TW201307957A - 液晶裝置 - Google Patents
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Abstract
本發明涉及一種液晶裝置(100)，其具有至少一個設置在第一平面(1)上的第一電極(2)及複數個設置在一基本上與第一平面平行之第二平面(5)上的第二電極(4)，其中在第一平面(1)及第二平面(5)之間有一個液晶層(6)，該液晶層的作用是根據至少一個第一電極(2)及至少一個第二電極(4)之間的電壓大小，改變穿過液晶層(6)之光線的特性，尤其是改變其相位及/或偏振。液晶裝置(100)之特徵為：電極(2，4)的構造及設置方式使其在相鄰的第二電極(4)之間的中間區域(8)能夠產生一個橫向電場，該橫向電場將位於中間區域(8)內的液晶校準，使其直間或間接，尤其是與液晶裝置(100)的其他構件共同作用，例如與一或複數個偏振濾波器共同作用，將穿過液晶裝置(100)之中間區域(8)的光線的振幅縮小，其中此振幅縮小的程度大於從中間區域(8)之外穿過液晶層(6)的振幅縮小。
Description
本發明涉及一種液晶裝置，該裝置具有至少一個設置在第一平面上的第一電極，以及具有複數個設置在一基本上與第一平面平行之第二平面上的第二電極，其中在第一平面及第二平面之間有一個液晶層，該液晶層的作用是根據至少一個第一電極及至少一個第二電極之間的電壓大小，改變穿過液晶層之光線的特性，尤其是改變其相位及/或偏振。
這一類液晶裝置經常被應用在全像顯示，例如作為光學光調制器的零件。例如WO 2010/149587 A2就有提出這一類裝置。這個專利描述一種用於顯示二維及/或三維圖像或場景用的光調制裝置。此種光調制裝置具有一個光調制器及一個控制該光調制器用的控制裝置。透過光調制器可以根據光調制器的位置改變一基本上準直之光波場的相位及/或振幅。在光波場的傳播方向上，至少有一個繞射結構可改變的繞射裝置設置在光調制器之後。透過繞射結構可以使經過光調制器改變的光波場按照預先給定的方式產生可改變的繞射。
這種裝置的一個缺點是，穿過相鄰的第二電極之間的區域、且具有不同於穿過第二電極之中心區域之光線的特性(尤其是相位)的光線可能會對裝置造成干擾。其他缺點還包括可能偏離所希望的調制作用，或是導致照射在電極邊緣的光線發生散射。另一種可能性是會使穿過相鄰的第二電極之間的區域的光線具有具干擾性且不利的相移。這些現象會對圖像顯示造成干擾。
因此WO 2009/156191 A1建議使用一種變跡掩模，經過改性後，這種變跡掩模能夠降低在被選出之較高的繞射級及/或從光調制器發出之干擾光的強度。這個專利提出的特殊建議是，將一個陣列的變跡掩模安裝在全像直視顯示器，其中該全像直視顯示器具有帶有調制單元之可控制光調制器，其作用是調制所產生之相干光的相位及/或振幅。變跡掩模對一組預先給定的調制單元具有相同的變跡函數，透過此變跡函數可以對調制單元進行振幅透明度的調整，此振幅透明度相當於在光調制器的遠場個別預先定義的強度變化，其中該預先定義的強度變化包含降低在較高之繞射級及/或從光調制器發出之干擾光的強度。這個專利建議透過一種在計算單元內的運算的交替程序測出變跡函數。這種變跡掩模可應用於光調制裝置，以實現在全像直視顯示器內進行的不同的調制方式。但由於這種解決方案需要額外安裝許多構件，因此其缺點是過程複雜且成本很高。
這種裝置的一個缺點是，穿過相鄰的第二電極之間的區域、且具有不同於穿過第二電極之中心區域之光線的特性(尤其是相位)的光線可能會對裝置造成干擾。其他缺點還包括可能偏離所希望的調制作用，或是導致照射在電極邊緣的光線發生散射。另一種可能性是會使穿過相鄰的第二電極之間的區域的光線具有具干擾性且不利的相移。這些現象會對圖像顯示造成干擾。
因此WO 2009/156191 A1建議使用一種變跡掩模，經過改性後，這種變跡掩模能夠降低在被選出之較高的繞射級及/或從光調制器發出之干擾光的強度。這個專利提出的特殊建議是，將一個陣列的變跡掩模安裝在全像直視顯示器，其中該全像直視顯示器具有帶有調制單元之可控制光調制器，其作用是調制所產生之相干光的相位及/或振幅。變跡掩模對一組預先給定的調制單元具有相同的變跡函數，透過此變跡函數可以對調制單元進行振幅透明度的調整，此振幅透明度相當於在光調制器的遠場個別預先定義的強度變化，其中該預先定義的強度變化包含降低在較高之繞射級及/或從光調制器發出之干擾光的強度。這個專利建議透過一種在計算單元內的運算的交替程序測出變跡函數。這種變跡掩模可應用於光調制裝置，以實現在全像直視顯示器內進行的不同的調制方式。但由於這種解決方案需要額外安裝許多構件，因此其缺點是過程複雜且成本很高。
本發明的目的是提出一種簡單且能夠以低成本製造、而且能夠避免以上描述之干擾效應的液晶裝置。
為達到上述目的，本發明之液晶裝置具有以下的特徵：第二電極的構造及設置方式使其在相鄰的第二電極之間的中間區域能夠產生一個橫向電場，該橫向電場將位於中間區域內的液晶校準，使其直間或間接，尤其是與液晶裝置(例如一或複數個偏振濾波器)共同作用，將穿過液晶裝置之中間區域的光線的振幅縮小，其中此振幅縮小的程度大於從中間區域之外穿過液晶層的振幅縮小。視第一及/或第二電極的特性而定，自然光能夠以幾乎不會發生振幅縮小的方式從中間區域之外穿過液晶層，也就是說，振幅縮小的值幾乎等於0。在這種情況下，如果以射入液晶裝置之光線為準的振幅縮小的值不是0的話，則穿過液晶裝置之中間區域的光線就會出現振幅縮小的情況。
根據本發明可知，透過電極本身特殊的構造及配置方式可以避免因穿過第二電極之間的中間區域的光線及/或因穿過第一電極之間的中間區域的光線(如果有複數個第一電極的話)造成的干擾效應。這是因為有若干液晶(也就是位於電極之間的中間區域內的液晶)—有時亦與與其他構件共同作用—擔負起減弱器的作用。因此一個很大的優點是不必另外使用一個掩模阻斷或減弱穿過中間區域的光線。
製造該至少一個第一電極及第二電極的材料最好是一種對與液晶裝置交互作用的光線透明的材料，而且要盡可以不會反射及/或吸收光線。本發明所謂的位於”電極之間的中間區域”內的液晶，是指液晶層的液晶，而且該液晶層是與相鄰的第二電極之間的中間區域直接相鄰，及/或與相鄰的複數個第一電極之間的中間區域直接相鄰。中間區域也可以被理解為一個以中間區域為底面從電極表面或設有電極的基板表面垂直延伸到液晶層內的空間範圍或體積。
為了達到上述效應，液晶裝置的一種特別有利的實施方式是使相鄰的第二電極之間的距離小到能夠在中間區域產生一個橫向電場的程度，該橫向電場將位於中間區域內的液晶校準，使其直間或間接將穿過液晶裝置之中間區域的光線的振幅縮小，其中此振幅縮小的程度大於從中間區域之外穿過液晶層的振幅縮小。
根據一種特別有利的實施方式，穿過液晶裝置之中間區域的光線的振幅縮小程度為50%、75%、或甚至達到90%。
根據液晶裝置的一種特別有利的實施方式，在第一平面上只有一個第一電極。根據另外一種實施方式，在第一平面上設有複數個第一電極。
如同第二電極一樣，對於在第一平面上設有複數個第一電極的液晶裝置而言，一種有利的方式是，第一電極的構造及設置方式使其在相鄰的第一電極之間的中間區域能夠產生一個橫向電場，該橫向電場將位於中間區域內的液晶校準，使其直間或間接，尤其是與液晶裝置(例如一或複數個偏振濾波器)共同作用，將穿過液晶裝置之中間區域的光線的振幅縮小，其中此振幅縮小的程度大於從中間區域之外穿過液晶層的振幅縮小。
根據一種特別有利的實施方式，可以根據至少一個第一電極及第二電極之間的電壓大小，將液晶層的液晶校準到第一定向(以液晶的分子軸為準)或尤其是與第一定向垂直的第二定向(以液晶的分子軸為準)，或是校準到第一定向及第二定向之間的中間位置。特別是可以使穿過液晶層的光線具有隨電壓值變化的相位。
根據一種使穿過液晶裝置之中間區域的光線的振幅縮小的實施方式，在相鄰的複數個第一電極之間的中間區域及/或在相鄰的第二電極之間的中間區域能夠產生一個橫向電場，該橫向電場能夠使位於中間區域內的液晶具有第三定向，其中該第三定向不同於第一定向及第二定向，亦不同於第一定向及第二定向之間的中間位置。
可以根據所使用之液晶裝置的邊界條件及液晶的種類，將第三定向的方向校準為垂直於第一及/或第二平面。但是對若干應用而言，一種有利的方式是將第三定向的方向校準為大致平行於第一及/或第二平面，這也可稱為平面內校準。
以下以一個ECB(電控雙折射)液晶模式為例說明定向。在這個模式中，第一定向是經由液晶分子的表面校準獲得實現，也就是使液晶分子的縱軸大致平行於第一及第二平面。此處所謂大致平行於第一及第二平面是指，液晶分子之縱軸及第一及/或第二平面之間的夾角不超過5度。
在這個例子中，以兩個第一電極之間及/或兩個第二電極之間的連接線為準，第一定向具有一個大於30度(最好是在45度至90度之間)的角度。
在一個第一及與一個其相對而立之第二電極之間加上一個電場產生的第二定向係垂直於第一及第二平面。由相鄰的第一電極及/或第二電極之間的橫向電場產生的第三定向大致平行於第一及第二平面，但是相對於第一定向旋轉一角度。根據一種有利的實施方式，第一定向及第三定向之間的旋轉角為45度。此外，液晶裝置在輸入端及輸出端各具有一個線性偏振器。這兩個線性偏振器的通流方向彼此平行，而且平行於第一定向。在這種情況下，第一及第二定向及這兩個定向之間的中間位置具有大致相同的透射率，但具有不同的相位延遲。第三定向的透射率小於第一及第二定向。
根據一種有利的實施方式，第一定向的方向及第二定向的方向位於相同的平面，中間位置的方向也是位於這個平面。對這種實施方式而言，一種有利的方式是，第三定向的方向垂直於第一定向及/或垂直於第二定向及/或垂直於至少一個中間位置的方向。
一種有利的方式是，將液晶裝置設計成第一定向的方向及/或第二定向的方向分別大致平行於第一及第二平面，而第三定向的方向與第一及/或第二平面夾一個不是0度的角度，尤其是垂直於第一及/或第二平面。
以下用PSS(偏振遮蔽近晶相)液晶模式為例說以上兩段的內容。對於在輸入端及輸出端均具有循環偏振器的裝置而言，在透過液晶分子的平面內旋轉進行的PSS液晶模式的相位調制中，第一及第二定向都是大致平行於第一及第二平面。PSS液晶模式使用的是一種垂直於一電場的特殊液晶分子。因此第一定向對第二定向的平面內旋轉是由第一及第二電極之間的一個電場進行。
透射率的縮小是透過液晶分子旋轉到一個不再平行於第一及第二平面的定向獲得實現。這個旋轉是由相鄰的第一及/或第二電極之間的橫向電場所產生。理論上垂直於第一及第二平面(也就是亦垂直於第一及第二定向)的第三定向將會達到最小透射率。
但是也可以使第三定向的方向平行於第一及第二平面。例如前面提及的ECB液晶模式就是這種情況。
根據一種有利的實施方式，只需將一不高於操作液晶裝置通常所需的電壓(與穿過中間區域的光線減低的干擾效應無關)接通至電極之間，即可在電極之間產生橫向電場。這種實施方式的優點是不會對液晶裝置要產生的物理效應(例如光線的與像素有關的相位調制)造成不利的影響。
在這方面可以定義一個最大電壓，在這個電壓下，位於中間區域之外的液晶不是在第一定向就是在第二定向被校準。一種有利的替代或補充作法是定義一個最大電壓，在這個電壓下，在中間區域之外穿過液晶層的光線在第一及第二定向之間會產生2pi的相對相位延遲。
一種有利的替代或補充方式是定義一個電壓範圍，其中電壓範圍的下限被分派到在中間區域之外穿過液晶層之光線的最小相位延遲，電壓範圍的上限被分派到在中間區域之外穿過液晶層之光線的最大相位延遲，或是反過來，電壓範圍的下限被分派到在中間區域之外穿過液晶層之光線的最大相位延遲，電壓範圍的上限被分派到在中間區域之外穿過液晶層之光線的最小相位延遲。
對以上提及的實施方式而言，一種很有利的方式是，當最大電壓或電壓範圍的下限或電壓範圍的上限接通到至少一個第一電極及一個第二電極之間，位於中間區域的液晶被校準到第三定向，及/或位於中間區域的液晶產生直接或間接使振幅縮小。
根據一種有利的實施方式，位於中間區域的液晶被校準到第三定向。
一種特別有利的方式是，當相鄰的第一電極及/或相鄰的第二電極被相反極化，尤其是具有在一固定及/或可固定之電壓範圍的下限及一固定及/或可固定之電壓範圍的上限之間的電位差的至少50%或尤其是至少70%的相反的電位差，位於中間區域的液晶直接或間接使振幅縮小。這種實施方式考慮到一個事實，那就是如果相鄰的電極之間沒有或是只有很小的電位差，則前面提及的干擾效應就不會出現，或干擾程度會變得較輕。這是因為此時並不存在橫向電場存在，或是只有很小的橫向電場，因此不會將位於中間區域的液晶以比對位於電極之中心區域的液晶較不利的方式校準。
一種應用範圍很廣(尤其是應用於全像顯示)的實施方式是，在中間區域之外穿過液晶層的光線的振幅不會隨電壓的大小(至少是在一個特定的電壓範圍內)而改變，也就是一直保持在0至2pi的相移之間。
一種特別有利於使穿過液晶裝置之中間區域的光線的振幅縮小的實施方式是，第一及/或第二電極具有一種可對電場造成影響的電極結構，尤其是不均勻的電阻輪廓。例如可以對載有電極的基板進行多重鍍膜，以形成這樣的電阻輪廓。
實驗結果顯示，一種特別有利的實施方式是，相鄰的第一電極之間的距離小於相鄰的第一電極中的一個電極之寬度的15%、小於10%、或最好是小於7%，及/或相鄰的第二電極之間的距離小於相鄰的第二電極中的一個電極之寬度的15%、小於10%、或最好是小於7%。
一種有利的方式是將液晶裝置應用於全像顯示器或投影顯示器，尤其一種具有本發明之液晶裝置的顯示二維及/或三維圖像或場景用的光調制裝置。本發明的液晶裝置特別適合應用於按照WO 2010/149587 A2之理論製造的光調制裝置，及/或製作成如WO 2010/149587 A2之申請專利範圍第1項至第36項中任一項的光調制裝置。
為達到上述目的，本發明之液晶裝置具有以下的特徵：第二電極的構造及設置方式使其在相鄰的第二電極之間的中間區域能夠產生一個橫向電場，該橫向電場將位於中間區域內的液晶校準，使其直間或間接，尤其是與液晶裝置(例如一或複數個偏振濾波器)共同作用，將穿過液晶裝置之中間區域的光線的振幅縮小，其中此振幅縮小的程度大於從中間區域之外穿過液晶層的振幅縮小。視第一及/或第二電極的特性而定，自然光能夠以幾乎不會發生振幅縮小的方式從中間區域之外穿過液晶層，也就是說，振幅縮小的值幾乎等於0。在這種情況下，如果以射入液晶裝置之光線為準的振幅縮小的值不是0的話，則穿過液晶裝置之中間區域的光線就會出現振幅縮小的情況。
根據本發明可知，透過電極本身特殊的構造及配置方式可以避免因穿過第二電極之間的中間區域的光線及/或因穿過第一電極之間的中間區域的光線(如果有複數個第一電極的話)造成的干擾效應。這是因為有若干液晶(也就是位於電極之間的中間區域內的液晶)—有時亦與與其他構件共同作用—擔負起減弱器的作用。因此一個很大的優點是不必另外使用一個掩模阻斷或減弱穿過中間區域的光線。
製造該至少一個第一電極及第二電極的材料最好是一種對與液晶裝置交互作用的光線透明的材料，而且要盡可以不會反射及/或吸收光線。本發明所謂的位於”電極之間的中間區域”內的液晶，是指液晶層的液晶，而且該液晶層是與相鄰的第二電極之間的中間區域直接相鄰，及/或與相鄰的複數個第一電極之間的中間區域直接相鄰。中間區域也可以被理解為一個以中間區域為底面從電極表面或設有電極的基板表面垂直延伸到液晶層內的空間範圍或體積。
為了達到上述效應，液晶裝置的一種特別有利的實施方式是使相鄰的第二電極之間的距離小到能夠在中間區域產生一個橫向電場的程度，該橫向電場將位於中間區域內的液晶校準，使其直間或間接將穿過液晶裝置之中間區域的光線的振幅縮小，其中此振幅縮小的程度大於從中間區域之外穿過液晶層的振幅縮小。
根據一種特別有利的實施方式，穿過液晶裝置之中間區域的光線的振幅縮小程度為50%、75%、或甚至達到90%。
根據液晶裝置的一種特別有利的實施方式，在第一平面上只有一個第一電極。根據另外一種實施方式，在第一平面上設有複數個第一電極。
如同第二電極一樣，對於在第一平面上設有複數個第一電極的液晶裝置而言，一種有利的方式是，第一電極的構造及設置方式使其在相鄰的第一電極之間的中間區域能夠產生一個橫向電場，該橫向電場將位於中間區域內的液晶校準，使其直間或間接，尤其是與液晶裝置(例如一或複數個偏振濾波器)共同作用，將穿過液晶裝置之中間區域的光線的振幅縮小，其中此振幅縮小的程度大於從中間區域之外穿過液晶層的振幅縮小。
根據一種特別有利的實施方式，可以根據至少一個第一電極及第二電極之間的電壓大小，將液晶層的液晶校準到第一定向(以液晶的分子軸為準)或尤其是與第一定向垂直的第二定向(以液晶的分子軸為準)，或是校準到第一定向及第二定向之間的中間位置。特別是可以使穿過液晶層的光線具有隨電壓值變化的相位。
根據一種使穿過液晶裝置之中間區域的光線的振幅縮小的實施方式，在相鄰的複數個第一電極之間的中間區域及/或在相鄰的第二電極之間的中間區域能夠產生一個橫向電場，該橫向電場能夠使位於中間區域內的液晶具有第三定向，其中該第三定向不同於第一定向及第二定向，亦不同於第一定向及第二定向之間的中間位置。
可以根據所使用之液晶裝置的邊界條件及液晶的種類，將第三定向的方向校準為垂直於第一及/或第二平面。但是對若干應用而言，一種有利的方式是將第三定向的方向校準為大致平行於第一及/或第二平面，這也可稱為平面內校準。
以下以一個ECB(電控雙折射)液晶模式為例說明定向。在這個模式中，第一定向是經由液晶分子的表面校準獲得實現，也就是使液晶分子的縱軸大致平行於第一及第二平面。此處所謂大致平行於第一及第二平面是指，液晶分子之縱軸及第一及/或第二平面之間的夾角不超過5度。
在這個例子中，以兩個第一電極之間及/或兩個第二電極之間的連接線為準，第一定向具有一個大於30度(最好是在45度至90度之間)的角度。
在一個第一及與一個其相對而立之第二電極之間加上一個電場產生的第二定向係垂直於第一及第二平面。由相鄰的第一電極及/或第二電極之間的橫向電場產生的第三定向大致平行於第一及第二平面，但是相對於第一定向旋轉一角度。根據一種有利的實施方式，第一定向及第三定向之間的旋轉角為45度。此外，液晶裝置在輸入端及輸出端各具有一個線性偏振器。這兩個線性偏振器的通流方向彼此平行，而且平行於第一定向。在這種情況下，第一及第二定向及這兩個定向之間的中間位置具有大致相同的透射率，但具有不同的相位延遲。第三定向的透射率小於第一及第二定向。
根據一種有利的實施方式，第一定向的方向及第二定向的方向位於相同的平面，中間位置的方向也是位於這個平面。對這種實施方式而言，一種有利的方式是，第三定向的方向垂直於第一定向及/或垂直於第二定向及/或垂直於至少一個中間位置的方向。
一種有利的方式是，將液晶裝置設計成第一定向的方向及/或第二定向的方向分別大致平行於第一及第二平面，而第三定向的方向與第一及/或第二平面夾一個不是0度的角度，尤其是垂直於第一及/或第二平面。
以下用PSS(偏振遮蔽近晶相)液晶模式為例說以上兩段的內容。對於在輸入端及輸出端均具有循環偏振器的裝置而言，在透過液晶分子的平面內旋轉進行的PSS液晶模式的相位調制中，第一及第二定向都是大致平行於第一及第二平面。PSS液晶模式使用的是一種垂直於一電場的特殊液晶分子。因此第一定向對第二定向的平面內旋轉是由第一及第二電極之間的一個電場進行。
透射率的縮小是透過液晶分子旋轉到一個不再平行於第一及第二平面的定向獲得實現。這個旋轉是由相鄰的第一及/或第二電極之間的橫向電場所產生。理論上垂直於第一及第二平面(也就是亦垂直於第一及第二定向)的第三定向將會達到最小透射率。
但是也可以使第三定向的方向平行於第一及第二平面。例如前面提及的ECB液晶模式就是這種情況。
根據一種有利的實施方式，只需將一不高於操作液晶裝置通常所需的電壓(與穿過中間區域的光線減低的干擾效應無關)接通至電極之間，即可在電極之間產生橫向電場。這種實施方式的優點是不會對液晶裝置要產生的物理效應(例如光線的與像素有關的相位調制)造成不利的影響。
在這方面可以定義一個最大電壓，在這個電壓下，位於中間區域之外的液晶不是在第一定向就是在第二定向被校準。一種有利的替代或補充作法是定義一個最大電壓，在這個電壓下，在中間區域之外穿過液晶層的光線在第一及第二定向之間會產生2pi的相對相位延遲。
一種有利的替代或補充方式是定義一個電壓範圍，其中電壓範圍的下限被分派到在中間區域之外穿過液晶層之光線的最小相位延遲，電壓範圍的上限被分派到在中間區域之外穿過液晶層之光線的最大相位延遲，或是反過來，電壓範圍的下限被分派到在中間區域之外穿過液晶層之光線的最大相位延遲，電壓範圍的上限被分派到在中間區域之外穿過液晶層之光線的最小相位延遲。
對以上提及的實施方式而言，一種很有利的方式是，當最大電壓或電壓範圍的下限或電壓範圍的上限接通到至少一個第一電極及一個第二電極之間，位於中間區域的液晶被校準到第三定向，及/或位於中間區域的液晶產生直接或間接使振幅縮小。
根據一種有利的實施方式，位於中間區域的液晶被校準到第三定向。
一種特別有利的方式是，當相鄰的第一電極及/或相鄰的第二電極被相反極化，尤其是具有在一固定及/或可固定之電壓範圍的下限及一固定及/或可固定之電壓範圍的上限之間的電位差的至少50%或尤其是至少70%的相反的電位差，位於中間區域的液晶直接或間接使振幅縮小。這種實施方式考慮到一個事實，那就是如果相鄰的電極之間沒有或是只有很小的電位差，則前面提及的干擾效應就不會出現，或干擾程度會變得較輕。這是因為此時並不存在橫向電場存在，或是只有很小的橫向電場，因此不會將位於中間區域的液晶以比對位於電極之中心區域的液晶較不利的方式校準。
一種應用範圍很廣(尤其是應用於全像顯示)的實施方式是，在中間區域之外穿過液晶層的光線的振幅不會隨電壓的大小(至少是在一個特定的電壓範圍內)而改變，也就是一直保持在0至2pi的相移之間。
一種特別有利於使穿過液晶裝置之中間區域的光線的振幅縮小的實施方式是，第一及/或第二電極具有一種可對電場造成影響的電極結構，尤其是不均勻的電阻輪廓。例如可以對載有電極的基板進行多重鍍膜，以形成這樣的電阻輪廓。
實驗結果顯示，一種特別有利的實施方式是，相鄰的第一電極之間的距離小於相鄰的第一電極中的一個電極之寬度的15%、小於10%、或最好是小於7%，及/或相鄰的第二電極之間的距離小於相鄰的第二電極中的一個電極之寬度的15%、小於10%、或最好是小於7%。
一種有利的方式是將液晶裝置應用於全像顯示器或投影顯示器，尤其一種具有本發明之液晶裝置的顯示二維及/或三維圖像或場景用的光調制裝置。本發明的液晶裝置特別適合應用於按照WO 2010/149587 A2之理論製造的光調制裝置，及/或製作成如WO 2010/149587 A2之申請專利範圍第1項至第36項中任一項的光調制裝置。
第1圖以示意方式顯示本發明之液晶裝置100的一個實施例的斷面圖。
液晶裝置100具有被數個對與液晶裝置100交互作用之光線透過的第一電極2，其中第一電極2係位於第一平面1上。第一電極2係設置在一個透明的第一基板3上。此外，液晶裝置100還具有被數個與第一電極2相對而立的、且對與液晶裝置100交互作用之光線透過的第二電極4，其中第二電極2係位於一基本上平行於第一平面1的第二平面5上，其中在第一平面1及第二平面5之間有一個液晶層6。第二電極4係設置在一個透明的第二基板9上。
液晶層6的作用是根據接通到彼此相對而立之第一電極2及第二電極4之間的電壓大小，改變穿過液晶層6之光線的特性，尤其是改變其相位及/或偏振。
第一電極2的構造及設置方式使其在相鄰的第一電極2之間的中間區域7能夠產生一個橫向電場，該橫向電場將位於第一中間區域7內的液晶校準，使其直間或間接，尤其是與液晶裝置100的其他構件(未在圖式中繪出)共同作用，例如與一或複數個偏振濾波器(未在圖式中繪出)共同作用，將穿過液晶裝置100之中間區域7的光線的振幅縮小，其中此振幅縮小的程度大於從中間區域7之外穿過液晶層6的振幅縮小。
同樣的，第二電極4的構造及設置方式使其在相鄰的第二電極4之間的中間區域8能夠產生一個橫向電場，該橫向電場將位於第二中間區域8內的液晶校準，使其直間或間接，尤其是與液晶裝置100的其他構件(未在圖式中繪出)共同作用，例如與一或複數個偏振濾波器(未在圖式中繪出)共同作用，將穿過液晶裝置100之中間區域8的光線的振幅縮小，其中此振幅縮小的程度大於從中間區域8之外穿過液晶層6的振幅縮小。
具體而言，相鄰的第一電極2之間的距離d1及相鄰的第二電極2之間的距離d2要小到能夠在中間區域7，8產生一個橫向電場，該橫向電場將位於中間區域7，8內的液晶校準，使其直間或間接將穿過液晶裝置100之中間區域7，8的光線的振幅縮小，其中此振幅縮小的程度大於從中間區域7，8之外穿過液晶層6的振幅縮小。
在這個實施例中，相鄰的第一電極2之間的距離d1及相鄰的第二電極2之間的距離d2都大約是0.6μm，電極2，4的寬度大約是4.4μm。因此相鄰的第一電極2之間的距離d1及相鄰的第二電極2之間的距離d2均小於電極2，4的寬度的15%(具體而言是僅等於電極2，4的寬度的13.6%)。
被定義的電壓範圍是0V至5V，其中電壓範圍的下限0V被分派到在中間範圍7，8之外穿過液晶層6的一個最小相位延遲，電壓範圍的下限5V被分派到在中間範圍7，8之外穿過液晶層6的一個最大相位延遲。在液晶裝置100中，當相鄰的第一電極2及/或相鄰的第二電極4被相反極化，位於中間區域的液晶就會直間或間接使振幅縮小。
第2圖顯示在相鄰的第一電極2及相鄰的第二電極4分別以5V的電位差被相反極化的情況下的電場分佈。
從第2圖可以看出，中間區域7，8的電力線密度非常大，而且大到使這個區域內的液晶的定向不同於其他液晶。
第3圖顯示電場強度隨沿著一條平行於第二平面5之直線的位置的變化。在第2圖中以元件符號10標示這條非常靠近平面5的直線。從圖中可以明顯看出，由於電極4之間的距離d2很小，因此在中間區域8內會達到非常高的電場強度，因此使中間區域8內的液晶產生特殊的定向。
第4圖顯示電場強度隨沿著另一條平行於第二平面5之直線的位置的變化。在第4圖中以元件符號11標示這條與平面5相距一段距離的直線。從圖中可以明顯看出，在中間區域7，8之外的電場強度變得很低，這個電強度遠小於液晶使穿過液晶層6的光線達到0至2pi的相位延遲所需之定向所需的電場強度，其中該所需之定向不同於中間區域7，8內之液晶的第三定向。
第5圖以示意方式顯示本發明之應用ECB液晶模式的液晶裝置的一個實施例的第一、第二及第三定向12, 13, 14的俯視圖。
在這個俯視圖中，帶有電極2，4及其之間之中間區域7，8的第一及第二平面均平行於圖面。
從第5圖中可看出，液晶分子的第一定向12平行於該等平面，並相對於兩個第一電極2或兩個第二電極4之間以虛線顯示的連接線16轉動45度。圖中僅以示意方式顯示一個有代表性的長橢圓形的液晶分子17。透過在基板及/或在電極2，4上的表面校準(例如透過一個表面校準層)可以產生這個定向。圖中還以示意方式顯示由第一電極2及與其相對而立的第二電極4之間的電場產生的第二定向13。液晶分子17的縱軸從圖面向外延伸。根據本發明，兩個第一電極2及/或兩個第二電極4之間的橫向電場會在中間區域7，8內產生一個第三定向。此時液晶分子17平行於圖面，且平行於兩個第一電極2或兩個第二電極4之間的連接線16。
此外，第5圖中的箭號15標示一個線性偏振器(未在第5圖中繪出)的通流方向。在這個實施例中，在基板(未在第5圖中繪出)的輸入端及輸出端各有一個線性偏振器，這兩個線性偏振器的通流方向彼此平行，而且也平行於液晶分子17的第一定向12。
以上是透過特別的實施方式說明本發明的內容。但是這些實施方式可能的修改及變化仍將屬於本發明的範圍，也就是說這些可能的修改及變化並不會超出以下提出之申請專利範圍。
液晶裝置100具有被數個對與液晶裝置100交互作用之光線透過的第一電極2，其中第一電極2係位於第一平面1上。第一電極2係設置在一個透明的第一基板3上。此外，液晶裝置100還具有被數個與第一電極2相對而立的、且對與液晶裝置100交互作用之光線透過的第二電極4，其中第二電極2係位於一基本上平行於第一平面1的第二平面5上，其中在第一平面1及第二平面5之間有一個液晶層6。第二電極4係設置在一個透明的第二基板9上。
液晶層6的作用是根據接通到彼此相對而立之第一電極2及第二電極4之間的電壓大小，改變穿過液晶層6之光線的特性，尤其是改變其相位及/或偏振。
第一電極2的構造及設置方式使其在相鄰的第一電極2之間的中間區域7能夠產生一個橫向電場，該橫向電場將位於第一中間區域7內的液晶校準，使其直間或間接，尤其是與液晶裝置100的其他構件(未在圖式中繪出)共同作用，例如與一或複數個偏振濾波器(未在圖式中繪出)共同作用，將穿過液晶裝置100之中間區域7的光線的振幅縮小，其中此振幅縮小的程度大於從中間區域7之外穿過液晶層6的振幅縮小。
同樣的，第二電極4的構造及設置方式使其在相鄰的第二電極4之間的中間區域8能夠產生一個橫向電場，該橫向電場將位於第二中間區域8內的液晶校準，使其直間或間接，尤其是與液晶裝置100的其他構件(未在圖式中繪出)共同作用，例如與一或複數個偏振濾波器(未在圖式中繪出)共同作用，將穿過液晶裝置100之中間區域8的光線的振幅縮小，其中此振幅縮小的程度大於從中間區域8之外穿過液晶層6的振幅縮小。
具體而言，相鄰的第一電極2之間的距離d1及相鄰的第二電極2之間的距離d2要小到能夠在中間區域7，8產生一個橫向電場，該橫向電場將位於中間區域7，8內的液晶校準，使其直間或間接將穿過液晶裝置100之中間區域7，8的光線的振幅縮小，其中此振幅縮小的程度大於從中間區域7，8之外穿過液晶層6的振幅縮小。
在這個實施例中，相鄰的第一電極2之間的距離d1及相鄰的第二電極2之間的距離d2都大約是0.6μm，電極2，4的寬度大約是4.4μm。因此相鄰的第一電極2之間的距離d1及相鄰的第二電極2之間的距離d2均小於電極2，4的寬度的15%(具體而言是僅等於電極2，4的寬度的13.6%)。
被定義的電壓範圍是0V至5V，其中電壓範圍的下限0V被分派到在中間範圍7，8之外穿過液晶層6的一個最小相位延遲，電壓範圍的下限5V被分派到在中間範圍7，8之外穿過液晶層6的一個最大相位延遲。在液晶裝置100中，當相鄰的第一電極2及/或相鄰的第二電極4被相反極化，位於中間區域的液晶就會直間或間接使振幅縮小。
第2圖顯示在相鄰的第一電極2及相鄰的第二電極4分別以5V的電位差被相反極化的情況下的電場分佈。
從第2圖可以看出，中間區域7，8的電力線密度非常大，而且大到使這個區域內的液晶的定向不同於其他液晶。
第3圖顯示電場強度隨沿著一條平行於第二平面5之直線的位置的變化。在第2圖中以元件符號10標示這條非常靠近平面5的直線。從圖中可以明顯看出，由於電極4之間的距離d2很小，因此在中間區域8內會達到非常高的電場強度，因此使中間區域8內的液晶產生特殊的定向。
第4圖顯示電場強度隨沿著另一條平行於第二平面5之直線的位置的變化。在第4圖中以元件符號11標示這條與平面5相距一段距離的直線。從圖中可以明顯看出，在中間區域7，8之外的電場強度變得很低，這個電強度遠小於液晶使穿過液晶層6的光線達到0至2pi的相位延遲所需之定向所需的電場強度，其中該所需之定向不同於中間區域7，8內之液晶的第三定向。
第5圖以示意方式顯示本發明之應用ECB液晶模式的液晶裝置的一個實施例的第一、第二及第三定向12, 13, 14的俯視圖。
在這個俯視圖中，帶有電極2，4及其之間之中間區域7，8的第一及第二平面均平行於圖面。
從第5圖中可看出，液晶分子的第一定向12平行於該等平面，並相對於兩個第一電極2或兩個第二電極4之間以虛線顯示的連接線16轉動45度。圖中僅以示意方式顯示一個有代表性的長橢圓形的液晶分子17。透過在基板及/或在電極2，4上的表面校準(例如透過一個表面校準層)可以產生這個定向。圖中還以示意方式顯示由第一電極2及與其相對而立的第二電極4之間的電場產生的第二定向13。液晶分子17的縱軸從圖面向外延伸。根據本發明，兩個第一電極2及/或兩個第二電極4之間的橫向電場會在中間區域7，8內產生一個第三定向。此時液晶分子17平行於圖面，且平行於兩個第一電極2或兩個第二電極4之間的連接線16。
此外，第5圖中的箭號15標示一個線性偏振器(未在第5圖中繪出)的通流方向。在這個實施例中，在基板(未在第5圖中繪出)的輸入端及輸出端各有一個線性偏振器，這兩個線性偏振器的通流方向彼此平行，而且也平行於液晶分子17的第一定向12。
以上是透過特別的實施方式說明本發明的內容。但是這些實施方式可能的修改及變化仍將屬於本發明的範圍，也就是說這些可能的修改及變化並不會超出以下提出之申請專利範圍。
1、5．．．平面
2、4．．．電極
3、9．．．基板
6．．．液晶層
7、8．．．中間區域
12、13、14．．．定向
15．．．箭號
16．．．連接線
17．．．液晶分子
100．．．液晶裝置
d1、d2．．．距離
以下用於說明本發明之內容用的圖式是以示意方式顯本發明的液晶裝置，其中相同或相同作用的元件係以相同的元件符號標示。其中：
第1圖：以示意方式顯示本發明之液晶裝置的一個實施例的斷面圖。
第2圖：在被相反極化且相鄰的電極的情況下，如第1圖之實施例的電場分佈。
第3圖：電場強度隨中間區域附近的一個水平位置(也就是平行於第一或第二平面的位置)的變化圖。
第4圖：電場強度隨中間區域旁邊的一個水平位置的變化圖。
第5圖：以示意方式顯示本發明之應用ECB液晶模式的液晶裝置的一個實施例的第一、第二及第三定向的俯視圖。
第1圖：以示意方式顯示本發明之液晶裝置的一個實施例的斷面圖。
第2圖：在被相反極化且相鄰的電極的情況下，如第1圖之實施例的電場分佈。
第3圖：電場強度隨中間區域附近的一個水平位置(也就是平行於第一或第二平面的位置)的變化圖。
第4圖：電場強度隨中間區域旁邊的一個水平位置的變化圖。
第5圖：以示意方式顯示本發明之應用ECB液晶模式的液晶裝置的一個實施例的第一、第二及第三定向的俯視圖。
1、5．．．平面
2、4．．．電極
3、9．．．基板
6．．．液晶層
7、8．．．中間區域
100．．．液晶裝置
d1、d2．．．距離
Claims (18)
- 一種液晶裝置，具有至少一個設置在第一平面上的第一電極及複數個設置在一基本上與第一平面平行之第二平面上的第二電極，其中在第一平面及第二平面之間有一個液晶層，該液晶層的作用是根據至少一個第一電極及至少一個第二電極之間的電壓大小，改變穿過液晶層之光線的特性，尤其是改變其相位及/或偏振，其特徵為：第二電極的構造及設置方式使其在相鄰的第二電極之間的中間區域能夠產生一個橫向電場，該橫向電場將位於中間區域內的液晶校準，使其直間或間接，尤其是與液晶裝置的其他構件共同作用，例如與一或複數個偏振濾波器共同作用，將穿過液晶裝置之中間區域光線的振幅縮小，其中此振幅縮小的程度大於從中間區域之外穿過液晶層的振幅縮小。
- 如申請專利範圍第1項的液晶裝置，其特徵為：相鄰的第二電極之間的距離小到能夠在中間區域產生一個橫向電場的程度，該橫向電場將位於中間區域內的液晶校準，使其直間或間接將穿過液晶裝置之中間區域的光線的振幅縮小，其中此振幅縮小的程度大於從中間區域之外穿過液晶層的振幅縮小。
- 如申請專利範圍第1項或第2項的液晶裝置，其特徵為：在第一平面上有複數個第一電極。
- 如申請專利範圍第3項的液晶裝置，其特徵為：第一電極的構造及設置方式使其在相鄰的第一電極之間的中間區域能夠產生一個橫向電場，該橫向電場將位於中間區域內的液晶校準，使其直間或間接，尤其是與液晶裝置的其他構件共同作用，例如與一或複數個偏振濾波器共同作用，將穿過液晶裝置之中間區域的光線的振幅縮小，其中此振幅縮小的程度大於從中間區域之外穿過液晶層的振幅縮小。
- 如前述申請專利範圍中任一項的液晶裝置，其特徵為：可以根據至少一個第一電極及第二電極之間的電壓大小，將液晶層的液晶校準到第一定向或尤其是與第一定向垂直的第二定向，或是校準到第一定向及第二定向之間的中間位置。
- 如申請專利範圍第5項的液晶裝置，其特徵為：在相鄰的複數個第一電極之間的中間區域及/或在相鄰的第二電極之間的中間區域能夠產生一個橫向電場，該橫向電場能夠使位於中間區域內的液晶具有第三定向，其中該第三定向不同於第一定向及第二定向，亦不同於第一定向及第二定向之間的中間位置。
- 如申請專利範圍第5項或第6項的液晶裝置，其特徵為：第一定向的方向及第二定向的方向位於相同的平面，中間位置的方向也是位於這個平面。
- 如申請專利範圍第6項或第7項的液晶裝置，其特徵為：第三定向的方向垂直於第一定向及/或垂直於第二定向及/或垂直於至少一個中間位置的方向。
- 如申請專利範圍第5項至第8項中任一項的液晶裝置，其特徵為：第一定向的方向及/或第二定向的方向分別大致平行於第一及第二平面，而第三定向的方向與第一及/或第二平面夾一個不是0度的角度，尤其是垂直於第一及/或第二平面。
- 如申請專利範圍第5項至第9項中任一項的液晶裝置，其特徵為：第三定向的方向平行於第一及第二平面。
- 如申請專利範圍第1項至第10項中任一項的液晶裝置，其特徵為：
a. 定義一個最大電壓，在這個電壓下，位於中間區域之外的液晶不是在第一定向就是在第二定向被校準，及/或在這個電壓下，在中間區域之外穿過液晶層的光線會在第一及第二定向之間產生2pi的相對相位延遲，及/或
b. 定義一個電壓範圍，其中電壓範圍的下限被分派到在中間區域之外穿過液晶層之光線的最小相位延遲，電壓範圍的上限被分派到在中間區域之外穿過液晶層之光線的最大相位延遲，或是反過來，電壓範圍的下限被分派到在中間區域之外穿過液晶層之光線的最大相位延遲，電壓範圍的上限被分派到在中間區域之外穿過液晶層之光線的最大相位延遲。 - 如申請專利範圍第11項的液晶裝置，其特徵為：當最大電壓或電壓範圍的下限或電壓範圍的上限接通到至少一個第一電極及一個第二電極之間，位於中間區域的液晶被校準到第三定向，及/或位於中間區域的液晶產生直接或間接使振幅縮小。
- 如申請專利範圍第1項至第12項中任一項的液晶裝置，其特徵為：當相鄰的第一電極及/或相鄰的第二電極被相反極化，位於中間區域的液晶被校準到第三定向，及/或位於中間區域的液晶產生直接或間接使振幅縮小。
- 如申請專利範圍第1項至第13項中任一項的液晶裝置，其特徵為：在中間區域之外穿過液晶層的光線的振幅不會隨電壓的大小(至少是在一個特定的電壓範圍內)而改變，也就是一直保持在0至2pi的相移之間。
- 如申請專利範圍第1項至第14項中任一項的液晶裝置，其特徵為：第一及/或第二電極具有一種可對電場造成影響的電極結構，尤其是不均勻的電阻輪廓，及/或第一及/或第二電極具有一種形式為不均勻的電阻輪廓的可對電場造成影響的電極結構，其中該不均勻的電阻輪廓是經由多重鍍膜而形成。
- 如申請專利範圍第1項至第15項中任一項的液晶裝置，其特徵為：相鄰的第一電極之間的距離小於相鄰的第一電極中的一個電極之寬度的15%、小於10%、或最好是小於7%，及/或相鄰的第二電極之間的距離小於相鄰的第二電極中的一個電極之寬度的15%、小於10%、或最好是小於7%。
- 如申請專利範圍第1項至第16項中任一項的液晶裝置，其特徵為：將液晶裝置製作為如WO 2010/149587 A2之申請專利範圍第1項至第36項中任一項的光調制裝置。
- 一種全像顯示器及/或投影顯示器及/或顯示二維及/或三維圖像或場景用的光調制裝置，具有至少一個如申請專利範圍第1項至第16項中任一項之液晶裝置。
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