CN103984180B - 图像显示器及其液晶透镜 - Google Patents

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Abstract

一种三维（3D）图像显示装置包括显示面板和液晶透镜部件，液晶透镜部件设置在显示面板上并且选择性提供二维（2D）图像和3D立体图像，其中，液晶透镜部件包括：下基板，包括设置在不同层中的多个线性电极；上基板，包括板电极；透镜液晶层，设置在下基板和上基板之间，其中，不同层中的线性电极交替布置在液晶透镜部件的单元区中，其中，当从顶视图看时，线性电极中的两个相邻的线性电极彼此分隔开。

Description

图像显示器及其液晶透镜
技术领域
本发明涉及用于3D图像显示的图像显示器和液晶透镜。
背景技术
通常，通过双眼用立体视觉的原理来识别3D图像，可以使用双眼视差(也就是说，由于彼此相隔大约65mm的双眼之间的距离导致的双眼像差)来实现3D效果。也就是说，左眼和右眼分别观看不同的二维(2D)图像，当两幅图像通过视网膜被传递到大脑时，大脑通过准确地融合两幅图像来再现原始3D图像的深度知觉和逼真度。这通常被称为立体成像。
3D图像显示装置使用双眼像差，根据观众是否配戴单独的眼镜，通常被分类成各种类型，包括立体型诸如偏光型和时分型和自动立体型诸如视差屏障型、透镜型和闪光型。
在立体型3D图像显示装置中，使用偏光眼镜或液晶快门眼镜显示3D图像，在电影院中通常使用立体方案。
在自动立体型3D图像显示装置中，在观看立体图像的同时不使用另外的眼镜，已经开发了使用自动立体型3D图像显示装置显示3D图像的各种方法。
在自动立体型的3D显示装置之中，广泛使用并开发了使用柱状透镜的显示装置。在使用柱状透镜的显示装置中，从显示面板发射的光在穿过柱状透镜单元的柱状透镜和聚合物的同时被折射，使得光的前进方向在再次穿过开关单元和偏振器的同时被划分并且分别入射到双眼，从而实现立体显示。这里，入射到右眼的光和入射到左眼的光具有不同信息，使得识别出立体图像。在使用柱状透镜的立体显示装置中，会在特定位置识别到滤色器之间的黑矩阵，使得会出现莫尔现象(moiréphenomenon)。
发明内容
本发明的示例性实施例涉及通过控制液晶分子切换二维(2D)图像和三维(3D)图像的3D图像显示装置和用于3D图像显示装置的液晶透镜，其中，3D图像显示的串扰显著减少，从而显著提高3D图像显示装置的显示质量。
3D图像显示装置的示例性实施例包括显示面板和液晶透镜部件，液晶透镜部件设置在显示面板上并且选择性提供2D图像和3D立体图像。在这种实施例中，液晶透镜部件包括：下基板，包括设置在不同层中的多个线性电极；上基板，包括板电极；透镜液晶层，设置在下基板和上基板之间，其中，不同层中的线性电极交替布置在液晶透镜部件的单元区中，其中，当从顶视图看时，线性电极中的两个相邻的线性电极彼此分隔开。
用于3D图像显示装置的液晶透镜的另一个示例性实施例包括：下基板，包括设置在不同层中的多个线性电极；上基板，包括板电极；透镜液晶层，设置在下基板和上基板之间，其中，不同层中的线性电极交替布置在液晶透镜部件的单元区中，其中，当从顶视图看时，线性电极中的两个相邻的线性电极彼此分隔开。
在示例性实施例中，当从顶视图看时，所述两个相邻的线性电极可以彼此分隔第一间隔，彼此分隔开的所述两个相邻的线性电极可以被设置成相对于相邻的单元区的边界彼此相对。
在示例性实施例中，第一间隔可以小于透镜液晶层的晶胞间隙。
在示例性实施例中，当从顶视图看时，可以通过彼此分隔开第一间隔的所述两个相邻的线性电极使相邻区的边界和单元区中的最大折射率的位置之间的间隔增大。
在示例性实施例中，液晶透镜部件的下基板还可以包括下偏振器，液晶透镜部件的上基板还可以包括上偏振器，透镜液晶层可以包括透镜液晶分子，通过下偏振器取向的透镜液晶分子的方向和通过上偏振器取向的透镜液晶分子的方向之间的角度可以大于零(0)。
在示例性实施例中，当通过下偏振器取向的透镜液晶分子的方向和通过上偏振器取向的透镜液晶分子的方向之间的角度可以被称为透镜倾斜度，并且每水平距离的相位差可以被称为相位倾斜度时，当透镜倾斜度大于预定值时，随着相位倾斜度变大，对应于通过液晶透镜部件形成的左透镜的单元区中的第一间隔可以显著缓慢减小，当透镜倾斜度小于预定值时，随着相位倾斜度变大，在对应于左透镜的单元区中的第一间隔可以显著快速减小，当透镜倾斜度小于预定值时，随着相位倾斜度变大，对应于通过液晶透镜部件形成的右透镜的单元区中的第一间隔可以显著缓慢减小，当透镜倾斜度大于预定值时，随着相位倾斜度变大，在对应于右透镜的单元区中的第一间隔可以迅速变小。
在示例性实施例中，在左透镜中，随着左透镜的透镜倾斜度增大，对应于左透镜的单元区中的第一间隔的最大值可以增大，随着右透镜的透镜倾斜度增大，对应于右透镜的单元区中的第一间隔的最大值可以减小。
在示例性实施例中，液晶透镜部件的下基板还可以包括下偏振器，液晶透镜部件的上基板还可以包括上偏振器，透镜液晶层可以包括透镜液晶分子，通过下偏振器取向的透镜液晶分子的方向和通过上偏振器取向的透镜液晶分子的方向之间的角度可以基本上等于零(0)。
在示例性实施例中，单元区中的线性电极的最小相位形成电极和次最小相位形成电极可以彼此分隔开第二间隔。
在示例性实施例中，线性电极可以在相对于显示面板的像素布置方向倾斜的方向上延伸。
在示例性实施例中，液晶透镜部件还可以包括设置在非显示区中的多个电压施加线，线性电极中的每个可以具有在液晶透镜部件的非显示区中的在基本上垂直于像素布置方向的方向上延伸的部分。
在示例性实施例中，电压施加线中的每条可以连接到线性电极中的对应线性电极。
在示例性实施例中，液晶透镜部件还可以包括设置在下基板上并且具有不恒定厚度的晶胞间隙控制层，透镜液晶层的晶胞间隙可以由晶胞间隙控制层限定。
在示例性实施例中，所述晶胞间隙可以是使液晶透镜部件的衍射效率基本上最大的晶胞间隙的两倍。
在示例性实施例中，透镜液晶层的晶胞间隙可以基本上是恒定的，透镜液晶层的晶胞间隙可以被确定为使得基于权重值的衍射效率的平均值基本上最大，所述权重值是各单元区的面积比和透射率的乘积。
在示例性实施例中，如上所述，通过在产生用于控制液晶透镜的液晶分子的电场的电极之间设置间隔，通过液晶分子提供的相位差的变化基本上是恒定的，使得透镜特性(例如，衍射效率)显著提高并且串扰显著减少，从而提高3D图像的显示质量。在这种实施例中，当可以确定液晶透镜的晶胞间隙以提高液晶透镜的衍射效率使得透镜特性(例如，衍射效率)提高并且串扰显著减少时，由此提高了3D图像的显示质量。
附图说明
根据下面结合附图对实施例的描述，这些和/或其它特征将变得清楚并且更容易理解，在附图中：
图1是根据本发明的三维(3D)图像显示装置的示例性实施例的示意性剖视图；
图2是根据本发明的液晶透镜部件的示例性实施例的剖视图；
图3是根据本发明的液晶透镜部件的电极和外部电压施加单元的示例性实施例的平面图；
图4至图8是示出根据本发明的示例性实施例的液晶透镜部件的示例性实施例中形成的液晶透镜的特性的视图；
图9至图12是示出根据本发明的基于第一间隔的液晶透镜部件的示例性实施例中形成的液晶透镜的特性的视图；
图13A至图13D是示出根据液晶透镜的晶胞间隙的液晶透镜的示例性实施例的特性的视图；
图14和图15是根据本发明的液晶透镜的可选的示例性实施例的剖视图；
图16是示出根据本发明的基于第二间隔的液晶透镜部件的示例性实施例中形成的液晶透镜的特性的视图；
图17是根据本发明的液晶透镜部件的可选的示例性实施例的液晶透镜的特性的视图；
图18至图20是根据本发明的液晶透镜部件的示例性实施例中的相位调制区的特性的视图；和
图21至图25是液晶透镜的比较例中形成的液晶透镜的特性的视图。
具体实施方式
下文中，将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。然而，本发明可以用许多不同形式来实施并且不应该被解释为限于在此提出的实施例。相反地，提供这些实施例使得本公开将是彻底和完全的，并且将把本发明的范围充分地传达给本领域的技术人员。类似的参考标号始终表示类似的元件。
应该理解，尽管这里可以使用术语“第一”、“第二”等来描述各种元件、组件、区域、层和/或部分，但是这些元件、组件、区域、层和/或部分应该不受这些术语的限制。这些术语只是用来将一个元件、组件、区域、层或部分与另一个区域、层或部分区分开来。因此，在不脱离本发明的教导的情况下，下面讨论的第一元件、组件、区域、层或部分可以被命名为第二元件、组件、区域、层或部分。
为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语诸如“之下”、“下方”、“下面”、“上方”、“上面”等来描述如图中所示的一个元件或特征与其它元件(一个或多个)或特征(一个或多个)的关系。应该理解，空间相对术语意在包含除了在附图中描述的方位之外的装置在使用或操作时的不同方位。例如，如果在附图中装置被翻转，则被描述为在其它元件或特征“下方”或“下面”的元件随后将被定位为其它元件或特征“上方”。因此，示例性术语“下方”可以包括上方和下方这两种方位。所述装置可以被另外定位(旋转90度或者在其它方位)，相应地解释这里使用的空间相对的描述语。
这里使用的术语只是为了描述特定实施例的目的，而不意图限制本发明。如这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式。还应该理解，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，说明存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或附加一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或其组合。
除非另有定义，否则这里使用的所有术语(包括技术术语和科技术语)具有与本发明所属领域的普通技术人员所通常理解的意思相同的意思。应该进一步理解，除非这里明确定义，否则术语(例如在通用字典中定义的术语)应该被解释为具有与相关领域的背景下它们的意思相同的意思，而将不理想地或者过于正式地解释它们的意思。
这里，参照作为理想化示例性实施例的示意性示图的剖面示图来描述实施例。如此，将预料到由于(例如)制造技术和/或公差导致的示图的形状变化。因此，这里描述的实施例应该不被解释为限于这里示出的区域的特定形状，而是将包括由于(例如)制造导致的形状偏差。例如，被示出或描述为平坦的区域可以通常具有粗糙和/或非线性的特征。此外，示出的尖锐角度可以被倒圆。因此，图中示出的区域本质是示意性的，它们的形状不意图示出区域的精确形状并且不意图限制这里阐述的权利要求书的范围。
除非这里另外指明或者以其它方式与上下文明确相悖，否则这里描述的所有方法可以按合适的次序执行。除非另外声明，否则任何和所有示例或示例性语言(例如，“诸如”)的使用只是意在更好地示出本发明并且不对本发明的范围施加限制。说明中的语言不应该被解释为指明任何未声明的元件是这里描述的本发明的实施所必须的。
下文中，将参照附图进一步详细描述本发明的示例性实施例。
下文中，将参照图1描述根据本发明的三维(3D)图像显示装置的示例性实施例。
图1是根据本发明的3D图像显示装置的示例性实施例的示意性剖视图。
3D图像显示装置的示例性实施例包括显示面板和液晶透镜部件500，如图1中所示。
显示面板包括下面板100(也被称为“薄膜晶体管阵列面板”)、液晶层3和上面板200(也被称为“滤色器显示面板”)。
下面板100包括绝缘基板110、发送栅极信号的栅极线、发送数据电压的数据线、与栅极线和数据线连接的开关元件(例如，薄膜晶体管)和与薄膜晶体管的输出端连接的像素电极，并且在绝缘基板110上设置下偏振器21，例如，将下偏振器21附接于绝缘基板110的后表面。
在示例性实施例中，上面板200包括：绝缘基板210；黑矩阵220，具有带开口的网格结构；滤色器230，设置在开口中；公共电极(未示出)，设置在黑矩阵220和滤色器230上，并且在上面板200上设置上偏振器22，例如，将上偏振器22附接到上面板200的后表面。
在下面板100和上面板200之间设置液晶层3，液晶层3的取向方向因公共电极和像素电极之间产生的电场而改变。在示例性实施例中，如图1中所示，显示面板可以是液晶显示器，但不限于此。在可选的示例性实施例中，显示面板可以是各种类型的显示面板(例如，等离子体显示面板、发光二极管(LED)显示面板和电泳显示面板)中的一种。在示例性实施例中，可以省去滤色器。
在示例性实施例中，显示面板可以被配置成显示二维(2D)图像，3D立体图像可以由液晶透镜部件500显示。液晶透镜部件500选择性地显示2D图像和3D立体图像。液晶透镜部件500被称为可切换波带板(switchable zone plate)。
液晶透镜部件500包括下基板510、上基板520、设置在两个基板510和520之间的透镜液晶层530、设置在上基板520上(例如，附接在上基板520外部)的偏振器23。在示例性实施例中，偏振器23可以将3D图像显示装置发射的光的偏振状态转换成具有单个预定偏振方向，以提高显示质量。在可选的示例性实施例中，可以省去偏振器23。
下文中，将参照图2和图3详细描述根据本发明的液晶透镜部件500的示例性实施例。
图2是根据本发明的液晶透镜部件的示例性实施例的剖视图。
在示例性实施例中，如上所述，省去了偏振器23，如图2中所示。
液晶透镜部件500的下基板510包括第一绝缘基板511和设置在第一绝缘基板511上的线性电极590和下取向层513。
线性电极590包括两层电极，例如，设置在第一层中的下线性电极593和594以及设置在第一层上方的第二层中的上线性电极591和592。在下线性电极593和594与上线性电极591和592之间设置绝缘层，以将线性电极590彼此绝缘。下线性电极593和594和上线性电极591和592限定单元区。在示例性实施例中，如图2中所示，单元区包括四个线性电极，但不限于此。在可选的示例性实施例中，在单元区中可以包括不同数量的线性电极。在示例性实施例中，在单元区中可以包括至少四个线性电极。在示例性实施例中，如图2中所示，下线性电极包括第三线性电极593和第四线性电极594，上线性电极包括第一线性电极591和第二线性电极592。
在示例性实施例中，如图2中所示，在单元区中，下线性电极和上线性电极交替地设置，下线性电极或上线性电极包括至少两个线性电极。在这种实施例中，如图2中所示，当从顶部平面图看时，线性电极中的一个例如第二线性电极592分别以预定间隔(例如，第一间隔w1和第二间隔w2)和与之相邻的线性电极分隔开，并且当从顶部平面图看时，线性电极中的另一个(例如，第三线性电极593)叠置或接触与之相邻的线性电极。
在示例性实施例中，当显示2D图像时，不向液晶透镜部件500施加电压，使得在其中不产生电场。在这种实施例中，当显示3D立体图像时，在液晶透镜部件500中形成液晶透镜，液晶透镜部件500提供重复地从最大值变化成最小值或者从最小值变化成最大值的相位差。在示例性实施例中，基于线性电极590所占的区域来限定单元区，线性电极590通过被施加的电压来总体地将相位差从最大值变化成最小值或者从最小值变化成最大值。在可选的示例性实施例中，可以通过其中所施加电压增大或减小的趋势发生变化的边界限定单元区。在图2中，通过线性电极限定单元区。
在示例性实施例中，单元区包括分别对应于线性电极590的多个内部区，如图2中的虚线所示的。
当显示3D图像时，包括在单元区中的线性电极590接收沿某个方向逐渐增大或减小的电压。在单元区中包括的线性电极590之中，接收最大电压的线性电极被称为最大相位形成电极，接收最小电压的线性电极被称为最小相位形成电极。
在示例性实施例中，如上所述，线性电极590具有第一间隔w1和第二间隔w2。
在示例性实施例中，第一间隔w1是从接近单元区中的最大相位形成电极的单元区的边界到最大相位形成电极的水平距离。在示例性实施例中，第二线性电极592可以是最大相位形成电极，第一间隔w1可以是接近第二线性电极592的单元区边界与第二线性电极592之间的距离，如图2中所示。
在这种实施例中，第二间隔w2是单元区中的最小相位形成电极和同一单元区中的与最小相位形成电极相邻的线性电极(也被称为第二最小相位形成电极)之间的水平距离。在示例性实施例中，如图2中所示，最小相位形成电极可以是第四线性电极594并且第二最小相位形成电极可以是第一线性电极591。在这种实施例中，第二间隔w2是第四线性电极594和第一线性电极591之间的距离。
第一间隔w1和第二间隔w2可以等于或小于透镜液晶层530的晶胞间隙。与相邻的线性电极没有第一间隔w1或第二间隔w2的线性电极(例如，第三线性电极593)的宽度基本上等于与之对应的内部区的宽度。由于相邻的内部区彼此接触，因此当从顶部平面图看时，与相邻的线性电极没有第一间隔w1或第二间隔w2的线性电极590(例如，第三线性电极593)接触相邻的线性电极，使得彼此相邻的线性电极590之间的水平距离大约是零(0)。在这种实施例中，其中限定有第一间隔w1或第二间隔w2的内部区的一部分被线性电极(例如，第二线性电极592或第四线性电极294)占据，内部区的剩余部分对应于第一间隔w1或第二间隔w2。
在示例性实施例中，在单元区中限定第一间隔w1和第二间隔w2中的至少一个，而不管单元区中线性电极590的数量是多少。
液晶透镜部件500的上基板520包括第二绝缘基板521、设置在第二绝缘基板521上的板电极570、设置在板电极570上的上取向层523。
板电极570连同线性电极590一起产生电场，板电极570接收具有预定电压电平的参考电压或公共电压。板电极570可以设置在第二绝缘基板521的基本上整个区域上方。
透镜液晶层530设置在上基板520和下基板510之间，透镜液晶层530包括多个透镜液晶分子531。
透镜液晶分子531最初通过上取向层523和下取向层513布置，然后透镜液晶分子531的布置方向因板电极570和线性电极590之间产生的电场而改变。当在各单元区中产生电场时，通过单元区中的透镜液晶分子531的结构提供折射率之差，从而穿过透镜液晶层530的光被折射。当来自显示面板的光被透镜液晶层530折射时，向观众的双眼提供不同图像信息，使得出现双眼像差，从而观众识别到立体效果。在这种实施例中，各单元区可以被称为液晶透镜。
在示例性实施例中，液晶透镜或单元区相对于像素的布置方向在倾斜布置方向上延伸，像素可以在显示面板中基本上布置成矩阵形式。
在这种实施例中，在液晶透镜或单元区在相对于像素的布置方向在倾斜布置方向上延伸的情况下，线性电极591、592、593和594沿着对应于液晶透镜或单元区的倾斜布置方向的曲线延伸，如图3中所示。在这种实施例中，可以有效防止观众识别到莫尔现象。
在示例性实施例中，透镜液晶分子532最初可以因下取向层513在倾斜方向上取向，以提供倾斜区或液晶透镜。下取向层513的倾斜方向可以与线性电极590的延伸方向基本上相同。在示例性实施例中，上取向层523可以最初将透镜液晶分子531在垂直方向上取向。示例性实施例中的透镜液晶分子531的初始布置结构在图9的左侧示出。
在这种实施例中，当通过两个相邻的单元区限定了具有曲面的透镜时，由于单元区的倾斜延伸方向，导致曲面基本上不会相对于透镜的中心对称，将参照图9至图12对此进行更详细的描述。
图3示出显示区和非显示区中的液晶透镜部件500的线性电极590的布置。
图3是根据本发明的液晶透镜的电极和外部电压施加单元的示例性实施例的视图。
线性电极591、592、593和594在与单元区或液晶透镜的倾斜方向对应的倾斜方向上延伸。其中线性电极591、592、593和594在倾斜方向上延伸的那部分对应于显示面板的显示区。
在环绕显示区的至少一部分的显示面板的非显示区中，线性电极591、592、593和594可以在垂直方向上延伸并且通过接触孔连接到电压施加线591-2、591-2'、592-2、592-2'、593-2、593-2'和594-2。
电压施加线591-2、591-2'、592-2、592-2'、593-2、593-2'和594-2分别连接到线性电极591、592、593和594，使得线性电极590可以接收不同电压，从而形成不同的液晶透镜。
接下来，将参照图4至图8和图21至图25描述液晶透镜部件500中的液晶透镜的特性。
图4至图8是示出根据本发明的液晶透镜部件的示例性实施例中形成的液晶透镜的特性的视图，图21至图25是液晶透镜的比较例中形成的液晶透镜的特性的视图。
首先，将描述液晶透镜部件的示例性实施例中的透镜液晶分子的布置。
图4示出当在液晶透镜部件500中产生电场时透镜液晶分子的布置和等势线。
在图4中示出的液晶透镜部件中，一个线性电极的宽度是大约2微米(μm)，设置在同一层中的相邻线性电极之间的间隔是大约4μm。
在图4中，示出单元区的边界和最大折射率的位置。在图4中，指示单元区的边界的线与指示最大折射率的位置的线之间的虚线是指示图22的比较例中的最大折射率位置的线。
比较例包括没有第一间隔和第二间隔的线性电极，使得线性电极没有水平距离。在这样的比较例中，参照图21，线性电极590'(591'、592'、593'、594')设置在两层中，当从顶部平面图看时，线性电极590'(591'、592'、593'、594')彼此接触，没有间隔。
如图4和图22中所示，单元区的边界和最大折射率位置之间的距离增大了第一间隔w1那么多。另外，如图4的圆圈中示出的等势线中所示，在电场空间分布时，单元区的边界和最大折射率的位置彼此显著远离。
从最大折射率的位置到单元区的边界的区域被称为“相位调制区”。相位调制区允许在单元区中折射率顺序地从最小折射率的位置变成最大折射率的位置，并且对于从最大折射率的位置到与下一个单元区的边界的不同位置产生不同的折射率特性。在液晶在平面内旋转(面内旋转)的同时产生相位调制区，可以提供图18至图20中示出的四分之一波板/半波板/四分之一波板(QHQ)区的特性。
在图5和图6中示出通过第一间隔w1提供的特性。
图5是示出相位调制区中的相位调制量(Φ)和液晶指向矢方位角(β)的曲线图，图6是示出对于水平位置而言相位变化的线性图。
另一方面，图23和图24示出比较例中的相位调制区中的相位调制量(Φ)和液晶指向矢方位角(β)和相位变化。
如图5和图23中所示，在比较例中，在相位调制区中相位调制量(Φ)和液晶指向矢方位角(β)非线性地改变，而在本发明的示例性实施例中，在相位调制区中相位调制量(Φ)和液晶指向矢方位角(β)基本上线性地改变。
图6和图24示出由于相位调制区中的特性差异导致的整个单元区中的相位变化。图6和图24用线示出代表对应特性的线性方程。
在图24中，在中心存在相位变化具有大曲线的一部分。在示例性实施例中，如图6中所示，产生没有大曲线的相位变化。如图6和图24中所示，在比较例中产生大约96.2％的衍射效率DE，而在本发明的示例性实施例中产生大约97.7％的衍射效率DE。因为衍射效率DE高，所以液晶透镜部件500基本上在预定方向上衍射光，从而有效地用作透镜。
接下来，将参照图7和图8描述通过第二间隔w2提供的特性。
如图7和图8中所示，最小相位形成电极594的宽度基本上减小了第二间隔w2那么多。当最小相位形成电极594的宽度大时，因为其中提供了最小相位的区域的宽度变得很大并且基本上恒定，所以其中提供了恒定相位差的区域的宽度增大，如图8和图25中所示。
图8和图25用线示出代表对应特性的线性方程。
图8是示出液晶透镜部件的示例性实施例中的相位差与水平距离的关系以及透射率与水平距离的关系的曲线图，图25是示出液晶透镜部件的比较例中的相位差与水平距离的关系以及透射率与水平距离的关系的曲线图，在图25中，没有设置第二间隔w2。在图8和图25中，在上侧提供示出相位差与水平距离的关系的曲线图，在下侧提供示出透射率与水平距离的关系的曲线图。
参照图8和图25的上部曲线图，在比较例中，水平距离(ΔL)(即，通过最小相位形成电极594的宽度提供的相位差基本上恒定的部分)相对宽。
在示例性实施例中，具有恒定的相位差的水平距离(ΔL)基本上窄，使得通过液晶透镜部件提供的液晶透镜有效地像透镜一样操作。
将参照图9至图13D描述确定第一间隔w1和第二间隔w2的方法的示例性实施例。
首先，将参照图9至图12描述确定第一间隔w1的方法的示例性实施例。
图9至图12是示出根据本发明的基于第一间隔的液晶透镜部件的示例性实施例中形成的液晶透镜的特性的视图。
在示例性实施例中，透镜液晶分子的下取向方向和上取向方向具有不同的初始取向结构，如图9的左侧所示。下文中，在图9的左侧示出的透镜液晶分子的下取向方向和上取向方向之间的角度将被称为透镜倾斜度。在这种实施例中，通过下偏振器和上偏振器提供的透镜液晶层中的透镜液晶分子的取向方向基本上彼此不平行。透镜倾斜度的值大于大约10度，但不限于此。在可选的示例性实施例中，透镜倾斜度的值可以小于大约10度。将参照图10和图11详细描述基于透镜倾斜度的透镜液晶层的特性。
如图9的右侧所示，右透镜中的透镜液晶分子和左透镜中的透镜液晶分子因电场以不同方式操作，例如，从透镜液晶分子的初始取向状态旋转不同方向。
在图9的右上部分示出的液晶分子是在液晶透镜(右透镜)的右部中旋转并且如实线所示地旋转(例如，在逆时针方向上旋转)的透镜液晶分子。在右透镜区中，第一间隔w1的值可以大约是零(0)。
图9的右下部分示出的液晶分子是在液晶透镜(左透镜)的左部中旋转并且如实线所示地旋转(例如，在顺时针方向上旋转)的透镜液晶分子。在示例性实施例中，在左透镜的区域中设置第一间隔。
当施加基本上对称的电压时，由于其内的透镜液晶分子的初始取向差异，导致液晶透镜不会基本上对称地形成在液晶透镜部件中。在这种实施例中，线性电极可以被施加不同电压，以提供基本上对称的液晶透镜。在示例性实施例中，如图3中所示，可以提供向线性电极施加不同电压的电压施加线。
接下来，将参照图10和图11描述基于第一间隔w1的根据对应于透镜倾斜度的相位倾斜度透镜特性差异。相位倾斜度是每水平距离(μm)的相位差(弧度：rad)并且指示相位差的改变程度。
图10示出当透镜倾斜度大于大约10度(例如，大约15.25度的透镜倾斜度)时第一间隔w1与相位倾斜度的关系的曲线图，图11示出当透镜倾斜度小于大约10度(例如，大约8.8度的透镜倾斜度)时第一间隔w1与相位倾斜度的关系的曲线图。
当透镜倾斜度大于大约10度时，随着相位倾斜度变大，第一间隔w1逐渐减小。当透镜倾斜度小于大约10度时，随着相位倾斜度变大，第一间隔w1快速减小，使得相位倾斜度相对大时，第一间隔w1变成零(0)。
当透镜倾斜度显著小时，在图11中，第一间隔w1的最大值相对小。
图10和图11示出对应于左透镜的单元区中的第一间隔w1与相位倾斜度的关系的曲线图。
对应于右透镜的单元区中的相位倾斜度和第一间隔w1之间的关系与对应于左透镜的单元区中的相位倾斜度和第一间隔w1之间的关系相反。在右透镜中，当透镜倾斜度小时，随着相位倾斜度变大，第一间隔w1逐渐减小，当透镜倾斜度大时，随着相位倾斜度变大，第一间隔w1快速减小，使得相位倾斜度小时，第一间隔w1变成零(0)。当透镜倾斜度大时，第一间隔w1的最大值相对小。
图12中示出根据右透镜和左透镜的相位倾斜度的第一间隔w1的特性。
图12是具有分别用实线、点划线和虚线示出的具有三种初始取向状态的左透镜和右透镜中的第一间隔w1与相位倾斜度的关系的曲线图。用粗线指示左透镜并且用细线指示右透镜。
用粗线指示最大透镜倾斜度，用点划线指示次最大透镜倾斜度，用虚线指示最小透镜倾斜度。
参照图12，当透镜倾斜度大时，右透镜和左透镜的差异很大，使得液晶透镜具有强不对称特性。当透镜倾斜度减小时，右透镜和左透镜的差异减小。当透镜倾斜度大约是零(0)时，由于上部液晶和下部液晶具有基本上相同的初始取向，所以右透镜和左透镜具有基本上相同的第一间隔w1和相位倾斜度之间的关系。
在示例性实施例中，当提供相对于液晶透镜的轴的透镜倾斜度时，可以基于根据图12中示出的第一间隔w1的相位倾斜度的特性来预定第一间隔w1。在这种实施例中，右透镜和左透镜可以具有不同的第一间隔w1以提供液晶倾斜度。
下文中，将参照图13A至图13D描述透镜液晶层530的晶胞间隙(C/G)增大与第一间隔w1之间的关系。
图13A至图13D是示出根据液晶透镜的晶胞间隙的液晶透镜的示例性实施例的特性的视图。
图13A示出当晶胞间隙在大约2.6μm至3.4μm的范围内(以0.1μm为单位(UNIT))，例如，晶胞间隙是大约2.6μm、大约2.7μm、大约2.8μm、大约2.9μm、大约3.0μm、大约3.1μm、大约3.2μm、大约3.3μm和大约3.4μm时，对应于左透镜的衍射效率DE与单元区中包括的线性电极的数量(水平数)的关系的曲线图，图13B示出当晶胞间隙是大约2.6μm、大约2.7μm、大约2.8μm、大约2.9μm、大约3.0μm、大约3.1μm、大约3.2μm、大约3.3μm和大约3.4μm时对应于右透镜的衍射效率DE与单元区中包括的线性电极水平数的关系的曲线图。
首先，在图13A和图13B中，晶胞间隙最大的情况是当线性电极的数量是4时衍射效率最低的情况，晶胞间隙最小的情况是当线性电极的数量最大时衍射效率最低的情况。
随着线性电极的数量增加，对应的单元区中的相位倾斜度变小。当相位倾斜度小时，随着晶胞间隙变大，衍射效率变大，并且当相位倾斜度大时，随着晶胞间隙变小，衍射效率变大。
图13C中示出基于图13A和图13B中示出的曲线图的衍射效率与晶胞间隙的关系。在图13C中，在预定晶胞间隙中(例如，在大约2.978μm的晶胞间隙中)产生最大衍射效率。
在示例性实施例中，如图13C中所示，通过将晶胞间隙设置成具有预定值，可以将液晶透镜部件500设置成具有最大衍射效率。
图13D是对于各种晶胞间隙而言第一间隔w1与水平数的关系的曲线图。
随着图13D的水平数增加，相位倾斜度变小，图13D中示出的变化趋势与图10中示出的倾斜度的变化趋势基本上相同。
参照图13A至图13D，当晶胞间隙恒定时，对于预定的水平数不能有效地提供对于相位倾斜度而言的最大衍射效率。因此，在示例性实施例中，在透镜液晶层中，可以将晶胞间隙设置成具有不同的值，从而有效地得到最大衍射效率。
在示例性实施例中，在液晶透镜部件500的透镜液晶层530的晶胞间隙基本上恒定的情况下，晶胞间隙可以是预定的，以使反映权重值(即各单元区的面积比与透射率的乘积)的衍射效率的平均值最大。在示例性实施例中，在基于图13A和图13B中示出的衍射效率而使晶胞间隙具有预定的恒定值的情况下，可以基于权重值选择晶胞间隙的值。
在可选的示例性实施例中，可以将液晶透镜部件500的透镜液晶层530的晶胞间隙设置成具有不同的值。在这种实施例中，通过选择具有如图13A和图13B中所示的最大衍射效率的晶胞间隙，可以在各部分中设置具有最大衍射效率的液晶透镜部件500。将参照图14和图15详细描述这种实施例。
图14和图15是根据本发明的液晶透镜部件的可选的示例性实施例的剖视图。
除了晶胞间隙控制层之外，图14和图15中的液晶透镜部件与图2中示出的液晶透镜部件基本上相同。用以上用于描述图2中示出的液晶透镜部件的示例性实施例的相同参考标号来标记图14和图15中示出的相同或类似元件，下文中将省略或简化对其的任何重复性详细描述。
图14和图15的液晶透镜部件500还包括晶胞间隙控制层597。晶胞间隙控制层597根据位置具有不同厚度，并且是通过基于对应的晶胞间隙控制厚度而提供(例如，形成)的层。在这种实施例中，基于晶胞间隙值，预定晶胞间隙具有如图13A和图13B中所示的最大衍射效率。在一个实施例中，晶胞间隙是使液晶透镜部件的衍射效率基本上最大的晶胞间隙的两倍。
在示例性实施例中，如图14中所示，晶胞间隙控制层597设置在线性电极590上。在可选的示例性实施例中，如图15中一样，晶胞间隙控制层597可以设置在线性电极590下方。
在示例性实施例中，晶胞间隙控制层597包括含有有机材料的有机层，可以通过狭缝曝光或者通过使用模具进行压制来控制晶胞间隙控制层597的厚度。在可选的示例性实施例中，晶胞间隙控制层597可以包括含有无机材料的透明绝缘层，可以通过蚀刻或沉积控制晶胞间隙控制层597的厚度。
在示例性实施例中，在透镜液晶层由于晶胞间隙控制层597而具有不恒定的晶胞间隙的情况下，可以将透镜液晶层的晶胞间隙值确定为具有至少两个晶胞间隙值，使得衍射效率最大。
在图14和图15中，未示出线性电极590的详细结构，但可以将线性电极590图案化成具有对应于晶胞间隙的相位倾斜度。
下文中，将参照图16描述第二间隔w2的特性。
图16是示出根据本发明的基于第二间隔的液晶透镜部件的示例性实施例中形成的液晶透镜的特性的视图。
在图16中，左边的曲线图是不设置第二间隔w2的情况，中间的曲线图是将第二间隔w2设置成具有恒定值的情况。在右侧示出这两个曲线图之间的差异，它表明第二间隔w2具有恒定值。
在示例性实施例中，确定第二间隔w2具有小于晶胞间隙的值，可以将最小相位电极设置成具有最小宽度，所述最小宽度是当最小相位电极的宽度减小时随着提供恒定相位差的区域减小通过其制造工艺来提供的，如图8中所示。在示例性实施例中，基于第二间隔w2的最小相位电极的宽度可以具有大约1μm的值。
在示例性实施例中，对应于右透镜的单元区中可以设置第二间隔。在可选的示例性实施例中，对应于左透镜的单元区中可以选择性设置第二间隔。在一个示例性实施例中，例如，在透镜倾斜度很大(例如，15.25度)的情况下，可以只在对应于右透镜的单元区中设置第二间隔w2。在一个示例性实施例中，例如，在透镜倾斜度很小(例如，8.8度)的情况下，可以在对应于左透镜和右透镜的单元区中基本上对称地设置第二间隔w2。
图17示出本发明的示例性实施例和比较例中的串扰特性。
图17是根据本发明的液晶透镜的示例性实施例的特性的视图。
图17是串扰与视角的关系的曲线图。当将被施加到左眼的图像被施加到右眼时出现串扰，或反之亦然。在图17中，D70指示不设置第一间隔w1和第二间隔w2的比较例，D80指示设置了第一间隔w1和第二间隔w2的本发明的示例性实施例。
如图17中所示，本发明的示例性实施例在预定视角范围内具有很小的串扰，使得立体图像的质量显著提高。
接下来，图18至图20示出相位调制区的特性，其中，图18和图19是“A review ofphased array steering for narrow-band electro-optical systems(关于窄带光电系统的相位阵列偏转的评论)，ul F.McManamon,IEEE 2009”的内容，图20示出本发明的示例性实施例中的对应于QHQ区的相位调制区的位置和相位调制区的操作特性。
在图18中，示出对应于相位调制区的QHQ区的特性。QHQ区具有沉积三个为一组的四分之一相差板(四分之一波板)、半相差板(半波板)和四分之一相差板(四分之一波板)的结构。
图18的QHQ区表明顺序地形成液晶分子布置，与图19的ECB状模式不同。
虽然已经结合目前被视为实际示例性实施例的内容描述了本发明，但要理解，本发明不限于所公开的实施例，而是相反地，意图覆盖包括在权利要求书的精神和范围内的各种变形和等效布置。

Claims (13)

1.一种图像显示装置，包括：
显示面板；和
液晶透镜部件，设置在显示面板上并且选择性提供二维图像和三维立体图像，
其中，液晶透镜部件包括：
下基板，包括设置在不同层中的多个线性电极；
上基板，包括板电极；
透镜液晶层，设置在下基板和上基板之间；和
晶胞间隙控制层，设置在下基板上并且具有不恒定厚度，
其中，不同层中的线性电极交替地布置在液晶透镜部件的单元区中，
其中，当从顶视图看时，线性电极中的两个相邻的线性电极彼此分隔开，
其中，单元区中的线性电极的最小相位形成电极和次最小相位形成电极彼此分隔开第二间隔，
其中，透镜液晶层的晶胞间隙由晶胞间隙控制层限定。
2.如权利要求1所述的图像显示装置，其中，
当从顶视图看时，所述两个相邻的线性电极彼此分隔第一间隔，
彼此分隔开的所述两个相邻的线性电极被设置成相对于相邻的单元区的边界彼此相对。
3.如权利要求2所述的图像显示装置，其中，第一间隔小于透镜液晶层的晶胞间隙。
4.如权利要求3所述的图像显示装置，其中，当从顶视图看时，通过彼此分隔开第一间隔的所述两个相邻的线性电极使相邻区的边界和单元区中的最大折射率的位置之间的间隔增大。
5.如权利要求3所述的图像显示装置，其中，
液晶透镜部件的下基板还包括下偏振器，
液晶透镜部件的上基板还包括上偏振器，
透镜液晶层包括透镜液晶分子，
通过下偏振器取向的透镜液晶分子的方向和通过上偏振器取向的透镜液晶分子的方向之间的角度大于零。
6.如权利要求5所述的图像显示装置，其中，
当通过下偏振器取向的透镜液晶分子的方向和通过上偏振器取向的透镜液晶分子的方向之间的角度被称为透镜倾斜度，每水平距离的相位差被称为相位倾斜度时，
当透镜倾斜度大于预定值时，随着相位倾斜度变大，对应于通过液晶透镜部件形成的左透镜的单元区中的第一间隔缓慢减小，
当透镜倾斜度小于预定值时，随着相位倾斜度变大，在对应于左透镜的单元区中的第一间隔变得快速减小，
当透镜倾斜度小于预定值时，随着相位倾斜度变大，对应于通过液晶透镜部件形成的右透镜的单元区中的第一间隔缓慢减小，
当透镜倾斜度大于预定值时，随着相位倾斜度变大，在对应于右透镜的单元区中的第一间隔迅速变小。
7.如权利要求6所述的图像显示装置，其中，
随着左透镜的透镜倾斜度增大，对应于左透镜的单元区中的第一间隔的最大值增大，
随着右透镜的透镜倾斜度增大，对应于右透镜的单元区中的第一间隔的最大值减小。
8.如权利要求3所述的图像显示装置，其中，
液晶透镜部件的下基板还包括下偏振器，
液晶透镜部件的上基板还包括上偏振器，
透镜液晶层包括透镜液晶分子，
通过下偏振器取向的透镜液晶分子的方向和通过上偏振器取向的透镜液晶分子的方向之间的角度等于零。
9.如权利要求1所述的图像显示装置，其中，线性电极在相对于显示面板的像素布置方向倾斜的方向上延伸。
10.如权利要求9所述的图像显示装置，其中，
液晶透镜部件还包括设置在非显示区中的多个电压施加线，
线性电极中的每个具有在液晶透镜部件的非显示区中的在垂直于像素布置方向的方向上延伸的部分。
11.如权利要求10所述的图像显示装置，其中，电压施加线中的每个连接到线性电极中的对应线性电极。
12.如权利要求1所述的图像显示装置，其中，所述晶胞间隙是使液晶透镜部件的衍射效率最大的晶胞间隙的两倍。
13.一种图像显示装置，包括：
显示面板；和
液晶透镜部件，设置在显示面板上并且选择性提供二维图像和三维立体图像，
其中，液晶透镜部件包括：
下基板，包括设置在不同层中的多个线性电极；
上基板，包括板电极；和
透镜液晶层，设置在下基板和上基板之间，
其中，不同层中的线性电极交替地布置在液晶透镜部件的单元区中，
其中，当从顶视图看时，线性电极中的两个相邻的线性电极彼此分隔开，
其中，单元区中的线性电极的最小相位形成电极和次最小相位形成电极彼此分隔开第二间隔，其中，透镜液晶层的晶胞间隙是恒定的，
其中，透镜液晶层的晶胞间隙被确定为使得基于权重值的衍射效率的平均值最大，所述权重值是各单元区的面积比和透射率的乘积。
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