CN106444176A

CN106444176A - 液晶透镜阵列及立体显示装置

Info

Publication number: CN106444176A
Application number: CN201610931454.XA
Authority: CN
Inventors: 黄建发
Original assignee: Ningbo Vision Optoelectronics Co Ltd
Current assignee: Ningbo Vision Optoelectronics Co Ltd
Priority date: 2016-10-31
Filing date: 2016-10-31
Publication date: 2017-02-22

Abstract

本发明提供了一种液晶透镜阵列及立体显示装置，属于显示技术领域。本发明提供的一种液晶透镜阵列包括第一基板、与第一基板相对设置的第二基板及夹设于第一基板与第二基板之间的液晶层。第一基板靠近液晶层的表面设置有多个呈阵列分布的第一电极，第二基板靠近液晶层的表面设置有第二电极。第一电极包括至少两个环状电极，相邻两个环状电极之间夹设有绝缘层，且至少两个环状电极在液晶层的投影层层套置。本发明提供的另一种液晶透镜阵列，其第一电极包括环状电极以及设置在环状电极的小圆内部且与环状电极导通的螺旋状电极。另外，本发明还提供了采用上述液晶透镜阵列的立体显示装置，有效地增大了立体显示装置的3D观看视角。

Description

液晶透镜阵列及立体显示装置

技术领域

本发明属于显示技术领域，具体而言，涉及一种液晶透镜阵列及立体显示装置。

背景技术

在各种实现立体显示的技术之中，相比眼镜式3D显示技术而言，裸眼3D因无需其他辅助设备的便利性及应用上的优势成为3D显示技术研究的热点，裸眼3D立体显示装置在个人消费品领域及商用领域的应用也日益广泛，如小尺寸裸眼3D手机、中小尺寸裸眼3D平板以及大尺寸裸眼3D广告机等。

在实现裸眼3D显示的各种技术中，视差屏障技术最为成熟，作为视差屏障技术的一种，液晶狭缝光栅立体显示装置因制程和现有LCD产线兼容性高，良率高且成本低廉，市场占有率较高。其他裸眼3D立体显示技术如液晶透镜(LC lens)技术与双折射透镜阵列(Birefringent Lens Array)技术在3D显示时具有高亮度特性，尽管目前因材料和制程等多方面原因导致良率较低，成本居高不下，其发展前景却依然看好。

由于现有的立体显示装置大多采用柱状液晶透镜阵列，使得现有的立体显示装置受限于观察者与立体显示装置的相对位置。具体来讲，当立体显示装置的位置确定后，液晶透镜阵列的方向也就确定了，观察者只能在特定方向上看到立体显示，当观察者相对于立体显示装置的位置偏离特定方向时，由于立体显示装置进行3D显示时不同位置处的折射率差异，导致立体显示装置的色差较大，无法得到良好的3D显示效果。

发明内容

有鉴于此，本发明的一个目的在于提供一种液晶透镜阵列及立体显示装置，使得采用该液晶透镜阵列的立体显示装置具有较大的3D观看视角。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

第一方面，本发明提供了一种液晶透镜阵列，包括第一基板、与所述第一基板相对设置的第二基板及夹设于所述第一基板与所述第二基板之间的液晶层。所述第一基板靠近所述液晶层的表面设置有多个呈阵列分布的第一电极，所述第二基板靠近所述液晶层的表面设置有第二电极。所述多个呈阵列分布的第一电极将所述液晶透镜阵列划分为多个呈阵列分布的液晶透镜单元。所述第一电极包括至少两个环状电极，所述至少两个环状电极分别位于不同层上，相邻两个环状电极之间夹设有绝缘层以电性绝缘所述至少两个环状电极，所述至少两个环状电极在所述液晶层的投影层层套置。

进一步地，所述至少两个环状电极的中心点均位于所述液晶层的同一条垂线上。

进一步地，所述至少两个环状电极中内径最大的环状电极为外环电极。每个所述第一电极的外环电极与相邻的第一电极的外环电极外切连接以实现不同第一电极的外环电极的导通。

进一步地，所述至少两个环状电极包括第一环状电极、第二环状电极及第三环状电极。所述第一环状电极、第二环状电极及第三环状电极分别位于不同层上，所述第一环状电极和所述第二环状电极之间夹设有第一绝缘层，所述第二环状电极和所述第三环状电极之间夹设有第二绝缘层。其中，所述第一环状电极形成于所述第一基板的靠近所述液晶层的表面，所述第二环状电极形成于所述第一绝缘层的靠近所述液晶层的表面，所述第三环状电极形成于所述第二绝缘层的靠近所述液晶层的表面。

第二方面，本发明实施例还提供了另一种液晶透镜阵列，包括第一基板、与所述第一基板相对设置的第二基板及夹设于所述第一基板与所述第二基板之间的液晶层。所述第一基板靠近所述液晶层的表面设置有多个呈阵列分布的第一电极，所述第二基板靠近所述液晶层的表面设置有第二电极，所述多个呈阵列分布的第一电极将所述液晶透镜阵列划分为多个呈阵列分布的液晶透镜单元。所述第一电极包括环状电极以及设置在所述环状电极的小圆内部的螺旋状电极，所述螺旋状电极与所述环状电极导通。

进一步地，每个所述第一电极的所述环状电极与相邻的第一电极的所述环状电极外切连接以实现不同所述第一电极的导通。

第三方面，本发明还提供了一种立体显示装置，包括显示面板及上述第一方面实施例提供的液晶透镜阵列，所述液晶透镜阵列设置在所述显示面板上。

进一步地，所述显示面板包括多个像素单元，所述多个像素单元的形状均为圆形。所述的液晶透镜阵列的每个液晶透镜单元覆盖一个或多个所述像素单元。

第四方面，本发明还提供了另一种立体显示装置，包括显示面板及上述第二方面实施例提供的液晶透镜阵列，所述液晶透镜阵列设置在所述显示面板上。

本发明实施例提供了的两种具有特殊设计的第一电极的液晶透镜阵列。上述两种液晶透镜阵列中，多个呈阵列分布的第一电极将液晶透镜阵列划分为多个呈阵列分布的液晶透镜单元，使得通电状态下每个液晶透镜单元的液晶层在环状电极的所有径向方向上具有近似相同的折射率分布。进而使得采用上述液晶透镜阵列的立体显示装置，相对于现有的基于柱状液晶透镜阵列的立体显示装置，增大了3D观看视角，使得观察者能够从更广泛的视角观看到良好的3D效果，有效地改善了立体显示装置进行3D显示时对观察者的观看视角的限制。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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他相关的附图。

图1示出了现有的单向立体显示装置的结构示意图；

图2示出了现有的双向立体显示装置的一种放置方式的结构示意图；

图3示出了现有的双向立体显示装置的另一种放置方式的结构示意图；

图4示出了本发明第一实施例提供的一种液晶透镜阵列的结构示意图；

图5示出了本发明第一实施例提供的一种液晶透镜阵列的第一电极在液晶层的投影示意图；

图6示出了本发明第一实施例提供的一种液晶透镜阵列的多个第一电极的外环电极的排布示意图；

图7示出了本发明第一实施例提供的一种液晶透镜阵列的第一电极的外环电极在液晶层的投影示意图；

图8示出了本发明第一实施例提供的一种液晶透镜阵列的单个液晶透镜单元的一种示例性结构示意图；

图9示出了本发明第一实施例提供的一种液晶透镜阵列的多个第一电极第一环状电极的排布示意图；

图10示出了本发明第一实施例提供的一种液晶透镜阵列的多个第一电极第二环状电极的排布示意图；

图11示出了本发明第一实施例提供的一种液晶透镜阵列的呈阵列排布的多个第一电极的层叠设置示意图；

图12示出了本发明第一实施例提供的一种液晶透镜阵列在加电状态下液晶分子的排列状态示意图；

图13示出了本发明第二实施例提供的一种液晶透镜阵列的第一电极的结构示意图；

图14示出了本发明第三实施例提供的一种立体显示装置的结构示意图；

图15示出了本发明第三实施例提供的一种立体显示装置的一种像素单元的结构示意图；

图16示出了本发明第三实施例提供的一种立体显示装置的另一种像素单元的结构示意图；

图17示出了本发明第三实施例提供的立体显示装置的一种具体实施方式中液晶透镜单元与对应像素单元的位置关系示意图；

图18示出了本发明第三实施例提供的一种立体显示装置的一种像素单元的一种排布示意图。

图中：1-单向立体显示装置；2-双向立体显示装置；3-立体显示装置；11，21-2D显示模组；12-透镜阵列；22-第一透镜阵列；23-第二透镜阵列；30-液晶透镜阵列；31-第一基板；310-第一电极；310w-外环电极；311-第一环状电极；3111-连接线；3112-第一轴线；312-第二环状电极；313-第三环状电极；314-第一绝缘层；315-第二绝缘层；311a-环状电极；312a-螺旋状电极；32-液晶层；321-液晶分子；33-第二基板；330-第二电极；40-显示面板；41-上偏光片；42-上基板；43-下基板；44-下偏光片；45-像素单元；50-背光单元。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

图1示出了一种常见的单向立体显示装置的示意图。该单向立体显示装置1包含两个主要部分，即2D显示模组11以及设置在2D显示模组11之前的透镜阵列12。例如，该透镜阵列12可以为液晶透镜阵列或者双折射透镜阵列。该透镜阵列12的微透镜单元通常与2D显示模组11的垂直方向成一定的倾角以减少摩尔纹的影响，即在图1所示的二维笛卡尔坐标系(X，Y)中，微透镜单元轴向与Y方向成α夹角。对于这一类立体显示装置，当观察者的双眼位于X方向并在特定观察位置时，由2D显示模组11显示的左眼信息和右眼信息经透镜分光折射后分别对应地进入人的左眼L和右眼R，从而使观察者欣赏到立体显示。然而，这种单向立体显示装置1有一个缺陷，即观察者的双眼只有位于X方向才能看到立体信息，当观察者的双眼与单向立体显示装置的相对位置发生变化如将该单向立体显示装置1旋转90°后，观察者将看不到立体显示，这就使得立体显示装置在手机或者平板等个人消费品领域的应用很受限制。

为扩大立体显示装置进行立体显示时的观看视角，拓展立体显示装置的应用领域，有研究人员提出了双向立体显示装置。双向立体显示装置通过特殊的设计可以在两个相互垂直的方向进行立体显示。如图2所示，当观察者双眼位于图2中的X方向上时，形成第一方向L1的第一透镜阵列22，由2D显示模组21提供的左眼信息和右眼信息经第一透镜阵列22进行分光，可以使观察者可以在X方向欣赏到立体显示，这种模式下较多应用于视频观看、图片浏览或3D游戏等；当将双向立体显示装置2旋转90度之后，如图3所示，此时该双向立体显示装置2可以形成第二方向L2的第二透镜阵列23(虚线)，由2D显示模组21提供的左眼信息和右眼信息经第二透镜阵列23进行分光并分别汇聚到左眼L和右眼R，观察者依然可以欣赏到立体显示，这种模式下更适合图片展示等应用场合。

然而，无论是单向立体显示装置1，还是双向立体显示装置2，只要立体显示装置的位置确定后，观察者均只能在特定位置观看到立体显示效果，限制了观察者与立体显示装置的相对位置，也不能供多个不同的观察这在不同方位同时观看到立体显示效果。有鉴于此，本发明实施例提供了一种液晶透镜阵列，应用于立体显示装置，有利于扩大立体显示装置进行的立体显示时的观看视角。

第一实施例

如图4所示，本发明第一实施例提供了一种液晶透镜阵列30，该液晶透镜阵列30包括第一基板31、与第一基板31相对设置的第二基板33及夹设于第一基板与第二基板之间的液晶层32。

第一基板31靠近液晶层32的表面设置有多个呈阵列分布的第一电极310。第二基板33靠近液晶层32的表面设置有第二电极330，第二电极330为共用电极即参考电极。例如，当第一电极310连接驱动电源的正极时，第二电极330连接驱动电压的负极，而当第一电极310连接驱动电源的负极时，第二电极330连接驱动电压的正极。多个呈阵列分布的第一电极310将液晶透镜阵列30划分为多个呈阵列分布的液晶透镜单元，假设该液晶透镜阵列30包括10个呈阵列排布的第一电极310，则可以根据10个第一电极310将该液晶透镜阵列30划分为10个液晶透镜单元。可以理解的是，每个液晶透镜单元均包括第一基板31、第一电极310、液晶层32、第二电极330及第二基板33。

本实施例中，第一基板31与第二基板33可以为玻璃或者其它软性材料。第一电极310和第二电极330通常可以为铟锡氧化物(ITO)薄膜，当然，也可以采用其他透明导电薄膜。

第一电极310包括至少两个环状电极，至少两个环状电极为层叠设置的，分别位于不同层上。相邻两个环状电极之间夹设有绝缘层以电性绝缘上述至少两个环状电极。这样设计有利于控制各个环形电极上施加的电压。在本发明较佳的实施方式中，各个第一电极310的属于同一层的环状电极导通，这样方便于对第一电极310施加驱动电压。需要说明的是，上述至少两个环形电极可以是两个环形电极、三个环形电极或四个环形电极等。

其中，不同第一电极310的位于同一层的绝缘层可以为一体的，也可以是分离的，当然，为了简化加工工艺，不同第一电极310的绝缘层可以优选为一体的。本实施例中，绝缘层材料可以采用氮化硅或者树脂。

进一步地，上述至少两个环状电极在液晶层的投影层层套置。具体的，上述至少两个环状电极在液晶层32的投影互不重叠，且每个第一电极310的相邻两个环状电极中的一个环状电极在液晶层32的投影包围另一个环状电极在液晶层32的投影。需要说明的是，本实施例中所述的环状电极在液晶层32的投影均为正投影，即平行投影线垂直于液晶层32。

此时，第一电极310中每个环状电极在液晶层32的投影均位于其余内径大于该环状电极的所有环状电极在液晶层32的投影的小圆内。例如，当至少两个环状电极为3个环状电极时，3个环状电极分别为E1，E2及E3。假设E1的内径小于E2的内径，E2的内径小于E3的内径，且E1在液晶层的投影为圆环P1，E2在液晶层的投影为圆环P2，E3在液晶层的投影为圆环P3。针对于环状电极E1，内径大于E1的环状电极包括E2和E3，因此，P1位于P2的小圆内，同时也位于P3的小圆内；针对于环状电极E2，内径大于E2的环状电极为E3，因此，P2位于P3的小圆内；针对于环状电极E3，没有内径大于E3的环状电极，因此，P3位于最外环，如图5所示。可以理解的是，第一电极310中，内径最小的环状电极也可以采用圆形电极代替。

优选的，上述至少两个环状电极的中心点均位于液晶层32的同一条垂线上，也就是说，当上述至少两个环状电极均为圆环形电极时，上述至少两个环状电极在液晶层32的投影为同心圆环。可以理解的是，在可接受的误差范围内，上述至少两个环状电极的中心点也可以稍微偏离液晶层32的同一条垂线。具体的误差范围可以根据多次试验获得。

进一步地，从第一基板31到液晶层32，分布在第一基板31与液晶层32之间的至少两个环状电极的内径依次增加或减小。当然，满足至少两个环状电极在液晶层32的投影互不重叠的条件下，从第一基板31到液晶层32，第一电极310包括的环状电极的内径也可以不呈递增或递减的关系，例如，环状电极的内径随着距离第一基板31距离的增加也可以先增大后减小，或者是，先减小后增大等。

至少两个环状电极中内径最大的环状电极为外环电极。优选的，每个第一电极310的外环电极与相邻的第一电极310的外环电极外切连接，以实现不同第一电极310的外环电极的导通。例如，图6示出了不同第一电极310的外环电极310w的排布示意图，如图6所示，填充有斜线段的阴影部分表示外环电极310w，每个外环电极310w与相邻六个外环电极310w外切并导通，当然，位于液晶透镜阵列30边缘的第一电极310的外环电极310w除外。相邻三个外环电极310w之间的三角形空白区域为相邻三个外环电极310w之间的间隙。当然，相邻三个外环电极310w间也可以不留间隙，即使得上述三角形空白区域也被电极材料填充。这样设计有利于使得第一电极310的排布更加紧密，从而尽量减小相邻液晶透镜单元之间的间隙，以降低所形成的立体显示装置的串扰，提高立体显示效果。此外，将相邻的第一电极310的外环电极310w设计为外切连接，不用再另外布线实现外环电极310w的导通，有利于外环电极310w的驱动电压的施加。

可以理解的是，为便于液晶分子的取向，在第一基板31与第二基板33相互正对的一侧还设置有第一、第二取向膜(图中未示出)。取向膜材料一般为聚酰亚胺，第一取向膜与第二取向膜的摩擦方向平行设置，且具体方向根据所对应的显示面板的出射光的偏振方向平行。

当按照预设规则在多个第一电极310与所述第二电极330之间施加电压时，每个液晶透镜单元的液晶层32在上述外环电极的所有径向方向上均具有近似相同的折射率分布。也就是说，忽略液晶层32的厚度，如图7所示，假设外环电极310w在液晶层32的投影为圆环W，且圆环W的圆心为O，此时，以O点为圆心的，以位于圆环W的小圆中的任意一点与O点之间的距离为半径的圆周上的任意点的折射率相等。此时，在圆环W小圆中的任意一个点A，均能在以O为圆心，线段OA为半径的圆周上找到折射率与A点相等的多个点。因此，将本液晶透镜阵列30应用于立体显示装置时，能够有效地减小在不同视角观看进行3D显示的立体显示装置时看到的色彩差异，使得位于多个不同视角的观察者在同一时间观察到效果一致的立体显示，即有效地增大了立体显示装置的3D观看视角，提升3D显示效果。可以理解的是，上述的折射率相等应当理解为广义的相等，即以O点为圆心的，以位于圆环W内的小圆内任意一点与O点之间的距离为半径的圆周上的任意两点的折射率的差值也可以在预设范围内。该预设范围可以根据多次试验获得。

具体的，按照预设规则在多个第一电极310与所述第二电极330之间施加电压的实施方式优选为：同一第一电极310中的各个环状电极上施加不同的电压，随着环状电极的内径的增大，环状电极上施加的电压值增大或减小。属于同一个电极的位于同一层上的环状电极上施加相同的电压。

图8示出了本发明的一种具体实施方式中单个液晶透镜单元的结构示意图，如图8所示，第一电极310包括第一环状电极311、第二环状电极312和第三环状电极313，且第一环状电极311、第二环状电极312及第三环状电极313层叠设置。第一环状电极311、第二环状电极312和第三环状电极313的圆心位于液晶层32的同一条垂线V上。第一环状电极311和第二环状电极312之间夹设有第一绝缘层314，第二环状电极312和第三环状电极313之间夹设有第二绝缘层315。其中，第一环状电极311形成于第一基板31的靠近液晶层32的表面，第二环状电极312形成于第一绝缘层314的靠近液晶层32的表面，第三环状电极313形成于第二绝缘层315的靠近液晶层32的表面。本实施例中，不同第一电极310的第一绝缘层314可以是一体的，也可以是分离的，不同第一电极310的第二绝缘层315也可以是一体的，可以是分离的。

本实施例中，第一环状电极311的内径小于第二环状电极312的内径，第二环状电极312的内径小于第三环状电极313的内径。此时，第三环状电极313为外环电极310w。该液晶透镜阵列30中，所有第一电极310的第一环状电极311的排布方式可以为：如图9所示，第一环状电极311按照点阵的形式排列，并在某一方向上通过连接线3111相互连接形成，连接线3111的设置使得该方向上的第一环状电极311导通。其中，连接线3111设置方向S1S1′与第一轴线3112成β角，优选采用与第一环状电极相同的材料制成。具体的，β角的大小与包括本液晶透镜阵列30的立体显示装置的显示面板的像素单元的形状有关，一般为±50～90度。当然，各个第一环状电极311也可以在其他任意方向如S2S2′，V1V1′或者h1h1′等方向相连或者采用多个方向同时相连的形式实现导通。同理，如图10所示，所有第一电极310的第二环状电极312的排布方式可以与第一环状电极311的排布方式类似，也可以按照点阵的形式排列，并在一个或多个方向上通过连接线相互连接形成，以实现液晶透镜阵列30中的第二环状电极312的导通。图10中的虚线部分表示第一环状电极311。此时，呈阵列排布的多个第一电极310的层叠设置示意图可以如图11所示，图11中虚线表示第一环状电极311的排布和第二环状电极312的排布，实线表示第三环状电极313的排布。

为了使本发明的方案更加清楚，基于上述具体的实施方式，下面将对包括上述液晶透镜阵列30的立体显示装置的使用原理进行说明。

2D显示模式下，液晶透镜阵列30处于不通电状态，液晶层32的液晶分子维持初始取向沿着水平方向一致排列，整个液晶透镜阵列30的任意位置具有相同的光程差，由显示面板入射的光进入液晶透镜阵列30后不发生折射，不影响立体显示装置的正常2D显示。

3D显示模式下，液晶透镜阵列30处于通电状态时，以第二电极330为参考，在第一环状电极311上施加第一电压V1，在第二环状电极312上施加的第二电压V2，在第三环状电极313上施加第三电压V3。其中，V3>V2>V1，此时，每个液晶透镜单元对应的第一电极310的各个环状电极上施加的电压从边缘向中心递减呈现一定的梯度分布。由于第一电极310上施加的电压呈现上述梯度分布，即第一环状电极311、第二环状电极312、第三环状电极313分别与第二电极330之间的电压差依次增大，使属于该液晶透镜单元的液晶分子指向矢也呈现出相应的变化。例如，如图12所示，在电压差最大的第三环状电极313附近，正性液晶分子321因较大的电压差而改变其分子的初始取向，使分子长轴沿着液晶透镜阵列30的厚度方向排列，即液晶分子321长轴与电场方向平行；在电压差略小的第二环状电极312附近，液晶分子321长轴与电场的夹角将略有增大；而第一环状电极311具有最小的电压差，改变液晶分子321初始取向的能力最弱，可以认为液晶分子321基本上维持其初始取向。

因液晶分子321排列状况的差异，导致在每个液晶透镜单元对入射光的折射率呈现规律变化，即每个液晶透镜单元边缘处对应的液晶具有最小的折射率no，而每个液晶透镜单元中心处对应的液晶具有最大的折射率ne，其他位置处的液晶的折射率n呈现渐变的趋势(no<n<ne)，且每个液晶透镜单元的液晶层32在第三环状电极313的所有径向方向上具有近似相同的折射率分布。

综上所述，本发明实施例提供的液晶透镜阵列30通过特殊设计的第一电极310，使得每个液晶透镜单元的液晶层32沿第一电极310的外环电极的所有径向方向上具有近似相同的折射率分布。进而使得采用上述液晶透镜阵列30的立体显示装置，相对于现有的基于柱状液晶透镜阵列的立体显示装置，增大了3D观看视角，使得观察者能够从更广泛的视角观看到良好的3D效果，有效地改善了立体显示装置进行3D显示时对观察者的观看视角的限制。

第二实施例

本发明实施例提供的液晶透镜阵列30除了第一电极310的结构以外，其余结构及技术效果与上述第一实施例相同，为简要描述，本实施例部分未提及之处，可参考第一实施例中相应内容。

如图13所示，本实施例中，第一电极310包括设置在第一基板31靠近液晶层32的表面的环状电极311a以及设置在环状电极311a的小圆内部的螺旋状电极312a，且螺旋状电极312a与环状电极311a导通。本实施例采用设置在同一层的环状电极311a以及设置在环状电极311a的小圆内部的螺旋状电极312a替代了上述第一实施例中的层叠设置的至少两个环状电极，有利于减少电极及驱动电压的数量，使器件得以简化。

此时，按照预设规则在多个第一电极310与所述第二电极330之间施加电压的实施方式为：以第二电极330为参考电极，在环状电极311a上施加一个幅值为V的电压。此时，环状电极311a上即液晶透镜单元的边缘处有较大的压差，而螺旋状电极312a上的电压随着距离环状电极311a的绕线的长度变化将发生衰减。例如，图13中B2点的电压幅值小于B1点的电压幅值。整体来看，从环状电极311a向螺旋状电极312a中心过渡时，第一电极310与第二电极330之间的电压差呈现递减的趋势，同样导致液晶分子取向和折射率的逐渐变化，能够使得每个液晶透镜单元的液晶层32在环状电极311a的所有径向方向上具有近似相同的折射率分布。

进一步地，每个第一电极310的环状电极311a与相邻的第一电极310的环状电极311a外切连接，以实现不同第一电极310的导通。例如，图13示出了不同第一电极310的排布示意图，如图13所示，每个环状电极311a与相邻六个环状电极311a外切并导通，当然，位于液晶透镜阵列30边缘的第一电极310除外。这样设计有利于使得第一电极310的排布更加紧密，从而尽量减小相邻液晶透镜单元之间的间隙，以降低所形成的立体显示装置的串扰，提高立体显示效果。此外，将相邻的第一电极310的环状电极311a设计为外切连接，不用再另外布线实现环状电极311a的导通，有利于环状电极311a的驱动电压的施加。

第三实施例

本发明实施例提供了一种立体显示装置，如图14所示，该立体显示装置3包括显示面板40及液晶透镜阵列30。液晶透镜阵列30设置在显示面板40上，例如，可以通过液态光学胶将显示面板40与液晶透镜阵列30进行贴合。

其中，液晶透镜阵列30可以采用上述第一实施例或第二实施例所提供的液晶透镜阵列30，其具体结构可以参照上述第一实施例或第二实施例，此处不再赘述。

如图14所示，显示面板40主要包含上基板42、下基板43、设置于上基板42远离下基板43的表面的上偏光片41以及设置在下基板43远离上基板42的表面的下偏光片44。设下偏光片44的透光轴方向为aa′，aa′位于xy平面内且与y方向平行，上偏光片41的透光轴bb′与aa′相互垂直(bb′⊥aa′)，即bb′位于xy平面内且与x方向平行。此时，对该立体显示装置3而言，其焦距f由第二基板33的厚度d1、液态光学胶厚度d2、上偏光片41厚度d3以及上基板42的厚度d4共同决定，即f＝d1+d2+d3+d4。

可以理解的是，如图14所示，当显示面板40为非发光器件如TFT_LCD时，本实施例提供的立体显示装置3还包括背光单元50。背光单元50可以采用LED或CCFL等作为发光单元。当然，当显示面板40为自发光器件时，可以省略背光单元50。以TFT_LCD为例，在三维笛卡尔坐标系(x，y，z)中，该立体显示装置3的三个主要部分液晶透镜阵列30、显示面板40及背光单元50在z方向为层叠结构，观察者双眼位于该立体显示装置3的靠近液晶透镜阵列30的一侧。

其中，显示面板40的上基板42和下基板43共同构成呈阵列排布的多个像素单元。通常情况下，像素单元45包括按照宽长比1:3设置的方形子像素。本实施例的优选实施方式中，为了配合液晶透镜阵列30实现全方位的立体显示，减少立体显示装置3在整个空间可见的色差和降低串扰，以获得更好的3D显示效果，显示面板40包括的多个像素单元45的形状均为圆形，且液晶透镜阵列30的每个液晶透镜单元覆盖一个或多个像素单元。

其中，每个像素单元45包括红色(R)子像素、绿色(G)子像素和蓝色(B)子像素。红色(R)子像素、绿色(G)子像素和蓝色(B)子像素的具体排布方式可以如图15或图16所示。图15中，各个子像素的形状为扇形。图16中，像素单元45包括的一个子像素的形状为圆形，另外两个子像素的形状均为圆环形。当然，除了图15或图16所示的两种具体排布方式外，也可以采用其他的排布方式。

当液晶透镜阵列30的每个液晶透镜单元覆盖一个像素单元45时，各个像素单元45彼此相邻且等间距设置，且多个像素单元45与多个呈阵列分布的液晶透镜单元一一对应。可以理解的是，根据3D显示原理，立体显示装置3的位置确定后，液晶透镜阵列30位于面向用户的一侧，显示面板40位于远离用户的一侧，也就是说，液晶透镜阵列30位于用户与显示面板40之间。如图17所示，Ui表示单个液晶透镜单元，假设其对应的像素单元Pi的半径为r，液晶透镜单元Ui的宽度为2*d，用户的瞳孔T与液晶透镜单元Ui底面的距离为l，液晶透镜单元Ui的焦距为f。此时，l/(l+f)＝d/r。尽管液晶透镜单元Ui的焦距f较小，但是焦距f的存在也使得当液晶透镜单元Ui刚好覆盖一个像素单元Pi时，该像素单元Pi的宽度应略大于液晶透镜单元Ui的宽度。以10.1寸平板为例，用户的瞳孔T与液晶透镜单元Ui底面的距离为l大约450mm，当液晶透镜单元Ui的焦距f＝0.5mm，像素单元Pi的半径r为40μm时，液晶透镜单元Ui的宽度为2*d＝79.9μm。其中，对于上述第一实施例提供的液晶透镜阵列，液晶透镜单元的宽度可以为外环电极的大圆直径。对于上述第二实施例提供的液晶透镜阵列，液晶透镜单元的宽度可以为环状电极的大圆直径。

作为一种实施方式，各个液晶透镜单元可以是刚好覆盖其对应的像素单元。当然，在实际应用中，各个液晶透镜单元的也可以稍微偏离其对应的像素单元。

当液晶透镜阵列30的每个液晶透镜单元覆盖多个像素单元45时，需要根据每个液晶透镜单元覆盖像素单元45的数量，相应地设计显示面板40的像素单元45的排列方式。优选的，多个像素单元45彼此相邻设置，且每个液晶透镜单元的第一电极310覆盖上述彼此相邻的多个像素单元45。以每个液晶透镜单元覆盖三个像素单元45为例，此时，如图18所示，每三个像素单元45彼此相邻，每个液晶透镜单元覆盖这三个像素单元45，图18中的点划线圆表示一个液晶透镜单元在显示面板40上的正投影。由图18可知，此时显示面板40的像素单元45为不等间距设计，但由于所有子像素均被相应的液晶透镜单元覆盖，可以大大改善该立体显示装置3的串扰。

相对于现有的基于柱状液晶透镜阵列的立体显示装置，本发明实施例提供的立体显示装置3采用了具有特殊设计的第一电极310结构的液晶透镜阵列30，增大了3D观看视角，使得观察者能够从更广泛的视角观看到良好的3D效果，有效地改善了立体显示装置3进行3D显示时对观察者的观看视角的限制，有利于实现位于不同视角的多个观察者在同一时间观看到效果一致的立体显示。

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

1.一种液晶透镜阵列，其特征在于，包括第一基板、与所述第一基板相对设置的第二基板及夹设于所述第一基板与所述第二基板之间的液晶层，所述第一基板靠近所述液晶层的表面设置有多个呈阵列分布的第一电极，所述第二基板靠近所述液晶层的表面设置有第二电极，所述多个呈阵列分布的第一电极将所述液晶透镜阵列划分为多个呈阵列分布的液晶透镜单元，所述第一电极包括至少两个环状电极，所述至少两个环状电极分别位于不同层上，相邻两个环状电极之间夹设有绝缘层以电性绝缘所述至少两个环状电极，所述至少两个环状电极在所述液晶层的投影层层套置。

2.根据权利要求1所述的液晶透镜阵列，其特征在于，所述至少两个环状电极的中心点均位于所述液晶层的同一条垂线上。

3.根据权利要求1或2所述的液晶透镜阵列，其特征在于，所述至少两个环状电极中内径最大的环状电极为外环电极，每个所述第一电极的外环电极与相邻的第一电极的外环电极外切连接以实现不同第一电极的外环电极的导通。

4.根据权利要求3所述的液晶透镜阵列，其特征在于，所述至少两个环状电极包括第一环状电极、第二环状电极及第三环状电极，所述第一环状电极、第二环状电极及第三环状电极分别位于不同层上，所述第一环状电极和所述第二环状电极之间夹设有第一绝缘层，所述第二环状电极和所述第三环状电极之间夹设有第二绝缘层，其中，所述第一环状电极形成于所述第一基板的靠近所述液晶层的表面，所述第二环状电极形成于所述第一绝缘层的靠近所述液晶层的表面，所述第三环状电极形成于所述第二绝缘层的靠近所述液晶层的表面。

5.一种液晶透镜阵列，其特征在于，包括第一基板、与所述第一基板相对设置的第二基板及夹设于所述第一基板与所述第二基板之间的液晶层，所述第一基板靠近所述液晶层的表面设置有多个呈阵列分布的第一电极，所述第二基板靠近所述液晶层的表面设置有第二电极，所述多个呈阵列分布的第一电极将所述液晶透镜阵列划分为多个呈阵列分布的液晶透镜单元；所述第一电极包括环状电极以及设置在所述环状电极的小圆内部的螺旋状电极，所述螺旋状电极与所述环状电极导通。

6.根据权利要求5所述的液晶透镜阵列，其特征在于，每个所述第一电极的所述环状电极与相邻的第一电极的所述环状电极外切连接以实现不同所述第一电极的导通。

7.一种立体显示装置，其特征在于，包括显示面板及如权利要求1-4中任一项所述的液晶透镜阵列，所述液晶透镜阵列设置在所述显示面板上。

8.根据权利要求7所述的立体显示装置，其特征在于，所述显示面板包括多个像素单元，所述多个像素单元的形状均为圆形，所述的液晶透镜阵列的每个液晶透镜单元覆盖一个或多个所述像素单元。

9.一种立体显示装置，其特征在于，包括显示面板及如权利要求5-6中任一项所述的液晶透镜阵列，所述液晶透镜阵列设置在所述显示面板上。

10.根据权利要求9所述的立体显示装置，其特征在于，所述显示面板包括多个像素单元，所述多个像素单元的形状均为圆形，所述的液晶透镜阵列的每个液晶透镜单元覆盖一个或多个所述像素单元。