[发明专利]2D/3D切换的液晶透镜组件

说明书

技术领域

本发明涉及一种液晶透镜组件，尤指一种具高透镜光学能力(high lens power)的2D/3D切换的液晶透镜组件。

背景技术

人类是透过双眼所看到的展望而感知到真实世界的影像。而人类的大脑会进一步根据双眼所看到两个不同角度的展望之间的空间距离差异而形成所谓的3维(3-dimension,3D)影像，这种空间距离差异则被称为视差(parallax)。所谓的3D显示设备就是模拟人类双眼不同角度的视野，让左、右眼分别接收到有视差的两个2维(2-dimension,2D)影像，使人脑获取左、右眼看到的不同2D影像后，能感知为3D影像。

目前的3D显示设备主要分为两类，分别是自动立体显示设备(Auto-stereoscopic display)以及非自动立体显示设备(Stereoscopic display)。自动立体显示设备的用户不用戴上特殊结构的眼镜就可以看出3D立体影像。而另一种非自动立体显示设备则需要使用者戴上特制的眼镜，才能看到3D立体影像。常见的自动立体显示设备有两种：主要分成视差光栅(Parallax barrier)和柱状透镜(Lenticular Lenses)两种。视差光栅是利用光栅来控制光前进的方向，让使用者的左右眼看到具有视差的影像，而此视差就会在大脑中形成立体感。至于柱状透镜则是利用折射率的不同来控制光的方向，可以有多种作法，其中一种作法是以液晶层来取代实体透镜，藉由上下玻璃基板的氧化铟锡(ITO)特殊图案设计，来造成液晶层空间中电位线分布不均，使液晶分子的排列改变。由于液晶分子的排列会影响到折射率的不同，经过适当的设计后，整体的折射率变化就像柱状透镜一样，控制入射光的折射方向。

请参阅图1a与图1b，图1a与图1b是现有技术的GRIN透镜被施加电压前后的示意图。所谓GRIN透镜就是折射率随着梯度分布的透镜(Gradient in the Index of Refraction Lens)。当未被施加任何电压时，液晶分子的排列如图1a所示。由于前述氧化铟锡电极图案(未显示)的特殊设计，于施加电压产生电场时，液晶分子的排列方向将如图1b所示，造成中心的液晶分子折射率最大(ne)，愈往两边的液晶分子折射率愈小，直到最小液晶分子折射率(no)为止。而当光线行进时，两边的光线因为遇到的液晶分子折射率最小，行进速度最快，而中间的光线因为遇到的液晶分子折射率最大，所以行进速度最慢。以入射平面波而言，波前将会被弯曲，造成具有类似凸透镜的性质，将光线聚焦于F点，并可推导出焦距的公式如下:

fGRIN=r22d[nmax-n(r)],]]>

其中，f_GRIN为GRIN透镜10的焦距，d为液晶盒的厚度，r是透镜的半径，n_max等于液晶透镜的液晶分子的非寻常光折射率ne，而n(r)则代表折射率是r的函数。当以4mm的适当焦距作为设计目标时，若液晶分子的Δn为0.21，则必需将液晶盒的厚度d保持在大约30μm。同时，若要得到小的焦距，如果无法缩小GRIN透镜10的半径及改变液晶分子的种类，则唯一的选择就是加大液晶盒的厚度。然而，加大液晶盒的厚度不仅使液晶层间隙(cell gap)增加，也无疑地会增加成本，因此若能制作一种应用于2D/3D影像切换的液晶透镜组件，在不必增加液晶厚度的前提之下，就能够提升聚焦能力，将可有效地降低成本。

发明内容

因此本发明的目的是提供一种2D/3D切换的液晶透镜组件，该液晶透镜组件是利用一组外加的固定透镜，来增进透镜的光学能力，以解决背景技术的问题。