CN101344698A - 电驱动液晶透镜和使用其的立体显示器件 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种电驱动液晶透镜和使用其的立体显示器件。在基于液晶取向实现的透镜可通过电极结构的变化获得平缓抛物透镜表面的电驱动液晶透镜中，可减小液晶层的盒间隙，且即使当应用于大面积显示器件时也可获得稳定的透镜外形。该电驱动液晶透镜包括第一和第二基板，其设置成彼此相对并包括具有多个透镜区域的有源区域和确定在有源区域外边缘的焊盘区域；形成在第一基板上的多个第一电极，其对应于各个透镜区域并彼此间隔开；形成在第二基板整个表面上的第二电极；电压源，其分别给多个第一电极施加不同的电压，并给第二电极施加地电压；和夹在第一基板与第二基板之间的液晶层。

Description

电驱动液晶透镜和使用其的立体显示器件

本申请要求2007年7月11日提交的韩国专利申请No.2007-069414和2007年10月22日提交的韩国专利申请No.2007-106012的权益，通过参考的方式援引该专利申请，如同在此完全阐明。

技术领域

本发明涉及一种液晶显示器件，尤其涉及一种电驱动液晶透镜和使用其的立体显示器件，其中根据液晶取向而实现的透镜可通过电极结构的改变获得平缓的抛物透镜表面，由此能减小液晶层的盒间隙并即使当应用于大面积显示器件时也获得稳定的外形。

背景技术

目前，基于高速信息通信网络而构建的用于信息快速传播的服务已经从简单的“听说”服务，如当前的电话，发展到基于用于字符、声音和图像的高速处理的数字终端的“视听”多媒体型服务，并期望最终发展为能不受时间和空间的限制进行虚拟现实和立体观看的信息空间3维立体信息通信服务。

一般地，通过观看者的眼睛根据立体视觉原理实现表现3维的立体图像。然而，因为观看者的眼睛彼此隔开大约65mm，即具有双目视差，所以左眼和右眼由于之间位置差别而感觉到稍微不同的图像。由于眼睛的位置差别导致的图像之间的这种差别称作双目视差。根据双目视差设计3维立体图像显示器件，使左眼仅看到左眼的图像，右眼仅看到右眼的图像。

具体地说，左眼和右眼分别看到不同的二维图像。如果两个不同的图像通过视网膜传输到大脑，则大脑精确地融合图像，给出实际3维图像的印象。该能力通常称作立体平画法(stereography)，利用立体平画法的显示器件称作立体显示器件。

同时，根据设置用来再现3维图像的透镜的组件划分立体显示器件。例如，使用液晶层构成的透镜称作液晶透镜，其由电场驱动。之后，将这种透镜称作电驱动液晶透镜。

通常液晶显示器件包括彼此相对的两个电极和形成在两个电极之间的液晶层。由当给两个电极施加电压时产生的电场驱动液晶层的液晶分子。液晶分子具有偏振和光学各向异性特性。这里，根据偏振特性，当液晶分子设置在电场内时，液晶分子中的电荷聚集到液晶分子的相对侧，由此分子排列方向根据施加的电场而变化。光学各向异性特性是，由于液晶分子的拉伸结构和上述分子排列方向，发射的光路或发射光的偏振状态根据入射光的入射方向或入射光的偏振状态而变化。

因此，液晶层通过施加到两个电极的电压而拥有透射率差别，并且使用像素的透射率差别显示图像。

近年来，提出了下述一种电驱动液晶透镜，其中使用液晶分子的上述特性将液晶层用作透镜。

具体地说，使用透镜组成材料的折射率与空气折射率之间的差，透镜根据指定位置控制入射光的光路。如果给电极的不同位置施加不同的电压，从而通过不同的电场驱动液晶层，则引入到液晶层中的入射光在不同的位置处导致不同的相位变化，结果液晶层可以与实际透镜相同的方式控制入射光的光路。

之后，将参照附图描述常规的电驱动液晶透镜。

图1是图解常规的电驱动液晶透镜的截面图，图2是图解在给液晶透镜施加电压之后形成图1中所示的电驱动液晶透镜时的电位分布的曲线。

如图1中所示，常规的电驱动液晶透镜包括彼此相对设置的第一和第二基板10和20、和形成在第一基板10与第二基板20之间的液晶层30。

这里，在第一基板10上形成彼此间隔开第一间隔的多个第一电极11。在这些相邻的第一电极11中，一个第一电极11的中心距下一个第一电极11的中心的距离称作间距。对于每个第一电极重复相同的间距就产生了一个图案。

在第二基板20与第一基板10相对的整个表面上形成有第二电极21。

第一和第二电极11和21由透明金属形成。液晶层30形成在第一电极11与第二电极21之间的空间中。组成液晶层30的液晶分子具有响应于电场的强度和分布的特性，因而具有与电驱动液晶透镜类似的相位分布，如图2中所示。

在给第一电极11施加高电压并将第二电极21接地的情况下获得上述电驱动液晶透镜。在这些电压条件下，垂直电场在第一电极11的中心处最强，远离第一电极11，垂直电场的强度降低。由此，当组成液晶层30的液晶分子具有正介电常数各向异性时，液晶分子根据电场以下述方式排列，即它们在第一电极11的中心处竖立，并随着距第一电极11的距离增加，接近水平面倾斜。结果，考虑到光透射，光路在第一电极11的中心处较短，随着距第一电极11的距离增加而变长，如图2中所示。使用相位平面表示光路的长度变化，电驱动液晶透镜具有与抛物面透镜类似的光透射效果，抛物面透镜具有抛物透镜表面。

这里，第二电极21导致电驱动液晶透镜的行为，由此其折射率一般采取空间抛物函数的形式，第一电极11设置用来确定透镜的边缘区域。

在该情形中，给第一电极11施加比第二电极21相对高的电压。因此，如图2中所示，在第一电极11与第二电极21之间产生电位差。尤其是，在第一电极11周围产生了陡峭的侧电场。结果，因为液晶分子不能获得平缓的分布并具有稍微扭曲的分布，所以常规的电驱动液晶透镜具有下面的特性，即液晶分子的折射率不能获得抛物空间分布或者液晶分子的移动对于电压变化过于敏感。

不使用具有物理形成的抛物透镜表面的透镜，通过在基板上分别形成电极、在它们之间夹入液晶并给电极施加电压来制造上述常规的电驱动液晶透镜。

然而，使用上述电驱动液晶透镜的液晶显示器件具有下面的问题。

第一，因为形成在下基板上的电极占据了透镜区域的极大部分面积，所以在与电极对应的透镜边缘区域与透镜中心区域之间产生了陡峭的侧电场，而不是平缓的电场。陡峭的侧电场导致电驱动液晶透镜稍微扭曲的相位。尤其是，在由液晶电场形成的电驱动液晶透镜中，随着透镜区域的间距增加，施加高电压的电极数量受到限制。因此，透镜区域在施加高电压的电极与该电极相对的上基板之间具有不足的电场。结果，形成具有适于获得与实际透镜相同光学效果的平缓抛物透镜表面的电驱动液晶透镜极其困难。

第二，在大面积显示器件的情形中，远离其中设置有施加高电压的电极的透镜边缘区域的透镜中心区域实际上不受电场的影响，使用电场控制液晶的取向变得复杂，并根据电场导致透镜形状的严重变形。按照要求，当透镜中心区域中的控制比较困难或者不可能时，最终的电驱动液晶透镜具有不连续的透镜外形，这使电驱动液晶透镜作为透镜来说是无效的。

第三，由施加有单个高电压的电极和形成在与该施加有高电压的电极相对的基板的整个表面上的电极之间的垂直电场构造的电驱动液晶透镜会下垂。因此，电驱动液晶透镜必须具有上下裕度，并需要大量液晶。迫切需要解决该问题。

发明内容

因此，本发明涉及一种电驱动液晶透镜及使用其的立体显示器件，其基本上克服了由于现有技术的限制和缺点而导致的一个或多个问题。

本发明的一个目的是提供一种电驱动液晶透镜及使用其的立体显示器件，其中根据液晶取向而实现的液晶可通过电极结构的变化实现平缓的抛物透镜表面，由此能减小液晶层的盒间隙并即使当应用于大面积显示器件时也获得稳定的外形。

在下面的描述中将部分列出本发明其它的优点，目的和特征，且根据下面的解释，部分对于本领域熟练技术人员是显而易见的，或者可从本发明的实践领会到。通过所写说明书及其权利要求以及附图中特别指出的结构可实现和获得本发明的目的和其它优点。

为了获得这些和其它的优点，依照本发明的目的，如这里具体表示和广义描述的，一种电驱动液晶透镜包括：第一和第二基板，其设置成彼此相对并包括具有多个透镜区域的有源区域和确定在有源区域外边缘的焊盘区域；形成在第一基板上的多个第一电极，其对应于各个透镜区域并彼此间隔开；形成在第二基板整个表面上的第二电极；电压源，其分别给多个第一电极施加不同的电压，并给第二电极施加地电压；和夹在第一基板与第二基板之间的液晶层

多个第一电极可形成在第一基板上的相同层上。按照需要，可在第一基板上进一步设置至少一个绝缘膜。在该情形中，多个第一电极如此形成在第一基板上和绝缘膜上，即它们在第一基板的每个透镜区域中水平对称。绝缘膜上的多个第一电极设置成对应于在第一基板上没有形成第一电极的位置。

电压源可包括分配电压产生器，其将施加到此的最小电压和最大电压分配为在最小电压与最大电压之间的多个不同电压，从而给各个第一电极施加不同的电压。

应当理解，前面一般的描述和下面详细的描述都是示范性的和解释性的，意在提供如权利要求所述的本发明的解释。

附图说明

给本发明提供进一步理解并组成说明书一部分的附图图解了本发明的实施方案并与说明书一起用于解释本发明的原理。在附图中：

图1是图解常规的电驱动液晶透镜的截面图；

图2是图解依照图1中所示的电驱动液晶透镜的指定位置的光路(相位变化)的曲线；

图3是图解使用依照本发明第一个实施方式的使用电驱动液晶透镜的立体显示器件的截面图；

图4是图解图3的电驱动液晶透镜的截面图；

图5是图解电驱动液晶透镜及其电压施加部分的截面图；

图6是图解依照本发明的电驱动液晶透镜的平面图；

图7A和7B是图解依照本发明的电驱动液晶透镜的不同可选实施方式的平面图；

图8是图解依照本发明的电压施加方式的方框图；

图9是图解依赖于施加到依照本发明电驱动液晶透镜的电压的相位差以及基于相位差的透镜外形的曲线；

图10是图解在依照本发明的电驱动液晶透镜的不同位置处的电位分布的曲线；

图11是依照本发明第一个实施方式的模拟图；

图12是图解依照本发明第一个实施方式的电驱动液晶透镜的透镜形状的视图；

图13是图解依照本发明第二个实施方式的电驱动液晶透镜的截面图；

图14是图13的分解透视图；

图15是依照本发明第二个实施方式的模拟图；以及

图16是图解依照本发明第二个实施方式的电驱动液晶透镜的截面图。

具体实施方式

现在详细描述依照本发明优选实施方式的电驱动液晶透镜及使用其的立体显示器件，在附图中图解了其实施例。在任何时候，在整个附图中使用相同的参考标记指代相同或相似的部件。

图3是图解使用依照本发明第一个实施方式的电驱动液晶透镜的立体显示器件的截面图，图4是图解图3的电驱动液晶透镜的截面图。

如图3中所示，具有依照本发明第一个实施方式的电驱动液晶透镜的立体显示器件包括通过施加电压而驱动并用作透镜的电驱动液晶透镜1000、设置在电驱动液晶透镜1000下面并用于发射2维图像信息的显示面板350、和设置在显示面板350下面并用于给显示面板350发射光的光源700。

按照要求，如果显示面板350是自照明器件，则可省略光源700。

分别用于显示第一和第二图像IM1和IM2的第一和第二图像像素P1和P2交替重复设置在显示面板350上。显示面板350可选自各种平板显示器，包括液晶显示(LCD)、有机发光显示(OLED)、等离子体显示面板(PDP)、场致发光显示(FED)等。显示面板350位于电驱动液晶透镜1000下面，并用于给电驱动液晶透镜1000传输二维图像信号。

依照本发明的电驱动液晶透镜1000用于根据透镜表面的外形将二维图像信号转换为3维图像信号，由此发射3维图像信号。电驱动液晶透镜1000位于液晶面板350上面，用于根据有没有施加电压而选择性地发射3维图像信号或没有转换的2维图像信号。具体地说，电驱动液晶透镜1000如此获得切换功能，即当没有给电驱动液晶透镜1000施加电压时其根据光透射特性而显示2维图像，当给电驱动液晶透镜1000施加电压时显示3维图像。

之后，将详细描述电驱动液晶透镜1000。

如图3和4中所示，依照本发明第一个实施方式的电驱动液晶透镜1000包括彼此相对设置并具有彼此对应的多个透镜区域的第一和第二基板100和200、形成在第一基板100上并在每个透镜区域内彼此间隔开的多个第一电极101、形成在第二基板200的整个表面上的第二电极201、给各个第一电极101施加不同电压的电压信号输出端子Vmin，V1，V2，...Vmax、和填充在第一基板100与第二基板200之间的液晶层300。

第一和第二电极101和201由透明金属，如氧化铟锡(ITO)和氧化铟锌(IZO)形成，在各个电极的位置处阻止透射率的损失。

对于每个透镜区域L，给透镜区域L的中心O施加近似等于大约阈值电压Vth的第一电压Vmin，给位于透镜区域L的边缘E处的第一电极101施加最高第n个电压Vmax。在该情形中，施加给位于透镜区域L的中心O与边缘E之间的第一电极101的电压具有在等于透镜区域L阈值电压第一电压Vmin与第n个电压Vmax之间的不同值，并随着距透镜区域L中心O的距离增加而逐渐增加。同时，一旦给多个第一电极101施加不同的电压，给第二电极201施加地电压，从而在第一电极101与第二电极201之间产生垂直电场。

透镜区域L中的多个第一电极101关于透镜区域L的边缘E水平对称。第一电极101通过位于焊盘区域(对应于显示面板350的非显示区域)中的金属配线110与相应的电压信号输出端子Vmin，V1，V2，V3，...Vmax连接，从而接收从相应的电压信号输出端子施加的不同电压。

这里，施加给形成在与透镜区域L的中心O对应的位置处的第一电极并等于最低阈值电压的第一电压Vmin是具有大约1.4V到2V峰值的AC方形波电压。阈值电压Vmin由 $V=\mathrm{\π}\sqrt{\frac{K1}{\mathrm{\Δ\ϵ\ϵ}0}}$ 给出(其中，Δε为液晶介电常数各向异性，K1为液晶层的弹性系数，ε0是自由空间介电常数)。此外，在施加给第一电极101的不同电压中，与透镜区域L的边缘E对应的最高电压是具有大约2.5V到10V峰值的AC方形波电压。

同时，在给设置于电驱动液晶透镜1000中的多个第一电极101施加在上述阈值电压(即，具有1.4V到2V峰值的AC方形波电压)与最高电压(即具有2.5V到10V峰值的AC方形波电压)之间的不同电压，并给第二电极201施加地电压的情形中，电驱动液晶透镜1000大致用作具有抛物透镜表面的光学透镜。此外，从显示面板350发射的第一和第二图像IM1和IM2通过电驱动液晶透镜1000分别传输到第一和第二观看区V1和V2。当第一观看区V1与第二观看区V2之间的距离设为观看者眼睛之间的距离时，通过组合传输到第一和第二观看区V1和V2的第一和第二图像，根据双目视差，观看者可看到3维图像。

当不给第一电极101和第二电极201施加电压时，电驱动液晶透镜1000简单用作透明层，从而没有折射而直接显示显示面板350的第一和第二图像IM1和IM2。因此，第一和第二图像IM1和IM2没有区分观看区而直接传输到观看者，观看者感知到2维图像。

在附图中，电驱动液晶透镜1000的一个透镜区域L构造成具有与位于电驱动液晶透镜1000下面的显示面板350的两个像素P1和P2总宽度相等的宽度。按照需要，多个像素可对应于一个透镜区域L，透镜区域L可相对于像素以预定角度倾斜，或者透镜区域L可相对于像素阶梯式排列(更具体地说，第n个像素水平线的透镜区域从第(n+1)个像素水平线移动了预定距离)。

各个透镜区域L确定为具有与一个间距对应的宽度。具有相同间距的透镜区域L在指定方向上(例如，如图4中所示在水平方向上)周期性重复。在该情形中，一个间距P是指单个透镜区域L的水平宽度，透镜区域L表示用作根据施加的电场通过液晶的取向而实现的单个透镜的区域，而不是具有物理形成的透镜，如所示凸透镜的外形的区域。在图4中，透镜L的中心O与边缘E之间的距离等于P/2的值。这意味着给透镜区域L的中心O与边缘E之间的对称的第一电极101施加对称值的电压。

在包括第一电极101的第一基板100和第二电极201上分别形成有第一取向膜102和第二取向膜202。在该情形中，为了在没有施加电压时的初始状态中使电驱动液晶透镜1000用作透明层，第一取向膜102具有与第一电极101相同的摩擦方向，第二取向膜202具有与第一取向膜201交叉的摩擦方向。由此，电驱动液晶透镜1000可直接将通过显示面板350向上传输的图像透射到观看者。

通过在水平方向上以等于间距P的间隔重复图4中所示的结构来获得上述透镜区域L。

多个第一电极101具有沿第一基板100的横向方向(在进入附图的方向上)延伸的条形。单个第一电极101具有2μm到10μm的宽度，相邻第一电极101之间的距离在2μm到10μm的范围内。例如，透镜区域L的间距可变为从90μm到1,000μm的各种值。因此，根据上述第一电极101的宽度和间隔距离，每一透镜区域可形成十个到一百个或更多个第一电极。在该情形中，优选第一电极101的宽度和间隔距离具有均匀的值。例如，第一电极101的宽度和间隔距离在上述2μm到10μm的范围内具有相同的值。

尽管没有示出，但第一和第二基板100和200的外边缘区域(包括焊盘的非显示区域)设置有密封图案(没有示出)，从而支撑第一和第二基板100和200。第一基板100与第二基板200之间的液晶层300必须具有等于或大于大约15μm的充分厚度，用于形成电驱动液晶透镜的充分相位。为了稳定地保持液晶层300的厚度，还形成有在第一基板100与第二基板200之间保持盒间隙的球状间隔体或柱状间隔体。在该情形中，设置间隔体是有利的，从而不会扭曲电驱动液晶透镜的相位。

图5是图解电驱动液晶透镜及其电压施加部分的截面图，图6是图解依照本发明的电驱动液晶透镜的平面图。

如图5和6中所示，电驱动液晶透镜包括用作显示区域的有源区域151、和给形成在有源区域151中的第一电极101和第二电极201施加传输电压信号的焊盘区域152。

每个焊盘区域152都包括从外部位置施加电压信号的电压源。电压源包括产生施加给分离电极的电压的分配电压产生器160(见图8)、和将分配电压产生器160连接到焊盘区域152的连线161。这里，电压源给多个第一电极101(见图3和4)施加不同的电压，并给第二电极201(见图3和4)施加地电压。为了给多个第一电极101施加不同的电压，电压源的分配电压产生器160包括在用于最小和最大电压Vmin和Vmax以及其间的其他不同电压的各个电压信号输出端子之间的电阻器、和设置在各个电压信号输出端子处的缓冲器。在该情形中，可根据将要分配的电压幅度调整在用于最小和最大电压Vmin和Vmax以及其间的各个电压的各个电压信号输出端子之间输出的电阻幅度。施加给各个第一电极101的电压从透镜区域L的边缘E到中心O逐渐增加。可根据电阻幅度调整这些电压。

这里，每个第一电极101的端部都与金属配线110接触，给金属配线110施加从第一电压Vmin到第n个电压Vmax的所有n个电压信号。

第一电极101的间隔距离(“a”)在上述数值范围2μm到10μm内具有相等的值。

图6图解了其中金属配线110位于有源区域上方和下方的焊盘区域上，在上下焊盘区域中形成有2n-1个金属配线。更具体地说，其中在附图中部所示的透镜区域L的边缘E与在附图左侧所示的透镜区域的中心O之间设置有总共n条金属配线110的情形中，给最下面的金属配线施加第一电压Vmin。当随着距透镜区域L中心O的距离增加电压信号向着透镜区域L的边缘E逐渐增加时，给第n条金属配线110施加第n个电压Vmax。类似地，其中在附图右侧所示的透镜区域L的中心O与在附图中部所示的透镜区域L的边缘E之间设置有总共n条金属配线110的情形中，从最上面的金属配线110开始按顺序施加从第一电压Vmin到第n个电压Vmax的各个电压信号。在该情形中，基于透镜区域L的边缘E以及基于与边缘E对应的第一电极101和与第一电极101接触的金属配线110，给上下金属配线110施加从第n个电压Vmax降低到第一电压Vmin的对称电压信号。当各个第一电极101按顺序与上述金属配线110接触时，给第一电极101施加从透镜区域L的边缘E到中心O逐渐降低的电压信号。在该情形中，第一电极101和金属配线110通过形成于夹在第一电极101与金属配线110之间的保护层(没有示出)中的接触孔彼此接触。

多个第一电极101如此设置，即在透镜区域L中它们具有相同的宽度和相同的间隔距离。此外，第一电极101形成在第一基板100的相同层上。图3和4图解了其中第一电极101直接形成在第一基板100的表面上的情形。

图7A和7B是图解依照本发明的电驱动液晶透镜的不同的可选择实施方式的平面图。

图7A是依照本发明另一个可选择的实施方式的电驱动液晶透镜的平面图。当与图6相比时，本实施方式的电驱动液晶透镜不包括对称的上下焊盘区域，其包括单个焊盘区域，该单个焊盘区域包括仅位于有源区域之上的n条金属配线。该结构将金属配线110的形成区域和接触区域最小化，导致增加了有源区域。在该情形中，分别给n条金属配线110施加从第一电压Vmin到第n个电压Vmax的总共n个电压信号，并在单个透镜区域(附图中部显示了透镜区域L的边缘E，附图的左侧或右侧显示了透镜区域L的中心O)的相对边缘之间设置有总共(2n-1)个第一电极101。除了施加第n个电压Vmax的金属配线110之外，施加从第一电压Vmin到第n-1个电压Vmax-1的电压信号的其余金属配线110分别具有关于第一电极101水平对称的左侧接触点和右侧接触点。

除了采取单个焊盘区域之外，上述结构与上述图6的结构相同，因而将省略其相同结构的描述。

当与图7A相比时，图7B图解了设置在有源区域之上和之下的焊盘区域，每个焊盘区域都包括总共n条金属配线110。除了使用上下两个焊盘区域而不是仅设置在有源区域一侧处的单个焊盘区域之外，图7B的结构与图7A的相同，因而将省略其相同结构的描述。

考虑到图6，7A和7B的功能，设置焊盘区域来给多个第一电极施加不同的电压信号。如图6和7B中所示，通过其中在有源区域上端和下端对称设置焊盘区域的结构，当仅给一个焊盘区域施加电压信号时，可阻止电压下降的问题，因而可减小缺陷的可能性。此外，如图7A中所示，其中仅在一侧设置焊盘区域的结构适用于小尺寸模块等，由于电极长度较短的优点，可避免电压下降的问题，且没有损失开口率，因此主要使用这种结构。

图8是图解依照本发明的电压施加方式的方框图。图9是图解依赖于施加到依照本发明电驱动液晶透镜的电压的相位差以及基于相位差的透镜外形的曲线。图10是图解在依照本发明的电驱动液晶透镜的不同位置处的电位分布的曲线。

如图8中所示，为了分配在最小电压Vmin与最大电压Vmax之间的电压信号，组成电压源的分配电压产生器160在最大和最小电压Vmax和Vmin的输入端子之间，换句话说在各个电压信号输出端子与缓冲器B1，B2，...，Bn之间包括电阻器R1，R2，...，Rn-1，以给各个电压信号输出端子输出稳定的电压信号，从而使电压信号通过连线161从各个电压信号输出端子施加到焊盘区域152的金属配线110。

根据如图9和10中的定义计算施加到第一电极的电压。在该情形中，通过分配电压产生器160(图8)产生从最大电压Vmax到最小电压Vmin的各个电压。分配电压产生器160包括设置在从最大电压Vmax到最小电压Vmin的各个电压输出端子之间的多个电阻器R1，R2，...，Rn-2，Rn-1，从而分配施加给各个第一电极110的电压。在多个电阻器之间设置有节点，缓冲器使从节点输出的电压信号稳定。在该情形中，电压信号最后通过从缓冲器到电压源的配线与焊盘区域的金属配线之间的连线施加到有源区域。

流过分配电压产生器的电流设为几mA的值。这里，如果电流太小，则会遇到过多的驱动电压波动，导致输出到每个节点的电压电平不稳定。相反，如果电流太大，则分配电压产生器内的电阻器会过热，浪费了电力。因此，优选的是通过增加或降低驱动电压波动和热损电力来确定理想的电流值。

从分配电压产生器160输出的电压信号Vmin，V1，...，Vmax通过连线161施加到焊盘区域152的金属配线110，金属配线110与各个第一电极101的端部接触。在该情形中，从分配电压产生器160输出的电压信号的数量等于位于每个透镜区域L的边缘E与中心O之间的第一电极101的数量。此外，从分配电压产生器160输出的从而施加到每个透镜区域L的中心O与边缘E之间的第一电极110的电压信号采取关于中心O或边缘E的二次函数的形式，如图10中所示。

现在，将描述选择施加的适当电压。例如，如图9中所示，假定给出了理想值的电压，且基于根据液晶层的相位差的表格，根据电压和相位差的关系模拟电驱动液晶透镜。当模拟的电驱动液晶透镜具有与理想透镜形状类似的形状时，选择相应的表格并从该表格计算透镜区域中电极的每一不同位置处的电压值。

如图9中所示，依照本发明的电驱动液晶透镜必须如此构造，即为了能形成如图7中所示具有抛物透镜表面的透镜，施加给多个第一电极的电压从透镜区域的边缘到中心逐渐降低。具体地说，在图9中，必须给具有大相位差的区域(即透镜区域的中心)施加低电压(在图解透镜形状的曲线中，纵坐标表示相位差)。此外，必须给具有小相位差的区域(即透镜区域的边缘)施加高电压。就是说，施加的电压与相位差成反比。

如图10中所示，随着距透镜区域的边缘的距离增加，施加的电压向着透镜区域的中心从最大电压Vmax降到最小电压Vmin。在该情形中，对于单个透镜区域，从透镜区域的中心到透镜区域的左右边缘的区域彼此对称。具体地说，假定透镜区域的中心设为零点，且从透镜区域的中心到左右边缘的左右区域分别具有(-)(+)轴的关系，则施加的电压定义为与距中心的不同距离x的平方成正比的值。

图11是依照本发明第一个实施方式的模拟图，图12是图解依照本发明第一个实施方式的电驱动液晶透镜的透镜形状的视图。

图11图解了依照本发明第一个实施方式的上述电驱动液晶透镜的电位分布。在该模拟中，液晶层300具有20.000μm的厚度，液晶层300的液晶具有正介电常数各向异性。

具体地说，在图11的曲线中，表示液晶层300盒间隙的纵坐标的最下面的坐标点0.000μm是指第一基板100上的第一取向膜102的表面，最上面的坐标点20.000μm是指第二基板200上的第二取向膜202的表面。当所有具有相同宽度的第一电极设置在相同基板上且给第一电极施加从透镜区域的边缘到中心逐渐降低的不同电压时，如图11中所示，产生了通常平缓的垂直电场，且在相邻的第一电极之间还稍微产生了水平电场。总之，可看到在透镜区域的边缘E(附图的中部)处较强且在透镜区域的中心O处较弱的平缓侧电场。因此，如表示根据不同位置的电场而取向的液晶的光路的图12中所示，电驱动液晶透镜具有与其中透镜区域的边缘E表现出最短光路，透镜区域的中心O表现出最长光路的平缓抛物透镜表面(由红线所示)类似的透镜形状(由蓝线所示)。在该情形中，因为电驱动液晶透镜在每一透镜区域都包括多个细小的电极且给电极施加不同的电压，所以获得了细小波形的透镜表面，而不是完全平滑的透镜表面。这样，获得了与抛物透镜表面大致类似的透镜外形。

在图11中，液晶层300的盒间隙为20.000μm。设置上述细小第一电极具有降低电驱动液晶透镜的下垂(sag)(透镜的最高点)的效果，因而可减小组成电驱动液晶透镜的液晶层300的厚度(盒间隙)。具体地说，在仅在下基板上的透镜区域的边缘处形成有限数量电极的常规电驱动液晶透镜的情形中，液晶层必须具有大约50.000μm或更大的盒间隙(厚度)，从而实现与图11的模拟曲线相同的下垂。然而，本发明可通过透镜区域内的平缓电场分布减小液晶层的厚度。

此外，在通过设置上述细小图案的第一电极101而在每个透镜区域中设置多个视图的情形中，本发明的电驱动液晶透镜比常规电驱动液晶透镜具有优点。当与在不具有电极的下基板的透镜区域中心处由于间距增加而导致电场较弱，从而导致液晶的取向调整困难的常规电驱动液晶透镜相比时，在本发明的电驱动液晶透镜中，很容易调整在指定位置处的电场强度。

图13是图解依照本发明第二个实施方式的电驱动液晶透镜的截面图，图14是图13的分解透视图。

如图13和14中所示，在第一基板400上还形成有至少一个绝缘膜。

更具体地说，如图13和14中所示，依照本发明第二个实施方式的电驱动液晶透镜包括形成在不同层上的多个第一电极401a和401b。该实施方式适用于其中根据透镜区域的间距而需要大量第一电极且很难以理想的间隔距离在单个层上设置第一电极的情形。因此，通过在第一基板400上设置一个或多个绝缘膜402，可在绝缘膜402上分布第一电极401a和401b。这里，多个第一电极401a和401b以下述方式设置在第一基板400上或者多个绝缘膜402上，即它们关于每个透镜区域的边缘E水平对称地设置。

参考标记403表示第一取向膜，参考标记500表示第二基板，参考标记501和502分别表示第二电极和第二取向膜。此外，参考标记600表示液晶层。这些组成元件具有与上述第一个实施方式相同的功能，将省略其描述。

通过形成多个绝缘膜402并在第一基板400和绝缘膜402上形成第一电极的该实施方式，当最后从作为平面图的上侧观看电极的结构时，每个透镜区域内的所有第一电极设置成完全填充了第一基板400的有源区域，这很容易获得电驱动液晶透镜的稳定外形。

在图13和14中，多个绝缘膜402上的第一电极401b设置成对应于第一基板401上的其中没有形成多个第一电极401的位置。

图15是依照本发明第二个实施方式的模拟图。图16是图解依照本发明第二个实施方式的电驱动液晶透镜的截面图。

图15图解了依照本发明第二个实施方式的上述电驱动液晶透镜的电位分布。在该模拟中，液晶层600具有20.000μm的厚度，液晶层600的液晶具有正介电常数各向异性。

具体地说，在图15的曲线中，表示液晶层600盒间隙的纵坐标的最下面的坐标点0.000μm是指第一基板400上的第一取向膜402的表面，最上面的坐标点20.000μm是指第二基板500上的第二取向膜502的表面。当所有具有相同宽度的第一电极401a和401b设置在相同基板上且给第一电极401a和401b施加从透镜区域的边缘到中心逐渐降低的不同电压时，如图15中所示，产生了通常平缓的垂直电场，且在相邻的第一电极之间还稍微产生了水平电场。总之，可看到在透镜区域的边缘E(附图的中部)处较强且在透镜区域的中心O处较弱的平缓侧电场。因此，如表示根据不同位置的电场而取向的液晶的光路的图16中所示，电驱动液晶透镜具有与其中透镜区域的边缘E表现出最短光路，透镜区域的中心O表现出最长光路的平缓抛物透镜表面类似的透镜形状。在该情形中，因为电驱动液晶透镜在每一透镜区域都包括多个细小的电极且给电极施加不同的电压，所以获得了细小波形的透镜表面，而不是完全平滑的透镜表面。这样，获得了与抛物透镜表面大致类似的透镜外形。

现在，与图11和12中所示的第一个实施方式进行对比详细描述图15和16中所示的第二个实施方式。在如图15中所示第一电极设置在两个不同层上的第二个实施方式中，液晶层600具有平滑的电位分布，在透镜区域边缘处没有导致细小波形。参照图16，最终的电驱动液晶透镜100具有大致与抛物透镜表面(由红线所示)类似的透镜表面(由蓝线所示)且甚至在透镜区域的边缘处都大致没有显示出扭曲。

总之，在上述两个或多个层上的每一透镜区域都设置多个第一电极且当以平面图观看时多个电极的总宽度确定为完全填充整个有源区域的情形中，通过电场增强的效果，电驱动液晶透镜可获得进一步改善的平滑的透镜外形，还可获得盒间隙的进一步减小。形成液晶层的最小盒间隙减小可导致组成液晶层的液晶量的减小。

同时，以与上述第一个实施方式相同的方式，依照第二个实施方式的电驱动液晶透镜进一步采用焊盘区域和电压分配功能，从而能施加第一到第n个电压信号Vmin到Vmax。

从上面的描述可以清楚看出，依照本发明的电驱动液晶透镜及使用其的立体显示器件具有下面的效果。

第一，在常规电驱动液晶透镜的情形中，因为电极仅形成在下基板的部分区域上，所以随着距每个电极的距离增加，由电极的垂直电场导致的侧电场效果变弱，这使得很难调整在远离电极的区域处，即在透镜区域中心处的液晶的取向。然而，本发明的电驱动液晶透镜以下述方式构造，即在整个透镜区域以恒定的间隔形成电极且给各个电极以下述例子施加不同的电压，例如给透镜区域的边缘施加最高电压，电压向着透镜区域的中心逐渐降低。通过该结构和电压施加，电驱动液晶透镜可在透镜区域内获得平缓和平滑的抛物透镜表面。

第二，通过形成具有平缓抛物透镜表面的电驱动液晶透镜，透镜的液晶层可减小盒间隙。这可减小形成液晶层所需的时间和工序，导致电驱动液晶透镜的制造成本降低。

第三，在本发明的电驱动液晶透镜中，在单个透镜区域内在单个层上或在多个绝缘层(包括基板)上形成多个电极，从而当给各个电极施加电压时驱动液晶层。总之，因为在整个透镜区域设置电极，所以可解决其中电场根据指定位置显示出不同强度的问题。结果，即使在大面积显示器件的情形中，也可获得驱动液晶层所需的平缓电场，能形成具有平缓抛物透镜表面的电驱动液晶透镜。

第四，作为在每一透镜区域在两个或多个层上如此设置多个第一电极，即当以平面图观看时多个层的细小电极具有足够填充整个有源区域的宽度的结果，电驱动液晶透镜通过电场增强的效果可获得进一步改善的平滑外形，因而可进一步减小盒间隙。总之，减小形成液晶层所需的最小盒间隙具有减小液晶层的液晶量的效果。

第五，除了多个电极之外，电驱动液晶透镜还包括分配电压产生器，其包括设置在预设最小和最大电压的电压输出端子之间的多个电阻器和缓冲器，从而将施加给最小和最大电压输入端子的不同电压分配为多个电压值。设置该分配电压产生器能产生施加给细小电极的不同电压值。

在不脱离本发明精神或范围的情况下，在本发明中可做各种修改和变化，这对于本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及其等价物范围内的本发明的修改和变化。

Claims (17)

1.一种电驱动液晶透镜，包括：

第一和第二基板，其设置成彼此相对并包括具有多个透镜区域的有源区域和确定在有源区域外边缘的焊盘区域；

形成在第一基板上的多个第一电极，其对应于各个透镜区域并彼此间隔开；

形成在第二基板整个表面上的第二电极；

电压源，其分别给多个第一电极施加不同的电压，并给第二电极施加地电压；和

夹在第一基板与第二基板之间的液晶层。

2.根据权利要求1所述的电驱动液晶透镜，其特征在于，所述第一电极呈沿第一基板的横向方向延伸的条形并具有相同的宽度。

3.根据权利要求2所述的电驱动液晶透镜，其特征在于，所述第一电极彼此间隔开相同的间隔距离。

4.根据权利要求3所述的电驱动液晶透镜，其特征在于，所述多个第一电极的宽度和相邻第一电极之间的间隔距离在2μm到10μm的范围内。

5.根据权利要求1所述的电驱动液晶透镜，其特征在于，所述多个第一电极形成在第一基板之上的相同层上。

6.根据权利要求1所述的电驱动液晶透镜，其特征在于，进一步包括在第一基板上的至少一个绝缘膜。

7.根据权利要求6所述的电驱动液晶透镜，其特征在于，所述多个第一电极如此形成在第一基板上和绝缘膜上，即它们在第一基板的每个透镜区域中水平对称。

8.根据权利要求7所述的电驱动液晶透镜，其特征在于，所述绝缘膜上的多个第一电极设置成对应于在第一基板上没有形成第一电极的位置。

9.根据权利要求1所述的电驱动液晶透镜，其特征在于，所述电压源包括分配电压产生器，其分配在最小电压与最大电压之间的多个不同电压，从而给各个第一电极施加不同的电压。

10.根据权利要求9所述的电驱动液晶透镜，其特征在于，所述焊盘区域进一步包括施加有从分配电压产生器输出的电压信号的金属配线，该金属配线与第一电极的端部接触。

11.根据权利要求9所述的电驱动液晶透镜，其特征在于，从所述分配电压产生器输出的电压信号的数量等于位于透镜区域的边缘与中心之间的第一电极的数量。

12.根据权利要求11所述的电驱动液晶透镜，其特征在于，在每个所述透镜区域的中心与边缘之间从分配电压产生器输出的电压信号对应于二次函数。

13.根据权利要求9所述的电驱动液晶透镜，其特征在于，为了分配在最大与最小电压之间的电压信号，所述分配电压产生器包括在最大和最小电压输入端子之间以及在各个电压信号的输出端子之间的电阻器、以及在各个电压信号输出端子与焊盘区域的金属配线之间的缓冲器。

14.根据权利要求1所述的电驱动液晶透镜，其特征在于，进一步包括：

形成在包括多个第一电极的第一基板上的第一取向膜；和

形成在第二电极上的第二取向膜。

15.根据权利要求14所述的电驱动液晶透镜，其特征在于，所述第一取向膜具有与第一电极的纵向方向相同的摩擦方向，并且所述第二取向膜具有与第一取向膜的摩擦方向交叉的摩擦方向。

16.根据权利要求1所述的电驱动液晶透镜，其特征在于，所述第一和第二电极由透明金属形成。

17.一种立体显示器件，包括：

电驱动液晶透镜，其包括：

第一和第二基板，其设置成彼此相对并包括具有多个透镜区域的有源区域和确定在有源区域外边缘的焊盘区域；

形成在第一基板上的多个第一电极，其对应于各个透镜区域并彼此间隔开；

形成在第二基板整个表面上的第二电极；

电压源，其分别给多个第一电极施加不同的电压，并给第二电极施加地电压；和

夹在第一基板与第二基板之间的液晶层；以及

设置在电驱动液晶透镜下面的显示面板，其给电驱动液晶透镜传输2维图像信号。

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