專利名稱：電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡及使用該電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡的立體顯示設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種立體顯示設(shè)備，更為具體地說(shuō)涉及一種電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡， 以及使用該電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡的立體顯示設(shè)備，該電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡通過(guò)基于電場(chǎng) 施加方式改變光路差而能夠在凸透鏡和凹透鏡之間轉(zhuǎn)換。
背景技術(shù)：
目前，基于高速信息通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造的信息快速傳播的服務(wù)已經(jīng)從簡(jiǎn)單的例 如當(dāng)前的電話的"聽和說(shuō)"服務(wù)發(fā)展為基于用于字符、語(yǔ)音和圖像的高速處理 的數(shù)字終端的"看和聽"多媒體類型服務(wù)，并期望最終發(fā)展為使得能夠?qū)崿F(xiàn)虛 擬現(xiàn)實(shí)和立體觀看的電腦空間三維立體信息通信服務(wù)，而不受時(shí)間和空間的限 制。
通常，表示三維的立體圖像是基于經(jīng)由觀看者的眼睛的立體視覺的原理而 實(shí)現(xiàn)的。然而，由于觀看者的眼睛彼此間隔大約65mm，即具有雙眼視差，因 此左眼和右眼由于其間的位置差而感知到稍微不同的圖像。這種由于眼睛的位 置差引起的圖像之間的差異被稱為雙眼像差?；陔p眼像差設(shè)計(jì)三維立體圖像 顯示設(shè)備，允許左眼僅觀看左眼的圖像，而右眼僅觀看右眼的圖像。
具體地，左眼和右眼分別觀看到不同的二維圖像。如果兩個(gè)不同的圖像被 通過(guò)視網(wǎng)膜傳送到大腦，大腦精確地混合這些圖像，給出真實(shí)的三維圖像的印 象。這種能力通常被稱為立體投影術(shù)，通過(guò)將立體投影術(shù)應(yīng)用到顯示設(shè)備來(lái)得 到立體顯示設(shè)備。
顯示上述三維立體圖像的技術(shù)可被分類為使用雙目視差的立體顯示方法， 以及使用每個(gè)容積單位的感知的容積測(cè)量方法。作為容積測(cè)量方法的實(shí)例，存 在全影攝影(IP)顯示方法，其中感知諸如全息圖的整體圖像。在IP顯示方法中，使用微透鏡陣列而不需要使用者佩帶眼鏡。
使用微透鏡陣列的上述IP顯示方法，作為實(shí)現(xiàn)三維圖像的代表性技術(shù)，
首先由Lippman在1908年提出，但受顯示設(shè)備技術(shù)的影響而未受到足夠的重 視。近來(lái)，隨著高分辨率顯示設(shè)備的發(fā)展，開始積極研究IP顯示方法。
以下，參照附圖描述現(xiàn)有的立體顯示設(shè)備。
圖1是說(shuō)明了現(xiàn)有的IP型立體顯示設(shè)備的示意圖。
如圖1所示，現(xiàn)有的IP型立體顯示設(shè)備包括顯示設(shè)備10和由作為單元透 鏡的微透鏡構(gòu)成的透鏡陣列20。
在此，假定透鏡陣列20的微透鏡具有焦距f，如果確定顯示設(shè)備m和透 鏡陣列20之間的距離，則透鏡陣列20與其中形成整體圖像的位置之間的距離 b是由以下等式計(jì)算出的。
等式l
l/a+l/b=l/f
在立體顯示設(shè)備中，如果確定了透鏡陣列20的微透鏡的形狀(即，透鏡 平面的凸度)，則基于微透鏡的平面形狀確定焦距f。因?yàn)榱Ⅲw顯示設(shè)備中的透 鏡陣列20和顯示設(shè)備10之間的距離a被設(shè)定成預(yù)定值，則可由焦距f和透鏡 陣列20和顯示設(shè)備10之間的距離a確定透鏡陣列20和整體圖像之間的距離 b。
可是，上述現(xiàn)有的IP型立體顯示設(shè)備具有以下問(wèn)題。
當(dāng)形成具有彎曲的透鏡平面的透鏡陣列時(shí)，基于彎曲透鏡的每個(gè)區(qū)域的均 勻控制以及透鏡陣列和其下方的顯示設(shè)備之間的連接/對(duì)準(zhǔn)是困難的，導(dǎo)致視 覺靈敏度的降低。
因此，作為改變透鏡陣列形狀的努力的一部分，引入了電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡， 其基于電場(chǎng)影響下液晶折射系數(shù)的差別。電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡不需要透鏡平面的處 理，并且能夠經(jīng)由簡(jiǎn)化的電極布置和電壓施加而實(shí)現(xiàn)，由此防止由于透鏡處理 引起的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明涉及一種電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡和使用該透鏡的立體顯示設(shè)備，其 基本上避免了由于現(xiàn)有技術(shù)的限制和缺陷引起的一個(gè)或多個(gè)問(wèn)題。本發(fā)明的目的是提供一種電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡，以及使用該電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡的 立體顯示器，該電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡能夠通過(guò)基于電場(chǎng)施加方式改變光路差而在凸 透鏡和凹透鏡之間轉(zhuǎn)換。
本發(fā)明另外的優(yōu)點(diǎn)，目的和特征將在下面的描述中提出，部分對(duì)于本領(lǐng)域 技術(shù)人員根據(jù)下面的試驗(yàn)顯而易見，或者可以從本發(fā)明的實(shí)施中了解。通過(guò)以 下的描述及其權(quán)利要求以及所附附圖中所指出的具體結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)和得到本 發(fā)明的目的和其它優(yōu)點(diǎn)。
為了實(shí)現(xiàn)這些目的和其他優(yōu)點(diǎn)并根據(jù)本發(fā)明的目的，如在此具體和廣泛地 描述的， 一種電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡，包括彼此相對(duì)布置且每個(gè)限定有多個(gè)透鏡區(qū) 域的第一和第二基底；基于每個(gè)透鏡區(qū)域地形成在第一基底上并彼此分開的多 個(gè)第一電極；形成在第二基底的整個(gè)表面之上的第二電極；填充在第一基底和 第二基底之間的液晶層；用于對(duì)每個(gè)透鏡區(qū)域內(nèi)的多個(gè)第一電極施加不同電壓 的第一和第二電壓源，第一和第二電壓源關(guān)于每個(gè)透鏡區(qū)域分別向第一和第二 基底之間的液晶層提供凸透鏡光路差以及凹透鏡光路差；以及用于選擇第一和 第二電壓源的任意一個(gè)以便向第一電極施加電壓的選擇器。
電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡進(jìn)一步包括用于控制選擇器的控制器，所述選擇器選擇第 一和第二電壓源中的任意一個(gè)。
控制器可以是手動(dòng)控制的。
控制器控制選擇器以根據(jù)將要顯示的圖像的三維深度信息選擇第一電壓 源或第二電壓源。而且，控制器控制選擇器以根據(jù)電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡和觀看者之 間的距離信息選擇第一 電源或第二電壓源。
在平面內(nèi)觀看時(shí)，可在不同位置處以多層劃分和布置多個(gè)第一電極。
電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡可進(jìn)一步包括設(shè)置在第一基底的邊緣區(qū)域處的金屬線，以 便基于每個(gè)透鏡區(qū)域地與各個(gè)第一電極相接觸，并且金屬線可與選擇器相連 接。第一和第二電壓源分別具有電阻器陣列，并且施加其間具有電壓差的第一 和第二電壓至各個(gè)電阻器陣列，以便輸出對(duì)應(yīng)于金屬線的數(shù)目的分布電壓。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種立體顯示設(shè)備，包括發(fā)射二維圖像 信號(hào)的顯示面板；設(shè)置在顯示面板上的電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡，其包括彼此相對(duì)布置 且每個(gè)限定由多個(gè)透鏡區(qū)域的第一和第二基底，基于每個(gè)透鏡區(qū)域地形成在第 一基底上并彼此分開的多個(gè)第一電極，形成在第二基底的整個(gè)表面上的第二電極，和填充在第一基底和第二基底之間的液晶層；用于向每個(gè)透鏡區(qū)域內(nèi)的多 個(gè)第一電極施加不同電壓的第一和第二電壓源，第一和第二電壓源關(guān)于每個(gè)透 鏡區(qū)域分別向第一和第二基底之間的液晶層提供凸透鏡光路差以及凹透鏡光 路差，用于選擇第一和第二電壓源中的任意一個(gè)以向第一電極施加電壓的選擇 器；以及用于控制選擇第一和第二電壓源中任意一個(gè)的選擇器的控制器。 應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明之前的概括描述和下面的詳細(xì)描述為示例性和說(shuō)明性
的，并意在提供本發(fā)明的如權(quán)利要求所要求的進(jìn)一步解釋。


附圖用于提供本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并結(jié)合在本申請(qǐng)中，構(gòu)成本申請(qǐng)的一 部分，這些

了本發(fā)明的實(shí)施例，并與說(shuō)明書一起用于解釋本發(fā)明的原 理。在附圖中-
圖1是說(shuō)明了現(xiàn)有的IP型立體顯示設(shè)備的示意圖2是說(shuō)明了根據(jù)本發(fā)明的電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡的截面圖3是說(shuō)明了圖2中所示的電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡的每段距離的光路差的圖表；
圖4是根據(jù)本發(fā)明的電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡的框圖5A是說(shuō)明了第一基底的透鏡區(qū)域內(nèi)第一電極和金屬線的平面圖，該第 一電極和金屬線與圖4的電壓發(fā)生器相連接以實(shí)現(xiàn)凸透鏡；
圖5B是說(shuō)明了第一基底的透鏡區(qū)域內(nèi)第一電極和金屬線的平面圖，該第 一電極和金屬線與圖4的電壓發(fā)生器相連接以實(shí)現(xiàn)凹透鏡；
圖6是說(shuō)明了用于在根據(jù)本發(fā)明的電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡內(nèi)實(shí)現(xiàn)凸透鏡外形的 每段距離的光路差的圖表；
圖7是說(shuō)明了用于在根據(jù)本發(fā)明的電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡內(nèi)實(shí)現(xiàn)凹透鏡外形的 每段距離的光路差的圖表；
圖8是說(shuō)明了用于在根據(jù)本發(fā)明的電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡內(nèi)實(shí)現(xiàn)凸透鏡外形的 最佳深度的示意圖9是說(shuō)明了用于在根據(jù)本發(fā)明的電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡內(nèi)實(shí)現(xiàn)凹透鏡外形的 最佳深度的示意圖；以及
圖10是說(shuō)明了使用根據(jù)本發(fā)明的電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡的立體顯示設(shè)備的截面圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在將對(duì)根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡和使用該透鏡的立 體顯示設(shè)備進(jìn)行詳細(xì)描述，在所附附圖中說(shuō)明其實(shí)例。在整個(gè)附圖中使用相同 的附圖標(biāo)記表示相同或者相似的部件。
近來(lái)，已經(jīng)提出了電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡，其中液晶透鏡基于液晶分子的特性而 用作透鏡。
具體地，設(shè)計(jì)透鏡以利用透鏡構(gòu)成材料的折射系數(shù)與空氣折射系數(shù)之間的 差基于每個(gè)位置地控制入射光路。在電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡中，如果基于每個(gè)電極位 置地向液晶層施加不同電壓以通過(guò)不同的電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)液晶層，則引入液晶層的光 基于每個(gè)位置地引起不同的相位變化，因此液晶層可以與實(shí)際透鏡相同的方式 控制入射光路。
以下，詳細(xì)描述電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡和使用該電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡的立體顯示設(shè)備。
圖2是說(shuō)明了根據(jù)本發(fā)明的電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡的截面圖，而圖3是說(shuō)明了圖 2中所示的電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡的每段距離的光路差的圖表。
如圖2和圖3所示，根據(jù)本發(fā)明的電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡300包括彼此相對(duì)布置 且每個(gè)限定有多個(gè)透鏡區(qū)域以對(duì)應(yīng)另一基底上的多個(gè)透鏡區(qū)域的第一和第二 基底310和320，基于每個(gè)透鏡區(qū)域L地在第一基底310上彼此分開的多個(gè)第 一電極311，形成在第二基底320的整個(gè)表面上的第二電極321，用于向各個(gè) 第一電極311施加不同電壓的電壓源，以及填充在第一基底310和第二基底 320之間的液晶層330。
在此，第一和第二電極311和321由透明材料，如銦錫氧化物(ITO)和 銦鋅氧化物(IZO)制成，并防止其所在位置的透射率的損失。
更具體地，在每個(gè)透鏡區(qū)域L內(nèi)將多個(gè)第一電極311等間距地布置在第一 基底310上。在基于液晶層330的驅(qū)動(dòng)的電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡中，如圖2和3所示， 透鏡區(qū)域L具有單個(gè)透鏡的光路差，并且每個(gè)都具有這種光路差的多個(gè)透鏡區(qū) 域L在電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡300中周期性地重復(fù)。參照?qǐng)D2，透鏡區(qū)域L在水平方 向上重復(fù)，而第一電極311具有在指定方向(即進(jìn)入圖的方向)上伸長(zhǎng)的條形。
為描述方便，對(duì)于凸透鏡，透鏡區(qū)域L的邊緣E對(duì)應(yīng)凸透鏡的最低位置，而透鏡區(qū)域L的中心O對(duì)應(yīng)凸透鏡的最高位置。相反地，對(duì)于凹透鏡，邊緣E 對(duì)應(yīng)凹透鏡的最高位置，而中心O對(duì)應(yīng)透鏡的最低位置。
可按照?qǐng)D示等間距布置第一電極311，或必要時(shí)，從邊緣E至中心O以逐 漸增加或減少的距離將該第一電極311彼此分開。相比于等間距布置，第一電 極311之間的有差別的距離需要施加于各個(gè)第一 電極311的電壓電平的更精確 調(diào)節(jié)。為此，在本發(fā)明中，電壓電平調(diào)節(jié)器(未示出)可被進(jìn)一步設(shè)置在電驅(qū) 動(dòng)液晶透鏡300處。類似地，第一電極311的寬度可從邊緣E至中心O逐漸 增加或減少。
液晶層330的液晶分子具有響應(yīng)于施加在第一電極311和第二電極321上 的電場(chǎng)強(qiáng)度和分布的特性，且因此具有類似于圖3中所示電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡的相 位分布的相位分布。
在包含第一電極311的第一基底310上以及在第二電極321上分別形成第 一取向膜312和第二取向膜322。在此情況中，為了允許電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡300 在未施加電壓到其的初始狀態(tài)用作透明層，第一取向膜312具有與第一電極 301的縱向相同的拓片方向，而第二取向膜322具有關(guān)于第一取向膜312的拓 片方向的反平行的拓片方向。
在此，施加于第一和第二電極311和321的電壓改變電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡的液
晶分子的性能，產(chǎn)生空間拋物線函數(shù)形式的折射率。
在此，最低的最小電壓，即閾值電壓被施加于對(duì)應(yīng)透鏡區(qū)域L的中心O
的第一電極311。閾值電壓是具有大約1.4 2V的峰值的AC方波電壓。閾值
電壓由 Ass0給出(其中，As是液晶的介電常數(shù)各向異性，Kl是液晶的 彈性的模數(shù)，而s0是自由空間介電常數(shù))。另夕卜，將最高電壓施加于對(duì)應(yīng)透鏡 區(qū)域L的邊緣E的第一電極101 。最高電壓是具有大約2.5 10V峰值的AC 方波電壓。
盡管圖2和3說(shuō)明了具有與凸透鏡相同的相位效應(yīng)的電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡 300，但本發(fā)明的電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡300可選擇性地具有凸透鏡(參見圖6和8) 的相位分布或凹透鏡(參見圖7和9)的相位分布。
為了提供具有與凸透鏡相同的相位效應(yīng)的電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡300，將最高電 壓施加于位于透鏡區(qū)域L邊緣E處的第一電極311，而施加于其它第一電極311的電壓朝中心O順序逐漸減小，并將地電壓施加于第二電極321。根據(jù)這 種電壓應(yīng)用，垂直電場(chǎng)在透鏡區(qū)域L的邊緣E處最強(qiáng)，并且垂直電場(chǎng)的強(qiáng)度 隨著遠(yuǎn)離邊緣E而減小。由此，假定液晶層30的液晶分子具有正介電常數(shù)各 向異性，根據(jù)電場(chǎng)，以液晶分子在透鏡區(qū)域L的邊緣E處是豎直的并在透鏡 區(qū)域L的中心O處傾斜靠近水平面的方式來(lái)設(shè)置液晶分子。因此，考慮到光 透射，光路在透鏡區(qū)域L的邊緣E處最短，并隨著從透鏡區(qū)域L的邊緣E到 中心O的距離增加而逐漸增加。利用相位平面表示光路的長(zhǎng)度變化，能夠認(rèn) 可電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡具有類似于凸透鏡的光透射效應(yīng)。
另一方面，為提供具有與凹透鏡相同的相位效應(yīng)的電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡300， 將最高電壓施加于位于透鏡區(qū)域L中心O處的第一電極311，而施加于其它第 一電極311的電壓朝邊緣E順序地逐漸減小，并將地電壓施加于第二電極321 。 通過(guò)這種電壓應(yīng)用，垂直電場(chǎng)在透鏡區(qū)域L的中心O處最強(qiáng)，并且垂直電場(chǎng) 的強(qiáng)度隨著遠(yuǎn)離中心O而減小。由此，假定液晶層30的液晶分子具有正介電 常數(shù)各向異性，根據(jù)電場(chǎng)，以，液晶分子在透鏡區(qū)域L的中心O處是豎直的 并在透鏡區(qū)域L的邊緣E處傾斜靠近水平面的方式設(shè)置液晶分子。因此，考 慮到光透射，光路在透鏡區(qū)域L的中心O處最短，并隨著從透鏡區(qū)域L的中 心O到邊緣E的距離增加而逐漸增加。利用相位平面表示光路的長(zhǎng)度變化， 能夠認(rèn)可電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡具有類似于凹透鏡的光透射效應(yīng)。
關(guān)于上述用作凸透鏡或凹透鏡的電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡的實(shí)現(xiàn)，應(yīng)當(dāng)注意凸透鏡 和凹透鏡不僅簡(jiǎn)單地需要反向電壓應(yīng)用，其中施加于各個(gè)第一電極311的電壓 從透鏡區(qū)域L的邊緣E到中心O逐漸增加或減少。具體地，由電驅(qū)動(dòng)液晶透 鏡300實(shí)現(xiàn)的凸透鏡和凹透鏡基于光路差而具有不同的曲率，且因此，將要施 加于第一電極311的電壓必須是從邊緣E至中心O以不同地調(diào)節(jié)的速率逐漸 增加或減少的。
更具體地，為驅(qū)動(dòng)作為凸透鏡的電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡300，凸透鏡在邊緣E的 附近具有陡峭的曲率，且在中心O的附近具有平緩的曲率。因此，除了向位 于邊緣E處的第一電極施加最高電壓以及向位于中心O處的第一電極施加最 低電壓以外，考慮凸透鏡的不同曲率，將要施加于各個(gè)第一電極311的電壓必 須是從邊緣E至中心O以不同的速率逐漸減少的。
而且，為驅(qū)動(dòng)作為凹透鏡的電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡300，透鏡在邊緣E的附近具有陡峭的曲率，且在中心O的附近具有平緩的曲率。因此，除了向位于中心O 處的第一電極施加最高電壓以及向位于邊緣E處的第一電極施加最低電壓以 外，考慮到凹透鏡的不同曲率，將要施加于各個(gè)第一電極311的電壓必須是從
邊緣E至中心O以不同的速率逐漸增加的。
在圖3中，參考字母"S"表示透鏡垂度(sag)。當(dāng)通過(guò)在向第一和第二 電極311和321施加電壓時(shí)所產(chǎn)生的電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)液晶層300的液晶分子時(shí)基于每 個(gè)透鏡區(qū)域地發(fā)生光路差時(shí)，透鏡垂度S是顯現(xiàn)最大光路差的區(qū)域。通過(guò)調(diào)節(jié) 施加于第一電極311的最高電壓，透鏡垂度S是可調(diào)節(jié)的，并可對(duì)于產(chǎn)生的凸 透鏡或凹透鏡的曲率具有部分影響。
以下，介紹使得能夠在上述凸透鏡和凹透鏡之間轉(zhuǎn)換的驅(qū)動(dòng)單元。 圖4是根據(jù)本發(fā)明的電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡的框圖。圖5A是說(shuō)明了第一基底310 的透鏡區(qū)域內(nèi)的第一電極和金屬線的平面圖，第一電極和金屬線與圖4的電壓 發(fā)生器相連接以實(shí)現(xiàn)凸透鏡，以及圖5B是說(shuō)明了第一基底310的透鏡區(qū)域內(nèi) 的第一電極和金屬線的平面圖，第一電極和金屬線與圖4的電壓發(fā)生器相連接 以實(shí)現(xiàn)凹透鏡。
如圖4所示，當(dāng)在平面內(nèi)觀看時(shí)，本發(fā)明的電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡300包括作為 中心顯示區(qū)域的有源區(qū)域151，以及在有源區(qū)域151的上端和下端處的焊盤區(qū) 域152。盡管僅說(shuō)明焊盤區(qū)域152位于有源區(qū)域151的上端和下端，但可將焊 盤區(qū)域152設(shè)置在有源區(qū)域151的左端和右端處。在后者情況中，與金屬線(參 見圖5A和5B中的參考標(biāo)記340)接觸的第一電極311在其左端和右端處垂直 彎曲，并在彎曲位置通過(guò)連接器與外部分布式電壓發(fā)生器160以及柔性印刷電 路(未示出)相連接。
將要施加于設(shè)置在第一基底310處的各個(gè)第一電極(圖2中的311)的電 壓信號(hào)由設(shè)置在第一基底310外部的分布式電壓發(fā)生器160所產(chǎn)生，并從該分 布式電壓發(fā)生器160發(fā)送。分布式電壓發(fā)生器160包括產(chǎn)生用于驅(qū)動(dòng)電驅(qū)動(dòng)液 晶透鏡作為凹透鏡的分布式電壓的凹電阻器陣列166,產(chǎn)生用于驅(qū)動(dòng)電驅(qū)動(dòng)液 晶透鏡作為凸透鏡的分布式電壓的凸電阻器陣列167，以及用于選擇驅(qū)動(dòng)凹電 阻器陣列166或凸電阻器陣列167的選擇器165。
在此，在外部控制器170的控制下，選擇器165能夠選擇驅(qū)動(dòng)凹電阻器陣 列166或凸電阻器陣列167。如果選擇了凹電阻器陣列166和凸電阻器陣列167中的任意一個(gè)，則從所選的陣列輸出的n個(gè)電壓信號(hào)被通過(guò)鏈路161傳送到形 成在焊盤區(qū)域152的金屬線(340，參見圖5A和5B)。在此情況中，凹電阻 器陣列166的輸出端子的數(shù)量等于凸電阻器陣列167的輸出端子的數(shù)量，并且 輸出端子的總數(shù)等于與其相連接的金屬線340的數(shù)量。用于使得能夠選擇特定 陣列的控制器170可手動(dòng)或自動(dòng)工作?？刂破?70的自動(dòng)工作可基于包含將要 顯示的圖像深度或觀看者或電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡之間的距離的信息。
對(duì)于每個(gè)透鏡區(qū)域L，如圖5A和5B所示，將電壓信號(hào)經(jīng)由鏈路161從 分布式電壓發(fā)生器160施加至其上的金屬線340在基于中心O對(duì)稱的位置處 具有第一電極311與金屬線340相交的電觸點(diǎn)345。由此，將從最小電壓至最 大電壓的n個(gè)電壓信號(hào)的總和經(jīng)由觸點(diǎn)345從金屬線340施加至第一電極311。 如圖所示，基于中心O對(duì)稱地布置金屬線340和第一電極311之間的觸點(diǎn)345。 在此情況中，假定將總共n個(gè)金屬線340設(shè)置在每個(gè)焊盤區(qū)域內(nèi)，將總共2n-l 個(gè)第一電極311設(shè)置在每個(gè)透鏡區(qū)域內(nèi)以與金屬線340相接觸。如圖所示，每 個(gè)電極311在其兩端處與金屬線340相交，或必要時(shí)，可僅在其一端處與金屬 線340相交。
根據(jù)電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡300實(shí)現(xiàn)為凸透鏡或凹透鏡，將不同的電壓施加到金 屬線340。
圖5A說(shuō)明了將電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡300實(shí)現(xiàn)為凸透鏡的電壓施加。在附圖中，
將總共n個(gè)電壓值V,min， V ， V12，…，V^w和V,腿在附圖左側(cè)從中心O
至邊緣E順序施加到金屬線340，再次地，將從最大電壓V^ax至最小電壓Vlmin 的對(duì)稱電壓值在附圖右側(cè)從邊緣E至中心O順序施加。
圖5B說(shuō)明了將電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡300實(shí)現(xiàn)為凹透鏡的電壓施加。在附圖中，
將總共n個(gè)電壓值V^狀，V2max.p V21，…，和V加in在附圖左側(cè)從中心O至 邊緣E順序施加到金屬線340，再次地，將從最小電壓V2min至最大電壓V2皿
的對(duì)稱電壓值在附圖右側(cè)從邊緣E至中心O順序施加。
圖6是說(shuō)明了用于在根據(jù)本發(fā)明的電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡內(nèi)實(shí)現(xiàn)凸透鏡外形的 每段距離的光路差的圖表，而圖7是說(shuō)明了用于在根據(jù)本發(fā)明的電驅(qū)動(dòng)液晶透
鏡內(nèi)實(shí)現(xiàn)凹透鏡外形的每段距離的光路差的圖表。
參照說(shuō)明了作為凸透鏡的電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡的圖6，垂直電場(chǎng)在透鏡區(qū)域的 邊緣B處比在中心A處強(qiáng)，因此，電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡在中心A處具有凸透鏡外形。在此情況中，液晶分子在中心A由于弱的垂直電場(chǎng)而基本上傾斜，而在 邊緣B處由于強(qiáng)的垂直電場(chǎng)而是豎直的。
該

了光路差，其被表示為當(dāng)電場(chǎng)的強(qiáng)度在邊緣B處比中心A處 強(qiáng)時(shí)每個(gè)位置的可用液晶折射率的差值。在此情況中，中心A處的透鏡垂度 為大約20pm。
參照說(shuō)明了作為凹透鏡的電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡的圖7，垂直電場(chǎng)在透鏡區(qū)域的 中心A處比在邊緣B處強(qiáng)，因此，電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡在中心A處具有凹透鏡外 形。在此情況中，液晶分子在中心A由于強(qiáng)的垂直電場(chǎng)是豎直的，而在邊緣B 處由于弱的垂直電場(chǎng)而基本上傾斜。
該

了光路差，其被表示為當(dāng)電場(chǎng)的強(qiáng)度在中心A處比邊緣B處 強(qiáng)時(shí)每個(gè)位置的可用液晶折射率的差值。在此情況中，邊緣B處的透鏡垂度 為大約20pm。
圖6和7中的透鏡垂度是模擬的值，并通過(guò)調(diào)整電場(chǎng)的強(qiáng)度將其改變?yōu)榇?于或小于20|im。
圖8是說(shuō)明了用于在根據(jù)本發(fā)明的電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡內(nèi)實(shí)現(xiàn)凸透鏡外形的 最佳深度的示意圖，和圖9是說(shuō)明了用于在根據(jù)本發(fā)明的電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡內(nèi)實(shí) 1L凹透鏡外形的最佳深度的示意圖。
參照?qǐng)D8和9，使用本發(fā)明的電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡的立體顯示設(shè)備包括顯示板 100，以第一間隔a與顯示板100隔開的電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡200或250。另外， 光源可被設(shè)置在電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡200或250相對(duì)側(cè)的顯示板100的下方。作為 選擇地，如果顯示板100具有自照明功能，則可省略光源。
電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡可被實(shí)現(xiàn)為凸透鏡，如圖8所示，或可實(shí)現(xiàn)為凹透鏡，如 圖9所示。也就是說(shuō)，電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡可在凸透鏡和凹透鏡之間轉(zhuǎn)換。
凸透鏡和凹透鏡之間的轉(zhuǎn)換是基于焦距fl或f2的調(diào)節(jié)。如果焦距是正值，
能實(shí)現(xiàn)凸透鏡陣列200，并且如果焦距是負(fù)值，能實(shí)現(xiàn)凹透鏡陣列250。
特別地，當(dāng)從顯示板IOO發(fā)出由此通過(guò)電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡顯示在立體顯示設(shè)
備上的圖像的最佳深度比顯示板和電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡之間的間隔長(zhǎng)時(shí)，如圖8
所示，焦距fl由/1 = (^ + ^) >()給出。焦距fl大于零，進(jìn)而將電驅(qū)動(dòng)液晶透 鏡驅(qū)動(dòng)為凸透鏡。另一方面，當(dāng)圖像的最佳深度比顯示板和電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡之間的間隔短時(shí)，如圖9所示，焦距f2由 "z2 給出。焦距f2小于零，
且因此將電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡驅(qū)動(dòng)為凹透鏡。
在此，顯示板100和電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡200或250之間的間隔被定義為第一 間隔a，并且電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡可在凸透鏡和凹透鏡之間轉(zhuǎn)換，或者在沒有轉(zhuǎn)換 的情況下，能夠改變最佳深度或焦距。
以下，描述根據(jù)本發(fā)明的立體顯示設(shè)備的具體結(jié)構(gòu)。
圖IO是說(shuō)明了包含根據(jù)本發(fā)明的電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡的立體顯示設(shè)備的截面圖。
本發(fā)明的立體顯示設(shè)備包括電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡300，其在接收電壓的情況下 被驅(qū)動(dòng)從而用作透鏡，設(shè)置在電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡300下并用于發(fā)射二維圖像信息 的顯示板350，以及設(shè)置在顯示板350下并用于引導(dǎo)光至顯示板350的光源。
必要時(shí)，如果顯示面板350是自照明裝置，如有機(jī)發(fā)光顯示設(shè)備，可省略 光源700。
顯示面板350包含第一和第二像素Pl和P2，將其交替地并重復(fù)地設(shè)置 以分別顯示第一和第二圖像IM1和IM2。顯示面板350可選自各種平板顯示 器，其包括液晶顯示器(LCD)，有機(jī)發(fā)光顯示器(OLED)，等離子顯示面板 (PDP)，場(chǎng)致發(fā)光顯示器(FED)等。顯示面板350位于電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡300 下方，并用于傳送二維圖像信號(hào)至電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡300。
根據(jù)本發(fā)明的電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡300用于根據(jù)透鏡外形從二維圖像信號(hào)發(fā) 射三維圖像信號(hào)，且位于形成二維圖像的顯示面板350之上。電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡 300可發(fā)射三維圖像信號(hào)，或根據(jù)是否向其施加電壓而直接發(fā)射二維圖像信 號(hào)。特別地，電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡300被設(shè)計(jì)以在不向其施加電壓時(shí)直接發(fā)光，且 由此可用作開關(guān)裝置，以在不對(duì)其施加電壓時(shí)顯示二維圖像而在對(duì)其施加電壓 時(shí)顯示三維圖像。
在此，基于圖2中所示的電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡300的構(gòu)造，必要時(shí)，設(shè)置在每 個(gè)透鏡區(qū)域L內(nèi)的多個(gè)第一電極311可被劃分成多層。例如，第一電極311 可被劃分并布置在第一基底310上以及第一基底310之上的第一絕緣膜(未示 出)上。在此情況中，交替地定位位于第一基底310上的第一電極與第一絕緣 膜上的第一電極，以在平面中觀看時(shí)基本上填滿第一基底310。將第一電極311劃分成兩層或多層能夠防止電極之間的短路，并將電驅(qū)動(dòng) 液晶透鏡設(shè)置為更穩(wěn)定的外形。
對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員顯而易見的是，多種變形和變化可以在本發(fā)明中實(shí) 現(xiàn)，只要不偏離本發(fā)明的精神或范圍。因此，本發(fā)明傾向于覆蓋這些變形和變 化，只要它們?cè)谒綑?quán)利要求和其等效的范圍中。
從上述描述可以清楚看出，電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡以及使用該液晶透鏡的立體顯 示設(shè)備具有以下效果。
根據(jù)包含圖像深度或電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡和觀看者之間的距離的信息，電驅(qū)動(dòng) 液晶透鏡可在凸透鏡外形和凹透鏡外形之間轉(zhuǎn)換，進(jìn)而導(dǎo)致視覺靈敏度的提 高。電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡必要時(shí)能夠有效地處理不同的圖像深度，實(shí)現(xiàn)可顯示深度 范圍的增加。
根據(jù)本發(fā)明，在將電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡實(shí)現(xiàn)為凸透鏡或凹透鏡的情況下，通過(guò) 提供電壓電平調(diào)節(jié)器來(lái)控制透鏡垂度，可進(jìn)一步提高視覺靈敏度。
權(quán)利要求
1. 一種電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡，包括彼此相對(duì)布置且每個(gè)限定有多個(gè)透鏡區(qū)域以彼此對(duì)應(yīng)的第一和第二基底；基于每個(gè)透鏡區(qū)域地形成在第一基底上并彼此分開的多個(gè)第一電極；形成在第二基底的整個(gè)表面之上的第二電極；填充在第一基底和第二基底之間的液晶層；用于向每個(gè)透鏡區(qū)域內(nèi)的多個(gè)第一電極施加不同電壓的第一和第二電壓源，該第一和第二電壓源根據(jù)每個(gè)透鏡區(qū)域分別向第一和第二基底之間的液晶層提供凸透鏡光路差以及凹透鏡光路差；以及用于選擇第一和第二電壓源中的任意一個(gè)以便向第一電極施加電壓的選擇器。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的透鏡，進(jìn)一步包括用于控制選擇器的控制器，所述選擇器選擇第一和第二電壓源中的任意一個(gè)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的透鏡，其中，所述控制器是手動(dòng)控制的。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的透鏡，其中，所述控制器控制選擇器以根據(jù)待 顯示的圖像的三維深度信息選擇第一 電壓源或第二電壓源。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的透鏡，其中，所述控制器控制選擇器以根據(jù)電 驅(qū)動(dòng)液晶透鏡和觀看者之間的距離信息選擇第一 電源或第二電壓源。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的透鏡，其中當(dāng)在平面內(nèi)觀看時(shí)，多個(gè)第一電極 被在不同位置處以多個(gè)層劃分并布置。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的透鏡，進(jìn)一步包括設(shè)置在第一基底的邊緣區(qū)域處的金屬線，以便基于每個(gè)透鏡區(qū)域地與各個(gè) 第一電極相接觸，其中金屬線與選擇器連接。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的透鏡，其中，該第一和第二電壓源分別具有電 阻器陣列，并且施加在其間具有電壓差的第一和第二電壓至各個(gè)電阻器陣列， 以便輸出對(duì)應(yīng)于金屬線的數(shù)目的分布式電壓。 .
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的透鏡，進(jìn)一步包括電壓電平調(diào)節(jié)器，其調(diào)節(jié)第一和第二電壓中較大電壓的電平。
10. —種立體顯示設(shè)備，包括 發(fā)射二維圖像信號(hào)的顯示面板；設(shè)置在顯示面板上的電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡，其包括彼此相對(duì)布置且每個(gè)限定有 多個(gè)透鏡區(qū)域以彼此對(duì)應(yīng)的第一和第二基底，基于每個(gè)透鏡區(qū)域地形成在第一 基底上并彼此分開的多個(gè)第一電極，形成在第二基底的整個(gè)表面之上的第二電 極，和填充在第一基底和第二基底之間的液晶層； '用于向每個(gè)透鏡區(qū)域內(nèi)的多個(gè)第一電極施加不同電壓的第一和第二電壓 源，第一和第二電壓源關(guān)于每個(gè)透鏡區(qū)域分別向第一和第二基底之間的液晶層 提供凸透鏡光路差以及凹透鏡光路差；用于選擇第一和第二電壓源中的任意一個(gè)以便向第一電極施加電壓的選 擇器；以及用于控制選擇第一和第二電壓源中任意一個(gè)的選擇器的控制器。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中，所述控制器是手動(dòng)控制的。
12. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中，所述控制器控制選擇器以根據(jù) 待顯示的圖像的三維深度信息選擇第一 電壓源或第二電壓源。
13. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中控制器控制選擇器以根據(jù)電驅(qū)動(dòng) 液晶透鏡和觀看者之間的距離信息選擇第一電壓源或第二電壓源。
14. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的設(shè)備，進(jìn)一步包括設(shè)置在第一基底的邊緣區(qū)域處的金屬線，以基于每個(gè)透鏡區(qū)域地與各個(gè)第 一電極相接觸，其中金屬線與選擇器相連接。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其中，所述第一和第二電壓源分別具 有電阻器陣列，并且將在其間具有電壓差的第一和第二電壓施加至各個(gè)電阻器 陣列，以便輸出對(duì)應(yīng)于金屬線的數(shù)目的分布式電壓。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的設(shè)備，進(jìn)一步包括 電壓電平調(diào)節(jié)器，其調(diào)節(jié)第一和第二電壓中較大電壓的電平。
全文摘要
公開了一種電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡，其能夠通過(guò)基于電場(chǎng)施加方式改變光路差而在凸透鏡和凹透鏡之間轉(zhuǎn)換，以及使用該透鏡的立體顯示設(shè)備。電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡包括彼此相對(duì)布置且每個(gè)限定有多個(gè)透鏡區(qū)域的第一和第二基底；基于每個(gè)透鏡區(qū)域地形成在第一基底上并彼此分開的多個(gè)第一電極；形成在第二基底的整個(gè)表面之上的第二電極；填充在第一基底和第二基底之間的液晶層；用于向每個(gè)透鏡區(qū)域內(nèi)的多個(gè)第一電極施加不同電壓的第一和第二電壓源，第一和第二電壓源關(guān)于每個(gè)透鏡區(qū)域分別向第一和第二基底之間的液晶層提供凸透鏡光路差以及凹透鏡光路差；以及用于選擇第一和第二電壓源中任意一個(gè)以便向第一電極施加電壓的選擇器。
文檔編號(hào)G02F1/29GK101458433SQ20081018578
公開日2009年6月17日 申請(qǐng)日期2008年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月14日
發(fā)明者林希珍, 洪炯基 申請(qǐng)人:樂金顯示有限公司