CN102591088B - 用于三维显示的液晶透镜及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于三维显示的液晶透镜，其包括一第一基板、一第二基板、一液晶层、一第一电极层、以及一第一配向层。其中该第二基板对应该第一基板设置。该液晶层设置于该第一基板及该第二基板之间。该第一电极层设置于该第一基板上的面对该第二基板的一侧。该第一配向层设置于该第一电极层上，该第一配向层具有复数个第一区域，其中该些第一区域的配向方向从一侧到相对的另一侧是逐渐改变且对称的。本发明还公开该液晶透镜的制作方法。

Description

用于三维显示的液晶透镜及其制作方法

技术领域

本发明是有关于一种液晶透镜及其制作方法，特别有关于一种用于二维(2D)/三维(3D)切换式的液晶显示器中的液晶透镜及其制作方法。

背景技术

显示技术近年来得到飞速的发展，而裸视立体显示则是一个重要的发展方向。裸视立体显示器通常由液晶显示面板，再加上微光学组件(比如说视差屏障或是透镜阵列)所构成。液晶显示面板会将对应到某个视域的影像显示在相对应的像素上，或是在不同时间显示对应到某个视域的影像。而微光学组件的作用，就是将对应到某个视域的影像，投射到空间中相对应的视域。当观众的左右眼，分别位于适当的视域中，就会看到不同的影像，进而在大脑中合成并感知到立体视觉。

请参照图1，图1为公知的可切换2D/3D的裸视液晶显示器。该可切换2D/3D的裸视液晶显示器10包含液晶显示面板12及2D/3D切换层14。该液晶显示面板12包含此领域技术人员熟悉的阵列(array)基板、液晶及彩色滤光(color filter)基板（图未式），在此不加以赘述。该2D/3D切换层14包含下基板142、液晶分子144、上基板146、下电极1422及上电极1462。该上电极1462具有多条状间距或称狭缝（slit）。其原理为加电压时，上下基板间的电场产生不均匀，而使液晶分子144如图1所示随着电场方向排列。此时对于该区域的影像来说，该2D/3D切换层14等效为一柱状透镜(lenticular lens)，藉此达到立体显示效果。此外，若不加电压时，液晶分子144皆为垂直排列，使得该区域的影像完全透过，形成原本液晶显示面板12的二维显示效果。

然而，上述2D/3D切换层14的上下基板间需要有足够的空间，以达到水平的电场分布，进而形成如图1的液晶分子144的排列。因此，公知的2D/3D切换层14的上下板间距(Cell gap)(20um左右)无法有效的缩减，造成现有可切换2D/3D裸视立体显示器的厚度太厚，不符合目前对于显示器追求的轻薄短小趋势。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种用于三维显示的液晶透镜，以改善上述裸视立体显示器厚度太厚的问题。

本发明的另一目的在于提供一种用于三维显示的液晶透镜的制作方法，以改善上述裸视立体显示器厚度太厚的问题。

为达上述的目的，本发明一较佳实施例提出的一种三维显示的液晶透镜包括一第一基板、一第二基板、一液晶层、一第一电极层、以及一第一配向层。其中该第二基板对应该第一基板设置。该液晶层设置于该第一基板及该第二基板之间。该第一电极层，设置于该第一基板上的面对该第二基板的一侧。该第一配向层设置于该第一电极层上，该第一配向层具有复数个第一区域，其中该些第一区域的配向方向从一侧到相对的另一侧是逐渐改变且对称的。

于一较佳实施例中，该些第一区域是复数个长条型，且该些长条型依次相邻排列。此外，该些第一区域的配向方向是以一直线为中心而对称，该直线平行于该些长条型的一长边并将该第一配向层划分为对称的两半。

于一较佳实施例中，该第一配向层为光配向层。

于一较佳实施例中，该第一基板及该第二基板皆为可挠式基板。

于一较佳实施例中，该用于三维显示的液晶透镜更包括一第二电极层及一第二配向层。该第二电极层设置于该第二基板上的面对该第一基板的一侧。该第二配向层设置于该第二电极层上，该第二配向层具有对应该些第一区域的复数个第二区域，其中该些第二区域的配向方向与该些第一区域分别相对应。

为达成另一目的，本发明提供一种上述用于三维显示的液晶透镜的制作方法，其包括下列步骤：形成一电极层于一基板上；涂布一光配向层于该电极层上；将该光配向层划分成多个区域；采用紫外光配合一光罩分别对该些区域进行照射；以及组装该基板及填入液晶。

于一较佳实施例中，该紫外光配合该光罩对该光配向层的不同区域分别进行照射，且对于各相邻两个区域照射的方向均相差一预定角度。更进一步的说，该紫外光的偏极化状态是固定的。

于另一较佳实施例中，该紫外光配合该光罩对该光配向层的不同区域分别进行照射，且对于各区域照射的方向均相同。更进一步的说，该紫外光的各相邻两次照射的偏极化状态均相差一定值。

本发明藉由光配向层可透过不同方向的紫外光可设计多个不同配向方向的区域，使得该些区域上的液晶分子随配向层的不同的配向方向的倾斜，而达成液晶透镜的效果。因此，本发明的液晶透镜不需额外加电压，也具有立体显示效果，且一并解决了公知裸视立体显示器太厚的问题，进而达成本发明的目的。

为让本发明的上述内容能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

附图说明

图1为公知的可切换2D/3D的裸视液晶显示器。

图2绘示本发明较佳实施例的用于三维显示的液晶透镜的剖面示意图。

图3绘示图2的液晶透镜加电压的剖面示意图。

图4为此实施例的液晶透镜的制作方法的流程图。

图5为步骤S10的示意图。

图6为步骤S20及S30的示意图。

图7A为步骤S40的一较佳实施例的示意图。

图7B为步骤S40的另一较佳实施例的示意图。

图8为步骤S50的示意图。

具体实施方式

请参照图2，图2绘示本发明较佳实施例的用于三维显示的液晶透镜的剖面示意图。图中的液晶透镜20为2D/3D切换层（图未示）中的一局部剖面示意图。该液晶透镜20包括一第一基板220、一第二基板240、一液晶层260、一第一电极层225、一第一配向层(alignment layer)230、一第二电极层245以及一第二配向层250。

如图2所示，该第二基板240对应该第一基板220设置，且该液晶层260设置于该第一基板220及该第二基板240之间。该第一基板220及第二基板240为玻璃基板或可挠式基板。该第一电极层225设置于该第一基板220上的面对该第二基板240的一侧。该第一电极层225较佳为透明电极，其材料较佳为氧化铟锡(Indium Tin Oxide, ITO)或氧化铟锌(Indium Zinc Oxide, IZO)。

该第一配向层230设置于该第一电极层225上。该第一配向层230是用于导引液晶分子262使其朝配向层的配向方向倾斜。具体而言，该第一配向层230具有复数个第一区域I，其中该些第一区域I的配向方向从一侧到相对的另一侧是逐渐改变且对称的，使得液晶分子262的排列如图2所示。具体而言，该液晶透镜20中最两旁的第一区域I的配向方向为垂直的，使得液晶层260两旁的液晶分子262的倾斜方向为垂直方向。接着，该些第一区域I的配向方向随着往该液晶透镜20中央逐渐水平，使得液晶分子262逐渐往水平方向倾斜，藉此达到液晶透镜的效果。

需注意的是，本发明并不限制该些第一区域I的宽度，惟该些第一区域I较佳可使该液晶透镜分为5等分以上，以得较佳的透镜效果。该些第一区域I是复数个长条型（其长边垂直纸面），且该些长条型依次相邻排列如图所示。此外，该些第一区域I的配向方向是以一直线（位于该液晶透镜20中央）为中心而对称，且该直线平行于该些长条型的一长边并将该第一配向层230划分为对称的两半。

在此较佳实施例中，该第一配向层230为光配向层(photo-alignment layer)，其为光致裂解机制混合聚亚酰胺(polyimide, PI)所形成的光配向材料。该光配向膜可利用偏极化的紫外光(UV)以特定方向照射配向膜引发光学异方性，而达到配向的效果。

相似地，该第二电极层245设置于该第二基板240上的面对该第一基板220的一侧。该第二配向层250设置于该第二电极层245上。该第二电极层245较佳为透明电极，其材料较佳为氧化铟锡(Indium Tin Oxide, ITO)或氧化铟锌(Indium Zinc Oxide, IZO)。该第二配向层250具有对应该些第一区域I的复数个第二区域II，其中该些第二区域II的配向方向与该些第一区域I分别相对应，使得液晶分子260的排列如图2所示。具体而言，该液晶透镜20中最两旁的第二区域II的配向方向为垂直的，使得液晶层260两旁的液晶分子262的倾斜方向为垂直方向。接着，该些第二区域II的配向方向随着往该液晶透镜20中央逐渐水平，使得液晶分子262逐渐往水平方向倾斜，藉此达到液晶透镜的效果。

相同地，本发明并不限制该些第二区域II的宽度，惟该些第二区域II较佳可使该液晶透镜分为5等分以上，以得较佳的透镜效果。该些第二区域II是复数个长条型（其长边垂直纸面），且该些长条型依次相邻排列如图所示。此外，该些第二区域II的配向方向是以一直线（位于该液晶透镜20中央）为中心而对称，且该直线平行于该些长条型的一长边并将该第二配向层250划分为对称的两半。此外，该第二配向层250亦为光配向层(photo-alignment layer)。

值得一提的是，本实施例的液晶透镜20无须在第一电极层225及/或第二电极层245施加电压，即可达到如图中的液晶透镜效果，使得根据该液晶透镜20实施的该2D/3D切换层呈3D的显示状态。由此可知，本发明的液晶透镜无须依靠施加电压所形成的电场引导液晶分子262，因此第一基板220及第二基板240间的间距无须太厚，克服了公知上下板间距无法有效缩减的问题。另一方面，由于本发明的液晶透镜无须依靠施加电压所形成的电场引导液晶分子262，因此可用于可挠式液晶显示器上，在挠曲时不会受到电场的影响还能正常显示3D效果。

请参照图3，图3绘示图2的液晶透镜加电压的剖面示意图。根据该液晶透镜20实施的该2D/3D切换层如欲切换到2D显示状态，仅需在第一电极层225及/或第二电极层245施加电压，使得液晶层260内所有液晶分子262呈垂直方向，而无产生透镜效果。因此，根据本实施例实施的2D/3D切换层的2D/3D切换速度亦快于公知2D/3D切换层的切换速度。

以下将结合图4至图8来详细说明此实施例的液晶透镜20的制作方法，其中图4为此实施例的液晶透镜的制作方法的流程图、图5为步骤S10的示意图、图6为步骤S20及S30的示意图、图7A为步骤S40的一较佳实施例的示意图、图7B为步骤S40的另一较佳实施例的示意图、及图8为步骤S50的示意图。该制作方法开始于步骤S10。

请参照图5，于步骤S10中，形成一电极层于一基板上。具体而言，首先在玻璃基板或是塑胶基板(挠性基板)全面涂布一层ITO，使其成为一透明导电层。值得一提的是，该基板可为上述的第一基板220或第二基板240，该电极层可为上述的第一电极层225及第二电极层245。

请参照图6，于步骤S20中，涂布一光配向层于该电极层上。具体而言，在ITO涂布完成时，于其上全面涂布一光配向层300。同样地，该光配向层300可为上述的第一配向层230或第二配向层250未经过配向制程的状态。

请再参照图6，于步骤S30中，将该光配向层300划分成多个区域，如上述的该些第一区域I或第二区域II。

请参照图7A，于步骤S40中，采用紫外光400（如箭头所示）配合一光罩500分别对该些区域进行照射。在一较佳实施例中，该紫外光400配合该光罩500对该光配向层300的不同区域分别进行照射，且对于各相邻两个区域照射的方向均相差一预定角度。此外，该紫外光400的偏极化状态是固定的。举例来说，照射第一个区域是垂直该光罩500方向照射，如最左边箭头。需注意的是，此时光罩500的透光区域可设计为对应在该光配向层300的最左边区域，使得该区域的配向方向为垂直方向。而照射第二个区域与照射第一个区域的角度相差该预定角度（例如20度），此时光罩500的透光区域可设计为对应在该光配向层300的最左边区域相邻的区域，使得该区域的配向方向为与垂直方向夹20度。依此类推，可得多区域配向方向渐进改变的配向膜，如图2所示。值得一提的是，多次照射的光罩500亦可为同一光罩，仅需每次照射时平移一固定距离即可，藉此节省光罩成本。

请参照图7B，在另一较佳实施例中，于步骤S40中，该紫外光400配合光罩500对该光配向层300的不同区域分别进行照射，且对于各区域照射的方向均相同。更进一步的说，该紫外光400的各相邻两个照射区域的偏极化状态均相差一定值。举例而言，照射第一个区域时，可控制该紫外光400的偏极化状态，使得照射到的光配向膜300的配向方向为垂直的。需注意的是，此时光罩500的透光区域可设计为对应在该光配向层300的最左边区域，使得该区域的配向方向为垂直方向。而照射第二个区域与照射第一个区域的偏极化状态差一定值，该定值可为偏极化角度、或线偏极转换到圆偏极的程度等。此时光罩500的透光区域可设计为对应在该光配向层300的最左边区域相邻的区域，使得该区域的配向方向为与垂直方向夹一角度。依此类推，可得多区域配向方向渐进改变的配向膜，如图2所示。同样地，多次照射的光罩500亦可为同一光罩，仅需每次照射时平移一固定距离即可，藉此节省光罩成本。

请参照图8，于步骤S50中，组装该基板及填入液晶。例如将具有电极层及该光配向层300的第一基板220及第二基板240进行组装(Cell)制程，即本领欲技术人员所熟知的灌入液晶分子等步骤，在此则不加已赘述。

综上所述，本发明藉由光配向层300可透过不同方向的紫外光400可设计多个不同配向方向的区域，使得该些区域上的液晶分子262随该光配向层300的不同的配向方向的倾斜，而达成液晶透镜的效果。因此，本发明的液晶透镜不需额外加电压，也具有立体显示效果，且一并解决了公知裸视立体显示器太厚的问题，进而达成本发明的目的。

虽然本发明已用较佳实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视前述的申请专利范围所界定者为准。

Claims (8)

1.一种用于三维显示的液晶透镜，其特征在于，包括：

一第一基板；

一第二基板，该第二基板对应该第一基板设置；

一液晶层，设置于该第一基板及该第二基板之间；

一第一电极层，设置于该第一基板上的面对该第二基板的一侧；

一第一配向层，设置于该第一电极层上，该第一配向层具有复数个第一区域，该些第一区域是复数个长条型，且该些长条型依次相邻排列；一直线平行于该些长条型的一长边并将该第一配向层划分为对称的两半；

该些第一区域的配向方向为从该第一配向层中垂直于该些长边方向的一侧到相对的该第一配向层的另一侧是逐渐改变的且该些第一区域的配向相对于该直线对称；

一第二电极层，设置于该第二基板上的面对该第一基板的一侧；以及

一第二配向层，设置于该第二电极层上，该第二配向层具有对应该些第一区域的复数个第二区域，其中该些第二区域的配向方向与该些第一区域分别相对应。

2.如权利要求1所述的液晶透镜，其特征在于，该第一配向层为光配向层。

3.如权利要求1所述的液晶透镜，其特征在于，该第一基板及该第二基板皆为可挠式基板。

4.一种如权利要求1所示的用于三维显示的液晶透镜的制作方法，其特征在于，包括下列步骤：

形成一电极层于一基板上；

涂布一光配向层于该电极层上；

将该光配向层划分成多个区域；

采用紫外光配合一光罩分别对该些区域进行照射；以及

组装该基板及填入液晶。

5.如权利要求4所述的制作方法，其特征在于，该紫外光配合该光罩对该光配向层的不同区域分别进行照射，且对于各相邻两个区域照射的方向均相差一预定角度。

6.如权利要求5所述的制作方法，其特征在于，该紫外光的偏极化状态是固定的。

7.如权利要求4所述的制作方法，其特征在于，该紫外光配合该光罩对该光配向层的不同区域分别进行照射，且对于各区域照射的方向均相同。

8.如权利要求7所述的制作方法，其特征在于，该紫外光的各相邻两个照射区域的偏极化状态均相差一定值。

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