CN103293781A - 液晶光学设备和立体图像显示装置 - Google Patents

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第一电极。第一电极被设置在第一基板上以沿着第一方向延伸，并且被布置在垂直于第一方向的第二方向上。第二基板单元包括第二基板和第二电极。第二基板与第一基板相对。第二电极被设置在第二基板上以与第一电极相对。液晶层被设置在第一基板单元和第二基板单元之间。所述第一电极中的至少一个第一电极被设置有在所述至少一个第一电极的一表面上形成的凹部。所述表面与第二电极相对。

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

本申请是基于2012年2月28日提交的在先日本专利申请No.2012-042542，并且要求该专利申请的优先权的权益；该专利申请的全部内容以引用的方式并入本文中。

技术领域

本文中描述的实施例总体上涉及液晶光学设备和立体图像显示装置。

背景技术

已知这样的液晶光学设备，在该液晶光学设备中，通过利用液晶分子的双折射性，折射率的分布根据电压的施加而改变。存在将图像显示单元与这样的液晶光学设备组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两个状态之间切换，在其中一个状态中，显示在图像显示单元上的图像如同在图像显示单元上所显示的那样被入射在人类观察者的眼睛上，在另一个状态中，显示在图像显示单元上的图像作为多个视差图像被入射在人类观察者的眼睛上。因此，实现了高清晰度的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于多个视差图像导致的用裸眼进行的立体观看。希望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

根据本发明的实施例，提供一种液晶光学设备，其包括第一基板单元，第二基板单元、以及被设置在第一基板单元和第二基板单元之间的液晶层。第一基板单元包括第一基板；以及多个第一电极，被设置在第一基板上以沿着第一方向延伸，第一电极被布置在与第一方向垂直的第二方向上。第二基板单元包括与第一基板相对的第二基板；以及第二电极，被设置在第二基板上以与第一电极相对。所述第一电极中的至少一个第一电极被设置有在所述至少一个第一电极的与第二电极相对的表面上形成的凹部。

根据本发明的另一实施例，提供一种液晶光学设备，其包括第一基板单元、第二基板单元、以及被设置在第一基板单元和第二基板单元之间的液晶层。第一基板单元包括第一基板；以及多个第一电极，被设置在第一基板上以沿着第一方向延伸，所述多个第一电极被布置在与第一方向垂直的第二方向上。第二基板单元包括与第一基板相对的第二基板；以及第二电极，被设置在第二基板上以与第一电极相对。所述第一电极中的至少一个第一电极被设置有在所述至少一个第一电极的与第二电极相对的表面上形成的突起。

根据本发明的另一实施例，提供一种立体图像显示装置，其包括液晶光学单元以及与液晶光学单元堆叠的图像显示单元，该图像显示单元具有被构造为显示图像的显示表面。液晶光学单元包括第一基板单元，第二基板单元、以及被设置在第一基板单元和第二基板单元之间的液晶层。第一基板单元包括第一基板；以及多个第一电极，被设置在第一基板上以沿着第一方向延伸，第一电极被布置在与第一方向垂直的第二方向上。第二基板单元包括与第一基板相对的第二基板；以及第二电极，被设置在第二基板上以与第一电极相对。所述第一电极中的至少一个第一电极被设置有在所述至少一个第一电极的与第二电极相对的表面上形成的凹部。

通过本发明的液晶光学设备和包含液晶光学单元的立体图像显示装置，实现了良好的光学特性。

附图说明

图1A和图1B是示出根据第一实施例的立体图像显示装置的结构的示意性横截面图；

图2是示出根据第一实施例的立体图像显示装置的一部分的结构的示意性透视图；

图3A和图3B是示出根据第一实施例的立体图像显示装置的一部分的结构的示意性横截面图；

图4A到图4E是示出根据第一实施例的另一个立体图像显示装置的一部分的结构的示意性透视图；

图5是示出根据第二实施例的立体图像显示装置的结构的示意性横截面图；

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结构的示意性横截面图；

图7是示出根据第三实施例的立体图像显示装置的结构的示意性横截面图；

图8是示出根据第三实施例的立体图像显示装置的一部分的结构的示意性透视图；

图9A到图9E是示出根据第三实施例的其它立体图像显示装置的部分的结构的示意性透视图；

图10是示出根据第三实施例的另一个立体图像显示装置的结构的示意性横截面图；以及

图11是示出根据第三实施例的另一个立体图像显示装置的一部分的结构的示意性横截面图。

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、以及液晶层。第一基板单元包括第一基板和多个第一电极。第一电极被设置在第一基板上以沿着第一方向延伸。第一电极被布置在与第一方向垂直的第二方向上。第二基板单元包括第二基板和第二电极。第二基板与第一基板相对。第二电极被设置在第二基板上以与第一电极相对。液晶层被设置在第一基板单元与第二基板单元之间。第一电极中的至少一个第一电极被设置有在所述至少一个第一电极的一表面上形成的凹部。该表面与第二电极相对。

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、以及液晶层。第一基板单元包括第一基板和多个第一电极。第一电极被设置在第一基板上以沿着第一方向延伸。第一电极被布置在与第一方向垂直的第二方向上。第二基板单元包括第二基板和第二电极。第二基板与第一基板相对。第二电极被设置在第二基板上以与第一电极相对。液晶层被设置在第一基板单元与第二基板单元之间。第一电极中的至少一个第一电极被设置有在所述至少一个第一电极的一表面上形成的突起。该表面与第二电极相对。

根据一个实施例，立体图像显示装置包括液晶光学单元和图像显示单元。该液晶光学单元包括第一基板单元、第二基板单元、以及液晶层。第一基板单元包括第一基板和多个第一电极。第一电极被设置在第一基板上以沿着第一方向延伸。第一电极被布置在与第一方向垂直的第二方向上。第二基板单元包括第二基板和第二电极。第二基板与第一基板相对。第二电极被设置在第二基板上以与第一电极相对。液晶层被设置在第一基板单元与第二基板单元之间。第一电极中的至少一个第一电极被设置有在所述至少一个第一电极的一表面上形成的凹部。该表面与第二电极相对。图像显示单元与液晶光学单元堆叠。图像显示单元具有被构造用来显示图像的显示表面。

在下文中将参考附图描述各种实施例。

附图是示例性或概念性的；并且各部分的厚度与宽度之间的关系、各部分之间的大小的比例等不必一定与其实际值相同。即使对于相同的部分，尺寸和/或比例在各附图中也可以不同地示出。

在本申请的说明书和附图中，与关于上述附图描述的那些部件类似的部件被以相同的附图标记来标记，并且适当地省略详细描述。

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结构的示意性横截面图。

图2是示出根据第一实施例的立体图像显示装置的一部分的结构的示意性透视图。

图1A和图1B示意性地示出沿图2的线A1-A2的横截面。图1B示出图1A的放大的部分。

如图1A和图2所示，立体图像显示装置210包括液晶光学单元110（液晶光学设备）、图像显示单元120、以及驱动单元130。

图像显示单元120具有显示图像的显示表面120a。例如，显示表面120a具有矩形结构。

液晶光学单元110被设置在显示表面120a上。例如，液晶光学单元110覆盖显示表面120a。例如，液晶光学单元110充当液晶GRIN透镜（梯度折射率透镜）。液晶光学单元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第一状态，其中，在显示表面120a上显示的图像如同在显示表面120a上所显示的那样被入射在人类观察者的眼睛上。折射率分布的另一个状态对应于第二状态，其中，在图像显示单元120上显示的图像作为多个视差图像被入射在人类观察者的眼睛上。

通过在立体图像显示装置210中使液晶光学单元110的折射率的分布改变，可以在二维图像的显示（在下文中称为2D显示）与可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被电连接到液晶光学单元110。在本例中，驱动单元130还被电连接到图像显示单元120。驱动单元130控制液晶光学单元110和图像显示单元120的操作。例如，驱动单元130在液晶光学单元110的第一状态与第二状态之间执行切换。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基于被输入的图像信号控制图像显示单元120的操作。从而，对应于输入的图像信号的图像被显示在显示表面120a上。驱动单元130可以被包含在图像显示单元120中。

在驱动单元130执行2D显示的情况中，驱动单元130将液晶光学单元110切换到第一状态，并使图像显示单元120显示用于2D显示的图像。另一方面，在驱动单元130执行3D显示的情况中，驱动单元130将液晶光学单元110切换到第二状态，并使图像显示单元120显示用于3D显示的图像。

液晶光学单元110包括第一基板单元11s、第二基板单元12s、以及液晶层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。在第一基板11上设置有多个第一电极21。在第一主表面11a上设置有多个第一电极21。多个第一电极21中的每一个都沿着第一方向延伸；并且多个第一电极21被布置在与第一方向垂直的第二方向上，其中在多个第一电极21之间具有间隔。例如，多个第一电极21之间的间隔是恒定不变的。

垂直于第一主表面11a和第二主表面12a的方向被取为Z轴方向。垂直于Z轴方向的一个方向被取为X轴方向。垂直于Z轴方向和X轴方向的方向被取为Y轴方向。在本例中，Y轴方向被取为第一方向。X轴方向被取为第二方向。但是，在实施例中，第一方向可以是垂直于Z轴方向的任何方向；并且，第一方向可以是沿着第一主表面11a的任何方向。

例如，当在Z轴方向上观看时，第一电极21具有基本上矩形的结构。第一电极21在Y轴方向上的长度比显示表面120a在Y轴方向上的长度稍长。第一电极21在Y轴方向上横过显示表面120a。

第一主表面11a基本上平行于第二主表面12a。在本例中，矩形显示表面120a的两个相互垂直边的一边平行于X轴方向；并且另一边平行于Y轴方向。显示表面120a的各边的取向不限于此，并且可以包括垂直于Z轴方向的任何方向。

多个第一电极21中的每一个的一端被连接到互连单元（interconnect unit）41。包含多个第一电极21和互连单元41的结构是梳状结构。通过将电压施加到互连单元41，可以将该电压施加到多个第一电极21中的每一个。

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被设置在第二基板12上。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，并且当从Z轴方向上观看时第二电极22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被电连接到驱动单元130。由驱动单元130控制对多个第一电极21和第二电极22施加电压（设置电势）。通过将电压施加到多个第一电极21和第二电极22来执行在液晶光学单元110的第一状态与第二状态之间的切换。

液晶层30被设置在第一基板单元11s与第二基板单元12s之间。液晶层30包括液晶材料36，液晶材料36包括多个液晶分子35。液晶材料36是液晶介质。例如，液晶层30可以包括向列型液晶。液晶层30的介电各向异性为正或为负。在下文中，将描述具有正介电各向异性的向列型液晶被用作液晶层30的情况。

第一配向膜31被设置在第一基板单元11s和液晶层30之间。第一配向膜31使液晶分子35具有水平配向（也就是说，平行配向）。第二配向膜32被设置在第二基板单元12s和液晶层30之间。第二配向膜32使液晶分子35具有水平配向（也就是说，平行配向）。第一配向膜31和第二配向膜32使液晶分子35的指向矢（director）（长轴）被定向在X轴方向上。从而，在电压没有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，液晶材料36具有水平配向。

在本文中，例如，水平配向包括这样的状态，其中，当垂直于Z轴方向的方向被取为0°时，液晶分子35的长轴在不小于0°且不大于30°的范围内。换句话说，例如，水平配向的预倾角是不小于0°且不大于30°。液晶层30可以具有垂直配向或混合配向（HAN配向）。

第一基板11、第二基板12、第一电极21和第二电极22可以包含透明材料。包含在图像显示单元120上显示的图像的光穿过第一基板11、第二基板12、第一电极21和第二电极22。

例如，第一基板11和第二基板12可以包含玻璃、树脂等。例如，第一电极21和第二电极22可以包含至少包含从In、Sn、Zn和Ti构成的组中选择的一种元素的氧化物。例如，第一电极21和第二电极22可以包含ITO。例如，第一电极21和第二电极22可以是从In₂O₃和SnO₃中选择的至少一种。例如，第一电极21和第二电极22可以是薄金属层。

例如，第一配向膜31和第二配向膜32可以包含诸如聚酰亚胺的树脂。例如，第一配向膜31和第二配向膜32的膜厚度是200nm（例如，不小于100nm且不大于300nm）。例如，互连单元41可以包含第一电极21和第二电极22的材料。

如图1B所示，多个第一电极21中的每一个都在与第二电极22相对的相对表面21a（第一表面）中包含凹部40。第一基板单元11s包含设置在第一基板11与多个第一电极21中的每一个之间的绝缘层42。绝缘层42是透光的。例如，绝缘层42可以包含诸如硅氧化物的无机材料，诸如丙烯酸树脂、聚酰亚胺树脂等的有机材料。用于形成绝缘层42的材料可以是感光性的。

绝缘层42在与第一电极21相对的一部分中具有孔42a。孔42a沿着Z轴方向贯穿绝缘层42。或者，孔42a的深度可以比绝缘层42的厚度浅。凹部40与孔42a一致。通过例如使第一电极21的一部分进入孔42a来形成凹部40。因此，例如，凹部40是进入孔42a的第一电极21的一部分。当从Z轴方向上观看时，孔42a具有例如矩形的结构。因此，当从Z轴方向上观看时，凹部40也具有例如矩形的结构。

多个第一电极21中的每一个都具有沿Y轴方向布置的多个凹部40。例如，多个凹部40沿着Y轴方向以基本上一条直线的结构被并置。例如，多个凹部40被周期性地布置。例如，多个凹部40以基本均匀的间隔被布置。

两个彼此相邻（例如，最接近的）凹部40之间的距离D1不大于第一电极21在X轴方向上的宽度W1。多个凹部40包括第一凹部40p和与第一凹部40p相邻的第二凹部40q。第一凹部40p与第二凹部40q之间的距离D1不大于第一电极21在X轴方向上的宽度W1。两个彼此相邻（例如，最接近的）凹部40之间的宽度W2大于从凹部40到相邻（例如，最接近的）凹部40的距离D1。第一凹部40p在X轴方向上的宽度和第二凹部40q在X轴方向上的宽度比第一凹部40p与第二凹部40q之间的距离D1大。凹部40离相对表面21a的深度D2比第一电极21在X轴方向上的宽度W1小。例如，第一电极21在X轴方向上的宽度W1不小于10μm且不大于100μm。例如，凹部40离相对表面21a的深度D2为1μm（例如，不小于0.5μm且不大于2μm）。

图像显示单元120包含布置在二维矩阵结构中的多个像素组50。显示表面120a由多个像素组50形成。例如，像素组50包括第一像素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被统称为像素PX。与两个相邻的第一电极21之间的区域AR1相对地放置像素组50。包含在像素组50中的第一像素PX1到第三像素PX3被布置在X轴方向上。包含在像素组50中的多个像素PX的数量并不限于三个，可以是两个、四个或更多。

例如，图像显示单元120发射包含被显示在显示表面120a上的图像的光。该光处于基本上在Z轴方向上行进的线性偏振光的状态。线性偏振光的偏振轴（在X-Y平面中电场的振动平面的取向轴）是X轴方向。换句话说，线性偏振光的偏振轴在平行于液晶分子35的指向矢（长轴）的方向上。例如，线性偏振光是通过在光路中设置具有X轴方向作为偏振轴的滤光器（偏振器）来形成的。

如图1A所示，在电压没有被施加到多个第一电极21和第二电极22的情况中，包含在液晶层30中的多个液晶分子35中的每一个具有水平配向。从而，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，在没有施加电压的情况中，包含显示在图像显示单元120上的图像的光的行进方向基本上没有改变。在没有施加电压的情况中，液晶光学单元110被切换到第一状态。

例如，在液晶光学单元110从第一状态被切换到第二状态的情况中，电压被施加到第二电极22与多个第一电极21之间。

图3A和图3B是示出根据第一实施例的立体图像显示装置的一部分的结构的示意性横截面图。

如图3A所示，在将电压施加到多个第一电极21和第二电极22时，生成从第一电极21指向第二电极22的电力线EL。例如，电力线EL具有以第一电极21为中心的水平对称分布。

图3B是液晶层30的液晶分子35的配向的类似模型的演示。如图3B所示，在液晶层30的介电各向异性为正的情况中，液晶分子35的配向在电力线EL的密集区域（即，强电场区域）中沿着电力线EL的路径发生变形。液晶分子35的倾斜角在液晶层30的第一部分30a中增大，在第一部分30a中，第一电极21与第二电极22相对。另一方面，接近两个相邻第一电极21的中心的液晶层30的第二部分30b中的液晶分子35保持水平配向。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向第一部分30a逐渐地向垂直配向改变。液晶分子35的长轴的角度沿着电力线EL在Z-X平面中改变。液晶分子35的长轴的角度随着作为旋转轴的Y轴而改变。

液晶分子35是双折射性的。液晶分子35的关于长轴方向的偏振态的折射率比液晶分子35的关于短轴方向的偏振态的折射率高。如上所述，当液晶分子35的角度改变时，关于偏振轴被定向在X轴方向的在Z轴方向上行进的线性偏振光，液晶层30的折射率在液晶层30的第二部分30b中高，并向着第一部分30a逐渐减小。从而，以凸透镜结构形成折射率分布。

多个第一电极21沿着Y轴方向延伸。因此，在施加电压期间，液晶层30的折射率分布具有沿着Y轴方向延伸的柱形透镜结构。多个第一电极21沿着X轴方向布置。因此，在施加电压期间液晶层30的折射率分布具有双凸透镜结构，其中，当液晶层30作为整体被观看时，沿着Y轴方向延伸的多个柱形透镜被布置在X轴方向上。

图像显示单元120的像素组50被设置为与两个相邻的第一电极21之间的区域AR1相对。在液晶层30中形成的具有凸透镜结构的折射率分布与像素组50相对。在本例的液晶层30的折射率分布中，折射率高的部分（第二部分30b）与置于像素组50的中心中的第二像素PX2相对。

在施加电压期间的液晶层30的折射率分布使得从像素组50发射的光（图像）向着人类观察者的眼睛行进。从而，由包含在显示表面120中的多个第一像素PX1形成的图像成为第一视差图像。由多个第二像素PX2形成的图像成为第二视差图像。由多个第三像素PX3形成的图像成为第三视差图像。针对右眼的视差图像被选择性地入射到人类观察者的右眼上；并且针对左眼的视差图像被选择性地入射到人类观察者的左眼上。从而，可以进行3D显示。换句话说，在电压被施加到多个第一电极21和第二电极22的情况中，液晶光学单元110被切换到第二状态。

在液晶光学单元110处于第一状态的情况中，从像素组50发射的光直接行进并入射到人类观察者的眼睛上。从而，可以进行2D显示。在2D显示中，可以以这样的分辨率显示普通的2D图像，该分辨率为3D显示的分辨率的视差图像数量的倍数（在本例中，三倍）。

包含三原色RGB的滤色器可以被分别设置在多个像素PX处。从而，可以进行彩色显示。除了三原色RGB以外，滤色器还可以包含白色（无色）和其它颜色成分。

因此，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，立体图像显示装置210的液晶光学单元110在2D显示与3D显示之间切换。在液晶光学单元110中，多个凹部40被设置在第一电极21的相对表面21a中。

当在液晶光学单元110中从第一状态切换到第二状态时，液晶的指向矢的方向从水平配向向垂直配向改变。此时，从反向倾斜（液晶的倾斜方向的反转）和扭曲（在X-Y平面中的液晶的指向矢的旋转）选择的至少一个会发生；并且发生向错。发现这使得液晶光学单元的光学特性劣化。

这样的向错处于能量不稳定状态（unstable state energy-wise），因为向错是在具有由于配向域的配向状态之间的平衡导致的不同的倾斜角和/或扭曲角的配向域之间的边缘处形成的。然后，当发生某些刺激时，向错很容易改变。例如，沿着电极的延伸方向以电极宽度的若干倍的节距发生弯曲；并且，向错区域的宽度是不发生弯曲的情况中的若干倍或更多倍。在弯曲显著地发生的该状态中，向错区域对液晶光学单元的光学特性劣化的影响大大地增加了。这被认为是由于弯曲的发生导致向错区域的宽度增大若干倍或更多。

相反地，本发明人努力地对向错的弯曲发生的机制进行研究，并且发现向错的弯曲可以通过在多个第一电极21中设置多个凹部40来得以控制。通过在第一电极21中或周围设置多个凹部40，特别是在由于向错弯曲导致的向错到达的区域中设置多个凹部40，可以有意识地使向错的弯曲以凹部40作为起点发生。然后，通过执行用于设置凹部40的规定方法，向错的弯曲的宽度可以小。从而，可以抑制由于弯曲导致的向错的影响的增大。

在立体图像显示装置210中，向错的发生和向错的弯曲导致视差图像的串扰，并且妨碍了人类观察者的立体图像观看。在立体图像显示装置210中，可以抑制向错的发生；并且，可以改进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，两个相邻凹部40之间的距离D1不大于第一电极21在X轴方向上的宽度W1。从而，向错的弯曲的宽度可以是第一电极21在X轴方向上的宽度W1或更小；弯曲的影响可以被抑制；并且，可以显著地改进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，凹部40的宽度W2比从凹部40到相邻凹部40的距离D1大。从而，凹部40可以是向错的弯曲的有效的起点；并且，可以改进弯曲的可控性。在立体图像显示装置210中，第一电极21在X轴方向上的宽度W1比凹部40离相对表面21a的深度D2大。从而，凹部40的向错弯曲可控性可以被进一步改进。这是由于对于向错的控制，凹部40的宽度比深度更有效。

图4A到图4E是示出根据第一实施例的另一个立体图像显示装置的一部分的结构的示意性透视图。

如图4A所示，对于设置在第一电极21中的多个凹部40中的两个相邻凹部40，一个凹部40的X轴方向位置可以不同于与这一个凹部40相邻的（相邻）凹部40的X轴方向位置。第一凹部40p的X轴方向中心的X轴方向位置可以不同于第二凹部40q的X轴方向中心的X轴方向位置。换句话说，两个相邻凹部40的X轴方向位置可以相对地偏移。这并不限于两个相邻凹部40；并且，例如，每隔几个凹部40的X轴方向位置都可以偏移。这样，通过偏移的设置，可以进一步改进向错的弯曲的可控性。换句话说，通过抑制向错的位置从凹部40移开的现象，向错的弯曲可以被控制在期望的位置处。

如图4B所示，一个凹部40可以以沿着Y轴方向延伸的线状结构被设置在第一电极21中。图4B示出具有直线结构的凹部40。

如图4C所示，具有线状结构的凹部40的X轴方向宽度可以被改变。例如，图4C示出这样的凹部40，其中，从连接到互连单元41的一侧上的末端部分向相对侧上的末端部分，X轴方向宽度逐渐变宽。从连接到互连单元41的一侧上的末端部分向相对侧上的末端部分，在X轴方向上的凹部40的宽度可以逐渐变窄。或者，Y轴方向宽度可以在中心部分周围最宽，并可以向两端逐渐变窄。在图4C中，X轴方向宽度从一端侧向另一端连续地变化。在X轴方向上的凹部40的宽度可以按阶段地变化。

如图4D所示，凹部40的线状结构可以是锯齿状结构，该锯齿状结构包含多个相对于Y轴方向的角度改变的弯曲部40a。在图4D中的凹部40中，两个彼此相邻的弯曲部40a之间的Y轴方向距离D3不大于第一电极21在X轴方向上的宽度W1。如上所述，由于向错最初并且自然地倾向于弯曲，向错的弯曲的位置可以通过细微地预弯曲具有线状结构的凹部40来得以最佳的控制。例如，凹部40的线状结构可以按波形弯曲。

如图4E所示，具有线状结构的两个凹部40可以被设置在第一电极21中，并被布置在X轴方向上。具有线状结构的凹部40的数量并不限于两个，并且可以是三个或更多。换句话说，具有线状结构的多个凹部40可以被设置在第一电极21中，并被布置在X轴方向上。多个凹部40的线状结构可以是直线结构或锯齿状结构。具有线状结构的多个凹部40中的每一个的X轴方向宽度可以改变。

例如，凹部40可以通过诸如设置在正被转移到第一电极21上的第一基板11中的孔的结构来制成。此外，例如，凹部40可以是在第一电极21自身中制成的孔、槽、狭缝等。

第二实施例

图5是示出根据第二实施例的立体图像显示装置的结构的示意性横截面图。

在如图5所示的本例的立体图像显示装置212中，液晶光学单元112的第一基板单元11s还包括多个电极对25。多个电极对25中的每一个都被设置在第一主表面11a上。多个电极对25在第二方向（X轴方向）上被布置。多个电极对25被分别设置在多个第一电极21之间的空间中。多个电极对25被分别设置在第一主表面11a上的多个第一电极21之间的空间中。凹部40被设置在多个第一电极21中。

多个电极对25中的每一个都包括第三电极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。在液晶光学单元112中，绝缘层42被设置在第一基板11与第一电极21之间，以及第三电极23与第四电极24之间。绝缘层42被设置在第三电极23与第四电极24之间。绝缘层42可以在多个电极对25之间连续。在本例中，绝缘层42在第一电极21与第一基板11之间延伸。

图5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位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轴方向中心的线的中点。中心轴49与Y轴方向平行。

现在将关注作为两个最接近的第一电极21中的一个的电极21p。电极21p的位置29是在X轴方向上的电极21p的中心位置。

中心轴49与作为两个最接近的第一电极21中的一个的电极21p之间的第一主表面11a的区域被取为第一区域R1。中心轴49与作为两个最接近的第一电极21中的另一个的电极21q之间的第一主表面11a的区域被取为第二区域R2。从中心轴49到电极21p的方向被取为+X方向。从中心轴49向电极21q的方向被取为-X方向。

在本例中，一个电极对25被设置在第一区域R1中。此外，另一个电极对25被设置在第二区域R2中。当投射到X-Y平面上时，多个电极对25是彼此分开的。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，第三电极23包括当投射到与第一方向和第二方向平行的平面（X-Y平面）上时覆盖第四电极24的第一重叠部分23p和不覆盖第四电极24的第一非重叠部分23q。在一个电极对25中，第四电极24包括当投射到X-Y平面上时覆盖第三电极23的第二重叠部分24p和不覆盖第三电极23的第二非重叠部分24q。

在包含在液晶光学单元112的第一区域R1中的电极对25中，第一重叠部分23p被设置在第二重叠部分24p与液晶层30之间。第三电极23的位置在X轴方向上从第四电极24的位置偏移。具体地说，在一个电极对25中，第二非重叠部分24q与中心轴49之间的距离比第一非重叠部分23q与中心轴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更接近于中心轴49。

电极对25在第二区域R2中的设置基本上具有以中心轴49作为对称轴的线对称性。但是，线对称性可以不是严格的。例如，基于液晶层30的布置的分布（例如，预倾角等）可以引入极微小的不对称性。

在液晶光学单元112从第一状态被切换到第二状态的情况中，例如，驱动单元130将第一电压施加到第一电极21与第二电极22之间，将第三电压施加到第三电极23与第二电极22之间，将第四电压施加到第四电极24与第二电极22之间。在本文中，为了方便起见，即使在电极间的电势差为零的情况中，这也被描述为电压（0伏特的电压）被施加。第一电压的绝对值大于第三电压的绝对值。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。在这些电压是交流电的情况中，第一电压的有效值（例如，均方根值）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。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置为大于第四电压的有效值。

当如上所述施加电压时，在第一电极21与第二电极22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。在接近两个相邻第一电极21的中心的液晶层30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与第四电极24之间的部分中，折射率从第一电极21向第四电极24逐渐地增大。折射率在接近第二非重叠部分24q与第一重叠部分23p之间的边缘处从第四电极24向第三电极23突然地降低。在第三电极23与中心轴49之间的部分中，折射率从第三电极23向中心轴49逐渐地增大。因此，当如上所述地施加电压时，液晶层30具有带菲涅耳透镜状结构的折射率分布，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跃。

对于其中在液晶层30中形成具有菲涅耳透镜状结构的折射率分布的液晶光学单元112，液晶层30的厚度可以比液晶光学单元110的厚度薄。可以提高当在第一状态与第二状态之间切换时液晶层30的响应速率。

在液晶光学单元112中，通过在施加了大绝对值（大的有效值）的第一电极21中设置凹部40，向错的弯曲的发生可以被抑制。因此，在液晶光学单元112也获得了良好的光学特性。

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结构的示意性横截面图。

在如图6所示的液晶光学单元113中，凹部40被设置在第三电极23中。因此，凹部40可以被设置在施加了大绝对值（大的有效值）的第三电极23中。第三电极23具有与第二电极22相对的相对表面23a（第二表面）。第三电极23具有设置在相对表面23a中的凹部40。第三电极23可以是第一电极21的一部分。换句话说，至少一个第一电极21可以具有当投射到平行于第一方向和第二方向的平面上时覆盖第四电极24的第一重叠部分和不覆盖第四电极24的第一非重叠部分；并且，第四电极24可以具有当投射到该平面上时覆盖第一电极21的第二重叠部分和不覆盖第一电极21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，突起46可以仅在第三电极23中设置。例如，第三电极23可以是第一电极21的一部分；并且，凹部40可以仅在第三电极23中设置。

第三实施例

图7是示出根据第三实施例的立体图像显示装置的结构的示意性横截面图。

图8是示出根据第三实施例的立体图像显示装置的一部分的结构的示意性透视图。

图7示意性地示出了沿着图8的线B1-B2的横截面。在如图7和图8所示的本例的立体图像显示装置214中，液晶光学单元114的多个第一电极21中的每一个都包括在与第二电极22相对的相对表面21a上的突起46。

多个第一电极21中的每一个都具有沿Y轴方向布置的多个突起46。多个突起46中的每一个都具有基本相同的结构。例如，多个突起46具有矩形平行六面体结构。例如，多个突起46沿着Y轴方向以基本上一条直线的结构被布置。例如，多个突起46被周期性地布置。例如，多个突起46以基本上相等的间隔被布置。多个突起46可以包含例如绝缘材料。多个突起46可以包含例如树脂材料。例如，突起46可以包含诸如硅氧化物的无机材料，诸如丙烯酸树脂、聚酰亚胺树脂等的有机材料。用于形成突起46的材料可以是感光性的。

两个彼此相邻的突起46之间的距离D4不大于第一电极21在X轴方向上的宽度W1。两个彼此相邻的突起46的宽度W3大于从突起46到相邻突起46的距离D4。突起46离相对表面21a的高度D5比第一电极21在X轴方向上的宽度W1小。例如，突起46离相对表面21a的高度D5为1μm（例如，不小于0.5μm且不大于2μm）。

这样，即使在突起46被设置在相对表面21a中的情况中，与凹部40的情况类似，向错的弯曲的发生也可以被抑制。例如，突起46可以是在第一电极21自身上形成的突起。凹部40和突起46两者都可以被设置在相对表面21a中。换句话说，可以使用这样的结构，其中，多个第一电极21包括从与第二电极22相对的相对表面21a中的凹部40和突起46中选择的至少一种。

例如，多个突起46可以包含着色材料（例如，含有从染料和颜料中选择的至少一种的彩色抗蚀剂）。例如，多个突起46可以是蓝色的。例如，多个突起46在不小于450nm且不大于485nm的波形区域中的透射率可以比在小于450nm和大于485nm的波长区域中的透射率高。第一电极21可以具有浅黄色的色调。还存在配向膜也具有浅黄色的色调的情况。在多个突起46是蓝色的情况中，穿过第一电极21和突起46的光可以接近白色。从而，可以执行立体图像显示装置214的颜色补偿。

多个突起46可以是黑色的，并且可以降低透射率。例如，多个突起46的透射率比第一电极21的透射率小。从而，可以通过降低突起46的透射率来降低向错的影响。

图9A到图9E是示出根据第三实施例的其它立体图像显示装置的各部分的结构的示意性透视图。

类似于如图9A所示的凹部40，在第一电极21中设置的多个突起46的X轴方向位置可以彼此不同。如图9B所示，具有沿着Y轴方向延伸的直线结构的一个突起46可以被设置在第一电极21上。如图9C所示，具有线状结构的突起46的X轴方向宽度可以改变。与凹部40类似，突起46的X轴方向宽度的改变方向是任意的。突起46的X轴方向宽度的改变可以是连续的或者按阶段的。

如图9D所示，突起46的线状结构可以是锯齿状结构，该锯齿状结构包含多个相对于Y轴方向的角度改变的弯曲部46a。

在图9D中的突起46中，两个相邻弯曲部46a之间的Y轴方向距离D6不大于第一电极21在X轴方向上的宽度W1。从而，即使在突起结构中，向错的弯曲也可以被很好地控制。例如，突起46的线状结构可以按波形弯曲。

如图9E所示，具有线状结构的两个突起46可以被设置在第一电极21中，并被布置在X轴方向上。具有线状结构的突起46的数量并不限于两个，并且可以是三个或更多。换句话说，具有线状结构的多个突起46可以被设置在第一电极21中，并被布置在X轴方向上。多个突起46的线状结构可以是直线结构或锯齿状结构。具有线状结构的每个突起46的X轴方向宽度可以改变。

图10是示出根据第三实施例的另一个立体图像显示装置的结构的示意性横截面图。

如图10所示，在液晶层30具有带菲涅耳透镜状结构的折射率分布的立体图像显示装置216的液晶光学单元116中，多个第一电极21被设置在第一基板11上。将第三电极23与第四电极24进行绝缘的绝缘层42被设置在第一电极21上。然后，突起46通过下述方式由绝缘层42形成：对绝缘层42进行构图，以在第一电极21上留下绝缘层42的一部分。这样，突起46可以通过对设置在第三电极23与第四电极24之间的绝缘层42进行构图来形成。换句话说，突起46包含基本上与绝缘层42相同的材料。从而，可以简化处理。

图11是示出根据第三实施例的另一个立体图像显示装置的一部分的结构的示意性横截面图。

在如图11所示的液晶光学单元117中，突起46被设置在第三电极23上。因此，突起46可以被设置在施加了大绝对值（大的有效值）的第三电极23上。第三电极23可以是第一电极21的一部分。第三电极23的突起46可以包含例如树脂材料等。第三电极23的突起46可以与绝缘层42分开地形成。

根据这些实施例，提供具有良好光学特性的液晶光学设备和包含液晶光学单元的立体图像显示装置。

在本申请的说明书中，“垂直”和“平行”不仅指严格的垂直和严格的平行，而且包括例如由于制造工艺等导致的波动。基本上垂直和基本上平行就足够了。

在上文中，参考特定例子描述了本发明的示例性实施例。但是，本发明的实施例并不限于这些特定例子。例如，本领域技术人员可以通过从已知技术中适当地选择包含在液晶光学设备和立体图像显示装置中的部件的特定结构来类似地实践本发明，这些部件诸如为第一基板单元、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、电极对、第三电极、第四电极、绝缘层、图像显示单元等；并且，这些实践在获得类似效果的程度上被包含在本发明的范围中。

此外，特定例子的任意两个或多个部件可以在技术可行性的范围内被组合，并且在包含本发明的主旨的程度上被包含在本发明的范围中。

此外，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修改可实现的所有液晶光学设备和立体图像显示装置也在包含本发明的主旨的程度上被包含在本发明的范围中。

本领域技术人员在本发明的精神内可以想到各种其它变化和修改，并且理解这样的变化和修改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是通过举例的方法来呈现的，并且不旨在限制本发明的范围。确切地说，本文中描述的新颖的实施例可以以各种其它方式来实施；此外，在不脱离本发明的精神的情况下，可以对本文中描述的实施例的形式进行各种省略、替换和改变。所附的权利要求及其等同物应当覆盖落入本发明的范围和精神内的这样的形式或修改。

Claims (20)

1.一种液晶光学设备，包括：

第一基板单元，包括

第一基板；以及

多个第一电极，被设置在第一基板上以沿着第一方向延伸，第一电极被布置在与第一方向垂直的第二方向上；

第二基板单元，包括

与第一基板相对的第二基板；以及

第二电极，被设置在第二基板上以与第一电极相对；以及

液晶层，被设置在第一基板单元和第二基板单元之间，

所述第一电极中的至少一个第一电极被设置有在所述至少一个第一电极的与第二电极相对的表面上形成的凹部。

2.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基板和第一电极之间的绝缘层，该绝缘层具有孔，并且

凹部与孔一致。

3.根据权利要求1所述的液晶光学设备，其中，凹部被设置为多个并沿着第一方向被布置。

4.根据权利要求3所述的液晶光学设备，其中，凹部包括第一凹部和与第一凹部相邻的第二凹部，并且，第一凹部和第二凹部之间的距离不大于第一电极在第二方向上的宽度。

5.根据权利要求3所述的液晶光学设备，其中，凹部包括第一凹部和与第一凹部相邻的第二凹部，并且，第一凹部在第二方向上的宽度和第二凹部在第二方向上的宽度大于第一凹部和第二凹部之间的距离。

6.根据权利要求3所述的液晶光学设备，其中，凹部包括第一凹部和与第一凹部相邻的第二凹部，并且，第一凹部在第二方向上的中心位置不同于第二凹部在第二方向上的中心位置。

7.根据权利要求1所述的液晶光学设备，其中，凹部具有沿着第一方向延伸的线状结构。

8.根据权利要求7所述的液晶光学设备，其中，凹部沿着第二方向的宽度在第一方向上变化。

9.根据权利要求7所述的液晶光学设备，其中，凹部具有锯齿形结构，该锯齿形结构包括具有在第一方向上变化的角度的多个弯曲部。

10.根据权利要求9所述的液晶光学设备，其中，在第一方向上所述弯曲部中的两个彼此相邻的弯曲部之间的距离不大于第一电极在第二方向上的宽度。

11.根据权利要求7所述的液晶光学设备，其中，具有沿着第一方向延伸的线状结构的凹部被设置为多个，并且，具有沿着第一方向延伸的线状结构的凹部沿着第二方向被布置。

12.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基板上以与第二电极相对的多个电极对，所述电极对被布置在第二方向上，

所述电极对中的至少一个电极对被设置在第一电极之间的空间中的每一个中，

所述至少一个电极对包括

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

被设置在第三电极和第四电极之间的绝缘层，

第三电极包括

在投影到与第一方向和第二方向平行的平面上时覆盖第四电极的第一重叠部分，以及

在投影到所述平面上时不覆盖第四电极的第一非重叠部分，并且

第四电极包括

在投影到所述平面上时覆盖第三电极的第二重叠部分，以及

在投影到所述平面上时不覆盖第三电极的第二非重叠部分。

13.根据权利要求12所述的液晶光学设备，其中，

在第二电极和第一电极之间施加的第一电压的有效值大于在第三电极和第二电极之间施加的电压的有效值，并且

第一电压的有效值大于在第四电极和第二电极之间施加的电压的有效值。

14.根据权利要求12所述的液晶光学设备，其中，第三电极具有被设置在该第三电极的与第二电极相对的表面中的凹部。

15.根据权利要求1所述的液晶光学设备，其中，在垂直于第一基板的方向上凹部离所述表面的深度不小于0.5μm且不大于2μm。

16.一种液晶光学设备，包括：

第一基板单元，包括

第一基板；以及

多个第一电极，被设置在第一基板上以沿着第一方向延伸，所述多个第一电极被布置在与第一方向垂直的第二方向上；

第二基板单元，包括

与第一基板相对的第二基板；以及

第二电极，被设置在第二基板上以与第一电极相对；以及

液晶层，被设置在第一基板单元和第二基板单元之间，

所述第一电极中的至少一个第一电极被设置有在所述至少一个第一电极的与第二电极相对的表面上形成的突起。

17.一种立体图像显示装置，包括：

液晶光学单元；以及

与液晶光学单元堆叠的图像显示单元，该图像显示单元具有被构造为显示图像的显示表面，

液晶光学单元包括：

第一基板单元，包括

第一基板；以及

多个第一电极，被设置在第一基板上以沿着第一方向延伸，所述多个第一电极被布置在与第一方向垂直的第二方向上；

第二基板单元，包括

与第一基板相对的第二基板；以及

第二电极，被设置在第二基板上以与第一电极相对；以及

液晶层，被设置在第一基板单元和第二基板单元之间，

所述第一电极中的至少一个第一电极被设置有在所述至少一个第一电极的与第二电极相对的表面上形成的凹部。

18.根据权利要求17所述的立体图像显示装置，其中，

图像显示单元包括多个像素组，所述多个像素组包括在第二方向上布置的多个像素，并且

所述像素组中的每一个被设置为与所述第一电极中的最接近的两个第一电极之间的区域相对。

19.根据权利要求17所述的立体图像显示装置，还包括被构造为给第一电极和第二电极施加电压的驱动单元。

20.根据权利要求19所述的立体图像显示装置，其中，

第一基板单元还包括设置在第一基板上以与第二电极相对的多个电极对，所述电极对被布置在第二方向上，

所述电极对中的至少一个被设置在第一电极之间的空间中的每一个中，

所述电极对中的每一个包括

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

被设置在第三电极和第四电极之间的绝缘层，

第三电极包括

在投影到与第一方向和第二方向平行的平面上时覆盖第四电极的第一重叠部分，以及

在投影到所述平面上时不覆盖第四电极的第一非重叠部分；

第四电极包括

在投影到所述平面上时覆盖第三电极的第二重叠部分，以及

在投影到所述平面上时不覆盖第三电极的第二非重叠部分，

驱动单元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，并且，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，并且

第三电压的有效值大于第四电压的有效值。

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