CN105572885B - 一种液晶透镜阵列及立体显示装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种液晶透镜阵列及立体显示装置，涉及立体显示技术领域。该液晶透镜阵列包括多个液晶微透镜单元，每个液晶微透镜单元包括第一玻璃基板和第二玻璃基板，第一玻璃基板上涂镀有第一电极，第二玻璃基板上涂镀有第二电极，在第一玻璃基板与第二玻璃基板之间填充有液晶，其中，第一电极包括位于中心位置的圆形电极与以圆形电极为中心的呈同心环状设置的至少两个环形电极。本发明的液晶透镜阵列所形成的3D显示效果不具有方向性，用户可以从更广泛的角度观看到需要的3D效果，且观看角度更佳连续。进而也使得采用上述液晶透镜阵列的立体显示装置的3D显示效果更好，且不存在切变区，有效避免了观看者因处于切变区观看导致头晕的问题。
Description
技术领域
本发明涉及立体显示技术领域，特别是涉及一种液晶透镜阵列及立体显示装置。
背景技术
显示行业历经多个阶段，随着人们对显示效果的不断追求，显示技术不断进步，从静态到动态，从黑白到彩色，从小尺寸到大尺寸，从笨重的CRT到平板显示；而如今，平面显示又面临着立体(以下简称3D)显示的强烈冲击。裸眼3D显示技术和穿戴式3D技术都得到很迅速地发展，而裸眼3D技术相较于穿戴式3D技术，有着无需佩戴各类辅助设备，观看者更加自由的巨大优势。
目前存在采用液晶透镜来实现裸眼3D显示的立体显示装置，其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，实现裸眼3D显示和2D/3D切换。
常见的液晶透镜的结构如图1所示，它包含多个液晶柱透镜单元，每个液晶柱透镜单元具有相同的结构，图中只示出两个完全相同的柱透镜单元。具体来讲，液晶柱透镜包含正对设置第一基板和第二基板，在两个基板上分别设置有由透明导电材料如ITO等材料制成的第一电极和第二电极。其中第一电极包含一系列间隔分开并平行排列的多个条形电极，在第一电极和第二电极之间填充以液晶材料。当施加电场时，液晶分子受到不同电场驱动而进行相应偏转，从而形成折射率的梯度分布，像素出射光通过液晶柱透镜后发生偏转，形成3D显示效果。然而，我们可以想见，这种具有条形结构的液晶柱透镜得到的3D显示是有方向性的，观看者只能从某些特定的方向观看到3D效果；另外，其观看角度是不连续的，中间会有切变区，如果观看者正好处于切变区，不但不能看到正切的3D影像，而且还容易引起头晕等不适症状。
发明内容
本发明的一个目的是要提供一种液晶透镜阵列，其进行3D画面显示时不具有方向性，观看者可以从任何方向观看到正确的3D效果，可观看角度连续。
本发明一个进一步的目的是要提供一种立体显示装置，其3D显示效果好，可观看角度大且连续，有效的避免了引起观看者头晕等不适症状的问题。
特别地，本发明提供了一种液晶透镜阵列，包括多个液晶微透镜单元，所述多个液晶微透镜单元中的每个液晶微透镜单元的结构相同，所述每个液晶微透镜单元包括第一玻璃基板和第二玻璃基板，所述第一玻璃基板上涂镀有第一电极，所述第二玻璃基板上涂镀有第二电极，在所述第一玻璃基板与所述第二玻璃基板之间填有液晶，其中，所述第一电极包括位于中心位置的圆形电极与以所述圆形电极为中心的呈同心环状设置的至少两个环形电极。
进一步地，所述第一电极与第二电极分别与一独立的驱动电压相连。
进一步地，所述驱动电压的电压可调。
进一步地，所述第一电极中的所述圆形电极与至少两个环形电极的驱动电压，由中心的所述圆形电极向所述至少两个环形电极逐渐递减。
进一步地，所述液晶微透镜单元为长方形，多个所述液晶微透镜单元彼此紧贴拼接成所述液晶透镜阵列。
进一步地，所述第二电极为平面电极。
进一步地，所述液晶微透镜单元的第一电极中，最外侧电极为中部具有圆形空腔的电极，所述圆形电极与所述至少两个环形电极设置在所述圆形空腔中。
特别地，本发明还提供了一种立体显示装置，包括显示屏和设置在显示屏上的液晶透镜，所述液晶透镜采用如上所述的液晶透镜阵列。
进一步地，所述液晶微透镜单元在所述第一电极与所述第二电极通电后形成圆形水滴状的透镜镜面。
进一步地，在所述第一电极和所述第二电极未供电时，第一玻璃基板与第二玻璃基板之间所填充的液晶的排列保持原始状态，不改变光线的传播方向；当所述第二电极接驱动电压负极，所述第一电极接所述各驱动电压的正极时，所述液晶微透镜单元中液晶分子的排列方式改变，不同的电压使液晶分子旋转角度不同，呈现出不同的折射率，改变光线经过液晶分子后的传播方向。
本发明的液晶透镜阵列由多个液晶微透镜单元阵列拼接而成，液晶微透镜单元通电后构成圆形的、水滴状的透镜镜面，这种液晶微透镜单元具有旋转对称性，所形成3D显示效果也就不具有方向性，用户可以从更广泛的角度观看到需要的3D效果，且观看角度更佳连续。进而也使得采用上述液晶透镜阵列的立体显示装置的3D显示效果更好，且不存在切变区，也就有效避免了观看者因处于切变区观看导致头晕的问题。
进一步地，本发明采用的是阵列式结构设计，区别于现有的整体式透镜，能够实现整体及局部的显示可调，可调范围大，能够更好地满足用户需求。
根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。
附图说明
后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：
图1是本发明一个实施例的液晶透镜阵列的结构示意图；
图2是图1所示液晶透镜阵列中单个液晶微透镜单元的结构示意图；
图3是本发明一个实施例中2×2个液晶微透镜单元所构成的液晶透镜阵列的结构示意图；
图4是根据本发明一个实施例的液晶微透镜阵列中任意两个相邻液晶微透镜单元在加电状态下液晶分子排布情况示意图；
图5是根据本发明一个实施例的液晶微透镜阵列中任意两个相邻液晶微透镜单元在加电状态下液晶折射率分布曲线示意图；
图6是根据本发明一个实施例的液晶微透镜阵列中液晶微透镜单元在未加电状态下表现为2D状态的示意图；
图7是根据本发明一个实施例的液晶微透镜阵列中液晶微透镜单元在加电状态下表现为3D状态的示意图。
具体实施方式
实施例一
图1是本实施例的液晶透镜阵列1的结构示意图；图2是图1所示液晶透镜阵列1中单个液晶微透镜单元2的结构示意图，以下将参考图1、图2对液晶透镜阵列1的结构进行阐述。图3是本发明一个实施例中2×2个液晶微透镜单元所构成的液晶透镜阵列的结构示意图。图4是根据本发明一个实施例的液晶微透镜阵列中任意两个相邻液晶微透镜单元在加电状态下液晶分子排布情况示意图。
如图1所示，本实施例还可以参见图2至图4，本实施例所描述的一种液晶透镜阵列1，包括多个液晶微透镜单元2，所述多个液晶微透镜单元2中的每个液晶微透镜单元2的结构相同，如图4所示，所述每个液晶微透镜单元2包括第一玻璃基板24和第二玻璃基板25，所述第一玻璃基板24上涂镀有第一电极，所述第二玻璃基板25上涂镀有第二电极26，在所述第一玻璃基板24与所述第二玻璃基板25之间填充有液晶27，其中，如图4所示，还可参见图2或图3，所述第一电极包括位于中心位置的圆形电极21与以所述圆形电极21为中心的呈同心环状设置的至少两个环形电极，即第一环形电极22和第二环形电极23，所述第二电极26为平面电极。
本实施例中，所述液晶透镜阵列1包括M行×N列液晶微透镜单元2，行列之间相垂直。可见，本实施例中，液晶透镜阵列1是由很多个液晶微透镜单元2排列而成。使用时显示屏固定在眼睛的远端，液晶透镜阵列1置于显示屏和人眼之前。在进行2D显示时，如图6所示，图6是根据本实施例的液晶微透镜阵列中液晶微透镜单元2在未加电状态下表现为2D状态的示意图，不对液晶透镜阵列1中微透镜单元施加电压，使整个透镜阵列具有相同的折射率，液晶透镜阵列1可以看作一块平面玻璃，显示屏2显示正常的2D图像，人眼看到不损失分辨率的清晰2D图像。在需要进行3D显示时，如图7所示，图7是根据本实施例的液晶微透镜阵列中液晶微透镜单元2在加电状态下表现为3D状态的示意图，给液晶微透镜单元2加电压，液晶微透镜单元2中的液晶折射率发生变化，于是液晶透镜阵列1就“出现”很多呈现圆形水滴状镜面的微小透镜，此时在显示屏上播放与此透镜阵列参数匹配的3D内容，就可以实现3D显示。如此，就实现了2D到3D的切换。
本实施例采用液晶透镜阵列1取代传统光学透镜，并且阵列中的每个液晶微透镜单元2均是可调的，这样能够实现显示设备的区域及整体的显示可调，实现了显示设备的显示效果在2D和3D之间的自由切换，并可以分区域地进行2D或3D的显示，并且清晰度可调，可根据不同显示内容进行场景的动态缩放、且能实现人眼主动选择对焦。
在本实施例中，所述液晶微透镜单元2的第一电极中，最外侧电极为中部具有圆形空腔的第二环形电极23，所述圆形电极21与第一环形电极22设置在所述圆形空腔中。
进一步地，所述第一电极与所述第二电极26分别与一独立的驱动电压相连，并且所述驱动电压的电压可调。各个电极是分别供电的，因此可随时调整焦距，且可调范围更大，能够提供更为清晰的显示图像
进一步地，所述第一电极中的所述圆形电极21与至少两个环形电极即第一环形电极22和第二环形电极23的驱动电压，由中心的所述圆形电极21向所述第一环形电极22和所述第二环形电极23逐渐递减。
必须说明的是，“所述第一电极中的所述圆形电极21与至少两个环形电极即第一环形电极22和第二环形电极23的驱动电压，由中心的所述圆形电极21向所述至少两个环形电极即第一环形电极22和第二环形电极23逐渐递减”的规则是针对其绝对值而言的。通常我们都是第二电极26接负极，如上述，但也可以接正极，此时，第一电极是与驱动电压的负极相连的，此时，所述圆形电极21的驱动电压为负值，按照数值表象应该是为第一电极中电极驱动电压最小的，但是是其绝对电压值最大。
如图2、图3所示的电极分布图，图3为2×2个液晶微透镜单元2所构成的液晶透镜阵列1的结构示意图，且记载了电极驱动电压连接图，此时，圆形电极21驱动电压为V1，由所述圆形电极21向液晶微透镜单元2边界的两个环形电极即第一环形电极22和第二环形电极23的驱动电压依次为V2、V3，此时，第二电极26接驱动电压的负极，V1＞V2＞V3。
进一步地，所述液晶微透镜单元2为长方形，多个所述液晶微透镜单元2彼此紧贴拼接成所述液晶透镜阵列1。
实施例二
本实施例还提供了一种立体显示装置，包括显示屏和设置在显示屏上的液晶透镜，所述液晶透镜采用如实施例一所述的液晶透镜阵列1。液晶透镜阵列1的主体结构与实施例一基本相同，在此不再赘述。
所述液晶微透镜单元2在所述第一电极与所述第二电极26通电后形成圆形水滴状的透镜镜面。
图4是根据本实施例的液晶微透镜阵列中任意两个相邻液晶微透镜单元2在加电状态下液晶分子排布情况示意图；图5是根据本实施例的液晶微透镜阵列中任意两个相邻液晶微透镜单元2在加电状态下液晶折射率分布曲线示意图。
进一步地，在所述第一电极和所述第二电极未供电时，第一玻璃基板24与第二玻璃基板25之间所填充的液晶的排列保持原始状态，不改变光线的传播方向；当所述第二电极26接驱动电压负极，所述第一电极接所述各驱动电压的正极时，液晶透镜中液晶分子的排列方式改变，如图4所示。不同的电压使液晶分子旋转角度不同，呈现出不同的折射率，如图5所示，改变光线经过液晶分子后的传播方向。
本发明的液晶透镜阵列1由多个液晶微透镜单元2阵列拼接而成，液晶微透镜单元2通电后构成圆形的、水滴状的透镜镜面，这种液晶微透镜单元2具有旋转对称性，所形成3D显示效果也就不具有方向性，用户可以从更广泛的角度观看到需要的3D效果，且观看角度更佳连续。进而也使得采用上述液晶透镜阵列1的立体显示装置的3D显示效果更好，且不存在切变区，也就有效避免了观看者因处于切变区观看导致头晕的问题。
本发明采用的是阵列式结构设计，区别于现有的整体式透镜，能够实现整体及局部的显示可调，可调范围大，能够更好地满足用户需求。
至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。
Claims (7)
1.一种液晶透镜阵列，包括多个液晶微透镜单元，所述多个液晶微透镜单元中的每个液晶微透镜单元的结构相同，所述每个液晶微透镜单元包括第一玻璃基板和第二玻璃基板，所述第一玻璃基板上涂镀有第一电极，所述第二玻璃基板上涂镀有第二电极，在所述第一玻璃基板与所述第二玻璃基板之间填充有液晶；
其中，所述液晶微透镜单元为长方形，多个所述液晶微透镜单元彼此紧贴拼接成所述液晶透镜阵列；
所述第一电极包括位于中心位置的圆形电极与以所述圆形电极为中心的呈同心环状设置的至少两个环形电极，所述液晶微透镜单元的第一电极中，最外侧电极为中部具有圆形空腔的电极，且所述最外侧电极覆盖所述液晶微透镜单元除了所述圆形空腔外的位置，所述圆形电极与所述至少两个环形电极设置在所述圆形空腔中；
所述液晶微透镜单元在所述第一电极与所述第二电极通电后形成圆形水滴状的透镜镜面。
2.根据权利要求1所述的液晶透镜阵列，其特征在于，所述第一电极与第二电极分别与一独立的驱动电压相连。
3.根据权利要求2所述的液晶透镜阵列，其特征在于，所述驱动电压的电压可调。
4.根据权利要求3所述的液晶透镜阵列，其特征在于，所述第一电极中的所述圆形电极与至少两个环形电极的驱动电压，由中心的所述圆形电极向所述至少两个环形电极逐渐递减。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的液晶透镜阵列，其特征在于，所述第二电极为平面电极。
6.一种立体显示装置，其特征在于，包括显示屏和设置在显示屏上的液晶透镜，所述液晶透镜采用如权利要求1至5任一项中所述的液晶透镜阵列。
7.根据权利要求6所述的立体显示装置，其特征在于，在所述第一电极和所述第二电极未供电时，第一玻璃基板与第二玻璃基板之间所填充的液晶的排列保持原始状态，不改变光线的传播方向；当所述第二电极接驱动电压负极，所述第一电极接所述各驱动电压的正极时，所述液晶微透镜单元中液晶分子的排列方式改变，不同的电压使液晶分子旋转角度不同，呈现出不同的折射率，改变光线经过液晶分子后的传播方向。
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