TW201348741A - 液晶透鏡 - Google Patents

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Abstract

本發明係提供一種液晶透鏡、一種光學濾光片、及一種顯示裝置。根據入射光的偏光狀態，實施例性的液晶透鏡可顯示光學異向性及光學等向性。當應用液晶透鏡於可產生2D影像及3D影像之顯示裝置時，在光學異向性狀態不配戴眼鏡就可看見該3D影像，且在光學等向性狀態可看見該2D影像。

Description

液晶透鏡
本案係關於一種液晶透鏡、一種光學濾光片及一種顯示裝置。
通常，一顯示裝置顯示二維影像(之後，稱做「2D影像」)。目前，在遊戲或電影的領域中，基於三維影像(之後，稱做「3D影像」)需求的增加，因此，正在發展顯示3D影像的顯示裝置。藉由輸入一對2D影像至觀察者的雙眼，並在觀察者的腦中將輸入的影像融合，可辨識3D影像。
3D顯示裝置(之後，稱做「3D裝置」)可被分類成實體鏡裝置(stereo-scopic device)及自動實體鏡裝置(auto stereo-scopic device)。在自動實體鏡裝置中，一般使用在專利文獻1中所揭示的視差屏障式裝置(parallex barrier-type device)或在專利文獻2中所揭示的透鏡型透鏡式裝置(lenticular lens-type device)。
[相關文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]韓國專利公開號10-2005-0119140
[專利文獻2]韓國專利公開號10-2003-0088244
本案直接提供液晶透鏡、光學濾光片、及顯示裝置。
本發明的一態樣提供包含透鏡層的液晶透鏡。該透鏡層可包含含液晶分子的區域。該液晶分子可包含於該區域中，例如，在交聯或聚合狀態。
在一實施例中，該區域可為一膽固醇配向區域。如圖1所示，該膽固醇配向區域100可包含膽固醇液晶分子。該膽固醇配向液晶分子藉由在一層中堆疊液晶分子、並沿著螺旋軸H而扭曲液晶分子的指向矢(director)而形成螺旋結構。在螺旋結構中，直到液晶分子的指向矢旋轉全部360度的距離意旨參考間距P。
該膽固醇配向區域可為一平面配向區域、一垂直配向區域、或一焦點圓錐配向區域。該平面配向區域可為該區域的螺旋軸與該透鏡層的表面垂直的一區域。該垂直配向區域可為該區域的垂直軸與該透鏡層的表面平行的一區域。此外，該圓錐配向區域可為該區域的螺旋軸既不垂直也不平行該透鏡層的表面。當使用用語「垂直的(vertical)、平行的(parallel)、正交垂直的(perpendicular)或水平的(horizontal)」來定義說明書中的角度時，其意旨實質上不破壞期望的效果之垂直的、平行的、正交垂直的或水平的，包括，例如，考慮生產誤差或變化之誤差。例如，此名詞可包含在約±15,± 10，或±5度的誤差。
在一實施例中，該膽固醇配向區域可為垂直配向區域。該垂直配向區域可具有形成以平行於如圖1所式的透鏡層的表面之螺旋軸H。
該垂直配向區域可具有關於正交垂直於其螺旋軸的線性偏光的週期性折射率分布。例如，該區域可具有在1/2間距的週期的折射率分布。在一實施例中，該區域可具有藉由式1來計算折射率分布。
[式1]n eff(x)=n e n o/(n e 2cos2θ(x)+n o 2sin2θ(x))1/2
在式1中，x為該膽固醇配向區域的一座標，其係在0至P/2之間的任選的數目。在此，P為該膽固醇配向區域的間距，n eff(x)為關於在x點時的線性偏光之該膽固醇配向區域的折射率，n e為在該膽固醇配向區域中該液晶分子的特別折射率，n o為在該膽固醇配向區域中該液晶分子的一般折射率，及θ(x)為在一關於該液晶分子在x為0的點時之光軸的對應座標下該液晶分子的光軸的角度，。
在此，如圖1所示，x為在平行於該透鏡層表面的方向上，該膽固醇配向區域的座標，其具有0至P/2的值。如圖1所示，「0」為在該膽固醇配向液晶分子的間距開始的點之一座標。在一實施例中，該間距開始的點可為在平行於該透鏡層的表面所形成的該液晶分子的主軸的點。P/2為在將膽固醇配向液晶分子旋轉180度的點之一座標。
在此，θ(x)為在一關於該液晶分子在x為0的 點時之光軸的對應座標(x)下該液晶分子的光軸的角度，因此θ(0)為0。此外，因為在X為P/4的點時液晶分子的光軸從在X為0的點之液晶分子的光軸旋轉90度，因此θ(P/4)為π/2。此外，因為在X為P/2的點液晶分子的光軸從在X為0的點液晶分子的光軸旋轉180度，因此θ(P/2)為π。
當將θ(0)=0、θ(P/4)=π/2及θ(P/2)=π調整為式1時，可獲得neff(0)=neff(P/2)=no以及neff(P/4)=ne的值。即，在0間距及1/2間距(P/2)時該膽固醇配向區域可具有獲得一般折射率之折射率分布，及在P/4時獲得一特殊折射率。
「n eff(x)」可為在關於線性偏光(例如，具有550nm的波長並正交垂直於該區的螺旋軸)之x位置所測量之折射率。
當在1/2間距時膽固醇配向區域之折射率分布係根據式1而控制時，該透鏡層可提供做為透鏡狀的透鏡。因此，當將液晶透鏡應用於，例如，自動實體鏡3D裝置時，用於左眼之影像信號及用於右眼之影像信號在發射之前可被分開。
在一實施例中，該透鏡層可提供具有經由式2所決定的0.1至100、0.1至70、0.1至50、0.1至30或0.1至10公分之焦點距離(F)之透鏡。
[式2]F=P2/(32×d×△n)
在式2中，P為膽固醇配向區域之間距，d為透 鏡層的厚度，△n為在液晶配向區域中液晶分子的特殊折射率(ne)與一般折射率(no)之間的差(ne-no)。
根據光的偏光狀態，該液晶透鏡係能夠顯示光學異向性及光學等向性之透鏡，其可應用於例如顯示2D及3D影像之自動實體鏡3D裝置。
該焦點距離(F)可為關於例如正交垂直於該區域的螺旋軸之線性偏光之焦點距離。例如，考慮3D裝置之觀測距離，可控制此焦點距離。此外，為了控制焦點距離(F)，可控制該膽固醇配向區域的間距或雙折射率或透鏡的厚度。
在考慮3D裝置之顯示元件的像素大小時，可適當地控制該膽固醇配向區域的間距。在一實施例中，可將該膽固醇配向區域的間距控制為約0.1μm至10cm、0.1μm至5cm、0.1μm至3cm、0.1μm至1cm、0.1μrn至5000μm、或0.1μm至3000μm。當將間距控制在上述範圍時，從該顯示元件所接收之右眼及左眼的影像信號在發射之前可經由液晶透鏡來分離。
此外，為了提供在適當的距離沒配戴眼鏡而用於觀看3D影像之自動實體鏡3D裝置，在液晶配向區域之液晶分子的特殊折射率(ne)與一般折射率(no)之間的差(ne-no)可控制在0.01至0.6、0.1至0.6或0.01至0.5之範圍。此外，為了確保自動實體鏡3D裝置之適當的觀看距離，透鏡層的厚度可控制在0.1至100μm、0.1至50μm、0.1至30μm、或0.1至10μm。
該液晶透鏡可更包含一基底層。而且，可在該 基底層之一表面上形成該透鏡層。
作為基底層，可使用一般用於液晶透鏡或製造液晶透鏡之基底層而沒有任何限制。作為基底層，例如，可使用玻璃基底層或塑膠基底層。該塑膠基底層可為片或薄膜，其包含：例如一纖維基層，像是三醋酸纖維(triacetyl cellulose,TAC)或二乙酰基纖維(diacetyl cellulose,DAC)；一環烯烴聚合物(cyclo olefin polymer,COP)，像是一降冰片烯類單體(norbornene derivative)；一環烯烴共聚物(COC)；一丙烯基層，像是聚甲基丙烯酸甲酯(poly(methyl methacrylate),PMMA)；一聚碳酸酯(polycarbonate,PC)基層；一聚烯烴基層，像是聚乙烯(polyethylene,PE)或聚丙烯(polypropylene,PP)；聚乙烯醇(polyvinyl alcohol,PVA)基層；一聚硫醚(poly ether sulfone,PES)基層；一聚醚醚酮(polyetheretherketon,PEEK)基層；一聚醚酰亞胺(polyetherimide,PEI)基層；一聚萘二甲酸乙二醇酯(polyethylenenaphthalate,PEN)基層；一聚酯(polyester)，像是聚對苯二甲二乙酯(polyethyleneterephthalate,PET)；一聚亞醯胺(polyimide,PI)基層；一聚碸(polysulfone,PSF)基層或一四氟乙烯(fluorine resin)基層包含非晶型四氟乙烯(amorphous fluorine resin)。該塑膠基底層可選擇地為異向性或等向性。
該基底層可包含紫外線阻斷劑或紫外線吸收劑。當紫外線阻斷劑或紫外線吸收劑包含於該基底層時，可預防紫外線所導致之該透鏡層的破壞。該紫外線阻斷劑或吸收劑可為有機材料，例如水楊酸酯化合物(salicylic acid ester compound)、二苯甲酮化合物(benzophenone compound)、氧二 苯甲酮化合物(oxybenzophenone compound)、苯并三唑化合物(benzotriazol compound)、氰基丙酸酯化合物(cyanoacrylate compound)或安息香酸酯化合物(benzoate compound)或無機材料，例如，氧化鋅或鎳複合鹽。在基底層中的紫外線阻斷劑或吸收劑的含量沒有特別的限制且在考慮期望的效果可適當地選擇。例如，在用於塑膠基底層之製造步驟中，在以該基底層之主要成分的重量比例為基準時，該紫外線阻斷劑或吸收劑可包含在約0.1至25重量%。
該基底層的厚度沒有特別限制，根據期望的用途可適當地控制。該基底層可具有單層或多層結構。
該液晶透鏡可更包含在該基底層與該透鏡層之間的配向層以配向該液晶分子。作為配向層，在本技術領域中一般的配向層，例如，可使用光配向層、奈米印記型配向層((nano)imprinting-type alignment layer)或摩擦配向層(rubbing alignment layer)。該配向為一任選成分，其可提供一配向性質至該基底層，而沒有直接摩擦在基底層之配向層或延伸該基底層。
在一實施例中，當該膽固醇配向區域為垂直配向配向區域時，該配向層可為一垂直配向層。在垂直該垂直配向層的表面之方向，該垂直配向層可為能夠提供配向性質以配向一相鄰的液晶分子之配向層。
該液晶透鏡可藉由在相關技術領域中已知的方法來形成以滿足上述的條件。在液晶透鏡中，該膽固醇配向區域可藉由形成而製造，例如，從在該基底層之一表面的膽 固醇配向液晶組成物之膽固醇配向液晶層。
在該膽固醇配向區域將形成於其上之該基底層的表面可為，例如，具有親水性的表面。具有親水性之該基底層的表面可具有例如0至50、0至40、0至30、0至20或0至10度的潤濕角(wetting angle)。
該基底層之表面的潤濕角可為關於水的潤濕角。在此，關於該基底層的水所測量該潤濕角之方法沒有特別地限制，且可為在相關的技術領域中已知測量該潤濕角之方法，例如，根據製造商操作手冊，使用例如由KRUSS製造的DSA100設備。
作為具有潤濕角之該基底層，一基底層的表面藉由親水化或包含親水性官能基的基底層來處理，因此從可使用開始具有親水性。
在此，該親水化處理可為電暈處理(corona treatment)、電漿處理或鹼性處理。該處理條件沒有特別限制。在相關領域中，用於提供親水性至該基底層之各種方法係已知的，且該基底層可藉由使用上述方法進行親水化以具有潤濕角。
當在具有上述範圍的潤濕角上形成膽固醇配向液晶層，該膽固醇配向液晶層可在沒有將配向層或該配向的膽固醇配向區域控制在期望的範圍而配向。然而，視需要，在該基底層的表面上可形成在上述期望的配向，其中，該膽固醇配向液晶層形成在該基底層上。
當該膽固醇配向液晶組成物使用於具有潤濕角 的基底層之表面時，可形成該膽固醇配向液晶層。在此，名詞「膽固醇配向液晶組成物」可包含所有種類的組成物，可使用該組成物以形成該膽固醇配向區域。
在一實施例中，該組成物可包含向列液晶分子及對掌性劑。在將分子配向在不規則的位置而沒有形成一層的情況下，該向列液晶分子通常配向在長軸方向。當將對掌性劑添加至向列液晶分子中，可導入一期望的螺旋軸間距。在此，可根據式3來控制該螺旋間距。
[式3]P=1/Pt‧c
在式3中，Pt為該對掌性劑的扭轉能(twisting power)，且c為對掌性劑的莫耳濃度。因此，當使用具有扭轉能的對掌性劑或增加對掌性劑的含量，則對掌性向列液晶分子的間距可變得較短。
該向列液晶分子可使用任何在本技術領域中者而沒有任何限制。例如，作為液晶分子，可使用由下式1所表示的化合物。
於式1中，A為一單鍵、-COO-或-OCO-、且R1 至R10各自獨立為氫(hydrogen)、鹵素(halogen)、烷基(alkyl group)、烷氧基(alkoxy group)、烷氧羰基(alkoxycarbonyl group)、氰基(cyano group)、硝基(nitro group)、-U-Q-P或式2所表示之取代基、或R1至R5之間一對兩相鄰之取代基或R6至R10之間一對兩相鄰之取代基彼此結合，藉此形成由-U-Q-P取代的苯環，但至少R1至R10有一為-U-Q-P或式2所示之取代基、或R1至R5之間一對兩相鄰之取代基及R6至R10之間一對兩相鄰之取代基彼此結合，藉此形成由-U-Q-P取代的苯環。其中，U為-O-、-COO-或-OCO-，Q為伸烷基(alkylene group)或烷叉基(alkylidene group)，P為一烯基(alkenyl group)、環氧基(epoxy group)、氰基(cyano group)、羥基(carboxyl group)、丙烯醯基(acryloyl group)、甲基丙烯醯基(methacryloyl group)、丙烯醯氧基(acryloyloxy group)或甲基丙烯醯氧基(methacryloyloxy group)。
於式2中，B為一單鍵、-COO-或-OCO-、且R11至R15各自獨立為氫(hydrogen)、鹵素(halogen)、烷基(alkyl group)、烷氧基(alkoxy group)、烷氧羰基(alkoxycarbonyl group)、氰基(cyano group)、硝基(nitro group)、-U-Q-P或R11至R15之間兩相鄰之取代基彼此連結，藉此形成由-U-Q-P取代的苯環， 但R11至R15中至少一者為-U-Q-P，或R11至R15兩相鄰之取代基至少一對彼此連結，藉此形成由-U-Q-P取代的苯環，在此，U為-O-、-COO-或-OCO-，Q為伸烷基(alkylene group)或烷叉基(alkylidene group)，並且，P為一烯基(alkenyl group)、環氧基(epoxy group)、氰基(cyano group)、羥基(carboxyl group)、丙烯醯基(acryloyl group)、甲基丙烯醯基(methacryloyl group)、丙烯醯氧基(acryloyloxy group)或甲基丙烯醯氧基(methacryloyloxy group)。
式1與式2之中，此處用語「兩相鄰之取代基彼此連結，藉此形成由-U-Q-P取代的苯環」可意旨的是兩相鄰的取代基彼此連結，藉此整個形成由-U-Q-P取代的一萘(naphthalene)骨幹。
於式2中，在B的左邊之標記「」意旨的是「B」直接鍵結於式1所示之苯環。
式1與式2之中，用語「單鍵」意旨的是無分離原子出現於代表「A」或「B」的位置。例如，當A於式1為一單鍵，該設置於A兩側的苯環可直接鍵結以形成聯苯結構。
式1與式2之中，該鹵素可舉例為，氯、溴或碘。
除非另有定義，否則在此使用之用語「烷基(alkyl group)」可為，具有1至20個碳原子、1至16個碳原子、1至12個碳原子、1至8個碳原子或1至4個碳原子的 直線或支鏈之烷基，或具有3至20個碳原子、3至16個碳原子或4至12個碳原子之環烷基(cycloalkyl group)。該烷基可選擇性的以至少一取代基取代。
除非另有定義，否則在此使用之用語「烷氧基(alkoxy group)」可指一具有1至20個碳原子、1至16個碳原子、1至12個碳原子、1至8個碳原子或1至4個碳原子之烷氧基。該烷氧基可為直線、支鏈或環狀，並且，該烷氧基可選擇性的以一個或以上的取代基取代。
此外，除非另有定義，否則在此使用之用語「伸烷基(alkylene group)或伸烷基(alkylidene group)」可指具有1至12個碳原子、4至10個碳原子或6至9個碳原子之伸烷基或烷叉基。該伸烷基或烷叉基可例如為直線、支鏈或環狀，並且，該伸烷基或烷叉基可選擇性的以一個或以上的取代基取代。
此外，除非另有定義，否則在此使用之用語「烯基(alkenyl group)」可指具有2至20個碳原子、2至16個碳原子、2至12個碳原子、2至8個碳原子或2至4個碳原子之烯基。該烯基可為例如直線、支鏈或環狀，並且，該烯基可選擇性的以一個或以上的取代基取代。
於一實施例中，式1以及式2之中，「P」可例如為丙烯醯基(acryloyl group)、甲基丙烯醯基(methacryloyl group)、丙烯醯氧基(acryloyloxy group)或甲基丙烯醯氧基(methacryloyloxy group)。
在式1及2中，至少一個，例如，一個或兩個 「U-Q-P」或式2部分，可存在於，例如，R1、R8或R13之一位置。此外，於式1之化合物或式2部分中，一取代基，除了-U-Q-P或式2部分外，可為，例如，氫、鹵素、具有1至4個碳原子之直鏈或支鏈烷基、具有4至12個碳原子之環烷基(cycloalkyl group)、氰基(cyano group)、具有1至4個碳原子之烷氧基(alkoxy group)或硝基(nitro group)。於另一實施例中，一取代基，除了U-Q-P或式2部分外，可為，例如，氯、直鏈或支鏈之具有1至4個碳原子之烷基(alkyl group)、具有4至12個碳原子之環烷基(cycloalkyl group)、具有1至4個碳原子之烷氧基(alkoxy group)或氰基(cyano group)。
在說明書中，可將取代基取代至一特定的化合物或官能基上，但不限於烷基、烷氧基、烯基、環氧基(epoxy group)、羰基(oxo group)、氧雜環丁烷基(oxetanyl group)、氫硫基(mercapto group)、氰基(cyano group)、羧基(carboxyl group)、丙烯醯基(acryloyl group)、甲基丙烯醯基(methacryloyl group)、丙烯醯基(acryloyl group)、甲基丙烯醯氧基(methacryloyl group)、丙烯醯氧基(acryloyloxy group)、甲基丙烯醯氧基(methacryloyloxy group)或芳基。
在此，作為對掌性劑，任何能夠包含期望的螺旋間距而不破壞該液晶的液晶性，例如，可使用向列規則性(nematic regularity)而沒有特別地限制。用於將螺旋間距導入該液晶該之對掌性劑是需要的，以在分子結構中包括至少一對掌性。作為對掌性劑，例如，可使用具有一或至少兩個不對稱的碳之化合物；在雜原子(例如對掌性胺或對掌性亞碸) 上具有一不對稱點之化合物；或具有軸向地不對稱及具有軸員(axial member)(例如累接雙鍵烴或聯萘酚)的光學活性位置之化合物。該對掌性劑可為，例如，具有分子量為1,500以下之低分子化合物。例如，作為該對掌性劑，一市售對掌性向列液晶，例如，可使用如Merck販售的S-811或BASF販售的LC756之對掌性摻雜液晶。
以100重量份的式1化合物為基準，該對掌性劑可使用在1至10重量份之範圍。當對掌性劑的含量控制在上述範圍時，可有效地導入該膽固醇配向區域之螺旋扭轉。除非在說明書中另有說明，「重量份」可意旨重量比。
此外，該組成物可更導入一起始劑或一交聯劑，其用於聚合或交聯由式1所示的化合物。一適當的聚合反應起始劑可包含任何一能夠產生自由基以起始並傳遞(propagate)聚合反應或交聯。自由基起始劑可根據例如穩定性或半衰期來選擇。作為一自由基起始劑，，可使用任何能夠經由吸收或不同的方法而不在膽固醇配向區域中顯示另外的顏色者。該自由基起始劑典型地可為一熱自由基起始劑或一光起始劑。該熱自由基起始劑可包含，例如，過氧化物(peroxide)、過硫酸酯(persulfate)、或偶氮腈(azonitrile)化合物。在熱解期間，該自由基起始劑產生一自由基。
藉由電磁輻射線或顆粒之輻射可活化光起始劑。適當的光起始劑之實施例可包含一鎓鹽光起始劑、有機金屬光起始劑、陽離子金屬鹽起始劑、光可降解的有機矽烷、潛伏磺酸(latent sulfonic acid)、氧化膦(phosphine oxide)、環己 基苯基酮(cyclohexyl phenylketone)、經胺取代的苯乙酮(amine-substituted acetophenone)及二苯甲酮(benzophenone)。通常，可使用其它光源，但可使用紫外線以活化該光起始劑。該光起始劑可藉由吸收特定的光波長來選擇。
以100重量份的式1化合物為基準，該液晶組成物可包含0.1至10重量份的起始劑。當將該起始劑的含量控制為所述時，可導入該液晶分子的有效的聚合反應與交聯，且在聚合反應與交聯之後，藉由維持起始繼而可避免物理性質的降低。
該膽固醇配向液晶組成物典型地可為包含至少一溶劑之塗佈組成物之一部分。該溶劑的實施例可包含，例如，的鹵代烴，包括，氯仿、二氯甲烷、四氯乙烷、三氯乙烯、四氯乙烯及氯苯；芳香烴，包括苯、甲苯、二甲苯、甲氧基苯、及1,2-二甲氧基苯；醇類，包括甲醇、乙醇、丙醇及異丙醇；酮類，包括丙酮、甲基乙基酮、甲基異丁酮、環己酮及環戊酮的；賽路蘇類(cellosolves)，包括甲基賽路蘇、乙基賽路蘇、及丁基甲基賽路蘇之；及醚類，包括二乙二醇二甲醚(diethyleneglycol dimethylether)(DEGDME)及二丙二醇二甲醚(dipropyleneglycol dimethylether)(DPGDME)。此外，溶劑的含量沒有特別限制，並可在考慮塗佈效率或乾燥效率下適當地選擇。
此外，該液晶組成物可更包含一界面活性劑。可將該界面活性劑分布在該液晶的表面以產生表面，在形成之後，穩定液晶配向以平穩地維持該膽固醇配向的液晶層的 一表面，因此提高外觀品質。
作為界面活性劑，例如，可使用氟化碳系界面活性劑及/或矽系界面活性劑。作為氟化碳系界面活性劑，可使用由3M製造的產物，例如Fluorad FC4430TM、Fluorad FC4432TM、或Fluorad FC4434TM，或由DuPont所製造的產物，例如Zonyl，及作為矽系界面活性劑，可使用由BYK-Chemie製造的產物，例如BYKTM。該界面活性劑的含量沒有特別地限制，且可在考慮塗佈效率或乾燥效率下適當地選擇。
在該液晶組成物或包括相同者的塗佈組成物中，除了上述成分之外，可進一步混合一可聚合單體、一聚合物、一分散劑、一抗氧化劑或一臭氧抑制劑而不干擾該液晶分子的配向。此外，若需要該塗佈組成物可包含各種染料及色素以吸收紫外線、紅外線或可見光線。在部份情況下，較佳可包含增黏劑，例如，增稠劑(thickening agent)及添充劑(filler)。
該膽固醇配向液晶組成物可使用至該基底層，例如藉由各種液晶塗佈方法。在部分態樣中，在塗佈之後，將該膽固醇配向液晶組成物交聯、聚合或轉換成膽固醇配向液晶層。藉由各種技術可進行此轉換，該技術包含蒸發一溶劑及/或加熱以配向該液晶分子；該膽固醇配向的經組成物之交聯或聚合；使用熱，例如，光化輻射、光輻射(例如，紫外線、可見光或紅外光及電子束，及其組合)，並使用相同的技術將該膽固醇配向的液晶組成物硬化。
在製造方法中，塗佈該膽固醇配向的液晶組成物及形成該膽固醇配向的液晶層之操作可包含，例如硬化該 液晶組成物之塗佈層之操作。
藉由輻射足夠數量的紫外線以聚合該組成物的成分而可形成該液晶層。輻射該紫外線的條件沒有特別地限制，只要充分地進行該組成物的成分之聚合。在一實施例中，可藉由以約1至10J/cm2的輻射強度於區域A或C中輻射紫外線來進行紫外線的輻射。
製造該液晶透鏡可使用用於本技術領域中的方法，除了上述方法之外者，沒有特別地限制，而。
本發明的另一態樣提供一光學濾光片，包括一偏光控制元件及所配置的一液晶透鏡，其使得將從偏光控制元件所發射的光入射。例如，該液晶透鏡可為，例如，上述液晶透鏡。
當光入射在該偏光控制元件上時，可控制該光的偏光方向。作為偏光控制元件，例如，可使用透明的液晶面板。在一實施例中，可使用作為該偏光控制元件的該透明的液晶面板可依序地包含一下部基板、一下部電極、一下部配向層、一液晶層、一上部配向層、一上部電極及一上部基板。作為上部與下部電極，例如，一透明導電電極，例如，可使用銦錫氧化物(indium tin oxide)(ITO)。此外，該上部及下部配向層可包含，例如，如聚醯亞胺的材料。該液晶層可包含，例如，一垂直校直(VA)、扭轉向列(TN)、超扭轉向列(STN)或橫向電場驅動(IPS)-類型的液晶。由於從驅動電路所供應的電壓。因此該液晶層可用以控制該入射光之偏光方向。
在一實施例中，如圖2所示，經由偏光控制元件20可傳送線性偏光(L1)。在此，該偏光控制元件20經由正交垂直於該液晶透鏡10的螺旋軸H可控制傳送的該線性偏光的偏光方向A。該光的偏光方向A由如圖2(a)的o所表示，及如圖2(b)的所表示。即，「o」表示該光的偏光方向為出來或進入面板之方向的情況，且該「」表示該光的偏光方向平行於該面板的情況。
從該偏光控制元件20所傳送的該線性偏光係在垂直於該液晶透鏡的螺旋軸之方向上產生偏光，因此，藉由該液晶透鏡之光學異向性而產生影響。在一實施例中，在發射之前，根據入射至該液晶透鏡的位置，可分離從該偏光控制元件所傳送之該線性偏光。
在另一實施例中，如圖3所示，經由該偏光控制元件20可傳送線性偏光(L2)。在此，經由平行於該液晶透鏡10之螺旋軸H之面板，該偏光控元件20可控制傳送的線性偏光之偏光方向B。從該偏光控制元件20所傳送的線性偏光在平行於該液晶透鏡的螺旋軸之方向可產生偏光，因此不會被該液晶透鏡之光學異向性影響。因此，不論在液晶透鏡的入射位置，經由該液晶透鏡，完全地傳送從該偏光控制元件所傳送的該線性偏光。
本發明又另一態樣提供包含液晶透鏡之顯示裝置。該液晶透鏡可為例如上述液晶透鏡。此外，包含液晶透鏡之液晶裝置可為例如自動實體鏡3D裝置。
如圖4所示，該裝置可包含一顯示元件40及一 液晶透鏡10。此外，該裝置可更包含在該顯示元件與該一晶透鏡之間的一偏光膜。此外，該裝置可更包含一偏光膜與一光源，其依序地配置在該顯示元件之濾光片的相對側上。之後，在說明書中，為了方便說明，配置在該光源與該顯示元件之間的偏光膜意旨第一偏光膜，及配置在第一偏光膜的該偏光膜意旨第二偏光膜。
包含於該裝置之第一與第二偏光膜為具有一傳輸軸以及垂直於該傳輸軸的一吸收軸之光學元件。當光入射至該偏光膜上，該偏光膜可僅傳送具有與入射光中的偏光膜的傳送軸平行的一偏光軸之光線。
在一實施例中，包含於該第一偏光膜的吸收軸與該第二偏光膜的吸收軸可彼此垂直。在此情況下，第一與第二偏光膜的傳送軸可彼此垂直。
作為光源，可使用傳統上用於一液晶顯示(LCD)的直接型或邊緣型(edge-type)背光單元(BLU)。除此以外，可使用各種光源而沒有限制。
在驅動狀態該裝置的顯示元件可產生影像信號，例如，包含用於右眼的一影像信號(之後，稱為「R信號」)及用於左眼的一影像信號(之後，稱為「L信號」)的影像信號。在一實施例中，在驅動狀態，該顯示元件包含能夠產生R信號的R信號產生區域(之後，稱為「UR區域)，以及能夠產生L信號的L信號產生區域(之後，稱為「UL區域)。然而，在顯示元件，產生影像信號的區域意旨UR及UL區域，但如上所述，不論區域的名稱為何，該顯示元件皆可產生2D影像 信號。
例如，該顯示元件，可包含一透明液晶面板的一區域或由該液晶面板的液晶層所形成的一區域。例如，該透明液晶面板，可包含從該光源側依序配置的第一基板、一像素電極、一第一配向層、一液晶層、一第二配向層、一共同電極、及一第二基板。例如，包含一薄膜電晶體(TFT)及一導線(interconnection)的主動驅動電路(active drive circuit)可形成在該光源測的第一基板上作為電性連接至一透明像素電極的一驅動元件。該像素電極，例如，可包含ITO及藉由像素提供作為電極。此外，該第一或第二配向層，例如，可包含如聚醯亞胺的材料。該液晶層，例如，可包含VA、TN、STN或IPS模式液晶。由於從驅動電路所施加的電壓，因此經由像素，該液晶層可傳送或阻斷從該光源的光放射。該共同電極，例如，可包含ITO並提供作為共同反電極(common counter electrode)。
該顯示元件可包含由至少一像素所形成的UR及UL區域。例如，在液晶面板中，使用一單元像素(unit pixel)或至少兩單元像素的組合可形成該UR或UL區域，其中，該單元像素包含密封在第一及第二配向層之間的液晶。
在排及/或列的方向可配置該UR及UL區域。圖5為顯示UR及UL區域的實施例性排列之圖。如圖5所示，該UR及UL區域可具有在共同方向上延伸的條型，且可相鄰地及交替地配置。圖6顯示另一實施例型配置，其中，以格子圖案相鄰地並交替地配置UR及UL區域。UR及UL區域 的配置不限於如圖5及6的配置，因此可使用在相關技術領域中已知的所有各種的設計。
根據在驅動狀態的信號，藉由驅動每一個區域的像素，該顯示元件可產生包含R及L信號的影像信號。
作為一實施例，將說明在該裝置中該顯示元件產生包含R及L信號之影像信號之操作。例如，當將從光源發射的光入射在第一偏光膜時，僅經由第一偏光膜傳送平行於該第一偏光膜的傳送軸的偏光。在將該傳送光入射至該顯示元件上之後，經由UR區域所傳送的光可變成R信號，且經由UL區域所傳送的光可變成L信號。當將R及L信號入射至第二偏光膜時，僅平行於該第二偏光膜的傳輸送軸所偏光的信號經由該第二偏光膜可入射至液晶透鏡。在一實施例中，經由第二偏光膜，入射至該液晶透鏡的偏光信號可為線性偏光信號。此外，該線性偏光信號可在垂直於該液晶透鏡的螺旋軸上產生偏光，接著入射至該液晶透鏡。
如上所述，該液晶透鏡可包含一膽固醇配向區域，其為一垂直配向區域。
如圖4所述，可配置該液晶透鏡10以傳送從該顯示元件40所接收的光。此外，如圖4所示，可配置該液晶透鏡，使得該膽固醇配向區域的1/2間距對應於該顯示元件的一對UR及UL區域。一對UR及UL區域對應於該膽固醇配向區域的1/2間距之配置，係指在該對UR及UL區域所產生之待入射至該膽固醇配向液晶區域的1/2間距中的影像信號的配置，不必要意旨該對UR及UL區域的1/2間距與該 膽固醇配向液晶區域以相同大小形成在相同位置上。
將說明驅動包含該液晶透鏡以投射3D影像的裝置的控制。如圖4所示，當該裝置投射3D影像時，該顯示元件40在UR區域中可產生R信號，且在UL區域中可產生L信號。在顯示元件40所產生的該R及L信號可入射在該液晶顯示透鏡10上。在此，藉由控制一偏光方向使其與該液晶透鏡10的螺旋軸H垂直，因而從該顯示元件40所發射的R及L信號可被發射。由於該液晶透鏡的光學異向性的影響，因此可將偏光垂直於該螺旋軸之該R及L信號分離，接著發射至不同的方向。在一實施例中，如圖4所示，在UR區域所產生的該R信號及在UL區域所產生的該L信號經由膽固醇配向區域可被分離。此外，經由該液晶區域所傳送的R信號可入射在觀察者的右眼(HR)，且經由該液晶區域所傳送的L信號可入射在觀察者的左眼(HL)。因此，該觀察者可不戴特殊眼鏡(例如，快門玻璃型眼鏡(shutter glass-type glasses)或偏光眼鏡)而觀察3D影像。
該顯示裝置可更包含一偏光控制元件20。如圖7及8所示，可將該偏光控制元件20配置在顯示元件40及液晶透鏡10之間。因此，藉由控制從該顯示元件所發射的影像信號之偏光方向，可發射在液晶透鏡的方向可將該偏光控制元件。
該顯示裝置可包含一偏光控制元件以顯示2D影像及3D影像。
可配置該偏光控制元件，例如，在該第二偏光 膜與該液晶透鏡之間。此外，當導入該偏光元件時，作為該顯示裝置，例如，在驅動狀態下能夠產生2D影像信號或包含R及L影像信號之顯示器。根據在驅動狀態的信號，藉由驅動在每一區域的像素，則此顯示元件可產生2D影像信號或包含R及L信號的影像信號。
在一實施例中，將描述在包含該偏光控制元件的裝置中，該顯示元件產生包含R及L信號之該影像信號。例如，當從光源發射的光入射至第一偏光膜上時，經由第一偏光膜，將僅與該第一偏光膜的傳送軸水平的偏光傳送。在將傳送的光入射至該顯示元件之後，經由UR區域所傳送光可變成一R信號，且經由UL區域所傳送光可變成一L信號。當R及L信號入射至第二偏光膜時，經由第二偏光膜，可傳送僅與第二偏光膜的傳送軸平行而產生偏光之信號，接著入射至一光學濾光片。
在另一實施例中，將說明在包含該偏光控制元件的裝置中，顯示元件產生2D影像信號之操作。例如，當將從該光源所發射的光入射至該第一偏光膜時，經由第一偏光膜傳送僅與該第一偏光膜的傳送軸平行的偏光。在將該傳送的光入射至該顯示元件並產生2D信號之後，經由UR區域所傳送的光與經由UL所發射的光兩者可變成相同的2D影像信號。當將所產生的2D影像信號入射之該第二偏光膜時，經由該第二偏光膜，可傳送僅與該第二偏光膜的傳送軸平行的偏振信號傳送，接著入射在光學濾光片上。
根據藉由濾光片的偏光控制元件以控制該光的 偏光方向，其決定是否藉由液晶透鏡的光學異向性而影響經由該偏光控制元件所發射的光。因此，該裝置可投射2D影像或3D影像。
將說明將設置有該光學濾光片的裝置驅動以投射3D影像之操作。如圖7所示，在該裝置投射3D影像的狀態下，在UR區域該顯示元件40可產生R信號，及在UL區域產生L信號。可將在該顯示元件40所產生的R及L信號入射在該偏光控制元件20上。該偏光控制元件20可控制將R及L信號偏振以垂直於該液晶透鏡10的螺旋軸H之方向。由於該液晶透鏡的光學異向性的影響，因此可將垂直於該螺旋軸的R及L信號分離，接著以不同的方向發射。在一實施例中，如圖7所示，經由膽固醇配向液晶區域，可將產生於UR區域的R信號與產生於UL區域的L信號分離。此外，將經由該液晶區域的R信號入射至觀察者的右眼(HR)，且將經由該液晶區域的L信號入射至觀察者的左眼(LR)。因此，該觀察者沒有配戴特殊的眼鏡(例如，快門玻璃型眼鏡或偏光眼鏡)卻可觀察3D影像。
將說明將設置有光學濾光片的裝置驅動以投射2D影像的操作。如圖8所示，在投射2D影像的狀態下，該顯示元件40可產生2D影像信號。可將在顯示元件40所產生的2D信號入射在該偏光控制元件20上。該偏光控制元件20可控制偏振所入射的2D影像信號的方向，該2D影像信號平行於該液晶透鏡10的螺旋軸H。經由該液晶透鏡可傳送在平行於螺旋軸的方向的偏振信號，不影響該液晶透鏡的光學 異向性。在一實施例中，如圖8所示，經由膽固醇配向液晶可將產生於UR及UL區域的該2D影像信號傳送。因此，觀察者可觀察2D影像。
藉由使用的構造及方法可了解該裝置，除了使用光學濾光片可顯示2D影像及3D影像之外，也可使用在相關的技術領域中一般所使用的裝置。
根據入射光的偏光狀態，一實施例性液晶顯示透鏡可顯示光學異向性及光學等向性。當將液晶透鏡使用在能夠產生2D影像及3D影像的顯示裝置時，在光學異向性的狀態下，沒有配戴眼鏡即可看到3D影像，且在光學等向性的狀態下可看見2D影像。
10‧‧‧液晶透鏡
100‧‧‧膽固醇配向區域
20‧‧‧偏光控制元件
30‧‧‧光學濾光片
40‧‧‧顯示元件
50‧‧‧亮度計
B‧‧‧偏光方向
H‧‧‧螺旋軸
HL‧‧‧左眼
HR‧‧‧右眼
L1、L2‧‧‧線性偏光
P‧‧‧參考間距
圖1係實施例性透鏡層的膽固醇配向區域的截面示意圖。
圖2顯示(a)實施例性光學濾光片之上側截面之示意圖，及(b)當在實施例性光學濾光片中產生偏光，控制元件控制垂直於該液晶透鏡的螺旋軸之光的狀態之該光學濾光片的側表面之截面之示意圖。
圖3(a)顯示實施例性光學濾光片上側的截面之示意圖，及3(b)顯示當在實施例性光學濾光中，偏光控制元件控制平行於液晶透鏡的螺旋軸所產生的偏光的狀態時，該光學濾光片側面的截面之示意圖。
圖4顯示實施例性自動實體鏡裝置3D以投射3D影像之驅動狀態之示意圖。
圖5及6顯示UR及UL區域的實施例性配置之圖。
圖7顯示用於2D及3D影像以投射3D影像的實施例型顯示裝置的驅動狀態之示意圖。
圖8係顯示用於顯示2D及3D影像以投射2D影像之實施例型顯示裝置之驅動狀態之示意圖。
圖9係根據實施例，說明評估在發射或不發射之前，顯示裝置是否分離L即R信號之方法的示意圖。
圖10係顯示根據實施例在發射之前，顯示裝置分離L即R信號之圖表。
之後，參考實施例與比較例將詳細描述一液晶透鏡、一偏光控制元件、及一顯示裝置，但該透鏡、元件及裝置不限於下述實施例。
實施例 (1)液晶透鏡與光學濾光片之製造
作為膽固醇配向液晶組成物，使用包含具有特殊折射率(ne)與一般折射率(no)之間的差(ne-no)為約0.4之液晶分子的組成物。使用在垂直配向層的基底層來製造液晶透鏡，在該基底層中形成一般被使用來製造液晶薄膜的垂直配向層。具體而言，藉由塗佈該組成物於垂直配向層上以形成具有約4.78μm厚度的層，且在膽固醇配向狀態下聚合該層以形成 該液晶透鏡。液晶透鏡的膽固醇配向區域的間距(A)約為300μm。
此外，藉由配置該液晶透鏡在偏光控制元件的一表面上來製造光學濾光片，該偏光控制元件藉由一般用來製造液晶顯示面板的方法來製備。
(2)顯示裝置的製造
藉由使用如上述所製造的該光學濾光片於一般的透鏡狀透鏡型3D裝置作為透鏡狀透鏡，以製造一顯示裝置。具體地，如圖7所示，藉由配置光學濾光片30來製造該裝置，使得偏光控制元件20與發射光的顯示元件40的表面接觸。
實驗例
當在顯示裝置中控制線性偏光的該偏光控制元件時，藉由下述方法評估觀察者沒有配戴眼鏡是否可看見3D影像，其中該線性偏光垂直於該液晶透鏡的螺旋軸併入射在液晶透鏡上。
首先，如圖9所示，一亮度計(SR-UL2分光計50)配置在該顯示裝置可被觀察的一觀察位置(與圖9的X線接觸之任意的點)。接著，當設置該裝置以輸出一L信號時，使用該亮度計來測量亮度。當該亮度計50維持遠離該裝置的距離並往平行於圖9的X線之方向移動時，測量在每一情況的亮度。在每一情況下，測量亮度，接著定義在每一點的L信號之強度。同樣地，當設定該裝置以輸出R信號時，藉由移動該亮度計來測量亮度。此外，該亮度係定義 為一在定點處之R訊號的強度。
在每一點的L及R信號的強度顯示於表1及圖10中。
在表1中，一測量角(θ)定義為在圖9中連接S1點至該亮度計的中心S2點的虛擬線與Y線之間的角度，其中Y線與該偏光控制元件的表面接觸於S1點。此外，當該亮度計存在於在Y線的右邊時，該測量角度定義為正值，且當該亮度計存在於在Y線的左邊時，該測量角度定義為負值。在此，該Y線可定義為對應於該裝置的表面且通過該裝置的中心之法線。
100‧‧‧膽固醇配向區域
P‧‧‧參考間距

Claims (14)

  1. 一種液晶透鏡，包括：一透鏡層，包括含有一膽固醇配向液晶分子之一膽固醇配向區域，其中，該膽固醇配向區域為一直列式配向區域，且根據式2在0.1mm至10cm的範圍，該透鏡層具有一焦距(F)：[式2]F=P2/(32×d×△n)其中，P為一該膽固醇配向區域的間距，d為一該透鏡層的厚度，△n為一在該膽固醇區域中該液晶分子的一特殊折射率(ne)與一一般的折射率(no)之間的差(ne-no)。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之液晶透鏡，其中，根據關於線性偏光之式1，該膽固醇配向區域具有一折射率分佈，使其正交垂直於該膽固醇配向區域的螺旋軸：[式1]n eff(x)=n e n o/(n e 2cos2 θ(x)+n o 2sin2 θ(x))1/2其中，x為一該膽固醇配向區域的角度，其為一0至P/2之間任選數字，P為一該膽固醇配向區域的間距，n eff(x)為一關於在X點該線性偏光該膽固醇配向區域的折射率，n e為一該液晶分子的特殊反射率，n o為一該液晶分子的一般折射率，及θ(x)為一在對應於在x為0的點該液晶分子的光軸，該液晶分子的光軸角度。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之液晶透鏡，其中，該膽固醇配向區域的間距為0.1μm至10cm。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之液晶透鏡，其中，在該膽固醇配向區域中的該液晶分子具有在一特殊折射率(ne)與一一般折射率(no)之間的差(ne-no)在0.01至0.6的範圍內。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之液晶透鏡，其中，該透鏡層具有一0.1至100μm的厚度。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之液晶透鏡，其中，該液晶分子在透鏡層中為一交聯或聚合的狀態。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之液晶透鏡，更包含一基底層，且該透鏡形成於該基底層的表面上。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之液晶透鏡，其更包含在該基底層與該透鏡層之間的一垂直配向層。
  9. 一種光學濾光片，包括：一偏光控制元件，其設置以控制入射光的一偏光方向；以及如申請專利範圍第1項所述之液晶透鏡，其設置使得從該偏光控制元件所發射的光入射於其上。
  10. 如申請專利範圍第9項之光學濾光片，其中，藉由控制一作為垂直於該液晶透鏡的膽固醇配向區域之螺旋軸的線性偏光、或平行於其螺旋軸的線性偏光之該入射光的狀態，設置該偏光控制元件以發射該入射光。
  11. 一顯示裝置，包含：一顯示元件，其設置以發射包含用於右眼及左眼的影像信號，以及 如申請專利範圍第1項所述的液晶透鏡，其配置使得從該顯示元件所發射的該影像信號入射至其上。
  12. 如申請專利範圍第11項之顯示裝置，其中，配置該液晶透鏡使得用於右眼及左眼的一對影像信號入射至對應於該膽固醇配向區域的1/2間距。
  13. 如申請專利範圍第11項之顯示裝置，更包含一偏光控制元件，該偏光控制元件在該顯示元件及該液晶透鏡之間，且藉由控制該影像信號之偏光方向，且配置該偏光控制元件以在液晶透鏡的方向配置上發射從該顯示元件所發射的影像信號。
  14. 如申請專利範圍第14項之顯示裝置，其中，藉由控制一作為一正交垂直於該液晶透鏡的膽固醇配向區域的螺旋軸的線性偏光、或一平行於其螺旋軸的線性偏光之影像信號的狀態，來配置該偏光控制元件以發射該影像信號。
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