專(zhuān)利名稱(chēng)：電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)液晶透鏡單元及使用該透鏡單元的立體圖像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，更具體地，涉及一種可調(diào)整間隔物的位置以防止透鏡 表面誤差的電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)液晶透鏡以及使用該透鏡的立體顯示裝置。
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)單的例如通用 的電話(huà)的“聽(tīng)說(shuō)”服務(wù)發(fā)展至基于用于字符、聲音和圖像的高速處理的數(shù)字終端的“視聽(tīng)”多 媒體型服務(wù)。期望這些服務(wù)最終發(fā)展為能夠不受時(shí)間和空間的限制實(shí)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)和立體觀(guān) 看的超空間三維(3D)立體信息通信服務(wù)。通常，表現(xiàn)三維的立體圖像經(jīng)由觀(guān)看者的眼睛基于立體視覺(jué)原理來(lái)實(shí)現(xiàn)。然而，由 于觀(guān)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兩眼間的位置 差異而感知到稍微不同的圖像。這種由于雙眼的位置差異引起的圖像差異稱(chēng)為雙眼像差。 三維立體圖像顯示裝置是基于雙眼像差而設(shè)計(jì)的，允許左眼僅觀(guān)看針對(duì)左眼的圖像，而右 眼僅觀(guān)看針對(duì)右眼的圖像。具體地，左眼和右眼分別觀(guān)看不同的二維QD)圖像。如果兩個(gè)不同的圖像通過(guò)視 網(wǎng)膜傳送到大腦，那么大腦精確地混合這些圖像，再現(xiàn)原三維圖像的深度感和真實(shí)性。這種 能力稱(chēng)為立體視法(立體畫(huà)法)，且應(yīng)用立體視法的顯示裝置稱(chēng)為立體顯示裝置。同時(shí)，立體顯示裝置可以基于實(shí)現(xiàn)三維圖像的透鏡的組成元件來(lái)分類(lèi)。在一個(gè)示 例中，使用液晶層的透鏡稱(chēng)為電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)液晶透鏡。通常，液晶顯示裝置包括彼此相對(duì)的兩個(gè)電極，和插入在兩個(gè)電極之間的液晶層。 液晶層的液晶分子由施加電壓到兩個(gè)電極時(shí)產(chǎn)生的電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)。液晶分子具有偏振和光學(xué)各 向異性的特性。在此，偏振是指當(dāng)液晶分子在電場(chǎng)的影響下時(shí)，液晶分子中的電子聚集到液 晶分子的相對(duì)側(cè)而產(chǎn)生的分子的排列根據(jù)電場(chǎng)發(fā)生改變。另外，光學(xué)各向異性是指由于液 晶分子的伸長(zhǎng)形狀和上述分子排列方向而產(chǎn)生的出射光的路徑或偏振根據(jù)入射光的入射 方向或偏振發(fā)生改變。因此，液晶層根據(jù)施加到兩個(gè)電極的電壓而具有透射率差異，并可以通過(guò)在每個(gè) 像素基礎(chǔ)上改變透射率的差異來(lái)顯示圖像。最近已經(jīng)提出了一種基于液晶分子的上述特性將液晶層用作透鏡的電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)液 晶透鏡。具體地，設(shè)計(jì)透鏡以利用透鏡構(gòu)成材料的折射率和空氣折射率之間的差異，在每 個(gè)位置的基礎(chǔ)上控制入射光的路徑。在電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)液晶透鏡中，如果給放置在液晶層不同位 置的電極施加不同的電壓，以便產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)液晶層所需的電場(chǎng)，那么進(jìn)入液晶層的入射光在每個(gè)位置的基礎(chǔ)上經(jīng)歷不同的相位變化，結(jié)果液晶層能夠以與實(shí)際透鏡相同的方式控制入 射光的路徑。下面，將參考所附附圖描述根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)液晶透鏡。圖1是圖示根據(jù) 現(xiàn)有技術(shù)的電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)液晶透鏡的截面圖，圖2是圖示圖1的電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)液晶透鏡的結(jié)構(gòu)的示 意圖。如圖1所示，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)液晶透鏡包括彼此相對(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上且彼此間隔第一距離。兩個(gè)相鄰的第一電極11中，從一個(gè)第一電極11的中心到 另一個(gè)第一電極11的中心的距離稱(chēng)為“節(jié)距”。對(duì)各個(gè)第一電極重復(fù)相同的節(jié)距則產(chǎn)生圖 案。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由透明金屬構(gòu)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。液晶層30的液晶分子由于隨著電場(chǎng)的強(qiáng)度和分布起反應(yīng)的特性而 具有拋物勢(shì)能面，并因而具有與如圖2所示的電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)液晶透鏡的相位分布類(lèi)似的相位分 布。另外，分布間隔球40以支撐第一基板10和第二基板20之間的間隙。這些間隔球 40隨機(jī)的散布在第一基板10和第二基板20中的任一基板上，并由此在基板上具有移動(dòng)性 而不是固定在特定的位置。在給第一電極11施加高電壓和將第二電極21接地的情況下實(shí)現(xiàn)上述電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)液 晶透鏡。在這種電壓條件下，垂直電場(chǎng)在第一電極11的中心最強(qiáng)，且垂直電場(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的液晶分子具有正的介電各向異性，那么 液晶分子根據(jù)電場(chǎng)以這樣的方式排列，即液晶分子在第一電極11的中心直立，隨著遠(yuǎn)離第 一電極11而逐漸地傾斜接近水平。結(jié)果如圖2所示，對(duì)于光透射，光路在第一電極11的中 心變短，并隨著距離第一電極11的增大而增長(zhǎng)。利用相位面表示光路的長(zhǎng)度變化，電場(chǎng)驅(qū) 動(dòng)液晶透鏡具有類(lèi)似于拋物面透鏡的光透射效果。這里，第二電極21引起由液晶分子產(chǎn)生 的電場(chǎng)的變化，使得光折射率空間上采取拋物函數(shù)的形式。第一電極11對(duì)應(yīng)透鏡的邊緣區(qū) 域。在這種情況下，相對(duì)高的電壓施加到第一電極11而不是第二電極21。因此，如圖 2所示，電勢(shì)差在第一電極11和第二電極21之間產(chǎn)生。特別是，陡峭的橫向電場(chǎng)在第一電 極11附近產(chǎn)生。因此，液晶具有輕微扭曲的分布而不是預(yù)定的分布，由此光折射率不能顯 示拋物空間分布，或液晶的移動(dòng)對(duì)電壓變化過(guò)于敏感。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的上述電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)液晶透鏡可以通過(guò)將電極設(shè)置在兩者之間插入有 液晶的兩個(gè)基板上并給電極施加電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)，而不需要拋物面透鏡。圖3A和:3B是分別圖示出間隔物占據(jù)的區(qū)域和由于間隔物的存在而對(duì)光透射有影 響的區(qū)域的平面圖和截面圖。例如，如果假設(shè)間隔球45放置在電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)液晶透鏡中如圖3A所示的位置，那么如 圖3B所示的使間隔球45的直徑增至三倍所界定的區(qū)域可阻擋從電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)液晶透鏡底部直 射的光的透射，或光可在間隔球45的表面發(fā)生折射，而導(dǎo)致透射光的扭曲。透射光的扭曲發(fā)生在(3Γ)2π的區(qū)域內(nèi)，其中“r”代表間隔物45的半徑。實(shí)際上， 這種扭曲發(fā)生在等于間隔球45占據(jù)區(qū)域9倍的區(qū)域中。例如，如果假設(shè)間隔球45占據(jù)整個(gè)基板區(qū)域的0. 5%，那么在整個(gè)基板區(qū)域的4. 5%的區(qū)域內(nèi)發(fā)生上述扭曲。因此，扭曲的 透鏡表面可被裸眼識(shí)別出，或可出現(xiàn)異常的3D顯示區(qū)域?，F(xiàn)有技術(shù)的上述電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)液晶透鏡存在以下問(wèn)題。第一，考慮到填充在第一基板 和第二基板之間的液晶的流動(dòng)性，必須提供間隔物以維持第一基板和第二基板之間的間 隙。然而，間隔物本身不能起到透鏡的作用。甚至間隔物附近的區(qū)域可顯示出光透射方向 的扭曲，或由于間隔物的存在可阻擋光。第二，在等于間隔物區(qū)域的約9倍的區(qū)域中發(fā)生透 射光的扭曲，而不是僅僅發(fā)生在間隔物區(qū)域中，因此隨著因橫向透射的光而產(chǎn)生扭曲，整個(gè) 電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)液晶透鏡顯示出可識(shí)別的透鏡誤差。第三，現(xiàn)有技術(shù)的電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)液晶透鏡的功能 可能劣化。如果產(chǎn)生透鏡誤差，那么電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)液晶透鏡的各個(gè)透鏡區(qū)域可具有不同的折射 率，而反過(guò)來(lái)這種折射率的差異可導(dǎo)致不規(guī)則的透鏡表面。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明涉及一種電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)液晶透鏡單元和使用該透鏡單元的立體圖像顯示 裝置，其基本解決了基于現(xiàn)有技術(shù)的局限性和缺點(diǎn)的一個(gè)或多個(gè)問(wèn)題。本發(fā)明的目的在于提供一種可調(diào)整間隔物的位置以防止透鏡表面誤差的電場(chǎng)驅(qū) 動(dòng)液晶透鏡和使用該透鏡的立體顯示裝置。本發(fā)明另外的特征和優(yōu)點(diǎn)將在以下的描述中提出，且部分由描述中顯而易見(jiàn)的， 或可以從本發(fā)明的實(shí)施中了解的。通過(guò)說(shuō)明書(shū)文字部分及其權(quán)利要求以及附圖指出的具體 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)這些和其他優(yōu)點(diǎn)并根據(jù)本發(fā)明的目的，如在此具體和概括描述的，一種 電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)液晶透鏡單元和使用該透鏡單元的立體圖像顯示裝置具有電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)液晶透鏡單 元，該電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)液晶透鏡單元包括彼此相對(duì)設(shè)置的第一基板和第二基板；形成在第一基 板上的多個(gè)第一分離電極，多個(gè)第一分離電極中的每一個(gè)對(duì)應(yīng)于多個(gè)透鏡區(qū)域中的一個(gè)； 形成在第二基板的整個(gè)第一表面上的第二電極；給多個(gè)第一分離電極和第二電極施加不同 電壓的電壓源；形成在第一基板和第二基板之間的間隔物，間隔物的位置對(duì)應(yīng)于當(dāng)給多個(gè) 第一分離電極中的至少一個(gè)和第二電極施加電壓時(shí)的透鏡的最高點(diǎn)；以及設(shè)置在第一基板 和第二基板之間的液晶層。另一方面，電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)液晶透鏡單元和使用該透鏡單元的立體圖像顯示裝置包括 發(fā)出二維OD)圖像信號(hào)的顯示面板和將2D圖像信號(hào)轉(zhuǎn)換為三維(3D)圖像信號(hào)的電場(chǎng)驅(qū) 動(dòng)液晶透鏡，該電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)液晶透鏡包括彼此相對(duì)設(shè)置的第一基板和第二基板；形成在第 一基板上的多個(gè)第一分離電極，多個(gè)第一分離電極中的每一個(gè)對(duì)應(yīng)于多個(gè)透鏡區(qū)域中的一 個(gè)；形成在第二基板的整個(gè)第一表面上的第二電極；給多個(gè)第一分離電極和第二電極施加 不同電壓的電壓源；形成在第一基板和第二基板之間的間隔物，間隔物的位置對(duì)應(yīng)于當(dāng)給 多個(gè)第一分離電極中的至少一個(gè)和第二電極施加電壓時(shí)的透鏡的最高點(diǎn)；以及設(shè)置在第一 基板和第二基板之間的液晶層。應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明之前的概括描述和下面的詳細(xì)描述均為例證性和解釋性的，并 旨在提供如權(quán)利要求所保護(hù)的本發(fā)明的進(jìn)一步解釋。


所包括的用于提供本發(fā)明的進(jìn)一步理解并結(jié)合和構(gòu)成說(shuō)明書(shū)的一部分的附 示本發(fā)明實(shí)施例，并和說(shuō)明書(shū)一起用于解釋本發(fā)明的原理。在附圖中圖1是圖示根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)液晶透鏡的截面圖；圖2是圖示根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的通過(guò)圖1的電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)液晶透鏡實(shí)現(xiàn)的透鏡結(jié)構(gòu)的示意圖；圖3A和IBB是分別圖示出間隔物占據(jù)的區(qū)域和由于間隔物的存在而對(duì)透射光有影 響的區(qū)域的平面圖和截面圖；圖4是圖示假設(shè)在“A”和“B”位置設(shè)置柱形間隔物時(shí)在不同的透鏡表面區(qū)域的入 射角和折射角的視圖；圖5是圖示根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)液晶透鏡的透視圖；圖6是圖5的截面圖；圖7A和7B是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)液晶透鏡示意截面圖，圖示出對(duì) 應(yīng)柱形間隔物的部分區(qū)域；圖8是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)液晶透鏡的截面圖；圖9是圖示根據(jù)本發(fā)明示范性實(shí)施例的包括電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)液晶透鏡的顯示裝置的截 面圖。
具體實(shí)施例方式下面將具體參考本發(fā)明的實(shí)施例，附圖中示出了實(shí)施例的一些例子。圖4是圖示假設(shè)在“A”和“B”位置設(shè)置柱形間隔物時(shí)在不同的透鏡表面區(qū)域的入 射角和折射角的視圖。如圖4所示，當(dāng)從透鏡下的光源發(fā)出的光經(jīng)透鏡表面透射時(shí)，垂直入射的光直接 經(jīng)透鏡表面透射并以直線(xiàn)路徑傳播，反之，光以預(yù)定的傾斜角在透鏡表面的邊緣入射，此后 以預(yù)定的折射角從透鏡表面出射。發(fā)生這種情況是因?yàn)橥哥R表面具有曲率并且中心處提供 有柱形間隔物。例如，如圖4所示，如假設(shè)柱形間隔物放置在“A”位置，則光以8°的入射角 進(jìn)入透鏡表面，并以大約12.1°的折射角從透鏡表面出射。入射角和折射角之間的差約為 4.1°。另一方面，如假設(shè)柱形間隔物放置在“B”位置，則光以31. 6°的入射角進(jìn)入透鏡表 面，并以大約52. 3°的折射角從透鏡表面出射。入射角和折射角之間的差約為20. 7°。因 此，可意識(shí)到鑒于透鏡的功能，朝向透鏡表面的邊緣，折射角變得大于入射角，而透鏡表面 的中心受入射角的影響較小。另外，可意識(shí)到朝向透鏡表面的邊緣，透鏡誤差更加嚴(yán)重。圖5是圖示根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)液晶透鏡的透視圖，圖6是圖5的 截面圖。如圖5和6所示，根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)液晶透鏡是考慮到從圖4中 觀(guān)察得到的上述特性設(shè)計(jì)的。電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)液晶透鏡包括第一基板50、第二基板60、電壓源70、 第一電極51、間隔物80、第二電極61和液晶層55。第一基板50和第二基板60彼此相對(duì)設(shè) 置，且每個(gè)基板限定多個(gè)透鏡區(qū)域以對(duì)應(yīng)另一基板的多個(gè)透鏡區(qū)域。多個(gè)第一電極51在每 個(gè)透鏡區(qū)域L中在第一基板50上彼此間隔開(kāi)。第二電極61基本形成在第二基板60的整 個(gè)表面上。電壓源70給第一電極51施加從透鏡區(qū)域的中心到邊緣逐漸增加的電壓，還給 第二電極61施加閾值電壓以便在每個(gè)透鏡區(qū)域的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)拋物透鏡。間隔物80形成在第一基板50和第二基板60之間的與當(dāng)給第一電極51和第二電極61施加電壓時(shí)產(chǎn)生的透 鏡最高部位對(duì)應(yīng)的位置。液晶層陽(yáng)填充在第一基板50和第二基板60之間。這里，間隔物80設(shè)置為與如圖4所示的透鏡最高部位對(duì)應(yīng)，以使得即使直射光與 間隔物80碰撞，位于入射角和出射角基本是相同的零角的透鏡區(qū)域中心的間隔物80也能 用于減輕透射光的扭曲。因此，離開(kāi)透鏡表面的光的出射角是小角度值。間隔物80是例如固定的間隔物，并可是固定的間隔球或多邊柱形間隔物。將間隔 球混合在溶劑中并點(diǎn)在基板上的預(yù)定位置，以形成固定間隔球?？捎脟娔蛴C(jī)的打印頭 施與間隔物，然后通過(guò)加熱等方式揮發(fā)溶劑將散布的間隔球固定在基板上。如果在不是透 鏡最高部位的地方放置間隔物，那么在間隔物將光的透射方向扭曲后，傾斜入射的光到達(dá) 透鏡表面。這種情況下，光以過(guò)度折射的角度出射，或可射向與光原本的透射方向不同的方 向。更具體地，當(dāng)光通過(guò)球透鏡表面的入射角和折射角過(guò)度偏離正常范圍時(shí)，這稱(chēng)為透鏡誤 差。就與間隔物相關(guān)的透鏡誤差而言，可觀(guān)察到當(dāng)間隔物設(shè)置在相對(duì)透鏡表面具有大的切 向角的區(qū)域時(shí)，即朝向透鏡邊緣時(shí)，透鏡誤差變得顯著。因此，在根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)液晶透鏡中，建議將間隔物設(shè)置于透 鏡最高部位以對(duì)透射光扭曲的影響較小或沒(méi)有影響。這里，對(duì)于形成在透鏡區(qū)域內(nèi)的多個(gè)第一電極51，例如，給位于透鏡區(qū)域的中心0 處的一個(gè)第一電極51施加最小電壓，施加給透鏡區(qū)域中余下的第一電極51的電壓朝向透 鏡區(qū)域的邊緣E而逐漸增加。第一電極51可如圖所示由單一層形成，或可由插入其間的絕緣膜分隔成不同層。 對(duì)后一種情況，形成在不同層的電極可交替地設(shè)置。在每個(gè)透鏡區(qū)域內(nèi)通過(guò)連接在電壓源70和各個(gè)第一電極51的一端之間的金屬線(xiàn) (未示出)給多個(gè)第一電極51施加來(lái)自電壓源70的電壓VO，VI，V2，……Vmax。施加給 第二電極61的電壓為0V，或?yàn)楸仁┘咏o第一電極51的電壓值低的閾值電壓。如圖6所示，絕緣膜52保護(hù)第一電極。絕緣膜52也可省略。另外，取向膜分別形 成在絕緣膜52和第二電極61上，用于初始地對(duì)液晶層55取向。電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)液晶透鏡用于根據(jù)透鏡表面的外形自2D圖像信號(hào)發(fā)送3D圖像信號(hào)。雖 然電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)液晶透鏡放置在顯示2D圖像的顯示面板上，但是電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)液晶透鏡能夠根據(jù) 是否被施加有電壓來(lái)選擇地發(fā)送3D圖像信號(hào)或2D圖像信號(hào)。具體地，由于電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)液晶 透鏡被設(shè)計(jì)成在未給其施加電壓時(shí)直接發(fā)光，因而電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)液晶透鏡可具有切換的功能， 當(dāng)未給其施加電壓時(shí)顯示2D圖像，或當(dāng)給其施加電壓時(shí)顯示3D圖像。這里，第一電極51和第二電極61由透明金屬制成，防止在這些電極51和61分布 的位置損失透光率。在對(duì)應(yīng)每個(gè)透鏡區(qū)域?qū)崿F(xiàn)單個(gè)拋物透鏡的電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)液晶透鏡的構(gòu)造上，給透鏡區(qū) 域的中心施加近似對(duì)應(yīng)閾值電壓的第一電壓V0，并給位于透鏡區(qū)域的邊緣的第一電極51 施加最高的第η電壓Vmax。這種情況下，給位于透鏡區(qū)域的中心和邊緣之間的第一電極51 施加的電壓隨著遠(yuǎn)離透鏡區(qū)域的中心而在第一電壓VO到第η電壓Vmax的范圍內(nèi)逐漸增 加。一旦給多個(gè)第一電極51施加電壓，接地電壓或閾值電壓被施加給第二電極61，由此在 第一電極51和第二電極61之間產(chǎn)生垂直電場(chǎng)。透鏡區(qū)域內(nèi)的多個(gè)第一電極51在透鏡區(qū)域邊緣的基礎(chǔ)上是水平對(duì)稱(chēng)的。電壓源70在焊盤(pán)部位(對(duì)應(yīng)顯示面板的非顯示部位)給各個(gè)第一電極51提供電壓V0，V1，V2，…… Vmax0這里，給第一電極51施加的最低的一個(gè)電壓，也就是閾值電壓VO是峰值約為
1.4 2V的交流(AC)方波電壓。閾值電壓VO由r =、/^給出，其中Δ ε是液晶的介電
V ΑεεΟ
各向異性，Kl是液晶的彈性模量，ε 0是真空介電常數(shù)。另外，給第一電極51施加的最高電 壓Vmax，也就是給位于透鏡區(qū)域邊緣的第一電極51施加的電壓是峰值約為2. 5 IOV的 AC方波電壓。上述透鏡區(qū)域如圖5和6中所示水平地以節(jié)距P的間隔重復(fù)設(shè)置。多個(gè)第一電極51可采取沿第一基板50的交叉方向(進(jìn)入圖內(nèi)的方向)延伸的 條狀形式，每個(gè)第一電極51的寬度為1 10 μ m，與相鄰的第一電極51之間的距離為1 10 μ m。例如，節(jié)距可在90μπι至IOOOym的范圍內(nèi)變化。大約十到一百個(gè)或更多的第一電 極51可依據(jù)上述寬度和距離形成在每個(gè)透鏡區(qū)域的基礎(chǔ)上。密封圖案(未示出)形成在第一和第二基板50和60的外周邊區(qū)域(也就是包括 焊盤(pán)部位的非顯示區(qū)域)以維持第一基板50和第二基板60之間的間隙。第一基板50和 第二基板60之間的液晶層55必須具有足夠的厚度，該厚度等于預(yù)定余量加上拋物透鏡的 最大高度所得的值，以形成足夠的電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)液晶透鏡的相位。進(jìn)一步可提供間隔球或柱狀 間隔物以支撐第一基板50和第二基板60之間的盒間隙，以穩(wěn)定地維持液晶層55的厚度。 在這種情況下，將間隔物放置得使電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)液晶透鏡的相位不失真是有利的。圖7Α和7Β是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)液晶透鏡示意截面圖，圖示出對(duì) 應(yīng)柱形間隔物的部分區(qū)域。圖8是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)液晶透鏡的截面圖。如圖8所示，根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)液晶透鏡包括第一基板110、第二 基板120、多個(gè)第一電極111和112、第二電極121、柱形間隔物250和液晶層150。第一基 板110和第二基板120彼此相對(duì)設(shè)置，且每個(gè)基板限定多個(gè)透鏡區(qū)域以對(duì)應(yīng)另一基板的多 個(gè)透鏡區(qū)域，多個(gè)第一電極111和112在每個(gè)透鏡區(qū)域中在第一基板110上彼此間隔開(kāi)。第 二電極121形成在第二基板120的整個(gè)表面上。電壓源(未示出)給每個(gè)子區(qū)域基礎(chǔ)上的 第一電極111和112提供不同的電壓，以允許限定在每個(gè)透鏡區(qū)域中的多個(gè)子區(qū)域在不同 部位具有最大高度，電壓源還給第二電極121提供閾值電壓，柱形間隔物250形成在子區(qū)域 的邊界處，液晶層150填充在第一基板110和第二基板120之間。在第二實(shí)施例中，第一電極111和112可如圖所示由插入其間的絕緣膜115分隔 成兩層，或可以按照與上述第一實(shí)施例相同的方式形成為單一層。如果要求根據(jù)所需的電 壓條件精細(xì)地分隔第一電極，那么可采取圖示的雙層結(jié)構(gòu)或多層結(jié)構(gòu)。根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)液晶透鏡可基于菲涅爾透鏡實(shí)現(xiàn)，其中每個(gè)透 鏡區(qū)域分成多個(gè)子區(qū)域，且各個(gè)子區(qū)域在不同位置具有最大高度。菲涅爾透鏡的子區(qū)域具 有不同的節(jié)距和形狀，從而如圖7Α和7Β所示，子區(qū)域的交界面可界定間斷區(qū)。間斷區(qū)是透 鏡高度可變且因而不能顯示立體圖像的透鏡誤差區(qū)。在根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的電場(chǎng)驅(qū)動(dòng) 液晶透鏡中，如圖7Α和7Β中所示，柱形間隔物250位于子區(qū)域的間斷區(qū)，也就是引起串?dāng)_ 的間斷透鏡區(qū)。各個(gè)子區(qū)域可如圖所示具有同樣的透鏡高度，或可具有不同的透鏡高度。當(dāng)柱形間隔物250設(shè)置在子區(qū)域的不表現(xiàn)正常透鏡表面效果的間斷區(qū)時(shí)，防止光
9透射經(jīng)過(guò)子區(qū)域的間斷區(qū)成為可能。另外，在可產(chǎn)生透鏡誤差的區(qū)域預(yù)先設(shè)置柱形間隔物 250具有限制透鏡誤差的效果。優(yōu)選地，柱形間隔物250具有等于或小于子區(qū)域的間斷區(qū)的寬度的直徑。如圖7A和7B所示，根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)液晶透鏡具有約為370 μ m 的節(jié)距，設(shè)置有柱形間隔物250的間斷區(qū)從左邊緣到右邊緣的范圍大約為44 65 μ m。第 二實(shí)施例中，將柱形間隔物250設(shè)置于對(duì)應(yīng)可能具有嚴(yán)重的透鏡誤差的區(qū)域。圖8中，保護(hù)膜116保護(hù)第一電極112，可省略該保護(hù)膜。另外，取向膜可分別形成 在保護(hù)膜116和第二電極121上，用于初始地對(duì)液晶層150取向。可進(jìn)一步在電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)液晶透鏡下方提供光源和發(fā)送2D圖像信號(hào)的顯示面板，以 實(shí)現(xiàn)包括電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)液晶透鏡的立體顯示裝置。另外，如果顯示面板是發(fā)光裝置，則光源可省 略。圖9是圖示根據(jù)本發(fā)明的包括電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)液晶透鏡的顯示裝置的截面圖。如圖9所示，本發(fā)明的立體顯示裝置包括電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)液晶透鏡1000、顯示面板350和 光源700。電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)液晶透鏡1000在接收到電壓時(shí)被驅(qū)動(dòng)從而起到透鏡的作用。在電場(chǎng)驅(qū) 動(dòng)液晶透鏡1000下方設(shè)置的顯示面板350發(fā)送2D圖像信息。在顯示面板350下方設(shè)置的 光源700發(fā)光至顯示面板350。如果顯示面板350是自發(fā)光裝置，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，它們交替而重復(fù)地排列以分別顯 示第一和第二圖像IMl和IM2?？蓮陌ㄒ壕э@示器(IXD)、有機(jī)發(fā)光顯示器(OLED)、等離 子顯示面板(PDP)、場(chǎng)發(fā)射顯示器(FED)等的多種平板顯示器中選擇顯示面板350。顯示面 板350放置在電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)液晶透鏡1000下方，用于給電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)液晶透鏡1000發(fā)送2D圖像信 號(hào)。電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)液晶透鏡1000根據(jù)透鏡表面的外形自2D圖像信號(hào)發(fā)送3D圖像信號(hào)，并 放置在形成2D圖像的顯示面板350上。電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)液晶透鏡1000根據(jù)是否被施加電壓可選 擇地發(fā)送3D圖像信號(hào)或2D圖像信號(hào)。具體地，電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)液晶透鏡1000具有切換的功能， 當(dāng)未給其施加電壓時(shí)顯示2D圖像，或當(dāng)給其施加電壓時(shí)顯示3D圖像。雖然圖9示出的截面圖中第二實(shí)施例的上述柱形間隔物250未包括在區(qū)域內(nèi)，并 因而省略了柱形間隔物250的說(shuō)明，但是柱形間隔物可形成在上述透鏡的最高部位，或可 形成為對(duì)應(yīng)菲涅爾透鏡的間斷區(qū)。另外，雖然圖9示出了第二實(shí)施例可能的變更，其中第一電極111以單一層形成， 第二電極121形成在第二基板120的整個(gè)表面上，并進(jìn)一步提供第一和第二取向膜113和 122，但是為了簡(jiǎn)潔將省略它們的說(shuō)明。如圖9中所示，兩個(gè)像素(Pl，P2)對(duì)應(yīng)一個(gè)透鏡區(qū) 域。然而，三個(gè)或更多像素可對(duì)應(yīng)一個(gè)透鏡區(qū)域。另外，透鏡區(qū)域L可相對(duì)于像素按預(yù)定的 角度傾斜，并可相對(duì)于像素分段設(shè)置(更具體地，第η個(gè)像素水平線(xiàn)的透鏡區(qū)域從第η+1個(gè) 像素水平線(xiàn)移動(dòng)預(yù)定的距離)。在本發(fā)明的上述電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)液晶透鏡中，維持透鏡的兩個(gè)基板之間的間隙的柱形間 隔物設(shè)置在不考慮透鏡誤差的位置或透鏡誤差可能性高的異常區(qū)域。確定柱形間隔物的該 特定位置可使得因?yàn)橹伍g隔物產(chǎn)生的串?dāng)_最小化至4%或更小。從以上描述可看出，根據(jù)本發(fā)明的電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)液晶透鏡和使用該透鏡的立體顯示裝 置具有如下優(yōu)點(diǎn)。
第一，防止間隔物引起的光透射方向的扭曲。在提供有用于支撐兩個(gè)基板的間隔 物的電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)液晶透鏡中，間隔物采用位于所需位置處的固定間隔物的形式。每個(gè)固定間 隔物設(shè)置為對(duì)應(yīng)具有最小入射角的透鏡最高部位，或設(shè)置為對(duì)應(yīng)間斷的透鏡表面。第二，可以防止間隔物在立體顯示期間引起的串?dāng)_。例如，當(dāng)柱形間隔物占據(jù)電場(chǎng) 驅(qū)動(dòng)液晶透鏡總區(qū)域的0. 5%時(shí)，在立體顯示期間透射光扭曲引起的總串?dāng)_是4. 5%。在本 發(fā)明的電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)液晶透鏡中，固定間隔物設(shè)置為與對(duì)光透射方向影響較小的透鏡最高部位 對(duì)應(yīng)，由此防止光透射方向的扭曲。另外，固定間隔物設(shè)置為對(duì)應(yīng)無(wú)顯示功能的間斷的透鏡 表面，因此防止因光透射的扭曲帶來(lái)的任何影響。對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見(jiàn)的是，各種修改和變化可以在本發(fā)明的電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)液晶 透鏡和使用該透鏡的立體顯示裝置中實(shí)現(xiàn)而不偏離本發(fā)明的精神和范圍。因此，本發(fā)明意 指覆蓋該發(fā)明的這些修改和變化，只要他們?cè)谒降臋?quán)利要求及其等同物的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)液晶透鏡單元，包括 彼此相對(duì)設(shè)置的第一基板和第二基板；多個(gè)第一分離電極，形成在第一基板上，所述多個(gè)第一分離電極中的每一個(gè)對(duì)應(yīng)多個(gè) 透鏡區(qū)域中的一個(gè)；第二電極，形成在第二基板的整個(gè)第一表面上； 電壓源，給多個(gè)第一分離電極和第二電極施加不同的電壓；間隔物，形成在第一基板和第二基板之間，所述間隔物的位置對(duì)應(yīng)當(dāng)給多個(gè)第一分離 電極中的至少一個(gè)和第二電極施加電壓時(shí)的透鏡的最高點(diǎn)；以及 液晶層，設(shè)置在第一基板和第二基板之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)液晶透鏡單元，進(jìn)一步包括形成在多個(gè)第一分離 電極上的多個(gè)第二分離電極，所述多個(gè)第二分離電極中的每一個(gè)對(duì)應(yīng)多個(gè)透鏡區(qū)域中的一 個(gè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)液晶透鏡單元，其中所述間隔物的位置對(duì)應(yīng)當(dāng)給多 個(gè)第一、第二分離電極中的至少一個(gè)和第二電極施加電壓時(shí)的透鏡的最高點(diǎn)。
4 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)液晶透鏡單元，進(jìn)一步包括在多個(gè)第一分離電極上 的絕緣膜。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)液晶透鏡單元，進(jìn)一步包括在多個(gè)第二分離電極上 的絕緣膜。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)液晶透鏡單元，其中所述間隔物是固定間隔物或柱 形間隔物。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)液晶透鏡單元，其中所述電壓源施加從透鏡的中心 到透鏡的邊緣逐漸增加的電壓。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)液晶透鏡單元，其中所述電壓源基于子區(qū)域給多個(gè) 第一分離電極施加不同組的電壓，以使得每個(gè)透鏡區(qū)域中限定的多個(gè)子區(qū)域具有不同的最大高度。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)液晶透鏡單元，其中所述第二電極被施加閾值電壓 以實(shí)現(xiàn)拋物透鏡。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)液晶透鏡單元，其中多個(gè)透鏡彼此平行地形成。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)液晶透鏡單元，其中多個(gè)間隔物彼此平行地形成。
12.—種立體圖像顯示裝置，包括 顯示面板，發(fā)送二維OD)圖像信號(hào)；以及電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)液晶透鏡，將2D圖像信號(hào)轉(zhuǎn)換為三維(3D)圖像信號(hào)，所述電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)液晶透鏡 包括彼此相對(duì)設(shè)置的第一基板和第二基板；多個(gè)第一分離電極，形成在第一基板上，所述多個(gè)第一分離電極中的每一個(gè)對(duì)應(yīng)多個(gè) 透鏡區(qū)域中的一個(gè)；第二電極，形成在第二基板的整個(gè)第一表面上； 電壓源，給多個(gè)第一分離電極和第二電極施加不同的電壓；間隔物，形成在第一基板和第二基板之間，所述間隔物的位置對(duì)應(yīng)當(dāng)給多個(gè)第一分離電極中的至少一個(gè)和第二電極施加電壓時(shí)的透鏡的最高點(diǎn)；以及液晶層，設(shè)置在第一基板和第二基板之間。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的立體圖像顯示裝置，進(jìn)一步包括電壓調(diào)整源，所述電壓調(diào) 整源通過(guò)不給多個(gè)第一分離電極和第二電極中的至少一個(gè)施加電壓來(lái)發(fā)送顯示面板的圖 像，以及通過(guò)在子區(qū)域的基礎(chǔ)上給多個(gè)第一分離電極施加不同組的電壓以允許每個(gè)透鏡區(qū) 域中限定的多個(gè)子區(qū)域具有不同的最高部位，并給第二電極施加閾值電壓，來(lái)在每個(gè)透鏡 區(qū)域的基礎(chǔ)上形成菲涅爾透鏡。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的立體圖像顯示裝置，其中所述間隔物的直徑等于或小于子 區(qū)域的透鏡間斷區(qū)的寬度。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的立體圖像顯示裝置，其中所述電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)液晶透鏡單元進(jìn)一 步包括形成在多個(gè)第一分離電極上的多個(gè)第二分離電極，所述多個(gè)第二分離電極中的每一 個(gè)對(duì)應(yīng)多個(gè)透鏡區(qū)域中的一個(gè)。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的立體圖像顯示裝置，其中所述間隔物的位置對(duì)應(yīng)當(dāng)給多個(gè) 第一、第二分離電極中的至少一個(gè)和第二電極施加電壓時(shí)的透鏡的最高點(diǎn)。
17.根據(jù)權(quán)利要求12所述的立體圖像顯示裝置，其中所述間隔物是固定間隔物或柱形 間隔物。
18.根據(jù)權(quán)利要求12所述的立體圖像顯示裝置，其中所述電壓源施加從透鏡的中心到 透鏡的邊緣逐漸增加的電壓。
19.根據(jù)權(quán)利要求12所述的立體圖像顯示裝置，其中所述第二電極被施加閾值電壓以 實(shí)現(xiàn)拋物透鏡。
20.根據(jù)權(quán)利要求12所述的立體圖像顯示裝置，其中多個(gè)透鏡或間隔物彼此平行地形成。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)液晶透鏡單元和使用該透鏡單元的立體圖像顯示裝置。所述電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)液晶透鏡單元包括彼此相對(duì)設(shè)置的第一基板和第二基板；形成在第一基板上的多個(gè)第一分離電極，多個(gè)第一分離電極中的每一個(gè)對(duì)應(yīng)于多個(gè)透鏡區(qū)域中的一個(gè)；形成在第二基板的整個(gè)第一表面上的第二電極；給多個(gè)第一分離電極和第二電極施加不同電壓的電壓源；形成在第一基板和第二基板之間的間隔物，間隔物的位置對(duì)應(yīng)于當(dāng)給多個(gè)第一分離電極中的至少一個(gè)和第二電極施加電壓時(shí)的透鏡的最高點(diǎn)；以及設(shè)置在第一基板和第二基板之間的液晶層。
文檔編號(hào)G02B27/26GK102109729SQ201010510108
公開(kāi)日2011年6月29日 申請(qǐng)日期2010年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月24日
發(fā)明者李秉州, 金成佑 申請(qǐng)人:樂(lè)金顯示有限公司