CN105446013B - 液晶透镜及立体显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种液晶透镜。所述液晶透镜包括第一基板、第一电极层、第一配向层、液晶层、第二配向层、第二电极层及第二基板，所述第一基板与所述第二基板相对间隔设置，沿自所述第一基板至所述第二基板方向，所述第一电极层、第一配向层、液晶层、第二配向层、第二电极层依次夹设于所述第一基板至所述第二基板之间，所述第一电极层包括多个第一电极，所述第一配向层对应每一所述第一电极的区域分别朝所述液晶层的方向凸起而形成第一配向面，所述第二配向层正对每一所述第一电极的区域分别朝远离所述液晶层的方向凹陷而形成第二配向面。本发明还提供一种使用所述液晶透镜的立体显示装置。

Description

液晶透镜及立体显示装置
技术领域
本发明涉及立体显示技术领域，特别涉及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
当前，立体显示装置已越来越为人所熟知，立体显示的模式主要包括眼镜立体模式和裸眼立体模式。眼镜立体模式的显示装置需要佩戴特殊的眼镜，左眼镜片和右眼镜片分别允许不同偏振方向的线偏光透过，从而左眼和右眼观看到的图像为不同偏振方向的线偏光形成的图像，大脑将左眼图像和右眼图像进行整合呈现立体图像。由于人们在观看眼镜立体显示的图像时需要佩戴专用眼镜，否则图像就会变得模糊，使得所述眼镜立体模式的显示装置的应用范围受到了局限。
相反，裸眼立体模式的显示装置受到越来越多人的喜爱。其中，基于液晶透镜的立体显示技术是裸眼立体显示技术的一种，其具有高透过率、低串扰、高画质的优点，因此被广泛的推广应用。现有技术的液晶透镜包括多个周期性排列的透镜单元，而且所述透镜单元通过电场控制液晶分子的偏转而形成设定折射率分布来实现对光线的控制，从而整体实现屏幕的3D效果。
请参阅图1，是现有技术立体显示装置中液晶透镜一种实施例的结构示意图。液晶透镜40包括第一基板41、第二基板42、条形电极43、面状电极44、第一配向层45、第二配向层46和液晶层47。，所述液晶层47夹设于所述第一配向层45和所述第二配向层45之间，且包括适量的液晶分子471。沿朝向所述液晶层47方向，所述第一基板41、所述条形电极43和所述第一配向层45依次设置，且所述第二基板42、所述面状电极44、所述第二配向层46依次设置。所述液晶分子471可以在所述第一配向面45和所述第二配向面47取向排列。而且，所述液晶透镜40被所述多个条形电极43分割形成多个周期性依次排列的透镜单元L。
请同时参阅图2和图3，图2是图1所示液晶透镜中液晶分子在相邻透镜单元交界处的第一配向层分布排列的示意图，图3是图2所示液晶透镜中条形电极位置和液晶透镜的折射率的关系示意图。由于所述第一配向层45为平面结构，则所述液晶透镜40的液晶分子471沿所述第一配向层45的平面分布排列。
但是，在现有技术的液晶透镜40中，相邻所述透镜单元L交界处包括所述条形电极43，而所述条形电极43附近的电场分别受到其两侧所述透镜单元L内的电场的作用，使得所述条形电极43附近的电场分布比较复杂。再加上所述第一配向层45的平面结构，无法为所述条形电极43附近的所述液晶分子471提供预偏转，导致相邻所述透镜单元L交界处的液晶分子471容易出现偏转错乱，使得所述液晶透镜40在所述透镜单元L交界处的折射率分布混乱从而引起对光线的控制也出现错乱。
而且，上述技术问题还会导致使用所述液晶透镜40的立体显示装置产生3D影像的串扰问题，影响所述立体显示装置的3D效果体验。
为了解决上述3D影像的串扰问题，专利号为CN102540527A的中国专利公开了一种液晶透镜的设计，其结构如图4所示。所述液晶透镜50在每一条形电极53与第一基板51之间增加遮光的遮光部55，所述遮光部55可以阻挡光线通过条形电极53所在区域。请参阅图5，是图4所示液晶透镜中条形电极位置和液晶透镜的折射率的关系示意图。在所述条形电极53所在区域增加所述遮光部55后，由于光线无法通过所述条形电极53，则折射率发生紊乱区域的光线被遮挡，从而解决3D影像的串扰问题。
然而，上述技术方案虽然可以解决3D影像的串扰问题，但是也会带来如下缺点：降低整个立体显示器的亮度；及由于规律性所述遮光部53的设置从而造成严重的摩尔纹现象。
因此，有必要提出一种可以解决由于相邻液晶透镜单元交界处的液晶分子的偏转角度出现错乱，导致该处的折射率分布混乱进而产生的3D影像串扰问题的液晶透镜，及使用该液晶透镜的立体显示装置。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是由于相邻液晶透镜单元交界处的液晶分子的偏转角度出现错乱，导致该处的折射率分布混乱进而产生的3D影像串扰问题。
为了解决上述技术问题，本发明实施例公开了一种液晶透镜。所述液晶透镜包括第一基板、第一电极层、第一配向层、液晶层、第二配向层、第二电极层及第二基板，所述第一基板与所述第二基板相对间隔设置，沿自所述第一基板至所述第二基板方向，所述第一电极层、第一配向层、液晶层、第二配向层、第二电极层依次夹设于所述第一基板至所述第二基板之间，所述第一电极层包括多个第一电极，所述第一配向层对应每一所述第一电极的区域分别朝所述液晶层的方向凸起而形成第一配向面，所述第二配向层正对每一所述第一电极的区域分别朝远离所述液晶层的方向凹陷而形成第二配向面。
在本发明提供的液晶透镜一较佳实施例中，所述第一电极层还包括设于所述第一电极和所述第一配向层之间的第一凸起部，所述第一凸起部是由透明材料经涂覆-光刻成型，所述第一配向面包括覆盖所述第一凸起部而形成的曲面或斜面。
在本发明提供的液晶透镜一较佳实施例中，所述第一配向面包括斜面，所述第一凸起部为梯形结构或三角形结构。
在本发明提供的液晶透镜一较佳实施例中，所述第一配向面包括曲面，所述第一凸起部为半圆形结构。
在本发明提供的液晶透镜一较佳实施例中，所述第一电极为条形电极，所述第一凸起部为沿所述第一电极延伸的条形凸起部。
在本发明提供的液晶透镜一较佳实施例中，所述第二电极层包括第二电极和多个平行间隔地夹设于所述第二电极和所述第二配向层之间的第二凸起部，所述第二凸起部是由透明材料经涂覆-光刻成型。
在本发明提供的液晶透镜一较佳实施例中，每一所述第一电极正对所述第二电极层的相邻二所述第二凸起部之间的间隔区域设置，每一所述第二凸起部正对相邻二所述第一电极之间的间隔区域设置。
在本发明提供的液晶透镜一较佳实施例中，所述第二电极为面状电极，所述第二凸起部为沿平行于所述第一电极方向延伸的条形凸起部。
在本发明提供的液晶透镜一较佳实施例中，所述第二配向面具有沿平行于所述第二凸起部方向延伸，且开口朝向所述液晶层方向的条形凹槽结构。
一种立体显示装置，包括显示模组和设于所述显示模组出光面侧的液晶透镜，所述液晶透镜包括第一基板、第一电极层、第一配向层、液晶层、第二配向层、第二电极层及第二基板，所述第一基板与所述第二基板相对间隔设置，沿自所述第一基板至所述第二基板方向，所述第一电极层、第一配向层、液晶层、第二配向层、第二电极层依次夹设于所述第一基板至所述第二基板之间，所述第一电极层包括多个第一电极，所述第一配向层对应每一所述第一电极的区域分别朝所述液晶层的方向凸起而形成第一配向面，所述第二配向层正对每一所述第一电极的区域分别朝远离所述液晶层的方向凹陷而形成第二配向面。
在本发明提供的立体显示装置中，所述液晶透镜的相邻所述透镜单元的交界处，所述第一取向层的第一取向面和所述第二取向层的第二取向面相互配合，并借助二者的斜面或曲面来促进所述液晶分子在该处的预偏转，而且依靠二者对所述液晶分子的锚定力来稳定所述液晶分子在所述斜面或所述曲面的取向，从而避免相邻所述透镜单元交界处的液晶分子的偏转错乱而产生的三维影像串扰，保持所述液晶透镜的透镜单元交界处的一致性，增强所述立体显示装置的三维体验效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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，其中：
图1是现有技术立体显示装置中液晶透镜一种实施例的结构示意图；
图2是图1所示液晶透镜中液晶分子在相邻透镜单元交界处的第一配向层分布排列的示意图；
图3是图2所示液晶透镜中条形电极位置和液晶透镜的折射率的关系示意图；
图4是现有技术的立体显示装置中液晶透镜另一种实施例的结构示意图；
图5是图4所示液晶透镜中条形电极位置和液晶透镜的折射率的关系示意图；
图6是本发明实施例一揭示的立体显示装置的侧面示意图；
图7是图6所示立体显示装置中液晶透镜的液晶分子在第一配向面分布排列的示意图；
图8是本发明实施例二揭示的立体显示装置中液晶透镜的液晶分子在第一配向面分布排列的示意图；
图9是本发明实施例三揭示的立体显示装置中液晶透镜的液晶分子在第一配向面分布排列的示意图。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
请参阅6，是本发明实施例一揭示的立体显示装置100的侧面示意图。所述立体显示装置100包括相互叠设的显示模组110和液晶透镜130。所述液晶透镜130设于所述显示模组110的出光面侧。所述显示模组110显示二维显示画面，并沿出光面侧射向所述液晶透镜130，所述液晶透镜130对来自所述显示模组110的光束透射后形成立体显示画面。
在本实施方式中，对应的控制所述液晶透镜130的工作状态，实现对出射画面的调整。针对所述液晶透镜130不同的工作状态，所述立体显示装置100可以是二维/三维影像可切换的立体显示装置。
所述显示模组110可以提供视差图像，包括但不限于TFT(Thin Film Transistor)显示模组、OLED(Organic Light-Emitting Diode)显示模组、PDP(Plasma Display Panel)显示模组、EL(electro-luminescence)显示模组等。其中，所述视差图像可以通过所述液晶透镜130转换为二维影像或者三维影像。
所述液晶透镜130包括第一基板131、第二基板132、第一电极层133、第二电极层134、第一配向层135、第二配向层136和液晶层137。所述第一基板131与所述第二基板132相对间隔设置，沿自所述第一基板131至所述第二基板132方向，所述第一电极层133、所述第一配向层135、所述液晶层137、所述第二配向层136、所述第二电极层134依次夹设于所述第一基板131至所述第二基板132之间。
在本实施例中，所述液晶透镜130的第一基板131靠近所述显示模组110设置。也就是说，所述显示模组110提供的视差图像从所述第一基板131进入所述液晶透镜130，然后从所述第二基板132穿出所述液晶透镜130。其中，所述第一基板131和所述第二基板132均为透明基板，具有较好的光透过性，并支撑所述液晶透镜130。当然不限于本实施例，在其他可替代实施例中，还可以是所述液晶透镜130的第二基板132靠近所述显示模组110设置。也就是说，所述显示模组110提供的视差图像从所述第二基板132进入所述液晶透镜130，然后从所述第一基板131穿出所述液晶透镜130。
所述第一电极层133是透明电极层，且所述第一电极层133包括多个第一电极1331和设于所述多个第一电极1331表面的多个第一凸起部1333。
在本实施例中，所述第一电极1331靠近所述第一基板131设置，所述第一凸起部1333夹设于所述第一电极1331和所述第一配向层135之间。不限于本实施例，在其他可替代实施例中，所述第一电极1331和所述第一凸起部1333的位置还可以互换，即所述第一凸起部1333靠近所述第一基板131设置，所述第一电极1331夹设于所述第一凸起部1333和所述第一配向层135之间。
其中，所述第一电极1331为条形电极，且在平行于所述第一基板131的平面内相互平行间隔设置。而且，所述第一电极1331是透明导电电极，可以采用包括但不限于ITO(Indium Tn Oxide)、IZO(Indium-doped Zinc Oxide)等透明导电电极。
所述第一凸起部1333的截面为梯形结构，且为沿所述第一电极1331延伸的条形凸起部。而且，所述第一凸起部1333是由透明材料经涂覆-光刻工艺加工成型。
所述第二电极层134包括第二电极1341和多个平行间隔地夹设于所述第二电极1341和所述第二配向层136之间的第二凸起部134。
其中，所述第二电极1341是完整的面状电极，并与所述第一电极层133间隔所述液晶层137相对设置。而且，所述第二电极1341是透明导电电极，可以采用包括但不限于ITO(Indium Tn Oxide)、IZO(Indium-doped Zinc Oxide)等透明导电电极。
所述第二凸起部134为条形凸起部，具有沿平行于所述第一电极1331方向延伸的条形结构。而且，所述第二凸起部134是由透明材料经涂覆-光刻工艺加工成型。
在所述第一电极层133和所述第二电极层134之间，每一所述第一凸起部1333正对相邻二所述第二凸起部134之间的间隔区域设置，每一所述第二凸起部134正对相邻二所述第一电极层133之间的间隔区域设置。
所述第一配向层135与所述第一基板131相互配合将所述第一电极层133夹设于二者之间。具体地，所述第一配向层135不仅覆盖所述多个第一电极层133的表面，还渗入所述多个第一电极层133之间的间隔区域内，并覆盖裸露在所述间隔区域内的所述第一基板131的表面。
其中，所述第一配向层135对应每一所述第一凸起部1333的区域分别朝所述液晶层137的方向凸起而形成第一配向面1351。在本实施例中，所述第一凸起部1333为梯形结构，则所述第一配向面1351包括覆盖所述梯形结构而形成的斜面。
所述第二配向层136与所述第二基板132相互配合将所述第二电极层134夹设于二者之间。具体地，所述第二配向层136不仅覆盖所述多个第二凸起部134的表面，还渗入所述多个第二凸起部134之间的间隔区域内，并覆盖裸露在所述间隔区域内的所述第二电极1341的表面。
其中，所述第二配向层136正对每一所述第一凸起部1333的区域分别朝远离所述液晶层137的方向凹陷而形成第二配向面1361。也就是说，每一所述第二配向面1361位于相邻二所述第二凸起部134之间的间隔区域内。而且，由于所述第二凸起部134是沿平行于所述第一电极1331方向延伸的条形凸起部，因此所述第二配向面1361具有沿平行于所述第一电极1331方向延伸，且开口朝向所述液晶层137方向的条形凹槽结构。
在本实施例中，所述第二配向面1361为倒梯形凹槽结构，所述第二配向面1361包括构成所述倒梯形凹槽结构而形成的斜面。
所述液晶层137包括适量的液晶分子1371。所述液晶分子1371在电场作用下进行配向偏转，从而改变所述液晶层137的折射率分布。
请再次参阅图6，在所述立体显示装置100中，所述液晶透镜130被所述多个第一电极1331分割形成多个周期性依次排列的透镜单元L。当所述第一电极层133和所述第二电极层134在外界电路作用下对所述液晶层137施加驱动电场时，每一所述透镜单元L内部形成梯度电场，并在所述梯度电场作用下驱动所述液晶分子1371分别沿所述梯度电场方向定向排列。例如，所述液晶分子1371的长轴方向从垂直于所述液晶层130的配向状态逐渐改变成为平行于所述液晶层130的配向状态，随后又逐渐改变为垂直于所述液晶层130的配向状态，因此产生折射率的分布，从而使进入所述透镜单元L内的光线进行定向折射。
而在相邻所述透镜单元L的交界处，对应每一所述第一电极1331所在的区域，所述第一配向层135形成有凸起的第一配向面1351，所述第二配向层形成有凹陷的第二配向面1361。
请同时参阅图7，是图6所示立体显示装置中液晶透镜的液晶分子在第一配向面分布排列的示意图。所述第一凸起部1333具有梯形结构，则所述第一配向层135的第一配向面1351包括覆盖所述梯形结构而凸起形成的斜面，且所述液晶分子1371沿所述第一配向面1351的斜面排列并形成斜面配向，因此所述第一配向面1351有利于所述液晶分子1371在该处进行预偏转，此外所述第一配向面1351对所述液晶分子1371的锚定力还可以更好地约束所述液晶分子1371保持所述斜面配向的稳定，从而避免相邻所述透镜单元L交界处的液晶分子1371偏转错乱。
进一步地，由于所述第二配向面1361包括构成所述倒梯形凹槽结构而凹陷形成的斜面，且所述液晶分子1371沿所述第二配向面1361的斜面排列并形成斜面配向，因此所述第二配向面1361也有利于所述液晶分子1371在该处进行预偏转，此外所述第二配向面1361对所述液晶分子1371的锚定力也可以更好地约束所述液晶分子1371保持所述斜面配向的稳定，从而进一步地避免相邻所述透镜单元L交界处的液晶分子1371偏转错乱。
相较于现有技术，在本发明提供的立体显示装置100中，所述液晶透镜130的相邻所述透镜单元L的交界处，所述第一配向层135的第一配向面1351和所述第二配向层136的第二配向面1361相互配合，并借助二者的斜面来促进所述液晶分子1371在该处的预偏转，而且依靠二者对所述液晶分子1371的锚定力来稳定所述液晶分子1371在所述斜面的斜面配向，从而避免相邻所述透镜单元L交界处的液晶分子1371的偏转错乱而产生的三维影像串扰，保持所述液晶透镜130的透镜单元L交界处的一致性，增强所述立体显示装置100的三维体验效果。
实施例二
请参阅图8，是本发明实施例二揭示的立体显示装置中液晶透镜的液晶分子在第一配向面分布排列的示意图。需要说明的是，实施例二提供的立体显示装置与实施例一提供的立体显示装置100基本相同，主要不同在于：所述第一凸起部2333为三角形结构，则所述第一配向面2351包括覆盖所述三角形结构而形成的斜面。
在实施例二中，所述液晶分子2371沿所述第一配向面2351的斜面排列并形成斜面配向，因此所述第一配向面2351有利于所述液晶分子2371在该处进行预偏转，并且所述第一配向面2351对所述液晶分子2371的锚定力可以更好地约束所述液晶分子2371保持所述斜面配向的稳定，从而避免相邻所述透镜单元L交界处的液晶分子2371偏转错乱。
实施例三
请参阅图9，是本发明实施例三揭示的立体显示装置中液晶透镜的液晶分子在第一配向面分布排列的示意图。需要说明的是，实施例三提供的立体显示装置与实施例一提供的立体显示装置100基本相同，主要不同在于：所述第一凸起部3333为半圆形结构，则所述第一配向面3351包括覆盖所述半圆形结构而形成的曲面。当然，在其他可替代实施例中，所述第一凸起部3333还可以是其他曲面结构，例如半椭圆形结构等。而且，只要所述第一凸起部3333的结构可以使得所述第一配向面3351形成曲面结构，均属于本发明的创作构思。
在实施例三中，所述液晶分子3371沿所述第一配向面3351的曲面排列并形成曲面配向，因此所述第一配向面3351有利于所述液晶分子3371在该处进行预偏转，并且所述第一配向面3351对所述液晶分子3371的锚定力可以更好地约束所述液晶分子3371保持所述曲面配向的稳定，从而避免相邻所述透镜单元L交界处的液晶分子3371偏转错乱。
需要说明的是，在本发明实施例一、实施例二和实施例三提供的立体显示装置中，所述第二配向层凹陷而形成的第二配向面的凹槽结构可以是通用的。即在上述任一实施例中，所述第二配向面均可以包括曲面或斜面，且其凹槽结构的形状可以是倒梯形、倒三角形、半圆形和半椭圆形中的任一种，本发明对此不作限定。
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，所述液晶透镜包括第一基板、第一电极层、第一配向层、液晶层、第二配向层、第二电极层及第二基板，所述第一基板与所述第二基板相对间隔设置，沿自所述第一基板至所述第二基板方向，所述第一电极层、第一配向层、液晶层、第二配向层、第二电极层依次夹设于所述第一基板至所述第二基板之间，其特征在于：所述第一电极层包括多个第一电极、设于所述第一电极和所述第一配向层之间的第一凸起部，所述第二电极层包括多个第二电极、设于所述第二电极和所述第二配向层之间的第二凸起部，所述第一配向层对应每一所述第一电极的区域分别朝所述液晶层的方向凸起而形成第一配向面，所述第一配向面包括覆盖所述第一凸起部而形成的曲面或斜面，所述第二配向层正对每一所述第一电极的区域分别朝远离所述液晶层的方向凹陷而形成第二配向面。
2.根据权利要求1所述的液晶透镜，其特征在于，所述第一凸起部是由透明材料经涂覆-光刻成型。
3.根据权利要求2所述的液晶透镜，其特征在于，所述第一配向面包括斜面，所述第一凸起部为梯形结构或三角形结构。
4.根据权利要求2所述的液晶透镜，其特征在于，所述第一配向面包括曲面，所述第一凸起部为半圆形结构。
5.根据权利要求2所述的液晶透镜，其特征在于，所述第一电极为条形电极，所述第一凸起部为沿所述第一电极延伸的条形凸起部。
6.根据权利要求1所述的液晶透镜，其特征在于，所述第二凸起部是由透明材料经涂覆-光刻成型。
7.根据权利要求6所述的液晶透镜，其特征在于，每一所述第一电极正对所述第二电极层的相邻二所述第二凸起部之间的间隔区域设置，每一所述第二凸起部正对相邻二所述第一电极之间的间隔区域设置。
8.根据权利要求6所述的液晶透镜，其特征在于，所述第二电极为面状电极，所述第二凸起部为沿平行于所述第一电极方向延伸的条形凸起部。
9.根据权利要求8所述的液晶透镜，其特征在于，所述第二配向面具有沿平行于所述第二凸起部方向延伸，且开口朝向所述液晶层方向的条形凹槽结构。
10.一种立体显示装置，包括显示模组和设于所述显示模组出光面侧的液晶透镜，所述液晶透镜包括第一基板、第一电极层、第一配向层、液晶层、第二配向层、第二电极层及第二基板，所述第一基板与所述第二基板相对间隔设置，沿自所述第一基板至所述第二基板方向，所述第一电极层、第一配向层、液晶层、第二配向层、第二电极层依次夹设于所述第一基板至所述第二基板之间，其特征在于：所述第一电极层包括多个第一电极、设于所述第一电极和所述第一配向层之间的第一凸起部，所述第二电极层包括多个第二电极、设于所述第二电极和所述第二配向层之间的第二凸起部，所述第一配向层对应每一所述第一电极的区域分别朝所述液晶层的方向凸起而形成第一配向面，所述第一配向面包括覆盖所述第一凸起部而形成的曲面或斜面，所述第二配向层正对每一所述第一电极的区域分别朝远离所述液晶层的方向凹陷而形成第二配向面。
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