CN107966867B - 液晶透镜组件、液晶面板及液晶显示装置 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种液晶透镜组件、液晶面板及液晶显示装置，液晶透镜组件包括：液晶层(1)；第一电极层(5)，具有多条第一条形电极(2)；和第二电极层(6)，具有多条第二条形电极(3)；其中，所述第一电极层(5)和第二电极层(6)至少共同设置在所述液晶层(1)的第一侧，且所述第一条形电极(2)与所述第二条形电极(3)的延伸方向相互交叉。通过将相互交叉的第一条形电极和第二条形电极至少共同设置在液晶层的一侧，能够利用电极所形成的电场对液晶层平面上相互正交的坐标方向都形成控制作用，从而提高光线利用效率，改善显示品质；另一方面相对于同等显示亮度，由于改善了光线利用效率，因此也相应的降低了光源侧的功耗。

Description

液晶透镜组件、液晶面板及液晶显示装置

技术领域

本公开涉及液晶领域，尤其涉及一种液晶透镜组件、液晶面板及液晶显示装置。

背景技术

随着液晶显示技术的飞速发展，手持电子产品越来越普及，人们在使用过程中对电子产品低功耗的要求也越来越高。现有的液晶显示器件由于存在偏光片，即便不考虑其他因素，亮度也会降低一半以上。为了达到显示要求，势必消耗更多的能量。基于低功耗的要求，相关技术在显示时采用液晶透镜(Liquid Crystal Lens)对光路控制。

在相关技术中，液晶透镜组件在液晶层的上下侧分别设置一个面电极和一组同向的条形电极，该条形电极沿x轴间隔排列，并沿y轴延伸。在面电极和条形电极通电后，液晶层上下的电极层所形成的电场能够控制液晶分子偏转，以形成截面呈弓形的柱体形式的液晶透镜，利用这种形式的液晶透镜组件来汇聚光线，以实现出光角度的控制，提高显示亮度。

发明内容

发明人经过研究发现，背景技术中涉及的相关技术只能够对与条形电极间隔排列方向一致的x轴的光源分量实现出光角度控制，而无法控制与之垂直的y轴的光源分量实现出光控制，而这部分不受控制的光线则无法被利用，导致显示亮度不高，另外，这些不受控制的光线还会因不被吸收而影响显示效果，例如在显示暗态画面时，因为y轴的光源分量不受控不能被吸光层吸收导致暗态不暗，显示画面对比度下降等。

有鉴于此，本公开实施例提出一种液晶透镜组件、液晶面板及液晶显示装置，能够提高光线利用效率。

根据本公开的一个方面，提供一种液晶透镜组件，包括：

液晶层；

第一电极层，具有多条第一条形电极；和

第二电极层，具有多条第二条形电极；

其中，所述第一电极层和第二电极层至少共同设置在所述液晶层的第一侧，且所述第一条形电极与所述第二条形电极的延伸方向相互交叉。

在一些实施例中，所述第一电极层和第二电极层还共同设置在所述液晶层的第二侧。

在一些实施例中，所述第一条形电极与所述第二条形电极的延伸方向相互交叉呈80°～100°。

在一些实施例中，所述第一条形电极与所述第二条形电极的延伸方向相互垂直。

在一些实施例中，同层的所述多条第一条形电极相互平行且间距相同，各条所述第一条形电极宽度相同。

在一些实施例中，同层的所述多条第二条形电极相互平行且间距相同，各条所述第二条形电极宽度相同。

在一些实施例中，所述多条第一条形电极之间的间距与所述多条第二条形电极之间的间距相同，各条所述第一条形电极的宽度与各条所述第二条形电极的宽度相同。

在一些实施例中，所述第一电极层与所述第二电极层之间还设有绝缘层。

根据本公开的另一个方面，提供一种液晶面板，包括：前述的液晶透镜组件。

根据本公开的另一个方面，提供一种液晶显示装置，包括：前述的液晶面板。

因此，根据本公开实施例，通过将相互交叉的第一条形电极和第二条形电极至少共同设置在液晶层的一侧，能够利用电极所形成的电场对液晶层平面上相互正交的坐标方向都形成控制作用，从而提高光线利用效率，改善显示品质；另一方面相对于同等显示亮度，由于改善了光线利用效率，因此也相应的降低了光源侧的功耗。

另外，相比于相关技术中涉及的在液晶层两侧设置延伸方向相互交叉的条形电极的电极层的方式，本公开的一些实施例在液晶层同一侧设置的相邻电极层由于距离较近，几乎不存在或只存在极少的垂直电场，主要形成的是平行于电极层的正交方向的电场，该电场能够对液晶层中对应于该侧的液晶分子进行偏转控制，从而比较容易形成比较理想的液晶透镜形貌，提升光线利用效果。

附图说明

构成说明书的一部分的附图描述了本公开的实施例，并且连同说明书一起用于解释本公开的原理。参照附图，根据下面的详细描述，可以更加清楚地理解本公开，其中：

图1是示意性地示出相关技术中液晶透镜组件的一个实例的截面图；

图2是示意性地示出图1实例中条形电极的俯视图；

图3是示意性地示出图1实例所形成的液晶透镜的效果图；

图4是示意性地示出根据本公开液晶透镜组件的一些实施例的结构图；

图5是示意性地示出根据本公开液晶透镜组件的一些实施例的截面图；

图6是示意性地示出根据图4实施例中第一条形电极和第二条形电极的俯视图；

图7是示意性地示出根据图4实施例所形成的液晶透镜的效果图；

图8是示意性地示出根据本公开液晶透镜组件的另一些实施例的截面图；

图9和图10分别是示意性地示出在相同W/S和驱动电压下相关技术中液晶透镜组件实例在x轴和y轴截面的透射比分析图；

图11和图12分别是示意性地示出在相同W/S和驱动电压下本公开液晶透镜组件的一些实施例在x轴和y轴截面的透射比分析图；

图13是示意性地示出在相同W/S和驱动电压下本公开液晶透镜组件的一些实施例在x轴和y轴之间45°截面的透射比分析图。

应当明白，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。此外，相同或类似的参考标号表示相同或类似的构件。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本公开的各种示例性实施例。对示例性实施例的描述仅仅是说明性的，决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。本公开可以以许多不同的形式实现，不限于这里所述的实施例。提供这些实施例是为了使本公开透彻且完整，并且向本领域技术人员充分表达本公开的范围。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、材料的组分、数字表达式和数值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。

本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指在该词前的要素涵盖在该词后列举的要素，并不排除也涵盖其他要素的可能。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

在本公开中，当描述到特定器件位于第一器件和第二器件之间时，在该特定器件与第一器件或第二器件之间可以存在居间器件，也可以不存在居间器件。当描述到特定器件连接其它器件时，该特定器件可以与所述其它器件直接连接而不具有居间器件，也可以不与所述其它器件直接连接而具有居间器件。

本公开使用的所有术语(包括技术术语或者科学术语)与本公开所属领域的普通技术人员理解的含义相同，除非另外特别定义。还应当理解，在诸如通用字典中定义的术语应当被解释为具有与它们在相关技术的上下文中的含义相一致的含义，而不应用理想化或极度形式化的意义来解释，除非这里明确地这样定义。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。

图1是示意性地示出相关技术中液晶透镜组件的一个实例的截面图。图2是示意性地示出图1实例中条形电极的俯视图。结合图1和图2，该相关技术中的液晶透镜组件在液晶层a3的上下侧分别设置一个面电极a2和一组同向的条形电极a1，该条形电极a1沿x轴间隔排列，并沿y轴延伸。当面电极a2和条形电极a1通电后，液晶层a3上下的电极层所形成的电场能够控制液晶分子a4偏转，可以形成图3所示的截面呈弓形的柱体形式的液晶透镜a5的效果图。

该相关技术的实例只能够对与条形电极a1间隔排列方向一致的x轴的光源分量实现出光角度控制，而无法控制与之垂直的y轴的光源分量实现出光控制，而这部分不受控制的光线则无法被利用，导致显示亮度不高，另外，这些不受控制的光线还会因不被吸收而影响显示效果。

为了提高光线利用率，图4是示意性地示出根据本公开液晶透镜组件的一些实施例的结构图，结合图5所示的液晶透镜组件的一些实施例的截面图，本实施例的液晶透镜组件包括：

液晶层1；

第一电极层5，具有多条第一条形电极2；和

第二电极层6，具有多条第二条形电极3；

其中，所述第一电极层5和第二电极层6至少共同设置在所述液晶层1的第一侧，且所述第一条形电极2与所述第二条形电极3的延伸方向相互交叉。

本实施例通过将相互交叉的第一条形电极2和第二条形电极3至少共同设置在液晶层1的一侧，能够利用电极所形成的电场对液晶层平面上相互正交的坐标方向都形成控制作用，从而提高光线利用效率，改善显示品质。在同等显示亮度要求下，由于本实施例改善了光线利用效率，因此也相应的降低了光源侧的功耗。

在本实施例中，第一条形电极2和第二条形电极3可以被同时通以特定的电压。例如第一条形电极和所述第二条形电极中之一被施加直流电压(例如电压值接近于0V的直流电压)，另一种被施加交流电压(例如在-5.5和+5.5之间来回切换的交流电压)，这样在第一条形电极2和第二条形电极3之间的非重叠部分就会形成循环变化的电场，避免不变的电场造成液晶分子8的极化，而液晶层1中对应于电极层的部分液晶分子8就会在该电场的电压驱动下呈现特定的排列，并显示出类似于半球形或半椭球形的液晶透镜效果。

另外，相关技术中虽然有涉及到在液晶层两侧设置延伸方向相互交叉的条形电极的电极层的方式，但由于不同延伸方向的条形电极分设在液晶层的两侧，在液晶层两侧的条形电极之间容易形成垂直电场，使得处于垂直电场中的液晶分子主要受到垂直电场(即图4中的z轴方向)的偏转控制，相应地减少了受平行于电极层的正交方向(即图4中的x、y轴)的偏转控制，形成的液晶透镜的形貌不佳，对光源的光线利用效果比较有限。而本实施例在液晶层同一侧设置的相邻电极层由于距离较近，几乎不存在或只存在极少的垂直电场，主要形成的是平行于电极层的正交方向的电场，该电场能够对液晶层中对应于该侧的液晶分子进行偏转控制，从而比较容易形成比较理想的液晶透镜形貌，提升光线利用效果。

对于第一电极层5和第二电极层6在液晶层1的第一侧设置的方式，在图5中将液晶层1的第一侧设为液晶层1的上侧，即靠近观看者的一侧，而在另一个实施例中，也可以将液晶层1的第一侧设为液晶层的下侧，即靠近光源(例如背光组件等)一侧。

在图4中，为了方便显示多个第一条形电极2和多个第二条形电极3之间的空间关系，只绘出了第一条形电极2、第二条形电极3和液晶层1，而各条形电极对应的电极层可参考图5所示的设置位置及方式。第一电极层5和第二电极层6可以通过在基板上进行裂缝设计来形成对应的条形电极。为了避免第一电极层5与第二电极层6之间发生短路，可以在第一电极层5与第二电极层6之间还设置绝缘层7。

图6是示意性地示出根据图4实施例中第一条形电极和第二条形电极的俯视图。考虑到液晶透镜组件要在相互正交的坐标方向(例如图6中示出的x轴和y轴)对光源都形成控制作用，而第一条形电极2与所述第二条形电极3的延伸方向相互交叉的角度对光源在x轴和y轴的分量具有一定的影响，如果某个轴线所对应的受控光源分量过小，则会降低光线利用效果。基于这一原因，可选使第一条形电极2与所述第二条形电极3的延伸方向相互交叉的角度呈80°～100°，该角度接近于正交，因此分配到相互正交的坐标方向的光源分量能够实现较强的受控作用，从而获得较高的光线利用效率。更进一步地，可参考图6将第一条形电极2与所述第二条形电极3的延伸方向设置成相互垂直，以便最大程度上提高光线的利用效率。

为了使条形电极所形成的驱动电压对光线的控制更加均匀，可以使同层的多条第一条形电极2相互平行且间距相同，并且各条所述第一条形电极2宽度相同。参考图6，各个第一条形电极2的间距s1可以都相等，而各个第一条形电极2的宽度w1也可以都相等。通过将间距s1设置成均相等，并将宽度w1设置成均相等，能够使得在第一条形电极2的垂直方向上的光线角度控制更加均匀。在其他实施例中，根据实际控制需要间距s1、宽度w1也可以设置成不相等。

同理，也可以将同层的所述多条第二条形电极3设置成相互平行且间距s2相同，各条所述第二条形电极3宽度w2相同，以使在第二条形电极的垂直方向上的光线角度控制更加均匀

图7是示意性地示出根据图4实施例所形成的液晶透镜的效果图。当多条第一条形电极2之间的间距s1与所述多条第二条形电极3之间的间距s2相同，各条所述第一条形电极2的宽度w1与各条所述第二条形电极3的宽度w2相同时，液晶层1中的液晶分子8在电场的作用下能够呈现比较理想的周期性排列的半球形液晶透镜形状4，从而获得更好的透光效果，更大程度的提高光线利用效率。

图8是示意性地示出根据本公开液晶透镜组件的另一些实施例的截面图。与前述液晶透镜组件实施例相比，本实施例还将第一电极层5和第二电极层6共同设置在所述液晶层1的第二侧。这样，液晶层1的上下两侧均设置有第一电极层5和第二电极层6，这样能够实现较厚的液晶层1中更多液晶分子的控制作用。另一方面，在同样的控制效果下，相比于单侧设置前述第一电极层5和第二电极层6的实施例，本实施例可以对电极层使用更低的驱动电压，节省能耗。

下面将通过对条形电极搭配面电极的相关技术中和本公开液晶透镜组件实施例的模拟来比较两者在光线利用效果上的显著差异。

条形电极均采用铟锡氧化物(Indium Tin Oxides，简称ITO)半导体透明导电膜电极，且各个条形电极的宽度Width和相邻条形电极的间距Space的比值，即W/S＝2.6/5.4。对电极所施加的驱动电压为5.5V，即前面所提到的给其中一组电极施加接近于0V的直流电压，给另一组电极施加+5.5V到-5.5V的交流电压。

在上述条件下，相关技术在x轴和y轴方向截面的透射比(Transmittance，也称透过率)分析图参见图9和图10。从图9和图10中可以看到相关技术只在x轴方向上的透射比值呈较明显的波动性，形成对应于液晶透镜的相位差，且峰值能达到0.30，液晶分子也周期性的排列成圆弧形。而在y轴方向上，液晶分子排列方向几乎一致，无法形成改变光行进方向的液晶透镜，体现到透射比值上则只在0.20～0.24之间小幅波动，可见在y轴方向上的透射比较低，在该y轴方向上的光线利用效率比较低。

在上述同等条件下，本公开实施例在x轴和y轴方向截面的透射比分析图参见图11和图12。从图11和图12可以看出，x轴方向和y轴方向的透射比分析图几乎完全相同，这是由于条形电极在宽度以及间距的一致性所导致的。在图11和图12中，x轴方向和y轴方向上的透射比值均呈较明显的波动性，形成对应于液晶透镜的相位差，且峰值能达到0.32，液晶分子也周期性的排列成圆弧形。可见本公开实施例在x轴方向和y轴方向上的透射比均比较高，对光源在x轴和y轴方向上的分量都能够起到控制作用。

图13是示意性地示出在相同W/S和驱动电压下本公开液晶透镜组件的一些实施例在x轴和y轴之间45°截面的透射比分析图。从图13中仍然可以看到液晶分子呈现出与x轴和y轴方向相同的弧形排列，这也支持了前述图7所示的周期性排列的类似于半球形的液晶透镜效果。

相比于前述相关技术中只能实现单一轴向控制的液晶透镜组件，本公开液晶透镜组件在实现灰阶显示的应用中，在搭配黑色遮光层的情况下，其所实现的光线利用率在理论上相对于相关技术的光线利用率提升20％～30％。

本公开的液晶透镜组件的上述各实施例可适用于各类液晶面板，以及采用液晶面板的液晶显示装置，因此本公开还提供了一种包括前述任一种液晶透镜组件的实施例的液晶面板，以及提供了一种包括前述液晶面板的液晶显示装置，能够获得更好的光线利用效率和显示品质。显示装置可以为：手机、平板电脑、电视机、显示器、笔记本电脑、数码相框、导航仪等任何具有显示功能的产品或部件。

至此，已经详细描述了本公开的各实施例。为了避免遮蔽本公开的构思，没有描述本领域所公知的一些细节。本领域技术人员根据上面的描述，完全可以明白如何实施这里公开的技术方案。

虽然已经通过示例对本公开的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本公开的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本公开的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改或者对部分技术特征进行等同替换。本公开的范围由所附权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种液晶透镜组件，包括：

液晶层(1)；

第一电极层(5)，具有多条第一条形电极(2)；和

第二电极层(6)，具有多条第二条形电极(3)；

其中，所述第一电极层(5)和第二电极层(6)至少共同设置在所述液晶层(1)的第一侧，且所述第一条形电极(2)与所述第二条形电极(3)的延伸方向相互交叉，所述第一条形电极(2)和所述第二条形电极(3)中的一组被施加电压值接近于0V的直流电压，另一组被施加+5.5V到-5.5V的交流电压，以使所述液晶透镜组件显示出类似于半球形或半椭球形的液晶透镜效果。

2.根据权利要求1所述的液晶透镜组件，其中，所述第一电极层(5)和第二电极层(6)还共同设置在所述液晶层(1)的第二侧。

3.根据权利要求1或2所述的液晶透镜组件，其中，所述第一条形电极(2)与所述第二条形电极(3)的延伸方向相互交叉呈80°～100°。

4.根据权利要求3所述的液晶透镜组件，其中，所述第一条形电极(2)与所述第二条形电极(3)的延伸方向相互垂直。

5.根据权利要求1或2所述的液晶透镜组件，其中，同层的所述多条第一条形电极(2)相互平行且间距相同，各条所述第一条形电极(2)宽度相同。

6.根据权利要求5所述的液晶透镜组件，其中，同层的所述多条第二条形电极(3)相互平行且间距相同，各条所述第二条形电极(3)宽度相同。

7.根据权利要求6所述的液晶透镜组件，其中，所述多条第一条形电极(2)之间的间距与所述多条第二条形电极(3)之间的间距相同，各条所述第一条形电极(2)的宽度与各条所述第二条形电极(3)的宽度相同。

8.根据权利要求1或2所述的液晶透镜组件，其中，所述第一电极层(5)与所述第二电极层(6)之间还设有绝缘层(7)。

9.一种液晶面板，包括：权利要求1～8任一所述的液晶透镜组件。

10.一种液晶显示装置，包括：权利要求9所述的液晶面板。

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