WO2023122898A1 - 液晶透镜面板和显示装置 - Google Patents

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Abstract

本公开提供了一种液晶透镜面板和显示装置。液晶透镜面板包括相对设置的第一基板(10)、第二基板(20)以及设置在第一基板(10)和第二基板(20)之间的液晶层(30)，第一基板(10)包括设置在第一基底(11)上的第一结构层(12)和设置在第一结构层(12)上的第一取向层(13)，第二基板(20)包括设置在第二基底(21)上的第二结构层(22)和设置在第二结构层(22)上的第二取向层(23)；在平行于液晶透镜面板的平面上，第一取向层(13)和第二取向层(23)中的至少一个包括多个取向区，至少两个取向区的取向预倾角不同。

Description

液晶透镜面板和显示装置 技术领域
本公开涉及但不限于显示技术领域，具体涉及一种液晶透镜面板和显示装置。
背景技术
裸眼三维图形(Three Dimensional，简称3D)显示逐渐成为研究热点，被认为是下一代显示方式。目前，裸眼3D显示的一种实现方式是在显示面板前叠加液晶微透镜阵列，利用透镜的折射实现图像分离，将左眼和右眼对应的图像分别投射在左眼和右眼中，使观者看到3D影像。由于液晶微透镜阵列式裸眼3D显示可以充分利用液晶微透镜阵列的电控变焦特性，成像效果较好，因而能够较好地呈现3D场景内丰富的信息，并具有连续视角和空间深度感，可以较好地符合人眼观看习惯。
发明内容
以下是对本文详细描述的主题的概述。本概述并非是为了限制权利要求的保护范围。
一方面，本公开示例性实施例提供了一种液晶透镜面板，包括相对设置的第一基板、第二基板以及设置在所述第一基板和所述第二基板之间的液晶层，所述第一基板包括设置在第一基底朝向所述第二基板一侧的第一结构层和设置在所述第一结构层远离所述第一基底一侧的第一取向层，所述第二基板包括设置在第二基底朝向所述第一基板一侧的第二结构层和设置在所述第二结构层远离所述第二基底一侧的第二取向层；在平行于液晶透镜面板的平面上，所述第一取向层和所述第二取向层中的至少一个包括多个取向区，至少两个取向区的取向预倾角不同。
在示例性实施方式中，多个取向区包括沿着竖直方向依次设置多个取向 行，多个取向行中至少两个取向行的取向预倾角不同，所述竖直方向是液晶透镜面板被观看者观看时的竖直方向。
在示例性实施方式中，至少两个取向行相对于第一基准线对称设置，所述两个取向行的取向预倾角的绝对值相同；所述第一基准线是沿着水平方向延伸且经过面板中心点的直线，所述面板中心点是液晶透镜面板的几何中心。
在示例性实施方式中，所述取向行的取向预倾角的绝对值与第一距离成正比，所述第一距离是取向行的第一中心线与所述第一基准线之间的距离，所述第一中心线是在竖直方向上平分所述取向行且沿着水平方向延伸的直线。
在示例性实施方式中，位于所述第一基准线上方的取向行的取向预倾角大于0°，位于所述第一基准线下方的取向行的取向预倾角小于0°，位于所述第一基准线上的取向行的取向预倾角为0.1°至1°。
在示例性实施方式中，所述取向预倾角的绝对值小于或等于6°。
在示例性实施方式中，所述第一结构层包括设置在所述第一衬底朝向所述第二基板一侧的第一电极层以及设置在所述第一电极层远离所述第一衬底一侧的第一绝缘层；所述第二结构层包括设置在所述第二衬底朝向所述第一基板一侧的第二电极层；所述第一电极层为条状电极，所述第二电极层为面状电极。
在示例性实施方式中，在平行于液晶透镜面板的平面上，所述第一绝缘层包括规则排布的多个重复单元，至少一个重复单元包括多个绝缘区，至少两个绝缘区的介电常数不同。
在示例性实施方式中，所述重复单元包括第一绝缘区、第二绝缘区和第三绝缘区，所述第一绝缘区被配置在第一波长的光线经过所述液晶层时，对所述第一绝缘区所对应的液晶透镜的色散特性进行补偿，所述第二绝缘区被配置在第二波长的光线经过所述液晶层时，对所述第二绝缘区所对应的液晶透镜的色散特性进行补偿，所述第三绝缘区被配置在第三波长的光线经过所述液晶层时，对所述第三绝缘区所对应的液晶透镜的色散特性进行补偿，使 得三个绝缘区所对应的液晶透镜的焦距相同。
在示例性实施方式中，所述第一波长大于所述第二波长，所述第二波长大于所述第三波长；所述第一绝缘区具有第一介电常数，所述第二绝缘区具有第二介电常数，第三绝缘区具有第三介电常数，所述第一介电常数大于所述第二介电常数，所述第二介电常数大于所述第三介电常数。
在示例性实施方式中，所述第一波长为605nm至700nm，所述第一介电常数为5至6。
在示例性实施方式中，所述第二波长为505nm至600nm，所述第二介电常数为3.0至3.5。
在示例性实施方式中，所述第三波长为400nm至500nm，所述第三介电常数为1.5至2.0。
另一方面，本公开示例性实施例还提供了一种显示装置，包括显示面板和前述的液晶透镜面板。
在示例性实施方式中，所述显示面板包括规则排布的多个像素单元，至少一个像素单元包括出射第一颜色光线的第一子像素、出射第二颜色光线的第二子像素和出射第三颜色光线的第三子像素，所述液晶透镜面板的重复单元中，第一绝缘区与所述第一子像素的位置相对应，第二绝缘区与所述第二子像素的位置相对应，第三绝缘区与所述第三子像素的位置相对应。
在阅读并理解了附图和详细描述后，可以明白其他方面。
附图说明
附图用来提供对本公开技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本公开的实施例一起用于解释本公开的技术方案，并不构成对本公开技术方案的限制。附图中各部件的形状和大小不反映真实比例，目的只是示意说明本公开内容。
图1为一种显示装置的结构示意图；
图2为一种液晶显示面板的结构示意图；
图3为一种液晶显示面板的平面结构示意图；
图4为一种液晶显示面板的剖面结构示意图；
图5为一种液晶透镜面板的结构示意图；
图6为一种液晶透镜面板的工作示意图；
图7为一种竖直视角特性的示意图；
图8为本公开示例性实施例一种液晶透镜面板的结构示意图；
图9为本公开示例性实施例一种多个取向行的结构示意图；
图10为本公开示例性实施例液晶分子的预倾角的示意图；
图11为本公开示例性实施例第一绝缘层的平面结构示意图；
图12为液晶透镜等效面型的仿真结果示意图；
图13为本公开示例性实施例像素岛与透镜对应位置的示意图。
附图标记说明:
10—第一基板；         11—第一基底；         12—第一结构层；
13—第一取向层；       20—第二基板；         21—第二基底；
22—第二结构层；       23—第二取向层；       30—液晶层；
31—第一取向行；       32—第二取向行；       33—第三取向行；
34—第四取向行；       35—第五取向行；       60—重复单元；
70—像素岛；           80—柱状透镜；         100—显示面板；
121—第一电极层；      122—第一绝缘；        131—第一绝缘区；
132—第二绝缘区；      133—第三绝缘区；      200—液晶透镜面板；
221—第二电极层；      301—阵列基板；        302—彩膜基板；
303—显示液晶层。
具体实施方式
为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本公开的实施例进行详细说明。注意，实施方式可以以多个不同形式来实 施。所属技术领域的普通技术人员可以很容易地理解一个事实，就是方式和内容可以在不脱离本公开的宗旨及其范围的条件下被变换为各种各样的形式。因此，本公开不应该被解释为仅限定在下面的实施方式所记载的内容中。在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。为了保持本公开实施例的以下说明清楚且简明，本公开省略了部分已知功能和已知部件的详细说明。本公开实施例附图只涉及到与本公开实施例涉及到的结构，其他结构可参考通常设计
本公开中的附图比例可以作为实际工艺中的参考，但不限于此。例如：沟道的宽长比、各个膜层的厚度和间距、各个信号线的宽度和间距，可以根据实际需要进行调整。显示基板中像素的个数和每个像素中子像素的个数也不是限定为图中所示的数量，本公开中所描述的附图仅是结构示意图，本公开的一个方式不局限于附图所示的形状或数值等。
本说明书中的“第一”、“第二”、“第三”等序数词是为了避免构成要素的混同而设置，而不是为了在数量方面上进行限定的。
在本说明书中，为了方便起见，使用“中部”、“上”、“下”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示方位或位置关系的词句以参照附图说明构成要素的位置关系，仅是为了便于描述本说明书和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开的限制。构成要素的位置关系根据描述各构成要素的方向适当地改变。因此，不局限于在说明书中说明的词句，根据情况可以适当地更换。
在本说明书中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解。例如，可以是固定连接，或可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或通过中间件间接相连，或两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义。
在本说明书中，晶体管是指至少包括栅电极、漏电极以及源电极这三个端子的元件。晶体管在漏电极(漏电极端子、漏区域或漏电极)与源电极(源电极端子、源区域或源电极)之间具有沟道区域，并且电流能够流过漏电 极、沟道区域以及源电极。注意，在本说明书中，沟道区域是指电流主要流过的区域。
在本说明书中，第一极可以为漏电极、第二极可以为源电极，或者第一极可以为源电极、第二极可以为漏电极。在使用极性相反的晶体管的情况或电路工作中的电流方向变化的情况等下，“源电极”及“漏电极”的功能有时互相调换。因此，在本说明书中，“源电极”和“漏电极”可以互相调换。
在本说明书中，“电连接”包括构成要素通过具有某种电作用的元件连接在一起的情况。“具有某种电作用的元件”只要可以进行连接的构成要素间的电信号的授受，就对其没有特别的限制。“具有某种电作用的元件”的例子不仅包括电极和布线，而且还包括晶体管等开关元件、电阻器、电感器、电容器、其它具有各种功能的元件等。
在本说明书中，“平行”是指两条直线形成的角度为-10°以上且10°以下的状态，因此，也包括该角度为-5°以上且5°以下的状态。另外，“垂直”是指两条直线形成的角度为80°以上且100°以下的状态，因此，也包括85°以上且95°以下的角度的状态。
在本说明书中，“膜”和“层”可以相互调换。例如，有时可以将“导电层”换成为“导电膜”。与此同样，有时可以将“绝缘膜”换成为“绝缘层”。
在本说明书中，所采用的“同层设置”是指两种(或两种以上)结构通过同一次图案化工艺得以图案化而形成的结构，它们的材料可以相同或不同。例如，形成同层设置的多种结构的前驱体的材料是相同的，最终形成的材料可以相同或不同。
本说明书中三角形、矩形、梯形、五边形或六边形等并非严格意义上的，可以是近似三角形、矩形、梯形、五边形或六边形等，可以存在公差导致的一些小变形，可以存在导角、弧边以及变形等。
本公开中的“约”，是指不严格限定界限，允许工艺和测量误差范围内的数值。
图1为一种显示装置的结构示意图。如图1所示，显示装置可以包括显示面板100和设置在显示面板100出光侧的液晶透镜面板200，显示面板100 被配置为进行图像显示，液晶透镜面板200被配置为对显示面板100出射的光线按照设定的模式进行调制，实现2D显示或者3D显示。
在示例性实施方式中，显示装置可以实现第一模式显示和第二模式显示。在第一模式显示时，液晶透镜面板200不对显示面板100出射的光线进行调制，使得显示装置实现2D显示。在第二模式显示时，液晶透镜面板200对显示面板100出射的光线进行路径或相位等进行调制，使得显示装置实现3D显示。这种基于模式的选择性调制，可以使得显示装置可以实现2D显示和3D显示的切换。
在示例性实施方式中，显示面板可以是自发光显示面板，或者可以是包括背光模组的非自发光显示面板。显示面板可以包括如下的任意一种或多种：液晶显示面板(Liquid Crystal Display，简称LCD)，有机发光二极管显示面板(Organic Light Emitting Diode，简称OLED)，发光二极管显示面板(Light Emitting Diode，简称LED)，无机电致发光显示面板(Electro Luminescent display，简称EL)，场致发射显示面板(Field Emission Display，简称FED)，表面传导电子发射显示面板(Surface-conduction Electron-emitter Display，简称SED)，等离子显示面板(Plasma Display Panel，简称PDP)，电泳显示面板(Electro Phoretic Display，简称EPD)。
图2为一种液晶显示面板的结构示意图。如图2所示，在示例性实施方式中，液晶显示面板可以包括显示区域和边框区域，显示区域可以包括多条栅线(S1到Sm)和多条数据线(D1到Dn)，多条栅线可以沿着水平方向延伸并沿着竖直方向依次设置，多条数据线可以沿着竖直方向延伸并沿着水平方向依次设置，相互交叉的多条栅线和多条数据线限定出规则排布的多个子像素Pxij，m、n、i和j可以是自然数。在示例性实施方式中，至少一个子像素Pxij可以包括薄膜晶体管、像素电极和公共电极，薄膜晶体管分别与栅线、数据线和像素电极连接。
在示例性实施方式中，显示区域还可以包括多条公共电极线(E1到Eo)，多条公共电极线可以沿着水平方向延伸并沿着竖直方向依次设置，多条公共电极线与多个子像素Pxij中的公共电极对应连接。
在示例性实施方式中，多条栅线被引出到边框区域，并与扫描驱动器连 接，多条数据线被引出到边框区域，并与数据驱动器连接，扫描驱动器和数据驱动器的至少一部分可以形成在基板上。
在示例性实施方式中，外部控制装置(如时序控制器)可以将适合于数据驱动器的规格的灰度值和控制信号提供到数据驱动器，数据驱动器可以利用接收的灰度值和控制信号来产生将提供到数据信号线D1、D2、D3、……和Dn的数据电压。例如，数据驱动器可以利用时钟信号对灰度值进行采样，并且以像素行为单位将与灰度值对应的数据电压施加到数据信号线D1至Dn。外部控制装置可以将适合于扫描驱动器的规格的时钟信号、扫描起始信号等提供到扫描驱动器，扫描驱动器可以利用时钟信号、扫描起始信号等来产生将提供到扫描信号线S1、S2、S3、……和Sm的扫描信号。例如，扫描驱动器可以将具有导通电平脉冲的扫描信号顺序地提供到扫描信号线S1至Sm。例如，扫描驱动器可以被构造为移位寄存器的形式，并且可以以在时钟信号的控制下顺序地将以导通电平脉冲形式提供的扫描起始信号传输到下一级电路的方式产生扫描信号。
图3为一种液晶显示面板的平面结构示意图。如图3所示，显示面板可以包括规则排布的多个像素单元P，多个像素单元P的至少一个可以包括出射第一颜色光线的第一子像素P1、出射第二颜色光线的第二子像素P2和出射第三颜色光线的第三子像素P3，三个子像素可以均包括薄膜晶体管、像素电极和公共电极。在示例性实施方式中，第一子像素P1可以是出射红色(R)光线的红色子像素，第二子像素P2可以是出射绿色(G)光线的绿色子像素，第三子像素P3可以是出射蓝色(B)光线的蓝色子像素，像素单元中子像素的形状可以是矩形状、菱形、五边形或六边形等，像素单元中子像素可以采用水平并列、竖直并列或品字方式排列，本公开在此不做限定。在示例性实施方式中，像素单元可以包括四个子像素，本公开在此不做限定。
图4为一种液晶显示面板的剖面结构示意图。如图4所示，液晶显示面板可以包括对盒(CELL)的薄膜晶体管(Thin Film Transistor，简称TFT)阵列基板301和彩膜(Color Filter，简称CF)基板302，以及设置在阵列基板301和彩膜基板302之间的显示液晶(Liquid Crystal，简称LC)层303，通过控制公共电极和像素电极来形成驱动液晶偏转的电场，实现灰阶显示。 在示例性实施方式中，液晶显示面板按照显示模式可以分为扭曲向列(Twisted Nematic，TN)显示模式、垂直取向(Vertical Alignment，简称VA)显示模式、平面转换(In Plane Switching，IPS)显示模式、边缘场开关(Fringe Field Switching，FFS)显示模式和高级超维场转换(Advanced Super Dimension Switch，ADS)显示模式等。对于水平电场型的ADS显示模式，阵列基板301可以包括栅线、数据线、薄膜晶体管、像素电极和公共电极，彩膜基板302可以包括黑矩阵和滤光层。
在示例性实施方式中，液晶面板还可以包括第一偏振片、第二偏振片和背光源，第一偏振片可以设置在阵列基板301远离彩膜基板302的一侧，第二偏振片可以设置在彩膜基板302远离阵列基板301的一侧，第一偏振片的光透过轴与第二偏振片的光透过轴相互垂直，背光源发出的光线依次经由第一偏振片、阵列基板、液晶层、彩膜基板和第二偏振片射出。在不加电压的情况下，液晶层对光线没有扭曲作用，经过第一偏振片和液晶层后光线的偏振方向与第二偏振片的光透过轴方向垂直，光线不能透过，从而显示暗画面，显示面板处于暗态。在加电压的情况下，液晶分子旋转从而扭曲光线，改变了光线的偏振方向，使得光线可以通过第二偏振片射出，从而显示亮画面，显示面板处于亮态。
图5为一种液晶透镜面板的结构示意图。如图5所示，液晶透镜面板可以包括相对设置的第一基板10和第二基板20，以及设置在第一基板10和第二基板20之间的液晶层30。在示例性实施方式中，第一基板10可以包括设置在第一衬底上的第一电极层和第一取向层，第二基板20可以包括设置在第二衬底上的第二电极层和第二取向层。第一电极层和第二电极层分别被配置为在第一电极层和第二电极层之间形成预定的电场，使得液晶层30形成液晶透镜。第一取向层和第二取向层分别设置在液晶层30的两侧，被配置为使得液晶层30中的液晶分子具有初始姿态。
图6为一种液晶透镜面板的工作示意图。通过在第一电极层和第二电极层上施加相应的电压，使得液晶层中不同位置的液晶分子的偏转程度不同，形成液晶透镜以改变光线透过液晶层后的传播方向。
在示例性实施方式中，液晶层中的液晶分子具有光学双折射特性，即液晶分子在光学上具有两种折射率，包括针对长轴方向光的寻常光线(ordinary ray)折射率no和针对短轴方向光的非常光线(extraordinary ray)折射率ne，寻常光线折射率no可以小于非常光线折射率ne。例如，液晶分子的寻常光线曲折率no可以约为1.5左右，而液晶分子的非常光线折射率ne可以约为1.7左右。因此，若使液晶分子水平地排列，液晶层具有非常光线折射率ne，其折射率相对较大，若液晶分子旋转到垂直方向，液晶层具有寻常光线折射率no，其折射率相对变小。由于光线在折射率较大的物质里的传播速度较慢，在折射率较小的物质里的传播速度较快，因而光线在折射率不同的液晶层中传播时，光线路径会从折射率较低的液晶区域向折射率较高的液晶区域弯曲，呈现如图6所示的光线传播路径。
在示例性实施方式中，图6所示的光线传播路径与光线透过凸透镜的光线传播路径基本上类似，液晶层具有类似于凸透镜的光学特性。如图6所示，来自显示面板的光线经过液晶透镜面板的左侧区域后，光线的光路径会被调制成向右侧弯曲，进入观看者的右眼E1，来自显示面板的光线经过液晶透镜面板的右侧区域后，光线的光路径会被调制成向左侧弯曲，进入观看者的左眼E2，因而观看者可以观看到三维影像。
研究发现，现有结构的液晶透镜面板中，视角特性会导致成像效果下降。视角特性是指观看者的观看位置位于面板中心视线上时，观看者观看面板边缘位置的视线与面板中心视线形成了一定的夹角，面板中心视线是垂直于面板平面且经过面板中心点的直线，面板中心点可以是液晶透镜面板的几何中心。
图7为一种竖直视角特性的示意图，以观看者的眼睛E位于液晶透镜面板200的中心视线O上为例。当观看者观看面板中心点位置的图像时，观看者的视线与面板中心视线O重叠，因而观看者观看图像的视角为0，不存在视角特性。当观看者观看面板竖直方向Y的上下边缘位置的图像时，观看者的视线与面板中心视线O具有夹角α，因而观看者观看面板上下边缘位置的图像具有竖直视角α，如图7所示。随着面板尺寸的增大，竖直视角会不断增大，由于液晶透镜的焦距是按照视角为0°情况设计的，当竖直视角较大 时，相同排列状态的液晶会表现出不同的折射率，使得大视角下液晶透镜的焦距出现较大偏差，液晶透镜的等效面型发生较大形变，与初始设计的焦距和等效面型偏离较大，因而导致3D成像效果变差。
本公开中，竖直方向Y是指液晶透镜面板被观看者的眼睛E观看时，液晶透镜面板从上到下或者从下到上的竖直方向，水平方向X是指液晶透镜面板被观看者的眼睛E观看时，液晶透镜面板从左到右或者从右到左的水平方向，观看方向Z是垂直于液晶透镜面板平面的方向。
本公开示例性实施例提供了一种液晶透镜面板，包括相对设置的第一基板、第二基板以及设置在所述第一基板和所述第二基板之间的液晶层，所述第一基板包括设置在第一基底朝向所述第二基板一侧的第一结构层和设置在所述第一结构层远离所述第一基底一侧的第一取向层，所述第二基板包括设置在第二基底朝向所述第一基板一侧的第二结构层和设置在所述第二结构层远离所述第二基底一侧的第二取向层；在平行于液晶透镜面板的平面上，所述第一取向层和所述第二取向层中的至少一个包括多个取向区，至少两个取向区的取向预倾角不同。
在示例性实施方式中，多个取向区包括沿着竖直方向依次设置多个取向行，多个取向行中至少两个取向行的取向预倾角不同，所述竖直方向是液晶透镜面板被观看者观看时的竖直方向。
在示例性实施方式中，所述第一结构层包括设置在所述第一衬底朝向所述第二基板一侧的第一电极层以及设置在所述第一电极层远离所述第一衬底一侧的第一绝缘层；所述第二结构层包括设置在所述第二衬底朝向所述第一基板一侧的第二电极层；所述第一电极层为条状电极，所述第二电极层为面状电极。
在示例性实施方式中，在平行于液晶透镜面板的平面上，所述第一绝缘层包括规则排布的多个重复单元，至少一个重复单元包括多个绝缘区，至少两个绝缘区的介电常数不同。
图8为本公开示例性实施例一种液晶透镜面板的结构示意图。如图8所示，液晶透镜面板可以包括相对设置的第一基板10和第二基板20，以及设 置在第一基板10和第二基板20之间的液晶层30。第一基板10可以包括第一基底11、设置在第一基底11朝向第二基板20一侧的第一结构层12和设置在第一结构层12远离第一基底11一侧的第一取向层13，第二基板20可以包括第二基底21、设置在第二基底21朝向第一基板10一侧的第二结构层22和设置在第二结构层22远离第二基底21一侧的第二取向层23。
在示例性实施方式中，第一结构层12可以包括设置在第一基底11朝向第二基板20一侧的第一电极层121和设置在第一电极层121远离第一基底11一侧的第一绝缘122，第一取向层13设置在第一绝缘122远离第一基底11的一侧。
在示例性实施方式中，第二结构层22可以包括设置在第二基底21朝向第一基板10一侧的第二电极层221，第二取向层23设置在第二结构层22远离第二基底21的一侧。
在示例性实施方式中，第一电极层121可以为条状电极，第二电极层221可以为面状电极(whole surface)。第一电极层121和第二电极层221被配置为在第一电极层121和第二电极层221之间形成预定的电场，使得液晶层30形成液晶透镜。
在示例性实施方式中，第一电极层121和第二电极层221可以采用氧化铟锡(Indium Tin Oxide，简称ITO)、氧化铟锌(Indium Zinc Oxide，简称IZO)、氧化锌(ZincOxide，简称ZO)、氧化铟(Indium Oxide，简称IO)、氧化钛(Titanium Oxide，简称TiO)等透明导电材料。在一些可能的示例性实施方式中，第一电极层121和第二电极层221可以采用碳纳米管(Carbon Nanotube)、金属纳米线(metal nanowire)、导电性高分子(Conductive Polymer)等材料，第一电极层121和第二电极层221可以采用相同的材料，或者可以采用不同的材料，本公开在此不做限定。
在示例性实施方式中，第一绝缘层122可以采用硅氧化物SiOx、硅氮化物SiNx或氮氧化硅SiON等，可以是单层结构，或者可以是多层复合结构。在示例性实施方式中，第一绝缘层可以称为钝化(PVX)层。
在示例性实施方式中，第一取向层13和第二取向层23分别设置在液晶层30的两侧，被配置为使得液晶层30中的液晶分子具有初始姿态，初始姿态可以至少包括取向预倾角。
在示例性实施方式中，第一取向层13和第二取向层23可以通过摩擦处理实现取向预倾角，第一取向层13和第二取向层23可以采用聚酰亚胺(PI)，具有化学稳定性好、力学性能优良、绝缘性好、耐高温、抗辐射等优点。在一些可能的示例性实施方式中，第一取向层13和第二取向层23可以通过光配向(Optical Alignment，简称OA)处理实现取向预倾角，本公开在此不做限定。
在示例性实施方式中，在平行于液晶透镜面板的平面上，第一取向层13和第二取向层23中的至少一个可以包括多个取向行，至少两个取向行的取向预倾角不同。
图9为本公开示例性实施例一种多个取向行的结构示意图，示意了5个取向行的结构。如图9所示，多个取向行可以包括沿着竖直方向Y依次设置第一取向行31、第二取向行32、第三取向行33、第四取向行34和第五取向行35，每个取向行均为沿着水平方向X延伸的条形状。
在示例性实施方式中，至少两个取向行可以相对于第一基准线O1对称设置，第一基准线O1可以是沿着水平方向X延伸且经过面板中心点的直线，面板中心点是液晶透镜面板的几何中心。例如，相对于第一基准线O1，第一取向行31和第五取向行35的位置和几何参数可以镜像对称。又如，相对于第一基准线O1，第二取向行32和第四取向行34的位置和几何参数可以镜像对称。再如，第三取向行33可以相对于第一基准线O1对称设置，第三取向行33的第一中心线M1可以与第一基准线O1重叠，第一中心线M1是在竖直方向Y上平分取向行且沿着水平方向X延伸的直线。
在示例性实施方式中，相对于第一基准线O1对称设置的两个取向行的取向预倾角的绝对值可以相同。例如，第一取向行31和第五取向行35相对于第一基准线O1镜像对称，第一取向行31的取向预倾角可以为5°，第五取向行35的取向预倾角可以为-5°，两者的取向预倾角的绝对值相同。本公开 中，取向预倾角的绝对值相同并不严格按照完全相等，可以存在一定的公差范围，例如，公差范围为±20％以内。
在示例性实施方式中，取向行的取向预倾角的绝对值与第一距离L1成正比，第一距离L1是取向行的第一中心线M1与第一基准线O1之间的距离，为竖直方向Y上的尺寸。例如，第一取向行31的第一距离大于第二取向行32的第一距离，第一取向行31的取向预倾角的绝对值大于第二取向行32的取向预倾角的绝对值。又如，第五取向行35的第一距离大于第四取向行34的第一距离，第五取向行35的取向预倾角的绝对值大于第四取向行34的取向预倾角的绝对值。
在示例性实施方式中，以第一基准线O1作为分类依据，沿着竖直方向Y依次排列的多个取向行可以被划分为位于第一基准线O1上方的取向行和位于第一基准线O1下方的取向行。例如，第一取向行31和第二取向行32为位于第一基准线O1上方的取向行，上述两个取向行的全部区域均位于第一基准线O1的上方。又如，第四取向行34和第五取向行35为位于第一基准线O1下方的取向行，上述两个取向行的全部区域均位于第一基准线O1的下方。
在示例性实施方式中，位于第一基准线O1上方的取向行的取向预倾角可以大于0°，位于第一基准线O1下方的取向行的取向预倾角可以小于0°。例如，第一取向行31的取向预倾角可以为5°，第五取向行35的取向预倾角可以为-5°。又如，第二取向行32的取向预倾角可以为2.5°，第四取向行34的取向预倾角可以为-2.5°。
在示例性实施方式中，多个取向行还可以被划分为位于中部区域的取向行，位于中部区域的取向行在液晶透镜面板平面上的正投影与第一基准线O1在液晶透镜面板平面上的正投影至少部分交叠。例如，第三取向行33为位于中部区域的取向行。
在示例性实施方式中，位于中部区域的取向行的取向预倾角可以约为0.1°至1°。例如，位于中部区域的取向行的取向预倾角可以约为0.1°。
在示例性实施方式中，当取向行的数量为偶数时，偶数个取向行可以包括位于第一基准线O1上方的取向行和位于第一基准线O1下方的取向行。当取向行的数量为奇数时，奇数个取向行可以包括位于第一基准线O1上方的取向行、位于第一基准线O1下方的取向行和位于中部区域的取向行。
在示例性实施方式中，取向预倾角的绝对值可以小于或等于6°。
在示例性实施方式中，第一取向行31的取向预倾角可以约为4°至6°，第二取向行32的取向预倾角可以约为2°至3°，第三取向行33的取向预倾角可以约为0.1°至1°，第四取向行34的取向预倾角可以约为-2°至-3°，第五取向行35的取向预倾角可以约为-4°至-6°。例如，第一取向行31的取向预倾角可以约为5°，第二取向行32的取向预倾角可以约为2.5°，第三取向行33的取向预倾角可以约为0.1°，第四取向行34的取向预倾角可以约为-2.5°，第五取向行35的取向预倾角可以约为-5°。
在示例性实施方式中，取向行的数量可以约为2个至10个。
图10为本公开示例性实施例液晶分子的预倾角的示意图。如图10所示，对于经过摩擦处理或者光配向处理的第一取向层和第二取向层，液晶层中的液晶分子在不加电的初始状态将按照取向层的取向预倾角排布，液晶分子的光轴A1与液晶透镜面板平面(XY平面)具有一个倾角γ，倾角γ称为液晶分子的预倾角。
如图7和图9所示，以13.5英寸(inch)尺寸的液晶透镜面板、540mm观看距离为例。对于取向层没有分区的现有液晶透镜面板，当观看者观看面板中心点(观看者的视线与面板中心视线O重叠时)，液晶透镜的焦距为726.61μm，当观看者观看面板上方边缘时(观看者的视线与面板中心视线O具有夹角α)，液晶透镜的焦距为688.20μm，当观看者观看面板下方边缘时(观看者的视线与面板中心视线O具有夹角-α)，液晶透镜的焦距为787.71μm。由于观看者观看面板上方边缘时液晶透镜焦距减少，观看者观看面板下方边缘时液晶透镜焦距增大，且与观看者观看面板中心点时液晶透镜焦距差距很大，因而导致3D成像效果变差。本公开示例性实施例所提供的液晶透镜面板，对取向层进行分区设计，通过增加预倾角(正值)增大液晶透镜的焦距，通过减小预倾角(负值)减小液晶透镜的焦距，补偿了较大的 竖直视角下液晶透镜的焦距，有效减小了较大的竖直视角下液晶透镜的焦距与初始设计的焦距的偏离，有效提高了3D成像效果。
仿真试验表明，当面板上方边缘处的液晶分子具有5°左右的预倾角、面板下方边缘处的液晶分子具有-5°左右的预倾角时，观看者观看面板上方边缘时液晶透镜的焦距优化为723.1μm，观看者观看面板下方边缘时液晶透镜的焦距优化为729.90μm，优化后的焦距与初始设计的焦距仅为3.29μm左右，在误差允许范围内。由此可以看出，本公开通过对取向层进行预倾角分区优化，可以有效改善竖直方向上因液晶视角特性导致的透镜焦距偏差，可以有效提高3D成像效果。
在示例性实施方式中，液晶层采用正性液晶。本公开所涉及的增加预倾角增大焦距和减小预倾角减小焦距中，具体的数值关系与液晶材料的性质以及液晶透镜的规格有关系，可以根据实际情况通过仿真计算获得。
液晶材料具有波长分散性，不同波长的光线在液晶层中传播时具有不同的折射率。例如，某液晶材料对于波长436nm光线的折射率为：n o＝1.5405，n e＝1.9195；某液晶材料对于波长546nm的折射率为：n o＝1.5263，n e＝1.8319；某液晶材料对于波长680nm的折射率为：n o＝1.5132，n e＝1.7919。液晶透镜的等效焦距是与折射率成正比的，对于不同波长的光线，液晶透镜的焦距不同，波长越大，液晶透镜的焦距越大。当以波长546nm(绿光)为中心波长进行液晶透镜设计时，设计焦距约为725μm，实际焦距约为731.1μm。但该液晶透镜在波长450nm(蓝光)时，实际焦距约为606.2μm，在波长650nm(红光)时，实际焦距约为790.5μm。由于不同波长的光线经过液晶透镜时偏折情况不同，在空间传播时不再平行，且液晶透镜具有不同的焦距，因而不同波长的光线经过液晶透镜后不能汇聚到同一点(称为液晶透镜的色散特性)，导致显示画面色分离，甚至导致观看到的图像发生错乱。
在示例性实施方式中，在平行于液晶透镜面板的平面上，第一绝缘层可以包括规则排布的多个重复单元，至少一个重复单元可以包括多个绝缘区，至少两个绝缘区的介电常数(permittivity)不同。
图11为本公开示例性实施例第一绝缘层的平面结构示意图。如图11所示，在平行于液晶透镜面板的平面上，第一绝缘层可以包括规则排布的多个 重复单元60，至少一个重复单元60可以包括第一绝缘区131、第二绝缘区132和第三绝缘区133。
在示例性实施方式中，第一绝缘区131被配置为当第一波长的光线经过液晶层时，对第一绝缘区131所对应的液晶透镜的色散特性进行补偿，第二绝缘区132被配置为当第二波长的光线经过液晶层时，对第二绝缘区132所对应的液晶透镜的色散特性进行补偿，第三绝缘区133被配置为当第三波长的光线经过液晶层时，对第三绝缘区133所对应的液晶透镜的色散特性进行补偿，使得三个绝缘区所对应的液晶透镜的焦距基本上相同，三个波长的光线经过液晶透镜后可以汇聚到空间同一点。
在示例性实施方式中，第一绝缘层的第一绝缘区具有第一介电常数，第一绝缘层的第二绝缘区具有第二介电常数，第一绝缘层的第三绝缘区具有第三介电常数，第一介电常数、第二介电常数和第三介电常数不同。
在示例性实施方式中，第一波长可以大于第二波长，第一介电常数可以大于第二介电常数。
在示例性实施方式中，第二波长可以大于第三波长，第二介电常数可以大于第三介电常数。
在示例性实施方式中，第一波长可以约为605nm至700nm，第二波长可以约为505nm至600nm，第三波长可以约为400nm至500nm。
在示例性实施方式中，第一介电常数可以约为5至6。例如，对于中心波长为650nm左右，采用第一介电常数约为5.5左右的第一绝缘区，可以将焦距从790.5μm补偿至725μm左右。
在示例性实施方式中，第二介电常数可以约为3.0至3.5。例如，对于中心波长为550nm左右，采用第二介电常数约为3.2左右的第二绝缘区，可以实现焦距为725μm左右。
在示例性实施方式中，第三介电常数可以约为1.5至2.0。例如，对于中心波长为450nm左右，采用第三介电常数约为1.7左右的第三绝缘区，可以将焦距从606.2μm补偿至725μm左右。
在示例性实施方式中，第一绝缘层的厚度可以约为1.0μm至2.0μm。例如，第一绝缘层的厚度可以约为1.4μm。
在示例性实施方式中，绝缘层对电压的削减作用还与绝缘层的厚度有关，绝缘层的厚度越大，绝缘层对电压的削减作用越大，因而实现相同的削减效果时，较厚的绝缘层作用下可以减小介电常数的变化量。
本公开通过在第一绝缘层上进行分区设置，不同的绝缘区对应透过不同波长的光线，不同绝缘区的材料具有不同的介电系数，利用不同的介电系数调整实际作用于液晶层的电压，使得三个绝缘区所对应的液晶透镜的焦距均为设计值，三个波长的光线经过液晶透镜后可以汇聚到空间同一点，从而实现对液晶透镜色散特性的补偿。
图12为液晶透镜等效面型的仿真结果示意图，以波长450nm光线为例。如图12所示，对于第一绝缘层没有进行分区的现有方案，液晶透镜的实际焦距约为606.2μm，且液晶透镜的等效面型与理想面型的偏差约为18.36％，超过了允许范围。对于本公开第一绝缘层进行分区的方案，通过改变波长450nm光线对应绝缘区的介电系数，在不改变其它结构的情况下，液晶透镜的焦距被补偿到725.16μm，且液晶透镜的等效面型与理想面型的偏差下降到9.17％。
在示例性实施方式中，第一绝缘层上形成多个绝缘区可以通过图案化工艺实现。例如，可以通过第一次图案化工艺形成具有第一介电常数的第一绝缘区图案，通过第二次图案化工艺形成具有第二介电常数的第二绝缘区图案，通过第三次图案化工艺形成具有第三介电常数的第三绝缘区图案。
通过本公开示例性实施例显示面板的结构可以看出，本公开创新性地提出了复合分区方案，竖直方向视角特性按取向预倾角进行分区，不同分区的取向预倾角不同，色散特性按波长进行分区，不同分区的介电系数不同，有效提高了基于液晶透镜的3D显示成像效果，提高了显示质量和品质。对于按取向预倾角进行分区，通过增加预倾角增大液晶透镜的焦距，通过减小预倾角减小液晶透镜的焦距，补偿了较大的竖直视角下液晶透镜的焦距，有效减小了较大的竖直视角下液晶透镜的焦距与初始设计的焦距的偏离。对于按波长进行分区，不同的绝缘区对应透过不同波长的光线，不同绝缘区的材料具有不同的介电系数，利用不同的介电系数调整实际作用于液晶层的电压， 使得三个绝缘区所对应的液晶透镜的焦距均为设计值，三个波长的光线经过液晶透镜后可以汇聚到空间同一点，从而实现对液晶透镜色散特性的补偿。此外，本公开示例性实施例液晶透镜面板的制备可以利用成熟的制备设备即可实现，对工艺改进较小，兼容性高，工艺实现简单，材料来源广泛并且成本低廉，易于实施，具有良好的应用前景。
本公开示例性实施例还提供了一种显示装置，包括显示面板和前述的液晶透镜面板，液晶透镜面板设置在显示面板的出光侧。
在示例性实施方式中，显示面板可以包括多个像素岛，至少一个像素岛可以包括至少一个像素单元，至少一个像素单元可以包括出射红色光线的第一子像素P1、出射绿色光线的第二子像素P2和出射蓝色光线的第三子像素P3。
在示例性实施方式中，液晶透镜面板上第一绝缘层的多个重复单元的位置可以与显示面板上的多个像素单元的位置一一对应。重复单元中第一绝缘区的位置和形状可以与像素单元中第一子像素的位置和形状一一对应，使得第一子像素出射的红色光线仅透过第一绝缘区。重复单元中第二绝缘区的位置和形状可以与像素单元中第二子像素的位置和形状一一对应，使得第二子像素出射的绿色光线仅透过第二绝缘区。重复单元中第三绝缘区的位置和形状可以与像素单元中第三子像素的位置和形状一一对应，使得第三子像素出射的蓝色光线仅透过第三绝缘区。
图13为本公开示例性实施例像素岛与透镜对应位置的示意图。如图13所示，显示面板可以包括多个像素岛70，每个像素岛70可以包括三个像素单元列，每个像素单元列可以包括在竖直方向Y周期性排布的第一子像素P1、第二子像素P2和第三子像素P3。液晶透镜面板所形成的液晶透镜为沿着竖直方向Y延伸的柱状透镜80，每个柱状透镜80的位置与每个像素岛70的位置一一对应，即每个像素岛70中的第一子像素P1、第二子像素P2和第三子像素P3对应同一个柱状的液晶透镜。
在示例性实施方式中，显示装置可以是手机、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。
虽然本公开所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本公开而采用的实施方式，并非用以限定本公开。任何本公开所属领域内的技术人员，在不脱离本公开所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本申请的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (15)

  1. 一种液晶透镜面板，包括相对设置的第一基板、第二基板以及设置在所述第一基板和所述第二基板之间的液晶层，所述第一基板包括设置在第一基底朝向所述第二基板一侧的第一结构层和设置在所述第一结构层远离所述第一基底一侧的第一取向层，所述第二基板包括设置在第二基底朝向所述第一基板一侧的第二结构层和设置在所述第二结构层远离所述第二基底一侧的第二取向层；在平行于液晶透镜面板的平面上，所述第一取向层和所述第二取向层中的至少一个包括多个取向区，至少两个取向区的取向预倾角不同。
  2. 根据权利要求1所述的液晶透镜面板，其中，多个取向区包括沿着竖直方向依次设置多个取向行，多个取向行中至少两个取向行的取向预倾角不同，所述竖直方向是液晶透镜面板被观看者观看时的竖直方向。
  3. 根据权利要求2所述的液晶透镜面板，其中，至少两个取向行相对于第一基准线对称设置，所述两个取向行的取向预倾角的绝对值相同；所述第一基准线是沿着水平方向延伸且经过面板中心点的直线，所述面板中心点是液晶透镜面板的几何中心。
  4. 根据权利要求3所述的液晶透镜面板，其中，所述取向行的取向预倾角的绝对值与第一距离成正比，所述第一距离是取向行的第一中心线与所述第一基准线之间的距离，所述第一中心线是在竖直方向上平分所述取向行且沿着水平方向延伸的直线。
  5. 根据权利要求3所述的液晶透镜面板，其中，位于所述第一基准线上方的取向行的取向预倾角大于0°，位于所述第一基准线下方的取向行的取向预倾角小于0°，位于所述第一基准线上的取向行的取向预倾角为0.1°至1°。
  6. 根据权利要求2所述的液晶透镜面板，其中，所述取向预倾角的绝对值小于或等于6°。
  7. 根据权利要求1至6任一所述的液晶透镜面板，其中，所述第一结构层包括设置在所述第一衬底朝向所述第二基板一侧的第一电极层以及设置在 所述第一电极层远离所述第一衬底一侧的第一绝缘层；所述第二结构层包括设置在所述第二衬底朝向所述第一基板一侧的第二电极层；所述第一电极层为条状电极，所述第二电极层为面状电极。
  8. 根据权利要求7所述的液晶透镜面板，其中，在平行于液晶透镜面板的平面上，所述第一绝缘层包括规则排布的多个重复单元，至少一个重复单元包括多个绝缘区，至少两个绝缘区的介电常数不同。
  9. 根据权利要求8所述的液晶透镜面板，其中，所述重复单元包括第一绝缘区、第二绝缘区和第三绝缘区，所述第一绝缘区被配置在第一波长的光线经过所述液晶层时，对所述第一绝缘区所对应的液晶透镜的色散特性进行补偿，所述第二绝缘区被配置在第二波长的光线经过所述液晶层时，对所述第二绝缘区所对应的液晶透镜的色散特性进行补偿，所述第三绝缘区被配置在第三波长的光线经过所述液晶层时，对所述第三绝缘区所对应的液晶透镜的色散特性进行补偿，使得三个绝缘区所对应的液晶透镜的焦距相同。
  10. 根据权利要求9所述的液晶透镜面板，其中，所述第一波长大于所述第二波长，所述第二波长大于所述第三波长；所述第一绝缘区具有第一介电常数，所述第二绝缘区具有第二介电常数，第三绝缘区具有第三介电常数，所述第一介电常数大于所述第二介电常数，所述第二介电常数大于所述第三介电常数。
  11. 根据权利要求10所述的液晶透镜面板，其中，所述第一波长为605nm至700nm，所述第一介电常数为5至6。
  12. 根据权利要求10所述的液晶透镜面板，其中，所述第二波长为505nm至600nm，所述第二介电常数为3.0至3.5。
  13. 根据权利要求10所述的液晶透镜面板，其中，所述第三波长为400nm至500nm，所述第三介电常数为1.5至2.0。
  14. 一种显示装置，其中，包括显示面板和如权利要求1至13任一所述的液晶透镜面板，所述液晶透镜面板设置在所述所述显示面板的出光侧。
  15. 根据权利要求14所述的显示装置，其中，所述显示面板包括规则排布的多个像素单元，至少一个像素单元包括出射第一颜色光线的第一子像 素、出射第二颜色光线的第二子像素和出射第三颜色光线的第三子像素，所述液晶透镜面板的重复单元中，第一绝缘区与所述第一子像素的位置相对应，第二绝缘区与所述第二子像素的位置相对应，第三绝缘区与所述第三子像素的位置相对应。
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