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TWI519851B - 液晶透鏡結構之驅動方法 - Google Patents

液晶透鏡結構之驅動方法 Download PDF

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TWI519851B
TWI519851B TW103134219A TW103134219A TWI519851B TW I519851 B TWI519851 B TW I519851B TW 103134219 A TW103134219 A TW 103134219A TW 103134219 A TW103134219 A TW 103134219A TW I519851 B TWI519851 B TW I519851B
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liquid crystal
transparent conductive
circular
conductive layer
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金際遠
張林萍
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點晶科技股份有限公司
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Description

液晶透鏡結構之驅動方法
本發明有關於一種光學結構，且特別是有關於一種液晶透鏡結構及其驅動方法。
液晶透鏡結構為一種可變焦距的透鏡，在使用液晶透鏡結構時，外接電路會對電極層施加一電壓訊號，使得位於液晶層兩側的電極層之間產生一電場。所述電場可以用來控制液晶層中液晶分子的偏轉，以使排列後的液晶分子能產生類似光學透鏡的效果。當光線通過液晶透鏡結構時，光線會受到液晶分子排列的方式影響，進而產生聚焦或發散的光學效果。
液晶透鏡結構為了使液晶分子排列能產生光學透鏡的效果，一般會對其電極結構進行設計。如圖1A~1C所示，圖1A顯示一習知液晶透鏡結構，其包括相對的第一基板102和第二基板104，一液晶層110夾設於第一基板102和第二基板104之間，一第一透明導電層106位於液晶層110和第一基板102間，一第二透明導電層108位於液晶層110和第二基板104間。如圖1B之第一透明導電層的俯視圖和圖1C之第二透明導電層之俯視圖所示，在此習知技術中，第一透明導電層106為沒有孔洞的整面結構層，第二透明導電層108則具有一圓形開口112。
第二透明導電層108中包括圓形開口112之理由是為了於液晶層110產生一漸變的電場，使得液晶的轉角和折射率分佈呈現二次曲線分布，而具有光學聚焦的特性。然而，圓形開口112中 各部份液晶受到的電壓不一致，使液晶分子開始轉動到目標轉動角的時間並不一致，特別是，位於圓形開口112中心的液晶分子轉動最慢，而影響了整體的響應時間。發明人經實驗和模擬分析，發現如圖1A所示之透明導電層106、108位於液晶層110兩側的電極位置，搭配具有圓形開口112之第二透明導電層108的電極設計並無法提供足夠小的響應時間。
為了在有限電壓下減小響應時間，須對液晶透鏡結構之電極結構和位置進行設計，以增加液晶透鏡之效能(performance)。
本發明實施例提供之液晶透鏡結構，其電極結構和位置之組合不同於習知技術，且經發明人實驗確認可提供更佳的響應時間表現，改善液晶透鏡之效能。
本發明其中一實施例所提供的一種液晶透鏡結構，包括：一第一基板，具有相對之一第一側和一第二側；一第二基板，具有相對之一第一側和一第二側；一液晶層，夾設於第一基板和第二基板間，其中第一基板之第一側和第二基板之第一側鄰近液晶層；一第一透明導電層，位於第一基板與液晶層間；一第二透明導電層，位於第二基板之第二側上，其中第二透明導電層具有一圓形開口，且第二透明導電層更包括一圓形電極，位於圓形開口中。
本發明其中一實施例提供的一種液晶透鏡結構，包括：一第一基板，具有相對之一第一側和一第二側；一第二基板，具有相對之一第一側和一第二側；一液晶層，夾設於第一基板和第二基板間，其中第一基板之第一側和第二基板之第一側鄰近液晶層；一第一透明導電層，位於第一基板與液晶層間；一第二透明導電層，位於第二基板之第二側上，其中第二透明導電層具有一圓形開口，且第二透明導電層更包括一圓形電極，位於圓形開口中，和至少一環形電極，圍繞圓形電極，其中第一透明導電層作為一 第一電極，第二透明導電層包圍圓形開口之部分作為一第二電極，圓形電極施加一第一電壓，至少一環形電極施加一第二電壓，第一電極施加一第三電壓，第二電極施加一第四電壓，第一電壓、第二電壓、第三電壓和第四電壓經時序施加使得該液晶透鏡結構之響應時間在一目標值內。
本發明其中一實施例提供一種液晶透鏡之驅動方法，包括以下步驟。提供一液晶透鏡結構，包括：一第一基板；一第二基板；一液晶層，夾設於第一基板和第二基板間；一第一透明導電層，位於第一基板與液晶層間；一第二透明導電層，位於第二基板之一側上，其中第二透明導電層具有一圓形開口，且第二透明導電層更包括一圓形電極，位於圓形開口中，和至少一環形電極，圍繞圓形電極，其中第一透明導電層作為一第一電極，第二透明導電層包圍圓形開口之部分作為一第二電極。對圓型電極、至少一環形電極和第二電極施加一過激(overdrive)電壓，圓型電極、至少一環形電極和第二電極之過激電壓的數值為依序遞增或依序遞減。對圓型電極、至少一環形電極和第二電極施加一穩定態電壓，圓型電極、至少一環形電極和第二電極之穩定態電壓的數值為依序遞增或依序遞減。
本發明的有益效果在於，將第一透明導電層設置於第一基板鄰近液晶層的一側，且將第二透明導電層設置第二基板遠離液晶層的一側，其中將第二基板遠離液晶層的一側的透明導電層中圓形開口中增設圓形電極和一個或更多的環形電極，而每一圓形電極和環形電極可獨立的施加不同的電壓，使得圓形開口中的液晶分子可獲得精確的施加電壓可在最少的時間內完全偏轉達預定的角度，使得液晶透鏡結構能得到較佳甚至最佳的響應時間。
為使能更進一步瞭解本發明的特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明的詳細說明與附圖，然而所附圖式僅提供參考與說明用，並非用來對本發明加以限制者。
102‧‧‧第一基板
104‧‧‧第二基板
106‧‧‧第一透明導電層
108‧‧‧第二透明導電層
110‧‧‧液晶層
112‧‧‧圓形開口
200‧‧‧液晶透鏡
202‧‧‧第一基板
204‧‧‧第二基板
206‧‧‧第一配向層
208‧‧‧第二配向層
210‧‧‧第一透明導電層
211‧‧‧液晶層
212‧‧‧第二電極
214‧‧‧圓形電極
216‧‧‧第二透明導電層
216a‧‧‧第二透明導電層
218‧‧‧圓形開口
300‧‧‧液晶透鏡結構
302‧‧‧環形電極
401‧‧‧第一透明導電層
402‧‧‧圓形電極
403‧‧‧第二透明導電層包圍圓形開口之部分
404‧‧‧第一環形電極
406‧‧‧第二環形電極
408‧‧‧第三環形電極
410‧‧‧第四環形電極
412‧‧‧第五環形電極
414‧‧‧第六環形電極
415‧‧‧第二透明導電層
416‧‧‧第七環形電極
418‧‧‧第八環形電極
t1‧‧‧時間點
d1‧‧‧圓形開口直徑
d2‧‧‧圓形電極直徑
圖1A顯示一習知液晶透鏡結構之剖面圖。
圖1B顯示圖1A之第一透明導電層的平面圖。
圖1C顯示圖1A之第二透明導電層之平面圖。
圖2A顯示本發明第一實施例液晶透鏡結構之剖面圖示意圖。
圖2B顯示圖2A之第一透明導電層平面示意圖。
圖2C顯示圖2A之第二透明導電層平面示意圖。
圖3A顯示本發明第二實施例液晶透鏡結構之剖面圖示意圖。
圖3B顯示圖3A之第一透明導電層平面示意圖。
圖3C顯示圖3A之第二透明導電層平面示意圖。
圖4A顯示本發明第三實施例液晶透鏡結構之剖面圖示意圖。
圖4B顯示圖4A之第一透明導電層平面示意圖。
圖4C顯示圖4A之第二透明導電層平面示意圖。
第5圖顯示第一種電壓驅動方式之電壓-時間曲線圖。
第6圖顯示第二種電壓驅動方式之電壓-時間曲線圖。
第7圖顯示第三種電壓驅動方式之電壓-時間曲線圖。
以下是藉由特定的具體實例來說明本發明所揭露有關“液晶透鏡結構”的實施方式，以下的實施方式將進一步詳細說明本發明的相關技術內容，但所揭示的內容並非用以限制本發明的技術範疇。
〔第一實施例〕
請參閱圖2A至圖2C所示，圖2A為剖面示意圖，圖2B為第一透明導電層之平面示意圖，圖2C為第二透明導電層之平面示意圖。配合上述圖式可知，本發明的第一實施例提供一種液晶透鏡200，包括相對設置之一第一基板202和一第二基板204，其中第一基板202具有相對之第一側和第二側，且第二基板204具有相對之第一側和第二側。一液晶層211夾設於第一基板202和第二 基板204間，其中第一基板202之第一側和第二基板204之第一側鄰近液晶層211。
一第一透明導電層210位於第一基板202與液晶層211間，一第二透明導電層216位於第二基板204之第二側上，其中第二透明導電層216具有一圓形開口218，且圓形開口218具有一直徑d1，且第二透明導電層216更包括一圓形電極214，具有一直徑d2，位於圓形開口218中，其中圓形電極214之直徑d2小於圓形開口218之直徑d1。
在一範例中，圓形電極214之直徑d2為0.5mm~1.5mm，圓形開口218之直徑d1為1.5mm~3.5mm。然而，圓形電極214和圓形開口218之直徑可因應產品的規格改變，本發明不特別限定圓形電極和圓形開口之直徑。在一實施例中，圓形電極214與圓形開口218相隔一間距，此間距為0.1mm~0.5mm。
第一透明導電層210作為一第一電極，第二透明導電層216之包圍圓形開口218之部分作為一第二電極212，第一電極210，第二電極212與圓形電極214彼此隔離。
在一實施例中，第一電極施加一第一電壓，第二電極施加一第二電壓，圓形電極施加第三電壓，其中第二電壓與第三電壓不同。本實施例可選擇第一電壓、第二電壓和第三電壓使得液晶透鏡結構200之響應時間在一目標值內。舉例來說，圓形電極214在一開始的一段時間內施加一高電壓，此電壓的選取為在這段時間內，液晶分子可達到預定的偏轉角度，使得液晶透鏡結構之響應時間在一目標值內。例如此高電壓可以為40V~50V，但高電壓的數值可因應產品的規格改變，本發明不限定特定的電壓數值。
本實施例之液晶透鏡結構更包括一第一配向層206，位於第一透明導電層210與液晶層211間，與一第二配向層208，位於第二基板204與液晶層211間。
須說明的是，由於液晶透鏡是利用改變液晶的偏轉進而使得光線通過液晶透鏡結構後，能夠產生類似光學透鏡的效果。因此，在本實施例中，液晶透鏡結構的各層結構會選用透明的材料，讓光線通過的液晶透鏡結構。例如，第一基板202以及第二基板204的材質可以是玻璃。另外，第一基板202以及第二基板204的材質可以是矽氮化合物(SiNx)、是矽氧化合物(SiOx)、樹脂、聚醯亞胺(Polyimide)、或者是其他有機以及無機絕緣材料。
另外，第一透明導電層210以及第二透明導電層216的材質可以為透光的透明導電材料，例如是銦錫氧化物(Indium tin oxide，ITO)、銦鋅氧化物(Indium zinc oxide，IZO)或銦鎵鋅氧化物(Indium gallium zinc oxide，IGZO)。然而本發明不以此為限。
除此之外，液晶透鏡的各層結構所使用的厚度也會影響光線通過的液晶透鏡結構的效果以及驅動液晶層中，液晶分子偏轉的電場大小。請再次參閱圖2A，在本實施例中，液晶層的厚度為20μm~50μm，而第一基板202的厚度以及第二基板204的厚度為0.1~0.4mm。另外，第一透明導電層210以及第二透明導電層216的厚度為10~300nm。然而，本發明不以此為限。
經發明人實驗，將第二透明導電層216設置於第二基板204上，將第一透明導電層210設置於第一基板202和液晶層211間，可得到更佳的影像品質，原因是當將圓形電極214、圓形開口218和第二透明導電層216設置於第二基板204遠離液晶層211的面，其對於液晶的反應所呈現出漸進曲率(gradient index)的變化，會比較貼近二次曲線，當將圓形電極214、圓形開口218和第二透明導電層216設置於於第二基板204鄰近液晶層211的面，雖然液晶透鏡也可以運作，但光學效果較差。根據上述，且透過特殊的電極設置，使得第二透明導電層216包括圓形開口218以及位於圓形開口218中的圓形電極214。根據上述結構條件可使得本實施例液晶透鏡結構有效減少響應時間，改善產品的效能。
〔第二實施例〕
圖3A為本發明第二實施例之液晶透鏡結構剖面示意圖，圖3B為第一透明導電層之平面示意圖，圖3C為第二透明導電層之平面示意圖。請參閱圖3A，在本實施例中，液晶透鏡結構也包括第一基板202、第二基板204、液晶層211、第一透明導電層210、第二透明導電層216a、第一配向層202、第二配向層208。而排列方式與第一實施例相同，在此不多做贅述。
和第一實施例不同的是，在本實施例中，第二透明導電層216a更包括一環形電極302，位於圓形開口218中，且圍繞圓形電極214。根據上述，第一透明導電層210作為一第一電極，第二透明導電層216a之包圍圓形開口218之部分作為一第二電極，第一電極，第二電極、圓形電極214與環形電極302彼此隔離。在本實施例中，第二透明導電層216a中的圓形電極214與第一環形電極302相隔一間距，此間距可以為0.1mm~0.5mm。
根據上述，第一電極，第二電極、圓形電極214與第一環形電極302可單獨施加電壓。因此可透過環形電極302獨立的施加電壓，更精準的對液晶分子產生電場，且藉由第二透明導電層216a設置於第二基板204相對於液晶層之第二側上，可得到更佳的影像品質(原因是當將圓形電極214、圓形開口218和第二透明導電層216a設置於第二基板204遠離液晶層211的面，其對於液晶的反應所呈現出漸進曲率的變化，會比較貼近二次曲線，當將圓形電極214、圓形開口218和第二透明導電層216a設置於於第二基板204鄰近液晶層211的面，雖然液晶透鏡也可以運作，但光學效果較差)。因此可使得本實施例之液晶透鏡結構具有更短的響應時間。亦即，第一電極施加一第一電壓，第二電極施加一第二電壓，圓形電極214施加一第三電壓，環形電極302施加一第四電壓，第二電壓、第三電壓和第四電壓依時序施加使得液晶透鏡結 構300之響應時間在一目標值內。
〔第三實施例〕
圖4A為本發明第三實施例之液晶透鏡結構剖面示意圖，圖4B為第一透明導電層之平面示意圖，圖4C為第二透明導電層之平面示意圖。請參閱圖4A，在本實施例中，液晶透鏡結構也包括第一基板202、第二基板204、液晶層211、第一透明導電層401、第二透明導電層415、第一配向層202、第二配向層208。而排列方式與第一實施例相同，在此不多做贅述。
和第一實施例不同的是，在本實施例中，第二透明導電層415更包括一第一環形電極404，位於圓形開口中，且圍繞圓形電極402；一第二環形電極406，位於圓形開口中，且圍繞第一環形電極404；一第三環形電極408，位於圓形開口中，且圍繞第二環形電極406；一第四環形電極410，位於圓形開口中，且圍繞第三環形電極408；一第五環形電極412，位於圓形開口中，且圍繞第四環形電極410；一第六環形電極414，位於圓形開口中，且圍繞第五環形電極412；一第七環形電極416，位於圓形開口中，且圍繞第六環形電極414；一第八環形電極418，位於圓形開口中，且圍繞第七環形電極416。根據上述，第一透明導電層401作為一第一電極，第二透明導電層415之包圍該圓形開口218之部分403作為一第二電極，第一電極，第二電極、圓形電極402與第一環形電極404、第二環形電極406、第三環形電極408、第四環形電極410、第五環形電極412、第六環形電極414、第七環形電極416和第八環形電極418彼此隔離。在本實施例中，第二透明導電層中的圓形電極與第一至第八環形電極彼此相隔一間距，此間距可以為0.1mm~0.5mm。
在本實施例中，第一電極，第二電極、圓形電極與第一至第八環形電極可單獨施加電壓，使其施加電壓的大小、時間長短及/或時間點不同，針對液晶層圓形開口內每個部分的液晶施加最精 確的電壓，使得每一部分的液晶分子在目標響應時間內偏轉達到額定角度，以獲得較佳的響應時間和液晶透鏡結構效能。
本發明一實施例可對圓型電極、至少一環形電極和第二電極施加一過激(overdrive)電壓，後續，對圓型電極、至少一環形電極和第二電極施加一穩定態電壓。圓型電極、至少一環形電極和第二電極之過激電壓為依序遞增或依序遞減，圓型電極、至少一環形電極和第二電極之穩定態電壓為依序遞增或依序遞減。
舉例來說，請參照圖5，對圓型電極施加一電壓V2ms，對第一環形電極施加一電壓V3ms，對第二環形電極施加一電壓V4ms，對第三環形電極施加一電壓V5ms，對第四環形電極施加一電壓V6ms，對第五環形電極施加一電壓V7ms，對第六環形電極施加一電壓V8ms，對第七環形電極施加一電壓V9ms，對第八環形電極施加一電壓V10ms，對第二電極(第二透明導電層之包圍該圓形開口之部分)施加一電壓V11ms。在時間點t1前，V2ms~V11ms均為過激電壓，V2ms~V11ms為依序遞減。在時間點t1後，V2ms~V11ms均為穩定態電壓，V2ms~V11ms為依序遞減，過激電壓大於穩定態電壓。
在一實施例中，對圓型電極、至少一環形電極和第二電極施加過激電壓為依時序施加一段時間，且對圓形電極施加過激電壓的時間點晚於對環型電極施加過激電壓的時間點，對環形電極施加過激電壓的時間點晚於對第二電極施加過激電壓的時間點。舉例來說，請參照圖6，對圓型電極、第二~第八環形電極和第二電極施加過激電壓(V2ms~V11ms)為依時序施加一段時間，且圓形電極、第二~第八環形電極和第二電極施加過激電壓(V2ms~V11ms)的時間點為依續延後。後續，對圓形電極、第二~第八環形電極和第二電極施加穩定態電壓，同樣的，在本實施例中，V2ms~V11ms之穩定態電壓為遞減。
在一實施例中，對圓形電極施加過激電壓的時間長度大於對至少一環型電極施加過激電壓的時間長度，對至少一環形電極施 加過激電壓的時間長度大於對第二電極施加過激電壓的時間長度。舉例來說，請參照圖7，對圓型電極、第二~第八環形電極和第二電極施加過激電壓(V2ms~V11ms)為依時序施加一段時間，且圓形電極、第二~第八環形電極和第二電極施加過激電壓(V2ms~V11ms)的時間長度為依續遞減。後續，對圓形電極、第二~第八環形電極和第二電極施加穩定態電壓。
根據上述，本實施例可針對液晶層圓形開口內每個部分的液晶施加最精確的電壓，使得每一部分的液晶分子在目標響應時間內偏轉達到額定角度，以獲得較佳的響應時間和液晶透鏡結構效能。
本發明上述第二實施例揭示一個環形電極，位於圓形開口內。第三實施例揭示八個環形電極，位於圓形開口內。但本發明不限定於上述的環形電極數量。具例來說，在其他實施例中，液晶透鏡結構可中可設置兩個環形電極位於圓形開口內，且包圍圓形電極；在其他實施例中，液晶透鏡結構可中可設置3、4、5、6或7個環形電極位於圓形開口內，且包圍圓形電極。環形電極的數量可依據產品的規格增加或減少，電極的數量可另為9、10、....、98、99，依產品的規格改變，本發明不特別限定環形電極的數量。
〔實施例的可能功效〕
綜上所述，本發明的有益效果可以在於，本發明實施例特別將透明導電層分別設置於第一基板鄰近液晶層的一側和第二基板遠離液晶層的一側，且將第二基板遠離液晶層的一側的透明導電層中圓形開口中增設圓形電極和一個或更多的環形電極，而每一圓形電極和環形電極可獨立依時序施加不同的電壓，使得圓形開口中的液晶分子可獲得精確的施加電壓可在最少的時間內完全偏轉達預定的角度，使得液晶透鏡結構能得到較佳甚至最佳的響應時間。
以上所述僅為本發明的較佳可行實施例，非因此侷限本發明 的專利範圍，故舉凡運用本發明說明書及圖式內容所做的等效技術變化，均包含於本發明的保護範圍內。
214‧‧‧圓形電極
212‧‧‧第二電極
216a‧‧‧第二透明導電層
218‧‧‧圓形開口
302‧‧‧環形電極

Claims (3)

  1. 一種液晶透鏡之驅動方法，包括：提供一液晶透鏡結構，包括：一第一基板；一第二基板；一液晶層，夾設於該第一基板和該第二基板間；一第一透明導電層，位於該第一基板與該液晶層間；一第二透明導電層，位於該第二基板之一側上，其中該第二透明導電層具有一圓形開口，且該第二透明導電層更包括一圓形電極，位於該圓形開口中，和至少一環形電極，圍繞該圓形電極，其中該第一透明導電層作為一第一電極，該第二透明導電層包圍該圓形開口之部分作為一第二電極；對該圓型電極、該至少一環形電極和該第二電極施加一過激(overdrive)電壓，該圓型電極、該至少一環形電極和該第二電極之過激電壓的數值為依序遞增或依序遞減；以及對該圓型電極、該至少一環形電極和該第二電極施加一穩定態電壓，該圓型電極、該至少一環形電極和該第二電極之穩定態電壓的數值為依序遞增或依序遞減。
  2. 如請求項1之液晶透鏡之驅動方法，其中對該圓型電極、該至少一環形電極和該第二電極施加過激電壓為依時序施加一段時間，且對該圓形電極施加過激電壓的時間點晚於對該至少一環型電極施加過激電壓的時間點，對該至少一環形電極施加過激電壓的時間點晚於對該第二電極施加過激電壓的時間點。
  3. 如請求項1之液晶透鏡之驅動方法，其中對該圓形電極施加過激電壓的時間長度大於對該至少一環型電極施加過激電壓的時間長度，對該至少一環形電極施加過激電壓的時間長度大於 對該第二電極施加過激電壓的時間長度。
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