TWI499807B - 菲涅耳液晶透鏡及平面／立體顯示裝置 - Google Patents

Description

菲涅耳液晶透鏡及平面/立體顯示裝置

本發明是有關於一種液晶透鏡及顯示裝置，且特別是有關於一種菲涅耳液晶透鏡及平面/立體顯示裝置。

一般而言，顯示器的運用領域已相同的廣泛於每個人的日常生活中，而對於一些較特別的運作模式也相對的加以衍生，例如：立體顯示器。但是，現今的立體顯示器仍使用分光效果較差的透鏡，而導致於觀看立體顯示器時，會有立體效果不佳或影像堆疊的問題產生。

本發明提供一種菲涅耳液晶透鏡，其具有良好的透鏡效果。

本發明的一種平面/立體顯示裝置，其具有良好的顯示效果。

本發明的一種菲涅耳液晶透鏡，包括一第一基板、一第 二基板、一液晶層、一驅動電極層以及一光調整圖案層。第二基板與第一基板疊置，而液晶層設置於第一基板與第二基板之間。驅動電極層配置於第一基板與液晶層之間。驅動電極層包括多個中心電極以及多個第一電極，其中每一中心電極位於依序排列的兩個第一電極之間以構成一驅動電極組，且各驅動電極組驅動液晶層時形成一液晶透鏡單元。驅動電極層配置於光調整圖案層與液晶層之間，且光調整圖案層定義出多個第一區域以及多個第二區域，使得液晶透鏡單元對一入射光線提供發散與收斂其中一者的折射作用，其中各中心電極位於其中一個第一區域中而各第一電極位於其中一個第二區域中。

本發明的一種平面/立體顯示裝置，包括一顯示面板以及一菲涅耳液晶透鏡。顯示面板具有一第三基板、一第四基板以及一設置於第三基板與第四基板之間的顯示介質層。菲涅耳液晶透鏡配置於顯示面板上使顯示面板的顯示光線穿透菲涅耳液晶透鏡以進行顯示。

基於上述，藉由中心電極及第一電極的配置與輸入電壓模式以及光調整圖案層中的第一區域與第二區域的結構設計，將可改變本發明的實施例的液晶透鏡的液晶層中的折射率分布曲線，以使液晶透鏡具有良好的菲涅耳透鏡效果，而作為菲涅耳液晶透鏡。此外，由於本發明的實施例的平面/立體顯示裝置具有前述的菲涅耳液晶透鏡結構設計，因此具有良好的顯示效果。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉 實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

70a、70b‧‧‧光線

100a、100b‧‧‧液晶透鏡

100、200、300、400、500、600、700‧‧‧菲涅耳液晶透鏡

110‧‧‧第一基板

120‧‧‧第二基板

130‧‧‧液晶層

140a、140b、140、440、540、640、740‧‧‧驅動電極層

141a、141b、141、741‧‧‧中心電極

143、143a、143b‧‧‧第一電極

542‧‧‧第二電極

542a‧‧‧第一區域部

542b‧‧‧第二區域部

150、250、350、450、550‧‧‧光調整圖案層

151‧‧‧遮光圖案

160、645‧‧‧介電層

251、351a、351b‧‧‧半波長相位延遲圖案

260‧‧‧承載基板

800、900、1000‧‧‧平面/立體顯示裝置

810‧‧‧顯示面板

811‧‧‧第三基板

812‧‧‧顯示介質層

813‧‧‧第四基板

1000a、1000b‧‧‧影像顯示區域

1020‧‧‧切換式相位延遲片

1020a、1020b‧‧‧相位延遲區域

1021‧‧‧第五基板

1022‧‧‧可控式相位延遲材料層

1023‧‧‧第六基板

W1、W2‧‧‧寬度

DUa、DUb、DU‧‧‧驅動電極組

LUa、LUb、LU‧‧‧液晶透鏡單元

PS‧‧‧畫素結構單元

AC‧‧‧主動元件

DL‧‧‧資料線

PE‧‧‧畫素電極

SL‧‧‧掃描線

PU‧‧‧相位延遲圖案單元

S1‧‧‧第一區域

S2‧‧‧第二區域

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‧‧‧距離

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

ΔFRI₃ ‧‧‧折射率差值

O、Oa、Ob‧‧‧光軸

θ₁ 、θ₂ ‧‧‧角度

圖1A是本發明第一實驗例的一種液晶透鏡的剖面示意圖。

圖1B是本發明第二實驗例的一種液晶透鏡的剖面示意圖。

圖1C是本發明第三實驗例的一種菲涅耳液晶透鏡的剖面示意圖。

圖2A是本發明一實施例的一種菲涅耳液晶透鏡的剖面示意圖。

圖2B是圖2A實施例中的半波長相位延遲圖案的光軸方向與入射光線偏振方向的相對方向示意圖。

圖3A是本發明再一實施例的一種菲涅耳液晶透鏡的剖面示意圖。

圖3B是圖3A實施例中的半波長相位延遲圖案的光軸方向與入射光線偏振方向的相對方向示意圖。

圖4A是本發明又一實施例的一種菲涅耳液晶透鏡的剖面示意圖。

圖4B是圖4A實施例中的菲涅耳液晶透鏡尚未進行光調整圖案層配置時的剖面示意圖。

圖5A是本發明又一實施例的一種菲涅耳液晶透鏡的剖面示意圖。

圖5B是圖5A實施例中的菲涅耳液晶透鏡尚未進行光調整圖案層配置時的剖面示意圖。

圖6是本發明又一實施例的一種菲涅耳液晶透鏡的剖面示意圖。

圖7是本發明又一實施例的一種菲涅耳液晶透鏡的剖面示意圖。

圖8A是本發明一實施例的一種顯示裝置的剖面示意圖。

圖8B是圖8A實施例的一種畫素結構的正視示意圖。

圖9是本發明另一實施例的一種顯示裝置的剖面示意圖。

圖10A是本發明再一實施例的一種顯示裝置的剖面示意圖。

圖10B是圖10A實施例的一種切換式相位延遲片的正視示意圖。

圖10C是圖10A實施例的一種顯示裝置的上視示意圖。

圖1A是本發明第一實驗例的一種液晶透鏡的剖面示意圖。請參照圖1A，在此第一實驗例中，液晶透鏡100a包括一第一基板110、一第二基板120、一液晶層130、一驅動電極層140a。第二基板120與第一基板110疊置，而液晶層130則設置於第一基板110與第二基板120之間。驅動電極層140a包括多個中心電極141a以及多個第一電極143a。中心電極141a僅配置於第二基板120與液晶層130之間，而第一電極143a僅分布於第一基板110 與液晶層130之間，換言之，液晶透鏡100a的中心電極141a與第一電極143a分別設置於液晶層130的不同側。

具體而言，這些中心電極141a與這些第一電極143a皆沿一排列方向D1呈依序性地排列。以此第一實驗例而言，每一個中心電極141a對應於三個依序排列的第一電極143a而設置以構成一個驅動電極組DUa。第m個中心電極141a、第2m-1個第一電極143a、第2m個第一電極143a及第2m+1個第一電極143a，可構成第m個驅動電極組DUa，而第m個中心電極141a於第一基板110上的投影位於與第2m-1個第一電極143a與第2m+1個第一電極143a於第一基板110上的投影之間。因此，第2m-1個與第2m+1個第一電極143a的面積都會位在相鄰兩個中心電極141a之間的間隔中。

進一步而言，在此第一實驗例中，中心電極141a被輸入第一電壓，而第一電極143a則被輸入共用電壓，以使液晶層130的液晶分子受到驅動而形成具有多種不同折射率的區域。更具體而言，一驅動電極組DUa將可驅動液晶層130形成一液晶透鏡單元LUa，以對入射光線70a、70b提供分光效應。然而，如圖1A所示，由於液晶層130具有的折射率分布曲線LRI_1a 具有正弦函數波形分布的樣態，而這將會使得平行入射第一基板110的第一區域S1的光線70a發生收斂，而平行入射於第二區域S2的光線70b發生發散。如此一來，同一液晶透鏡單元LUa將會對平行入射液晶層130不同區域S1、S2的光線70a、70b分別提供收歛及發散 的效果。

圖1B是本發明第二實驗例的一種液晶透鏡的剖面示意圖。請參照圖1B，此第二實驗例的液晶透鏡100b與圖1A的第一實驗例的液晶透鏡100a類似，而差異如下所述。請參照圖1B，在此第二實驗例中，液晶透鏡100b的中心電極141b與第一電極143b皆設置於液晶層130的同一側，即第一基板110上。此時，若中心電極141b與第一電極143b所被輸入的電壓模式與圖1A的第一實驗例相同，即第一電極143b與中心電極141b被輸入不同電壓，則驅動電極組DUb可提供水平電場來驅動液晶層130以形成一液晶透鏡單元LUb，而可對入射光線70a、70b提供分光效應。具體而言，在此第二實驗例中，每個中心電極141a位在依序排列的兩個第一電極143b之間。

然而，亦如圖1B所示，由於液晶透鏡100b受到驅動時所具有的折射率分布曲線LRI_1b 亦具有正弦函數波形分布的樣態，因此亦會對平行入射液晶層130不同區域S1、S2的光線70a、70b分別提供收歛及發散的效果。此外，與圖1A的折射率分布曲線LRI_1a 相較，圖1B的折射率分布曲線LRI_1b 更為平滑，因此可提供不同的光學作用。然而，圖1A及圖1B所示的液晶透鏡的分光效果仍存在有不甚理想的區域，例如：S1與S2交界及其附近。

以下，本發明將以水平電場的結構設計為基礎，說明液晶透鏡可具有良好的菲涅耳透鏡效果。

圖1C是本發明第三實驗例的一種菲涅耳液晶透鏡的剖 面示意圖。請參照圖1C，此第三實驗例的菲涅耳液晶透鏡100包括一第一基板110、一第二基板120、一液晶層130、一驅動電極層140以及一光調整圖案層150。第二基板120與第一基板110疊置，而液晶層130則設置於第一基板110與第二基板120之間。具體而言，在此第三實驗例中，第一基板110與第二基板120係為透明基板，例如可為玻璃基板、聚合物基板、或其他適合材質的基板，且第一基板110與第二基板120上並不具有彩色濾光層(Color filter layer,CF layer)。因此，菲涅耳液晶透鏡100在此第三實驗例中不提供彩色濾光作用。

另一方面，驅動電極層140配置於第一基板110與液晶層130之間，並包括多個中心電極141以及多個第一電極143。具體而言，在此第三實驗例中，每一中心電極141位於依序排列的兩個第一電極143之間以構成一驅動電極組DU。另外，驅動電極層140實質上由一介電層160所覆蓋而位在介電層160與第一基板110之間。其中，第二基板上不設置任何的驅動電極組DU。

更詳細而言，這些中心電極141與這些第一電極143交替排列，其中第n個中心電極141位於第n個第一電極143與第n+1個第一電極143之間以構成一驅動電極組DU，而n為大於零之正整數。舉例而言，第一組驅動電極組DU是由第一個中心電極141、第一個第一電極143與第二個第一電極143所構成，而第二組驅動電極組DU是由第二個中心電極141、第二個第一電極143與第三個第一電極143所構成。如此一來，第二個第一電極 143既是屬於第一組驅動電極組DU也屬於第二組驅動電極組DU。

具體而言，第n組驅動電極組DU可以視為由第n個第一電極143鄰近於第n個中心電極141的一部份、第n個中心電極141與第n+1個第一電極143鄰近於第n個中心電極141的一部份所構成。因此，第n+1個第一電極143都有一部份為第n組驅動電極組DU的一部份，而另一部分為第n+1組驅動電極組DU的一部份。如此一來，每個驅動電極組DU實質上是由一個第一電極143的後半部分至下一個第一電極143的前半部分所構成。

另外，如圖1C所示，在此第三實驗例中，各驅動電極組DU的中心電極141與兩側的第一電極143之間相隔的間隔P相同。即，各中心電極141與兩側的第一電極143於第一基板110上的投影之間相隔的距離P相同。舉例而言，在此第三實驗例中，第n個中心電極141與第n個第一電極143的間隔(距離)P_n 相同於第n個中心電極141與第n+1個第一電極143的間隔(距離)P_n+1 。此外，這些中心電極141的寬度W1不同於這些第一電極143的寬度W2。每個驅動電極組DU實質上都具有以中心電極141為中心而呈現對稱分布的結構設計。

進一步而言，在此第三實驗例中，各驅動電極組DU的中心電極141與這些第一電極143可被輸入不同電壓，以改變液晶層130內的液晶分佈，並藉此調變液晶層130所提供的折射率分布曲線LRI₁ 。舉例而言，在此第三實驗例中，驅動電極組DU的中心電極141可被輸入第一電壓，而第一電極143此時則被輸 入共用電壓，以使液晶層130提供的折射率形成折射率分布曲線LRI₁ (如圖1C所示)。更詳細而言，在此第三實驗例中，各驅動電極組DU驅動液晶層130時會形成一液晶透鏡單元LU，並對入射光線提供分光效應，但本發明不以此為限。在其他實施例中，驅動電極組DU的中心電極141可被輸入共用電壓，而第一電極143此時則被輸入第一電壓，亦可使液晶層130具有適當的折射率分布。

另一方面，如圖1C所示，當這些第一電極143與這些中心電極141被輸入不同電壓而使液晶層130具有漸變的折射率分布時，這些第一區域S1與這些第二區域S2的入射光線會受到不同的作用，例如一者收斂而另一者發散。此時，驅動電極層140的各中心電極141位於其中一個第一區域S1中，而驅動電極層140的各第一電極143位於其中一個第二區域S2中。

然而，就同一個液晶透鏡單元LU而言，對入射光線提供的分光效應被要求具有一致的趨勢以達到理想的菲涅耳透鏡效果。因此，在此第三實驗例中，驅動電極層140配置於光調整圖案層150與液晶層130之間，且光調整圖案層150位於第一基板110與驅動電極層140之間為較佳範例。其中，光調整圖案層150亦可位於第一基板110外表面上。此時，製造過程必需要更小心，以防止被刮傷，而讓可靠度降低。

光調整圖案層150可包括多個遮光圖案151，並且，這些遮光圖案151所在面積分別為這些第二區域S2，而這些遮光圖案 151以外的面積分別為這些第一區域S1。也就是說，光調整圖案層150可用來定義出多個第一區域S1以及多個第二區域S2。這些第一區域S1與這些第二區域S2的其中一者可調整入射光線，而另一者實質上不調整入射光線，以使得液晶透鏡單元LU對一入射光線提供發散與收斂其中一者的折射作用，而達到理想的菲涅耳透鏡效果。

舉例而言，在此第三實驗例中，遮光圖案151例如可以藉由遮光矩陣結構或其他適合的不透光結構來形成。遮光圖案151遮蓋第二區域S2的入射光線70b而第一區域S1的入射光線可以穿過液晶層130而呈現所需的收斂(或發散作用)。其中，遮光圖案151可對入射光線提供全反射作用或全部吸收光線而讓入射光線不穿過液晶層130。

在此第三實驗例中，光調整圖案層150中的各遮光圖案151例如位在相鄰兩個驅動電極組DU之間(如圖1C所示)。舉例而言，在某些實施例中，各遮光圖案151例如可對應的其中一個第一電極143延伸至各中心電極141與相鄰第一電極143的間隔(距離)P的一半。換言之，在此第三實驗例中，光調整圖案層150可視實際需求來進行遮光圖案151的尺寸調整以定義對應的第一區域S1與第二區域S2。舉例而言，遮光圖案151的尺寸可以對應於折射率分布曲線LRI₁ 中分光效果不理想的區域。

因此，請再次同時參照圖1B與圖1C，由於菲涅耳液晶透鏡100具有光調整圖案層150的結構設計，因此可將遮光圖案 151設置於這些在圖1B中將會使入射光線70b產生發散現象的區域，亦即光調整圖案層150所定義出的第二區域S2，藉此可阻擋光線70b通過這些區域，以避免第二區域S2的光線發散現象影響菲涅耳液晶透鏡100的光學效果。經由上述實驗例可獲知，圖1C所提出的結構設計可以實現較為理想的菲涅耳液晶透鏡100，而可以是為本發明具體實施的一種參照範例。

值得注意的是，在圖1C的第三實驗例中，菲涅耳液晶透鏡100的光調整圖案層150的結構設計雖以可提供遮光作用的遮光圖案151為例示，但本發明並不以此為限。在其他的實施例中，光調整圖案層150亦可利用其他可提供不同光學作用的光學圖案來進行其結構設計，以下將搭配圖2A及圖3A針對光調整圖案層150的可能變化進行進一步地說明。

圖2A是本發明一實施例的一種菲涅耳液晶透鏡的剖面示意圖。請參照圖2A，本實施例的菲涅耳液晶透鏡200與圖1C實施例的菲涅耳液晶透鏡100類似，而差異如下所述。在本實施例中，菲涅耳液晶透鏡200的光調整圖案層250包括多個半波長相位延遲圖案251，而使這些第一區域S1與這些第二區域S2分別提供使入射光線70a、70b偏振方向不同的作用。具體而言，這些半波長相位延遲圖案251所在面積可以為這些第二區域S2與這些第一區域S1其中一者，而這些半波長相位延遲圖案251以外的面積為這些第二區域S2與這些第一區域S1其中另一者。因此，藉由光調整圖案層250的設置，第一區域S1與第二區域S2可以 提供不同的相位延遲作用。

舉例而言，在本實施例中，這些半波長相位延遲圖案251所在面積即分別為這些第二區域S2，而這些半波長相位延遲圖案251以外的面積則分別為這些第一區域S1，但本發明不以此為限。在其他實施例中，這些半波長相位延遲圖案251所在面積亦可分別為這些第一區域S1，而這些半波長相位延遲圖案251以外的面積則分別為這些第二區域S2。如此，通過這些第一區域S1與這些第二區域S2其中一者的入射光線70a、70b在偏振方向將會發生變化。

圖2B是圖2A實施例中的半波長相位延遲圖案的光軸方向與入射光線偏振方向的相對方向示意圖。請參照圖2B，更具體而言，在本實施例中，入射光線70a、70b為線性偏振光，而這些半波長相位延遲圖案251的光軸O可以平行於入射光線70a、70b的偏振方向D2。因此，請再次參照圖2A，由於入射光線70a、70b經過光調整圖案層250後才入射於液晶層130，因此入射光線70a在第一區域S1將未受到半波長相位延遲，而入射光線70b在第二區域S2受到半波長相位延遲。

進一步而言，第二區域S2由於設置有半波長相位延遲圖案251，而可使得在這些第二區域S2發生偏極態旋轉的入射光線70b於液晶層130中的折射率相對於圖1C而言呈現反向分布。如此一來，液晶層130中所呈的折射率分布曲線FRI₂ ，即如圖2A所示，更為接近於菲涅耳光學透鏡的折射率分布，而可使得液晶 透鏡單元LU對入射光線70a、70b皆提供收斂(或發散)作用，因此本實施例的菲涅耳液晶透鏡200相較於前述的第一與第二實驗例而言，具有良好的菲涅耳透鏡效果，而可實現較為理想的菲涅耳液晶透鏡200。此外，菲涅耳液晶透鏡200更因為其光調整圖案層250採用的是半波長相位延遲圖案251，並不會阻擋光線70a、70b的通過。因此，菲涅耳液晶透鏡200將可更具有良好的光線利用效率。

此外，就配置位置而言，如圖2A所示，在本實施例中，第一基板110位於光調整圖案層250與驅動電極層140之間。所以，本實施例的菲涅耳液晶透鏡100更包括一承載基板260，光調整圖案層250並配置於承載基板260上，且光調整圖案層250位於承載基板260與第一基板110之間。換言之，本實施例的光調整圖案層250例如可為一外貼式的半波長相位延遲圖案層，但本發明不以此為限。在其他實施例中，光調整圖案層250亦可位於第一基板110與驅動電極層140之間。此時，製造過程必需要更小心，以防止被刮傷，而讓可靠度降低。其中，承載基板260係為透明基板，例如可為玻璃基板、聚合物基板、或其他適合材質的基板。

圖3A是本發明再一實施例的一種菲涅耳液晶透鏡300的剖面示意圖。圖3B是圖3A實施例中的半波長相位延遲圖案的光軸方向與入射光線偏振方向的相對方向示意圖。請參照圖3A與圖3B，本實施例的菲涅耳液晶透鏡300與圖2A實施例的菲涅耳液晶 透鏡200類似，而主要差異如下所述。

如圖3B所示，在本實施例中，菲涅耳液晶透鏡300的光調整圖案層350的光軸Oa、Ob以一角度相交於入射光線70b的偏振方向D2，且角度不大於45度。更具體而言，請參照圖3A與圖3B，在本實施例中，第n個驅動電極組的其中一個第一電極143與對應的中心電極141之間的半波長相位延遲圖案351a的光軸Oa以一第一角度θ₁ 相交於入射光線70b的偏振方向D2，而第n個驅動電極組的另一個第一電極143與對應的中心電極141之間的半波長相位延遲圖案351b的光軸Ob以一第二角度θ₂ 相交於入射光線70b的偏振方向D2，第一角度θ₁ 與第二角度θ₂ 各自不大於45度，並且第一角度θ₁ 與第二角度θ₂ 可以彼此不同。

更詳細而言，在本實施例中，第一角度θ₁ 與第二角度θ₂ 的和，實質上可以為零，換言之，當第一角度θ₁ 為+α度時，第二角度θ₂ 則為-α度。在本實施例中，α的數值例如為10。應注意的是，上述的各角度參數範圍僅作為例示說明，其並非用以限定本發明。

如此一來，菲涅耳液晶透鏡300亦可使液晶透鏡單元LU對入射光線70a、70b皆提供收斂(或發散)作用，且相較於前述的第一與第二實驗例而言，菲涅耳液晶透鏡300亦可實現理想的菲涅耳透鏡效果。此外，菲涅耳液晶透鏡300更可使得液晶層130的折射率分布曲線FRI₃ 中，在第一區域S1的折射率差異與在第二區域S2的折射率差異都大約等於折射率差值ΔFRI₃ (如圖3A所 示)，而可實現理想的菲涅耳液晶透鏡300。此外，由於菲涅耳液晶透鏡300與菲涅耳液晶透鏡200結構相似，因此，菲涅耳液晶透鏡300同樣具有菲涅耳液晶透鏡200所提及的優點，在此便不再贅述。

此外，本發明亦可藉由設計各驅動電極組的不同輸入電壓模式、電極配置關係與光調整圖案層的配置設計，來使菲涅耳液晶透鏡實現2階以上的菲涅耳液晶透鏡效果。以下將搭配圖4A至圖5B針對可實現2階以上的菲涅耳液晶透鏡效果的多階菲涅耳液晶透鏡的結構設計進行進一步地解說。

圖4A是本發明又一實施例的一種菲涅耳液晶透鏡的剖面示意圖。請參照圖4A，本實施例的菲涅耳液晶透鏡400與圖3A實施例的菲涅耳液晶透鏡300類似，而差異如下所述。在本實施例中，菲涅耳液晶透鏡400的驅動電極層440的每個驅動電極組DU實質上是由一個中心電極141與兩個第一電極143所構成，且每個驅動電極組DU的中心電極141位於此二第一電極143之間。也就是說，第n個驅動電極組DU是由第n個中心電極141、第2n-1個第一電極143以及第2n個第一電極143所組成。

此外，各驅動電極組DU的中心電極141與兩側的第一電極143之間相隔的距離P相同。換言之，第n個中心電極141與第2n-1個第一電極143相隔的距離P_2n-1 相同於第n個中心電極141與第2n個第一電極143相隔的距離P_2n 。

並且，在本實施例中，各驅動電極組DU具有不同的輸 入電壓模式，以使各驅動電極組DU可驅動液晶層130形成具有3階菲涅耳液晶透鏡效果的菲涅耳液晶透鏡400。以下則將再搭配圖4B，針對菲涅耳液晶透鏡400如何形成3階的菲涅耳液晶透鏡效果及定義光調整圖案層450中的第一區域S1與第二區域S2的分布區域進行進一步地說明。

圖4B是圖4A實施例中的菲涅耳液晶透鏡尚未進行光調整圖案層配置時的剖面示意圖。如圖4B所示，在本實施例中，相鄰驅動電極組DU的中心電極141分別被輸入不同電壓，而相鄰驅動電極組DU的第一電極143亦分別被輸入不同電壓，且位於同一驅動電極組DU的第一電極143具有相同輸入電壓，而同一驅動電極組DU的中心電極141與第一電極143則被輸入不同電壓，以在液晶層130中形成3階的折射率分布曲線LRI₄ 的設計。

舉例而言，在本實施例中，當第n個驅動電極組DU的中心電極141被輸入共用電壓時，第n+1個驅動電極組DU的中心電極141則被輸入第一電壓。此時，第n個驅動電極組DU的各第一電極143則皆被輸入第一電壓，而第n+1個驅動電極組DU的各第一電極143則皆被輸入共用電壓。如此一來，則可在液晶層130中形成如圖4B所示的3階折射率分布曲線LRI₄ 。

然而，亦如圖4B所示，若入射光線70a、70b直接入射此時的液晶層130，由於2階折射率分布曲線LRI₄ 呈類似於正弦函數分布的型態，而這將使得入射第一區域S1的入射光線70a與入射第二區域S2的入射光線70b呈現為不同折射趨勢，例如一者 (即光線70a)為收斂，而另一者(即光線70b)為發散。因此在圖4B的設計下，仍無法提供類似於菲涅耳透鏡的光學作用。所以，如圖4A所示，菲涅耳液晶透鏡400使用光調整圖案層450以對第一區域S1與第二區域S2的光學作用提供調整以實現3階折射率分布曲線FRI₄ 。

具體而言，光調整圖案層450包括多個對應於第二區域S2的半波長相位延遲圖案351a、351b。在本實施例中，光調整圖案層450的結構設計類似於圖3A實施例中的光調整圖案層350的結構設計，換言之，半波長相位延遲圖案351a、351b即設置於第二區域S2中，而半波長相位延遲圖案351a、351b以外的面積則分別為這些第一區域S1，而可使液晶層130中所呈的折射率分布曲線FRI₄ 具有3階的菲涅耳透鏡效果，並使液晶透鏡單元LU對入射光線70a、70b皆提供收斂(或發散)作用。相較於前述的第一與第二實驗例而言，菲涅耳液晶透鏡400亦可實現理想的菲涅耳透鏡效果，但本發明不以此為限。

在其他可行的實施例中，半波長相位延遲圖案351a、351b可僅設置於第一區域S1中而半波長相位延遲圖案351a、351b以外的面積則分別為這些第二區域S2。或是，光調整圖案層450的結構設計亦可應用圖1C實施例、圖2A實施例或其他可行實施例的光調整圖案層150的結構設計，在此便不再贅述。此外，由於菲涅耳液晶透鏡400與上述的菲涅耳液晶透鏡300結構相似，因此，菲涅耳液晶透鏡400亦同樣具有上述的菲涅耳液晶透鏡300 所提及的優點，在此便不再贅述。

圖5A是本發明又一實施例的一種菲涅耳液晶透鏡的剖面示意圖。請參照圖5A，本實施例的菲涅耳液晶透鏡500與圖2A實施例的菲涅耳液晶透鏡300類似，而差異如下所述。在本實施例中，菲涅耳液晶透鏡500的驅動電極層540更包括多個第二電極542，分別位於中心電極141與第一電極143之間，且各驅動電極組DU更包括位於第n個第一電極143與第n個中心電極141之間的第2n-1個第二電極542以及位於第n+1個第一電極143與第n個中心電極141之間的第2n個第二電極542。

具體而言，如圖5A所示，在本實施例中，各中心電極141亦與相鄰第二電極542的間隔(距離)P’相同，換言之，第n個中心電極141與第2n-1個第二電極542的間隔(距離)P’_2n-1 相同於第n個中心電極141與第2n個第二電極542的間隔(距離)P’_2n 。以下則將再搭配圖5B，針對菲涅耳液晶透鏡500如何定義光調整圖案層550中的第一區域S1與第二區域S2的分布區域進行進一步地說明。

圖5B是圖5A實施例中的菲涅耳液晶透鏡尚未進行光調整圖案層配置時的剖面示意圖。如圖5B所示，在本實施例中，各驅動電極組DU的第一電極143與第二電極542可被輸入不同電壓，而各驅動電極組DU的第一電極143與中心電極141亦可被輸入相同或不同電壓，以在液晶層130中形成4階的折射率分布曲線LRI₅ 的設計。

舉例而言，在本實施例中，當第一電極143與中心電極141被輸入相同電壓時，此時第一電極143與中心電極141被輸入共用電壓，而第二電極542可被輸入第一電壓。而當第一電極143與中心電極141被輸入不同電壓時，此時第二電極542可被輸入共用電壓，而中心電極141與第一電極143則分別被輸入第一電壓與第二電壓。如此一來，上述的情況皆可在液晶層130中形成如圖5B所示的4階折射率分布曲線LRI₅ 。

然而，亦如圖5B所示，由於此時液晶層130所具有的3階折射率分布曲線LRI₅ 亦呈類似於正弦函數分布的型態，因此，液晶層130亦將會對平行入射液晶層130不同區域S1、S2的光線70a、70b分別提供收歛及發散的效果，而使液晶層130仍無法提供類似於菲涅耳透鏡的光學作用。所以，如圖5A所示，菲涅耳液晶透鏡500使用光調整圖案層550以對第一區域S1與第二區域S2的光學作用提供調整以實現4階階折射率分布曲線FRI₅ ，以使液晶透鏡單元LU對入射光線70a、70b皆提供收斂(或發散)作用。而在本實施例中，光調整圖案層550的配置方法類似於圖4實施例中的光調整圖案層450的配置方法，相關執行細節請見相關段落在此不再贅述。

如此，請再次參照圖5A，在本實施例中，各第二電極542包括一第一區域部542a與一第二區域部542b。各第二電極542的第一區域部542a位於其中一個第一區域S1中，且第二區域部542b位於其中一個第二區域S2中。更詳細而言，各第二電極542的第 一區域部542a相對較鄰近於相鄰的一個第一電極143，而各第二電極542的第二區域部542b相對較鄰近於相鄰的一個中心電極141。

另一方面，對光調整圖案層550的各半波長相位延遲圖案351a、351b而言，其中一個半波長相位延遲圖案351a、351b更可由各第二電極542的第二區域部542b延伸至鄰近的中心電極141與對應第二電極542的間隔(距離)P’中。如此一來，相較於圖5B的設計而言，菲涅耳液晶透鏡500將使得通過第二區域S2的入射光線70b於液晶層130中的折射率形成反向分布。如此，相較於前述的第一與第二實驗例而言，菲涅耳液晶透鏡500將可具有良好的4階菲涅耳透鏡效果，而實現理想的菲涅耳液晶透鏡500。此外，由於菲涅耳液晶透鏡500與上述的菲涅耳液晶透鏡300結構相似，因此，菲涅耳液晶透鏡500亦同樣具有上述的菲涅耳液晶透鏡300所提及的優點，在此便不再贅述。

值得說明的是，上述各驅動電極組DU的中心電極141與第一電極143雖皆以位於同一水平面上為例示，亦即中心電極141與第一電極143呈現同平面切換(In Plane Switching,IPS)的配置情形，但本發明不以此為限。在其他的實施例中，驅動電極組DU的中心電極141與第一電極143亦可能呈現位於不同水平面的情形，亦即中心電極141與第一電極143呈現邊緣電場切換(Fringe Field Switching)的配置情形。以下將搭配圖6與圖7針對菲涅耳液晶透鏡的中心電極141與第一電極143的可能配置情形進行進 一步地說明。

圖6是本發明又一實施例的一種菲涅耳液晶透鏡的剖面示意圖。請參照圖6，本實施例的菲涅耳液晶透鏡600與圖3A實施例的菲涅耳液晶透鏡300類似，即驅動電極層640皆位於第一基板110上，且第二基板120上沒有其它電極，而差異如下所述。在本實施例中，驅動電極層640包括一另一介電層645，而中心電極141與第一電極143則分別位於另一介電層645的相對兩側上。具體而言，如圖6所示，中心電極141位於第一基板110與另一介電層645之間，即另一介電層645覆蓋於中心電極141與第一基板110之上，而第一電極143則位於另一介電層645與液晶層130之間，即第一電極143設置於另一介電層645之上而介電層160覆蓋於第一電極143、另一介電層645、中心電極141及第一基板110，且各中心電極141與兩側的第一電極143於第一基板110上的投影之間相隔的距離D相同。若第二基板120上有其它電極，就會產生與圖1A的第一實驗例類似的問題，而不利於形成菲涅耳液晶透鏡600。

舉例而言，在本實施例中，第n個中心電極141與第n個第一電極143於第一基板110上的投影存在間隔(距離)D_n ，而第n個中心電極141與第n+1個第一電極143於第一基板110上的投影之間存在間隔(距離)D_n+1 ，而間隔(距離)D_n 與間隔(距離)D_n+1 彼此相同。此時，若驅動電極層640與驅動電極層140具有相同的電壓輸入模式，則液晶層130中所呈的折射率分布曲線FRI₆ 與圖 3實施例的液晶層130中所呈的折射率分布曲線FRI₃ 亦不會具有太大的差異，因此菲涅耳液晶透鏡600亦具有類似於菲涅耳液晶透鏡300的菲涅耳液晶透鏡效果與其所提及的優點，在此不再重述。

圖7是本發明又一實施例的一種菲涅耳液晶透鏡的剖面示意圖。請參照圖7，本實施例的菲涅耳液晶透鏡700與圖6實施例的菲涅耳液晶透鏡600類似，即驅動電極層740皆位於第一基板110上，且第二基板120上沒有其它電極，而差異如下所述。如圖7所示，在本實施例中，菲涅耳液晶透鏡700的驅動電極層740的中心電極741為一連續分佈的電極，換言之，各驅動電極組DU具有同一個中心電極741，而各第一電極143彼此之間相隔的距離d相同。而若第二基板120上有其它電極，就會產生與圖1A的第一實驗例類似的問題，因而不利於形成菲涅耳液晶透鏡700。

此時，若驅動電極層740與驅動電極層140具有相同的電壓輸入模式，則亦可使液晶層130中所呈的折射率分布曲線FRI₇ 與圖6實施例中的折射率分布曲線FRI₆ 類似，因此菲涅耳液晶透鏡700同樣具有菲涅耳液晶透鏡600所提及的效果及優點，在此便不再贅述。

此外，需說明的是，在圖6與圖7的實施例中，雖以可驅動液晶層130呈2階菲涅耳液晶透鏡效果的驅動電極組DU為例示，但前述實施例或其他可行實施例中可呈其他多階菲涅耳液晶透鏡效果的驅動電極組DU亦可應用類似的結構設計，而仍可 保持類似的菲涅耳液晶透鏡效果。換言之，由一個中心電極141與一個第一電極143的後半部分至下一個第一電極143的前半部分所構成的驅動電極組DU僅是舉例說明，而本發明並不以此為限。

圖8A是本發明一實施例的一種平面/立體顯示裝置800的剖面示意圖。圖8B是圖8A實施例的一種畫素結構的正視示意圖。請參照圖8A，在本實施例中，平面/立體顯示裝置800包括一顯示面板810以及一菲涅耳液晶透鏡100。具體而言，在本實施例中，顯示面板810具有一第三基板811、一第四基板813以及一設置於第三基板811與第四基板813之間的顯示介質層812。具體而言，顯示面板810更包括多個畫素結構單元PS(如圖8B所示)以驅動顯示介質層812，其中各畫素結構單元PS包括掃描線SL、資料線DL、主動元件AC以及畫素電極PE等構件，以使顯示平面/立體顯示裝置800可實現所需的顯示畫面效果。其中，主動元件AC中的閘極會連接掃描線SL、其源極會連接資料線DL以及其汲極會連接畫素電極PE，且主動元件AC的類型可為底閘型、頂閘型、雙閘型、或其它合適的類型。而形成主動元件AC的半導體材料為單層或多層結構，其包含非晶矽、多晶矽、微晶矽、奈米矽、單晶矽、有機半導體、氧化物半導體、或其它合適的半導體材料。此外，顯示面板810依照顯示介質層種類，例如非自發光材料、自發光材料、或其它材料，而可區分為一非自發光顯示面板、一自發光顯示面板或其組合。另一方面，菲涅耳液晶透鏡100則配 置於顯示面板810上，使顯示面板810的顯示光線穿透菲涅耳液晶透鏡100以進行顯示。而由於菲涅耳液晶透鏡100具有良好的菲涅耳透鏡效果。因此平面/立體顯示裝置800將可具有良好的顯示效果。值得一提的是，在平面/立體顯示裝置800中，光調整圖案層150也可選擇地直接製作於顯示面板810的第三基板811上，也就是說，顯示面板810的第三基板811可以做為承載光調整圖案層150的承載基板，即在平面/立體顯示裝置800中可以僅有三塊基板811、813、120。

此外，需說明的是，在本實施例中，菲涅耳液晶透鏡100雖以圖1C實施例中的的菲涅耳液晶透鏡100為例示，但亦可為前述圖2至圖7的各實施例或其他可行實施例的菲涅耳液晶透鏡。具體而言，光調整圖案層150位於第一基板110與驅動電極層140之間的菲涅耳液晶透鏡100僅是舉例說明，而本發明並不以此為限。此外，由於本實施例中的平面/立體顯示裝置800可應用前述實施例中的各菲涅耳液晶透鏡，因此，本實施例中的平面/立體顯示裝置800亦具有前述各菲涅耳液晶透鏡所提及的優點，在此便不再贅述。

圖9是本發明另一實施例的一種平面/立體顯示裝置的剖面示意圖。請參照圖9，本實施例的平面/立體顯示裝置900與圖8實施例的平面/立體顯示裝置800類似，而差異如下所述。在本實施例中，平面/立體顯示裝置900應用了菲涅耳液晶透鏡200的結構，因此第一基板110位於光調整圖案層250與驅動電極層140 之間。而菲涅耳液晶透鏡200的光調整圖案層250並配置於承載基板260上，且光調整圖案層250位於承載基板260與第一基板110之間。值得一提的是，在平面/立體顯示裝置900中，光調整圖案層250也可選擇地直接製作於顯示面板810的第三基板811上而不需承載基板260，也就是說，顯示面板810的第三基板811可以做為承載光調整圖案層250的承載基板。然而，由於平面/立體顯示裝置900與平面/立體顯示裝置800的結構差異僅在於光調整圖案層的位置不同，因此，平面/立體顯示裝置900同樣具有平面/立體顯示裝置800所提及的優點，在此便不再贅述。

圖10A是本發明再一實施例的一種顯示裝置的剖面示意圖。圖10B是圖10A實施例的一種切換式相位延遲片的正視示意圖。圖10C是圖10A實施例的一種顯示裝置的上視示意圖。請參照圖10A，本實施例的平面/立體顯示裝置1000與圖9實施例的平面/立體顯示裝置900類似，而差異如下所述。

本實施例中的平面/立體顯示裝置1000更包括一切換式相位延遲片1020，配置於顯示面板810與菲涅耳液晶透鏡200之間。在本實施例中，切換式相位延遲片1020可為液晶切換面板，但本發明並不以此為限。具體而言，切換式相位延遲片1020包括一第五基板1021、一第六基板1023以及一設置於第五基板1021與第六基板1023之間的可控式相位延遲材料層1022。在本實施例中，第五基板1021與第六基板1023例如可為玻璃基板或其他適合材質的基板，且第五基板1021與第六基板1023上並不具有彩 色濾光層。因此，切換式相位延遲片1020在本實施例中不提供彩色濾光作用。

更詳細而言，如圖10B所示，切換式相位延遲片1020的可控式相位延遲材料層1022包括多個可獨立控制的相位延遲圖案單元PU。在本實施例中，這些相位延遲圖案單元PU例如可由相位延遲材料，例如液晶材料，在不同區域的排列方式來實現。舉例而言，這些相位延遲圖案單元PU在第一狀態下可以提供二分之一波長相位延遲或其他適合的相位延遲，而在第二狀態可以不提供相位延遲。或是相位延遲圖案單元PU在第一狀態的相位延遲不同於第二狀態的相位延遲。平面/立體顯示裝置1000可分別切換不同相位延遲圖案單元PU的狀態，以形成不同的相位延遲區域1020a、1020b。

如此一來，入射切換式相位延遲片1020的光線在通過了不同的相位延遲區域1020a、1020b後，將可具有不同的偏極態，以使平面/立體顯示裝置1000可同時在影像顯示區域1000a及影像顯示區域1000b分別顯示平面影像與立體影像，如圖10C所示。

舉例而言，當相位延遲區域1020a提供二分之一波長相位延遲，而相位延遲區域1020b不提供相位延遲時，具有線性偏振態的入射光線通過相位延遲區域1020a會發生偏極態的變化而形成不同於原入射光線的線偏角度。如此，在具有不同線偏角度的光線通過菲涅耳液晶透鏡200時，其分光效應將不顯著，而可顯示一平面影像。反之，具有線性偏振態的入射光線通過相位延 遲區域1020b時，線性偏振態的入射光線將繼續入射於菲涅耳液晶透鏡200而受到分光作用以顯示一立體影像。

平面/立體顯示裝置1000可根據實際需求改變影像顯示區域1000a與影像顯示區域1000b的範圍大小與模式切換，此技術領域中具有通常知識者當可依據實際需求來製作並進行相關設計，此處便不再贅述。此外，需說明的是，在本實施例中的切換式相位延遲片1020亦可應用於圖8實施例的平面/立體顯示裝置800與圖9實施例的平面/立體顯示裝置900上，而實現同時形成一立體影像顯示區域及一平面影像顯示區域的效果。再者，上述圖8至圖10中所述的顯示面板810中可選擇性包含彩色濾光片，以構成全彩的顯示面板。再者，上述圖8至圖10中所述的顯示面板810若為非自發光顯示面板，就需要背光模組(未繪示)中的光源提供給予顯示面板810，或者是若為自發光顯示面板就不需要背光模組(未繪示)中的光源提供給予顯示面板810。

綜上所述，藉由中心電極及第一電極的配置與輸入電壓模式以及光調整圖案層中的第一區域與第二區域的結構設計，將可改變本發明的實施例的菲涅耳液晶透鏡的液晶層中的折射率分布曲線，以提供良好的菲涅耳透鏡效果，而作為菲涅耳液晶透鏡。此外，由於本發明的實施例的平面/立體顯示裝置具有前述的菲涅耳液晶透鏡結構設計，因此具有良好的顯示效果。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的 精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

70a、70b‧‧‧光線

300‧‧‧菲涅耳液晶透鏡

110‧‧‧第一基板

120‧‧‧第二基板

130‧‧‧液晶層

140‧‧‧驅動電極層

141‧‧‧中心電極

143‧‧‧第一電極

160‧‧‧介電層

350‧‧‧光調整圖案層

351a、351b‧‧‧半波長相位延遲圖案

260‧‧‧承載基板

S1‧‧‧第一區域

S2‧‧‧第二區域

D2‧‧‧偏振方向

FRI₃ ‧‧‧折射率分布曲線

ΔFRI₃ ‧‧‧折射率差值

Claims (20)

1. 一種菲涅耳液晶透鏡，包括：一第一基板；一第二基板，與該第一基板疊置；一液晶層，設置於該第一基板與該第二基板之間；一驅動電極層，配置於該第一基板與該液晶層之間，該驅動電極層包括多個中心電極以及多個第一電極，其中每一該中心電極位於依序排列的兩個第一電極之間以構成一驅動電極組，且各該驅動電極組驅動該液晶層時形成一液晶透鏡單元；以及一光調整圖案層，該驅動電極層配置於該光調整圖案層與該液晶層之間，且該光調整圖案層定義出多個第一區域以及多個第二區域，使得該液晶透鏡單元對一入射光線提供發散與收斂其中一者的折射作用，其中各該中心電極位於其中一個第一區域中，而各該第一電極位於其中一個第二區域中。
2. 如申請專利範圍第1項所述的菲涅耳液晶透鏡，其中該光調整圖案層包括多個遮光圖案，該些遮光圖案所在面積分別為該些第二區域，而該些遮光圖案以外的面積分別為該些第一區域，其中各該中心電極分別位於其中一個相對應之第一區域中，且該些第一區域中不存在該些遮光圖案。
3. 如申請專利範圍第1項所述的菲涅耳液晶透鏡，其中該光調整圖案層包括多個半波長相位延遲圖案，該些半波長相位延遲圖案所在面積為該些第二區域與該些第一區域其中一者，而該些 半波長相位延遲圖案以外的面積為該些第二區域與該些第一區域其中另一者。
4. 如申請專利範圍第3項所述的菲涅耳液晶透鏡，其中該些半波長相位延遲圖案的光軸以一角度相交於一入射光線的偏振方向，該入射光線經過該光調整圖案層後才入射於該液晶層，且該角度不大於45度。
5. 如申請專利範圍第4項所述的菲涅耳液晶透鏡，其中該些半波長相位延遲圖案所在面積分別為該些第二區域，且第n個驅動電極組的其中一個第一電極與對應的中心電極之間的該半波長相位延遲圖案的光軸以一第一角度相交於該入射光線的偏振方向，該第n個驅動電極組的另一個第一電極與對應的中心電極之間的該半波長相位延遲圖案的光軸以一第二角度相交於該入射光線的偏振方向，該第一角度與該第二角度各自不大於45度，並且該第一角度與該第二角度不同，而n為大於零的正整數。
6. 如申請專利範圍第5項所述的菲涅耳液晶透鏡，其中該第一角度與該第二角度的和，實質上為零。
7. 如申請專利範圍第1項所述的菲涅耳液晶透鏡，其中該光調整圖案層位於該第一基板與該驅動電極層之間。
8. 如申請專利範圍第1項所述的菲涅耳液晶透鏡，其中該第一基板位於該光調整圖案層與該驅動電極層之間。
9. 如申請專利範圍第1項所述的菲涅耳液晶透鏡，其中各該驅動電極組的該中心電極與該些第一電極被輸入不同電壓。
10. 如申請專利範圍第1項所述的菲涅耳液晶透鏡，其中各該驅動電極組的該中心電極與兩側的該些第一電極之間相隔的距離相同。
11. 如申請專利範圍第1項所述的菲涅耳液晶透鏡，其中該些中心電極的寬度不同於該些第一電極的寬度。
12. 如申請專利範圍第1項所述的菲涅耳液晶透鏡，其中該驅動電極層更包括多個第二電極，分別位於該些第一電極與該些中心電極之間，且各該驅動電極組更包括位於第n個第一電極與第n個中心電極之間的第2n-1個第二電極以及位於第n+1個第一電極與第n個中心電極之間的第2n個第二電極，且n為大於零的正整數。
13. 如申請專利範圍第12項所述的菲涅耳液晶透鏡，其中第n個中心電極與第2n-1個第二電極的間隔距離相同於第n個中心電極與第2n個第二電極的間隔距離。
14. 如申請專利範圍第12項所述的菲涅耳液晶透鏡，其中各該第二電極包括一第一區域部與一第二區域部，該第一區域部相對較鄰近於相鄰的一個第一電極而該第二區域部相對較鄰近於相鄰的一個中心電極，該第一區域部位於其中一個第一區域中且該第二區域部位於其中一個第二區域中。
15. 如申請專利範圍第12項所述的菲涅耳液晶透鏡，其中該其中一個第二區域更由各該第二電極的該第二區域部延伸至鄰近的該中心電極與該第二電極的間隔距離中。
16. 如申請專利範圍第12項所述的菲涅耳液晶透鏡，其中各該驅動電極組的該些第一電極與該些第二電極被輸入不同電壓。
17. 如申請專利範圍第16項所述的菲涅耳液晶透鏡，其中各該驅動電極組的該些第一電極與該中心電極被輸入不同電壓。
18. 如申請專利範圍第16項所述的菲涅耳液晶透鏡，其中各該驅動電極組的該些第一電極與該中心電極被輸入共用電壓。
19. 一種平面/立體顯示裝置，包括：一顯示面板，具有一第三基板、一第四基板以及一設置於該第三基板與該第四基板之間的顯示介質層；以及如申請專利範圍第1~18項中任一項所述的菲涅耳液晶透鏡，該菲涅耳液晶透鏡配置於該顯示面板上使該顯示面板的顯示光線穿透該菲涅耳液晶透鏡以進行顯示。
20. 如申請專利範圍第19項所述的平面/立體顯示裝置，更包括一切換式相位延遲片，配置於該顯示面板與該菲涅耳液晶透鏡之間。