CN103576410B - 液晶透镜及3d显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种液晶透镜及3D显示装置。该液晶透镜包括：第一基板，所述第一基板上设有第一电极；第二基板，所述第二基板上设有第二电极；及液晶层，所述液晶层设置于所述第一电极与所述第二电极之间，其中所述第一电极上包括彼此间隔一定距离的多个第一电极单元，其中，所述第一电极还包括与所述多个第一电极单元对应的多条导电线，每一所述导电线与每一所述第一电极单元并联，且在所述导电线两端施加由驱动控制电压输出端输出的驱动所述第一电极单元的驱动控制电压。采用本发明技术方案能够解决现有技术液晶透镜的电极单元两端形成压差，不同电极单元的两端压差不同，影响立体显示效果的问题。

Description

液晶透镜及3D显示装置

技术领域

本发明涉及显示技术领域，尤其是指一种液晶透镜及3D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。目前立体显示技术在医疗、广告、军事、展览、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立体眼镜观看立体画面，而目前的主流产品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主要原理是在显示面板前设置光栅，所述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，使观看者看到3D图像。

目前，大多数基于光栅形成的裸眼立体显示器清晰度都不能令人满意。主要表现如下：第一，光栅对显示器的像素进行分割，当显示器显示大画面时无大碍，但显示小画面如文字等会对画面进行分光从而产生分割的现象，具体表现为线条断裂、字迹模糊等，使观看者看不清楚字体，而在整体上表现为一个个的小颗粒，虽然目前有很多2D/3D切换技术，但对于想在3D状态下如游戏场面，想看清楚小的字体尤为困难；第二，也是重要的一点，当前大部分裸眼立体显示由于其立体显示的原理限制，一个画面同时显示两幅甚至更多图像，导致分辨率大幅下降。

针对上述缺陷，最近出现了采用电驱动液晶透镜的立体显示器，这种立体显示器由通常的2D平面显示器配合电驱动液晶透镜组装而成。该电驱动液晶透镜包括上基板、下基板、设在上基板底面上的第一电极、设在下基板表面上的第二电极和第一电极与第二电极之间的液晶层。其中第一电极包括多个条形电极单元，通过对该多个条形电极单元和第二电极施加各自所需的电压，在上基板、下基板之间产生电场，使液晶分子发生偏转。且对于不同的条形电极单元施加的电压各不相同，使得对应不同电压的条形电极单元的液晶分子的偏转程度不同，导致了光线入射时对应不同电压的条形电极单元的液晶分子的折射率的不同，从而形成类似柱面光栅的液晶透镜，使得光线射入液晶透镜后，类似于柱面光栅那样射出。

然而，上述包括第一电极和第二电极的液晶透镜中，由于第一电极是由多个电极单元构成，几个电极单元构成为一个透镜单元，因此一个透镜单元中每一电极单元上所输入控制电压决定了液晶分子的排列方式，最终影响光线折射效果，也即影响3D的显示效果。

通常现有技术的液晶透镜中，采用电压输入驱动芯片对每一条形电极单元的输入电压进行控制，以使每一条形电极单元获得对应的控制电压，然而该种控制方式使液晶透镜的线路布局及制作工艺复杂，且由于条形电极单元数量较多，因而需要较多的驱动芯片，导致生产成本较高。

另一方面，由于目前大尺寸显示屏幕的发展，使得液晶透镜上每一条形电极单元的长度也随之变长，通常每一条形电极单元横跨上下或者左右的幅面较大，导致每一条形电极单元本身的阻抗也会比较大，影响每一条形电极单元两端的压差；当通过电压输入驱动芯片向条形电极单元输入同一电压时，由于本身阻抗的影响，会使一个条形电极单元两端形成压差，而不同电极单元两端压差不同，因此最终使得驱动液晶分子转动的电压不同，从而影响立体显示效果。

发明内容

本发明技术方案的目的是提供一种液晶透镜及3D显示装置，用于解决现有技术液晶透镜的电极单元两端形成压差，不同电极单元的两端压差不同，影响立体显示效果的问题。

本发明提供一种液晶透镜，包括：第一基板，所述第一基板上设有第一电极；第二基板，所述第二基板上设有第二电极；及液晶层，所述液晶层设置于所述第一电极与所述第二电极之间，其中所述第一电极上包括彼此间隔一定距离的多个第一电极单元，其中，所述第一电极还包括与所述多个第一电极单元数量相对应的多条导电线，每一所述导电线与每一所述第一电极单元并联，且在所述导电线两端施加由驱动控制电压输出端输出的驱动所述第一电极单元的驱动控制电压。

优选地，上述所述的液晶透镜，所述导电线设于所述第一电极单元与所述第一基板之间，且所述导电线由透明导电材料构成。

优选地，上述所述的液晶透镜，所述导电线为曲率不断变化的曲线。

优选地，上述所述的液晶透镜，所述驱动控制电压输出端包括第一输出端和第二输出端，所述导电线包括沿导电线长度方向的第一端和第二端，所述第一输出端与所述第一端之间设有第一分压单元，所述第二输出端与所述第二端之间设有第二分压单元。

优选地，上述所述的液晶透镜，所述第一分压单元与所述第二分压单元相同。

优选地，上述所述的液晶透镜，所述第一分压单元为电阻元件或分压电路，所述第二分压单元为电阻元件或分压电路。

优选地，上述所述的液晶透镜，依序排列的n个所述第一电极单元构成一个透镜单元，施加在每一所述第一电极单元上的所述驱动控制电压相等；n为偶数时，任一个透镜单元内，依序排列的n个所述对应导电线所连接的所述第一分压单元的电压值排列规律为：U_R1=U_Rn，U_R2=U_R(n-1)，…，U_R(n/2)=U_R(n/2+1)，且|U_R1|<|U_R2|<…<|U_R(n/2)|、|U_Rn|<…<|U_R(n/2+2)|<|U_R(n/2+1)|；其中U_R1、U_R2、…、U_Rn分别为第一个所述第一分压单元依序至第n个所述第一分压单元上的电压值。

优选地，上述所述的液晶透镜，依序排列的n个所述第一电极单元构成一个透镜单元，施加在每一所述第一电极单元上的所述驱动控制电压相等；n为奇数时，任一个透镜单元内，依序排列的n个所述对应导电线所连接的所述第一分压单元的电压值排列规律为：U_R1=U_Rn，U_R2=U_R(n-1)，…，U_{R((n＋1)/2－1)}=U_{R((n ＋1)/2+1)}，且|U_R1|>|U_R2|>…>|U_{R(（n+1）/2)}|、|U_Rn|>…>|U_{R((n+1）/2+1))}|>|U_{R(（n+1）/2))}|，其中U_R1、U_R2、…、U_Rn分别为第一个所述第一分压单元依序至第n个所述第一分压单元上的电压值。

优选地，上述所述的液晶透镜，所述第一电极单元沿一第一方向延伸，所述第二电极包括至少一第二电极单元，沿一第二方向延伸，所述第一方向与所述第二方向相交，所述第二电极还包括与所述第二电极单元数量相对应的共电极导电线，所述第二电极单元与对应的所述共电极导电线并联。

优选地，上述所述的液晶透镜，所述共电极导电线包括位于长度方向的第一端和第二端，其中所述共电极导电线的第一端与第三分压单元连接，所述共电极导电线的第二端与第四分压单元连接，通过所述第三分压单元和所述第四分压单元，所述共电极导电线的第一端和第二端分别与所述第二电极单元的驱动电压连接。

本发明提供一种3D显示装置，包括显示面板，还包括如上任一项所述的液晶透镜，其位于所述显示面板的显示图像的一侧。

本发明具体实施例上述技术方案中的至少一个具有以下有益效果：

通过设置与电极单元并联的导电线，将驱动电极单元的驱动控制电压施加在导电线的两端，使得电极单元两端的压差与相并联的导电线相同，由于导电线的电阻很小，两端的压差很小，因此电极单元两端的压差也很小，可以忽略，从而解决现有技术液晶透镜的电极单元两端形成压差，不同电极单元的两端压差不同，影响立体显示效果的问题。

附图说明

图1表示本发明3D显示装置的液晶透镜的结构示意图；

图2表示图1所示的液晶透镜的一基板的结构示意图；

图3表示本发明液晶透镜中，电极单元与导电线之间连接线路的原理示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的结构和原理进行详细说明，所举实施例仅用于解释本发明，并非以此限定本发明的保护范围。

请参见图1，图1表示本发明3D显示装置的液晶透镜的结构示意图。如图1所示的结构示意图，液晶透镜是一种TN模式的液晶面板，设置于显示面板的前方（即显示面板显示图像的一侧），包括相对设置的第一基板1和第二基板2，以及依次设置于第一基板1与第二基板2之间的第一电极3、液晶层4和第二电极5，第一电极3由多个呈阵列分布的第一电极单元31构成，其中一个透镜单元包括几个第一电极单元31，每一透镜单元与显示面板的像素单元对应，利用第一电极3与第二电极5之间的电压差使液晶层4的液晶分子转动形成特定的排列方式。利用该特定的排列方式，使透过液晶层4的光线发生折射，形成3D显示效果。

当然，虽然依据图1，第一电极3设置于第一基板1，也即设置于上基板上，但本领域技术人员可以理解，第一电极3与第二电极5的位置也可以互换，也即第一电极3设置于下基板上，第二电极5设置于上基板上，只要能够使液晶层4两侧形成电压差即可。本发明具体实施例所述液晶透镜，在上述结构的基础上，第一电极3还包括与多个第一电极单元31一一对应的多条导电线32，如图2所示，导电线32与对应的第一电极单元31并联，且在导电线32两端施加由驱动控制电压输出端输出的用于驱动第一电极单元31的驱动控制电压。本发明所述液晶透镜，通过设置与第一电极单元31并联的导电线32，将驱动第一电极单元31的驱动控制电压施加在导电线32的两端，使得第一电极单元31两端的压差与相并联的导电线32相同，由于导电线32的电阻很小，两端的压差很小，因此第一电极单元31两端的压差也很小，可以忽略，从而解决现有技术液晶透镜的电极单元两端形成压差，不同电极单元的两端压差不同，影响立体显示效果的问题。

图2为本发明具体实施例所述液晶透镜中，用于说明液晶透镜上第一基板的结构示意图。

参阅图2所示，并结合图1所示液晶透镜的结构，本发明实施例中，每一第一电极单元31均与一导电线32并联连接，且在导电线32的两端施加由驱动控制电压输出端输出的驱动第一电极单元31的驱动控制电压，也即第一电极单元31通过导电线32获得使液晶分子发生转动的驱动控制电压。

本发明实施例中，导电线32设置于第一电极单元31与第一基板1之间，沿第一电极单元31的长度方向铺设设置。为避免导电线32阻挡所透过的光线，导电线32的的截面宽度尽量减小，与第一电极单元31的截面宽度相比小很多。同时，导电线32可以尽量选择导电率优良的导体，导电线32设于第一电极单元31与第一基板1之间，且导电线32是由透明导电材料构成。较佳地，导电线为透明的金属导线，或者具有较佳导电性的有机透明材料。导电线32的电阻尽量小，因此导电线32两端的压差很小，第一电极单元31与导电线32并联，两者的两端电压相同，因此电极单元31两端的压差也会很小。

优选地，导电线为曲率不断变化的曲线，例如，导电线呈波浪形或锯齿形设置；又或者导电线32沿长度方向分为任意长度的两部分，其中一部分导电线为波浪形，另一部分导电线为锯齿形；也可将导电线32沿长度方向划分为多个部分，其中任一部分是波浪形或锯齿形。通过该种设置方式，减轻经过显示面板所透出的光产生干涉形成摩尔纹的现象。当然，导电线的形状也可以是其它曲率不断变化的曲线。

再一方面，如图2所示，并结合图1，为进一步减轻经过显示面板所透出的光线产生干涉形成摩尔纹的现象，本发明实施例中，第一电极单元31相对于液晶层4的边缘具有一倾斜角度，较佳地，相对于液晶层4水平方向的倾斜角度为65度至75度。需要说明的是，此处液晶层水平方向，是指液晶透镜竖直面向观看者的设置状态时，与液晶透镜所在平面的相垂直的方向。进一步地，参阅图3所示关于电极单元连接线路的原理示意图，并结合图2，本发明具体实施例中，在导电线32上，第一电极单元31的两端，分别设置有一分压单元。

如图3，导电线32包括沿长度方向的第一端321和第二端322，其中第一端321用于与驱动控制电压输出端的第一输出端100连接，第二端322用于与驱动控制电压输出端的第二输出端200连接，而第一输出端100与第一端321之间设置有第一分压单元331，第二输出端200与第二端322之间设置有第二分压单元332。

较佳地，第一分压单元331与第二分压单元332相同，可以分别为电阻元件或分压电路。

通过在电极单元的两端设置分压单元，使得对于不同电极单元来说，当驱动控制电压输出端所输出的驱动控制电压相同时，利用分压单元的分压作用，也可以使不同电极单元的两端电压不同，达到预设的电压值，形成梯度透镜的效果，用于解决现有技术液晶透镜的不同电极单元之间，为获得不同电压值，需要通过电压输入驱动芯片输入不同电压，使液晶透镜的线路布局及制作工艺复杂，制作成本很难降低的问题；同时，利用分压单元的分压作用，调节电极单元的两端电压，还能够解决现有技术当电极单元的尺寸较大时本身阻抗会对电极单元的两端电压产生影响的问题。

结合图1所示液晶透镜的结构示意图，在液晶透镜的结构中，第一电极3与第二电极5相对，第一电极3上的电极单元31呈阵列排列，液晶透镜的一个透镜单元包括n个第一电极单元31，其中n为大于三的整数；第二电极5与第一电极3相对且同向设置，第二电极5上的每一电极单元覆盖至少一个透镜单元。

通过第一电极3和第二电极5的组合，用于提供外界向液晶层4施加高电压的通道，使液晶层4的两侧形成垂直电场；而第一电极3的各第一电极单元31上的驱动电压不同，相邻第一电极单元31之间形成水平电场，受此水平电场和垂直电场的共同影响，使液晶层4的液晶分子发生特定方向的偏转，形成多个液晶分子的折射率呈梯度的透镜结构，使穿过透镜结构的光线产生光程差，对显示装置不同像素出射光按照不同方向进行折射进入人眼经过大脑处理，形成所观看的3D画像。

因此，为达到折射率呈梯度的透镜结构，液晶透镜中一个透镜单元内的第一电极单元31上的预设驱动电压值应该按照预定规律排列，呈梯度变化形式。当一个透镜单元包括n个第一电极单元31，n为偶数时，所述电极单元31上的预设驱动电压值的排列规律为：|U₁|>|U₂|>…>|U_n/2|、|U_n|>…>|U_n/2+2|>|U_n/2+1|；本实施例中，较佳地：U₁=U_n，U₂=U_n-1，…，U_n/2=U_n/2+1；当一个透镜单元包括n个第一电极单元31，n为奇数时，所述电极单元31上的预设驱动电压值的排列规律为：|U₁|>|U₂|>…>|U_（n+1）/2|、|U_n|>…>|U_(n+1）/2+1)|>|U_（n+1）/2)|；本实施例中，较佳地：U₁=U_n，U₂=U_n-1，…，U_{(n＋1)/2－1}=U_(n＋1)/2+1。

采用本发明具体实施例时，驱动控制电压输出端通过导电线32向第一电极单元31所施加的控制电压相同，为使一个透镜单元内电极单元31两端的电压达到按上述规律排列的预设驱动电压值，本发明通过在导电线32的两端设置分压单元的方式实现。

较佳地，当一个透镜单元包括n个第一电极单元31，n为偶数时，透镜单元内第一电极单元31所连接分压单元上的电压值排列规律为：U_R1=U_Rn，U_R2=U_R(n-1)，…，U_R(n/2)=U_R(n/2+1)，且|U_R1|<|U_R2|<…<|U_R(n/2)|、|U_Rn|<…<|U_R(n/2+2)|<|U_R(n/2+1)|；当一个透镜单元包括n个第一电极单元31，n为奇数时，透镜单元内第一电极单元31所连接分压单元的电压值的排列规律为：U_R1=U_Rn，U_R2=U_R(n-1)，…，U_{R((n＋1)/2－1)}=U_{R((n＋1)/2+1)}，且|U_R1|>|U_R2|>…>|U_{R(（n+1）/2)}|、|U_Rn|>…>|U_{R((n+1）/2+1))}|>|U_{R(（n+1）/2))}|。其中，U_R1、U_R2、…、U_Rn分别为第一个分压单元至第n个分压单元上的电压值。

通过第一电极单元31上分压单元的加入，使得不同第一电极单元31两端的电压不同，达到预设的驱动电压值。

举例说明，参阅图2所示，在导电线32上，第一电极单元31的两端分别接设一个分压电阻33，且两个分压电阻33的阻值相同。一个透镜单元中包括6个第一电极单元31，其中6个电极单元31上的预设驱动电压值分别为：U1=U6=6V，U2=U5=4V，U3=U4=2V，6个电极单元31的预设驱动电压值呈梯度形式变化。当向导电线32两端输入6V的控制电压时，为了使各个电极单元31两端的电压值达到上述的预设驱动电压值，通过添加分压电阻的结构实现。

设6个电极单元31上所连接的电阻分别为R1、R2、R3、R4、R5和R6，其中R1=R6，R2=R5、R3=R4。根据串联电路中电压与电阻成正比的关系，U1/U2/U3=R1/R2/R3，R1与R6所需要分担的电压为6V-6V=0V，因此R1与R6为零，第一个电极单元31和第六个电极单元无需设置分压电阻；R2与R5所需要分担的电压为6V-4V=2V，由于电极单元的两端分别设置一个电阻，因此每一个电阻各分压1V，利用电压与电阻成正比的关系，可以计算出第二个电极单元31与第五个电极单元31上所添加的电阻阻值；R3与R4所需要分担的电压为6V-2V=4V，利用电压与电阻成正比的关系，也可以计算出第三个电极单元31与第四个电极单元31上所添加的电阻阻值。

上述所提及的第一个电极单元31至第六个电极单元31是依据图2所示，从左至右依次排列。

上述结构的液晶透晶，以对第一电极3的结构改进为例对本发明进行了详细说明，基于同样原理，上述工作原理同样适用于第二电极5的结构，使第二电极5上电极单元的两端压差达到预设电压值。

本领域技术人员可以理解，液晶透镜中，第二电极5包括至少一第二电极单元，与第一电极3上的第一电极单元交叉设置，也即当第一电极单元沿第一方向延伸设置时，第二电极单元沿第二方向延伸设置，第一方向与第二方向不同。依据本发明原理，第二电极5还包括与第二电极单元数量相对应的共电极导电线，所述第二电极单元与所述共电极导电线并联。

此外，所述共电极导电线包括位于长度方向的第一端和第二端，其中所述共电极导电线的第一端与第三分压单元连接，所述共电极导电线的第二端与第四分压单元连接，通过所述第三分压单元和所述第四分压单元，所述共电极导电线的第一端与第二端分别与所述对应第二电极单元的驱动电压连接。

通过与第二电极单元并联设置公共电极导电线，用于解决现有技术第二电极上的电极单元两端形成压差，不同电极单元的两端压差不同，影响立体显示效果的问题；通过在第二电极单元的两端分别设置第三分压单元和第四分压单元，调节第二电极单元的两端电压，达到预设驱动电压值。

本发明具体实施例另一方面还提供一种3D显示装置，包括显示面板及具有上述结构的液晶透镜，液晶透镜与显示面板平行且相对设置，其中3D显示装置还包括一控制电压输出单元，用于通过控制电压输出单元向液晶透镜输出控制驱动电压，实现3D图像显示。

本发明所述3D显示装置中，通过设置与电极单元并联的导电线，将驱动电极单元的驱动控制电压施加在导电线的两端，解决现有技术液晶透镜的电极单元两端形成压差，不同电极单元的两端压差不同，影响立体显示效果的问题；通过设置分压单元，使得对于不同电极单元来说，当驱动控制电压输出端所接收的驱动控制电压相同时，利用分压单元的分压作用，也可以使不同电极单元的两端电压不同，达到预设的电压值，形成梯度透镜的效果，显示3D图像显示，从而使驱动芯片的数量减少，显示装置工艺更加简单，制作成本降低。

本领域技术人员应该能够理解本发明具体实施例所述液晶透镜与显示面板组合形成为3D显示装置的具体实现方式，在此不详细描述。

以上所述为本发明较佳实施例，应当指出，对于本领域普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明保护范围。

Claims (11)

1.一种液晶透镜，包括：第一基板，所述第一基板上设有第一电极；第二基板，所述第二基板上设有第二电极；及液晶层，所述液晶层设置于所述第一电极与所述第二电极之间，其中所述第一电极上包括彼此间隔一定距离的多个第一电极单元，其特征在于，所述第一电极还包括与所述多个第一电极单元数量相对应的多条导电线，每一所述导电线与每一所述第一电极单元并联，且在所述导电线两端施加由驱动控制电压输出端输出的驱动所述第一电极单元的驱动控制电压。

2.如权利要求1所述的液晶透镜，其特征在于，所述导电线设于所述第一电极单元与所述第一基板之间，且所述导电线由透明导电材料构成。

3.如权利要求1所述的液晶透镜，其特征在于，所述导电线为曲率不断变化的曲线。

4.如权利要求1所述的液晶透镜，其特征在于，所述驱动控制电压输出端包括第一输出端和第二输出端，所述导电线包括沿导电线长度方向的第一端和第二端，所述第一输出端与所述第一端之间设有第一分压单元，所述第二输出端与所述第二端之间设有第二分压单元。

5.如权利要求4所述的液晶透镜，其特征在于，所述第一分压单元与所述第二分压单元相同。

6.如权利要求4所述的液晶透镜，其特征在于，所述第一分压单元为电阻元件或分压电路，所述第二分压单元为电阻元件或分压电路。

7.如权利要求5所述的液晶透镜，其特征在于，依序排列的n个所述第一电极单元构成一个透镜单元，施加在每一所述第一电极单元上的所述驱动控制电压相等；n为偶数时，任一个透镜单元内，依序排列的n个所述导电线所连接的所述第一分压单元的电压值排列规律为：U_R1＝U_Rn，U_R2＝U_R(n-1)，…，U_R(n/2)＝U_R(n/2+1)，且|U_R1|<|U_R2|<…<|U_R(n/2)|、|U_Rn|<…<|U_R(n/2+2)|<|U_R(n/2+1)|；其中U_R1、U_R2、…、U_Rn分别为第一个所述第一分压单元依序至第n个所述第一分压单元上的电压值。

8.如权利要求5所述的液晶透镜，其特征在于，依序排列的n个所述第一电极单元构成一个透镜单元，施加在每一所述第一电极单元上的所述驱动控制电压相等；n为奇数时，任一个透镜单元内，依序排列的n个所述导电线所连接的所述第一分压单元的电压值排列规律为：U_R1＝U_Rn，U_R2＝U_R(n-1)，…，U_{R((n+1)/2－1)}＝U_R((n+1)/2+1)，且|U_R1|>|U_R2|>…>|U_R((n+1)/2)|、|U_Rn|>…>|U_{R((n+1) /2+1))}|>|U_R((n+1)/2))|，其中U_R1、U_R2、…、U_Rn分别为第一个所述第一分压单元依序至第n个所述第一分压单元上的电压值。

9.如权利要求1所述的液晶透镜，其特征在于，所述第一电极单元沿一第一方向延伸，所述第二电极包括至少一第二电极单元，沿一第二方向延伸，所述第一方向与所述第二方向相交，所述第二电极还包括与所述第二电极单元数量相对应的共电极导电线，所述第二电极单元与对应的所述共电极导电线并联。

10.如权利要求9所述的液晶透镜，其特征在于，所述共电极导电线包括位于长度方向的第一端和第二端，其中所述共电极导电线的第一端与第三分压单元连接，所述共电极导电线的第二端与第四分压单元连接，通过所述第三分压单元和所述第四分压单元，所述共电极导电线的第一端和第二端分别与所述第二电极单元的驱动电压连接。

11.一种3D显示装置，包括显示面板，其特征在于，还包括权利要求1至10任一项所述的液晶透镜，其位于所述显示面板的显示图像的一侧。