CN106932970A - 一种液晶透镜及立体显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液晶透镜及立体显示装置，该液晶透镜包括：相对设置的第一基板和第二基板，以及位于第一基板与第二基板之间的液晶层；其中，第一基板靠近液晶层的一面设置有多个条形的第一电极，且第一电极在显示面板的像素单元上的投影与像素单元的一边呈第一角度；第二基板靠近液晶层的一面设置有多个条形的第二电极，且第二电极在显示面板的像素单元上的投影与像素单元的一边呈第二角度。本发明的上下两层电极均采用多个条形电极，并对其施加不同的电压以形成不同的透镜效果，从而实现在横置和纵置的情况下均支持立体显示效果，满足用户的立体显示需求。

Description

一种液晶透镜及立体显示装置

技术领域

本发明涉及立体显示领域，尤其涉及一种液晶透镜及立体显示装置。

背景技术

随着裸眼3D技术的发展，液晶透镜技术也得到了很好的发展，液晶透镜是一种利用液晶分子双折射特性以及随电场分布变化排列特性让光束聚焦或是发散的光学组件，可通过改变驱动电压来改变液晶分子的排列方向，进而实现调变焦距的效果，可在小空间内达到有效的光学变焦效果，给用户的使用带来极大的方便。

但是目前的液晶透镜技术只能在横屏方向进行3D观看，而人们在日常使用过程中也会采用采用纵屏的方式观看图片或者视频，但在纵屏方向无法进行3D观看，不能满足用户的3D观看需求。

发明内容

本发明提供了一种液晶透镜及立体显示装置，解决了现有技术中的液晶透镜技术不能支持两个方向的3D显示问题。

依据本发明的一个方面，提供了一种液晶透镜，包括：相对设置的第一基板和第二基板，以及位于第一基板与第二基板之间的液晶层；其中，

第一基板靠近液晶层的一面设置有多个条形的第一电极，且第一电极在显示面板的像素单元上的投影与像素单元的一边呈第一角度；

第二基板靠近液晶层的一面设置有多个条形的第二电极，且第二电极在显示面板的像素单元上的投影与像素单元的一边呈第二角度。

其中，第一电极的宽度与第一电极及其相邻的第一电极之间的距离的比例为0.7至3。

其中，多个第一电极之间相互平行，多个第二电极之间相互平行。

其中，为位于不同位置的第一电极施加强度不同的第一电压，并为第二电极施加强度相同的第二电压时，第二电压与第一电压之间的电压差形成第一电极与第二电极之间的第一电场，液晶层的液晶分子排列方向形成多个横置透镜单元；其中，第一电压的强度由所述横置透镜单元的中心到横置透镜单元的两端依次增强。

其中，第二电压与第一电压之间的电压差，由横置透镜单元的中心到横置透镜单元的两端依次升高。

其中，为第一电极施加强度相同第三电压，且为位于不同位置的第二电极施加强度不同的第四电压时，第三电压与第四电压之间的电压差形成第一电极与第二电极之间的第二电场，液晶层的液晶分子排列方向形成多个纵置透镜单元；其中，第四电压的强度由纵置透镜单元的中心到横置透镜单元的两端依次增强。

其中，第三电压与第四电压之间的电压差由纵置透镜单元的中心到横置透镜单元的两端依次升高。

其中，为第一电极施加强度相同的第五电压，为第二电极施加强度相同的第六电压时，第五电压与第六电压之间的电压差形成第三电场，液晶层的液晶分子的排布方向一致。

其中，液晶透镜还包括：设置于第一电极与第一基板之间的第三电极，以及设置于第二电极与第二基板之间的第四电极，第三电极与第四电极之间产生第四电场，液晶层的液晶分子的排布方向一致。

其中，第三电极与第四电极均为板状电极。

依据本发明的另一个方面，还提供了一种立体显示装置，包括如上所述的液晶透镜。

本发明的实施例的有益效果是：

本发明的液晶透镜的上下两层电极均采用多电极结构，在3D显示时对其进行分别控制，当屏幕处于横屏和纵屏时，上下两层电极的施加电压不同，从而形成不同的透镜效果，实现在横置和纵置的情况下均支持立体显示效果，满足用户的立体显示需求。此外，该液晶透镜的上下两层电极根据像素单元的排布倾斜一定角度，以消除摩尔纹影响，提高立体显示效果和观看舒适度。

附图说明

图1表示本发明的液晶透镜的结构示意图一；

图2表示本发明的液晶透镜第一电极的排布示意图；

图3表示本发明的液晶透镜第二电极的排布示意图；

图4表示本发明的液晶透镜在3D显示时的结构示意图一；

图5表示本发明的液晶透镜在3D显示时的结构示意图二；

图6表示本发明的液晶透镜在2D显示时的结构示意图；

图7表示本发明的液晶透镜的结构示意图二。

其中图中：1、第一基板，2、第二基板，3、液晶层，4、像素单元，5、第一电极，6、第二电极，7、第三电极，8、第四电极。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

实施例一

如图1至图3所示，本发明的实施例提供了一种液晶透镜，包括：相对设置的第一基板1和第二基板2，以及位于第一基板1和第二基板2之间的液晶层3，该液晶层3由多个液晶分子构成。其中，第一基板1靠近液晶层3的一面设置有多个条形的第一电极5，且第一电极5在显示面板的像素单元4上的投影与像素单元4的一边呈第一角度；第二基板2靠近液晶层3的一面设置有多个条形的第二电极6，且第二电极6在显示面板的像素单元4上的投影与像素单元4的一边呈第二角度。其中，像素单元4的排列方向包括：与第一方向平行的第一排列方向，以及与第一方向垂直的第二排列方向。具体地，第一电极5在显示面板的像素单元4上的投影与像素单元4的第一排列方向呈第一角度，第二电极6在显示面板的像素单元4上的投影与像素单元4的第一排列方向呈第二角度。将第一电极5和第二电极6与像素单元4的排列方向倾斜一定角度，可使得每个透镜单元在第一排列方向和第二排列方向都能分光，使得屏幕在横纵翻转切换时均能呈现清晰的立体效果；此外，还可以消除摩尔纹的影响，改善立体显示效果。当液晶透镜用于立体显示时，分别为第一电极5和第二电极6施加不同的电压，以在第一基板1和第二基板2之间形成电势差，从而驱动液晶层3的液晶分子发生一定偏转，形成折射率渐变的液晶透镜单元，液晶透镜单元可对光线进行调整，以呈现立体图像。其中，由于显示屏幕横置和纵置时的长宽比例不同，因此第一电极5和第二电极6的排布方向和排布角度不同，即第一电极5与第二电极6之间互不平行。

其中，当显示屏幕横置或纵置时，第一电极5和第二电极6的作用不同，且对其施加的电压也不相同，假设当屏幕处于横屏时，将第一电极5作为驱动电极，将第二电极6作为公共电极，并分别对其施加不同的电压，以驱动液晶层3的液晶分子发生偏转，形成透镜单元，实现横置立体显示效果。当屏幕的放置位置发生改变，即横屏变为纵屏时，将第一电极5作为公共电极，将第二电极6作为驱动电极，并分别对其施加不同的电压，以驱动液晶层3的液晶分子发生偏转，形成透镜单元，实现纵置立体显示效果。值得指出的是，显示屏幕横置或纵置对应的驱动电极和公共电极可以互换，只需施加电压满足透镜需求即可。

其中，多个第一电极5之间相互间隔设置在第一基板1上，多个第二电极6之间相互间隔设置在第二基板2上，即相邻两个第一电极5或两个第二电极6之间均间隔有一定距离。由于第一电极5和第二电极6均有可能作为公共电极和驱动电极，为了保证显示屏幕横置或纵置的立体显示效果，电极的宽度以及相邻电极之间的距离需要满足一定要求，并按照周期进行排列。经试验得出，电极宽度要比电极间距大一些，一般情况下，电极宽度与电极间距的比例大于0.7小于3即可。也就是说，第一电极5的宽度与第一电极5及其相邻的第一电极5之间的距离的比例为0.7至3，同理第二电极6的宽度与第二电极6及其相邻地第二电极6之间的距离的比例为0.7至3。优选地，电极宽度与电极间距的比例为1至1.5时，立体显示效果较好。

具体地，多个第一电极5之间相互平行，多个第二电极6之间相互平行，但由于显示屏幕横置和纵置时的长宽比例不同，且像素单元4排布方向不同，因此为提高横置和纵置的立体显示效果，第一电极5与第二电极6的排布方向不同，即上述第一角度与第二角度不同。也就是说，虽然多个第一电极5或多个第二电极6之间相互平行，按照统一的角度延伸排布，但第一电极5与第二电极6之间不存在相互平行关系。

以上对本发明的液晶透镜的结构做出了简单介绍，下面将结合具体应用场景对其加电方式和立体显示做进一步地解释说明。

具体地，如图4所示，当显示屏幕横置时，第一电极5作为驱动电极，位于不同位置的第一电极5被施加强度不同的第一电压，第二电极6作为公共电极，为其施加强度相同的第二电压，第二电压与第一电压之间的电压差形成了第一电极5与第二电极6之间的第一电场，即在第一基板1和第二基板2之间形成有第一电场，在第一电场的驱动作用下，液晶层3的液晶分子的排布方向发生偏转，且偏转方向和角度不尽相同，因此形成多个横置透镜单元；值得指出的是，为第一电极5施加的第一电压的强度由横置透镜单元的中心到两端依次增强；且沿横置透镜单元的中心两边对称的第一电极5所施加的电压强度相等，可对其采用统一加压，或分别进行加压。

其中，横置透镜单元的电极按照中心对称的方式分布，第二电压与第一电压之间的电压差，由横置透镜单元的中心到横置透镜单元的两端依次升高，即第一电场的强度由横置透镜单元的中心到两端依次增强。

具体地，如图5所示，当显示屏幕纵置时，第一电极5作为公共电极，为其施加强度相同的第三电压，第二电极6作为驱动电极，位于不同位置处的第二电极6被施加强度不同的第四电压，第三电压与第四电压之间的电压差形成了第一电极5与第二电极6之间的第二电场，即在第一基板1和第二基板2之间形成有第二电场，在第二电场的驱动作用下，液晶层3的液晶分子的排布方向发生偏转，且偏转方向和角度不尽相同，因此形成多个纵置透镜单元；值得指出的是，为第二电极6施加的第四电压的强度由纵置透镜单元的中心到两端依次增强；且沿纵置透镜单元的中心两边对称的第二电极6所施加的电压强度相等，可对其采用统一加压，或分别进行加压。

其中，纵置透镜单元的电极按照中心对称的方式分布，第三电压与第四电压之间的电压差，由纵置透镜单元的中心到纵置透镜单元的两端依次升高，即第二电场的强度由横置透镜单元的中心到两端依次增强。值得指出的是，沿纵置透镜单元的中心两边对称的电极所施加的电压强度相等，可对其采用统一加压，或分别进行加压。

由图4和图5可以看出，当显示屏幕处于横置和纵置状态时，第一电场和第二电场的方向不同，因此液晶层3的液晶分子的偏移方向不同，形成的透镜单元的方向不同。

为了进一步说明，本实施例以5.5寸1080P的显示屏幕为例，在显示屏幕横置时，横置透镜单元的长度设计为210微米，角度为左倾72°，对应的第一电极5和第二电极6的电极宽度为16微米，相邻两个第一电极5之间的距离或相邻两个第二电极6之间的距离为14微米，即7个相邻第一电极5和第二电极6之间的液晶分子构建为一个横置透镜单元，并以横置透镜单元的中心对称加压，对称的第一电极5施加的电压相等；在显示屏幕纵置时，纵置透镜单元的长度为192微米，角度为右倾60°，对应的第一电极5和第二电极6的电极宽度为16微米，相邻两个第一电极5之间的距离或相邻两个第二电极6之间的距离为16微米，即6个相邻第一电极5和第二电极6之间的液晶分子构建为一个横置透镜单元，并以纵置透镜单元的中心对称加压，对称的第二电极6施加的电压相等。或者，

在显示屏幕横置时，横置透镜单元的长度设计为192微米，角度为左倾72°，对应的第一电极5和第二电极6的电极宽度为16微米，相邻两个第一电极5之间的距离或相邻两个第二电极6之间的距离为16微米，即6个相邻第一电极5和第二电极6之间的液晶分子构建为一个横置透镜单元，并以横置透镜单元的中心对称加压，对称的第一电极5施加的电压相等；在显示屏幕纵置时，纵置透镜单元的长度为192微米，角度为右倾60°，对应的第一电极5和第二电极6的电极宽度为16微米，相邻两个第一电极5之间的距离或相邻两个第二电极6之间的距离为16微米，即6个相邻第一电极5和第二电极6之间的液晶分子构建为一个横置透镜单元，并以纵置透镜单元的中心对称加压，对称的第二电极6施加的电压相等。值得指出的是，横置透镜单元或纵置透镜单元的设计长度及倾角是依据像素单元4的排布以及观看距离设计的，与显示屏幕的大小没有很大关系。

进一步地，在显示屏幕进行2D显示的时候，可能会存在spacer的彩点现象，为了尽可能避免这种不良影响，如图6所示，本发明的实施例对第一电极5和第二电极6分别加以不同强度的电压，以在两层电极间形成一定的电压差，消除spacer的彩点现象。具体地，为第一电极5施加强度相同的第五电压，为第二电极6施加强度相同的第六电压，第五电压与第六电压之间的电压差形成相对均匀的第三电场，在第三电场的作用下，液晶层3的各个液晶分子的偏转方向及角度均相同，即液晶分子的排布方向一致，因此液晶层3不会形成透镜单元，不具备透镜效果。

由于显示屏幕横置和纵置时的加电方式会出现一定的不同，并且在横置或纵置的状态下会出现2D和3D两种状态，因此需要后台进行判定进而给出相应的控制电压。

例如：显示屏幕由横置加电2D到横置3D状态，需要一个状态的判定，然后再进行电压的切换处理；由横置2D到纵置3D状态，需要一个状态的判定，然后再进行电压的切换处理；屏幕由横置2D到纵置2D的情况，可以不做电压上的切换处理；如果由横置的3D到纵置3D状态，需要在电压上进行一定的切换处理；如果由横置3D到横置2D状态，需要一个状态的判定，然后再进行电压的切换处理；如果由横置3D到纵置2D状态，需要一个状态的判定，然后再进行电压的切换处理；以上几种情况反之，亦然。这些切换处理会包含有一个中间电压状态，以使这些状态可以得到快速的切换。

实施例二

在实施例一的基础上，本实施例二对本发明的液晶透镜做了进一步地改进。

具体地，如图7所示，该液晶透镜还包括：设置于第一电极5与第一基板1之间的第三电极7，以及设置于第二电极6与第二基板2之间的第四电极8，第三电极7与第四电极8之间产生相对均匀的第四电场，在第四电场的作用下，液晶层3的各个液晶分子的偏转方向及角度均相同，即液晶分子的排布方向一致，因此液晶层3不会形成透镜单元，不具备透镜效果。其中，第三电极7和第四电极8均为板状电极，即面电极，对第三电极7和第四电极8施加一定的电压，以在第一基板1和第二基板2之间形成一均匀的第四电场，从而驱动液晶分子偏移相同角度，实现2D显示。即，在2D显示时，对第三电极7和第四电极8施加一定的电压，在第一基板1和第二基板2之间形成一均匀的第四电场时，对第一电极5和第二电极6悬空或施加相同的电压；在3D显示时，对第一电极5和第二电极6施加一定的电压，在第一基板1和第二基板2之间形成第一电场或第二电场时，对第三电极7和第四电极8悬空或施加相同的电压。

综上，本发明的液晶透镜的上下两层电极均采用多电极结构，在3D显示时对其进行分别控制，当屏幕处于横屏和纵屏时，上下两层电极的施加电压不同，从而形成不同的透镜效果，实现在横置和纵置的情况下均支持立体显示效果，满足用户的立体显示需求。此外，该液晶透镜的上下两层电极根据像素单元的排布倾斜一定角度，以消除摩尔纹影响，提高立体显示效果和观看舒适度。

依据本发明实施例的另一个方面，还提供了一种立体显示装置，包括如上所述的液晶透镜，以及其他相关外围电路或模块。需要说明的是，上述实施例中所有实现方式均适用于该立体显示装置的实施例中，也能达到相同的技术效果。

以上所述的是本发明的优选实施方式，应当指出对于本技术领域的普通人员来说，在不脱离本发明所述的原理前提下还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也在本发明的保护范围内。

Claims (11)

1.一种液晶透镜，包括：相对设置的第一基板和第二基板，以及位于所述第一基板与所述第二基板之间的液晶层；其特征在于，

所述第一基板靠近所述液晶层的一面设置有多个条形的第一电极，且所述第一电极在显示面板的像素单元上的投影与所述像素单元的一边呈第一角度；

所述第二基板靠近所述液晶层的一面设置有多个条形的第二电极，且所述第二电极在所述显示面板的像素单元上的投影与所述像素单元的一边呈第二角度。

2.根据权利要求1所述的液晶透镜，其特征在于，所述第一电极的宽度与所述第一电极及其相邻的所述第一电极之间的距离的比例为0.7至3。

3.根据权利要求1所述的液晶透镜，其特征在于，多个所述第一电极之间相互平行，多个所述第二电极之间相互平行。

4.根据权利要求1所述的液晶透镜，其特征在于，为位于不同位置的所述第一电极施加强度不同的第一电压，并为所述第二电极施加强度相同的第二电压时，所述第二电压与所述第一电压之间的电压差形成所述第一电极与所述第二电极之间的第一电场，所述液晶层的液晶分子排列方向形成多个横置透镜单元；其中，所述第一电压的强度由所述横置透镜单元的中心到所述横置透镜单元的两端依次增强。

5.根据权利要求4所述的液晶透镜，其特征在于，所述第二电压与所述第一电压之间的电压差，由所述横置透镜单元的中心到所述横置透镜单元的两端依次升高。

6.根据权利要求1所述的液晶透镜，其特征在于，为所述第一电极施加强度相同的第三电压，且为位于不同位置的所述第二电极施加强度不同的第四电压时，所述第三电压与所述第四电压之间的电压差形成所述第一电极与所述第二电极之间的第二电场，所述液晶层的液晶分子排列方向形成多个纵置透镜单元；其中，所述第四电压的强度由所述纵置透镜单元的中心到所述横置透镜单元的两端依次增强。

7.根据权利要求6所述的液晶透镜，其特征在于，所述第三电压与所述第四电压之间的电压差由所述纵置透镜单元的中心到所述横置透镜单元的两端依次升高。

8.根据权利要求2所述的液晶透镜，其特征在于，为所述第一电极施加强度相同的第五电压，为所述第二电极施加强度相同的第六电压时，所述第五电压与所述第六电压之间的电压差形成第三电场，所述液晶层的液晶分子的排布方向一致。

9.根据权利要求1所述的液晶透镜，其特征在于，所述液晶透镜还包括：设置于所述第一电极与所述第一基板之间的第三电极，以及设置于所述第二电极与所述第二基板之间的第四电极，所述第三电极与所述第四电极之间产生第四电场，所述液晶层的液晶分子的排布方向一致。

10.根据权利要求9所述的液晶透镜，其特征在于，所述第三电极与所述第四电极均为板状电极。

11.一种立体显示装置，其特征在于，包括如权利要求1～10任一项所述的液晶透镜。