[发明专利]电驱动液晶透镜及立体显示器

说明书

技术领域

本发明是有关于一种液晶透镜，特别有关于一种电驱动液晶透镜及立体显示器。

背景技术

立体(Three-Dimension，3D)显示技术被认为是显示器继高画质之后最重要的研发方向。立体影像是根据通过人类双眼的立体视觉(Stereo Vision)原理，也即双眼相隔大约为65mm的距离而出现双眼视差而形成。双眼通过视网膜看到传送到人脑的两个不同的两维(Two-Dimension，2D)影像，在人脑将两个影像相合成以再生立体影像的深度及层次感。因此，想在平面显示器显示立体影像需在同一画面提供两组互相交错的影像以分别仿真两眼视觉，再使两眼通过偏光眼镜或光栅来分别接收两组影像，来达成立体影像的效果。然而，偏光眼镜在使用上带来不便，因此发展出许多不同设计的裸眼立体显示屏幕，通过光学设计直接将两组影像分别传送至左眼与右眼。

通常裸眼式3D显示器是利用两种技术达成效果，其一是利用视差屏障(Barrier)，另一种是柱状凸透镜(Lenticular Array)。其实这两种技术的原理相近，都是在液晶上用像素显示不同的左、右眼影像，再经过视差屏障或柱状凸透镜让左眼看到左眼影像的像素；右眼看到右眼影像的像素。请参照图1，图中绘示现有的视差屏障式裸眼式3D显示技术，其中视差屏障110将显示面板100部分的光遮挡，通过视差屏障110让观察者150的左眼看到左眼的像素101，右眼看到右眼的像素102。请参照图2，图中绘示现有的柱状凸透镜式3D显示技术，其中柱状凸透镜120是将左眼像素101与右眼像素102的光分别折射到观察者150的左、右眼。

不过视差屏障将面板画面分为多组，分辨率就会变低，导致画面粒子变粗，亮度也会随之下降。而柱状凸透镜虽不会减低亮度，但柱状透镜需制作成像素大小尺度，因此需要微加工精密制造，有成本高昂的问题。除此之外，柱状凸透镜的技术无法在不需要立体显示的情况(例如文书处理时的用途)切换成传统的平面显示。

目前，在实现裸眼3D显示器的技术中，已经提出一种液晶透镜，用来取代视差屏障或柱状凸透镜。液晶透镜是具有透镜性质的液晶层，利用液晶分子的双折射率(birefringence)性质，以及液晶分子受到电场转向的特性，借着电场控制液晶分子转向，使液晶层内呈现如阶变折射率透镜(Gradient-Index，GRINlens)渐变的折射率梯度分布，造成光线路径的偏折，来达到聚焦的效果。

图3a为现有未加电压的液晶透镜的剖面图，图3b为入射光的折射率对未加电压的液晶透镜位置作图。如图3a所示，现有的液晶透镜包括彼此平行相对的第一基板11和第二基板12、与形成于两基板11、12之间的液晶层13。在第一基板11内表面还具有一层第一电极10，以及在第二基板内表面形成一第二电极20图案。第一电极10和第二电极20是为透明电极。其中，液晶层13中的液晶分子30是为向列型(Nematic)液晶，向列型液晶是单光轴(Uniaxial)介质，其光轴与液晶分子导轴31平行，当光的电场垂直于光轴时，光所感受到的折射率为n_o，其称为寻常光折射率(ordinary indices)，当电场平行于光轴时，光所感受到的折射率n_e，其称为非寻常光折射率(extraordinary indices)。

请参照图3a，在未施加电压差给第一电极10和第二电极20时，液晶层13之间并无产生电场，此时的液晶分子30的导轴31顺着配向膜(未示于图中)平行于两基板11、12。请参考图3b，此时入射光50所感受到的折射率，不随着不同入射位置做改变，其折射率均为非寻常光折射率n_e，对垂直基板入射的入射光50没有聚焦效果。