專利名稱：利用衍射元件的圖像顯示設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用衍射元件的圖像顯示設(shè)備。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，3D立體圖像顯示設(shè)備引起了人們的興趣，并且已研究出各種3D圖像顯示方法。最普遍使用的用于顯示立體圖像的方法之一是雙眼視差法(binocular disparity)。在雙眼視差法中，到達(dá)左眼的圖像和到達(dá)右眼的圖像顯示在同一顯示設(shè)備中。 這兩個(gè)圖像從不同的角度同時(shí)到達(dá)觀察者的左眼和右眼，且因此觀察者感知到3D效果。在這種情況下，利用像素上方的障柵(barrier)或雙凸透鏡(其是一種像素上方的柱狀透鏡)來(lái)實(shí)現(xiàn)針對(duì)左眼和右眼產(chǎn)生分開(kāi)的圖像。利用障柵的立體圖像顯示設(shè)備在障柵上形成一狹縫，并將來(lái)自顯示設(shè)備的圖像通過(guò)該狹縫分成左眼圖像和右眼圖像，以分別輸入到觀察者的左眼和右眼中。利用透鏡的立體圖像顯示設(shè)備顯示左眼圖像和右眼圖像，并通過(guò)改變經(jīng)由透鏡的光路而將來(lái)自立體圖像顯示設(shè)備的圖像分成左眼圖像和右眼圖像。期望具有一種能夠?qū)⒂^看模式從2D圖像顯示方法改變成立體圖像顯示方法的顯示設(shè)備。這種2D到3D的圖像顯示器正在開(kāi)發(fā)中，為此，正在開(kāi)發(fā)可切換式透鏡。在此背景技術(shù)部分中所公開(kāi)的上述信息僅是為了促進(jìn)對(duì)本發(fā)明的背景技術(shù)的理解，且因此可包含不構(gòu)成對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言在該國(guó)家中已獲知的現(xiàn)有技術(shù)的信肩、O

發(fā)明內(nèi)容
提供一種具有改進(jìn)的透鏡特征的圖像顯示設(shè)備。一種圖像顯示設(shè)備，包括用于顯示圖像的顯示面板以及形成為以2D模式或3D模式工作的衍射元件，使得顯示面板的圖像在經(jīng)過(guò)所述衍射元件之后作為2D圖像或3D圖像被感知到。在該圖像顯示設(shè)備中，衍射元件包括彼此面對(duì)的第一基板和第二基板；第一電極層，形成在第一基板上，所述第一電極層包括多個(gè)區(qū)段；第二電極層，形成在第二基板上； 以及液晶層，介于第一基板與第二基板之間。此外，當(dāng)衍射元件以3D模式工作時(shí)，對(duì)第二電極層施加公共電壓，并且，對(duì)第一電極層施加的電壓相對(duì)于公共電壓的極性對(duì)于相鄰區(qū)段反向。當(dāng)衍射元件以3D模式工作時(shí)，所述衍射元件可包括多個(gè)單元透鏡。所述多個(gè)單元透鏡中的每個(gè)可作為菲涅耳波帶板(Fresnel zone plate)工作。
所述多個(gè)單元透鏡中的每個(gè)包括圍繞單元透鏡的中心依次設(shè)置的多個(gè)區(qū)段。第一電極層可包括第一電極陣列，包括多個(gè)第一電極；第二電極陣列，包括多個(gè)第二電極；以及絕緣層，用于使第一電極陣列和第二電極陣列彼此絕緣。所述多個(gè)區(qū)段中的每個(gè)可包括至少一個(gè)第一電極和至少一個(gè)第二電極?？蓪?duì)第一電極層施加電壓，使得所述多個(gè)區(qū)段中的每個(gè)區(qū)段中的相位延遲在該區(qū)段內(nèi)以階梯式形式變化。每個(gè)區(qū)段包括與第一電極和第二電極的位置對(duì)應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)子區(qū)段，并且可對(duì)與所述多個(gè)區(qū)段的相同子區(qū)段對(duì)應(yīng)的第一電極或第二電極施加用于引發(fā)相同相位延遲的電壓。對(duì)所述多個(gè)區(qū)段中的每個(gè)區(qū)段中的至少一個(gè)第一電極和至少一個(gè)第二電極所施加的電壓可在每個(gè)區(qū)段內(nèi)以階梯式形式變化。至少一個(gè)第一電極和至少一個(gè)第二電極的寬度可在該區(qū)段內(nèi)增大。在所述多個(gè)區(qū)段中的每個(gè)區(qū)段中，對(duì)至少一個(gè)第一電極和至少一個(gè)第二電極所施加的電壓與公共電壓之間的差值可在每個(gè)區(qū)段內(nèi)逐漸減小。在第一電極層中，可通過(guò)對(duì)每個(gè)區(qū)段的相對(duì)于單元透鏡的中心最靠近外部位置設(shè)置的電極施加的第一電壓與對(duì)每個(gè)區(qū)段的最靠近離單元透鏡的中心最近的位置設(shè)置的電極施加的第二電壓之間的電壓差dVmax以及偏移電壓Voffset，來(lái)設(shè)定對(duì)區(qū)段邊界處的彼此相鄰的兩個(gè)電極施加的電壓之間的電壓差dV，所述偏移電壓是第二電壓與公共電壓之間的差值。在第一電極層中，對(duì)區(qū)段邊界處的彼此相鄰的兩個(gè)電極所施加的電壓之間的電壓差 dV 可滿足:dV = dVmax+2Voffset。在第一電極層中，可設(shè)定對(duì)區(qū)段邊界處的彼此相鄰的兩個(gè)電極所施加的電壓差 dV，使得區(qū)段邊界部分的透射率(transmittance)變成預(yù)定值或更小?？稍O(shè)定邊界區(qū)段處的彼此相鄰的兩個(gè)電極之間的間隔以及盒間隙(cell gap)，使得區(qū)段邊界的透射率變成預(yù)定值或更小。所述多個(gè)區(qū)段中的每個(gè)區(qū)段包括兩個(gè)第一電極和兩個(gè)第二電極。所述多個(gè)區(qū)段中的每個(gè)區(qū)段可包括兩個(gè)第一電極和一個(gè)第二電極，或者可包括一個(gè)第一電極和兩個(gè)第二電極。彼此相鄰的第一電極和第二電極的邊緣可布置成彼此不重疊。當(dāng)衍射元件以2D模式工作時(shí)，所述衍射元件可按原樣透射顯示在顯示面板上的圖像。該圖像顯示設(shè)備還可包括配向?qū)?，所述配向?qū)訕?gòu)造成對(duì)液晶層的液晶分子進(jìn)行配向。


圖1和圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的一示例性實(shí)施方式的圖像顯示設(shè)備的構(gòu)造以及分別形成2D圖像和3D圖像的方法的示意圖。圖3是根據(jù)該示例性實(shí)施方式的圖像顯示設(shè)備的衍射元件的截面圖的實(shí)例。圖4是示出相位延遲根據(jù)相位調(diào)制型菲涅耳波帶板的位置而變化的示圖。
圖5是示出根據(jù)該示例性實(shí)施方式的衍射元件的單元透鏡的一部分的截面圖。圖6是示出根據(jù)該示例性實(shí)施方式的應(yīng)當(dāng)根據(jù)圖5的衍射元件的位置實(shí)現(xiàn)的相位延遲的示圖。圖7是示出根據(jù)第一示例性實(shí)施方式的對(duì)圖像顯示設(shè)備中的衍射元件的第一電極層施加的電壓的實(shí)例的示圖。圖8是示出根據(jù)第二示例性實(shí)施方式的對(duì)圖像顯示設(shè)備中的衍射元件的第一電極層施加的電壓的實(shí)例的示圖。圖9是示出當(dāng)如圖8中所示對(duì)衍射元件的第一電極層施加電壓時(shí)形成于衍射元件中的電場(chǎng)的示圖。圖10是示出與圖9的衍射元件中的位置相對(duì)應(yīng)的相位延遲和透射率的示圖。圖11是示出根據(jù)第二示例性實(shí)施方式的形成于圖像顯示設(shè)備中的衍射元件中的電場(chǎng)的示圖。圖12是示出與圖11情況中的衍射元件中的位置相對(duì)應(yīng)的相位延遲和透射率的示圖。
具體實(shí)施例方式下文將參照示出了示例性實(shí)施方式的附圖更充分地描述本公開(kāi)。如本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到的，可以各種不同的方式對(duì)所描述的實(shí)施方式進(jìn)行修改，所有這些都不背離本公開(kāi)的實(shí)質(zhì)或范圍。在圖中，為了清楚起見(jiàn)，放大了層、膜、面板、區(qū)域等的厚度。在整個(gè)說(shuō)明書(shū)中，相似的參考標(biāo)號(hào)表示相似的元件。應(yīng)理解的是，當(dāng)將諸如層、膜、區(qū)域或基板這樣的元件稱為位于另一元件“之上”時(shí)，其可直接位于另一元件之上、或者也可存在介于其間的元件。相反地，當(dāng)將一個(gè)元件稱為直接位于另一元件之上時(shí)，則不存在介于其間的元件。圖1和圖2是示出根據(jù)一示例性實(shí)施方式的圖像顯示設(shè)備的構(gòu)造以及分別形成2D 圖像和3D圖像的方法的示意圖。參照?qǐng)D1和圖2，圖像顯示設(shè)備包括顯示面板300，用于顯示圖像；以及衍射元件 400，設(shè)置在顯示面板300的圖像顯示表面的前方。顯示面板300和衍射元件400可以2D 模式或3D模式工作。顯示面板300可以是各種類(lèi)型的平板顯示器中的任一種，諸如等離子顯示面板 (PDP)、液晶顯示器(LCD)、有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)顯示器等。顯示面板300包括以矩陣布置且顯示圖像的多個(gè)像素PX。在2D模式中，顯示面板300顯示一個(gè)2D圖像。然而，在3D 模式中，顯示面板300可通過(guò)空間或時(shí)間分割法交替地顯示與各種視野對(duì)應(yīng)的圖像，諸如右眼圖像、左眼圖像等。例如，在3D模式中，顯示面板300可每隔一像素列交替地顯示右眼圖像和左眼圖像。在2D模式中，衍射元件400按原樣透射顯示在顯示面板300上的圖像，然而在3D 模式中，衍射元件分割顯示面板300的圖像的視野。也就是說(shuō)，以3D模式工作的衍射元件 400利用光的衍射和折射現(xiàn)象使顯示在顯示面板300上的多個(gè)視點(diǎn)圖像(包括左眼圖像和右眼圖像)聚焦在與每個(gè)視點(diǎn)圖像對(duì)應(yīng)的視野上。圖1示出了顯示面板300和衍射元件400以2D模式工作的情況，其中，同樣的圖像到達(dá)左眼和右眼，從而感知到的是2D圖像，而圖2示出了顯示面板300和衍射元件400 以3D模式工作的情況，其中，衍射元件400將顯示面板300的圖像(包括針對(duì)左眼的圖像和針對(duì)右眼的圖像)分割成單獨(dú)的視野(諸如左眼和右眼)并使圖像產(chǎn)生衍射，從而感知到的是3D圖像。圖3是根據(jù)該示例性實(shí)施方式的圖像顯示設(shè)備的衍射元件的截面圖的實(shí)例。參照?qǐng)D3，衍射元件400包括彼此面對(duì)的第一基板110和第二基板210 ；以及介于兩個(gè)基板Iio與210之間的液晶層3。第一基板110和第二基板210由諸如玻璃、塑料等的絕緣材料制成。在基板110和210的外表面上，可設(shè)置有偏光器(未示出)。在第一基板110上，依次形成有第一電極層190和配向?qū)?1，而在第二基板210 上，依次形成有第二電極層290和配向?qū)?1。第一電極層190和第二電極層290包括多個(gè)電極，并可由諸如ITO (氧化銦錫)或 IZO(氧化銦鋅)的透明導(dǎo)電材料制成。當(dāng)對(duì)第一電極層190和第二電極層290施加電壓時(shí)，根據(jù)所施加的電壓在液晶層3上形成電場(chǎng)，以控制液晶層3的液晶分子的配向。配向?qū)?1和21決定液晶層3的液晶分子的初始配向。由于配向?qū)?1和21決定施加電壓之前的液晶分子的排列方向，因此一旦施加電壓，液晶分子便根據(jù)形成于液晶層3 中的電場(chǎng)迅速地排列。液晶層3可以各種模式進(jìn)行配向，諸如水平配向模式、垂直配向模式、TN(扭曲向列)模式等。衍射元件400根據(jù)對(duì)第一電極層190和第二電極層290施加的電壓而以2D模式或3D模式工作。例如，當(dāng)未對(duì)第一電極層190和第二電極層290施加電壓時(shí)，衍射元件400 可以2D模式工作。另一方面，當(dāng)對(duì)第一電極層190和第二電極層290施加電壓時(shí)，衍射元件400可以3D模式工作。為此，可適當(dāng)?shù)卣{(diào)整液晶分子的初始配向方向和偏光器的透射軸方向。在下文中，將描述以3D模式工作的衍射元件400。以3D模式工作的衍射元件400包括多個(gè)單元透鏡。所述多個(gè)單元透鏡可以預(yù)定間隔重復(fù)地布置在衍射元件400的一側(cè)方向上。衍射元件400中的這些單元透鏡的位置可以是固定的或者隨著時(shí)間而改變。每個(gè)單元透鏡均可實(shí)現(xiàn)為一菲涅耳波帶板。菲涅耳波帶板是一種利用多個(gè)同心圓而起透鏡作用的裝置，上述多個(gè)同心圓徑向地布置且其間的間隔從中心向外側(cè)減小，如同菲涅耳波帶。菲涅耳波帶板利用光的衍射現(xiàn)象而不是利用光的折射現(xiàn)象來(lái)會(huì)聚光。圖4是示出對(duì)于相位調(diào)制型菲涅耳波帶板而言，相位延遲根據(jù)沿著板的位置而變化的示圖。在此，菲涅耳波帶板的每個(gè)區(qū)段是示圖中的每個(gè)重復(fù)波形所處的區(qū)域。參照?qǐng)D4，在每個(gè)區(qū)段中，相位延遲以階梯式形式變化。在圍繞中心設(shè)置的區(qū)段中， 相位延遲以兩級(jí)變化。在設(shè)置在中心區(qū)段以外的其他區(qū)段中，相位延遲以四級(jí)變化。然而， 圖4并非旨在限制相位延遲變化的級(jí)的數(shù)量，而是可采用各種數(shù)量的級(jí)。圖4所示的菲涅耳波帶板中，每個(gè)區(qū)段中的相位延遲以階梯式形式變化，被稱作多級(jí)相位調(diào)制波帶板。為了使經(jīng)過(guò)該多級(jí)相位調(diào)制波帶板的光聚集在焦點(diǎn)位置，衍射元件使經(jīng)過(guò)各個(gè)區(qū)段的光發(fā)生衍射，并且通過(guò)光的衍射以及相消干涉和相長(zhǎng)干涉，使光聚焦。如上所述，對(duì)于衍射元件400的每個(gè)單元透鏡，通過(guò)形成與菲涅耳波段板相對(duì)應(yīng)的相位延遲分布可以產(chǎn)生透鏡效果。圖5是示出根據(jù)該示例性實(shí)施方式的衍射元件400的單元透鏡的一部分的截面圖。用相同的參考標(biāo)號(hào)表示與圖3的示例性實(shí)施方式中的那些部件相同的部件，并省去相同的描述。參照?qǐng)D5，衍射元件400包括彼此面對(duì)的第一基板110和第二基板210 ；以及介于兩個(gè)基板110與210之間的液晶層3。在第一基板110上，依次形成有第一電極層190和配向?qū)?1，而在第二基板210上，依次形成有第二電極層290和配向?qū)?1。第一電極層190包括第一電極陣列191，包括多個(gè)第一電極193 ；絕緣層180，形成在第一電極陣列191上；以及第二電極陣列195，形成在絕緣層180上并包括多個(gè)第二電極 197。第一電極193和第二電極197可交替地設(shè)置在水平方向上，并可布置成使得這些電極彼此不重疊。圖5示出的是彼此相鄰的第一電極193和第二電極197的邊緣彼此不重疊，然而，這些邊緣彼此也可部分地重疊。第一電極193和第二電極197的水平寬度、第一電極193之間的水平間隔、以及第二電極197之間的水平間隔從單元透鏡的中心向單元透鏡的外側(cè)逐漸減小，在距離中心越遠(yuǎn)的各個(gè)區(qū)段中變得越小。在單元透鏡的每個(gè)區(qū)段中，諸如圖5中所示的第(n-1)區(qū)段、第 η區(qū)段、以及第(η+1)區(qū)段，設(shè)置有兩個(gè)第一電極193和兩個(gè)第二電極197。每個(gè)區(qū)段中設(shè)置有電極193和197中的每個(gè)的區(qū)域形成子區(qū)段，諸如子區(qū)段sZl、sZ2、sZ3或sZ4。在用于區(qū)段的子區(qū)段參考標(biāo)號(hào)中，以從外側(cè)向中心增大的順序依次標(biāo)記為sZl、sZ2、以3和sZ4。 圖5示出了包括四個(gè)子區(qū)段sZl、sZ2、sZ3和sZ4的一個(gè)區(qū)段，然而子區(qū)段的數(shù)量并不限于此。而且，與圖5中所示的不同，一個(gè)區(qū)段中所包含的第一電極193和第二電極197的水平寬度可以是恒定的，并且各個(gè)區(qū)段中所包含的電極193和197的數(shù)量可朝著最外側(cè)區(qū)段而減少。在每個(gè)區(qū)段中，第一電極193和第二電極197的水平寬度可大于或等于液晶層3 的盒間隙。然而，由于工藝局限性和由液晶的折射率所帶來(lái)的局限性，盒間隙可減小的量是有限的。絕緣層180可由無(wú)機(jī)材料、有機(jī)材料等制成，并使第一電極陣列191和第二電極陣列195彼此電絕緣。第二電極層290形成在第二基板210的整個(gè)表面上，并接收預(yù)定電壓，諸如公共電壓Vcom等。第二電極層290可由諸如ITO、IZO等的透明導(dǎo)電材料制成。配向?qū)?1和21可在與第一電極193和第二電極197的寬度(水平)方向垂直的縱向方向(與圖5的紙面垂直的方向)上或者在相對(duì)于寬度(水平)方向形成預(yù)定角度的方向上受到摩擦。配向?qū)?1和配向?qū)?1的摩擦方向可彼此相反。在施加電場(chǎng)之前，可使液晶層3的液晶分子31在與基板110和210的表面平行的方向上進(jìn)行初始配向，然而液晶層3的配向模式不限于此。垂直配向及其他配向模式也是可行的。圖6是示出根據(jù)在圖5的衍射元件中的位置而應(yīng)當(dāng)實(shí)現(xiàn)的相位延遲的示圖。在這種情況下，衍射元件的每個(gè)單元透鏡均實(shí)現(xiàn)為相位調(diào)制型菲涅耳波帶板。參照?qǐng)D6，在單元透鏡的第(n-1)區(qū)段、第η區(qū)段以及第(η+1)區(qū)段中的每一個(gè)中，
8相位延遲以四級(jí)變化。在所述多個(gè)區(qū)段的每一個(gè)中，相位延遲從外側(cè)向中心以階梯式形式增大(如圖4所示)。所述多個(gè)區(qū)段的相同子區(qū)段引起相同的相位延遲。在區(qū)段邊界處，相位延遲的斜度相對(duì)于透鏡單元的底部而言是垂直的。為了實(shí)現(xiàn)所示的與在衍射元件中的位置相對(duì)應(yīng)的相位延遲，可調(diào)整對(duì)衍射元件施加的電壓。然而，難以使相位延遲的斜度在區(qū)段邊界處是垂直的。具體地，難以控制區(qū)段邊界部分的相位延遲。為了便于相位延遲控制，應(yīng)減小液晶層的盒間隙。然而，由于工藝局限性和由液晶的折射率所帶來(lái)的局限性，盒間隙可減小的量是有限的。圖7是示出根據(jù)第一示例性實(shí)施方式的對(duì)圖像顯示設(shè)備中的衍射元件400的第一電極層190施加的電壓的實(shí)例的示圖，圖8是示出根據(jù)第二示例性實(shí)施方式的對(duì)圖像顯示設(shè)備中的衍射元件400的第一電極層190施加的電壓的實(shí)例的示圖，圖9是示出當(dāng)如圖8 中所示對(duì)衍射元件400的第一電極層190施加電壓時(shí)形成于衍射元件中的電場(chǎng)的示圖，而圖10是示出與圖9的衍射元件400中的位置相對(duì)應(yīng)的相位延遲和透射率的示圖。用相同的參考標(biāo)號(hào)表示與圖5的示例性實(shí)施方式中的那些部件相同的部件，并省去多余的描述。參照?qǐng)D7和圖8，對(duì)衍射元件的單元透鏡的第η區(qū)段施加相對(duì)于公共電壓Vcom具有正極性的電壓，并對(duì)所述單元透鏡的第(η-1)區(qū)段施加相對(duì)于公共電壓Vcom具有負(fù)極性的電壓。對(duì)衍射元件的第二電極層290施加公共電壓Vcom(見(jiàn)圖5)。如上所述，對(duì)于相鄰區(qū)段，對(duì)第一電極層190施加的電壓相對(duì)于公共電壓Vcom的極性(在下文中，“對(duì)第一電極層施加的電壓相對(duì)于公共電壓的極性”簡(jiǎn)稱為“對(duì)第一電極層施加的電壓的極性”)反向。電壓極性的這種反向稱為電壓極性的空間反向。與空間反向可一起出現(xiàn)的是電壓極性的時(shí)間反向，從而正電壓周期性地改變成負(fù)電壓，而負(fù)電壓周期性地改變成正電壓。每個(gè)區(qū)段的第一電極層190接收階梯式電壓，所述階梯式電壓與公共電壓Vcom的差異在于在每個(gè)區(qū)段內(nèi)從外側(cè)向中心逐漸減小。在下文中，以從外側(cè)向中心的順序用參考
標(biāo)號(hào)Vl.....及V8表示對(duì)第η區(qū)段和第(η-1)區(qū)段的子區(qū)段sZl、sZ2、sZ3和sZ4施加的電壓。在第η區(qū)段的電壓的極性為正、而第(η-1)區(qū)段的電壓的極性為負(fù)的情況下，電壓 Vl至V8相對(duì)于公共電壓Vcom可滿足以下等式。[等式1]P(Vl-Vcom) = P (V5_Vcom)P (V2-Vcom) = P (V6_Vcom)P (V3-Vcom) = P (V7_Vcom)P (V4-Vcom) = P (V8_Vcom)這里，P(V)表示垂直入射到液晶層上的特定單一波長(zhǎng)的光在經(jīng)過(guò)液晶層時(shí)在施加有電壓的電極位置處所經(jīng)歷的相位延遲，該施加的電壓是所述電極與公共電極之間的電壓差。光的相位變化起因于所述電極與公共電極之間的電壓差所導(dǎo)致的每個(gè)電極上的液晶分子的重新配向。公共電壓Vcom與對(duì)最靠近每個(gè)區(qū)段的中心的電極施加的中心側(cè)電壓V4或V8之間的差值被稱為偏移電壓Voffset (Voffset = V4_Vcom或V8_Vcom)。在圖7中，偏移電壓 Voffset為O。然而，可如圖8所示調(diào)整偏移電壓Voffset，并且偏移電壓Voffset可根據(jù)甚至是同一個(gè)單元透鏡中的各區(qū)段的位置而不同。對(duì)鄰近區(qū)段邊界的兩個(gè)電極施加的電壓V4和V5之間的電壓差(dV = V4-V5)可通過(guò)每個(gè)區(qū)段中的對(duì)最靠近外側(cè)的電極施加的外側(cè)電壓Vl或V5與對(duì)最靠近中心的電極施加的中心側(cè)電壓V4或V8之間的差值(dVmax = V1-V4或以及偏移電壓Voffset來(lái)設(shè)定，并且上述電壓差dV可根據(jù)甚至是同一個(gè)單元透鏡中的各區(qū)段的位置而不同。對(duì)鄰近區(qū)段邊界的兩個(gè)電極施加的電壓V4和V5之間的電壓差(dV = V4-V5)能滿足以下等式。[等式2]dV = dVmax+2Voffset在圖7中，偏移電壓Voffset為0，且因此能夠滿足dV = dVmax。參照?qǐng)D9，在第一電極層190與第二電極層290之間形成有電場(chǎng)(用箭頭表示)， 并且在鄰近區(qū)段邊界的兩個(gè)電極之間形成有電場(chǎng)。由于對(duì)單元透鏡的第η區(qū)段施加相對(duì)于公共電壓Vcom具有正極性的電壓，而對(duì)第 (η-1)區(qū)段施加相對(duì)于公共電壓Vcom具有負(fù)極性的電壓，因此第η區(qū)段中的電場(chǎng)的方向與第(η-1)區(qū)段中的電場(chǎng)的方向彼此相反。在每個(gè)區(qū)段中，形成在第一電極層190與第二電極層290之間的電場(chǎng)的強(qiáng)度從外側(cè)向中心減小(隨著電場(chǎng)的強(qiáng)度減小，用更少的箭頭表示)。這是因?yàn)閷?duì)第一電極層190施加的電壓與公共電壓Vcom之間的差值從外側(cè)向中心減小。第η區(qū)段的最靠近中心的第一電極193與第η區(qū)段的相鄰第二電極一起形成第一電場(chǎng)Ε1、與第二電極層290—起形成第二電場(chǎng)Ε2、且與第(η-1)區(qū)段的相鄰第二電極197 — 起形成第三電場(chǎng)Ε3。在這種情況下，由于第η區(qū)段的最靠近中心的第一電極193與第(η_1) 區(qū)段的相鄰第二電極197之間的電壓差是最大的，因此第三電場(chǎng)Ε3的強(qiáng)度高于其他電場(chǎng)El 和Ε2的強(qiáng)度。參照?qǐng)D10，如圖6中所示的，在第η區(qū)段和第(η_1)區(qū)段中，相位延遲以四級(jí)變化。 因此，衍射元件可形成與菲涅耳波帶板相對(duì)應(yīng)的相位遲延分布，從而產(chǎn)生透鏡效果。在圖6中，相位延遲在區(qū)段邊界處的斜度是垂直的。然而，在圖10中，相位延遲在區(qū)段邊界部分ZG處的斜度不是垂直的。由于難以控制區(qū)段邊界ZG中的相位延遲，因此在區(qū)段邊界部分ZG中，沒(méi)有完全實(shí)現(xiàn)對(duì)于透鏡功能應(yīng)該獲得的相位延遲。如圖8所示，將對(duì)第一電極層190施加的電壓的極性對(duì)于相鄰區(qū)段反向，使得在彼此相鄰的區(qū)段邊界處形成電場(chǎng)Ε3，并且液晶層3的液晶分子根據(jù)電場(chǎng)Ε3配向，從而減小了區(qū)段邊界部分ZG中的透射率。在第一電極層190中，可設(shè)定對(duì)區(qū)段邊界處的彼此相鄰的兩個(gè)電極施加的電壓之間的電壓差dV，使得區(qū)段邊界部分ZG的透射率等于或小于預(yù)定值。透射率減小能作為振幅光柵(amplitude grating)。然而，由于相位控制缺陷引起的透鏡特征的劣化大于振幅光柵效果，因此隨著區(qū)段邊界部分ZG的透射率的減小，衍射效
率可提高。圖11是示出根據(jù)另一示例性實(shí)施方式的形成于圖像顯示設(shè)備中的衍射元件中的電場(chǎng)的示圖，而圖12是示出與在圖11情況中的衍射元件中的位置相對(duì)應(yīng)的相位延遲和透射率的示圖。用相同的參考標(biāo)號(hào)表示與之前示例性實(shí)施方式的那些部件相同的部件，并省去重復(fù)的描述。根據(jù)圖11的示例性實(shí)施方式的單元透鏡與圖9中所示的單元透鏡幾乎相同，但與圖9中所示的單元透鏡的不同之處在于第一電極層190的構(gòu)造。在圖9中，在每個(gè)區(qū)段中， 第一電極層190包括四個(gè)電極。然而，在圖11中，在每個(gè)區(qū)段中，第一電極層190包括三個(gè)電極。第一電極層190包括第一電極陣列191，包括多個(gè)第一電極194 ；絕緣層180，形成在第一電極陣列191上；以及第二電極陣列195，形成在絕緣層180上并包括多個(gè)第二電極 198。如以上關(guān)于圖7和圖8所描述的，將對(duì)第一電極層190施加的電壓的極性對(duì)于相鄰區(qū)段反向。每個(gè)區(qū)段的第一電極層190接收階梯式電壓，所述階梯式電壓與公共電壓 Vcom之間的差值從外側(cè)向中心逐漸減小。可對(duì)與各個(gè)區(qū)段的相同子區(qū)段對(duì)應(yīng)的電極施加電壓，使得在液晶層的對(duì)應(yīng)部分處的相位延遲是相同的。彼此相鄰的第一電極194和第二電極198的邊緣彼此不重疊。與圖9的情況相比， 位于區(qū)段邊界處的彼此相鄰的兩個(gè)電極之間的間隔d會(huì)增大。此外，與圖9的情況相比，作為第一電極194之間的間隔或第二電極198之間的間隔的電極間隔D也會(huì)增大。可設(shè)定區(qū)段邊界處的彼此相鄰的兩個(gè)電極之間的間隔d、電極間隔D、以及盒間隙，使得形成對(duì)于衍射元件的透鏡功能而言必須的相位延遲分布，同時(shí)區(qū)段邊界部分的透射率等于或小于預(yù)定值。如圖11所示，可以增大區(qū)段邊界處的彼此相鄰的兩個(gè)電極之間的間隔d以及電極間隔D，通過(guò)減少區(qū)段中所包含的電極的數(shù)量，能夠降低加工微小電極并使這種電極重疊時(shí)會(huì)出現(xiàn)的制造難度。參照?qǐng)D12，在每個(gè)區(qū)段中，相位延遲從外側(cè)向中心增大。因此，衍射元件可形成與菲涅耳波帶板相對(duì)應(yīng)的相位延遲分布，從而產(chǎn)生透鏡效果。與圖10類(lèi)似，即使在圖12中，相位延遲在區(qū)段邊界部分ZG處的斜度也不是垂直的。由于難以控制區(qū)段邊界ZG中的相位延遲，因此在區(qū)段邊界部分ZG中，沒(méi)有完全實(shí)現(xiàn)對(duì)于透鏡功能應(yīng)該獲得的相位延遲。由于如圖11所示的對(duì)第一電極層190施加的電壓的極性對(duì)于相鄰區(qū)段反向，因此在彼此相鄰的區(qū)段邊界處形成電場(chǎng)，并且液晶層3的液晶分子在與電場(chǎng)垂直的方向上配向，從而減小了區(qū)段邊界部分ZG中的透射率。如上所述，可提供一種能夠減小區(qū)段邊界部分的透射率并通過(guò)使電壓的極性對(duì)于相鄰區(qū)段反向來(lái)改進(jìn)透鏡特征的圖像顯示設(shè)備。可通過(guò)偏移電壓Voffset來(lái)控制對(duì)區(qū)段邊界處的彼此相鄰的兩個(gè)電極施加的電壓之間的電壓差dV，所述偏移電壓是對(duì)每個(gè)區(qū)段的最靠近中心的電極施加的中心側(cè)電壓與公共電壓之間的差值?？赏ㄟ^(guò)控制對(duì)區(qū)段邊界處的彼此相鄰的兩個(gè)電極施加的電壓之間的電壓差dV來(lái)控制液晶的指向矢(director)的水平旋轉(zhuǎn)度。由于衍射元件的透射率受液晶的指向矢的水平旋轉(zhuǎn)度的影響，因此能夠調(diào)整區(qū)段邊界部分的透射率。這使得可以改進(jìn)衍射元件400的液晶透鏡特征。在電壓的極性對(duì)于相鄰區(qū)段不反向的情況下，通過(guò)盒間隙和對(duì)衍射元件施加的電壓來(lái)同時(shí)確定區(qū)段邊界部分的相位延遲分布和透射率。然而，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，可單獨(dú)控制區(qū)段邊界部分的相位延遲分布和透射率。因此，選擇盒間隙時(shí)的自由度增大。也就是說(shuō)，不必將盒間隙減小到超過(guò)一定限度。此外，電極的水平寬度和節(jié)距的自由度增大。因此，易于進(jìn)行微小的圖案化并減少
重疊誤差情況。盡管已結(jié)合當(dāng)前被視為是實(shí)用的示例性實(shí)施方式描述了本公開(kāi)，但應(yīng)理解的是， 本發(fā)明并不限于所公開(kāi)的實(shí)施方式，而是相反地，本發(fā)明旨在覆蓋本公開(kāi)(包括所附權(quán)利要求)的實(shí)質(zhì)和范圍內(nèi)所包含的各種修改和等同布置。
權(quán)利要求
1.一種圖像顯示設(shè)備，包括顯示面板，被構(gòu)造成顯示圖像；以及衍射元件，被構(gòu)造成以2D模式和3D模式中的至少一種工作，使得所述顯示面板的圖像在經(jīng)過(guò)所述衍射元件之后被感知為2D圖像和3D圖像中的至少一種， 其中，所述衍射元件包括 彼此面對(duì)的第一基板和第二基板， 第一電極層，形成在所述第一基板上并包括多個(gè)區(qū)段， 第二電極層，形成在所述第二基板上，以及液晶層，介于所述第一基板與所述第二基板之間，并且其中，當(dāng)所述衍射元件以3D模式工作時(shí)，對(duì)所述第二電極層施加一公共電壓，并且對(duì)所述第一電極層施加的電壓相對(duì)于所述公共電壓的極性對(duì)于相鄰區(qū)段反向。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像顯示設(shè)備，其中當(dāng)所述衍射元件以3D模式工作時(shí)，所述衍射元件包括多個(gè)單元透鏡。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的圖像顯示設(shè)備，其中 所述多個(gè)單元透鏡中的每個(gè)作為一菲涅耳波帶板工作。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的圖像顯示設(shè)備，其中所述多個(gè)單元透鏡中的每個(gè)包括圍繞所述單元透鏡的中心向外側(cè)依次設(shè)置的多個(gè)區(qū)段。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的圖像顯示設(shè)備，其中 所述第一電極層包括第一電極陣列，包括多個(gè)第一電極；第二電極陣列，包括多個(gè)第二電極；以及絕緣層，使所述第一電極陣列和所述第二電極陣列彼此絕緣。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的圖像顯示設(shè)備，其中所述多個(gè)區(qū)段中的每個(gè)包括至少一個(gè)第一電極和至少一個(gè)第二電極。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的圖像顯示設(shè)備，其中對(duì)所述第一電極層施加電壓，使得在所述多個(gè)區(qū)段中的每個(gè)中經(jīng)過(guò)所述液晶層的光束的相位延遲在每個(gè)區(qū)段內(nèi)以階梯式形式變化。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的圖像顯示設(shè)備，其中每個(gè)區(qū)段包括與所述第一電極或所述第二電極的位置對(duì)應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)子區(qū)段，并且對(duì)與所述多個(gè)區(qū)段的相同子區(qū)段對(duì)應(yīng)的所述第一電極或所述第二電極施加用于引發(fā)相同相位延遲的電壓。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的圖像顯示設(shè)備，其中對(duì)所述多個(gè)區(qū)段中的每個(gè)中的所述至少一個(gè)第一電極和所述至少一個(gè)第二電極所施加的電壓在每個(gè)區(qū)段內(nèi)以階梯式形式變化。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的圖像顯示設(shè)備，其中所述多個(gè)區(qū)段中的每個(gè)中的所述至少一個(gè)第一電極和所述至少一個(gè)第二電極的寬度在每個(gè)區(qū)段內(nèi)增大。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的圖像顯示設(shè)備，其中在所述多個(gè)區(qū)段中的每個(gè)中，對(duì)所述至少一個(gè)第一電極和所述至少一個(gè)第二電極所施加的電壓與所述公共電壓之間的差值在每個(gè)區(qū)段內(nèi)逐漸減小。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的圖像顯示設(shè)備，其中在所述第一電極層中，通過(guò)對(duì)每個(gè)區(qū)段的相對(duì)于所述單元透鏡的中心最靠近外部位置設(shè)置的電極施加的第一電壓與對(duì)每個(gè)區(qū)段的最靠近離所述單元透鏡的中心最近的位置設(shè)置的電極施加的第二電壓之間的差值dVmax以及偏移電壓Voffset，來(lái)設(shè)定對(duì)區(qū)段邊界處的彼此相鄰的兩個(gè)電極施加的電壓之間的電壓差dV，所述偏移電壓Voffset是所述第二電壓與所述公共電壓之間的差值。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的圖像顯示設(shè)備，其中在所述第一電極層中，對(duì)所述區(qū)段邊界處的彼此相鄰的兩個(gè)電極所施加的電壓之間的電壓差dV滿足dV = dVmax+2Voffset0
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的圖像顯示設(shè)備，其中在所述第一電極層中，設(shè)定對(duì)區(qū)段邊界處的彼此相鄰的兩個(gè)電極施加的電壓之間的電壓差dV，使得區(qū)段邊界部分的透射率變成預(yù)定值或更小。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的圖像顯示設(shè)備，其中設(shè)定邊界區(qū)段處的彼此相鄰的兩個(gè)電極之間的間隔以及盒間隙，使得所述區(qū)段邊界的透射率變成預(yù)定值或更小。
16.根據(jù)權(quán)利要求6所述的圖像顯示設(shè)備，其中所述多個(gè)區(qū)段中的每個(gè)包括兩個(gè)第一電極和兩個(gè)第二電極。
17.根據(jù)權(quán)利要求6所述的圖像顯示設(shè)備，其中所述多個(gè)區(qū)段中的每個(gè)包括兩個(gè)第一電極和一個(gè)第二電極，或者包括一個(gè)第一電極和兩個(gè)第二電極。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的圖像顯示設(shè)備，其中彼此相鄰的第一電極和第二電極的邊緣彼此不重疊。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像顯示設(shè)備，其中當(dāng)所述衍射元件以2D模式工作時(shí)，所述衍射元件按原樣透射顯示在所述顯示面板上的圖像。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的圖像顯示設(shè)備，還包括配向?qū)?，被?gòu)造成對(duì)所述液晶層的液晶分子進(jìn)行配向。
全文摘要
一種利用衍射元件的圖像顯示設(shè)備，包括顯示面板，用于顯示圖像，以及衍射元件，形成為以2D模式或3D模式工作，使得顯示面板的圖像在經(jīng)過(guò)衍射元件之后作為2D圖像或3D圖像被感知到。在該圖像顯示設(shè)備中，衍射元件包括彼此面對(duì)的第一基板和第二基板；第一電極層，形成在第一基板上，所述第一電極層包括多個(gè)區(qū)段；第二電極層，形成在第二基板上；以及液晶層，介于第一基板與第二基板之間。此外，當(dāng)衍射元件以3D模式工作時(shí)，對(duì)第二電極層施加公共電壓，并且，對(duì)第一電極層施加的電壓相對(duì)于公共電壓的極性對(duì)于相鄰區(qū)段反向。
文檔編號(hào)G02F1/133GK102566064SQ201110326250
公開(kāi)日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2011年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月28日
發(fā)明者尹一鏞, 尹海榮, 李承勛, 鄭承俊, 金鎮(zhèn)煥 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社