使用电驱动液晶透镜的立体显示设备的制作方法

专利名称：使用电驱动液晶透镜的立体显示设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及立体显示设备，尤其涉及使用电驱动液晶透镜的立体显 示设备。
背景技术：
本申请要求2007年11月2日提交的韩国专利申请No. 2007-111354 和2008年10月14日提交的韩国专利申请No. 2008-0100718的优先权， 此处以引证的方式并入其全部内容，就像在此进行了完整阐述一样。
一般地，基于通过观察者眼睛的立体视觉原理而实现了表示三维的 立体图像。可以说，观察者眼睛的视差，即由于观察者的双眼之间彼此 隔开约65mm而引起的双目视差，在立体感知中是最重要的因素。具体 地，观察者的左眼和右眼分别观察不同的二维图像，并且如果通过视网 膜将这两个图像传送到大脑，则大脑将图像叠合，以产生真实的三维图 像效果。通常将这种能力称为立体成像术，并且通过将立体成像术应用 于显示设备而获得立体显示设备。
当前，在实现上述立体显示设备的方法中，已经提议一种液晶层基 于液晶分子特性而用作透镜的电驱动液晶透镜。
图1是示出了常规的使用电驱动液晶透镜的立体显示设备的结构图。
如图1所示，常规的使用电驱动液晶透镜的立体显示设备包括显示 面板30和粘接到显示面板30 —侧的电驱动液晶透镜40。
可以从各种被配置为显示二维图像的显示设备中选择显示面板30。 电驱动液晶透镜40包括彼此相对的两个电极，其间夹有液晶层。在此应 当注意构成液晶层的液晶分子具有相位分布，该相位分布与响应于电 场强度和分布而控制入射光路径的实际透镜的相位分布类似。结果，如果从显示面板30发射出第一和第二图像IM1和IM2，则图 像IM1和IM2通过控制入射光路径的电驱动液晶透镜40的操作而到达 观察者的左眼和右眼。具体地，如图1所示，观察者的右眼通过已穿过 显示面板30的第一图像像素Pl的光而观察到第一图像IM1，而观察者 的左眼通过已穿过显示面板30的第二图像像素P2的光而观察到第二图 像IM2。因为观察者的右眼和左眼分别观察到与不同像素相对应的第一 和第二图像IM1、 IM2，因此观察者可以感知到立体图像。
近来，为了满足各种消费者需求，需要开发这样一种新颖的立体显 示设备，该立体显示设备能够便于实现在三维图像与二维图像之间的相 互转换，同时能够在宽视角与窄视角之间进行切换。

发明内容
因此，本发明涉及一种使用电驱动液晶透镜的立体显示设备，其能 够基本上克服因相关技术的局限和缺点带来的一个或多个问题。
本发明的目的是提供一种使用电驱动液晶透镜的立体显示设备，该 立体显示设备便于实现在三维图像与二维图像之间的相互转换，同时能 够在宽视角与窄视角之间进行切换。
本发明的附加优点、目的和特征将在下面的描述中描述且将对于本 领域普通技术人员在研究下面的描述之后变得明显，或者可以通过本发 明的实践来了解。通过书面的说明书及其权利要求以及附图中特别指出 的结构可以实现和获得本发明的目的和其他优点。
为了实现这些和其他优点，按照本发明的目的，作为具体和广义的 描述， 一种使用电驱动液晶透镜的立体显示设备，该立体显示设备包括 显示面板；用于发光的光源；和所述电驱动液晶透镜，其设置在所述显
示面板与所述光源之间，并且包含反射电极以拦截从所述光源发出的光 的一部分，所述电驱动液晶透镜能够根据电压是否施加到所述电驱动液 晶透镜上而进行宽视角显示或窄视角显示。当电压未施加到所述电驱动 液晶透镜上时，所述电驱动液晶透镜的所述反射电极可用作视差栅格。 当电压施加到所述电驱动液晶透镜上时，所述电驱动液晶透镜可用作散射板。通过调整施加到所述电驱动液晶透镜上的电压而可将所述电驱动
液晶透镜用作与宽视角或窄视角相对应的散射板。
应当理解本发明的上述--般描述和下面的详细描述是示例性和说明
性的，且旨在提供所要求保护的本发明的进一步解释。


附图被包括在本说明书中以提供对本发明的进一步理解，并结合到 本说明书中且构成本说明书的一部分，附图示出了本发明的实施方式， 且与说明书一起用于解释本发明的原理。附图中
图1为示出了常规的使用电驱动液晶透镜的立体显示设备的结构
图2为示意性示出了根据本发明的第一实施方式的使用电驱动液晶 透镜的立体显示设备的截面图3A和图3B分别为解释了根据本发明的第一实施方式的实现宽视 角的三维成像模式操作的截面示意图和示出了视角与亮度之间的关系的 图4A和图4B分别为解释了根据本发明的第一实施方式的实现宽视 角的二维成像模式操作的截面示意图和示出了视角与亮度之间的关系的 图5A和图5B分别为解释了根据本发明的第一实施方式的实现窄视 角的二维成像模式操作的截面示意图和示出了视角与亮度之间的关系的 图6A和图6B分别为解释了根据本发明的第二实施方式的实现使用 电驱动液晶透镜的立体显示设备的窄视角的三维成像模式操作的截面示 意图和示出了视角与亮度之间的关系的图7A和图7B分别为解释了根据本发明的第二实施方式的实现使用 电驱动液晶透镜的立体显示设备的窄视角的二维成像模式操作的截面示 意图和示出了视角与亮度之间的关系的图8A和图8B分别为解释了根据本发明的第二实施方式的实现使用电驱动液晶透镜的立体显示设备的宽视角的二维成像模式操作的截面示
意图和示出了视角与亮度之间的关系的图；.
图9为示出了根据本发明的第三实施方式的使用电驱动液晶透镜的 立体显示设备的截面图10A为解释了实现根据本发明的第三实施方式的立体显示设备的 宽视角的二维成像模式操作的截面示意图10B为解释了实现根据本发明的第三实施方式的立体显示设备的 宽视角的三维成像模式操作的截面示意图10C为解释了实现根据本发明的第三实施方式的立体显示设备的 窄视角的二维成像模式操作的截面示意图10D为示出了在根据本发明的第三实施方式的使用电驱动液晶透 镜的立体显示设备的宽视角和窄视角条件下的透射率与视角之间的关系 的图；以及
图IIA和图IIB为示出了对根据本发明的第三实施方式的背光单元 的亮度进行调整之前和之后的立体显示设备的视角与亮度之间的关系的图。
具体实施例方式
下面将详细描述根据本发明的优选实施方式的电驱动液晶透镜和使 用该电驱动液晶透镜的立体显示设备，在附图中示例出了其示例。在可 能的情况下，相同的标号在整个附图中代表相同或类似部件。
图2为示意性示出了根据本发明的第一实施方式的使用电驱动液晶 透镜的立体显示设备的截面图。
如图2所示，根据本发明的第一实施方式的使用电驱动液晶透镜的 立体显示设备包括用于发射出二维图像的显示面板500;粘接到显示面板 500下面并用于为二维图像提供光学分辨方向性的电驱动液晶透镜100; 和设置在电驱动液晶透镜100的下面并用于向显示面板500发射光的光 源400。
显示面板500包含交替并重复设置以分别显示第一和第二图像IM1和IM2的第一和第二图像像素Pl和P2。可以从包括液晶显示器(LCD)、 有机发光显示器(OLED)、等离子显示面板(PDP)、场发射显示器(FED)等 在内的各种平板显示器中选择显示面板500。此外，虽然未示出，上偏振 器和下偏振器设置在显示面板500的上面和下面。
电驱动液晶透镜100包括彼此相对的第一和第二基板101和200， 以及位于第一和第二基板101与200之间的液晶层300。
在第一基板101的整个表面上形成透明金属膜形式的第一电极102。 在第二基板200上顺序形成由反射金属制成的第三电极206、绝缘 膜204和第二电极202。第二电极202和由反射金属制成的第三电极206 分别在绝缘膜204和第二基板200上形成为具有预定间隔的多个电极图 案。具体地，第二电极202被形成为透明电极图案，而由反射金属制成 的第三电极206采用例如铝膜的高反射率金属膜而被形成为不透明电极 图案。
相对于相邻的若千第二电极202，将从一个第二电极202的中心到 另一个第二电极202的中心的距离称为间距。以间距的间隔重复相同的 (第二电极的)图案。
此后将描述施加电压之后的电驱动液晶透镜100的操作。
第三电极206由反射金属制成，以拦截来自光源400的一部分光。 可以将第三电极206设置为使得各个第三电极206的中心与各个第二电 极202的中心对齐，或者可以设置为使得各个电极206对应于相邻的第 二电极202之间的空隙。
第一电极102被配置为接收与施加到第二电极202上的电压所不同 的电压。具体地，将比施加到第一电极102的电压高的电压施加到第二 电极202。利用这种电压条件，在第二电极202的中心产生最强的垂直电 场，并且该垂直电场的强度随着与第二电极202之间距离的增加而减小。 结果，假定构成液晶层300的液晶分子具有正恒定介电各向异性，则液 晶分子将对应于电场而排列，因此在第二电极202的中心是竖直的，并 且以水平远离第二电极202的方式逐渐倾斜。因此，从光透射的观点考 虑，第二电极202的中心具有最短光学路径，并且光学路径随着远离第二电极202而增加。而且，从相平面的观点考虑，可以理解所得到的电 驱动液晶透镜100具有光透射效果，该光透射效果类似于具有抛物透镜 面的抛物透镜。总而言之，根据电压打开/关闭状态，电驱动液晶透镜100 可用作简单的透明层，或者可用作以相同的间距间隔重复的抛物透镜。
与此同时，第三电极206可以是浮动电极，或者可以将电压施加到 第三电极206。假定将电压施加到第三电极206，则该电压高于施加到第 一电极102的电压，但该电压低于施加到第二电极202的电压。通过施 加这种电压，电驱动液晶透镜100可实现接近于抛物透镜面的透镜相平 面。
注意根据电压是否施加到设置在电驱动液晶透镜100内的第一和
第二电极102和202，电驱动液晶透镜100可用作透镜。
此外，当电压未施加到电驱动液晶透镜100时，由反射金属制成的 第三电极206用作视差栅格(parallax barrier),并且可以由显示面板500 的二维图像来显示三维图像。当电压施加到电驱动液晶透镜100时，在 第一电极102与第二电极202之间产生透镜效果，从而导致己经穿过第 三电极206之间的空隙的光在透镜面上分散，并且能够显示二维图像。
在显示二维图像时，根据施加到电驱动液晶透镜IOO上的电压大小 而改变透镜曲率。例如，缓的透镜曲率导致从下面发射的光广泛分散， 从而实现了宽视角，而陡的透镜曲率导致已经穿过第三电极206之间的 空隙的光在减小的范围内发射，从而实现了窄视角。因此在显示二维图 像时，第三电极206没有表现出视差功能，并且透镜曲率根据施加到第 一电极102上的电压与施加到第二电极202上的电压之间的差而变化， 因而可以显示宽视角图像或窄视角图像。
现在将参考以下截面示意图来描述根据本发明的不同实施方式的使 用电驱动液晶透镜的立体显示设备的操作。
图3A、 4A和5A为解释了根据本发明的第一实施方式的具有图2 的结构的使用电驱动液晶透镜的立体显示设备的操作的截面示意图，其 中第三电极206的中心位于第二电极202的中心处，即位于透镜相平面 的边界。图6A、 7A和8A为解释了根据本发明的第二实施方式的具有图2的结构的使用电驱动液晶透镜的立体显示设备的操作的截面示意图，其 中第三电极206的中心位于相邻的第二电极202之间，即位于透镜相平 面的中心处。
首先，将描述本发明的第一实施方式，其中第三电极206的中心位 于第二电极202的中心处，即位于透镜相平面的边界。
图3A为示出了实现宽视角的三维成像模式操作的截面示意图，其中 电压未施加到电驱动液晶透镜100的第一和第二电极102和202上。具 体地，因为电压没有施加到第一和第二电极102和202而没有产生透镜 相平面，并且第三电极206拦截了从光源400发出的一部分光。
当没有产生透镜相平面时，因为第三电极206由反射金属制成，从 光源400发出的光仅在未形成第三电极206的区域中穿过透明液晶层。 在这种情况下，第三电极206用作视差栅格，以使光被导向显示面板500 的第一和第二图像像素P1和P2。因此，观察者V用右眼观察第一图像 IM1，并用左眼观察第二图像IM2。因为观察者V的右眼和左眼分别观 察到对应于不同像素的第一和第二图像，因此观察者V感知到三维图像。 也就是说，不论观察者V的位置如何，观察者V的右眼和左眼分别观察 到对应于不同像素的第一和第二图像IM1和IM2，以感知到三维图像并 实现了宽视角。
图3B为示出了在实现宽视角的三维成像模式操作中视角与亮度之 间关系的图。如图3B所示，可以理解电驱动液晶透镜在宽视角范围内 具有预定的亮度特性。
图4A为示出了实现宽视角的二维成像模式操作的图，其中将不同电 压施加到电驱动液晶透镜100的第一电极102(未示出)和第二电极202上， 并且第三电极206的中心位于第二电极202的中心处，即位于透镜相平 面的边界。具体地，将电压施加到第一和第二电极102和202以由此产 生透镜相平面，并且第三电极206拦截从光源400发出的一部分光。
当将电压施加到第一和第二电极102和202时，可以通过减小透镜 区域的中心与边缘之间的电压差而产生缓的透镜相平面。在这种情况中， 如果将焦距增大到大于透镜间距的1/4，则第三电极206没有表现出视差功能，因而导致了实现宽视角的普通二维成像模式操作。
在这种情况中，已经穿过未形成第三电极206的区域的光通过透镜 相平面而分散，从而被导向显示面板500的第一和第二图像像素Pl和P2。 结果，不论观察者的位置如何，观察者都通过任一只眼睛直接观察到图 像，以感知到二维图像，并且可以实现宽视角。如图4A所示，当焦距大 于电驱动液晶透镜100的透镜间距的1/4时，不存在三维视差栅格，从而 导致实现宽视角的二维成像模式操作。实现宽视角的二维成像模式操作 是可能的，因为已经穿过由反射金属制成的第三电极206之间的空隙的 光均匀地分散在电驱动液晶透镜100的缓相平面上。
图4B为示出了在实现宽视角的二维成像模式操作中视角与亮度之 间关系的图。在图4B中，可以理解，电驱动液晶透镜在宽视角范围内具 有预定的亮度特性。
图5A为示出了实现窄视角的二维成像模式操作的图，其中不同电压 施加到电驱动液晶透镜100的第一和第二电极102和202上，并且透镜 区域的中心和边缘之间具有较大的电压差，以实现接近于半圆的陡透镜 曲率。在这种情况中，在焦距接近于透镜间距的1/4的条件下使光会聚， 从而导致实现窄视角的二维成像模式操作。
在这种情况中，已经穿过未形成第三电极206的区域的光通过透镜 相平面而会聚，进而被导向显示面板500的第一和第二图像像素Pl和P2。 结果，观察者通过任一只眼睛直接观察到图像，从而由于透镜相平面的 会聚效果在窄视角范围内感知到二维图像。在这种情况中，当观察者在 偏离左侧或右侧的任何位置处观察立体显示设备时，由于透镜相平面的 会聚效果而拦截了光的透射，并且可以实现窄视角。
图5B为示出了在实现窄视角的二维成像模式操作中视角与亮度之 间关系的图。如图5B所示，可以理解电驱动液晶透镜在窄视角范围内 具有预定的亮度特性。
如上所述，注意根据从电驱动液晶透镜的透镜相平面的中心到焦 点之间的距离，即根据焦距，被导向透镜相平面的光可以如图4A所示那 样分散，或可以如图5A所示那样会聚。接下来将描述本发明的第二实施方式，其中第三电极206的中心位 于相邻的第二电极202之间，即位于透镜相平面的中心处。
图6A为示出了实现窄视角的三维成像模式操作的图，其中电压没有 施加到电驱动液晶透镜100的第一和第二电极102和202上。在这种情 况中，光源402可以是具有高的待发射光的会聚效率的高会聚背光。具 体地，因为电压未施加到第一和第二电极102和202而没有产生透镜相 平面，并且第三电极206拦截了从光源422发出的一部分光。
来自高会聚背光的会聚光穿过未形成第三电极206的区域，即穿过 作为简单透明层的电驱动液晶透镜100，以使会聚光被导向显示面板500 的第一和第二图像像素P1和P2。结果，观察者V用右眼观察到第一图 像IM1，并且用左眼观察到第二图像IM2。因为观察者的右眼和左眼分 别观察到对应于不同像素的第一和第二图像，因此观察者感知到三维图 像。与此同时，在观察者V的位置处，光通过高会聚背光而会聚，以被 导向显示面板500。因此，在偏离左侧或右侧的任何位置处无法观察到第 一和第二图像IM1和IM2，从而导致了实现窄视角的三维成像模式操作。
如上所述，当没有产生透镜相平面时，因为第三电极206由反射金 属制成，从高会聚光源402发出的光仅在未形成第三电极206的区域中 穿过透明液晶层。因为第三电极206用作视差栅格，因此来自高会聚光 源402的光仅在预定范围内发射，从而导致了实现窄视角的三维成像模 式操作。
图6B为示出了实现宽视角的三维成像模式中的视角与亮度之间关 系的图。如图6B所示，可以理解电驱动液晶透镜在窄视角范围内具有 预定的亮度特性。
接下来将根据本发明的第二实施方式的电驱动液晶透镜设计成使得 透镜相平面的边界位于相邻的反射第三电极206之间，以防止已经穿过 第三电极206之间的空隙的高度会聚光沿着缓透镜相平面的边界而广泛 分散，从而在预定的视角范围内显示图像。图7A为示出了实现窄视角的 二维成像模式操作的图，其中不同电压施加到电驱动液晶透镜100的第 一和第二电极102和202上，并且第三电极206的中心位于相邻的第二电极202之间，即位于透镜相平面的中心处。具体地，将电压施加到第 一和第二电极102和202以产生透镜相平面，并且第三电极206拦截了 从光源402发出的一部分光。当将电压施加到第一和第二电极102和202 时，可以通过减小透镜区域的中心与边缘之间的电压差而产生缓的透镜 相平面。在这种情况中，如果焦距增大到大于透镜间距的1/4，则第三透 镜206不会表现出视差功能，并且光在窄视角范围内沿着第三电极206 之间的缓透镜相平面发射，从而导致了实现宽视角的普通二维成像模式 操作。
在这种情况中，己经穿过未形成第三电极206的区域的光通过透镜 相平面的边界而会聚，以被导向显示面板500的第一和第二图像像素Pl 和P2。结果，观察者通过任一只眼睛直接观察到图像，以感知到二维图 像。与此同时，光通过透镜相平面的边界而仅在观察者的预定区域内的 位置处会聚，以被导向显示面板500。因此，当观察者位于预定区域之外 时，无法观察到图像，但可以实现窄视角。
图7B为示出了实现窄视角的二维成像模式中的视角与亮度之间关 系的图。如图7B为所示，可以理解电驱动液晶透镜在窄视角范围内具 有预定的亮度特性。
图8A为示出了实现宽视角的二维成像模式操作的图，其中不同电压 施加到电驱动液晶透镜100的第一和第二电极102和202上，并且第三 电极206的中心位于相邻的第二电极202之间，即位于透镜相平面的中 心处。在这种情况中，透镜区域的中心与边缘之间可具有较大的电压差， 以提供了较大的透镜曲率，因此得到类似于半圆的陡透镜相平面。这样 导致焦距接近于透镜间距的1/4，并且已经穿过第三电极206之间的空隙 且来自高会聚光源402的会聚光在陡的透镜相平面的边界处分散，从而 导致了实现窄视角的二维成像模式操作。
在这种情况中，已经穿过未形成第三电极206的区域的光通过透镜 相平面的边界而分散，以被导向显示面板500的第一和第二图像像素Pl 和P2。结果，观察者通过任一只眼睛直接观察到图像，以感知到二维图 像。在这种情况中，因为发出的光被分散，观察者可以在偏离左侧或右侧的任何位置处感知到图像，并且可以实现宽视角。
图8B为示出了实现宽视角的二维成像模式中视角与亮度之间关系 的图。如图8B所示，可以理解电驱动液晶透镜在宽视角范围内具有预 定的亮度特性。在这种情况中，包括第三电极206在内的电驱动液晶透 镜100的作用可类似于散射板。
如上所述，注意根据从电驱动液晶透镜的相平面的中心到焦点之 间的距离，即根据焦距，被导向透镜相平面的边界的光可以被会聚，从 而导致了如图7A所示的实现窄视角的二维成像模式操作，或者光可以被 分散，从而导致了如图8A所示的实现宽视角的二维成像模式操作。
接下来，将参考以下截面示意图来描述根据本发明的第三实施方式 的立体显示设备，该立体显示设备具有不同于上述第一和第二实施方式 的结构。
图9为示意性示出了根据本发明的第三实施方式的使用电驱动液晶 透镜的立体显示设备的截面图。
如图9所示，根据本发明的第三实施方式的使用电驱动液晶透镜的 立体显示设备包括用于发射出二维图像的显示面板5000;粘接到显示面 板5000的上面并且用于为二维图像提供光学分辨方向性的电驱动液晶透 镜1000;设置在电驱动液晶透镜1000上面的透镜偏振器1100;和设置 在显示面板5000的下面并且用于向显示面板5000发射光的光源(未示出)。
显示面板5000与上述第一和第二实施方式的显示面板500相同。 上偏振器2100和下偏振器3100设置在显示面板5000的上面和下面。
电驱动液晶透镜1000包括彼此相对的第一和第二基板1010和2000， 以及在第一基板1010与第二基板2000之间形成的液晶层3000。
透明金属膜形式的第一电极1020形成在第一基板1010的整个表面上。
以预定间隔限定电极图案的多个第二电极2020形成在第二基板 2000上。在相邻的第二电极2020中，从一个第二电极2020的中心到另一个第二电极2020的中心之间的距离称为间距。以间距的间隔重复相同 的(第二电极的)图案。
现在将描述施加电压之后的电驱动液晶透镜1000的操作。
第一电极1020被配置为接收与施加到第二电极2020上的电压所不 同的电压。具体地，主要将接近于接地电压的电压施加到第一电极1020， 而将比施加到第一电极1020的电压略高的电压施加到第二电极2020。利 用这种电压条件，在第二电极2020的中心产生了最强的垂直电场，并且 垂直电场的强度随着与第二电极2020之间的距离的增加而减小。结果， 假定构成液晶层3000的液晶分子具有正恒定介电各向异性，则液晶分子 将对应于电场而设置，因此在第二电极2020的中心是竖直的，并且以远 离第二电极2020的方式水平倾斜。从光透射的观点考虑，第二电极2020 的中心具有最短光学路径，并且该光学路径随着远离第二电极2020而增 加。而且从相平面的观点考虑，可以理解所得到的电驱动液晶透镜1000 具有光透射效果，该光透射效果类似于具有抛物透镜面的实际透镜。总 而言之，根据电压打开/关闭状态，电驱动液晶透镜1000可用作简单透明 层，或者可用作以相同的间距间隔重复的抛物透镜。
可进一步在第二基板2000上设置第三电极(未示出)等，以使电驱动 液晶透镜的相平面更加接近于抛物面，其中比施加到第二电极2020的电 压低的电压施加到该第二基板2000上。
因为在第一基板1010和第二基板2000的内表面上形成的第一和第 二配向层沐示出)在反平行方向上受到摩擦，所以液晶层3000的液晶以 初始电控双折射(ECB)模式排列。
透镜偏振器1100的透射轴线与上偏振器2100的透射轴线对齐，并 且垂直于下偏振器3100的透射轴线。
根据是否将电压施加到设置在电驱动液晶透镜1000内的第一电极 1020和第二电极2020上，电驱动液晶透镜1000可以由显示面板5000的 二维图像来显示三维图像。
当将相同的电压施加到形成在第二基板2000上的多个第二电极 2020，并且将不同的电压施加到第一基板1010上的第一电极1020时，电驱动液晶透镜1000的液晶略微倾斜，并且排列为ECB模式，从而使 己经穿过显示面板5000的光仅在预定视角范围内发射，并且导致实现窄 视角的二维成像模式操作。
现在将参考以下截面示意图描述根据本发明的第三实施方式的使用 电驱动液晶透镜的立体显示设备的操作。
图10A为解释了实现根据本发明的第三实施方式的立体显示设备的 宽视角的二维成像模式操作的截面示意图。图IOB为解释了实现根据本 发明的第三实施方式的立体显示设备的宽视角的三维成像模式操作的截 面示意图。图10C为解释了实现根据本发明的第三实施方式的立体显示 设备的窄视角的二维成像模式操作的截面示意图。
首先，图IOA为示出了二维成像模式的截面示意图，其中未将电压 施加到电驱动液晶透镜1000的第一电极1020和第二电极2020上。具体 地，因为未将电压施加到第一电极1020和第二电极2020而没有产生透 镜相平面。
从光源(未示出)发出的光直接穿过由于电压未施加到其上而没有产 生透镜相平面的电驱动液晶透镜1000，以被导向显示面板5000的第一和 第二图像像素Pl和P2。结果，观察者通过任一只眼睛从显示面板5000 中直接观察到图像，以感知到二维图像。在这种情况中，观察者甚至可 以在偏离左侧或右侧的任何位置处通过任一只眼睛直接观察到图像，以 感知到相同的图像，并且可以实现宽视角。
图IOB为示出了实现宽视角的三维成像模式的图，其中不同电压施 加到电驱动液晶透镜1000的第一电极1020和第二电极2020。具体地， 将电压施加到第一电极1020和第二电极2020以产生透镜相平面。
从光源(未示出)发出的光通过施加电压后而产生的透镜相平面而分 散，以被导向显示面板5000的第一和第二图像像素P1和P2。结果，观 察者可以用左眼观察到第一图像IM1，并且用右眼观察到第二图像IM2。 因为观察者的左眼和右眼分别观察到对应于不同像素的第一和第二图 像，所以感知到三维图像。在显示三维图像时，无论偏离左侧或右侧的 任何位置都可感知到相同图像，并且可以实现宽视角。图IOC为示出了实现窄视角的二维成像模式的图，其中将不同电压 施加到电驱动液晶透镜1000的第一电极1020和第二电极2020。在这种 情况中，将预定的电压施加到第一电极1010，而将零电压OV或浮动电 压施加到多个第二电极2020，从而可以确保第一电极1020与第二电极 2020之间的预定电压差，并且可以在液晶层内产生均匀电场，因而不会 产生透镜相平面。与图IOA(其中透镜区域的中心与边缘在每区域基础上 具有不同电场效果以实现透镜相平面)相比，在图10C中，透镜区域的 中心与边缘具有相同的电场效果。
与此同时，在以下实验中，将电压施加到第一电极1020和第二电极 2020上以使液晶倾斜约45度。
由于产生了均匀电场并且因而电驱动液晶透镜1000不具有透镜相 平面，从光源(未示出)发出的光将电驱动液晶透镜IOOO识别为简单透明 层，但因为液晶以预定的倾斜角排列而进行双折射。因此，光仅在前向 窄视角内发射，而在其它方向上被拦截，从而导致了实现窄视角的二维 成像模式操作。也就是说，通过电驱动液晶透镜1000的排列和透镜偏振 器1100的设置，被导向显示面板5000的光仅在预定视角内透射图像， 而无法在偏离左侧或右侧的任何位置处观察到图像，并且可以实现窄视 角。
换句话说，如果电驱动液晶透镜1000的液晶初始地以ECB模式排 列，并且不顾透镜区域而将电压施加到第一电极1010和第二电极2020 以产生相同的电压差，则液晶倾斜约45度。因此，根据视角的倾斜方向， 被导向显示面板的光具有相位值差。
图IOD为示出了在根据本发明的第三实施方式的使用电驱动液晶透 镜的立体显示设备的宽视角和窄视角条件下的透射率与视角之间的关系 的图。
在该实验中，对于实现窄视角的二维成像模式操作而言，对将要施 加到第一电极1020和第二电极2020上的电压进行设定，以使液晶倾斜 约45度。
如图IOD所示，在未将电压施加到电驱动液晶透镜1000的电压关闭状态中，可以理解电驱动液晶透镜1000显示宽视角的二维图像，并且 在视角为70度或更小时具有约为0.4或更大的透射率。也就是说，在视 角为70度或更小时可以进行高质量显示。此外，在具有恒定电压差的不 同电压施加到电驱动液晶透镜1000的第一电极和第二电极上以产生均匀 电场的电压打开状态中，可以理解电驱动液晶透镜1000显示窄视角的 二维图像，并且在约20度的视角中具有劣化的透射率。
然而，以上描述并未考虑到低光源，因此即使在显示窄视角图像时， 如果视角大大超过20度，则可以提高透射率。将不再描述补充示例。
图UA和11B为示出了对根据本发明的第三实施方式的背光单元的 亮度进行调整之前和之后的立体显示设备的视角与亮度之间关系的图。
图11A示出了在利用背光单元和额外光源而在宽视角内显示图像时 的亮度。可以理解实现窄视角的二维成像模式操作导致亮度在约20度 的视角处降低。然而，可以在20度或更大的视角处再次提高亮度。为了 对该问题进行补偿，如图11B所示，当仅相对于实现窄视角的二维成像 模式操作而将背光单元的亮度减为一半时，可以大大地防止侧向观察， 并且可以更精确地实现窄视角。
对于本领域技术人员而言很明显，在不偏离本发明的精神或范围的 条件下，可以在本发明中做出各种修改和变型。因而，本发明在落入所 附权利要求及其等同物的范围内的条件下旨在涵盖本发明的修改和变 型。
从以上描述可以清楚根据本发明的使用电驱动液晶透镜的立体显 示设备具有便于根据观察者的选择在二维图像与三维图像之间进行互相 转换，同时能够在宽视角和窄视角之间切换的效果。
权利要求
1、一种使用电驱动液晶透镜的立体显示设备，该立体显示设备包括显示面板；用于发光的光源；和所述电驱动液晶透镜，其设置在所述显示面板与所述光源之间，并且包含反射电极以拦截从所述光源发出的光的一部分，所述电驱动液晶透镜能够根据是否向所述电驱动液晶透镜施加了电压而进行宽视角显示或窄视角显示。
2、 根据权利要求1所述的设备，其中未向所述电驱动液晶透镜施加 电压时，所述电驱动液晶透镜的所述反射电极用作视差栅格。
3、 根据权利要求1所述的设备，其中向所述电驱动液晶透镜施加了 电压时，所述电驱动液晶透镜用作散射板。
4、 根据权利要求3所述的设备，其中通过调整施加到所述电驱动液 晶透镜上的电压而将所述电驱动液晶透镜用作与宽视角或窄视角相对应 的散射板。
5、 根据权利要求3所述的设备，其中所述电驱动液晶透镜包括 彼此相对设置的第一基板和第二基板； 在所述第一基板的整个表面上形成的第一电极； 多个第二电极，其形成在所述第二基板上并以预定间隔限定重复图案；在与所述第二电极不同的层中形成的所述反射电极，其中所述反射 电极与所述第二电极之间夹有绝缘膜；和位于所述第一基板与所述第二基板之间的液晶层。
6、 根据权利要求5所述的设备，其中所述反射电极由不透明高反射 率金属膜制成，而所述第一电极和所述第二电极由透明金属膜制成。
7、 根据权利要求5所述的设备，其中所述电驱动液晶透镜在平面内具有至少一个透镜区域，并且所述第 二电极中的至少一个与所述透镜区域相对应；并且施加到所述第二电极上的电压高于施加到所述第一电极上的电压。
8、 根据权利要求5所述的设备，其中所述反射电极的中心与相应的 第二电极的中心对齐。
9、 根据权利要求8所述的设备，其中所述光源为高会聚光源。
10、 根据权利要求1所述的设备，其中所述反射电极由铝膜制成。
11、 一种使用电驱动液晶透镜的立体显示设备，该立体显示设备包括显示面板；所述电驱动液晶透镜，其设置在所述显示面板上并具有与是否向所 述电驱动液晶透镜施加了电压相应的二维/三维切换功能，所述电驱动液 晶透镜表现出电控双折射配向模式；和设置在所述电驱动液晶透镜上的透镜偏振器。
12、 根据权利要求ll所述的设备，其中未向所述电驱动液晶透镜施 加电压时，所述电驱动液晶透镜用作透明层。
13、 根据权利要求ll所述的设备，该设备还包括-分别设置在所述显示面板的上面和下面的上偏振器和下偏振器。
14、 根据权利要求13所述的设备，其中所述透镜偏振器的透射轴线 与所述上偏振器的透射轴线对齐。
15、 根据权利要求ll所述的设备，其中所述电驱动液晶透镜包括 彼此相对设置的第一基板和第二基板； 形成在所述第一基板的整个表面上的第一电极；多个第二电极，其形成在所述第二基板上并以预定间隔限定重复图 案；和位于所述第一基板与所述第二基板之间的液晶层。
16、 根据权利要求15所述的设备，该设备还包括 形成在所述第一基板的包括所述第一电极在内的整个表面上的第一配向膜；禾口形成在所述第二基板的包括所述多个第二电极在内的整个表面上的 第二配向膜，其中所述第一配向膜和所述第二配向膜以反平行方向排列。
17、 根据权利要求16所述的设备，其中所述第一电极和所述第二电 极由透明金属膜制成。
18、 根据权利要求16所述的设备，其中当将比施加到所述第一电极上的电压高的电压施加到所述第二电极 上时，所述电驱动液晶透镜用作透镜；并且所述电驱动液晶透镜在平面内具有至少一个透镜区域，并且所述第 二电极中的至少一个与所述透镜区域相对应。
19、 根据权利要求15所述的设备，其中将地电压施加到所述多个第 二电极上并且将正电压施加到所述第一电极上以在所述液晶层内产生均 匀电场时，所述电驱动液晶透镜显示窄视角的二维图像。
全文摘要
本发明公开一种使用电驱动液晶透镜的立体显示设备。该立体显示设备包括显示面板；用于发光的光源；和电驱动液晶透镜，其设置在所述显示面板与所述光源之间，并且具有反射电极以拦截从所述光源发出的所述光的一部分，所述电驱动液晶透镜能够根据电压是否施加到该电驱动液晶透镜上而进行宽视角显示或窄视角显示。
文档编号G02F1/1335GK101424808SQ200810174779
公开日2009年5月6日 申请日期2008年11月3日 优先权日2007年11月2日
发明者洪炯基, 郑圣珉 申请人:乐金显示有限公司