報所記載之平坦化膜等。

由此般基板2枚所構成的一對基板係將各垂直配向型液晶配向膜的面以相對的方式作對向配置。第1基板所具有的梳型電極之電極要素的寬幅、與第2基板所具有的梳型電極之電極要素的寬幅並不一定需要一致，但是以使其為大致相同寬幅為佳。第1基板所具有的梳型電極之電極要素的間距、與第2基板所具有的梳型電極之電極要素的間距以一致為佳。

此時，其構成較佳為，當由與基板面垂直的方向觀察透鏡陣列時，第1基板所具有的梳型電極之電極要素與第2基板所具有的梳型電極之電極要素係彼此平行且不重複。在此，當由與基板面垂直的方向觀察透鏡陣列時，基板對較佳為將第1基板所具有的梳型電極沿著其長度方向分為二的假設的中心線a、及將第2基板所具有的電極要素間的間隙部沿著其長度方向分為二的假設的中心線b構成為相一致。

當由與基板面垂直的方向觀察透鏡陣列時，第1基板所具有的梳型電極的背部分、與第2基板所具有的梳型電極的背部分可配置在相同側，亦可配置在相反側。

前述液晶層係以由介電各向導性為正的液晶所構成為佳。在此，組合使用垂直型液晶配向膜、與介電各向導性為正的液晶，乃為本發明之透鏡陣列劃時代之處。亦即，在一般的液晶顯示元件中，若液晶配向膜為垂直型，平常是與介電各向導性為負的液晶組合使用。但是，由於組合使用垂直型液晶配向膜、與介電各向導性為正的液晶，藉由本發明構成之二維影像/立體影像切換用透鏡陣列係在二維影像能見度及立體影像能見度之二者均極為優異，並且亦滿足極其良好的切換性。由此般使用狀態所得之透鏡陣列至今並未為人所知。

以在此所使用的介電各向導性為正的液晶而言，係可列舉例如聯苯系液晶、苯環己烷系液晶、酯系液晶、三苯系液晶、聯苯環己烷系液晶、嘧啶系液晶、二氧陸圜系液晶、二環辛烷系液晶、正立方烷系液晶等。以該等之市面販售品而言，可列舉例如MCL6221(Merck公司製)等。

透鏡陣列的側面部係以藉由適當的密封劑予以密封為佳。

如上所述所構成之本發明之透鏡陣列係在無施加電壓時作為非透鏡透明體而發揮功能，在施加電壓時則作為凸鏡狀透鏡而發揮功能。該動作的樣式連同本發明之二維影像/立體影像切換型影像顯示裝置的動作樣式，此後說明。

本發明之透鏡陣列與以往所知之二維影像/立體影像切換用透鏡陣列相比較，由於領域間的折射率變化流暢之故，具有不易發生影像顯示歪曲的優點。

＜二維影像/立體影像切換用透鏡陣列之製造方法＞

如上所述，本發明之二維影像/立體影像切換用透鏡陣列係可藉由包含以下步驟的方法來製造：例如2枚在各自的單面形成有具有彼此平行配置的複數電極要素的梳型電極之基板，在此等基板的各電極形成面上，分別使用垂直型液晶配向劑來形成垂直型液晶配向膜的步驟；及上述2枚基板進行對向配置，使得形成有垂直型液晶配向膜的面隔著液晶層成為相對向的構成之透鏡陣列形成步驟。

在此在基板的單面形成梳型電極時，係可藉由例如：在形成不具有圖案的導電膜之後，藉由光蝕刻來形成圖案的方法；藉由蒸鍍法等來形成導電膜時，使用具有所希望圖案的遮罩的方法等。

以為了形成上述垂直型液晶配向膜時所用的垂直型液晶配向劑而言，除了可列舉例如AL60101(JSR(股)製)等市面販售品以外，可適於使用國際公開第2009/025386號小冊所記載的液晶配向劑。在基板的電極形成面上形成垂直型液晶配向膜時，可藉由利用例如平版印刷法、旋塗法、噴墨印刷法等適當方法，在基板的電極形成面上塗佈如上所述之垂直型液晶配向劑，接著，將塗佈面在例如80～300℃中加熱例如5～200分鐘的方法。亦可在如上所示之條件的加熱之前，例如在30～200℃中進行例如0.25～10分鐘的預備加熱。

將如上述所形成的液晶配向膜作配向分割時，可藉由：例如對液晶配向膜的一部分照射紫外線而使液晶配向膜的一部分領域的預傾角改變的處理(參照日本特開平6-222366號公報及日本特開平6-281937號公報)等方法；及對液晶配向膜面，在每個領域以不同的方向進行例如將由尼龍、人造絲、棉等纖維形成的布所捲繞的捲筒以一定方向作磨擦的擦磨處理的方法(參照日本特開平5-107544號公報)等。

接著準備2枚如上所述分別在電極形成面上形成有垂直型液晶配向膜的基板，藉由該等2枚基板進行對向配置，使得形成有垂直配向型液晶配向膜的面隔著液晶層相對的構成，可得本發明之透鏡陣列。

此般構成的透鏡陣列之形成，可藉由例如以下2個方法。

第1方法係首先以各自的液晶配向膜相對向的方式隔著間隙(胞間隙(cell gap))而將2枚基板作對向配置，使用密封劑，將2枚基板的周邊部相貼合，在基板表面及藉由密封劑所被劃分的胞間隙內注入將液晶填充之後，密封注入孔的方法。

第2方法係在已形成液晶配向膜的2枚基板之中的其中一方基板上的預定場所塗佈例如紫外光硬化性的密封材，另外在液晶配向膜面上的預定數個部位滴下液晶之後，以液晶配向膜相對向的方式將另一方基板相貼合，同時使液晶擴展至基板全面，接著對基板全面照射紫外光而將密封劑硬化的方法。

在藉由任何方法的情形下，針對如上所述所製造的液晶胞，更進一步加熱至所使用的液晶取得等方相的溫度之後，藉由慢慢冷卻至室溫以去除液晶注入時的流動配向為所望。

＜二維影像/立體影像切換型複合面板＞

本發明中的二維影像/立體影像切換型複合面板係具備有二維影像/立體影像切換型影像顯示部(第1面板)；及如上述之透鏡陣列(第2面板)。

以該影像顯示部而言，係可列舉液晶顯示方式、EL(電場發光)顯示方式、電漿顯示方式、CRT(陰極射線管)方式、LED(發光二極體)方式等的影像顯示部，但是以液晶顯示方式、EL顯示方式或電漿顯示方式的影像顯示部為佳。以EL顯示方式而言，係以有機EL顯示方式為佳。

在影像顯示部與透鏡陣列之間係以配置至少1枚偏光板為佳。該偏光板亦可與影像顯示部形成為一體而構成其一部分。

本發明中的影像顯示部係以在顯示立體影像時，可將具有視差的右眼用影像與左眼用影像，以條紋狀交替顯示在影像顯示部上，另一方面在顯示二維影像時，可將右眼用影像部分與左眼用影像部分顯示為二維影像的單位像素者為佳。

影像顯示部所具有的單位像素的寬幅以透鏡陣列的梳型電極所具有的電極要素之間距的1/2為佳。

當將影像顯示部與本發明之透鏡陣列組合時，若由觀察者側觀看時，較佳為使透鏡陣列之中接近影像顯示部者的基板的假設之中心線a，以位於左眼用像素、及在其右側相鄰接的右眼用像素之間的方式加以組合。

在第3圖中顯示本發明之複合面板之動作的樣式。

進行二維顯示時(第3圖(a))，影像顯示部7係將右眼用影像部分(R)與左眼用影像部分(L)作為二維影像的單位像素加以使用，而輸出高精細的二維影像。此時，透鏡陣列6係無被施加電壓。由此，被夾處在基板間的液晶層5中的液晶分子係藉由垂直型液晶配向膜4的作用而相對基板0面呈大致垂直進行配向之故，透鏡陣列6係作為非透鏡透明體而發揮功能，觀察者係可視覺辨認出高精細且高亮度的二維影像。

另一方面，在顯示立體影像時(第3圖(b))，影像顯示部7係在右眼用影像部分(R)及左眼用影像部分(L)上，以條紋狀交替顯示具有視差的右眼用影像與左眼用影像。此時，對透鏡陣列6係被施加電壓，液晶層5中的液晶分子以藉由假設之中心線a及假設之中心線b(均未圖示)所被劃分的複數個領域別，一面稍微改變方向一面作規則性配向，而呈現凸鏡狀效果，藉此，觀察者係可視覺辨認出無歪曲的立體影像。

如此而成之本發明的二維影像/立體影像切換型複合面板係可將精細且明亮的二維影像、與無歪曲的鮮明立體影像作選擇性切換顯示。

＜二維影像/立體影像切換型影像顯示裝置＞

本發明中的二維影像/立體影像切換型影像顯示裝置係具備如上所述之二維影像/立體影像切換型複合面板而成者。

在二維影像/立體影像切換型影像顯示裝置中，以被附加在二維影像/立體影像切換型複合面板的要素而言，係可列舉除了例如天線用端子、衛星廣播收訊用端子、電視機用選台器、聲音放大裝置、擴音器、影像用輸入輸出端子、聲音用輸入輸出端子、數位控制用輸入輸出端子、時鐘、計時器等以外，還有用以處理節目預約等程式的CPU等一般市面販售的電視機所具有的要素。

[發明之效果]

本發明之二維影像/立體影像切換用透鏡陣列係可適於使用在將精細且明亮的二維影像、與無歪曲的鮮明立體影像作選擇性切換顯示。具備如上所示之本發明之二維影像/立體影像切換用透鏡陣列的二維影像/立體影像切換型影像顯示裝置係因此可將精細且明亮的二維影像、與無歪曲的鮮明立體影像作選擇性切換顯示。

0．．．基板

1．．．梳型電極

2．．．梳型電極的電極要素

3．．．梳型電極的背部分

4．．．垂直型液晶配向膜

5．．．液晶層

6．．．二維影像/立體影像切換用透鏡陣列

7．．．二維影像/立體影像切換型影像顯示部

a．．．假設之中心線a

b．．．假設之中心線b

第1圖係用以說明在本發明之透鏡陣列中，形成在基板上的梳型電極的形狀的概略圖。

第2圖係用以說明本發明之透鏡陣列中的垂直型液晶配向膜的配向分割狀態的概略圖。

第3圖係用以說明將本發明之透鏡陣列與影像顯示部組合後的複合面板的動作狀態的概略圖。

0．．．基板

1．．．梳型電極

2．．．梳型電極的電極要素

3．．．梳型電極的背部分

4．．．垂直型液晶配向膜

5．．．液晶層

6．．．二維影像/立體影像切換用透鏡陣列

7．．．二維影像/立體影像切換型影像顯示部

Claims (8)

1. 一種二維影像/立體影像切換用透鏡陣列，其係為具有：由第1基板及第2基板所構成的一對基板；及被夾處在該一對基板間的液晶層之二維影像/立體影像切換用透鏡陣列，其特徵為：該第1及第2基板係分別在單面依序由具有彼此平行配置的複數電極要素的梳型電極及垂直型液晶配向膜層積而成，該一對基板係進行對向配置，使得各垂直型液晶配向膜的面為相對其中，該垂直型液晶配向膜係具有以下式所示之預傾角表現性構造， 上述式中，R^I為碳數1~40的烷基、碳數1~40的氟烷基、氰基或氟原子、或是具有類固醇骨架的碳數17~51的烴基；Z^I為單鍵、^*-O-、^*-COO-或^*-OCO-，其中標註「＊」的鍵結為R^I側；R^II為伸環己基或伸苯基，但是此伸環己基或伸苯基亦可藉由氰基、氟原子、三氟甲基或碳數1~3的烷基而予以置換；n1為1或2，但是當n1為2時，2個R^II可彼此相同或不同；n2為0或1；Z^II為^*-O-、^*-COO-或^*-OCO-，其中標註「＊」的鍵結為R^I側；n3為0~2的整數；n4為0或1。
2. 如申請專利範圍第1項之透鏡陣列，其構成為當由與基板面垂直的方向觀察該透鏡陣列時，第1基板所具 有的梳型電極之電極要素與第2基板所具有的梳型電極之電極要素彼此平行、且不相重複。
3. 如申請專利範圍第1或2項之透鏡陣列，其中該液晶層係由介電各向導性為正的液晶所構成者。
4. 如申請專利範圍第1或2項之透鏡陣列，其中該垂直型液晶配向膜進行配向分割。
5. 一種二維影像/立體影像切換型複合面板，其特徵為具備有：如申請專利範圍第1項之二維影像/立體影像切換用透鏡陣列；及二維影像/立體影像切換型影像顯示部。
6. 如申請專利範圍第5項之複合面板，該影像顯示部為液晶顯示方式、EL顯示方式或電漿顯示方式的影像顯示部。
7. 一種二維影像/立體影像切換型影像顯示裝置，其特徵為具備有：如申請專利範圍第5項之二維影像/立體影像切換型複合面板。
8. 一種如申請專利範圍第1項之二維影像/立體影像切換用透鏡陣列之製造方法，其特徵為包含：2枚在各自的單面形成有具有彼此平行配置的複數電極要素的梳型電極之基板，在此等基板的各電極形成面上，分別使用垂直型液晶配向劑來形成垂直型液晶配向膜的步驟；及該2枚基板進行對向配置，使得形成有垂直型液晶配向膜的面隔著液晶層成為相對向的構成之透鏡陣 列形成步驟，其中，該垂直型液晶配向膜係具有以下式所示之預傾角表現性構造， 上述式中，R^I為碳數1~40的烷基、碳數1~40的氟烷基、氰基或氟原子、或是具有類固醇骨架的碳數17~51的烴基；Z^I為單鍵、^*-O-、^*-COO-或^*-OCO-，其中標註「＊」的鍵結為R^I側；R^II為伸環己基或伸苯基，但是此伸環己基或伸苯基亦可藉由氰基、氟原子、三氟甲基或碳數1~3的烷基而予以置換；n1為1或2，但是當n1為2時，2個R^II可彼此相同或不同；n2為0或1；Z^II為^*-O-、^*-COO-或^*-OCO-，其中標註「＊」的鍵結為R^I側；n3為0~2的整數；n4為0或1。