TW201604589A - 液晶透鏡及立體顯示裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明提供了一種液晶透鏡，包括相對設置的第一基板與第二基板，第一基板設有複數第一電極，各第一電極彼此間隔設置，當液晶透鏡用於立體顯示時，第一基板與第二基板之間形成複數結構相同的液晶透鏡單元，相鄰兩個液晶透鏡單元共用一個第一電極，第二基板朝向第一基板的一側設有複數第二電極，各第二電極彼此間隔設置，相鄰兩個第二電極之間形成開口部。本發明還提供包括該液晶透鏡的立體顯示裝置，可以明顯降低串擾，改善立體顯示效果。

Description

液晶透鏡及立體顯示裝置
本公開屬於立體顯示技術領域，尤其涉及液晶透鏡以及包含該液晶透鏡的立體顯示裝置。
採用液晶透鏡實現立體顯示的立體顯示裝置，主要是透過在液晶層兩側的兩片基板上分別設置公共電極和複數驅動電極，對各個驅動電極施加相應的驅動電壓以及對公共電極施加公共電壓，從而在兩個基板之間形成具有不同電場強度的垂直電場，以驅動液晶分子排列而形成可變焦液晶透鏡。故，只需要控制驅動電極的電壓分佈，液晶透鏡的折射率分佈就會發生相應的改變，從而對顯示面板發出的光線的分佈進行控制，以實現自由立體顯示。
圖1為習知技術提供的立體顯示裝置結構示意圖，立體顯示裝置包括顯示面板1’和液晶透鏡2’，液晶透鏡2’設置於顯示面板1’的出光側，顯示面板1’發出的光線透過液晶透鏡2’分別進入觀看者的左眼和右眼。液晶透鏡2’包括相對設置的第一基板21’與第二基板22’，以及夾設於第一基板21’與第二基板22’之間的液晶層，第一基板21’上設有複數間隔設置的第一電極23’，第二基板22’上設有第二電極24’。當該立體顯示裝置用於3D顯示時，透過對複數第一電極23’和第二電極24’施加各自所需的電壓，第一基板21’與第二基板22’之間產生電場強度不等的電場，電場驅動液晶層內的液晶分子25’發生偏轉。由於電場強度不等， 因此，電場驅動液晶分子25’發生偏轉的程度不同，因此，控制複數第一電極23’上的電壓分佈，液晶透鏡2’的折射率就會相應的改變，從而對顯示面板1’的出光進行控制，實現立體顯示。
立體顯示裝置用於3D顯示時，第一基板21’與第二基板22’之間形成有陣列排布的液晶透鏡單元，每個液晶透鏡單元具有相同的結構。圖2僅示出相鄰的第一液晶透鏡單元L1’與第二液晶透鏡單元L2’，第一液晶透鏡單元L1’對應有兩個第一電極23’，第二液晶透鏡單元L2’對應有兩個第一電極23’。根據液晶透鏡2’工作原理可知，對第一電極23’施加第一驅動電壓，對第二電極24’施加第二驅動電壓，因此，在第一電極23’處形成電場強度最大的電場，位於第一電極23’處的液晶分子25’在電場的驅動下呈豎直分佈狀態，而隨著遠離第一電極23’，電場亦變得愈來愈弱，即液晶分子25’會逐漸傾向於水準排列。
為滿足成像要求，需要對第一液晶透鏡單元L1’邊緣施加的電壓最大，位於第一液晶透鏡單元L1’的邊緣處的第一電極23’附近的液晶分子25’基本上呈現垂直方向分佈，而愈靠近第一液晶透鏡單元L1’的中心電壓愈小，因此液晶分子25’會逐漸傾向於水準方向排列。在每一個液晶透鏡單元內，由於電壓對稱分佈，液晶分子25’隨著電場強度的變化呈現折射率的漸變，因而液晶透鏡2’具備較好的光學成像特性。
根據折射率漸變透鏡光程差公式，其中△n=n max-n(r)=n e -n r ，n e 為液晶分子25’對非尋常光折射率，折射率n(r)作為位置r的函數在不同位置會有所不同。在如圖2中，第一液晶透鏡單元L1’與第二液晶透鏡單元L2’的邊緣處的第一電極23’位置的液晶分子25’呈垂直狀態，n(r)=n o ，而在每個液晶透鏡單元的中心附近的液晶分子25’長軸呈現水準狀態，n(r)=n e 。D即每個液晶透鏡單元開口的大小，f為液晶透鏡單元的焦距，d為液晶層的厚度。又，為減小液晶透鏡2’在立體顯示時引起的串擾，避免左眼圖像進入到右眼，右眼圖像進入到左眼，需要 液晶透鏡2’與標準拋物型透鏡光程差分佈相吻合。
圖2所示的液晶透鏡2’，其中第二電極24’為面電極，圖3為第一液晶透鏡單元L1’與第二液晶透鏡單元L2’的光程差分佈與理想拋物型透鏡光程差分佈的比較圖，從圖3可以看出，相鄰第一液晶透鏡單元L1’與第二液晶透鏡單元L2’邊緣處共用一個第一電極23’。當立體顯示裝置用於3D顯示時，第一液晶透鏡單元L1’與第二液晶透鏡單元L2’交界處的電場強度變化比較劇烈，導致了此處的光程差出現較大的波動，此處的液晶透鏡2’的光程差分佈明顯偏離理想拋物型透鏡光程差分佈，從而影響了該處液晶透鏡2’的成像特性。因此，液晶透鏡單元邊界處的光程與標準的拋物型透鏡相比會有較大的偏差。當液晶透鏡2’應用於3D顯示技術時，該等偏差會增大立體顯示裝置的串擾，影響立體顯示的畫面品質。
如圖4所示，習知技術公開了一種液晶透鏡及其驅動方法、立體顯示裝置，該液晶透鏡20包括具有相同結構的液晶透鏡單元L10與液晶透鏡單元L20，每個液晶透鏡單元包括相對設置的第一基板210與第二基板220，第一基板210上設有第一電極230，第二基板220面向第一基板210的一側設有面電極240，面電極240上設有第二電極250，並，面電極240作為公用電極接地，第二電極250上均施加負電壓。對第一電極230、第二電極240以及第二電極250分別施加不同的驅動電壓，該液晶透鏡20不僅製造工藝複雜，驅動設計繁瑣，且在產業上不易於實施。
本發明實施方案的目的在於提供液晶透鏡和立體顯示裝置，旨在解決解決由習知技術的局限和缺點引起的上述技術問題。
本發明為解決技術問題而採用的技術方案是提供一種液晶透鏡，包括相對設置的第一基板與第二基板，以及夾設於第一基板與第二基板之間的液晶分子，該第一基板設有複數第一電極，各個第一電極彼此 間隔設置，當該液晶透鏡用於立體顯示時，第一基板與第二基板之間形成複數結構相同並呈陣列分佈的液晶透鏡單元，相鄰兩個液晶透鏡單元共用一個第一電極，第二基板朝向第一基板的一側設有複數第二電極，第二電極的延伸方向平行於第一電極的延伸方向，各個第二電極彼此間隔設置，相鄰兩個第二電極之間形成開口部，開口部的中心線與其相對應的並位於液晶透鏡單元邊緣處的第一電極的中心線在同一條直線上。
根據本發明一優選實施例，其中該開口部的寬度大於與其相對應的並位於液晶透鏡單元邊緣處的第一電極的寬度。
根據本發明一優選實施例，其中該開口部的寬度等於與其相對應的並位於該液晶透鏡單元邊緣處的第一電極的寬度。
根據本發明一優選實施例，其中該開口部的寬度小於與其相對應的並位於液晶透鏡單元邊緣處的第一電極的寬度。
根據本發明一優選實施例，其中各個第一電極傾斜設置於該第一基板上，該第一電極的延伸方向與該第一電極的排布方向相交，形成夾角。
根據本發明一優選實施例，其中該夾角α，且600 α800。
根據本發明一優選實施例，其中每個液晶透鏡單元對應一個第二電極，該液晶透鏡單元的中心線與第二電極的中心線在同一條直線上，第二電極的寬度小於液晶透鏡單元的間距。
根據本發明一優選實施例，其中每個第二電極對應有至少兩個液晶透鏡單元。
根據本發明一優選實施例，其中每個液晶透鏡單元對應兩個第一電極。
根據本發明一優選實施例，其中每個液晶透鏡單元對應有m個第一電極，其中，m為自然數，m 3。
根據本發明一優選實施例，其中各個第一電極的寬度相等。
根據本發明一優選實施例，其中各個第一電極按照等間距排列。
根據本發明一優選實施例，其中該第一電極為條形電極，該第一電極沿該第一電極延伸方向的截面形狀為矩形、拱形或鋸齒形。
根據本發明一優選實施例，其中該第二電極為條形電極，該第二電極沿該第二電極延伸方向的截面形狀為矩形、拱形或鋸齒形。
根據本發明一優選實施例，其中該液晶透鏡單元的間距為L，該第二電極的寬度為M， M<nL，其中，n為該第二電極對應液晶透鏡單元的數目，n為自然數且n 1。
根據本發明一優選實施例，還包括電壓控制模組，用於控制施加位於液晶透鏡單元邊緣處的第一電極上的第一驅動電壓、第二電極上的第二驅動電壓，該第一驅動電壓與第二驅動電壓之間的電勢差大於該液晶分子的閾值電壓。
根據本發明一優選實施例，其中該電勢差為u 0，該液晶分子的閾值電壓為v th ，且v th <u 0 4v th 。
根據本發明一優選實施例，還包括設置於該第一基板與第一電極之間的第三電極，該第三電極與第一電極之間設有絕緣層，各個第一電極設置於絕緣層上，該電壓控制模組還用於控制施加於該第三電極上的第三驅動電壓。
根據本發明一優選實施例，其中該第三電極為面電極。
本公開的另一目的還提供立體顯示裝置，包括顯示面板，還包括上述的液晶透鏡，該液晶透鏡設置於顯示面板的出光側。
本發明提供的液晶透鏡用於3D顯示時，第一基板與第二基板之間形成複數結構相同的液晶透鏡單元，每個液晶透鏡單元對應有一個第二電極，由於液晶透鏡單元的間距大於第二電極的寬度，且第二電極的中心線與液晶透鏡單元的中心線在同一條直線上，當對第一電極第一驅動 電壓時，由於相鄰兩個第二電極之間形成的間隙與位於液晶透鏡單元邊緣處的第一電極相對，因此調整液晶透鏡單元邊緣處的電場強度，改善第一電極附近液晶分子的偏轉程度，在相位延遲量的表現呈現更加平滑的狀態，明顯降低了相鄰兩液晶透鏡單元交界處的串擾現象，提升立體顯示的效果和觀看的舒適度。
本發明提供的的立體顯示裝置，液晶透鏡單元對顯示面板發出的光進行調整，以呈現立體圖像，消除液晶透鏡產生串擾的原因，提高了立體顯示效果和觀看舒適度。
1、1’‧‧‧顯示面板
2、2’、3、20、4、5‧‧‧液晶透鏡
21、21’、210、41、51‧‧‧第一基板
22、22’、220、42、52‧‧‧第二基板
23、25’、33、43、53‧‧‧液晶分子
24、23’、34、44、54、S11、S12、S13、S14、S15、S16、S17、S18、S19、S20、S21‧‧‧第一電極
25、24’、250、35、45、55‧‧‧第二電極
26、46、56‧‧‧開口部
240‧‧‧面電極
40‧‧‧間隙子
47‧‧‧第三電極
48‧‧‧絕緣層
L1’‧‧‧第一液晶透鏡單元
L2’‧‧‧第二液晶透鏡單元
L1、L2‧‧‧液晶透鏡單元
圖1是習知技術提供的立體顯示裝置的結構示意圖；圖2是習知技術提供的液晶透鏡的結構示意圖；圖3是習知技術提供的液晶透鏡的光程差分佈與理想拋物型透鏡光程差分佈比較圖；圖4是習知技術提供的液晶透鏡的又一結構示意圖；圖5是本公開實施例一提供的液晶透鏡的結構示意圖；圖6是本公開實施例一提供的液晶透鏡在立體顯示時的狀態示意圖；圖7是本公開實施例一提供的液晶透鏡的光程差分佈示意圖；圖8是本公開實施例一提供的第一電極的結構示意圖；圖9是本公開實施例二提供的液晶透鏡的結構示意圖；圖10是本公開實施例二提供的液晶透鏡的光程差分佈示意圖；圖11是本公開實施例三提供的液晶透鏡的結構示意圖；圖12是本公開實施例四提供的液晶透鏡的結構示意圖。
為了使本發明要解決的技術問題、技術方案及有益效果更加清楚明白，以下結合附圖及實施方案，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施方式僅僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。
實施例一
如圖5與圖6所示，本發明提供一種液晶透鏡2，包括相對設置的第一基板21與第二基板22，第一基板21與第二基板22之間設有液晶分子23，第一基板21上設有複數第一電極24，且各個第一電極24彼此間隔設置，第二基板22朝向第一基板21的一側設有複數第二電極25。當液晶透鏡2用於立體顯示時，對第一電極24施加第一電壓，對第二電極25施加第二電壓，第一電壓與第二電壓之間的電勢差在第一基板21與第二基板22之間，形成電場強度不等的第一電場，第一電場驅動液晶分子23發生偏轉，第一基板21與第二基板22之間形成複數結構相同並呈陣列分佈的液晶透鏡單元，相鄰的液晶透鏡單元L1與液晶透鏡單元L2共用一個第一電極24。如圖6僅示出液晶透鏡單元L1與液晶透鏡單元L2，液晶透鏡單元L1與液晶透鏡單元L2結構相同，且液晶透鏡單元L1與液晶透鏡單元L2均具有折射率漸變的特性，可改變光線的光路，以呈現立體圖像。在本實施例中，由於液晶透鏡單元L1與液晶透鏡單元L2結構相同，因此，在提及液晶透鏡單元時，僅對液晶透鏡單元L1進行表述，省略對液晶透鏡單元L2的重複性表述，以下相同，在此不再贅述。
各個第二電極25彼此間隔設置，相鄰的兩個第二電極25之間的間隙形成開口部26，且開口部26的中心線與其相對應的並位於液晶透鏡單元L1邊緣處的第一電極24 的中心線在同一條直線上，確保開口部26與位於液晶透鏡單元L1邊緣處的第一電極24相對應設置，由於開口部26未設置有導電材料，在液晶透鏡單元L1與液晶透鏡單元L2的交界處電場的變化就不會過於劇烈進而導致此處的光程差有較大的波動。分別對第一電極24、第二電極25施加電壓，液晶透鏡2表現出的透鏡光程差與標準的拋物型透鏡重合的比較好。當液晶透鏡2在進行立體顯示時，可明顯的降低串擾，提升立體圖像顯示的品質。開口部26處的電場曲線便會以較為平緩的狀態靠近有導電材料的區域，優化液晶透鏡單元L1邊緣處的電場強度分佈，改善位於液晶透鏡單元L1邊緣處第一電極24附近液晶分子23的偏轉程度，液晶透鏡2的光程差分佈曲線在相位延遲量的表現更加平滑。如此，液晶透鏡單元L1與液晶透鏡單元L2的交界處的電場變化會得到一定程度的改善，並以較為平緩的狀態靠近於第二電極25，避免因電場變化而導致此處的光程差有較大的波動，明顯降低相鄰液晶透鏡單元L1與液晶透鏡單元L2在交界處產生的串擾現象，提升立體顯示的效果和觀看的舒適度。由，對各個第二電極25施加第二驅動電壓，確保第一基板21與第二基板22之間形成電場強度不等的電場，在電場的作用下，液晶分子23發生偏轉，滿足液晶透鏡2應用於立體顯示的需求。本實施例提供的液晶透鏡2，在用於立體顯示時，僅需要對第一電極24施加第一電壓，對第二電極25施加第二電壓，使得液晶透鏡2內的液晶分子23偏轉形成折射率漸變的液晶透鏡單元L1，操作簡單，易於實施。
如圖7所示，採用本實施例提供的液晶透鏡2，在第二基板22處形成有開口部26，開口部26未設置有導電 材料，當液晶透鏡2用於立體顯示時，優化液晶透鏡單元L1邊緣處的電場強度分佈，改善位於液晶透鏡單元L1邊緣處的第一電極24附近液晶分子23的偏轉程度，液晶透鏡2的光程差分佈曲線在相位延遲量的表現更加平滑，明顯降低了液晶透鏡單元L1與液晶透鏡單元L2在交界處出現的串擾現象，提升立體顯示的效果和觀看的舒適度，明顯改善了相鄰液晶透鏡單元L1與液晶透鏡單元L2的在交界處的光程差分佈，優化後的光程差分佈接近於理想拋物線，從而改善採用液晶透鏡2的立體顯示裝置在立體顯示時產生的串擾現象，提高了立體顯示效果和觀看舒適度。
在本實施例中，如圖6所示，液晶透鏡單元L1對應一個第二電極25和至少兩個第一電極24，當液晶透鏡2用於立體顯示時，一個第二電極25與至少兩個第一電極24之間的電場驅動液晶分子23偏轉，形成規則的液晶透鏡單元L1。由於液晶透鏡單元L1與液晶透鏡單元L2依次排布，相鄰兩個第二電極25之間形成有開口部26，當液晶透鏡2用於立體顯示時，分別對第一電極24、第二電極25施加電壓，相鄰兩個第二電極25之間形成的開口部26與位於液晶透鏡單元L1邊緣處的第一電極24相對，優化液晶透鏡單元L1與液晶透鏡單元L2邊緣處的電場強度分佈，改善位於液晶透鏡單元L1邊緣處第一電極24附近液晶分子23的偏轉程度，在相位延遲量的表現呈現更加平滑的狀態，降低相鄰液晶透鏡單元L1與液晶透鏡單元L2在交界處出現的串擾現象，提升立體顯示的效果和觀看的舒適度。另，為保證液晶透鏡2在立體顯示時，可正常呈現立體圖像，相鄰兩個第二電極25之間的距離也不能過大，影響液晶透鏡2的正常顯示。
在本實施例中，一個液晶透鏡單元L1對應一個第二電極25，並設定第二電極25的寬度小於液晶透鏡單元L1的間距，液晶透鏡單元L1的間距是指位於液晶透鏡單元L1邊緣處的兩個第一電極24的中心線之間距離。由於液晶透鏡單元L1的中心線與相對應的第二電極25的中心線在同一條直線上，如此第二電極25與第一電極24之間形成的電場，驅動液晶分子23發生規則性偏轉，繼而確保液晶透鏡2用於立體顯示時，可呈現結構相同的液晶透鏡單元L1。
由於第二電極25的寬度小於液晶透鏡單元L1的間距，而且液晶透鏡單元L1與液晶透鏡單元L2之間形成開口部26，可以設定開口部26的寬度可以小於位於液晶透鏡單元L1邊緣處的第一電極24的寬度，如此，第二電極25與第一電極24有相對重疊部分，優化液晶透鏡單元L1與液晶透鏡單元L2在交界處的電場強度分佈，改善位於液晶透鏡單元L1邊緣處的第一電極24附近液晶分子23的偏轉程度，液晶透鏡2的光程差分佈曲線在相位延遲量的表現更加平滑，降低相鄰液晶透鏡單元L1與液晶透鏡單元L2在交界處產生的串擾現象，提升立體顯示的效果和觀看的舒適度。
當然，亦可設定開口部26的寬度大於位於液晶透鏡單元L1邊緣處的第一電極24的寬度，即第二電極25與第一電極24完全不重合，第二基板22與位於液晶透鏡單元L1邊緣處的第一電極24相對應位置處完全無導電材料，因此，開口部26處的電場曲線便會以較為平緩的狀態靠近有導電材料的區域，優化液晶透鏡單元L1邊緣處的電場強度分佈，改善位於液晶透鏡單元L1邊緣處的第一電極24附近液晶分子23的偏轉程度，在相位延遲量的表現呈現更加平滑的 狀態。
可以理解的是，還可將開口部26的寬度等於位於液晶透鏡單元L1邊緣處的第一電極24的寬度，即第二電極25與第一電極24不發生重合，同樣可以抑制液晶透鏡單元L1與液晶透鏡單元L2在交界處產生的光程波動，進而液晶透鏡單元L1與液晶透鏡單元L2交界處的電場曲線，會以較為平緩的狀態靠近於第二電極25，降低液晶透鏡單元L1與液晶透鏡單元L2交界處的光程差與標準的拋物型透鏡的偏差，改善相鄰液晶透鏡單元L1與液晶透鏡單元L2交界處出現的串擾現象，提升液晶透鏡2的顯示品質。
如圖6所示，本實施例提供的液晶透鏡單元L1對應有一個第二電極25和兩個第一電極24，由於液晶透鏡單元L1與液晶透鏡單元L2依次排布，相鄰兩個第二電極25之間形成有開口部26，當液晶透鏡2用於立體顯示時，分別對第一電極24、第二電極25施加電壓，而由於開口部26未設置導電材料，因此，開口部26處的電場曲線便會以較為平緩的狀態靠近有導電材料的區域，優化液晶透鏡單元L1邊緣處的電場強度分佈，改善位於液晶透鏡單元L1邊緣處的第一電極24附近液晶分子23的偏轉程度，在相位延遲量的表現呈現更加平滑的狀態。如此，液晶透鏡單元L1與液晶透鏡單元L2的交界處的電場變化會以較為平緩的狀態靠近於第二電極25，避免因電場變化而導致此處的光程差有較大的波動，明顯降低相鄰液晶透鏡單元L1與液晶透鏡單元L2在交界處產生的串擾現象，提升立體顯示的效果和觀看的舒適度。
為更好的說明本實施例提供的液晶透鏡2，在立體顯示時，可以明顯地降低液晶透鏡單元L1與液晶透鏡單元 L2交界處出現的串擾現象，現將實驗結果進行說明。具體地，本實施例提供的液晶透鏡單元L1對應一個第二電極25與兩個第一電極24。設定液晶透鏡單元L1的間距256um，運用LC-MASTER軟體進行光程差模擬，並利用MATLAB對所得模擬數據進行處理。本模擬實驗所使用的液晶分子23的尋常光折射率n 0為1.524，非尋常光折射率n e 為1.824。液晶透鏡2的厚度以及第一電極24的寬度都設置為30um，以及驅動電壓，該等主要參數在習知技術提供的液晶透鏡2’(圖2所示)和本實施例提供的液晶透鏡2的模擬實驗中保持不變。圖3展示了習知技術提供的液晶透鏡2’的模擬結果，圖中曲線分別為現有技術提供的液晶透鏡2’的光程差分佈曲線和與標準拋物型透鏡的光程差分佈曲線。可以看出，相鄰兩個液晶透鏡單元L1’與L2’的交界處，與標準拋物型透鏡的光程差分佈曲線的偏差較大，該等偏差會在實際的3D觀看中造成較大的串擾。圖7展示了本實施例提供的液晶透鏡2的模擬結果，本實施例中第二電極25的寬度設置為156um。可以看出，模擬數據經處理後，本實施例提供的液晶透鏡2的光程差曲線與標準拋物型透鏡的光程差曲線重合得比較好，並且在液晶透鏡單元L1與液晶透鏡單元L2的交界處，與標準拋物型透鏡的光程差分佈曲線的偏差較小，極大程度改善光程差曲線的波動現象，進而在立體顯示過程中，有效減弱串擾現象，進而提升觀看舒適度。相對於習知技術提供的液晶透鏡2’的光程差分佈曲線有較大的改善，降低了液晶透鏡單元L1與液晶透鏡單元L2的交界處出現的串擾現象，提高了立體顯示效果和觀看舒適度。
在本實施例中，第二電極25的延伸方向平行於 第一電極24的延伸方向，可以設置第一電極24的延伸方向可以平行於第一基板21的寬度方向，當液晶透鏡2用於立體顯示時，對第一電極24施加第一電壓，對第二電極25施加第二電壓，從而在第一基板21與第二基板22之間形成陣列排布的液晶透鏡單元L1，採用蝕刻工藝在第一基板21上加工第一電極24，操作方便。當然，還可以為了解決液晶透鏡2在用於立體顯示時出現的摩爾紋問題，將各個第一電極24傾斜設置於第一基板22上，由於第二電極25的延伸方向平行於第一電極24的延伸方向，如此第一電極24、第二電極25均沿一定角度傾斜設置，改善液晶透鏡2的週期性干涉，弱化摩爾紋，提升液晶透鏡2在用於立體顯示的顯示效果。
如圖8所示，為便於設計第一電極24的傾斜角度，而且傾斜設置的第一電極24、第二電極25不會影響液晶透鏡2的分光效果，確保液晶透鏡2在立體顯示時將左眼圖像傳送至觀看者的左眼，右眼圖像傳送至觀看者的右眼，設定第一電極24的延伸方向與第一電極24的排布方向相交，形成夾角為α，且600 α800，在此範圍內設定第一電極24的傾斜角度，不僅可以改善摩爾紋，而且可以降低串擾等影響立體顯示的問題。本實施例提供的夾角α是指第一電極24的傾斜方向與第一電極24的排布方向所形成的銳角夾角，在本實施例中，第一電極24的傾斜方向為右傾，同樣地，可以設置第一電極24的傾斜方向為左傾，夾角α為第一電極24的傾斜方向與第一電極24的排布方向所夾設的銳角。在本實施例中，第一電極24沿同一方向陣列排布於第一基板22上，第一電極24的排布方向為第一基板22的橫向方向。
在本實施例中，為便於加工第一電極24，可以將 第一電極24設置為條形電極，並且第一電極24沿第一電極24延伸方向的截面形狀為矩形、拱形或鋸齒形，便於製作加工，在本實施例中，第一電極24選取的形狀應滿足，當液晶透鏡2用於立體顯示時，分別對第一電極24與第二電極25施加驅動電壓，以使液晶分子23偏轉形成液晶透鏡單元L1。當然，第一電極24的截面形狀也可以為其他規則或不規則形狀，都屬於本實用發明的保護範圍之內，應當毫無異議的確定，本實施例提供的第一電極24的截面形狀，只適用於舉例說明，規則形狀的第一電極24更加容易加工。
如圖5與圖6所示，同樣地，為便於製作加工第二電極25，將第二電極25設置為條形電極，且第二電極25沿第二電極25延伸方向的截面形狀為矩形、拱形或鋸齒形，在本實施例中，第二電極25選取的形狀應滿足，當液晶透鏡2用於立體顯示時，分別對第一電極24與第二電極25施加驅動電壓，以使液晶分子23偏轉形成液晶透鏡單元L1。當然，第二電極25的截面形狀亦可為其他規則或不規則形狀，皆屬於本實用發明的保護範圍之內，應當毫無異議的確定，本實施例提供的第二電極25的截面形狀，只適用於舉例說明，規則形狀的第二電極25更加容易加工。
如圖6與圖12所示，由於採用第二電極25為條形電極，為進一步提升液晶透鏡2在立體顯示時的顯示品質，設定液晶透鏡單元L1的間距為L，第二電極25的寬度為M， M<nL，其中，n為第二電極25對應液晶透鏡單元L1的數目，n為自然數且n 1。設定液晶透鏡單元L1的間距L為位於液晶透鏡單元L1邊緣處的兩個第一電極24的中心線之間的距離。如圖6所示，當第二電極25對應一個液晶透鏡單元L1， 即n=1時，第二電極25的寬度M表示為 M<L，第二電極25的寬度小於液晶透鏡單元L1的間距，並可以無限接近於液晶透鏡單元L1的間距，即開口部26的寬度可以任意設置，皆可解決液晶透鏡單元L1與液晶透鏡單元L2在交界處存在的串擾問題，便於操作人員根據具體情況設定第二電極25的寬度。相鄰兩個第二電極25之間形成的開口部26與位於液晶透鏡單元L1邊緣處的第一電極24相對，優化液晶透鏡單元L1與液晶透鏡單元L2邊緣處的電場強度分佈，改善位於液晶透鏡單元L1邊緣處第一電極24附近液晶分子23的偏轉程度，液晶透鏡2的光程差分佈曲線在相位延遲量的表現更加平滑，降低相鄰液晶透鏡單元L1與液晶透鏡單元L2在交界處出現的串擾現象，提升立體顯示的效果和觀看的舒適度。又，為保證液晶透鏡2在立體顯示時，可以正常呈現立體圖像，相鄰兩個第二電極25之間的距離亦不能過大，影響液晶透鏡2的正常顯示。
如圖6所示，本實施例提供的液晶透鏡2還包括電壓控制模組(圖中未示出)，電壓控制模組用於控制施加位於液晶透鏡單元L1邊緣處的第一電極24上的第一驅動電壓，以及第二電極25上的第二驅動電壓，第一驅動電壓與第二驅動電壓之間的電勢差大於液晶分子23的閾值電壓。電勢差產生電場強度不等的電場，在電場的作用下，液晶分子23隨電場強度的變化發生偏轉，使得第一基板21和第二基板22之間液晶層的折射率呈梯度分佈，形成呈陣列設置的液晶透鏡單元L1。使用電壓控制模組，可以精准控制第一驅動電壓、第二驅動電壓的大小，使得液晶透鏡2在立體顯示時，液晶分子23按照規定的電場分佈排列，並且接近於理想拋物線分 佈，形成折射率漸變的液晶透鏡單元L1，成像效果較佳。
如圖6所示，本實施例提供的電勢差為u 0，液晶分子23的閾值電壓為v th ，且v th <u 0 4v th 。第一驅動電壓的電壓值大小與第一電極24的寬度有關，若第一電極24的寬度較大，則相應的第一驅動電壓的電壓值應較小，同樣地，若第一電極24的寬度較小，則相應的第一驅動電壓的電壓值應較大，如此處理是為了滿足液晶透鏡2成像所需的電壓，同時解決了液晶透鏡2在立體顯示時，位於液晶透鏡單元L1邊緣處的第一電極24附近由於電場強度較大，相鄰液晶透鏡單元L1與液晶透鏡單元L2在交界處出現串擾的問題。
如圖5與圖6所示，本實施例還提供一種立體顯示裝置，包括顯示面板1和上述的液晶透鏡2，液晶透鏡2設置於顯示面板1的出光側，當液晶透鏡2用於立體顯示時，對第一電極24施加第一電壓，對第二電極25施加相等的第二電壓，第一電壓與第二電壓之間的電勢差在第一基板21與第二基板22之間形成電場強度不等的第一電場，第一電場驅動液晶分子23發生偏轉，形成折射率漸變的液晶透鏡單元L1，液晶透鏡單元L1對顯示面板1發出的光進行調整，以呈現立體圖像。
實施例二
如圖9所示，本發明提供的液晶透鏡3與實施例一提供的液晶透鏡2結構大體相同，不同之處在於，各液晶透鏡單元L1對應有m個第一電極34，m為自然數，m 3，各個第一電極34例如表示為S11，S12，S13，S14，S15，S16，S17，S18，S19，S20，S21。在本實施例中，每個液晶透鏡單元L1對應有6個第一電極34。對於此種結構的液晶透鏡3， 對各個第一電極34施加對稱的第四驅動電壓，具體地，在液晶透鏡單元L1中，對各個第一電極如S11，S12，S13，S14，S15，S16施加對稱的電壓，具體地(V(S11)=V(S16))>(V(S12)=V(S15))>(V(S13)=V(S14))。同樣地，在液晶透鏡單元L2中，對各個第一電極如S16，S17，S18，S19，S3，S21施加對稱的電壓，具體地(V(S16)=V(S21))>(V(S17)=V(S3))>(V(S18)=V(S19))，對第二電極35施加第五驅動電壓。對位於液晶透鏡單元L1兩端的第一電極34施加的電壓最大，位於液晶透鏡單元L1中心的第一電極34施加的電壓最小，電壓由兩端到中心呈現遞減的趨勢且電壓呈現對稱分佈。在液晶透鏡單元L1內由於電壓對稱分佈，液晶分子33在平滑電場的影響下折射率呈現一定的漸變趨勢，因此液晶透鏡3可以具有很好的光學成像性質。通過合適的電壓匹配，得到的液晶透鏡單元L1的光程差分佈會與標準的拋物線透鏡更加的吻合。這樣在實際觀看的過程，明顯的降低串擾現象，減少觀看立體因視差產生的眩暈感覺，提高立體顯示效果和觀看的舒度。在本實施例中，由於液晶透鏡單元L1與液晶透鏡單元L2結構相同，因此，在提及液晶透鏡單元時，僅對液晶透鏡單元L1進行表述，省略對液晶透鏡單元L2的重複性表述，以下相同，在此不再贅述。
如圖10所示，本實施例提供的液晶透鏡3，由於各液晶透鏡單元L1對應有多個第一電極34，相鄰兩個第二電極35之間形成的開口部36與位於液晶透鏡單元L1邊緣處的第一電極34相對，優化液晶透鏡單元L1邊緣處的電場強度分佈，改善位於液晶透鏡單元L1邊緣處的第一電極34附近液晶分子33的偏轉程度，液晶透鏡2的光程差分佈曲線在相 位延遲量的表現更加平滑，明顯降低了液晶透鏡單元L1與液晶透鏡單元L2在交界處出現的串擾現象，提升立體顯示的效果和觀看的舒適度，明顯改善了相鄰液晶透鏡單元L1與液晶透鏡單元L2的在交界處的光程差分佈，優化後的光程差分佈接近於理想拋物線，從而改善採用液晶透鏡3的立體顯示裝置在立體顯示時產生的串擾現象，提高了立體顯示效果和觀看舒適度。
在本實施例中，第一電極34可以採用條形電極，且各個第一電極34的寬度相等。根據液晶透鏡3的設計要求，蝕刻複數等寬度的第一電極34，操作方便，同樣地，還可以根據液晶透鏡3的設計要求，蝕刻複數不等寬度的第一電極34，操作人員可以具體要求，設定第一電極34的寬度。
優選地，當各個第一電極34按照等間距排列時，電壓控制模組控制施加於各個第一電極34上的第一電壓，以使液晶透鏡3在用於立體顯示時，形成規則的梯度折射率透鏡，確保液晶透鏡3的分光作用。當各個第一電極34按照不等間距排列時，電壓控制模組控制施加於各個第一電極34上的第一電壓，以使液晶透鏡3在用於立體顯示時，形成規則的梯度折射率透鏡，確保液晶透鏡3的分光作用。
如圖9所示，本實施例提供的電壓控制模組還用於控制施加位於液晶透鏡單元L1邊緣處的第一電極34的第一電壓，以及第二電極35上的第二電壓，由液晶透鏡單元L1的兩邊緣處至液晶透鏡單元L1的中心處，各個第一電壓的電壓值由大至小，即兩邊緣處第一電極34上的第一電壓的電壓值最大，依次減小，第一電壓與第二電壓之間的電勢差產生電場強度不等的第一電場，在電場的作用下，液晶分子33隨 電場強度的變化發生偏轉，使得第一基板21和第二基板23之間液晶層的折射率呈梯度分佈，形成呈陣列設置的液晶透鏡單元L1，液晶透鏡單元L1對顯示面板的出光進行控制，實現立體顯示。
實施例三
如圖11所示，本發明實施例提供的液晶透鏡4與實施例二提供的液晶透鏡3結構大致相同，液晶透鏡4包括相對設置的第一基板41與第二基板42，第二基板42設置於第一基板41的上方，第一基板41與第二基板42之間設有液晶分子43和間隙子40，第二基板42上設有第二電極45，第一基板41上設有第一電極44，相鄰兩個第二電極45之間形成開口部46。不同之處在於，第一基板41與第一電極44之間設有第三電極47，第三電極47與第一電極44之間設有絕緣層48，各個第一電極44設於絕緣層48上。液晶透鏡4處於3D顯示時，電壓控制模組還用於控制施加於第三電極47上的第三驅動電壓，第二電極45上的第二驅動電壓，各個驅動電壓相互配合，驅動液晶分子43發生偏轉，確保液晶透鏡4用於3D顯示時，呈現標準的立體圖像。並且，在本實施例中，第二電極45為條狀電極，相鄰兩個第二電極45之間形成的開口部46與第一電極44相對，優化液晶透鏡單元邊緣處的電場強度分佈，改善位於液晶透鏡單元L1邊緣處的第一電極44附近液晶分子43的偏轉程度，液晶透鏡4的光程差分佈曲線在相位延遲量的表現更加平滑，明顯降低了液晶透鏡單元邊緣處出現的串擾現象，提升立體顯示的效果和觀看的舒適度，明顯改善了液晶透鏡單元的光程差分佈，優化後的光程差分佈接近於理想拋物線，從而改善採用液晶透鏡4 的立體顯示裝置在立體顯示時產生的串擾現象，提高了立體顯示效果和觀看舒適度。明顯的降低液晶透鏡單元邊緣處出現的串擾現象，提高了觀看的品質。對第二電極45施加第二驅動電壓，對第三電極47施加第三驅動電壓，第二驅動電壓與第三驅動電壓之間的電勢差大於液晶分子43的閥值電壓，這樣在第二電極45和第三電極47間會形成電場強度相等的第二電場，該第二電場使得液晶分子43發生偏轉，偏轉後的液晶分子43與間隙子40之間的折射率差在預設範圍內，滿足預設範圍的條件是間隙子40的折射率與液晶分子43折射率之間的差值小於0.1，此時，液晶分子43的折射率接近於間隙子40的折射率。因此，光線經過液晶分子43和間隙子40時，不會產生光的折射，液晶透鏡4可以改善間隙子40亮點現象。
在本實施方式中，可以優選地設定第三電極47為面電極，面電極是指在第一基板44的表面整體覆蓋導電材料。第三電極47結構簡單，可以提供穩定的第三驅動電壓，這樣，當液晶透鏡2在用於2D顯示時，第二電極45和第三電極47間會形成電場強度相等的第二電場，該第二電場使得液晶分子43發生偏轉，偏轉後的液晶分子43與間隙子40之間的折射率差在預設範圍內，滿足預設範圍的條件是間隙子40的折射率與液晶分子43折射率之間的差值小於0.1，此時，液晶分子43的折射率接近於間隙子40的折射率。因此，光線經過液晶分子43和間隙子40時，不會產生光的折射，液晶透鏡4可以改善間隙子40亮點現象。
實施例四
如圖12所示，本發明提供的液晶透鏡5與實施 例一提供的液晶透鏡2結構大體相同。本實施例提供的液晶透鏡5，包括相對設置的第一基板51與第二基板52，第一基板51與第二基板52之間設有液晶分子53，第一基板51上設有複數第一電極54，在圖12中，各個第一電極54表示為S11，S12，S13，S14，S15，S16，S17，S18，S19，S20，S21，且各個第一電極54彼此間隔設置，第二基板52朝向第一基板51的一側設有複數第二電極55，兩個第二電極55之間形成開口部56，開口部56與第一電極S16相對應，且開口部56的中心線與第一電極S16的中心線在同一直線上，由於開口部56未設置有導電材料，在液晶透鏡單元L1的邊緣處電場的變化就不會過於劇烈進而導致此處的光程差有較大的波動。分別對第一電極54、第二電極55施加電壓，液晶透鏡單元表現出的透鏡光程差與標準的拋物型透鏡重合的比較好。當液晶透鏡5在進行立體顯示時，可以明顯的降低串擾，提升立體圖像顯示的品質。開口部56處的電場曲線便會以較為平緩的狀態靠近有導電材料的區域，優化液晶透鏡單元邊緣處的電場強度分佈，改善位於液晶透鏡單元邊緣處第一電極54附近液晶分子53的偏轉程度，在相位延遲量的表現呈現更加平滑的狀態。這樣，相鄰兩個液晶透鏡單元L1的交界處的電場變化會得到一定程度的改善，並以較為平緩的狀態靠近於第二電極55，避免因電場變化而導致此處的光程差有較大的波動，明顯降低相鄰液晶透鏡單元在交界處產生的串擾現象，提升立體顯示的效果和觀看的舒適度。
在本實施例中，一個第二電極55對應兩個液晶透鏡單元(圖中未示出)，即n=2，第二電極55的寬度小於液晶透鏡單元L1的2倍間距。當然，一個第二電極55覆蓋更 多的液晶透鏡單元，即n>2，第二電極55的寬度M表示為 M<nL，不僅可以解決液晶透鏡單元的邊界處存在的串擾問題，同時降低第二電極55的加工難度，便於操作人員根據實際需求進行設定第二電極55的寬度。
在本實施例中，為進一步提升液晶透鏡5在立體顯示時的顯示品質，每個第二電極55對應至少兩個液晶透鏡單元L1，設定液晶透鏡單元L1的間距為L，設定液晶透鏡單元L1的間距L為位於液晶透鏡單元L1邊緣處的兩個第一電極54的中心線之間的距離。第二電極55的寬度為M， M<nL，其中，n為第二電極55對應液晶透鏡單元L1的數目，n為自然數且n 2。如圖12所示，一個第二電極55對應兩個液晶透鏡單元(圖中未示出)，即n=2，第二電極55的寬度小於液晶透鏡單元L1的2倍間距。當然，一個第二電極55覆蓋更多的液晶透鏡單元，即n>2，第二電極55的寬度M表示為 M<nL，不僅可以解決液晶透鏡單元的邊界處存在的串擾問題，同時降低第二電極55的加工難度，便於操作人員根據實際需求進行設定第二電極55的寬度。開口部56的寬度可以任意設置，皆可解決液晶透鏡單元L1與液晶透鏡單元L2在交界處存在的串擾問題，便於操作人員根據具體情況設定第二電極55的寬度。相鄰兩個第二電極55之間形成的開口部56與位於液晶透鏡單元L1邊緣處的第一電極54相對，優化液晶透鏡單元L1與液晶透鏡單元L2邊緣處的電場強度分佈，改善位於液晶透鏡單元L1邊緣處第一電極54附近液晶分子53的偏轉程度，液晶透鏡5的光程差分佈曲線在相位延遲量的表現更加平滑，降低相鄰液晶透鏡單元L1與液晶透鏡單元L2在交界處出現的串擾現象，提升立體顯示的效果和觀 看的舒適度。同時，為保證液晶透鏡5在立體顯示時，可以正常呈現立體圖像，相鄰兩個第二電極55之間的距離也不能過大，影響液晶透鏡5的正常顯示。
當然，本實施例的技術方案也可基於實施例二的基礎上實現，其實現過程及原理基本相同，在此不再贅述。
在上述實施例中，僅對本發明進行了示範性描述，但是本領域技術人員在閱讀本專利申請後可以在不脫離本發明的精神和範圍的情況下對本發明進行各種修改。
2‧‧‧液晶透鏡
21‧‧‧第一基板
22‧‧‧第二基板
23‧‧‧液晶分子
24‧‧‧第一電極
25‧‧‧第二電極
26‧‧‧開口部
L1、L2‧‧‧液晶透鏡單元

Claims (20)

  1. 一種液晶透鏡，包括相對設置的第一基板與第二基板，以及夾設於第一基板與所述第二基板之間的液晶分子，該第一基板設有複數第一電極，各個第一電極彼此間隔設置，當液晶透鏡用於立體顯示時，第一基板與第二基板之間形成複數結構相同並呈陣列分佈的液晶透鏡單元，相鄰兩個液晶透鏡單元共用一個所述第一電極，其中，該第二基板朝向第一基板的一側設有複數第二電極，該第二電極的延伸方向平行於該第一電極的延伸方向，各個第二電極彼此間隔設置，相鄰兩個第二電極之間形成開口部，該開口部的中心線與其相對應的並位於該液晶透鏡單元邊緣處的第一電極的中心線在同一條直線上。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之液晶透鏡，其中該開口部的寬度大於與其相對應的並位於液晶透鏡單元邊緣處的第一電極的寬度。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之液晶透鏡，其中該開口部的寬度等於與其相對應的並位於該液晶透鏡單元邊緣處的第一電極的寬度。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之液晶透鏡，其中該開口部的寬度小於與其相對應的並位於液晶透鏡單元邊緣處的第一電極的寬度。
  5. 如申請專利範圍第1至第4項所述之液晶透鏡，其中各個第一電極傾斜設置於該第一基板上，該第一電極的延伸方向與該第一電極的排布方向相交，形成夾角。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之液晶透鏡，其中該夾角α，且 600 α800。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之液晶透鏡，其中每個液晶透鏡單元對應一個第二電極，該液晶透鏡單元的中心線與第二電極的中心線在同一條直線上，第二電極的寬度小於液晶透鏡單元的間距。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之液晶透鏡，其中每個第二電極對應有至少兩個液晶透鏡單元。
  9. 如申請專利範圍第7項或第8項所述之液晶透鏡，其中每個液晶透鏡單元對應兩個第一電極。
  10. 如申請專利範圍第7項或第8項所述之液晶透鏡，其中每個液晶透鏡單元對應有m個第一電極，其中，m為自然數，m 3。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之液晶透鏡，其中各個第一電極的寬度相等。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之液晶透鏡，其中各個第一電極按照等間距排列。
  13. 如申請專利範圍第7項或第8項所述之液晶透鏡，其中該第一電極為條形電極，該第一電極沿該第一電極延伸方向的截面形狀為矩形、拱形或鋸齒形。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之液晶透鏡，其中該第二電極為條形 電極，該第二電極沿該第二電極延伸方向的截面形狀為矩形、拱形或鋸齒形。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之液晶透鏡，其中該液晶透鏡單元的間距為L，該第二電極的寬度為M， M<nL，其中，n為該第二電極對應液晶透鏡單元的數目，n為自然數且n 1。
  16. 如申請專利範圍第5項所述之液晶透鏡，還包括電壓控制模組，用於控制施加位於液晶透鏡單元邊緣處的第一電極上的第一驅動電壓、第二電極上的第二驅動電壓，該第一驅動電壓與第二驅動電壓之間的電勢差大於該液晶分子的閾值電壓。
  17. 如申請專利範圍第16項所述之液晶透鏡，其中該電勢差為u 0，該液晶分子的閾值電壓為v th ，且v th <u 0 4v th 。
  18. 如申請專利範圍第16項所述之液晶透鏡，還包括設置於該第一基板與第一電極之間的第三電極，該第三電極與第一電極之間設有絕緣層，各個第一電極設置於絕緣層上，該電壓控制模組還用於控制施加於該第三電極上的第三驅動電壓。
  19. 如申請專利範圍第18項所述之液晶透鏡，其中該第三電極為面電極。
  20. 一種立體顯示裝置，包括顯示面板，還包括如申請專利範圍第1至19項中任一項所述的液晶透鏡，該液晶透鏡設置於該顯示面板的出光側。
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