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特許6069418液晶レンズ表示装置、該液晶レンズ表示装置に用いられる液晶構造及びその形成方法
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6069418
(24)【登録日】2017年1月6日
(45)【発行日】2017年2月1日
(54)【発明の名称】液晶レンズ表示装置、該液晶レンズ表示装置に用いられる液晶構造及びその形成方法
(51)【国際特許分類】
G02F 1/13 20060101AFI20170123BHJP
G02F 1/1333 20060101ALI20170123BHJP
G02F 1/1335 20060101ALI20170123BHJP
G02B 3/14 20060101ALI20170123BHJP
G02B 1/06 20060101ALI20170123BHJP
G02B 5/00 20060101ALI20170123BHJP
F21S 2/00 20160101ALI20170123BHJP
F21V 9/16 20060101ALI20170123BHJP
F21V 9/08 20060101ALI20170123BHJP
【ＦＩ】
G02F1/13 505
G02F1/1333
G02F1/1335
G02B3/14
G02B1/06
G02B5/00 Z
F21S2/00 431
F21V9/16 100
F21V9/08 200
F21V9/08 100
【請求項の数】20
【全頁数】35
(21)【出願番号】特願2015-124932(P2015-124932)
(22)【出願日】2015年6月22日
(65)【公開番号】特開2016-71326(P2016-71326A)
(43)【公開日】2016年5月9日
【審査請求日】2015年6月22日
(31)【優先権主張番号】14/493,732
(32)【優先日】2014年9月23日
(33)【優先権主張国】US
(73)【特許権者】
【識別番号】501358079
【氏名又は名称】友達光電股▲ふん▼有限公司
【氏名又は名称原語表記】ＡＵ Ｏｐｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ
(74)【代理人】
【識別番号】110000383
【氏名又は名称】特許業務法人 エビス国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】李 錫烈
【審査官】
磯崎 忠昭
(56)【参考文献】
【文献】
特表２０１２−５０２３２２（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｇ０２Ｆ １／１３
Ｇ０２Ｆ １／１３３５
Ｇ０２Ｆ １／１３３３
Ｇ０２Ｂ ５／２０
Ｇ０２Ｂ ２７／２８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１基板と、
前記第１基板との間にセルギャップを画定するように離れて配置される第２基板と、
前記第１基板の前記セルギャップとは反対側に配置される偏光シートと、
前記セルギャップに位置し、液晶分子によって形成され、複数の表示画素を画定すると共に各前記表示画素をオン状態とオフ状態との間で切り替え可能な液晶層と、
前記セルギャップに位置し、前記液晶層と前記第２基板との間に配置される量子ドット層と、
前記偏光シートの前記セルギャップとは反対側に配置され、前記液晶層に進入するように前記偏光シートに向けて青色光ビームを出射するためのバックライトモジュールと、
前記セルギャップに位置し、前記液晶層と前記量子ドット層との間に配置される光遮蔽構造と、を含み、
前記光遮蔽構造は、
複数の第１開口と複数の第１遮蔽部とを有し、前記液晶層と離れて配置される第１遮蔽層と、
複数の第２開口と複数の第２遮蔽部とを有し、互いに離れて配置される前記第１遮蔽層と前記液晶層との間に位置する第２遮蔽層と、を含み、
前記液晶層の各前記表示画素は、少なくとも１つの前記第２開口に対応し、
各前記第２開口は、複数の前記第１遮蔽部のうち１つに対応し、
各前記第２開口が、対応する前記第１遮蔽部よりも狭いことを特徴とする液晶レンズ表示装置。
前記第１基板との間にセルギャップを画定するように離れて配置される第２基板と、
前記第１基板の前記セルギャップとは反対側に配置される偏光シートと、
前記セルギャップに位置し、液晶分子によって形成され、複数の表示画素を画定すると共に各前記表示画素をオン状態とオフ状態との間で切り替え可能な液晶層と、
前記セルギャップに位置し、前記液晶層と前記第２基板との間に配置される量子ドット層と、
前記偏光シートの前記セルギャップとは反対側に配置され、前記液晶層に進入するように前記偏光シートに向けて青色光ビームを出射するためのバックライトモジュールと、
前記セルギャップに位置し、前記液晶層と前記量子ドット層との間に配置される光遮蔽構造と、を含み、
前記光遮蔽構造は、
複数の第１開口と複数の第１遮蔽部とを有し、前記液晶層と離れて配置される第１遮蔽層と、
複数の第２開口と複数の第２遮蔽部とを有し、互いに離れて配置される前記第１遮蔽層と前記液晶層との間に位置する第２遮蔽層と、を含み、
前記液晶層の各前記表示画素は、少なくとも１つの前記第２開口に対応し、
各前記第２開口は、複数の前記第１遮蔽部のうち１つに対応し、
各前記第２開口が、対応する前記第１遮蔽部よりも狭いことを特徴とする液晶レンズ表示装置。
【請求項2】
前記第１遮蔽層及び前記第２遮蔽層は、前記液晶層の各前記表示画素において、前記表示画素がオン状態になるとともに、前記表示画素の液晶分子が駆動されて所定のリタデーションを有することにより少なくとも１つの液晶レンズが形成される場合、前記青色光ビームの一部が、前記少なくとも１つの液晶レンズにより屈折されて複数の前記第２開口のうち１つ及び複数の前記第１開口のうち１つを直接貫通して前記量子ドット層に到達するように配置されることを特徴とする請求項１に記載の液晶レンズ表示装置。
【請求項3】
前記第１遮蔽層及び前記第２遮蔽層は、前記液晶層の各前記表示画素において、前記表示画素がオン状態になるとともに、前記表示画素の液晶分子が駆動されて所定のリタデーションを有することにより少なくとも１つの液晶レンズが形成される場合、前記青色光ビームの一部が、前記第１開口のうち１つを貫通して前記量子ドット層に到達する前に、前記少なくとも１つの液晶レンズにより屈折されて複数の前記第２開口のうち１つを貫通するとともに、前記第１遮蔽層の複数の前記第１遮蔽部と前記第２遮蔽層の複数の前記第２遮蔽部との間に反射されるように配置されることを特徴とする請求項１に記載の液晶レンズ表示装置。
【請求項4】
前記量子ドット層と前記第２基板との間に配置されるカラーフィルタ層をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の液晶レンズ表示装置。
【請求項5】
前記第１基板上に配置される複数の第１透明電極と、
前記第１基板の前記液晶層から遠い側に配置される複数の第２透明電極と、をさらに含み、
各前記表示画素は、複数の前記第１透明電極のうち少なくも１つ及び複数の前記第２透明電極のうち少なくも１つに対応し、
各前記表示画素に対応する前記第１透明電極と前記第２透明電極との間に所定の電圧差を提供する場合、各前記表示画素に対応する前記第１透明電極及び前記第２透明電極は、少なくとも１つの液晶レンズが形成されるために前記表示画素の液晶分子が所定のリタデーションを有するように駆動することにより、前記表示画素を前記オン状態に切り替えることを特徴とする請求項１に記載の液晶レンズ表示装置。
前記第１基板の前記液晶層から遠い側に配置される複数の第２透明電極と、をさらに含み、
各前記表示画素は、複数の前記第１透明電極のうち少なくも１つ及び複数の前記第２透明電極のうち少なくも１つに対応し、
各前記表示画素に対応する前記第１透明電極と前記第２透明電極との間に所定の電圧差を提供する場合、各前記表示画素に対応する前記第１透明電極及び前記第２透明電極は、少なくとも１つの液晶レンズが形成されるために前記表示画素の液晶分子が所定のリタデーションを有するように駆動することにより、前記表示画素を前記オン状態に切り替えることを特徴とする請求項１に記載の液晶レンズ表示装置。
【請求項6】
前記バックライトモジュールは、
前記青色光ビームを出射する青色光光源と、
前記偏光シートに向けて前記青色光ビームを案内する導光構造と、
前記導光構造において前記青色光ビームを反射する反射シートと、を含むことを特徴とする請求項１に記載の液晶レンズ表示装置。
前記青色光ビームを出射する青色光光源と、
前記偏光シートに向けて前記青色光ビームを案内する導光構造と、
前記導光構造において前記青色光ビームを反射する反射シートと、を含むことを特徴とする請求項１に記載の液晶レンズ表示装置。
【請求項7】
各前記少なくとも１つの液晶レンズは、焦点距離Ｆを有する凸レンズであることを特徴とする請求項２に記載の液晶レンズ表示装置。
【請求項8】
前記焦点距離Ｆは、約１１μｍであることを特徴とする請求項７に記載の液晶レンズ表示装置。
【請求項9】
前記第２遮蔽層及び前記液晶層は、前記少なくとも１つの液晶レンズと前記第２遮蔽層の前記第２開口との間の距離が前記焦点距離Ｆと略同一であるように離れて配置されることを特徴とする請求項７に記載の液晶レンズ表示装置。
【請求項10】
液晶レンズ表示装置に用いられる液晶構造であって、
第１基板と、
前記第１基板との間にセルギャップを画定するように離れて配置される第２基板と、
前記セルギャップに位置し、液晶分子によって形成され、複数の表示画素を画定すると共に各表示画素をオン状態とオフ状態との間で切り替え可能な液晶層と、
前記セルギャップに位置し、前記液晶層と前記第２基板との間に配置される量子ドット層と、
前記セルギャップに位置し、前記液晶層と前記量子ドット層との間に配置される光遮蔽構造と、を含み、
前記光遮蔽構造は、
複数の第１開口と複数の第１遮蔽部とを有し、前記液晶層と離れて配置される第１遮蔽層と、
複数の第２開口と複数の第２遮蔽部とを有し、互いに離れて配置される前記第１遮蔽層と前記液晶層との間に位置する第２遮蔽層と、を含み、
前記液晶層における各前記表示画素は、少なくとも１つの前記第２開口に対応し、
前記液晶層に対して略垂直である第１方向に沿って、各前記第２開口は、複数の前記第１遮蔽部のうち１つに対応し、各前記第２開口が対応する前記第１遮蔽部よりも狭いことを特徴とする液晶構造。
第１基板と、
前記第１基板との間にセルギャップを画定するように離れて配置される第２基板と、
前記セルギャップに位置し、液晶分子によって形成され、複数の表示画素を画定すると共に各表示画素をオン状態とオフ状態との間で切り替え可能な液晶層と、
前記セルギャップに位置し、前記液晶層と前記第２基板との間に配置される量子ドット層と、
前記セルギャップに位置し、前記液晶層と前記量子ドット層との間に配置される光遮蔽構造と、を含み、
前記光遮蔽構造は、
複数の第１開口と複数の第１遮蔽部とを有し、前記液晶層と離れて配置される第１遮蔽層と、
複数の第２開口と複数の第２遮蔽部とを有し、互いに離れて配置される前記第１遮蔽層と前記液晶層との間に位置する第２遮蔽層と、を含み、
前記液晶層における各前記表示画素は、少なくとも１つの前記第２開口に対応し、
前記液晶層に対して略垂直である第１方向に沿って、各前記第２開口は、複数の前記第１遮蔽部のうち１つに対応し、各前記第２開口が対応する前記第１遮蔽部よりも狭いことを特徴とする液晶構造。
【請求項11】
前記第１遮蔽層及び前記第２遮蔽層は、前記液晶層の各前記表示画素において、前記表示画素がオン状態になるとともに、前記表示画素の液晶分子が駆動されて所定のリタデーションを有することにより少なくとも１つの液晶レンズが形成される場合、バックライトからの青色光ビームの一部が、前記少なくとも１つの液晶レンズにより屈折されて複数の前記第２開口のうち１つ及び複数の前記第１開口のうち１つを直接貫通して前記量子ドット層に到達するように配置されることを特徴とする請求項１０に記載の液晶構造。
【請求項12】
前記第１遮蔽層及び前記第２遮蔽層は、前記液晶層の各前記表示画素において、前記表示画素がオン状態になるとともに、前記表示画素の液晶分子が駆動されて所定のリタデーションを有することにより少なくとも１つの液晶レンズが形成される場合、バックライトからの青色光ビームの一部が、前記第１開口のうち１つを貫通して前記量子ドット層に到達する前に、前記少なくとも１つの液晶レンズにより屈折されて複数の前記第２開口のうち１つを貫通するとともに、前記第１遮蔽層の複数の前記第１遮蔽部と前記第２遮蔽層の複数の前記第２遮蔽部との間に反射されるように配置されることを特徴とする請求項１０に記載の液晶構造。
【請求項13】
前記第１基板の前記セルギャップとは反対側に配置される偏光シートと、
前記量子ドット層と前記第２基板との間に配置されるカラーフィルタ層と、をさらに含むことを特徴とする請求項１０に記載の液晶構造。
前記量子ドット層と前記第２基板との間に配置されるカラーフィルタ層と、をさらに含むことを特徴とする請求項１０に記載の液晶構造。
【請求項14】
前記第１基板上に配置される複数の第１透明電極と、
前記液晶層の前記第１基板から遠い側に配置される複数の第２透明電極と、をさらに含み、
各前記表示画素は、複数の前記第１透明電極のうち少なくも１つ及び複数の前記第２透明電極のうち少なくも１つに対応し、
各前記表示画素に対応する前記第１透明電極と前記第２透明電極との間に所定の電圧差を提供する場合、各前記表示画素に対応する前記第１透明電極及び前記第２透明電極は、少なくとも１つの液晶レンズが形成されるために前記表示画素の液晶分子が駆動されて所定のリタデーションを有することにより、前記表示画素を前記オン状態に切り替えることを特徴とする請求項１０に記載の液晶構造。
前記液晶層の前記第１基板から遠い側に配置される複数の第２透明電極と、をさらに含み、
各前記表示画素は、複数の前記第１透明電極のうち少なくも１つ及び複数の前記第２透明電極のうち少なくも１つに対応し、
各前記表示画素に対応する前記第１透明電極と前記第２透明電極との間に所定の電圧差を提供する場合、各前記表示画素に対応する前記第１透明電極及び前記第２透明電極は、少なくとも１つの液晶レンズが形成されるために前記表示画素の液晶分子が駆動されて所定のリタデーションを有することにより、前記表示画素を前記オン状態に切り替えることを特徴とする請求項１０に記載の液晶構造。
【請求項15】
各前記少なくとも１つの液晶レンズは、焦点距離Ｆを有する凸レンズであり、
前記第２遮蔽層及び前記液晶層は、前記少なくとも１つの液晶レンズと前記第２遮蔽層の前記第２開口との間の距離が前記焦点距離Ｆと略同一であるように離れて配置されることを特徴とする請求項１１に記載の液晶構造。
前記第２遮蔽層及び前記液晶層は、前記少なくとも１つの液晶レンズと前記第２遮蔽層の前記第２開口との間の距離が前記焦点距離Ｆと略同一であるように離れて配置されることを特徴とする請求項１１に記載の液晶構造。
【請求項16】
前記焦点距離Ｆは、約１１μｍであることを特徴とする請求項１５に記載の液晶構造。
【請求項17】
液晶レンズ表示装置に用いられる液晶構造を形成する方法であって、
セルギャップを画定するように第１基板及び第２基板を離れて配置する工程と、
前記セルギャップにおいて量子ドット層を形成する工程と、
前記セルギャップにおいて前記第１基板と前記量子ドット層との間に光遮蔽構造を配置する工程と、
前記セルギャップにおいて前記第１基板と前記光遮蔽構造との間に液晶分子を充填して液晶層を形成する工程と、を含み、
前記光遮蔽構造は、複数の第１開口と複数の第１遮蔽部とを有する第１遮蔽層と、複数の第２開口と複数の第２遮蔽部とを有し、互いに離れて配置される前記第１遮蔽層と前記液晶層との間に位置する第２遮蔽層と、を含み、
前記液晶層は、前記第１基板及び前記第２基板と離れて配置され、複数の表示画素を画定し、
各前記表示画素は、複数の前記第２開口のうち少なくとも１つに対応し、オン状態とオフ状態との間で切り替え可能であり、
各前記第２開口は、複数の前記第１遮蔽部のうち１つに対応し、
各前記第２開口が、対応する前記第１遮蔽部よりも狭いことを特徴とする方法。
セルギャップを画定するように第１基板及び第２基板を離れて配置する工程と、
前記セルギャップにおいて量子ドット層を形成する工程と、
前記セルギャップにおいて前記第１基板と前記量子ドット層との間に光遮蔽構造を配置する工程と、
前記セルギャップにおいて前記第１基板と前記光遮蔽構造との間に液晶分子を充填して液晶層を形成する工程と、を含み、
前記光遮蔽構造は、複数の第１開口と複数の第１遮蔽部とを有する第１遮蔽層と、複数の第２開口と複数の第２遮蔽部とを有し、互いに離れて配置される前記第１遮蔽層と前記液晶層との間に位置する第２遮蔽層と、を含み、
前記液晶層は、前記第１基板及び前記第２基板と離れて配置され、複数の表示画素を画定し、
各前記表示画素は、複数の前記第２開口のうち少なくとも１つに対応し、オン状態とオフ状態との間で切り替え可能であり、
各前記第２開口は、複数の前記第１遮蔽部のうち１つに対応し、
各前記第２開口が、対応する前記第１遮蔽部よりも狭いことを特徴とする方法。
【請求項18】
前記第１基板の前記セルギャップとは反対側に偏光シートを形成する工程と、
前記量子ドット層と前記第２基板との間にカラーフィルタ層を形成する工程と、をさらに含むことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
前記量子ドット層と前記第２基板との間にカラーフィルタ層を形成する工程と、をさらに含むことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項19】
前記第１基板上に複数の第１透明電極を形成する工程と、
前記液晶層の前記第１基板から遠い側に複数の第２透明電極を形成する工程と、をさらに含み、
各前記表示画素は、複数の前記第１透明電極のうち少なくも１つ及び複数の前記第２透明電極のうち少なくも１つに対応し、
各前記表示画素に対応する前記第１透明電極と前記第２透明電極との間に所定の電圧差を提供する場合、各前記表示画素に対応する前記第１透明電極及び前記第２透明電極は、少なくとも１つの液晶レンズが形成されるために前記表示画素の液晶分子が駆動されて所定のリタデーションを有することにより、前記表示画素を前記オン状態に切り替えることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
前記液晶層の前記第１基板から遠い側に複数の第２透明電極を形成する工程と、をさらに含み、
各前記表示画素は、複数の前記第１透明電極のうち少なくも１つ及び複数の前記第２透明電極のうち少なくも１つに対応し、
各前記表示画素に対応する前記第１透明電極と前記第２透明電極との間に所定の電圧差を提供する場合、各前記表示画素に対応する前記第１透明電極及び前記第２透明電極は、少なくとも１つの液晶レンズが形成されるために前記表示画素の液晶分子が駆動されて所定のリタデーションを有することにより、前記表示画素を前記オン状態に切り替えることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項20】
各前記少なくとも１つの液晶レンズは、焦点距離Ｆを有する凸レンズであり、
前記少なくとも１つの液晶レンズと前記第２遮蔽層の前記第２開口との間の距離が前記焦点距離Ｆと略同一であるように、前記第２遮蔽層及び前記液晶層を離れて配置することを特徴とする請求項１９に記載の方法。
前記少なくとも１つの液晶レンズと前記第２遮蔽層の前記第２開口との間の距離が前記焦点距離Ｆと略同一であるように、前記第２遮蔽層及び前記液晶層を離れて配置することを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、表示技術に関し、特に、多層の光遮蔽構造及び量子ドットを使用することにより光効率を向上させることが可能な液晶レンズ表示装置、該液晶レンズ表示装置に用いられる液晶構造及びその形成方法を提供する。
【背景技術】
【0002】
現在、液晶表示装置（ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ ｄｉｓｐｌａｙｓ，ＬＣＤ）は、一般的に、表示装置として使用される。液晶表示装置は、低電力を消費しながら、良好な品質の画像を表示することができるため、ノートパソコン、携帯電話、デジタルカメラ、及び携帯機器などのバッテリ駆動の電子機器の表示装置として用いられることが多い。
【0003】
一例では、典型的な液晶表示装置は、バックライトモジュール（ｂａｃｋｌｉｇｈｔ ｍｏｄｕｌｅ）、拡散フィルム（ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ ｆｉｌｍ）、２つの偏光シート（ｐｏｌａｒｉｚｅｒ）、液晶層（ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ ｌａｙｅｒ）、及び２つの偏光シートの間に位置して液晶層の液晶分子を駆動するための透明電極を含む。液晶表示装置は、カラー液晶表示装置である場合、カラーフィルタ層（ｃｏｌｏｒ ｆｉｌｔｅｒ ｌａｙｅｒ， ＣＦ ｌａｙｅｒ）をさらに含んでもよい。このようなカラー液晶表示装置において、バックライトモジュールから出射された光は、カラー液晶表示装置から出る前に、拡散フィルム、一方の偏光シート、透明電極、液晶層、カラーフィルタ層、及び他方の偏光シートを通過するように案内される。
【0004】
しかし、液晶表示装置の性能は、一般に、その液晶表示装置本体の光効率によって制限される。現在、液晶表示装置の積層構造は、一般に、わずか約３〜５％の光効率を有する。具体的には、光がバックライトモジュールにより放射され、拡散フィルム、２つの偏光シート、液晶層、透明電極、及びカラーフィルタ層を通過するたびに、光の一部がこれら層によって吸収される。このように、光が液晶表示装置の積層構造から出る際、この光の光効率は、約３〜５％まで低減される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、多層の光遮蔽構造及び量子ドットを使用することにより光効率を向上させることが可能な液晶レンズ表示装置、該液晶レンズ表示装置に用いられる液晶構造及びその形成方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の一態様において、液晶レンズ表示装置は、第１基板と、第１基板との間にセルギャップを画定するように離れて配置される第２基板と、第１基板のセルギャップとは反対側に配置される偏光シートと、セルギャップに位置し、液晶分子によって形成され、複数の表示画素を画定すると共に各表示画素をオン状態とオフ状態との間で切り替え可能な液晶層と、セルギャップに位置し、液晶層と第２基板との間に配置される量子ドット（ｑｕａｎｔｕｍ ｄｏｔ，ＱＤ）層と、偏光シートのセルギャップとは反対側に配置され、液晶層に進入するように偏光シートに向けて青色光ビームを出射するためのバックライトモジュールと、セルギャップに位置し、液晶層と量子ドット層との間に配置される光遮蔽構造と、を含み、光遮蔽構造は、複数の第１開口と複数の第１遮蔽部とを有し、液晶層と離れて配置される第１遮蔽層と、複数の第２開口と複数の第２遮蔽部とを有し、互いに離れて配置される第１遮蔽層と液晶層との間に位置する第２遮蔽層と、を含み、液晶層の各表示画素は、少なくとも１つの第２開口に対応し、各第２開口は、複数の第１遮蔽部のうち１つに対応し、各第２開口が、対応する第１遮蔽部よりも狭い。
【0007】
いくつかの実施形態において、第１遮蔽層及び第２遮蔽層は、液晶層の各表示画素において、表示画素がオン状態になるとともに、表示画素の液晶分子が駆動されて所定のリタデーション（ｒｅｔａｒｄａｔｉｏｎ）を有することにより少なくとも１つの液晶レンズが形成される場合、青色光ビームの一部が、少なくとも１つの液晶レンズにより屈折されて複数の第２開口のうち１つ及び複数の第１開口のうち１つを直接貫通して量子ドット層に到達するように配置される。
【0008】
いくつかの実施形態において、第１遮蔽層及び第２遮蔽層は、液晶層の各表示画素において、表示画素がオン状態になるとともに、表示画素の液晶分子が駆動されて所定のリタデーションを有することにより少なくとも１つの液晶レンズが形成される場合、青色光ビームの一部が、第１開口のうち１つを貫通して量子ドット層に到達する前に、少なくとも１つの液晶レンズにより屈折されて複数の第２開口のうち１つを貫通するとともに、第１遮蔽層の複数の第１遮蔽部と第２遮蔽層の複数の第２遮蔽部との間に反射されるように配置される。
【0009】
いくつかの実施形態において、液晶レンズ表示装置は、量子ドット層と第２基板との間に配置されるカラーフィルタ層をさらに含む。
【0010】
いくつかの実施形態において、液晶レンズ表示装置は、第１基板上に配置される複数の第１透明電極と、第１基板の液晶層から遠い側に配置される複数の第２透明電極と、をさらに含み、各表示画素は、複数の第１透明電極のうち少なくも１つ及び複数の第２透明電極のうち少なくも１つに対応し、各表示画素に対応する第１透明電極と第２透明電極との間に所定の電圧差を提供する場合、各表示画素に対応する第１透明電極及び第２透明電極は、少なくとも１つの液晶レンズが形成されるために表示画素の液晶分子が所定のリタデーションを有するように駆動することにより、表示画素をオン状態に切り替える。
【0011】
いくつかの実施形態において、バックライトモジュールは、青色光ビームを出射する青色光光源と、偏光シートに向けて青色光ビームを案内する導光構造と、導光構造において青色光ビームを反射する反射シートと、を含む。
【0012】
いくつかの実施形態において、少なくとも１つの液晶レンズは、焦点距離Ｆを有する凸レンズである。一実施形態において、焦点距離Ｆは、約１１μｍである。いくつかの実施形態において、第２遮蔽層及び液晶層は、少なくとも１つの液晶レンズと第２遮蔽層の第２開口との間の距離が焦点距離Ｆと略同一であるように離れて配置される。
【0013】
本発明の他の態様において、液晶レンズ表示装置に用いられる液晶構造を提供する。いくつかの実施形態において、液晶構造は、第１基板と、第１基板との間にセルギャップを画定するように離れて配置される第２基板と、セルギャップに位置し、液晶分子によって形成され、複数の表示画素を画定すると共に各表示画素をオン状態とオフ状態との間で切り替え可能な液晶層と、セルギャップに位置し、液晶層と第２基板との間に配置される量子ドット層と、セルギャップに位置し、液晶層と量子ドット層との間に配置される光遮蔽構造と、を含み、光遮蔽構造は、複数の第１開口と複数の第１遮蔽部とを有し、液晶層と離れて配置される第１遮蔽層と、複数の第２開口と複数の第２遮蔽部とを有し、互いに離れて配置される第１遮蔽層と液晶層との間に位置する第２遮蔽層と、を含み、液晶層における各表示画素は、少なくとも１つの第２開口に対応し、液晶層に対して略垂直な第１方向に沿って、各第２開口は、複数の第１遮蔽部のうち１つに対応し、各第２開口が対応する第１遮蔽部よりも狭い。
【0014】
いくつかの実施形態において、第１遮蔽層及び第２遮蔽層は、液晶層の各表示画素において、表示画素がオン状態になるとともに、表示画素の液晶分子が駆動されて所定のリタデーションを有することにより少なくとも１つの液晶レンズが形成される場合、青色光ビームの一部が、少なくとも１つの液晶レンズにより屈折されて複数の第２開口のうち１つ及び複数の第１開口のうち１つを直接貫通して量子ドット層に到達するように配置される。
【0015】
いくつかの実施形態において、第１遮蔽層及び第２遮蔽層は、液晶層の各表示画素において、表示画素がオン状態になるとともに、表示画素の液晶分子が所定のリタデーションを有するように設定されることにより少なくとも１つの液晶レンズが形成される場合、青色光ビームの一部が、第１開口のうち１つを貫通して量子ドット層に到達する前に、少なくとも１つの液晶レンズにより屈折されて複数の第２開口のうち１つを貫通するとともに、第１遮蔽層の複数の第１遮蔽部と第２遮蔽層の複数の第２遮蔽部との間に反射されるように配置される。
【0016】
いくつかの実施形態において、液晶構造は、第１基板のセルギャップとは反対側に配置される偏光シートと、量子ドット層と第２基板との間に配置されるカラーフィルタ層と、をさらに含む。
【0017】
いくつかの実施形態において、液晶レンズ表示装置は、第１基板上に配置される複数の第１透明電極と、液晶層の第１基板から遠い側に配置される複数の第２透明電極と、をさらに含み、各表示画素は、複数の第１透明電極のうち少なくも１つ及び複数の第２透明電極のうち少なくも１つに対応し、各表示画素に対応する第１透明電極と第２透明電極との間に所定の電圧差を提供する場合、各表示画素に対応する第１透明電極及び第２透明電極は、少なくとも１つの液晶レンズが形成されるために表示画素の液晶分子が駆動されて所定のリタデーションを有することにより、表示画素をオン状態に切り替える。
【0018】
いくつかの実施形態において、液晶レンズは、焦点距離Ｆを有する凸レンズである。いくつかの実施形態において、第２遮蔽層及び液晶層は、少なくとも１つの液晶レンズと第２遮蔽層の第２開口との間の距離が焦点距離Ｆと略同一であるように離れて配置される。一実施形態において、焦点距離Ｆは、約１１μｍである。
【0019】
本発明の別の態様において、液晶レンズ表示装置に用いられる液晶構造を形成する方法を提供する。いくつかの実施形態において、方法は、セルギャップを画定するように第１基板及び第２基板を離れて配置する工程と、セルギャップにおいて量子ドット層を形成する工程と、セルギャップにおいて第１基板と量子ドット層との間に光遮蔽構造を配置する工程と、セルギャップにおいて第１基板と光遮蔽構造との間に液晶分子を充填して液晶層を形成する工程と、を含み、光遮蔽構造は、複数の第１開口と複数の第１遮蔽部とを有する第１遮蔽層と、複数の第２開口と複数の第２遮蔽部とを有し、互いに離れて配置される第１遮蔽層と前記液晶層との間に位置する第２遮蔽層と、を含み、液晶層は、第１基板及び第２基板と離れて配置され、複数の表示画素を画定し、各表示画素は、複数の第２開口のうち少なくとも１つに対応し、オン状態とオフ状態との間で切り替え可能であり、各第２開口は、複数の第１遮蔽部のうち１つに対応し、各第２開口が、対応する第１遮蔽部よりも狭い。
【0020】
いくつかの実施形態において、方法は、第１基板のセルギャップとは反対側に偏光シートを形成する工程と、量子ドット層と第２基板との間にカラーフィルタ層を形成する工程と、をさらに含む。
【0021】
いくつかの実施形態において、方法は、第１基板上に複数の第１透明電極を形成する工程と、液晶層の第１基板から遠い側に複数の第２透明電極を形成する工程と、をさらに含み、各表示画素は、複数の第１透明電極のうち少なくも１つ及び複数の第２透明電極のうち少なくも１つに対応し、各表示画素に対応する第１透明電極と第２透明電極との間に所定の電圧差を提供する場合、各表示画素に対応する第１透明電極及び第２透明電極は、少なくとも１つの液晶レンズが形成されるために表示画素の液晶分子が駆動されて所定のリタデーションを有することにより、表示画素をオン状態に切り替える。
【0022】
各少なくとも１つの液晶レンズは、焦点距離Ｆを有する凸レンズであり、少なくとも１つの液晶レンズと第２遮蔽層の第２開口との間の距離が焦点距離Ｆと略同一であるように、第２遮蔽層及び液晶層を離れて配置する。
【0023】
下記図面を参照して行う以下好適な実施形態の説明により、本発明の実施形態の上記およびその他の態様はより明らかになる。本発明の精神と領域を離脱しない範囲内で、若干の変動や修正を加えることができる。
【図面の簡単な説明】
【0024】
図面は本発明に係る一つまたは複数の実施形態を示しており、これらの図面および文字の記述により、本発明の原理を説明する。図面に使用される同じ符号は、実施形態において同様または類似の部品を代表する。【図1】本発明の一実施形態による液晶レンズ表示装置を示す断面図である。
【図2A】本発明の一実施形態による量子ドットの構造を示す図である。
【図2B】本発明の一実施形態による励起された量子ドットの大きさに依存した光（発光色）の特性を示す図である。
【図3A】本発明の一実施形態による量子ドット層を用いた液晶レンズ表示装置を示す断面図である。
【図3B】本発明の一実施形態による量子ドット層を用いた液晶レンズ表示装置の光効率を示す図である。
【図4A】本発明の一実施形態による光遮蔽構造及び量子ドット層を用いた液晶レンズ表示装置を示す断面図である。
【図5】本発明の一実施形態による表示画素がオン状態であるとき、液晶レンズ表示装置の液晶層における液晶分子のリタデーションを示す図である。
【図6A】本発明の他の実施形態による光遮蔽構造及び量子ドット層を用いた液晶レンズ表示装置を示す断面図である。
【図7A】本発明の別の実施形態による光遮蔽構造及び量子ドット層を用いた液晶レンズ表示装置を示す断面図である。
【図8】本発明の他の実施形態による表示画素がオン状態であるとき、液晶レンズ表示装置の液晶層における液晶分子のリタデーションを示す図である。
【図9A】本発明の別の実施形態による表示画素がオン状態であるとき、光遮蔽構造及び量子ドット層を用いた液晶レンズ表示装置を示す断面図である。
【図9B】本発明の一実施形態による液晶レンズ表示装置のカラーフィルタ層及び透明電極を示す図である。
【図10A】本発明の一実施形態による液晶構造を形成する第１工程を示す平面図である。
【図10B】本発明の一実施形態による液晶構造を形成する第１工程を示す斜視図である。
【図11】本発明の一実施形態による液晶構造を形成する第２工程を示す図である。
【図12】本発明の一実施形態による液晶構造を形成する第３の工程を示す図である。
【図13】本発明の一実施形態による液晶構造を形成する第４の工程を示す図である。
【図14】本発明の一実施形態による液晶構造を形成する第５の工程を示す図である。
【図15A】本発明の一実施形態による液晶構造を形成する第６の工程を示す図である。
【図15B】本発明の一実施形態による液晶構造を形成する工程を示すフローチャートである。
【図18A】本発明の一実施形態による液晶層がオフ状態である場合の屈折率を示す図である。
【図18B】本発明の一実施形態による液晶層がオン状態である場合の屈折率を示す図である。
【図18C】本発明の一実施形態による液晶レンズの焦点距離Ｆのｎｅを算出するためのシミュレートされた液晶分子の配向を示す図である。
【図18D】本発明の一実施形態によるｎｅ算出のｘ−ｎｅの関係を示す図である。
【図19】本発明の一実施形態による光遮蔽構造において、屈折された光は、第１遮蔽層の第１遮蔽部と第２遮蔽層の第２遮蔽部との間に反射される場合を示す図である。
【図20】本発明の一実施形態による光遮蔽構造において、屈折された光は、第２開口及び第２開口を直接貫通して量子ドット層に到達する場合を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0025】
以下、例示的な実施形態を示す添付図面を参照しつつ、本発明について詳しく説明する。なお、本発明は、種々の異なる形式によって実施されることができるが、開示される実施形態に限定されるものではないことは理解されるべきである。逆に、これらの実施形態を提供することによって、当該技術を熟知する者に本発明の範囲をより明確になり、且つ充分に理解させることができる。同じ符号は同じ素子を代表する。
【0026】
本明細書で使用する用語は一般に、本発明の場面内で、且つ各用語を使用する特定の場面の中で、当技術分野における通常の意味を有する。本発明を記述するために使用される特定の用語は、実施者にさらなる指針をもたらすために、以下で又は本明細書の他の箇所で、本発明の説明に使用する特定の用語を論じる。便宜上、例えば斜体及び／又は引用符を用いて特定の用語を強調することがある。強調の使用は、用語の範囲及び意味に影響を及ぼさない。すなわち、強調されていてもされていなくても、同じ場面では用語の範囲及び意味は同じである。同じことを複数の形で言うことができることが理解されるであろう。その結果、本明細書で論じる１種又は複数種の任意の用語に代替言語及び同義語を使用することができ、用語が本明細書で詳しく述べられ又は論じられていてもそうでなくても特別な意味はない。特定の用語について同義語が提供されている。１種又は複数種の同義語の詳述は、他の同義語の使用を除外するものではない。本明細書で論じる任意の用語の例を含めて、本明細書の任意の場所での例の使用は、例示的なものに過ぎず、本発明又は任意の例示される用語の範囲及び意味を制限するものでは一切ない。同様に、本発明は本明細書に付与される様々な実施形態に限定されない。
【0027】
要素が別の要素「の上にある」と言及される場合、その要素は別の要素の直接その上にあり、又はその要素と別の要素との間に介在された他の要素が存在する場合があることを理解すべきである。対照的に、要素が別の要素「の直接その上に」と言及される場合、介在要素は存在しない。本明細書に使用される場合、用語「及び／又は」は、いくつかの関連列挙項目のいずれか及び全ての組み合わせを含む。
【0028】
本明細書で使用される「第１」、「第２」及び「第３」等の用語は、多様な部品，部材，領域，層及び／又は断面を説明するために使われるが、これらの部品、部材、領域、層及び／又は断面によって限定されないことを理解するべきである。これらの用語は、単なる所定の部品、部材、領域、層或いは断面を他の部品、部材、領域、層或いは断面と領域別するために使用されたものである。したがって、以下第１部品、第１部材、第１領域、第１層或いは断面として使用される用語が、第２部品、第２部材、第２領域、第２層或いは断面として使用されても、本発明の範囲を逸脱することはない。
【0029】
本明細書で使用される用語は、単に特定な実施形態を説明するために使用されるものであり、発明を限定的に解釈するために用いてはならない。本明細書における「一」及び「前記」は、複数を示していないとはっきり記載されていない限り、複数の意味も含む。さらに、本明細書で使用される「含む」、「備える」又は「有する」という用語は、説明しようとする特徴、領域、全体、ステップ、操作、要素、セグメント及び／又は構成要件が存在することを指すが、１つ又は複数の他の特徴、領域、全体、ステップ、操作、要素、セグメント、構成要件及び／又はこれらの組み合わせの存在あるいは付加も除外もしないことを示す。
【0030】
また、図面に示すように、本明細書は、例えば「下」又は「底」及び「上」又は「頂」等の空間的に相対的な用語を用いて、ある要素と別の要素との関係を説明することができる。ただし、空間的に相対的な用語は、図面に表される配向に加えて、使用中又は作動中の装置の異なる配向を包含することを意図することは理解すべきである。例えば、図中の装置が反対向きである場合、他の要素の「下」として説明される要素は、他の要素の「上」に配向されるようになる。このため、例の用語「下」は、上及び下の配向両方に及ぶことができる。同様に、図中の装置が反対向きである場合、他の要素の「上」又は「上方」として説明される要素は、他の要素の「下」に配向されるようになる。このため、例の用語「上」又は「上方」は、上及び下の配向両方に及ぶことができる。
【0031】
別途定義されない限り、本明細書に使用される全ての用語（技術用語及び科学用語を含む）は、当業者によって一般的に理解されるものと同じ意味を有する。さらに、一般的に使用される辞書で定義されるような用語は、関連技術及び本開示の文脈においてそれらの意味と一貫する意味を有するとして解釈されるべきであり、本明細書においてそのように明示的に定義されない限り、理想化された又は過度に正式な意味に解釈してはならない。
【0032】
本明細書で使用する「大体」、「約」、「実質的」又は「近似」は、一般的に数値の誤差又は範囲が２０％以内であることを指し、１０％以内であることが好ましく、５％以内であることがより好ましい。本明細書において明確な説明がない限り、言及される数値はいずれも近似値、すなわち、「大体」、「約」、「実質的」又は「近似」に対して明確な説明がなくても推測判断できることを意味する。
【0034】
図１は、本発明の一実施形態による液晶レンズ表示装置を示す断面図である。同図に示すように、液晶表示装置１００は、バックライトモジュール１１０、拡散フィルム１２０、２つの偏光シート１３０，１５０、及び偏光シート１３０と偏光シート１５０との間の液晶素子（ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ ｅｌｅｍｅｎｔ）１４０を含む。具体的に、バックライトモジュール１１０は、光源１１２、導光板１１４、及び反射シート１１６を含む。反射シート１１６は、導光板１１４の底部の表面（即ち、外側の表面）に配置される。特定の実施形態において、液晶素子１４０は、例えば、薄膜トランジスタ層１４２が第１基材（図示せず）上に配置され、液晶（分子）層（即ち、液晶分子を有する液晶層）１４４及びカラーフィルタ層１４６が第２基材（図示せず）上に配置される複数の層を含んでもよい。特定の実施形態において、カラーフィルタ層１４６は、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の三原色を表示するための複数のカラーフィルタを含むＲＧＢカラーモデルを採用し、カラーフィルタは、三原色を主として混合することであらゆる種類の色を提供するように配置される。特定の実施形態では、液晶素子１４０において、液晶（分子）層１４４における液晶分子を駆動するために、複数の透明電極（図示せず）を提供する。液晶表示装置１００のフィルム層は、例示の目的で提供されることに留意すべきである。フィルム層の大きさや位置が変化してもよい。なお、いくつかのフィルム層の間にセルギャップを有することについて説明するが、液晶表示装置１００の実際の構造について、フィルム層の間にセルギャップを有しても有しなくてもよい。
【0035】
図１に示すように、光（矢印１１８で示す）は、光源１１２によって出射されると、反射シート１１６によって反射され、導光板１１４によって拡散フィルム１２０に向けて案内される。光が拡散フィルム１２０を通過する際、光効率は、拡散フィルム１２０によって約９０％まで少し減少する。拡散された光は、一方の偏光シート１３０、液晶素子１４０、及び他方の偏光シート１５０を通過する。この過程において、拡散された光は、２つの変更し１３０，１５０によって吸収され、光効率が約３６％まで大幅に減少する。また、液晶素子１４０は、光の光効率をさらに低下させることがある。例えば、液晶（分子）層１４４、透明電極（図示せず）、及び薄膜トランジスタ層１４２は、さらに、光の光効率を約１８％まで低下させることがある。また、カラーフィルタ層１４６は、光が液晶表示装置の上記積層構造から出るとき、即ち、偏光シート１５０から出るとき、光効率がわずかに約３〜５％である。
【0036】
カラー液晶表示装置の表示品質を向上させるために、様々な技術及び構造を検討する。例えば、量子ドット技術は、色域（ｃｏｌｏｒ ｇａｍｕｔ）を改善するために、カラー液晶表示装置に用いられることができる。量子ドットは、量子力学的性質を示すのに半導体材料で作られた十分に小さいナノ結晶コア／シェル構造である。例えば、量子ドットの大きさは、直径が約１〜１０ナノメートル（ｎｍ）である。図２Ａは、本発明の一実施形態による量子ドットの構造を示す図である。同図に示すように、量子ドット２００は、複数のコアナノ結晶２１０及び複数のシェルナノ結晶２２０を有する。具体的には、量子ドットの励起子（ｅｘｃｉｔｏｎｓ）が、３次元空間全体に閉じ込められる。量子ドット材料の電子特性は、これら半導体バルク（ｂｕｌｋ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ）と離散分子との間の中間体である。特定の実施形態において、量子ドットは、例えば、寿命、発光強度や長期安定性などの粒子のスペクトル特性に直接関連を有し、より大きい又は厚いシェルによって合成されてもよい。
【0037】
大きさに依存した光の出射特性は、量子ドットの光学的特性の１つである。具体的に、量子ドットは、特定の波長の光によって励起されたとき、励起された量子ドットからの光は、量子ドットの結晶の大きさによって決定される。より具体的には、量子ドットのサイズが大きくなると、出射した蛍光スペクトルは、赤色光（長波長）側に移動する。図２Ｂは、本発明の一実施形態による励起された量子ドットの大きさに依存した光（発光色）の出射特性を示す図である。同図に示すように、ナノ結晶の大きさの異なる５つの量子ドット（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、左から右へ）を同時に波長３６５ｎｍ（紫色光の範囲内である）の入射光によって励起される。そして、この５つの量子ドット（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ）からの光は、約４５０ｎｍから約６５０ｎｍの範囲にあり、即ち、実質的に可視スペクトルの範囲をカバーする異なる波長を有する。言い換えれば、量子ドットからの光は、赤色光（波長が６２０〜７５０ｎｍ）、緑色光（波長が４９５〜５７０ｎｍ）、青色光（波長が４５０〜４９５ｎｍ）の三原色を含むことが可能である。特定の実施形態において、量子ドットの半値幅（ｆｕｌｌ ｗｉｄｔｈ ａｔ ｈａｌｆ ｍａｘｉｍｕｍ，ＦＷＨＭ）は、約３０〜４０ｎｍであってもよい。一般的に、量子ドットは、約９０％の高い量子収率（ｑｕａｎｔｕｍ ｙｉｅｌｄ）を有する。
【0038】
図３Ａは、本発明の一実施形態による量子ドット層を用いた液晶レンズ表示装置を示す断面図である。同図に示すよう、液晶表示装置３００は、バックライトモジュール３１０、量子ドットシート３３０、液晶素子３４０、及び液晶素子３４０上に配置されるカラーフィルタ層３５０を含んでよい。液晶表示装置３００は、偏光シートの代わりに量子ドットシート３３０を用いることに留意すべきである。特定の実施形態において、液晶表示装置３００は、バックライトモジュール３１０と量子ドットシート３３０との間の拡散フィルム（図示せず）をさらに含んでもよい。具体的に、バックライトモジュール３１０は、青色光光源３１２及び導光板３１４を含む。特定の実施形態において、バックライトモジュール３１０は、導光板３１４の底部の上（即ち、外側の表面）に配置される反射シート（図示せず）をさらに含んでもよい。液晶表示装置３００のフィルム層は、例示の目的で提供されることに留意すべきである。フィルム層の大きさや位置が変化してもよい。なお、いくつかのフィルム層の間にセルギャップを有することについて説明するが、液晶表示装置３００の実際の構造について、フィルム層の間にセルギャップを有しても有しなくてもよい。
【0039】
図３Ａに示すように、青色光光源３１２は、４５０ｎｍ〜４９５ｎｍの範囲の波長を有する青色光３１６を出射するために用いられる。代替実施形態において、光源３１２は、紫外線光源又は他の適切な光源であってもよい。上述のように、異なる大きさのナノ結晶を有する量子ドットは、ＲＧＢの三原色を生成するために用いられることが可能である。したがって、異なる大きさのナノ結晶を有するように量子ドットシート３３０における量子ドットを配置することにより、量子ドットシート３３０は、青色光３１６を入射光として用いてＲＧＢの三原色の光を生成することができる。青色光３１６が量子ドットシート３３０を通過することにより、ＲＧＢの三原色の光を生成することができる。
【0040】
しかし、単に液晶表示装置３００における量子ドットシート３３０を使用するだけで、液晶表示装置３００の光効率を改善することができない。図３Ｂは、本発明の一実施形態による量子ドット層を用いた液晶レンズ表示装置の光効率を示す図である。同図は、全米テレビジョン放送方式標準化委員会（Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ Ｃｏｍｍｉｔｔｅｅ，ＮＴＳＣ）規格に基づいて得たものである。色域が約７２％から約１０９％まで改善することができる（規格化強度の単位なし）。しかし、青色光の量子ドット（Ｂ−ＱＤ）は、所望の光学性能を維持すれば、緑色光の量子ドット（Ｇ−ＱＤ）及び赤色光の量子ドット（Ｒ−ＱＤ）の光効率を向上させることができる。
【0041】
上記説明によれば、本発明の一態様は、液晶表示装置の光効率を向上させるために、量子ドット層及び光遮蔽構造を用いた液晶レンズ表示装置に関する。
【0042】
図４Ａは、本発明の一実施形態による光遮蔽構造及び量子ドット層を用いた液晶レンズ表示装置を示す断面図である。同図に示すように、液晶レンズ表示装置４００は、バックライトモジュール４１０及び液晶構造を含む。具体的に、液晶構造は、偏光シート４２０、第１基板４３０、液晶層４４０、光遮蔽構造４５０、量子ドット層４６０、カラーフィルタ層４７０、及び第２基板４８０を含む。特定の実施形態において、液晶レンズ表示装置４００は、第１基板４３０の内側の表面に配置される複数の第１透明電極４４２と、液晶層４４０の第１基板４３０から遠い側に配置される複数の第２透明電極４４４とをさらに含んでもよい。つまり、複数の第２透明電極４４４は、第２基板４８０の内側の表面に配置され、光遮蔽構造４５０は、第２基板４８０とこれらの第２透明電極４４４との間に挟設される。言い換えれば、液晶層４４０は、第１基板４３０と第２透明電極４４４との間に挟設される。このように、第１基板４３０及び第２透明電極４４４は、それぞれ、液晶層４４０の２つの互いに反対側となる表面（上面及び下面）に配置される。液晶レンズ表示装置４００のフィルム層は、例示の目的で提供されることに留意すべきである。フィルム層の大きさや位置が変化してもよい。なお、あるフィルム層の間にセルギャップを有することについて説明するが、液晶レンズ表示装置４００の実際の構造について、フィルム層の間にセルギャップを有しても有しなくてもよい。
【0043】
特定の実施形態では、セルギャップを画定するように、第１基板４３０及び第２基板４８０は離れて配置されている。特定の実施形態において、第１基板４３０及び第２基板４８０は、所望の透明基板材料によって形成されてよい。第１基板４３０及び第２基板４８０は、例えば、ガラス、プラスチック基板、又は他の適切な基板などの透明基板であってもよい。
【0044】
バックライトモジュール４１０は、偏光シート４２０のセルギャップとは反対側に配置されている。つまり、バックライトモジュール４１０は、偏光シート４２０の外側表面の下に配置され、偏光シート４２０は、第１基板４３０の外側の表面の下に配置されている。図４Ａに示すよう、バックライトモジュール４１０は、青色光光源４１２、反射シート４１６及び導光構造（光ガイド板又は導光板ともいう）４１４を含む。青色光光源４１２は、液晶構造の入射光として青色光ビーム４１８を放射するために用いられる。代替実施形態において、青色光光源４１２は、紫外線光源又は他の適切な光源であってもよい。特定の実施形態において、青色光光源４１２は、青色発光ダイオード（ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ，ＬＥＤ）であってもよい。導光構造４１４は、青色光ビーム４１８を偏光シート４２０に向けて案内するように構成され、反射シート４１６は、導光構造４１４の底面の表面の下に配置され、導光構造４１４においてビーム青色光４１８を反射するように構成される。特定の実施形態において、反射シート４１６及び導光構造４１４は、図１に示された反射シート１１６及び導光板１１４と類似であってもよい。
【0045】
偏光シート４２０は、第１基板４３０のセルギャップとは反対側に配置され、即ち、第１基板４３０の外側の表面の上に配置される。これにより、バックライトモジュール４１０から出射された青色光ビーム４１８は、偏光シート４２０に向かって案内されるように、例えば図４Ａに示す垂直方向などの所定の方向に沿って液晶構造に進入する。つまり、青色光４１８ビームは、例えば、液晶層４４０に実質的に垂直な所定方向に沿って液晶構造を進入するように、偏光シート４２０に向かって案内される。図１に示す液晶表示装置１００と比較して、液晶レンズ表示装置４００の第２基板４８０の外側の表面には、偏光シートが存在しないことに留意すべきである。仮に、液晶レンズ表示装置４００の第２基板４８０の外側の表面上に偏光シートが存在する場合、液晶レンズ表示装置４００を通過する光は、その偏光シートによって目に入射する方向からずれてしまい、画質を低下させ、さらに、画像を表示することができなくなる問題を引起す可能性がある。
【0046】
液晶層４４０は、セルギャップにおいて、複数の表示画素を画定するように、液晶分子によって形成される。具体的に、図４Ａには、１つの表示画素のみが示されている。特定の実施形態において、液晶層の各表示画素は、オン状態（起動又は有効化ともいう，ｔｕｒｎｅｄ ｏｎ）と後述するオフ状態（停止又は無効化ともいう，ｔｕｒｎｅｄ ｏｆｆ）との間で切り替え可能に構成されている。
【0047】
光遮蔽構造４５０は、セルギャップにおいて液晶層４４０及び量子ドット層４６０との間に介在する。つまり、光遮蔽構造４５０は、第２透明電極４４４と量子ドット層４６０との間に位置する。具体的に、光遮蔽構造４５０は、液晶層４４０と離れて配置される第１遮蔽層４５４と、互いに離れて配置される第１遮蔽層４５４と液晶層４４０との間に介在する（挟設される）第２遮蔽層４５２とを含む。言い換えれば、第１遮蔽層４５４は、液晶層４４０から遠い位置に配置され、第２遮蔽層４５２は、液晶層４４０と第１遮蔽層４５４との間に配置（挟設）される。具体的に、量子ドット層４６０は、第２基板４８０の内側表面上に配置される。第１遮蔽層４５４は、量子ドット層４６０上に配置され、第１誘電体層（図示せず）は、第１遮蔽層４５４を覆うようにその上に配置され、第２誘電体層（図示せず）は、第１誘電体層（図示せず）上に配置される。言い換えれば、第１誘電体層（図示せず）は、第１遮蔽層４５４と第２遮蔽層４５２との間に介在し（挟設され）、例えば、第１遮蔽層４５４及び４５２は、それぞれ、第１誘電体層の２つの互いに反対側となる表面（上面及び下面）に配置される。第２誘電体層（図示せず）は、第２遮蔽層４５２と第２透明電極４４４との間に介在し（挟設され）、例えば、第２遮蔽層４５２及び第２透明電極４４４は、それぞれ、第２誘電体層の２つの互いに反対側となる表面（上面及び下面）に配置される。上述したように、液晶層４４０は、第１透明電極４４２と第２透明電極４４４との間に介在し（挟設され）、即ち、第１透明電極４４２は、第１基板４３０の内側表面上に配置され、第２透明電極４４４は、第２遮蔽層４５２上に配置され、第２遮蔽層４５２と液晶層４４０との間に挟設される。特定の実施形態において、第１誘電体層及び第２誘電体層のうち少なくとも一方は、単層又は多層構造を有し、誘電体層の材料としては、無機材料（例えば、シリコン窒化物、シリコン酸化物、又はシリコン酸窒化物）、有機材料（例えば、ベンゾシクロブテン（Ｂｅｎｚｏｃｙｃｌｏｂｕｔｅｎｅ）、ポリイミド（ｐｏｌｙａｍｉｄｅ）、ポリエステル、又は他の適切なポリマー）、又は他の適切な材料、或いは上記材料の組み合わせが挙げられる。各第１遮蔽層４５４及び各第２遮蔽層４５２は、交互に配置された複数の開口部及び複数の遮蔽部を有する。例えば、１つの開口部及び１つの遮蔽部が順に配列され、その後にまた１つの開口部及び１つの遮蔽部が順に配列される。つまり、２つの隣接する開口部の間には、１つの遮蔽部が存在し、２つの隣接する遮蔽部の間には、１つの開口部が存在する。具体的に、第１遮蔽層４５４は、複数の第１開口部及び第１遮蔽部（黒色で示される）を有し、第１遮蔽層４５４は、複数の第２開口部及び第２遮蔽部（黒色で示される）を有する。液晶層の各表示画素は、光が第２開口部を通過するように、少なくとも１つの第２開口部に対応している。また、液晶層４４０（例えば、図４Ａに示す垂直方向）に対して略垂直な第１方向に沿って、第２遮蔽層４５２の各第２開口部は、第１遮蔽層４５４の第１遮蔽部のうち１つに対応し、第１遮蔽層４５４の各第１開口部は、第２遮蔽層４５２の第２遮蔽部のうち１つに対応している。第２遮蔽層４５２の各第２開口部は、それが対応する第１遮蔽層４５４の第１遮蔽部より狭いように配置され、即ち、第２開口の幅は、その第２開口が対応する第１遮蔽部の幅より小さい。一方、第１遮蔽層４５４の各第１開口部は、それが対応する第２遮蔽層４５２の第２遮蔽部より狭いように配置され、即ち、第１開口の幅は、その第１開口が対応する第２遮蔽部の幅より小さい。言い換えれば、第１遮蔽層４５４の各第１開口部と第２遮蔽層４５２の各第２開口部は、互いに重ならないようにずれて配置されている。同様に、第１遮蔽層４５４の各第１遮蔽部と第２遮蔽層４５２の各遮蔽部も、互いにずれて配置されている。これにより、青色光ビームがこの垂直方向に沿って液晶層４４０を通過すると、青色光は第１遮蔽層４５４の第１遮蔽部又は第２遮蔽層４５２の第２遮蔽部のいずれか１つによって遮断される。
【0048】
特定の実施形態において、液晶レンズ表示装置４００は、カラーフィルタ層４７０をさらに含む。量子ドット層４６０は、セルギャップにおいて、光遮蔽構造４５０とカラーフィルタ層４７０との間に位置する（挟設される）。つまり、カラーフィルタ層４７０及び第１遮蔽層４５４は、それぞれ、量子ドット層４６０の２つの互いに反対側となる表面（上面及び下面）上に配置されている。特定の実施形態において、量子ドット層４６０は、図３Ａに示す量子ドットシート３３０と類似なものであってもよい。特定の実施形態において、カラーフィルタ層４７０は、第２基板４８０の外側表面上に配置されてもよい。特定の実施形態において、異なる大きさのナノ結晶を有するように量子ドット層４６０における量子ドットを配置することにより、量子ドット層４６０は、青色光３１６を入射光として用いてＲＧＢの三原色の光を生成することができる。
【0049】
本実施形態において、カラーフィルタ層４７０は、量子ドット層４６０と第２基板４８０との間に配置されるが、本発明はこれに限定されない。特定の実施形態において、カラーフィルタ層４７０は、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の三原色又は他の色（例えば、黄色や白色）を表示するための複数のカラーフィルタを含むＲＧＢカラーモデルを採用している。カラーフィルタは、三原色を主として混合することであらゆる種類の色を提供するように配置される。
【0050】
上述したように、液晶層４４０の各表示画素は、第１透明電極４４２及び第２透明電極４４４によって、オン状態とオフ状態とに切り替え可能に構成されている。具体的には、第１透明電極４４２及び第２透明電極４４４に所望の電圧を提供すると、第１透明電極４４２と第２透明電極４４４との間で所定の電圧を得ることができる。電界は、液晶層４４０の液晶分子が所定のリタデーション（ｒｅｔａｒｄａｔｉｏｎ）を有するように液晶分子を駆動することにより、表示画素をオフ状態からオン状態に切り替えることができる。
【0051】
図４Ｂは、図４Ａに示された液晶レンズ表示装置を示す図で、表示画素がオフ状態の場合を示す図である。同図に示すように、表示画素がオフ状態（停止又は無効化ともいう，ｔｕｒｎｅｄ ｏｆｆ）である場合、青色光ビームが表示画素を通過し、屈折されずに垂直方向に沿って液晶層４４０の液晶分子を通過する（つまり、第１方向は液晶層４４０に略垂直である）。この場合、液晶層４４０を通過した青色光ビームのそれぞれは、第１遮蔽層４５４の第１遮蔽部及び第２遮蔽層４５２の第２遮蔽部によって遮断され、量子ドット層４６０に到達することができない。言い換えれば、表示画素がオフ状態である場合、入射光は、量子ドット層４６０に到達することができない。
【0052】
図４Ｃは、図４Ａに示された液晶レンズ表示装置を示す図で、表示画素がオン状態の場合を示す図である。同図に示すように、表示画素がオン状態（起動又は有効化ともいう，ｔｕｒｎｅｄ ｏｎ）である場合、第１透明電極４４２及び第２透明電極４４４は、液晶層４４０の液晶分子が所定のリタデーションを有するように駆動することにより、液晶レンズ（点線で示される）が形成される。この場合、液晶層４４０を通過した青色光ビームは、液晶分子によって形成された液晶レンズにより屈折されて所定のリタデーションを有することにより、屈折した青色光の一部は、第２遮蔽層４５２の第２開口部のうち１つ及び第１遮蔽層４５４の第１開口部のうち１つを通過して量子ドット層４６０に到達する。言い換えれば、表示画素がオン状態である場合、青色光の一部は、光遮蔽構造４５０を通過するように屈折されて量子ドット層４６０に到達する。
【0053】
図５は、本発明の一実施形態による表示画素がオン状態であるとき、液晶レンズ表示装置の液晶層における液晶分子のリタデーションを示す図である。同図に示すように、第１透明電極４４２と第２透明電極４４４との間の所定の電圧差によって生成された電界により、液晶層４４０の液晶分子４４６が回転することで、液晶レンズ４４８（曲線で示される）が形成される。
【0054】
図６Ａは、本発明の他の実施形態による光遮蔽構造及び量子ドット層を用いた液晶レンズ表示装置を示す断面図である。液晶レンズ表示装置６００は、バックライトモジュール６１０及び液晶構造を含む。具体的には、液晶構造は、偏光シート６２０、第１基板６３０、液晶層６４０、光遮蔽構造６５０、量子ドット層６６０、及び第２基板６８０を含む。特定の実施形態において、液晶レンズ表示装置６００は、第１基板６３０上に配置される複数の第１透明電極６４２と、液晶層６４０の第１基板６３０から遠い側に配置される複数の第２透明電極６４４とをさらに含んでもよい。液晶レンズ表示装置６００のフィルム層は、例示の目的で提供されることに留意すべきである。フィルム層の大きさや位置が変化してもよい。なお、あるフィルム層の間にセルギャップを有することについて説明するが、液晶レンズ表示装置６００の実際の構造について、フィルム層の間にセルギャップを有しても有しなくてもよい。なお、図６Ａに示す液晶レンズ表示装置６００は、カラーフィルタ層及び第２基板６８０の外側表面に設けられる偏光シートを有しないことを除いて、図４Ａに示す液晶レンズ表示装置４００とほぼ同じ構造を含む。このため、液晶レンズ表示装置６００の構造の詳細は、以下省略する。
【0055】
図６Ｂは、図６Ａに示された液晶レンズ表示装置を示す図で、表示画素がオフ状態の場合を示す図である。同図に示すように、表示画素がオフ状態（停止又は無効化ともいう，ｔｕｒｎｅｄ ｏｆｆ）である場合、青色光ビームが表示画素を通過し、屈折されずに垂直方向に沿って液晶層６４０の液晶分子を通過する（つまり、第１方向は液晶層６４０に略垂直である）。この場合、液晶層６４０を通過した青色光ビームのそれぞれは、第１遮蔽層６５４の第１遮蔽部及び第２遮蔽層６５２の第２遮蔽部によって遮断され、量子ドット層６６０に到達することができない。言い換えれば、表示画素がオフ状態である場合、入射光は、量子ドット層６６０に到達することができない。
【0056】
図６Ｃは、図６Ａに示された液晶レンズ表示装置を示す図で、表示画素がオン状態の場合を示す図である。同図に示すように、表示画素がオン状態（起動又は有効化ともいう，ｔｕｒｎｅｄ ｏｎ）である場合、第１透明電極６４２及び第２透明電極６４４は、液晶層６４０の液晶分子が所定のリタデーションを有するように駆動することにより、液晶レンズ（点線で示される）が形成される。この場合、液晶層６４０を通過した青色光ビームは、液晶分子によって形成された液晶レンズにより屈折されて所定のリタデーションを有することにより、屈折した青色光の一部は、第２遮蔽層６５２の第２開口部のうち１つ及び第１遮蔽層６５４の第１開口部のうち１つを通過して量子ドット層６６０に到達する。言い換えれば、表示画素がオン状態である場合、青色光の一部は、光遮蔽構造６５０を通過するように屈折されて量子ドット層６６０に到達する。
【0057】
図７Ａは、本発明の別の実施形態による光遮蔽構造及び量子ドット層を用いた液晶レンズ表示装置を示す断面図である。同図に示すように、液晶レンズ表示装置７００は、バックライトモジュール７１０及び液晶構造を含む。具体的に、液晶構造は、偏光シート７２０、第１基板７３０、液晶層７４０、光遮蔽構造７５０、量子ドット層７６０、カラーフィルタ層７７０、及び第２基板７８０を含む。特定の実施形態において、液晶レンズ表示装置７００は、第１基板７３０内側表面上に配置される複数の第１透明電極７４２と、液晶層７４０の第１基板７３０から遠い側に配置される透明共通電極（即ち、第２透明電極）７４４とをさらに含んでもよい。透明共通電極７４４は、平面電極（全面電極ともいい、パターン又はスリットが存在しない）である。垂直方向において、第２遮蔽層７５２の第２遮蔽部及び第１遮蔽層７５４の第１遮蔽部は、１つの第１透明電極７４２に対応し、つまり、第２遮蔽層７５２の第２遮蔽部及び第１遮蔽層７５４の第１遮蔽部は、１つの第１透明電極７４２と重なるように配置される。液晶レンズ表示装置７００のフィルム層は、例示の目的で提供されることに留意すべきである。フィルム層の大きさや位置が変化してもよい。なお、あるフィルム層の間にセルギャップを有することについて説明するが、液晶レンズ表示装置７００の実際の構造について、フィルム層の間にセルギャップを有しても有しなくてもよい。また、図７Ａに示す液晶レンズ表示装置７００は、第１透明電極及び第２透明電極が異なること以外、図４Ａに示す液晶レンズ表示装置４００とほぼ同じ構造を含む。具体的に、図７Ａに示す液晶レンズ表示装置７００と図４Ａに示す液晶レンズ表示装置４００の差異点は、図４Ａに示す第２透明電極４４４の代わりに透明共通電極７４４を用いる点、及び第１透明電極７４２の大きさ及び位置が図４Ａに示す第１透明電極４４２と異なる点にある。このため、液晶レンズ表示装置７００の構造の詳細は、以下省略する。
【0058】
図７Ｂは、図７Ａに示された液晶レンズ表示装置における表示画素がオフ状態である場合を示す図である。同図に示すように、表示画素がオフ状態（停止又は無効化ともいう，ｔｕｒｎｅｄ ｏｆｆ）である場合、青色光ビームが表示画素を通過し、屈折されずに垂直方向に沿って液晶層７４０の液晶分子を通過する（つまり、第１方向は液晶層７４０に略垂直である）。この場合、液晶層７４０を通過した青色光ビームのそれぞれは、第１遮蔽層７５４の第１遮蔽部及び第２遮蔽層７５２の第２遮蔽部によって遮断され、量子ドット層７６０に到達することができない。言い換えれば、表示画素がオフ状態である場合、入射光は、量子ドット層７６０に到達することができない。
【0059】
図７Ｃは、図７Ａに示された液晶レンズ表示装置を示す図で、表示画素がオン状態の場合を示す図である。同図に示すように、表示画素がオン状態（起動又は有効化ともいう，ｔｕｒｎｅｄ ｏｎ）である場合、第１透明電極７４２及び透明共通電極７４４は、液晶層７４０の液晶分子が所定のリタデーションを有するように駆動することにより、液晶レンズ（点線で示される）が形成される。この場合、液晶層７４０を通過した青色光ビームは、液晶分子によって形成された液晶レンズにより屈折されて所定のリタデーションを有することにより、屈折した青色光の一部は、第２遮蔽層７５２の第２開口部のうち１つ及び第１遮蔽層７５４の第１開口部のうち１つを通過して量子ドット層７６０に到達する。言い換えれば、表示画素がオン状態である場合、青色光の一部は、光遮蔽構造７５０を通過するように屈折されて量子ドット層７６０に到達する。
【0060】
図８は、本発明の他の実施形態による表示画素がオン状態であるとき、液晶レンズ表示装置の液晶層における液晶分子のリタデーションを示す図である。同図に示すように、第１透明電極７４２と第２透明電極７４４との間の所定の電圧差によって生成された電界により、液晶層７４０の液晶分子７４６が回転することで、液晶レンズ７４８（曲線で示される）が形成される。
【0061】
図９Ａは、本発明の別の実施形態による表示画素がオン状態であるとき、光遮蔽構造及び量子ドット層を用いた液晶レンズ表示装置を示す断面図である。同図に示すように、液晶レンズ表示装置９００は、バックライトモジュール９１０及び液晶構造を含む。具体的に、液晶構造は、偏光シート９２０、第１基板９３０、液晶層９４０、光遮蔽構造９５０、量子ドット層９６０、カラーフィルタ層９７０、及び第２基板９８０を含む。特定の実施形態において、液晶レンズ表示装置９００は、第１基板９３０内側表面上に配置される複数の第１透明電極９４２と、液晶層９４０の第１基板９３０から遠い側に配置される透明共通電極（即ち、第２透明電極）９４４とをさらに含んでもよい。透明共通電極９４４は、平面電極（全面電極ともいい、パターン又はスリットが存在しない）である。液晶レンズ表示装置９００のフィルム層は、例示の目的で提供されることに留意すべきである。フィルム層の大きさや位置が変化してもよい。なお、あるフィルム層の間にセルギャップを有することについて説明するが、液晶レンズ表示装置９００の実際の構造について、フィルム層の間にセルギャップを有しても有しなくてもよい。また、図９Ａに示す液晶レンズ表示装置９００は、カラーフィルタ層９７０の大きさ及び位置が異なる点、及び光遮蔽構造９６０、液晶層９４０のリタデーション及び第１透明電極がそれに応じて異なる点以外、図７Ａに示す液晶レンズ表示装置７００とほぼ同じ構造を含む。具体的には、図９Ａに示す液晶レンズ表示装置９００は、図７Ａに示す液晶レンズ表示装置７００とカラーフィルタの異なる配置を有する。例えば、２つの隣接する異なる色を有するカラーフィルタ層９７０又は量子ドット層９６０のカラーフィルタとの間に境界が存在し、これら境界は、第１遮蔽層９５４の一部の第１開口及び第２遮蔽層９５２の一部の第２遮蔽部に対応している。また、異なる色を有するカラーフィルタ層９７０又は量子ドット層９６０における第１遮蔽層９５４の他の第１開口部は、第２遮蔽層９５２の他の第２遮蔽部に対応し、つまり、第１遮蔽層９５４の他の第１開口部は、単一（同一）の色を有するカラーフィルタ層９７０又は量子ドット層９６０において、第２遮蔽層９５２の他の第２遮蔽部に対応している。ただし、第１遮蔽層９５４の第１遮蔽部は、第２遮蔽層９５２の第２開口に対応している。言い換えれば、一部（例えば、複数）の第１透明電極９４２は、第１遮蔽層９５４の一部の第１開口部に対応している。そのうち、一部の第１開口は、２つの隣接する異なる色を有するカラーフィルタ（例えば、ＲＧ、ＧＲ又はＢＲ）の境界に位置し、緑色のカラーフィルタの第１遮蔽層９５４の他の第１開口部は、その他（例えば、１つ）の第１透明電極９４２に対応している。したがって、第１透明電極９４２は、液晶層９４０のリタデーションを変更するように対応して配置され、第１遮蔽層９５４及び第２遮蔽層９５２は、屈折された青色光ビームがこれら第２遮蔽層９５２の第２開口及び第１遮蔽層９５４の第１開口を確実に通過できるように、対応して配置される。このため、液晶レンズ表示装置９００の構造の詳細は、以下省略する。
【0062】
上述したように、液晶レンズ表示装置の構造は、液晶レンズ表示装置の設計及び製造要件に応じて変化し得る。例えば、カラーフィルタ層のカラーフィルタ配置は、より良好な色表示品質を達成するために、ディスプレイの要件に応じて変更することができる。特定の実施形態において、各表示画素は、複数のサブ画素を含み、各副画素は、ＲＧＢの光のいずれかを表示するように構成された発光領域を示すカラーフィルタのうち１つに対応することができる。この場合、例えば、遮蔽層や透明電極などの液晶レンズ表示装置の他の構造は、カラーフィルタの配置に対応して配置されてもよい。
【0063】
図９Ｂは、本発明の一実施形態による液晶レンズ表示装置のカラーフィルタ層及び透明電極を示す図である。図９Ｃは、図９ＢのＡ−Ａ線に沿った液晶レンズ表示装置を示す断面図である。図９Ｃ図に示すように、カラーフィルタ層９７０は、第２基板９８０の内側表面上に形成される。図９Ｂに示すように、カラーフィルタ層９７０は、複数のカラーフィルタを含み、各カラーフィルタは、ＲＧＢの三原色の１つを表す。図９Ｂに示すように、この場合、第１遮蔽層９５４の第１遮蔽部は、例えば、図４Ａに示す２つのカラーフィルタの境界に位置する第１遮蔽部のように、カラーフィルタ層９７０の２つのカラーフィルタの境界の間に追加して配置されることができる。図９Ａに示す元の第１遮蔽部と追加された第１遮蔽部との間には、光を通過させために第１開口が依然として存在する。ただし、図９Ａにおいて光がいずれかのカラーフィルタを通さないことを回避するように、図９Ｂにおける２つのカラーフィルタの境界に追加された第１遮蔽部の幅は、図４Ａにおける２つのカラーフィルタの境界に位置する第１遮蔽部の幅よりも小さい。具体的に、カラーフィルタ層９７０の２つのカラーフィルタの境界の間に第１遮蔽層９５４の第１遮蔽部を配置する理由は、混色を回避することにある。屈折又は光ビームがカラーフィルタの境界からずれる場合、屈折又はずれた青色光ビームが誤ったカラーフィルタに入ると、混色が発生する。例えば、屈折光ビームは、赤色のカラーフィルタに入ろうとするが、赤色のカラーフィルタの境界からずれて隣接する緑色のカラーフィルタに進入すると、混色が発生する。カラーフィルタ層９７０のカラーフィルタの境界の間に第１遮蔽層９５４の第１遮蔽部を配置することにより、液晶レンズによって屈折された青色光ビームは、指定されたカラーフィルタのみを進入することができ、色混合を回避することができる。
【0064】
上述したように、量子ドット層及び光遮蔽構造を用いることにより、液晶レンズ表示装置は、製造及び組立コストが低いままであるが、高輝度や高コントラストを達成することができ、高い光学効率を維持することができる。
【0065】
図１０Ａ〜図１５Ａは、本発明の一実施形態による液晶レンズ構造を形成する複数の工程を示す図である。図１０Ａ及び図１０Ｂに示すように、複数の画素電極１０４２が形成される。特定の実施形態において、画素電極１０４２は、図９Ａに示す第１基板９３０の内側表面上に位置する第１透明電極９４２と類似である。第１透明電極９４２は、複数のスリットを有し、各スリットは、２つの隣接する第１透明電極９４２の間に配置される。図１１に示すように、ブラックマトリックス（ｂｌａｃｋ ｍａｔｒｉｘ，ＢＭ）層１０８０は、第２基板９８０の内側表面に形成され、ブラックマトリックス層１０８０は、２つの隣接する表示画素の境界に配置される。図１２に示すように、第１遮蔽層１０５４は、第２基板９８０及びブラックマトリックス層１０８０上に形成され、複数の第１遮蔽部及び複数の開口部を含む。第１遮蔽部は、第１透明電極９４２のスリットに対応し、第１開口部は、第１透明電極９４２に対応している。また、第１透明有機層（第１誘電体層とも称する）１０５６は、第１遮蔽層１０５４上に形成される。換言すれば、第１誘電体層１０５６は、第１遮蔽層１０５４を覆っている。図１３に示すように、第２遮蔽層１０５２は、第１誘電体層１０５６上に形成され、複数の第２遮蔽部及び複数の第２開口部を有し、第１誘電体層１０５６は、第１遮蔽層１０５４と第２遮蔽層１０５２を分離するように配置される。これら第２遮蔽部が第１開口部に対応し、各第２遮蔽部は、２つの隣接する第１遮蔽部（２つの異なる色のカラーフィルタ上に位置する）及びブラックマトリックス層の一部と重なり、これら第２開口は、これら第１遮蔽部に対応している。特定の実施形態において、第１遮蔽層１０５４及び第２遮蔽層１０５２によって、光遮蔽構造１０５０が形成される。また、第２透明有機層（第２誘電体層とも称する）１０５８は、第２遮蔽層１０５２上に形成される。つまり、第２誘電体層１０５８は、第２遮蔽層１０５２を覆っている。特定の実施形態において、第１誘電体層１０５６及び第２誘電体層１０５８の材料としては、上述した有機材料、上述した無機材料又は他の適切な材料、或いはこれらの組み合わせであってもよい。図１４に示すように、透明共通電極（即ち、第２透明電極）１０４４は、第２誘電体層１０５８上に形成される。つまり、透明共通電極１０４４は、第２誘電体層１０５８、第２遮蔽層１０５２、第１誘電体層１０５６、第１遮蔽層１０５４とブラックマトリックス層１０８０を覆っている。言い換えれば、透明共通電極１０４４は、液晶層に近い第２基板９８０の内側表面上に配置され、第１遮蔽層１０５４は、液晶層から遠い第２基板９８０の内側表面上に配置され、第２遮蔽層１０５２は、第２基板９８０の内側表面上に配置され、透明共通電極１０４４と第１遮蔽層１０５４との間（サンドイッチ構造）に挟設される。特定の実施形態において、透明共通電極１０４４は、図７Ａ及び図９Ａに示す透明共通電極９４４と類似である。また、図１５Ａに示すように、画素電極（第１透明電極とも称する）１０４２と透明共通電極（第２透明電極とも称する）１０４４との間に、複数の液晶分子を充填することにより、液晶層１０４０を形成する。透明共通電極１０４４は、平面電極（全面電極ともいい、パターン又はスリットが存在しない）である。
【0066】
図１５Ｂは、本発明の一実施形態による液晶構造を形成する工程を示すフローチャートである。同図に示すように、ステップ１５１０では、セルギャップを画定するように第１基板及び第２基板を離れて配置する。ステップ１５２０では、セルギャップにおいて量子ドット層を形成する。ステップ１５３０では、セルギャップにおいて第１基板と量子ドット層との間に光遮蔽構造を形成する。特定の実施形態において、上述した実施形態のように、光遮蔽構造は、第１遮蔽層、第１透明有機層（第１誘電体層とも称する）、第２遮蔽層、及び第２透明有機層（第２誘電体層とも称する）を含んでもよい。ステップ１５４０では、セルギャップにおいて第１基板と光遮蔽構造との間に液晶分子を充填して液晶層を形成する。構造及びフィルム層の詳細について、上記実施形態に記載されている。
【0067】
特定の実施形態において、必要に応じて、液晶構造を形成する工程は、第１基板のセルギャップとは反対側、即ち、第１基板の外側表面上に偏光シートを形成する工程と、量子ドット層と第２基板との間にカラーフィルタ層を形成する工程とを含んでもよい。また、第２基板の外側表面には、偏光シートが存在しない。
【0068】
特定の実施形態において、必要に応じて、液晶構造を形成する工程は、第１基板上に複数の第１透明電極を形成する工程と、液晶層の第１基板から遠い側に複数の第２透明電極を形成する工程と、をさらに含み、各表示画素は、複数の第１透明電極のうち少なくも１つ及び複数の第２透明電極のうち少なくも１つに対応し、各表示画素に対応する第１透明電極と第２透明電極との間に所定の電圧差を提供する場合、各表示画素に対応する第１透明電極及び第２透明電極は、少なくとも１つの液晶レンズが形成されるために表示画素の液晶分子が駆動されて所定のリタデーションを有することにより、表示画素をオン状態に切り替える。
【0069】
図１６は、本発明の一実施形態による図１０Ａ〜図１５に示された工程により形成された液晶構造を示す斜視図である。図１７Ａ及び図１７Ｂは、図１６に示す液晶構造の断面図である。図１７Ａには、液晶層がオフ状態（停止又は無効化ともいう，ｔｕｒｎｅｄ ｏｆｆ）である場合が示される。図１７Ｂには、液晶層がオン状態（起動又は有効化ともいう，ｔｕｒｎｅｄ ｏｎ）である場合が示される。本実施形態において、画素電極（第１透明電極とも称する）１０４２の駆動電圧は約５Ｖである。特定の実施形態において、量子ドット層１０７０、第１遮蔽層１０５４及び第２遮蔽層１０５２を備える光遮蔽構造１０５０、第１誘電体層１０５６、第２誘電体層１０５８、第２透明電極１０４４、液晶層１０４０、及び第１透明電極１０４２は、図１０Ａ〜図１５Ｂに示す上記実施形態で説明したようなものと類似である。
【0070】
上述の液晶レンズ表示装置の実施例に示すように、液晶層によって形成された各液晶レンズは、凸レンズである。表示品質の重要な要因は、液晶レンズの焦点距離Ｆである。特定の実施形態において、液晶レンズの焦点距離Ｆは、液晶の異常光屈折率ｎｅ（ｅｘｔｒａｏｒｄｉｎａｒｙ ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ ｉｎｄｅｘ）を使用して計算することにより得ることができる。特定の実施形態において、屈折率分布（ｇｒａｄｉｅｎｔ ｉｎｄｅｘ， ＧＲＩＮ）と液晶レンズの焦点距離Ｆは、次式によって決定することができる。【数1】
【数2】
【0071】
ｒは液晶レンズの曲率半径、ｎは屈折率分布（単位なし）、ｎｍａｘはｎｅの最大値（単位なし）、ｄはセルギャップの距離（μｍ）、αは定数をそれぞれ示している。これにより、ｎ（ｒ）はｒにおける液晶の屈折率である。特定の実施形態において、液晶レンズの曲率半径ｒは約２〜６μｍ、セルギャップの距離ｄは約３〜５μｍの範囲内にあり、ｎｍａｘは約１．６〜１．８の範囲内にあり、αは約０．１５〜０．２５（単位なし）の範囲内である。一実施形態においては、曲率半径ｒは約３．５〜４．１μｍの範囲内にあり、セルギャップの距離ｄは約４μｍであり、ｎｍａｘは約１．６９６５であり、αは、約０．２である。
【0072】
図１８Ａ及び図１８Ｂは、液晶層の屈折率を示す図である。図１８Ａは、液晶層がオフ状態である場合を示す。図１８Ｂは、液晶層がオン状態である場合を示す。図１８Ａに示すように、液晶層がオフ状態（停止又は無効化ともいう，ｔｕｒｎｅｄ ｏｆｆ）である場合、すべての液晶分子は、通常屈折率ｎｏ（ｏｒｄｉｎａｒｙ ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ ｉｎｄｅｘ）を有する。図１８Ｂに示すように、液晶層がオン状態（起動又は有効化ともいう，ｔｕｒｎｅｄ ｏｎ）に切り替わると、一部の液晶分子は、異常光屈折率ｎｅを有することにより、液晶レンズを形成するように、その向きを変更することができる。特定の実施形態では、図１８Ｂに示す屈折率の図から定数αを得ることができる。特定の実施形態では、例えば、ｎｏは約１．４８７１であってもよく、ｎｅは約１．６９６５であってもよい。
【0073】
図１８Ｃは、本発明の一実施形態による液晶レンズの焦点距離Ｆのｎｅを算出するためのシミュレートされた液晶分子の配向を示す図である。図１８Ｄは、本発明の一実施形態によるｎｅ算出のｘ−ｎｅの関係を示す図である。２ＤｉＭｍｏｓを用いてｎｅを計算すると、図１８Ａに示すシミュレートされた液晶分子の配向が得られる。図１８Ｄに示すように、ｎｏを約１．４８７１とし、ｎｅを１．６９６５とする場合には、４つの特定の位置（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３及びＰ４）のデータが得られる。ｎｅの計算に基づいて、以下の結果が得られる。【表1】
【表2】
【0074】
計算に基づいて、所望の焦点距離Ｆは、約１１μｍである。液晶の長さの焦点距離Ｆが決定されると、光遮蔽構造の第１遮蔽層及び第２遮蔽層の位置もそれに応じて決定することができる。特定の実施形態において、第２遮蔽層は、液晶レンズと第２遮蔽層の第２開口部との間の距離が焦点距離Ｆ程度であるように、液晶層から離れて配置されてもよい。言い換えれば、これら第２開口部は、液晶レンズの焦点近傍に配置されている。
【0075】
特定の実施形態において、第１遮蔽層及び第２遮蔽層は、液晶層の各表示画素において、表示画素がオン状態である場合、青色光ビームの一部が、第１開口のうち１つを貫通して量子ドット層に到達する前に、少なくとも１つの液晶レンズにより屈折されて複数の第２開口のうち１つを貫通するとともに、第１遮蔽層の複数の第１遮蔽部と第２遮蔽層の複数の第２遮蔽部との間に反射されるように配置される。
【0076】
図１９は、本発明の一実施形態による光遮蔽構造において、屈折された光は、第１遮蔽層の第１遮蔽部と第２遮蔽層の第２遮蔽部との間に反射される場合を示す図である。同図に示すように、屈折された青色光ビームは、第２遮蔽層１０５２の第２開口部及びこれら第１開口のうち１つを通過して量子ドット層に到達する前に、第１遮蔽層１０５４のこれら第１遮蔽部と第２遮蔽層１０５２の第２遮蔽部との間で反射される。この場合、第１遮蔽層１０５４の第１遮蔽部の少なくとも一部及び第２遮蔽層１０５２の第２遮蔽部は、反射材量を含む。これにより、屈折された光は、光学効率が低下することなく、第１遮蔽層１０５４の第１遮蔽部と第２遮蔽層１０５２の第２遮蔽部との間で反射されることができる。特定の実施形態において、光遮蔽構造物の大きさは、液晶層の焦点距離Ｆに基づいて決定される。同図に示すように、例えば、焦点距離Ｆは約１１μｍである場合、第１誘電体層１０５６の厚さＤ１は約２〜４μｍ、第２誘電体層１０５８の厚さＤ２は約９〜１３μｍ、液晶層１０４０の厚さＤ３は約３〜５μｍ、第１遮蔽層１０５４の厚さＤ４は約０．１〜１．０μｍ、第２遮蔽層１０５２の厚さＤ５は約０．１〜１．０μｍ、透明共通電極１０４４（第２透明電極とも称する）の厚さＤ６は約０．０５〜０．５μｍ、画素電極１０４２（第１透明電極とも称する）の厚さＤ７は約０．０５〜０．５μｍである。透明共通電極１０４４は、平面電極（スリット又はパターンが存在しない）であるが、これに限定されない。一実施形態において、例えば、Ｄ１は約３μｍ、Ｄ２は約１１μｍ、Ｄ３は約４μｍ、Ｄ４及びＤ５は約０．３μｍ、Ｄ６びＤ７は約０．１μｍである。
【0077】
特定の実施形態において、第１遮蔽層と第２遮蔽層は、青色光ビームの一部が、少なくとも１つの液晶レンズにより屈折されて複数の第２開口のうち１つ及び複数の第１開口のうち１つを直接貫通して量子ドット層に到達するように配置される。
【0078】
図２０は、本発明の一実施形態による光遮蔽構造において、屈折された光は、第２開口及び第２開口を直接貫通して量子ドット層に到達する場合を示す図である。同図に示すように、屈折された青色光ビームは、第１遮蔽層１０５４及び第２遮蔽層１０５２で反射されることなく、第２遮蔽層１０５２の第２開口及び第１遮蔽層１０５４の第１開口を直接貫通して量子ドット層１０６０に到達する。特定の実施形態において、第２遮蔽層１０５２の第２遮蔽部及び第１遮蔽層１０５４の第１遮蔽部は、上記実施形態において図４，図６，図７及び図９に示すような光遮蔽（光遮蔽材料）であってもよいが、光吸収（光吸収材料）であってもよい。特定の実施形態において、光遮蔽構造物の大きさは、液晶層の焦点距離Ｆに基づいて決定される。同図に示すように、例えば、焦点距離Ｆは約１１μｍである場合、第１誘電体層１０５６の厚さＤ１は約９〜１３μｍ、第２誘電体層１０５８の厚さＤ２は約９〜１３μｍ、液晶層１０４０の厚さＤ３は約３〜５μｍ、第１遮蔽層１０５４の厚さＤ４は約０．１〜１．０μｍ、第２遮蔽層１０５２の厚さＤ５は約０．１〜１．０μｍ、透明共通電極１０４４（第２透明電極とも称する）の厚さＤ６は約０．０５〜０．５μｍ、画素電極１０４２（第１透明電極とも称する）の厚さＤ７は約０．０５〜０．５μｍである。一実施形態において、例えば、Ｄ１は約１１μｍ、Ｄ２は約１１μｍ、Ｄ３は約４μｍ、Ｄ４及びＤ５は約０．３μｍ、Ｄ６びＤ７は約０．１μｍである。
【0079】
特定の実施形態において、上記のような液晶構造及び液晶レンズ表示装置は、任意の表示装置に適用されることができる。例えば、液晶レンズ表示装置は、カラー表示装置、白黒表示装置、又はグレーレベル表示装置であってもよい。
【0080】
要するに、本発明は、液晶構造を有する液晶レンズ表示装置を例示した。液晶構造は、液晶層、光遮蔽構造、及び量子ドット層を含む。液晶層は、複数の表示画素を画定し、液晶層の各表示画素は、オン状態（起動又は有効化ともいう，ｔｕｒｎｅｄ ｏｎ）とオフ状態（停止又は無効化ともいう，ｔｕｒｎｅｄ ｏｆｆ）との間で切り替え可能に構成されている。光遮蔽構造は、液晶層と量子ドット層との間に配置され、複数の第１開口と複数の第１遮蔽部とを有し、液晶層と離れて配置される第１遮蔽層と、複数の第２開口と複数の第２遮蔽部とを有し、互いに離れて配置される第１遮蔽層と液晶層との間に位置する第２遮蔽層とを含む。第１遮蔽層は、複数の第１開口と複数の第１遮蔽部とを有し、第２遮蔽層は、複数の第２開口と複数の第２遮蔽部とを有することにより、液晶層の各表示画素は、少なくとも１つの第２開口に対応し、各第２開口は、複数の第１遮蔽部のうち１つに対応し、液晶層に対して略垂直な第１方向に沿って、複数の第１遮蔽部のうち１つに対応し、各第２開口は、それが対応する第１遮蔽部よりも狭い（小さい）。液晶層の各表示画素について、表示画素がオン状態である場合、表示画素の液晶分子がリタデーションを有することにより液晶レンズが形成される。このように、表示画素を通過した青色光ビームは、少なくとも１つの液晶レンズにより屈折されて複数の第２開口部のうち１つ及び複数の第１開口部のうち１つを通過し、最後に量子ドット層に到達する。表示画素がオフ状態である場合、表示画素の液晶分子は、青色光ビームが屈折されることなく、第１方向に沿って表示画素を通過するようにする。このように、各青色光ビームは、量子ドット層に到達することなく、第１遮蔽層の第１遮蔽部又は第２遮蔽層の第２遮蔽部によって遮断される。
【0081】
本発明の例示的な実施形態の上記の説明は、単に例示及び説明の目的で提示されており、網羅的であること又は開示された正確な形態に本発明を限定するものではない。多くの修正及び変形が上記の教示に照らして可能である。
【0082】
発明及びその実際応用の原理を解釈するのに、上記具体的な実施例が選択されて詳しく説明した。したがって、当業者であれば本発明のもとで、その実際応用に適する様々な具体的な実施例及び修正を行うことができる。当業者なら本発明の精神及び領域を逸脱しない限り、その他の具体的な実施例を加えることができる。したがって、本発明の範囲は上記具体的な実施例によって限定されず、特許請求の範囲を基準とする。
【符号の説明】
【0083】
１００ 液晶表示装置１１０ バックライトモジュール
１１２ 光源
１１４ 導光板
１１６ 反射シート
１１８ 光
１２０ 拡散フィルム
１３０ 偏光シート
１４０ 液晶素子
１４２ 薄膜トランジスタ層
１４４ 液晶(分子)層
１４６ カラーフィルタ層
１５０ 偏光シート
２００ 量子ドット
２１０ コアナノ結晶
２２０ シェルナノ結晶
３００ 液晶表示装置
３１０ バックライトモジュール
３１２ 青色光光源
３１４ 導光板
３１６ 青色光
３３０ 量子ドットシート
３４０ 液晶素子
３５０ カラーフィルタ層
４００ 液晶レンズ表示装置
４１０ バックライトモジュール
４１２ 青色光光源
４１４ 導光構造（導光板）
４１６ 反射シート
４１８ 青色光ビーム
４２０ 偏光シート
４３０ 第１基板
４４０ 液晶層
４４２ 第１透明電極
４４４ 第２透明電極
４４６ 液晶分子
４４８ 液晶レンズ
４５０ 光遮蔽構造
４５２ 第２遮蔽層
４５４ 第１遮蔽層
４６０ 量子ドット層
４７０ カラーフィルタ層
４８０ 第２基板
６００ 液晶レンズ表示装置
６１０ バックライトモジュール
６１２ 青色光光源
６１４ 導光構造（導光板）
６１６ 反射シート
６１８ 青色光ビーム
６２０ 偏光シート
６３０ 第１基板
６４０ 液晶層
６４２ 第１透明電極
６４４ 第２透明電極
６５０ 光遮蔽構造
６５２ 第２遮蔽層
６５４ 第１遮蔽層
６６０ 量子ドット層
６７０ カラーフィルタ層
６８０ 第２基板
７００ 液晶レンズ表示装置
７１０ バックライトモジュール
７１２ 青色光光源
７１４ 導光構造（導光板）
７１６ 反射シート
７１８ 青色光ビーム
７２０ 偏光シート
７３０ 第１基板
７４０ 液晶層
７４２ 第１透明電極
７４４ 第２透明電極（透明共通電極）
７４６ 液晶分子
７４８ 液晶レンズ
７５０ 光遮蔽構造
７５２ 第２遮蔽層
７５４ 第１遮蔽層
７６０ 量子ドット層
７７０ カラーフィルタ層
７８０ 第２基板
９００ 液晶レンズ表示装置
９１０ バックライトモジュール
９１２ 青色光光源
９１４ 導光構造
９１６ 反射シート
９１８ 青色光ビーム
９２０ 偏光シート
９３０ 第１基板
９４０ 液晶層
９４２ 第１透明電極
９４４ 第２透明電極（透明共通電極）
９５０ 光遮蔽構造
９５２ 第２遮蔽層
９５４ 第１遮蔽層
９６０ 量子ドット層
９７０ カラーフィルタ層
１０４０ 液晶層
１０４２ 画素電極（第１透明電極）
１０４４ 第２透明電極（透明共通電極）
１０５０ 光遮蔽構造
１０５２ 第２遮蔽層
１０５４ 第１遮蔽層
１０５６ 第１誘電体層（第１透明有機層）
１０５８ 第２誘電体層（第２透明有機層）
１０７０ 量子ドット層
１０８０ ブラックマトリックス層