專利名稱：電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡及使用該透鏡的立體顯示器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡，更具體地，涉及一種將摩擦方向限定在相對(duì)于 電極縱向?yàn)?0 90度范圍內(nèi)以獲得改進(jìn)的透鏡輪廓和透鏡對(duì)稱性的電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡以及 使用該透鏡的立體顯示器件。
背景技術(shù)：
目前，基于高速信息通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造的用于快速傳播信息的服務(wù)已經(jīng)從簡(jiǎn)單的“聽 說”服務(wù)諸如載波電話發(fā)展成基于用于高速處理字符、語音和圖像的數(shù)字終端的“視聽”多 媒體型服務(wù)，并且期望最終將其開發(fā)成多維空間3維立體信息通信服務(wù)，其能夠?qū)崿F(xiàn)不受 時(shí)間和空間限制的虛擬現(xiàn)實(shí)和立體觀看。一般而言，基于通過觀看者眼睛得到的立體視覺的原理實(shí)現(xiàn)表現(xiàn)3維的立體圖 像。但是由于觀看者的眼睛相互間隔約65mm，即具有雙眼視差，因此由于兩只眼睛之間的位 置差異，左眼和右眼會(huì)感知稍微不同的圖像。由于兩眼之間的位置差異導(dǎo)致的這種圖像差 異被稱作雙眼像差。基于雙眼像差設(shè)計(jì)3維立體圖像顯示器件，以允許左眼僅觀看左眼圖 像并且右眼僅觀看右眼圖像。特別是，左眼和右眼分別觀看不同的2維圖像。如果兩個(gè)不同圖像通過視網(wǎng)膜被 傳送到大腦，則大腦精確組合圖像，再現(xiàn)深度感知和真實(shí)的原始3維(3D)圖像。這種能力 通常被稱作立體攝影(立體視法)，且應(yīng)用了立體視法的顯示器件被稱作立體顯示器件。同時(shí)，可基于實(shí)現(xiàn)3維圖像的透鏡的構(gòu)成元件對(duì)立體顯示器件進(jìn)行分類。在一個(gè) 實(shí)例中，使用液晶層的透鏡被稱作電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡。通常，液晶顯示器件包括兩個(gè)相對(duì)的電極，和插入到兩個(gè)電極之間的液晶層。通過 將電壓施加到兩個(gè)電極時(shí)產(chǎn)生的電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)液晶層的液晶分子。液晶分子具有極化和光學(xué)各 向異性特性。在此，極化是指分子排列方向根據(jù)電場(chǎng)的變化，該變化是隨著當(dāng)液晶分子處在 電場(chǎng)影響下時(shí)液晶分子中的電子聚集到液晶分子的相對(duì)側(cè)引起的。而且，光學(xué)各向異性是 指根據(jù)入射光的入射方向或極化發(fā)射的光的路徑或極化的變化，該變化是由液晶分子的伸 長形狀以及上述分子排列方向引起。因此，由于施加到兩個(gè)電極上的電壓導(dǎo)致液晶層具有透射率差異，且液晶層能通 過基于每個(gè)像素改變透射率差異來顯示圖像。近來，已經(jīng)提出了一種基于上述液晶分子特性的電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡，其中液晶層用 作透鏡。具體地，透鏡被設(shè)計(jì)成利用透鏡組成材料的折射率和空氣的折射率之間的差值基 于每一位置來控制入射光學(xué)路徑徑。在電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡中，如果將不同電壓施加到位于液 晶層不同位置的電極上，以便產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)液晶層所需的電場(chǎng)，則被引入到液晶層的入射光基于每一位置經(jīng)歷不同的相位變化，結(jié)果，液晶層能以與實(shí)際透鏡相同的方式控制入射光學(xué) 路徑徑光學(xué)路徑光學(xué)路徑。以下，將參照附圖描述現(xiàn)有技術(shù)的電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡。圖1是示出現(xiàn)有技術(shù)的電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡的截面圖，圖2是示出在將電壓施加到電 驅(qū)動(dòng)液晶透鏡之后圖1的電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡的電勢(shì)分布的示意圖。如圖1中所示，現(xiàn)有技術(shù)的電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡包括相互面對(duì)的第一和第二基板10和 20，和形成在第一基板10和第二基板20之間的液晶層30。第一電極11設(shè)置在第一基板10上并相互間隔第一距離。在兩個(gè)相鄰的第一電極 11中，自一個(gè)第一電極11的中心到另一個(gè)第一電極11的中心的距離被稱作“節(jié)距”。對(duì)于 各第一電極重復(fù)相同節(jié)距可形成圖形。第二電極21形成在與第一基板10相對(duì)的第二基板20的整個(gè)表面上。第一和第二電極11和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之間的間隙中。由于基于電場(chǎng)的強(qiáng)度和分布而反應(yīng)的特性，液晶層30的液晶分子 具有拋物線狀電勢(shì)表面，且由此具有與圖2中所示電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡相似的相位分布。在將高電壓施加到第一電極11和將第二電極21接地的條件下實(shí)現(xiàn)上述電驅(qū)動(dòng)液 晶透鏡。通過這種電壓條件，垂直電場(chǎng)在第一電極11的中心最強(qiáng)，垂直電場(chǎng)的強(qiáng)度隨著遠(yuǎn) 離第一電極11而降低。因此，如果液晶層30的液晶分子具有正向介電常數(shù)各向異性，則液 晶分子基于電場(chǎng)以下列方式排列液晶分子在第一電極11的中心是直立的且隨著遠(yuǎn)離第 一電極11而逐漸接近水平地傾斜。結(jié)果，在光傳輸方面，在第一電極11的中心縮短了光學(xué) 路徑，并且隨著距第一電極11距離的增加而延長了光學(xué)路徑，如圖2中所示。通過使用相 位平面來表現(xiàn)光學(xué)路徑的長度變化，電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡具有與具有拋物線狀表面的透鏡相似 的光傳輸效果。在此，第二電極21引發(fā)由液晶分子所產(chǎn)生的電場(chǎng)的運(yùn)行，使得光折射率在空間上 采取拋物線函數(shù)的形式。第一電極11對(duì)應(yīng)于透鏡邊緣區(qū)域。這種情況下，與第二電極21相比，第一電極11被施加相對(duì)較高的電壓。因此，如 圖2中所示，在第一電極11和第二電極21之間產(chǎn)生電勢(shì)差。特別是，在第一電極11附近 產(chǎn)生急劇升降的橫向電場(chǎng)。因此，液晶具有稍微失真的分布而不是平緩的分布，從而光折射 率不能展現(xiàn)拋物線空間分布，或者液晶移動(dòng)對(duì)電壓變化過于敏感。在不具有拋物線狀表面的透鏡的情況下，可通過將電極設(shè)置在其間插入有液晶的 兩個(gè)基板上并將電壓施加到電極來實(shí)現(xiàn)上述現(xiàn)有技術(shù)的電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡。 上述電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡具有以下問題。首先，由于形成在下基板上的電極僅位于一部分透鏡區(qū)域上，在對(duì)應(yīng)于電極的透 鏡邊緣區(qū)域和遠(yuǎn)離透鏡邊緣區(qū)域的透鏡中心區(qū)域之間產(chǎn)生急劇升降的橫向電場(chǎng)而非平緩 電場(chǎng)，導(dǎo)致電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡稍微失真的相位。特別是，在通過液晶場(chǎng)驅(qū)動(dòng)的電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡 中，由于透鏡區(qū)域的節(jié)距越大，被施加高電壓的電極的數(shù)目越小，因此在高電壓電極和與這 些電極相對(duì)的基板之間產(chǎn)生不充分的電場(chǎng)。因此，難以形成與實(shí)際透鏡具有相同效果的具 有平緩拋物線狀透鏡表面的電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡。第二，當(dāng)應(yīng)用于大面積顯示器件時(shí)，遠(yuǎn)離被施加了高電壓的電極所處的透鏡邊緣 區(qū)域的透鏡中心區(qū)域，基本上不受電場(chǎng)影響，難以通過電場(chǎng)對(duì)液晶進(jìn)行取向控制。如果根據(jù)實(shí)際情況，很難或不可能在透鏡中心區(qū)域進(jìn)行取向控制，則最終的電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡具有不 連續(xù)的透鏡輪廓，并且不能起到透鏡的作用。第三，在現(xiàn)有技術(shù)的電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡中，為了解決上述問題，試圖采取在一個(gè)基板 的透鏡區(qū)域設(shè)置多個(gè)細(xì)微分裂電極并向各電極施加不同電壓的方法。然而，這種方法可在 相鄰的電極之間產(chǎn)生水平電場(chǎng)，而水平電場(chǎng)可能破壞由垂直電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)以形成液晶透鏡的液 晶層的液晶分子的取向。由于這種破壞產(chǎn)生透鏡誤差并且導(dǎo)致液晶透鏡的不對(duì)稱，已經(jīng)提 議致力解決這一問題。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明旨在提供一種電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡以及使用該透鏡的立體顯示器件，其 基本上消除了由于現(xiàn)有技術(shù)的限制和缺陷導(dǎo)致的一個(gè)或多個(gè)問題。本發(fā)明的一個(gè)目標(biāo)是提供一種電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡以及使用該透鏡的立體顯示器件， 其中將摩擦方向限定在相對(duì)于電極的縱向?yàn)?0 90度的范圍內(nèi)，以獲得改進(jìn)的透鏡輪廓 和透鏡對(duì)稱性。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)、目的和特點(diǎn)，這些優(yōu)點(diǎn)、目的 和特點(diǎn)的一部分對(duì)于所屬領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說通過研究下文將是顯而易見的，或者可從 本發(fā)明的實(shí)踐中領(lǐng)會(huì)到。通過書面說明書、權(quán)利要求書以及附圖中具體指出的結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn) 和獲得本發(fā)明的這些目的和其他優(yōu)點(diǎn)。為了實(shí)現(xiàn)這些目的和其他優(yōu)點(diǎn)，根據(jù)本發(fā)明的用途，如這里具體化和廣義描述的， 一種電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡包括第一基板和第二基板，所述第一基板和第二基板彼此相對(duì)布置 并且分別包括多個(gè)透鏡區(qū)域；多個(gè)第一電極，其形成在該第一基板上并且在每個(gè)透鏡區(qū)域 中，并且在確定的方向上彼此分開，其中從每個(gè)透鏡區(qū)域的中心到邊緣逐漸增加的電壓被 施加到各所述第一電極；第二電極，其形成在該第二基板的整個(gè)表面上；第一取向膜，其形 成在包括所述第一電極的第一基板的整個(gè)表面上，其中該第一取向膜在相對(duì)于所述第一電 極的縱向呈30 90度角的條件下經(jīng)受摩擦，并被取向?yàn)榫哂蓄A(yù)傾角；以及液晶層，其填充 在所述第一基板和第二基板之間。第一取向膜的預(yù)傾角可以在4 45度的范圍內(nèi)。第一取向膜的預(yù)傾角可以在0 0. 5度的范圍內(nèi)。形成液晶層的液晶可以具有正介電各向異性。上述電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡還可以包括第二電極上的第二取向膜。第二取向膜可以具有 與第一取向膜的摩擦方向反平行的摩擦方向。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，一種立體的顯示器件包括上述的電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡和發(fā)射 2維QD)圖像信號(hào)的顯示面板。在極化光從顯示面板傳輸?shù)诫婒?qū)動(dòng)液晶透鏡時(shí)，極化光的傳輸軸可以與包含在電 驅(qū)動(dòng)液晶透鏡中的第一取向膜的摩擦方向一致。應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明前面的概括性描述和下面的詳細(xì)描述都是示例性的和解釋性 的，意在對(duì)要求保護(hù)的本發(fā)明提供進(jìn)一步的解釋。


附圖包含在本申請(qǐng)中構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分，用于給本發(fā)明提供進(jìn)一步理解。附圖 圖解了本發(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是示出現(xiàn)有技術(shù)的電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡的截面圖；圖2是示出將電壓施加到圖1的電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡之后的電勢(shì)分布圖；圖3A和;3B分別是示出假定在平行于電極的方向上進(jìn)行摩擦，當(dāng)沒有電壓施加到 電極時(shí)以及當(dāng)將電壓施加到電極時(shí)的液晶取向圖。圖4是示出在垂直于電極的方向上進(jìn)行摩擦期間預(yù)傾角是1度的條件下的等勢(shì)面 和液晶取向圖；圖5是示出在垂直于電極的方向上進(jìn)行摩擦期間預(yù)傾角是4度的條件下的等勢(shì)面 和液晶取向圖；圖6是示出基于摩擦和預(yù)傾角的透鏡形狀圖；圖7是示出根據(jù)本發(fā)明的電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡的截面圖；圖8A和8B分別是示出當(dāng)沒有電壓施加到圖7的相鄰電極時(shí)以及當(dāng)將電壓施加到 電極時(shí)的液晶取向圖；圖9是示出基于預(yù)傾角變化的透鏡形狀圖；以及圖10是示出根據(jù)本發(fā)明的立體顯示器件的截面圖。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在將詳細(xì)參照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描述，附圖中示出了這些實(shí)施方式的 一些例子。盡可能地在整個(gè)附圖中使用相同的參考標(biāo)記表示相同或相似的部件。本發(fā)明提出一種電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡的構(gòu)造，其中每個(gè)透鏡區(qū)域設(shè)置有多個(gè)細(xì)微分裂 電極并且將不同的電壓施加到各電極，因?yàn)樵诿總€(gè)透鏡區(qū)域中具有單一電極的電驅(qū)動(dòng)液晶 透鏡難以控制細(xì)微的透鏡輪廓。在提出的構(gòu)造中，下基板設(shè)置有第一細(xì)微分裂電極，上基板在其整個(gè)表面上設(shè)置 有第二電極，通過第一電極和第二電極之間產(chǎn)生的垂直電場(chǎng)來驅(qū)動(dòng)電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡。另外，本發(fā)明提出以平行于電極縱向的方向來摩擦設(shè)置有第一細(xì)微分裂電極的下基板。下文將描述在上述的構(gòu)造中出現(xiàn)的液晶的取向特性。圖3A和;3B分別是示出假定在平行于電極縱向的方向上進(jìn)行摩擦，當(dāng)沒有電壓施 加到電極時(shí)以及當(dāng)將電壓施加到電極時(shí)的液晶取向圖。在細(xì)微分裂電極構(gòu)造中，如果以平行于圖3A所示的第一細(xì)微分裂電極IOla和 IOlb的縱向的方向進(jìn)行摩擦，在未施加電壓的初始始狀態(tài)中液晶分子110以平行于第一細(xì) 微分裂電極IOla和IOlb的摩擦方向取向。然后，當(dāng)將電壓施加到電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡第一細(xì)微分裂電極和第二電極時(shí)，在第一 電極和第二電極之間產(chǎn)生垂直電場(chǎng)，因此，通過在不同的相位表面取向的液晶的折射率差 異來產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)液晶的電場(chǎng)。同時(shí)，當(dāng)將電壓施加到圖3B所示的第一細(xì)微分裂電極IOla和IOlb時(shí)，由于在第 一細(xì)微分裂電極IOla和IOlb之間的電壓差，通過第一細(xì)微分裂電極IOla和IOlb產(chǎn)生水平電場(chǎng)。當(dāng)除了驅(qū)動(dòng)透鏡的垂直電場(chǎng)之外，下基板會(huì)受到水平電場(chǎng)的強(qiáng)烈影響時(shí)，會(huì)引起液 晶分子的水平變形，使得得到的透鏡不能起到正常作用。尤其是，施加到在下基板上形成的第一細(xì)微分裂電極IOla和IOlb的電壓可能是 適于減小液晶層單元間隙的高電壓。例如，如果假定分別向相鄰的第一細(xì)微分裂電極IOla 和IOlb施加5V和IV的電壓，在兩個(gè)相鄰的電極之間產(chǎn)生水平電場(chǎng)。因此，在沒有電壓施加 到電極的狀態(tài)下以電極的縱向排列的液晶分子110可能隨水平電場(chǎng)的方向變形，并且從而 可能以電極IOla和IOlb的交叉方向取向。這個(gè)現(xiàn)象在靠近設(shè)置有第一細(xì)微分裂電極IOla 和IOlb的下基板的液晶分子110中出現(xiàn)的更明顯。這個(gè)問題是緣于當(dāng)施加電壓時(shí)產(chǎn)生的水平電場(chǎng)對(duì)液晶分子110具有比液晶分子 110的初始預(yù)傾角呈現(xiàn)的力更大的影響，因此導(dǎo)致液晶分子110在水平方向變形。因此，試圖通過使在未施加電壓的初始狀態(tài)下的液晶取向與施加電壓時(shí)的液晶取向 相同來減少下基板上的第一細(xì)微分裂電極之間的水平電場(chǎng)的影響。為此，進(jìn)行了一些試驗(yàn)以觀 察在以垂直于電極縱向的方向進(jìn)行摩擦由此改變液晶分子的預(yù)傾角的條件下的液晶取向。圖4是示出在垂直于電極的縱向的方向進(jìn)行摩擦?xí)r預(yù)傾角是1度的條件下的等勢(shì) 面和液晶取向圖，圖5是示出在垂直于電極的縱向的方向進(jìn)行摩擦?xí)r預(yù)傾角是4度的條件 下的等勢(shì)面和液晶取向圖。當(dāng)在垂直于電極縱向的方向上進(jìn)行摩擦?xí)r，液晶基于其預(yù)傾角呈現(xiàn)不同的取向特 性。尤其是，如圖4所示，如果預(yù)傾角為比如1度的較小值，電場(chǎng)的影響比預(yù)傾角的影響大， 因此，液晶分子大致以被施加了高電壓的電極為中心，在其兩側(cè)具有對(duì)稱取向。然而，在液 晶分子以不同于預(yù)傾角方向的方向取向的區(qū)域中(圖的左側(cè)區(qū)域)，在被施加了最高電壓 的電極的中心與相鄰的電極之間產(chǎn)生強(qiáng)大的水平電場(chǎng)，引起液晶水平傾斜。具體來說，當(dāng)電壓以預(yù)傾角方向施加到電極時(shí)，液晶通常以與電勢(shì)表面平行的的 方向取向，但是也可能以垂直于在預(yù)傾角相反方向上的電勢(shì)表面的方向取向。尤其是，在電 極的中心處的液晶保持為由水平電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)，因此，破壞了電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡的對(duì)稱性。另一方面，如圖5所示，如果預(yù)傾角具有比如大約4度的較大值，預(yù)傾角的影響比 電場(chǎng)的影響大。因此，當(dāng)施加電壓時(shí)，液晶以基本上垂直于電勢(shì)表面的方向取向，并且基于 液晶的初始預(yù)傾角保持液晶的取向。結(jié)果，液晶分子以大致與預(yù)傾角相同的方向取向，而不 是基于電極的中心對(duì)稱取向。具體而言，在圖5的情況下，液晶分子的取向方向大致等于預(yù)傾角的方向，因此， 液晶分子以與電勢(shì)表面垂直的方向取向。因此，與圖4不同，液晶分子基于被施加了最高電 壓的電極的中心不對(duì)稱地取向。然而，一旦驅(qū)動(dòng)電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡，液晶層不具有實(shí)際透鏡形狀，但由于液晶分子的 折射率的差異，當(dāng)每個(gè)透鏡區(qū)域限定拋物線形的光學(xué)路徑差異時(shí)液晶層就實(shí)現(xiàn)了透鏡功 能。這里，可以說基于液晶分子的傾斜度來確定光學(xué)路徑差異。與圖4相比，可以理解到，當(dāng)預(yù)傾角增加到如圖5所示的大約4度時(shí)，可以消除液 晶分子在電極中心的周圍完全水平傾斜的現(xiàn)象。如果預(yù)傾角增加到如圖5所示的大約4度，雖然電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡可以有不對(duì)稱的 取向特性，但是通過預(yù)傾角增加垂直電場(chǎng)的影響，從而液晶經(jīng)歷對(duì)稱折射率差異，因此滿足 了垂直取向的條件。由于液晶層基于被施加了最高電壓的電極而具有對(duì)稱的折射率差異，電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡在以垂直于電極縱向的方向進(jìn)行摩擦并且預(yù)傾角在4 45范圍內(nèi)取值的 條件下呈現(xiàn)對(duì)稱的液晶取向。當(dāng)預(yù)傾角是如圖5所示的4度時(shí)，液晶分子基于電極中心具有相同的取向方向和 相同的傾斜度，因此允許電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡進(jìn)行關(guān)于電極的對(duì)稱操作。從上述試驗(yàn)可以理解到，如果以垂直于電極縱向的方向進(jìn)行摩擦并且初始預(yù)傾角 被設(shè)定為大約4度或更大的較大值以增加預(yù)傾角的影響使其大于電場(chǎng)的影響，則可以防止 液晶由電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡的下基板的水平電場(chǎng)導(dǎo)致的變形。圖6是示出基于摩擦和預(yù)傾角的透鏡形狀圖。圖6示出電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡基于第1到4情況的不同情況下的不同形狀。這里，第1 種情況采用理想的透鏡，第2種情況采用摩擦角是90度并且預(yù)傾角是4度的透鏡，第3種 情況采用摩擦角是零度并且預(yù)傾角是1度的透鏡，第4種情況采用摩擦角是零度并且預(yù)傾 角是4度的透鏡。尤其是，在第3種情況，摩擦角是零度(平行于電極的縱向)并且預(yù)傾角是1度， 可以理解到，電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡的對(duì)稱性被破壞并且電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡不能被正常驅(qū)動(dòng)。如上 所述，這是因?yàn)楫?dāng)施加電場(chǎng)時(shí)液晶分子發(fā)生了水平變形。在第4種情況，盡管電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡的對(duì)稱性與第3種情況相比在鄰近電極中心 的區(qū)域未被完全破壞，左右側(cè)也可能具有不同的形狀。也就是說，可以理解到，當(dāng)在平行于 電極縱向的方向進(jìn)行摩擦?xí)r，即使預(yù)傾角具有較大值，電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡也不具有理想的透 鏡形狀。與此相對(duì)照，在第2種情況，摩擦的角是90度因而以垂直于電極縱向的方向進(jìn)行 摩擦，并且預(yù)傾角是4度，可以理解到，電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡可以以與理想透鏡基本上相同的方 式作為水平對(duì)稱透鏡進(jìn)行操作。通過這種情況，當(dāng)摩擦角是90度并且預(yù)傾角在4 45度 范圍內(nèi)時(shí)，可以理解到電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡作為理想透鏡進(jìn)行操作。圖7是示出本發(fā)明的電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡的截面圖。如圖7所示，本發(fā)明的電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡包括第一基板400和第二基板500，第一 基板400和第二基板500彼此相對(duì)布置并且分別具有多個(gè)透鏡區(qū)域L，并且第一基板的多個(gè) 透鏡區(qū)域L對(duì)應(yīng)于第二基板的多個(gè)透鏡區(qū)域；多個(gè)第一電極401a和401b，其形成在第一基 板400上并且在每個(gè)透鏡區(qū)域彼此等間距地隔開；第二電極501，其形成第二基板500的整
個(gè)表面上；施加不同電壓Vmin、Vl、V2......Vmax到各第一電極401a和401b的電壓源；以
及填充在第一基板400和第二基板500之間的液晶層600。單個(gè)電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡包含具有光學(xué)路徑差異的多個(gè)周期性重復(fù)的透鏡區(qū)域L。第一電極401a和401b可以如圖所示彼此等間距隔開，或者也可以根據(jù)需要，具有 從透鏡區(qū)域L的邊緣E到中心0逐漸增加或減少的可變間隔。為了防止在各電極所處位置的透射損耗，第一電極401a和401b和第二電極501 由透明金屬制成。第一電極401a和401b可以在單層中彼此隔開，或者可以被劃分在不同的層中，使 得如所示出的，第一電極40Ia設(shè)置在第一基板400上，第一電極40Ib設(shè)置在絕緣膜402上。 在后一種情況下，在相同的層中的第一電極401a或401b可以以增加的距離彼此隔開，以防 止在具有較小寬度的相鄰的第一電極401a或401b之間發(fā)生短路。而且，從平面圖來看的話，所有第一電極401a和401b可以密集地排列，以基本上覆蓋第一基板400的整個(gè)表面。關(guān)于每個(gè)透鏡區(qū)域L，將大約等于閾值電壓的第一電壓Vmin施加到位于透鏡區(qū)域 L的中心0的第一電極，而將最高的第η個(gè)(nth)電壓Vmax施加到位于透鏡區(qū)域L的邊緣 E的第一電極。在這種情況下，施加到位于透鏡區(qū)域L的中心0和邊緣E之間的第一電極 401a和401b的電壓在從透鏡區(qū)域L的閾值電壓Vmin到第η個(gè)電壓Vmax的范圍內(nèi)，并且 隨著距透鏡區(qū)域L的中心0的距離的增加而逐漸增加。當(dāng)將上述電壓施加到多個(gè)第一電極 401a和401b時(shí)，將地電壓施加到第二電極501，由此在第一電極401a和401b與第二電極 501之間產(chǎn)生垂直電場(chǎng)。在施加上述電壓時(shí)，期望施加到相鄰的第一電極401a和401b的電壓的差是IV或 更少，從而不會(huì)在第一電極401a和401b之間產(chǎn)生過強(qiáng)的水平電場(chǎng)。多個(gè)第一電極401a和401b關(guān)于透鏡區(qū)域L的邊緣E水平對(duì)稱地形成。通過在 焊盤部分(對(duì)應(yīng)于顯示面板350的非顯示部分)的金屬線(未示出)，各第一電極401a和
401b連接到相應(yīng)電壓信號(hào)Vmin、VI、V2......Vmax的電壓源，使相應(yīng)電壓施加到第一電極
401a 和 401b。這里，施加到對(duì)應(yīng)于透鏡區(qū)域L的中心0的第一電極401a或401b的最低閾值電壓
Vmin是具有大約1. 4 2V的峰值的交流電(AC)方波電壓。閾值電壓Vmin ^V = πA^-
\ΑεεΟ
確定，其中，△ ε是液晶的介電常數(shù)各向異性，Kl是液晶的彈性模數(shù)，％是自由空間介電 常數(shù)。另外，施加到第一電極51的電壓中的最高電壓Vmax，即施加到位于透鏡區(qū)域L的邊 緣E的第一電極401a和401b的電壓是具有大約2. 5 IOV的峰值的AC方波電壓。如果假設(shè)透鏡區(qū)域L的寬度是節(jié)距P，在透鏡區(qū)域L的中心0和邊緣E之間的距離 等于P/2。這表明電壓的對(duì)稱值被施加到從透鏡區(qū)域L的邊緣E到中心0的對(duì)稱第一電極 401a 和 401b。第一取向膜403和第二取向膜502分別形成在包括第一電極401a和401b的第一 基板400上以及在第二電極501上。在這種情況下，為了使電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡用作在未施加 電壓的初始狀態(tài)時(shí)的透明層，第一取向膜403可以具有與第一電極401a和401b的縱向垂 直的摩擦方向或者相對(duì)于第一電極401a和401b的縱向在30 90度范圍的摩擦方向。在 這種情況下，第二取向膜502具有相交于或者反平行于第一取向膜403的摩擦方向的摩擦 方向(這里，術(shù)語“反平行”表示具有相反行進(jìn)方向的平行方向)。因此，電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡可 以將從位于其下的顯示面板傳輸?shù)膱D像直接傳送給觀看者。多個(gè)第一電極401a和401b具有以相交于第一基板400或者絕緣膜402的方向 (即第一基板400的一邊的方向)延伸的條狀。每個(gè)第一電極401a和401b具有1 10 μ m 的寬度，并且在兩相鄰的第一電極401a和401b之間的距離在1-10 μ m的范圍內(nèi)。例如，節(jié) 距為在90 μ m到1，000 μ m的范圍內(nèi)變化的變量，并且，根據(jù)第一電極401a和401b的上述 寬度和距離，基于每一透鏡區(qū)域可形成大約10到100或更多的第一電極。雖然未顯示，密封圖案(未示出)形成在第一和第二基板400和500的外圍區(qū)域 (即包括焊盤部分的非顯示區(qū)域)以支撐第一基板400和第二基板500之間的間隙。在第 一基板400和第二基板500之間的液晶層600必須具有大約15 μ m或更多的足夠厚度，以 形成具有足夠相位的電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡。為了穩(wěn)定地保持液晶層600的厚度，還可以設(shè)置球狀間隔物或者柱狀間隔物來支撐第一基板400和第二基板500之間的單元間隙。在這種情 況下，放置所述間隔物具有防止破壞電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡的相位的優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)具有相同寬度的第一電極401a和401b設(shè)置在第一基板400上，并且從透鏡區(qū) 域L的邊緣E到中心0逐漸減少的電壓被施加到第一電極401a和401b時(shí)，第一電極401a 和401b與第二電極501之間產(chǎn)生平緩的垂直電場(chǎng)，相鄰的第一電極401a和401b之間產(chǎn)生 輕微的水平電場(chǎng)。從而，可以觀察到平緩的橫向電場(chǎng)，其中電場(chǎng)的強(qiáng)度在透鏡區(qū)域L的邊緣 E較高，在透鏡區(qū)域L的中心0較低。在表現(xiàn)基于電場(chǎng)的每一位置取向的液晶的光學(xué)路徑的長度時(shí)，透鏡區(qū)域L的邊緣 E具有最短的光學(xué)路徑，并且透鏡區(qū)域L的中心0具有最長的光學(xué)路徑。因此，可以理解到， 電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡具有類似于平緩拋物線形的透鏡形狀。這里，施加到第一電極401a和401b和第二電極501的電壓引起通過液晶分子產(chǎn) 生的電場(chǎng)的運(yùn)行，使光的折射率在空間上采取拋物線函數(shù)的形式。如所示出的第一電極401a和401b可以分成兩層，或者可形成在同一層中。同時(shí)， 第一電極401a和401b的寬度和距離可以具有相等的值，或者寬度和距離之一可以具有不 同的值，或者寬度和距離兩者都具有不同的值。第一電極的寬度和距離上的變化可以依賴 于期望的透鏡輪廓。圖8A和8B分別是示出當(dāng)沒有電壓施加到圖7的相鄰的電極時(shí)以及當(dāng)將電壓施加 到電極時(shí)的液晶取向圖。如圖8A所示，當(dāng)不施加電壓時(shí)，第一電極401a和401b之間的液晶分子610以初
始摩擦方向取向。如圖8B所示，當(dāng)施加電壓時(shí)，例如，當(dāng)施加到相鄰的第一電極401a和401b的電壓 分別是5V和IV時(shí)，即使相鄰的電極401a和401b之間產(chǎn)生水平電場(chǎng)，因?yàn)樗降碾妶?chǎng)具有 與初始取向方向相同的方向，因此液晶分子610也保持初始取向方向。這防止與被施加了 高電壓的第一基板400鄰近的液晶分子610的變形，因此消除了由第一基板400的水平電 場(chǎng)帶來的任何影響。另外，第一和第二基板400和500之間產(chǎn)生的垂直電場(chǎng)可以正常驅(qū)動(dòng) 液晶層600。如上所述，在本發(fā)明的電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡中，形成在第一電極401a和401b上方的第 一取向膜403經(jīng)受在垂直于第一電極401a和401b的縱向的方向上的摩擦，以便消除由水 平電場(chǎng)帶來的任何影響，因此能夠控制例如液晶分子的水平變形的異常行為。由此，可以減 小已經(jīng)被形成為具有防止由水平電場(chǎng)帶來的影響所需的足夠厚度的液晶層的厚度。另外，在本發(fā)明中，給定預(yù)傾角是4度或更大，使預(yù)傾角的影響大于電壓驅(qū)動(dòng)的影 響(尤其是，水平電場(chǎng)的影響)。這能夠防止當(dāng)施加電壓時(shí)產(chǎn)生的水平變形，也可以防止電 驅(qū)動(dòng)液晶透鏡的不對(duì)稱。根據(jù)需要，如果預(yù)傾角由紫外線(UV)的照射(取向)確定，即使當(dāng)預(yù)傾角在0 0. 5度的范圍內(nèi)時(shí)也可以應(yīng)用具有對(duì)稱特性的電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡。在上述摩擦角是90度并且 預(yù)傾角是1度的情況下，液晶分子相對(duì)于基板表面有點(diǎn)傾斜，因此基于是否施加電壓具有 很強(qiáng)的移動(dòng)趨勢(shì)。然而，如果預(yù)傾角具有在0 0.5度范圍內(nèi)的較小值，根據(jù)是否施加電場(chǎng) 獲得液晶分子的取向，而不受初始取向條件的影響。在這種情況下，因?yàn)槟Σ练较蚺c第一電 極的縱向垂直，當(dāng)從無電壓狀態(tài)到電壓施加狀態(tài)轉(zhuǎn)變時(shí)，平行于第一電極水平取向的液晶分子由于垂直電場(chǎng)變得直立，因而能夠驅(qū)動(dòng)電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡。圖9是示出基于預(yù)傾角變化的透鏡形狀圖。由圖9的模擬結(jié)果可以理解到，當(dāng)摩擦方向與電極的縱向垂直時(shí)，如果預(yù)傾角增 加到4度或更大時(shí)，水平電場(chǎng)的影響減少，因此，最終的透鏡形狀更接近理想透鏡形狀。在上述模擬中，電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡在摩擦方向垂直于第一電極的縱向并且預(yù)傾角在 3 5度的范圍內(nèi)以0. 5度逐步增加的條件下實(shí)現(xiàn)。在這種情況下，可以理解到，當(dāng)預(yù)傾角是3或者3. 5度時(shí)，電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡由于電 極的左、右側(cè)的透鏡高度彼此稍微不同而具有不對(duì)稱的特性，但是在預(yù)傾角是4度時(shí)，電驅(qū) 動(dòng)液晶透鏡具有對(duì)稱的特性。僅當(dāng)摩擦方向與電極的縱向垂直時(shí)，上述的特性是不適用的；當(dāng)摩擦方向相對(duì)于 電極的縱向在30 90度范圍內(nèi)時(shí)，可以獲得相似的改進(jìn)效果。下文將描述包括上述電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡的立體顯示器件。圖10是示出本發(fā)明的立體顯示器件的截面圖。在圖10中，透鏡區(qū)域L在水平方向重復(fù)，并且第一電極401a和401b具有在進(jìn)入 到圖中的方向延伸的細(xì)長條形。如圖10所示，本發(fā)明的立體顯示器件包括電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡2000，當(dāng)接收到電壓 被驅(qū)動(dòng)以起到透鏡作用；顯示面板350，位于電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡2000的下面并且用于發(fā)射2D 圖像信息；和光源700，位于顯示面板350的下面并且用于向顯示面板350發(fā)射光。根據(jù)實(shí)際情況，如果顯示面板350是自照明裝置，可以省略光源700。顯示面板350包含第一和第二圖像像素Pl和P2，所述第一和第二圖像像素Pl和 P2交替并且重復(fù)地排列以分別顯示并且分別重復(fù)設(shè)置顯示第一和第二圖像IMl和IM2。顯 示面板350可以選自包括液晶顯示器(LCD)，有機(jī)發(fā)光顯示器(OLED)，等離子體顯示面板 (PDP)，場(chǎng)發(fā)射顯示器(FED)等等的各種平板顯示器。顯示面板350位于電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡 2000的下面，并且用于將2D圖像信號(hào)傳送到電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡2000。本發(fā)明的電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡2000用于根據(jù)透鏡表面的輪廓發(fā)射源自2D圖像信號(hào)的 3D圖像信號(hào)，并且位于形成2D圖像的顯示面板350上。根據(jù)是否對(duì)其施加電壓，電驅(qū)動(dòng)液 晶透鏡2000可以選擇性地發(fā)射3D圖像信號(hào)或者2D圖像信號(hào)。具體而言，電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡 1000具有在沒有施加電壓時(shí)切換為顯示2D圖像或者在施加電壓時(shí)切換為顯示3D圖像的切 換功能。同時(shí)，當(dāng)向電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡2000中設(shè)置的多個(gè)第一電極401a和401b施加從上述 的閾值電壓(即具有1. 4 2V的峰值的AC方波電壓)到最高電壓(即具有2. 5 IOV的 峰值的AC方波電壓)范圍的電壓并向第二電極501施加地電壓時(shí)，電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡2000 起到類似于光學(xué)拋物線形透鏡的功能，由此將來自顯示面板350的第一和第二圖像IMl和 IM2分別傳送到第一和第二觀看區(qū)Vl和V2。如果設(shè)定第一觀看區(qū)Vl和第二觀看區(qū)V2之 間的距離為觀看者眼睛之間的距離，觀看者能組合傳送到第一和第二觀看區(qū)Vl和V2的第 一和第二圖像IMl和IM2，因此感知基于雙眼像差的3維圖像。另一方面，當(dāng)沒有電壓施加到第一電極401a和401b和第二電極501時(shí)，電驅(qū)動(dòng)液 晶透鏡2000簡(jiǎn)單地用作透明層，以直接顯示顯示面板350的第一和第二圖像IMl和IM2而 沒有折射。因此，與觀看區(qū)無關(guān)，第一和第二圖像IMl和IM2被直接傳送到觀看者，因而觀
11看者感知2維圖像。在圖中，電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡2000的一個(gè)透鏡區(qū)域L具有與位于電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡2000 下面的顯示面板350的兩個(gè)像素Pl和P2總寬度相對(duì)應(yīng)的寬度。根據(jù)需要，多個(gè)像素可以與 透鏡區(qū)域L相對(duì)應(yīng)。另外，透鏡區(qū)域L可以相對(duì)于像素傾斜預(yù)定角度，并且根據(jù)需要，可以 相對(duì)于像素逐步布置透鏡區(qū)域L(更具體地，將第η個(gè)像素水平線的透鏡區(qū)域偏移第(η+1) 個(gè)像素水平線的透鏡區(qū)域預(yù)定距離。透鏡區(qū)域L限定為具有與節(jié)距P相應(yīng)的寬度，并且具有相同節(jié)距的多個(gè)透鏡區(qū)域 L以確定的方向(例如，在如圖10所示的水平方向)周期性地重復(fù)。這里“節(jié)距P”表示單 個(gè)透鏡區(qū)域L的水平寬度。應(yīng)注意的是，透鏡區(qū)域L不具有物理凸透鏡形狀，但是具有當(dāng)通 過電場(chǎng)對(duì)液晶取向時(shí)獲得的透鏡效果。在圖10中，上述的透鏡區(qū)域L以節(jié)距P大小的間隔
水平重復(fù)。同時(shí)，在上述的電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡中，形成液晶層的液晶分子具有正介電各向異性， 使得通過電場(chǎng)將液晶分子取向?yàn)榇怪庇陔妱?shì)表面。如果液晶分子具有負(fù)介電各向異性，可 以獲得與上述描述相反的取向特性。在上述立體顯示器件中，優(yōu)選地，在極化光從顯示面板350傳輸?shù)诫婒?qū)動(dòng)液晶透 鏡2000時(shí)，極化光的傳輸軸與包含在該電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡中的第一取向膜的摩擦方向一致。從這上述描述明顯看出，根據(jù)本發(fā)明的電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡和使用該透鏡的立體顯示 器件具有下列效果。首先，為了減小單元間隙，設(shè)置多個(gè)細(xì)微分裂電極并且對(duì)各電極施加不同的電壓。 由于這種構(gòu)造，電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡可以獲得改進(jìn)的透鏡輪廓以及減小的單元間隙，最終降低 了工藝成本。第二，即使由于當(dāng)高電壓施加到每個(gè)細(xì)微分裂電極中心時(shí)產(chǎn)生的電壓差導(dǎo)致相鄰 電極之間產(chǎn)生水平電場(chǎng)，通過在相對(duì)于細(xì)微分裂電極的縱向?yàn)?0 90度范圍內(nèi)的方向進(jìn) 行摩擦，可以防止液晶分子由水平電場(chǎng)引起水平變形。第三，因?yàn)槿∠蚰ぞ哂? 0.5度范圍或者具有4度或更大的預(yù)傾角，可以通過消 除預(yù)傾角的影響或通過當(dāng)從無電壓狀態(tài)到電壓施加狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)增加電場(chǎng)的影響使其大于 預(yù)傾角的影響，來確保電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡的液晶層的折射率的對(duì)稱性。在一種情況下，當(dāng)通過 控制液晶分子的預(yù)傾角以大約或者恰好垂直于細(xì)微分裂電極的縱向的方向進(jìn)行摩擦?xí)r，可 以控制液晶分子在水平方向的行為。在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，對(duì)本發(fā)明可進(jìn)行各種修改和變化，這對(duì) 于所屬領(lǐng)域技術(shù)人員來說是顯而易見的。因而，本發(fā)明意在覆蓋落入所附權(quán)利要求書范圍 及其等效范圍內(nèi)的對(duì)本發(fā)明的所有修改和變化。
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，所述第一基板和第二基板彼此相對(duì)布置并且分別包括多個(gè)透鏡 區(qū)域；多個(gè)第一電極，其形成在該第一基板上并且在每個(gè)透鏡區(qū)域中，并且在確定的方向上 彼此分開，其中從每個(gè)透鏡區(qū)域的中心到邊緣逐漸增加的電壓被施加到各所述第一電極；第二電極，其形成在該第二基板的整個(gè)表面上；第一取向膜，其形成在包括所述第一電極的第一基板的整個(gè)表面上，其中該第一取向 膜在相對(duì)于所述第一電極的縱向呈30 90度角的條件下經(jīng)受摩擦，并被取向?yàn)榫哂蓄A(yù)傾 角；以及液晶層，其填充在所述第一基板和第二基板之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的透鏡，其中該第一取向膜的預(yù)傾角在4 45度的范圍內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的透鏡，其中形成該液晶層的液晶具有正介電各向異性。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的透鏡，其中該第一取向膜的預(yù)傾角在0 0.5度的范圍內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的透鏡，其中該第一取向膜的預(yù)傾角由紫外線照射限定。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的透鏡，還包括在該第二電極上的第二取向膜。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的透鏡，其中該第二取向膜具有與該第一取向膜的摩擦方向反平行 的摩擦方向。
8.一種立體顯示器件，包括發(fā)射2維圖像信號(hào)的顯示面板；以及電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡，該電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡直接發(fā)射來自該顯示面板的2維圖像信號(hào)，或者 將所述2維圖像信號(hào)轉(zhuǎn)換為3維圖像信號(hào)以發(fā)射所述3維圖像信號(hào)，其中該電驅(qū)動(dòng)液晶透 鏡包括第一基板和第二基板，所述第一基板和第二基板彼此相對(duì)布置并且分別包括多個(gè)透鏡 區(qū)域；多個(gè)第一電極，其形成在該第一基板上并且在每個(gè)透鏡區(qū)域中，并且在確定的方向上 彼此分開，其中從每個(gè)透鏡區(qū)域的中心到邊緣逐漸增加的電壓被施加到各所述第一電極；第二電極，其形成在該第二基板的整個(gè)表面上；第一取向膜，其形成在包括所述第一電極的第一基板的整個(gè)表面上，其中該第一取向 膜在相對(duì)于所述第一電極的縱向呈30 90度角的條件下經(jīng)受摩擦，并被取向?yàn)榫哂蓄A(yù)傾 角；以及液晶層，其填充在所述第一基板和第二基板之間。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的器件，其中在極化光從該顯示面板傳輸?shù)皆撾婒?qū)動(dòng)液晶透鏡時(shí)， 所述極化光的傳輸軸與包含在該電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡中的第一取向膜的摩擦方向一致。
全文摘要
本發(fā)明公開一種電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡及使用該透鏡的立體顯示器件。該電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡包括第一基板和第二基板，彼此相對(duì)布置并且分別包括多個(gè)透鏡區(qū)域；多個(gè)第一電極，其形成在第一基板上并且在每個(gè)透鏡區(qū)域中，并且在確定的方向上彼此分開，其中從每個(gè)透鏡區(qū)域的中心到邊緣逐漸增加的電壓被施加到各第一電極；第二電極，形成在該第二基板的整個(gè)表面上；第一取向膜，形成在包括第一電極的第一基板的整個(gè)表面上，其中第一取向膜在相對(duì)于所述第一電極的縱向呈30～90度角的條件下經(jīng)受摩擦，并被取向?yàn)榫哂蓄A(yù)傾角；以及液晶層，填充在所述第一基板和第二基板之間。由此可獲得改進(jìn)的透鏡輪廓和透鏡對(duì)稱性。
文檔編號(hào)G02F1/29GK102116989SQ201010273970
公開日2011年7月6日 申請(qǐng)日期2010年9月2日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月31日
發(fā)明者李秉州, 金成佑 申請(qǐng)人:樂金顯示有限公司