[发明专利]电场驱动液晶透镜单元及使用该透镜单元的立体图像显示装置

说明书

本申请要求于2009年12月24日提交的申请号为P2009-0131048的韩国专利申请的权益，其在此结合作为参考。

技术领域

本发明涉及一种显示装置，更具体地，涉及一种可调整间隔物的位置以防止透镜表面误差的电场驱动液晶透镜以及使用该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构造的信息快速传播的服务已经从简单的例如通用的电话的“听说”服务发展至基于用于字符、声音和图像的高速处理的数字终端的“视听”多媒体型服务。期望这些服务最终发展为能够不受时间和空间的限制实现虚拟现实和立体观看的超空间三维(3D)立体信息通信服务。

通常，表现三维的立体图像经由观看者的眼睛基于立体视觉原理来实现。然而，由于观看者的眼睛彼此间隔大约65mm，即具有双眼视差，因此左眼和右眼由于两眼间的位置差异而感知到稍微不同的图像。这种由于双眼的位置差异引起的图像差异称为双眼像差。三维立体图像显示装置是基于双眼像差而设计的，允许左眼仅观看针对左眼的图像，而右眼仅观看针对右眼的图像。

具体地，左眼和右眼分别观看不同的二维(2D)图像。如果两个不同的图像通过视网膜传送到大脑，那么大脑精确地混合这些图像，再现原三维图像的深度感和真实性。这种能力称为立体视法(立体画法)，且应用立体视法的显示装置称为立体显示装置。

同时，立体显示装置可以基于实现三维图像的透镜的组成元件来分类。在一个示例中，使用液晶层的透镜称为电场驱动液晶透镜。

通常，液晶显示装置包括彼此相对的两个电极，和插入在两个电极之间的液晶层。液晶层的液晶分子由施加电压到两个电极时产生的电场驱动。液晶分子具有偏振和光学各向异性的特性。在此，偏振是指当液晶分子在电场的影响下时，液晶分子中的电子聚集到液晶分子的相对侧而产生的分子的排列根据电场发生改变。另外，光学各向异性是指由于液晶分子的伸长形状和上述分子排列方向而产生的出射光的路径或偏振根据入射光的入射方向或偏振发生改变。

因此，液晶层根据施加到两个电极的电压而具有透射率差异，并可以通过在每个像素基础上改变透射率的差异来显示图像。

最近已经提出了一种基于液晶分子的上述特性将液晶层用作透镜的电场驱动液晶透镜。

具体地，设计透镜以利用透镜构成材料的折射率和空气折射率之间的差异，在每个位置的基础上控制入射光的路径。在电场驱动液晶透镜中，如果给放置在液晶层不同位置的电极施加不同的电压，以便产生驱动液晶层所需的电场，那么进入液晶层的入射光在每个位置的基础上经历不同的相位变化，结果液晶层能够以与实际透镜相同的方式控制入射光的路径。

下面，将参考所附附图描述根据现有技术的电场驱动液晶透镜。图1是图示根据现有技术的电场驱动液晶透镜的截面图，图2是图示图1的电场驱动液晶透镜的结构的示意图。

如图1所示，根据现有技术的电场驱动液晶透镜包括彼此相对的第一和第二基板10和20，和形成在第一基板10和第二基板20之间的液晶层30。第一电极11设置在第一基板10上且彼此间隔第一距离。两个相邻的第一电极11中，从一个第一电极11的中心到另一个第一电极11的中心的距离称为“节距”。对各个第一电极重复相同的节距则产生图案。第二电极21形成在与第一基板10相对的第二基板20的整个表面上。

第一和第二电极11和21由透明金属构成。液晶层30形成在第一电极11和第二电极21之间的空间中。液晶层30的液晶分子由于随着电场的强度和分布起反应的特性而具有抛物势能面，并因而具有与如图2所示的电场驱动液晶透镜的相位分布类似的相位分布。

另外，分布间隔球40以支撑第一基板10和第二基板20之间的间隙。这些间隔球40随机的散布在第一基板10和第二基板20中的任一基板上，并由此在基板上具有移动性而不是固定在特定的位置。

在给第一电极11施加高电压和将第二电极21接地的情况下实现上述电场驱动液晶透镜。在这种电压条件下，垂直电场在第一电极11的中心最强，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这样的方式排列，即液晶分子在第一电极11的中心直立，随着远离第一电极11而逐渐地倾斜接近水平。结果如图2所示，对于光透射，光路在第一电极11的中心变短，并随着距离第一电极11的增大而增长。利用相位面表示光路的长度变化，电场驱动液晶透镜具有类似于抛物面透镜的光透射效果。这里，第二电极21引起由液晶分子产生的电场的变化，使得光折射率空间上采取抛物函数的形式。第一电极11对应透镜的边缘区域。