CN103760712B - 液晶透镜及使用该液晶透镜的立体显示装置 - Google Patents

Abstract

一种液晶透镜及使用该液晶透镜的立体显示装置，该液晶透镜包含第一基板、第二基板以及液晶材料，该第一基板上设置有第一绝缘层，位于第一绝缘层之上的第三绝缘层，该第一绝缘层上间隔设置有多个第一电极组，该第三绝缘层上设置有多个第二电极组，所述第一电极组及第二电极组分别由多个电极间隔排列形成，该第二基板上设置有第四绝缘层，该第四绝缘层上设有第三电极；所述第一电极组与该第二电极组在沿该第一基板的宽度方向上交替设置，还包括屏蔽层，该屏蔽层设置在该第一绝缘层与该第三绝缘层之间，该屏蔽层在所述第一电极组与所述第二电极组相邻的位置处分别设有屏蔽板，该屏蔽板由导电材料制成。该液晶透镜具有立体显示状态稳定性较高的优点。

Description

液晶透镜及使用该液晶透镜的立体显示装置

技术领域

本发明涉及一种透镜及使用该透镜的显示装置，特别是一种液晶透镜及使用该液晶透镜的立体显示装置。

背景技术

采用液晶透镜来实现自由立体显示的立体显示装置，主要是利用在液晶层两侧的两片基板上分别设置正负电极，并在不同电极上施加大小不同的驱动电压，从而在两片基板间形成具有不同强度的垂直电场，以驱动液晶分子排列而形成可变焦液晶透镜。因此，只需要控制相应电极上的电压分布，液晶透镜的折射率分布就会相应的改变，从而对像素出射光的分布进行控制，实现自由立体显示和2D/3D自由切换。

图1所示为一种常见的液晶透镜100，图中只画出了一个液晶透镜单元，在应用到显示器上时，会有多个液晶透镜100相互配合成一个整体，并设置在显示面板之前起到形成视差的作用。该液晶透镜100包含第一基板101与第二基板102，第一基板101与第二基板102正对设置，均由玻璃等透明材料制成。在第一基板101上设置有第一电极组103，第一电极组103分别由透明导电材料如ITO或者IZO等制成。在第二基板102上设置有第二电极104，第二电极104也为透明导电材料如ITO或者IZO等制成。第二电极104为面电极。第一电极组103包含21个在x方向(即该第一基板101的宽度方向)以相等间隔分开、沿着y方向(即该第一基板101的长度方向)延展并且平行设置的条形电极E01,E02,E03,…,E20,E21。这些条形电极的数量一般为奇数，一般而言各个条形电极具备相同的宽度。在第一电极组103之上设置有第一介电层105，在第一介电层105之上设置有第一配向层106。在第二电极104之上设置有第二配向层107，第一配向层106与第二配向层107一般由聚酰亚胺制成，用于控制液晶分子的初始取向。液晶材料108被封装在第一基板101与第二基板102的第一配向层106与第二配向层107之间。虽然图1中未画出，但液晶透镜100还包括用于液晶材料封装的周边封框胶以及用于控制z方向(即该第一基板101的厚度方向)液晶盒厚的间隙子(隔离物)等。

该液晶透镜100可以在电压的控制下形成菲涅耳透镜，以便使显示器发出的光形成光程差，从而形成立体图像。与一般抛物型液晶透镜相比，菲涅尔液晶透镜可以降低液晶盒盒厚，使液晶透镜制程变得相对简单，响应时间变小。同时，由于液晶盒盒厚减小，液晶等材料使用量减少，可以降低成本。

请参照图2，当需要立体显示时，在第一电极组103的各个条形电极上施加不同的驱动电压，如：使电极E01的驱动电压为Va1，电极E02的电压为Va2，电极E03的电压为Va3，其中Va1>Va2>Va3；在电极E04,E05,E06与E07上分别施加驱动电压Vb1,Vb2,Vb3和Vb4，且使得Vb1>Vb2>Vb3>Vb4。在每一个透镜单元内，使电压对称设置，即电极E15,E16,E17与E18的驱动电压也分别为Vb4,Vb3,Vb2与Vb1，电极E19,E20与E21的驱动电压也分别为Va3,Va2与Va1。液晶透镜中心位置的电极如E08,E09,…,E13,E14等，也设置为对称分布的电压，如：使电极E08与E14驱动电压都为V08，电极E09与E13驱动电压都为V09，……，透镜中心电极E11的驱动电压设为V11，且V08>V09>V10>V11。由于电压越大，液晶材料中的液晶分子相对旋转角度就会越大，所以，根据以上电压设置，可以得到如图3所示的菲涅尔透镜光程差分布。

根据电压设置情况可知，在图3中虚线椭圆框内，相邻的两个电极的驱动电压分别设置为区域极小和极大值，例如：参照图2，电极E03驱动电压为极小值，E04驱动电压为极大值；电极E07驱动电压为极小值，而电极E08为驱动电压极大值等等；这种驱动电压的差值将使位置相邻的电极之间的液晶分子取向处于不稳定状态，立体显示状态下所形成的菲涅尔透镜在此区域内也会造成错误的显示信息，增大串扰。

发明内容

本发明提供了一种能提高立体显示状态的稳定性的液晶透镜及使用该液晶透镜的立体显示装置。

本发明是这样实现的：

一种液晶透镜，用于立体显示，包含第一基板、第二基板以及液晶材料，第一基板与第二基板相对设置，该第一基板上设置有第一绝缘层，位于第一绝缘层之上的第三绝缘层，该第一绝缘层上间隔设置有多个第一电极组，该第三绝缘层上设置有多个第二电极组，所述第一电极组及第二电极组分别由多个电极间隔排列形成，该第二基板上设置有第四绝缘层，该第四绝缘层上设有第三电极，该液晶材料封装在该第一基板与该第二基板之间；所述第一电极组与该第二电极组在沿该第一基板的宽度方向上交替设置，还包括屏蔽层，该屏蔽层设置在该第一绝缘层与该第三绝缘层之间，该屏蔽层在所述第一电极组与所述第二电极组相邻的位置处分别设有屏蔽板，该屏蔽板由导电材料制成。

一种立体显示装置，包括显示面板及液晶透镜，该液晶透镜包含第一基板、第二基板以及液晶材料，第一基板与第二基板相对设置，该第一基板上设置有第一绝缘层，位于第一绝缘层之上的第三绝缘层，该第一绝缘层上间隔设置有多个第一电极组，该第三绝缘层上设置有多个第二电极组，所述第一电极组及第二电极组分别由多个电极间隔排列形成，该第二基板上设置有第四绝缘层，该第四绝缘层上设有第三电极，该液晶材料封装在该第一基板与该第二基板之间；所述第一电极组与该第二电极组在沿该第一基板的宽度方向上交替设置，还包括屏蔽层，该屏蔽层设置在该第一绝缘层与该第三绝缘层之间，该屏蔽层在所述第一电极组与所述第二电极组相邻的位置处分别设有屏蔽板，该屏蔽板由导电材料制成，该液晶透镜位于该显示面板之前。

与现有技术相比，该液晶透镜通过在该第一基板上设置第一绝缘层及位于第一绝缘层之上的第三绝缘层，该第一绝缘层上间隔设置有多个第一电极组，该第三绝缘层上设置有多个第二电极组，并且在该第一绝缘层与该第三绝缘层之间设置屏蔽层，该屏蔽层在所述第一电极组与所述第二电极组相邻的位置处分别设有屏蔽板，该屏蔽板可以消除相邻电极组中相邻电极的电压差对液晶分子取向的干扰，从而提升显示的稳定性。所以，该液晶透镜及使用该液晶透镜的立体显示装置具有立体显示状态稳定性较高的优点。

附图说明

图1示出了一种常见的液晶透镜；

图2是图1所示液晶透镜立体显示状况下的液晶分子排布示意图；

图3是图1所示液晶透镜立体显示状况下的每个透镜单元内光程差分布；

图4示出了本发明液晶透镜第一实施例的剖面示意图；

图5是图1所示液晶透镜中电极的立体图；

图6是图1所示液晶透镜的光程差分布；

图7是本发明液晶透镜第二实施例剖面示意图。

具体实施方式

图4是本发明液晶透镜第一实施例的剖面示意图。该液晶透镜含有多个液晶透镜单元1000，图中只画出了一个液晶透镜单元，每个液晶透镜单元具有相同的结构。具体的讲，该液晶透镜单元1000包含第一基板1001、第二基板1002与封装在该第一基板1001与第二基板1002之间的液晶材料。第一基板1001与第二基板1002相对设置，均由玻璃等透明材料制成。在第一基板1001上设置有第一绝缘层1004以及位于第一绝缘层1004之上的第三绝缘层1010，该第一基板1001上间隔设置有多个第一电极组1003，该第一绝缘层1004与第三绝缘层1010之间设置有多个第二电极组1007，每个第一电极组1003及第二电极组1007分别由多个电极间隔排列形成。该第二基板1002上设置有第四绝缘层1009，该第四绝缘层1009上设有第三电极1012。第一绝缘层1004、第三绝缘层1010、第四绝缘层1009可以是氮化硅或者氧化硅等材料。

每个液晶透镜单元1000包含两个第一电极组1003，一个第一电极组1003包含的电极为E04,E05,E06与E07，这些电极均为在x方向(即该第一基板1001的宽度方向)以相等间距分开、沿着y方向(即该第一基板1001的长度方向)延展并且平行设置的条形电极；另一个第一电极组1003包含的电极为E15,E16,E17和E18，这些电极也为在x方向(即该第一基板1001的宽度方向)以相等间距分开、沿着y方向(即该第一基板1001的长度方向)延展并且平行设置的条形电极。这两个第一电极组1003关于液晶透镜单元1000中心对称分布。这些电极由透明导电材料如ITO或者IZO等制成。该第一绝缘层1004完全覆盖这两个第一电极组1003。

请参照图4，该第三绝缘层1010上设置有多个第二电极组1007，一般为透明导电材料如ITO或者IZO等。每个液晶透镜单元1000包含三个第二电极组1007，一个第二电极组1007包括电极E01,E02与E03。这些电极E01,E02与E03均为在x方向以相等间距分开、沿着y方向延展并且平行设置的条形电极；另一个第二电极组1007包括电极E08,E09,...,E13和E14，这些电极也为在x方向以相等间距分开、沿着y方向延展并且平行设置的条形电极；第三个第二电极组1007包括电极E19,E20和E21，这些电极也为在x方向以相等间距分开、沿着y方向延展并且平行设置的条形电极。这三个第二电极组1007相互等间隔设置，并且，第一电极组1003与该第二电极组1007在沿该第一基板1001的宽度方向上交替设置，也就是说，在z方向上相互不会遮挡(如图4所示)。在第三绝缘层1010之上设置有第一配向膜1011，用于控制液晶透镜第一基板1001一侧液晶分子的初始取向。

请参照图4，还包括屏蔽层1006，该屏蔽层1006设置在该第一绝缘层1004与该第三绝缘层1010之间，该屏蔽层1006在这些第一电极组1003与这些第二电极组1007相邻的位置处分别设有屏蔽板1005。该屏蔽层1006由绝缘材料制成。该屏蔽板1005位于所述第一电极组1003与所述第二电极组1007中两个相邻电极的中间位置处，且该屏蔽板1005的宽度小于或等于该两个相邻电极中心的距离。该屏蔽板由导电的金属或合金材料制成，或者该屏蔽板由透明导电材料制成。该屏蔽板1005用于消除相邻电极组中相邻电极对液晶材料形成的电压差。每个第一电极组1003两侧的两个屏蔽板1005相对该第一绝缘层1004呈“八”字形设置。

在第二基板1002靠近第一基板1001的一侧，设置有遮光板1008，遮光板1008遮光板分别在该第一基板1001的厚度方向上正对所述屏蔽板1005设置，其宽度应略大于屏蔽板1005在x方向投影的宽度。在遮光板1008之上设置有第四绝缘层1009用于平坦化，第四绝缘层1009上设置有第三电极1012，第三电极1012为面电极，无需特殊的电极图案，材料一般为ITO或者IZO等。在第三电极1012之上设置有第二配向膜1013，用于控制液晶透镜第二基板1002一侧液晶分子的初始取向。液晶层1014被封装在第一基板1001与第二基板1002之间，其他如周边封框胶、间隙子等图中未画出。

参照图4和图5，第一电极组1003的各个条形电极与第二电极组1007的各个条形电极都具有相同的宽度W，电极间距与宽度约1:1分布。相邻电极E03中心与E04中心间距为2W，此时可以使屏蔽板1005在x方向投影的宽度WS小于或者等于2W。

根据以上描述，将具有区域电压极小值的电极如E03(E07,E15,E19等)与具有区域电压极大值的电极E04(E08,E14,E18)分别设置在不同层，通过其间的绝缘层和金属屏蔽层的作用，减小两者在水平方向的电场强度(如图6所示)，改善不稳定区域液晶分子的取向，同时，通过设置遮光层用于遮挡不稳定区域引起的串扰，改善菲涅尔液晶透镜聚焦特性。

如图7所示为本专利液晶透镜第二实施例示意图。该液晶透镜含有多个液晶透镜单元2000，图中只画出了一个液晶透镜单元，每个液晶透镜单元具有相同的结构。具体的讲，该液晶透镜单元2000包含第一基板2001、第二基板2002与封装在该第一基板2001与第二基板2002之间的液晶材料。第一基板2001与第二基板2002相对设置，均由玻璃等透明材料制成。在第一基板2001上设置有第一绝缘层2004以及位于第一绝缘层2004之上的第三绝缘层2010，该第一绝缘层2004上间隔设置有多个第一电极组2003，该第三绝缘层2010上设置有多个第二电极组2007，每个第一电极组2003及第三电极组2007分别由多个电极间隔排列形成。该第二基板2002上设置有第四绝缘层2009，该第四绝缘层2009上设有第二电极2012。第一绝缘层2004、第三绝缘层2010、第四绝缘层2009可以是氮化硅或者氧化硅等材料。还包括屏蔽层2006，该屏蔽层2006设置在该第一绝缘层2004与该第三绝缘层2010之间。该屏蔽层2006上设置有屏蔽板2005。与第一实施例不同的是，第一电极组2003与第二电极组2007分别还包括多个交错电极E04、E05、E06、E07、E15、E16、E17、E18及E01、E02、E03、E08、E09、E10、E11、E12、E13、E14、E19、E20、E21。在形成第一电极组2003时，第一电极组2003中的交错电极E0102在该第一基板的厚度方向上正对设置在该第三绝缘层上的第二电极组2007中电极E01与E02的间隙设置。第一电极组2003的交错电极E0203位于第二电极组2007的条形电极E02与E03之间等等；在形成第二电极组2007时，第二电极组2007的交错电极E0405位于第一电极组2003的条形电极E04与E05之间，第二电极组2007的交错电极E0506位于第一电极组2003的条形电极E05与E06之间等等；形成双层交错的电极结构后，可以在每个区域内将电压梯度分得更细。

当然，可以理解的，第二实施例中不必设置双层交错电极，设置单层交错电极也能实现电压梯度细分的功能。

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 (9)

1.一种液晶透镜，用于立体显示，包含第一基板、第二基板以及液晶材料，所述第一基板与所述第二基板相对设置，所述第一基板上设置有第一绝缘层，位于所述第一绝缘层之上设置有第三绝缘层，所述第一基板上间隔设置有多个第一电极组，且所述第一绝缘层完全覆盖所述第一电极组和所述第一基板，所述第一绝缘层和所述第三绝缘层之间设置有多个第二电极组，所述第一电极组及所述第二电极组分别由多个电极间隔排列形成，所述第二基板上设置有第四绝缘层，所述第四绝缘层上设有第三电极，所述液晶材料封装在所述第一基板与所述第二基板之间；

其特征在于，所述第一电极组与所述第二电极组在沿所述第一基板的宽度方向上交替设置，还包括屏蔽层，所述屏蔽层设置在所述第一绝缘层与所述第三绝缘层之间，所述第二电极组设置在所述屏蔽层上，且所述第三绝缘层完全覆盖所述第二电极组和所述屏蔽层，所述屏蔽层在所述第一电极组与所述第二电极组相邻的位置处分别设有屏蔽板，所述屏蔽板由导电材料制成。

2.根据权利要求1所述的液晶透镜，其特征在于，每个第一电极组两侧的两个屏蔽板相对该第一绝缘层呈“八”字形设置。

3.根据权利要求1所述的液晶透镜，其特征在于，该屏蔽板位于所述第一电极组与所述第二电极组中两个相邻电极的中间位置处，且该屏蔽板的宽度小于或等于该两个相邻电极中心的距离。

4.根据权利要求2或3所述的液晶透镜，其特征在于，该屏蔽层由绝缘材料制成，该屏蔽板由导电的金属或合金材料制成，或者该屏蔽板由透明导电材料制成。

5.根据权利要求1所述的液晶透镜，其特征在于，所述第一电极组与所述第二电极组为条形电极，所述第三电极为平面电极。

6.根据权利要求1所述的液晶透镜，其特征在于，该第二基板上设置有遮光板，所述遮光板分别在该第一基板的厚度方向上正对所述屏蔽板设置，所述遮光板的宽度略大于该屏蔽板的宽度。

7.根据权利要求1所述的液晶透镜，其特征在于，所述第三绝缘层之上设有第一配向层，所述第三电极之上设置有第二配向层，所述第一配向层与所述第二配向层分别由聚酰亚胺制成。

8.根据权利要求1所述的液晶透镜，其特征在于，还包括多个第一交错电极和多个第二交错电极，所述第一交错电极设置在所述第一基板上，所述第一交错电极在所述第一基板的厚度方向上正对设置在所述屏蔽层上的所述第二电极组中电极的间隙设置；

所述第二交错电极设置在所述屏蔽层上，所述第二交错电极在所述第一基板的厚度方向上正对设置在所述第一基板上的所述第一电极组中电极的间隙设置。

9.一种立体显示装置，包括显示面板及液晶透镜，其特征在于，该液晶透镜选自权利要求1至8中任一项所述的液晶透镜，该液晶透镜位于该显示面板之前。