包括液晶的光学调制装置及其驱动方法和光学装置与流程

技术领域

下面的描述涉及一种光学调制装置、一种该光学调制装置的驱动方法和一种使用该光学调制装置的光学装置。更具体地，本发明涉及一种使用液晶的光学调制装置、一种该光学调制装置的驱动方法和一种使用该光学调制装置的光学装置。

背景技术：

近来，已经广泛开发出利用光学调制装置来调制光学装置的光学特性的光学装置(例如，显示装置)。例如，用于显示三维(3D)图像的光学显示装置已经受到许多关注，其可以包括和/或使用光学调制装置来分离图像并在不同的时间发送这些图像，从而观看者可以将这些图像识别为立体图像。光学调制装置被设计为用在立体图像显示装置中，而不使用诸如透镜和棱镜的其他观看设备，以改变通过显示装置显示的光(例如，图像)的路径并在期望的时间以其进行发送。

可以利用借助相位调制的光的衍射来改变入射光的方向。

当偏振光经过诸如相位延迟单元的光学调制装置时，它的偏振状态改变。例如，当圆偏振光输入到半波片时，圆偏振光的旋转方向变为相反(例如，相差180°)并且光被输出。例如，当左旋圆偏振光经过半波片时，输出右旋圆偏振光。在本示例中，圆偏振输出光的相位根据半波片的光学轴(即，慢轴的角度)而不同。例如，当半波片的光学轴旋转面内时，输出光的相位变化。因此，当半波片的光学轴在空间x轴的方向上旋转180度时(π弧度)，可以输出在x轴方向上相位调制或相位改变了360度(2π弧度)的光。当光学调制装置根据光学调制装置的位置将输入光的相位从0改变到2π时， 可以实现用于改变或更改经过的光的方向的衍射光栅(diffraction lattice)或棱镜。

可以使用液晶来根据光学调制装置的位置容易地控制诸如半波片的光学调制装置的光学轴。对于被实现为包括液晶的相位延迟单元的光学调制装置而言，可以通过使根据施加到液晶层的电场而排列的液晶分子的长轴旋转来执行不同的相位调制。可以通过排列的液晶分子的方向(即，方位角)来确定(例如，调整或变化)经过光学调制装置并被输出的光的相位。

为了使用利用液晶和棱镜、衍射光栅或者透镜的光学调制装置来执行连续的相位调制，必须将液晶分子排列为使得液晶分子的长轴可以根据光学调制装置的位置而连续地改变。为了使输出光具有按位置从0改变或变化到2π的相位分布，半波片的光学轴必须从0改变或变化到π。出于这个目的，会要求与液晶层邻近的基底在不同的方向上取向，使工艺变得复杂化。当必须精细区分和处理取向时，难以均匀地执行诸如摩擦(rubbing)工艺的取向工艺，这会导致当在显示装置中使用时的显示缺陷。

在本背景技术部分中公开的以上信息仅用于增强对本发明的背景的理解，因此，以上信息可能包含不形成本领域的普通技术人员在本国已经知晓的现有技术的信息。

技术实现要素：

本发明的实施例的一方面提供一种包括液晶的光学调制装置，用于容易地控制液晶分子的面内转角并调制输出光的光学相位。

本发明的实施例的一方面还简化了用于制造包括液晶的光学调制装置的工艺并增大了光学调制装置的衍射效率。

本发明的实施例的一方面还可以制造可广泛应用的包括液晶的光学调制装置；例如，该光学调制装置可以用作透镜、衍射光栅或棱镜，使得它可以用于各种光学装置。

本发明的示例性实施例提供一种光学调制装置或一种包括该光学调制装置的光学装置，所述光学调制装置包括：第一板和面对第一板的第二板；以及液晶层，位于第一板和第二板之间并包括多个液晶分子，其中，第一板包括第一取向件和多个第一电极，第二板包括第二取向件和至少一个第二电极，第一取向件的取向方向与第二取向件的取向方向基本平行，第一板的一部分、 第二板的一部分以及位于第一板和第二板之间的液晶层的一部分是单独的单元。

当电场没有被施加到液晶层时，邻近于第一板的液晶分子的预倾斜方向可以与邻近于第二板的液晶分子的预倾斜方向关于与第一板的表面正交的线相反。

当电场被施加到液晶层时，在所述单元的第一单元中，邻近于第一电极的区域中的电场强度可以大于邻近于第二电极的区域中的电场强度。

在所述单元中与第一单元相邻的第二单元中，邻近于第一板的区域中的电场强度可以小于邻近于第二板的区域中的电场强度。

所述多个第一电极中相应的第一电极可以位于第一单元和第二单元中的每个单元中。

供应到第一单元中的第一电极的电压可以大于供应到第二单元中的第一电极的电压。

所述多个第一电极中的一个第一电极可以位于第一单元中，可以在第二单元中没有第一电极。

所述多个第一电极包括至少四个第一电极，所述多个第一电极中的至少两个第一电极可以位于第一单元和第二单元中的每个单元中。

供应到第一单元中的第一电极的电压可以大于供应到第二单元中的第一电极的电压。

第二板还可以包括多个第二电极。

所述多个第二电极中相应的第二电极可以与所述多个第一电极中相应的第一电极对齐。

所述多个第二电极可以沿着布置所述多个第一电极所沿的方向布置。

所述多个第二电极可以沿着与布置所述多个第一电极所沿的方向基本垂直的方向布置。

所述多个第一电极中的一些第一电极与所述多个第二电极中的一些第一电极叠置的区域和所述多个第一电极中的一些第一电极与所述多个第二电极中的一些第一电极不叠置的区域可以交替地布置。

当电场被施加到液晶层时，供应到所述多个第一电极的电压可以以阶梯式的方式变化。

本发明的另一实施例提供了一种用于驱动光学调制装置的方法，所述光 学调制装置包括第一板和面对第一板的第二板以及位于第一板和第二板之间的液晶层，第一板包括多个第一电极，第二板包括至少一个第二电极，其中，第一板的一部分、第二板的一部分以及位于第一板和第二板之间的液晶层的一部分是单独的单元，所述方法包括：向第一电极和所述至少一个第二电极供应电压，使得在与所述多个第一电极的在所述单元的第一单元中的一个第一电极对应的并且与第一板邻近的区域中的液晶层中的电场强度大于在与第二板邻近的区域中的液晶层中的电场强度。

向第一电极和所述至少一个第二电极供应电压的步骤使得在与第一板邻近的区域中的液晶层中的电场强度小于在与第二板邻近并与所述单元中的与所述第一单元相邻的第二单元对应的区域中的液晶层中的电场强度。

供应到第一单元中的第一电极的电压可以大于供应到第二单元的第一电极的电压。

供应到第一电极的电压可以以阶梯式的方式变化。

根据本发明的实施例，在包括液晶的光学调制装置中，通过容易地控制液晶分子的面内转角来调制输出光的光学相位。另外，简化了用于制造包括液晶的光学调制装置的工艺，增大了光学调制装置的衍射效率。此外，将所述包括液晶的光学调制装置制造为可广泛应用，使得其可以用作透镜、衍射光栅或棱镜，从而其可以适用于各种类型的光学装置。

附图说明

图1示出根据本发明的示例性实施例的光学调制装置的透视图。

图2示出包括在根据本发明的示例性实施例的光学调制装置中的第一板和第二板上的取向方向的俯视平面图。

图3示出用于将图2中示出的第一板和第二板接合的工艺。

图4A示出当没有对根据本发明的示例性实施例的光学调制装置的第一板和第二板赋予电压差时液晶分子的排列的透视图。

图4B示出在图4A中示出的光学调制装置的关于平面I、II和III的剖视图。

图5A示出当对根据本发明的示例性实施例的光学调制装置的第一板和第二板赋予电压差时液晶分子的排列的透视图。

图5B示出在图5A中示出的光学调制装置的关于平面I、II和III的剖视 图。

图6示出根据本发明的示例性实施例的光学调制装置的透视图。

图7示出当没有对图6中示出的光学调制装置的第一板和第二板赋予电压差时液晶分子的排列的关于图6的平面IV的剖视图。

图8示出在对图6中示出的光学调制装置的第一板和第二板赋予电压差之后液晶分子的排列的关于图6的平面IV的剖视图。

图9示出在对图6中示出的光学调制装置的第一板和第二板赋予电压差之后液晶分子稳定之前液晶分子的排列的关于图6的平面IV的剖视图。

图10示出在对图6中示出的光学调制装置的第一板和第二赋予电压差之后稳定了的液晶分子的排列的关于图6的平面IV的剖视图。

图11示出指示已经通过光学调制装置的光根据沿着图10中示出的光学调制装置的位置的相位改变的曲线图。

图12示出根据本发明的示例性实施例的光学调制装置的透视图。

图13示出关于图6的平面IV的剖视图和关于图12的平面V的剖视图，并且示出当没有对图12中示出的光学调制装置的第一板和第二板赋予电压差时液晶分子的排列。

图14示出关于图6的平面IV的剖视图和关于图12的平面V的剖视图，并且示出在对图12中示出的光学调制装置的第一板和第二板赋予电压差之后稳定了的液晶分子的排列。

图15示出根据本发明的示例性实施例的光学调制装置的透视图。

图16示出关于图15的平面IV的剖视图和关于图15的平面V的剖视图，并且示出当没有对图15中示出的光学调制装置的第一板和第二板赋予电压差时液晶分子的排列。

图17示出关于图15的平面IV的剖视图和关于图15的平面V的剖视图，并且示出在对图15中示出的光学调制装置的第一板和第二板施加电压差之后稳定了的液晶分子的排列。

图18示出根据本发明的示例性实施例的光学调制装置的透视图。

图19示出关于图18的平面IV的剖视图和关于图18的平面V的剖视图，并且示出当没有对图18中示出的光学调制装置的第一板和第二板赋予电压差时液晶分子的排列。

图20示出关于图18的平面IV的剖视图和关于图18的平面V的剖视图， 并且示出在对图18中示出的光学调制装置的第一板和第二板施加电压差之后稳定了的液晶分子的排列。

图21示出根据本发明的示例性实施例的光学调制装置的透视图。

图22示出关于图21的平面IV的剖视图和关于图21的平面V的剖视图，并且示出在对图21中示出的光学调制装置的第一板和第二板赋予电压差之后稳定了的液晶分子的排列。

图23示出根据本发明的示例性实施例的光学调制装置的透视图。

图24示出在图23中示出的光学调制装置的俯视平面图。

图25示出在对图23和图24中示出的光学调制装置的第一板和第二板赋予电压差之后稳定了的液晶分子的排列的关于图24的线(a)和(b)的剖视图。

图26示出在对图23和图24中示出的光学调制装置的第一板和第二板赋予电压差之后稳定了的液晶分子的排列的关于图23的平面V的剖视图。

图27示出施加到根据本发明的示例性实施例的光学调制装置的电极的驱动信号的波形图。

图28和图29分别示出用于指示根据本发明的示例性实施例的光学调制装置的衍射效率的曲线图。

图30和图31示出使用根据本发明的示例性实施例的光学调制装置的光学装置的示例并且示出立体图像显示装置的示意性结构和用于显示2D图像和3D图像的方法。

具体实施方式

将在下文中参照附图更充分地描述本发明，在附图中示出了本发明的示例性实施例。如本领域技术人员将认识到的，在均不脱离本发明的精神或范围的情况下，可以以各种不同的方式修改描述的实施例。

在附图中，为了清楚起见，可夸大层、膜、面板、区域等的厚度。在整个说明书中，同样的附图标记指示同样的元件。将理解的是，当诸如层、膜、区域或基底的元件被称作“在”另一元件“上”时，该元件可以直接在所述另一元件上，或者也可以存在中间元件。当元件被称作“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。

此外，在描述本发明的实施例时使用“可以(可)”是涉及“本发明的一 个或更多个实施例”。当诸如“……中的至少一种(个、者)”的表述放在一系列元件后面时，修饰整个系列的元件，而不是修饰该系列的单个元件。另外，术语“示例性”意图指示例或举例说明。

将理解的是，虽然在这里可以使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、组件、区域、层和/或部分，但是这些元件、组件、区域、层和/或部分不应该被这些术语限制。这些术语仅用于将一个元件、组件、区域、层或部分与另一元件、组件、区域、层或部分区分开。因此，在不脱离示例实施例的教导的情况下，下面讨论的第一元件、组件、区域、层或部分可被称作第二元件、组件、区域、层或部分。

为了易于描述，在这里可以使用诸如“在……之下”、“在……下方”、“下面的”、“在……上方”、“上面的”等的空间相对术语来描述如附图中示出的一个元件或特征与其他元件或特征的关系。将理解的是，除了在附图中绘出的方位之外，空间相对术语还意图包括装置在使用中或操作中的装置的不同方位。例如，如果附图中的装置被翻转，则被描述为在其他元件或特征的“下方”或“之下”的元件将会随后被定位为在所述其他元件或特征“上方”或“之上”。因此，术语“在……下方”可包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。可以将装置另外定位(旋转90度或者在其他方位)，并相应地解释在这里使用的空间相对描述符。如在这里使用的，术语“使用”及其变型术语可以被认为分别与“利用”及其变型术语同义。

在这里使用的术语仅是出于描述特定实施例的目的，并不是意图限制示例实施例。如在这里使用的，单数形式“一个(种)”和“该(所述)”也意图包括复数形式，除非上下文另有清楚的指示。还将理解的是，当在本说明书中使用术语“包括”和/或“包含”时，指存在陈述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。此外，当第一元件被描述为“结合”或“连接”到第二元件时，第一元件可以直接结合到或直接连接到第二元件，或者第一元件可以通过一个或更多个中间元件间接地结合到或间接地连接到第二元件。相同的附图标记指示相同的元件。

现在，将参照图1至图3来描述根据本发明的示例性实施例的光学调制装置。

图1示出根据本发明的示例性实施例的光学调制装置的透视图，图2示 出包括在根据本发明的示例性实施例的光学调制装置中的第一板和第二板上的取向方向的俯视平面图，图3示出用于将图2中示出的第一板和第二板接合的工艺。

参照图1，根据本发明的示例性实施例的光学调制装置1包括彼此面对的第一板100和第二板200以及设置在它们之间的液晶层3。

第一板100包括由玻璃或塑料制成的第一基底110。第一基底110可以是刚性的、柔性的、平坦的和/或其至少一部分可以是可弯曲的。

多个第一电极191设置在第一基底110上。第一电极191包括导电材料，可以包括透明导电材料(诸如ITO或IZO)和/或金属。第一电极191中的一个第一电极191从电压供应单元接收电压，第一电极191中的邻近或远离于所述一个第一电极191的另一个第一电极191接收不同的电压。

第一电极191沿某一方向(例如，预定方向)布置，例如，沿x轴方向布置，第一电极191可以在与所述布置方向交叉(例如，与所述布置方向垂直)的方向上延伸，例如，在y轴方向上延伸。

相邻的第一电极191之间的空间(G)的宽度可以根据光学调制装置的设计条件而改变或变化。第一电极191中的一个第一电极191的宽度与邻近的空间(G)的宽度之比可以为大约N:1(其中，N为大于1的实数)。

第二板200包括由玻璃或塑料制成的第二基底210。第二基底210可以是刚性的、柔性的、平坦的和/或其至少一部分可以是可弯曲的。

第二电极290设置在第二基底210上。第二电极290包括导电材料，其可以包括透明导电材料(诸如ITO或IZO)和/或金属。第二电极290从电压供应单元接收电压。第二电极290可以作为整体(例如，单个主体或共电极)形成在第二基底210上，或者可以被图案化为包括多个分开的部分(例如，可以是多个第二电极)。

液晶层3包括多个液晶分子31。液晶分子31具有负介电各向异性并排列在相对于施加到液晶层3的电场方向的横向方向上。当没有向液晶层3施加电场时，液晶分子31相对于第二板200和第一板100基本正交或垂直地取向(例如，基本垂直于第二板200和第一板100的表面取向)，液晶分子31可以在相对于第二板200和第一板100的某一方向(例如，特定方向)上预倾斜。液晶分子31可以为向列相液晶分子。

对于具有波长(λ)的光，液晶层3的盒间隙的高度(d)可以基本满足[等 式1]。因此，根据本发明的示例性实施例的光学调制装置1可以起到半波片的作用并可以用作衍射光栅或透镜。

等式1：

$\frac{\mathrm{\λ}}{2}\×1.3\≥\mathrm{\Δnd}\≥\frac{\mathrm{\λ}}{2}.$

在[等式1]中，Δnd是经过液晶层3的光的相位延迟值。

第一取向件11设置在第一板100上(或内部)，第二取向件21设置在第二板200上(或内部)。第一取向件11和第二取向件21可以是垂直取向层，第一取向件11和第二取向件21可以根据诸如摩擦工艺或光学取向法的各种方法具有或提供取向力。第一取向件11和第二取向件21可以分别确定第一板100和第二板200附近(例如，与其邻近)的液晶分子31的预倾斜方向。当采用摩擦工艺时，垂直取向层可以是有机垂直取向层。当采用光学取向工艺时，在第一板100和第二板200上涂覆包括光敏聚合物材料的取向材料，并向取向材料照射诸如紫外线的光线来形成光聚合材料。

参照图2，分别设置在第一板100和第二板200内部的第一取向件11和第二取向件21的取向方向R1和R2彼此平行或基本平行。另外，第一取向件11的取向方向R1和第二取向件21的取向方向R2是恒定的。

由于第一板100和第二板200之间的未对齐余量，使得在第一板100的第一取向件11的方位角和第二板200的第二取向件21的方位角之间的差可以为大约±5度，但不限于此。

参照图3，将其上形成有第一取向件11的第一板100和其上形成有第二取向件21的第二板200布置为使得第一取向件11和第二取向件21基本彼此平行并彼此接合，以形成根据本发明的示例性实施例的光学调制装置1。

第一板100和第二板200不被限制为如附图中所示地位于彼此的上方或下方，而是可以按照与附图中示出的方位不同的方位来布置。

根据以上描述的本发明的示例性实施例，分别形成在包括液晶的光学调制装置1的第一板100和第二板200上的第一取向件11和第二取向件21的取向方向彼此平行，并且第一取向件11和第二取向件21的取向方向是恒定的，从而简化了用于对齐光学调制装置的工艺并简化了取向工艺。因此，可以减少光学调制装置中的由取向缺陷造成的缺陷或包括该光学调制装置的光学装置中的缺陷。此外，可以容易制造较大(例如，较宽)的光学调制装置。

现在将参照图1至图3和图4A至图11来描述根据本发明的示例性实施例的用于驱动光学调制装置的方法。

参照图4A和图4B，当没有在第一板100的第一电极191和第二板200的第二电极290之间赋予电压差，从而未向液晶层3施加电场时，液晶分子31根据初始的预倾斜来排列。图4B示出关于与图4A中示出的光学调制装置1的多个第一电极191中的一个第一电极191对应的平面I的剖视图、关于与第一电极191中的两个相邻第一电极191之间的空间(G)对应的平面II的剖视图以及关于与第一电极191中的邻近于所述一个第一电极191的另一个第一电极191对应的平面III的剖视图，参照图4B，液晶分子31可以在平面I、II和III的每个处基本恒定地排列。

在图4B中，为了易于举例说明，将一些液晶分子31示出为已经渗透到第一板100或第二板200的区域中，但事实上，液晶分子31不渗透到第一板100或第二板200的区域中，这将在随后的附图中举例说明。

邻近于第一板100和第二板200的液晶分子31最初分别平行于第一取向件11和第二取向件21的取向方向取向，使得邻近于第一板100的液晶分子31的预倾斜方向与邻近于第二板200的液晶分子31的预倾斜方向不平行，而是预倾斜方向彼此相反。例如，邻近于第一板100的液晶分子31和邻近于第二板200的液晶分子31可以在它们可相对于水平中心线彼此对称的方向上倾斜，其中，所述水平中心线在剖视图中沿着液晶层3的中心水平地延伸。例如，当邻近于第一板100的液晶分子31向右倾斜时，邻近于第二板200的液晶分子31向左倾斜。

参照图5A和图5B，当第一板100的第一电极191和第二板200的第二电极290之间产生(例如，赋予)大于阈值电压的电压差，使得电场被施加到液晶层3时，具有负介电各向异性的液晶分子31趋于在与电场方向垂直或基本垂直的方向上倾斜。因此，如图5A和图5B中所示，大部分液晶分子31与第一板100或第二板200的表面基本平行地倾斜以具有面内排列，并且液晶分子31的长轴在面内方向上(例如，以面内方式)旋转来排列。所述面内排列表示液晶分子31的长轴被排列为与第一板100或第二板200的表面平行或基本平行。

在本实施例中，液晶分子31的面内转角(即，方位角)根据施加到对应的第一电极191和第二电极290的电压而可变，结果，液晶分子31可以根据 沿x轴方向的位置改变或变化成螺旋状，现在将参照图4A至图5B和图6至图10来对此进行描述。

图6示出根据本发明的示例性实施例的具有与以上描述的示例性实施例的结构相同或基本相同的结构的光学调制装置1的透视图。

图7示出当没有在图6中示出的光学调制装置1的第一板100的第一电极191和第二板200的第二电极290之间提供电压差时液晶分子31的排列的关于图6的平面IV的剖视图。液晶分子31在与第一板100和第二板200的表面(例如，平坦的表面)基本正交或垂直的方向上初始取向，并且如前所述，第一取向件11和第二取向件21能够根据第一板100的取向方向R1和第二板200的取向方向R2来构造液晶分子31的预倾斜。等势线(VL)被示出为围绕每个第一电极191。

图8示出在图6中示出的光学调制装置1的第一板100的第一电极191和第二板200的第二电极290之间提供电压差之后液晶分子31的排列的关于图6的平面IV的剖视图。在第一板100的第一电极191和第二板200的第二电极290之间产生电场(E)，显示对应的等势线(VL)。在本实施例中，第一电极191具有边缘侧，所以如图8中所示，在第一电极191的边缘侧和第二电极290之间可以形成边缘场(例如，边缘电场)。

光学调制装置1包括多个单元，其中，每个单元包括第一电极191中的一个第一电极191。

第一电极191a和191b设置在两个相邻的单元中。可以设定施加到第一电极191a和191b与第二电极290的电压，以建立(或指示)如图8中所示的电场(E)的强度分布。

例如，当对第一电极191a和191b以及第二电极290初始施加电压时，在包括第一电极191a的单元的液晶层3中，包括第一电极191a的单元的与第一板100邻近的区域D1中的电场强度比在与第二板200邻近的区域S1中的电场强度强，在包括邻近于第一电极191a的第一电极191b的单元的液晶层3中，与包括邻近于第一电极191a的第一电极191b的单元的第一板100邻近的区域S2中的电场强度比邻近于第二板200的区域D2中的电场强度弱。

施加到两个相邻单元的第一电极191a和191b的相应电压可以不同。如图8中所示，邻近于第一电极191b的区域S2的电场强度可以比邻近于第一电极191a的区域D1的电场强度弱。为了建立这种差异，施加到邻近于第一 电极191b的第一电极191a的第二电压可以大于施加到第一电极191b的第一电压。

施加到第二电极290的第三电压与施加到第一电极191b的第一电压和施加到第一电极191a的第二电压不同。例如，施加到第二电极290的第三电压可以小于施加到第一电极191b的第一电压和施加到第一电极191a的第二电压。

例如，可以向第一电极191a施加6伏，可以向第一电极191b施加5伏并可以向第二电极290施加0伏，以形成图8中示出的电场(E)分布。

图9示出了在对图6中示出的光学调制装置1的第一板100的第一电极191(例如，第一电极191a和191b)与第二板200的第二电极290之间赋予初始电压差之后对电场(E)做出反应的液晶分子31的排列的关于图6的平面IV的剖视图。如上所述，在与第一电极191a对应的液晶层3中，在邻近于第一电极191a的区域D1中的电场最强，使得区域D1的液晶分子31倾斜所沿的方向确定了与第一电极191a对应的液晶分子31的面内排列方向。因此，液晶分子31在与第一板100邻近的液晶分子31的初始预倾斜方向上倾斜，以在与第一电极191a对应的区域中形成面内排列。

在与第一电极191b对应的液晶层3中，在邻近于面对第一电极191b的第二电极290的区域D2中的电场最强，使得区域D2的液晶分子31倾斜所沿的方向确定了液晶分子31的面内排列方向。因此，与第二板200邻近的液晶分子31在液晶分子31的初始预倾斜方向上倾斜，以在与第一电极191b对应的区域中形成面内排列。邻近于第一板100的液晶分子31的初始预倾斜方向与邻近于第二板200的液晶分子31的初始预倾斜方向相反，使得对应于第一电极191b的液晶分子31倾斜所沿的方向与对应于第一电极191a的液晶分子31倾斜所沿的方向相反。

图10示出在第一板100的第一电极191和第二板200的第二电极290之间提供初始电压差之后图6中示出的光学调制装置1的稳定了的液晶分子31的排列的关于图6的平面IV的剖视图。参照图10，与第一电极191b对应的液晶分子31的面内排列方向和与第一电极191a对应的液晶分子31的面内排列方向相反，与在邻近的第一电极191a和191b之间的空间(G)对应的液晶分子31在x轴方向上连续地旋转而具有螺旋状排列。

光学调制装置1的液晶层3可以提供在x轴方向上延迟于入射光的相位。

参照图11，可以将液晶分子31沿x轴方向旋转了180度时所排列的区域定义为单个单元。在本示例性实施例中，一个单元包括在彼此邻近的第一电极191a和第一电极191b之间的空间(G)。当光学调制装置1满足[等式1]并被实现为半波片时，输入的圆偏振光的旋转方向沿反方向改变。图11示出当左旋圆偏振光被输入到光学调制装置1时，相位根据沿光学调制装置的x轴方向的位置的改变。经过光学调制装置1的左旋圆偏振光改变成右旋圆偏振光然后被输出，因为液晶层3的相位延迟值沿着x轴方向不同(或变化)，所以输出的圆偏振光的相位沿x轴方向连续改变或变化。

通常，当半波片的光学轴旋转了面内时，输出光的相位改变，所以如图11中所示，通过单个单元输出的光的相位沿x轴方向从0变成2π(弧度)，其中，单个单元的液晶分子31的长轴的方位角改变或变化了180度。对于每个单元可以重复这种相位变化，并且可以通过使用光学调制装置1来实现用于改变光的方向的衍射光栅、棱镜或透镜。

图13至图14分别示出当在光学调制装置1的第一电极191和第二电极290之间没有赋予电压差时液晶分子31的排列以及在它们之间赋予电压差之后稳定了的液晶分子31的排列。

图12示出根据本发明的示例性实施例的包括液晶的光学调制装置1，其具有与以上描述的示例性实施例的构造相同或基本相同的构造。

图13示出当没有在图12中示出的光学调制装置1的第一板100的第一电极191和第二板200的第二电极290之间提供电压差时液晶分子31的排列的剖视图，其与参照图7所描述的基本相同。图13示出关于图12的平面V的剖视图。液晶分子31在与第一板100和第二板200的表面基本垂直的方向上初始取向，如上所述，第一取向件11和第二取向件12可以根据第一板100和第二板200的取向方向R1和R2来赋予液晶分子31预倾斜。

图14示出在图12中示出的光学调制装置1的第一板100的第一电极191和第二板200的第二电极290之间赋予电压差之后稳定了的液晶分子31的排列的剖视图，其与参照图10所描述的基本相同。图14示出关于图12的平面V的剖视图。对每个第一电极191，液晶分子31以面内方式旋转并排列，在与第一电极191的节距对应的区域中，液晶分子31的长轴的方位角从大约0度改变或变化到大约180度。

在不需要将复杂取向工艺应用到第一板100和第二板200的情况下，可以 通过控制施加到第一电极191和第二电极290的电压使以面内方式螺旋状排列的液晶分子31容易地排列。另外，由于在第一板100和第二板200之间没有施加电压差(即，其指关闭状态)，因此可以减少光学调制装置1的功耗。

现在将参照图15至图17描述根据本发明的示例性实施例的包括液晶的光学调制装置。与参照上面的示例性实施例描述的构成元件相同或基本相同的构成元件将具有相同的附图标记，并且将不再进行描述。

图15示出根据本发明的示例性实施例的光学调制装置的透视图，图16示出关于图15的平面IV的剖视图和关于图15的平面V的剖视图，并示出当没有向图15中示出的光学调制装置的第一板和第二板赋予电压差时液晶分子的排列，图17示出关于图15的平面IV的剖视图和关于图15的平面V的剖视图，并示出在向图15中示出的光学调制装置的第一板和第二板赋予电压差之后稳定了的液晶分子的排列。

参照图15至图17，根据本示例性实施例的光学调制装置1基本对应于上面描述的根据示例性实施例的光学调制装置，但是单个单元的构造可以不同。根据本示例性实施例，单个单元可以被构造为具有(例如，可以被构造为包括)单个第一电极191或单个空间(G)。因此，单个第一电极191和与单个第一电极191的一侧邻近的单个空间(G)是两个单元。

参照图16，当没有在光学调制装置1的第一板100的第一电极191和第二板200的第二电极290之间赋予电压差时，液晶分子31在与第一板100和第二板200的表面(例如，平面)基本垂直的方向上初始取向，并且第一取向件11和第二取向件12可以沿着如上面描述的第一板100和第二板200的取向方向R1和R2赋予液晶分子31预倾斜。

参照图17，向第一电极191施加电压，并向第二电极290施加与施加到第一电极191的电压不同的电压。例如，可以向第二电极290施加比施加到第一电极191的电压小的电压。例如，可以向第一电极191施加6伏，并且可以向第二电极290施加0伏。

在对应于第一电极191的液晶层3中，邻近于第一电极191的区域中的电场强度比邻近于面对第一电极191的第二电极290的区域中的电场强度强，在与邻近于第一电极191的空间(G)(即，在第一电极191中的两个邻近的第一电极191之间的空间(G))对应的液晶层3中，邻近于第一电极191的区域中的电场强度比邻近于面对第一电极191的第二电极290的区域中的电 场强度弱。

在与第一电极191对应的液晶层3中，邻近于第一电极191的区域的液晶分子31倾斜所沿的方向确定了与第一电极191对应的液晶分子31的面内排列方向。因此，液晶分子31在与第一板100邻近的液晶分子31的初始预倾斜方向上倾斜，从而在对应于第一电极191的区域中形成面内排列。

在对应于空间(G)的液晶层3中，邻近于第二电极290的区域中的电场最强，所以液晶分子31沿与第二板200邻近的液晶分子31的初始预倾斜方向倾斜，从而形成面内排列。邻近于第一板100的液晶分子31的初始预倾斜方向和邻近于第二板200的液晶分子31的初始预倾斜方向相反，所以如图17中所示，当施加以上描述的电压时，对应于第一电极191的液晶分子31倾斜所沿的方向和对应于空间(G)的液晶分子31倾斜所沿的方向相反。

第一电极191的宽度与空间(G)的宽度的比例基本可以为1:1，并且不限于此，可以考虑诸如液晶层3的盒间隙的高度或施加到第一电极191的电压的各种条件来建立合适的比例。

对于每个单元，液晶分子31以面内方式旋转和排列，所以在与第一电极191的宽度或空间(G)的宽度对应的区域中，液晶分子31的长轴的方位角可以从0度改变或变化到180度。

根据本示例性实施例的光学调制装置1的一个单元的宽度可以小于参照图6至图14示出的光学调制装置1的一个单元的宽度。

现在将参照图18至图20描述根据本发明的示例性实施例的包括液晶的光学调制装置。与参照上面的示例性实施例描述的构成元件相同或基本相同的构成元件将具有相同的附图标记，并且将不再进行描述。

图18示出根据本发明的示例性实施例的光学调制装置的透视图，图19示出关于图18的平面IV的剖视图和关于图18的平面V的剖视图，并示出当没有向图18中示出的光学调制装置的第一板和第二板赋予电压差时液晶分子的排列，图20示出关于图18的平面IV的剖视图和关于图18的平面V的剖视图，并示出在对图18中示出的光学调制装置的第一板和第二板赋予电压差之后稳定了的液晶分子的排列。

参照图18至图20，除了每个单元的构造之外，根据本示例性实施例的光学调制装置1的大部分对应于根据以上描述的示例性实施例的光学调制装置。根据本示例性实施例，每个单元(例如，单元1和单元2)包括多个第 一电极191和邻近于每个第一电极191的一侧的空间。图18至图20示出每个单元(例如，单元1和单元2)包括两个第一电极191的示例。

参照图19，当没有在光学调制装置1的第一板100的第一电极191和第二板200的第二电极290之间赋予电压差时，液晶分子31在与第一板100和第二板200的表面基本垂直的方向上初始取向，如上所述，可以根据第一板100和第二板200的取向方向R1和R2来构造液晶分子31的预倾斜。

参照图20，可以向相邻单元(例如，单元1和单元2)的第一电极191施加不同的电压。可以向包括在一个单元(例如，单元1或单元2)中的多个第一电极191施加基本相同的电压或具有电压差(例如，预定的电压差)的电压。例如，可以对包括在一个单元中的每个第一电极191供应6伏，可以对包括在相邻单元中的每个第一电极191供应5伏。与此不同，可以对包括在一个单元中的一个第一电极191供应6伏，可以对包括在所述一个单元中的另一个第一电极191供应5伏，可以对包括在相邻单元中的一个第一电极191供应4伏，可以对包括在所述相邻单元中的另一个第一电极191供应5伏。可以对第二电极290供应与第一电极191的电压不同的诸如0伏的电压。

因此，在对应于第一单元(例如，单元1)的液晶层3中，邻近于第一板100的区域中的电场强度比邻近于第二板200的区域中的电场强度强，在对应于与第一单元(例如，单元1)邻近的第二单元(例如，单元2)的液晶层3中，邻近于第一板100的区域中的电场强度比邻近于第二板200的区域中的电场强度弱。

与第一板100邻近的区域的液晶分子31倾斜所沿的方向确定了在与第一单元(例如，单元1)对应的液晶层3中的液晶分子31的面内排列方向，所以液晶分子31在与第一板100邻近的液晶分子31的初始预倾斜方向上倾斜，从而形成如图20中所示的面内排列。

在对应于第二单元(例如，单元2)的液晶层3中，邻近于第二板200的区域中的电场最强，所以液晶分子31在与第二板200邻近的液晶分子31的初始预倾斜方向上倾斜，从而形成如图20中所示的面内排列。邻近于第一板100的液晶分子31的初始预倾斜方向和邻近于第二板200的液晶分子31的初始预倾斜方向相反，所以如图20中所示，当施加以上描述的电压时，第一单元(例如，单元1)的液晶分子31倾斜所沿的方向与第二单元(例如， 单元2)的液晶分子31倾斜所沿的方向相反。

第一电极191的宽度可以是恒定的。

对于每个单元(例如，单元1和单元2)，液晶分子31以面内方式旋转并排列，在每个单元(例如，单元1和单元2)中，液晶分子31的长轴的方位角可以从大约0度改变或变化到180度。

当对包括在一个单元(例如，单元1或单元2)中的多个第一电极191提供电压差(例如，预定的电压差)时，邻近的单元(例如，单元1和单元2)之间的电场逐渐地改变或变化(例如，修改)，使得液晶分子31获得更稳定的螺旋状排列。

根据本示例性实施例的光学调制装置1的单元(例如，单元1和单元2)的宽度可以大于以上描述的在图6至图14中示出的光学调制装置1的单元的宽度。在本实施例中，单元(例如，单元1和单元2)均包括多个第一电极191，从而能够更细致地控制电场强度(例如，所以能够精细地控制电场强度)，并且形成期望的液晶排列变得较容易。

现在将参照图21和图22描述根据本发明的示例性实施例的包括液晶的光学调制装置。与参照上面的示例性实施例描述的构成元件相同或基本相同的构成元件将具有相同的附图标记，并且将不再进行描述。

图21示出根据本发明的示例性实施例的光学调制装置的透视图，图22示出关于图21的平面IV的剖视图和关于图21的平面V的剖视图，并示出在对图21中示出的光学调制装置的第一板和第二板赋予电压差之后稳定了的液晶分子的排列。

参照图21和图22，除了第二板200的第二电极290之外，根据本示例性实施例的光学调制装置1的大部分与参照图6至图14描述的光学调制装置1对应。根据本示例性实施例，设置在第二板200上的第二电极可以不形成为整块板(例如，单个单元)，而是形成为多个第二电极291。第二电极291可以沿着与布置第一电极191所沿的方向平行的方向布置，并且第二电极291可以在与布置它们所沿的方向垂直的方向上延伸。

如图21和图22中所示，每个单元可以包括单个第二电极291。与此不同的是，每个单元可以包括多个第二电极291，或者，包括第二电极291的单元和不包括第二电极291的单元可以交替地布置为多个单元。

多个第二电极291中的每个可以被独立地驱动(例如，多个第二电极291 中的每个可以接收额外的电压)。

根据本示例性实施例，在第二板200的被图案化的第二电极291的边缘侧处可以产生边缘场，所以增大了用于将液晶分子31排列在期望的方向上的控制力，从而进一步增大了作为相位延迟单元的光学调制装置1的效率。此外，多个第二电极291可以被独立地驱动，以增大将光学调制装置1用于其他功能的自由度。

参照图22，供应到第一板100的第一电极191的电压可以对应于图6至图14中示出的示例性实施例。可以对第二板200的多个第二电极291中的每个供应相同的电压或不同的电压。图21和图22示例出向每个第二电极291施加0伏电压的情况。

根据本示例性实施例，当向第一电极191和第二电极291施加电压时，液晶分子31按照非常类似于参照图6至图14示出的示例性实施例中的对第一板100和第二板200供应电压差的状态排列。在本实施例中，由第二电极291的边缘侧感生的边缘场进一步增大了液晶分子31的排列效率。

根据本发明的示例性实施例，如图21和图22中所示，第一电极191和第二电极291可以彼此对齐，但不限于此，第一电极191和第二电极291可以以不匹配的方式来设置(例如，可以彼此错开)。例如，可以将第一电极191中相应的第一电极191和第二电极291中相应的第二电极291设置为使得每个第二电极291可以面对第一电极191中的两个相邻的第一电极191之间的区域。

多个第一电极191的节距可以对应于多个第二电极291的节距。

现在将参照图23至图26描述根据本发明的示例性实施例的包括液晶的光学调制装置。与参照上面的示例性实施例描述的构成元件相同或基本相同的构成元件将具有相同的附图标记，并且将不再进行描述。

图23示出根据本发明的示例性实施例的光学调制装置的透视图，图24示出在图23中示出的光学调制装置的俯视平面图，图25示出在对图23和图24中示出的光学调制装置的第一板和第二板赋予电压差之后稳定了的液晶分子的排列的关于图24的线(a)和(b)的剖视图，图26示出在对图23和图24中示出的光学调制装置的第一板和第二板赋予电压差之后稳定了的液晶分子的排列的关于图23的平面V的剖视图。

参照图23和图24，除了第二板200的第二电极的构造之外，根据本示 例性实施例的光学调制装置1的大部分对应于根据图6至图14中示出的示例性实施例的光学调制装置。根据本示例性实施例，第二电极可以是多个第二电极291，第二电极291可以沿与布置第一电极191所沿的方向垂直的方向(例如，y轴方向)布置。在本实施例中，第二电极291可以在与布置它们所沿的方向垂直的方向上(例如，x轴方向)延伸。

因此，可以通过扫描将电压连续地施加到沿y轴方向布置的第二电极291，每个第二电极291可以独立地接收电压。在本示例性实施例中，将描述对多个第二电极291中的每个供应相同电压的实施例。

参照图24，第一电极191与第二电极291叠置的区域和第一电极191与第二电极291不叠置的区域可以交替地布置。

参照图25和图26，可以向第一板100的第一电极191施加与在图6至图14中示出的示例性实施例中描述的电压相同的电压。例如，当向一个单元的第一电极191施加第一电压(例如，6V)时，向相邻单元的第一电极191施加大于或小于第一电压的第二电压(例如，4V)，并向第二板200的第二电极291施加小于第一电压和第二电压的第三电压(例如，0V)。在与关于图24的线(a)的剖视图对应的区域中的液晶分子31经历根据图6至图10中示出的示例性实施例的过程并形成面内螺旋状排列。在与关于图24的线(b)的剖视图对应并受到与线(a)对应的区域的液晶分子31的移动的影响的区域中的第二板200上没有电极，液晶分子31以与关于线(a)的剖视图对应的区域的旋转方式大致类似的方式旋转。

控制第二电极291之间的间隙的大小和宽度的比例，使得与线(b)对应的区域中的液晶分子31的排列可以和与线(a)对应的区域中的液晶分子31的排列基本相同。

现在将参照以上描述的多幅附图和图27来描述根据本发明的示例性实施例的驱动光学调制装置的方法。

图27示出施加到根据本发明的示例性实施例的光学调制装置的电极的驱动信号的波形图。

在本发明的示例性实施例中已经描述的是当光学调制装置1用作相位延迟单元时施加到第一电极191的电压具有一个电平，但无需局限于此，可以连续地施加两个电压。在本实施例中，可以以阶梯式的方式施加两个电压。

参照图27，当将施加到相邻的第一电极191中的一个第一电极191或191a 的电压称为第一电压V1，将施加到另一个第一电极191或191b的电压称为第二电压V2，将施加到第二电极290和291的电压称为第三电压V3时，，第一电压V1和第二电压V2可以在至少两个阶段(例如，阶段1和阶段2)具有不同的电平(例如，第一电压V1和第二电压V2可以不同)。第一电压V1和第二电压V2在所有阶段具有不同的电压电平。例如，第一电压V1可以在第一阶段(例如，阶段1)为3伏而在第二阶段(例如，阶段2)为6伏，第二电压V2可以在第一阶段(例如，阶段1)为2伏而在第二阶段(例如，阶段2)为4伏。在本实施例中，第三电压V3可以是0伏(例如，可以在第一阶段和第二阶段是0伏)。

如描述的，当供应到第一电极(191、191a、191b)的电压不是突然增大而是以阶梯式的方式增大时，由液晶分子31的突然移动引起的液晶分子31之间的碰撞减少，并且液晶分子31分散的区域减小，从而产生稳定的面内螺旋状排列。

可以根据光学调制装置1的各种设计条件(诸如液晶层3的盒间隙高度)以各种适当方式修改第一电压V1和第二电压V2的大小和阶段数。

根据本发明的另一示例性实施例，第二电极290或291的第三电压V3可以具有根据阶段(例如，阶段1和阶段2)可变化的电压电平。

根据参照图27描述的示例性实施例的用于驱动的方法可应用于根据以上描述的示例性实施例的光学调制装置1。

图28和图29示出圆偏振光输入到根据本发明的示例性实施例的光学调制装置1时的衍射效率的曲线图。

对于图28，当根据以上描述的示例性实施例的光学调制装置1的单元的节距基本为6μm时，盒间隙的相位延迟值(Δnd)基本为半波长，圆偏振入射光被分成垂直(例如，竖直)方向和水平方向的分量，并计算衍射效率。所有测试相位示出接近基准相位的相位变化，指示基本97.09％的竖直衍射效率和基本97.91％的水平衍射效率。

对于图29，当根据以上描述的示例性实施例的光学调制装置1的单元的节距基本为24μm时，盒间隙的相位延迟值(Δnd)基本为半波长，圆偏振入射光被分成垂直(例如，竖直)方向和水平方向的分量，并计算衍射效率。所有测试相位示出接近基准相位的相位变化，指示基本98.79％的竖直衍射效率和基本88.14％的水平衍射效率。

根据本发明的示例性实施例的光学调制装置1可用于各种类型的光学装置。例如，光学调制装置1可以通过将光学调制装置与棱镜结合而用作透镜。

图30和图31示出使用根据本发明的示例性实施例的光学调制装置的光学装置的示例，并示出立体图像显示装置的示意性结构和用于显示2D图像和3D图像的方法。

参照图30和图31，作为立体图像显示装置，根据本发明的示例性实施例的光学装置包括显示面板300和设置在显示面板300前方的光学调制装置1，其中，通过显示面板300在光学调制装置1处显示图像。显示面板300包括以矩阵形式布置的用于显示图像的多个像素。

显示面板300在如图30中所示的2D模式下显示每一帧的二维(2D)图像，显示面板300通过空分法来划分与各种图像(例如，各种时间)对应的图像(诸如右眼图像和左眼图像)，并且在如图31中所示的三维(3D)模式下显示这些图像。在3D模式下，显示面板300的多个像素的一组(例如，一部分)像素可以显示特定(例如，预定)时间的图像，所述多个像素的另一组像素可以显示与另一时间对应的图像。时间数可以为至少两个。

可以利用用于根据相应的时间划分由显示面板300显示的图像的棱镜或透镜来实现光学调制装置1，光学调制装置1可以开启/关闭。当光学调制装置1开启时，立体图像显示装置在3D模式下运行，如图31中所示，可以利用用于折射由显示装置300显示的图像并在相应时间显示图像的多个棱镜或透镜来形成3D图像。当光学调制装置1关闭时，如图30中所示，由显示面板300显示的图像未被折射而是经过，并且观看到2D图像。通过光学调制装置1实现的透镜可以是衍射透镜。

虽然已经结合当前被视为是实际的示例性实施例描述了本发明，但是将理解的是，本发明不限于所公开的实施例，而是相反，旨在涵盖包括在权利要求及其等同物的精神和范围内的各种修改和等同布置。