CN202533687U - 一种液晶透镜及立体显示装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种液晶透镜及立体显示装置。所述液晶透镜包括第一基板、第二基板以及设置在所述第一基板与所述第二基板之间的液晶层，还包括：第一电极结构，所述第一电极结构包括多个间隔设置的第一电极；第二电极结构，所述第二电极结构包括多个间隔设置的第二电极；所述第一电极和所述第二电极交替排列，预定数目个交替排列的所述第一电极和所述第二电极构成一电极组，通过按照递增或递减的顺序施加电压到所述电极组中的电极，能够控制液晶层中相应位置的液晶分子形成右半透镜或左半透镜。本实用新型能够实现全分辨率的3D显示，并且液晶取向的向错较小。

Description

一种液晶透镜及立体显示装置

技术领域

本实用新型涉及立体显示技术领域，尤其涉及一种液晶透镜及立体显示装置。

背景技术

基于柱状透镜/视差屏障（Lens/barrier）的裸眼立体装置，其清晰度会很大程度的降低，因为要对像素进行分割，分别分配给左右图像，进入到左右眼，解析度至少降低到原来的一半。当多视角（multi-views，n views）显示时，解析度会降低到原来的1/n。当显示大画面时还可以接受，但显示如文字的小画面时，由于要对画面进行分光，就会产生分裂的现象。

采用电子快门（shutter glass）可实现全分辨率的3D显示，此技术应用比较广泛，但需要与显示面板（panel）输出的信号同步的电子快门眼镜，通过眼镜的开关，将左右眼图像分开，此技术光线透过率很低，佩戴眼镜也会引起眼睛及身体的不适。

基于电驱动液晶透镜的裸眼立体显示技术可以实现全分辨率立体显示，但现有电驱动液晶透镜盒不宜产生平缓的理想电场分布，致使液晶层中的液晶产生向错线，从而影响观看效果。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种液晶透镜及立体显示装置，能够实现全分辨率的3D显示，并且液晶取向的向错较小。

为解决上述技术问题，本实用新型提供技术方案如下：

一种液晶透镜，包括第一基板、第二基板以及设置在所述第一基板与所述第二基板之间的液晶层，其中，还包括：

第一电极结构，所述第一电极结构包括多个间隔设置的第一电极；

第二电极结构，所述第二电极结构包括多个间隔设置的第二电极；

所述第一电极和所述第二电极交替排列，预定数目个交替排列的所述第一电极和所述第二电极构成一电极组，通过按照递增或递减的顺序施加电压到所述电极组中的电极，能够控制液晶层中相应位置的液晶分子形成右半透镜或左半透镜。

上述的液晶透镜，其中，还包括：

形成在所述第二基板上的面电极；

所述第二电极结构形成在所述第一基板上；

所述第一电极结构形成在所述第二电极结构之上，且通过一介电层与所述第二电极结构隔离。

上述的液晶透镜，其中，还包括：

形成在所述第一电极结构上的第一配向层，以及，形成在所述面电极上的第二配向层。

上述的液晶透镜，其中，还包括：

形成在所述第一基板上的面电极；

所述第一电极结构形成在所述面电极之上，且通过一介电层与所述面电极隔离；

所述第二电极结构形成在所述第二基板上。

上述的液晶透镜，其中，还包括：

形成在所述第一电极结构上的第一配向层，以及，形成在所述第二电极结构上的第二配向层。

优选地，所述介电层包括采用高电阻材料或绝缘材料的透明层。

上述的液晶透镜，其中：

所述第一电极结构形成在所述第一基板上；

所述第二电极结构形成在所述第二基板上。

上述的液晶透镜，其中，还包括：，

形成在所述第一电极结构上的第一配向层，以及，形成在所述第二电极结构上的第二配向层。

一种立体显示装置，包括：

上述的液晶透镜；

按照预定时序显示左右图像的显示面板，所述液晶透镜设置在所述显示面板之上。

上述的立体显示装置，其中，还包括：

根据所述预定时序施加电压到所述电极组中的电极的控制单元，与所述液晶透镜和所述显示面板连接。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型的液晶透镜采用特殊的电极结构设以及驱动设计，可形成理想的电场分布，液晶取向的向错较小，可以实现比较理想自聚焦半透镜和菲涅尔半透镜，从而实现全分辨率的裸眼3D显示以及2D/3D的任意切换，且基本不降低光线的透过率。

附图说明

图1为电驱动液晶透镜与自聚焦透镜和菲涅尔透镜的等效图；

图2为电驱动液晶半透镜与自聚焦半透镜和菲涅尔半透镜的等效图；

图3为根据本实用新型实施例一的液晶透镜的结构示意图；

图4为根据本实用新型实施例二的液晶透镜的结构示意图；

图5为根据本实用新型实施例三的液晶透镜的结构示意图；

图6为本实用新型的立体显示装置的显示原理图；

图7为本实用新型中的一种驱动方式示意图；

图8为本实用新型中的另一种驱动方式示意图；

图9为本实用新型的液晶透镜的仿真结果图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例对本实用新型进行详细描述。

液晶具有双折射性和介电性，在理想的电场分布下，电驱动液晶盒能够形成类似于自聚焦透镜(GRIN lens)和菲涅尔透镜(fresnel lens)的折射率分布，如图1所示是电驱动液晶透镜与自聚焦透镜和菲涅尔透镜的等效图。电驱动液晶盒也能够形成类似于自聚焦半透镜和菲涅尔半透镜的折射率分布，如图2所示是电驱动液晶半透镜与自聚焦半透镜和菲涅尔半透镜的等效图。

基于以上原理，本实用新型提供如下几种液晶透镜。

实施例一

参照图3，本实用新型的液晶透镜，可以包括：

第一基板101；

第二基板102；

设置在所述第一基板101与所述第二基板102之间的液晶层109；

形成在所述第一基板101上的第二电极结构104，所述第二电极结构104包括多个间隔设置的第二电极1041；

形成在所述第二电极结构104之上的第一电极结构103，所述第一电极结构103包括多个间隔设置的第一电极1031；

形成在所述第二基板102上的面电极105。

其中，所述第一电极1031和所述第二电极1041交替排列，预定数目个交替排列的所述第一电极1031和所述第二电极1041构成一电极组，通过按照递增或递减的顺序施加电压到所述电极组中的电极，能够控制液晶层109中相应位置的液晶分子形成右半透镜或左半透镜。即，按照递增的顺序施加电压到所述电极组中的电极来形成右半透镜，按照递减的顺序施加电压到所述电极组中的电极来形成左半透镜。

液晶透镜的液晶盒间隙为5～300μm，第一基板101和第二基板102为玻璃或者高分子材料透明基板，各电极采用透明材料，例如可以为铟锡氧化物（ITO）。所述面电极105用作接地电极。所述第一电极1031和所述第二电极1041交替排列，为分隔电极，以不相覆盖为佳，电极宽度2～30μm，线距2～3000μm，优选2～1000μm，依据待形成的透镜的栅距及电极的线距线宽决定多少个电极控制一个半透镜，具体地，每个半透镜对应的分隔电极数目为：栅距/2/(线距＋线宽)。

本实施例中以五个电极构成一个电极组，来控制一个半透镜，例如，电极1～5为构成第一个电极组，电极6～10为构成第二个电极组，依次类推……。如果要形成左半透镜，则电极电压V1>V2>V3>V4>V5（电极1对应V1，电极2对应V2，电极3对应V3，电极4对应V4，电极5对应V5），例如，分别为2V、1.5V、1.2V、1V、0.8V；如果要形成右半透镜，电极电压的大小则相反，即，V1<V2<V3<V4<V5。

优选地，所述第二电极结构104与所述第一电极结构103之间还可包括一介电层106，优选地，所述介电层106为采用高电阻材料或绝缘材料的透明层，其作用是为了隔离所述第二电极结构104与所述第一电极结构103，以使电场的分布更加均匀。

优选地，所述液晶透镜还可包括：形成在所述第一电极结构103上的第一配向层107，以及，形成在所述面电极105上的第二配向层108，配向层采用高阻抗材料为佳。

另外，液晶层109的液晶材料及配向需满足以下条件：

负性向列型液晶，断开状态的液晶分子的配向相对于基板表面呈垂直或接近垂直的角度。

正性向列型液晶，断开状态的液晶分子的配向相对于基板表面呈平行或接近平行的角度。

蓝相液晶，断开状态的液晶分子的配向取决于其UV聚合物的UV聚合条件。

实施例二

参照图4，本实用新型的液晶透镜，可以包括：

第一基板201；

第二基板202；

设置在所述第一基板201与所述第二基板202之间的液晶层209；

形成在所述第一基板201上的面电极205；

形成在所述面电极205之上的第一电极结构203，所述第一电极结构203包括多个间隔设置的第一电极2031

形成在所述第二基板202上的第二电极结构204，所述第二电极结构204包括多个间隔设置的第二电极2041。

其中，所述第一电极2031和所述第二电极2041交替排列，预定数目个交替排列的所述第一电极2031和所述第二电极2041构成一电极组，通过按照递增或递减的顺序施加电压到所述电极组中的电极，能够控制液晶层209中相应位置的液晶分子形成右半透镜或左半透镜。即，按照递增的顺序施加电压到所述电极组中的电极来形成右半透镜，按照递减的顺序施加电压到所述电极组中的电极来形成左半透镜。

液晶透镜的液晶盒间隙为5～300μm，第一基板201和第二基板202为玻璃或者高分子材料透明基板，各电极采用透明材料，例如可以为铟锡氧化物（ITO）。所述面电极205用作接地电极或者控制液晶的取向，电压为0～2V，以0V为佳。所述第一电极2031和所述第二电极2041交替排列，为分隔电极，以不相覆盖为佳，电极宽度2～30μm，优选为2～15μm，线距2～3000μm，优选2～1000μm，依据待形成的透镜的栅距及电极的线距线宽决定多少个电极控制一个半透镜，具体地，每个半透镜对应的分隔电极数目为：栅距/2/(线距＋线宽)。

本实施例中以五个电极构成一个电极组，来控制一个半透镜，例如，电极1～5为构成第一个电极组，电极6～10为构成第二个电极组，依次类推……。如果要形成左半透镜，则电极电压V1>V2>V3>V4>V5（电极1对应V1，电极2对应V2，电极3对应V3，电极4对应V4，电极5对应V5），例如，分别为2V、1.5V、1.2V、1V、0.8V；如果要形成右半透镜，电极电压的大小则相反，即，V1<V2<V3<V4<V5。

优选地，所述面电极205与所述第一电极结构203之间还可包括一介电层206，优选地，所述介电层206为采用高电阻材料或绝缘材料的透明层，其作用是为了隔离所述面电极205与所述第一电极结构203，以使电场的分布更加均匀。

优选地，所述液晶透镜还可包括：形成在所述第一电极结构203上的第一配向层207，以及，形成在所述第二电极结构204上的第二配向层208，配向层采用高阻抗材料为佳。

另外，液晶层209的液晶材料及配向需满足以下条件：

负性向列型液晶，断开状态的液晶分子的配向相对于基板表面呈垂直或接近垂直的角度。

正性向列型液晶，断开状态的液晶分子的配向相对于基板表面呈平行或接近平行的角度。

蓝相液晶，断开状态的液晶分子的配向取决于其UV聚合物的UV聚合条件。

实施例三

参照图5，本实用新型的液晶透镜，可以包括：

第一基板301；

第二基板302；

设置在所述第一基板301与所述第二基板302之间的液晶层309；

形成在所述第一基板301上的第一电极结构303，所述第一电极结构303包括多个间隔设置的第一电极3031

形成在所述第二基板302上的第二电极结构304，所述第二电极结构304包括多个间隔设置的第二电极3041。

其中，所述第一电极3031和所述第二电极3041交替排列，预定数目个交替排列的所述第一电极3031和所述第二电极3041构成一电极组，通过按照递增或递减的顺序施加电压到所述电极组中的电极，能够控制液晶层309中相应位置的液晶分子形成右半透镜或左半透镜。即，按照递增的顺序施加电压到所述电极组中的电极来形成右半透镜，按照递减的顺序施加电压到所述电极组中的电极来形成左半透镜。

液晶透镜的液晶盒间隙为5～300μm，第一基板301和第二基板302为玻璃或者高分子材料透明基板，各电极采用透明材料，例如可以为铟锡氧化物（ITO）。所述第一电极3031和所述第二电极3041交替排列，为分隔电极，以不相覆盖为佳，电极宽度2～30μm，优选为2～15μm，线距2～3000μm，优选2～1000μm，依据待形成的透镜的栅距及电极的线距线宽决定多少个电极控制一个半透镜，具体地，每个半透镜对应的分隔电极数目为：栅距/2/(线距＋线宽)。

本实施例中以五个电极构成一个电极组，来控制一个半透镜，例如，电极1～5为构成第一个电极组，电极6～10为构成第二个电极组，依次类推……。如果要形成左半透镜，则电极电压V1>V2>V3>V4>V5（电极1对应V1，电极2对应V2，电极3对应V3，电极4对应V4，电极5对应V5），例如，分别为2V、1.5V、1.2V、1V、0.8V；如果要形成右半透镜，电极电压的大小则相反，即，V1<V2<V3<V4<V5。

优选地，所述液晶透镜还可包括：形成在所述第一电极结构303上的第一配向层307，以及，形成在所述第二电极结构304上的第二配向层308，配向层采用高阻抗材料为佳。

另外，液晶层309的液晶材料及配向需满足以下条件：

负性向列型液晶，断开状态的液晶分子的配向相对于基板表面呈垂直或接近垂直的角度。

正性向列型液晶，断开状态的液晶分子的配向相对于基板表面呈平行或接近平行的角度。

蓝相液晶，断开状态的液晶分子的配向取决于其UV聚合物的UV聚合条件。

本发明实施例还提供一种立体显示装置，包括上述任一实施例的液晶透镜以及显示面板，所述显示面板用于按照预定时序显示左右图像，所述液晶透镜设置在所述显示面板之上。优选地，所述立体显示装置中还可包括控制单元，所述控制单元与所述液晶透镜和所述显示面板连接，用于根据所述预定时序施加电压到所述电极组中的电极的控制单元。其中，所述立体显示装置可以是液晶显示装置、OLED显示装置、等离子体显示装置等。

电极的驱动要在在至少120Hz的驱动频率下，显示面板依一定时序分别全显示左右图像，液晶透镜同步形成左右半透镜，分别将左右图像折射到左右眼，实现全分辨率的裸眼立体显示。并且当驱动电压在进行关/开切换时，实现2D/3D显示的转换。具体地，请参照图6，当显示面板10显示右眼图像时，施加驱动电压1（指一组从小到大的电压）到液晶透镜20，驱动液晶透镜20中的液晶分子形成右半透镜，将右眼图像送入人的右眼；当显示面板10显示右眼图像时，施加驱动电压2（指一组从大到小的电压）到液晶透镜20，驱动液晶透镜20中的液晶分子形成左半透镜，将左眼图像送入人的左眼；左右眼图在人的大脑中合成，形成3D效果。如果不施加驱动电压到液晶透镜20，则液晶透镜20中的液晶分子不形成透镜作用，形成2D效果，从而实现3D-2D的转换。

参照图7，在驱动频率为120Hz时，1/120时间内，显示面板全显示右眼图像，液晶透镜驱动电压1打开，形成一组右半透镜，其中每一半透镜至少对应一个亚像素，在另一1/120时间内，显示面板全显示左眼图像，液晶透镜驱动电压2打开，形成一组左半透镜，其中每一半透镜至少对应一个亚像素。

参照图8，在驱动频率为240Hz时，采用插黑的方法降低显示面板画面线扫描带来的左右眼图像串扰，第一1/240时间内，显示面板开始从上到下扫描右眼图像，背光此时关掉；第二1/240时间内，显示面板全显示右眼图像，液晶透镜驱动电压1打开，形成一组右半透镜，其中每一半透镜至少对应一个亚像素，第三1/240时间内，显示面板开始从上到下扫描左眼图像，背光此时关掉；第四1/240时间内，显示面板全显示左眼图像，液晶透镜驱动电压2打开，形成一组左半透镜，其中每一半透镜至少对应一个亚像素。

综上所述，本实用新型的液晶透镜采用特殊的电极结构设以及驱动设计，可形成理想的电场分布，液晶取向的向错较小，可以实现比较理想自聚焦半透镜和菲涅尔半透镜（可参见图9所示的仿真结果），从而实现全分辨率的裸眼3D显示以及2D/3D的任意切换，且基本不降低光线的透过率。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种液晶透镜，包括第一基板、第二基板以及设置在所述第一基板与所述第二基板之间的液晶层，其特征在于，还包括：

第一电极结构，所述第一电极结构包括多个间隔设置的第一电极；

第二电极结构，所述第二电极结构包括多个间隔设置的第二电极；

所述第一电极和所述第二电极交替排列，预定数目个交替排列的所述第一电极和所述第二电极构成一电极组，通过按照递增或递减的顺序施加电压到所述电极组中的电极，能够控制液晶层中相应位置的液晶分子形成右半透镜或左半透镜。

2.如权利要求1所述的液晶透镜，其特征在于，还包括：

形成在所述第二基板上的面电极；

所述第二电极结构形成在所述第一基板上；

所述第一电极结构形成在所述第二电极结构之上，且通过一介电层与所述第二电极结构隔离。

3.如权利要求2所述的液晶透镜，其特征在于，还包括：

形成在所述第一电极结构上的第一配向层，以及，形成在所述面电极上的第二配向层。

4.如权利要求1所述的液晶透镜，其特征在于，还包括：

形成在所述第一基板上的面电极；

所述第一电极结构形成在所述面电极之上，且通过一介电层与所述面电极隔离；

所述第二电极结构形成在所述第二基板上。

5.如权利要求4所述的液晶透镜，其特征在于，还包括：

形成在所述第一电极结构上的第一配向层，以及，形成在所述第二电极结构上的第二配向层。

6.如权利要求2或4所述的液晶透镜，其特征在于，所述介电层包括采用高电阻材料或绝缘材料的透明层。

7.如权利要求1所述的液晶透镜，其特征在于：

所述第一电极结构形成在所述第一基板上；

所述第二电极结构形成在所述第二基板上。

8.如权利要求7所述的液晶透镜，其特征在于，还包括：，

形成在所述第一电极结构上的第一配向层，以及，形成在所述第二电极结构上的第二配向层。

9.一种立体显示装置，其特征在于，包括：

如权利要求1至8中任一项所述的液晶透镜；

按照预定时序显示左右图像的显示面板，所述液晶透镜设置在所述显示面板之上。

10.如权利要求9所述的立体显示装置，其特征在于，还包括：

根据所述预定时序施加电压到所述电极组中的电极的控制单元，与所述液晶透镜和所述显示面板连接。

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