CN102809868A - 一种液晶透镜 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液晶透镜，包括：第一基板、第二基板、第一电极、第二电极、第一配向层、第二配向层和液晶层，所述第一基板与第二基板以预定间距平行设置，所述第一电极设置在所述第一基板上，所述第二电极设置在所述第二基板上，所述第一配向层覆盖在所述第一电极上，所述第二配向层覆盖在所述第二电极上，所述液晶层设置在所述第一配向层与第二配向层之间。本发明的液晶透镜通过采用多种不同形式的电极，实现减少显示器光线与液晶透镜间产生的摩尔纹，使画面更加细腻，从而提高了立体显示的显示效果。

Description

一种液晶透镜

技术领域

本发明涉及裸眼立体显示技术领域，尤其涉及一种液晶透镜。

背景技术

近年来，3D技术发展迅速，3D电影、3D游戏等陆续推出，3D已逐渐融入人们的生活，而计算机的中央处理器(CPU)的处理速度和相关功能的大大增强，更是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的空间。

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特殊的专门眼镜的优点，使得它在三维立体显示领域中备受青睐。

在现有的裸眼立体显示中，显示器光线与液晶透镜之间会产生大量的摩尔纹，使画面产生颗粒感，显示效果不佳。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种液晶透镜，能够减少显示器光线与液晶透镜间产生的摩尔纹，减少画面的颗粒感，提高显示效果。

为解决上述技术问题，本发明的一种液晶透镜，包括：第一基板、第二基板、第一电极、第二电极、第一配向层、第二配向层和液晶层，所述第一基板与第二基板以预定间距平行设置，所述第一电极设置在所述第一基板上，所述第二电极设置在所述第二基板上，所述第一配向层覆盖在所述第一电极上，所述第二配向层覆盖在所述第二电极上，所述液晶层设置在所述第一配向层与第二配向层之间。

进一步地，所述第一电极为两个或两个以上的竖向条形电极；所述第二电极为面电极。

进一步地，所述第一电极为两个或两个以上的竖向条形电极；所述第二电极为两个或两个以上的横向条形电极。

进一步地，所述第一电极和第二电极均为两个或两个以上的竖向条形电极。

进一步地，所述第一电极中的竖向条形电极与所述第二电极中的竖向条形电极两两相对设置。

进一步地，所述第一电极中的竖向条形电极与所述第二电极中的竖向条形电极相互交错设置。

进一步地，在所述第一电极与所述第一基板之间还设置有一层或多层电极，在两层电极之间设置有绝缘层。

进一步地，在所述第二电极与所述第二基板之间还设置有一层或多层电极，在两层电极之间设置有绝缘层。

进一步地，所述竖向条形电极为以下一种结构形式，包括：

(1)所述竖向条形电极为直条型结构；

(2)所述竖向条形电极的边缘曲线为正弦曲线或余弦曲线，并且，相对的两边缘曲线具有相同或相反的变化趋势；

(3)所述竖向条形电极的边缘曲线为弧形，不同竖向条形电极的边缘曲线为不同曲率的弧形；

(4)所述竖向条形电极的边缘曲线为折线，并且，相对的两边缘曲线具有相同的变化趋势。

进一步地，所述横向条形电极为以下一种结构形式，包括：

(1)所述横向条形电极为直条型结构；

(2)所述横向条形电极的边缘曲线为正弦曲线或余弦曲线，并且，相对的两边缘曲线具有相同或相反的变化趋势；

(3)所述横向条形电极的边缘曲线为弧形，不同竖向条形电极的边缘曲线为不同曲率的弧形；

(4)所述横向条形电极的边缘曲线为折线，并且，相对的两边缘曲线具有相同的变化趋势。

综上所述，本发明的液晶透镜通过采用多种不同形式的电极，实现减少显示器光线与液晶透镜间产生的摩尔纹，使画面更加细腻，从而提高了立体显示的显示效果。

附图说明

图1～图7为本实施方式液晶透镜的剖面结构示意图；

图8～图12为本实施方式液晶透镜控制层的竖向条形电极的结构示意图；

图13～图17为本实施方式的液晶透镜控制层的横向条形电极的结构示意图；

图18～图20为本实施方式的液晶透镜在不同结构下，对上下透明电极施加不同的电压时的也液晶分子排列的示意图。

具体实施方式

图1为本实施方式的液晶透镜的截面图，第一基板11和第二基板16以预定间距平行设置，在第一基板11的内表面上设置有第一电极12，在第二基板16的内表面上设置有第二电极15，第一电极12的内表面上设置有第一配向层13，第二电极15的内表面上设置有第二配向层14，且第一配向层13和第二配向层14的摩擦方向相互垂直；在第一配向层13和第二配向层14之间充满平行向列液晶10(液晶层10)。

如图18所示，当对第一电极12的各个电极施加不同的电压时，液晶分子将处于平躺、直立或介于平躺与直立之间的状态，当偏振方向平行于入射侧配向层方向的线偏振光入射时，入射光将具有不同的折射率，根据等光程原理，光线出射后将汇聚于一点，从而形成透镜效果。

液晶10具有n_o和n_e两种折射率，n_o为偏振光偏振方向垂直于液晶长轴方向入射时的折射率，n_e为偏振光偏振方向平行于液晶长轴方向入射时的折射率。

当第一电极12和第二电极15之间没有外加电压时，该液晶透镜的状态如图1所示，此时偏振方向平行于入射侧配向层方向的线偏振光入射，液晶层10的折射率为n_e；

当第一电极12和第二电极15之间有外加电压，且外加电压之差大于阈值电压U_th时，液晶分子将在电场的作用下直立，此时偏振方向平行于入射侧配向层方向的线偏振光入射，液晶的折射率为n_o。

第一电极12为竖向条形电极，电极结构可以是图8～图12中的任何一种。当第二电极15与第一电极12之间产生压差且压差大于液晶分子阈值电压时，液晶分子将会直立，当在第一电极12各个条形电极上对应第二电极15的压差不同，当施加合适的电压时液晶分子可以形成透镜的效果。

第二电极15为贴附于第二基板16的电极层，电极结构可为面电极也可为横向条形电极，横向条形电极的结构可以是图13～图17中的任何一种。

当对多个第一电极12施加不同的电压时，以7个电极为例，从左至右分别对这7个电极标示为121、122、123、124、125、126、127，第一电极标示为12，对第二电极15施加电压U0，对第一电极12的7条电极分别施加不同的电压，施加的电压与U₀之差分别为U₂₁、U₂₂、U₂₃、U₂₄、U₂₅、U₂₆、U₂₇，各电势差之间的关系为：U₂₁＞U₂₂＞U₂₃＞U₂₄＜U₂₅＜U₂₆＜U₂₇，即中间电极的电势差U₂₄最低，且U₂₄＜U_th，两边的电压依次增大，两端的电压为最高电压，且大于U_th。设定合适的电压，可使液晶分子的排列如图18所示，两端的液晶分子直立，中间的液晶分子平躺，介于两端与中间的液晶分子倾斜于基板，且根据电压的大小成不同的倾角。此时，由于电极是波浪形，这样可降低液晶透镜与显示面板间形成摩尔纹。

当第二基板16上的第二电极15为面电极，第一基板11上的第一电极12为图9所示的曲形电极，通过上述方法施加电压形成液晶透镜时液晶分子指向矢分布示意图如图18所示。

相对于图1描述的多个电极形成透镜的情况，图2描述的是两个电极形成透镜的情况。第二电极15与图1结构中的第二电极15的结构一样，第一电极12为两条竖向条形电极，电极结构可以是图8～图12中的任意一种，但形成透镜的方式为两电极同时施加高电压，一般电极间的距离大于电极本身的宽度。

图3为第二电极15与第一电极12均为竖向条形电极，示意图表示的为多个电极形成透镜的情况，第二电极15与第一电极12均可为竖向条形电极图8～图12中的任意一种，且电极的样式不必一致。

图4为第二电极15及第一电极12均为竖向条形电极，而第一电极12为两个电极形成透镜的示意图。

相对于图3所描述的第二电极15和第一电极12相正对的液晶透镜，图5所示为完全错开的情况，实际执行时不必局限于此，可错开不同的距离，第二电极15和第一电极12中电极的宽度也不必完全相同。当第二电极15采用图14所示的横向曲形电极，第一电极12采用图9所示的竖向曲形电极，施加电压形成液晶透镜时液晶分子指向矢分布示意图如图19所示。

图6描述了两层曲形电极形成透镜的情况，第二电极15及第一电极12同前面所描述一致。第三电极32为第一电极12之下更接近于第一基板11的一层电极，第三电极32与第一电极12之间用绝缘层23隔开，第三电极32的结构同样可以是图8～图12中的任意一种，条形电极宽度、形状、与第一电极12的交错或重叠等均可根据需要调整。图6所示为第一电极12和第三电极32的条形电极交错开的一种情形。当第二电极15、第一电极12和第三电极32给予合适的电压时，将会形成透镜效果，图20为施加合适的电压时液晶分子指向矢分布示意图。

上面是以在第一电极12与第一基板11之间设置第三电极32为例进行说明，实际上，在第一电极12与第一基板11之间也可以设置多层的电极，并且在两层的电极之间设置一层绝缘层，在第二电极15与第二基板16之间也可进行类似的一层或多层的电极设置。

图7与图6的区别在于第二电极15，图7中的第二电极15为竖向条形电极，第二电极15及第一电极12及第三电极32的形状、宽度及对齐方式均不限于图7所描述。

图8为第一电极12的第一实施方式，电极为竖向条形电极。图8为直条型结构，图中所描述的为电极宽度与间距相等的情形，实际中电极宽度及间距均可调整。

图9为第一电极12的第二实施方式，多个第一电极12的边缘曲线为正弦或余弦曲线，且对于同一条电极，其相对的两个边缘曲线具有相同的变化趋势，即边缘曲线的波峰、波谷具有一致性。这样，多个横向排列的电极可以认为是经过简单的横向复制后所得，具有严格的可重复性。曲形电极的电极宽度及间距均可调整。第二电极15均匀镀于玻璃基板16上，与第一电极12平行。

图10为第一电极12的第三实施方式，多个电极的边缘曲线为正弦或余弦曲线，且对于同一条电极，相对的两个边缘曲线具有相反的变化趋势。第二透明电极15均匀镀于玻璃基板16上，与第一电极12平行。

图11所示的为同一面电极上有不同曲率的弧形电极，呈周期排列，实际应用中不拘泥于此，不同曲形电极可为不同曲率、不同间距、不同排布方式，也可交叉有图10所示的弧形电极，或折线电极。

图12所示为竖向折线电极，对于同一条电极，相对的两个边缘折线具有相同的变化趋势，且各电极间具有严格的重复性。实际执行时，可将折线尖端部分制作成弧状，可以避免临近尖角处形成尖端放电效应，损坏其内部结构。

图13～图17为横向条形电极结构，图13～图17的横向条形电极实际上分别与图8～图12的竖向条形电极相对应，是竖向条形电极旋转90度后得到。

图18为当第二电极15为面电极，第一电极12为图9所示的曲形电极，施加电压形成液晶透镜时液晶分子指向矢分布示意图。

图18中的电极，一般为ITO，配向层一般为PI，中间的液晶层中的黑色线段为液晶分子的指向矢。

图19为当第二电极15为图14所示的竖向曲形电极，第一电极12为图10所示的竖向曲形电极，施加电压形成液晶透镜时液晶分子指向矢分布示意图。

图20为第二基板16上的第二电极15为面电极、第三电极32的结构为图9所示的竖向曲形电极，第一电极12的结构为图9所示的竖向曲形电极，施加电压形成液晶透镜时液晶分子指向矢分布示意图。

本实施方式还提供了一种裸眼立体显示装置，包括：液晶透镜和显示模块，液晶透镜设置在显示模块的表面，液晶透镜包括：第一基板、第二基板、第一电极、第二电极、第一配向层、第二配向层和液晶层，第一基板与第二基板以预定间距平行设置，第一电极设置在第一基板上，第二电极设置在第二基板上，第一配向层覆盖在第一电极上，第二配向层覆盖在第二电极上，液晶层设置在第一配向层与第二配向层之间。

第一电极为两个或两个以上的竖向条形电极；第二电极为面电极。

第一电极为两个或两个以上的竖向条形电极；第二电极为两个或两个以上的横向条形电极。

第一电极和第二电极均为两个或两个以上的竖向条形电极。

第一电极中的竖向条形电极与第二电极中的竖向条形电极两两相对设置。

第一电极中的竖向条形电极与第二电极中的竖向条形电极相互交错设置。

在第一电极与第一基板之间还设置有一层或多层电极，在两层电极之间设置有绝缘层；在第二电极与第二基板之间还设置有一层或多层电极，在两层电极之间设置有绝缘层。

竖向条形电极为以下一种结构形式，包括：

(1)竖向条形电极为直条型结构；

(2)竖向条形电极的边缘曲线为正弦曲线或余弦曲线，并且，相对的两边缘曲线具有相同或相反的变化趋势；

(3)竖向条形电极的边缘曲线为弧形，不同竖向条形电极的边缘曲线为不同曲率的弧形；

(4)竖向条形电极的边缘曲线为折线，并且，相对的两边缘曲线具有相同的变化趋势。

横向条形电极为以下一种结构形式，包括：

(1)横向条形电极为直条型结构；

(2)横向条形电极的边缘曲线为正弦曲线或余弦曲线，并且，相对的两边缘曲线具有相同或相反的变化趋势；

(3)横向条形电极的边缘曲线为弧形，不同竖向条形电极的边缘曲线为不同曲率的弧形；

(4)横向条形电极的边缘曲线为折线，并且，相对的两边缘曲线具有相同的变化趋势。

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 (10)

1.一种液晶透镜，其特征在于，包括：第一基板、第二基板、第一电极、第二电极、第一配向层、第二配向层和液晶层，所述第一基板与第二基板以预定间距平行设置，所述第一电极设置在所述第一基板上，所述第二电极设置在所述第二基板上，所述第一配向层覆盖在所述第一电极上，所述第二配向层覆盖在所述第二电极上，所述液晶层设置在所述第一配向层与第二配向层之间。

2.如权利要求1所述的液晶透镜，其特征在于：所述第一电极为两个或两个以上的竖向条形电极；所述第二电极为面电极。

3.如权利要求1所述的液晶透镜，其特征在于：所述第一电极为两个或两个以上的竖向条形电极；所述第二电极为两个或两个以上的横向条形电极。

4.如权利要求1所述的液晶透镜，其特征在于：所述第一电极和第二电极均为两个或两个以上的竖向条形电极。

5.如权利要求4所述的液晶透镜，其特征在于：所述第一电极中的竖向条形电极与所述第二电极中的竖向条形电极两两相对设置。

6.如权利要求4所述的液晶透镜，其特征在于：所述第一电极中的竖向条形电极与所述第二电极中的竖向条形电极相互交错设置。

7.如权利要求1～6任意之一所述的液晶透镜，其特征在于：在所述第一电极与所述第一基板之间还设置有一层或多层电极，在两层电极之间设置有绝缘层。

8.如权利要求1～6任意之一所述的液晶透镜，其特征在于：在所述第二电极与所述第二基板之间还设置有一层或多层电极，在两层电极之间设置有绝缘层。

9.如权利要求2～6任意之一所述的液晶透镜，其特征在于：所述竖向条形电极为以下一种结构形式，包括：

(1)所述竖向条形电极为直条型结构；

(2)所述竖向条形电极的边缘曲线为正弦曲线或余弦曲线，并且，相对的两边缘曲线具有相同或相反的变化趋势；

(3)所述竖向条形电极的边缘曲线为弧形，不同竖向条形电极的边缘曲线为不同曲率的弧形；

(4)所述竖向条形电极的边缘曲线为折线，并且，相对的两边缘曲线具有相同的变化趋势。

10.如权利要求3所述的液晶透镜，其特征在于：所述横向条形电极为以下一种结构形式，包括：

(1)所述横向条形电极为直条型结构；

(2)所述横向条形电极的边缘曲线为正弦曲线或余弦曲线，并且，相对的两边缘曲线具有相同或相反的变化趋势；

(3)所述横向条形电极的边缘曲线为弧形，不同竖向条形电极的边缘曲线为不同曲率的弧形；

(4)所述横向条形电极的边缘曲线为折线，并且，相对的两边缘曲线具有相同的变化趋势。

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