专利名称：电驱动液晶透镜和利用该透镜的立体显示器件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种显示器件，更具体地，涉及一种电驱动液晶透镜，其不仅 可以基于改变的电极构形经由液晶的排列实现平缓的抛物透镜面，而且可以实 现液晶层减小的盒间隙以及甚至在大面积显示器件中稳定的外形，以及利用该 透镜的立体显示器件。
背景技术：
目前，基于高速信息通信网络构造的信息快速传播的服务已经从简单的例 如载波电话的"听和说"服务发展至基于用于字符、声音和图像的高速处理的 数字终端的"看和听"多媒体型服务，并期望最终发展为能够实现虚拟现实和 立体观察的电脑空间三维立体信息通信服务，而没有时间和空间的限制。
通常，表示三维的立体图像基于经由观察者的眼睛的立体视觉来实现。然 而，由于观察者的眼睛彼此间隔大约65mm，即具有双眼视差，因此左眼和右 眼由于其间的位置差异而感知到稍微不同的图像。这种由于眼睛的位置差异引 起的图像之间的差异称为双眼像差。三维立体图像显示器件基于双眼像差设 计，允许左眼仅观察对于左眼的图像，而右眼仅观察对于右眼的图像。
明确地，左眼和右眼分别观察不同的二维图像。如果两个不同的图像通过 视网膜传送到大脑，大脑精确地混合这些图像，给出真实的三维图像的印象。 这种能力常规地称为立体投影术，立体显示器件通过将立体投影术应用到显示 器件来得到。
立体显示器件可以基于实现三维图像的透镜的组成元件来分类。作为一个 例子，存在电驱动液晶透镜，其中液晶层构成透镜。
通常，液晶显示器件包括彼此相对的两个电极，和插入在两个电极之间的液晶层。液晶层的液晶分子通过电压施加到两个电极时产生的电场进行驱动。 液晶分子具有偏振和光学各向异性特性。利用偏振，当液晶分子在电场的影响 下时，液晶分子中的电荷聚集到液晶分子的相对侧，借此分子排列方向根据电 场改变。利用光学各向异性，由于液晶分子的伸长形状和上述分子排列方向， 将发射的光的路径或偏振根据入射方向或入射光的偏振而改变。
因此，液晶层根据施加到两个电极的电压而具有不同的透射率，以及图像 可以利用像素的透射率差异进行显示。
最近，已经提出电驱动液晶透镜，其中液晶层利用液晶分子的上述特性用 作透镜。
明确地，设计透镜以利用透镜构成材料的折射率和空气折射率之间的差 异，在每个位置的基础上控制入射光的路径。在电驱动液晶透镜中，如果不同 的电压根据电极的不同位置而施加到液晶层，以便通过不同的电场驱动液晶 层，那么引入液晶层的入射光在每个位置的基础上引起不同的相位变化，结果， 液晶层可以以与实际透镜相同的方式控制入射光的路径。
下面，将参考所附附图描述常规的电驱动液晶透镜。
图1是说明常规电驱动液晶透镜的截面图，图2是说明在电压施加到液晶 透镜后，在图1的电驱动液晶透镜形成时电势分布的图。
如图1所示，常规的电驱动液晶透镜包括彼此相对的第一和第二基板
(substrate) 10和20，和形成在第一基板10和第二基板20之间的液晶层30。 这里，第一电极11布置在第一基板10上，具有第一间隔。在该情况下， 关于相邻的第一电极11，从第一电极11的一个的中心至下一个第一电极11 的中心的距离称为"节距"。对于各自的第一电极重复相同的节距导致图案。 第二电极21形成在与第一基板10相对的第二基板20的整个表面上。 第一和第二电极11和21由透明金属构成。液晶层30形成在第一电极11 和第二电极21之间的空间中。液晶层30的液晶分子响应电场的强度和分布， 并具有类似于图2所示的相位分布。
基于假定高电压施加到第一电极11和第二电极21接地，上述电驱动液晶 透镜实现。在该电压条件下，垂直电场在第一电极ll的中心最强，垂直电场 的强度随着远离第一电极11而降低。因此，当液晶层30的液晶分子具有正的 介电常数各向异性时，液晶分子根据电场以它们在第一电极1 1的中心直立，随着远离第一电极ll逐渐水平倾斜的方式布置。结果，考虑到光透射，光路 在第一电极ll的中心縮短，并随着与第一电极ll的距离增加而增长，如图2 所示。利用相平面表示光路的长度变化，电驱动液晶透镜具有类似于抛物透镜 的光透射效果。
这里，第二电极21引起电场的性能，使得折射率总地采取空间抛物函数
的形式以及第一电极11限定透镜的边缘区域。
在该情况下，相对高的电压施加到第一电极11，而不是第二电极21。因 此，如图2所示，电势差在第一电极11和第二电极21之间产生。特别是，陡 峭的水平电场在第一电极ll附近产生。因此，液晶分子具有轻微变形的分布， 而不是平缓的分布，借此折射率不能显示抛物空间分布，或液晶的移动对电压 变化过分敏感。
上述常规的电驱动液晶透镜可以通过将电极布置在两个基板上，液晶插入 在基板之间，以及对电极施加电压来实现，而不需要物理的抛物透镜。 然而，上述电驱动液晶透镜具有下述问题。
首先，由于形成在下基板上的电极占用透镜区域的非常大部分的区域，因 此陡峭的水平电场而不是平缓的电场产生在相应于电极的透镜边缘区域和与 透镜边缘区域远离的透镜中心区域之间，导致电驱动液晶透镜的轻微变形相 位。特别是，在其中高电压施加到每个透镜区域中受限数目的电极的电驱动液 晶透镜中，透镜区域的节距越大，不适当的电场产生在高电压电极和彼此相对 的基板之间。因此，形成具有与实际透镜相同的光学效果的平缓抛物透镜平面 的电驱动液晶透镜非常困难。
第二，当施加到大面积显示器件时，透镜中心区域不受电场影响并在通过 电场控制液晶的排列方面具有困难，其中透镜中心区域与定位被施加高电压的 电极的透镜边缘区域远离。这引起基于电场的透镜形状的严重变形。有必要时， 当透镜中心区域的控制困难或不可能时，所得到的电驱动液晶透镜具有不连续 的透镜外形并且不适合作为透镜。
发明内容
因此，本发明定向为一种电驱动液晶透镜和利用该透镜的立体显示器件， 其基本上避免了由于相关技术的限制和缺陷引起的一个或多个问题。本发明的一个目的是提供一种电驱动液晶透镜，其不仅可以基于改变的电 极构形经由液晶的排列实现平缓的抛物透镜面，而且可以实现液晶层减小的盒 间隙以及甚至在大面积显示器件中稳定的外形，以及利用该透镜的立体显示器件。
本发明另外的优点，目的和特征将在下面的描述中提出，部分对于本领域 技术人员根据下面的试验显而易见，或者可以从本发明的实施中了解。通过以 下的描述及其权利要求以及所附附图中所指出的具体结构，本发明的目的和其 它优点可以实现和得到。
为了实现这些目的和其他优点并根据本发明的目的，如在此具体和概括描 述的， 一种电驱动液晶透镜，包括彼此相对布置的第一和第二基板，每一个 基板限定了包括多个透镜区域的有源区域(active region)和在有源区域外侧的 焊盘区域；多个第一电极，该第一电极对应于各自的透镜区域形成在第一基板 上，并且在每个透镜区域中相邻第一电极的中心之间彼此间隔不同的距离；第 二电极，形成在第二基板的整个表面之上；电压源，该电压源将不同的电压施 加到多个第一电极并且将接地电压施加到第二电极；和液晶层，该液晶层填充 在第一基板和第二基板之间。
与被施加相对低电压的相邻第一电极中心之间的距离相比，每个透镜区域 中被施加相对高电压的这些第一电极在相邻第一电极中心之间具有较短的距 离。在该情况下，第一电极的宽度可以逐渐增加或第一电极之间的距离从相对 高电压施加区域至相对低电压施加区域逐渐增加。
电压源可以包括分布电压发生器(distributed-voltage generator),该分布电 压发生器在接收到向其施加的最小和最大电压时产生不同的电压，以便将不同 的电压施加到多个第一电极。在该情况下，电驱动液晶透镜进一步包括设置 在焊盘区域中的多条金属线；从分布电压发生器输出的电压信号分别施加到焊 盘区域中的多条金属线，以及多条金属线可以与多个第一电极的末端具有接触 占。
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多个第一电极可以沿给定方向平行形成，金属线形成在焊盘区域中以与第 一电极相交，每个金属线与多个第一电极的至少一个具有接触点。从分布电压 发生器中输出的电压信号的数量等于位于每个透镜区域的边缘和中心之间的从分布电压发生器中输出的电压信号相应于基于每个透镜区域中心的正 二次函数。
分布电压发生器可以包括电阻器，其设置在最大和最小电压输入端和电 压信号输出端之间，以在最大和最小电压之间分布电压信号；和在各自的电压 信号输出端和焊盘区域中的金属线之间的缓冲器
多个第一电极形成在第一基板上的相同层中。
可替换地，电驱动液晶透镜可以进一步包括形成在第一基板上的至少一 个绝缘膜。在该情况下，多个第一电极可以形成在第一基板上和绝缘膜上，以 便第一电极基于每个透镜区域的边缘水平对称。
多个第一电极可以具有沿第一基板的交叉方向延伸的条形，第一电极的宽
度和相邻第一电极之间的距离在2nm至30|am的范围内可变。
电驱动液晶透镜可以进一歩包括第一定向膜，形成在包括多个第一电极
的第一基板上；和第二定向膜，形成在第二电极上。第一定向膜可以具有与第
一电极的纵向相同的摩擦方向，第二定向膜具有与第一定向膜的摩擦方向相交
叉的摩擦方向。
第一和第二电极可以由透明金属构成。
根据本发明的另一方面，提供一种立体显示器件，包括显示板，设置在
电驱动液晶透镜的下方，以将二维图像信号传送到电驱动液晶透镜。 应当理解，本发明之前的概括描述和下面的详细描述为例证性和解释性
的，并如所声称的，打算提供本发明的进一步解释。
所附附图用于提供本发明的进一步理解，并结合在本申请中，构成本申请 的一部分，这些
了本发明的实施例，并与描述一起用于解释本发明的
原理。在附图中
图1是说明常规电驱动液晶透镜的截面图2是说明根据图1所示的电驱动液晶透镜的给定位置的光路(相位变化) 的图3是说明利用根据本发明第一实施例的电驱动液晶透镜的立体显示器 件的截面
图4是说明图3的电驱动液晶透镜的截面图； 图5是说明图3的电驱动液晶透镜的透视图6是说明根据本发明的电驱动液晶透镜的电压施加构形的示意图； 图7是说明根据本发明的电驱动液晶透镜的第一基板的平面图； 图8是说明根据本发明的电压施加方式的框图； 图9是根据本发明第二实施例的电驱动液晶透镜的截面图；和 图IOA和10B是说明关于第一电极与分段电极具有相同节距和不同节距 时电驱动液晶透镜的相位的图表。
具体实施例方式
现在将对根据本发明的优选实施例的电驱动液晶透镜和利用该透镜的立 体显示器件进行详细描述，这些实施例在所附附图中说明。在整个附图中使用 相同的附图标记表示相同或者相似的部件。
图3是说明包括根据本发明第一实施例的电驱动液晶透镜的立体显示器 件的截面图。图4和图5分别是说明图3的电驱动液晶透镜的截面图和透视图。
如图3所示，根据本发明第一实施例的立体显示器件包括电驱动液晶透镜 1000，其在接收电压时被驱动，由此起到透镜的作用，显示板350，其配置在 电驱动液晶透镜1000的下方并用作发射二维图像信息，和光源700，其配置 在显示板350的下方并用作引导光到显示板350。
有必要时，如果显示板350是自发光器件，例如有机光发射显示器件，光 源700的省略是可能的。
显示板350包含第一和第二图像像素Pl和P2，其交替并重复布置以分别 显示第一和第二图像IM1和IM2。显示板350可以选自多种平板显示器件， 其包括液晶显示器件(LCD)，有机光发射显示器件(OLED)，等离子体显示 板(PDP)，场发射显示器件(FED)等。显示板350定位在电驱动液晶透镜 1000的下方，并用于将二维图像信号传送到电驱动液晶透镜1000。
根据本发明的电驱动液晶透镜1000用于根据透镜外形从二维图像信号发 射三维图像信号，并定位在形成二维图像的显示板350上方。电驱动液晶透镜 1000可以根据电压是否施加到其上发射三维图像信号，或可以直接发射二维 图像信号。明确地，电驱动液晶透镜1000设计成没有电压施加到其上时直接发射光，从而可以用作切换装置，以当没有电压施加到其上时显示二维图像， 当电压施加到其上时显示三维图像。
下面，将更详细描述电驱动液晶透镜1000。
如图3和4所示，根据本发明第一实施例的电驱动液晶透镜1000包括第 一和第二基板100和200，其彼此相对并且每个限定多个透镜区域以相应于另 一基板的该部分，在每个透镜区域的基础上布置在第一基板100上的多个第一 电极IOI，形成在第二基板200的整个表面上方的第二电极201，电压信号源 Vmin， VI， V2，…Vmax，以将不同的电压施加到各自的第一电极101 ，和液 晶层300，充满在第一基板100和第二基板200之间。
这里，多个第一电极101在每个透镜区域中在相邻第一电极101的中心之 间布置具有不同的距离。例如，在多个第一电极IOI中，与被施加相对低电压 的相邻第一电极101中心之间的距离相比，被施加相对高电压的这些第一电极 在相邻第一电极101中心之间的距离较短。
因此，利用相邻第一电极IOI中心之间的距离的上述调节，在相对高电压 施加区域中的第一电极101形成相对窄的宽度并密集布置，但是第一电极101 的宽度和相邻第一电极101中心之间的距离朝向相对低电压施加区域逐渐增 加。这里，相邻第一电极101中心之间的距离可以通过调节第一电极101的宽 度和/或第一电极101之间的距离来调节。
此夕卜，假定最高电压施加到透镜区域的边缘E，最低电压施加到透镜区域 L的中心O，那么相邻第一电极101中心之间的距离可以调节以致于距离从最 小值开始、从边缘E朝向透镜区域L的中心O逐渐增加。考虑到透镜区域L 的边缘E具有对电压施加敏感的外形，因此第一电极101可以仅在透镜区域L 的边缘E密集布置，比透镜区域L的中心O具有更靠近的距离。
第一和第二电极101和201由透明金属例如铟锡氧化物(ITO)构成，并 在其位置处防止透射率的损耗。
关于每个透镜区域L，等于近似阈值电压的第一电压Vmin施加到透镜区 域L的中心O，而最高第n电压Vmax施加到透镜区域L的边缘E处的第一 电极IOI。在该情况下，施加到在透镜区域L的中心O和边缘E之间定位的 第一电极101的电压在从透镜区域L的阈值电压Vmin至第n电压Vmax的范 围内变化，并且随着与透镜区域L的中心O的距离增加而逐渐增加。当电压施加到多个第一电极101时，接地电压施加到第二电极201，以在第一电极101
和第二电极201之间产生垂直电场。
多个第一电极101形成关于透镜区域L的边缘E水平对称。水平对称第 一电极101在边缘E附近在其中心之间具有较短的距离，并朝向中心O而距 离增加。
各自的第一电极101与相应的电压信号源Vmin， VI， V2，…Vmax经由
金属线ill在焊盘区域(相应于显示板350的非显示区域)连接，以接收所需 电压。
施加到位于透镜区域L的中心O处的第一电极lOl的最低阈值电压Vmin
是具有约1.4 2V的峰值的AC方波电压。阈值电压Vmin由 ^A"0给出(其 中，As是液晶的介电常数各向异性，Kl是液晶的弹性模量，so是自由空间介 电常数)。此外，施加到位于透镜区域L的边缘E处的第一电极lOl的最高电 压Vmax是具有约2.5 10V的峰值的AC方波电压。
当范围从上述阈值电压(即具有1.4 2V的峰值的AC方波电压)至最高 电压(即具有2.5 10V的峰值的AC方波电压)的电压施加到多个提供在电驱 动液晶透镜1000中的第一电极101，接地电压施加到第二电极201时，电驱 动液晶透镜1000起着类似于光学抛物透镜的作用，由此分别将来自显示板350 的第一和第二图像IM1和IM2传送到第一和第二观察带VI和V2。如果第一 观察带VI和第二观察带V2之间的距离设置为观察者的眼睛之间的距离，那 么观察者可以组合传送到第一和第二观察带VI和V2的第一和第二图像IM1 和IM2，由此基于双眼像差感知三维图像。
另一方面，当没有电压施加到第一电极101和第二电极201时，电驱动液 晶透镜1000简单用作透明层以直接显示显示板350的第一和第二图像IM1和 IM2，而没有折射。因此，第一和第二图像IM1和IM2直接传送到观察者， 而与观察带无关，从而，观察者感知二维图像。
在附图中，电驱动液晶透镜1000的透镜区域L具有与定位在电驱动液晶 透镜1000下方的显示板350的两个像素Pl和P2的总宽度相同的宽度。有必 要时，多个像素可以相应于透镜区域L。此外，透镜区域L可以相对于像素以 预定角度倾斜，有必要时，所有的透镜区域L可以相对于像素阶式布置(更具 体地，第n个像素水平线的透镜区域从第(n+l)个像素水平线移动预定距离)。限定透镜区域L以具有相应于节距P的宽度，具有相同节距的多个透镜 区域L沿给定方向周期性重复(例如，沿图4所示的水平方向)。这里，"节距
P"意味着单个透镜区域L的水平宽度。注意透镜区域L不具有物理的凸透镜 形状，但是当液晶通过电场排列时实现透镜的作用。在图3和4中，透镜区域 L的中心O和边缘E之间的距离等于P/2。这意味着电压的对称值从透镜区域 L的边缘E至中心O施加到对称的第一电极101。
第一定向膜102和第二定向膜202分别形成在包括第一电极101的第一基 板100和第二电极201上。在该情况下，为了允许电驱动液晶透镜1000在没 有电压施加到其上时作用为初始态的透明层，第一定向膜102具有与第一电极 101的方向相同的摩擦方向，第二定向膜202具有与第一定向膜102的摩擦方 向相交叉的摩擦方向。由此，电驱动液晶透镜1000可以直接传递图像给观察 者，该图像从位于透镜下方的显示板350传送。
上述透镜区域L显示如图3和4所示的形状并以节距P的距离水平重复。
多个第一电极101具有条形并沿第一基板100的交叉方向(沿进入附图中 的方向)延伸，其间具有不同的宽度或距离。第一电极101的每个具有范围为 2|iim至30fim的宽度，相邻的第一电极101之间的距离在2pm至30pm的范 围。例如，作为单个透镜区域的宽度的节距P可以改变到从9(Him至1000^im 范围中的多个值，根据第一电极IOI的上述宽度和距离，近似十至一百或更多 的第一电极可以形成在每个透镜区域基础上。
尽管没有示出，在根据本发明实施例的电驱动液晶透镜1000中，密封图 案(未示出)形成在第一和第二基板100和200的外圆周区域处(相应于包括 显示板350的焊盘区域的非显示区域)，以支撑第一和第二基板100和200。 第一基板100和第二基板200之间的液晶层300必须具有等于约15pm或更大 的足够厚度，以便形成电驱动液晶透镜的足够相位。为了稳定地保持液晶层 300的厚度，球形衬垫料或柱状衬垫料可以进一步提供以支撑第一基板100和 第二基板200之间的盒间隙。在该情况下，定位衬垫料以便不变形电驱动液晶 透镜的相位是有利的。
图6是说明图3的电驱动液晶透镜的电压施加构形的示意图，图7是说明 根据本发明的电驱动液晶透镜的第一基板的平面图，图8是说明根据本发明的 电压施加方式的框图。如图6和8所示，本发明的电驱动液晶透镜包括作为显示区域的有源区域
151，和焊盘区域152，其中电压信号施加到布置在有源区域151中的第一电 极101和第二电极201。
焊盘区域152设有电压源以将来自外部位置的电压信号施加到电极。电压 源是设置在第一基板100外部的分布电压发生器160。分布电压发生器160用 于产生将被施加的电压到作为分段电极的第一电极101。为了实现多个不同的 电压输出E1， E2，…，En—l禾卩En，分布电压发生器160包括对于最大和最 小电压Vmax和Vmin的输入端子，最大和最小电压输入端子和电压输出端子 之间的电阻器R1， R2，…，Rn—1，和设置在电压输出E1， E2，…，En—1 和En的节点处的缓冲器Bl， B2，…，Bn。在该情况下，电阻器R1， R2，…， Rn—1的大小可以根据分布电压的大小进行调节，这些电阻器在最小和最大电 压Vmin和Vmax和其间的其它不同电压的各自电压输出端之间输出。施加到 各自的第一电极IOI的电压逐渐从透镜区域L的边缘E至中心O减小。这些 电压可以根据电阻器的大小进行调节。
这里，每个第一电极101的任一端和形成在焊盘区域中的金属线111的至 少一个接触，从第一电压Vmin至第n电压Vmax的n个电压信号的总和施加 到金属线。在该情况下，第一电极101和金属线111之间的接触经由形成在保 护层(未示出)中的接触孔实现，该保护层插入在第一电极101和金属线111 之间。
在图7中，假定n个第一电极的总和提供在透镜区域的边缘E和中心O 之间，2n—l个金属线111形成在定位在有源区域151之上和之下的每个焊盘 区域152中。关于下焊盘区域152中透镜区域L的边缘E (附图的中心)和透 镜区域L的中心O (附图的左侧或右侧)之间的n个金属线111的总和，范围 从第一电压Vmin至第n电压Vmax的电压从最低的金属线111开始施加到第 n个金属线lll。同样，关于上焊盘区域152中透镜区域L的中心0 (附图的 左侧或右侧)和透镜区域L的边缘E (附图的中心)之间的n个金属线111的 总和，范围从第一电压Vmin至第n电压Vmax的电压从最高的金属线111开 始顺序施加。在该情况下，基于透镜区域L的边缘E，更具体地，基于相应于 边缘E的第一电极101和与第一电极101接触的金属线lll，从第n电压Vmax 降低至第一电压Vmin的对称电压信号施加到金属线111。各自的第一电极101顺序与金属线111接触，以便逐渐从透镜区域L的边缘E至中心O降低的电 压施加到第一电极101。在该情况下，第一电极101和金属线111彼此接触。
这里，透镜区域L中的多个第一电极101具有不同的宽度。同样，定位在 有源区域151中的第一电极101的宽度从透镜区域L的边缘E至中心O逐渐 增加，但是相应于焊盘区域152的各自第一电极101的末端具有相同或相似的 宽度并与被施加相应电压的金属线111接触。在该情况下，定位在透镜区域L 的中心O处的第一电极101的相对大的宽度在焊盘区域152中第一电极101 的末端处减小，以减小彼此相交的除了接触点以外的第一电极101和金属线 lll之间的接触区域。这可以减小交点处的减小电阻。从图7可以理解，各自 的第一电极101的宽度在进入焊盘区域152之前下降到类似的程度，借此第一 电极101重叠金属线111，具有除了接触点以外的减小区域，防止第一电极101 的电阻不需要的增加。
多个第一电极101具有沿给定方向平行延伸的条形。金属线111布置在焊 盘区域152中以沿垂直于第一电极101的方向延伸。调节第一电极的宽度以便 焊盘区域152中与金属线111的交叉具有适当的寄生电容。
图6和7说明了其中第一电极101形成在第一基板100的表面上的状态。
在图8中，将被施加到第一电极的电压根据与透镜区域的边缘或中心的不 同距离和基于电压施加的液晶的相位差进行计算。在该情况下，在最大电压 Vmax和最小电压Vmin之间的不同电压的产生可以通过分布电压发生器160 来实现。分布电压发生器160包括提供在对于最大和最小电压Vmax和Vmin 和其间的其它电压的电压信号源之间并用于将被施加的电压分布到各自的第 一电极的多个电阻器Rl, R2，…，Rn—2，和Rn—l，设置在多个电阻器R1， R2，…，Rn—2，和Rn—l之间的节点，和稳定来自节点的输出El， E2，…， En—l，和En的缓冲器Bl， B2，…，Bn—l，和Bn。当缓冲器和电压信号源 Vmin， VI，…，Vmax—l，和Vmax之间的连接线与焊盘区域152中的金属 线111连接时，分布电压最终施加到有源区域151中的第一电极101。
流过分布电压发生器160的电流设置为若干毫安培。如果电流过分低，驱 动电压偏移增加，弓l起各自的节点输出电压的不稳定电平。如果电流过分高， 分布电压发生器中的电阻器引起不必要的热电消耗。因此，考虑到驱动电压偏 移和分布电压发生器中的热电消耗，优选确定所需的电流值。从分布电压发生器160中输出的电压信号Vmin， VI，…，Vmax施加到 焊盘区域152中的金属线111，金属线111与第一电极101的末端接触。在该 情况下，从分布电压发生器160中输出的电压信号的数量等于定位在每个透镜 区域L的边缘E和中心O之间的第一电极101的数量。同样，在透镜区域L 的中心O和边缘E之间从分布电压发生器160中输出的电压信号相应于基于 透镜区域的中心O的正二次函数。
例如，将被施加的适当电压可以利用其中液晶层的相位差在施加电压的基 础上计算的表进行选择。g卩，如果根据施加电压和相位差之间的关系模拟的电 驱动液晶透镜类似于所需模拟，选择相关表以及计算在透镜区域的不同电极位 置处的电压值。
可替换地，焊盘区域152可以仅形成在有源区域151的一侧。在小尺寸模 型的情况下，电极的一端显示平缓的电压下降，从而，单个焊盘区域的上述构 形是可能的。尽管图7说明了每个金属线与两个第一电极接触，除了透镜区域 的边缘以外，但是在数量上等于每个透镜区域中的第一电极的n个金属线可以 在上和下焊盘区域的每个中倾斜形成，n个接触点可以在金属线和第一电极之 间产生。
为了实现抛物透镜的功能，本发明的电驱动液晶透镜必须构形为将被施加 到多个第一电极的电压从透镜区域的边缘至中心逐渐降低。明确地，关于相位 差(相应于图10B的纵坐标)，低电压必须施加到大相位差区域(相应于透镜 区域的中心O)，高电压必须施加到小相位差区域(相应于透镜区域的边缘E)。 即，施加电压和相位差彼此成反比。
随着施加电压从透镜区域的边缘至中心从最大电压Vmax至最小电压 Vmin降低，电压在基于每个透镜区域的中心的左和右边缘处对称。明确地， 假定中心相应于零点，左和右边缘相应于横坐标的(_)和(+ )坐标，施加 电压V由与中心的距离x的平方成比例的值限定。
如上所述，将被施加到第一电极(或第一和第二分段电极)的电压相应于 正二次函数，其与从中心至边缘的距离成比例，并且该电压可以通过分布电压 发生器160在最大和最小电压Vmax和Vmin的范围内调节。在该情况下，分 布电压发生器160包括多个电阻器以将被施加的电压分布到最大和最小电压 信号源之间的第一电极，和设置在多个电阻器之间的节点。金属线111连接到节点，以将来自节点的电压施加到第一电极。
图9是根据本发明第二实施例的电驱动液晶透镜的截面图。
如图9所示，根据本发明第二实施例的电驱动液晶透镜包括多个第一分段
电极401和第二分段电极403，其形成在不同的层上，即分别形成在第一基板 400和绝缘膜402上。第一分段电极401和第二分段电极403交替布置。因此， 当从第一基板400的上侧在平面中观察时，优选第一和第二分段电极401和 403占用第一基板400的整个表面。这消除了第一基板400的未被第一或第二 分段电极401或403占用的任何空的区域。这种第一和第二分段电极401和 403的均匀布置确定电驱动液晶透镜的平缓相位平面。
形成在第一基板400和绝缘膜402上的第一和第二分段电极401和403 布置成从透镜区域的边缘至中心具有增加的宽度和距离。这里，第一分段电极 401或第二分段电极402布置在相应的层上，使得相邻电极中心之间的距离从 透镜区域的边缘至中心逐渐增加。这种布置通过增加电极的宽度和/或电极之 间的距离是可能的。
其中第一和第二分段电极401和403布置在第一基板400和绝缘膜402 的该实施例适用于以下情况，对于透镜区域节距需要大量电极并且很难以所需 距离在单个层上布置电极。即，第一绝缘膜402或多个绝缘膜可以形成在第一 基板400上，以便将电极分布在第一基板400以及包含绝缘膜402的多个绝缘 膜上。这里，第一基板400或多个绝缘膜402上的多个第一和第二分段电极 401和403关于透镜区域L的边缘E水平对称。
尽管没有描述，在附图中，参考标记404表示第一定向膜，参考标记500 表示第二基板，和参考标记501和502分别表示第二电极和第二定向膜。同样， 参考标记600表示液晶层。这些构成元件与上述第一实施例中的构成元件具有 相同的功能，并省略其描述。
利用上述的第二实施例，其中在平面中观察时，第一和第二分段电极401 和403布置在第一基板400上以便占用第一基板400的整个表面，电压可以以 更精细的间隔施加，比之前描述的第一实施例相比，实现电驱动液晶透镜的更 平缓的相位平面。
图IOA和10B是说明关于第一分段电极的相同节距或不同节距时电驱动 液晶透镜的相位的图表。图10A比较当电压施加到具有相同宽度和相同距离的第一分段电极时限 定的电驱动液晶透镜和通常的抛物透镜。图10B比较电驱动液晶透镜和通常 的抛物透镜，在该电驱动液晶透镜中第一和第二分段电极布置成从透镜区域的 边缘至中心具有增加的宽度和距离。
图IOA和10B例如都说明了42英寸显示板的模拟结果。在该情况下，每 个透镜区域9个视图的显示是可能的。
在图10A的实验中，具有相同的15pm的宽度的第一电极布置在具有15)Lim 的距离的第一基板上。在图10B的实验中，第一电极以15pm的宽度和距离布 置在透镜区域的中心，以5pm的宽度和距离布置在透镜区域的边缘处。
作为比较从各个实验实现的电驱动液晶透镜的结果，发现图IOA和10B 的电驱动液晶透镜在透镜区域的中心处具有基本上类似于通常的抛物透镜的 外形，但是图IOA的其中具有相同宽度的第一电极等距布置的电驱动液晶透 镜在透镜区域的边缘处显示严重的变形。
另一方面，发现图10B的其中具有不同宽度的第一电极(或第一和第二 分段电极)以不同的距离布置的电驱动液晶透镜显示基本上与通常的抛物透镜 一致的透镜外形，而与透镜区域的边缘或中心无关。
从本发明的电驱动液晶透镜，其中具有不同宽度的分段电极以不同距离布 置，可以类推下述效果。
当单个电极贯穿基板形成在透镜区域的边缘处时，具有预定宽度的单个电 极很难提供贯穿透镜区域的边缘和中心的均匀电压，并且很容易引起透镜相位 平面中的变形。为了解决这个问题，打算提供具有多个分段电极的透镜区域。 然而，当具有相同宽度的分段电极等距布置时，仍然在陡峭电场的高电压施加 的电场附近存在电场变形的风险，导致边缘形状的变形。尽管有可能消除由于 用黑色矩阵层覆盖边缘导致的电场变形引起的干扰，但是黑色矩阵层的布置可 以引起口径比的不需要的减小。
考虑到透镜区域的边缘对电压施加敏感，从而，当陡峭电场的高电压施加 到其上时经历严重变形的事实来设计本发明的电驱动液晶透镜。因此，电驱动 液晶透镜具有的特征在于与其它区域相比(更具体地，透镜区域的中心)，电 极的宽度和距离在透镜区域的边缘处减小。利用每个透镜区域中电极的不同宽 度和距离，具有减小宽度的电极可以更密集地布置在对电场敏感的区域中，由此实现贯穿透镜区域的边缘和中心的平缓的无变形外形。因此，图10B的电 驱动液晶透镜可以实现平缓的透镜平面，其能够消除已经由如图IOA所观察 到的边缘处不规则的透镜平面引起的干扰。
对于本领域的技术人员显而易见的是，多种变形和变化可以在本发明中实 现，只要不偏离本发明的精神或范围。因此，打算本发明覆盖这些变形和变化， 只要它们在所附权利要求和其等同物的范围中。
从上述描述显而易见，根据本发明的电驱动液晶透镜和利用该透镜的立体 显示器件具有下述效果。
首先，在常规电驱动液晶透镜中，其中电极仅形成在下基板的局部区域中， 与电极的距离越大，水平电场对电场的垂直电场没有效果，从而，在远离电极 的区域处即在透镜区域的中心处调节液晶的排列是困难的。然而，本发明的电 驱动液晶透镜构形为电极贯穿透镜区域以预定距离形成，不同电压施加到各个 电极，以便例如最高电压施加到透镜区域的边缘，电压朝向透镜区域的中心逐 渐降低。利用该构形和电压施加，电驱动液晶透镜可以实现透镜区域中的平缓 和光滑的抛物透镜平面。
第二，作为将电极更密集地布置在透镜区域的边缘处，并朝向透镜区域的 中心逐渐增加电极的宽度和距离的结果，更大数目的电极可以布置在对电压施 加敏感的边缘处。因此，本发明的电驱动液晶透镜可以在透镜区域的边缘处提 供更平缓的透镜平面，由此防止主要由边缘处不规则透镜平面引起的干扰。
第三，在电驱动液晶透镜中，其中多个电极布置在单个透镜区域中的单层 上和多个绝缘层(或基板)上，电压施加到各个电极以驱动液晶层，贯穿透镜 区域布置电极可以防止电场在不同的位置处显示过分强或弱的强度。因此，甚 至在大面积显示器件的情况下，需要驱动液晶层的平缓的电场可以产生，提供 具有平缓抛物透镜的电驱动液晶透镜。
权利要求
1. 一种电驱动液晶透镜，包括彼此相对布置的第一和第二基板，每一个基板限定了包括多个透镜区域的有源区域和在有源区域外侧的焊盘区域；多个第一电极，所述第一电极对应于各自的透镜区域形成在第一基板上，并且在每个透镜区域中相邻第一电极的中心之间彼此间隔不同的距离；第二电极，形成在第二基板的整个表面之上；电压源，该电压源将不同的电压施加到多个第一电极并且将接地电压施加到第二电极；和液晶层，该液晶层填充在第一基板和第二基板之间。
2. 根据权利要求1所述的透镜，其中每个透镜区域中施加相对高电压的 这些第一电极的相邻第一电极中心之间的距离要比施加相对低电压的相邻第一电极中心之间的距离短。
3. 根据权利要求2所述的透镜，其中第一电极的宽度从相对高电压施加 区域至相对低电压施加区域逐渐增加。
4. 根据权利要求2所述的透镜，其中第一电极之间的距离从相对高电压 施加区域至相对低电压施加区域逐渐增加。
5. 根据权利要求1所述的透镜，其中电压源包括分布电压发生器，该分 布电压发生器在接收到向其施加的最小和最大电压时产生不同的电压，以便将 不同的电压施加到多个第一电极。
6. 根据权利要求5所述的透镜，进一步包括 设置在焊盘区域中的多条金属线；其中分布电压发生器输出的电压信号分别施加到焊盘区域中的多条金属 线，以及多条金属线具有与多个第一电极的末端的接触点。
7. 根据权利要求6所述的透镜，其中多个第一电极沿预定方向平行形成， 金属线形成在焊盘区域中与第一电极相交，每条金属线与多个第一电极的至少 一个具有接触点。
8. 根据权利要求5所述的透镜，其中从分布电压发生器中输出的电压信 号的数量等于位于每个透镜区域的边缘和中心之间的第一电极的数量。
9. 根据权利要求8所述的透镜，其中从分布电压发生器中输出的电压信 号相应于基于每个透镜区域中心的正二次函数。
10. 根据权利要求5所述的透镜，其中分布电压发生器包括电阻器，其设置在最大和最小电压输入端和电压信号输出端之间，以在最 大和最小电压之间分布电压信号；和在各个电压信号输出端和焊盘区域中的金属线之间的缓冲器。
11. 根据权利要求1所述的透镜，其中多个第一电极形成在第一基板上的 相同层中。
12. 根据权利要求1所述的透镜，迸一步包括 形成在第一基板上的至少一个绝缘膜。
13. 根据权利要求12所述的透镜，其中多个第一电极形成在第一基板上 和绝缘膜上，以便第一电极基于每个透镜区域的边缘水平对称。
14. 根据权利要求1所述的透镜，其中多个第一电极具有沿第一基板的交 叉方向延伸的条形，第一电极的宽度和相邻第一电极之间的距离在2pm至 30^im的范围内可变。
15. 根据权利要求1所述的透镜，进一步包括 第一定向膜，其形成在包括多个第一电极的第一基板上；和 第二定向膜，其形成在第二电极上。
16. 根据权利要求15所述的透镜，其中第一定向膜具有与第一电极的纵 向相同的摩擦方向，第二定向膜具有与第一定向膜的摩擦方向相交叉的摩擦方 向。
17. 根据权利要求1所述的透镜，其中第一和第二电极由透明金属构成。
18. —种立体显示器件，包括电驱动液晶透镜，其包括彼此相对布置的第一和第二基板，每个限定包括 多个透镜区域的有源区域和在有源区域外侧的焊盘区域；多个第一电极，形成 在第一基板上以相应于各自的透镜区域，并且在每个透镜区域中相邻第一电极 的中心之间彼此间隔不同的距离；形成在第二基板的整个表面之上的第二电 极；将不同的电压施加到多个第一电极并且将接地电压施加到第二电极的电压 源；和填充在第一基板和第二基板之间的液晶层；和显示板，设置在电驱动液晶透镜的下方，以将二维图像信号传送到电驱动液晶透镜，其中电压源调节被施加到第一和第二电极的电压的开/关。
全文摘要
公开了一种电驱动液晶透镜，不仅可以基于改变的电极构形经由液晶的排列实现平缓的抛物透镜面，而且可以实现液晶层减小的盒间隙以及甚至在大面积显示器件中稳定的外形，以及利用该透镜的立体显示器件。电驱动液晶透镜，其包括彼此相对布置的第一和第二基板，每个限定包括多个透镜区域的有源区域和在有源区域外侧的焊盘区域；多个第一电极，形成在第一基板上以相应于各自的透镜区域，并且在每个透镜区域中相邻第一电极的中心之间彼此间隔不同的距离；形成在第二基板的整个表面之上的第二电极；将不同的电压施加到多个第一电极并且将接地电压施加到第二电极的电压源；和填充在第一基板和第二基板之间的液晶层。
文档编号G09G3/36GK101419352SQ20081017340
公开日2009年4月29日 申请日期2008年10月22日 优先权日2007年10月22日
发明者林希珍 申请人:乐金显示有限公司