CN104317135A - 光栅装置、显示装置及其驱动方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种光栅装置、显示装置及其驱动方法，涉及显示技术领域，能够提高响应速度、降低功耗和制作工艺难度。其中光栅装置包括：叠加在一起的液晶透镜和柱镜光栅；液晶透镜的盒厚为进行3D或2D显示时所需要的最大相位延迟量与柱镜光栅所能够产生的最大相位延迟量之差所需要的盒厚。

Description

光栅装置、显示装置及其驱动方法
技术领域
本发明涉及显示技术领域，尤其涉及一种光栅装置、显示装置及其驱动方法。
背景技术
在自由立体显示技术发展中，实现2D/3D切换显示是重要内容之一。采用液晶透镜是实现2D/3D切换的重要方法，液晶透镜主要包括：相对的上基板与下基板；位于上基板朝向下基板一面上的上电极层与位于下基板朝向上基板一面上的下电极层；填充于上基板与下基板对盒所构成的容纳空间内的液晶。将液晶透镜与显示面板叠加，在需要进行3D显示时，调节施加在液晶透镜上下电极层的电压，从而改变液晶分子的转向，使液晶透镜不同区域能够产生不同的相位延迟，具有类似相位延迟光学透镜的效果；在需要进行2D显示时，撤去施加在液晶透镜上的电压，从而液晶分子保持初始取向状态，不产生相位延迟，液晶透镜仅作为一平面透镜允许经过的光线全部通过。
然而采用液晶透镜实现2D/3D切换的方案中，往往需要较大的液晶盒厚，例如应用于13.3英寸笔记本的2D/3D切换的液晶透镜需要盒厚约30μm(在观看距离为900mm的情况下)，甚至更大。带来的主要问题是液晶透镜响应速度变慢，2D/3D切换出现较大延迟，并且大的盒厚需要大的驱动力电压，这无疑增大了显示装置的整体功耗，此外大的盒厚需要大量的液晶，增大了制作工艺难度。
发明内容
基于上述现有技术的现状，本发明提供一种光栅装置、显示装置及其驱动方法，以提高可实现2D/3D切换的显示装置的响应速度，降低功耗和制作工艺难度。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明的第一方面提供了一种光栅装置，包括：叠加在一起的液晶透镜和柱镜光栅；其中，所述液晶透镜的盒厚为进行3D或2D显示时所需要的最大相位延迟量与所述柱镜光栅所能够产生的最大相位延迟量之差所需要的盒厚。
优选的，所述液晶透镜的盒厚为进行3D或2D显示时所需要的最大相位延迟量的一半所需要的盒厚。
优选的，所述液晶透镜包括：相对设置的第一基板和第二基板；设置于所述第一基板朝向所述第二基板一面上的第一电极层和设置于所述第二基板朝向所述第一基板一面上的第二电极层；设置于所述第一基板与所述第二基板之间的液晶层。
优选的，所述第一电极层为面状电极，所述第二电极层为栅状电极；或者所述第一电极层为栅状电极，所述第二电极层为面状电极。
优选的，所述柱镜光栅包括多个平行排列的条状凸面镜单元。
本发明的第二方面提供了一种显示装置，包括：以上所述的光栅装置；与所述光栅装置叠加在一起的显示面板。
优选的，所述光栅装置中的液晶透镜相对于柱镜光栅更靠近所述显示面板。
优选的，所述光栅装置中的液晶透镜与所述显示面板通过光学胶粘接；或者所述光栅装置中的液晶透镜与所述显示面板共用一片基板。
本发明的第三方面提供了一种显示装置的驱动方法，用于驱动以上所述的显示装置，所述驱动方法包括：在进行3D显示时，向所述显示装置的液晶透镜施加第一组驱动电压，使同一区域内所述液晶透镜产生的相位延迟量与所述显示装置的柱镜光栅产生的相位延迟量的叠加为该区域所需要的相位延迟量，且从所述显示装置的一端至另一端叠加后的相位延迟量呈曲线变化；在进行2D显示时，向所述液晶透镜施加第二组驱动电压，使同一区域内所述液晶透镜产生的相位延迟量与所述柱镜光栅产生的相位延迟量的叠加为该区域所需要的相位延迟量，且所述显示装置各个区域的叠加后的相位延迟量均相同。
优选的，从所述显示装置的一端至另一端所述第一组驱动电压的变化情况与所述第二组驱动电压的变化情况相反，以使从所述显示装置的一端至另一端所述液晶透镜在进行3D显示时产生的相位延迟量的变化情况与在进行2D显示时产生的相位延迟量的变化情况相反。
本发明所提供的光栅装置、显示装置及其驱动方法中，通过将液晶透镜与柱镜光栅叠加在一起，并将液晶透镜的盒厚设置为进行3D或2D显示时所需要的最大相位延迟量与柱镜光栅所能够产生的最大相位延迟量之差所需要的盒厚，从而液晶透镜与柱镜光栅分别承担一部分的相位延迟量，二者相位延迟量叠加后为进行3D或2D显示时对应区域所需要的相位延迟量，实现3D或2D显示。由于柱镜光栅承担了一部分的相位延迟量，因此本发明中的液晶透镜的盒厚得以减薄，从而液晶透镜的响应速度提高，进行2D/3D切换时的速度加快，驱动液晶透镜时所需要的电压降低，液晶透镜和显示装置的功耗减小，并且制作液晶透镜所需要的液晶量减少，有利于降低液晶透镜和显示装置的制作工艺难度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明实施例所提供的显示装置的结构图；
图2为本发明实施例所提供的光栅装置的结构图；
图3为本发明实施例所提供的显示装置在进行3D显示时的结构图；
图4为本发明实施例所提供的显示装置在进行3D显示时位相延迟量随位置变化图；
图5为本发明实施例所提供的显示装置在进行2D显示时的结构图；
图6为本发明实施例所提供的显示装置在进行2D显示时位相延迟量随位置变化图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，均属于本发明保护的范围。
本实施例提供了一种光栅装置，如图1所示，该光栅装置1包括：叠加在一起的液晶透镜12和柱镜光栅11；其中，液晶透镜12的盒厚为进行3D或2D显示时所需要的最大相位延迟量与柱镜光栅11所能够产生的最大相位延迟量之差所需要的盒厚。
本实施例中，柱镜光栅11各个区域能够使光线产生的相位延迟量是不变的，液晶透镜12各个区域能够使光线发生的相位延迟量是可以通过电压的调控实现不同的变化的，整个光栅装置能够使光线产生的总的相位延迟量为柱镜光栅11与液晶透镜12相位延迟量的叠加结果。通过将液晶透镜12的盒厚设置为进行3D或2D显示时所需要的最大相位延迟量与柱镜光栅11所能够产生的最大相位延迟量之差所需要的盒厚，能够满足进行3D或2D显示时对相位延迟量的需求。由于一部分的相位延迟量被柱镜光栅11分担，因此液晶透镜12需要产生的相位延迟量相对于现有技术减少，根据相位延迟量＝Δn×d(其中，Δn为液晶的折射率，d为液晶透镜的盒厚)，可以得到液晶透镜12所能够产生的相位延迟量与其自身的盒厚成正比关系，因此本实施例中液晶透镜12的盒厚能够设置的更薄，从解决了液晶盒厚大所引起的响应速度慢、功耗大和制作工艺难度高的问题。
本实施例中对液晶透镜12的盒厚的设置原则为：假设某一区域需要产生的相位延迟量为A，柱镜光栅11在该区域能够产生的相位延迟量为B，则液晶透镜12在该区域需要产生的相位延迟量为A-B，进而需要液晶透镜在该区域具有(A-B)/Δn的厚度，当A为需要产生最大相位延迟量时，(A-B)/Δn即为液晶透镜实际所需要的盒厚。
需要说明的是，若实际对响应速度、功耗和制作工艺难度的要求较高，则可令柱镜光栅11多分担相位延迟量，液晶透镜12少分担相位延迟量，即柱镜光栅11选择能够产生更大相位延迟量的类型，液晶透镜12的盒厚设计的更薄；若实际对3D和2D显示效果的要求较高，则可令液晶透镜12多分担相位延迟量，柱镜光栅11少分担相位延迟量，即液晶透镜12的盒厚设计仅适度减薄，柱镜光栅11选择能够产生较小相位延迟量的类型。优选的，可将液晶透镜12的盒厚设置为进行3D或2D显示时所需要的最大相位延迟量的一半所需要的盒厚，即使液晶透镜12和柱镜光栅11各分担一半的相位延迟量，从而既保证较好的3D和2D显示效果，又在一定程度上提高了装置的响应速度，减小了功耗和制作工艺难度。
本实施例中所提供的光栅装置的液晶透镜12的结构具体可如图2所示，包括：相对设置的第一基板121和第二基板122；设置于第一基板121朝向第二基板122一面上的第一电极层123和设置于第二基板122朝向第一基板121一面上的第二电极层124；设置于第一基板121与第二基板122之间的液晶层125。通过分别向第一电极层123和第二电极层124施加不同的电压，使二者之间产生电压差，能够区域液晶层125中的液晶分子发生偏转，从而使经过的光线产生相位延迟。此时，若液晶透镜12不同区域具有不同的电压差，则不同区域的液晶分子具有不同的偏转状况，从而不同区域能够使光线发生的相位延迟量也不同。
其中，第一电极层123可为面状电极，第二电极层124为栅状电极；或者第一电极层123可为栅状电极，第二电极层124为面状电极(如图2所示)。对于面状电极可施加同一个电压作为公共电压，对于栅状电极可向各个栅状电极分别施加相同或不同的电压，从而实现对不同区域液晶分子转向的控制。。
本实施例中所提供的光栅装置的柱镜光栅11的具体结构可为：包括多个平行排列的条状凸面镜单元，以实现从柱镜光栅11一端至另一端相位延迟量重复逐渐增大再逐渐减小的变化状况。
需要说明的是，本实施例中可利用粘接材料直接将柱镜光栅11贴附在液晶透镜12的一个基板外侧即可，工艺实现比较简单。
基于上述光栅装置，本实施例还提供了一种显示装置，该显示装置如图1所示包括：本实施例所提供的光栅装置1；与该光栅装置1叠加在一起的显示面板2。
由于本实施例中的显示装置所包括的光栅装置为液晶透镜12与柱镜光栅11叠加的结构，二者所产生的相位延迟量叠加的结果为进行2D或3D显示时对应区域所需要的总的相位延迟量，因此液晶透镜12仅需产生一部分的相位延迟量即可，液晶透镜12的盒厚能够做得更薄，相对于盒厚大的液晶透镜具备响应速度快、功耗低和制作工艺难度小的优点，从而使显示装置在进行2D/3D切换显示时的速度更快，整体的功耗和制作工艺难度降低。
由于液晶透镜12的两面仅为平整的基板平面(利于粘贴)，而柱镜光栅11的一面为平面，另一面为曲面(不利于粘贴)，因此优选的可使光栅装置1中的液晶透镜12相对于柱镜光栅11更靠近显示面板2，从而保证显示面板2、液晶透镜12与柱镜光栅11牢靠的贴覆，粘接处不易出现起泡、缝隙等问题。
具体的，光栅装置1中的液晶透镜12与显示面板2可通过光学胶3粘接，工艺实现简单、易操作；或者光栅装置1中的液晶透镜12与显示面板2共用一片基板，从而实现减薄显示装置的整体厚度、节约材料、提高透光率等目的。
与上述显示装置相对应的，本实施例还提供了其驱动方法，该驱动方法包括：在进行3D显示时，向显示装置的液晶透镜12施加第一组驱动电压，使同一区域内液晶透镜产生的相位延迟量与所述显示装置的柱镜光栅产生的相位延迟量的叠加为该区域所需要的相位延迟量，且从显示装置的一端至另一端叠加后的相位延迟量呈曲线变化；在进行2D显示时，向液晶透镜12施加第二组驱动电压，使同一区域内液晶透镜12产生的相位延迟量与柱镜光栅11产生的相位延迟量的叠加为该区域所需要的相位延迟量，且显示装置各个区域的叠加后的相位延迟量均相同。
本实施例所提供的驱动方法，通过在3D和2D显示时分别施加第一组驱动电压和第二组驱动电压，使液晶透镜12在3D和2D显示时能够产生不同的位相延迟曲线，实现了3D和2D显示的功能，驱动方式简单，并且具有响应速度快和功耗低的优点。
具体的，在进行3D显示时，第一组驱动电压使液晶透镜12从一端至另一端的位相延迟量PR的变化情况如图3中的虚线和图4底部的曲线所示，重复的逐渐增大再逐渐减小，从而具有光学透镜的形貌，能够产生的最大位相延迟量(即位置x处)为4.5μm；柱镜光栅11产生的位相延迟量PR随位置的变化曲线如图4中部的曲线所示，重复的逐渐增大再逐渐减小，其能够产生的最大位相延迟量(即位置x处)也为4.5μm；液晶透镜12与柱镜光栅11产生的位相延迟量叠加，最终整个显示装置产生的位相延迟量PR随位置的变化曲线如图4上部的曲线所示，重复的逐渐增大再逐渐减小，最大位相延迟量(即位置x处)为4.5μm+4.5μm＝9μm。
在进行2D显示时，第二组驱动电压使液晶透镜12从一端至另一端的位相延迟量PR的变化情况如图5中的虚线和图6底部的曲线所示，重复的逐渐减小再逐渐增大，其能够产生的最大位相延迟量为4.5μm，最小位相延迟量为0；柱镜光栅11产生的位相延迟量PR随位置的变化曲线如图4中部的曲线所示，重复的逐渐增大再逐渐减小，其能够产生的最大位相延迟量也为4.5μm；液晶透镜12与柱镜光栅11产生的位相延迟量叠加，最终整个显示装置产生的位相延迟量PR并不随位置的变化而变化，如图6上部的直线所示，在位置x1处的位相延迟量为2.25μm+2.25μm＝4.5μm，在位置x2处的位相延迟量为0+4.5μm＝4.5μm，即位相延迟量始终为4.5μm，从而整个光栅装置1实际上起一平面透镜的作用，对经过的光线不具有分光作用，允许全部光线通过。
需要说明的是，本实施例中仅以上述具体的数值为例对驱动过程进行详细说明，本领域技术人员基于上述具体的驱动过程，能够用其它数值将其中的具体数值进行替换，或者进行其它的变形和延伸。
本实施例中对于第一组驱动电压和第二组驱动电压的设置原则优选的可为：从显示装置的一端至另一端，第一组驱动电压的变化情况与第二组驱动电压的变化情况相反，以使从显示装置的一端至另一端液晶透镜12在进行3D显示时产生的相位延迟量的变化情况与在进行2D显示时产生的相位延迟量的变化情况相反，从而保证了在3D和2D显示时显示装置各区域均能够进行需要的位相延迟。
以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种光栅装置，其特征在于，包括：叠加在一起的液晶透镜和柱镜光栅；
其中，所述液晶透镜的盒厚为进行3D或2D显示时所需要的最大相位延迟量与所述柱镜光栅所能够产生的最大相位延迟量之差所需要的盒厚。
2.根据权利要求1所述的光栅装置，其特征在于，所述液晶透镜的盒厚为进行3D或2D显示时所需要的最大相位延迟量的一半所需要的盒厚。
3.根据权利要求1或2所述的光栅装置，其特征在于，所述液晶透镜包括：
相对设置的第一基板和第二基板；
设置于所述第一基板朝向所述第二基板一面上的第一电极层和设置于所述第二基板朝向所述第一基板一面上的第二电极层；
设置于所述第一基板与所述第二基板之间的液晶层。
4.根据权利要求3所述的光栅装置，其特征在于，所述第一电极层为面状电极，所述第二电极层为栅状电极；或者所述第一电极层为栅状电极，所述第二电极层为面状电极。
5.根据权利要求1或2所述的光栅装置，其特征在于，所述柱镜光栅包括多个平行排列的条状凸面镜单元。
6.一种显示装置，其特征在于，包括：
权利要求1～5任一项所述的光栅装置；
与所述光栅装置叠加在一起的显示面板。
7.根据权利要求6所述的显示装置，其特征在于，所述光栅装置中的液晶透镜相对于柱镜光栅更靠近所述显示面板。
8.根据权利要求7所述的显示装置，其特征在于，所述光栅装置中的液晶透镜与所述显示面板通过光学胶粘接；或者所述光栅装置中的液晶透镜与所述显示面板共用一片基板。
9.一种显示装置的驱动方法，其特征在于，用于驱动权利要求6～8任一项所述的显示装置，所述驱动方法包括：
在进行3D显示时，向所述显示装置的液晶透镜施加第一组驱动电压，使同一区域内所述液晶透镜产生的相位延迟量与所述显示装置的柱镜光栅产生的相位延迟量的叠加为该区域所需要的相位延迟量，且从所述显示装置的一端至另一端叠加后的相位延迟量呈曲线变化；
在进行2D显示时，向所述液晶透镜施加第二组驱动电压，使同一区域内所述液晶透镜产生的相位延迟量与所述柱镜光栅产生的相位延迟量的叠加为该区域所需要的相位延迟量，且所述显示装置各个区域的叠加后的相位延迟量均相同。
10.根据权利要求9所述的驱动方法，其特征在于，从所述显示装置的一端至另一端所述第一组驱动电压的变化情况与所述第二组驱动电压的变化情况相反，以使从所述显示装置的一端至另一端所述液晶透镜在进行3D显示时产生的相位延迟量的变化情况与在进行2D显示时产生的相位延迟量的变化情况相反。
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