CN103901680B - 菲涅耳液晶透镜及可切换式平面/立体显示面板 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种菲涅耳液晶透镜及可切换式平面/立体显示面板。菲涅耳液晶透镜包括多个液晶透镜单元，且各液晶透镜单元包括一第一主电极以及两个第一副电极设置于第一基板上、一第二主电极以及两个第二副电极设置于第二基板上，以及一液晶层设于两基板间。第一副电极位于第一主电极的两侧，且第一主电极与第一副电极之间具有第一间隙。第二副电极位于第二主电极的两侧，且第二主电极与第二副电极之间具有第二间隙。在垂直投影方向上，第一主电极与第二主电极重叠，第一副电极与第二副电极重叠，且第一主电极与第二副电极部分重叠。

Description

菲涅耳液晶透镜及可切换式平面/立体显示面板
技术领域
本发明涉及一种液晶透镜及显示面板，特别是涉及一种菲涅耳液晶透镜及可切换式平面/立体显示面板。
背景技术
液晶透镜是由液晶材料所制作的具渐变相位延迟的透镜。由于施加不同电压可改变液晶的轴向分布，进而达到变焦效果，所以近年来液晶透镜被应用在立体显示器内，作为二维与三维画面的切换装置。
然而现有液晶透镜的相位延迟变化与实体透镜仍有相当差异，不仅其透镜效果不佳，也会导致不良的变焦效果。另一方面，在摩擦配向与电极边缘效应的交互作用下，液晶分子间容易产生错向线(disclination line)，而产生光学瑕疵。此外，现有液晶透镜需要较高的驱动电压加以驱动，因此较为耗电。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低驱动电压及无错向线的菲涅耳液晶透镜及可切换式平面/立体显示面板。
为达上述目的，本发明的一实施例提供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、多个第一液晶透镜单元以及多个第二液晶透镜单元。第二基板相对第一基板设置。液晶层设置于第一基板与第二基板之间。各第一液晶透镜单元包括一第一主电极、至少两个第一副电极、一第二主电极以及至少两个第二副电极。第一主电极设置于第一基板面对液晶层的一表面上，且第一主电极具有一第一电压。第一副电极设置于第一基板面对液晶层的表面上并分别位于第一主电极的两侧，第一副电极具有一第二电压，且第一主电极与第一副电极之间分别具有一第一间隙。第二主电极设置于第二基板面对液晶层的一表面上，且第二主电极具有一第三电压。第二副电极设置于第二基板面对液晶层的表面上并分别位于第二主电极的两侧，第二副电极具有一第四电压，且第二主电极与第二副电极之间分别具有一第二间隙。在一垂直投影方向上，第一主电极与第二主电极重叠，第一副电极分别与第二副电极重叠，且第一主电极分别与第二副电极部分重叠。第二液晶透镜单元与第一液晶透镜单元交替排列。各第二液晶透镜单元包括一第三主电极、至少两个第三副电极、一第四主电极以及至少两个第四副电极。第三主电极设置于第二基板面对液晶层的表面上，且第三主电极具有一第五电压。第三副电极设置于第二基板面对液晶层的表面上并分别位于第三主电极的两侧，第三副电极具有一第六电压，且第三主电极与第三副电极之间分别具有一第三间隙。第四主电极设置于第一基板面对液晶层的表面上，且第四主电极具有一第七电压。第四副电极设置于第一基板面对液晶层的表面上并分别位于第四主电极的两侧，第四副电极具有一第八电压，且第四主电极与第四副电极之间分别具有一第四间隙。在垂直投影方向上，第三主电极与第四主电极重叠，第三副电极分别与第四副电极重叠，且第三主电极分别与第四副电极部分重叠。
本发明的另一实施例提供一种可切换式平面/立体显示面板，包括上述实施例的菲涅耳液晶透镜，以及一显示面板，与上述菲涅耳液晶透镜叠设。显示面板包括一第三基板、一第四基板相对第三基板设置、以及一显示介质层设置于第三基板与第四基板之间。
附图说明
图1绘示了本发明的第一实施例的菲涅耳液晶透镜的示意图。
图2至图8绘示了本实施例的图1的菲涅耳液晶透镜在不同的驱动电压下的相位延迟分布的模拟结果。
图9绘示了本发明的第二实施例的菲涅耳液晶透镜的示意图。
图10绘示了本发明的对照实施例的菲涅耳液晶透镜的示意图。
图11绘示了本发明的第一实施例的菲涅耳液晶透镜的液晶分子的长轴排列方向与相位延迟分布的模拟结果。
图12绘示了本发明的对照实施例的菲涅耳液晶透镜的液晶分子的长轴排列方向与相位延迟分布的模拟结果。
图13绘示了本发明的第一实施例的可切换式平面/立体显示面板的示意图。
图14绘示了本发明的第二实施例的可切换式平面/立体显示面板的示意图。
符号说明
10 菲涅耳液晶透镜
12 第一基板
14 第二基板
LC 液晶层
22 第一液晶透镜单元
24 第二液晶透镜单元
26 第一配向膜
28 第二配向膜
M1 第一主电极
S1 第一副电极
M2 第二主电极
S2 第二副电极
121 表面
g1 第一间隙
141 表面
g2 第二间隙
Z 垂直投影方向
L 线性方向
M3 第三主电极
S3 第三副电极
M4 第四主电极
S4 第四副电极
g3 第三间隙
g4 第四间隙
O1 第一重叠部分
W1 第一重叠宽度
O2 第二重叠部分
W2 第二重叠宽度
O3 第三重叠部分
W3 第三重叠宽度
V1 第一电压
V2 第二电压
V3 第三电压
V4 第四电压
V5 第五电压
V6 第六电压
V7 第七电压
V8 第八电压
30 菲涅耳液晶透镜
S5 第五副电极
S6 第六副电极
S7 第七副电极
S8 第八副电极
V9 第九电压
V10 第十电压
V11 第十一电压
V12 第十二电压
50 菲涅耳液晶透镜
52 第一基板
54 第二基板
60 液晶透镜单元
m1 第一主电极
s1 第一副电极
s2 第二副电极
m2 第二主电极
s3 第三副电极
s4 第四副电极
s5 第五副电极
s6 第六副电极
s7 第七副电极
A 曲线
B 曲线
F 交界区
60 可切换式平面/立体显示面板
70 显示面板
72 第三基板
74 第四基板
76 显示介质层
78 次像素
80 可切换式平面/立体显示面板
82 触控元件
具体实施方式
为使熟悉本发明所属技术领域的一般技术者能更进一步了解本发明，下文特列举本发明的优选实施例，并配合所附附图，详细说明本发明的构成内容及所欲达成的功效。
请参考图1。图1绘示了本发明的第一实施例的菲涅耳液晶透镜(Fresnelliquid crystal lens)的示意图。如图1所示，本实施例的菲涅耳液晶透镜10包括一第一基板12、一第二基板14、一液晶层LC、多个第一液晶透镜单元22以及多个第二液晶透镜单元24。第一基板12与第二基板14为相对设置，而液晶层LC设置于第一基板12与第二基板14之间。第一液晶透镜单元22与第二液晶透镜单元24为交替排列，例如在本实施例中，第一液晶透镜单元22与第二液晶透镜单元24沿一线性方向L交替排列，但不以此为限。为方便说明，附图中仅绘示出两相邻液晶透镜单元中的一个第一液晶透镜单元22与一个第二液晶透镜单元24。在一变化实施例中，第一液晶透镜单元22与第二液晶透镜单元24可沿两个不平行的线性方向交替排列，即第一液晶透镜单元22与第二液晶透镜单元24可在二维平面上交替排列而形成一液晶透镜阵列。
各第一液晶透镜单元22包括一第一主电极M1、至少两个第一副电极S1、一第二主电极M2以及至少两个第二副电极S2。第一主电极M1设置于第一基板12面对液晶层LC的表面121上。第一副电极S1设置于第一基板12面对液晶层LC的表面121上并分别位于第一主电极M1的两侧，且第一主电极M1的一侧(左侧)与第一副电极S1的其中一个之间以及第一主电极M1的另一侧(右侧)与第一副电极S1的其中另一个之间分别具有一第一间隙g1。第二主电极M2设置于第二基板14面对液晶层LC的表面141上。第二副电极S2设置于第二基板14面对液晶层LC的表面141上并分别位于第二主电极M2的两侧，且第二主电极M2的一侧(左侧)与第二副电极S2的其中一个之间以及第二主电极M2的另一侧(右侧)与第二副电极S2的其中另一个之间分别具有一第二间隙g2。在一垂直投影方向Z上，第一主电极M1与第二主电极M2重叠，各第一副电极S1分别与对应的第二副电极S2重叠，且第一主电极M1分别与第二副电极S2部分重叠，即第一主电极M1的一侧(左侧)与第二副电极S2的其中一个部分重叠以及第一主电极M1的另一侧(右侧)与第二副电极S2的其中另一个部分重叠。
各第二液晶透镜单元24包括一第三主电极M3、至少两个第三副电极S3、一第四主电极M4以及至少两个第四副电极S4。第三主电极M3设置于第二基板14面对液晶层LC的表面141上。第三副电极S3设置于第二基板14面对液晶层LC的表面141上并分别位于第三主电极M3的两侧，且第三主电极M3的一侧(左侧)与第三副电极S3的其中一个之间以及第三主电极M3的另一侧(右侧)与第三副电极S1的其中另一个之间分别具有一第三间隙g3。第四主电极M4设置于第一基板12面对液晶层LC的表面121上。第四副电极S4设置于第一基板12面对液晶层LC的表面121上并分别位于第四主电极M4的两侧，且第四主电极M4的一侧(左侧)与第四副电极S4的其中一个之间以及第四主电极M4的另一侧(右侧)与第四副电极S4的其中另一个之间分别具有一第四间隙g4。在垂直投影方向Z上，第三主电极M3与第四主电极M4重叠，各第三副电极S3分别与对应的第四副电极S4重叠，且第三主电极M3分别与第四副电极S4部分重叠，即第三主电极M3的一侧(左侧)与第四副电极S4的其中一个部分重叠以及第三主电极M3的另一侧(右侧)与第四副电极S4的其中另一个部分重叠。
在本实施例中，第一基板12与第二基板14可包括透明基板，例如玻璃基板、塑胶基板或其它适合的硬式或可挠式基板。液晶层LC可包括多个液晶分子，且液晶分子可为各种类型的正型或负型液晶分子。主电极与副电极的材料可选用但不限定为透明导电材料，例如氧化铟锡(ITO)、氧化铟锌(IZO)、氧化铝锌(AZO)、氧化铝铟(AIO)、氧化铟(InO)、氧化镓(GaO)、纳米碳管、纳米银颗粒、厚度小于60纳米(nm)的金属或合金、宽度及厚度小于60纳米(nm)的金属或合金、有机透明导电材料、或其它适合的透明导电材料。第一基板12上的电极例如以第一次电极S1的其中一个(或称为第一个)、第一主电极M1、第一次电极S1的其中另一个(或称为第二个)、第四次电极S4的其中一个(或称为第一个)、第四主电极M4以及第四次电极S4的其中另一个(或称为第二个)的顺序由左至右或由右至左依序排列，且上述电极两者(两两)之间未设置其它电极，例如：主电极与副电极等等；第二基板14上的电极例如以第二次电极S2的其中一个(或称为第一个)、第二主电极M2、第二次电极S2的其中另一个(或称为第二个)、第三次电极S3的其中一个(或称为第一个)、第三主电极M3以及第三次电极S3的其中另一个(或称为第二个)的顺序由左至右或由右至左依序排列，且上述电极两者(两两)之间未设置其它电极，例如：主电极与副电极等等。优选地，第一副电极S1的其中一个与第一主电极M1之间、第一副电极S1的其中另一个与第一主电极M1之间、第四副电极S4的其中一个与第四主电极M4之间、第四副电极S4的其中另一个与第四主电极M4之间未设置其它电极，例如：主电极与副电极等等，以及第二副电极S2的其中一个与第二主电极M2之间、第二副电极S2的其中另一个与第二主电极M2之间、第三副电极S3的其中一个与第三主电极M3之间、第三副电极S3的其中另一个与第三主电极M3之间未设置其它电极，例如：主电极与副电极等等。
第一液晶透镜单元22与第二液晶透镜单元24的尺寸(宽度，例如线性方向L上的宽度)例如可分别约介于250微米至500微米之间，但不以此为限。另外，本实施例的菲涅耳液晶透镜10可另包括一第一配向膜26与一第二配向膜28，用以对液晶层LC进行配向。第一配向膜26设置于第一基板12的表面121并可覆盖第一主电极M1、第一副电极S1、第四主电极M4以及第四副电极S4，第二配向膜28设置于第二基板14的表面141并可覆盖第二主电极M2、第二副电极S2、第三主电极M3以及第三副电极S3。液晶层LC具有一液晶间隙(或可称为液晶厚度)，其约略等于第一配向膜26与第二配向膜28之间的距离，且液晶间隙可约介于1微米(μm)至50微米之间，但不以此为限。
在本实施例中，第一主电极M1的尺寸(宽度)实质上等于第三主电极M3的尺寸(宽度)，第二主电极M2的尺寸(宽度)实质上等于第四主电极M4的尺寸(宽度)，且第一主电极M1的尺寸(宽度)实质上大于第二主电极M2的尺寸(宽度)，但不以此为限。此外，各第一副电极S1的尺寸(宽度)实质上等于各第三副电极S3的尺寸(宽度)，各第二副电极S2的尺寸(宽度)实质上等于各第四副电极S4的尺寸(宽度)，且各第一副电极S1的尺寸(宽度)实质上小于各第二副电极S2的尺寸(宽度)，但不以此为限。再者，第二主电极M2的尺寸(宽度)实质上可大于、等于或小于第二副电极S2的尺寸(宽度)。第一间隙g1实质上等于第三间隙g3，第二间隙g2实质上等于第四间隙g4，且第一间隙g1实质上小于第二间隙g2，但都大于0微米，其中，上述第二间隙g2与第四间隙g4的尺寸(宽度)小于50微米(μm)，且大于0微米，但不以此为限。优选地，上述第二间隙g2与第四间隙g4的尺寸(宽度)小于30微米(μm)，且大于0微米。更佳地，上述第二间隙g2与第四间隙g4的尺寸(宽度)小于20微米(μm)，且大于0微米，可让液晶分子的相位延迟较接近拋物线，且上述第一间隙g1与第三间隙g3的尺寸(宽度)小于10微米(μm)，且大于0微米，但不以此为限。优选地，上述第一间隙g1与第三间隙g3的尺寸(宽度)小于5微米(μm)，且大于0微米。更佳地，上述第一间隙g1与第三间隙g3的尺寸(宽度)小于3微米(μm)，且大于0微米，可让液晶分子的相位延迟较接近拋物线。
在垂直投影方向Z上，第一主电极M1的一侧(左侧)与第二副电极S2的其中一个或者是第一主电极M1的另一侧(右侧)与第二副电极S2的其中另一个分别具有一第一重叠部分O1，第一重叠部分O1的一第一重叠宽度W1实质上大于0微米且小于或等于50微米，优选大于0微米且小于或等于30微米，或优选大于0微米且小于或等于10微米，但不以此为限。在垂直投影方向Z上，第三主电极M3的一侧(左侧)与第四副电极S4的其中一个或者是第一主电极M1的另一侧(右侧)与第二副电极S2的其中另一个分别具有一第二重叠部分O2，第二重叠部分O2的一第二重叠宽度W2实质上大于0微米且小于或等于50微米，优选大于0微米且小于或等于30微米，或优选大于0微米且小于或等于10微米，但不以此为限。此外，在垂直投影方向Z上，第二副电极S2的其中一个与第四副电极S4的其中另一个可具有一第三重叠部分O3，第三重叠部分O3的一第三重叠宽度W3实质上大于0微米且小于或等于50微米，优选大于0微米且小于或等于30微米，或优选大于0微米且小于或等于10微米，但不以此为限。
在驱动菲涅耳液晶透镜10时，第一主电极M1具有一第一电压V1，第一副电极S1具有一第二电压V2，第二主电极M2具有一第三电压V3，第二副电极S2具有一第四电压V4，第三主电极M3具有一第五电压V5，第三副电极S3具有一第六电压V6，第四主电极M4具有一第七电压V7，且第四副电极S4具有一第八电压V8。第二电压V2、第四电压V4、第五电压V5与第七电极V7的极性可都相反于第一电压V1、第三电压V3、第六电压V6与第八电压V8的极性。此外，第一主电极M1与第二主电极M2之间具有一第一电压差(即第一电压V1与第三电压V3的电压差)，第一主电极M1与第二副电极S2之间具有一第二电压差(即第一电压V1与第四电压V4的电压差)，其中第一电压差的绝对值实质上小于第二电压差的绝对值，且第一副电极S1与第二副电极S2之间的电压差实质上等于零(即第二电压V2实质上等于第四电压V4)。第三主电极M3与第四主电极M4之间具有一第三电压差(即第五电压V5与第七电压V7的电压差)，第三主电极M3与第四副电极S4之间具有一第四电压差(即第五电压V5与第八电压V8的电压差)，第三电压差的绝对值实质上小于第四电压差的绝对值，第三副电极S3与第四副电极S4之间的电压差实质上等于零(即第六电压V6实质上等于第八电压V8)。举例而言，在本实施例中，第一电压V1、第六电压V6与第八电压V8的电压值可为正值的预定电压值(+V)，第二电压V2、第四电压V4与第五电压V5的电压值可为负值的预定电压值(-V)，第三电压V3可为预定电压值减去差别电压值且为正值，即(V-dV)，且第七电压V7可为预定电压值减去差别电压值且为负值，即[-(V-dV)]。举例而言，预定电压值V可约为2.5伏特，差别电压值dV可介于0.8伏特至1.4伏特，换言之，第一电压V1、第六电压V6与第八电压V8的电压值为+2.5伏特，第二电压V2、第四电压V4与第五电压V5的电压值约为-2.5伏特，第三电压V3的电压值约介于1.1伏特至1.7伏特，且第七电压V7的电压值约介于-1.1伏特至-1.7伏特。因此，第一电压差的绝对值(即dV)实质上约可介于0.8伏特至1.4伏特之间，第二电压差的绝对值实质上约可为5伏特，但不以此为限。第三电压差的绝对值实质上约可介于0.8伏特至1.4伏特之间，第四电压差的绝对值实质上约可为5伏特，但不以此为限。
在本实施例中，第一主电极M1与第二副电极S2之间的第二电压差的绝对值实质上大于第一主电极M1与第二主电极M2之间的第一电压差的绝对值，也就是说，第一主电极M1与第二副电极S2的第一重叠部分O1具有最强的垂直电场，而越靠近第一主电极M1或第二主电极M2的中心位置的垂直电场会越弱，因此液晶层LC的液晶分子在上述电场分布下的相位延迟分布会近似于一个实体透镜。另外，越靠近第一副电极S1与第二副电极S2重叠的中心位置的垂直电场越弱，因此液晶层LC的液晶分子在上述电场分布下的相位延迟分布会近似于两个实体透镜。通过上述配置及适当的驱动电压，第一液晶透镜单元22可提供近似实体菲涅耳透镜的效果。同理，第三主电极M3与第四副电极S4之间的第四电压差的绝对值实质上大于第三主电极M3与第四主电极M4之间的第三电压差的绝对值，也就是说，第三主电极M3与第四副电极S4的第二重叠部分O2具有最强的垂直电场，而越靠近第三主电极M3或第四主电极M4的中心位置的垂直电场会越弱，因此液晶层LC的液晶分子在上述电场分布下的相位延迟分布会近似于一个实体透镜。另外，越靠近第三副电极S3与第四副电极S4重叠的中心位置的垂直电场越弱，因此液晶层LC的液晶分子在上述电场分布下的相位延迟分布会近似于两个实体透镜。通过上述配置及适当的驱动电压，第二液晶透镜单元24可提供近似实体菲涅耳透镜的效果。另外，第一重叠部分O1的第一重叠宽度W1、第二重叠部分O2的第二重叠宽度W2以及第三重叠部分O3的第三重叠宽度W3会影响相位延迟分布的低点深度及宽度，因此重叠宽度的大小可视透镜效果的规格加以调整。
请参考图2至图8，并一并参考图1。图2至图8绘示了本实施例的图1的菲涅耳液晶透镜在不同的驱动电压下的相位延迟分布的模拟结果，其中横座标为沿线性方向L的空间座标(单位：微米(μm))，纵座标为液晶分子的相位延迟(phase retardation)(单位：纳米(nm))。在图2至图8的模拟是于下列条件下所获得：第一液晶透镜单元22与第二液晶透镜单元24的宽度分别约为250微米，液晶间隙约为20微米，第一主电极M1的尺寸(宽度)与第三主电极M3的尺寸(宽度)分别约为150微米，第二主电极M2的尺寸(宽度)与第四主电极M4的尺寸(宽度)分别约为100微米，第一副电极S1的尺寸(宽度)与第三副电极S3的尺寸(宽度)分别约为20微米，第二副电极S2的尺寸(宽度)与第四副电极S4的尺寸(宽度)分别约为50微米，第一间隙g1与第三间隙g3分别约为5微米，第二间隙g2与第四间隙g4分别约为25微米，第一重叠宽度W1约为2微米，第二重叠宽度W2约为2微米，且第三重叠宽度W3约为2微米。另外，第一电压V1、第六电压V6与第八电压V8都约为+2.5伏特，且第二电压V2、第四电压V4与第五电压V5都约为-2.5伏特。在图2至图8的模拟是在不同的第三电压V3与第七电压V7下进行，其中图2的模拟是在第三电压V3约为1.7伏特，且第七电压V7约为-1.7伏特下进行；第3图的模拟是在第三电压V3约为1.6伏特，且第七电压V7约为-1.6伏特下进行；第4图的模拟是在第三电压V3约为1.5伏特，且第七电压V7约为-1.5伏特下进行；第5图的模拟是在第三电压V3约为1.4伏特，且第七电压V7约为-1.4伏特下进行；第6图的模拟是在第三电压V3约为1.3伏特，且第七电压V7约为-1.3伏特下进行；第7图的模拟是在第三电压V3约为1.2伏特，且第七电压V7约为-1.2伏特下进行；以及图8的模拟是在第三电压V3约为1.1伏特，且第七电压V7约为-1.1伏特下进行。如图2至图8所示，本实施例的菲涅耳液晶透镜10在上述条件下的相位延迟变化趋近实体菲涅耳透镜的效果，特别是在第三电压V3约为1.4伏特，且第七电压V7约为-1.4伏特下(第5图的模拟)，菲涅耳液晶透镜10具有近似拋物线的相位延迟分布，其透镜效果约可等同于实体菲涅耳透镜的效果。
请参见表1。表1列示了本实施例的电压值V、电压值dV以及电压值(V-dV)的数种搭配关系的实施样态。
表1
由表1可知，在不同的预定电压值V下，可以找到最适合的差别电压值dV。例如，在预定电压值V约为2.5伏特的情况下，差别电压值dV为1.1伏特时(即(V-dV)为1.4伏特)，菲涅耳液晶透镜具有最佳的相位延迟分布，如第5图的模拟结果所示。综上所述，由上述图2至图8与表1可知，为了得到菲涅耳液晶透镜具有最佳的相位延迟分布，可将V-dV=1.4转换为dV=V-1.4或者是V=dV+1.4，其中，V不为0，而dV约大于等于0伏特且约小于等于3伏特，且本发明的预定电压值V、差别电压值dV以及预定电压值减去差别电压值V-dV的搭配关系并不以表1为限，而可视不同的电极设计而调整成不同的搭配关系，但优选地要符合V-dV=1.4。
本发明的菲涅耳液晶透镜并不以上述实施例为限。下文将依序介绍本发明的其它实施例的菲涅耳液晶透镜以及可切换式平面/立体显示面板，且为了便于比较各实施例的相异处并简化说明，在下文的各实施例中使用相同的符号标注相同的元件，且主要针对各实施例的相异处进行说明，而不再对重复部分进行赘述。
请参考图9。图9绘示了本发明的第二实施例的菲涅耳液晶透镜的示意图。如图9所示，与第一实施例相比，在本实施例的菲涅耳液晶透镜30中，各第一液晶透镜单元22还进一步包括至少两个第五副电极S5以及至少两个第六副电极S6，其中第五副电极S5设置于第一基板12面对液晶层LC的表面121上并分别位于第一副电极S1相对于第一主电极M1的两侧，而第六副电极S6设置于第二基板14面对液晶层LC的表面141上并分别位于第二副电极S2相对于第二主电极M2的两侧。换言之，第五副电极S5分别设置于第一副电极S1的最外侧，即第五副电极S5的其中一个(如图9的第一主电极M1的左侧)设置于第一副电极S1的其中一个的最外侧以及第五副电极S5的其中另一个(如图9的第一主电极M1的右侧)设置于第一副电极S1的其中另一个的最外侧，且第六副电极S6分别设置于第二副电极S2最外侧，即第六副电极S6的其中一个(如图9的第二主电极M2的左侧)设置于第二副电极S2的其中一个的最外侧以及第六副电极S6的其中另一个(如图9的第二主电极M2的右侧)设置于第二副电极S2的其中另一个的最外侧。另外，各第二液晶透镜单元24还进一步包括至少两个第七副电极S7以及至少两个第八副电极S8，其中第七副电极S7设置于第二基板14面对液晶层LC的表面141上并分别位于第三副电极S3相对于第三主电极M3的两侧，而第八副电极S8设置于第一基板12面对液晶层LC的表面121上并分别位于第四副电极S4相对于第四主电极M4的两侧。换言之，第七副电极S7分别设置于第三副电极S1的最外侧，即第七副电极S7的其中一个(如图9的第三主电极M3的左侧)设置于第三副电极S3的其中一个的最外侧以及第七副电极S7的其中另一个(如图9的第三主电极M3的右侧)设置于第三副电极S3的其中另一个的最外侧，且第八副电极S8分别设置于第四副电极S4的最外侧，即第八副电极S8的其中一个(如图9的第四主电极M4的左侧)设置于第四副电极S4的其中一个的最外侧以及第八副电极S8的其中另一个(如图9的第四主电极M4的右侧)设置于第四副电极S4的其中另一个的最外侧。
各第五副电极S5的尺寸(宽度)实质上等于各第七副电极S7的尺寸(宽度)，各第六副电极S6的尺寸(宽度)实质上等于各第八副电极S8的尺寸(宽度)，且各第六副电极S6的尺寸(宽度)小于各第五副电极S5的尺寸(宽度)，但不以此为限。另外，各第五副电极S5的尺寸(宽度)实质上可以等于各第二副电极S2的尺寸(宽度)，且各第六副电极S6的尺寸(宽度)实质上可等于各第一副电极S1的尺寸(宽度)，但不以此为限。此外在垂直投影方向Z上，第五副电极S5与第六副电极S6重叠，且第五副电极S5分别与第二副电极S2以及第七副电极S7部分重叠，而第七副电极S7与第八副电极S8重叠，且第七副电极S7分别与第四副电极S4以及第五副电极S5部分重叠。
第一基板12上的电极例如是以第五次电极S5的其中一个(或称为第一个)、第一次电极S1的其中一个(或称为第一个)、第一主电极M1、第一次电极S1的其中另一个(或称为第二个)、第五次电极S5的其中另一个(或称为第二个)、第八次电极S8的其中一个(或称为第一个)、第四次电极S4的其中一个(或称为第一个)、第四主电极M4、第四次电极S4的其中另一个(或称为第二个)与第八次电极S8的其中另一个(或称为第二个)的顺序由左至右或由右至左依序排列，且上述电极两者(两两)之间未设置其它电极，例如：主电极与副电极等等；第二基板14上的电极例如还以第六次电极S6的其中一个(或称为第一个)、第二次电极S2的其中一个(或称为第一个)、第二主电极M2、第二次电极S2的其中另一个(或称为第二个)、第六次电极S6的其中另一个(或称为第二个)、第七次电极S7的其中一个(或称为第一个)、第三次电极S3的其中一个(或称为第一个)、第三主电极M3、第三次电极S3的其中另一个(或称为第二个)以及第七次电极S7的其中另一个(或称为第二个)的顺序由左至右或由右至左依序排列，且上述电极两者(两两)之间未设置其它电极，例如：主电极与副电极等等。优选地，第五次电极S5的其中一个(或称为第一个)与第一次电极S1的其中一个(或称为第一个)之间、第五次电极S5的其中另一个(或称为第二个)与第一次电极S1的其中另一个(或称为第二个)之间、第八次电极S8的其中一个(或称为第一个)与第四次电极S4的其中一个(或称为第一个)之间、第八次电极S8的其中另一个(或称为第二个)与第四次电极S4的其中另一个(或称为第二个)之间未设置其它电极，例如：主电极与副电极等等，以及第六次电极S6的其中一个(或称为第一个)与第二次电极S2的其中一个(或称为第一个)之间、第六次电极S6的其中另一个(或称为第二个)与第二次电极S2的其中另一个(或称为第二个)之间、第七次电极S7的其中一个(或称为第一个)与第三次电极S3的其中一个(或称为第一个)之间、第七次电极S7的其中另一个(或称为第二个)与第三次电极S3的其中另一个(或称为第二个)之间未设置其它电极，例如：主电极与副电极等等，而各第一副电极S1与第一主电极M1、各第四副电极S4与第四主电极M4、各第二副电极S2与第二主电极M2以及各第三副电极S3与第三主电极M3之间未设置其它电极，例如：主电极与副电极等等，可参阅第一实施例中所述。
在驱动菲涅耳液晶透镜30时，第一主电极M1具有一第一电压V1，第一副电极S1具有一第二电压V2，第二主电极M2具有一第三电压V3，第二副电极S2具有一第四电压V4，第三主电极M3具有一第五电压V5，第三副电极S3具有一第六电压V6，第四主电极M4具有一第七电压V7，第四副电极S4具有一第八电压V8，第五副电极S5具有一第九电压V9，第六副电极S6具有一第十电压V10，第七副电极S7具有一第十一电压V11，且第八副电极S8具有一第十二电压V12。在本实施例中，第二电压V2、第四电压V4、第五电压V5、第七电极V7、第十一电压V11与第十二电压V12的极性可都相反于第一电压V1、第三电压V3、第六电压V6、第八电压V8、第九电压V9与第十电压V10的极性。第九电压V9实质上等于第一电压V1，第十电压V10实质上等于第一电压V1，第十一电压V11实质上等于第五电压V5，且第十二电压V12实质上等于第五电压V5，但不以此为限。此外，第五副电极S5与第二副电极S2之间具有一第五电压差(即第九电压V9与第四电压V4的电压差)，第七副电极S7与第五副电极S5之间具有一第六电压差(即第十一电压V11与第九电压V9的电压差)，第七副电极S7与第四副电极S4之间具有一第七电压差(即第十一电压V11与第八电压V8的电压差)，第五电压差的绝对值实质上等于第六电压差的绝对值，第五电压差的绝对值实质上等于第七电压差的绝对值，第五副电极S5与第六副电极S6之间的电压差实质上等于零(即第九电压V9实质上等于第十电压V10)，且第七副电极S7与第八副电极S8之间的电压差实质上等于零(即第十一电压V11实质上等于第十二电压V12)。
在本实施例中，第一电压V1、第六电压V6、第八电压V8、第九电压V9与第十电压V10的电压值可为正值的预定电压值(+V)，第二电压V2、第四电压V4、第五电压V5、十一电压V11与第十二电压V12的电压值可为负值的预定电压值(-V)，第三电压V3的电压值可为预定电压值减去差别电压值且为正值，即(V-dV)，且第七电压V7的电压值可为预定电压值减去差别电压值且为负值，即[-(V-dV)]。举例而言，在预定电压值V约为2.5伏特的情况下，差别电压值dV约可介于0.8伏特至1.4伏特，换言之，第一电压V1、第六电压V6、第八电压V8、第九电压V9与第十电压V10的电压值约为+2.5伏特，第二电压V2、第四电压V4、第五电压V5、十一电压V11与第十二电压V12的电压值约为-2.5伏特，第三电压V3的电压值约介于1.1伏特至1.7伏特，且第七电压V7的电压值约介于-1.1伏特至-1.7伏特。此外，第一电压差的绝对值(即dV)实质上约可介于0.8伏特至1.4伏特之间，第二电压差的绝对值实质上约可为5伏特，但不以此为限。第三电压差的绝对值实质上约可介于0.8伏特至1.4伏特之间，第四电压差的绝对值实质上约可为5伏特，但不以此为限。第五电压差的绝对值实质上为5伏特，第六电压差的绝对值实质上可为5伏特，且第七电压差的绝对值实质上为5伏特，但不以此为限。其中，为了得到菲涅耳液晶透镜具有最佳的相位延迟分布，可参阅第一实施例所述的将V-dV=1.4转换为dV=V-1.4或者是V=dV+1.4，其中，V不为0，而dV约大于等于0伏特且约小于等于3伏特，且本发明的预定电压值V、差别电压值dV以及预定电压值减去差别电压值V-dV的搭配关系并不以表1为限，而可视不同的电极设计而调整成不同的搭配关系。
请参考图10。图10绘示了本发明的对照实施例的菲涅耳液晶透镜的示意图。如图10所示，对照实施例的菲涅耳液晶透镜50包括一第一基板52、一第二基板54、一液晶层LC以及多个液晶透镜单元60。各液晶透镜单元60包括一第一主电极m1、两个第一副电极s1以及两个第二副电极s2设置于第一基板52上，以及包括一第二主电极m2、两个第三副电极s3、两个第四副电极s4、两个第五副电极s5、两个第六副电极s6以及两个第七副电极s7设置于第二基板54上。详细而言，第一主电极m1仅与第二主电极m2、两个第三副电极s3以及第四副电极s4完全重叠，各个第一副电极s1仅与相对应的第五副电极s5完全重叠，以及各个第二副电极s2仅与相对应的第六副电极s6与第七副电极s7重叠，其中，各个第五副电极s5、第六副电极s6与第七副电极s7不与第一主电极m1重叠，各个第二副电极s2不与第五副电极s5重叠，且各个第六副电极s6与第七副电极s7不与第一副电极s1重叠。
在驱动时菲涅耳液晶透镜50时，第一主电极m1、第一副电极s1、第二副电极s2以及第二主电极m2的电压值为0伏特，第三副电极s3的电压值为1.4伏特，第四副电极s4的电压值为2伏特，第五副电极s5的电压值为3.3伏特，第六副电极s6的电压值为6.6伏特，且第七副电极s7的电压值为10伏特。
请参考图11与图12。图11绘示了本发明的第一实施例的菲涅耳液晶透镜的液晶分子的长轴排列与相位延迟分布的模拟结果，图12绘示了本发明的对照实施例的菲涅耳液晶透镜的液晶分子的长轴排列与相位延迟分布的模拟结果，其中图中的横座标为沿线性方向L的空间座标(单位：微米)，曲线A的箭号表示液晶分子的长轴排列方向，且曲线B表示相位延迟分布，其中液晶分子具有长轴与短轴。如图11与图12所示，第一实施例的菲涅耳液晶透镜的相位延迟分布较接近拋物线，且相邻的液晶透镜单元之间的液晶分子的长轴排列与相位延迟的变化是平缓且连续的，即相邻的液晶透镜单元的交界区F(如虚线标示区)所示的曲线A与曲线B，因此不会产生错向线。另一方面，对照实施例的菲涅耳液晶透镜的相位延迟分布为不规则的锯齿状，且相邻的液晶透镜单元之间的液晶分子的长轴排列与相位延迟的变化是不平滑的而可视为错乱不规则且有断开的，即相邻的液晶透镜单元的交界区F(如虚线标示)区的曲线A与曲线B，因此会产生错向线。
由上述可知，对照实施例的菲涅耳液晶透镜50的电极数目较多，因此结构及制作工艺复杂，且在第一基板52与第二基板54组立时具有较低的对位宽容度。再者，对照实施例的菲涅耳液晶透镜50的电极必须使用较高的驱动电压，因此较为耗电。此外，对照实施例的菲涅耳液晶透镜50会产生错向线，因此在显示时会观察到明显的光学瑕疵。
请参考图13。图13绘示了本发明的第一实施例的可切换式平面/立体显示面板的示意图。如图13所示，本实施例的可切换式平面/立体显示面板60包括一菲涅耳液晶透镜，以及一显示面板70与菲涅耳液晶透镜叠设。本实施例的菲涅耳液晶透镜系以第一实施例的菲涅耳液晶透镜10为范例，但不以此为限。菲涅耳液晶透镜也可为本发明的其它实施例或变化实施例的菲涅耳液晶透镜。显示面板70包括一第三基板72、一第四基板74相对第三基板72设置、以及一显示介质层76设置于第三基板72与第四基板74之间。在其它实施例中，菲涅耳液晶透镜10与显示面板70可共用一个基板，即仅使用第二基板14、或仅使用第四基板74或将第二基板14与第四基板74整合成一个完整的基板，则构成菲涅耳液晶透镜10与显示面板70仅有三个基板，如：由下而上的第三基板72、第四基板74及第一基板12、由下而上的第三基板72、第二基板14及第一基板12或是由下而上的第三基板72、第四基板74与第二基板14整合为一个基板。显示面板70可视需要选用各式不同类型的显示面板，其可包括非自发光显示面板(例如：高分子稳定配向型(PSA)显示面板、立体形状像素电极(Three Dimensional shaped pixel Electrode,TDE)显示面板、电子纸(EPD)、蓝相显示面板(blue phase display)、边缘场切换(Fringe Field Switching,FFS)显示面板、水平电场切换(In Plane Switching,IPS)显示面板、电润湿(Electrowetting Display,EWD)显示面板、多域垂直配向(MVA)显示面板、图案化垂直配向(Pattern Vertical Alignment,PVA)显示面板、或上述类型的彩色滤光片于矩阵上(Color filter On Array,COA)的显示面板、或上述类型的矩阵于彩色滤光片上(Array On Color filter,AOC)的显示面板或其它合适的面板)、自发光显示面板(例如：有机电激发光显示面板、无机电激发光显示面板、或上述的组合、或其它合适的面板)、或其它合适的面板、或上述的组合。显示介质层76的材料可为非自发光材料、自发光材料或上述的组合。显示面板70上定义有多个呈阵列排列的次像素78，且每个次像素78可至少包括有电晶体(图未示)，其栅极(图未示)连接至少一扫描线(图未示)、其源极(图未示)连接至少一数据线(图未示)、以及其漏极(图未示)连接至少一像素电极(图未示)。另外，菲涅耳液晶透镜10的液晶透镜单元与显示面板70的次像素78的对应关系可视需求加以调整。举例而言，在线性方向L上，一个液晶透镜单元可与两个或更多次像素78在垂直投影方向Z上重叠；而在另一线性方向N上，一个液晶透镜单元可与一个、多个或所有的次像素78在垂直投影方向Z上重叠。
本实施例的可切换式平面/立体显示面板60可提供平面(二维)显示模式与立体(三维)显示模式。在平面显示模式下，菲涅耳液晶透镜10为关闭状态，此时显示面板70提供的显示画面会在不产生折射的状态下穿过菲涅耳液晶透镜10而达到平面显示效果；在立体显示模式下，菲涅耳液晶透镜10为开启状态，此时显示面板70提供的显示画面会产生折射并穿过菲涅耳液晶透镜10而达到立体显示效果。
在本实施例中，菲涅耳液晶透镜10设置于显示面板70之上，即菲涅耳液晶透镜10设置于显示面板70的显示面上，但不以此为限。在一变化实施例中，菲涅耳液晶透镜10也可设置于显示面板70之下，或是菲涅耳液晶透镜10可设置于显示面板70的内部。此外，菲涅耳液晶透镜10的第一基板12可最接近显示面板70或是菲涅耳液晶透镜10的第二基板14可最接近显示面板70。
请参考图14。图14绘示了本发明的第二实施例的可切换式平面/立体显示面板的示意图。如图14所示，不同于第一实施例，本实施例的可切换式平面/立体显示面板80可进一步包括一触控元件82，与菲涅耳液晶透镜10以及显示面板70叠设。举例而言，本实施例的触控元件82设置于菲涅耳液晶透镜10之上，即设置于第一基板12的外表面，但不以此为限。在其它变化实施例中，触控元件82可设置于菲涅耳液晶透镜10之内、菲涅耳液晶透镜10与显示面板70之间、显示面板70之内、显示面板70之外，或其它任何适当的位置。此外，触控元件82可为电容式触控元件、电阻式触控元件、光学式触控元件或其它类型的触控元件。
综上所述，本发明的菲涅耳液晶透镜透过电极的重叠配置并搭配适当的驱动电压，可以实现出实体菲涅耳透镜的效果。此外，本发明的菲涅耳液晶透镜具有结构及制作工艺简化、具有较高的对位宽容度与低驱动电压的优点，且不会产生错向线。
以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (15)

1.一种菲涅耳液晶透镜(Fresnel liquid crystal lens)，包括：
第一基板；
第二基板，相对该第一基板设置；
液晶层，设置于该第一基板与该第二基板之间；
多个第一液晶透镜单元，各该第一液晶透镜单元包括：
第一主电极，设置于该第一基板面对该液晶层的一表面上，该第一主电极具有第一电压；
至少两个第一副电极，设置于该第一基板面对该液晶层的该表面上并分别位于该第一主电极的两侧，该至少两个第一副电极具有第二电压，且该第一主电极与该至少两个第一副电极之间分别具有一第一间隙；
第二主电极，设置于该第二基板面对该液晶层的一表面上，该第二主电极具有第三电压；以及
至少两个第二副电极，设置于该第二基板面对该液晶层的该表面上并分别位于该第二主电极的两侧，该至少两个第二副电极具有第四电压，且该第二主电极与该至少两个第二副电极之间分别具有一第二间隙，其中在一垂直投影方向上，该第一主电极与该第二主电极重叠，该至少两个第一副电极分别与该至少两个第二副电极重叠，且该第一主电极分别与该至少两个第二副电极部分重叠；以及
多个第二液晶透镜单元，与该多个第一液晶透镜单元交替排列，各该第二液晶透镜单元包括：
第三主电极，设置于该第二基板面对该液晶层的该表面上，该第三主电极具有第五电压；
至少两个第三副电极，设置于该第二基板面对该液晶层的该表面上并分别位于该第三主电极的两侧，该至少两个第三副电极具有第六电压，且该第三主电极与该至少两个第三副电极之间分别具有一第三间隙；
第四主电极，设置于该第一基板面对该液晶层的该表面上，该第四主电极具有第七电压；以及
至少两个第四副电极，设置于该第一基板面对该液晶层的该表面上并分别位于该第四主电极的两侧，该至少两个第四副电极具有第八电压，且该第四主电极与该至少两个第四副电极之间分别具有一第四间隙，其中在该垂直投影方向上，该第三主电极与该第四主电极重叠，该至少两个第三副电极分别与该至少两个第四副电极重叠，且该第三主电极分别与该至少两个第四副电极部分重叠，
其中该第一主电极与该第二主电极之间具有第一电压差，该第一主电极与该第二副电极之间具有第二电压差，该第一电压差的绝对值小于该第二电压差的绝对值，该第一副电极与该第二副电极之间的电压差等于零，该第三主电极与该第四主电极之间具有第三电压差，该第三主电极与该第四副电极之间具有第四电压差，该第三电压差的绝对值小于该第四电压差的绝对值，且该第三副电极与该第四副电极之间的电压差等于零。
2.如权利要求1所述的菲涅耳液晶透镜，其中该第一主电极的尺寸等于该第三主电极的尺寸，该第二主电极的尺寸等于该第四主电极的尺寸，且该第一主电极的尺寸大于该第二主电极的尺寸。
3.如权利要求1所述的菲涅耳液晶透镜，其中各该第一副电极的尺寸等于各该第三副电极的尺寸，各该第二副电极的尺寸等于各该第四副电极的尺寸，且各该第一副电极的尺寸小于各该第二副电极的尺寸。
4.如权利要求1所述的菲涅耳液晶透镜，其中该第一间隙等于该第三间隙，该第二间隙等于该第四间隙，且该第一间隙小于该第二间隙。
5.如权利要求1所述的菲涅耳液晶透镜，其中在该垂直投影方向上，该第一主电极与该多个第二副电极分别具有第一重叠部分，且该第一重叠部分的第一重叠宽度大于0微米且小于或等于50微米，该第三主电极与该多个第四副电极分别具有第二重叠部分，且该第二重叠部分的第二重叠宽度大于0微米且小于或等于50微米。
6.如权利要求1所述的菲涅耳液晶透镜，其中在该垂直投影方向上，该第二副电极与该第四副电极具有第三重叠部分，且该第三重叠部分的第三重叠宽度大于0微米且小于或等于50微米。
7.如权利要求1所述的菲涅耳液晶透镜，其中该第二电压、该第四电压、该第五电压与该第七电极的极性都相反于该第一电压、该第三电压、该第六电压与该第八电压的极性。
8.如权利要求1所述的菲涅耳液晶透镜，其中
各该第一液晶透镜单元还包括：
至少两个第五副电极，设置于该第一基板面对该液晶层的该表面上并分别位于该至少两个第一副电极相对于该第一主电极的两侧，该至少两个第五副电极具有第九电压；以及
至少两个第六副电极，设置于该第二基板面对该液晶层的该表面上并分别位于该至少两个第二副电极相对于该第二主电极的两侧，该至少两个第六副电极具有第十电压；以及
各该第二液晶透镜单元还包括：
至少两个第七副电极，设置于该第二基板面对该液晶层的该表面上并分别位于该至少两个第三副电极相对于该第三主电极的两侧，该至少两个第七副电极具有第十一电压；以及
至少两个第八副电极，设置于该第一基板面对该液晶层的该表面上并分别位于该至少两个第四副电极相对于该第四主电极的两侧，该至少两个第八副电极具有一第十二电压。
9.如权利要求8所述的菲涅耳液晶透镜，其中各该第五副电极的尺寸等于各该第七副电极的尺寸，各该第六副电极的尺寸等于各该第八副电极的尺寸，且各该第六副电极的尺寸小于各该第五副电极的尺寸。
10.如权利要求8所述的菲涅耳液晶透镜，其中在该垂直投影方向上，该第五副电极与该第六副电极重叠，该第七副电极与该第八副电极重叠，该第五副电极分别与该第二副电极以及该第七副电极部分重叠，该第七副电极分别与该第四副电极以及该第五副电极部分重叠。
11.如权利要求8所述的菲涅耳液晶透镜，其中该第九电压等于该第一电压，该第十电压等于该第一电压，该第十一电压等于该第五电压，且该第十二电压等于该第五电压。
12.如权利要求8所述的菲涅耳液晶透镜，其中该第五副电极与该第二副电极之间具有一第五电压差，该第七副电极与该第五副电极之间具有一第六电压差，该第七副电极与该第四副电极之间具有一第七电压差，该第五电压差的绝对值等于该第六电压差的绝对值，该第五电压差的绝对值等于该第七电压差的绝对值，该第五副电极与该第六副电极之间的电压差等于零，该第七副电极与该第八副电极之间的电压差等于零。
13.如权利要求1所述的菲涅耳液晶透镜，其中该多个第一液晶透镜单元与该多个第二液晶透镜单元沿一线性方向交替排列。
14.一种可切换式平面/立体显示面板，包括:
如权利要求1所述的菲涅耳液晶透镜；以及
显示面板，与该菲涅耳液晶透镜叠设，其中，该显示面板包括：
第三基板；
第四基板，相对该第三基板设置；以及
显示介质层，设置于该第三基板与该第四基板之间。
15.如权利要求14所述的可切换式平面/立体显示面板，还包括触控元件，与该菲涅耳液晶透镜以及该显示面板叠设。
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