CN102707539B - 一种2d-3d可切换立体显示装置及液晶透镜 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种2D-3D可切换立体显示装置及液晶透镜，属于立体显示技术领域。所述液晶透镜包括：第一基板，所述第一基板上形成有第一电极；第二基板，所述第二基板上形成有第二电极；设置在所述第一电极和所述第二电极之间的聚合物层和液晶层，所述液晶层采用双频液晶，所述聚合物层和所述液晶层之间形成弧形界面。本发明能够改善立体显示装置由2D切换到3D时的滞后效应，从而提升立体显示装置的显示效果。

Description

一种2D-3D可切换立体显示装置及液晶透镜
技术领域
本发明涉及立体显示技术领域，特别涉及一种2D-3D可切换立体显示装置及液晶透镜。
背景技术
众所周知，我们平时所见到的2D显示器无法像真实世界一样为我们提供景深信息。我们之所以能够辨别景深（3D效果），关键在于人的两只眼睛具有60mm左右的瞳距产生的位置差异。有“双眼视差”的两副图成为一对“立体图像对”，其经过人大脑视觉皮层的融合，就产生了立体效果。
3D显示分为裸眼式和眼镜式，眼镜式主流的技术有快门式（shutter glass）技术和偏光式（pattern retard），而裸眼式主要有视差挡板光栅、柱透镜光栅和液晶透镜（LC Lens）光栅技术。在裸眼式光栅中，由于LC lens的透过率较高，并能实现2D-3D的切换，将成为裸眼3D显示的主流。
在LC lens中，较常用的一种技术为偏振态切换弧形液晶透镜法，其显示原理如图1所示。此方法是利用额外的一个可控扭曲向列液晶盒（TN Cell），来改变显示面板出射光的线偏振态，而不同线偏振态的光经过具有各向异性液晶物质的折射率是不同的：当液晶折射率和聚合物凹透镜折射率匹配时，光线直接透过，实现2D显示；当液晶折射率和聚合物凹透镜折射率不匹配时，液晶聚合物层就起到凸透镜的作用，实现3D显示。此方法的缺点在于需额外添加一个TN cell装置，显示器件盒厚增加，成本也明显增高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种2D-3D可切换立体显示装置及液晶透镜，不需要额外添加一个TN cell装置，提升立体显示装置的显示效果。
为解决上述技术问题，本发明提供技术方案如下：
一种液晶透镜，包括：
第一基板，所述第一基板上形成有第一电极；
第二基板，所述第二基板上形成有第二电极；
设置在所述第一电极和所述第二电极之间的聚合物层和液晶层，所述聚合物层和所述液晶层之间形成弧形界面；
其中，所述聚合物层具有第一折射率，所述液晶层采用双频液晶，所述第一电极和所述第二电极之间能够产生第一频率电场和第二频率电场，在所述第一频率电场的作用下，液晶分子指向矢沿平行于电场方向排列，线偏振光通过所述液晶层时具有所述第一折射率，在所述第二频率电场的作用下，液晶分子指向矢沿垂直于电场方向排列，线偏振光通过所述液晶层时具有大于所述第一折射率的第二折射率。
上述的液晶透镜，其中，还包括：形成在所述第一电极上和所述第二电极上的取向层，所述取向层使得在所述第二频率电场的作用下所述液晶分子指向矢方向与所述线偏振光的方向平行。
一种2D-3D可切换立体显示装置，包括显示面板和位于所述显示面板之上的液晶透镜，其中，所述液晶透镜包括：
第一基板，所述第一基板上形成有第一电极；
第二基板，所述第二基板上形成有第二电极；
设置在所述第一电极和所述第二电极之间的聚合物层和液晶层，所述聚合物层和所述液晶层之间形成弧形界面；
其中，所述聚合物层具有第一折射率，所述液晶层采用双频液晶，所述第一电极和所述第二电极之间能够产生第一频率电场和第二频率电场，在所述第一频率电场的作用下，液晶分子指向矢沿平行于电场方向排列，线偏振光通过所述液晶层时具有所述第一折射率，在所述第二频率电场的作用下，液晶分子指向矢沿垂直于电场方向排列，从所述显示面板出射的线偏振光通过所述液晶层时具有大于所述第一折射率的第二折射率。
上述的显示装置，其中，所述液晶透镜还包括：形成在所述第一电极上和所述第二电极上的取向层，所述取向层使得在所述第二频率电场的作用下所述液晶分子指向矢方向与所述显示面板出射的线偏振光的方向平行。
上述的显示装置，其中，还包括：驱动单元，用于驱动所述第一电极和所述第二电极产生所述第一频率电场和所述第二频率电场。
上述的显示装置，其中，所述驱动单元具体用于：
通过在所述第一电极和所述第二电极之间施加第一频率电压来产生所述第一频率电场，以及，通过在所述第一电极和所述第二电极之间施加第二频率电压来产生所述第二频率电场，其中，所述第一频率小于所述双频液晶的分隔频率，所述第二频率大于所述双频液晶的分隔频率。
上述的显示装置，其中，所述显示面板产生的线偏振光的偏振方向垂直于在所述第一频率电场作用下的液晶分子指向矢方向，并平行于在所述第二频率电场作用下的液晶分子指向矢方向。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明无需TN cell切换装置，在有源切换弧形液晶透镜法的基础上，采用双频液晶材料及驱动技术，能够明显改善2D切换到3D时的滞后效应，从而提升立体显示装置的显示效果。
附图说明
图1为现有技术的偏振态切换弧形液晶透镜法原理图；
图2为本发明实施例的2D-3D可切换立体显示装置原理图；
图3为双频液晶材料Δε随频率f变化曲线图；
图4为本发明实施例的液晶透镜在低频驱动时的示意图；
图5为本发明实施例的液晶透镜在高频驱动时的示意图；
图6为双频液晶在高频电场作用下的液晶分子指向矢方向示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例对本发明进行详细描述。
如图3所示，双频液晶材料的介电各向异性常数Δε会随着驱动电压频率f的变化而发生变化，当施加低频驱动电压时，双频液晶材料呈Δε>0的正性液晶；当施加高频驱动电压时，双频液晶材料呈Δε<0的负性液晶。该曲线与横轴的交点频率称为分隔频率或过渡频率fc。其中，所述高频驱动电压的频率大于所述分隔频率，所述低频驱动电压的频率小于所述分隔频率。
本发明实施例通过在用于2D-3D可切换立体显示装置的液晶透镜中采用双频液晶，并根据所述液晶透镜的功能需要分别采用高频电压和低频电压来驱动双频液晶，能够实现2D-3D的快速切换。
参照图4和图5，根据本发明实施例的液晶透镜8可以包括：
第一基板1，所述第一基板1上形成有第一电极1；
第二基板5，所述第二基板5上形成有第二电极4；
设置在所述第一电极2和所述第二电极4之间的聚合物层3和液晶层6，所述聚合物层3和所述液晶层6之间形成弧形界面。具体地，所述聚合物层3形成凹透镜，所述液晶层6形成凸透镜，所述凹透镜的凹面和所述凸透镜的凸面相契合。
其中，所述聚合物层3具有第一折射率，所述液晶层6中的液晶分子采用双频液晶，所述双频液晶优选为向列液晶，所述第一电极2和所述第二电极4之间能够产生第一频率电场和第二频率电场，在所述第一频率电场的作用下，液晶分子指向矢沿平行于电场方向排列，线偏振光通过所述液晶层6时具有所述第一折射率，在所述第二频率电场的作用下，液晶分子指向矢沿垂直于电场方向排列，线偏振光通过所述液晶层2时具有大于所述第一折射率的第二折射率。
为实现更好的显示效果，在本发明另一实施例的液晶透镜中还可包括：形成在所述第一电极上和所述第二电极上的取向层，通过所述取向层进行取向，所述取向层使得在所述第二频率电场的作用下所述液晶分子指向矢方向与所述线偏振光的方向平行。
本发明实施例还提供一种2D-3D可切换立体显示装置，该立体显示装置包括显示面板和位于所述显示面板之上的液晶透镜，所述液晶透镜即为上述的具有双频液晶的液晶透镜。其中，所述显示面板可以是液晶显示装置，有机发光二极管（OLED显示装置）、等离子体显示装置等。将上述的液晶透镜覆盖在某一类型的显示装置上，能够实现显示装置的2D-3D自由切换，并能够明显改善2D切换到3D时的滞后效应。如图2所示，为本发明实施例的2D-3D可切换立体显示装置原理图，该2D-3D可切换立体显示装置包括显示面板7和位于所述显示面板7之上的液晶透镜8，符号表示从显示面板出射的线偏振光的方向为垂直于纸面的方向，该从显示面板出射的线偏振光的方向可以是垂直于纸面向里，也可以是垂直于纸面向外，即和高频电场作用下的液晶分子的指向矢方向一致即可。
在具体实现时，可以通过在所述立体显示装置中设置一驱动单元，由所述驱动单元来驱动所述第一电极2和所述第二电极4产生所述第一频率电场和所述第二频率电场。
所述2D-3D可切换立体显示装置的工作原理如下：
当需要进行2D显示时，由所述驱动单元在所述第一电极2和所述第二电极4之间施加一低频电压，所述低频电压在聚合物层3和液晶层6中产生一低频电场，所述低频电场的频率低于双频液晶的分隔频率，此时Δε>0，液晶分子指向矢（即光轴方向）沿平行于电场方向排列，线偏振光通过液晶层6的折射率为n⊥（no），与聚合物层3的折射率no相同，该线偏振光在聚合物层3和液晶层6的交界面不发生折射，从而实现2D显示。其中，所述低频电场的频率可以为0～1000Hz，优选为50～200Hz。
当需要进行3D显示时，由所述驱动单元在所述第一电极2和所述第二电极4之间施加一高频电压，所述高频电压在聚合物层3和液晶层6中产生一高频电场，所述高频电场的频率大于双频液晶的分隔频率，此时Δε<0，液晶分子指向矢（即光轴方向）在电场作用下很快沿垂直于电场方向排列，线偏振光通过液晶层6的折射率为n∥（ne），大于聚合物层3的折射率no，该线偏振光在聚合物层3和液晶层6的交界面发生折射，从而实现3D显示。其中，所述高频电场的频率可以为10k～1000kHz，优选为50k～200kHz。
在上述2D-3D可切换立体显示装置中，为实现较佳的显示效果，所述显示面板产生的线偏振光的偏振方向垂直于在所述第一频率电场作用下的液晶分子指向矢方向，并平行于在所述第二频率电场作用下的液晶分子指向矢方向（或者，与所述第一频率电场作用下的液晶分子指向矢方向的夹角为30°～90°）。所述第一频率电场为低频电场，所述第二频率电场为高频电场。
另外，当对双频液晶施加高频电场时，液晶分子指向矢垂直电场方向排列，但可在垂直于电场E的不同方向，如图6所示。因此，为实现更好的显示效果，在本发明另一实施例的液晶透镜中还可包括：形成在所述第一电极2和第二电极4上的取向层（图未示），通过所述取向层进行取向，能够使得在高频电场作用下，液晶分子的指向矢方向相同，并与显示面板出射的线偏振光偏振方向一致。
综上所述，本发明无需TN cell切换装置，在有源切换弧形液晶透镜法的基础上，采用双频液晶材料及驱动技术，能够明显改善2D切换到3D时的滞后效应，可实现2D-3D的快速切换，从而提升立体显示装置的显示效果。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种液晶透镜，其特征在于，包括：
第一基板，所述第一基板上形成有第一电极；
第二基板，所述第二基板上形成有第二电极；
设置在所述第一电极和所述第二电极之间的聚合物层和液晶层，所述聚合物层和所述液晶层之间形成弧形界面；
其中，所述聚合物层具有第一折射率，所述液晶层采用双频液晶，所述第一电极和所述第二电极之间能够产生第一频率电场和第二频率电场，在所述第一频率电场的作用下，液晶分子指向矢沿平行于电场方向排列，线偏振光通过所述液晶层时具有所述第一折射率，在所述第二频率电场的作用下，液晶分子指向矢沿垂直于电场方向排列，线偏振光通过所述液晶层时具有大于所述第一折射率的第二折射率。
2.如权利要求1所述的液晶透镜，其特征在于，还包括：
形成在所述第一电极上和所述第二电极上的取向层，所述取向层使得在所述第二频率电场的作用下所述液晶分子指向矢方向与所述线偏振光的方向平行。
3.一种2D-3D可切换立体显示装置，包括显示面板和位于所述显示面板之上的液晶透镜，其特征在于，所述液晶透镜包括：
第一基板，所述第一基板上形成有第一电极；
第二基板，所述第二基板上形成有第二电极；
设置在所述第一电极和所述第二电极之间的聚合物层和液晶层，所述聚合物层和所述液晶层之间形成弧形界面；
其中，所述聚合物层具有第一折射率，所述液晶层采用双频液晶，所述第一电极和所述第二电极之间能够产生第一频率电场和第二频率电场，在所述第一频率电场的作用下，液晶分子指向矢沿平行于电场方向排列，所述显示面板出射的线偏振光通过所述液晶层时具有所述第一折射率，在所述第二频率电场的作用下，液晶分子指向矢沿垂直于电场方向排列，线偏振光通过所述液晶层时具有大于所述第一折射率的第二折射率。
4.如权利要求3所述的显示装置，其特征在于，所述液晶透镜还包括：
形成在所述第一电极上和所述第二电极上的取向层，所述取向层使得在所述第二频率电场的作用下所述液晶分子指向矢方向与所述显示面板出射的线偏振光的方向平行。
5.如权利要求3所述的显示装置，其特征在于，还包括：
驱动单元，用于驱动所述第一电极和所述第二电极产生所述第一频率电场和所述第二频率电场。
6.如权利要求5所述的显示装置，其特征在于，所述驱动单元具体用于：
通过在所述第一电极和所述第二电极之间施加第一频率电压来产生所述第一频率电场，以及，通过在所述第一电极和所述第二电极之间施加第二频率电压来产生所述第二频率电场，其中，所述第一频率小于所述双频液晶的分隔频率，所述第二频率大于所述双频液晶的分隔频率。
7.如权利要求3所述的显示装置，其特征在于：
所述显示面板产生的线偏振光的偏振方向垂直于在所述第一频率电场作用下的液晶分子指向矢方向，并平行于在所述第二频率电场作用下的液晶分子指向矢方向。
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