CN106647064A - 一种光学器件、显示装置及其驱动方法 - Google Patents

一种光学器件、显示装置及其驱动方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及显示技术领域，公开了一种光学器件、显示装置及其驱动方法。所述光学器件包括对盒的两个基板，在两个基板上均设置有电极，并向每一基板的电极施加电压，形成横向电场，来驱动靠近基板的液晶分子偏转，以使靠近每一基板的液晶均能够形成液晶透镜，从而能够利用一个液晶盒形成双层液晶透镜结构。由于一个液晶盒的两个基板的对位精度较高，能够保证两个基板上的电极在空间频率上一致，克服摩尔纹问题。

Description

一种光学器件、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，特别是涉及一种光学器件、显示装置及其驱动方法。
背景技术
智能显示功能应用中，防窥显示是一个需求比较高的应用。但是目前的防窥模式都是固定的，不能切换到共享模式。由于液晶透镜对光线的调整是可以通过电极控制的，采用液晶透镜就可以实现防窥与共享的自动切换，而且双层液晶透镜比单层液晶透镜做到更大的共享角度。
现有技术中，液晶透镜的主体结构为对盒的两个基板、填充在两个基板之间的液晶，以及设置在其中一个基板上的多个条状电极和设置在另一个基板上的板状电极。液晶透镜通常包括多个液晶透镜单元，每一液晶透镜单元内具有多个条状电极，加载到一个液晶透镜单元内的各条状电极的电压一般为对称电压，以驱动一个液晶透镜单元内的液晶分子偏转，形成具有透镜的光学特性的结构。
当需要形成双层液晶透镜时，由于两个液晶盒的对位精度较低，会导致两个液晶透镜的电极在空间频率上存在差异，产生严重的摩尔纹。
发明内容
本发明提供一种光学器件、显示装置及其驱动方法，用以解决现有技术中双层液晶透镜由于液晶盒对位精度较低会产生摩尔纹的问题。
为解决上述技术问题，本发明实施例中提供一种光学器件，包括：
对盒的第一基板和第二基板；
填充在所述第一基板和第二基板之间的液晶；
设置在所述第一基板上的至少一组第一电极组，所述第一电极组包括至少两个第一电极，所述至少两个第一电极用于形成驱动靠近第一基板的液晶分子偏转的第一电场，以形成第一液晶透镜；
设置在所述第二基板上的至少一组第二电极组，所述第二电极组包括至少两个第二电极，所述至少两个第二电极用于形成驱动靠近第二基板的液晶分子偏转的第二电场，以形成第二液晶透镜。
本发明实施例中还提供一种显示装置，包括显示面板，还包括如上所述的光学器件，所述光学器件设置在所述显示面板的显示侧。
本发明实施例中还提供一种如上所述的显示装置的驱动方法，包括：
向每一组第一电极组的至少两个第一电极施加电压，形成驱动靠近第一基板的液晶分子偏转的第一电场，以形成第一液晶透镜；
向每一组第二电极组的至少两个第二电极施加电压，形成驱动靠近第二基板的液晶分子偏转的第二电场，以形成第二液晶透镜。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
上述技术方案中，通过在对盒的两个基板上均形成电极，并向每一基板的电极施加电压，形成横向电场，来驱动靠近基板的液晶分子偏转，以使靠近每一基板的液晶均能够形成液晶透镜，从而能够利用一个液晶盒形成双层液晶透镜结构。由于一个液晶盒的两个基板的对位精度较高，能够保证两个基板上的电极在空间频率上一致，克服摩尔纹问题。
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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1表示本发明实施例中光学器件的工作示意图一；
图2表示图1中光学器件未工作时的示意图；
图3表示本发明实施例中光学器件的工作示意图二；
图4表示本发明实施例中显示装置的工作示意图一；
图5表示本发明实施例中显示装置的工作示意图二。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例一
结合图1-图3所示，本实施例中提供一种光学器件，包括：
对盒的第一基板100和第二基板200；
填充在第一基板100和第二基板200之间的液晶10；
设置在第一基板100上的至少一组第一电极组，所述第一电极组包括至少两个第一电极1，所述至少两个第一电极1用于形成驱动靠近第一基板100的液晶分子偏转的第一电场，以形成第一液晶透镜20；
设置在第二基板200上的至少一组第二电极组，所述第二电极组包括至少两个第二电极2，所述至少两个第二电极2用于形成驱动靠近第二基板200的液晶分子偏转的第二电场，以形成第二液晶透镜30。
其中，所述第一电极组和第二电极组的位置可以一一对应，使得第一液晶透镜20和第二液晶透镜30的位置一一对应，增加对光线的调整作用。例如：当第一液晶透镜20和第二液晶透镜30的焦点位于光学器件的光线入射的一侧，均为凹透镜时，可以增加光线的发散角。当第一液晶透镜20和第二液晶透镜30的焦点位于光学器件的光线出射的一侧，均为凸透镜时，可以增加对光线的汇聚作用。
本发明的技术方案通过横向电场驱动液晶分子偏转，以使靠近每一基板的液晶均能够形成液晶透镜，从而能够利用一个液晶盒形成双层液晶透镜结构。由于一个液晶盒的两个基板的对位精度较高，能够保证两个基板上的电极在空间频率上一致，克服摩尔纹问题。
其中，液晶10可以选择正性液晶，液晶分子会沿着电场线排布，便于控制。一个液晶盒的结构为两个基板对盒，并在其中填充液晶。
为了便于描述，定义靠近第一基板100且用于形成第一液晶透镜20的液晶为上层液晶11，靠近第二基板200且用于形成第二液晶透镜30的液晶为下层液晶12。
为了保证能够形成双层液晶透镜结构，需要增加液晶盒的厚度，使得上层液晶11和下层液晶12之间具有液晶分子不发生偏转的中间层液晶13，防止上层液晶11和下层液晶12的液晶分子的偏转互相影响。其中，中间层液晶13的液晶分子不发生偏转的原因是：由于液晶盒的厚度较厚，第一基板100和第二基板200上的电极形成的电场在中间层液晶13所在的区域分布非常弱，几乎可以忽略。
基于此，本实施例中设置光学器件的液晶盒厚为6～10um，即，第一基板100和第二基板200之间的距离为6～10um。
其中，第一液晶透镜20和第二液晶透镜30的焦点可以位于同一侧。具体的，第一液晶透镜20和第二液晶透镜30的焦点可以均位于所述光学器件的光线入射的一侧，形成凹透镜，用于对光线进行发散，而且双层凹透镜能够获得更大的发散角，如图1所示。所述第一液晶透镜和第二液晶透镜的焦点也可以均位于所述光学器件的光线出射的一侧，形成凸透镜，用于对光线进行汇聚，而且双层凹透镜能够获得更大的汇聚角。
当然，所述第一液晶透镜和第二液晶透镜的焦点还可以位于不同侧。具体的，所述第一液晶透镜位于所述光学器件的光线入射(光线出射)的一侧，所述第二液晶透镜位于所述光学器件的光线出射(光线入射)的一侧。
当应用于防窥显示装置上时，通过横向驱动电场控制第一液晶透镜20和第二液晶透镜30的焦点均位于所述光学器件的光线入射的一侧，形成凹透镜，用于对光线进行发散，实现共享显示模式，参见图1所示。当不施加驱动电场时，所述光学器件对光线不进行调整(参见图2所示)，实现防窥显示模式。
因此，本发明的光学器件应用于防窥显示装置上时，能够实现防窥和共享显示模式的切换，提高用户体验。
当然，也可以通过横向驱动电场控制所述第一液晶透镜和第二液晶透镜的焦点均位于所述光学器件的光线出射的一侧，形成凸透镜，用于对光线进行汇聚，实现观看角度更小的防窥模式。
本实施例中，设置第一电极1和第二电极2的位置一一对应，保证第一基板100和第二基板200上的电极在空间频率上完全一致，克服摩尔纹问题，参见图1和图3所示。进一步地，还可以设置第一电极组和第二电极组的位置对应，以使得第一液晶透镜20和第二液晶透镜30的位置一一对应。当第一液晶透镜20和第二液晶透镜30为同一类型的透镜结构时，可以设置位置对应的第一电极1和第二电极2上施加的电压相同，使得第一电极1形成的第一电场和第二电极2形成的第二电场的分布一致，减小电场之间的互相影响，并实现第一液晶透镜20和第二液晶透镜30的焦点位置对应，增加对光线的调整作用。
在一个具体的实施方式中，如图1所示，设置每一组所述第一电极组由两个第一电极1组成，每一组所述第二电极组由两个第二电极2组成。具体可以在每一电极组的两个第一电极1上施加极性相反的电压，在每一第二电极组的两个第二电极2也施加极性相反的电压。
以第一液晶透镜20为例，形成第一液晶透镜20的原理为：每一电极组的两个第一电极1形成驱动电场，液晶分子沿着电场线排布，在接近第一电极1的位置液晶分子具有较小的延迟量(即液晶分子的偏转角度)，在对应两个第一电极1中间的位置液晶具有较大的延迟量，这样两个第一电极1之间的液晶分子会产生渐变的延迟量变化，形成液晶透镜。液晶分子对应的具体延迟量，可以由以下公式确定：f＝p2/(8*△n*d)，其中，f为液晶透镜的焦距，p为两个第一电极1之间的距离，△n*d为延迟量。通过调整第一电极1的电压获得所需的液晶分子延迟量，形成具有所需焦距的液晶透镜。
形成第二液晶透镜30的原理与第一液晶透镜20相同，在此不在详述。
当然，也可以在每一电极组的两个第一电极1上施加极性相同且具有一定压差的电压，在每一第二电极组的两个第二电极2也施加极性相同且具有一定压差的电压，以形成驱动电场。
可选的，设置第一电极组和第二电极组的位置一一对应，第一电极1和第二电极2的位置一一对应，且位置对应的第一电极1和第二电极2上施加的电压相同，包括电压的大小和极性相同，以使得第一电极1形成的第一电场和第二电极2形成的第二电场的分布一致，互不影响，并使得第一液晶透镜20和第二液晶透镜30的类型相同，均为凸透镜或凹透镜，且两者的焦点位置对应，增加对光线的调整作用。
在另一个具体的实施方式中，如图3所示，设置所述第一电极组由至少三个均匀分布的第一电极1组成。具体可以向每一组第一电极组的至少三个第一电极1施加极性相同的电压，在所述至少三个第一电极1的分布方向上，所述至少三个第一电极1上的电压先增加后减少，且相邻的两个第一电极1上的电压差的绝对值也先增加后减少。其中，每一第一电极组中，相邻两个第一电极1较小的压差，使得对应的液晶分子具有较小的延迟量；而相邻两个第一电极1较大的压差，使得对应的液晶分子具有较大的延迟量，这样产生渐变的延迟量变化，形成液晶透镜。例如：第一电极组由7个均匀分布的第一电极1组成，在所述7个第一电极1的分布方向上，依次向第1个、第2个……第7个第一电极1施加电压1V、3V、6V、12V、6V、3V、1V。
基于同一原理，也可以设置所述第二电极组也由至少三个均匀分布的第二电极2组成，其工作原理与上述相同，在此不再详述。
可选的，设置第一电极组和第二电极组的位置一一对应，第一电极1和第二电极2的位置一一对应，且位置对应的第一电极1和第二电极2上施加的电压相同，包括电压的大小和极性相同，以使得第一电极1形成的第一电场和第二电极2形成的第二电场的分布一致，互不影响，并使得第一液晶透镜20和第二液晶透镜30的类型相同，均为凸透镜或凹透镜，且两者的焦点位置对应，增加对光线的调整作用。
上述两个具体实施方式中，设置第一电极组和第二电极组中，第一电极1和第二电极2的数量一致，第一电极1和第二电极2的位置一一对应，当在位置对应的第一电极1和第二电极2上施加相同的电压时，能够形成相同类型的第一液晶透镜20和第二液晶透镜30，且第一液晶透镜20和第二液晶透镜30的位置一一对应，增加对光线的调整作用。另外，位置对应的第一电极1和第二电极2上施加相同的电压，还能够保证第一电极1形成的第一电场和第二电极2形成的第二电场分布一致，互不影响。
实施例二
本实施例中提供一种显示装置，包括显示面板和实施例一中的光学器件。所述光学器件设置在所述显示面板的显示侧，用于切换显示装置的观看角度的大小，实现防窥和共享显示模式的切换，提高用户体验。
其中，所述光学器件，其形成的第一液晶透镜和第二液晶透镜的位置可以一一对应，且类型相同，以增加对光线的调整作用。
进一步地，还可以设置每一第一液晶透镜与显示装置的像素单元40的位置一一对应，从而能够对每一像素单元40的显示光线进行调整，提升画面质量。每一像素单元40包括多个子像素单元，例如：红色子像素单元41、绿色子像素单元42、蓝色子像素单元43。
以观看角度为±30°的防窥显示装置为例，采用本发明的技术方案，当所述光学器件形成双层凹透镜结构，凹透镜的焦距为52u时，可以将观看角度增加到±50°。
本领域技术人员很容易推出，在不考虑摩尔纹问题的前提下，在显示面板的显示侧设置至少两个层叠设置的所述光学器件，能够进一步增加对显示光线的调整作用。例如：当应用于防窥显示装置上时，能够进一步增加共享模式的观看角度。
相应地，上述显示装置的驱动方法包括：
向每一组第一电极组的至少两个第一电极施加电压，形成驱动靠近第一基板的液晶分子偏转的第一电场，以形成第一液晶透镜；
向每一组第二电极组的至少两个第二电极施加电压，形成驱动靠近第二基板的液晶分子偏转的第二电场，以形成第二液晶透镜。
上述驱动方法通过形成横向电场驱动液晶分子偏转，以使靠近每一基板的液晶均能够形成液晶透镜，从而能够利用一个液晶盒形成双层液晶透镜结构。由于一个液晶盒的两个基板的对位精度较高，能够保证两个基板上的电极在空间频率上一致，克服摩尔纹问题。
可选的，设置第一电极组和第二电极组的位置一一对应，第一电极和第二电极的位置一一对应，向位置对应的第一电极和第二电极施加相同的电压，使第一电极形成的第一电场和第二电极形成的第二电场分布一致，互不影响。并实现第一液晶透镜和第二液晶透镜的位置一一对应，增加对光线的调整作用。另一方面，由于第一电极和第二电极的位置一一对应，能够保证第一电极和第二电极上的电极在空间频率上完全一致，克服摩尔纹问题。
当所述显示装置为防窥显示装置时，通过向第一电极1和第二电极2施加电压，控制形成的第一液晶透镜20和第二液晶透镜30的焦点位于所述光学器件的靠近显示面板的一侧，形成凹透镜，所述光学器件用于对显示光线进行发散，实现共享显示模式，参见图4所示。当第一电极1和第二电极2上未施加电压时，所述光学器件对光线不进行调整(参见图5所示)，实现防窥显示模式，切换显示装置的显示模式，提高用户体验。
当然，也可以通过向第一电极1和第二电极2施加电压，控制形成的第一液晶透镜20和第二液晶透镜30的焦点位于所述光学器件的背离显示面板的一侧，形成凸透镜，所述光学器件用于对显示光线进行汇聚，实现观看角度更小的防窥模式。
在一个具体的实施方式中，每一组所述第一电极组由两个第一电极1组成，每一组所述第二电极组由两个第二电极2组成(参见图1所示)；
结合图4所示，所述驱动方法包括：
向每一组第一电极组的两个第一电极1施加极性相反的电压；
向每一组第二电极组的两个第二电极2施加极性相反的电压。
该实施方式通过两个电极形成横向驱动电场，来驱动靠近基板的液晶分子发生偏转，沿着电场线排布，在接近电极的位置液晶分子具有较小的延迟量，在对应两个电极中间的位置液晶具有较大的延迟量，这样两个电极之间的液晶分子会产生渐变的延迟量变化，形成液晶透镜。
该实施方式中，可选的，设置第一电极组和第二电极组的位置一一对应，第一电极1和第二电极2的位置一一对应，并向位置对应的第一电极1和第二电极施加相同的电压，以使得第一电极1形成的第一电场和第二电极2形成的第二电场的分布一致，互不影响，并使得第一液晶透镜20和第二液晶透镜30的类型相同，均为凸透镜或凹透镜，且两者的焦点位置对应，增加对光线的调整作用。
在另一具体的实施方式中，所述第一电极组由至少三个第一电极组成，所述第二电极组由至少三个第二电极组成；
结合图3所示，所述驱动方法包括：
向每一组第一电极组的至少三个第一电极1施加极性相同的电压，在所述至少三个第一电极1的分布方向上，所述至少三个第一电极1上的电压先增加后减少，且相邻的两个第一电极1上的电压差的绝对值也先增加后减少；
向每一组第二电极组的至少三个第二电极2施加极性相同的电压，在所述至少三个第二电极2的分布方向上，所述至少三个第二电极2上的电压先增加后减少，且相邻的两个第二电极2上的电压差的绝对值也先增加后减少。
该实施方式通过至少三个电极形成横向驱动电场，来驱动靠近基板的液晶分子发生偏转，沿着电场线排布，相邻两个电极较小的压差，使得对应的液晶分子具有较小的延迟量；而相邻两个电极较大的压差，使得对应的液晶分子具有较大的延迟量，这样产生渐变的延迟量变化，形成液晶透镜。
该实施方式中，可选的，设置第一电极组和第二电极组的位置一一对应，第一电极和第二电极的位置一一对应，并向位置对应的第一电极和第二电极施加相同的电压，以使得第一电极形成的第一电场和第二电极形成的第二电场的分布一致，互不影响，并使得第一液晶透镜和第二液晶透镜的类型相同，均为凸透镜或凹透镜，且两者的焦点位置对应，增加对光线的调整作用。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种光学器件，包括：
对盒的第一基板和第二基板；
填充在所述第一基板和第二基板之间的液晶；
设置在所述第一基板上的至少一组第一电极组，所述第一电极组包括至少两个第一电极，所述至少两个第一电极用于形成驱动靠近第一基板的液晶分子偏转的第一电场，以形成第一液晶透镜；
设置在所述第二基板上的至少一组第二电极组，所述第二电极组包括至少两个第二电极，所述至少两个第二电极用于形成驱动靠近第二基板的液晶分子偏转的第二电场，以形成第二液晶透镜。
2.根据权利要求1所述的光学器件，其特征在于，第一电极和第二电极的位置一一对应。
3.根据权利要求2所述的光学器件，其特征在于，每一组所述第一电极组由两个第一电极组成，每一组所述第二电极组由两个第二电极组成。
4.根据权利要求2所述的光学器件，其特征在于，所述第一电极组由至少三个均匀分布的第一电极组成，所述第二电极组由至少三个均匀分布的第二电极组成。
5.根据权利要求1-4任一项所述的光学器件，其特征在于，所述第一电极组和第二电极组的位置一一对应。
6.一种显示装置，包括显示面板，其特征在于，还包括权利要求1-5任一项所述的光学器件，所述光学器件设置在所述显示面板的显示侧。
7.一种权利要求6所述的显示装置的驱动方法，其特征在于，包括：
向每一组第一电极组的至少两个第一电极施加电压，形成驱动靠近第一基板的液晶分子偏转的第一电场，以形成第一液晶透镜；
向每一组第二电极组的至少两个第二电极施加电压，形成驱动靠近第二基板的液晶分子偏转的第二电场，以形成第二液晶透镜。
8.根据权利要求7所述的驱动方法，其特征在于，每一组所述第一电极组由两个第一电极组成，每一组所述第二电极组由两个第二电极组成；
所述驱动方法包括：
向每一组第一电极组的两个第一电极施加极性相反的电压；
向每一组第二电极组的两个第二电极施加极性相反的电压。
9.根据权利要求7所述的驱动方法，其特征在于，所述第一电极组由至少三个第一电极组成，所述第二电极组由至少三个第二电极组成；
所述驱动方法包括：
向每一组第一电极组的至少三个第一电极施加极性相同的电压，在所述至少三个第一电极的分布方向上，所述至少三个第一电极上的电压先增加后减少，且相邻的两个第一电极上的电压差的绝对值也先增加后减少；
向每一组第二电极组的至少三个第二电极施加极性相同的电压，在所述至少三个第二电极的分布方向上，所述至少三个第二电极上的电压先增加后减少，且相邻的两个第二电极上的电压差的绝对值也先增加后减少。
10.根据权利要求7-9任一项所述的驱动方法，其特征在于，第一电极组和第二电极组的位置一一对应，第一电极和第二电极的位置一一对应；
向位置对应的第一电极和第二电极施加相同的电压。
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