CN103488021B - 菲涅耳液晶透镜及平面/立体显示装置 - Google Patents

Abstract

一种菲涅耳液晶透镜及平面/立体显示装置，包括第一基板、第二基板、液晶层、驱动电极层以及光调整图案层。驱动电极层配置于第一基板与液晶层之间，且亦配置于光调整图案层与液晶层之间。驱动电极层包括多个中心电极以及多个第一电极，其中每一中心电极位于依序排列的两个第一电极之间以构成一驱动电极组，且各驱动电极组驱动液晶层时形成一液晶透镜单元。光调整图案层定义出多个第一区域以及多个第二区域，使得液晶透镜单元对入射光线提供发散与收敛其中一者的折射作用。此外，一种平面/立体显示装置亦被提出。

Description

菲涅耳液晶透镜及平面/立体显示装置

技术领域

本发明是有关于一种液晶透镜及显示装置，且特别是有关于一种菲涅耳液晶透镜及平面/立体显示装置。

背景技术

一般而言，显示器的运用领域已相同的广泛于每个人的日常生活中，而对于一些较特别的运作模式也相对的加以衍生，例如：立体显示器。但是，现今的立体显示器仍使用分光效果较差的透镜，而导致于观看立体显示器时，会有立体效果不佳或影像堆叠的问题产生。

发明内容

本发明提供一种菲涅耳液晶透镜，其具有良好的透镜效果。

本发明的一种平面/立体显示装置，其具有良好的显示效果。

本发明的一种菲涅耳液晶透镜，包括一第一基板、一第二基板、一液晶层、一驱动电极层以及一光调整图案层。第二基板与第一基板叠置，而液晶层设置于第一基板与第二基板之间。驱动电极层配置于第一基板与液晶层之间。驱动电极层包括多个中心电极以及多个第一电极，其中每一中心电极位于依序排列的两个第一电极之间以构成一驱动电极组，且各驱动电极组驱动液晶层时形成一液晶透镜单元。驱动电极层配置于光调整图案层与液晶层之间，且光调整图案层定义出多个第一区域以及多个第二区域，使得液晶透镜单元对一入射光线提供发散与收敛其中一者的折射作用，其中各中心电极位于其中一个第一区域中而各第一电极位于其中一个第二区域中。

上述的菲涅耳液晶透镜，其中该光调整图案层包括多个遮光图案，该些遮光图案所在面积分别为该些第二区域，而该些遮光图案以外的面积分别为该些第一区域。

上述的菲涅耳液晶透镜，其中该光调整图案层包括多个半波长相位延迟图案，该些半波长相位延迟图案所在面积为该些第二区域与该些第一区域其中一者，而该些半波长相位延迟图案以外的面积为该些第二区域与该些第一区域其中另一者。

上述的菲涅耳液晶透镜，其中该些半波长相位延迟图案的光轴以一角度相交于一入射光线的偏振方向，该入射光线经过该光调整图案层后才入射于该液晶层，且该角度不大于45度。

上述的菲涅耳液晶透镜，其中该些半波长相位延迟图案所在面积分别为该些第二区域，且第n个驱动电极组的其中一个第一电极与对应的中心电极之间的该半波长相位延迟图案的光轴以一第一角度相交于该入射光线的偏振方向，该第n个驱动电极组的另一个第一电极与对应的中心电极之间的该半波长相位延迟图案的光轴以一第二角度相交于该入射光线的偏振方向，该第一角度与该第二角度各自不大于45度，并且该第一角度与该第二角度不同，而n为大于零的正整数。

上述的菲涅耳液晶透镜，其中该第一角度与该第二角度的和，实质上为零。

上述的菲涅耳液晶透镜，其中该光调整图案层位于该第一基板与该驱动电极层之间。

上述的菲涅耳液晶透镜，其中该第一基板位于该光调整图案层与该驱动电极层之间。

上述的菲涅耳液晶透镜，其中各该驱动电极组的该中心电极与该些第一电极被输入不同电压。

上述的菲涅耳液晶透镜，其中各该驱动电极组的该中心电极与两侧的该些第一电极之间相隔的距离相同。

上述的菲涅耳液晶透镜，其中该些中心电极的宽度不同于该些第一电极的宽度。

上述的菲涅耳液晶透镜，其中该驱动电极层更包括多个第二电极，分别位于该些第一电极与该些中心电极之间，且各该驱动电极组更包括位于第n个第一电极与第n个中心电极之间的第2n-1个第二电极以及位于第n+1个第一电极与第n个中心电极之间的第2n个第二电极，且n为大于零的正整数。

上述的菲涅耳液晶透镜，其中第n个中心电极与第2n-1个第二电极的间隔距离相同于第n个中心电极与第2n个第二电极的间隔距离。

上述的菲涅耳液晶透镜，其中各该第二电极包括一第一区域部与一第二区域部，该第一区域部相对较邻近于相邻的一个第一电极而该第二区域部相对较邻近于相邻的一个中心电极，该第一区域部位于其中一个第一区域中且该第二区域部位于其中一个第二区域中。

上述的菲涅耳液晶透镜，该其中一个第二区域更由各该第二电极的该第二区域部延伸至邻近的该中心电极与该第二电极的间隔距离中。

上述的菲涅耳液晶透镜，其中各该驱动电极组的该些第一电极与该些第二电极被输入不同电压。

上述的菲涅耳液晶透镜，其中各该驱动电极组的该些第一电极与该中心电极被输入不同电压。

上述的菲涅耳液晶透镜，其中各该驱动电极组的该些第一电极与该中心电极被输入共用电压。

本发明的一种平面/立体显示装置，包括一显示面板以及一菲涅耳液晶透镜。显示面板具有一第三基板、一第四基板以及一设置于第三基板与第四基板之间的显示介质层。菲涅耳液晶透镜配置于显示面板上使显示面板的显示光线穿透菲涅耳液晶透镜以进行显示。

上述的平面/立体显示装置，更包括一切换式相位延迟片，配置于该显示面板与该菲涅耳液晶透镜之间。

基于上述，通过中心电极及第一电极的配置与输入电压模式以及光调整图案层中的第一区域与第二区域的结构设计，将可改变本发明的实施例的液晶透镜的液晶层中的折射率分布曲线，以使液晶透镜具有良好的菲涅耳透镜效果，而作为菲涅耳液晶透镜。此外，由于本发明的实施例的平面/立体显示装置具有前述的菲涅耳液晶透镜结构设计，因此具有良好的显示效果。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附附图作详细说明如下。

附图说明

图1A是本发明第一实验例的一种液晶透镜的剖面示意图；

图1B是本发明第二实验例的一种液晶透镜的剖面示意图；

图1C是本发明第三实验例的一种菲涅耳液晶透镜的剖面示意图；

图2A是本发明一实施例的一种菲涅耳液晶透镜的剖面示意图；

图2B是图2A实施例中的半波长相位延迟图案的光轴方向与入射光线偏振方向的相对方向示意图；

图3A是本发明再一实施例的一种菲涅耳液晶透镜的剖面示意图；

图3B是图3A实施例中的半波长相位延迟图案的光轴方向与入射光线偏振方向的相对方向示意图；

图4A是本发明又一实施例的一种菲涅耳液晶透镜的剖面示意图；

图4B是图4A实施例中的菲涅耳液晶透镜尚未进行光调整图案层配置时的剖面示意图；

图5A是本发明又一实施例的一种菲涅耳液晶透镜的剖面示意图；

图5B是图5A实施例中的菲涅耳液晶透镜尚未进行光调整图案层配置时的剖面示意图；

图6是本发明又一实施例的一种菲涅耳液晶透镜的剖面示意图；

图7是本发明又一实施例的一种菲涅耳液晶透镜的剖面示意图；

图8A是本发明一实施例的一种显示装置的剖面示意图；

图8B是图8A实施例的一种像素结构的正视示意图；

图9是本发明另一实施例的一种显示装置的剖面示意图；

图10A是本发明再一实施例的一种显示装置的剖面示意图；

图10B是图10A实施例的一种切换式相位延迟片的正视示意图；

图10C是图10A实施例的一种显示装置的俯视示意图。

其中，附图标记：

70a、70b：光线100a、100b：液晶透镜

100、200、300、400、500、600、700：菲涅耳液晶透镜

110：第一基板120：第二基板

130：液晶层

140a、140b、140、440、540、640、740：驱动电极层

141a、141b、141、741：中心电极

143、143a、143b：第一电极

542：第二电极542a：第一区域部

542b：第二区域部

150、250、350、450、550：光调整图案层

151：遮光图案160、645：介电层

251、351a、351b：半波长相位延迟图案

260：承载基板

800、900、1000：平面/立体显示装置

810：显示面板811：第三基板

812：显示介质层813：第四基板

1000a、1000b：影像显示区域1020：切换式相位延迟片

1020a、1020b：相位延迟区域1021：第五基板

1022：可控式相位延迟材料层1023：第六基板

W1、W2：宽度DUa、DUb、DU：驱动电极组

LUa、LUb、LU：液晶透镜单元PS：像素结构单元

AC：主动元件DL：数据线

PE：像素电极SL：扫描线

PU：相位延迟图案单元S1：第一区域

S2：第二区域D1：排列方向

D2：偏振方向

P、P_n、P_n+1、P_2n-1、P_2n、P’、P’_2n-1、P’_2n、D、D_n、D_n+1、d：距离

LRI_1a、LRI_1b、LRI₁、LRI₄、LRI₅、FRI₂、FRI₃、FRI₄、FRI₅、FRI₆、FRI₇：折射率分布曲线

ΔFRI₃：折射率差值O、Oa、Ob：光轴

θ₁、θ₂：角度

具体实施方式

图1A是本发明第一实验例的一种液晶透镜的剖面示意图。请参照图1A，在此第一实验例中，液晶透镜100a包括一第一基板110、一第二基板120、一液晶层130、一驱动电极层140a。第二基板120与第一基板110叠置，而液晶层130则设置于第一基板110与第二基板120之间。驱动电极层140a包括多个中心电极141a以及多个第一电极143a。中心电极141a仅配置于第二基板120与液晶层130之间，而第一电极143a仅分布于第一基板110与液晶层130之间，换言之，液晶透镜100a的中心电极141a与第一电极143a分别设置于液晶层130的不同侧。

具体而言，这些中心电极141a与这些第一电极143a皆沿一排列方向D1呈依序性地排列。以此第一实验例而言，每一个中心电极141a对应于三个依序排列的第一电极143a而设置以构成一个驱动电极组DUa。第m个中心电极141a、第2m-1个第一电极143a、第2m个第一电极143a及第2m+1个第一电极143a，可构成第m个驱动电极组DUa，而第m个中心电极141a于第一基板110上的投影位于与第2m-1个第一电极143a与第2m+1个第一电极143a于第一基板110上的投影之间。因此，第2m-1个与第2m+1个第一电极143a的面积都会位在相邻两个中心电极141a之间的间隔中。

进一步而言，在此第一实验例中，中心电极141a被输入第一电压，而第一电极143a则被输入共用电压，以使液晶层130的液晶分子受到驱动而形成具有多种不同折射率的区域。更具体而言，一驱动电极组DUa将可驱动液晶层130形成一液晶透镜单元LUa，以对入射光线70a、70b提供分光效应。然而，如图1A所示，由于液晶层130具有的折射率分布曲线LRI1a具有正弦函数波形分布的样态，而这将会使得平行入射第一基板110的第一区域S1的光线70a发生收敛，而平行入射于第二区域S2的光线70b发生发散。如此一来，同一液晶透镜单元LUa将会对平行入射液晶层130不同区域S1、S2的光线70a、70b分别提供收敛及发散的效果。

图1B是本发明第二实验例的一种液晶透镜的剖面示意图。请参照图1B，此第二实验例的液晶透镜100b与图1A的第一实验例的液晶透镜100a类似，而差异如下所述。请参照图1B，在此第二实验例中，液晶透镜100b的中心电极141b与第一电极143b皆设置于液晶层130的同一侧，即第一基板110上。此时，若中心电极141b与第一电极143b所被输入的电压模式与图1A的第一实验例相同，即第一电极143b与中心电极141b被输入不同电压，则驱动电极组DUb可提供水平电场来驱动液晶层130以形成一液晶透镜单元LUb，而可对入射光线70a、70b提供分光效应。具体而言，在此第二实验例中，每个中心电极141a位在依序排列的两个第一电极143b之间。

然而，亦如图1B所示，由于液晶透镜100b受到驱动时所具有的折射率分布曲线LRI1b亦具有正弦函数波形分布的样态，因此亦会对平行入射液晶层130不同区域S1、S2的光线70a、70b分别提供收敛及发散的效果。此外，与图1A的折射率分布曲线LRI1a相较，图1B的折射率分布曲线LRI1b更为平滑，因此可提供不同的光学作用。然而，图1A及图1B所示的液晶透镜的分光效果仍存在有不甚理想的区域，例如：S1与S2交界及其附近。

以下，本发明将以水平电场的结构设计为基础，说明液晶透镜可具有良好的菲涅耳透镜效果。

图1C是本发明第三实验例的一种菲涅耳液晶透镜的剖面示意图。请参照图1C，此第三实验例的菲涅耳液晶透镜100包括一第一基板110、一第二基板120、一液晶层130、一驱动电极层140以及一光调整图案层150。第二基板120与第一基板110叠置，而液晶层130则设置于第一基板110与第二基板120之间。具体而言，在此第三实验例中，第一基板110与第二基板120系为透明基板，例如可为玻璃基板、聚合物基板、或其他适合材质的基板，且第一基板110与第二基板120上并不具有彩色滤光层(Colorfilterlayer,CFlayer)。因此，菲涅耳液晶透镜100在此第三实验例中不提供彩色滤光作用。

另一方面，驱动电极层140配置于第一基板110与液晶层130之间，并包括多个中心电极141以及多个第一电极143。具体而言，在此第三实验例中，每一中心电极141位于依序排列的两个第一电极143之间以构成一驱动电极组DU。另外，驱动电极层140实质上由一介电层160所覆盖而位在介电层160与第一基板110之间。其中，第二基板上不设置任何的驱动电极组DU。

更详细而言，这些中心电极141与这些第一电极143交替排列，其中第n个中心电极141位于第n个第一电极143与第n+1个第一电极143之间以构成一驱动电极组DU，而n为大于零之正整数。举例而言，第一组驱动电极组DU是由第一个中心电极141、第一个第一电极143与第二个第一电极143所构成，而第二组驱动电极组DU是由第二个中心电极141、第二个第一电极143与第三个第一电极143所构成。如此一来，第二个第一电极143既是属于第一组驱动电极组DU也属于第二组驱动电极组DU。

具体而言，第n组驱动电极组DU可以视为由第n个第一电极143邻近于第n个中心电极141的一部份、第n个中心电极141与第n+1个第一电极143邻近于第n个中心电极141的一部份所构成。因此，第n+1个第一电极143都有一部份为第n组驱动电极组DU的一部份，而另一部分为第n+1组驱动电极组DU的一部份。如此一来，每个驱动电极组DU实质上是由一个第一电极143的后半部分至下一个第一电极143的前半部分所构成。

另外，如图1C所示，在此第三实验例中，各驱动电极组DU的中心电极141与两侧的第一电极143之间相隔的间隔P相同。即，各中心电极141与两侧的第一电极143于第一基板110上的投影之间相隔的距离P相同。举例而言，在此第三实验例中，第n个中心电极141与第n个第一电极143的间隔(距离)Pn相同于第n个中心电极141与第n+1个第一电极143的间隔(距离)Pn+1。此外，这些中心电极141的宽度W1不同于这些第一电极143的宽度W2。每个驱动电极组DU实质上都具有以中心电极141为中心而呈现对称分布的结构设计。

进一步而言，在此第三实验例中，各驱动电极组DU的中心电极141与这些第一电极143可被输入不同电压，以改变液晶层130内的液晶分布，并借此调变液晶层130所提供的折射率分布曲线LRI1。举例而言，在此第三实验例中，驱动电极组DU的中心电极141可被输入第一电压，而第一电极143此时则被输入共用电压，以使液晶层130提供的折射率形成折射率分布曲线LRI1(如图1C所示)。更详细而言，在此第三实验例中，各驱动电极组DU驱动液晶层130时会形成一液晶透镜单元LU，并对入射光线提供分光效应，但本发明不以此为限。在其他实施例中，驱动电极组DU的中心电极141可被输入共用电压，而第一电极143此时则被输入第一电压，亦可使液晶层130具有适当的折射率分布。

另一方面，如图1C所示，当这些第一电极143与这些中心电极141被输入不同电压而使液晶层130具有渐变的折射率分布时，这些第一区域S1与这些第二区域S2的入射光线会受到不同的作用，例如一者收敛而另一者发散。此时，驱动电极层140的各中心电极141位于其中一个第一区域S1中，而驱动电极层140的各第一电极143位于其中一个第二区域S2中。

然而，就同一个液晶透镜单元LU而言，对入射光线提供的分光效应被要求具有一致的趋势以达到理想的菲涅耳透镜效果。因此，在此第三实验例中，驱动电极层140配置于光调整图案层150与液晶层130之间，且光调整图案层150位于第一基板110与驱动电极层140之间为较佳范例。其中，光调整图案层150亦可位于第一基板110外表面上。此时，制造过程必需要更小心，以防止被刮伤，而让可靠度降低。

光调整图案层150可包括多个遮光图案151，并且，这些遮光图案151所在面积分别为这些第二区域S2，而这些遮光图案151以外的面积分别为这些第一区域S1。也就是说，光调整图案层150可用来定义出多个第一区域S1以及多个第二区域S2。这些第一区域S1与这些第二区域S2的其中一者可调整入射光线，而另一者实质上不调整入射光线，以使得液晶透镜单元LU对一入射光线提供发散与收敛其中一者的折射作用，而达到理想的菲涅耳透镜效果。

举例而言，在此第三实验例中，遮光图案151例如可以通过遮光矩阵结构或其他适合的不透光结构来形成。遮光图案151遮盖第二区域S2的入射光线70b而第一区域S1的入射光线可以穿过液晶层130而呈现所需的收敛(或发散作用)。其中，遮光图案151可对入射光线提供全反射作用或全部吸收光线而让入射光线不穿过液晶层130。

在此第三实验例中，光调整图案层150中的各遮光图案151例如位在相邻两个驱动电极组DU之间(如图1C所示)。举例而言，在某些实施例中，各遮光图案151例如可对应的其中一个第一电极143延伸至各中心电极141与相邻第一电极143的间隔(距离)P的一半。换言之，在此第三实验例中，光调整图案层150可视实际需求来进行遮光图案151的尺寸调整以定义对应的第一区域S1与第二区域S2。举例而言，遮光图案151的尺寸可以对应于折射率分布曲线LRI1中分光效果不理想的区域。

因此，请再次同时参照图1B与图1C，由于菲涅耳液晶透镜100具有光调整图案层150的结构设计，因此可将遮光图案151设置于这些在图1B中将会使入射光线70b产生发散现象的区域，亦即光调整图案层150所定义出的第二区域S2，借此可阻挡光线70b通过这些区域，以避免第二区域S2的光线发散现象影响菲涅耳液晶透镜100的光学效果。经由上述实验例可获知，图1C所提出的结构设计可以实现较为理想的菲涅耳液晶透镜100，而可以是为本发明具体实施的一种参照范例。

值得注意的是，在图1C的第三实验例中，菲涅耳液晶透镜100的光调整图案层150的结构设计虽以可提供遮光作用的遮光图案151为例示，但本发明并不以此为限。在其他的实施例中，光调整图案层150亦可利用其他可提供不同光学作用的光学图案来进行其结构设计，以下将搭配图2A及图3A针对光调整图案层150的可能变化进行进一步地说明。

图2A是本发明一实施例的一种菲涅耳液晶透镜的剖面示意图。请参照图2A，本实施例的菲涅耳液晶透镜200与图1C实施例的菲涅耳液晶透镜100类似，而差异如下所述。在本实施例中，菲涅耳液晶透镜200的光调整图案层250包括多个半波长相位延迟图案251，而使这些第一区域S1与这些第二区域S2分别提供使入射光线70a、70b偏振方向不同的作用。具体而言，这些半波长相位延迟图案251所在面积可以为这些第二区域S2与这些第一区域S1其中一者，而这些半波长相位延迟图案251以外的面积为这些第二区域S2与这些第一区域S1其中另一者。因此，通过光调整图案层250的设置，第一区域S1与第二区域S2可以提供不同的相位延迟作用。

举例而言，在本实施例中，这些半波长相位延迟图案251所在面积即分别为这些第二区域S2，而这些半波长相位延迟图案251以外的面积则分别为这些第一区域S1，但本发明不以此为限。在其他实施例中，这些半波长相位延迟图案251所在面积亦可分别为这些第一区域S1，而这些半波长相位延迟图案251以外的面积则分别为这些第二区域S2。如此，通过这些第一区域S1与这些第二区域S2其中一者的入射光线70a、70b在偏振方向将会发生变化。

图2B是图2A实施例中的半波长相位延迟图案的光轴方向与入射光线偏振方向的相对方向示意图。请参照图2B，更具体而言，在本实施例中，入射光线70a、70b为线性偏振光，而这些半波长相位延迟图案251的光轴O可以平行于入射光线70a、70b的偏振方向D2。因此，请再次参照图2A，由于入射光线70a、70b经过光调整图案层250后才入射于液晶层130，因此入射光线70a在第一区域S1将未受到半波长相位延迟，而入射光线70b在第二区域S2受到半波长相位延迟。

进一步而言，第二区域S2由于设置有半波长相位延迟图案251，而可使得在这些第二区域S2发生偏极态旋转的入射光线70b于液晶层130中的折射率相对于图1C而言呈现反向分布。如此一来，液晶层130中所呈的折射率分布曲线FRI₂，即如图2A所示，更为接近于菲涅耳光学透镜的折射率分布，而可使得液晶透镜单元LU对入射光线70a、70b皆提供收敛(或发散)作用，因此本实施例的菲涅耳液晶透镜200相较于前述的第一与第二实验例而言，具有良好的菲涅耳透镜效果，而可实现较为理想的菲涅耳液晶透镜200。此外，菲涅耳液晶透镜200更因为其光调整图案层250采用的是半波长相位延迟图案251，并不会阻挡光线70a、70b的通过。因此，菲涅耳液晶透镜200将可更具有良好的光线利用效率。

此外，就配置位置而言，如图2A所示，在本实施例中，第一基板110位于光调整图案层250与驱动电极层140之间。所以，本实施例的菲涅耳液晶透镜100更包括一承载基板260，光调整图案层250并配置于承载基板260上，且光调整图案层250位于承载基板260与第一基板110之间。换言之，本实施例的光调整图案层250例如可为一外贴式的半波长相位延迟图案层，但本发明不以此为限。在其他实施例中，光调整图案层250亦可位于第一基板110与驱动电极层140之间。此时，制造过程必需要更小心，以防止被刮伤，而让可靠度降低。其中，承载基板260系为透明基板，例如可为玻璃基板、聚合物基板、或其他适合材质的基板。

图3A是本发明再一实施例的一种菲涅耳液晶透镜300的剖面示意图。图3B是图3A实施例中的半波长相位延迟图案的光轴方向与入射光线偏振方向的相对方向示意图。请参照图3A与图3B，本实施例的菲涅耳液晶透镜300与图2A实施例的菲涅耳液晶透镜200类似，而主要差异如下所述。

如图3B所示，在本实施例中，菲涅耳液晶透镜300的光调整图案层350的光轴Oa、Ob以一角度相交于入射光线70b的偏振方向D2，且角度不大于45度。更具体而言，请参照图3A与图3B，在本实施例中，第n个驱动电极组的其中一个第一电极143与对应的中心电极141之间的半波长相位延迟图案351a的光轴Oa以一第一角度θ1相交于入射光线70b的偏振方向D2，而第n个驱动电极组的另一个第一电极143与对应的中心电极141之间的半波长相位延迟图案351b的光轴Ob以一第二角度θ2相交于入射光线70b的偏振方向D2，第一角度θ1与第二角度θ2各自不大于45度，并且第一角度θ1与第二角度θ2可以彼此不同。

更详细而言，在本实施例中，第一角度θ1与第二角度θ2的和，实质上可以为零，换言之，当第一角度θ1为+α度时，第二角度θ2则为-α度。在本实施例中，α的数值例如为10。应注意的是，上述的各角度参数范围仅作为例示说明，其并非用以限定本发明。

如此一来，菲涅耳液晶透镜300亦可使液晶透镜单元LU对入射光线70a、70b皆提供收敛(或发散)作用，且相较于前述的第一与第二实验例而言，菲涅耳液晶透镜300亦可实现理想的菲涅耳透镜效果。此外，菲涅耳液晶透镜300更可使得液晶层130的折射率分布曲线FRI3中，在第一区域S1的折射率差异与在第二区域S2的折射率差异都大约等于折射率差值ΔFRI3(如图3A所示)，而可实现理想的菲涅耳液晶透镜300。此外，由于菲涅耳液晶透镜300与菲涅耳液晶透镜200结构相似，因此，菲涅耳液晶透镜300同样具有菲涅耳液晶透镜200所提及的优点，在此便不再赘述。

此外，本发明亦可通过设计各驱动电极组的不同输入电压模式、电极配置关系与光调整图案层的配置设计，来使菲涅耳液晶透镜实现2阶以上的菲涅耳液晶透镜效果。以下将搭配图4A至图5B针对可实现2阶以上的菲涅耳液晶透镜效果的多阶菲涅耳液晶透镜的结构设计进行进一步地解说。

图4A是本发明又一实施例的一种菲涅耳液晶透镜的剖面示意图。请参照图4A，本实施例的菲涅耳液晶透镜400与图3A实施例的菲涅耳液晶透镜300类似，而差异如下所述。在本实施例中，菲涅耳液晶透镜400的驱动电极层440的每个驱动电极组DU实质上是由一个中心电极141与两个第一电极143所构成，且每个驱动电极组DU的中心电极141位于此二第一电极143之间。也就是说，第n个驱动电极组DU是由第n个中心电极141、第2n-1个第一电极143以及第2n个第一电极143所组成。

此外，各驱动电极组DU的中心电极141与两侧的第一电极143之间相隔的距离P相同。换言之，第n个中心电极141与第2n-1个第一电极143相隔的距离P2n-1相同于第n个中心电极141与第2n个第一电极143相隔的距离P2n。

并且，在本实施例中，各驱动电极组DU具有不同的输入电压模式，以使各驱动电极组DU可驱动液晶层130形成具有3阶菲涅耳液晶透镜效果的菲涅耳液晶透镜400。以下则将再搭配图4B，针对菲涅耳液晶透镜400如何形成3阶的菲涅耳液晶透镜效果及定义光调整图案层450中的第一区域S1与第二区域S2的分布区域进行进一步地说明。

图4B是图4A实施例中的菲涅耳液晶透镜尚未进行光调整图案层配置时的剖面示意图。如图4B所示，在本实施例中，相邻驱动电极组DU的中心电极141分别被输入不同电压，而相邻驱动电极组DU的第一电极143亦分别被输入不同电压，且位于同一驱动电极组DU的第一电极143具有相同输入电压，而同一驱动电极组DU的中心电极141与第一电极143则被输入不同电压，以在液晶层130中形成3阶的折射率分布曲线LRI₄的设计。

举例而言，在本实施例中，当第n个驱动电极组DU的中心电极141被输入共用电压时，第n+1个驱动电极组DU的中心电极141则被输入第一电压。此时，第n个驱动电极组DU的各第一电极143则皆被输入第一电压，而第n+1个驱动电极组DU的各第一电极143则皆被输入共用电压。如此一来，则可在液晶层130中形成如图4B所示的3阶折射率分布曲线LRI₄。

然而，亦如图4B所示，若入射光线70a、70b直接入射此时的液晶层130，由于2阶折射率分布曲线LRI4呈类似于正弦函数分布的型态，而这将使得入射第一区域S1的入射光线70a与入射第二区域S2的入射光线70b呈现为不同折射趋势，例如一者(即光线70a)为收敛，而另一者(即光线70b)为发散。因此在图4B的设计下，仍无法提供类似于菲涅耳透镜的光学作用。所以，如图4A所示，菲涅耳液晶透镜400使用光调整图案层450以对第一区域S1与第二区域S2的光学作用提供调整以实现3阶折射率分布曲线FRI₄。

具体而言，光调整图案层450包括多个对应于第二区域S2的半波长相位延迟图案351a、351b。在本实施例中，光调整图案层450的结构设计类似于图3A实施例中的光调整图案层350的结构设计，换言之，半波长相位延迟图案351a、351b即设置于第二区域S2中，而半波长相位延迟图案351a、351b以外的面积则分别为这些第一区域S1，而可使液晶层130中所呈的折射率分布曲线FRI4具有3阶的菲涅耳透镜效果，并使液晶透镜单元LU对入射光线70a、70b皆提供收敛(或发散)作用。相较于前述的第一与第二实验例而言，菲涅耳液晶透镜400亦可实现理想的菲涅耳透镜效果，但本发明不以此为限。

在其他可行的实施例中，半波长相位延迟图案351a、351b可仅设置于第一区域S1中而半波长相位延迟图案351a、351b以外的面积则分别为这些第二区域S2。或是，光调整图案层450的结构设计亦可应用图1C实施例、图2A实施例或其他可行实施例的光调整图案层150的结构设计，在此便不再赘述。此外，由于菲涅耳液晶透镜400与上述的菲涅耳液晶透镜300结构相似，因此，菲涅耳液晶透镜400亦同样具有上述的菲涅耳液晶透镜300所提及的优点，在此便不再赘述。

图5A是本发明又一实施例的一种菲涅耳液晶透镜的剖面示意图。请参照图5A，本实施例的菲涅耳液晶透镜500与图2A实施例的菲涅耳液晶透镜300类似，而差异如下所述。在本实施例中，菲涅耳液晶透镜500的驱动电极层540更包括多个第二电极542，分别位于中心电极141与第一电极143之间，且各驱动电极组DU更包括位于第n个第一电极143与第n个中心电极141之间的第2n-1个第二电极542以及位于第n+1个第一电极143与第n个中心电极141之间的第2n个第二电极542。

具体而言，如图5A所示，在本实施例中，各中心电极141亦与相邻第二电极542的间隔(距离)P’相同，换言之，第n个中心电极141与第2n-1个第二电极542的间隔(距离)P’2n-1相同于第n个中心电极141与第2n个第二电极542的间隔(距离)P’2n。以下则将再搭配图5B，针对菲涅耳液晶透镜500如何定义光调整图案层550中的第一区域S1与第二区域S2的分布区域进行进一步地说明。

图5B是图5A实施例中的菲涅耳液晶透镜尚未进行光调整图案层配置时的剖面示意图。如图5B所示，在本实施例中，各驱动电极组DU的第一电极143与第二电极542可被输入不同电压，而各驱动电极组DU的第一电极143与中心电极141亦可被输入相同或不同电压，以在液晶层130中形成4阶的折射率分布曲线LRI₅的设计。

举例而言，在本实施例中，当第一电极143与中心电极141被输入相同电压时，此时第一电极143与中心电极141被输入共用电压，而第二电极542可被输入第一电压。而当第一电极143与中心电极141被输入不同电压时，此时第二电极542可被输入共用电压，而中心电极141与第一电极143则分别被输入第一电压与第二电压。如此一来，上述的情况皆可在液晶层130中形成如图5B所示的4阶折射率分布曲线LRI₅。

然而，亦如图5B所示，由于此时液晶层130所具有的3阶折射率分布曲线LRI₅亦呈类似于正弦函数分布的型态，因此，液晶层130亦将会对平行入射液晶层130不同区域S1、S2的光线70a、70b分别提供收敛及发散的效果，而使液晶层130仍无法提供类似于菲涅耳透镜的光学作用。所以，如图5A所示，菲涅耳液晶透镜500使用光调整图案层550以对第一区域S1与第二区域S2的光学作用提供调整以实现4阶阶折射率分布曲线FRI5，以使液晶透镜单元LU对入射光线70a、70b皆提供收敛(或发散)作用。而在本实施例中，光调整图案层550的配置方法类似于图4实施例中的光调整图案层450的配置方法，相关执行细节请见相关段落在此不再赘述。

如此，请再次参照图5A，在本实施例中，各第二电极542包括一第一区域部542a与一第二区域部542b。各第二电极542的第一区域部542a位于其中一个第一区域S1中，且第二区域部542b位于其中一个第二区域S2中。更详细而言，各第二电极542的第一区域部542a相对较邻近于相邻的一个第一电极143，而各第二电极542的第二区域部542b相对较邻近于相邻的一个中心电极141。

另一方面，对光调整图案层550的各半波长相位延迟图案351a、351b而言，其中一个半波长相位延迟图案351a、351b更可由各第二电极542的第二区域部542b延伸至邻近的中心电极141与对应第二电极542的间隔(距离)P’中。如此一来，相较于图5B的设计而言，菲涅耳液晶透镜500将使得通过第二区域S2的入射光线70b于液晶层130中的折射率形成反向分布。如此，相较于前述的第一与第二实验例而言，菲涅耳液晶透镜500将可具有良好的4阶菲涅耳透镜效果，而实现理想的菲涅耳液晶透镜500。此外，由于菲涅耳液晶透镜500与上述的菲涅耳液晶透镜300结构相似，因此，菲涅耳液晶透镜500亦同样具有上述的菲涅耳液晶透镜300所提及的优点，在此便不再赘述。

值得说明的是，上述各驱动电极组DU的中心电极141与第一电极143虽皆以位于同一水平面上为例示，亦即中心电极141与第一电极143呈现同平面切换(InPlaneSwitching,IPS)的配置情形，但本发明不以此为限。在其他的实施例中，驱动电极组DU的中心电极141与第一电极143亦可能呈现位于不同水平面的情形，亦即中心电极141与第一电极143呈现边缘电场切换(FringeFieldSwitching)的配置情形。以下将搭配图6与图7针对菲涅耳液晶透镜的中心电极141与第一电极143的可能配置情形进行进一步地说明。

图6是本发明又一实施例的一种菲涅耳液晶透镜的剖面示意图。请参照图6，本实施例的菲涅耳液晶透镜600与图3A实施例的菲涅耳液晶透镜300类似，即驱动电极层640皆位于第一基板110上，且第二基板120上没有其它电极，而差异如下所述。在本实施例中，驱动电极层640包括一另一介电层645，而中心电极141与第一电极143则分别位于另一介电层645的相对两侧上。具体而言，如图6所示，中心电极141位于第一基板110与另一介电层645之间，即另一介电层645覆盖于中心电极141与第一基板110之上，而第一电极143则位于另一介电层645与液晶层130之间，即第一电极143设置于另一介电层645之上而介电层160覆盖于第一电极143、另一介电层645、中心电极141及第一基板110，且各中心电极141与两侧的第一电极143于第一基板110上的投影之间相隔的距离D相同。若第二基板120上有其它电极，就会产生与图1A的第一实验例类似的问题，而不利于形成菲涅耳液晶透镜600。

举例而言，在本实施例中，第n个中心电极141与第n个第一电极143于第一基板110上的投影存在间隔(距离)Dn，而第n个中心电极141与第n+1个第一电极143于第一基板110上的投影之间存在间隔(距离)Dn+1，而间隔(距离)Dn与间隔(距离)Dn+1彼此相同。此时，若驱动电极层640与驱动电极层140具有相同的电压输入模式，则液晶层130中所呈的折射率分布曲线FRI6与图3实施例的液晶层130中所呈的折射率分布曲线FRI3亦不会具有太大的差异，因此菲涅耳液晶透镜600亦具有类似于菲涅耳液晶透镜300的菲涅耳液晶透镜效果与其所提及的优点，在此不再重述。

图7是本发明又一实施例的一种菲涅耳液晶透镜的剖面示意图。请参照图7，本实施例的菲涅耳液晶透镜700与图6实施例的菲涅耳液晶透镜600类似，即驱动电极层740皆位于第一基板110上，且第二基板120上没有其它电极，而差异如下所述。如图7所示，在本实施例中，菲涅耳液晶透镜700的驱动电极层740的中心电极741为一连续分布的电极，换言之，各驱动电极组DU具有同一个中心电极741，而各第一电极143彼此之间相隔的距离d相同。而若第二基板120上有其它电极，就会产生与图1A的第一实验例类似的问题，因而不利于形成菲涅耳液晶透镜700。

此时，若驱动电极层740与驱动电极层140具有相同的电压输入模式，则亦可使液晶层130中所呈的折射率分布曲线FRI7与图6实施例中的折射率分布曲线FRI6类似，因此菲涅耳液晶透镜700同样具有菲涅耳液晶透镜600所提及的效果及优点，在此便不再赘述。

此外，需说明的是，在图6与图7的实施例中，虽以可驱动液晶层130呈2阶菲涅耳液晶透镜效果的驱动电极组DU为例示，但前述实施例或其他可行实施例中可呈其他多阶菲涅耳液晶透镜效果的驱动电极组DU亦可应用类似的结构设计，而仍可保持类似的菲涅耳液晶透镜效果。换言之，由一个中心电极141与一个第一电极143的后半部分至下一个第一电极143的前半部分所构成的驱动电极组DU仅是举例说明，而本发明并不以此为限。

图8A是本发明一实施例的一种平面/立体显示装置800的剖面示意图。图8B是图8A实施例的一种像素结构的正视示意图。请参照图8A，在本实施例中，平面/立体显示装置800包括一显示面板810以及一菲涅耳液晶透镜100。具体而言，在本实施例中，显示面板810具有一第三基板811、一第四基板813以及一设置于第三基板811与第四基板813之间的显示介质层812。具体而言，显示面板810更包括多个像素结构单元PS(如图8B所示)以驱动显示介质层812，其中各像素结构单元PS包括扫描线SL、数据线DL、主动元件AC以及像素电极PE等构件，以使显示平面/立体显示装置800可实现所需的显示画面效果。其中，主动元件AC中的栅极会连接扫描线SL、其源极会连接数据线DL以及其汲极会连接像素电极PE，且主动元件AC的类型可为底栅型、顶栅型、双栅型、或其它合适的类型。而形成主动元件AC的半导体材料为单层或多层结构，其包含非晶硅、多晶硅、微晶硅、纳米硅、单晶硅、有机半导体、氧化物半导体、或其它合适的半导体材料。此外，显示面板810依照显示介质层种类，例如非自发光材料、自发光材料、或其它材料，而可区分为一非自发光显示面板、一自发光显示面板或其组合。另一方面，菲涅耳液晶透镜100则配置于显示面板810上，使显示面板810的显示光线穿透菲涅耳液晶透镜100以进行显示。而由于菲涅耳液晶透镜100具有良好的菲涅耳透镜效果。因此平面/立体显示装置800将可具有良好的显示效果。值得一提的是，在平面/立体显示装置800中，光调整图案层150也可选择地直接制作于显示面板810的第三基板811上，也就是说，显示面板810的第三基板811可以做为承载光调整图案层150的承载基板，即在平面/立体显示装置800中可以仅有三块基板811、813、120。

此外，需说明的是，在本实施例中，菲涅耳液晶透镜100虽以图1C实施例中的的菲涅耳液晶透镜100为例示，但亦可为前述图2至图7的各实施例或其他可行实施例的菲涅耳液晶透镜。具体而言，光调整图案层150位于第一基板110与驱动电极层140之间的菲涅耳液晶透镜100仅是举例说明，而本发明并不以此为限。此外，由于本实施例中的平面/立体显示装置800可应用前述实施例中的各菲涅耳液晶透镜，因此，本实施例中的平面/立体显示装置800亦具有前述各菲涅耳液晶透镜所提及的优点，在此便不再赘述。

图9是本发明另一实施例的一种平面/立体显示装置的剖面示意图。请参照图9，本实施例的平面/立体显示装置900与图8实施例的平面/立体显示装置800类似，而差异如下所述。在本实施例中，平面/立体显示装置900应用了菲涅耳液晶透镜200的结构，因此第一基板110位于光调整图案层250与驱动电极层140之间。而菲涅耳液晶透镜200的光调整图案层250并配置于承载基板260上，且光调整图案层250位于承载基板260与第一基板110之间。值得一提的是，在平面/立体显示装置900中，光调整图案层250也可选择地直接制作于显示面板810的第三基板811上而不需承载基板260，也就是说，显示面板810的第三基板811可以做为承载光调整图案层250的承载基板。然而，由于平面/立体显示装置900与平面/立体显示装置800的结构差异仅在于光调整图案层的位置不同，因此，平面/立体显示装置900同样具有平面/立体显示装置800所提及的优点，在此便不再赘述。

图10A是本发明再一实施例的一种显示装置的剖面示意图。图10B是图10A实施例的一种切换式相位延迟片的正视示意图。图10C是图10A实施例的一种显示装置的俯视示意图。请参照图10A，本实施例的平面/立体显示装置1000与图9实施例的平面/立体显示装置900类似，而差异如下所述。

本实施例中的平面/立体显示装置1000更包括一切换式相位延迟片1020，配置于显示面板810与菲涅耳液晶透镜200之间。在本实施例中，切换式相位延迟片1020可为液晶切换面板，但本发明并不以此为限。具体而言，切换式相位延迟片1020包括一第五基板1021、一第六基板1023以及一设置于第五基板1021与第六基板1023之间的可控式相位延迟材料层1022。在本实施例中，第五基板1021与第六基板1023例如可为玻璃基板或其他适合材质的基板，且第五基板1021与第六基板1023上并不具有彩色滤光层。因此，切换式相位延迟片1020在本实施例中不提供彩色滤光作用。

更详细而言，如图10B所示，切换式相位延迟片1020的可控式相位延迟材料层1022包括多个可独立控制的相位延迟图案单元PU。在本实施例中，这些相位延迟图案单元PU例如可由相位延迟材料，例如液晶材料，在不同区域的排列方式来实现。举例而言，这些相位延迟图案单元PU在第一状态下可以提供二分之一波长相位延迟或其他适合的相位延迟，而在第二状态可以不提供相位延迟。或是相位延迟图案单元PU在第一状态的相位延迟不同于第二状态的相位延迟。平面/立体显示装置1000可分别切换不同相位延迟图案单元PU的状态，以形成不同的相位延迟区域1020a、1020b。

如此一来，入射切换式相位延迟片1020的光线在通过了不同的相位延迟区域1020a、1020b后，将可具有不同的偏极态，以使平面/立体显示装置1000可同时在影像显示区域1000a及影像显示区域1000b分别显示平面影像与立体影像，如图10C所示。

举例而言，当相位延迟区域1020a提供二分之一波长相位延迟，而相位延迟区域1020b不提供相位延迟时，具有线性偏振态的入射光线通过相位延迟区域1020a会发生偏极态的变化而形成不同于原入射光线的线偏角度。如此，在具有不同线偏角度的光线通过菲涅耳液晶透镜200时，其分光效应将不显著，而可显示一平面影像。反之，具有线性偏振态的入射光线通过相位延迟区域1020b时，线性偏振态的入射光线将继续入射于菲涅耳液晶透镜200而受到分光作用以显示一立体影像。

平面/立体显示装置1000可根据实际需求改变影像显示区域1000a与影像显示区域1000b的范围大小与模式切换，此技术领域中具有通常知识者当可依据实际需求来制作并进行相关设计，此处便不再赘述。此外，需说明的是，在本实施例中的切换式相位延迟片1020亦可应用于图8实施例的平面/立体显示装置800与图9实施例的平面/立体显示装置900上，而实现同时形成一立体影像显示区域及一平面影像显示区域的效果。再者，上述图8至图10中所述的显示面板810中可选择性包含彩色滤光片，以构成全彩的显示面板。再者，上述图8至图10中所述的显示面板810若为非自发光显示面板，就需要背光模块(未绘示)中的光源提供给予显示面板810，或者是若为自发光显示面板就不需要背光模块(未绘示)中的光源提供给予显示面板810。

综上所述，通过中心电极及第一电极的配置与输入电压模式以及光调整图案层中的第一区域与第二区域的结构设计，将可改变本发明的实施例的菲涅耳液晶透镜的液晶层中的折射率分布曲线，以提供良好的菲涅耳透镜效果，而作为菲涅耳液晶透镜。此外，由于本发明的实施例的平面/立体显示装置具有前述的菲涅耳液晶透镜结构设计，因此具有良好的显示效果。

虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围当以权利要求书为准。

Claims (20)

1.一种菲涅耳液晶透镜，其特征在于，包括：

一第一基板；

一第二基板，与该第一基板叠置；

一液晶层，设置于该第一基板与该第二基板之间；

一驱动电极层，配置于该第一基板与该液晶层之间，该驱动电极层包括多个中心电极以及多个第一电极，其中每一该中心电极位于依序排列的两个第一电极之间以构成一驱动电极组，且各该驱动电极组驱动该液晶层时形成一液晶透镜单元；以及

一光调整图案层，该驱动电极层配置于该光调整图案层与该液晶层之间，且该光调整图案层定义出多个第一区域以及多个第二区域，使得该液晶透镜单元对一入射光线提供发散与收敛其中一者的折射作用，其中各该中心电极位于其中一个第一区域中，而各该第一电极位于其中一个第二区域中。

2.如权利要求1所述的菲涅耳液晶透镜，其特征在于，该光调整图案层包括多个遮光图案，该些遮光图案所在面积分别为该些第二区域，而该些遮光图案以外的面积分别为该些第一区域。

3.如权利要求1所述的菲涅耳液晶透镜，其特征在于，该光调整图案层包括多个半波长相位延迟图案，该些半波长相位延迟图案所在面积为该些第二区域与该些第一区域其中一者，而该些半波长相位延迟图案以外的面积为该些第二区域与该些第一区域其中另一者。

4.如权利要求3所述的菲涅耳液晶透镜，其特征在于，该些半波长相位延迟图案的光轴以一角度相交于一入射光线的偏振方向，该入射光线经过该光调整图案层后才入射于该液晶层，且该角度不大于45度。

5.如权利要求4所述的菲涅耳液晶透镜，其特征在于，该些半波长相位延迟图案所在面积分别为该些第二区域，且第n个驱动电极组的其中一个第一电极与对应的中心电极之间的该半波长相位延迟图案的光轴以一第一角度相交于该入射光线的偏振方向，该第n个驱动电极组的另一个第一电极与对应的中心电极之间的该半波长相位延迟图案的光轴以一第二角度相交于该入射光线的偏振方向，该第一角度与该第二角度各自不大于45度，并且该第一角度与该第二角度不同，而n为大于零的正整数。

6.如权利要求5所述的菲涅耳液晶透镜，其特征在于，该第一角度与该第二角度的和，实质上为零。

7.如权利要求1所述的菲涅耳液晶透镜，其特征在于，该光调整图案层位于该第一基板与该驱动电极层之间。

8.如权利要求1所述的菲涅耳液晶透镜，其特征在于，该第一基板位于该光调整图案层与该驱动电极层之间。

9.如权利要求1所述的菲涅耳液晶透镜，其特征在于，各该驱动电极组的该中心电极与该些第一电极被输入不同电压。

10.如权利要求1所述的菲涅耳液晶透镜，其特征在于，各该驱动电极组的该中心电极与两侧的该些第一电极之间相隔的距离相同。

11.如权利要求1所述的菲涅耳液晶透镜，其特征在于，该些中心电极的宽度不同于该些第一电极的宽度。

12.如权利要求1所述的菲涅耳液晶透镜，其特征在于，该驱动电极层更包括多个第二电极，分别位于该些第一电极与该些中心电极之间，且各该驱动电极组更包括位于第n个第一电极与第n个中心电极之间的第2n-1个第二电极以及位于第n+1个第一电极与第n个中心电极之间的第2n个第二电极，且n为大于零的正整数。

13.如权利要求12所述的菲涅耳液晶透镜，其特征在于，第n个中心电极与第2n-1个第二电极的间隔距离相同于第n个中心电极与第2n个第二电极的间隔距离。

14.如权利要求12所述的菲涅耳液晶透镜，其特征在于，各该第二电极包括一第一区域部与一第二区域部，该第一区域部相对较邻近于相邻的一个第一电极而该第二区域部相对较邻近于相邻的一个中心电极，该第一区域部位于其中一个第一区域中且该第二区域部位于其中一个第二区域中。

15.如权利要求12所述的菲涅耳液晶透镜，其特征在于，该其中一个第二区域更由各该第二电极的该第二区域部延伸至邻近的该中心电极与该第二电极的间隔距离中。

16.如权利要求12所述的菲涅耳液晶透镜，其特征在于，各该驱动电极组的该些第一电极与该些第二电极被输入不同电压。

17.如权利要求16所述的菲涅耳液晶透镜，其特征在于，各该驱动电极组的该些第一电极与该中心电极被输入不同电压。

18.如权利要求16所述的菲涅耳液晶透镜，其特征在于，各该驱动电极组的该些第一电极与该中心电极被输入共用电压。

19.一种平面/立体显示装置，其特征在于，包括：

一显示面板，具有一第三基板、一第四基板以及一设置于该第三基板与该第四基板之间的显示介质层；以及

如权利要求1-18中任一项所述的菲涅耳液晶透镜，该菲涅耳液晶透镜配置于该显示面板上使该显示面板的显示光线穿透该菲涅耳液晶透镜以进行显示。

20.如权利要求19所述的平面/立体显示装置，其特征在于，还包括一切换式相位延迟片，配置于该显示面板与该菲涅耳液晶透镜之间。