CN102436101A - 液晶透镜光栅和立体显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明关于一种立体显示装置，包括显示面板和光线导向面板，所述光线导向面板设置在所述显示面板的显示面，所述光线导向面板用于将所述显示面板的显示的视差图像光线导向到预定的视场空间位置，从而实现立体显示，所述光线导向面板为电可控透镜光栅，其在电控下形成延伸方向不同的多种透镜光栅，并且形成的所述多种透镜光栅与显示面板之间的距离是一致的。本发明立体显示装置具有多个方向均可形成立体显示画面，且观看距离一致的优点。

Description

液晶透镜光栅和立体显示装置

技术领域

本发明涉及液晶透镜光栅和立体显示领域，尤其涉及一种多个方向均形成透镜光栅的液晶透镜光栅和应用该液晶透镜光栅的立体显示装置。

背景技术

人的左眼和右眼有间距，造成两眼的视角存在细微的差别，这样的差别会让左眼和右眼分别观察的景物有略微的视差，从而在人的大脑中形成立体图像。

一般的立体显示装置在观看时，需要佩戴立体眼镜，使得本来就戴有眼镜(如近视眼镜、老花眼镜等)的观看者，为了获得清晰的观看效果，需要将两付眼镜重叠，使得立体显示观看较为不便。此外，由于立体眼镜的两镜脚之间的宽度通常是固定的，这可能使得不同脸型的观看者，在佩戴立体眼镜时不能获得较佳的体验。因此，不需要佩戴立体眼镜的裸眼立体显示技术越来越为人们所关注。

随着液晶技术的不断发展，液晶材料广泛地应用于各种领域。

液晶透镜具有广泛的应用，其中一种典型应用为立体(3D)显示应用，液晶透镜光栅配合显示装置，将显示装置显示的视差画面分光导向用户的左右眼，从而使用户形成立体视觉。同时还可以实现平面/立体(2D/3D)画面的切换功能，方便用户的使用。

当前的液晶透镜光栅仅能形成一个方向的透镜，其对应的立体显示装置也只能在一个方向上形成立体显示效果，当显示装置进行旋转的时候，观看者将不能得到良好的立体视觉体验，这极大的限制了立体显示的应用，降低了观看者的立体视觉体验。

发明内容

本发明所解决的技术问题是提供一种立体显示装置，包括显示面板和光线导向面板，所述光线导向面板设置在所述显示面板的显示面，所述光线导向面板用于将所述显示面板的显示的视差图像光线导向到预定的视场空间位置，从而实现立体显示，所述光线导向面板为电可控透镜光栅，其在电控下形成延伸方向不同的多种透镜光栅，并且形成的所述多种透镜光栅与显示面板之间的距离是一致的。

根据本发明的一优选实施例，所述光线导向面板为液晶透镜光栅，其包括依次层叠设置的第一基板、驱动电极结构、第一配向层、液晶层、第二配向层、公共电极结构以及第二基板，其中所述驱动电极结构包括多个层叠设置的驱动电极层，通过分别在所述驱动电极层与所述公共电极结构之间形成对应的电场而形成多种延伸方向不同的透镜光栅。

根据本发明的一优选实施例，所述多个层叠设置的驱动电极层之间相互绝缘设置。

根据本发明的一优选实施例，所述任一驱动电极层包括多个相互间隔且彼此平行排列的条形驱动电极。

根据本发明的一优选实施例，所述同一驱动电极层内的多个条形驱动电极的宽度相等，且任意相邻的条形驱动电极之间的间隔相等。

根据本发明的一优选实施例，任意相邻的条形驱动电极之间的间隔等于一个条形电极的宽度。

根据本发明的一优选实施例，所述驱动电极层的数量为两个，且所述两个驱动电极层驱动形成的透镜光栅的延伸方向相互垂直。

根据本发明的一优选实施例，所述显示面板为液晶显示面板或等离子显示面板或有机发光显示面板。

一种液晶透镜光栅，包括：依次层叠设置的第一基板、驱动电极结构、第一配向层、液晶层、第二配向层、公共电极结构以及第二基板，其中所述驱动电极结构包括多个层叠设置的驱动电极层，通过分别在所述驱动电极层与所述公共电极结构之间形成对应的电场而形成多种延伸方向不同的透镜光栅。

根据本发明的一优选实施例，所述多个层叠设置的驱动电极层之间相互绝缘设置，且所述任一驱动电极层包括多个相互间隔且彼此平行排列的条形驱动电极，所述同一驱动电极层内的多个条形驱动电极的宽度相等，且任意相邻的条形驱动电极之间的间隔相等。

相较于现有技术，本发明立体显示装置的光线导向面板采用液晶透镜光栅，且将液晶透镜光栅的驱动电极结构设置成双层或多层结构，例如，第一驱动电极层和第二驱动电极层。其中第一驱动电极层的条形电极延伸方向不同于第二驱动电极层，这样通过简单的驱动就可以分别在第一驱动电极层和第二驱动电极层上施加驱动电压，以分别形成两个方向的透镜光栅，从而满足在两个方向上都可以实现裸眼立体显示。并且由于两个方向的透镜光栅距离显示面板的距离是一致的，从而使两个方向的立体显示的最佳观看位置相同，在进行立体显示的方向的切换的时候，不需要观看者移动位置，就能得到相同的裸眼立体视觉体验。立体显示装置不仅能够实现平面/立体显示之间的自由切换，还可以实现两个，甚者多个方向的立体显示切换，满足了用户不同视角的观看需求。

附图说明

图1是发明立体显示装置的一具体实施方式的结构示意图。

图2是图1所示立体显示装置的剖面结构示意图。

图3是图2所示驱动电极结构的部分结构立体示意图。

图4是图2所示光线导向面板的工作原理示意图。

图5是图4所示光线导向面板形成的透镜光栅的示意图。

图6是图2所示光线导向面板的旋转90度时的工作原理示意图。

图7是图6所示光线导向面板形成的透镜光栅的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。

请参阅图1，是本发明立体显示装置的一具体实施方式的结构示意图。该立体显示装置100提供视差显示画面至空间特定方向，其包括光线导向面板1、显示面板2。

显示面板2为用于显示立体视差画面，一般包括具有矩阵排列结构的像素单元。显示面板2可以为液晶显示面板、等离子显示面板、有机发光显示面板等，此处不受限制。本实施例中以液晶显示面板进行说明。

光线导向面板1设置显示面板2的显示面上，以将显示面板2发出的显示的视差图像光线导向到预定的视场空间位置，从而实现立体显示。

如图1所示，显示面板2发出的光线经过光线导向面板2的调制后，显示面板2显示的左眼图像L的光线被传播到空间中观察者的左眼L中，类似的，右眼图像R的光线被传播到空间中观察者的右眼R中，观察者的左右眼分别接收到具有视差的左眼图像L和右眼图像R，从而在人脑中形成立体视觉。

请参阅图2，图2是图1所示立体显示装置100的剖面结构示意图。

在本实施例中，光线导向面板1为液晶透镜光栅，其包括一次层叠设置的第一基板11、驱动电极结构12、第一配向层13、液晶层14、第二配向层15、公共电极结构16以及第二基板17。

驱动电极结构12和公共电极结构16分别设置于第一基板11和第二基板17的相对的内表面。其中，驱动电极结构12包括层叠设置的第一驱动电极层121、第二驱动电极层123，以及设置在第一驱动电极层121和第二驱动电极层123之间的用于使第一驱动电极层121和第二驱动电极层123彼此电气绝缘的绝缘层122。

请同时参阅图3，图3是驱动电极结构12的部分结构立体示意图。第一驱动电极层121包括多个平行设置的第一条形驱动电极1211。多个第一条形驱动电极1211相互间隔且彼此平行排列，且沿第一方向D1排列。多个第一条形驱动电极1211的宽度相等，当然，在某些变形设计中，多个第一条形驱动电极1211的宽度亦可以具有一定的变化，或按照一定的周期进行变化，在此不做限定。任意相邻的第一条形驱动电极1211之间的间距可以根据实际需求进行设定。特别的，任意相邻的第一条形驱动电极1211之间的间距相等，且等于第一条形驱动电极1211的宽度。类似的，第二驱动电极层123包括多个平行设置的第二条形驱动电极1231，且沿第二方向D2排列。多个第二条形驱动电极1231的宽度相等，当然，在某些变形设计中，多个第二条形驱动电极1231的宽度亦可以具有一定的变化，或按照一定的周期进行变化，在此不做限定。多个第二条形驱动电极1231相互间隔且彼此平行排列，任意相邻的第二条形驱动电极1231之间的间距可以根据实际需求进行设定，特别的，任意相邻的第二条形驱动电极1231之间的间距相等，且等于第二条形驱动电极1231的宽度。一般地，第一方向D1与第二方向D2成一定的夹角，特别的，第一方向D1与第二方向D2相互垂直。

公共电极结构16为面状电极，设置在第二基板17的内表面。

进一步的，由于显示面板2一般为矩阵像素排列的形式，第一方向D1或第二方向D2可以平行于显示面板2像素排列方向，为了进一步优化显示效果，减少光线导向面板1与显示面板2之间的光学干扰，可以使第一方向D1和第二方向D2分别与显示面板2像素排列方向成一定的夹角，以减少莫尔纹等现象的产生，提高显示效果。

液晶层14设置于驱动电极结构12和公共电极结构16之间，第一配向层13设置于液晶层14与驱动电极结构12之间，第二配向层15设置于液晶层14与公共电极结构16之间。一般的，第一配向层13与第二配向层15的配向方向平行，从而可以对液晶层12内的液晶分子进行配向作用。在图2所示的实施例中，第一配向层13、第二配向层15的配向方向平行于图3所示的第一方向D1。

液晶层14内包括有向列型的液晶分子，在第一配向层13和第二配向层15的配向作用下，向列型液晶分子141形成如图2所示的平行排列结构。

优选的，第一基板11和第二基板17均为玻璃基板，当然也可以是其它材料的透明基板，只要使得光线能够透过即可，此处不一一列举。

优选的，驱动电极结构12和公共电极结构16均为透明导电层，譬如可为铟锡氧化物(Indium Tin Oxide，ITO)或铟锌氧化物(Indium Zinc Oxide，IZO)，此处不一一列举。

显示面板2为液晶显示面板，出光面包括一偏振片21，一般的，偏振片21的偏振方向与光线导线面板1的第一配向层13和第二配向层15的配向方向平行。当偏振片21与第一配向层13和第二配向层15的配向方向非平行的时候，可以在偏振片21和第二基板17之间添加延迟膜，以调整显示面板2的出光偏振方向与第一配向层13和第二配向层15的配向方向平行。

请参阅图4，图4是图2所示光线导向面板1的工作原理示意图。第一驱动电极层121悬空，在第二驱动电极层123施加周期性变化的驱动电压，公共电极结构16上施加相同的公共电压，从而在第二驱动电极层123与公共电极结构16之间形成强度周期性变化的电场，驱动液晶分子依照电场的周期性强度变化，是的液晶分子也产生周期性的角度排列变化，使得液晶层14对特定偏振态的光线的折射率呈现抛物线形变化，从而使得液晶层14具有改变光线传播方向的效果，具有透镜光栅。此时光线导向面板1具有如图5所示的透镜光栅的作用。

由于驱动电压施加在第二驱动电极层123，相应的光线导向面板1形成的液晶透镜光栅的延伸方向平行于第二条形驱动电极1231的延伸方向D2。

由于透镜光栅配合显示面板实现立体显示的方法已为本技术领域一般技术人员所熟知，在此不再赘述。

当立体显示装置100旋转大约90度观看时，图5所示的液晶透镜将不能满足立体显示的需要，而无法形成立体显示，从而影响立体观看体验。

本发明是通过如下的方法在立体显示装置100旋转大约90时，仍然能够实现裸眼立体显示的。

请参阅图6，图6是图2所示光线导向面板1的旋转90度时的工作原理示意图。此时，第二驱动电极层123悬空，在第一驱动电极层121上施加周期性变化的驱动电压，公共电极结构16上施加相同的公共电压，从而在第一驱动电极层121与公共电极结构16之间形成强度周期性变化的电场，驱动液晶分子依照电场的周期性强度变化，是的液晶分子也产生周期性的角度排列变化，使得液晶层14对特定偏振态的光线的折射率呈现抛物线形变化，从而使得液晶层14具有改变光线传播方向的效果，具有透镜光栅。此时光线导向面板1具有如图7所示的透镜光栅的作用。

由于驱动电压施加在第一驱动电极层121，相应的液晶透镜的明暗条纹平行于第一条形驱动电极1211的延伸方向D1。

此时，观看者和立体显示装置100相对发生90度左右的旋转视角变化时，仍然可以实现裸眼立体显示，极大的改善了观看者的立体视觉体验。

通过上述内容可知，由于通过驱动第一条形驱动电极1211或第二条形驱动电极1231产生的两个方向的透镜光栅距离显示面板2的距离是一致的，相当于将透镜光栅旋转了一定的角度，从而使两个方向的立体显示的最佳观看位置相同，从而在进行立体显示的方向的切换的时候，不需要观看者移动位置，就能得到相同的裸眼立体视觉体验

当然，可以设置角度检测装置，实时检测观看者与立体显示装置100的相对角度关系，根据用户的实际观看角度，实时的自动调整光线导向面板1的光栅透镜，为用户带来自动的立体观看体验。

可以理解，上述实施例仅列举了光线导向面板1的驱动电极结构12包含两层延伸方向不同的条形驱动电极的结构，进一步延伸，在某些变形实施例中，还可以使驱动电极结构12包含更多层的条形驱动电极，能够形成多个方向液晶透镜，从而以满足不同角度的立体显示的需求，其结构与原理与立体显示装置1相似，在此不再赘述。

相较于现有技术，立体显示装置100的光线导向面板1采用液晶透镜光栅，且将液晶透镜光栅的驱动电极结构12设置成双层结构，即，第一驱动电极层121和第二驱动电极层123。其中第一驱动电极层121的条形电极延伸方向不同于第二驱动电极层123，这样通过简单的驱动就可以分别在第一驱动电极层121和第二驱动电极层123上施加驱动电压，以分别形成两个方向的透镜光栅，从而满足在两个方向上都可以实现裸眼立体显示。并且由于两个方向的液晶透镜光栅距离显示面板2的距离是一致的，从而使两个方向的立体显示的最佳观看位置相同，在进行立体显示的方向的切换的时候，不需要观看者移动位置，就能得到相同的裸眼立体视觉体验。立体显示装置100不仅能够实现平面/立体显示之间的自由切换，还可以实现两个，甚者多个方向的立体显示切换，满足了用户不同视角的观看需求。

在上述实施例中，仅对本发明进行了示范性描述，但是本领域技术人员在阅读本专利申请后可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下对本发明进行各种修改。

Claims (10)

1.一种立体显示装置，包括显示面板和光线导向面板，所述光线导向面板设置在所述显示面板的显示面，所述光线导向面板用于将所述显示面板的显示的视差图像光线导向到预定的视场空间位置，从而实现立体显示，其特征在于，所述光线导向面板为电可控透镜光栅，其在电控下形成延伸方向不同的多种透镜光栅，并且形成的所述多种透镜光栅与显示面板之间的距离是一致的。

2.如权利要求1所述的立体显示装置，其特征在于，所述光线导向面板为液晶透镜光栅，其包括依次层叠设置的第一基板、驱动电极结构、第一配向层、液晶层、第二配向层、公共电极结构以及第二基板，其中所述驱动电极结构包括多个层叠设置的驱动电极层，通过分别在所述驱动电极层与所述公共电极结构之间形成对应的电场而形成多种延伸方向不同的透镜光栅。

3.如权利要求1所述的立体显示装置，其特征在于，所述多个层叠设置的驱动电极层之间相互绝缘设置。

4.如权利要求2所述的立体显示装置，其特征在于，所述任一驱动电极层包括多个相互间隔且彼此平行排列的条形驱动电极。

5.如权利要求4所述的立体显示装置，其特征在于，所述同一驱动电极层内的多个条形驱动电极的宽度相等，且任意相邻的条形驱动电极之间的间隔相等。

6.如权利要求5所述的立体显示装置，其特征在于，任意相邻的条形驱动电极之间的间隔等于一个条形电极的宽度。

7.如权利要求2所述的立体显示装置，其特征在于，所述驱动电极层的数量为两个，且所述两个驱动电极层驱动形成的透镜光栅的延伸方向相互垂直。

8.如权利要求2所述的立体显示装置，其特征在于，所述显示面板为液晶显示面板或等离子显示面板或有机发光显示面板。

9.一种液晶透镜光栅，包括：依次层叠设置的第一基板、驱动电极结构、第一配向层、液晶层、第二配向层、公共电极结构以及第二基板，其中所述驱动电极结构包括多个层叠设置的驱动电极层，通过分别在所述驱动电极层与所述公共电极结构之间形成对应的电场而形成多种延伸方向不同的透镜光栅。

10.如权利要求1所述的液晶透镜光栅，其特征在于，所述多个层叠设置的驱动电极层之间相互绝缘设置，且所述任一驱动电极层包括多个相互间隔且彼此平行排列的条形驱动电极，所述同一驱动电极层内的多个条形驱动电极的宽度相等，且任意相邻的条形驱动电极之间的间隔相等。

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