专利名称：电驱动液晶透镜及使用该透镜的立体显示器件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电驱动液晶透镜，更具体地，涉及一种将摩擦方向限定在相对于 电极纵向为30 90度范围内以获得改进的透镜轮廓和透镜对称性的电驱动液晶透镜以及 使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用于快速传播信息的服务已经从简单的“听 说”服务诸如载波电话发展成基于用于高速处理字符、语音和图像的数字终端的“视听”多 媒体型服务，并且期望最终将其开发成多维空间3维立体信息通信服务，其能够实现不受 时间和空间限制的虚拟现实和立体观看。一般而言，基于通过观看者眼睛得到的立体视觉的原理实现表现3维的立体图 像。但是由于观看者的眼睛相互间隔约65mm，即具有双眼视差，因此由于两只眼睛之间的位 置差异，左眼和右眼会感知稍微不同的图像。由于两眼之间的位置差异导致的这种图像差 异被称作双眼像差。基于双眼像差设计3维立体图像显示器件，以允许左眼仅观看左眼图 像并且右眼仅观看右眼图像。特别是，左眼和右眼分别观看不同的2维图像。如果两个不同图像通过视网膜被 传送到大脑，则大脑精确组合图像，再现深度感知和真实的原始3维(3D)图像。这种能力 通常被称作立体摄影(立体视法)，且应用了立体视法的显示器件被称作立体显示器件。同时，可基于实现3维图像的透镜的构成元件对立体显示器件进行分类。在一个 实例中，使用液晶层的透镜被称作电驱动液晶透镜。通常，液晶显示器件包括两个相对的电极，和插入到两个电极之间的液晶层。通过 将电压施加到两个电极时产生的电场驱动液晶层的液晶分子。液晶分子具有极化和光学各 向异性特性。在此，极化是指分子排列方向根据电场的变化，该变化是随着当液晶分子处在 电场影响下时液晶分子中的电子聚集到液晶分子的相对侧引起的。而且，光学各向异性是 指根据入射光的入射方向或极化发射的光的路径或极化的变化，该变化是由液晶分子的伸 长形状以及上述分子排列方向引起。因此，由于施加到两个电极上的电压导致液晶层具有透射率差异，且液晶层能通 过基于每个像素改变透射率差异来显示图像。近来，已经提出了一种基于上述液晶分子特性的电驱动液晶透镜，其中液晶层用 作透镜。具体地，透镜被设计成利用透镜组成材料的折射率和空气的折射率之间的差值基 于每一位置来控制入射光学路径径。在电驱动液晶透镜中，如果将不同电压施加到位于液 晶层不同位置的电极上，以便产生驱动液晶层所需的电场，则被引入到液晶层的入射光基于每一位置经历不同的相位变化，结果，液晶层能以与实际透镜相同的方式控制入射光学 路径径光学路径光学路径。以下，将参照附图描述现有技术的电驱动液晶透镜。图1是示出现有技术的电驱动液晶透镜的截面图，图2是示出在将电压施加到电 驱动液晶透镜之后图1的电驱动液晶透镜的电势分布的示意图。如图1中所示，现有技术的电驱动液晶透镜包括相互面对的第一和第二基板10和 20，和形成在第一基板10和第二基板20之间的液晶层30。第一电极11设置在第一基板10上并相互间隔第一距离。在两个相邻的第一电极 11中，自一个第一电极11的中心到另一个第一电极11的中心的距离被称作“节距”。对于 各第一电极重复相同节距可形成图形。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由透明金属制成。液晶层30形成在第一电极11和第二 电极21之间的间隙中。由于基于电场的强度和分布而反应的特性，液晶层30的液晶分子 具有抛物线状电势表面，且由此具有与图2中所示电驱动液晶透镜相似的相位分布。在将高电压施加到第一电极11和将第二电极21接地的条件下实现上述电驱动液 晶透镜。通过这种电压条件，垂直电场在第一电极11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，如果液晶层30的液晶分子具有正向介电常数各向异性，则液 晶分子基于电场以下列方式排列液晶分子在第一电极11的中心是直立的且随着远离第 一电极11而逐渐接近水平地倾斜。结果，在光传输方面，在第一电极11的中心缩短了光学 路径，并且随着距第一电极11距离的增加而延长了光学路径，如图2中所示。通过使用相 位平面来表现光学路径的长度变化，电驱动液晶透镜具有与具有抛物线状表面的透镜相似 的光传输效果。在此，第二电极21引发由液晶分子所产生的电场的运行，使得光折射率在空间上 采取抛物线函数的形式。第一电极11对应于透镜边缘区域。这种情况下，与第二电极21相比，第一电极11被施加相对较高的电压。因此，如 图2中所示，在第一电极11和第二电极21之间产生电势差。特别是，在第一电极11附近 产生急剧升降的横向电场。因此，液晶具有稍微失真的分布而不是平缓的分布，从而光折射 率不能展现抛物线空间分布，或者液晶移动对电压变化过于敏感。在不具有抛物线状表面的透镜的情况下，可通过将电极设置在其间插入有液晶的 两个基板上并将电压施加到电极来实现上述现有技术的电驱动液晶透镜。 上述电驱动液晶透镜具有以下问题。首先，由于形成在下基板上的电极仅位于一部分透镜区域上，在对应于电极的透 镜边缘区域和远离透镜边缘区域的透镜中心区域之间产生急剧升降的横向电场而非平缓 电场，导致电驱动液晶透镜稍微失真的相位。特别是，在通过液晶场驱动的电驱动液晶透镜 中，由于透镜区域的节距越大，被施加高电压的电极的数目越小，因此在高电压电极和与这 些电极相对的基板之间产生不充分的电场。因此，难以形成与实际透镜具有相同效果的具 有平缓抛物线状透镜表面的电驱动液晶透镜。第二，当应用于大面积显示器件时，远离被施加了高电压的电极所处的透镜边缘 区域的透镜中心区域，基本上不受电场影响，难以通过电场对液晶进行取向控制。如果根据实际情况，很难或不可能在透镜中心区域进行取向控制，则最终的电驱动液晶透镜具有不 连续的透镜轮廓，并且不能起到透镜的作用。第三，在现有技术的电驱动液晶透镜中，为了解决上述问题，试图采取在一个基板 的透镜区域设置多个细微分裂电极并向各电极施加不同电压的方法。然而，这种方法可在 相邻的电极之间产生水平电场，而水平电场可能破坏由垂直电场驱动以形成液晶透镜的液 晶层的液晶分子的取向。由于这种破坏产生透镜误差并且导致液晶透镜的不对称，已经提 议致力解决这一问题。
发明内容
因此，本发明旨在提供一种电驱动液晶透镜以及使用该透镜的立体显示器件，其 基本上消除了由于现有技术的限制和缺陷导致的一个或多个问题。本发明的一个目标是提供一种电驱动液晶透镜以及使用该透镜的立体显示器件， 其中将摩擦方向限定在相对于电极的纵向为30 90度的范围内，以获得改进的透镜轮廓 和透镜对称性。在下面的描述中将部分地列出本发明的其它的优点、目的和特点，这些优点、目的 和特点的一部分对于所属领域普通技术人员来说通过研究下文将是显而易见的，或者可从 本发明的实践中领会到。通过书面说明书、权利要求书以及附图中具体指出的结构可实现 和获得本发明的这些目的和其他优点。为了实现这些目的和其他优点，根据本发明的用途，如这里具体化和广义描述的， 一种电驱动液晶透镜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对布置 并且分别包括多个透镜区域；多个第一电极，其形成在该第一基板上并且在每个透镜区域 中，并且在确定的方向上彼此分开，其中从每个透镜区域的中心到边缘逐渐增加的电压被 施加到各所述第一电极；第二电极，其形成在该第二基板的整个表面上；第一取向膜，其形 成在包括所述第一电极的第一基板的整个表面上，其中该第一取向膜在相对于所述第一电 极的纵向呈30 90度角的条件下经受摩擦，并被取向为具有预倾角；以及液晶层，其填充 在所述第一基板和第二基板之间。第一取向膜的预倾角可以在4 45度的范围内。第一取向膜的预倾角可以在0 0. 5度的范围内。形成液晶层的液晶可以具有正介电各向异性。上述电驱动液晶透镜还可以包括第二电极上的第二取向膜。第二取向膜可以具有 与第一取向膜的摩擦方向反平行的摩擦方向。根据本发明的另一方面，一种立体的显示器件包括上述的电驱动液晶透镜和发射 2维QD)图像信号的显示面板。在极化光从显示面板传输到电驱动液晶透镜时，极化光的传输轴可以与包含在电 驱动液晶透镜中的第一取向膜的摩擦方向一致。应当理解，本发明前面的概括性描述和下面的详细描述都是示例性的和解释性 的，意在对要求保护的本发明提供进一步的解释。
附图包含在本申请中构成本申请的一部分，用于给本发明提供进一步理解。附图 图解了本发明的实施方式并与说明书一起用于解释本发明的原理。在附图中图1是示出现有技术的电驱动液晶透镜的截面图；图2是示出将电压施加到图1的电驱动液晶透镜之后的电势分布图；图3A和;3B分别是示出假定在平行于电极的方向上进行摩擦，当没有电压施加到 电极时以及当将电压施加到电极时的液晶取向图。图4是示出在垂直于电极的方向上进行摩擦期间预倾角是1度的条件下的等势面 和液晶取向图；图5是示出在垂直于电极的方向上进行摩擦期间预倾角是4度的条件下的等势面 和液晶取向图；图6是示出基于摩擦和预倾角的透镜形状图；图7是示出根据本发明的电驱动液晶透镜的截面图；图8A和8B分别是示出当没有电压施加到图7的相邻电极时以及当将电压施加到 电极时的液晶取向图；图9是示出基于预倾角变化的透镜形状图；以及图10是示出根据本发明的立体显示器件的截面图。
具体实施例方式现在将详细参照本发明的优选实施方式进行描述，附图中示出了这些实施方式的 一些例子。尽可能地在整个附图中使用相同的参考标记表示相同或相似的部件。本发明提出一种电驱动液晶透镜的构造，其中每个透镜区域设置有多个细微分裂 电极并且将不同的电压施加到各电极，因为在每个透镜区域中具有单一电极的电驱动液晶 透镜难以控制细微的透镜轮廓。在提出的构造中，下基板设置有第一细微分裂电极，上基板在其整个表面上设置 有第二电极，通过第一电极和第二电极之间产生的垂直电场来驱动电驱动液晶透镜。另外，本发明提出以平行于电极纵向的方向来摩擦设置有第一细微分裂电极的下基板。下文将描述在上述的构造中出现的液晶的取向特性。图3A和;3B分别是示出假定在平行于电极纵向的方向上进行摩擦，当没有电压施 加到电极时以及当将电压施加到电极时的液晶取向图。在细微分裂电极构造中，如果以平行于图3A所示的第一细微分裂电极IOla和 IOlb的纵向的方向进行摩擦，在未施加电压的初始始状态中液晶分子110以平行于第一细 微分裂电极IOla和IOlb的摩擦方向取向。然后，当将电压施加到电驱动液晶透镜第一细微分裂电极和第二电极时，在第一 电极和第二电极之间产生垂直电场，因此，通过在不同的相位表面取向的液晶的折射率差 异来产生驱动液晶的电场。同时，当将电压施加到图3B所示的第一细微分裂电极IOla和IOlb时，由于在第 一细微分裂电极IOla和IOlb之间的电压差，通过第一细微分裂电极IOla和IOlb产生水平电场。当除了驱动透镜的垂直电场之外，下基板会受到水平电场的强烈影响时，会引起液 晶分子的水平变形，使得得到的透镜不能起到正常作用。尤其是，施加到在下基板上形成的第一细微分裂电极IOla和IOlb的电压可能是 适于减小液晶层单元间隙的高电压。例如，如果假定分别向相邻的第一细微分裂电极IOla 和IOlb施加5V和IV的电压，在两个相邻的电极之间产生水平电场。因此，在没有电压施加 到电极的状态下以电极的纵向排列的液晶分子110可能随水平电场的方向变形，并且从而 可能以电极IOla和IOlb的交叉方向取向。这个现象在靠近设置有第一细微分裂电极IOla 和IOlb的下基板的液晶分子110中出现的更明显。这个问题是缘于当施加电压时产生的水平电场对液晶分子110具有比液晶分子 110的初始预倾角呈现的力更大的影响，因此导致液晶分子110在水平方向变形。因此，试图通过使在未施加电压的初始状态下的液晶取向与施加电压时的液晶取向 相同来减少下基板上的第一细微分裂电极之间的水平电场的影响。为此，进行了一些试验以观 察在以垂直于电极纵向的方向进行摩擦由此改变液晶分子的预倾角的条件下的液晶取向。图4是示出在垂直于电极的纵向的方向进行摩擦时预倾角是1度的条件下的等势 面和液晶取向图，图5是示出在垂直于电极的纵向的方向进行摩擦时预倾角是4度的条件 下的等势面和液晶取向图。当在垂直于电极纵向的方向上进行摩擦时，液晶基于其预倾角呈现不同的取向特 性。尤其是，如图4所示，如果预倾角为比如1度的较小值，电场的影响比预倾角的影响大， 因此，液晶分子大致以被施加了高电压的电极为中心，在其两侧具有对称取向。然而，在液 晶分子以不同于预倾角方向的方向取向的区域中(图的左侧区域)，在被施加了最高电压 的电极的中心与相邻的电极之间产生强大的水平电场，引起液晶水平倾斜。具体来说，当电压以预倾角方向施加到电极时，液晶通常以与电势表面平行的的 方向取向，但是也可能以垂直于在预倾角相反方向上的电势表面的方向取向。尤其是，在电 极的中心处的液晶保持为由水平电场驱动，因此，破坏了电驱动液晶透镜的对称性。另一方面，如图5所示，如果预倾角具有比如大约4度的较大值，预倾角的影响比 电场的影响大。因此，当施加电压时，液晶以基本上垂直于电势表面的方向取向，并且基于 液晶的初始预倾角保持液晶的取向。结果，液晶分子以大致与预倾角相同的方向取向，而不 是基于电极的中心对称取向。具体而言，在图5的情况下，液晶分子的取向方向大致等于预倾角的方向，因此， 液晶分子以与电势表面垂直的方向取向。因此，与图4不同，液晶分子基于被施加了最高电 压的电极的中心不对称地取向。然而，一旦驱动电驱动液晶透镜，液晶层不具有实际透镜形状，但由于液晶分子的 折射率的差异，当每个透镜区域限定抛物线形的光学路径差异时液晶层就实现了透镜功 能。这里，可以说基于液晶分子的倾斜度来确定光学路径差异。与图4相比，可以理解到，当预倾角增加到如图5所示的大约4度时，可以消除液 晶分子在电极中心的周围完全水平倾斜的现象。如果预倾角增加到如图5所示的大约4度，虽然电驱动液晶透镜可以有不对称的 取向特性，但是通过预倾角增加垂直电场的影响，从而液晶经历对称折射率差异，因此满足 了垂直取向的条件。由于液晶层基于被施加了最高电压的电极而具有对称的折射率差异，电驱动液晶透镜在以垂直于电极纵向的方向进行摩擦并且预倾角在4 45范围内取值的 条件下呈现对称的液晶取向。当预倾角是如图5所示的4度时，液晶分子基于电极中心具有相同的取向方向和 相同的倾斜度，因此允许电驱动液晶透镜进行关于电极的对称操作。从上述试验可以理解到，如果以垂直于电极纵向的方向进行摩擦并且初始预倾角 被设定为大约4度或更大的较大值以增加预倾角的影响使其大于电场的影响，则可以防止 液晶由电驱动液晶透镜的下基板的水平电场导致的变形。图6是示出基于摩擦和预倾角的透镜形状图。图6示出电驱动液晶透镜基于第1到4情况的不同情况下的不同形状。这里，第1 种情况采用理想的透镜，第2种情况采用摩擦角是90度并且预倾角是4度的透镜，第3种 情况采用摩擦角是零度并且预倾角是1度的透镜，第4种情况采用摩擦角是零度并且预倾 角是4度的透镜。尤其是，在第3种情况，摩擦角是零度(平行于电极的纵向)并且预倾角是1度， 可以理解到，电驱动液晶透镜的对称性被破坏并且电驱动液晶透镜不能被正常驱动。如上 所述，这是因为当施加电场时液晶分子发生了水平变形。在第4种情况，尽管电驱动液晶透镜的对称性与第3种情况相比在邻近电极中心 的区域未被完全破坏，左右侧也可能具有不同的形状。也就是说，可以理解到，当在平行于 电极纵向的方向进行摩擦时，即使预倾角具有较大值，电驱动液晶透镜也不具有理想的透 镜形状。与此相对照，在第2种情况，摩擦的角是90度因而以垂直于电极纵向的方向进行 摩擦，并且预倾角是4度，可以理解到，电驱动液晶透镜可以以与理想透镜基本上相同的方 式作为水平对称透镜进行操作。通过这种情况，当摩擦角是90度并且预倾角在4 45度 范围内时，可以理解到电驱动液晶透镜作为理想透镜进行操作。图7是示出本发明的电驱动液晶透镜的截面图。如图7所示，本发明的电驱动液晶透镜包括第一基板400和第二基板500，第一 基板400和第二基板500彼此相对布置并且分别具有多个透镜区域L，并且第一基板的多个 透镜区域L对应于第二基板的多个透镜区域；多个第一电极401a和401b，其形成在第一基 板400上并且在每个透镜区域彼此等间距地隔开；第二电极501，其形成第二基板500的整
个表面上；施加不同电压Vmin、Vl、V2......Vmax到各第一电极401a和401b的电压源；以
及填充在第一基板400和第二基板500之间的液晶层600。单个电驱动液晶透镜包含具有光学路径差异的多个周期性重复的透镜区域L。第一电极401a和401b可以如图所示彼此等间距隔开，或者也可以根据需要，具有 从透镜区域L的边缘E到中心0逐渐增加或减少的可变间隔。为了防止在各电极所处位置的透射损耗，第一电极401a和401b和第二电极501 由透明金属制成。第一电极401a和401b可以在单层中彼此隔开，或者可以被划分在不同的层中，使 得如所示出的，第一电极40Ia设置在第一基板400上，第一电极40Ib设置在绝缘膜402上。 在后一种情况下，在相同的层中的第一电极401a或401b可以以增加的距离彼此隔开，以防 止在具有较小宽度的相邻的第一电极401a或401b之间发生短路。而且，从平面图来看的话，所有第一电极401a和401b可以密集地排列，以基本上覆盖第一基板400的整个表面。关于每个透镜区域L，将大约等于阈值电压的第一电压Vmin施加到位于透镜区域 L的中心0的第一电极，而将最高的第η个(nth)电压Vmax施加到位于透镜区域L的边缘 E的第一电极。在这种情况下，施加到位于透镜区域L的中心0和边缘E之间的第一电极 401a和401b的电压在从透镜区域L的阈值电压Vmin到第η个电压Vmax的范围内，并且 随着距透镜区域L的中心0的距离的增加而逐渐增加。当将上述电压施加到多个第一电极 401a和401b时，将地电压施加到第二电极501，由此在第一电极401a和401b与第二电极 501之间产生垂直电场。在施加上述电压时，期望施加到相邻的第一电极401a和401b的电压的差是IV或 更少，从而不会在第一电极401a和401b之间产生过强的水平电场。多个第一电极401a和401b关于透镜区域L的边缘E水平对称地形成。通过在 焊盘部分(对应于显示面板350的非显示部分)的金属线(未示出)，各第一电极401a和
401b连接到相应电压信号Vmin、VI、V2......Vmax的电压源，使相应电压施加到第一电极
401a 和 401b。这里，施加到对应于透镜区域L的中心0的第一电极401a或401b的最低阈值电压
Vmin是具有大约1. 4 2V的峰值的交流电(AC)方波电压。阈值电压Vmin ^V = πA^-
\ΑεεΟ
确定，其中，△ ε是液晶的介电常数各向异性，Kl是液晶的弹性模数，％是自由空间介电 常数。另外，施加到第一电极51的电压中的最高电压Vmax，即施加到位于透镜区域L的边 缘E的第一电极401a和401b的电压是具有大约2. 5 IOV的峰值的AC方波电压。如果假设透镜区域L的宽度是节距P，在透镜区域L的中心0和边缘E之间的距离 等于P/2。这表明电压的对称值被施加到从透镜区域L的边缘E到中心0的对称第一电极 401a 和 401b。第一取向膜403和第二取向膜502分别形成在包括第一电极401a和401b的第一 基板400上以及在第二电极501上。在这种情况下，为了使电驱动液晶透镜用作在未施加 电压的初始状态时的透明层，第一取向膜403可以具有与第一电极401a和401b的纵向垂 直的摩擦方向或者相对于第一电极401a和401b的纵向在30 90度范围的摩擦方向。在 这种情况下，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(这里，术语“反平行”表示具有相反行进方向的平行方向)。因此，电驱动液晶透镜可 以将从位于其下的显示面板传输的图像直接传送给观看者。多个第一电极401a和401b具有以相交于第一基板400或者绝缘膜402的方向 (即第一基板400的一边的方向)延伸的条状。每个第一电极401a和401b具有1 10 μ m 的宽度，并且在两相邻的第一电极401a和401b之间的距离在1-10 μ m的范围内。例如，节 距为在90 μ m到1，000 μ m的范围内变化的变量，并且，根据第一电极401a和401b的上述 宽度和距离，基于每一透镜区域可形成大约10到100或更多的第一电极。虽然未显示，密封图案(未示出)形成在第一和第二基板400和500的外围区域 (即包括焊盘部分的非显示区域)以支撑第一基板400和第二基板500之间的间隙。在第 一基板400和第二基板500之间的液晶层600必须具有大约15 μ m或更多的足够厚度，以 形成具有足够相位的电驱动液晶透镜。为了稳定地保持液晶层600的厚度，还可以设置球状间隔物或者柱状间隔物来支撑第一基板400和第二基板500之间的单元间隙。在这种情 况下，放置所述间隔物具有防止破坏电驱动液晶透镜的相位的优点。当具有相同宽度的第一电极401a和401b设置在第一基板400上，并且从透镜区 域L的边缘E到中心0逐渐减少的电压被施加到第一电极401a和401b时，第一电极401a 和401b与第二电极501之间产生平缓的垂直电场，相邻的第一电极401a和401b之间产生 轻微的水平电场。从而，可以观察到平缓的横向电场，其中电场的强度在透镜区域L的边缘 E较高，在透镜区域L的中心0较低。在表现基于电场的每一位置取向的液晶的光学路径的长度时，透镜区域L的边缘 E具有最短的光学路径，并且透镜区域L的中心0具有最长的光学路径。因此，可以理解到， 电驱动液晶透镜具有类似于平缓抛物线形的透镜形状。这里，施加到第一电极401a和401b和第二电极501的电压引起通过液晶分子产 生的电场的运行，使光的折射率在空间上采取抛物线函数的形式。如所示出的第一电极401a和401b可以分成两层，或者可形成在同一层中。同时， 第一电极401a和401b的宽度和距离可以具有相等的值，或者宽度和距离之一可以具有不 同的值，或者宽度和距离两者都具有不同的值。第一电极的宽度和距离上的变化可以依赖 于期望的透镜轮廓。图8A和8B分别是示出当没有电压施加到图7的相邻的电极时以及当将电压施加 到电极时的液晶取向图。如图8A所示，当不施加电压时，第一电极401a和401b之间的液晶分子610以初
始摩擦方向取向。如图8B所示，当施加电压时，例如，当施加到相邻的第一电极401a和401b的电压 分别是5V和IV时，即使相邻的电极401a和401b之间产生水平电场，因为水平的电场具有 与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。这防止与被施加了 高电压的第一基板400邻近的液晶分子610的变形，因此消除了由第一基板400的水平电 场带来的任何影响。另外，第一和第二基板400和500之间产生的垂直电场可以正常驱动 液晶层600。如上所述，在本发明的电驱动液晶透镜中，形成在第一电极401a和401b上方的第 一取向膜403经受在垂直于第一电极401a和401b的纵向的方向上的摩擦，以便消除由水 平电场带来的任何影响，因此能够控制例如液晶分子的水平变形的异常行为。由此，可以减 小已经被形成为具有防止由水平电场带来的影响所需的足够厚度的液晶层的厚度。另外，在本发明中，给定预倾角是4度或更大，使预倾角的影响大于电压驱动的影 响(尤其是，水平电场的影响)。这能够防止当施加电压时产生的水平变形，也可以防止电 驱动液晶透镜的不对称。根据需要，如果预倾角由紫外线(UV)的照射(取向)确定，即使当预倾角在0 0. 5度的范围内时也可以应用具有对称特性的电驱动液晶透镜。在上述摩擦角是90度并且 预倾角是1度的情况下，液晶分子相对于基板表面有点倾斜，因此基于是否施加电压具有 很强的移动趋势。然而，如果预倾角具有在0 0.5度范围内的较小值，根据是否施加电场 获得液晶分子的取向，而不受初始取向条件的影响。在这种情况下，因为摩擦方向与第一电 极的纵向垂直，当从无电压状态到电压施加状态转变时，平行于第一电极水平取向的液晶分子由于垂直电场变得直立，因而能够驱动电驱动液晶透镜。图9是示出基于预倾角变化的透镜形状图。由图9的模拟结果可以理解到，当摩擦方向与电极的纵向垂直时，如果预倾角增 加到4度或更大时，水平电场的影响减少，因此，最终的透镜形状更接近理想透镜形状。在上述模拟中，电驱动液晶透镜在摩擦方向垂直于第一电极的纵向并且预倾角在 3 5度的范围内以0. 5度逐步增加的条件下实现。在这种情况下，可以理解到，当预倾角是3或者3. 5度时，电驱动液晶透镜由于电 极的左、右侧的透镜高度彼此稍微不同而具有不对称的特性，但是在预倾角是4度时，电驱 动液晶透镜具有对称的特性。仅当摩擦方向与电极的纵向垂直时，上述的特性是不适用的；当摩擦方向相对于 电极的纵向在30 90度范围内时，可以获得相似的改进效果。下文将描述包括上述电驱动液晶透镜的立体显示器件。图10是示出本发明的立体显示器件的截面图。在图10中，透镜区域L在水平方向重复，并且第一电极401a和401b具有在进入 到图中的方向延伸的细长条形。如图10所示，本发明的立体显示器件包括电驱动液晶透镜2000，当接收到电压 被驱动以起到透镜作用；显示面板350，位于电驱动液晶透镜2000的下面并且用于发射2D 图像信息；和光源700，位于显示面板350的下面并且用于向显示面板350发射光。根据实际情况，如果显示面板350是自照明装置，可以省略光源700。显示面板350包含第一和第二图像像素Pl和P2，所述第一和第二图像像素Pl和 P2交替并且重复地排列以分别显示并且分别重复设置显示第一和第二图像IMl和IM2。显 示面板350可以选自包括液晶显示器(LCD)，有机发光显示器(OLED)，等离子体显示面板 (PDP)，场发射显示器(FED)等等的各种平板显示器。显示面板350位于电驱动液晶透镜 2000的下面，并且用于将2D图像信号传送到电驱动液晶透镜2000。本发明的电驱动液晶透镜2000用于根据透镜表面的轮廓发射源自2D图像信号的 3D图像信号，并且位于形成2D图像的显示面板350上。根据是否对其施加电压，电驱动液 晶透镜2000可以选择性地发射3D图像信号或者2D图像信号。具体而言，电驱动液晶透镜 1000具有在没有施加电压时切换为显示2D图像或者在施加电压时切换为显示3D图像的切 换功能。同时，当向电驱动液晶透镜2000中设置的多个第一电极401a和401b施加从上述 的阈值电压(即具有1. 4 2V的峰值的AC方波电压)到最高电压(即具有2. 5 IOV的 峰值的AC方波电压)范围的电压并向第二电极501施加地电压时，电驱动液晶透镜2000 起到类似于光学抛物线形透镜的功能，由此将来自显示面板350的第一和第二图像IMl和 IM2分别传送到第一和第二观看区Vl和V2。如果设定第一观看区Vl和第二观看区V2之 间的距离为观看者眼睛之间的距离，观看者能组合传送到第一和第二观看区Vl和V2的第 一和第二图像IMl和IM2，因此感知基于双眼像差的3维图像。另一方面，当没有电压施加到第一电极401a和401b和第二电极501时，电驱动液 晶透镜2000简单地用作透明层，以直接显示显示面板350的第一和第二图像IMl和IM2而 没有折射。因此，与观看区无关，第一和第二图像IMl和IM2被直接传送到观看者，因而观
11看者感知2维图像。在图中，电驱动液晶透镜2000的一个透镜区域L具有与位于电驱动液晶透镜2000 下面的显示面板350的两个像素Pl和P2总宽度相对应的宽度。根据需要，多个像素可以与 透镜区域L相对应。另外，透镜区域L可以相对于像素倾斜预定角度，并且根据需要，可以 相对于像素逐步布置透镜区域L(更具体地，将第η个像素水平线的透镜区域偏移第(η+1) 个像素水平线的透镜区域预定距离。透镜区域L限定为具有与节距P相应的宽度，并且具有相同节距的多个透镜区域 L以确定的方向(例如，在如图10所示的水平方向)周期性地重复。这里“节距P”表示单 个透镜区域L的水平宽度。应注意的是，透镜区域L不具有物理凸透镜形状，但是具有当通 过电场对液晶取向时获得的透镜效果。在图10中，上述的透镜区域L以节距P大小的间隔
水平重复。同时，在上述的电驱动液晶透镜中，形成液晶层的液晶分子具有正介电各向异性， 使得通过电场将液晶分子取向为垂直于电势表面。如果液晶分子具有负介电各向异性，可 以获得与上述描述相反的取向特性。在上述立体显示器件中，优选地，在极化光从显示面板350传输到电驱动液晶透 镜2000时，极化光的传输轴与包含在该电驱动液晶透镜中的第一取向膜的摩擦方向一致。从这上述描述明显看出，根据本发明的电驱动液晶透镜和使用该透镜的立体显示 器件具有下列效果。首先，为了减小单元间隙，设置多个细微分裂电极并且对各电极施加不同的电压。 由于这种构造，电驱动液晶透镜可以获得改进的透镜轮廓以及减小的单元间隙，最终降低 了工艺成本。第二，即使由于当高电压施加到每个细微分裂电极中心时产生的电压差导致相邻 电极之间产生水平电场，通过在相对于细微分裂电极的纵向为30 90度范围内的方向进 行摩擦，可以防止液晶分子由水平电场引起水平变形。第三，因为取向膜具有0 0.5度范围或者具有4度或更大的预倾角，可以通过消 除预倾角的影响或通过当从无电压状态到电压施加状态转换时增加电场的影响使其大于 预倾角的影响，来确保电驱动液晶透镜的液晶层的折射率的对称性。在一种情况下，当通过 控制液晶分子的预倾角以大约或者恰好垂直于细微分裂电极的纵向的方向进行摩擦时，可 以控制液晶分子在水平方向的行为。在不脱离本发明的精神或范围的情况下，对本发明可进行各种修改和变化，这对 于所属领域技术人员来说是显而易见的。因而，本发明意在覆盖落入所附权利要求书范围 及其等效范围内的对本发明的所有修改和变化。
权利要求
1.一种电驱动液晶透镜，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对布置并且分别包括多个透镜 区域；多个第一电极，其形成在该第一基板上并且在每个透镜区域中，并且在确定的方向上 彼此分开，其中从每个透镜区域的中心到边缘逐渐增加的电压被施加到各所述第一电极；第二电极，其形成在该第二基板的整个表面上；第一取向膜，其形成在包括所述第一电极的第一基板的整个表面上，其中该第一取向 膜在相对于所述第一电极的纵向呈30 90度角的条件下经受摩擦，并被取向为具有预倾 角；以及液晶层，其填充在所述第一基板和第二基板之间。
2.根据权利要求1的透镜，其中该第一取向膜的预倾角在4 45度的范围内。
3.根据权利要求1的透镜，其中形成该液晶层的液晶具有正介电各向异性。
4.根据权利要求1的透镜，其中该第一取向膜的预倾角在0 0.5度的范围内。
5.根据权利要求4的透镜，其中该第一取向膜的预倾角由紫外线照射限定。
6.根据权利要求1的透镜，还包括在该第二电极上的第二取向膜。
7.根据权利要求6的透镜，其中该第二取向膜具有与该第一取向膜的摩擦方向反平行 的摩擦方向。
8.一种立体显示器件，包括发射2维图像信号的显示面板；以及电驱动液晶透镜，该电驱动液晶透镜直接发射来自该显示面板的2维图像信号，或者 将所述2维图像信号转换为3维图像信号以发射所述3维图像信号，其中该电驱动液晶透 镜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对布置并且分别包括多个透镜 区域；多个第一电极，其形成在该第一基板上并且在每个透镜区域中，并且在确定的方向上 彼此分开，其中从每个透镜区域的中心到边缘逐渐增加的电压被施加到各所述第一电极；第二电极，其形成在该第二基板的整个表面上；第一取向膜，其形成在包括所述第一电极的第一基板的整个表面上，其中该第一取向 膜在相对于所述第一电极的纵向呈30 90度角的条件下经受摩擦，并被取向为具有预倾 角；以及液晶层，其填充在所述第一基板和第二基板之间。
9.根据权利要求8的器件，其中在极化光从该显示面板传输到该电驱动液晶透镜时， 所述极化光的传输轴与包含在该电驱动液晶透镜中的第一取向膜的摩擦方向一致。
全文摘要
本发明公开一种电驱动液晶透镜及使用该透镜的立体显示器件。该电驱动液晶透镜包括第一基板和第二基板，彼此相对布置并且分别包括多个透镜区域；多个第一电极，其形成在第一基板上并且在每个透镜区域中，并且在确定的方向上彼此分开，其中从每个透镜区域的中心到边缘逐渐增加的电压被施加到各第一电极；第二电极，形成在该第二基板的整个表面上；第一取向膜，形成在包括第一电极的第一基板的整个表面上，其中第一取向膜在相对于所述第一电极的纵向呈30～90度角的条件下经受摩擦，并被取向为具有预倾角；以及液晶层，填充在所述第一基板和第二基板之间。由此可获得改进的透镜轮廓和透镜对称性。
文档编号G02F1/29GK102116989SQ201010273970
公开日2011年7月6日 申请日期2010年9月2日 优先权日2009年12月31日
发明者李秉州, 金成佑 申请人:乐金显示有限公司