CN105388678A - 液晶透镜、立体显示装置及其驱动方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种液晶透镜。基于所述液晶透镜，本发明还提供一种立体显示装置。所述立体显示装置包括显示面板、配置于所述显示面板显示面的液晶透镜及使所述液晶透镜产生电场的驱动电源，所述液晶透镜包括液晶层及设置于所述液晶层相对两面的第一电极层、第二电极层，所述第一电极层包括交错等间隔设置的第一电极及第二电极。另外，本发明还提供一种立体显示装置的驱动方法。与相关技术相比，本发明的立体显示装置及其驱动方法具有响应时间短及切换过程中显示流畅的优点。

Description

液晶透镜、立体显示装置及其驱动方法

技术领域

本发明涉及立体显示领域，尤其涉及一种液晶透镜，还涉及一种立体显示装置及其驱动方法。

背景技术

立体显示技术能再现场景的三维信息，提供更为全面、详实的场景信息，在医学、军事、广告艺术以及立体电视等领域有着广泛的应用前景。传统的立体显示技术需要佩带诸如偏振眼镜、互补色眼镜或者液晶眼镜之类的辅助工具，给人不舒适感及使用不便。裸眼立体显示技术无需佩带眼镜，用户在观看立体显示装置时具有较好的体验。2D(2-DIMENSIONAL，二维图像)/3D(3-DIMENSIONAL，三维图像)可切换液晶透镜3D技术是裸眼立体显示技术的一种，其由于具有高透过率、低串扰及高画质而被广泛的应用。针对2D/3D可切换液晶透镜3D技术，人们已开展了很多研究工作。

在公开文件CN102809865A中公开了一种图像显示装置及其液晶透镜。如图1所示，图1为现有技术的图像显示装置的截面图。所述图像显示装置1′置有彼此平行的多个第一电极1313′及第二电极1333′，其中，所述第一电极1313′为条形电极，所述第二电极1333′为整面电极。所述多个第一电极1313′并联连接，各所述第一电极1313′的电压相同。如图2所示，图2为现有技术的图像显示装置的2D/3D切换的驱动波形示意图。由2D模式切换到3D模式时，所述第一电极1313′与所述第二电极1333′之间的方波电压驱动液晶分子倾斜排布，使液晶层135′形成液晶透镜；由3D模式切换到2D模式时，直接撤掉电压，利用所述液晶分子本身的粘滞特性使其恢复到平躺状态。但是，由于所述液晶层135′的厚度通常较厚，通常为20～50um，导致液晶透镜的响应时间长，严重影响了2D/3D切换过程显示流畅性。

因此，有必要提供一种新的立体显示装置及其驱动方法解决上述问题。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种能有效缩短液晶透镜的响应时间，实现2D/3D的流畅切换的立体显示装置及其驱动方法。

本发明提供一种液晶透镜。所述液晶透镜包括液晶层、设置于所述液晶层相对两面的第一电极层及第二电极层。所述液晶层包括沿初始排列方向排列的多个液晶分子；所述第一电极层包括位于同一平面的第一电极和第二电极，所述第一电极及第二电极分别具有多个并联连接的条形电极，所述第一电极的条形电极与所述第二电极的条形电极平行交错且等间隔设置；所述第二电极层为整面电极。其中，所述第一电极层与所述第二电极层用于产生第一电场，所述第一电场包括过驱动电场及稳定电场，所述过驱动电场用于加速改变所述液晶分子排列方向产生透镜效果，所述稳定电场用于维持透镜效果稳定；所述第一电极与所述第二电极还用于产生第二电场，所述第二电场用于使所述液晶分子加速恢复到所述初始排列方向排列。

优选的，所述第一电极及第二电极分别施加相等的阶梯电压与所述第二电极层形成所述过驱动电场。

优选的，所述第一电极及第二电极分别施加相等的稳定工作电压与所述第二电极层形成所述稳定电场。

优选的，所述阶梯电压大于或等于所述稳定工作电压。

基于所述液晶透镜，本发明还提供一种立体显示装置。所述立体显示装置包括显示面板及配置于所述显示面板的显示面侧的液晶透镜。所述液晶透镜包括液晶层、设置于所述液晶层相对两面的第一电极层及第二电极层。所述液晶层包括沿初始排列方向排列的多个液晶分子；所述第一电极层包括位于同一平面的第一电极和第二电极，所述第一电极及第二电极分别具有多个并联连接的条形电极，所述第一电极的条形电极与所述第二电极的条形电极平行交错且等间隔设置；所述第二电极层为整面电极。其中，所述第一电极层与所述第二电极层用于产生第一电场，所述第一电场包括过驱动电场及稳定电场，所述过驱动电场用于加速改变所述液晶分子排列方向产生透镜效果，所述稳定电场用于维持透镜效果稳定，所述液晶透镜对来自所述显示面板的图像进行光学调制；所述第一电极与所述第二电极还用于产生第二电场，所述第二电场用于使所述液晶分子加速恢复到所述初始排列方向排列，所述液晶透镜对来自所述显示面板的图像不进行光学调制。

优选的，所述立体显示装置还包括驱动电源，所述驱动电源分别为所述第一电极及第二电极提供第一电压及第二电压。

优选的，所述第一电压与所述第二电压为相等的阶梯电压，产生所述过驱动电场。

优选的，所述第一电压与所述第二电压为不相等的电压，产生所述第二电场。

基于所述立体显示装置，本发明提出一种立体显示装置的驱动方法。所述立体显示装置的驱动方法包括如下步骤：提供所述立体显示装置，包括显示面板、配置于所述显示面板显示面的液晶透镜及使所述液晶透镜产生电场的驱动电源，所述液晶透镜包括液晶层及设置于所述液晶层相对两面的第一电极层、第二电极层，所述第一电极层包括交错等间隔设置的第一电极及第二电极；所述驱动电源间隔时间内提供所述第一电极及第二电极相等的阶梯电压，使所述第一电极层与所述第二电极层产生过驱动电场，加速改变所述液晶分子排列方向产生透镜效果；所述驱动电源提供所述第一电极及第二电极相等的稳定工作电压，使所述第一电极层与所述第二电极层产生稳定电场，维持透镜效果稳定，实现2D模式快速切换到3D模式；所述驱动电源提供所述第一电极与所述第二电极不相等的电压，使所述第一电极与所述第二电极产生第二电场，使所述液晶分子加速恢复到所述初始排列方向排列，实现3D模式快速切换到2D模式。

优选的，所述间隔时间在所述第一电极层与所述第二电极层产生第一电场的第一个T/2时间内，其中，T为所述驱动电源提供的工作电压周期。

与相关技术相比，本发明的所述立体显示装置及其驱动方法通过将所述第一电极及第二电极平行交错等间隔设置，提供所述第一电极及第二电极相等的阶梯电压和稳定工作电压，使第一电极层与所述第二电极层产生第一电场，加速改变所述液晶分子排列方向产生透镜效果，实现2D模式快速切换到3D模式；提供所述第一电极与所述第二电极不相等的电压，使所述第一电极与所述第二电极产生第二电场，加速所述液晶分子恢复到所述初始排列方向排列，实现3D模式快速切换到2D模式。所述立体显示装置及其驱动方法具有响应时间短及切换时显示流畅的优点。

附图说明

图1为现有技术的图像显示装置的截面图。

图2为现有技术的图像显示装置的2D/3D切换的驱动波形示意图。

图3为本发明液晶透镜的结构示意图。

图4为本发明液晶透镜的第一电极与第二电极的结构示意图。

图5为本发明立体显示装置的结构示意图。

图6为本发明立体显示装置由2D模式切换到3D模式的驱动电压波形示意图。

图7为本发明立体显示装置的第一电场的稳定电场方向示意图。

图8为本发明立体显示装置由2D模式切换到3D模式的驱动方法的流程示意图。

图9为本发明立体显示装置由3D模式切换到2D模式的驱动电压波形示意图。

图10为本发明立体显示装置第二电场方向示意图。

图11为本发明立体显示装置由3D模式切换到2D模式的驱动方法的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合附图和实施方式对本发明作进一步说明。

请同时参阅图3和图4，其中，图3为本发明液晶透镜的结构示意图；图4为本发明液晶透镜的第一电极与第二电极的结构示意图。所述液晶透镜11包括液晶层111、二取向层112、二基板113、第一电极层114及第二电极层115。

所述液晶层111设置于所述第一电极层114与所述第二电极层115之间，所述液晶层111与所述第一电极层114、所述液晶层111与所述第二电极层之间分别设置有所述取向层112，所述第一电极层114及第二电极层115远离所述液晶层111的一面分别设置有所述基板113。

其中，所述液晶层111内包括有沿初始排列方向排列的液晶分子。二所述取向层112相互配合使所述液晶分子沿初始排列方向排列。

二所述基板113均为透光性良好的基板，如玻璃基板。

所述第一电极层114与所述第二电极层115均为透明导电层，可为铟锡氧化物(IndiumTinOxide,ITO)或铟锌氧化物(IndiumZincOxide,IZO),此处不一一列举。

所述第一电极层114包括第一电极1141及第二电极1142。所述第一电极1141及所述第二电极1142分别具有多个并联连接的条形电极，所述第一电极1141的条形电极与所述第二电极1142的条形电极平行交错且等间隔设置。

所述第二电极层115为整面电极。

请参阅图5，图5为本发明立体显示装置的结构示意图。所述立体显示装置1包括所述液晶透镜11、显示面板13及驱动电源(未图示)。所述液晶透镜11叠设于所述显示面板13的显示面侧，所述驱动电源提供电压驱动所述液晶透镜11产生透镜效果。

所述显示面板13具有呈矩阵状地配置的多个像素。其中，两相邻所述第一电极1141的条形电极与所述第二电极1142的条形电极之间的间隔d与所述显示面板13的像素点距(Picth)存在固定比例关系。所述显示面板13可以为TFT(ThinFilmTransistor，薄膜场效应晶体管)显示器、OLED(OrganicLight-EmittingDiode，有机电激光)显示器、PDP(PlasmaDisplayPanel，等离子显示屏)显示器及EL(ElectroLuminesence，电致发光)显示器中的任意一种。在本实施方式中，所述显示面板13与设置于所述基板113远离所述液晶层111的一面，所述第二电极层115比所述第一电极层114更接近所述显示面板13。当然，所述显示面板13设置为接近第一电极层114也具有同样的显示效果。

所述驱动电源分别与所述第一电极1141、第二电极1142及第二电极层115电联接。其中，所述驱动电源为交流电源。所述驱动电源分别为所述第一电极1141提供第一电压，为所述第二电极1142提供第二电压，同时，为所述第二电极层115的整面电极提供零电压或参考电压。所述驱动电源使所述液晶层111分别产生第一电场及第二电场，分别实现所述立体显示装置1的3D模式到2D模式切换及2D模式到3D模式切换。

基于所述立体显示装置1，本发明还提供一种立体显示装置的驱动方法。所述立体显示装置1能够实现2D显示和3D显示，因此，所述立体显示装置驱动方法包括由2D模式切换到3D模式和由3D模式切换到2D模式。

所述立体显示装置1的响应时间的理论公式为

$T_r=\frac{{\mathrm{\γ}}_1{d}^2}{\mathrm{\Δ}\mathrm{\ϵ}(V^2-V_{th}^2)}$

$T_f=\frac{{\mathrm{\γ}}_1{d}^2}{{\mathrm{\Δ\ϵV}}_{th}^2}$

其中，T_r、T_f分别为上升时间(即2D模式到3D模式的响应时间)、下降时间(即3D模式到2D模式的响应时间)；Δε为介电系数差；γ₁为粘滞系数；d为液晶层厚度；V_th为液晶材料的阈值电压；V为给液晶层施加的驱动电压。

由上述理论公式可知，所述立体显示装置1由2D模式转换到3D模式的响应时间与给所述液晶层111施加的电压成反比。基于该原理，本发明提供了所述立体显示装置1由2D模式切换到3D模式的驱动方法。

请同时参阅图6、图7和图8，图6为本发明立体显示装置由2D模式切换到3D模式的驱动电压波形示意图；图7为本发明立体显示装置第一电场的稳定电场方向示意图；图8为本发明立体显示装置由2D模式切换到3D模式的驱动方法的流程示意图。所述立体显示装置1由2D模式切换到3D模式的驱动方法包括如下步骤：

步骤S11，提供立体显示装置；

所述立体显示装置1包括所述液晶透镜11、显示面板13及驱动电源，所述液晶透镜11包括所述液晶层111、二取向层112、二基板113、第一电极层114及第二电极层115，所述第一电极层114包括平行交错且等间隔设置的第一电极1141及第二电极1142。其中，所述立体显示装置1在2D模式时，所述液晶层111的所述液晶分子在所述取向层112的配合下沿初始排列方向排列，所述液晶分子的长轴方向与所述显示面板13的显示面平行。所述液晶层111对来自所述显示面板13的图像不进行光学调制，光的行进方向不折射而只沿着原传播方向输出。

所述驱动电源提供驱动电压使所述第一电极层114与所述第二电极层115产生第一电场。其中，所述驱动电源分别为所述第一电极1141及第二电极1142提供第一电压V_a及第二电压V_b，其中V_a＝V_b，同时为所述第二电极层115的整面电极提供零电压或参考电压V_ref，使所述第一电极层114与所述第二电极层115之间具有电压差V＝V_a-V_ref或V＝V_b-V_ref，形成所述第一电场。在本实施方式中，提供所述第二电极层115的电压为零电压，即电压差为V＝V_a或V_b。具体包括如下步骤：

步骤S12，提供阶梯电压产生过驱动电场；

具体的，所述驱动电源在间隔时间内提供所述第一电极1141及第二电极1142相等的阶梯电压，即V_a＝V_b，使所述第一电极层114与所述第二电极层115之间的电压差V＝V_a＝V_b。其中，所述间隔时间及所述阶梯电压的级数可以根据不同的需要进行调整。在本实施方式中，所述间隔时间设置为产生所述第一电场的第一个T/2时间内，T为所述驱动电源提供的工作电压的周期。所述阶梯电压的电压值依次为V₂、V₁、V₀，且V₂>V₁>V₀，其中，V₀为所述立体显示装置1工作在3D模式时的稳定工作电压。所述第一电极层114与所述第二电极层115之间的电压差V依次变化为V₂、V₁、V₀，产生过驱动电场，从而加速改变所述液晶分子的排列方向，所述液晶分子的长轴方向与所述显示面板13之间形成大于零的角度，所述第一电极层114与所述第二电极层115之间产生透镜效果，对所述显示面板13的图像进行光学调制，光的行进方向发生折射，使右眼与左眼用的图像分别进入右眼与左眼，形成3D模式的显示，切换过程响应快且显示流畅。

步骤S13，提供稳定工作电压产生稳定电场。

具体的，所述驱动电源提供所述第一电极1141及第二电极1142相等的稳定工作电压。所述稳定工作电压为V₀，使所述第一电极层114与所述第二电极层115之间具有电压差V＝V₀，从而产生稳定电场，所述稳定电场维持所述液晶透镜11的透镜效果稳定，实现所述立体显示装置1在3D模式的稳定显示。

由所述理论公式可知，所述立体显示装置1由3D模式转换到2D模式的响应时间与液晶材料本身的阈值电压有关，所述液晶分子由转向状态恢复到平躺状态主要通过其本身的粘滞性实现。本发明还提供了所述立体显示装置1由3D模式切换到2D模式的驱动方法。

请同时参阅图9、图10和图11，图9为本发明立体显示装置由3D模式切换到2D模式的驱动电压波形示意图；图10为本发明立体显示装置第二电场方向示意图；图11为本发明立体显示装置由3D模式切换到2D模式的驱动方法的流程示意图。所述立体显示装置1由3D模式切换到2D模式的驱动方法包括如下步骤：

步骤S21，提供立体显示装置；

所述立体显示装置1包括所述液晶透镜11、显示面板13及驱动电源，所述液晶透镜11包括所述液晶层111、二取向层112、二基板113、第一电极层114及第二电极层115，所述第一电极层114包括平行交错且等间隔设置的第一电极1141及第二电极1142。其中，所述立体显示装置1在工作在3D模式，所述液晶分子在所述第一电场的作用下发生转向使所述液晶透镜11产生透镜效果，从而所述显示面板13产生的光发生折射被输出。

步骤S22，第一电极与第二电极之间产生第二电场。

具体的，所述驱动电源分别提供所述第一电极1141与所述第二电极1142不相等的电压，同时所述驱动电源断开与所述第二电极层115的电联接。其中，所述驱动电源分别为所述第一电极1141及第二电极1142提供不相等的第一电压V_a及第二电压V_b，即V_a≠V_b，V_a与V_b可以根据不同的需要进行调整。在本实施方式中，所述驱动电源分别为所述第一电极1141及所述第二电极1142提供电压值为V_h的极性相反的电压，即V_a＝+V_h，V_b＝-V_h。所述第一电极1141与所述第二电极1142之间形成电压差V＝±2V_h的第二电场，至少具有部分所述第二电场的方向与所述显示面板13平行的，从而所述第二电场加速发生转向的所述液晶分子恢复到所述初始排列方向排列，使所述液晶透镜11不具有透镜效果。所述液晶透镜11对所述显示面板13的图像不进行光学调制，来自所述显示面板13的光线不发生折射被传导，所述立体显示装置1实现3D模式到2D模式的快速切换，切换过程响应快且显示流畅。

在本实施方式中，仅描述了采用具有正性液晶特性的液晶层的立体显示装置及其驱动方法，对于采用具有负性液晶特性的液晶层的同样构造的立体显示装置，本发明的立体显示装置的驱动方法同样能够实现，在此不再一一累赘。

与相关技术相比，本发明的所述立体显示装置1及其驱动方法通过将所述第一电极1141及第二电极1142平行交错等间隔设置，依次提供所述第一电极1141及第二电极1142相等的阶梯电压和稳定工作电压，使第一电极层114与所述第二电极层115产生第一电场，加速改变所述液晶分子排列方向产生透镜效果，实现2D模式快速切换到3D模式；提供所述第一电极1141与所述第二电极1142不相等的电压，使所述第一电极1141与所述第二电极1142产生第二电场，加速所述液晶分子恢复到所述初始排列方向，实现3D模式快速切换到2D模式。所述立体显示装置1及其驱动方法具有响应时间短及切换时显示流畅的优点。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种液晶透镜，其特征在于，包括：

液晶层，包括沿初始排列方向排列的多个液晶分子；

叠设于所述液晶层的第一电极层，所述第一电极层包括位于同一平面的第一电极和第二电极，所述第一电极及第二电极分别具有多个并联连接的条形电极，所述第一电极的条形电极与所述第二电极的条形电极平行交错且等间隔设置；及

叠设于所述液晶层远离所述第一电极层的第二电极层，所述第二电极层为整面电极；

其中，所述第一电极层与所述第二电极层用于产生第一电场，所述第一电场包括过驱动电场及稳定电场，所述过驱动电场用于加速改变所述液晶分子排列方向产生透镜效果，所述稳定电场用于维持透镜效果稳定；

所述第一电极与所述第二电极还用于产生第二电场，所述第二电场用于使所述液晶分子加速恢复到所述初始排列方向排列。

2.根据权利要求1所述的液晶透镜，其特征在于，所述第一电极及第二电极分别施加相等的阶梯电压与所述第二电极层形成所述过驱动电场。

3.根据权利要求2所述的液晶透镜，其特征在于，所述第一电极及第二电极分别施加相等的稳定工作电压与所述第二电极层形成所述稳定电场。

4.根据权利要求2所述的液晶透镜，其特征在于，所述阶梯电压大于或等于所述稳定工作电压。

5.一种立体显示装置，其特征在于，所述立体显示装置包括：

显示面板；及

液晶透镜，被配置于所述显示面板的显示面侧，所述液晶透镜包括：

液晶层，包括沿初始排列方向排列的多个液晶分子；

叠设于所述液晶层的第一电极层，所述第一电极层包括位于同一平面的第一电极和第二电极，所述第一电极及第二电极分别具有多个并联连接的条形电极，所述第一电极的条形电极与所述第二电极的条形电极平行交错且等间隔设置；及

叠设于所述液晶层远离所述第一电极层的第二电极层，所述第二电极层为整面电极；

其中，所述第一电极层与所述第二电极层用于产生第一电场，所述第一电场包括过驱动电场及稳定电场，所述过驱动电场用于加速改变所述液晶分子排列方向产生透镜效果，所述稳定电场用于维持透镜效果稳定，所述液晶透镜对来自所述显示面板的图像进行光学调制；

所述第一电极与所述第二电极还用于产生第二电场，所述第二电场用于使所述液晶分子加速恢复到所述初始排列方向排列，所述液晶透镜对来自所述显示面板的图像不进行光学调制。

6.根据权利要求5所述的立体显示装置，其特征在于，所述立体显示装置还包括驱动电源，所述驱动电源分别为所述第一电极及第二电极提供第一电压及第二电压。

7.根据权利要求6所述的立体显示装置，其特征在于，所述第一电压与所述第二电压为相等的阶梯电压，产生所述过驱动电场。

8.根据权利要求6所述的立体显示装置，其特征在于，所述第一电压与所述第二电压为不相等的电压，产生所述第二电场。

9.一种立体显示装置的驱动方法，其特征在于，包括如下步骤：

提供所述立体显示装置，包括显示面板、配置于所述显示面板显示面的液晶透镜及使所述液晶透镜产生电场的驱动电源，所述液晶透镜包括液晶层及设置于所述液晶层相对两面的第一电极层、第二电极层，所述第一电极层包括交错等间隔设置的第一电极及第二电极；

所述驱动电源间隔时间内提供所述第一电极及第二电极相等的阶梯电压，使所述第一电极层与所述第二电极层产生过驱动电场，加速改变所述液晶分子排列方向产生透镜效果；所述驱动电源提供所述第一电极及第二电极相等的稳定工作电压，使所述第一电极层与所述第二电极层产生稳定电场，保证所述透镜效果稳定，实现2D模式快速切换到3D模式；

所述驱动电源提供所述第一电极与所述第二电极不相等的电压，使所述第一电极与所述第二电极产生第二电场，使所述液晶分子加速恢复到所述初始排列方向排列，实现3D模式快速切换到2D模式。

10.根据权利要求9所述的立体显示装置的驱动方法，其特征在于，所述间隔时间在所述第一电极层与所述第二电极层产生第一电场的第一个T/2时间内，其中，T为所述驱动电源提供的工作电压周期。