專利名稱：電驅動液晶透鏡及使用該透鏡的立體顯示器件的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種電驅動液晶透鏡，更具體地，涉及一種將摩擦方向限定在相對于 電極縱向為30 90度范圍內以獲得改進的透鏡輪廓和透鏡對稱性的電驅動液晶透鏡以及 使用該透鏡的立體顯示器件。
背景技術：
目前，基于高速信息通信網絡構造的用于快速傳播信息的服務已經從簡單的“聽 說”服務諸如載波電話發展成基于用于高速處理字符、語音和圖像的數字終端的“視聽”多 媒體型服務，并且期望最終將其開發成多維空間3維立體信息通信服務，其能夠實現不受 時間和空間限制的虛擬現實和立體觀看。一般而言，基于通過觀看者眼睛得到的立體視覺的原理實現表現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，左眼和右眼會感知稍微不同的圖像。由于兩眼之間的位置差異導致的這種圖像差 異被稱作雙眼像差。基于雙眼像差設計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。如果兩個不同圖像通過視網膜被 傳送到大腦，則大腦精確組合圖像，再現深度感知和真實的原始3維(3D)圖像。這種能力 通常被稱作立體攝影(立體視法)，且應用了立體視法的顯示器件被稱作立體顯示器件。同時，可基于實現3維圖像的透鏡的構成元件對立體顯示器件進行分類。在一個 實例中，使用液晶層的透鏡被稱作電驅動液晶透鏡。通常，液晶顯示器件包括兩個相對的電極，和插入到兩個電極之間的液晶層。通過 將電壓施加到兩個電極時產生的電場驅動液晶層的液晶分子。液晶分子具有極化和光學各 向異性特性。在此，極化是指分子排列方向根據電場的變化，該變化是隨著當液晶分子處在 電場影響下時液晶分子中的電子聚集到液晶分子的相對側引起的。而且，光學各向異性是 指根據入射光的入射方向或極化發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，由于施加到兩個電極上的電壓導致液晶層具有透射率差異，且液晶層能通 過基于每個像素改變透射率差異來顯示圖像。近來，已經提出了一種基于上述液晶分子特性的電驅動液晶透鏡，其中液晶層用 作透鏡。具體地，透鏡被設計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路徑徑。在電驅動液晶透鏡中，如果將不同電壓施加到位于液 晶層不同位置的電極上，以便產生驅動液晶層所需的電場，則被引入到液晶層的入射光基于每一位置經歷不同的相位變化，結果，液晶層能以與實際透鏡相同的方式控制入射光學 路徑徑光學路徑光學路徑。以下，將參照附圖描述現有技術的電驅動液晶透鏡。圖1是示出現有技術的電驅動液晶透鏡的截面圖，圖2是示出在將電壓施加到電 驅動液晶透鏡之后圖1的電驅動液晶透鏡的電勢分布的示意圖。如圖1中所示，現有技術的電驅動液晶透鏡包括相互面對的第一和第二基板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設置在第一基板10上并相互間隔第一距離。在兩個相鄰的第一電極 11中，自一個第一電極11的中心到另一個第一電極11的中心的距離被稱作“節距”。對于 各第一電極重復相同節距可形成圖形。第二電極21形成在與第一基板10相對的第二基板20的整個表面上。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。由于基于電場的強度和分布而反應的特性，液晶層30的液晶分子 具有拋物線狀電勢表面，且由此具有與圖2中所示電驅動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接地的條件下實現上述電驅動液 晶透鏡。通過這種電壓條件，垂直電場在第一電極11的中心最強，垂直電場的強度隨著遠 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各向異性，則液 晶分子基于電場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離第 一電極11而逐漸接近水平地傾斜。結果，在光傳輸方面，在第一電極11的中心縮短了光學 路徑，并且隨著距第一電極11距離的增加而延長了光學路徑，如圖2中所示。通過使用相 位平面來表現光學路徑的長度變化，電驅動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引發由液晶分子所產生的電場的運行，使得光折射率在空間上 采取拋物線函數的形式。第一電極11對應于透鏡邊緣區域。這種情況下，與第二電極21相比，第一電極11被施加相對較高的電壓。因此，如 圖2中所示，在第一電極11和第二電極21之間產生電勢差。特別是，在第一電極11附近 產生急劇升降的橫向電場。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 率不能展現拋物線空間分布，或者液晶移動對電壓變化過于敏感。在不具有拋物線狀表面的透鏡的情況下，可通過將電極設置在其間插入有液晶的 兩個基板上并將電壓施加到電極來實現上述現有技術的電驅動液晶透鏡。 上述電驅動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域上，在對應于電極的透 鏡邊緣區域和遠離透鏡邊緣區域的透鏡中心區域之間產生急劇升降的橫向電場而非平緩 電場，導致電驅動液晶透鏡稍微失真的相位。特別是，在通過液晶場驅動的電驅動液晶透鏡 中，由于透鏡區域的節距越大，被施加高電壓的電極的數目越小，因此在高電壓電極和與這 些電極相對的基板之間產生不充分的電場。因此，難以形成與實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動液晶透鏡。第二，當應用于大面積顯示器件時，遠離被施加了高電壓的電極所處的透鏡邊緣 區域的透鏡中心區域，基本上不受電場影響，難以通過電場對液晶進行取向控制。如果根據實際情況，很難或不可能在透鏡中心區域進行取向控制，則最終的電驅動液晶透鏡具有不 連續的透鏡輪廓，并且不能起到透鏡的作用。第三，在現有技術的電驅動液晶透鏡中，為了解決上述問題，試圖采取在一個基板 的透鏡區域設置多個細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 相鄰的電極之間產生水平電場，而水平電場可能破壞由垂直電場驅動以形成液晶透鏡的液 晶層的液晶分子的取向。由于這種破壞產生透鏡誤差并且導致液晶透鏡的不對稱，已經提 議致力解決這一問題。

發明內容
因此，本發明旨在提供一種電驅動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有技術的限制和缺陷導致的一個或多個問題。本發明的一個目標是提供一種電驅動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于電極的縱向為30 90度的范圍內，以獲得改進的透鏡輪廓 和透鏡對稱性。在下面的描述中將部分地列出本發明的其它的優點、目的和特點，這些優點、目的 和特點的一部分對于所屬領域普通技術人員來說通過研究下文將是顯而易見的，或者可從 本發明的實踐中領會到。通過書面說明書、權利要求書以及附圖中具體指出的結構可實現 和獲得本發明的這些目的和其他優點。為了實現這些目的和其他優點，根據本發明的用途，如這里具體化和廣義描述的， 一種電驅動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布置 并且分別包括多個透鏡區域；多個第一電極，其形成在該第一基板上并且在每個透鏡區域 中，并且在確定的方向上彼此分開，其中從每個透鏡區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表面上，其中該第一取向膜在相對于所述第一電 極的縱向呈30 90度角的條件下經受摩擦，并被取向為具有預傾角；以及液晶層，其填充 在所述第一基板和第二基板之間。第一取向膜的預傾角可以在4 45度的范圍內。第一取向膜的預傾角可以在0 0. 5度的范圍內。形成液晶層的液晶可以具有正介電各向異性。上述電驅動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。根據本發明的另一方面，一種立體的顯示器件包括上述的電驅動液晶透鏡和發射 2維QD)圖像信號的顯示面板。在極化光從顯示面板傳輸到電驅動液晶透鏡時，極化光的傳輸軸可以與包含在電 驅動液晶透鏡中的第一取向膜的摩擦方向一致。應當理解，本發明前面的概括性描述和下面的詳細描述都是示例性的和解釋性 的，意在對要求保護的本發明提供進一步的解釋。


附圖包含在本申請中構成本申請的一部分，用于給本發明提供進一步理解。附圖 圖解了本發明的實施方式并與說明書一起用于解釋本發明的原理。在附圖中圖1是示出現有技術的電驅動液晶透鏡的截面圖；圖2是示出將電壓施加到圖1的電驅動液晶透鏡之后的電勢分布圖；圖3A和;3B分別是示出假定在平行于電極的方向上進行摩擦，當沒有電壓施加到 電極時以及當將電壓施加到電極時的液晶取向圖。圖4是示出在垂直于電極的方向上進行摩擦期間預傾角是1度的條件下的等勢面 和液晶取向圖；圖5是示出在垂直于電極的方向上進行摩擦期間預傾角是4度的條件下的等勢面 和液晶取向圖；圖6是示出基于摩擦和預傾角的透鏡形狀圖；圖7是示出根據本發明的電驅動液晶透鏡的截面圖；圖8A和8B分別是示出當沒有電壓施加到圖7的相鄰電極時以及當將電壓施加到 電極時的液晶取向圖；圖9是示出基于預傾角變化的透鏡形狀圖；以及圖10是示出根據本發明的立體顯示器件的截面圖。
具體實施例方式現在將詳細參照本發明的優選實施方式進行描述，附圖中示出了這些實施方式的 一些例子。盡可能地在整個附圖中使用相同的參考標記表示相同或相似的部件。本發明提出一種電驅動液晶透鏡的構造，其中每個透鏡區域設置有多個細微分裂 電極并且將不同的電壓施加到各電極，因為在每個透鏡區域中具有單一電極的電驅動液晶 透鏡難以控制細微的透鏡輪廓。在提出的構造中，下基板設置有第一細微分裂電極，上基板在其整個表面上設置 有第二電極，通過第一電極和第二電極之間產生的垂直電場來驅動電驅動液晶透鏡。另外，本發明提出以平行于電極縱向的方向來摩擦設置有第一細微分裂電極的下基板。下文將描述在上述的構造中出現的液晶的取向特性。圖3A和;3B分別是示出假定在平行于電極縱向的方向上進行摩擦，當沒有電壓施 加到電極時以及當將電壓施加到電極時的液晶取向圖。在細微分裂電極構造中，如果以平行于圖3A所示的第一細微分裂電極IOla和 IOlb的縱向的方向進行摩擦，在未施加電壓的初始始狀態中液晶分子110以平行于第一細 微分裂電極IOla和IOlb的摩擦方向取向。然后，當將電壓施加到電驅動液晶透鏡第一細微分裂電極和第二電極時，在第一 電極和第二電極之間產生垂直電場，因此，通過在不同的相位表面取向的液晶的折射率差 異來產生驅動液晶的電場。同時，當將電壓施加到圖3B所示的第一細微分裂電極IOla和IOlb時，由于在第 一細微分裂電極IOla和IOlb之間的電壓差，通過第一細微分裂電極IOla和IOlb產生水平電場。當除了驅動透鏡的垂直電場之外，下基板會受到水平電場的強烈影響時，會引起液 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微分裂電極IOla 和IOlb施加5V和IV的電壓，在兩個相鄰的電極之間產生水平電場。因此，在沒有電壓施加 到電極的狀態下以電極的縱向排列的液晶分子110可能隨水平電場的方向變形，并且從而 可能以電極IOla和IOlb的交叉方向取向。這個現象在靠近設置有第一細微分裂電極IOla 和IOlb的下基板的液晶分子110中出現的更明顯。這個問題是緣于當施加電壓時產生的水平電場對液晶分子110具有比液晶分子 110的初始預傾角呈現的力更大的影響，因此導致液晶分子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下的液晶取向與施加電壓時的液晶取向 相同來減少下基板上的第一細微分裂電極之間的水平電場的影響。為此，進行了一些試驗以觀 察在以垂直于電極縱向的方向進行摩擦由此改變液晶分子的預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行摩擦時預傾角是1度的條件下的等勢 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行摩擦時預傾角是4度的條件 下的等勢面和液晶取向圖。當在垂直于電極縱向的方向上進行摩擦時，液晶基于其預傾角呈現不同的取向特 性。尤其是，如圖4所示，如果預傾角為比如1度的較小值，電場的影響比預傾角的影響大， 因此，液晶分子大致以被施加了高電壓的電極為中心，在其兩側具有對稱取向。然而，在液 晶分子以不同于預傾角方向的方向取向的區域中(圖的左側區域)，在被施加了最高電壓 的電極的中心與相鄰的電極之間產生強大的水平電場，引起液晶水平傾斜。具體來說，當電壓以預傾角方向施加到電極時，液晶通常以與電勢表面平行的的 方向取向，但是也可能以垂直于在預傾角相反方向上的電勢表面的方向取向。尤其是，在電 極的中心處的液晶保持為由水平電場驅動，因此，破壞了電驅動液晶透鏡的對稱性。另一方面，如圖5所示，如果預傾角具有比如大約4度的較大值，預傾角的影響比 電場的影響大。因此，當施加電壓時，液晶以基本上垂直于電勢表面的方向取向，并且基于 液晶的初始預傾角保持液晶的取向。結果，液晶分子以大致與預傾角相同的方向取向，而不 是基于電極的中心對稱取向。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傾角的方向，因此， 液晶分子以與電勢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稱地取向。然而，一旦驅動電驅動液晶透鏡，液晶層不具有實際透鏡形狀，但由于液晶分子的 折射率的差異，當每個透鏡區域限定拋物線形的光學路徑差異時液晶層就實現了透鏡功 能。這里，可以說基于液晶分子的傾斜度來確定光學路徑差異。與圖4相比，可以理解到，當預傾角增加到如圖5所示的大約4度時，可以消除液 晶分子在電極中心的周圍完全水平傾斜的現象。如果預傾角增加到如圖5所示的大約4度，雖然電驅動液晶透鏡可以有不對稱的 取向特性，但是通過預傾角增加垂直電場的影響，從而液晶經歷對稱折射率差異，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稱的折射率差異，電驅動液晶透鏡在以垂直于電極縱向的方向進行摩擦并且預傾角在4 45范圍內取值的 條件下呈現對稱的液晶取向。當預傾角是如圖5所示的4度時，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，因此允許電驅動液晶透鏡進行關于電極的對稱操作。從上述試驗可以理解到，如果以垂直于電極縱向的方向進行摩擦并且初始預傾角 被設定為大約4度或更大的較大值以增加預傾角的影響使其大于電場的影響，則可以防止 液晶由電驅動液晶透鏡的下基板的水平電場導致的變形。圖6是示出基于摩擦和預傾角的透鏡形狀圖。圖6示出電驅動液晶透鏡基于第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度并且預傾角是4度的透鏡，第3種 情況采用摩擦角是零度并且預傾角是1度的透鏡，第4種情況采用摩擦角是零度并且預傾 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)并且預傾角是1度， 可以理解到，電驅動液晶透鏡的對稱性被破壞并且電驅動液晶透鏡不能被正常驅動。如上 所述，這是因為當施加電場時液晶分子發生了水平變形。在第4種情況，盡管電驅動液晶透鏡的對稱性與第3種情況相比在鄰近電極中心 的區域未被完全破壞，左右側也可能具有不同的形狀。也就是說，可以理解到，當在平行于 電極縱向的方向進行摩擦時，即使預傾角具有較大值，電驅動液晶透鏡也不具有理想的透 鏡形狀。與此相對照，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行 摩擦，并且預傾角是4度，可以理解到，電驅動液晶透鏡可以以與理想透鏡基本上相同的方 式作為水平對稱透鏡進行操作。通過這種情況，當摩擦角是90度并且預傾角在4 45度 范圍內時，可以理解到電驅動液晶透鏡作為理想透鏡進行操作。圖7是示出本發明的電驅動液晶透鏡的截面圖。如圖7所示，本發明的電驅動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彼此相對布置并且分別具有多個透鏡區域L，并且第一基板的多個 透鏡區域L對應于第二基板的多個透鏡區域；多個第一電極401a和401b，其形成在第一基 板400上并且在每個透鏡區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。單個電驅動液晶透鏡包含具有光學路徑差異的多個周期性重復的透鏡區域L。第一電極401a和401b可以如圖所示彼此等間距隔開，或者也可以根據需要，具有 從透鏡區域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設置在第一基板400上，第一電極40Ib設置在絕緣膜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的整個表面。關于每個透鏡區域L，將大約等于閾值電壓的第一電壓Vmin施加到位于透鏡區域 L的中心0的第一電極，而將最高的第η個(nth)電壓Vmax施加到位于透鏡區域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的電壓在從透鏡區域L的閾值電壓Vmin到第η個電壓Vmax的范圍內，并且 隨著距透鏡區域L的中心0的距離的增加而逐漸增加。當將上述電壓施加到多個第一電極 401a和401b時，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之間產生垂直電場。在施加上述電壓時，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，從而不會在第一電極401a和401b之間產生過強的水平電場。多個第一電極401a和401b關于透鏡區域L的邊緣E水平對稱地形成。通過在 焊盤部分(對應于顯示面板350的非顯示部分)的金屬線(未示出)，各第一電極401a和
401b連接到相應電壓信號Vmin、VI、V2......Vmax的電壓源，使相應電壓施加到第一電極
401a 和 401b。這里，施加到對應于透鏡區域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是液晶的介電常數各向異性，Kl是液晶的彈性模數，％是自由空間介電 常數。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。如果假設透鏡區域L的寬度是節距P，在透鏡區域L的中心0和邊緣E之間的距離 等于P/2。這表明電壓的對稱值被施加到從透鏡區域L的邊緣E到中心0的對稱第一電極 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，為了使電驅動液晶透鏡用作在未施加 電壓的初始狀態時的透明層，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，術語“反平行”表示具有相反行進方向的平行方向)。因此，電驅動液晶透鏡可 以將從位于其下的顯示面板傳輸的圖像直接傳送給觀看者。多個第一電極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。例如，節 距為在90 μ m到1，000 μ m的范圍內變化的變量，并且，根據第一電極401a和401b的上述 寬度和距離，基于每一透鏡區域可形成大約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的外圍區域 (即包括焊盤部分的非顯示區域)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動液晶透鏡。為了穩定地保持液晶層600的厚度，還可以設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動液晶透鏡的相位的優點。當具有相同寬度的第一電極401a和401b設置在第一基板400上，并且從透鏡區 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，第一電極401a 和401b與第二電極501之間產生平緩的垂直電場，相鄰的第一電極401a和401b之間產生 輕微的水平電場。從而，可以觀察到平緩的橫向電場，其中電場的強度在透鏡區域L的邊緣 E較高，在透鏡區域L的中心0較低。在表現基于電場的每一位置取向的液晶的光學路徑的長度時，透鏡區域L的邊緣 E具有最短的光學路徑，并且透鏡區域L的中心0具有最長的光學路徑。因此，可以理解到， 電驅動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 生的電場的運行，使光的折射率在空間上采取拋物線函數的形式。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， 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分別是示出當沒有電壓施加到圖7的相鄰的電極時以及當將電壓施加 到電極時的液晶取向圖。如圖8A所示，當不施加電壓時，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，當施加電壓時，例如，當施加到相鄰的第一電極401a和401b的電壓 分別是5V和IV時，即使相鄰的電極401a和401b之間產生水平電場，因為水平的電場具有 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 場帶來的任何影響。另外，第一和第二基板400和500之間產生的垂直電場可以正常驅動 液晶層600。如上所述，在本發明的電驅動液晶透鏡中，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 小已經被形成為具有防止由水平電場帶來的影響所需的足夠厚度的液晶層的厚度。另外，在本發明中，給定預傾角是4度或更大，使預傾角的影響大于電壓驅動的影 響(尤其是，水平電場的影響)。這能夠防止當施加電壓時產生的水平變形，也可以防止電 驅動液晶透鏡的不對稱。根據需要，如果預傾角由紫外線(UV)的照射(取向)確定，即使當預傾角在0 0. 5度的范圍內時也可以應用具有對稱特性的電驅動液晶透鏡。在上述摩擦角是90度并且 預傾角是1度的情況下，液晶分子相對于基板表面有點傾斜，因此基于是否施加電壓具有 很強的移動趨勢。然而，如果預傾角具有在0 0.5度范圍內的較小值，根據是否施加電場 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，因為摩擦方向與第一電 極的縱向垂直，當從無電壓狀態到電壓施加狀態轉變時，平行于第一電極水平取向的液晶分子由于垂直電場變得直立，因而能夠驅動電驅動液晶透鏡。圖9是示出基于預傾角變化的透鏡形狀圖。由圖9的模擬結果可以理解到，當摩擦方向與電極的縱向垂直時，如果預傾角增 加到4度或更大時，水平電場的影響減少，因此，最終的透鏡形狀更接近理想透鏡形狀。在上述模擬中，電驅動液晶透鏡在摩擦方向垂直于第一電極的縱向并且預傾角在 3 5度的范圍內以0. 5度逐步增加的條件下實現。在這種情況下，可以理解到，當預傾角是3或者3. 5度時，電驅動液晶透鏡由于電 極的左、右側的透鏡高度彼此稍微不同而具有不對稱的特性，但是在預傾角是4度時，電驅 動液晶透鏡具有對稱的特性。僅當摩擦方向與電極的縱向垂直時，上述的特性是不適用的；當摩擦方向相對于 電極的縱向在30 90度范圍內時，可以獲得相似的改進效果。下文將描述包括上述電驅動液晶透鏡的立體顯示器件。圖10是示出本發明的立體顯示器件的截面圖。在圖10中，透鏡區域L在水平方向重復，并且第一電極401a和401b具有在進入 到圖中的方向延伸的細長條形。如圖10所示，本發明的立體顯示器件包括電驅動液晶透鏡2000，當接收到電壓 被驅動以起到透鏡作用；顯示面板350，位于電驅動液晶透鏡2000的下面并且用于發射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發射光。根據實際情況，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交替并且重復地排列以分別顯示并且分別重復設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)，有機發光顯示器(OLED)，等離子體顯示面板 (PDP)，場發射顯示器(FED)等等的各種平板顯示器。顯示面板350位于電驅動液晶透鏡 2000的下面，并且用于將2D圖像信號傳送到電驅動液晶透鏡2000。本發明的電驅動液晶透鏡2000用于根據透鏡表面的輪廓發射源自2D圖像信號的 3D圖像信號，并且位于形成2D圖像的顯示面板350上。根據是否對其施加電壓，電驅動液 晶透鏡2000可以選擇性地發射3D圖像信號或者2D圖像信號。具體而言，電驅動液晶透鏡 1000具有在沒有施加電壓時切換為顯示2D圖像或者在施加電壓時切換為顯示3D圖像的切 換功能。同時，當向電驅動液晶透鏡2000中設置的多個第一電極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，電驅動液晶透鏡2000 起到類似于光學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Vl和V2。如果設定第一觀看區Vl和第二觀看區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，當沒有電壓施加到第一電極401a和401b和第二電極501時，電驅動液 晶透鏡2000簡單地用作透明層，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，與觀看區無關，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，電驅動液晶透鏡2000的一個透鏡區域L具有與位于電驅動液晶透鏡2000 下面的顯示面板350的兩個像素Pl和P2總寬度相對應的寬度。根據需要，多個像素可以與 透鏡區域L相對應。另外，透鏡區域L可以相對于像素傾斜預定角度，并且根據需要，可以 相對于像素逐步布置透鏡區域L(更具體地，將第η個像素水平線的透鏡區域偏移第(η+1) 個像素水平線的透鏡區域預定距離。透鏡區域L限定為具有與節距P相應的寬度，并且具有相同節距的多個透鏡區域 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。這里“節距P”表示單 個透鏡區域L的水平寬度。應注意的是，透鏡區域L不具有物理凸透鏡形狀，但是具有當通 過電場對液晶取向時獲得的透鏡效果。在圖10中，上述的透鏡區域L以節距P大小的間隔
水平重復。同時，在上述的電驅動液晶透鏡中，形成液晶層的液晶分子具有正介電各向異性， 使得通過電場將液晶分子取向為垂直于電勢表面。如果液晶分子具有負介電各向異性，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，優選地，在極化光從顯示面板350傳輸到電驅動液晶透 鏡2000時，極化光的傳輸軸與包含在該電驅動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，根據本發明的電驅動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，設置多個細微分裂電極并且對各電極施加不同的電壓。 由于這種構造，電驅動液晶透鏡可以獲得改進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，即使由于當高電壓施加到每個細微分裂電極中心時產生的電壓差導致相鄰 電極之間產生水平電場，通過在相對于細微分裂電極的縱向為30 90度范圍內的方向進 行摩擦，可以防止液晶分子由水平電場引起水平變形。第三，因為取向膜具有0 0.5度范圍或者具有4度或更大的預傾角，可以通過消 除預傾角的影響或通過當從無電壓狀態到電壓施加狀態轉換時增加電場的影響使其大于 預傾角的影響，來確保電驅動液晶透鏡的液晶層的折射率的對稱性。在一種情況下，當通過 控制液晶分子的預傾角以大約或者恰好垂直于細微分裂電極的縱向的方向進行摩擦時，可 以控制液晶分子在水平方向的行為。在不脫離本發明的精神或范圍的情況下，對本發明可進行各種修改和變化，這對 于所屬領域技術人員來說是顯而易見的。因而，本發明意在覆蓋落入所附權利要求書范圍 及其等效范圍內的對本發明的所有修改和變化。
權利要求
1.一種電驅動液晶透鏡，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布置并且分別包括多個透鏡 區域；多個第一電極，其形成在該第一基板上并且在每個透鏡區域中，并且在確定的方向上 彼此分開，其中從每個透鏡區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表面上，其中該第一取向 膜在相對于所述第一電極的縱向呈30 90度角的條件下經受摩擦，并被取向為具有預傾 角；以及液晶層，其填充在所述第一基板和第二基板之間。
2.根據權利要求1的透鏡，其中該第一取向膜的預傾角在4 45度的范圍內。
3.根據權利要求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.根據權利要求1的透鏡，其中該第一取向膜的預傾角在0 0.5度的范圍內。
5.根據權利要求4的透鏡，其中該第一取向膜的預傾角由紫外線照射限定。
6.根據權利要求1的透鏡，還包括在該第二電極上的第二取向膜。
7.根據權利要求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，包括發射2維圖像信號的顯示面板；以及電驅動液晶透鏡，該電驅動液晶透鏡直接發射來自該顯示面板的2維圖像信號，或者 將所述2維圖像信號轉換為3維圖像信號以發射所述3維圖像信號，其中該電驅動液晶透 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布置并且分別包括多個透鏡 區域；多個第一電極，其形成在該第一基板上并且在每個透鏡區域中，并且在確定的方向上 彼此分開，其中從每個透鏡區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表面上，其中該第一取向 膜在相對于所述第一電極的縱向呈30 90度角的條件下經受摩擦，并被取向為具有預傾 角；以及液晶層，其填充在所述第一基板和第二基板之間。
9.根據權利要求8的器件，其中在極化光從該顯示面板傳輸到該電驅動液晶透鏡時， 所述極化光的傳輸軸與包含在該電驅動液晶透鏡中的第一取向膜的摩擦方向一致。
全文摘要
本發明公開一種電驅動液晶透鏡及使用該透鏡的立體顯示器件。該電驅動液晶透鏡包括第一基板和第二基板，彼此相對布置并且分別包括多個透鏡區域；多個第一電極，其形成在第一基板上并且在每個透鏡區域中，并且在確定的方向上彼此分開，其中從每個透鏡區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表面上，其中第一取向膜在相對于所述第一電極的縱向呈30～90度角的條件下經受摩擦，并被取向為具有預傾角；以及液晶層，填充在所述第一基板和第二基板之間。由此可獲得改進的透鏡輪廓和透鏡對稱性。
文檔編號G02F1/29GK102116989SQ201010273970
公開日2011年7月6日 申請日期2010年9月2日 優先權日2009年12月31日
發明者李秉州, 金成佑 申請人:樂金顯示有限公司