專利名稱：電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡及使用其的立體顯示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種顯示裝置，尤其涉及一種電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡及使用其的立體顯示裝 置。盡管本發(fā)明適于很寬范圍的應(yīng)用，但其特別適于以在節(jié)距(Pitch)內(nèi)各向異性地應(yīng)用 菲涅耳透鏡的方式來減小提供給電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡的液晶層的厚度。
背景技術(shù)：
一般來說，將要基于超高速信息通信網(wǎng)絡(luò)(very high speed informationcommunication network)而建立的用于高速信息傳輸?shù)母黜?xiàng)業(yè)務(wù)，已從諸如 電話業(yè)務(wù)這樣的“聽說”業(yè)務(wù)發(fā)展到利用能高速處理文本、語(yǔ)音和視頻的數(shù)字終端的“視聽” 多媒體型業(yè)務(wù)，并且有望最終發(fā)展為通過超越時(shí)空(transcend timeand space)來觀看、感 受和欣賞具有立體真實(shí)性(reality)的超空間型真實(shí)3D立體信息通信業(yè)務(wù)(hyper-space type real 3D stereoscopic informationcommunication service)0表現(xiàn)3維的立體圖像一般是根據(jù)立體視覺的原理經(jīng)由觀看者雙眼而實(shí)現(xiàn)的。因 為存在雙眼視差(即，雙眼彼此間隔大約65mm)，所以左眼和右眼由于雙眼之間的位置差 而觀看到稍微不同的圖像。因而，這種由于雙眼間的位置差引起的圖像差被稱為雙眼像差 (binocular disparity)。而且，3D立體視頻顯示裝置利用雙眼像差使左眼和右眼分別只看 到供左眼的圖像和供右眼的圖像。具體地說，左眼和右眼分別看到不同的2D圖像。這兩圖像通過視網(wǎng)膜傳輸?shù)酱?腦。大腦將傳輸?shù)膱D像合成在一起，再現(xiàn)出原始3D圖像的深度和真實(shí)性。這種能力稱為立 體攝影術(shù)(stereography)，并且把應(yīng)用這種攝影術(shù)的裝置稱為立體顯示裝置。同時(shí)，可根據(jù)構(gòu)成實(shí)現(xiàn)3D (三維)的透鏡的部件來對(duì)立體顯示裝置進(jìn)行分類。例 如，把使用液晶層構(gòu)建透鏡的類型稱為液晶電場(chǎng)透鏡(liquid crystal fieldlens)型。液晶顯示裝置一般由兩個(gè)電極和設(shè)置在這兩個(gè)電極之間的液晶層構(gòu)成。由向 這兩個(gè)電極施加電壓而生成的電場(chǎng)來驅(qū)動(dòng)液晶層的液晶分子。液晶分子具有極化性 (polarization)和光學(xué)各向異性。這種情況下，極化性是指當(dāng)液晶分子在電場(chǎng)內(nèi)時(shí)，分子排 列方向根據(jù)電場(chǎng)改變，并且液晶分子中的電荷被吸引到該液晶分子的兩側(cè)。光學(xué)各向異性 是指由于液晶分子的細(xì)長(zhǎng)結(jié)構(gòu)和前述分子排列方向的緣故，射出光的光路或偏振狀態(tài)根據(jù) 入射光的入射方向或偏振狀態(tài)而變化。因此，液晶層由于施加給兩個(gè)電極的電壓而表現(xiàn)出透射比(transmittance)差， 然后能通過區(qū)分每個(gè)像素的所述差來顯示圖像。近來，提出了電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡，其利用液晶的屬性而使液晶層能起透鏡的作用。具體地說，透鏡利用空氣與構(gòu)造透鏡的物質(zhì)之間的折射率差而按位置控制入射光 線的光路。如果通過按電極位置施加不同的電壓而在液晶層中形成電場(chǎng)，由此驅(qū)動(dòng)液晶層，則進(jìn)入液晶層的入射光按位置而具有不同的相位變化。因此，液晶層能像真實(shí)透鏡一樣控 制入射光的光路。下面，將參照附圖描述根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡。圖1是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡的剖面圖，圖2是在構(gòu)造電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡 時(shí)施加電壓之后的電位分布的曲線。參照?qǐng)D1，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡由第一基板10、第二基板20、以及設(shè)置 在第一基板10和第二基板20之間的液晶層30構(gòu)成。在該情形中，多個(gè)第一電極11通過以第一間距彼此間隔開而形成在第一基板10 上。對(duì)于這些彼此相鄰的第一電極11，從這些相鄰的第一電極11中的一個(gè)第一電極11的 中心到下一個(gè)第一電極11的中心的距離稱為節(jié)距。使用該節(jié)距作為周期來重復(fù)形成相同 圖案(第一電極)。而且，在構(gòu)造成與第一基板10相對(duì)的第二基板20上形成有第二電極21。第一電極11和第二電極21由透明金屬制成。液晶層30形成在第一電極11和第 二電極21之間的空間中。由于對(duì)電場(chǎng)的強(qiáng)度和分布做出反應(yīng)的特性的緣故，形成液晶層30 的液晶具有拋物線勢(shì)表面(parabolic potential surface)，并且相應(yīng)地具有和圖2中所示 的電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡類似的相位分布。在對(duì)第一電極11施加高電壓的同時(shí)將第二電極21接地的條件下，形成了上述電 驅(qū)動(dòng)液晶透鏡。根據(jù)該電壓條件，在第一電極11的中心處形成最強(qiáng)的垂直電場(chǎng)。離第一電 極11越遠(yuǎn)，則垂直電場(chǎng)變得越弱。當(dāng)構(gòu)成液晶層30的液晶分子具有正的介電常數(shù)各向異 性時(shí)，液晶分子沿電場(chǎng)排列。因此，液晶分子在第一電極11的中心處豎立。液晶分子離第 一電極11越遠(yuǎn)，則它們就趨于具有越接近水平傾斜的排列。關(guān)于光傳輸，參照?qǐng)D2，第一電 極的中心處的光程(light path)短。液晶分子的位置離第一電極11越遠(yuǎn)，則光程變得越 長(zhǎng)。如果在相平面上表示該光程，則其提供類似于具有拋物面的透鏡的光傳輸效果。在該情形中，第二電極21引起液晶電場(chǎng)的波動(dòng)，使光的折射率成為空間拋物函數(shù) (spatially parabolic function)的形式。第一電極11形成透鏡的邊緣區(qū)域。這種情況下，施加給第一電極11的電壓比施加給第二電極21的電壓稍高，由此， 如圖2中所示，在第一和第二電極11和21之間產(chǎn)生電位差。具體地說，在第一電極11的 一部分處感生出陡變的橫向電場(chǎng)(abrupt lateral electric field)。因而，液晶不能形成 平滑的分布而是形成輕微畸變的分布，由此空間折射率分布不是拋物線型的或變得對(duì)電壓 非常敏感。不采用具有物理拋物表面的透鏡，通過在兩個(gè)基板上形成電極、在其間夾入液晶 然后對(duì)電極施加電壓的方式能夠制造上述電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡。然而，現(xiàn)有技術(shù)的電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡導(dǎo)致下述問題。首先，因?yàn)樾纬稍谙禄迳系碾姌O占用透鏡區(qū)域的非常小的部分，所以，與該電極 對(duì)應(yīng)的透鏡邊緣區(qū)域和遠(yuǎn)離透鏡邊緣區(qū)域的透鏡中心區(qū)域之間的電場(chǎng)不是平滑形成，而是 產(chǎn)生陡變的橫向電場(chǎng)，由此電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡具有輕微畸變的相位。尤其是，在由液晶電場(chǎng)形 成的電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡中，如果透鏡區(qū)域的節(jié)距進(jìn)一步增加，則施加有高電壓的電極受到限 制，在透鏡區(qū)域中施加有高電壓的電極與對(duì)面基板之間產(chǎn)生的電場(chǎng)不足，就更難形成可提 供與透鏡相同效果的具有平緩拋物面的電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡。
第二，在大尺寸顯示裝置中，因?yàn)檫h(yuǎn)離其中設(shè)置有電極的透鏡區(qū)域邊緣區(qū)域 的透鏡中心區(qū)域幾乎不具有電場(chǎng)效果，所以很難通過該區(qū)域中的電場(chǎng)來調(diào)整液晶排列 (arrangement)。有時(shí)，如果透鏡中心區(qū)域中的調(diào)整比較困難或者不可能，則相應(yīng)的電驅(qū)動(dòng) 液晶透鏡具有不連續(xù)的透鏡外形(profile)，因此很難用作透鏡。第三，根據(jù)施加有高電壓的單個(gè)電極與設(shè)置在對(duì)面基板表面的電極之間的垂直電 場(chǎng)而按節(jié)距形成的電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡的高度(垂度(sag))是相等的，且電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡的高 度應(yīng)具有上下裕度(upper and lower margin)。因而，電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡需要大量的液晶。 隨著電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡的高度增加，液晶消耗以體積單位(volume unit)增加。因此，成本增 加且工藝性能下降，由此需要許多努力去改善。第四，電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡的焦距與其高度(垂度)成反比。為了制造具有短焦距的 電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡，液晶層需要相當(dāng)大的高度，導(dǎo)致成本上升。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明涉及一種基本上克服了由于現(xiàn)有技術(shù)的限制和缺點(diǎn)而導(dǎo)致的一個(gè)或 多個(gè)問題的電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡及使用其的立體顯示裝置。本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡及使用其的立體顯示裝置，通過這 種電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡及使用其的立體顯示裝置，以在一節(jié)距內(nèi)各向異性地應(yīng)用菲涅耳透鏡的 方式減小提供給電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡的液晶層的厚度。在下面的描述中將部分地列出本發(fā)明的其它的優(yōu)點(diǎn)、結(jié)果和特征，對(duì)于本領(lǐng)域普 通技術(shù)人員來說，根據(jù)對(duì)下面的描述的研究，這些優(yōu)點(diǎn)、結(jié)果和特征的一部分將是顯而易見 的，或者可從本發(fā)明的實(shí)施領(lǐng)會(huì)到。通過說明書、權(quán)利要求以及附圖中特別指出的結(jié)構(gòu)可實(shí) 現(xiàn)和獲得本發(fā)明的這些結(jié)果和其他優(yōu)點(diǎn)。為了實(shí)現(xiàn)這些結(jié)果和其它的優(yōu)點(diǎn)，根據(jù)本發(fā)明的目的，如這里具體表示和概括描 述的那樣，一種根據(jù)本發(fā)明的電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡包括構(gòu)造成彼此相對(duì)且其上相應(yīng)地限定有 多個(gè)透鏡區(qū)域的第一基板和第二基板；以彼此間隔開的方式分別設(shè)置到該第一基板的透鏡 區(qū)域的多個(gè)第一電極；形成在該第二基板整個(gè)表面上的第二電極；第一電壓源，其給每個(gè) 透鏡區(qū)域的各個(gè)子區(qū)域施加不同的電壓，以使不同的透鏡高度對(duì)應(yīng)于每個(gè)透鏡區(qū)域的不同 子區(qū)域；給該第二電極施加一恒定電壓的第二電壓源；和設(shè)置在該第一基板和該第二基板 之間的液晶層。優(yōu)選地，該第一電壓源分別給每個(gè)透鏡區(qū)域的多個(gè)子區(qū)域施加不同的電壓，從而 在包括該透鏡區(qū)域的中心的子區(qū)域中形成一在該透鏡區(qū)域中心處具有頂點(diǎn)的拋物線形狀 的對(duì)稱透鏡，并在該透鏡區(qū)域的左右子區(qū)域中形成對(duì)稱的三角形透鏡。更優(yōu)選地，當(dāng)給所述第一電壓源施加電壓時(shí)，使包含所述透鏡區(qū)域中心的所述子 區(qū)域具有最大的透鏡高度。更優(yōu)選地，所述不同的電壓以施加給位于從所述子區(qū)域中心到所述子區(qū)域邊緣的 范圍內(nèi)的第一電極的方式，分別逐漸增加地施加到包含所述透鏡區(qū)域中心的所述子區(qū)域。更優(yōu)選地，以等于虛擬拋物線透鏡的曲面的值對(duì)應(yīng)于所述三角形透鏡的一個(gè)邊的 方式，所述不同的電壓施加給用于形成所述透鏡區(qū)域的所述左右子區(qū)域中的所述三角形透 鏡的第一電極。
優(yōu)選地，所述多個(gè)第一電極形成在所述第一基板上的同一層上。優(yōu)選地，所述電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡進(jìn)一步包括所述第一基板上的至少一個(gè)絕緣層。在 該情形中，所述至少一個(gè)絕緣層和所述多個(gè)第一電極位于所述第一基板上不同位置。在本發(fā)明的另一個(gè)方面中，一種立體顯示裝置包括電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡，其包括以 其中限定有多個(gè)透鏡區(qū)域的方式構(gòu)造成彼此相對(duì)的第一基板和第二基板、通過彼此間隔開 而設(shè)置到所述第一基板上的透鏡區(qū)域的第一組的多個(gè)第一電極、一形成在所述第二基板整 個(gè)表面上的第二電極、和一夾在所述第一基板和第二基板之間的液晶層；一設(shè)置在所述電 驅(qū)動(dòng)液晶透鏡之下用以傳輸2D視頻信號(hào)的顯示面板；和一電壓源，其構(gòu)造成以將每個(gè)透鏡 區(qū)域分割為透鏡高度彼此不同的多個(gè)子區(qū)域的方式，分別給所述第一電極施加每一子區(qū)域 都不同的電壓，所述電壓源構(gòu)造成給所述第二電極施加恒定電壓。優(yōu)選地，根據(jù)所述電壓源的操作進(jìn)行2D或3D切換。優(yōu)選地，在3D顯示的情形中，以下述方式通過所述電壓源給所述第一電極和第二 電極施加電壓，即，分別給每個(gè)透鏡區(qū)域的所述多個(gè)子區(qū)域施加不同電壓，從而在包括該透 鏡區(qū)域中心的子區(qū)域中形成一在該透鏡區(qū)域中心處具有頂點(diǎn)的拋物線形狀的對(duì)稱透鏡，并 在該透鏡區(qū)域的左右子區(qū)域中形成對(duì)稱的三角形透鏡。更優(yōu)選地，當(dāng)給所述電壓源施加電壓時(shí)，使包含所述透鏡區(qū)域中心的所述子區(qū)域 具有最大的透鏡高度。因此，本發(fā)明提供了下面的效果和優(yōu)點(diǎn)。首先，當(dāng)限定形成在電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡不同基板上的電極之間的液晶層的厚度時(shí)， 以菲涅耳透鏡的形狀，對(duì)于每一節(jié)距都將透鏡區(qū)域分割為多個(gè)子區(qū)域，并且將電壓施加給 每個(gè)子區(qū)域。因此，降低了最高點(diǎn)處的透鏡高度，從而減小了液晶層的整體厚度。第二，根據(jù)透鏡區(qū)域每一節(jié)距的多個(gè)區(qū)域，提供不同的電壓施加部分。透鏡高度具 有從中心向邊緣下降的值，反之亦然。因而，如果以由最高點(diǎn)的透鏡高度加上預(yù)定裕度所獲 得的值形成液晶層，那么電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡變成是可驅(qū)動(dòng)的，由此，液晶層不必具有考慮到透 鏡的不連續(xù)面時(shí)的額外裕度。因此，本發(fā)明不必增加液晶層的厚度。第三，當(dāng)透鏡區(qū)域每一節(jié)距都分割為多個(gè)區(qū)域時(shí)，對(duì)于所述多個(gè)區(qū)域的分割存在 限制。盡管每一節(jié)距分割的子區(qū)域的數(shù)量沒有增加，但本發(fā)明能根據(jù)有差異的透鏡高度分 布(differential lens height distribution)減小液晶層的厚度。第四，本發(fā)明減小了液晶層的厚度，由此提供了纖薄的立體顯示裝置并降低了上 升的成本。而且，本發(fā)明能使焦距減小，由此提高立體顯示的精確性。應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明前面的一般性描述和下面的詳細(xì)描述都是例示性的和解釋性 的，意在對(duì)要求保護(hù)的本發(fā)明提供進(jìn)一步的解釋。


所包括用以給本發(fā)明提供進(jìn)一步理解并結(jié)合在內(nèi)組成本申請(qǐng)一部分的附解 了本發(fā)明的實(shí)施方式，并與說明書一起用于解釋本發(fā)明的原理。在附圖中圖1是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡的剖面圖；圖2是在構(gòu)造電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡時(shí)施加電壓之后的電位分布的曲線；圖3是根據(jù)本發(fā)明的電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡的剖面圖4是在一般電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡中，給對(duì)應(yīng)于一個(gè)節(jié)距的第二電極施加電壓的一類 布局圖；圖5是假使將圖3或圖4中所示的電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡分割為多個(gè)各向同性菲涅耳透 鏡的時(shí)候，菲涅耳透鏡與一般電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡相比的曲線；圖6是在將一個(gè)節(jié)距各向異性地分割為多個(gè)菲涅耳透鏡的情形中每一區(qū)的液晶 透鏡和在將一個(gè)節(jié)距各向同性地分割為多個(gè)菲涅耳透鏡的情形中每一區(qū)的液晶透鏡的對(duì) 比曲線；圖7是當(dāng)用本發(fā)明的電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡實(shí)現(xiàn)將透鏡高度分割為不同高度的菲涅耳 透鏡時(shí)預(yù)計(jì)的透鏡形狀的曲線；圖8是根據(jù)本發(fā)明的電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡的剖面圖；圖9是圖8中所示的電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡的透視圖；圖10是在模擬(simulation)根據(jù)本發(fā)明的電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡時(shí)每一節(jié)距的排列的 剖面圖；圖11是圖10中所示的電位模擬的視圖；圖12是通過實(shí)施圖10中所示的電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡而形成的透鏡形狀與預(yù)計(jì)的透鏡 形狀之間的對(duì)比曲線；以及圖13是在根據(jù)本發(fā)明的電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡的預(yù)計(jì)或?qū)嶋H應(yīng)用中使用一只眼睛的按 距離的光強(qiáng)的曲線。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在將詳細(xì)描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，附圖中圖解了這些實(shí)施方式的一些例 子。只要可能，在整個(gè)附圖中使用相同的參考標(biāo)記表示相同或相似的部件。圖3是根據(jù)本發(fā)明的電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡的剖面圖。圖4是在一般電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡中， 給對(duì)應(yīng)于一個(gè)節(jié)距的第二電極施加電壓的一類布局圖。參照?qǐng)D3和圖4，根據(jù)本發(fā)明的電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡包括構(gòu)造成彼此相對(duì)設(shè)置且其上 對(duì)應(yīng)限定有多個(gè)透鏡區(qū)域的第一基板和第二基板50和60 ；在第一基板50的透鏡區(qū)域分別 以彼此間隔開的方式設(shè)置的多個(gè)第一電極51 ；形成在第二基板60整個(gè)表面上的第二電極 61 ；構(gòu)造成分別給多個(gè)透鏡區(qū)域的多個(gè)第一電極按子區(qū)域來施加不同電壓的電壓源(V0到 Vmax)，該電壓源給第二電極施加一恒定電壓；以及設(shè)置在第一基板和第二基板50和60之 間的液晶層陽(yáng)。在該情形中，第一電極51分別通過接觸孔70與用于施加不同電壓VO到Vmax的 金屬線65連接。根據(jù)本發(fā)明的電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡具有根據(jù)透鏡表面的外形而從2D視頻信號(hào)射出3D 視頻信號(hào)的功能。電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡位于用于實(shí)現(xiàn)2D的顯示面板(圖中沒有示出)之上，并 起如下作用，即，根據(jù)有沒有施加電壓而選擇性地射出3D視頻信號(hào)或2D視頻信號(hào)。具體地 說，在沒有施加電壓的情形中使用透過光的特性，電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡能起到在沒有施加電壓 的情形中進(jìn)行2D顯示或在有施加電壓的情形中進(jìn)行3D顯示的開關(guān)的作用。在該情形中，第一電極和第二電極51和61可分別由透明金屬形成，以防止在設(shè)置 有電極的部分處的透射比損失。
在形成對(duì)于透鏡區(qū)域具有一個(gè)拋物線形狀的液晶電場(chǎng)透鏡時(shí)，給透鏡區(qū)域的中心 施加大致相當(dāng)于閾值電壓的第一電壓V0。而且，給位于每個(gè)透鏡區(qū)域的邊緣部分處的第一 電極51施加最高的第η個(gè)電壓Vmax。對(duì)于分別施加給位于透鏡區(qū)域中心和邊緣之間的第 一電極51的電壓，以向離開透鏡區(qū)域的中心的方向逐漸增加的方式，施加其范圍從第一電 壓VO到第η個(gè)電壓Vmax的電壓。因而，如果給第二電極61施加電壓，像地電壓這樣的恒 定電壓，則分別給多個(gè)第一電極51施加一閾值電壓以及諸如此類的電壓，從而在第一電極 51和第二電極61之間形成垂直電場(chǎng)。多個(gè)第一電極51以關(guān)于透鏡區(qū)域的中心成兩側(cè)對(duì)稱(bisymmetric)的方式形成 在透鏡區(qū)域中。第一電極51通過焊盤部(pad part)(對(duì)應(yīng)于顯示面板的非顯示單元)上 的電壓施加線65而與相應(yīng)的電壓源VO到Vmax連接，以分別接收相應(yīng)的電壓。在該情形中，施加給第一電極51的最小閾值電壓VO是具有設(shè)定至大約1.4 2伏的峰值的矩形脈沖，其可由;τ 一計(jì)算(Δ ε是液晶介電各向異性，Kl是液晶的彈性M 厶εεΟ系數(shù)，并且ε 0是真空介電常數(shù))。此外，在施加給第一電極51的電壓之中與透鏡區(qū)域的邊 緣對(duì)應(yīng)的最高電壓是具有設(shè)定至大約2. 5 10伏的峰值的AC矩形脈沖。在水平方向上以設(shè)為一個(gè)節(jié)距P的周期重復(fù)具有圖3和圖4中所示形狀的透鏡區(qū) 域L0多個(gè)第一電極51沿第一基板50的垂直方向(穿透附圖的方向)形成為條形(rod shape)。每個(gè)第一電極51的寬度設(shè)為5 10 μ m。彼此相鄰的第一電極51之間的間隙設(shè) 為5 10 μ m。例如，節(jié)距可在90 1，OOOym之間變化。根據(jù)第一電極51的寬度和間隔 間隙，每個(gè)透鏡區(qū)域可形成10到100個(gè)節(jié)距。此外，在第一基板和第二基板50和60的外圍區(qū)域(即，包括焊盤部的非顯示區(qū) 域)上形成有用于支撐的密封圖案(圖中沒有示出)。此外，第一基板和第二基板50和60 之間的液晶層陽(yáng)形成為具有足夠的厚度，從而以給拋物透鏡的最大高度增加預(yù)定裕度的 方式，以充分的相位形成電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡。為了穩(wěn)定地保持液晶層陽(yáng)的厚度，可以進(jìn)一步 設(shè)置用來保持第一基板和第二基板50和60之間的盒間隙的球狀或柱狀間隔物(spacer)。 在該情形中，間隔物優(yōu)選設(shè)置在不會(huì)使電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡的相位畸變的位置。但是，如前面所述，在LC電場(chǎng)透鏡構(gòu)造成每一節(jié)距都構(gòu)建一個(gè)拋物透鏡的情形 中，因?yàn)閽佄锿哥R的高度很大，所以需要以將拋物透鏡的高度和預(yù)定裕度加在一起獲得的 值來形成液晶層。因此，液晶層應(yīng)形成為具有相當(dāng)大的厚度，從而消耗大量的液晶用于液晶 層，由此工藝負(fù)擔(dān)和成本可能升高。此外，在液晶顯示面板設(shè)置在電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡下面的情形中，液晶顯示面板的厚 度設(shè)為3 5μπι的范圍。在該條件下建立工藝。在每一節(jié)距設(shè)置一個(gè)拋物線透鏡的情形 中，所述厚度一般設(shè)為20 μ m或更高。因此，一般的液晶層形成工藝大大降低了電驅(qū)動(dòng)液晶 透鏡的工藝性能。在下面的描述中，解釋了采用菲涅耳透鏡的方案來減小液晶層厚度的例子。圖5是假使將圖3或圖4中所示的電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡分割為多個(gè)各向同性菲涅耳透 鏡的時(shí)候，菲涅耳透鏡與一般電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡相比的曲線。首先，菲涅耳透鏡是一種聚光透鏡并具有較小的像差，其以設(shè)置幾個(gè)帶圖案(band9pattern)并給每個(gè)帶圖案賦予棱鏡功能的方式來減小其厚度。參照?qǐng)D5，例如，在將菲涅耳透鏡應(yīng)用于電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡的情形中，將一個(gè)節(jié)距分 割為多個(gè)間隔，給中心設(shè)置相對(duì)較小的拋物透鏡，而其余的左右區(qū)域使用虛擬拋物透鏡的 一個(gè)曲面，最高達(dá)到與中心處的菲涅耳透鏡的最大高度對(duì)應(yīng)的值。在采用菲涅耳透鏡的情形中，在左右虛擬拋物透鏡的一個(gè)曲面與中心處的拋物型 透鏡之間的邊界上形成不連續(xù)表面。但是，在將菲涅耳透鏡應(yīng)用于電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡的情形中，因?yàn)榕c一個(gè)節(jié)距對(duì)應(yīng)的 寬度不夠?qū)?，所以?duì)于分割節(jié)距存在限制。并且，節(jié)距的分割區(qū)之間的邊界具有不連續(xù)表 面，從而產(chǎn)生誤差。電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡的畸變值相應(yīng)產(chǎn)生，所以需要解決該問題。在下面的描述中，在通過將透鏡區(qū)域的一個(gè)節(jié)距分割為多個(gè)區(qū)而應(yīng)用菲涅耳透鏡 的情形中，解釋了在考慮到這些區(qū)之間不連續(xù)表面的誤差值的情況下設(shè)計(jì)電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡 的一個(gè)例子。圖6是在將一個(gè)節(jié)距各向異性地分割為多個(gè)菲涅耳透鏡的情形中每一區(qū)的液晶 透鏡與在將一個(gè)節(jié)距各向同性地分割為多個(gè)菲涅耳透鏡的情形中每一區(qū)的液晶透鏡的對(duì) 比曲線。在圖6中，“a”顯示了下述情形，S卩，將透鏡區(qū)域的一個(gè)節(jié)距分割為具有各向同性 透鏡高度的多個(gè)區(qū)并將一般的菲涅耳透鏡(非電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡)應(yīng)用于所述多個(gè)區(qū)，以具 有1/3透鏡高度；“b”顯示了下述一個(gè)例子，S卩，將透鏡區(qū)域的一個(gè)節(jié)距分割為多個(gè)區(qū)并將 菲涅耳透鏡應(yīng)用于除中心之外的其余區(qū)，以分別在各個(gè)區(qū)邊界上具有不同透鏡高度的頂點(diǎn) 峰值；而“C”表示下述一個(gè)例子，S卩，將透鏡區(qū)域的一個(gè)節(jié)距分割為多個(gè)區(qū)并通過將透鏡高 度設(shè)為分別在各個(gè)區(qū)的各中心處具有不同頂點(diǎn)峰值來應(yīng)用菲涅耳透鏡。尤其是，圖6中所 示的曲線“C”對(duì)應(yīng)于本發(fā)明的電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡。在對(duì)應(yīng)于“a”的曲線中，與中心處的小拋物透鏡相比，所述中心的右區(qū)或左區(qū)中的 曲線對(duì)應(yīng)于一拋物線的一個(gè)曲面，該拋物線具有高度為所述中心處的小拋物透鏡高度三倍 的頂點(diǎn)。除中心之外的其余區(qū)中的曲線對(duì)應(yīng)于具有相同形狀的所述拋物線的一個(gè)曲面。透 鏡形狀以下述方式翻轉(zhuǎn)，即，所述曲線在這些區(qū)的每個(gè)邊界的頂點(diǎn)處具有值0。例如，當(dāng)虛擬 拋物線的頂點(diǎn)高度為49. Ιμπι時(shí)，曲線“a”設(shè)為在中心處小拋物透鏡中具有是其1/3的大 約16. 4μπι的高度，并且其余區(qū)中透鏡高度的頂點(diǎn)峰值設(shè)為相同的值。但是，這顯示了應(yīng)用 非電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡的一個(gè)例子。在像真實(shí)的電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡一樣形成具有光程差的電驅(qū)動(dòng) 液晶透鏡的情形中，由不連續(xù)表面產(chǎn)生誤差值。在對(duì)應(yīng)于“b”的曲線中，一個(gè)節(jié)距被分割為多個(gè)區(qū)，并且高度不同的菲涅耳透鏡作 為電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡分別應(yīng)用于這些區(qū)。曲線“b”提出了下述一種形狀，S卩，除中心之外的左 右區(qū)中的各透鏡頂點(diǎn)設(shè)在這些區(qū)的邊界。但是，在將不同高度分別應(yīng)用于這些區(qū)時(shí)，由于這 些區(qū)的邊界的不連續(xù)表面的特性的緣故，相應(yīng)的高度變?yōu)楸仍挤颇哥R的高度相對(duì)更 高。因此，邊緣上的透鏡高度較大，由此液晶層的厚度增加。在對(duì)應(yīng)于本發(fā)明的電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡的曲線中，當(dāng)通過將電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡的一個(gè)節(jié) 距分割為多個(gè)子區(qū)域而應(yīng)用高度不同的菲涅耳透鏡時(shí)，透鏡頂點(diǎn)設(shè)在每個(gè)子區(qū)域的中心而 不是子區(qū)域的邊界，透鏡關(guān)于每個(gè)子區(qū)域的中心成兩側(cè)對(duì)稱形成。在該情形中，透鏡頂點(diǎn)設(shè) 在包括所述中心的所述子區(qū)域并對(duì)應(yīng)于其余子區(qū)域中的虛擬拋物線的一個(gè)曲面。然后施加相應(yīng)電壓。例如，與圖6中的曲線“a”相比，中心處的透鏡高度降低，由此能減小包含在整 個(gè)電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡中的液晶層的厚度。在附圖中所示的例子中，所述厚度為11.8μπι，其降 低了原始菲涅耳透鏡厚度的大約20%。有時(shí)，透鏡區(qū)域中心的高度可通過修改施加到每個(gè) 第一電極的電壓值而改變。在該情形中，本發(fā)明的電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡可包括圖3中所示的多個(gè)第一電極和具有 盒電極(box electrode)形狀的第二電極，或者可使用圖8和圖9中所示的后述結(jié)構(gòu)。有時(shí)，對(duì)于每一透鏡區(qū)域的多個(gè)子區(qū)域，在包括透鏡區(qū)域中心的子區(qū)域中對(duì)稱地 形成一在該透鏡區(qū)域中心處具有頂點(diǎn)的拋物線形狀的透鏡。對(duì)于透鏡區(qū)域的左右子區(qū)域， 在左右子區(qū)域中對(duì)稱地形成三角形的透鏡。為此，施加不同的電壓以提供與圖6中的“C” 對(duì)應(yīng)的透鏡形狀。在每個(gè)左側(cè)子區(qū)域中形成三角形透鏡的情形中，將一個(gè)邊形成為對(duì)應(yīng)于虛擬拋物 透鏡的一個(gè)曲面，而另一個(gè)邊從相應(yīng)子區(qū)域的透鏡高度頂點(diǎn)開始，在產(chǎn)生“b”的不連續(xù)表面 的區(qū)段(水平寬度)內(nèi)逐漸下降。當(dāng)施加電壓源的電壓時(shí)，包括所述透鏡區(qū)域中心的子區(qū)域設(shè)為具有最大透鏡高 度。在該情形中，在包括所述透鏡區(qū)域中心的所述子區(qū)域中，以電壓逐漸升高的方式分別給 從位于中心到位于邊緣的第一電極施加這些電壓。此外，在透鏡區(qū)域的左右子區(qū)域中，以三角形透鏡的一個(gè)邊與等于虛擬拋物透鏡 一曲面的值對(duì)應(yīng)的方式，分別給其中形成有這些三角形透鏡的部分中的第一電極施加不同 的電壓。在透鏡區(qū)域的各子區(qū)域中，給中心施加最小電壓，而給邊緣施加向著邊緣增加的 電壓。圖7是當(dāng)以本發(fā)明的電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡實(shí)現(xiàn)將透鏡高度分割為不同高度的菲涅耳 透鏡時(shí)預(yù)計(jì)的透鏡形狀的曲線。參照?qǐng)D7，例如，計(jì)算本發(fā)明的電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡的每一區(qū)域的坐標(biāo)值。首先，把一透 鏡區(qū)域的一個(gè)節(jié)距設(shè)為P。把參考(referred-to)虛擬拋物透鏡D的最大高度設(shè)為q。把 包括該透鏡區(qū)域中心的子區(qū)域的透鏡高度設(shè)為h。把在一電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡中實(shí)現(xiàn)一菲涅耳 透鏡時(shí)預(yù)計(jì)的誤差部分寬度(erroneous partwidth)設(shè)為d。該坐標(biāo)值是本發(fā)明的預(yù)計(jì)電 驅(qū)動(dòng)液晶透鏡e的每個(gè)區(qū)(xn，yn)的相關(guān)值(correlation value)。4q ^ ρ、"，在該情形中，參考虛擬拋物透鏡的高度y為
權(quán)利要求
1.一種電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡，包括第一基板和第二基板，所述第一基板和所述第二基板構(gòu)造成彼此相對(duì)且相應(yīng)在其上限 定有多個(gè)透鏡區(qū)域；多個(gè)第一電極，所述多個(gè)第一電極分別設(shè)置到所述第一基板的透鏡區(qū)域，所述多個(gè)第 一電極彼此間隔開；第二電極，所述第二電極形成在所述第二基板的整個(gè)表面上； 第一電壓源，所述第一電壓源給每個(gè)透鏡區(qū)域的各子區(qū)域施加不同的電壓，以得到與 每個(gè)透鏡區(qū)域的不同子區(qū)域?qū)?yīng)的不同透鏡高度；第二電壓源，所述第二電壓源給所述第二電極施加恒定電壓；和 液晶層，所述液晶層設(shè)置在所述第一基板和所述第二基板之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡，其中所述第一電壓源分別給每個(gè)透鏡區(qū)域 的多個(gè)子區(qū)域施加不同的電壓，從而在包括該透鏡區(qū)域中心的子區(qū)域中形成一在該透鏡區(qū) 域中心處具有頂點(diǎn)的拋物線形狀的對(duì)稱透鏡，并且在該透鏡區(qū)域的左右子區(qū)域中形成對(duì)稱 的三角形透鏡。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡，其中當(dāng)給所述第一電壓源施加電壓時(shí)，使 包含所述透鏡區(qū)域的所述中心的所述子區(qū)域具有最大的透鏡高度。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡，其中，所述不同的電壓以施加給位于從所 述子區(qū)域的中心到所述子區(qū)域的邊緣范圍內(nèi)的第一電極的方式，分別逐漸增加地施加到包 含所述透鏡區(qū)域的所述中心的所述子區(qū)域。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡，其中，以所述三角形透鏡的一個(gè)邊與等于 虛擬拋物線透鏡的曲面的值對(duì)應(yīng)的方式，所述不同的電壓施加給所述第一電極，用于形成 所述透鏡區(qū)域的所述左右子區(qū)域中的所述三角形透鏡。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡，其中所述多個(gè)第一電極形成在所述第一基 板上的同一層上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡，進(jìn)一步包括所述第一基板上的至少一個(gè) 絕緣層，其中所述至少一個(gè)絕緣層和所述多個(gè)第一電極以不同的方式設(shè)置于所述第一基板 上。
8.一種立體顯示裝置，包括 電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡，包括第一基板和第二基板，所述第一基板和所述第二基板以其中限定有多個(gè)透鏡區(qū)域的方 式布置成彼此相對(duì)；第一組的多個(gè)第一電極，所述第一組的多個(gè)第一電極通過彼此間隔開而設(shè)置到所述第 一基板上的透鏡區(qū)域；第二電極，所述第二電極形成在所述第二基板整個(gè)表面上；和 液晶層，所述液晶層夾在所述第一和第二基板之間；顯示面板，所述顯示面板設(shè)置在所述電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡之下，用以傳輸2D視頻信號(hào)； 第一電壓源，所述第一電壓源構(gòu)造成以將每個(gè)透鏡區(qū)域分割為透鏡高度彼此不同的多 個(gè)子區(qū)域的方式，分別給所述多個(gè)第一電極施加每一子區(qū)域都不同的電壓；以及 第二電壓源，所述第二電壓源構(gòu)造成給所述第二電極施加恒定電壓。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的立體顯示裝置，其中根據(jù)所述第一電壓源和所述第二電壓源 的操作進(jìn)行2D或3D切換。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的立體顯示裝置，其中，在3D顯示的情形中，以下述方式通過 所述第一電壓源和所述第二電壓源給所述多個(gè)第一電極和所述第二電極施加電壓，即，分 別給每個(gè)透鏡區(qū)域的所述多個(gè)子區(qū)域施加不同的電壓，從而在包括該透鏡區(qū)域中心的子區(qū) 域中形成一在該透鏡區(qū)域中心處具有頂點(diǎn)的拋物線形狀的對(duì)稱透鏡，并且在該透鏡區(qū)域的 左右子區(qū)域中形成對(duì)稱的三角形透鏡。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的立體顯示裝置，其中，當(dāng)給所述第一電壓源和所述第二電 壓源分別施加電壓時(shí)，使包含所述透鏡區(qū)域的所述中心的所述子區(qū)域具有最大的透鏡高 度。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡及使用其的立體顯示裝置，通過這種電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡及使用其的立體顯示裝置，以在一節(jié)距內(nèi)各向異性地應(yīng)用菲涅耳透鏡的方式減小了提供給電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡的液晶層的厚度。
文檔編號(hào)H04N13/00GK102053446SQ20101029353
公開日2011年5月11日 申請(qǐng)日期2010年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月27日
發(fā)明者林希珍 申請(qǐng)人:樂金顯示有限公司