CN102402096A - 液晶透镜、液晶显示面板及液晶显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种液晶透镜，其包括：相对设置的第一基板与第二基板；设于第一基板与第二基板之间的液晶层；第一基板靠近液晶层一侧依次设置的图案化横向电极、钝化层以及图案化的纵向电极；以及设于第二基板靠近液晶层一侧的顶部电极。上述液晶透镜可用于使液晶显示装置分别在横向和纵向上实现2D/3D切换显示。此外，本发明还提供一种采用上述液晶透镜的液晶显示面板及液晶显示装置。

Description

液晶透镜、液晶显示面板及液晶显示装置

技术领域

本发明涉及立体显示装置领域，特别涉及一种液晶透镜及采用其的液晶显示面板及液晶显示装置。

背景技术

随着显示技术的不断发展，人们愈加追求更加真实的显示画面。近年来，出现了利用不同技术实现的三维（3D）显示（又称为立体显示），3D显示相较于二维（2D）显示，可以提供更逼真的立体显示效果，因此，受到了人们的欢迎和青睐。

人之所以看到的物体是三维的，是因为人有两只眼睛，并且两只眼睛具有一定的间距，物体在两眼视网膜上产生两幅具有细微差别的图像，经大脑处理后合成为一幅三维图像。立体显示技术就是利用人眼的立体成像原理，通过分别向左右眼提供稍有不同的图像从而实现立体显示。

现有的立体显示方法主要有：偏振镜法、滤色镜法、视差立体法以及体视镜法。其中偏振镜法是最常用的方法，其原理就是利用光的不同偏振角度，让两个镜片分别透过不同偏振状态的光，将两幅具有细微差别的图像分别投射到左右眼中，从而给人以三维立体感。但是，这种立体显示方法需要观察者配戴配套的立体偏振眼镜才能观看到三维图像，配戴立体眼镜常常会造成使用者的不适，特别是对于自身已经配戴眼镜的使用者来说，就更加不便。

因此，为了避免配戴特殊眼镜的不便，最近出现了不必配戴立体眼镜就能观看立体图像的装置，称为自动立体显示装置（即裸眼立体显示装置），自动立体显示装置可以直接分开分别进入左右眼的左右眼图像光线，从而在观看立体图像时不必配戴立体眼镜，以满足使用者的需求。此外，为了增加自动立体显示装置的适应性，还研发出一种立体显示设备，其内设置有根据需要可透过开关组件分开左右眼图像的媒体，平时可以让人们观看二维平面图像，但有需要时也可以让人们观看三维立体图像。

图1a和1b分别是现有的一种液晶透镜在不加电和加电状态下的部分剖面结构示意图，现有的这种液晶透镜可以搭配液晶显示面板共同实现2D/3D可切换的液晶显示装置。参阅图1a及1b，该液晶透镜包括上基板910、下基板920、液晶层930、上电极940及下电极950。上电极940及下电极950均为透明电极，且上电极940为整面设置的电极，下电极950为图案化的电极。液晶层930设于上电极940与下电极950之间，上电极940设于上基板910位于液晶层130的一侧，而下电极950设于下基板位于液晶层930的一侧。

如图1a所示，当上电极940与下电极950之间在不加电状态下，上下电极940、950之间没有电场形成，液晶分子的长轴均沿着平行于上下基板的平面排列，线偏振光经过液晶层之后均可以沿着原来的方向前进而进入人的左右眼，此时为2D显示模式。

如图1b所示，当上电极940与下电极950之间处于加电状态下，上下电极之间形成电场，不同位置的液晶分子分别受到不同强度的电场力的作用，不同的液晶分子在空间中渐变排列，使其折射率同样产生过渡渐变，线偏振光经过液晶层之后发生折射，形成渐变式折射率透镜（Grin lens），线偏振光经过液晶层之后均改变原来的方向前进而使得液晶显示面板左右像素产生的画面分别进入人的左右眼，此时为3D显示模式。

最近出现的平板电脑（比如iPad）中，可以通过重力感应装置判断显示屏是横向放置或是纵向放置，从而将一幅图像对应地显示在水平方向或垂直方向上，若采用现有技术的液晶透镜的3D显示装置，由于液晶透镜通常为固定地沿着横向或者纵向中的某一个方向排列，因此其显示的3D画面也只能沿着横向或者纵向中的某一个方向，若将该平板电脑旋转90度，则不能实现3D画面的显示，因而其对3D显示画面有限定方向的局限性。

因此，有必要提供改进的技术方案以克服现有技术中存在的以上技术问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种液晶透镜及采用其的液晶显示面板及液晶显示装置，其可以分别在横向和纵向方向上实现2D/3D切换显示。

在一实施例中，一种液晶透镜包括：相对设置的第一基板与第二基板；设于第一基板与第二基板之间的液晶层；第一基板靠近液晶层一侧依次设置的图案化横向电极、钝化层以及图案化的纵向电极；以及设于第二基板靠近液晶层一侧的顶部电极。

在另一实施例中，一种液晶显示面板包括液晶面板及设于液晶面板的上表面的液晶透镜，此液晶透镜即为上述的液晶透镜。

在另一实施例中，一种液晶显示装置包括背光源以及设于背光源的出光面的液晶显示面板，此液晶显示面板即为上述的液晶显示面板。

在上述液晶透镜、液晶显示面板及液晶显示装置中，由于设置有纵向电极与横向电极，从而可分别提供在两个不同方向上的液晶透镜。因此，在最终的液晶显示装置中，可分别在横向和纵向方向上实现2D/3D切换显示。

为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

附图说明

图1a是现有的一种液晶透镜在不加电状态下的部分剖面结构示意图；

图1b是现有的一种液晶透镜在加电状态下的部分剖面结构示意图；

图2是本发明第一实施例的液晶透镜的平面结构示意图；

图3是图2中沿A-A’线的剖面结构示意图；

图4是沿图2中X方向跨过任意两个纵向电极的剖面结构示意图；

图5是本发明第一实施例的液晶透镜在横向显示时的部分液晶分子排布模拟图；

图6是本发明第一实施例的液晶透镜在横向显示时的任意两个纵向电极间不同位置的折射率分布模拟图；

图7是本发明第一实施例的液晶透镜在横向显示时的平面结构示意图；

图8是沿图2中Y方向跨过任意两个边缘横向电极的剖面结构示意图；

图9是本发明第一实施例的液晶透镜在纵向显示时的部分液晶分子排布模拟图；

图10是本发明第一实施例的液晶透镜在纵向显示时的任意两个边缘横向电极间不同位置的折射率分布模拟图。

图11是本发明第一实施例的液晶透镜在纵向显示时的平面结构示意图；

图12是本发明第二实施例提供的液晶显示面板的部分剖面结构示意图；

图13是本发明第三实施例提供的液晶显示装置剖面结构示意图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为实现预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的液晶透镜、液晶显示面板及液晶显示装置的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。

需要说明的是，为了图示的清楚起见，本发明的附图仅显示了与本发明的创作点相关的结构特征，而对于其他的结构特征则进行了省略。

第一实施例

图2所示为本发明第一实施例的液晶透镜的平面结构示意图，图3为沿图2中A-A’线的剖面结构示意图，结合图2和图3，本实施例的液晶透镜10包括第一基板110、第二基板120以及夹于第一基板110和第二基板120之间的液晶层130，第一基板110上靠近液晶层130的一侧依次设有横向电极140、钝化层150及纵向电极160，即横向电极140与纵向电极160被钝化层150所隔开。第二基板120上靠近液晶层130的一侧具有顶部电极170，而背离液晶层130的一侧具有偏光片180。

第一基板110与第二基板120例如为玻璃基板。横向电极140、纵向电极160以及顶部电极170是由透明导电材料如氧化铟锡或者氧化铟锌等形成。横向电极140及纵向电极160是图案化的电极，分别包括多个相互平行条状电极（如图2所示），且横向电极140与纵向电极160可相互垂直。此外，顶部电极170可整层设置于第二基板120的下表面，整层设置例如是指覆盖第二基板120的全部下表面或者对应于液晶层130的下表面。钝化层150例如由透明的绝缘材料如二氧化硅等形成。

纵向电极160为横向进行2D/3D显示切换的工作电极，相邻的两个纵向电极160之间跨越两个次像素101的宽度，而且每个纵向电极160均位于次像素101的边界处，以利于对相应的次像素101的控制。上述宽度是图2中X轴方向的宽度。横向电极140为纵向进行2D/3D显示切换的工作电极。横向电极140包括跨越相邻的两个次像素101长度的边缘横向电极141（图11）及位于每两个相邻的边缘横向电极141之间的多个中间横向电极142（图11）。值得注意的是，为了清楚显示边缘横向电极141之间的结构，图2中仅示出多个边缘横向电极141（140），而位于两个边缘横向电极141之间的多个中间横向电极142则示意于图11中。

图4是沿图2中X方向跨过任意两个相邻的纵向电极160的剖面结构示意图，当在纵向电极160上施加电压而不向横向电极140施加电压时，在纵向电极160与顶部电极170之间形成电场，而液晶层130内的液晶分子由于此电场的作用发生扭转。液晶透镜10在横向显示时，相邻两个纵向电极160之间的液晶分子的具体排布模拟则如图5所示。可以看出，在X方向上离纵向电极160的距离越小，液晶分子的扭转程度越高。而液晶分子扭转的程度越高，则相应地，光线通过液晶分子后被扭转的程度也越高。图6所示为本实施例的液晶透镜在横向显示时的任意两个纵向电极160间不同位置的折射率分布模拟图。值得注意的是，图6中的原点对应的是图4中两个相邻纵向电极160中线的位置。图6中的标准值是指一个标准柱状透镜光轴两侧的折射率分布图。可以看出，两个纵向电极160之间液晶分子所构成的光学效应等效于一个柱状透镜，折射率分别向两侧以类抛物线形式递减。

由此，如图7所示，即每两个相邻的纵向电极160之间形成一个液晶透镜102。每个液晶透镜102对应于两个次像素的宽度。而这两个次像素的显示内容经过液晶透镜102的折射后分别可进入观察者的左、右眼，而且两个次像素中分别显示的是具有一定视差的画面，两个具有视差的画面经过人脑的融合处理后即呈现3D的显示效果。

值得注意的是，液晶透镜102的折射率分布是与纵向电极160的宽度以及施加于纵向电极160上的电压相关的。图6的折射率分布是在纵向电极160宽度（沿X轴方向）为6微米、施加于纵向电极160上的电压为15伏时获得的。可以理解，通过改变纵向电极160的宽度以及驱动电压可以改变液晶透镜102的折射率分布。例如，纵向电极160的宽度可介于2微米到15微米之间。

图8是沿图2中Y方向跨过任意两个相邻的边缘横向电极141的剖面结构示意图，值得注意的是，图8中示出了图2中未示出的多个中间横向电极142。当需要进行纵向显示时，在横向电极140（包括边缘横向电极141及中间横向电压142）上施加电压而不在纵向电极160上施加电压。此时，横向电极140与顶部电极170之间产生电场。此外，两个边缘横向电极141之间的各中间横向电极142上会施加不同的电压。具体地，位于两个边缘横向电极141连线中心处的中间横向电极142上施加最低的电压，而两个边缘横向电极141上施加较高的电压，从此中心处的中间横向电极142至两侧的边缘横向电极141，电压逐渐升高，且两侧的电压可对称分布。比如本实施例中，边缘横向电极141及中间横向电极142的宽度均为6至8微米，而相邻的中间横向电极142之间的压差小于1伏特。而各横向电极的驱动电压均介于2至7伏特之间。值得注意的是，相邻的横向电极之间的压差越小，可以尽量减小该两相邻的横向电极之间液晶分子的水平扭转。

由于上述横向电极上所施加的电压具有一定的分布，相应地，横向电极140与顶部电极170之间的电场具有相应的分布。图9即为两个边缘横向电极141之间的液晶分子在纵向显示时的排布模拟图。值得注意的是，图8中为清楚显示细节，未绘出所有的中间横向电极142，因此图8与图9中的中间横向电极142的数量有所不同。由于液晶分子扭转的程度不同，对光线的折射能力（即折射率）同样具有相应的分布。请参阅图10，其为液晶透镜进行纵向显示时两个边缘横向电极141之间的折射率分布模拟图。从位于两个边缘横向电极141中心处的中间横向电极142向两侧折射率依次以类抛物线的方式递减。图10中的标准值是指标准透镜沿光轴两侧的折射率分布。可以看出，两个边缘横向电极141之间的折射率分布基本等效于标准柱状透镜。

也就是说，当在横向电极140（包括边缘横向电极141及中间横向电压142）上施加电压而不在纵向电极160上施加电压时，形成了如图11所示的多个横向（X轴方向）的液晶透镜103。单个液晶透镜103跨越两个次像素的长度（Y轴方向）。液晶透镜要进行纵向显示时，任意两个相邻的边缘横向电极141所跨越的两个次像素分别用于显示具有一定视差的画面，而液晶透镜103分别将该两个次像素显示的内容折射至观察者的左、右眼中，经过人脑对两个具有视差的画面进行融合从而呈现3D的显示效果。

本实施例提出的液晶透镜10中，通过设置相互垂直的横向电极140与纵向电极160以控制液晶分子的扭转，从而可形成沿两个相互垂直方向分布的液晶透镜，可分别在显示装置进行纵向显示或者横向显示时切换至与之对应的3D显示模式，克服了现有技术中只能在单一方向进行3D显示的缺陷。

第二实施例

参阅图12，第二实施例提供一种液晶显示面板200，其包括液晶面板20以及位于液晶面板20的一个上表面的液晶透镜10。图12中虽未示出，然而可以理解，液晶面板20中可包括上下基板、上下偏光片、液晶层、滤光片、薄膜晶体管阵列等器件，其中上偏光片即为靠近液晶透镜10一侧的偏光片。由于这属于现有技术中的内容，在此不再一一赘述。

在液晶透镜10进行纵向显示时，液晶分子不可避免会发生横向偏转，从而产生漏光现象，因此可能会引起串扰现象，影响画面品质的提高。为了避免这一现象的产生，可以在液晶透镜10上额外加一层偏光片180，并使偏光片180的透光轴平行于液晶面板20中的靠近液晶透镜10一侧的偏光片的透光轴，这样便可以滤除漏光，进而消除影响画面品质的串扰现象。偏光片180可位于第二基板120背离液晶层130的上表面。此外，在图12所示的液晶显示面板中，液晶透镜10与液晶面板20各自包括上下基板，可以理解，液晶透镜10的第一基板110与液晶面板20的上基板还可合并，即第一基板110同时也为液晶面板20的上基板。

在液晶透镜10中，由于纵向电极160位于横向电极140的上方，在进行纵向显示时，纵向电极160不可避免的对横向电极140产生的电场具有一定的屏蔽作用。一般来说造成的影响的宽度与纵向电极160的宽度处于一个量级，以纵向电极160的宽度为7微米为例，屏蔽影响的电场宽度约为10微米左右。而这个宽度恰好与液晶面板20中滤光片上的黑矩阵的宽度相仿。因此，为了避免纵向电极160的屏蔽作用对显示画面产生影响，可使纵向电极160尽量与液晶面板20中滤光片上的黑矩阵在垂直于液晶面板20的方向上重叠，由于黑矩阵对应的区域并非为有效的显示区，因此可使屏蔽作用对显示效果的影响减小到最低。

第三实施例

参阅图13，第三实施例提供一种液晶显示装置300，其包括液晶透镜10、液晶面板20、以及背光源30。其中，液晶面板20位于背光源30的出光面上，而液晶透镜10设于液晶面板20的出光面上。

本实施例的液晶显示装置300中，液晶透镜10可分别在两个相互垂直的方向上形成柱状透镜，因此，在液晶面板20进行横向及纵向显示的时候，均可方便的切换至3D模式，提升了3D液晶显示装置的适应性。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简介修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (12)

1.一种液晶透镜，其包括：

相对设置的第一基板与第二基板；

设于所述第一基板与所述第二基板之间的液晶层；

所述第一基板靠近所述液晶层一侧依次设置的图案化横向电极、钝化层以及图案化的纵向电极；以及

设于所述第二基板靠近所述液晶层一侧的顶部电极。

2.如权利要求1所述的液晶透镜，其特征在于，所述横向电极和所述纵向电极均包括多个相互平行的条状电极，且所述横向电极与所述纵向电极相互垂直。

3.如权利要求2所述的液晶透镜，其特征在于，所述液晶透镜包括以阵列形式分布的多个次像素，所述纵向电极及所述横向电极均位于所述次像素的边界处。

4.如权利要求3所述的液晶透镜，其特征在于，任意两个相邻的纵向电极之间间隔两个次像素的宽度。

5.如权利要求3所述的液晶透镜，其特征在于，所述横向电极包括边缘横向电极及中间横向电极，相邻的两个所述边缘横向电极中间分布有多个中间横向电极。

6.如权利要求5所述的液晶透镜，其特征在于，所述任意两个相邻的所述边缘横向电极之间间隔两个次像素的长度。

7.如权利要求1所述的液晶透镜，其特征在于，所述第二基板背离所述液晶层的一侧设置有偏光片。

8.一种液晶显示面板，其包括液晶面板以及设于液晶面板的一个上表面的液晶透镜，其特征在于，所述液晶透镜为权利要求1-7中任一项所述的液晶透镜。

9.如权利要求8所述的液晶显示面板，其特征在于，所述液晶面板包括靠近所述液晶透镜一侧的偏光片，而所述液晶透镜的第二基板背离所述液晶层的一侧设置有偏光片，所述液晶面板的靠近所述液晶透镜一侧的偏光片与所述液晶透镜的偏光片的透光轴方向相同。

10.如权利要求8所述的液晶显示面板，其特征在于，所述液晶面板包括黑矩阵，所述纵向电极与所述黑矩阵在垂直于所述液晶面板的方向上重叠。

11.如权利要求8所述的液晶显示面板，其特征在于，所述液晶面板包括上基板，所述液晶透镜的第一基板即为所述上基板。

12.一种液晶显示装置，其包括：背光源及设于所述背光源的一个出光面的液晶显示面板，其特征在于，所述液晶显示面板为权利要求8-11中任一项所述的液晶显示面板。

Images