CN106932999B - 一种一/二维可切换液晶透镜阵列 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种一/二维可切换液晶透镜阵列，该液晶透镜阵列由上至下依次为：上基板、上介电层、上液晶层、半波片、下液晶层、下介电层和下基板。所述的半波片的光轴方向与入射光偏振方向呈45°角；所述的液晶层采用向列相液晶，上下两液晶层可分别进行驱动。玻璃基板上的像素电极和公共电极依次间隔分布，形成共面转换型(IPS)液晶盒的电极分布。上下基板平行排列，但两基板形成90°的夹角。该液晶透镜阵列的制作工艺简单，可同时提供透镜阵列一/二维可切换和一维透镜阵列排列方向可转换的功能。

Description

一种一/二维可切换液晶透镜阵列
技术领域
本发明涉及立体显示领域，具体为一种一/二维可切换液晶透镜阵列。
背景技术
裸眼3D显示因其无需其他辅助设备即可观看到3D影像的便利性而备受推崇。在众多的裸眼3D显示中，采用液晶透镜的裸眼3D显示因其独有的优良特性而受到人们的广泛关注。
液晶透镜具有可调谐性，通过控制外加电场，可实现2D/3D的画面转换，在人们观看3D影像时，可以将画面和文字分别进行3D和2D的显示，这样可以在观看3D画面的同时不影响文字的分辨率，同时这项功能也可以作为2D显示器的辅助功能，使2D显示器也可实现3D影像的播放；对比一般的柱透镜，液晶透镜没有对显示器的特定像素进行遮挡，因此不影响显示器的亮度，因此可以实现显示器的高亮度显示。
为了达到与理想透镜相位分布匹配良好的液晶透镜，现阶段的液晶透镜制作工艺或驱动都较为复杂，尤其是二维液晶透镜阵列，往往需要特殊的凸起结构或开孔电极。一维透镜阵列又只能提供单方向的视差，无法同时满足显示器横屏和竖屏的3D显示。
发明内容
本发明意在提供一种液晶透镜阵列结构，简化目前液晶透镜制作工艺的同时提供透镜阵列一/二维可切换和一维透镜阵列排列方向可转换的功能。
本发明的一/二维可切换液晶透镜阵列由上至下依次为：上基板、上介电层、上液晶层、半波片、下液晶层、下介电层和下基板。
所述的上基板包括上玻璃基板，上像素电极和上公共电极，两电极依次交叉分布在玻璃基板的下表面；所述的下基板包括下玻璃基板，下公共电极和下像素电极，两电极依次交叉分布在玻璃基板的上表面。
所述的公共电极与像素电极为氧化铟锡(ITO)透明电极，电极的厚度为0.08~0.12μm，电极宽度为40~100μm，电极间隙为20~50μm。
所述的介电层厚度为8~12μm，介电常数为9~11，起着对液晶分子排列取向和均匀液晶层中电场分布的作用，使液晶层在驱动后的相位差分布更接近理想透镜的相位差分布。
所述的液晶层采用向列相液晶材料，液晶层厚度为5~15μm。
所述的半波片的光轴方向与入射光偏振方向呈45°，光波通过半波片后的偏振方向旋转90°。半波片的厚度为180~200μm，还起着隔绝上下两层液晶之间电场的作用。
与现有技术相比，本发明的有益效果是:基于目前工艺技术发展十分成熟的共面转换型(IPS)液晶盒来制作液晶透镜，上下两基板完全相同，在封装成盒时只需保证两基板的夹角为90°即可，不存在对位问题，因此工艺方法简单；
本发明的一/二维可切换液晶透镜阵列与2D显示器耦合构成3D显示器时，可实现一维方向视差的3D显示和二维方向的3D显示，且两种3D显示器均具有2D显示和3D显示的切换功能。
下述的参考附图和实施例说明是以详细解释本发明为目的，而不是作为本发明设计范围的设定。
附图说明
图1是实施例提出的液晶透镜的结构图,图1(a)是液晶透镜的剖面结构图，图1(b)是液晶透镜上基板的俯视图，图1(c)是液晶透镜下基板的俯视图。
图2是实施例提出的液晶透镜在驱动电压为20V时与理想透镜的折射率差分布对比图。
图3是实施例提出的液晶透镜在不同驱动电压下的折射率差分布图。
图4是实施例提出的液晶透镜的焦距随不同驱动电压的变化图。
图5是实施例提出的液晶透镜的实验效果图。图5(a)是上下基板不加电压时的实验效果图；图5(b)是只有上基板加电压时的实验效果图；图5(c)是只有下基板加电压时的实验效果图；图5(d)是上下基板同时加电压时的实验效果图。
上述附图中的图示标号为：1是上玻璃基板，2是上像素电极，3是上公共电极，4是上介电层，5是上液晶层，6是半波片，7是下液晶层，8是下介电层，9是下玻璃基板，10是下公共电极，11是下像素电极，12是上基板，13是下基板。
具体实施方式
本发明结构如图1所示，该装置的组成由上至下依次为：上基板12，上介电层4，上液晶层5，半波片6，下液晶层7，下介电层8，下基板13。其中上基板12包括上玻璃基板1，上像素电极2和上公共电极3；下基板13包括下玻璃基板9，下公共电极10和下像素电极11。上基板12与下基板13完全相同且相互平行，但两基板沿水平方向呈90°夹角。
实施例说明
本发明的电极制作工艺与普通IPS液晶显示器制作工艺相同，电极宽度为40μm，电极间隙为20μm。在IPS电极结构制作完成后，将介电材料通过旋涂的方法涂覆在有着IPS电极结构的基板表面。
介电层是由聚偏氟乙烯(PVDF)与聚酰亚胺(pi)按质量比9:1 混合而成，介电常数为9.6，介电层厚度为10μm。旋涂好介电层后，进行水平方向的摩擦取向，液晶分子取向方向垂直于IPS的电极方向。
本发明在制盒过程中需要喷两次衬垫料，衬垫料分别存在于半波片的上下表面。
所述半波片的光轴与入射光偏振方向呈45°。如此放置的半波片可以将经过的偏振光偏振方向旋转90°，半波片的厚度为184μm，还可以将上下两层液晶中的电场隔离，避免发生串扰。半波片直接封在液晶盒内。
本发明需要将上下基板旋转90°后成盒，成盒时要最大化上下基板电极和半波片的共同覆盖区域，此区域为液晶透镜阵列的有效区域。
本发明的功能与实现方式为：1、上下基板均不施加电压，液晶层没有透镜效果，对应实现2D显示。2、只对上基板施加电压，只有上层液晶驱动，液晶透镜整体呈沿水平方向依次周期分布的一维柱透镜阵列，提供水平方向视差，对应横屏时的3D显示。3、只对下基板施加电压，只有下层液晶驱动，液晶透镜整体呈沿竖直方向依次周期分布的一维柱透镜阵列，提供竖直方向视差，对应竖屏时的3D显示。4、同时对上下两基板施加电压，上下两层液晶同时驱动，液晶透镜整体呈二维透镜阵列，同时提供水平与竖直两方向上的视差，可同时实现横竖屏的3D显示。
以上所述仅为本发明的一个实施例，应当说明，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可做出若干改进或参数优化，这些改进与参数优化也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种一/二维可切换液晶透镜阵列的装置，包括：上基板(12)、上介电层(4)、上液晶层(5)、半波片(6)、下液晶层(7)、下介电层(8)和下基板(13)，上基板(12)包括上玻璃基板(1)、上像素电极(2)和上公共电极(3)；下基板(13)包括下玻璃基板(9)、下公共电极(10)和下像素电极(11)，上像素电极(2)和上公共电极(3)为氧化铟锡(ITO)透明电极，上像素电极(2)和上公共电极(3)依次交叉分布在上玻璃基板的下表面上；下公共电极(10)和下像素电极(11)为氧化铟锡(ITO)透明电极，上像素电极(2)和上公共电极(3)依次交叉分布在下玻璃基板的上表面上；上基板(12)与下基板(13)完全相同且相互平行，但相互之间呈90°夹角。
2.如权利要求1所述的一种一/二维可切换液晶透镜阵列的装置，其特征为所述的半波片(6)位于两层液晶之间，半波片的光轴方向与入射光偏振方向呈45°夹角。
3.如权利要求1所述的一种一/二维可切换液晶透镜阵列的装置，其特征为上基板(12)与下基板(13)的外加电压可以分别控制。
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