TWI588539B - 液晶透鏡及包含其之顯示器 - Google Patents

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TWI588539B
TWI588539B TW101121029A TW101121029A TWI588539B TW I588539 B TWI588539 B TW I588539B TW 101121029 A TW101121029 A TW 101121029A TW 101121029 A TW101121029 A TW 101121029A TW I588539 B TWI588539 B TW I588539B
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白種仁
朴源祥
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三星顯示器有限公司
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Description

液晶透鏡及包含其之顯示器 相關申請案之交互參照
本申請案主張早期於2011年6月15日向韓國智慧財產局提出之申請案之優先權效益，申請案號為10-2011-0058051，其全部揭露之內容併入此處作為參考。
本發明係有關於一種液晶透鏡及包含其之顯示器，尤其係一種控制光徑之液晶透鏡及包含該液晶透鏡之顯示器。
顯示器藉由各種方式發光以顯示影像。顯示器使用之發光方式通常是作為決定顯示器形式的基礎。許多研究正爭相研發各種發光方式以有效地控制發光亮度及改善顯示品質。
除了研究控制發光亮度外，藉由控制光徑以顯示三維(3D)影像的立體影像顯示器最近亦獲得許多關注。此種立體影像顯示器係根據當左邊影像進入觀看者左眼且右邊影像進入觀看者右眼時，觀看者可感知立體影像之原理。偏振法(polarized method)(例如鏡片法)、時間分割法、視差屏障法(例如無鏡片法)、凸透鏡或微透鏡法以及閃光法係為主要的研究。
長時間僅觀看3D影像可能會造成觀看者頭暈。此外，觀看者可能希望不僅觀看3D影像內容，也觀看二維(2D)影像內容。
若可根據不同操作模式控制不同光徑，就可能同時顯示2D和3D影像。任意控制光徑可應用於除了顯示器以外之各種以光學為基礎之應用。
本發明之態樣提供一種改善之顯示器。
本發明之態樣提供可控制光徑之液晶透鏡。
本發明之態樣亦提供可控制光徑之顯示器。
然而，本發明之態樣不限於在此所闡述者。藉由參考以下之本發明之詳細說明，本發明之上述及其他態樣對於該領域之相關技術人員將更為清楚。
根據本發明之一態樣，係提供一種液晶透鏡，其包含彼此相對之第一電極及第二電極、插設於第一電極及第二電極之間且具有平坦的頂端及底端表面之液晶層、以及插設於第二電極及液晶層之間之介電層。介電層包含一區域，於其中介於介電層之頂端與底端表面之間之電容沿著水平方向改變。
根據本發明之另一態樣，係提供一種液晶透鏡，其包含彼此相對之第一電極及第二電極、插設於第一電極及第二電極之間且具有平坦的頂端及底端表面之液晶層、以及插設於第二電極及液晶層之間之介電層，介電層包含第一子介電層，係具有第一介電常數，以及第二子介電層，係具有與第一介電常數不同之第二介電常數。介電層包含一區域，於其中第一子介電層及第二子介電層之至少其一之高度沿著水平方向改變。
根據本發明之另一態樣，係提供一種液晶透鏡，其包含第一電極、形成於第一電極上且具有平坦的頂端及底端表面之液晶層、形成於液晶層 上且具有包含曲線表面之頂端表面之介電層、以及保形地(conformally)形成於介電層之頂端表面上之第二電極。
根據本發明之另一態樣，係提供一種顯示器，其包含供光裝置、及設置於供光裝置上之液晶透鏡。液晶透鏡包含彼此相對之第一電極及第二電極、插設於第一電極與第二電極之間且具有平坦的頂端及底端表面之液晶層、以及插設於第二電極與液晶層之間之介電層。介電層包含一區域，於其中介於介電層之頂端與底端表面之間之電容沿著水平方向改變。
根據本發明之另一態樣，係提供一種顯示器，其包含供光裝置、及設置於供光裝置上之液晶透鏡。液晶透鏡包含彼此相對之第一電極及第二電極、插設於第一電極與第二電極之間且具有平坦的頂端及底端表面之液晶層、以及插設於第二電極與液晶層之間之介電層。介電層包含第一子介電層，係具有第一介電常數，以及第二子介電層，係具有與第一介電常數不同之第二介電常數。介電層包含一區域，於其中第一子介電層及第二子介電層之至少其一之高度沿著水平方向改變。
根據本發明之另一態樣，係提供一種顯示器，其包含供光裝置、及設置於供光裝置上之液晶透鏡。液晶透鏡包含第一電極、形成於第一電極上且具有平坦的頂端及底端表面之液晶層、形成於液晶層上且具有包含曲線表面之頂端表面之介電層、以及保形地形成於介電層之頂端表面上之第二電極。
10‧‧‧液晶透鏡
101‧‧‧第一基板
102‧‧‧第二基板
110、111‧‧‧第一電極
110a‧‧‧第一電極之頂端表面
1100、1101、1102、1103、1110、1111、1112、1113、1114、1115、1116、1117、1118、1119、1120、1121、1122、1123、1124、1125、1127、1128‧‧‧液晶透鏡
120、121‧‧‧第二電極
120a‧‧‧第二電極之底端表面
130‧‧‧液晶層
130_1‧‧‧液晶層之頂端表面
130_2‧‧‧液晶層之底端表面
135、235‧‧‧液晶分子
140、140a、140b、140c、141、142、143、144、145、146、147、148、149、150、151、152、153、154、155、156、157‧‧‧介電層
140_1、141_1、142_1‧‧‧介電層之頂端表面
140_2、141_2、142_2‧‧‧介電層之底端表面
141a、142a、143a、144a、145a、146a、148a、149a、150a、151a、152a、153a、154a、155a、156a、157a‧‧‧第一子介電層
141b、142b、143b、144b、145b、146b、148b、149b、150b、151b、152b、153b、154b、155b、156b、157b‧‧‧第二子介電層
148c、149c、150c、151c、152c、153c、155c‧‧‧第三子介電層
150d、151d、152d、153d、155d‧‧‧第四子介電層
144a_1、145a_1‧‧‧第一側邊
144a_2、145a_2‧‧‧第二側邊
144a_3‧‧‧對角線
145a_3‧‧‧線
147a‧‧‧雜質
147b‧‧‧介電層介質
160‧‧‧光學透鏡
20‧‧‧供光裝置
200‧‧‧液晶顯示面板
210‧‧‧下基板
211‧‧‧像素電極
220‧‧‧上基板
221‧‧‧色彩濾波器
222‧‧‧黑色矩陣
223‧‧‧平坦化薄膜
224‧‧‧共同電極
230‧‧‧液晶分子層
30、300‧‧‧顯示器
310‧‧‧遮罩
312‧‧‧孔洞
320‧‧‧遮罩圖樣
AS、AS1、AS2、BS‧‧‧區域
X‧‧‧第一方向
Y‧‧‧第二方向
Z‧‧‧第三方向
R‧‧‧紅色
G‧‧‧綠色
B‧‧‧藍色
E1‧‧‧左眼
E2‧‧‧右眼
CS‧‧‧第一區域
PS‧‧‧第二區域
d1‧‧‧第一子介電層之高度
d2‧‧‧第二子介電層之高度
L1‧‧‧第一單元透鏡區域
L2‧‧‧第二單元透鏡區域
N1‧‧‧連接點
P0、P1、P2‧‧‧位置
PA1~PA12‧‧‧像素區域
ε、ε1、ε2、ε3、ε4‧‧‧介電常數
1/C‧‧‧倒電容
V1、V2‧‧‧位能差
n‧‧‧折射率
參考以下配合所附圖式之詳細說明，將更清楚地了解本發明之更完整的剖析及其所附加之優點，圖中相似之參考符號指的是相同或相似之元件，其中： 第1圖係為根據本發明原理之例示性實施例之顯示器的配置示意圖。
第2圖係為根據本發明原理之例示性實施例之液晶透鏡之剖視圖。
第3A圖係為第2圖中在每一水平位置之介電層之介電常數之示意圖。
第3B圖係為第2圖中在每一水平位置之介電層之倒電容之示意圖。
第4圖係為第2圖之液晶透鏡於第一模式中之操作示意圖。
第5圖係為當第2圖之液晶透鏡以第一模式操作時，在每一水平位置之液晶層之折射率之示意圖。
第6圖係為第2圖之液晶透鏡於第二模式中之操作示意圖。
第7圖係為當第2圖之液晶透鏡以第二模式操作時，在每一水平位置之液晶層之折射率之示意圖。
第8圖係為根據本發明原理之另一例示性實施例之液晶透鏡之剖視圖。
第9圖係為第8圖中在每一水平位置之介電層之介電常數之示意圖。
第10圖係為根據本發明原理之另一例示性實施例之液晶透鏡之剖視圖。
第11圖係為第10圖中在每一水平位置之介電層之介電常數之示意圖。
第12圖係為根據本發明原理之另一例示性實施例之液晶透鏡之剖視圖。
第13圖係為第12圖中在每一水平位置之介電層之介電常數之示意圖。
第14圖係為根據本發明原理之另一例示性實施例之液晶透鏡之剖視圖。
第15圖係為第14圖中在每一水平位置之介電層之倒電容之示意圖。
第16圖至第21圖係為根據本發明原理之各種例示性實施例之液晶透鏡之剖視圖。
第22圖係為根據本發明原理之例示性實施例之製造第21圖所示之介電層之例示性方法之剖視圖。
第23圖係為根據本發明原理之另一例示性實施例之製造第21圖所示之介電層之另一例示性方法之剖視圖。
第24圖至第34圖係為根據本發明原理之各種例示性實施例之液晶透鏡之剖視圖。
第35圖係為根據本發明原理之例示性實施例之顯示器之剖視圖。
第36圖係為以第二模式操作第35圖之顯示器之剖視圖。
參考以下所附之圖示，其展示本發明之較佳實施例，將更完整地說明本發明。然而，本發明可以不同的形式而實施且不應限於在此所闡述之實施例。相反地，此些實施例係提供以徹底及完整地揭露本發明，並對本領域之 技術人員完整地表達本發明之範疇。於整份說明書中，相同之參考符號係指相同之元件。在所附之圖式中，為清楚說明，將放大層及區域之厚度。
將理解的是，當層被描述為於其他層或基板"上"(on)時，其可直接地位於其他層或基板上，或者可存在中介層。相對地，當元件被描述為"直接地"於其他元件"上"(directly on)，則不存在中介元件。
在此使用之術語"倒電容(elastance)"意指電容之倒數。
參考所附圖式，其展示本發明之例示性實施例，將更完整地說明根據本發明之液晶透鏡及顯示器。
第1圖係為根據本發明原理之例示性實施例之顯示器30之配置示意圖。請參閱第1圖，顯示器30包含供光裝置20及設置於該供光裝置20一端上之液晶透鏡10。
供光裝置20提供光線至液晶透鏡10。藉由供光裝置20提供至液晶透鏡10之光線可包含自供光裝置20發射之光線及/或自液晶透鏡10入射且藉由供光裝置20反射之光線。
供光裝置20可包含顯示面板。於某些實施例中，顯示面板可為自體發光顯示面板，例如有機發光二極體(OLED)、發光二極體(LED)、無機電致發光顯示器(EL)、場效發射顯示器(FED)、表面傳導電子發射顯示器(SED)、電漿顯示面板(PDP)或陰極射線管(CRT)。與某些另外的實施例中，顯示面板可為非發光顯示面板，例如液晶顯示器(LCD)或電泳顯示器(EPD)。當顯示面板為非發光顯示面板時，其可更包含一光源，例如背光組件。
液晶透鏡10係設置於該供光裝置20一端上且接收來自供光裝置20之光線。液晶透鏡10至少部份地調變入射光線之特徵(例如路徑或相)。於某些實施例中，液晶透鏡10可根據不同模式以不同地調變入射光線之特徵。舉例而言，液晶透鏡10於第一模式中可不調變入射光線之特徵，但於第二模式中可調 變入射光線之特徵。根據不同模式以不同地調變入射光線之特徵可導致根據不同模式以不同地調變自供光裝置20之顯示面板之影像輸出。因此，藉由液晶透鏡10，可根據不同模式以不同地控制自顯示面板之影像輸出。藉由液晶透鏡10之此種根據不同模式之選擇性光特徵之調變使其可能實現二維(2D)/三維(3D)可轉換顯示器，如以下所將描述。
下文中，將更詳細地描述根據本發明原理之例示性實施例之液晶透鏡10。第2圖係為根據本發明原理之例示性實施例之液晶透鏡1100之剖視圖。請參閱第2圖，液晶透鏡1100包含彼此相對之第一電極110及第二電極120、液晶層130、以及插設於第一電極110及第二電極120之間之介電層140。
各第一電極110及第二電極120可由透明導電材料製成。舉例而言，各第一電極110及第二電極120可由氧化物製成，例如銦錫氧化物(ITO)、銦鋅氧化物(IZO)，氧化鋅(ZO)、銦氧化物(IO)、或氧化鈦(TiO)。於另一實施例中，各第一電極110及第二電極120可包含例如奈米碳管(CNTs)、金屬奈米線、或導電性聚合物之材料。第一電極110及第二電極120可不必以同樣材料製成。
第一電壓係施加於第一電極110上，且第二電壓係施加於第二電極120上。因此，對應第一電壓與第二電壓之壓差之電場可形成於第一電極110之頂端表面110a與第二電極120之底端表面120a之間。
於某些根據本發明原理之實施例中，各第一電極110及第二電極120可為未圖樣化之全表面電極(whole-surface electrode)。第一電極110及第二電極120可彼此平行放置。
液晶層130及介電層140係插設於第一電極110與第二電極120之間。於第2圖中，液晶層130堆疊於第一電極110上，且介電層140堆疊於液晶層130上。然而液晶層130及介電層140堆疊之次序可對換。
液晶層130之頂端表面130_1及底端表面130_2實質上可為平坦的。液晶層130之平坦的頂端及底端表面130_1及130_2可助於使液晶分子135均勻分布。更進一步地，液晶層130之頂端表面130_1及底端表面130_2可彼此平行。
在藉由液晶層130之頂端及底端表面130_1及130_2所定義之空間中，液晶層130包含液晶分子135。液晶分子135可以均勻地密度分布於液晶層130之整個區域中。於本例示性實施例中，液晶分子135具有正介電各向異性(dielectric anisotropy)且初始於水平方向上對準。當液晶分子135初始於水平方向上對準，液晶分子135之長軸與水平方向平行。於此狀態中，液晶分子135可具有例如0度之方位角(azimuth)。於本說明書中，方位角是於球面坐標系統(spherical coordinate system)中的角度測量。自(原)觀察者至興趣點之向量係垂直地投影至參考平面上；參考平面上之介於投影向量與參考向量之間之角度稱為方位角。此外，具有正介電各向異性之液晶分子將平行地對準所施加之電場；且具有負介電各向異性之液晶分子將垂直地對準所施加之電場。
於根據本發明原理之某些另外之實施例中，液晶分子135可具有負介電各向異性。於此情形中，液晶分子135可初始地於垂直方向對準。當液晶分子135初始地於垂直方向對準，其不僅具有90度之方位角，且係預傾斜於某個角度。由此觀點，液晶分子135初始地於垂直方向對準之方位角可為例如80至90度。
介電層140包含一種或多種介電材料。假設液晶透鏡1100之水平方向為第一方向X，且垂直第一方向X之厚度方向，亦即，液晶層130及介電層140堆疊之方向為第二方向Y，介於介電層140之頂端表面140_1與底端表面140_2之間之電容可沿著第一方向X至少於每個位置有部分的相異。亦即，介電質140包含一區域，於其中介於介電質140之頂端表面140_1與底端表面140_2_之間之電容沿著第一方向X而改變。若介電層140之頂端表面140_1與底端表面140_2之 距離沿著第一方向X保持不變，舉例而言，若介電層140之頂端表面140_1與底端表面140_2為平坦的且彼此平行，藉由每一位置之不同介電常數，可達到每一位置具有不同電容。
液晶透鏡1100可包含二個或更多單元透鏡區域，例如，根據電容或介電層140之介電常數之分布之第一單元透鏡區域L1及第二單元透鏡區域L2。根據施加於第一電極110及第二電極120之電壓，各第一及第二單元透鏡區域L1及L2可展現與光學透鏡，例如凸透鏡或凹透鏡，相似之光學特徵。各第一及第二單元透鏡區域L1及L2之光學特徵可根據施加於第一電極110及第二電極120之電壓而變化。亦即，各第一及第二單元透鏡區域L1及L2可具有不同透鏡之功能。
單一光學透鏡可理解作為展現單一光射線之調變特徵。舉例而言，入射於凸透鏡表面上之光射線係根據光射線入射之位置而不同地折射。然而，凸透鏡可聚集，例如集中光射線為單一光射線且調變單一光射線。由此觀點，液晶透鏡1100之各第一及第二單元透鏡區域L1及L2可具有對應其光學透鏡之光調變特徵。亦即，第一單元透鏡區域L1可展現第一光調變特徵，且第二單元透鏡L2可展現第二光調變特徵。第一光調變特徵可實質上與第二光調變特徵相等。舉例而言，第一光調變特徵及第二光調變特徵可皆為凸透鏡之光學特性。在此例中，第一單元透鏡區域L1及第二單元透鏡L2可類似排列二個同樣光學特性的凸透鏡而操作。
參考第2圖以及第3A圖至第7圖，將更詳細地說明各第一及第二單元透鏡區域L1及L2之光調變特徵。
第3A圖係為第2圖中在每一水平位置之介電層140之介電常數ε之示意圖。第3B圖係為第2圖中在每一水平位置之介電層140之倒 電容之示意圖。請參閱第2圖及第3A圖，第一單元透鏡區域L1中之介電層140之介電常數自P0位置至P1位置之方向上減少然後增加。亦即，介電常數形成向下凸起的拋物線。在第二單元透鏡區域L2中，介電層140之介電常數亦自P1位置至P2位置之方向上減少然後增加。亦即，介電常數形成向下凸起的拋物線。第一單元透鏡區域L1之拋物線可相同於第二單元透鏡區域L2之拋物線。亦即，在沿著水平方向之對應位置上，第一單元透鏡區域L1中之介電常數可相等於第二單元透鏡區域L2中之介電常數。因此，本例示性實施例之第一單元透鏡區域L1及第二單元透鏡區域L2可展現實質上相同之電學及光學性質。若沿著第一方向X，頂端表面140_1與底端表面140_2之間之距離保持不變，由於電容係正比於介電常數，每一水平位置上之介電層140之電容之圖形可展現實質上相等之圖樣，如第3A圖所示。因此，介電層140之倒電容1/C，其為電容C之倒數，之圖形可具有水平對稱於介電常數之圖形之相似圖樣，如第3B圖所示。因此，倒電容1/C可於平坦的區域為最高，於此處介電常數為最小。當在沿著水平方向之對應位置上，第一單元透鏡區域L1中之介電常數相等於第二單元透鏡區域L2中之介電常數時，在沿著水平方向之對應位置上，第一單元透鏡區域L1中之電容C或倒電容1/C可相等於第二單元透鏡區域L2中之電容C或倒電容1/C。
現在將描述上述液晶透鏡1100之操作。第4圖係為第2圖之液晶透鏡1100於第一模式中之操作示意圖。第5圖係為當第2圖之液晶透鏡1100以第一模式操作時，在每一水平位置之液晶層130之折射率之示意圖。
請參閱第4圖及第5圖，當液晶透鏡1100於第一模式操作時，不論其在第一方向X上，亦即水平方向上，之位置，液晶層130之液晶分子135係以相同之方位角排列。舉例而言，可藉由施加相同電壓於第一電極110及第二電極120以實現第一模式。當相同電壓施加於第一電極110及第二電極120，施加於介電層140及液晶層130之位能差V1為0V。由於沒有電壓施加於液晶層130，液晶分子135仍然排列於初始排列之水平方向。因此，如第5圖所示，入射在液晶透鏡1100上之光不論其在液晶層130之水平方向之位置，係具有相同之折射率n。因此，入射在液晶層130上之光直線地傳播於液晶層130內而不改變其路徑。
當穿過液晶層130之光到達介電層140，若介電層140之折射率與液晶層130之折射率相等，介電層140對光而言不算是光學上的另一種材料。因此，光透過介電層140而不改變路徑地傳播。即使當液晶層130之折射率不同於介電層140之折射率，大多數垂直地透過液晶層130傳輸的光仍不會改變路徑。光僅在介於液晶層130與具有不同折射率之介電層140之間之介面改變其波長。
即使當介電層140以二個或更多之材料製成，若每一材料具有相同折射率，透過不同材料之間之介面之光係不改變路徑地傳播。更進一步地，即使當介電層以二個或更多各具有不同折射率之材料製成，若光垂直地入射在不同材料之間之介面上，其路徑仍不會改變。如第4圖所示，入射於液晶透鏡1100上之光穿過液晶層130及介電層140而不改變其路徑。
第6圖係為第2圖之液晶透鏡1100於第二模式中之操作之示意圖。第7圖係為當第2圖之液晶透鏡1100以第二模式操作時，在每一水平位置之液晶層130之折射率之示意圖。
請參閱第6圖及第7圖，當液晶透鏡1100於第二模式操作時，液晶層130之液晶分子135係排列以具有不同之方位角於至少某些水平位置。舉例而言，藉由施加不同電壓於第一電極110及第二電極120，並形成電場於第一電極110與第二電極120之間，可實現第二模式。於第二模式中，介於第一電極110之頂端表面110a與第二電極120之底端表面120a之間之電場在每一水平位置維持不變。然而，從液晶層130之觀點，介於頂端表面130_1與底端表面130_2之間之電場係於每一水平位置變化。
更具體地說，液晶層130及介電層140係插設於第一電極110與第二電極120之間。由於液晶層130之底端表面130_2係與第一電極110相鄰，不論水平方向之位置，第一電壓可施加於底端表面130_2。此外，液晶層130係插設於之液晶層130頂端表面130_1與第一電極110之間，且介電層140係插設於液晶層130之頂端表面130_1與第二電極120之間。具有第一電容之第一電容器係形成於液晶層130之頂端表面130_1與底端表面130_2之間。具有第二電容之第二電容器係形成於介電層140之頂端表面140_1與底端表面140_2之間。第一電容器與第二電容器係為等效電路串聯。施加於複數個串聯之電容器的電壓係反比於個別電容器之電容且正比於個別電容器之倒電容。
因此，介於施加於第一電極110之第一電壓與施加於第二電極120之第二電壓之間之電壓(如位能差V2)可施加於液晶層130之頂端表面130_1，亦即，介電層140之底端表面140_2。在此，當介電層140之電容為大，施加於介電層140之頂端表面140_1與底端表面140_2之電壓之位能差可相對為小。因此，第一電壓與施加於液晶層130之頂端表面130_1之電壓之位能差可相對為大。當介電層140之電容小，第一電壓與施加於液晶層130之頂端表面130_1之電壓之位能差可相對為小。
參考第3A圖及第3B圖，如以上所述，介電層140之介電常數及電容沿著水平方向改變。因此，施加於液晶層130之頂端表面130_1之電壓亦沿著水平方向改變。於介電層140具有高介電常數(高電容)之區域中，與第一電壓相對差距大的電壓係施加於頂端表面130_1。亦即，施加於液晶層130之頂端及底端表面130_1及130_2之電場強度增加。於介電層140具有低介電常數(低電容)之區域中，與第一電壓相對差距小的電壓係施加於頂端表面130_1。因此，施加於液晶層130之頂端及底端表面130_1及130_2之電場強度減少。
如以上所述，於本例示性實施例中，由於液晶分子135具有正介電各向異性，較大的電場導致液晶分子135於電場方向旋轉較多。因此，如第6圖所示，液晶分子135係於介電層140之介電常數低之區域中垂直地旋轉較多且於介電層140之介電常數高之區域中垂直地旋轉較少。
液晶分子135亦具有折射率之各向異性。亦即，液晶分子135具有二種型式之折射率，亦即，於光學長軸方向中之正常的光射線折射率及於短軸方向中之異常的光射線折射率。在此，正常的射線折射率可 小於異常的射線折射率。舉例而言，液晶分子135之正常的射線折射率可為約1.5，且液晶分子135之異常的射線折射率可為約1.7。
因此，當液晶分子135水平地排列，光具有異常的射線折射率，且因此折射率變成相對大。另一方面，當液晶分子135垂直地旋轉，光具有相對較小之正常的射線折射率，且因此折射率變成相對較小。因此，於第一方向X中之每一位置之液晶分子135之折射率可分布如第7圖所示。請參閱第7圖及第3A圖，折射率圖形展示實質上與倒電容，電容之倒數，相同之圖樣。因此，折射率於電容最低之點可為最高。
光可於具有相同折射率之介質中直線地傳播。然而，於梯度指數(gradient index,GRIN)透鏡結構中，其中折射率於介質內逐漸地改變，如第7圖所示，自具有低折射率之介質至具有高折射率之介質，光徑係彎曲。梯度指數(GRIN)透鏡之結構及操作原理係揭露於美國專利No.5790314，其內容係併入並主張於本申請書。
於第二模式中，穿過液晶層130之光徑朝向如第6圖所示之具有高折射率之介質彎曲。第6圖所示之所調變之光徑係與穿過凸透鏡之光徑相似。亦即，於第二模式中，液晶透鏡1100之液晶層130可不利用凸透鏡而集中光。
穿過液晶層130之光到達介電層140與液晶層130之介面。由於當光穿過液晶層130時係彎曲，其以特定入射角度進入介電層140。當介電層140具有實質上與液晶層130相等之折射率，光係不改變其路徑地傳播。當介電層140及液晶層130具有不同折射率，光係於介面折射。若介電層140之折射率小於液晶層130之折射率，根據司乃爾定律 (Snell’s law)，光可以大於入射之角度而折射，因此於更短之距離進入焦點。相反地，若介電層140之折射率大於液晶層130之折射率，明顯地為相反情形。
第一電壓及第二電壓之強度不僅決定第一模式或第二模式，即使於相同的第二模式中亦不同地控制光調變特性。如上所述，當相同電壓施加於第一電極110及第二電極120，液晶透鏡1100係於第一模式驅動。即使當第一電壓與第二電壓之位能差非常大，液晶透鏡1100可於第一模式驅動。在極端的例子中，當第一電壓與第二電壓之位能差為無窮大，即使當施加於液晶層130之頂端表面130_1之電壓於水平方向中每一位置皆不同，由於液晶層130之頂端表面130_1之電壓與液晶層130之底端表面130_2之電壓之位能差之絕對值非常大，故所有液晶分子135可垂直地旋轉。亦即，由於液晶層130之所有液晶分子135具有相同的90度方位角，不論於水平方向之任何位置，穿過液晶層130之光可具有正常射線折射率。在此例中，不形成梯度指數(GRIN)透鏡，因此於液晶層130中，光直線地行進而不彎曲。
當第一電壓及第二電壓具有不同值，若值的差距夠小以使得施加於液晶層130之頂端表面130_1及底端表面130_2之電場之最大值不超過用於旋轉液晶分子135之門檻電場(threshold electric field)之值，所有液晶分子135可保持水平地排列。因此，可不形成梯度指數(GRIN)透鏡，且於液晶層130中，光直線地行進而不彎曲。
由以上說明，明顯地，液晶透鏡1100不僅可於第一電壓與第二電壓不同時於第二模式中驅動，亦可於當第一電壓與第二電壓之位 能差小於預設值時於第二模式中驅動。亦即，藉由第一電壓與第二電壓之位能差施加於液晶層130之頂端及底端表面130_1及130_2之電場之最大值應大於旋轉液晶分子135之門檻電場之值，且藉由第一電壓與第二電壓之位能差施加於液晶層130之頂端及底端表面130_1及130_2之電場之最小值應小於垂直地旋轉液晶分子135之門檻電場之值。
即使當液晶透鏡1100於第二模式中驅動，折射率之分布可根據第一電壓與第二電壓之位能差而變化。亦即，第一電壓與第二電壓之位能差以各種方式控制如第7圖所示之梯度指數(GRIN)透鏡之曲率。因此，梯度指數(GRIN)透鏡之焦距明顯地可作不同地調整。
參考上述揭露之技術特徵，該領域之相關技術人員可簡易地實現於第一模式或第二模式中驅動液晶透鏡1100之詳細的情形，以及於第二模式中，根據介電物質之介電常數及液晶分子135之型態，藉由適當地調整第一電壓及第二電壓以控制焦距之方法。因此，將省略特例以避免本發明之誤解。
如以上所說明之上述例示性實施例之當液晶透鏡1100具有第一及第二單元透鏡區域L1及L2之情形，明顯地液晶透鏡1100可具有二個或更多單元透鏡區域。以下之例示性實施例亦同。
以下，將描述根據本發明原理之各種例示性實施例之液晶透鏡。
於根據本發明原理之某些例示性實施例中，在第一單元透鏡區域L1及第二單元透鏡區域L2中，液晶透鏡可具有不同光調變特徵。液晶透鏡具有如第8圖至第11圖之特徵。
第8圖係為根據本發明原理之另一例示性實施例之液晶透鏡1101之剖視圖。第9圖係為第8圖中在每一水平位置之介電層140a之介電常數之示意圖。請參閱第8圖及第9圖，於本例示性實施例之液晶透鏡1101中，於第一單元透鏡區域L1中具有最小值之介電層140a之介電常數之水平位置係不同於於第二單元透鏡區域L2中具有最小值之介電層140a之介電常數之水平位置。亦即，於第一單元透鏡區域L1中，介電層140a之介電常數之最小值係位於位置P0與位置P1之中點之右邊。另一方面，於第二單元透鏡區域L2中，介電層140a之介電常數之最小值係位於位置P1與位置P2之中點之左邊。因此，如第8圖所示，與如第6圖所示之光徑相比，第一單元透鏡區域L1中之光徑向右傾斜，反之，第二單元透鏡區域L2中之光徑相對地向左傾斜。
第10圖係為根據本發明原理之另一例示性實施例之液晶透鏡1102之剖視圖。第11圖係為第10圖中在每一水平位置之介電層140b之介電常數之示意圖。請參閱第10圖及第11圖，於本例示性實施例之液晶透鏡1102中，在第一單元透鏡區域L1中之介電層140b之介電常數之最大值係不同於在第二單元透鏡區域L2中之介電層140b之介電常數之最大值。因此，如第11圖所示，在第一單元透鏡區域L1中之介電層140b之介電常數曲線之曲率係大於在第二單元透鏡區域L2中之介電層140b之介電常數曲線之曲率。
因此，於第一單元透鏡區域L1中，介電層140b之介電常數的變化較大，且於施加於液晶層130之頂端及底端表面130_1及130_2之電場中之水平變化係較大。因此，如第10圖所示，當液晶透鏡1102於第 二模式中驅動，在第一單元透鏡區域L1中，液晶分子135之方位角於水平方向上之每一位置有明顯地差異。此外，於第一單元透鏡區域L1中，液晶分子135之折射率之變化較大，因此導致光徑彎曲多於在第二單元透鏡區域L2中。
因此，第一單元透鏡區域L1中之光學焦距可小於第二單元透鏡區域L2中之光學焦距。
雖未顯示於圖中，於根據本發明原理之某些例示性實施例之液晶透鏡中，當介電層於如第3A圖所示之第一單元透鏡區域之每一水平位置具有不同介電常數，其於第二單元透鏡區域中，不論水平方向上之位置，可具有相同介電常數。在此例中，於第二模式中，液晶透鏡之第一單元透鏡區域可具有與凸透鏡相似之光調變特徵。然而，於第二單元透鏡區域中，只可實現無光調變之第一模式。
第12圖係為根據本發明原理之另一例示性實施例之液晶透鏡1103之剖視圖。第13圖係為第12圖中在每一水平位置之介電層140c之介電常數之示意圖。請參閱第12圖及第13圖，於本例示性實施例之液晶透鏡1103之第一單元透鏡區域L1中，介電層140c之介電常數自位置P0至位置P1增加然後減少。亦即，折射率形成向下凸出之拋物線。於第二單元透鏡區域L2中，介電層140c之介電常數形成與第一單元透鏡區域L1中相同之拋物線。如以上所述，於梯度指數(GRIN)透鏡結構中，光徑由具有低折射率之介質往具有高折射率之介質彎曲。因此，於第二模式中，第12圖之液晶層130產生與凹透鏡相似之光徑調變。亦即，於第二模式中，液晶透鏡1103之液晶層130可不利用凹透鏡而發散(diverge)或散播(spread)光線。
上述實施例可以許多方式組合。
以下將描述之介電層之介電常數沿著水平方向不同地控制之特定實施例。與先前實施例實質上相同之構件或元件之說明將省略或簡化。
第14圖係為根據本發明原理之另一例示性實施例之液晶透鏡1110之剖視圖。第15圖係為第14圖中在每一水平位置之介電層141之倒電容之示意圖。
請參閱第14圖，本例示性實施例之液晶透鏡1110包含彼此相對之第一電極110及第二電極120、以及插設於第一電極110與第二電極120之間之液晶層130及介電層141。介電層141包含第一子介電層141a及第二子介電層141b。
第一電極110可形成於第一基板101上。第二電極120可形成於第二基板102上。第一基板101及第二基板102可為透明基板。舉例而言，第一基板101及第二基板102可為透明塑膠基板、透明玻璃基板或透明石英基板。於某些例示性實施例中，第一基板101及第二基板102之至少其一可為可撓性基板。
液晶層130係形成於第一電極110上。液晶層130之頂端及底端表面130_1及130_2可實質上為平坦的。更進一步地，液晶層130之頂端及底端表面130_1及130_2可彼此平行。儘管未顯示於圖中，於液晶層130中之初始地排列液晶分子135之第一排列薄膜可插設於於第一電極110及液晶層130之底端表面130_2之間。
介電層141係形成於液晶層130上。第二排列薄膜(未顯示)可插設於液晶層130之頂端表面130_1與介電層141之底端表面141_2之間。介電層141之頂端及底端表面141_1及141_2可為平坦的且彼此平行。
介電層141包含第一子介電層141a及第二子介電層141b。第一子介電層141a及第二子介電層141b具有不同的介電常數。舉例而言，第一子介電層141a之介電常數可為ε1，且第二子介電層141b之介電常數可為低於ε1之ε2。更進一步地，於某些例示性實施例中，第一子介電層141a之折射率可與第二子介電層141b之折射率相等。即使當第一子介電層141a之介電常數與第二子介電層141b之介電常數不同，若第一子介電層141a之折射率與第二子介電層141b之折射率相等，不論其入射角，光徑可於介面不彎曲。
第一子介電層141a之底端與頂端表面之間之距離，亦即第一子介電層141a之剖面之高度d1，可在水平方向上之每一位置皆不同。舉例而言，當第一子介電層141a之底端表面為平坦的，若第一子介電層141a之頂端表面為曲線，第一子介電層141a之剖面之高度d1可於水平方向上之每一位置皆不同。第一子介電層141a之例示性剖面形狀係為圓頂(dome)或凸透鏡。儘管未顯示於圖中，第一子介電層141a亦可為凹透鏡之形狀。
第二子介電層141b係形成於第一子介電層141a上。第二子介電層141b可完全覆蓋第一子介電層141a。
第一子介電層141a可將液晶透鏡1110分為二個或更多的第一及第二單元透鏡區域L1及L2。當第一子介電層141a包含如第14圖所示之複數個彼此連接之凸透鏡形狀之單元圖樣，單元透鏡區域可分配給各圖樣。若第一子介電層141a之單元圖樣係實質上相同，明顯地第一及第二單元透鏡區域L1及L2之電學及光學特徵係實質上相同。於第14圖之剖 視圖中，複數個凸透鏡形狀之單元圖樣藉由連接點N1彼此連接，且連接點N1直接地位於液晶層130之頂端表面130_1上。然而，即使當連接點N1與液晶層130之頂端表面130_1分開且凸面圖樣之較低端藉由表面彼此連接，第一及第二單元透鏡區域L1及L2之電學及光學特徵係實質上相等。
於單一的第一及第二單元透鏡區域L1及L2中，在每一水平位置上，介電層141之頂端及底端表面141_1及141_2之間之電容係不同。假設每一水平位置上之第一子介電層141a之高度為d1，第二子介電層141b之高度為d2，且整個介電層141之頂端及底端表面141_1及141_2為平坦的，則有以下之方程式。
D=d1+d2 (1)
其中D為整個介電層141之頂端及底端表面141_1及141_2之間之距離且為常數。
在每一水平位置，介於介電層141之頂端及底端表面141_1及141_2之間之倒電容1/C可藉由以下方程式(2)決定。
1/C=1/C1+1/C2=d1/ε1S+d2/ε2S...(2)
其中C1為第一子介電層141a之電容，C2為第二子介電層141b之電容，且S為剖面面積。
方程式(1)及(2)可重新整理如以下之方程式(3)。
1/C=(d1ε2+d2ε1)/ε1ε2S={(ε2-ε1)d1+Dε1}/ε1ε2S...(3)
在方程式(3)中，由於ε1、ε2、D及S可視為常數，介電層141之電容C及倒電容1/C可根據第一子介電層141a之高度d1變化。當ε2大於 ε1，(ε2-ε1)為正數。因此，介電層141之倒電容1/C隨著第一子介電層141a之高度d1的增加而增加。
因此，第14圖所示之液晶透鏡1110中之介電層141之倒電容1/C之圖形可展現與第15圖所示之第一子介電層141a之圖樣相似之圖樣。介電層141之倒電容1/C之圖形相似於第2圖之液晶透鏡1100中每一水平位置之介電層140之介電常數之圖形(參考上述之第3B圖)。在此方面，可輕易地理解，第14圖之液晶透鏡1100展現實質上與第2圖之液晶透鏡1100相同之電學及光學特徵。
ε2大於ε1之情形已於本例示性實施例說明，ε2亦可小於ε1。在此例中，可自方程式(2)獲得以下之方程式。
1/C=(d1ε2+d2ε1)/ε1ε2S={(ε1-ε2)d2+Dε2}/ε1ε2S...(4)
在方程式(4)中，由於ε1、ε2、D及S可視為常數，介電層141之電容C及倒電容1/C可根據第二子介電層141b之高度d2變化。由於ε1大於ε2，(ε1-ε2)為正數。因此，介電層141之倒電容1/C隨著第二子介電層141b之高度d2增加而增加。於方程式(1)中，由於d1及d2之總和為常數，d1隨著d2之增加而減少。因此，介電層141之倒電容1/C隨著第一子介電層141a之高度d1之減少而增加。
於本例示性實施例中，當ε2大於ε1，於液晶透鏡1110中之介電層141之倒電容之圖形可具有與參考第3B圖所描述之第2圖之介電層140之電容之圖形之水平對稱相似之圖樣。於此例中，可輕易地預期液晶透鏡1110將展現實質上與第12圖之液晶透鏡1103相同之電學及光學特徵。
於本例示性實施例中，第一子介電層141a之折射率可相等於第二子介電層141b之折射率。於此例中，光徑於第一子介電層141a與第二子介電層141b之間之介面，不論其入射角，可不彎曲。
第16圖係為根據本發明原理之不同例示性實施例之液晶透鏡1111之剖視圖。請參閱第16圖，本例示性實施例之液晶透鏡1111係不同於第14圖之例示性實施例之液晶透鏡1110在第一子介電層142a之頂端表面為部分地彎曲及部分地平坦，且第二子介電層142b部分地覆蓋第一子介電層142a之頂端表面之曲線區域但不覆蓋第一子介電層142a之頂端表面之平坦區域。第二子介電層142b之頂端表面係平坦的且為第一子介電層142a之頂端表面之平坦區域所岔斷。因此，介電層142之頂端表面142_1包含第二子介電層142b之平坦頂端表面、及第一子介電層142a之頂端表面之平坦區域。介電層142之底端表面142_2包含第一子介電層142a之底端表面。
於第一子介電層142a之頂端表面為曲線之第一區域CS中，介電層142之倒電容1/C之分布實質上與第14圖之例示性實施例之介電層141之倒電容1/C之分布相同。另一方面，第一子介電層142a之頂端表面之第二區域PS為平坦的但不包含第二子介電層142b而僅包含第一子介電層142a。此外，於第二區域PS中，第一子介電層142a之高度為常數。因此，於第二區域PS中，整個介電層142之電容C為常數。因此，假設ε2小於ε1，本例示性實施例之介電層142之電容1/C之圖形於第一區域CS中可展現向上之凸面曲線，而於第二區域PS中可展現平行於第二區域之軸之直線，例如X軸。
在此電容1/C之分布下，施加於液晶層130之電場於每一水平位置，至少於第一區域CS中係不同。因此，當液晶透鏡1111於第二模式中驅動，在第一區域CS中之每一水平位置，液晶分子135係以不同方位角排列。因此，由於梯度指數(GRIN)透鏡結構係至少形成於第一區域CS中，第一區域CS可展現與凸透鏡相似之光學特徵。
於第二區域PS中，在每一水平位置，施加於液晶層130之電場係相同。因此，液晶層130之電場可維持整個第二區域PS中之液晶分子135於相同之方位角。然而，液晶分子135之方位角不僅可受到液晶層130之電場之影響，亦受到相鄰液晶分子135或相鄰電場之方位角之影響。
舉例而言，液晶分子135可初始地以零度之角度排列於第一至第三相鄰之連續水平位置。第一水平位置之液晶分子135可設為因為電場而具有20度之方位角，且第二及第三水平位置之液晶分子135可設為因為電場而具有10度之方位角。於此例中，儘管第二水平位置之液晶分子135係設為藉由電場旋轉10度，其可受到相鄰之第一水平位置之液晶分子135之旋轉之物理影響。因此，第二水平位置之液晶分子135可旋轉小於20度且大於10度之方位角。因此，位於第二水平位置之液晶分子135可藉由小於20度且大於10度之方位角而旋轉。亦即，儘管電場係設為急遽地沿著水平方向以階梯狀改變液晶分子135之方位角，若液晶分子135受到相鄰液晶分子135之旋轉之影響，液晶分子135之方位角可和緩地改變。此現象亦可因相鄰電場之影響而發生。
於第16圖之例示性實施例中，於第一區域CS與第二區域PS之邊界，相對於由於相鄰液晶分子135或相鄰電場之影響之介電常數 之分布，液晶分子135之方位角可更緩和地改變。若液晶分子135之方位角沿著水平方向改變，將更容易形成上述之梯度指數(GRIN)透鏡結構，進而導致介電層142中之光徑之彎曲。
第17圖係為根據本發明原理之不同例示性實施例之液晶透鏡1112之剖視圖。請參閱第17圖，本例示性實施例之液晶透鏡1112係不同於第14圖之例示性實施例之液晶透鏡1110在介電層141之結構與介電層143上下顛倒。亦即，第一子介電層143a之底端表面為曲線時，頂端表面為平坦的。因此，第一子介電層143a之剖面係類似凸透鏡之形狀。第二子介電層143b係設置於第一子介電層143a下以覆蓋第一子介電層143a。
在第17圖之介電層143之結構中，介電層143之介電常數亦沿著水平方向改變。因此，液晶透鏡1112具有折射率沿著水平方向改變之梯度指數(GRIN)透鏡結構。在此，第一子介電層143a可具有介電常數ε1，且第二子介電層143b可具有大於ε1之介電常數ε2。於此例中，本例示性實施例之液晶透鏡1112可確實地形成向下凸出之曲線於介電層143之倒電容1/C之分布之圖形上，其與第15圖之向上凸出之曲線相反。
第18圖係為根據本發明原理之不同例示性實施例之液晶透鏡1113之剖視圖。請參閱第18圖，本例示性實施例之液晶透鏡1113中之第一子介電層144a之剖面形狀係為梯形。梯形可包含彼此平行且相對之第一側邊144a_1及第二側邊144a_2、以及連接第一側邊144a_1及第二側邊144a_2之對角線144a_3。
在包含對角線144a_3之區域AS2中，於每一水平位置上，包含第一子介電層144a及第二子介電層144b之整個介電層144之電容C 皆不同，其與第17圖中之整個介電層143之電容C相似。儘管區域AS2中不存在曲線表面，由於區域AS2中之電容C之位能差，液晶分子135係以不同方位角排列於每一水平位置上。其導致液晶透鏡1113之折射率之變化，藉此形成梯度指數(GRIN)透鏡結構。因此，區域AS2可作為彎曲光徑之光學透鏡。
於包含第一側邊144a_1之區域AS1中，由於第一子介電層144a之高度d1及第二子介電層144b之高度d2為常數，整個介電層144之介電常數及電容C可為常數。因此，在包含第一側邊144_1之整個區域AS1中，液晶層130之電場可維持液晶分子135於相同之方位角。然而，參考如第16圖所述，液晶分子135之方位角可受到不僅液晶層130之電場之影響，亦受到相鄰液晶分子135之方位角或相鄰電場之影響。因此，於區域AS1中，液晶分子135之方位角亦可緩和地改變，藉此形成梯度指數(GRIN)透鏡結構。
第18圖之例示性實施例中，第一子介電層144a包含彼此分隔的複數個單元圖樣。第二子介電層144b圍繞第一子介電層144a之每一單元圖樣。
由於第一子介電層144a之單元圖樣係彼此分隔，在水平方向存在區域BS，其僅包含第二子介電層144b而不包含第一子介電層144a。於僅包含第二子介電層144b之區域BS中，介電常數為常數，且因此，電容C亦為常數。因此，區域BS中之液晶層130之電場可維持液晶分子135於相同方位角。然而，參考如第16圖所述，液晶分子135之方位角可受到不僅液晶層130之電場之影響，亦受到相鄰液晶分子135之方位角 或相鄰電場之影響。因此，於區域BS中，液晶分子135之方位角亦可緩和地改變。
第一子介電層144a之單元圖樣個別地位於僅包含第二子介電層144b之區域BS之右及左邊。若位於僅包含第二子介電層144b之區域BS之右及左邊之第一子介電層144a之單元圖樣具有相同形狀，僅包含第二子介電層144b之區域BS中之液晶分子135之方位角可實質上以區域BS之中央對稱。因此，液晶透鏡1113可以僅包含第二子介電層144b之區域BS之中央分為不同的第一及第二單元透鏡區域L1及L2。
最後，於第二模式中，儘管於每一區域中，折射率之變化係不同，本例示性實施例之液晶透鏡1113之折射率之整體分布可實質上與第17圖之液晶透鏡1112相似。因此，液晶透鏡1113可作為梯度指數(GRIN)透鏡結構。
第19圖係為根據本發明原理之不同例示性實施例之液晶透鏡1114之剖視圖。請參閱第19圖，本例示性實施例之液晶透鏡1114與第18圖之例示性實施例之液晶透鏡1113不同在於第一子介電層145a之剖面形狀係為矩形。矩形與第18圖之梯形相同在於其包含彼此平行且相對之第一側邊145a_1及第二側邊145a_2。然而，其不同在於第一側邊145a_1及第二側邊145a_2藉由垂直於第一側邊145a_1及第二側邊145a_2之線145a_3連接而不是對角線144a_3。
因此，於包含第一子介電層145a之區域AS中，由於第一子介電層145a之高度d1相等於第二子介電層145b之高度d2，介電層145之所有介電常數與電容C為常數。儘管不包含第一子介電層145a之區域BS 與區域AS不同，於整個區域BS中，介電層145之所有介電常數與電容C亦為常數。亦即，介電層145之所有介電常數與電容C急遽地改變於第一子介電層145a之垂直於第一側邊145a_1及第二側邊145a_2之線145a_3，但於其他位置不改變。然而，即使於此情形，液晶分子135之方位角可不僅受到液晶層130之電場影響，亦受到相鄰液晶分子135之方位角或相鄰電場之影響，如參考第16圖所述。因此，液晶分子135之方位角可緩和地改變於第一子介電層145a之垂直於第一側邊145a_1及第二側邊145a_2之線145a_3，藉此形成梯度指數(GRIN)透鏡結構。
第20圖係為根據本發明原理之不同例示性實施例之液晶透鏡1115之剖視圖。請參閱第20圖，本例示性實施例之液晶透鏡1115與第19圖之例示性實施例之液晶透鏡1114相同在於第一子介電層146a之形狀，但不同在於第一子介電層146a係埋設於第二子介電層146b中。
儘管有第一子介電層146a之位置之差異，於包含第一子介電層146a之區域AS中，第一子介電層146a之高度d1係相等於第19圖之第一子介電層145a之高度d1。此外，於區域AS中，第二子介電層146b之高度之總和係相等於第19圖之第二子介電層145b之高度d2。因此，介電層146之所有介電常數及電容C係實質上與第19圖中之介電層145之所有介電常數及電容C相等。因此，可簡易地理解，介電層146以和第19圖之介電層145相同之方式運作。
第21圖係為根據本發明原理之不同例示性實施例之液晶透鏡1116之剖視圖。請參閱第21圖，本例示性實施例之液晶透鏡1116之介 電層147包含介電層介質147b、及包含於介電層介質147b中之雜質147a。雜質147a以不同密度分度於介電層介質147b中之每一水平位置。
介電層147之介電常數不僅受到介電層介質147b之介電常數之影響，亦受到包含於介電層介質147b中之雜質147a之含量及介電常數之影響。舉例而言，當導電材料作為雜質147a，較大含量之雜質147a可導致介電層147之介電常數低於介電層介質147b之介電常數。當雜質147a之介電常數大於介電層介質147b之介電常數，介電層147之介電常數可大於介電層介質147b之介電常數。
藉由雜質147a所導致之介電層147之介電常數的改變係隨著之雜質147a之含量增加而增加。因此，於每一水平位置上，當雜質147a之含量不同，介電層147可具有不同介電常數。因此，藉由控制介電常數及雜質147a之含量及分布，於水平方向上，可以形成具有實質上與上述實施例相同之介電常數之分布的介電層147。
第22圖係為根據本發明原理之例示性實施例之製造第21圖所示之介電層147之例示性方法之剖視圖。請參閱第22圖，第二電極120形成於第二基板102上，且介電層介質147b形成於第二電極120上。接著，雜質147a藉由利用遮罩310將離子植入介電層介質147b。透過遮罩310之孔洞312將離子植入介電層介質147b的雜質147a係藉由例如熱處理製程以分散。在此，雜質147a分散的程度可藉由調整熱處理製程之時間而控制。因此，可控制沿著水平方向之介電層147中之雜質147a分布之密度。
第23圖係為根據本發明原理之另一例示性實施例之製造第21圖所示之介電層147之另一例示性方法之剖視圖。請參閱第23圖，第二電極120形成於第二基板102上，且介電層介質147b形成於第二電極120上。接著，遮罩圖樣320形成於介電層介質147b上。遮罩圖樣320包含孔洞部分，或至少遮罩圖樣320之厚度係沿著水平方向改變。遮罩圖樣320可以例如光阻而製成。
接著，雜質147a係以離子植入。在此，雜質147a植入之深度可藉由調整雜質147a之含量及/或植入能量而控制。當雜質147a植入之深度設為小於遮罩圖樣320之最大高度，雜質147a可以不同密度分布於每一水平位置上。
第24圖係為根據本發明原理之不同例示性實施例之液晶透鏡1117之剖視圖。請參閱第24圖，本例示性實施例之液晶透鏡1117與第14圖之例示性實施例之液晶透鏡1110不同在於第一子介電層148a覆蓋第三子介電層148c(第三子介電層148c之介電常數為ε3)。因此，介電層148不僅包含包括第一子介電層148a及第二子介電層148b之區域，亦包含包括所有第一至第三子介電層148a至148c之區域。於所述後者之區域中，介電層148之介電常數係藉由第一至第三子介電層148a至148c之介電常數及高度決定。
如此一來，第一至第三子介電層148a至148c之數量的增加使介電常數之各種組合為可能，因此有助於介電層148之介電常數之微調。
第25圖係為根據本發明原理之不同例示性實施例之液晶透鏡1118之剖視圖。請參閱第25圖，本例示性實施例之液晶透鏡1118與第14圖之例示性實施例之液晶透鏡1110係實質上相同在於形狀及第一子介電層149a與第二子介電層149b之相對位置，但不同在於提供具有平坦且彼此平行之頂端及底端表面之第三子介電層149c於第一子介電層149a與第二子介電層149b下。
在每一水平位置，介電層149之所有介電常數及電容C係不僅受到第一子介電層149a與第二子介電層149b之介電常數及高度之影響，亦受到第三子介電層149c之介電常數及高度之影響。由於沿著水平方向之第三子介電層149c之高度為常數，每一水平位置上之介電層149之介電常數之實際分布可與第15圖所示之介電層141相似。於本例示性實施例中，第三子介電層149c係形成於第一子介電層149a與第二子介電層149b下。然而，第三子介電層149c亦可堆疊於第一子介電層149a與第二子介電層149b上、或可堆疊於第一子介電層149a與第二子介電層149b上及下。
第26圖係為根據本發明原理之不同例示性實施例之液晶透鏡1119之剖視圖。請參閱第26圖，本例示性實施例之液晶透鏡1119與第4圖之例示性實施例之液晶透鏡1110不同在於介電層150除了包含第一子介電層150a及第二子介電層150b之外，亦包含第三子介電層150c及第四子介電層150d(第四子介電層150d之介電常數為ε4)。然而，第一子介電層150a及第二子介電層150b之形狀及位置係實質上與第14圖所示之第一子介電層141a及第二子介電層141b相同。第三子介電層150c及第 四子介電層150d之形狀及位置係實質上與第一子介電層150a及第二子介電層150b相同。亦即，於第26圖之例示性實施例中，第14圖之介電層141係堆疊於二個層中。因此，其可能形成具有實質上與第14圖之液晶透鏡1110相同之折射率之分布，但具有較大之折射率變化率之梯度指數(GRIN)透鏡。第三子介電層150c及第四子介電層150d之介電常數可分別與第一子介電層150a及第二子介電層150b之介電常數相等或不同。
第27圖及第28圖係為根據本發明原理之不同例示性實施例之液晶透鏡1120及1121之剖視圖。於第27圖之液晶透鏡1120中，第三子介電層151c之每一單元圖樣之大小及間距小於第一子介電層151a之每一單元圖樣。更具體地，第三子介電層151c之每一單元圖樣之大小及間距為第一子介電層151a之每一單元圖樣之一半。此結構係有利於更精確地控制所有介電層151之介電常數。未描述之參考符號151b及151d係分別代表第二子介電層及第四子介電層。
於第28圖之液晶透鏡1121中，第三子介電層152c之單元圖樣之大小與第一子介電層152a之單元圖樣相同。然而，第三子介電層152c之單元圖樣與第一子介電層152a之單元圖樣係交替地排列。此結構使介電層152之介電常數有更多種的分布。未描述之參考符號152b及152d係分別代表第二子介電層及第四子介電層。
第29圖係為根據本發明原理之不同例示性實施例之液晶透鏡1122之剖視圖。請參閱第29圖，本例示性實施例之液晶透鏡1122與第26圖之例示性實施例之液晶透鏡1119不同在於介電層153之第三子介電層153c及第四子介電層153d係形成於液晶層130下。第一電極110設置於第三子介電層153c及第 四子介電層153d下。第一子介電層153a及第二子介電層153b係實質上與第26圖相同。因此，由於本例示性實施例之電學及光學結構係實質上與第26圖相同，可實現實質上與第26圖相同之梯度指數(GRIN)透鏡。
於第26圖至第29圖之例示性實施例中，第一子介電層及第三子介電層之單元圖樣具有向上凸出之曲線表面。然而，第一子介電層及第三子介電層之至少一個或所有單元圖樣可具有如第17圖之例示性實施例中之向下凸出之曲線表面。
第30圖係為根據本發明原理之不同例示性實施例之液晶透鏡1123之剖視圖。請參閱第30圖，本例示性實施例之液晶透鏡1123與第14圖之例示性實施例之液晶透鏡1110不同在於第二電極121不設置於介電層154及液晶層130上而設置於介電層154中，更具體地，設置於第一子介電層154a及第二子介電層154b之間。由於第一子介電層154a之頂端表面為曲線，保形地形成於第一子介電層154a之頂端表面上之第二電極121可具有曲線表面。於本說明書及申請專利範圍中，術語“保形地(conformally)”意指介於第二電極121之交錯曲線與第一子介電層154a之頂端表面之間之所有角度保持不變。第二電極121及液晶層130之頂端表面130_1之間僅形成第一子介電層154a，而不形成第二子介電層154b於其中。
儘管沿著水平方向，第一子介電層154a之介電常數保持不變，第一子介電層154a之高度d1沿著水平方向變化。因此，倒電容1/C之分布於每一水平位置皆不同。亦即，第一子介電層154a之高度d1最低之區域具有最低之倒電容1/C。然而，隨著第一子介電層154a之高度d1 增加，倒電容1/C亦增加。因此可理解的是，施加於液晶層130之頂端表面130_1之電壓沿著水平方向改變。因此，當液晶透鏡1123於第二模式中驅動，液晶分子135於每一水平位置具有不同之方位角，藉此實現梯度指數(GRIN)透鏡結構。
於本例示性實施例中，第二子介電層154b之介電常數不影響施加於液晶層130之電場。因此可省略第二子介電層154b。
第31圖係為根據本發明之原理之不同例示性實施例之液晶透鏡1124之剖視圖。請參閱第31圖，本例示性實施例之液晶透鏡1124與第30圖之例示性實施例之液晶透鏡1123不同在於具有曲線頂端表面之第三子介電層155c及覆蓋第三子介電層155c之第四子介電層155d係設置於液晶層130下且第一電極111係形成於介電層155之第三子介電層155c與第四子介電層155d之間。位於液晶層130下之第三子介電層155c、第四子介電層155d及第一電極111之形狀及排列實質上與第一子介電層155a、第二子介電層155b及第二電極121之形狀及排列相等。
於本例示性實施例中，不僅施加於液晶層130之頂端表面130_1之電壓，施加於液晶層130之底端表面130_2之電壓亦沿著水平方向改變。因此，形成於液晶層130之頂端及底端表面130_1及130_2之電場之位能差可加倍，藉此簡易地實現梯度指數(GRIN)透鏡結構。
第32圖係為根據本發明之原理之不同例示性實施例之液晶透鏡1125之剖視圖。請參閱第32圖，本例示性實施例之液晶透鏡1125與第14圖之例示性實施例之液晶透鏡1110不同在於更形成光學透鏡160於第二電極120上，更具體地，形成於第二基板102上。亦即，本例示性 實施例之液晶透鏡1125係藉由堆疊剖面形狀類似第14圖之液晶透鏡1110上之凸透鏡之光學透鏡以形成。
光學透鏡160之單元透鏡可以實質上與第一子介電層141a之單元圖樣相等之間距排列。光學透鏡160之光調變特徵可與藉由液晶層130等實現之梯度指數(GRIN)透鏡結構之光調變特徵結合，以調變光徑。舉例而言，當梯度指數(GRIN)透鏡展現集光特徵(light-concentrating characteristic)，凸透鏡(例如光學透鏡160)可使焦距縮短。當梯度指數(GRIN)透鏡展現散光特徵性(light-diverging characteristic)，凸透鏡之集光特徵可補償梯度指數(GRIN)透鏡之散光特徵，藉此減少光發散或集中之程度。更進一步地，藉由梯度指數(GRIN)透鏡發散之光徑可改變，以藉由控制光之發散或集中準確地彼此補償，使得光直線地傳播。當光學透鏡160為凹透鏡，明顯可有相反之影響。
為了以更多方式控制光，光學透鏡160之每一單元透鏡之大小或間距可設為與第一子介電層141a之每一單元圖樣之大小或間距不同。於根據本發明原理之某些例示性實施例中，光學透鏡可設置於第一電極110下，舉例而言，於第一基板101下。
第33圖係為根據本發明原理之不同例示性實施例之液晶透鏡1127之剖視圖。於第33圖之例示性實施例之液晶透鏡1127中，介電層156沿著與第一方向X及第二方向Y垂直之第三方向Z維持實質上相同之圖樣。亦即，第一子介電層156a係以雙凸透鏡形式之層(lenticular-type layer)沿著第三方向Z延伸而形成。因此，類似雙凸透鏡，液晶透鏡1127可沿著第三方向Z維持一致的光調變特性。未描述之標參考符號156b代表第二子介電層。
第34圖係為根據本發明原理之不同例示性實施例之液晶透鏡1128之剖視圖。於第34圖之例示性實施例之液晶透鏡1128中，沿著與第一方向X及第二方向Y垂直之第三方向Z，介電層157具有不同之圖樣。亦即，於本例示性實施例中，複數個單元圖樣亦沿著第三方向Z排列。第一子介電層157a係以微透鏡形式之層(microlens-type layer)而形成。因此，可理解的是，第一子介電層157a展現與微透鏡相似之光調變特性。未描述之參考符號157b代表第二子介電層。
參考剖視圖，第33圖及第34圖之例示性實施例可與上述之各種實施例組合。
上述液晶透鏡結合與上述參考至第1圖之供光裝置20，可形成顯示器。此外，由於液晶透鏡可任意地改變並控制光徑，其可應用於各種使用光之裝置，例如太陽能電池、感像器等等。
以下，將詳細地描述利用液晶透鏡及顯示面板之可轉換二維(2D)/三維(3D)之液晶顯示器之特定實施例。
第35圖係為根據本發明原理之例示性實施例之顯示器300之剖視圖。第36圖係為以第二模式操作第35圖所示之顯示器300之剖視圖。於第35圖及第36圖中，使用第14圖之例示性實施例之液晶透鏡1110為液晶透鏡，且使用液晶顯示面板作為供光裝置。
請參閱第35圖及第36圖，本例示性實施例之顯示器300包含液晶顯示面板200及液晶透鏡1110。
液晶顯示面板200包含彼此相對之下基板210及上基板220、以及插設於下基板210及上基板220之間之液晶分子層230。
於以矩陣排列之複數個像素區域PA1至PA12中，複數個像素電極211分別形成於下基板210上。每一像素電極211連接至轉換裝置例如薄膜電晶體，且自轉換裝置分別接收像素電壓。
共同電極224設置於上基板220下以與像素電極211相對。紅(R)、綠(G)、及藍(B)色彩濾波器221可設置於上基板220上以分別對應像素區域PA1至PA12。黑色矩陣222可形成於像素區域PA1至PA12之邊界。平坦化薄膜223可插設於色彩濾波器221與共同電極224之間。
液晶分子層230插設於下基板210與上基板220之間。液晶分子層230之液晶分子235藉由形成於像素電極211與共同電極224之間之電場旋轉以控制液晶顯示面板200之透光率。
極性平板(未顯示)可貼合至各下基板210及上基板220之外表面。於某些實施例中，極性平板(未顯示)亦可貼合至液晶透鏡1110之第一基板101之外表面。於此例中，可省略上基板220上之極性平板。
背光組件(未顯示)可設置於液晶顯示面板200下。
液晶透鏡1110係設置於液晶顯示面板200上。於圖式中，液晶透鏡1110係與液晶顯示面板200分隔。然而，本發明不以此為限，且液晶透鏡1110可貼合至液晶顯示面板200。
液晶透鏡1110之第一及第二單元透鏡區域L1及L2可排列以對應至液晶顯示面板200之像素區域PA1至PA12。於第35圖中，六個像素區域對應至一個單元透鏡區域。亦即，紅色、綠色、藍色、紅色、綠色及藍色之六個像素區域(例如像素區域PA1至PA6)排列於一個單元透鏡區域之寬度中。
於顯示器300中，若液晶透鏡1110於第一模式中驅動，由於液晶透鏡1110未特別地調變光徑，顯示器300可顯示2D影像。另一方面，若液晶透鏡1110於第二模式中驅動，顯示器300可顯示3D影像，其將參考第36圖以更詳細地描述。
第36圖係為以第二模式操作第35圖所示之顯示器300之剖視圖。請參閱第36圖，第二模式中之液晶透鏡1110之光學特性係與凸透鏡之光學特性相似，如參考第14圖及第15圖所描述。因此，若光射線穿過凸透鏡之左邊區域，自排列於對應的第一或第二單元透鏡區域L1或L2之中間偏左之三個像素區域PA1至PA3(紅色、綠色及藍色)入射於各第一或第二單元透鏡區域L1或L2之光射線路徑係改變。因此，光射線彎曲至右邊。另一方面，若光射線穿過凸透鏡之右邊區域，自排列於對應的第一或第二單元透鏡區域L1或L2之中間偏右之三個像素區域PA4至PA6(紅色、綠色及藍色)入射於各第一或第二單元透鏡區域L1或L2之光射線路徑係改變。因此，光射線彎曲至左邊。當上述光射線進入觀察者之左眼E1及右眼E2，觀察者可感知3D影像。
於第35圖及第36圖之例示性實施例中，六個像素區域PA1至PA3及PA4至PA6係排列於一個第一及第二單元透鏡區域L1及L2之寬度中。然而，一個單元透鏡區域之寬度中亦可排列多於六個像素區域。於此例中，可顯示多重視角3D影像。此外，由於液晶透鏡1110之焦距可藉由控制施加於上述之液晶透鏡1110之第一電極110及第二電極120之電壓以改變，故可控制至視點之可看見3D影像之距離。舉例而言，當觀察者利用遙控器啟動顯示器300之視點轉換模式，施加於液晶透鏡1110之第一及第二電極110及120之電壓可連續地改變，藉此向前或後移動視點。以此方法，可方便地找到可看見3D影像之視點。
於根據本發明原理之某些其他實施例中，施加於液晶顯示面板200之共同電極224之共同電壓可與施加於液晶透鏡1110之第一電極110之第一電壓或施加於第二電極120之第二電壓相同。於此例中，可簡化驅動電路。
此外，於根據本發明原理之某些其他實施例中，液晶顯示面板200之上基板220及液晶透鏡1110之第一基板101亦可取代另一方之功能。因此，可省略液晶顯示面板200之上基板220或液晶透鏡1110之第一基板101之任一者。更進一步地，液晶顯示面板200之共同電極224及液晶透鏡1110之第一電極110亦可取代另一方之功能，且因此可省略其任一者。
於第35圖及第36圖之例示性實施例中，液晶顯示面板200係作為供光裝置。然而，亦可使用上述有機發光二極體(OLED)、發光二極體(LED)、無機電致發光顯示器(EL)、場效發射顯示器(FED)、表面傳導電子發射顯示器(SED)、電漿顯示面板(PDP)、陰極射線管(CRT)、及電泳顯示器(EPD)之任一者。由於此情形之實施例可由該領域之相關技術人員簡易地由第35圖及第36圖推論得知，將省略其說明以避免本發明之誤解。
於第35圖及第36圖之例示性實施例中，使用第14圖之例示性實施例之液晶透鏡1110作為液晶透鏡1110。然而，明顯地可使用根據本發明原理之各種實施例之液晶透鏡。
總結此詳細的說明，該領域之相關技術者應了解的是，較佳實施例中可在不脫離本發明之原則下進行許多變化及修改。因此，所揭露之本發明之較佳實施例係僅用於通用的及描述性的意義而非以此為限。
10‧‧‧液晶透鏡
20‧‧‧供光裝置
30‧‧‧顯示器

Claims (39)

  1. 一種液晶透鏡，其包含：一第一電極及一第二電極，係彼此相對；一液晶層，係插設於該第一電極與該第二電極之間，且具有一平坦頂端表面及一平坦底端表面；以及一介電層，係插設於該第二電極與該液晶層之間，其中該介電層包含一區域，於其中介於該介電層之一頂端表面與一底端表面之間之電容係沿著一水平方向改變其中，該介電層包含一介電層介質及雜質，及其中，該介電層之電容係藉由該雜質的一介電常數、該雜質的含量或該雜質的分布而控制。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之液晶透鏡，其中沿著該水平方向介於該介電層之該頂端表面與該底端表面之間之該電容的分布包含向上或向下凸出之一拋物線。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之液晶透鏡，其中該介電層之該頂端表面及該底端表面為平坦的。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之液晶透鏡，其更包含一第一單元透鏡區域，係顯示一第一光調變特徵，以及一第二單元透鏡區域，係顯示一第二光調變特徵。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之液晶透鏡，其中該第一光調變特徵與該第二光調變特徵係相同。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之液晶透鏡，其更包含複數個單元透鏡區域，其中於每一該單元透鏡區域中，介於該介電層之該 頂端表面與該底端表面之間之該電容係沿著該水平方向改變。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之液晶透鏡，其中該複數個單元透鏡區域包含一第一單元透鏡區域及一第二單元透鏡區域，且其中該第一單元透鏡區域中之電容與該第二單元透鏡區域中之電容在沿著該水平方向之相對位置係相等的。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之液晶透鏡，其中當不同電壓施加於該第一電極及該第二電極時，每一該單元透鏡區域之該液晶層形成一梯度指數透鏡結構。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之液晶透鏡，其中各該第一電極及該第二電極係為一全表面電極。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之液晶透鏡，其中該第一電極及該第二電極係彼此平行。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之液晶透鏡，其中該雜質係以不同密度分布於該介電層介質內之每一水平位置。
  12. 一種液晶透鏡，包含：一第一電極及一第二電極，係彼此相對；一液晶層，係插設於該第一電極與該第二電極之間，且具有一平坦頂端表面及一平坦底端表面；以及一介電層，係插設於該第二電極與該液晶層之間，該介電層包含一第一子介電層，係具有一第一介電常數，以及一第二子介電層，係具有與該第一介電常數不同之一第二介電常數，其中該介電層包含一區域，於其中該第一子介電層及該第二子介電層之至少其一之高度係沿著一水平方向改變， 其中，該第一子介電層係包含彼此連接之複數個單元圖樣，其中，該單元圖樣的至少其一之截面包含一曲線部分。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之液晶透鏡，其中該第一子介電層之高度及該第二子介電層之高度在沿著該水平方向之總和係為固定的。
  14. 如申請專利範圍第12項所述之液晶透鏡，其中該第一子介電層之折射率係相等於該第二子介電層之折射率。
  15. 如申請專利範圍第12項所述之液晶透鏡，其中該介電層之一頂端表面及一底端表面為平坦的。
  16. 如申請專利範圍第12項所述之液晶透鏡，其中各該第一電極及該第二電極係為一全表面電極。
  17. 如申請專利範圍第16項所述之液晶透鏡，其中該第一電極及該第二電極係彼此平行。
  18. 如申請專利範圍第12項所述之液晶透鏡，其更包含一光學透鏡，係設置於該第一電極下或該第二電極上。
  19. 一種液晶透鏡，其包含：一第一電極及一第二電極，係彼此相對；一液晶層，係插設於該第一電極與該第二電極之間，且具有一平坦頂端表面及一平坦底端表面；以及一介電層，係插設於該第二電極與該液晶層之間，該介電層包含一第一子介電層，係具有一第一介電常數，以及一第二子介電層，係具有與該第一介電常數不同之一第二介電常數， 該介電層包含一區域，於其中該第一子介電層及該第二子介電層之至少其一之高度係沿著平行於該液晶層的該平坦頂端表面及該平坦底端表面中的其一之一第一方向改變，其中，該第一子介電層包含彼此間隔的複數個單元圖樣，其中，該第一子介電層的各單元圖樣係以該第二子介電層圍繞，以及其中，該第一子介電層之該單元圖樣之至少其一係呈現圓頂、梯形、凸透鏡或凹透鏡之形狀。
  20. 一種液晶透鏡，包含：一第一電極；一液晶層，係形成於該第一電極上，且具有一平坦頂端表面及一平坦底端表面；一介電層，係形成於該液晶層上且具有包含一曲線表面之一頂端表面；以及一第二電極，係保形地形成於該介電層之該頂端表面上。
  21. 如申請專利範圍第20項所述之液晶透鏡，其中該介電層包含彼此相連之複數個單元圖樣。
  22. 如申請專利範圍第20項所述之液晶透鏡，其中各該第一電極及該第二電極係為一全表面電極。
  23. 一種顯示器，其包含：一供光裝置；以及一液晶透鏡，係設置於該供光裝置上， 其中該液晶透鏡包含：一第一電極及一第二電極，係彼此相對；一液晶層，係插設於該第一電極與該第二電極之間，且具有一平坦頂端表面及一平坦底端表面；以及一介電層，係插設於該第二電極與該液晶層之間，其中該介電層包含一區域，於其中介於該介電層之一頂端表面與一底端表面之間之電容係沿著一水平方向改變，其中，該介電層包含一介電層介質及雜質，及其中，該介電層之電容係藉由該雜質的一介電常數、該雜質的含量或該雜質的分布控制。
  24. 如申請專利範圍第23項所述之顯示器，其中該供光裝置包含一顯示面板。
  25. 如申請專利範圍第24項所述之顯示器，其中該顯示面板係為有機發光二極體(OLED)、發光二極體(LED)、無機電致發光顯示器(EL)、場效發射顯示器(FED)、表面傳導電子發射顯示器(SED)、電漿顯示面板(PDP)、陰極射線管(CRT)、液晶顯示器(LCD)及電泳顯示器(EPD)之任一。
  26. 如申請專利範圍第24項所述之顯示器，其中該顯示面板包含以矩陣方式排列之複數個像素區域，且該液晶透鏡包含複數個單元透鏡區域，其中於每一該單元透鏡區域中，該介電層包含介於該介電層之該頂端表面及該底端表面之該電容沿著該水平方向變化之一區域，且二個或更多該像素區域係排列於每一該單元透鏡區域之寬度內。
  27. 如申請專利範圍第26項所述之顯示器，其中該複數個單元透鏡區域包含一第一單元透鏡區域及一第二單元透鏡區域，且其中該第一單元透鏡區域中之電容與該第二單元透鏡區域中之電容在沿著該水平方向之相對位置係相等的。
  28. 如申請專利範圍第23項所述之顯示器，其中沿著水平方向介於該介電層之該頂端表面與該底端表面之間之該電容的分布包含向上或向下凸出之一拋物線。
  29. 如申請專利範圍第23項所述之顯示器，其中該液晶透鏡包含複數個單元透鏡區域，其中於每一該單元透鏡區域中，該介電層包含介於該介電層之該頂端表面及該底端表面之電容沿著該水平方向變化之一區域。
  30. 一種顯示器，其包含：一供光裝置；以及一液晶透鏡，係設置於該供光裝置上，其中該液晶透鏡包含：一第一電極及一第二電極，係彼此相對；一液晶層，係插設於該第一電極與該第二電極之間，且具有一平坦頂端表面及一平坦底端表面；以及一介電層，係插設於該第二電極與該液晶層之間，且包含一第一子介電層，係具有一第一介電常數，以及一第二子介電層，係具有與該第一介電常數不同之一第二介電常數，其中該介電層包含一區域，於其中該第一子介電層及該第二子介電層之至少其一之高度係沿著一水平方向改變， 其中，該第一子介電層包含彼此相連之複數個單元圖樣，以及其中，該單元圖樣的至少其一之截面包含一曲線部分。
  31. 如申請專利範圍第30項所述之顯示器，其中該供光裝置包含一顯示面板。
  32. 如申請專利範圍第31項所述之顯示器，其中該顯示面板係為有機發光二極體(OLED)、發光二極體(LED)、無機電致發光顯示器(EL)、場效發射顯示器(FED)、表面傳導電子發射顯示器(SED)、電漿顯示面板(PDP)、陰極射線管(CRT)、液晶顯示器(LCD)及電泳顯示器(EPD)之任一。
  33. 如申請專利範圍第31項所述之顯示器，其中該顯示面板包含以矩陣方式排列之複數個像素區域，且其中二個或更多該像素區域係排列於每一該單元圖樣之寬度內。
  34. 如申請專利範圍第30項所述之顯示器，其中該第一子介電層之高度及該第二子介電層之高度在沿著該水平方向之總和係為固定的。
  35. 如申請專利範圍第30項所述之顯示器，其中該第一子介電層之折射率係相等於該第二子介電層之折射率。
  36. 一種顯示器，其包含：一供光裝置；以及一液晶透鏡，係設置於該供光裝置上，其中該液晶透鏡包含：一第一電極； 一液晶層，係形成於該第一電極上，且具有一平坦頂端表面及一平坦底端表面；一介電層，係形成於該液晶層上，且具有包含一曲線表面之一頂端表面；以及一第二電極，係保形地形成於該介電層之該頂端表面上。
  37. 一種顯示器，其包含：一供光裝置；以及一液晶透鏡，係設置於該供光裝置上，其中該液晶透鏡包含：一第一電極及一第二電極，係彼此相對；一液晶層，係插設於該第一電極與該第二電極之間，且具有一平坦頂端表面及一平坦底端表面；以及一介電層，係插設於該第二電極與該液晶層之間，且包含一第一子介電層，係具有一第一介電常數，以及一第二子介電層，係具有與該第一介電常數不同之一第二介電常數，其中，該介電層包含一區域，於其中該第一子介電層及該第二子介電層之至少其一之高度係沿著一水平方向改變，其中，該第一子介電層包含彼此間隔之複數個單元圖樣，其中，該第一子介電層的各單元圖樣係以該第二子介電層圍繞，以及其中，該第一子介電層之該單元圖樣之至少其一係呈現圓頂、梯形、凸透鏡或凹透鏡之形狀。
  38. 一種液晶透鏡，其包含：一第一電極及一第二電極，係彼此相對；一液晶層，係插設於該第一電極與該第二電極之間，且具有一平坦頂端表面及一平坦底端表面；以及一介電層，係插設於該第二電極與該液晶層之間，其中，該介電層包含一區域，於其中該介電層的一頂部表面與一底部表面之間的電容係沿著一水平方向改變，以及其中，一基板不包含在該第一電極與該第二電極之間。
  39. 一種液晶透鏡，其包含：一第一電極及一第二電極，係彼此相對；一液晶層，係插設於該第一電極與該第二電極之間，且具有一平坦頂端表面及一平坦底端表面；以及一介電層，係插設於該第二電極與該液晶層之間，該介電層包含一第一子介電層，係具有一第一介電常數，以及一第二子介電層，係具有與該第一介電常數不同之一第二介電常數，其中該介電層包含一區域，於其中該第一子介電層及該第二子介電層之至少其一之高度係沿著一水平方向改變，以及其中，一基板不包含在該第一電極與該第二電極之間。
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