[发明专利]电场驱动液晶透镜单元及采用该透镜单元的立体图像显示装置

说明书

本申请主张于2009年12月30日递交的韩国专利申请No.10-2009-0134355的权益，其在此通过整体引用被引入本文。

技术领域

本发明涉及电场驱动液晶透镜，更具体地涉及这样一种电场驱动液晶透镜，其在具有细微地分开的电极的下基板上设有偏振片，从而防止由于相邻电极之间产生的水平电场而导致的水平透镜畸变，以及涉及采用该电场驱动液晶透镜的立体显示装置。

背景技术

目前，基于高速信息通信网络而构建的信息高速传播业务已经从简单的“听说”业务如当前的电话发展为利用能高速处理字符、语音和图像的数字终端的“视听”多媒体类型业务。这些业务有望最终发展为不受时间和空间的限制，能够实现虚拟现实和立体观看的超空间三维(3D)立体信息通信业务。

通常，表现三维的立体图像是基于立体视觉原理，经由观看者双眼而实现的。由于观看者的双眼彼此间隔大约65mm，即具有双眼视差，因此左眼和右眼由于它们之间的位置差而感知到稍有不同的图像。这种由于双眼的位置差引起的图像差异被称为双眼位差。基于双眼位差设计3D立体图像显示装置，使左眼仅观看到供左眼的图像，而右眼仅观看到供右眼的图像。

具体地，左眼和右眼分别观看到不同的二维图像。如果两个不同的图像通过视网膜被传送到大脑，那么大脑精确地合成这些图像，再现原始3D图像的深度感和真实性。这种能力被称为立体摄影术，应用该立体摄影术的显示装置被称为立体显示装置。

可根据实现3D图像的透镜的组元对立体显示装置进行分类。在一个实例中，将采用液晶层的透镜称为电场驱动液晶透镜。

通常，液晶显示装置包括两个彼此相对的电极，以及位于这两个电极之间的液晶层。液晶层的液晶分子由向这两个电极施加电压而产生的电场所驱动。液晶分子具有偏振化和光学各向异性的特征。在此，偏振化是指当液晶分子在电场影响下，由于液晶分子中的电子聚集到液晶分子的相对的两侧而引起的分子排列方向根据电场的改变。另外，光学各向异性是指由于液晶分子细长的形状以及上述分子排列方向而引起的出射光的路径或偏振根据入射光的入射方向或偏振的变化。

因此，由于施加至两个电极的电压而使得液晶层具有透射比差，并且，液晶层能够通过区分基于像素的透射比差来显示图像。

近来，提出一种电场驱动液晶透镜，其中，液晶层基于液晶分子的上述特征而起到透镜的作用。具体地，设计一种利用透镜构造材料的折射率和空气的折射率之差来基于位置控制入射光路径的透镜。在电场驱动液晶透镜中，如果将不同的电压施加至位于液晶层不同位置处的电极以产生驱动该液晶层所需的电场，那么射入该液晶层的入射光基于位置而经受不同的相位变化，由此，该液晶层能够以与实际透镜同样的方式来控制入射光的路径。

图1是根据现有技术的电场驱动液晶透镜的剖面图，图2是在向图1的电场驱动液晶透镜施加电压后，该电场驱动液晶透镜的电位分布的示意图。

如图1所示，现有技术的电场驱动液晶透镜包括彼此相对的第一基板10和第二基板20，以及在第一基板10和第二基板20之间形成的液晶层30。

第一基板10上设置有一些第一电极11，这些第一电极11彼此相隔第一距离。将在两个相邻的第一电极11之间，从一个第一电极11的中心到另一个第一电极11的中心之间的距离称为“节距(pitch)”。对各个第一电极重复同样的节距从而产生图案。

在与第一基板10相对的第二基板20的整个表面上形成有第二电极21。第一电极11和第二电极21由透明金属制成。在第二电极21和这些第一电极11之间的空间中形成有液晶层30。液晶层30的液晶分子由于根据电场的强度和分布进行反应的特性而具有抛物线状的电位面，从而具有类似于图2所示的电场驱动液晶透镜的相位分布。

在将高电压施加至第一电极11并且第二电极21接地的情况下，实现上述电场驱动液晶透镜。在该电压条件下，垂直电场在第一电极11的中心处最强，并且垂直电场的强度随着远离第一电极11而降低。因此，如果液晶层30的液晶分子具有正的介电各向异性，那么液晶分子根据电场以液晶分子在第一电极11的中心处是竖立的，并且随着远离第一电极11而逐渐接近水平方向来倾斜的方式排列。由此，对于光传输，如图2所示，在第一电极11中心处的光路缩短，并且随着距第一电极11中心的距离增加，光路延长。利用相位面来表示光路的长度变化，电场驱动液晶透镜与具抛物面的透镜具有类似的光传输效果。