CN102736353B - 液晶透镜及裸眼立体显示装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种液晶透镜及裸眼立体显示装置，包括：第一透明基板、第二透明基板、第一透明电极、第二透明电极、第一封边层和第一液晶层，所述第一透明电极设置在第一透明基板的表面，所述第二透明电极设置在第二透明基板的表面，所述第一封边层沿所述第一透明电极和第二透明电极的四周设置，所述第一液晶层设置在所述第一透明电极、第二透明电极与第一封边层形成的空间区域中，所述第一液晶层为聚合物分散液晶。本发明运用具有液晶微粒大小梯度分布的PDLC的液晶透镜实现裸眼立体显示，能消除莫尔纹并可以实现2D/3D的自由切换，还可以实现左、右眼图像分时切换，达到动态透镜效果，得到全高清的立体显示图像。
Description
技术领域
本发明涉及立体显示技术领域，尤其涉及一种液晶透镜及裸眼立体显示装置。
背景技术
近几年，三维立体显示技术发展迅速，成为人们研究的热点，立体显示技术在医疗、广告、军事、展览和游戏等领域有重要的应用。早期的立体显示技术主要通过佩戴偏光眼镜观看立体画面，而目前的主流产品主要是基于双目视差的裸眼式立体显示装置，裸眼式立体显示装置的主要原理是在2D平面矩阵显示器(包括普通的液晶显示器LCD、等离子显示器PDP、场发射显示器FED、有机电致发光显示器OLED等)前设置光栅，光栅将显示面板显示的至少两幅视差图像分别提供给观看者的左、右眼。其中，所述光栅可以为狭缝光栅或柱镜光栅。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种液晶透镜及裸眼立体显示装置，能够使用PDLC实现裸眼立体显示。
为解决上述技术问题，本发明的一种液晶透镜，包括：第一透明基板、第二透明基板、第一透明电极、第二透明电极、第一封边层和第一液晶层，所述第一透明电极设置在第一透明基板的表面，所述第二透明电极设置在第二透明基板的表面，所述第一封边层沿所述第一透明电极和第二透明电极的四周设置，所述第一液晶层设置在所述第一透明电极、第二透明电极与第一封边层形成的空间区域中，所述第一液晶层为聚合物分散液晶。
进一步地，所述第一液晶层采用的聚合物分散液晶为经紫外光掩模板曝光后得到的具有液晶微粒大小梯度分布的聚合物分散液晶。
进一步地，还包括第一透明保护层和第二透明保护层，所述第一透明保护层设置在所述第一透明电极与所述第一液晶层之间，所述第二透明保护层设置在所述第二透明电极与所述第一液晶层之间。
进一步地，还包括第三透明基板、第三透明电极、第四透明电极、第二封边层和第二液晶层，所述第三透明电极设置在所述第二透明基板的与设置第二透明电极的表面相对的表面上，所述第四透明电极设置在所述第三透明基板的表面上，所述第二封边层沿所述第三透明电极和第四透明电极的四周设置，所述第二液晶层设置在所述第三透明电极、第四透明电极与第二封边层形成的空间区域中，所述第二液晶层为聚合物分散液晶。
进一步地，还包括第三透明保护层和第四透明保护层，所述第三透明保护层设置在所述第三透明电极与所述第二液晶层之间，所述第四透明保护层设置在所述第四透明电极与所述第二液晶层之间。
进一步地，一种裸眼立体显示装置，包括：液晶透镜和显示模块，所述液晶透镜设置在所述显示模块的表面，所述液晶透镜包括第一透明基板、第二透明基板、第一透明电极、第二透明电极、第一封边层和第一液晶层，所述第一透明电极设置在第一透明基板的表面，所述第二透明电极设置在第二透明基板的表面，所述第一封边层沿所述第一透明电极和第二透明电极的四周设置，所述第一液晶层设置在所述第一透明电极、第二透明电极与第一封边层形成的空间区域中，所述第一液晶层为聚合物分散液晶。
进一步地，所述液晶透镜为一个或多个，在所述液晶透镜为多个时，多个液晶透镜相重叠的设置在所述显示模块的表面。
进一步地，所述液晶透镜为两个，在第一液晶透镜的两个电极上分别加载零电压和第一电压，在第二液晶透镜的两个电极上分别加载零电压和最大电压；或者，在所述第一液晶透镜的两个电极上分别加载零电压和最大电压，在所述第二液晶透镜的两个电极上分别加载零电压和第一电压；或者在所述第一液晶透镜的两个电极上以及所述第二液晶透镜的两个电极上均分别加载零电压和最大电压。
进一步地，所述第一液晶层采用的聚合物分散液晶为经紫外光掩模板曝光后得到的具有液晶微粒大小梯度分布的聚合物分散液晶。
进一步地，所述液晶透镜还包括第三透明基板、第三透明电极、第四透明电极、第二封边层和第二液晶层，所述第三透明电极设置在所述第二透明基板的与设置第二透明电极的表面相对的表面上，所述第四透明电极设置在所述第三透明基板的表面上，所述第二封边层沿所述第三透明电极和第四透明电极的四周设置，所述第二液晶层设置在所述第三透明电极、第四透明电极与第二封边层形成的空间区域中，所述第二液晶层为聚合物分散液晶。
综上所述，本发明运用具有液晶微粒大小梯度分布的PDLC的液晶透镜实现裸眼立体显示，能消除莫尔纹并可以实现2D/3D的自由切换，还可以实现左、右眼图像分时切换，达到动态透镜效果，得到全高清的立体显示图像。
附图说明
图1A～图1C为本实施方式的UV掩膜板的示意图；
图2A～图2B为本实施方式的液晶微粒分布状态的示意图；
图3A为本实施方式的液晶微粒的在不同的电压下的指向的分布图；
图3B为本实施方式的液晶微粒在不同电压下的折射率的分布图；
图4为本实施方式的采用PDLC的液晶透镜的基本结构的截面图；
图5为本实施方式的裸眼立体显示装置的整体结构图；
图6为本实施方式的裸眼立体显示装置显示3D画面的示意图；
图7为本实施方式的裸眼立体显示装置显示2D画面的示意图；
图8为本实施方式的采用PDLC的液晶透镜的第一种工作状态的示意图；
图9为本实施方式的采用PDLC的液晶透镜的第二种工作状态的示意图；
图10为本实施方式的采用PDLC的液晶透镜的第三种工作状态的示意图；
图11本实施方式的立体显示装置在时序电压驱动下，采用PDLC的液晶透镜实现全分辨率的显示原理图；
图12为本实施方式的采用PDLC的液晶透镜的第二实施方式的结构示意图。
具体实施方式
聚合物分散液晶(PolymerDispersedLiquidCrystal，PDLC)是将低分子液晶(liquidcrystal，LC)与预聚物相混合，在一定条件下经聚合反应，形成微米级或纳米级的液晶微粒，将液晶微粒均匀地分散在高分子网络中，再利用液晶分子的介电各向异性获得的具有电光响应特性的材料。同时，驱动电压的大小与液晶微粒的大小成反比。
使用具有梯度变化并同时具有一定图案的UV(紫外光)掩膜板对液晶单体曝光，从而获得液晶微粒的梯度大小分布，UV掩膜板如图1A、图1B和图1C所示，颜色由黑变灰代表遮光强度由强变弱。弱的UV曝光区形成较大的液晶微粒，较大的液晶微粒具有比小颗粒更低的阈值电压，通过改变掩膜板的图案，就能实现柱透镜光栅阵列和微镜阵列。如图2A所示，为经UV掩膜板曝光的液晶微粒的一种分布状态，液晶微粒的分布为中间小两边大；如图2B所示，为经UV掩膜板曝光的液晶微粒的另一种分布状态，液晶微粒的分布为中间大两边小。如图3A所示，为液晶微粒的在不同的电压下的指向，当均匀电场施加在PDLC层上时，由于存在不同的阈值电压，液晶微粒将具有不同的分子取向，从而具有梯度分布的折射率。如图3B所示，为液晶微粒在不同电压下的折射率的分布。
本实施方式的裸眼立体显示装置，包括：背光模块、显示模块、液晶透镜和电路模块，其中：
背光模块，用于为显示模块提供光源；
显示模块，用于显示立体视差图，并时序切换立体视差图；
液晶透镜为具有液晶微粒大小梯度分布的PDLC层的液晶透镜，用于立体显示的分光模块；
电路模块，用于为液晶透镜的电极提供电压，时序控制液晶透镜的转换。
如图4所示，本实施方式的采用PDLC的液晶透镜包括：第一透明基板1001、第二透明基板1002、第一透明电极1003、第二透明电极1004、第一透明保护层1005、第二透明保护层1006、第一液晶层1007和第一封边层1008。第一透明电极1003和第二透明电极1004是彼此平行并分别覆盖第一透明基板1001和第二透明基板1002上的整面电极，第一透明电极1003和第二透明电极1004相对设置，第一封边层1008沿第一透明电极1003和第二透明电极1004的四周设置，第一液晶层1007设置在第一透明电极1003、第二透明电极1004和第一封边层1008形成的空间区域中，第一液晶层1007为PDLC。
如图5所示，本实施方式的立体显示装置包括：背光模块2001、显示模块2002和采用PDLC的液晶透镜2003，其中，背光模块2001用于提供光源，可以采用大多数现有的平板显示的背光源；显示模块2002用来显示立体视差图，可以采用现有的液晶面板、OLED面板等显示面板，图中的像素用R、G、B表示，皆为示意图；采用PDLC的液晶透镜2003是作为分光装置，用于将立体视差图分别投影到人的左右眼；人眼2004位于立体视区2005中，可以接收到立体视差图并在人脑中形成立体。
如图6所示，在第一透明电极1003上加入电压U0，在第二透明电极1004上加入电压U1从而在第一透明电极1003和第二透明电极1004之间形成均匀的电场，PDLC层中的液晶微粒因其体积大小的差异，包含的液晶分子在均匀电场的作用下分别发生不同程度的旋转，最终形成如图6中虚线1101所示的光程差曲线的透镜型效果。如此一来，从显示模块出来的光线将被调制，分别进入人的左右眼，从而可以看到立体效果。如果在第二透明电极1004上加入与U1不同的电压U，则液晶分子旋转的角度也不一样，所形成的透镜型光程差曲线的焦距会各不一样，从而可以调节透镜的焦距，最终实现从不同的观看距离观看立体画面。
如图7所示，在第一透明电极1003加入电压U0，在第二透明电极1004加入电压Umax，PDLC中的液晶微粒因其体积大小的差异，包含的液晶分子均发生相同程度的旋转，如此一来，从显示器出来的光线没有被调制，如图7中箭头1201所示，从而可以看到2D画面。
在以上PDLC液晶透镜的工作方式的基础上，通过双层透镜的组合得到完整的PDLC液晶透镜器件，其工作状态如下：
图8为本实施方式的PDLC液晶透镜的一种工作状态的示意图，在此工作状态中，将第一液晶透镜1009A与第二液晶透镜1009B相重叠的设置，第一液晶透镜1009A和第二液晶透镜1009B与图4中示出的液晶透镜的结构相同，为清楚的展示两液晶透镜的重叠结构，第一液晶透镜1009A与第二液晶透镜1009B的各部分采用与图4相同的标号，并通过在标号后添加A或B加以区分。
设定第一时刻T1，该PDLC液晶透镜处于第一种工作状态，加载于第一透明电极1003A和1003B的电压为U0，加载于第二透明电极1004A的电压为U1，加载于第二透明电极1004B的电压为Umax，各PDLC层的液晶微粒的转动如图8所示，从显示模块射出的光线为带有视差的左眼视图L和右眼视图R，左眼视图L可以通过液晶透镜传输到左眼视区(也称为左眼观看区域)，右眼视图R可以通过液晶透镜传输到右眼视区(也称为右眼观看区域)。当左眼视区和右眼视区之间的距离为观看者左右眼之间的距离时，观看者将看到3D图像。
图9是本实施方式所示的采用PDLC的液晶透镜的第二种工作状态的示意图，第一液晶透镜与第二液晶透镜的设置方式与图8相同。
设定第一时刻T2，该采用PDLC的液晶透镜处于第二种工作状态，加载于第一透明电极1003A和1003B的电压为U0，加载于该第二透明电极1004A的电压为Umax，加载于该第二透明电极1004B的电压为U1，各PDLC层的液晶微粒的转动如图9所示，从显示模块射出的光线为带有视差的左眼视图L和右眼视图R，左眼视图L可以通过液晶透镜传输到左眼视区(也称为左眼观看区域)，右眼视图R可以通过液晶透镜传输到右眼视区(也称为右眼观看区域)。当左眼视区和右眼视区之间的距离为观看者左右眼之间的距离时，观看者将看到3D图像。
以上T1时刻和T2时刻的透镜效果相差半个周期，在驱动电压持续交替作用时可以产生流动透镜的效果。
图10为本实施方式的PDLC液晶透镜的第三种工作状态的示意图，第一液晶透镜与第二液晶透镜的设置方式与图8相同。
设定第一时刻T3，该PDLC液晶透镜处于第三种工作状态，加载于第一透明电极1003A和1003B的电压为U0，加载于该第二透明电极1004A的电压为Umax，加载于该第二透明电极1004B的电压为Umax，各PDLC层的液晶微粒的转动如图10所示，从该显示模块射出的光线没有发生分光，观看者将看到2D图像。
图11为本实施方式的立体显示装置在时序电压驱动下，PDLC液晶透镜实现全分辨率的显示原理图，通过在一个周期内分别完成图8和图9所述的透镜控制过程，从而实现了处于观察位置处的单只眼睛接收到显示模块上所有像素所显示的图像，实现全分辨率的显示。
图12为本实施方式的PDLC液晶透镜的第二实施方式的结构示意图，两个PDLC液晶透镜共用一个透明基板，整体减少液晶透镜的厚度，实现轻薄化，包括：第一透明基板1001、第二透明基板1002、第三透明基板1010、第一透明电极1003、第二透明电极1004、第三透明电极1011、第四透明电极1012、第一封边层1008、第二封边层1013、第一液晶层1007和第二液晶层1014，第一透明电极1003设置在第一透明基板1001的表面，第二透明电极1004设置在第二透明基板1002的表面，第一封边层1008沿第一透明电极1003和第二透明电极1004的四周设置，第一液晶层1007设置在第一透明电极1001、第二透明电极1002与第一封边层1008形成的空间区域中，第三透明电极1011设置在第二透明基板1002的与设置第二透明电极1004的表面相对的表面上，第四透明电极1012设置在第三透明基板1010的表面上，第二封边层1013沿第三透明电极1011和第四透明电极1012的四周设置，第二液晶层1014设置在第三透明电极1011、第四透明电极1012与第二封边层1013形成的空间区域中，第一液晶层1007和第二液晶层1014均为聚合物分散液晶。
该液晶透镜还包括第一透明保护层1005、第二透明保护层1006、第三透明保护层1015和第四透明保护层1016，第一透明保护层1005设置在第一透明电极1003与第一液晶层1007之间，第二透明保护层1006设置在第二透明电极1004与第一液晶层1007之间，第三透明保护层1015设置在第三透明电极1011与第二液晶层1014之间，第四透明保护层1016设置在第四透明电极1012与第二液晶层1014之间。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种液晶透镜,包括：第一透明基板、第二透明基板、第一透明电极、第二透明电极、第一封边层和第一液晶层，所述第一透明电极设置在第一透明基板的表面，所述第二透明电极设置在第二透明基板的表面，所述第一封边层沿所述第一透明电极和第二透明电极的四周设置，所述第一液晶层设置在所述第一透明电极、第二透明电极与第一封边层形成的空间区域中，所述第一液晶层为聚合物分散液晶；还包括第三透明基板、第三透明电极、第四透明电极、第二封边层和第二液晶层，所述第三透明电极设置在所述第二透明基板的与设置第二透明电极的表面相对的表面上，所述第四透明电极设置在所述第三透明基板的表面上，所述第二封边层沿所述第三透明电极和第四透明电极的四周设置，所述第二液晶层设置在所述第三透明电极、第四透明电极与第二封边层形成的空间区域中，其特征在于,所述第二液晶层为聚合物分散液晶；给所述第一透明电极和所述第二透明电极上分别加载零电压和第一电压，给所述第三透明电极和所述第四透明电极上分别加载零电压和最大电压；或者给所述第一透明电极和所述第二透明电极上分别加载零电压和最大电压，给所述第三透明电极和所述第四透明电极上分别加载零电压和第一电压。
2.如权利要求1所述的液晶透镜，其特征在于，所述第一液晶层采用的聚合物分散液晶为经紫外光掩模板曝光后得到的具有液晶微粒大小梯度分布的聚合物分散液晶。
3.如权利要求1所述的液晶透镜，其特征在于，还包括第一透明保护层和第二透明保护层，所述第一透明保护层设置在所述第一透明电极与所述第一液晶层之间，所述第二透明保护层设置在所述第二透明电极与所述第一液晶层之间。
4.如权利要求3所述的液晶透镜，其特征在于，还包括第三透明保护层和第四透明保护层，所述第三透明保护层设置在所述第三透明电极与所述第二液晶层之间，所述第四透明保护层设置在所述第四透明电极与所述第二液晶层之间。
5.一种裸眼立体显示装置，包括：液晶透镜和显示模块，所述液晶透镜设置在所述显示模块的表面，所述液晶透镜包括第一透明基板、第二透明基板、第一透明电极、第二透明电极、第一封边层和第一液晶层，所述第一透明电极设置在第一透明基板的表面，所述第二透明电极设置在第二透明基板的表面，所述第一封边层沿所述第一透明电极和第二透明电极的四周设置，所述第一液晶层设置在所述第一透明电极、第二透明电极与第一封边层形成的空间区域中，所述第一液晶层为聚合物分散液晶；还包括第三透明基板、第三透明电极、第四透明电极、第二封边层和第二液晶层，所述第三透明电极设置在所述第二透明基板的与设置第二透明电极的表面相对的表面上，所述第四透明电极设置在所述第三透明基板的表面上，所述第二封边层沿所述第三透明电极和第四透明电极的四周设置，所述第二液晶层设置在所述第三透明电极、第四透明电极与第二封边层形成的空间区域中，其特征在于，所述第二液晶层为聚合物分散液晶；给所述第一透明电极和所述第二透明电极上分别加载零电压和第一电压，给所述第三透明电极和所述第四透明电极上分别加载零电压和最大电压；或者给所述第一透明电极和所述第二透明电极上分别加载零电压和最大电压，给所述第三透明电极和所述第四透明电极上分别加载零电压和第一电压。
6.如权利要求5所述的裸眼立体显示装置，其特征在于，所述液晶透镜为一个或多个，在所述液晶透镜为多个时，多个液晶透镜相重叠的设置在所述显示模块的表面。
7.如权利要求6所述的裸眼立体显示装置，其特征在于，所述第一液晶层采用的聚合物分散液晶为经紫外光掩模板曝光后得到的具有液晶微粒大小梯度分布的聚合物分散液晶。
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Non-Patent Citations (1)
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| 变焦纳米液晶透镜的体三维立体显示器的初步研究;宋世军 等;《现代显示》;20080229(第83/84期);第64-65页 * |
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