CN102207657A - 液晶透镜及其驱动方法以及立体显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液晶透镜及其驱动方法，该液晶透镜包括间隔设置的上基板和下基板、位于该上基板和该下基板之间的液晶层、位于该上基板相邻该液晶层的一侧的偏转电极、位于该下基板相邻该液晶层的一侧的公共电极以及在平行于该上基板和该下基板的方向将该液晶层分隔为多个液晶腔体的多个间隔物，通过控制每一液晶腔体上对应的偏转电极上所施加的电压动态周期变化，使得该液晶层在周期内交替形成左半液晶透镜和右半液晶透镜。本发明还提供应用上述液晶透镜的立体显示装置。通过上述方式，本发明公开的立体显示装置实现了良好的三维显示效果。

Description

液晶透镜及其驱动方法以及立体显示装置

技术领域

本发明涉及光学技术领域，特别是涉及一种液晶透镜及其驱动方法以及采用上述液晶透镜的立体显示装置。

背景技术

近年来，由于计算机CPU的处理速度和相关功能的大大增强，使得具有大信息容量特点的三维立体显示技术得到了迅速发展。在实现三维立体显示众多的技术当中，裸眼立体显示由于无需观察者佩戴专用眼镜的优点使得它在三维立体显示领域中备受青睐。

目前，实现裸眼立体显示技术的主要方式包括黑白视差障碍光栅和柱状物理透镜等方式，它们都是在水平方向上空间分割显示器已有像素结构，并通过在相应的左右像素上为观看者的左右眼分别提供两幅不同的图像，利用观看者眼的视差效应，从而产生三维立体图像感觉。

但是，由于这些实现方式都难以避免水平方向上分辨率的损失，当显示较小画面时会对画面进行分光从而产生分割的现象，使观察者看不清楚图像或图像显示不够精细，从而影响三维立体图像的观看效果。

发明内容

本发明提供了一种立体显示装置及其驱动方法，能够大大提高三维立体图像的观看效果。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种液晶透镜，包括：

间隔设置的上基板和下基板；

位于上基板和下基板之间的液晶层；

其中，立体显示装置还包括：

偏转电极，位于上基板相邻液晶层的一侧；

公共电极，位于下基板相邻液晶层的一侧；以及

多个间隔物，在平行于上基板和下基板的方向将液晶层分隔为多个液晶腔体；

通过控制每一液晶腔体上对应的偏转电极上所施加的电压动态周期变化，使得液晶层在周期内交替形成左半液晶透镜和右半液晶透镜。

根据本发明一优选实施例，偏转电极为间隔分布于每一液晶腔体上的多个条形电极。

根据本发明一优选实施例，偏转电极为连续分布于每一液晶腔体上的高阻材料面电极。

根据本发明一优选实施例，上基板还包括上配向膜，上配向膜覆盖偏转电极，下基板还包括下配向膜，下配向膜覆盖公共电极。

根据本发明一优选实施例，间隔物为导电间隔物，用于接收电压信号并在相邻的间隔物之间形成横向电场。

根据本发明一优选实施例，导电间隔物表面涂覆有表面取向剂。

为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种液晶透镜，包括：

间隔设置的上基板和下基板；

位于上基板和下基板之间的液晶层；

其中，立体显示装置还包括多个间隔物，多个间隔物在平行于上基板和下基板的方向将液晶层分隔为多个液晶腔体，多个液晶腔体在施加电压下形成多个周期性半液晶透镜阵列。

根据本发明一优选实施例，立体显示装进一步包括：

偏转电极，位于上基板相邻液晶层的一侧；以及

公共电极，位于下基板相邻液晶层的一侧；

通过控制每一液晶腔体上对应的偏转电极上所施加的电压动态周期变化，使得液晶层在周期内交替形成左半液晶透镜和右半液晶透镜。

为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种立体显示装置，包括：

显示面板，用于显示具有视差的左眼图像和右眼图像；

液晶透镜，设置在显示面板上，并将具有视差的左眼图像和右眼图像分别导向观看者的左眼和右眼；

其中，液晶透镜采用上述的液晶透镜。

为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种液晶透镜的驱动方法，其中，液晶透镜包括间隔设置的上基板和下基板、位于上基板相邻液晶层的一侧的偏转电极、位于下基板相邻液晶层的一侧的公共电极；位于上基板和下基板之间的液晶层以及在平行于上基板和下基板的方向将液晶层分隔为多个液晶腔体的多个间隔物，驱动方法包括：

对偏转电极施加动态周期电压，使多个液晶腔体在前半周期内形成左半液晶透镜阵列，使多个液晶腔体在后半周期内形成右半液晶透镜阵列。

根据本发明一优选实施例，间隔物为导电间隔物，使对偏转电极施加动态周期电压时，每一液晶腔体内形成一横向电场。

根据本发明一优选实施例，偏转电极为间隔分布于每一液晶腔体上的多个条形电极。

根据本发明一优选实施例，偏转电极为连续分布于每一液晶腔体上的高阻材料面电极。

本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明提供的立体显示装置在液晶层中设置有间隔物，该间隔物将液晶层分隔为多个液晶腔体，该多个液晶腔体在施加电压下形成多个周期性半液晶透镜阵列，避免了现有技术中立体显示装置水平方向上分辨率的损失，提高了三维立体显示图像的观看效果。

附图说明

图1是本发明的立体显示装置的一个优选实施例的结构示意图；

图2是图1所示的立体显示装置在T1时段多个液晶腔体内形成左半个液晶透镜时的指向矢分布示意图；

图3是图1所示的立体显示装置在T1时段多个液晶腔体内形成左半个液晶透镜时的光程曲线示意图；

图4是图1所示的立体显示装置在T1时段显示面板显示区域及光路示意图；

图5是图1所示的立体显示装置在T2时段多个液晶腔体内形成右半个液晶透镜时的指向矢分布示意图；

图6是图1所示的立体显示装置在T2时段多个液晶腔体内形成右半个液晶透镜时的光程曲线示意图；

图7是图1所示的立体显示装置在T2时段显示面板显示区域及光路示意图；

图8是本发明的立体显示装置的另一优选实施例的结构示意图；以及

图9是图8所示的立体显示装置的进一步改进。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。本发明提供一种立体显示装置，包括显示面板和液晶透镜。显示面板用于显示具有视差的左眼图像和右眼图像；液晶透镜设置在显示面板上，并将具有视差的左眼图像和右眼图像分别导向观看者对应的左眼和右眼。

请参阅图1，为方便描述本发明，图1仅示出了液晶透镜的结构示意图。该液晶透镜100包括上基板110、下基板120、液晶层130、偏转电极(未标识)、公共电极150以及多个间隔物160。

其中，该上基板110和该下基板120相对间隔设置，该液晶层130位于该上基板110和该下基板120之间。该上基板110还包括上配向膜112，该下基板120还包括下配向膜122。该偏转电极位于该上基板110相邻该液晶层130的一侧，被该上配向膜112覆盖，在一个实施例中，该偏转电极为间隔分布于每一该液晶腔体上的多个条形电极140，在另一实施例中，该偏转电极为连续分布于每一该液晶腔体上的高阻材料面电极(后文介绍)。该公共电极150位于该下基板120相邻该液晶层130的一侧，被该下配向膜122覆盖。该多个间隔物160垂直于该上基板110和该下基板120，从而在平行于该上基板110和该下基板120的方向上将该液晶层130分隔为多个液晶腔体(未标识)，通过控制每一液晶腔体上对应的偏转电极上所施加的电压动态周期变化，使得该液晶层130在周期内交替形成左半液晶透镜和右半液晶透镜。

下面以时段T1+T2为动态周期说明本发明的具体实施方式。

请参阅图2，每一液晶腔体上对应设置有多个条形电极140，附图中仅示出5个为例，但并不构成对本发明的限制，在T1时段(前半周期)，每一条形电极140分别施加大小渐变电压V1、V2、V3、V4、V5，其中，电压V1＞V2＞V3＞V4＞V5，该多个渐变电压使得每一液晶腔体内的液晶指向矢形成一定梯度的类似半个抛物线的折射率分布，从而形成以半个透镜为一个周期的半液晶透镜阵列，请一并参阅图3，在T1时段，多个液晶腔体形成阵列的光程分布示意图。

具体而言，可利用TFT-LCD或其它显示器件以120Hz(或更高的帧频)在T1＝0～8.33ms的时段里只显示出与观看者的右眼所对应的右图像源，此时控制多个条形电极140的电压周期变化，形成以半个透镜为一个周期的左半个液晶透镜阵列，如图4所示，右图像的光线经过显示面板前方的左半个液晶透镜的聚焦作用全部射入观看者的右眼，此时观看者的左眼接收不到右图像的光线。

请参阅图5，在T2时段(后半周期)，每一条形电极140上施加的电压快速转变，恰与T1时段相反，每一条形电极140上分别施加大小渐变电压V5、V4、V3、V3、V1，其中，电压V5＜V4＜V3＜V3＜V2＜V1，同样，该多个渐变电压使得每一液晶腔体内的液晶指向矢形成一定梯度的类似半个抛物线的折射率分布，从而形成以半个透镜为一个周期的半液晶透镜阵列，请一并参阅图6，在T2时段，多个液晶腔体形成阵列的光程分布示意图。

具体而言，在T2＝8.33～16.67ms的时段里只显示出与观看者的左眼所对应的左图像源，与此同时原来的左半个液晶透镜迅速转变成同样以半个透镜为一个周期的右半个液晶透镜阵列，如图7所示，左图像的光线经过显示面板前方的右半个液晶透镜阵列的聚焦作用全部射入观看者的左眼，此时观看者的右眼接收不到左图像的光线。这样，左右两幅图像分别经过在同一位置不同时刻所形成的左半液晶透镜或右半液晶透镜的聚焦作用就分别射入了观看者的左眼或右眼。由于观看者眼睛的视觉暂留效应和视差效应，在观看者的头脑中便形成了具有一定深度的三维立体图像感觉。

在本实施例中，该间隔物160的作用主要有两点：

一是在平行于该上基板110和该下基板120的方向将该液晶层130分隔为多个液晶腔体，通过控制每一液晶腔体上对应的偏转电极上所施加的电压动态周期变化，使得该液晶层130在周期内交替形成类似半个抛物线形的左半液晶透镜和右半液晶透镜。由液晶的连续性弹性性能可知，若没有这种间隔物160隔离作用，很难直接形成两个相邻且相同的半个液晶透镜所对应的液晶指向矢分布。

二是在液晶体系中增加了很多边界条件，会对液晶层130中的指向矢产生体锚定作用。特别是当液晶透镜在进行下降过程时，由于间隔物160较强的体锚定作用，使得整个液晶体系的弹性自由能大大增加，从而能够达到缩短液晶指向矢下降时间的目的。

接下来，请参阅图8，图8是本发明的立体显示装置的另一优选实施例的结构示意图，为清楚描述本发明，仅示出了液晶透镜的结构。

在本实施例中，该液晶透镜200包括上基板210、下基板220、液晶层230、偏转电极240、公共电极250以及多个间隔物260。

其中，该上基板210和该下基板220间隔设置，该液晶层230位于该上基板210和该下基板220之间，该上基板210还包括上配向膜(PI膜)212，该下基板220还包括下配向膜222，该偏转电极240位于该上基板210相邻该液晶层230的一侧，被该上配向膜212覆盖，该公共电极250位于该下基板220相邻该液晶层230的一侧，被该下配向膜222覆盖，该多个间隔物260垂直于该上基板210和该下基板220，从而在平行于该上基板210和该下基板220的方向上将该液晶层230分隔为多个液晶腔体(未标识)，通过控制每一液晶腔体上对应的偏转电极240上所施加的电压动态周期变化，使得该液晶层230在周期内交替形成左半液晶透镜和右半液晶透镜。

本实施与前述实施例大致相同，其主要不同之处在于，该偏转电极240为连续分布于每一液晶腔体上的高阻材料面电极，该高阻材料面电极可使得施加在其两端的电压在其跨度范围内形成渐变分布，效果类似于采用多个条形电极形成的渐变分布甚至更佳。在以时段T1+T2为动态周期对该偏转电极240施加以电压时可形成和上述实施例类似的效果。

具体地，如图8所示，在T1时段，在该偏转电极240的两端分别施加电压V1、V2，其中，V1＜V2，使得每一液晶腔体内的液晶指向矢形成一定梯度的类似半个抛物线的折射率分布，从而形成以半个透镜为一个周期的半液晶透镜阵列，在T2时段(未图示)，在该偏转电极240的两端分别施加电压与T1时段相反的电压，使得每一液晶腔体内的液晶指向矢形成一定梯度的类似半个抛物线的折射率分布，从而形成以半个透镜为一个周期的半液晶透镜阵列，与此同时，配合上相应的左或右图像信号，从而产生全分辨率的3D显示效果。

在本实施例中，该间隔物260为可导电间隔物，包括但并不局限于导电氧化物，导电聚合物以及金属材料等。

进一步地，请参阅图9，该间隔物260的两侧面还涂覆表面取向剂262，例如涂覆聚酰亚胺薄膜材料制成的配向膜，该表面取向剂可以根据实际设计需要来选择平行取向表面取向剂或垂直取向表面取向剂等。本实施例中，由于上基板210和下基板220的配向膜使液晶指向矢沿基板方向平行取向，那么为了加强这一初始取向效果，每一间隔物260的两侧面都采用垂直表面取向剂，使靠近间隔物260附近的液晶指向矢垂直于间隔物260的两侧面取向。

在本实施例中，该间隔物260的作用有两点：

一是保证在每个液晶腔中形成预先设计好的一系列独立的半个液晶透镜效应；

二是在液晶指向矢的下降过程中，若在相邻的两个间隔物260上施加不同的电位，那么在每个液晶腔体中会产生一横向电场，该横向电场可以大大减小液晶指向矢的下降时间，再加上导电间隔物侧面上涂覆的表面取向剂的体锚定作用也大大增加了液晶体系的弹性自由能。在横向电场和表面取向剂的体锚定作用两者的共同作用下，从而可以在较短的时间段里能够完成左右两半液晶透镜之间的转换过程。

综上所述，本领域技术人员容易理解，本发明提供的液晶透镜在液晶层中设置有间隔物，该间隔物将液晶层隔为多个液晶腔体，该多个液晶腔体在施加电压下形成多个周期性半液晶透镜阵列，避免了现有技术中立体显示装置水平方向上分辨率的损失，提高了三维立体显示图像的观看效果。

以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (13)

1.一种液晶透镜，包括：

间隔设置的上基板和下基板；

位于所述上基板和所述下基板之间的液晶层；

其特征在于，所述立体显示装置还包括：

偏转电极，位于所述上基板相邻所述液晶层的一侧；

公共电极，位于所述下基板相邻所述液晶层的一侧；以及

多个间隔物，在平行于所述上基板和所述下基板的方向将所述液晶层分隔为多个液晶腔体；

通过控制每一所述液晶腔体上对应的所述偏转电极上所施加的电压动态周期变化，使得所述液晶层在周期内交替形成左半液晶透镜和右半液晶透镜。

2.根据权利要求1所述的液晶透镜，其特征在于，所述偏转电极为间隔分布于每一所述液晶腔体上的多个条形电极。

3.根据权利要求1所述的液晶透镜，其特征在于，所述偏转电极为连续分布于每一所述液晶腔体上的高阻材料面电极。

4.根据权利要求1所述的立液晶透镜，其特征在于，所述上基板还包括上配向膜，所述上配向膜覆盖所述偏转电极，所述下基板还包括下配向膜，所述下配向膜覆盖所述公共电极。

5.根据权利要求1所述的液晶透镜，其特征在于，所述间隔物为导电间隔物，用于接收电压信号并在相邻的间隔物之间形成横向电场。

6.根据权利要求5所述的液晶透镜，其特征在于，所述导电间隔物表面涂覆有表面取向剂。

7.一种液晶透镜，包括：

间隔设置的上基板和下基板；

位于所述上基板和所述下基板之间的液晶层；

其特征在于，所述立体显示装置还包括多个间隔物，所述多个间隔物在平行于所述上基板和所述下基板的方向将所述液晶层分隔为多个液晶腔体，所述多个液晶腔体在施加电压下形成多个周期性半液晶透镜阵列。

8.根据权利要求7所述的液晶透镜，其特征在于，所述立体显示装进一步包括：

偏转电极，位于所述上基板相邻所述液晶层的一侧；以及

公共电极，位于所述下基板相邻所述液晶层的一侧；

通过控制每一所述液晶腔体上对应的所述偏转电极上所施加的电压动态周期变化，使得所述液晶层在周期内交替形成左半液晶透镜和右半液晶透镜。

9.一种立体显示装置，包括：

显示面板，用于显示具有视差的左眼图像和右眼图像；

液晶透镜，设置在所述显示面板上，并将具有视差的所述左眼图像和所述右眼图像分别导向观看者的左眼和右眼；

其特征在于，所述液晶透镜采用根据权利要求1至8中任意一项所述的液晶透镜。

10.一种液晶透镜的驱动方法，其特征在于，所述液晶透镜包括间隔设置的上基板和下基板、位于所述上基板相邻所述液晶层的一侧的偏转电极、位于所述下基板相邻所述液晶层的一侧的公共电极；位于所述上基板和所述下基板之间的液晶层以及在平行于所述上基板和所述下基板的方向将所述液晶层分隔为多个液晶腔体的多个间隔物，所述驱动方法包括：

对所述偏转电极施加动态周期电压，使所述多个液晶腔体在前半周期内形成左半液晶透镜阵列，使所述多个液晶腔体在后半周期内形成右半液晶透镜阵列。

11.根据权利要求10所述的液晶透镜的驱动方法，其特征在于，所述间隔物为导电间隔物，使对所述偏转电极施加动态周期电压时，每一所述液晶腔体内形成一横向电场。

12.根据权利要求10所述的液晶透镜的驱动方法，其特征在于，所述偏转电极为间隔分布于每一所述液晶腔体上的多个条形电极。

13.根据权利要求10所述的液晶透镜的驱动方法，其特征在于，所述偏转电极为连续分布于每一所述液晶腔体上的高阻材料面电极。

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