CN103149767A

CN103149767A - 一种液晶透镜及包含该液晶透镜的裸眼立体显示装置

Info

Publication number: CN103149767A
Application number: CN2013100650791A
Authority: CN
Inventors: 张永爱; 郭太良; 周雄图; 叶芸; 姚剑敏; 林志贤; 徐胜; 林金堂; 曾祥耀; 林锑杭
Original assignee: Fuzhou University
Current assignee: Fuzhou University
Priority date: 2013-03-01
Filing date: 2013-03-01
Publication date: 2013-06-12
Anticipated expiration: 2033-03-01
Also published as: CN103149767B

Abstract

本发明涉及显示技术领域，特别涉及一种液晶透镜，其特征在于，包括：一第一透明基板；一第一介质层，形状为条状、锯齿状或阶梯状，彼此间隔且平行排列于所述第一透明基板上表面；所述第一介质层的厚度从所述液晶透镜的中心到所述液晶透镜的边缘方向上梯度增加；一第一电极；一第一配向层；一第二透明基板；一第二电极；一第二配向层；一液晶层。本发明运用梯度分布的介质层实现一种液晶透镜及包含该液晶透镜的裸眼立体显示装置，该装置不仅能实现2D/3D自由切换，还可以实现左右眼图像分时切换，达到动态液晶透镜效果，得到全高清的立体显示图像。

Description

一种液晶透镜及包含该液晶透镜的裸眼立体显示装置

技术领域

本发明涉及显示技术领域，特别涉及一种液晶透镜及包含该液晶透镜的裸眼立体显示装置。

背景技术

随着显示技术的发展，立体显示装置的应用也越来越广。立体显示装置通过光栅和其它光学组件，将平面显示器显示器显示的具有两幅图像分别提供给观看者的左眼和右眼，然后观看者的大脑可将这两幅视差图像合成而感知到三维图像。立体显示装置一般有两种方式：狭缝光栅式立体显示装置和微透镜阵列立体显示装置。其中，狭缝光栅式包括菲林式、黑矩阵式、反射式和液晶光栅式等，而微透镜阵列可实现2D/3D的切换，兼容液晶显示器工艺，在裸眼3D显示器中占有重要的一席之地。

如图1所示为现有的狭缝光栅立体显示装置的结构示意图。该立体显示装置包括：用于提供图像的显示面板11和位于显示面板11之前的狭缝光栅12。所述显示面板11的奇数列和偶数列分别显示右眼图像和左眼图像，所述狭缝光栅12将显示面板11显示的左、右眼图像分别提供给观看者的左、右眼。

如图2所示为现有的液晶透镜立体显示装置的结构示意图。该立体显示装置包括：用于提供图像的显示面板21和位于显示面板21之前的液晶透镜22。所述液晶透镜包括第一透明基板221，第一透明电极222，第一配向层223，第二透明基板227、第二透明电极225，第二配向层224和液晶层226。所述显示面板21的一半显示右眼图像，另一半显示左眼图像，所述液晶透镜22将显示面板21显示的左、右眼图像分别提供给观看者的左、右眼。

不管是狭缝光栅立体显示或者液晶透镜立体显示，观看者只能看到显示面板的分辨率一半的三维图像。可见，狭缝光栅立体显示或者液晶透镜立体显示装置的分辨率只能达到显示面板分辨率的一半，因此显示的三维图像不能适用于一些高分辨需求的场合。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种液晶透镜及包含该液晶透镜的裸眼立体显示装置，该装置能够向观看者以显示面板分辨率显示立体图像，显示效果好，且实施性强。

本发明采用以下方案实现：一种液晶透镜，其特征在于，包括：

一第一透明基板；

一第一介质层，形状为条状、锯齿状或阶梯状，彼此间隔且平行排列于所述第一透明基板上表面；所述第一介质层的厚度从所述液晶透镜的中心到所述液晶透镜的边缘方向上梯度增加；

一第一电极，形状为条状、锯齿状或阶梯状且其厚度相等，设置于所述第一介质层表面；所述第一电极的宽度与所述第一介质层的宽度大小一致，所述第一电极的中心点与所述第一介质层的中心点重合；

一第一配向层，覆盖于所述第一电极和第一透明基板上表面，且其上表面为平面；

一第二透明基板，与所述第一透明基板相对设置且相互平行；

一第二电极，所述第二电极为一面电极且覆盖于所述第二透明基板下表面；

一第二配向层，覆盖于所述第二电极下表面，且其下表面为平面；

一液晶层，设置于所述第一配向层和所述第二配向层之间。

在本发明一实施例中，所述第一配向层的配向方向与所述第二配向层的配向方向平行，且与所述第一电极的取向方向交叉。

在本发明一实施例中，还包括一封胶框，设置于所述第一透明基板和所述第二透明基板之间，用于将所述液晶层封闭在所述第一配向层和第二配向层之间。

在本发明一实施例中，还包括一衬底料，设置于所述第一配向层和第二配向层之间，用于确保所述第一配向层和第二配向层的间距为预定间距。

本发明还提供一种包含所述液晶透镜的裸眼立体显示装置，其特征在于：包括一显示模块和一第一液晶透镜阵列；所述第一液晶透镜阵列包含复数个所述液晶透镜单元并设置于所述显示模块上表面。

在本发明一实施例中，还包括一第二液晶透镜层；所述第二液晶透镜阵列包含复数个所述液晶透镜单元并设置于所述第一液晶透镜层上表面，所述第二液晶透镜层中液晶透镜的介质层厚度从所述液晶透镜的中心到所述液晶透镜的边缘方向上梯度减少，且所述第二液晶透镜阵列中液晶透镜单元的介质层厚度最低的点与所述第一液晶透镜阵列中液晶透镜单元的介质层厚度最高的点对齐。

在本发明一实施例中，所述第一液晶透镜阵列中的第二透明基板和所述第二液晶透镜阵列中的第一透明基板共用同一透明基板。

本发明运用梯度分布的介质层实现一种液晶透镜及包括该液晶透镜的裸眼立体显示装置，该装置不仅能实现2D/3D自由切换，还可以实现左右眼图像分时切换，达到动态液晶透镜效果，得到全高清的立体显示图像。

附图说明

图1是现有狭缝光栅立体显示装置的结构示意图。

图2是现有液晶透镜立体显示装置的结构示意图。

图3是本发明提供的一种液晶透镜的结构示意图。

图4是本发明提供的一种液晶透镜在第一电压下的工作原理图。

图5是本发明提供的一种液晶透镜在最大电压下的工作原理图。

图6是本发明第一实施方式的裸眼立体显示装置的第一种工作状态的示意图。

图7是本发明第一实施方式的裸眼立体显示装置的第二种工作状态的示意图。

图8是本发明第一实施方式的裸眼立体显示装置的第三种工作状态的示意图。

图9是本发明提供的一种裸眼立体显示装置的第二实施方式的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下将通过具体实施例和相关附图，对本发明作进一步详细说明。在图中，为了清楚，放大了层和区域的厚度，但作为示意图不应该被认为严格反映了几何尺寸的比例关系。在此，参考图是本发明的理想化实施例的示意图，本发明所示的实施例不应该被认为仅限于图中所示的区域的特定形状，而是包括所得到的形状，比如制造引起的偏差。在本实施例中均以矩形表示，图中的表示是示意性的，但这不应该被认为限制本发明的范围。

本发明提供一种液晶透镜，其特征在于，包括：

一第一透明基板；

一液晶层，设置于所述第一配向层和所述第二配向层之间。

如图3所示，本实施例提供一种液晶透镜300，其特征在于，包括：

一第一透明基板314；

一第一介质层315，形状为条状、锯齿状或阶梯状，彼此间隔且平行排列于所述第一透明基板314上表面；所述第一介质层315的厚度从所述液晶透镜300的中心到所述液晶透镜300的边缘方向上梯度增加；

一第一电极316，形状为条状、锯齿状或阶梯状且其厚度相等，设置于所述第一介质层315表面；所述第一电极316的宽度与所述第一介质层315的宽度大小一致，所述第一电极316的中心点与所述第一介质层315的中心点重合；

一第一配向层317，覆盖于所述第一电极316和第一透明基板314上表面，且其上表面为平面；

一第二透明基板311，与所述第一透明基板314相对设置且相互平行；

一第二电极312，所述第二电极312为一面电极且覆盖于所述第二透明基板311下表面；

一第二配向层313，覆盖于所述第二电极312下表面，且其下表面为平面；

一液晶层319，设置于所述第一配向层317和所述第二配向层313之间。

还包括一封胶框318，设置于所述第一透明基板314和所述第二透明基板311之间，用于将所述液晶层319封闭在所述第一配向层317和第二配向层313之间。还包括一衬底料（图中未示出），设置于所述第一配向层317和第二配向层313之间，用于确保所述第一配向层317和第二配向层313的间距为预定间距。

所述第一配向层317的配向方向与所述第二配向层313的配向方向平行，且与所述第一电极316的取向方向交叉。所述第一介质层315可为氧化硅（SiOx）、氮化硅（SiNx）或PI膜等，此处不一一例举。本实施例中，所述液晶透镜300优选包含7根条状形的第一电极316以及7根条状形的第一介质层315。所述第一电极316和第二电极312均为透明导电层，譬如可为铟锡氧化物（Indium Tin Oxide，ITO）、铟锌氧化物（Indium Zinc Oxide，IZO）或掺铝氧化锌（AZO），此处不一一例举。本实施例中优选第一配向层317或第二配向层313的配向方向与第一电极316取向方向垂直。

请参阅图4，在第二电极312上施加参考电压U0（例如U0=0），在第一电极316上施加第一电压U1，从而在第二电极312和第一电极316之间形成梯度分布的电场，第一液晶层319中的液晶分子在梯度分布的电场作用下分别发生不同程度的旋转，最终会形成如图4中的虚线所示的光程差曲线的透镜型效果。

请参阅图5，在第二电极312上施加参考电压U0（例如U0=0），在第一电极316上施加最大电压Umax，从而在第二电极312和第一电极316之间形成电场，第一液晶层319中的液晶分子在电场作用下均发生相同程度的旋转，如图5中的箭头所示。此时从显示模块发出的光线没有被调制，从而观看者只能看到2D图像。

本发明还提供一种包含所述液晶透镜的裸眼立体显示装置，其特征在于：包括一显示模块和一第一液晶透镜层；所述第一液晶透镜层包含复数个所述液晶透镜并设置于所述显示模块上表面。

如图6所示，在本发明一较佳实施例中，提供一种包含所述液晶透镜的裸眼立体显示装置，其特征在于：包括一显示模块600、一第一液晶透镜阵列401和一第二液晶透镜阵列501；所述第一液晶透镜阵列401包含复数个所述液晶透镜单元400并设置于所述显示模块600上表面；所述第二液晶透镜阵列501包含复数个所述液晶透镜单元500并设置于所述第一液晶透镜阵列401上表面，且所述第二液晶透镜阵列501中液晶透镜单元500的介质层515厚度从所述液晶透镜单元500的中心到所述液晶透镜单元500的边缘方向上梯度减少。

所述显示模块600包括液晶显示器、等离子体显示器、场致发射显示器、有机电致发光显示器或LED显示屏等。

所述液晶透镜单元400包括：

一第一透明基板414；

一第一介质层415，形状为条状、锯齿状或阶梯状，彼此间隔且平行排列于所述第一透明基板414上表面；所述第一介质层415的厚度从所述液晶透镜单元400的中心到所述液晶透镜单元400的边缘方向上梯度增加；

一第一电极416，形状为条状、锯齿状或阶梯状且其厚度相等，设置于所述第一介质层415表面；所述第一电极416的宽度与所述第一介质层415的宽度大小一致，所述第一电极416的中心点与所述第一介质层415的中心点重合；

一第一配向层417，覆盖于所述第一电极416和第一透明基板414上表面，且其上表面为平面；

一第二透明基板411，与所述第一透明基板414相对设置且相互平行；

一第二电极412，所述第二电极412为一面电极且覆盖于所述第二透明基板411下表面；

一第二配向层413，覆盖于所述第二电极412下表面，且其下表面为平面；

一液晶层419，设置于所述第一配向层417和所述第二配向层413之间。

还包括一封胶框418，设置于所述第一透明基板414和所述第二透明基板411之间，用于将所述液晶层419封闭在所述第一配向层417和第二配向层413之间。还包括一衬底料（图中未示出），设置于所述第一配向层417和第二配向层413之间，用于确保所述第一配向层417和第二配向层413的间距为预定间距。

所述液晶透镜单元500包括：

一第一透明基板514；

一第一介质层515，形状为条状、锯齿状或阶梯状，彼此间隔且平行排列于所述第一透明基板514上表面；所述第一介质层515的厚度从所述液晶透镜单元500的中心到所述液晶透镜单元500的边缘方向上梯度减小；

一第一电极516，形状为条状、锯齿状或阶梯状且其厚度相等，设置于所述第一介质层515表面；所述第一电极516的宽度与所述第一介质层515的宽度大小一致，所述第一电极516的中心点与所述第一介质层515的中心点重合；

一第一配向层517，覆盖于所述第一电极516和第一透明基板514上表面，且其上表面为平面；

一第二透明基板511，与所述第一透明基板514相对设置且相互平行；

一第二电极512，所述第二电极512为一面电极且覆盖于所述第二透明基板511下表面；

一第二配向层513，覆盖于所述第二电极512下表面，且其下表面为平面；

一液晶层519，设置于所述第一配向层517和所述第二配向层513之间。

还包括一封胶框518，设置于所述第一透明基板514和所述第二透明基板511之间，用于将所述液晶层519封闭在所述第一配向层517和第二配向层513之间。还包括一衬底料（图中未示出），设置于所述第一配向层517和第二配向层513之间，用于确保所述第一配向层517和第二配向层513的间距为预定间距。

也就是说，让所述第一液晶透镜阵列401中液晶透镜单元400的介质层415厚度最高的点与所述第二液晶透镜阵列501中液晶透镜单元500的介质层515厚度最低的点对齐。

设定第一时刻T1，该显示装置处于第一种工作状态，此时，加载于第一液晶透镜阵列401的第二电极412的电压为一参考电压U0（例如U0=0），第一电极416加载第一电压U1，加载于第二液晶透镜阵列501的第二电极512的电压为一参考电压U0，第一电极516加载最大电压Umax；则第一液晶层419和第二液晶层519的偏转角度如图6所示，从显示模块600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。

设定第二时刻T2，该显示装置处于第二种工作状态，此时，加载于第一液晶透镜阵列401的第二电极412的电压为一参考电压U0（例如U0=0），第一电极416加载最大电压Umax，加载于第二液晶透镜阵列501的第二电极512的电压为一参考电压U0，第一电极516加载第一电压U1；则第一液晶层419和第二液晶层519的偏转角度如图7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和T2时刻是液晶透镜效果相差半个周期，在驱动电压持续交替作用时，可产生动态液晶透镜的效果。

设定第三时刻T3，该显示装置处于第三种工作状态，此时，加载于第一液晶透镜阵列401的第二电极412的电压为一参考电压U0（例如U0=0），第一电极416加载最大电压Umax，加载于第二液晶透镜阵列501的第二电极512的电压为一参考电压U0，第一电极516加载最大电压Umax，则第一液晶层419和第二液晶层519的偏转角度如图8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。

本发明一较佳实施例的裸眼立体显示装置在驱动电压下，液晶透镜实现分辨率的显示原理图，通过在一个周期内分别完成如图6和图7所述的液晶透镜控制过程，从而实现了处于观察位置处的单只眼睛接收到显示模块600上所有像素显示的图像，实现全分辨的立体显示。本发明通过控制模块分时段控制液晶透镜中液晶层内的液晶分子偏转方向，不仅能能够根据显示内容在2D显示模式和3D显示模式之间实现切换显示模式，还可以实现左右眼图像分时切换，达到动态液晶透镜效果，得到全高清的立体显示图像。

如图9所示，在本发明再一较佳实施例中，提供一种包含所述液晶透镜的裸眼立体显示装置，其特征在于：包括一显示模块600、一第一液晶透镜阵列401和一第二液晶透镜阵列501；所述第一液晶透镜阵列401包含复数个所述液晶透镜单元400并设置于所述显示模块600上表面；所述第二液晶透镜阵列501包含复数个所述液晶透镜单元500并设置于所述第一液晶透镜阵列401上表面。所述第一液晶透镜阵列401的第二透明基板414和所述第二液晶透镜阵列501的第一透明基板511共用同一透明基板520。两个液晶透镜层共用一个透明基板520，整体减少液晶透镜层的厚度，实现立体显示装置的轻薄化。

上列较佳实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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

1.一种液晶透镜，其特征在于，包括：

一第一透明基板；

一液晶层，设置于所述第一配向层和所述第二配向层之间。

2.根据权利要求1所述的一种液晶透镜，其特征在于：所述第一配向层的配向方向与所述第二配向层的配向方向平行，且与所述第一电极的取向方向交叉。

3.根据权利要求1所述的一种液晶透镜，其特征在于：还包括一封胶框，设置于所述第一透明基板和所述第二透明基板之间，用于将所述液晶层封闭在所述第一配向层和第二配向层之间。

4.根据权利要求1所述的一种液晶透镜，其特征在于：还包括一衬底料，设置于所述第一配向层和第二配向层之间，用于确保所述第一配向层和第二配向层的间距为预定间距。

5.一种包含如权利要求1-4任一项所述的液晶透镜的裸眼立体显示装置，其特征在于：包括一显示模块和一第一液晶透镜阵列；所述第一液晶透镜阵列包含复数个所述液晶透镜单元并设置于所述显示模块上表面。

6.根据权利要求5所述的裸眼立体显示装置，其特征在于：还包括一第二液晶透镜层；所述第二液晶透镜阵列包含复数个所述液晶透镜并设置于所述第一液晶透镜阵列上表面，所述第二液晶透镜层中液晶透镜单元的介质层厚度从所述液晶透镜单元的中心到所述液晶透镜的边缘方向上梯度减少，且所述第二液晶透镜阵列中液晶透镜单元的介质层厚度最低的点与所述第一液晶透镜阵列中液晶透镜单元的介质层厚度最高的点对齐。

7.根据权利要求6所述的裸眼立体显示装置，其特征在于：所述第一液晶透镜阵列中的第二透明基板和所述第二液晶透镜阵列中的第一透明基板共用同一透明基板。