DE102008052366A1

DE102008052366A1 - Elektrisch gesteuerte Flüssigkristalllinse und Stereodisplay unter Verwendung derselben

Info

Publication number: DE102008052366A1
Application number: DE102008052366A
Authority: DE
Inventors: Hee Jin Anyang Im
Original assignee: LG Display Co Ltd
Current assignee: LG Display Co Ltd
Priority date: 2007-10-22
Filing date: 2008-10-20
Publication date: 2009-05-14
Anticipated expiration: 2028-10-21
Also published as: GB0819381D0; US7872694B2; CN101419352A; US8035763B2; DE102008052366B4; JP2009104137A; CN101419352B; GB2454085A; KR101222990B1; US20110084963A1; GB2454085B; JP4875042B2; KR20090040587A; US20090122210A1

Abstract

Es sind eine elektrisch gesteuerte Flüssigkristalllinse, mit der nicht nur eine geleichmäßige Parabollinsenebene bei Realisierung durch ein Ausrichten von Flüssigkristallen auf Grundlage einer geänderten Elektrodenkonfiguration erzielt werden kann, sondern auch ein verringerter Zellenzwischenraum einer Flüssigkristallschicht und ein stabiles Profil selbst bei einem Display großer Fläche erzielt werden können, und ein Stereodisplay unter Verwendung derselben offenbart. Diese elektrisch gesteuerte Flüssigkristalllinse ist mit Folgendem versehen: einem ersten und einem zweiten Substrat, die einander gegenüberstehend angeordnet sind und einen aktiven Bereich mit mehreren Linsenbereichen und einen Kontaktfleckbereich an der Außenseite des aktiven Bereichs definieren; mehreren ersten Elektroden, die so auf dem ersten Substrat angeordnet sind, dass sie den jeweiligen Linsenbereichen entsprechen, und die zwischen den Zentren benachbarter erster Elektroden in jedem Linsenbereich mit verschiedenen Abständen voneinander beabstandet sind; einer zweiten Elektrode, die über die gesamte Fläche des zweiten Substrats hinweg ausgebildet ist; einer Spannungsquelle zum Anlegen verschiedener Spannungen an die mehreren ersten Elektroden und zum Anlegen einer Massespannung an die zweite Elektrode; und einer Flüssigkristallschicht, die zwischen das erste Substrat und das zweite Substrat gefüllt ist.

Description

Priorität: Republik Korea (KR) 22. Oktober 2007 10-2007-0106013

Diese Anmeldung beansprucht den Nutzen der am 22. Oktober 2007 eingereichten koreanischen Patentanmeldung Nr. P2007-106013 , die hiermit durch Bezugnahme so eingeschlossen wird, als sei sie hier vollständig dargelegt.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Display, genauer gesagt, eine elektrisch gesteuerte Flüssigkristalllinse, die nicht nur eine leicht parabolische Linsenebene erzielen kann, wenn sie durch Ausrichtung von Flüssigkristallen auf Grundlage einer geänderten Elektrodenkonfiguration realisiert wird, sondern die auch selbst bei einem großflächigen Display einen verkleinerten Zellenzwischenraum einer Flüssigkristallschicht und ein stabiles Profil erzielen kann, und ein Stereodisplay unter Verwendung derselben.
Erörterung der einschlägigen Technik
Derzeit haben sich Dienste zum schnellen Ausstrahlen von Information, die auf Grundlage von Informationskommunikationsnetzen hoher Geschwindigkeit aufgebaut sind, von einem einfachen Dienst des "Hörens und Sprechens", wie bei aktuellen Telefonen, auf Grundlage digitaler Endgeräte, wie sie zur Hochgeschwindigkeitsverarbeitung von Zeichen, Sprache und Bildern verwendet werden, zu Multimediadiensten des "Sehens und Hörens" entwickelt, und es ist zu erwarten, dass sie schließlich zu dreidimensionalen Informationskommunikationsdiensten im virtuellen Raum entwickelt werden, die virtuelle Realität und stereoskopische Betrachtung frei von Einschränkungen in der Zeit und im Raum ermöglichen.
Im Allgemeinen werden Stereobilder, die drei Dimensionen darstellen, auf Grundlage des Prinzips des Stereosehens über die Augen des Betrachters realisiert. Da jedoch die Augen des Betrachters um ungefähr 65 mm voneinander beabstandet sind, d. h., eine Binokularparallaxe aufweisen, nehmen das linke und das rechte Auge aufgrund der Positionsdifferenz zwischen ihnen leicht verschiedene Bilder wahr. Eine derartige Differenz zwischen Bildern aufgrund der Positionsdifferenz der Augen wird als Binokulardisparität bezeichnet. Ein dreidimensionales Stereobilddisplay ist auf Grundlage der Binokulardisparität konzipiert, wobei es dem linken Auge ermöglicht ist, nur ein Bild für dasselbe zu sehen, und dem rechten Auge ermöglicht ist, nur ein Bild für dieses zu sehen.
Genauer gesagt, sehen das linke und das rechte Auge jeweils andere zweidimensionale Bilder. Wenn die zwei verschiedenen Bilder über die Netzhaut an das Gehirn übertragen werden, verschmilzt dieses tatsächlich die Bilder, was den Eindruck tatsächlicher dreidimensionaler Bilder ergibt. Diese Fähigkeit wird herkömmlich als Stereografie bezeichnet, und ein Stereodisplay wird durch Anwenden der Stereografie auf ein Display erhalten.
Stereodisplays können auf Grundlage der Bauelemente einer Linse, die dreidimensionale Bilder realisiert, eingeteilt werden. Als ein Beispiel existiert eine elektrisch gesteuerte Flüssigkristalllinse, bei der eine Flüssigkristallschicht eine Linse bildet.
Im Allgemeinen verfügt ein Flüssigkristalldisplay über zwei einander gegenüberstehende Elektroden sowie eine zwischen diese zwei Elektroden eingefügte Flüssigkristallschicht. Flüssigkristallmoleküle der Flüssigkristallschicht werden durch ein elektrisches Feld angesteuert, wie es erzeugt wird, wenn an die zwei Elektroden Spannungen angelegt werden. Die Flüssigkris tallmoleküle verfügen über Polarisations- und Anisotropieeigenschaften. Aufgrund der Polarisation werden, wenn Flüssigkristallmoleküle unter dem Einfluss eines elektrischen Felds stehen, elektrische Ladungen in ihnen an ihren entgegengesetzten Seiten gesammelt, wodurch sich die Molekülanordnungsrichtung entsprechend dem elektrischen Feld ändert. Aufgrund der optischen Anisotropie ändert sich, dank der langgestreckten Form von Flüssigkristallmolekülen und der oben genannten Molekülanordnungsrichtung, der Pfad oder die Polarisation des zu emittierenden Lichts abhängig von der Einfallsrichtung oder der Polarisation des einfallenden Lichts.
Demgemäß zeigt eine Flüssigkristallschicht abhängig von an die zwei Elektroden angelegten Spannungen Unterschiede des Transmissionsvermögens, und unter Verwendung des Transmissionsunterschieds von Pixeln kann ein Bild angezeigt werden.
In jüngerer Zeit wurde eine elektrisch gesteuerte Flüssigkristalllinse vorgeschlagen, bei der eine Flüssigkristallschicht unter Verwendung der oben beschriebenen Eigenschaften von Flüssigkristallmolekülen als Linse dient.
Genauer gesagt, ist eine Linse so konzipiert, dass der Pfad einfallenden Lichts auf positionsbezogener Basis durch Ausnutzen der Differenz zwischen dem Brechungsindex eines Linsenaufbaumaterials und demjenigen von Luft gesteuert wird. Wenn bei einer elektrisch gesteuerten Flüssigkristalllinse verschiedene Spannungen abhängig von verschiedenen Positionen von Elektroden an die Flüssigkristallschicht angelegt werden, um diese durch verschiedene elektrische Felder anzusteuern, sorgt einfallendes, in die Flüssigkristallschicht eingeleitetes Licht für verschiedene Phasenvariationen auf positionsbezogener Basis, und im Ergebnis kann die Flüssigkristallschicht den Pfad einfallenden Lichts auf dieselbe Weise wie eine tatsächliche Linse steuern.
Nachfolgend wird eine herkömmliche elektrisch gesteuerte Flüssigkristalllinse unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Die 1 ist eine Schnittansicht, die eine herkömmliche elektrisch gesteuerte Flüssigkristalllinse zeigt, und die 2 ist eine Ansicht zum Veranschaulichen der elektrischen Potenzialverteilung beim Erzeugen der elektrisch gesteuerten Flüssigkristalllinse der 1, nachdem Spannungen an die Flüssigkristalllinse angelegt wurden.
Wie es in der 1 dargestellt ist, verfügt die herkömmliche elektrisch gesteuerte Flüssigkristalllinse über ein erstes und ein zweites Substrat 10 und 20, die einander gegenüberstehen, und eine zwischen dem ersten Spannung 10 und dem zweiten Spannung 20 ausgebildete Flüssigkristallschicht 30.
Hierbei sind erste Elektroden 11 mit einem ersten Intervall auf dem ersten Substrat 10 angeordnet. In diesem Fall wird, betreffend benachbarte erste Elektroden 11, der Abstand vom Zentrum der einen der ersten Elektroden 11 zum Zentrum der nächsten ersten Elektrode 11 als "Schrittweite" bezeichnet. Das Wiederholen derselben Schrittweite für die jeweiligen ersten Elektroden führt zu einem Muster.
Über die gesamte Fläche des zweiten Substrats 20 hinweg ist, dem ersten Substrat 10 gegenüberstehen, eine zweite Elektrode 21 ausgebildet.
Die ersten und die zweiten Elektroden 11 und 21 bestehen aus transparenten Metallen. Die Flüssigkristallschicht 30 wird im Raum zwischen den ersten Elektroden 11 und der zweiten Elektrode 21 ausgebildet. Flüssigkristallmoleküle der Flüssigkristallschicht 30 reagieren auf die Stärke und die Verteilung eines elektrischen Felds und zeigen daher eine Phasenverteilung ähnlich derjenigen, wie sie in der 2 dargestellt ist.
Die oben beschriebene elektrisch gesteuerte Flüssigkristalllinse wird auf Grundlage der Annahme realisiert, dass an die erste Elektrode 11 hohe Spannungen angelegt werden und die zweite Elektrode 21 geerdet ist. Unter dieser Spannungsbedingung ist ein vertikales elektrisches Feld im Zentrum der ersten Elektrode 11 am stärksten, und die Stärke dieses vertikalen elektrischen Felds nimmt von der ersten Elektrode 11 ab. Demgemäß werden, wenn die Flüssigkristallmoleküle der Flüssigkristallschicht 30 positive Anisotropie der Dielektrizitätskonstante zeigen, dieselben entsprechend dem elektrischen Feld auf solche Weise angeordnet, dass sie im Zentrum der ersten Elektrode 11 aufrecht stehen und horizontal weg von derselben allmählich verkippt sind. Im Ergebnis ist, was die Lichttransmission betrifft, der optische Pfad im Zentrum der ersten Elektrode 11 verkürzt, und er nimmt mit zunehmendem Abstand von dieser zu, wie es in der 2 dargestellt ist. Wenn die Längenänderung des optischen Pfads unter Verwendung einer Phasenebene dargestellt wird, zeigt eine elektrisch gesteuerte Flüssigkristalllinse Lichttransmissionseffekte, die denen einer Parabollinse ähnlich sind.
Hierbei sorgt die zweite Elektrode 21 für ein solches Verhalten eines elektrischen Felds, dass der Brechungsindex im Wesentlichen die Form einer räumlichen parabolischen Funktion einnimmt, wobei die ersten Elektroden 11 die Randbereiche der Linse definieren.
In diesem Fall werden an die ersten Elektroden 11 relativ höhere Spannungen als an die zweite Elektrode 21 angelegt. Daher tritt, wie es in der 2 dargestellt ist, zwischen den ersten Elektroden 11 und der zweiten Elektrode 21 eine Potenzialdifferenz auf. Insbesondere entsteht um die ersten Elektroden 11 herum ein steiles horizontales elektrisches Feld. Demgemäß zeigen Flüssigkristallmoleküle eine leicht verzerrte Verteilung statt einer allmählichen Verteilung, wobei der Brechungsindex keine parabolische räumliche Verteilung zeigen kann, oder die Bewegung der Flüssigkristalle reagiert übermäßig empfindlich auf eine Spannungsänderung.
Die oben beschriebene herkömmliche elektrisch gesteuerte Flüssigkristalllinse kann, ohne körperliche Parabollinse, dadurch realisiert werden, dass Elektroden auf zwei Spannungen angebracht werden, wobei dazwischen Flüssigkristalle eingefügt werden, und Spannungen an die Elektroden angelegt werden.
Jedoch zeigt die oben beschriebene elektrisch gesteuerte Flüssigkristalllinse die folgenden Probleme.
Erstens wird, da auf einem unteren Substrat ausgebildete Elektroden ein extremes Teilgebiet eines Linsenbereichs einnehmen, zwischen einem den Elektroden entsprechenden Linsenrandbereich und einem von diesem entfernten Linsenzentrumsbereich ein steiles horizontales elektrisches Feld statt eines allmählichen elektrischen Felds erzeugt, was zu einer geringfügig verzerrten Phase der elektrisch gesteuerten Flüssigkristalllinse führt. Insbesondere wird bei einer elektrisch gesteuerten Flüssigkristalllinse, bei der hohe Spannungen an eine begrenzte Anzahl von Elektroden in jedem Linsenbereich angelegt werden, zwischen den auf hoher Spannung befindlichen Elektroden und den Substraten, die einander gegenüberstehen, ein unzureichendes elektrisches Feld erzeugt, je größer die Schrittweite im Linsenbereich ist. Demgemäß ist die Realisierung einer elektrisch gesteuerten Flüssigkristalllinse mit einer leicht parabolischen Linsenebene mit denselben optischen Effekten wie denen einer tatsächlichen Linse extrem schwierig.
Zweitens wird, wenn Anwendung bei einem Display großer Fläche erfolgt, der Linsenzentralbereich, der entfernt vom Linsenrandbereich ist, in dem sich die Elektroden befinden, an die eine hohe Spannung angelegt wird, durch ein elektrisches Feld nicht beeinflusst, und es bestehen Schwierigkeiten bei der Ausrichtungssteuerung von Flüssigkristallen durch das elektrische Feld. Dies führt zu einer schwerwiegenden Verzerrung der Linsenform auf Grundlage des elektrischen Felds. Fallabhängig zeigt, wenn die Steuerung im Linsenzentralbereich schwierig oder unmöglich ist, die sich ergebende elektrisch gesteuerte Flüssigkristalllinse ein diskontinuierliches Linsenprofil und ist nicht als Linse wirksam.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Demgemäß ist die Erfindung auf eine elektrisch gesteuerte Flüssigkristalllinse und ein Stereodisplay unter Verwendung derselben gerichtet, die eines oder mehrere Probleme aufgrund von Einschränkungen und Nachteilen der einschlägigen Technik im Wesentlichen vermeiden.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine elektrisch gesteuerte Flüssigkristalllinse, die nicht nur eine allmählich parabolische Linsenebene erzielen kann, wenn sie durch die Ausrichtung von Flüssigkristallen auf Grundlage einer geänderten Elektrodenkonfiguration realisiert wird, sondern auch einen verringerten Zellenzwischenraum einer Flüssigkristallschicht und ein stabiles Profil selbst bei einem großflächigen Display realisieren kann, und ein Stereodisplay unter Verwendung derselben zu schaffen.
Zusätzliche Vorteile, Aufgaben und Merkmale der Erfindung werden teilweise in der folgenden Beschreibung dargelegt, und sie werden teilweise dem Fachmann beim Studieren des Folgenden er sichtlich, oder sie ergeben sich beim Ausüben der Erfindung. Die Ziele und andere Vorteile der Erfindung können durch die Struktur realisiert und erreicht werden, wie sie in der schriftlichen Beschreibung und den zugehörigen Ansprüchen sowie den beigefügten Zeichnungen speziell dargelegt ist.
Um diese Ziele und andere Vorteile zu erreichen, und gemäß dem Zweck der Erfindung, wie sie realisiert wurde und hier umfassend beschrieben wird, ist eine elektrisch gesteuerte Flüssigkristalllinse mit Folgendem versehen: einem ersten und einem zweiten Substrat, die einander gegenüberstehend angeordnet sind und einen aktiven Bereich mit mehreren Linsenbereichen und einen Kontaktfleckbereich an der Außenseite des aktiven Bereichs definieren; mehreren ersten Elektroden, die so auf dem ersten Substrat angeordnet sind, dass sie den jeweiligen Linsenbereichen entsprechen, und die zwischen den Zentren benachbarter erster Elektroden in jedem Linsenbereich mit verschiedenen Abständen voneinander beabstandet sind; einer zweiten Elektrode, die über die gesamte Fläche des zweiten Substrats hinweg ausgebildet ist; einer Spannungsquelle zum Anlegen verschiedener Spannungen an die mehreren ersten Elektroden und zum Anlegen einer Massespannung an die zweite Elektrode; und einer Flüssigkristallschicht, die zwischen das erste Substrat und das zweite Substrat gefüllt ist.
Einige der mehreren ersten Elektroden in jedem Linsenbereich, an die relativ hohe Spannungen angelegt werden, können einen kleineren Abstand zwischen den Zentren benachbarter erster Elektroden aufweisen, als es dem Abstand zwischen den Zentren benachbarter erster Elektroden entspricht, an die relativ niedrige Spannungen angelegt werden. In diesem Fall kann die Breite der ersten Elektroden allmählich zunehmen, oder der Abstand zwischen den ersten Elektroden kann ausgehend von einem Bereich mit angelegter relativ hoher Spannung zu einem Bereich mit an gelegter relativ hoher Spannung zu einem Bereich mit angelegter relativ niedriger Spannung allmählich zunehmen.
Die Spannungsquelle kann einen Verteilte-Spannungen-Generator zum Erzeugen verschiedener Spannungen beim Empfangen einer Minimalspannung und einer Maximalspannung, wie sie an ihn angelegt werden, aufweisen, um die verschiedenen Spannungen an die mehreren ersten Elektroden anzulegen. In diesem Fall kann die elektrisch gesteuerte Flüssigkristalllinse ferner Folgendes aufweisen: mehrere im Kontaktfleckbereich vorhandene Metallleitungen und an diese mehreren Metallleitungen im Kontaktfleckbereich können jeweils vom Verteilte-Spannungen-Generator ausgegebene Spannungssignale angelegt werden, und die mehreren Metallleitungen können Kontakte zu Enden der mehreren ersten Elektroden aufweisen.
Die mehreren ersten Elektroden können in einer vorgegebenen Richtung parallel ausgebildet sein, und die Metallleitungen können im Kontaktfleckbereich so ausgebildet sein, dass sie die ersten Elektroden schneiden, wobei jede der Metallleitungen mit mindestens einer der mehreren ersten Elektroden in Kontakt steht. Die Anzahl der vom Verteilte-Spannungen-Generator ausgegebenen Spannungssignale kann der Anzahl der ersten Elektroden entsprechen, die sich zwischen dem Rand und dem Zentrum jedes Linsenbereichs befinden.
Die vom Verteilte-Spannungen-Generator ausgegebenen Spannungssignale können einer positiven quadratischen Funktion bezogen auf das Zentrum jedes Linsenbereichs entsprechen.
Der Verteilte-Spannungen-Generator kann Folgendes aufweisen: Widerstände, die zwischen dem Maximalspannungs-Eingangsanschluss und dem Minimalspannungs-Eingangsanschluss vorhanden sind, um Spannungssignale zwischen einer Maximalspannung und einer Minimalspannung zu verteilen; und Puffer zwischen den je weiligen Spannungssignal-Ausgangsanschlüssen und den Metallleitungen im Kontaktfleckbereich.
Die mehreren Elektroden können auf dem ersten Substrat in derselben Schicht ausgebildet sein.
Alternativ kann die elektrisch gesteuerte Flüssigkristalllinse ferner mindestens einen auf dem ersten Substrat ausgebildeten Isolierfilm aufweisen. In diesem Fall können die mehreren ersten Elektroden auf solche Weise auf dem ersten Substrat und dem Isolierfilm ausgebildet sein, dass sie bezogen auf den Rand in jedem Linsenbereich horizontal symmetrisch sind.
Die mehreren ersten Elektroden können eine sich in der Querrichtung des ersten Substrats erstreckende Stabform aufweisen, und die Breite der ersten Elektroden und der Abstand zwischen benachbarten ersten Elektroden kann im Bereich von 2 μm bis 30 μm variabel sein.
Die elektrisch gesteuerte Flüssigkristalllinse kann ferner Folgendes aufweisen: einen auf dem ersten Substrat mit den mehreren ersten Elektroden ausgebildeten ersten Ausrichtungsfilm; und einen auf der zweiten Elektrode ausgebildeten zweiten Ausrichtungsfilm. Der erste Ausrichtungsfilm kann eine Reiberichtung aufweisen, die dieselbe wie die Längsrichtung der ersten Elektroden ist, und der zweite Ausrichtungsfilm kann eine Reiberichtung aufweisen, die diejenige des ersten Ausrichtungsfilms schneidet.
Die ersten und zweiten Elektroden können aus transparenten Metallen bestehen.
Gemäß einer anderen Erscheinungsform der Erfindung ist ein Stereodisplay mit Folgendem geschaffen: einer Anzeigetafel unter der elektrisch gesteuerten Flüssigkristalllinse, um zweidimen sionale Bildsignale an die elektrisch gesteuerte Flüssigkristalllinse durchzulassen.
Es ist zu beachten, dass sowohl die vorstehende allgemeine Beschreibung als auch die folgende detaillierte Beschreibung der Erfindung beispielhaft und erläuternd sind und dazu vorgesehen sind, für eine weitere Erläuterung der beanspruchten Erfindung zu sorgen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die beigefügten Zeichnungen, die enthalten sind, um für ein weiteres Verständnis der Erfindung zu sorgen, und die in diese Anmeldung eingeschlossen sind und einen Teil derselben bilden, veranschaulichen mindestens eine Ausführungsform der Erfindung, und sie dienen gemeinsam mit der Beschreibung dazu, das Prinzip der Erfindung zu erläutern. In den Zeichnungen ist Folgendes dargestellt.
1 ist eine Schnittansicht, die eine herkömmliche elektrisch gesteuerte Flüssigkristalllinse zeigt;
2 ist ein Kurvenbild, das einen optischen Pfad (Phasenänderung) abhängig von einer vorgegebenen Position der in der 1 dargestellten elektrisch gesteuerten Flüssigkristalllinse zeigt;
3 ist eine Schnittansicht, die ein Stereodisplay unter Verwendung einer elektrisch gesteuerten Flüssigkristalllinse gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
4 ist eine Schnittansicht, die die elektrisch gesteuerte Flüssigkristalllinse der 3 zeigt;
5 ist eine perspektivische Ansicht, die die elektrisch gesteuerte Flüssigkristalllinse der 3 zeigt;
6 ist eine schematische Ansicht, die eine Spannungsanlegekonfiguration der elektrisch gesteuerten Flüssigkristalllinse gemäß der Erfindung zeigt;
7 ist eine Draufsicht, die ein erstes Substrat der elektrisch gesteuerten Flüssigkristalllinse gemäß der Erfindung zeigt;
8 ist ein Blockdiagramm, das eine Spannungsanlegeart gemäß der Erfindung zeigt;
9 ist eine Schnittansicht, die eine elektrisch gesteuerte Flüssigkristalllinse gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt; und
10A und 10B sind Kurvenbilder, die die Phase der elektrisch gesteuerten Flüssigkristalllinse für dieselbe Schrittweite sowie verschiedene Schrittweiten erster Elektroden als unterteilten Elektroden zeigen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Nun wird detailliert auf eine elektrisch gesteuerte Flüssigkristalllinse und ein Stereodisplay unter Verwendung derselben gemäß den bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung Bezug genommen, zu denen in den beigefügten Zeichnungen Beispiele dargestellt sind. Wo immer es möglich ist, sind in allen Zeichnungen dieselben Bezugszahlen dazu verwendet, dieselben oder ähnliche Teile zu kennzeichnen.
Die 3 ist eine Schnittansicht, die ein Stereodisplay mit einer elektrisch gesteuerten Flüssigkristalllinse gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt. Die 4 und 5 sind eine Schnittansicht bzw. eine perspektivische Ansicht, die die elektrisch gesteuerte Flüssigkristalllinse der 3 zeigen.
Wie es in der 3 dargestellt ist, verfügt das Stereodisplay gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung über eine elektrisch gesteuerte Flüssigkristalllinse 1000, die betrieben wird, wenn sie Spannungen empfängt, um dadurch als Linse zu arbeiten, eine unter der elektrisch gesteuerte Flüssigkristalllinse 1000 angeordnete Anzeigetafel 350, die dazu dient, zweidimensionale Bildinformation abzustrahlen, und eine Lichtquelle 700, die unter der Anzeigetafel 350 angeordnet ist und dazu dient, Licht zu dieser zu lenken.
Fallabhängig ist ein Weglassen der Lichtquelle 700 möglich, wenn die Anzeigetafel 350 eine selbstleuchtende Vorrichtung ist, wie ein organisches Leuchtdisplay.
Die Anzeigetafel 350 enthält erste und zweite Bildpixel P1 und P2, die abwechselnd und wiederholt angeordnet sind, um ein erstes bzw. ein zweites Bild IM1 und IM2 anzuzeigen. Die Anzeigetafel 350 kann aus verschiedenen Flachtafeldisplays ausgewählt werden, einschließlich Flüssigkristalldisplays (LCDs), organischen Leuchtdisplays (OLEDs), Plasmadisplaytafeln (PDPs), Feldemissionsdisplays (FEDs) usw. Die Anzeigetafel 350 befindet sich unter der elektrisch gesteuerten Flüssigkristalllinse 1000, und sie dient dazu, zweidimensionale Bildsignale an diese durchzulassen.
Die elektrisch gesteuerte Flüssigkristalllinse 1000 gemäß der Erfindung fungiert dahingehend, dreidimensionale Bildsignale aus zweidimensionalen Bildsignalen entsprechend dem Linsenpro fil zu emittieren, und sie liegt über der zweidimensionale Bilder erzeugenden Anzeigetafel 350. Die elektrisch gesteuerte Flüssigkristalllinse 1000 kann dreidimensionale Bildsignale emittieren, oder sie kann direkt zweidimensionale Bildsignale emittieren, was davon abhängt, ob Spannungen an sie angelegt werden oder nicht. Genauer gesagt, ist die elektrisch gesteuerte Flüssigkristalllinse 1000 so konzipiert, dass sie Licht direkt durchlässt, wenn keine Spannung an sie angelegt ist, wodurch sie als Schaltvorrichtung zum Anzeigen zweidimensionaler Bilder, wenn keine Spannung an sie angelegt ist, und zum Anzeigen dreidimensionaler Bilder, wenn Spannungen an sie angelegt sind, dienen kann.
Nachfolgend wird die elektrisch gesteuerte Flüssigkristalllinse 1000 detaillierter beschrieben.
Wie es in den 3 und 4 dargestellt ist, verfügt die elektrisch gesteuerte Flüssigkristalllinse 1000 gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung über ein erstes und ein zweites Substrat 100 und 200, die einander gegenüberstehend angeordnet sind und jeweils mehrere Linsenbereiche so definieren, dass sie denen des anderen Substrats entsprechen, mehrere erste Elektroden 101, die auf Grundlage jedes Linsenbereichs auf dem ersten Substrat 100 angeordnet sind, eine zweite Elektrode 201, die auf der gesamten Fläche des zweiten Substrats 200 ausgebildet ist, Spannungssignalquellen Vmin, V1, V2, ... Vmax zum Anlegen verschiedner Spannungen an die jeweiligen Elektroden 101, und eine Flüssigkristallschicht 300, die zwischen das erste Substrat 100 und das zweite Substrat 200 gefüllt ist.
Hierbei sind die mehreren ersten Elektroden 101 mit verschiedenen Abständen zwischen den Zentren benachbarter erster Elektroden 101 in jedem Linsenbereich angeordnet. Beispielsweise sind bei den mehreren Elektroden 101 die Abstände zwischen den Zentren benachbarter erster Elektroden 101, an die relative hohe Spannungen angelegt werden, kürzer als die Abstände zwischen den Zentren benachbarter erster Elektroden 101, an die relativ niedrige Spannungen angelegt werden.
Demgemäß sind, bei der oben angegebenen Einstellung des Abstands zwischen den Zentren benachbarter erster Elektroden 101, die ersten Elektroden 101 in einem Bereich, in dem eine relativ hohe Spannung angelegt wird, mit relativ geringer Breite ausgebildet, und sie sind dicht angeordnet, jedoch nehmen die Breite der ersten Elektroden 101 und der Abstand zwischen den Zentren benachbarter erster Elektroden 101 allmählich zu einem Bereich, in dem eine relativ niedrige Spannung angelegt wird, allmählich zu. Hierbei kann der Abstand zwischen den Zentren benachbarter erster Elektroden 101 durch Einstellen der Breite der ersten Elektroden 101 und/oder des Abstands zwischen den ersten Elektroden 101 eingestellt werden.
Außerdem kann, wenn angenommen wird, dass die höchste Spannung an den Rand E des Linsenbereichs angelegt wird und die niedrigste Spannung an das Zentrum O des Linsenbereichs L angelegt wird, der Abstand zwischen den Zentren benachbarter erster Elektroden 101 so eingestellt werden, dass er ausgehend von einem Minimalwert vom Rand E zum Zentrum O des Linsenbereichs L allmählich zunimmt. Unter Berücksichtigung der Tatsache, dass der Rand E des Linsenbereichs L ein Profil aufweist, das auf das Anlegen einer Spannung empfindlich reagiert, können die ersten Elektroden 101 nur am Rand E des Linsenbereichs L mit engerem Abstand als im Zentrum des Linsenbereichs L dicht angeordnet werden.
Die ersten und die zweiten Elektroden 101 und 201 bestehen aus transparenten Metallen, wie Indiumzinnoxid (ITO), um an ihren Stellen Transmissionsverluste zu vermeiden.
Betreffend jeden Linsenbereich L wird an das Zentrum O desselben eine erste Spannung Vmin, die ungefähr einer Schwellenspannung entspricht, angelegt, wohingegen an die erste Elektrode 101, die am Rand E des Linsenbereichs L liegt, die höchste, n-te Spannung Vmax angelegt wird. In diesem Fall liegen an die ersten Elektroden 101, die sich zwischen dem Zentrum O und dem Rand E des Linsenbereichs L befinden, angelegte Spannungen im Bereich von der Schwellenspannung Vmin bis zur n-ten Spannung Vmax des Linsenbereichs, und sie nehmen mit zunehmendem Abstand vom Zentrum O des Linsenbereichs L allmählich zu. Wenn Spannungen an die mehreren ersten Elektroden 101 angelegt werden, wird an die zweite Elektrode 201 die Massespannung angelegt, um zwischen den ersten Elektroden 101 und der zweiten Elektrode 201 ein vertikales elektrisches Feld zu erzeugen.
Die mehreren ersten Elektroden 101 sind zum Rand E des Linsenbereichs L horizontal symmetrisch ausgebildet. Die horizontal symmetrischen ersten Elektroden 101 weisen nahe dem Rand E einen kurzen Abstand zwischen ihren Zentren auf, wobei der Abstand zum Zentrum O hin zunimmt.
Die jeweiligen ersten Elektroden 101 sind über Metallleitungen 111 in Kontaktfleckbereichen (entsprechend Nichtanzeigebereichen der Anzeigetafel 350) mit den entsprechenden Spannungssignalquellen Vmin, V1, V2, ... Vmax verbunden, um gewünschte Spannungen zu empfangen.
Die niedrigste Schwellenspannung Vmin, wie sie an die erste Elektrode 101 angelegt wird, die sich im Zentrum O des Linsenbereichs L befindet, ist eine Rechteckwechselspannung mit einem Spitzenwert von ungefähr 1,4~2 V. Die Schwellenspannung Vmin ist durch
gegeben (wobei Δε die Anisotropie der Dielektrizitätskonstante der Flüssigkristalle ist, K1 der Elastizitätsmodul der Flüssigkristalle ist und ε₀ die Vakuumdielektrizitätskonstante ist). Außerdem ist die höchste Spannung Vmax, die an die erste Elektrode 101 angelegt wird, die sich am Rand E des Linsenbereichs L befindet, eine Rechteckwechselspannung mit einem Spitzenwert von ungefähr 2,5~10 V.
Wenn Spannungen im Bereich von der oben angegebenen Schwellenspannung (d. h. einer Rechteckwechselspannung mit einem Spitzenwert von 1,4~2 V) bis zur höchsten Spannung (d. h. der Rechteckwechselspannung mit einem Spitzenwert von 2,5~10 V) an die mehreren ersten Elektroden 101 in der elektrisch gesteuerten Flüssigkristalllinse 1000 angelegt werden und eine Massespannung an die zweite Elektrode 101 angelegt werden und eine Massespannung an die zweite Elektrode 201 angelegt wird, funktioniert die elektrisch gesteuerte Flüssigkristalllinse 1000 ähnlich wie eine optische Parabollinse, um dadurch die ersten und zweiten Bilder IM1 und IM2 von der Anzeigetafel 350 zu ersten und zweiten Betrachtungszonen V1 bzw. V2 durchzulassen. Wenn der Abstand zwischen der ersten Betrachtungszone V1 und der zweiten Betrachtungszone V2 auf den Abstand zwischen den Augen des Betrachters eingestellt ist, kann dieser die zur ersten und zweiten Betrachtungszone V1 und V2 durchgelassenen ersten und zweiten Bilder IM1 und IM2 kombinieren, um dadurch auf Grundlage der Binokulardisparität dreidimensionale Bilder wahrzunehmen.
Wenn andererseits keine Spannung an die ersten Elektroden 101 und die zweite Elektrode 202 angelegt wird, dient die elektrisch gesteuerte Flüssigkristalllinse 1000 einfach als transparente Schicht zum direkten Anzeigen der ersten und zweiten Bilder IM1 und IM2 auf der Anzeigetafel 350 ohne Brechung. Demgemäß werden die ersten und zweiten Bilder IM1 und IM2 unabhängig von den Betrachtungszonen direkt zum Betrachter durchgelassen, und so nimmt dieser zweidimensionale Bilder wahr.
In der Zeichnung verfügt der Linsenbereich L der elektrisch gesteuerten Flüssigkristalllinse 1000 über dieselbe Breite, wie sie der Gesamtbreite zweier Pixel P1 und P2 der Anzeigetafel 350 unter der elektrisch gesteuerten Flüssigkristalllinse 1000 entspricht. Fallabhängig können mehrere Pixel dem Linsenbereich L entsprechen. Außerdem kann der Linsenbereich L unter einem vorbestimmten Winkel in Bezug auf die Pixel verkippt sein, und fallabhängig können alle Linsenbereiche L stufenweise in Bezug auf die Pixel angeordnet sein (genauer gesagt, ist der Linsenbereich einer horizontalen n-ten Pixelzeile gegenüber einer horizontalen (n + 1)-ten Pixelzeile um einen vorbestimmten Abstand verschoben).
Der Linsenbereich L ist so ausgebildet, dass er eine einer Schrittweite P entsprechende Breite aufweist, und mehrere Linsenbereiche L mit derselben Schrittweite sind in einer vorgegebenen Richtung (beispielsweise der horizontalen Richtung, wie in der 4 dargestellt) periodisch wiederholt. Hierbei bedeutet "Schrittweite P" die horizontale Breite eines einzelnen Linsenbereichs L. Es sei darauf hingewiesen, dass der Linsenbereich L keine körperliche Form einer Konvexlinse aufweist, sondern dass er als Linse fungiert, die dann realisiert ist, wenn Flüssigkristalle durch ein elektrisches Feld ausgerichtet werden. In den 3 und 4 entspricht der Abstand zwischen dem Zentrum O und dem Rand E des Linsenbereichs L dem Wert P/2. Dies bedeutet, dass symmetrische Werte von Spannungen an die symmetrischen ersten Elektroden 101 vom Rand E zum Zentrum O des Linsenbereichs L angelegt werden.
Auf dem ersten Substrat 100 mit den ersten Elektroden 101 und auf der zweiten Elektrode 201 sind ein erster Ausrichtungsfilm 102 bzw. ein zweiter Ausrichtungsfilm 202 ausgebildet. In diesem Fall verfügt, damit die elektrisch gesteuerte Flüssigkristalllinse 1000 im Anfangszustand, wenn keine Spannung an sie angelegt ist, als transparente Schicht fungieren kann, der erste Ausrichtungsfilm 102 eine Reiberichtung, die mit der Richtung der ersten Elektroden 101 übereinstimmt, und der zweite Ausrichtungsfilm 202 verfügt über eine Reiberichtung, die diejenige des ersten Ausrichtungsfilms 102 schneidet. Daher kann die elektrisch gesteuerte Flüssigkristalllinse 1000 von der unter ihr liegenden Anzeigetafel 350 abgestrahlte Bilder direkt zum Betrachter durchlassen.
Die oben beschriebenen Linsenbereiche L zeigen eine Form, wie sie in den 3 und 4 dargestellt ist und die mit dem Abstand der Schrittweite P horizontal wiederholt ist.
Die mehreren ersten Elektroden 101 verfügen über Stabform und erstrecken sich entlang der Querrichtung des ersten Substrats 100 (in der Richtung in die Zeichnung hinein), wobei zwischen ihnen verschiedene Breiten oder Abstände vorliegen. Jede der ersten Elektroden 101 verfügt über eine Breite im Bereich von 2 μm bis 30 μm, und der Abstand zwischen benachbarten ersten Elektroden 101 liegt im Bereich von 2 μm bis 30 μm. Beispielsweise können sowohl die Schrittweite P als auch die Breite eines einzelnen Linsenbereichs auf verschiedene Werte im Bereich von 90 μm bis 1.000 μm geändert werden, und es können, abhängig von der Breite und dem Abstand, wie sie oben beschrieben sind, der ersten Elektroden 101 ungefähr 10 bis 100 oder mehr erste Elektroden bezogen auf einen Linsenbereich ausgebildet sein.
Obwohl es nicht dargestellt ist, sind bei der elektrisch gesteuerten Flüssigkristalllinse 1000 gemäß der Ausführungsform der Erfindung Abdichtungsmuster (nicht dargestellt) an Außenumfangsbereichen des ersten und des zweiten Substrats 100 und 200 (entsprechend Nichtanzeigebereichen mit den Kontaktfleckbereichen der Anzeigetafel 350) ausgebildet, um das erste und das zweite Substrat 100 und 200 zu halten. Die Flüssigkristallschicht 300 zwischen dem ersten Substrat 100 und dem zweiten Substrat 200 muss eine ausreichende Dicke, entsprechend ungefähr 15 μm oder mehr, aufweisen, um eine ausreichende Phase der elektrisch gesteuerten Flüssigkristalllinse zu bilden. Um die Dicke der Flüssigkristallschicht 300 stabil aufrecht zu erhalten, können ferner kugelförmige oder säulenförmige Abstandshalter vorhanden sein, um einen Zellenzwischenraum zwischen dem ersten Substrat 100 und dem zweiten Substrat 200 aufrecht zu erhalten. In diesem Fall ist es vorteilhaft, die Abstandshalter so zu positionieren, dass die Phase der elektrisch gesteuerten Flüssigkristalllinse nicht gestört wird.
Die 6 ist eine schematische Ansicht, die eine Spannungsanlegekonfiguration der elektrisch gesteuerten Flüssigkristalllinse der 3 zeigt, die 7 ist eine Draufsicht, die ein erstes Substrat der elektrisch gesteuerten Flüssigkristalllinse gemäß der Erfindung zeigt, und die 8 ist ein Blockdiagramm, das eine Spannungsanlegeweise gemäß der Erfindung veranschaulicht.
Wie es in den 6 und 8 dargestellt ist, verfügt die elektrisch gesteuerte Flüssigkristalllinse gemäß der Erfindung über einen aktiven Bereich 151 als Anzeigebereich sowie Kontaktfleckbereiche 152, in denen Spannungssignale an die ersten Elektroden 101 und die zweite Elektrode 201, die im aktiven Bereich 151 angeordnet sind, angelegt werden.
Die Kontaktfleckbereiche 152 sind mit einer Spannungsquelle versehen, um Spannungssignale von einer externen Station an die Elektroden anzulegen. Die Spannungsquelle ist ein Verteilte-Spannungen-Generator 160, der an der Außenseite des ersten Substrats 100 vorhanden ist. Der Verteilte-Spannungen-Generator 160 dient zum Erzeugen von an die ersten Elektroden 101, die unterteilte Elektroden sind, anzulegenden Spannungen. Um mehrere verschiedene Ausgangsspannungen E1, E2, ..., En-1 und En zu erreichen, verfügt der Verteilte-Spannungen-Generator 160 über Eingangsanschlüsse für die Maximalspannung Vmax und die Minimalspannung Vmin, Widerstände R1, R2, ..., Rn-1 zwischen dem Maximalspannungs-Eingangsanschluss und dem Minimalspannungs- Eingangsanschluss und Spannungsausgangsanschlüssen, sowie Puffer B1, B2, ..., Bn, die an Knoten für die Ausgangsspannungen E1, E2, ..., En-1 und En vorhanden sind. In diesem Fall können der Wert der Widerstände R1, R2, ... Rn-1, das Ausgangssignal zwischen den jeweiligen Spannungsausgangsanschlüssen für die Maximalspannung Vmax und die Minimalspannung Vmin sowie verschiedene andere Spannungen dazwischen entsprechend der Stärke der verteilten Spannungen eingestellt werden. Die Spannungen, wie sie an die jeweiligen ersten Elektroden 101 angelegt werden, nehmen vom Rand E zum Zentrum O des Linsenbereichs L allmählich ab. Diese Spannungen können entsprechend dem Wert der Widerstände eingestellt werden.
Hierbei gelangt jedes Ende jeder ersten Elektrode 101 mit mindestens einer der im Kontaktfleckbereich ausgebildeten Metallleitungen 111 in Kontakt, an die insgesamt n Spannungssignale von der ersten Spannung Vmin bis zur n-ten Spannung Vmax angelegt werden. In diesem Fall wird der Kontakt zwischen den ersten Elektroden 101 und den Metallleitungen 111 durch Kontaktlöcher bewerkstelligt, die in einer Schutzschicht (nicht dargestellt) ausgebildet sind, die zwischen die ersten Elektroden 101 und die Metallleitungen 111 eingefügt ist.
In der 7 sind, unter der Annahme, dass zwischen dem Rand E und dem Zentrum O des Linsenbereichs insgesamt n erste Elektroden vorhanden sind, in jedem der Kontaktfleckbereiche 152, die über und unter dem aktiven Bereich 151 liegen, 2n-1 Metallleitungen 111 ausgebildet. Betreffend die insgesamt n Metallleitungen 111 zwischen dem Rand E des Linsenbereichs L (dem Zentrum der Zeichnung) und dem Zentrum O des Linsenbereichs L (linke oder rechte Seite der Zeichnung) im unteren Kontaktfleckbereich 152 werden Spannungen im Bereich von der ersten Spannung Vmin bis zur n-ten Spannung Vmax ausgehend von der untersten Metallleitung 111 bis zur n-ten Metallleitung 111 angelegt. Auch werden, betreffend insgesamt n Metallleitungen 111 zwi schen dem Zentrum O des Linsenbereichs L (linke oder rechte Seite der Zeichnung) und dem Rand E des Linsenbereichs L (Zentrum der Zeichnung) im oberen Kontaktfleckbereich 152 Spannungen im Bereich von der ersten Spannung Vmin bis zur n-ten Spannung Vmax sequenziell ausgehend von der obersten Metallleitung 111 angelegt. In diesem Fall werden, bezogen auf den Rand E des Linsenbereichs L, genauer gesagt, bezogen auf die erste Elektrode 101, die dem Rand E entspricht, und die mit ihr in Kontakt stehende Metallleitung 111 symmetrische Spannungssignale, die von der n-ten Spannung Vmax bis zur ersten Spannung Vmin abnehmen, an die Metallleitungen 111 angelegt. Die jeweiligen ersten Elektroden 101 sind sequenziell mit den Metallleitungen 111 in Kontakt gebracht, so dass vom Rand E zum Zentrum O des Linsenbereichs L allmählich abnehmende Spannungen an die ersten Elektroden 101 angelegt werden. In diesem Fall sind die ersten Elektroden 101 und die Metallleitungen 111 miteinander in Kontakt gebracht.
Hierbei verfügen die mehreren ersten Elektroden 101 im Linsenbereich L über verschiedene Breiten. Auch nehmen die Breiten der im aktiven Bereich 151 liegenden ersten Elektroden 101 vom Rand E zum Zentrum O des Linsenbereichs L allmählich zu, jedoch verfügen die Enden der jeweiligen ersten Elektroden 101, die den Kontaktfleckbereichen 152 entsprechen, über dieselben oder ähnliche Breiten, und sie stehen mit den Metallleitungen 111 in Kontakt, an die die entsprechenden Spannungen angelegt werden. In diesem Fall ist die relativ große Breite der ersten Elektrode 101, die im Zentrum O des Linsenbereichs liegt, an den Enden dieser ersten Elektrode 101 in den Kontaktfleckbereichen 152 verringert, um die Kontaktfläche zwischen der ersten Elektrode 101 und den Metallleitungen 111, die einander schneiden, mit Ausnahme der Kontakte zu verkleinern. Dadurch kann ein verringerter Widerstand an den Schnittstellen verringert werden. Aus der 7 ist es erkennbar, dass die Breiten der jeweiligen ersten Elektroden 101 in ähnlichem Ausmaß abnehmen, bevor sie in die Kontaktfleckbereiche 152 eintreten, wodurch die ersten Elektroden 101 mit verkleinerter Fläche mit Ausnahme der Kontakte mit den Metallleitungen 111 überlappen, wodurch eine unerwünschte Zunahme des Widerstands der ersten Elektroden 101 vermieden ist.
Die mehreren ersten Elektroden 101 verfügen über Stabform, wobei sie sich parallel in einer vorgegebenen Richtung erstrecken. Die Metallleitungen 111 sind in den Kontaktfleckbereichen 152 so angeordnet, dass sie sich in einer Richtung orthogonal zu den ersten Elektroden 101 erstrecken. Die Breiten der ersten Elektroden sind so eingestellt, dass die Schnittstellen mit den Metallleitungen 111 in den Kontaktfleckbereichen 152 eine geeignete parasitäre Kapazität aufweisen.
Die 6 und 7 zeigen einen Zustand, in dem die ersten Elektroden 101 auf einer Fläche des ersten Substrats 100 ausgebildet sind.
In der 8 sind an die ersten Elektroden anzulegenden Spannungen entsprechend verschiedenen Abständen vom Rand oder vom Zentrum des Linsenbereichs und der Phasendifferenz von Flüssigkristallen auf Grundlage des Anlegens einer Spannung berechnet. In diesem Fall kann die Erzeugung verschiedener Spannungen zuwischen der Maximalspannung Vmax und der Minimalspannung Vmin durch den Verteilte-Spannungen-Generator 160 bewerkstelligt werden. Der Verteilte-Spannungen-Generator 160 verfügt über die mehreren Widerstände R1, R2, ..., Rn-2 und Rn-1 zwischen den Spannungssignalquellen für die Maximalspannung Vmax und die Minimalspannung Vmin und andere Spannungen dazwischen, und er wird dazu verwendet, Spannungen zu verteilen, wie sie an die jeweiligen ersten Elektroden anzulegen sind, Knoten, die zwischen den mehreren Widerständen R1, R2, ..., Rn-2 und Rn-1 eingestellt sind, sowie die Puffer B1, B2, ..., Bn-1 und Bn zum Stabilisieren der Ausgangssignale E1, E2, ..., En-1 und En von den Knoten. Da Verbindungsleitungen zwischen den Puffern und den Spannungssignalquellen Vmin, V1, ..., Vmax-1 und Vmax in den Kontaktfleckbereichen 152 mit den Metallleitungen 111 verbunden sind, werden die verteilten Spannungen schließlich an die ersten Elektroden 101 im aktiven Bereich 151 angelegt.
Der durch den Verteilte-Spannungen-Generator 160 fließende Strom wird auf einige Milliampère eingestellt. Wenn der Strom übermäßig klein ist, nimmt die Treiberspannungsabweichung zu, was dazu führt, dass die jeweiligen Knoten instabile Spannungspegel ausgeben. Wenn der Strom übermäßig hoch ist, führen die Widerstände im Verteilte-Spannungen-Generator zu einem überflüssigen thermischen Stromverbrauch. Daher ist es bevorzugt, eine gewünschte Stromstärke unter Berücksichtigung der Treiberspannungsabweichung und des thermischen Stromverbrauchs im Verteilte-Spannungen-Generator zu bestimmen.
Vom Verteilte-Spannungen-Generator 160 ausgegebene Spannungssignale Vmin, Vi, ..., Vmax werden an die Metallleitungen 111 in den Kontaktfleckbereichen 152 angelegt, wobei die Metallleitungen 111 Kontakte mit den Enden der ersten Elektroden 101 haben. In diesem Fall entspricht die Anzahl der vom Verteilte-Spannungen-Generator 160 ausgegebenen Spannungssignale der Anzahl der ersten Elektroden 101, die zwischen dem Rand E und dem Zentrum O jedes Linsenbereichs L liegen. Auch entsprechen die vom Verteilte-Spannungen-Generator 160 ausgegebenen Spannungssignale zwischen dem Zentrum O und dem Rand E des Linsenbereichs L einer positiven quadratischen Funktion bezogen auf das Zentrum O des Linsenbereichs.
Beispielsweise kann eine geeignete, anzulegende Spannung unter Verwendung einer Tabelle ausgewählt werden, in der die Phasendifferenz einer Flüssigkristallschicht auf Grundlage einer angelegten Spannung berechnet ist. D. h., dass dann, wenn eine elektrisch gesteuerte Flüssigkristalllinse, die entsprechend der Beziehung zwischen der angelegten Spannung und der Phasendifferenz simuliert wird, einer gewünschten Simulation ähnlich ist, die zugehörige Tabelle ausgewählt wird und Spannungswerte an verschiedenen Elektrodenpositionen des Linsenbereichs berechnet werden.
Alternativ kann der Kontaktfleckbereich 152 nur an einer Seite des aktiven Bereichs 151 ausgebildet werden. Bei einem kleinen Modell zeigt ein Ende einer Elektrode einen kleinen Spannungsabfall, und so ist die oben beschriebene Konfiguration eines einzelnen Kontaktfleckbereichs möglich. Obwohl die 7 zeigt, dass jede Metallleitung mit Ausnahme des Rands des Linsenbereichs mit zwei ersten Elektroden in Kontakt tritt, können sowohl im oberen als auch im unteren Kontaktfleckbereich n Metallleitungen, deren Anzahl den ersten Elektroden in jedem Linsenbereich entspricht, schräg ausgebildet sein, und zwischen den Metallleitungen und den ersten Elektroden können n Kontakte gebildet sein.
Um die Funktion einer Parabollinse zu erzielen, muss die elektrisch gesteuerte Flüssigkristalllinse gemäß der Erfindung so konfiguriert sein, dass die an die mehreren Elektroden anzulegenden Spannungen vom Rand zum Zentrum des Linsenbereichs allmählich abnehmen. Genauer gesagt, muss, in Bezug auf eine Phasendifferenz (entsprechend der Ordinate in der 10B) an einen Bereich mit großer Phasendifferenz (entsprechend dem Zentrum O des Linsenbereichs) eine niedrige Spannung angelegt werden, und an einen Bereich mit kleiner Phasendifferenz (entsprechend dem Rand E des Linsenbereichs) muss eine hohe Spannung angelegt werden. D. h., dass die angelegte Spannung und die Phasendifferenz umgekehrt proportional zueinander sind.
Während die angelegten Spannungen vom Rand zum Zentrum des Linsenbereichs von der Maximalspannung Vmax zur Minimalspannung Vmin abnehmen, sind die Spannungen am linken und rechten Rand bezogen auf das Zentrum jedes Linsenbereichs symmetrisch. Genauer gesagt, ist, unter der Annahme, dass das Zentrum dem Nullpunkt entspricht und der linke und der rechte Rand (–)- und (+)-Koordinaten der Abszisse entsprechen, die angelegte Spannung V durch einen Wert definiert, der proportional zum Quadrat des Abstands x vom Zentrum ist.
Wie oben beschrieben, entsprechen die an die ersten Elektroden (oder die ersten und zweiten unterteilten Elektroden) anzulegenden Spannungen einer positiven quadratischen Funktion proportional zum Abstand vom Zentrum zum Rand, und sie können im Bereich der Maximalspannung Vmax und der Minimalspannung Vmin durch den Verteilte-Spannungen-Generator 160 eingestellt werden. In diesem Fall verfügt der Verteilte-Spannungen-Generator 160 über die mehreren Widerstände zum Verteilen der an die ersten Elektroden anzulegenden Spannungen zwischen den Signalquellen für die Maximalspannung und die Minimalspannung und Knoten, die zwischen den mehreren Widerständen eingestellt sind. Die Metallleitungen 111 sind mit den Knoten verbunden, um die Spannungen von diesen an die ersten Elektroden anzulegen.
Die 9 ist eine Schnittansicht, die eine elektrisch gesteuerte Flüssigkristalllinse gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
Wie es in der 9 dargestellt ist, verfügt die elektrisch gesteuerte Flüssigkristalllinse gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung über mehrere erste unterteilte Elektroden 401 und zweite unterteilte Elektroden 403, die in verschiedenen Schichten ausgebildet sind, d. h. auf einem ersten Substrat 400 bzw. einem Isolierfilm 402. Die ersten unterteilten Elektroden 401 und die zweiten unterteilten Elektroden 403 sind abwechselnd angeordnet. Demgemäß ist es, von der Oberseite des ersten Substrats 400 in der Draufsicht gesehen, bevorzugt, dass die ersten und die zweiten unterteilten Elektroden 401 und 403 die gesamte Fläche des ersten Substrats 400 einnehmen. Dies beseitigt jeden freien Bereich des ersten Substrats 400, der nicht durch die ersten oder zweiten unterteilten Elektroden 401 oder 403 belegt ist. Eine derartige gleichmäßige Anordnung der ersten und zweiten unterteilten Elektroden 401 und 403 gewährleistet eine allmähliche Phasenebene der elektrisch gesteuerten Flüssigkristalllinse.
Die auf dem ersten Substrat 400 und dem Isolierfilm 402 ausgebildeten ersten und zweiten unterteilten Elektroden 401 und 403 sind ausgehend vom Rand zum Zentrum des Linsenbereichs hin mit zunehmender Breite und zunehmendem Abstand angeordnet. Hierbei sind die ersten unterteilten Elektroden 401 oder die zweiten unterteilten Elektroden 403 in solcher Weise auf der entsprechende Schicht angeordnet, dass der Abstand zwischen den Zentren benachbarter Elektroden vom Rand zum Zentrum des Linsenbereichs hinweg zunimmt. Diese Anordnung ist dadurch möglich, dass die Breite der Elektroden und/oder der Abstand zwischen ihnen vergrößert wird.
Diese Ausführungsform, bei der die ersten und die zweiten unterteilten Elektroden 401 und 403 auf dem ersten Substrat 400 und dem Isolierfilm 402 angeordnet sind, ist in Situationen anwendbar, bei denen eine große Anzahl von Elektroden für die Schrittweite eines Linsenbereichs erforderlich ist und es schwierig ist, die Elektroden auf einer einzelnen Schicht mit gewünschtem Abstand anzuordnen. D. h., dass der erste Isolierfilm 402 oder mehrere Isolierfilme auf dem ersten Substrat 400 hergestellt werden können, um die Elektroden auf dem ersten Substrat 400 und den mehreren Isolierfilmen mit dem Isolierfilm 402 zu verteilen. Hierbei sind die mehreren ersten und zweiten unterteilten Elektroden 401 und 403 auf dem ersten Substrat 400 oder auf den mehreren Isolierfilmen 402 horizontal symmetrisch zum Rand E des Linsenbereichs L.
Obwohl es nicht beschrieben ist, stellt die Bezugszahl 404 in den Zeichnungen einen ersten Ausrichtungsfilm dar, die Bezugszahl 500 stellt ein zweites Substrat dar und die Bezugszahlen 501 und 502 stellen eine zweite Elektrode bzw. einen zweiten Ausrichtungsfilm dar. Auch stellt die Bezugszahl 600 eine Flüssigkristallschicht dar. Diese Bauelemente haben dieselben Funktionen wie diejenigen der oben beschriebenen ersten Ausführungsform, und eine zugehörige Beschreibung wird weggelassen.
Bei der oben beschriebenen zweiten Ausführungsform, bei der die ersten und zweiten unterteilten Elektroden 401 und 403 auf dem ersten Substrat 400 angeordnet sind, um in der Draufsicht gesehen die gesamte Fläche desselben zu belegen, können Spannungen mit einem feineren Intervall angelegt werden, wodurch eine stärker gleichmäßige Phasenebene einer elektrisch gesteuerten Flüssigkristalllinse als bei der zuvor beschriebenen ersten Ausführungsform realisiert wird.
Die 10A und 10B sind Kurvenbilder, die die Phase der elektrisch gesteuerten Flüssigkristalllinse bezogen auf dieselbe Schrittweite oder Differenzschrittweiten der ersten unterteilten Elektroden zeigen.
Die 10A vergleicht eine elektrisch gesteuerte Flüssigkristalllinse, wie sie gebildet wird, wenn Spannungen an erste unterteilte Elektroden mit derselben Breite und demselben Abstand angelegt werden, mit einer üblichen Parabollinse. Die 10B vergleicht eine elektrisch gesteuerte Flüssigkristalllinse, bei der erste und zweite unterteilte Elektroden mit zunehmender Breite und zunehmendem Abstand vom Rand zum Zentrum des Linsenbereichs angeordnet sind, mit einer üblichen Parabollinse.
Beide 10A und 10B zeigen beispielsweise Simulationsergebnisse für eine Anzeigetafel von 42 Zoll. In diesem Fall ist eine Anzeige von neun Ansichten pro Linsenbereich möglich.
Beim Versuch der 10A waren die ersten Elektroden mit derselben Breite von 15 μm auf dem ersten Substrat mit einem Abstand von 15 μm angeordnet. Beim Versuch der 10B waren die ersten Elektroden mit einer Breite und einem Abstand von 15 μm im Zentrum des Linsenbereichs und mit einer Breite und einem Abstand von 5 μm am Rand desselben angeordnet.
Als Vergleichsergebnis für die mit den jeweiligen Versuchen realisierten elektrisch gesteuerten Flüssigkristalllinsen ergab es sich, dass die elektrisch gesteuerten Flüssigkristalllinsen der 10A und 10B im Zentrum des Linsenbereichs ein Profil aufweisen, das im Wesentlichen demjenigen einer üblichen Parabollinse ähnlich ist, wobei jedoch die elektrisch gesteuerte Flüssigkristalllinse der 10A, bei der die ersten Elektroden mit derselben Breite äquidistant angeordnet sind, am Rand des Linsenbereichs eine schwerwiegende Verzerrung zeigt.
Andererseits ergab es sich, dass die elektrisch gesteuerte Flüssigkristalllinse der 10B, bei der die ersten Elektroden (oder die ersten und die zweiten unterteilten Elektroden) mit verschiedenen Breiten mit verschiedenen Abständen angeordnet sind, ein Linsenprofil zeigt, das unabhängig davon, ob man sich am Rand oder im Zentrum des Linsenbereichs befindet, im Wesentlichen mit dem einer üblichen Parabollinse übereinstimmt.
Von einer elektrisch gesteuerten Flüssigkristalllinse gemäß der Erfindung, bei der unterteilte Elektroden mit verschiedenen Breiten mit verschiedenen Abständen angeordnet sind, können analog die folgenden Effekte erwartet werden.
Wenn eine einzelne Elektrode am Rand eines Linsenbereichs über ein ganzes Substrat hinweg ausgebildet wird, ist es schwierig, dass diese einzelne Elektrode mit vorbestimmter Breite über den Rand und das Zentrum des Linsenbereichs hinweg eine gleichmäßi ge Spannung liefert, und es kommt leicht zu einer Störung der Linsenphase. Um dieses Problem zu lösen, wurde daran gedacht, den Linsenbereich mit mehreren unterteilten Elektroden zu versehen. Wenn jedoch unterteilte Elektroden mit derselben Breite äquidistant angeordnet werden, besteht immer noch die Gefahr einer Verformung des elektrischen Felds in der Nähe der Elektroden, an die hohe Spannungen eines steilen elektrischen Felds angelegt werden, was zu einer Verzerrung der Randform führt. Obwohl es möglich ist, Übersprechen aufgrund einer Verformung des elektrischen Felds durch Abdecken des Rands mit einer Schwarzmatrixschicht zu beseitigen, kann das Anbringen der Schwarzmatrixschicht zu einer unerwünschten Verringerung des Öffnungsverhältnisses führen.
Eine elektrisch gesteuerte Flüssigkristalllinse gemäß der Erfindung wird unter Berücksichtigung der Tatsache entworfen, dass der Rand des Linsenbereichs empfindlich auf das Anlegen einer Spannung reagiert und so eine schwerwiegende Verzerrung erfährt, wenn daran eine hohe Spannung eines steilen elektrischen Felds angelegt wird. Demgemäß zeigt die elektrisch gesteuerte Flüssigkristalllinse ein Merkmal dahingehend, dass die Breite und der Abstand von Elektroden am Rand des Linsenbereichs im Vergleich zum anderen Bereich (insbesondere dem Zentrum des Linsenbereichs) verkleinert sind. Mit verschiedenen Breiten und Abständen von Elektroden in jedem Linsenbereich können Elektroden mit verringerter Breite in einem Bereich, der auf ein elektrisches Feld empfindlich reagiert, dichter angeordnet werden, um dadurch über den Rand und das Zentrum des Linsenbereichs hinweg ein gleichmäßiges verzerrungsfreies Profil zu erreichen. Demgemäß kann die elektrisch gesteuerte Flüssigkristalllinse der 10B eine gleichmäßige Linsenebene erreichen, wobei Übersprechen beseitigt werden kann, zu dem es durch eine unregelmäßige Linsenebene am Rand, wie in der 10A beobachtbar, kam.
Für den Fachmann ist es ersichtlich, dass an der Erfindung verschiedene Modifizierungen und Variationen vorgenommen werden können, ohne dass dadurch vom Grundgedanken oder Schutzumfang der Erfindungen abgewichen würde. So soll die Erfindung die Modifizierungen und Variationen der Erfindung abdecken, vorausgesetzt, dass sie in den Schutzumfang der beigefügten Ansprüche und deren Äquivalente fallen.
Wie es aus der obigen Beschreibung ersichtlich ist, zeigen eine elektrisch gesteuerte Flüssigkristalllinse und ein Stereodisplay unter Verwendung derselben gemäß der Erfindung die folgenden Effekte.
Erstens zeigt bei einer herkömmlichen elektrisch gesteuerten Flüssigkristalllinse, bei der eine Elektrode nur in einem Teilbereich eines unteren Substrats ausgebildet ist, ein horizontales elektrisches Feld keinen Effekt auf ein vertikales elektrisches Feld der Elektrode, je größer der Abstand von der Elektrode ist, und so ist eine Einstellausrichtung von Flüssigkristallen in einem von der Elektrode entfernten Bereich, d. h. im Zentrum des Linsenbereichs, schwierig. Jedoch ist die elektrisch gesteuerte Flüssigkristalllinse gemäß der Erfindung auf solche Weise konfiguriert, dass Elektroden über den gesamten Linsenbereich hinweg mit vorbestimmten Abständen ausgebildet sind und an die jeweiligen Elektroden verschiedene Spannungen angelegt werden so dass beispielsweise die höchste Spannung an den Rand des Linsenbereichs angelegt wird und die Spannungen allmählich zum Zentrum desselben hin abnehmen. Bei dieser Konfiguration und diesem Anlegen von Spannungen kann die elektrisch gesteuerte Flüssigkristalllinse im Linsenbereich eine gleichmäßige und glatte Parabollinsenebene erzielen.
Zweitens kann, als Ergebnis des dichteren Anordnens der Elektroden am Rand des Linsenbereichs und des allmählichen Vergrößerns der Breite und des Abstands der Elektroden zum Zentrum desselben hin, am Rand, der auf das Anlegen einer Spannung empfindlich reagiert, eine größere Anzahl von Elektroden angeordnet werden. Demgemäß kann die elektrisch gesteuerte Flüssigkristalllinse gemäß der Erfindung am Rand des Linsenbereichs eine gleichmäßigere Linsenebene erzielen, wodurch Übersprechen verhindert wird, zu dem es am Rand hauptsächlich durch eine unregelmäßige Linsenebene kommt.
Drittens kann, bei einer elektrisch gesteuerten Flüssigkristalllinse, bei der die mehreren Elektroden auf einer einzelnen Schicht oder mehreren Isolierschichten (oder Substraten) in einem einzelnen Linsenbereich angeordnet sind und Spannungen an die jeweiligen Elektroden angelegt werden, um die Flüssigkristallschicht anzusteuern, das Anordnen der Elektroden über den Linsenbereich hinweg verhindern, dass ein elektrisches Feld an verschiedenen Positionen eine übermäßig hohe oder geringe Stärke zeigt. Demgemäß kann, selbst bei einem Display großer Fläche, ein gleichmäßiges elektrisches Feld geschaffen werden, wie es dazu erforderlich ist, die Flüssigkristallschicht anzusteuern, wodurch die elektrisch gesteuerte Flüssigkristalllinse mit Funktionen einer gleichmäßigen Parabollinse versehen wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- KR 2007-106013 [0001]

Claims

Elektrisch gesteuerte Flüssigkristalllinse, mit: einem ersten und einem zweiten Substrat, die einander gegenüberstehend angeordnet sind und einen aktiven Bereich mit mehreren Linsenbereichen und einen Kontaktfleckbereich an der Außenseite des aktiven Bereichs definieren; mehreren ersten Elektroden, die so auf dem ersten Substrat angeordnet sind, dass sie den jeweiligen Linsenbereichen entsprechen, und die zwischen den Zentren benachbarter erster Elektroden in jedem Linsenbereich mit verschiedenen Abständen voneinander beabstandet sind; einer zweiten Elektrode, die über die gesamte Fläche des zweiten Substrats hinweg ausgebildet ist; einer Spannungsquelle zum Anlegen verschiedener Spannungen an die mehreren ersten Elektroden und zum Anlegen einer Massespannung an die zweite Elektrode; und einer Flüssigkristallschicht, die zwischen das erste Substrat und das zweite Substrat gefüllt ist.
Linse nach Anspruch 1, bei der einige der mehreren ersten Elektroden in jedem Linsenbereich, an die relativ hohe Spannungen angelegt werden, einen kürzeren Abstand zwischen den Zentren benachbarter erster Elektroden zeigen, als er dem Abstand zwischen den Zentren benachbarter erster Elektroden entspricht, an die relativ niedrige Spannungen angelegt werden.
Linse nach Anspruch 2, bei der die Breite der ersten Elektroden von einem Bereich, in dem eine relativ hohe Spannung angelegt wird, zu einem Bereich, in dem eine relativ niedrige Spannung angelegt wird, allmählich zunimmt.
Linse nach Anspruch 2, bei der der Abstand der ersten Elektroden von einem Bereich, in dem eine relativ hohe Spannung angelegt wird, zu einem Bereich, in dem eine relativ niedrige Spannung angelegt wird, allmählich zunimmt.
Linse nach Anspruch 1, bei der die Spannungsquelle einen Verteilte-Spannungen-Generator zum Erzeugen verschiedener Spannungen beim Empfangen einer an ihn angelegten Minimalspannung und einer an ihn angelegten Maximalspannung aufweist, um die verschiedenen Spannungen an die mehreren ersten Elektroden anzulegen.
Linse nach Anspruch 5, ferner mit: mehreren im Kontaktfleckbereich vorhandenen Metallleitungen; wobei vom Verteilte-Spannungen-Generator ausgegebene Spannungssignale jeweils an die mehreren Metallleitungen im Kontaktfleckbereich angelegt werden und die mehreren Metallleitungen Kontakte zu Enden der mehreren ersten Elektroden bilden.
Linse nach Anspruch 6, bei der die mehreren ersten Elektroden in einer vorgegebenen Richtung parallel ausgebildet sind und die Metallleitungen im Kontaktfleckbereich so ausgebildet sind, dass sie die ersten Elektroden schneiden, wobei jede der Metallleitungen einen Kontakt zu mindestens einen der mehreren ersten Elektroden bildet.
Linse nach Anspruch 5, bei der die Anzahl der vom Verteilte-Spannungen-Generator ausgegebenen Spannungssignale der Anzahl der ersten Elektroden zwischen dem Rand und dem Zentrum jedes Linsenbereichs entspricht.
Linse nach Anspruch 8, bei der die vom Verteilte-Spannungen-Generator ausgegebenen Spannungssignale einer positiven quadratischen Funktion bezogen auf das Zentrum jedes Linsenbereichs entsprechen.
Linse nach Anspruch 5, bei der der Verteilte-Spannungen-Generator Folgendes aufweist: Widerstände, die zwischen einem Maximalspannungs-Eingangsanschluss und einem Minimalspannungs-Eingangsanschluss sowie Spannungssignal-Ausgangsanschlüssen vorhanden sind, um Spannungssignale zwischen einer Maximalspannung und einer Minimalspannung zu verteilen; und Puffer zwischen den jeweiligen Spannungssignal-Ausgangsanschlüssen und den Metallleitungen im Kontaktfleckbereich.
Linse nach Anspruch 1, bei der die mehreren ersten Elektroden auf dem ersten Substrat in derselben Schicht ausgebildet sind.
Linse nach Anspruch 1, ferner mit mindestens einem auf dem ersten Substrat ausgebildeten Isolierfilm.
Linse nach Anspruch 12, bei der die mehreren ersten Elektroden in solcher Weise auf dem ersten Substrat und dem Isolierfilm ausgebildet sind, dass sie bezogen auf den Rand in jedem Linsenbereich horizontal symmetrisch sind.
Linse nach Anspruch 1, bei der die mehreren ersten Elektroden eine sich in der Querrichtung des ersten Substrats erstreckende Stabform aufweisen und die Breite der ersten Elektroden und der Abstand zwischen benachbarten ersten Elektroden im Bereich von 2 μm bis 30 μm variabel ist.
Linse nach Anspruch 1, ferner mit: einem ersten Ausrichtungsfilm, der auf dem ersten Substrat mit den mehreren ersten Elektroden ausgebildet ist; und einem zweiten Ausrichtungsfilm, der auf der zweiten Elektrode ausgebildet ist.
Linse nach Anspruch 15, bei der der erste Ausrichtungsfilm eine Reiberichtung aufweist, die mit der Längsrichtung der ersten Elektroden übereinstimmt, und der zweite Ausrichtungsfilm eine Reiberichtung aufweist, die die Reiberichtung des ersten Ausrichtungsfilms schneidet.
Linse nach Anspruch 1, bei der die ersten und zweiten Elektroden aus transparenten Metallen bestehen.
Stereodisplay mit: einem ersten und einem zweiten Substrat, die einander gegenüberstehend angeordnet sind und einen aktiven Bereich mit mehreren Linsenbereichen und einen Kontaktfleckbereich an der Außenseite des aktiven Bereichs definieren; mehreren ersten Elektroden, die so auf dem ersten Substrat angeordnet sind, dass sie den jeweiligen Linsenbereichen entsprechen, und die zwischen den Zentren benachbarter erster Elektroden in jedem Linsenbereich mit verschiedenen Abständen voneinander beabstandet sind; einer zweiten Elektrode, die über die gesamte Fläche des zweiten Substrats hinweg ausgebildet ist; einer Spannungsquelle zum Anlegen verschiedener Spannungen an die mehreren ersten Elektroden und zum Anlegen einer Massespannung an die zweite Elektrode; und einer Flüssigkristallschicht, die zwischen das erste Substrat und das zweite Substrat gefüllt ist; und einer Anzeigetafel, die unter der elektrisch gesteuerten Flüssigkristalllinse vorhanden ist, um zweidimensionale Bildsignale an diese zu liefern; wobei die Spannungsquelle das Ein-/Ausschalten von an die ersten und zweiten Elektroden zu legenden Spannungen einstellt.