CN102768448A - 液晶透镜和立体显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液晶透镜，其包括：两个相对设置的电极结构，每一个电极结构分别包括两个电极组，属于同一个电极结构的两个电极组之间不电性连接；液晶层，设置于所述两个电极结构之间，并包括沿初始排列方向排列的多个液晶分子；其中，属于同一个电极结构的两个电极组之间产生电场，所述电场用于改变所述液晶分子的排列方向，以使所述液晶层具有透镜效果。本发明还公开了一种立体显示装置。本发明电极驱动控制简单，且液晶透镜折射率分布理想。

Description

液晶透镜和立体显示装置

技术领域

本发明涉及液晶技术领域，尤其涉及液晶透镜和立体显示装置。

背景技术

人的双眼基本处于同一平面，但两眼间有一定的间距，因此观看物体时视线会形成一个交叉角度，角度越大，立体感和距离感就越强。由于交叉角度的存在，双眼看到的画面并不相同，也就是产生了“视差”，两幅具有视差的画面经过大脑处理后得到完整的立体影像，或者说三维（three-dimensional，简称3D）影像。裸眼就是说不用戴3D眼镜也可以看得出3D效果。

立体显示设备是利用人眼视差的特征来显示3D效果。通常立体显示设备将具有视差的图片输出到立体显示器上，然后将这种立体视差图片传送给观看者的左右眼，进而合成立体图像。

目前的裸眼立体显示技术中，通常是利用光栅将具有视差的图片传送给观看者的左右眼，而透镜光栅就是其中一种。现在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，使用液晶材料来实现透镜光栅也成为一种趋势，比如使用液晶材料产生液晶透镜（Liquid Crystal Lens，简称LC Lens）。

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。液晶透镜可通过改变操作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，液晶透镜的轻薄特性更是一大优势，其可以在小空间内达到有效的光学变焦效果。

请参阅图1，其是现有技术一种液晶透镜的结构示意图。

液晶透镜依次包括第一基板1、第一电极结构2、第一配向层3、液晶层4、第二配向层5、第二电极结构6以及第二基板7。

其中，第一电极结构2设置于第一基板1上，包括多个第一条形电极21。多个第一条形电极21相互间隔设置。

第二电极结构6设置于第二基板7上。其中，第二电极结构6为面电极结构。

液晶层4设置于第一电极结构2和第二电极结构6之间，第一配向层3设置于液晶层4与第一电极结构2之间，第二配向层5设置于液晶层4与第二电极结构6之间。液晶层4内包括有沿初始排列方向排列的液晶分子。第一配向层3和第二配向层5相互配合以使液晶分子沿初始排列方向排列。

在多个第一条形电极21上施加适当的梯度电压V1、V2、V3以及V4，在第二电极结构6上施加零电压。这样，在多个第一条形电极21与第二电极结构6之间形成对应的电压差，该多个电压差在液晶层4内产生电场。液晶层4内的液晶分子在电场的作用下排列方向发生改变，根据液晶分子在液晶层4内的排布情况，不同区域的液晶分子的偏向角度不同，使得液晶分子的折射率呈现抛物线形渐变变化，进而形成以V1或V4为中心的透镜，达到使得液晶层4具有透镜的效果。

然而，上述液晶透镜4通过多组梯度电压V1、V2、V3以及V4形成渐变的折射率分布，驱动控制复杂。

中心处X依靠第一配向层3和第二配向层5的定向作用使液晶分子处于平行排列状态，在液晶层大盒厚的情况下中心处液晶分子平行度较差，造成液晶透镜折射率分布不理想。

请参阅图2，其是现有技术另一种液晶透镜的结构示意图。

与图1所示的区别在于，第二种液晶透镜的第一基板上没有电极结构（或者有电极结构，但是接地或者不加电压），第二基板上设置了电极结构8，虚线为形成的电场，形成液晶透镜的原理也类似，在此不再描述。其所存在的问题也是中心处依靠配向层的定向作用使液晶分子处于平行排列状态，在液晶层大盒厚的情况下中心处液晶分子平行度较差，造成液晶透镜折射率分布不理想。

发明内容

为解决上述液晶透镜通过多组梯度电压形成渐变的折射率分布，驱动控制复杂，以及在液晶层大盒厚的情况下中心处液晶分子平行度较差，造成液晶透镜折射率分布不理想的问题，本发明采用如下技术方案：

本发明提供一种液晶透镜，其包括：

两个相对设置的电极结构，每一个电极结构分别包括两个电极组，属于同一个电极结构的两个电极组之间相互绝缘；

液晶层，设置于所述两个电极结构之间，并包括沿初始排列方向排列的多个液晶分子；

其中，属于同一个电极结构的两个电极组之间产生电场，所述电场用于改变所述液晶分子的排列方向，以使所述液晶层具有透镜效果。

本发明还提供一种立体显示装置，其包括上述的液晶透镜。

本发明采用两个间隔设置的电极结构，每一个电极结构分别包括两个电极组，只需要对电极组施加电压以形成透镜即可，驱动方式简单，且电极组中心处电场方向为横向，因此中心处液晶分子排布平行度高，折射率分布理想。

附图说明

图1为现有技术一种液晶透镜的结构示意图。

图2为现有技术另一种液晶透镜的结构示意图。

图3为本发明一种液晶透镜的结构示意图。

图4为图3所示第一电极结构的一种结构示意图。

图5为图3所示第二电极结构的一种结构示意图。

图6是本发明一种液晶透镜的第一电极结构和第二电极结构的剖面示意图。

图7是图3所示第一电极结构的另一种结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。

请参阅图3，其是本发明一种液晶透镜的结构示意图。

本发明一种液晶透镜，其包括：第一基板11、第一电极结构12、第一配向层13、液晶层14、第二配向层15、第二电极结构16以及第二基板17。

其中，第一电极结构12设置于第一基板11上，包括多个第一条形电极121。多个第一条形电极121相互间隔设置，相邻的两个第一条形电极121不相互电性连接，第一条形电极121隔条相互电性连接，得到第一条形电极组121a和第一条形电极组121b，如图4所示。第一条形电极组121a和第一条形电极组121b之间不相互电性连接。

第二电极结构16设置于第二基板17上，包括多个第二条形电极161，第二条形电极161与第一条形电极121相互平行设置。第二电极结构16与第一电极结构12相对设置。多个第二条形电极161相互间隔设置，相邻的两个第二条形电极161不相互电性连接，第二条形电极161隔条相互电性连接，得到第二条形电极组161a和第二条形电极组161b，如图5所示。第二条形电极组161a和第二条形电极组161b之间不相互电性连接。第二条形电极组161a与第一条形电极组121a相对设置，或者正对设置；第二条形电极组161b与第一条形电极组121相对设置，或者正对设置。第一条形电极组121a、第一条形电极组121b、第二条形电极组161a和第二条形电极组161b均为透明导电层，譬如可为铟锡氧化物（Indium Tin Oxide，简称ITO）或铟锌氧化物（Indium Zinc Oxide，简称IZO），此处不一一列举。

液晶层14设置于第一电极结构12和第二电极结构16之间，其包括沿初始排列方向排列的多个液晶分子。第一配向层13设置于液晶层14与第一电极结构12之间，第二配向层15设置于液晶层14与第二电极结构16之间。液晶层14内包括有沿初始排列方向排列的液晶分子。第一配向层13和第二配向层15相互配合以使液晶分子沿初始排列方向排列。

液晶透镜的产生过程，如下所述：

在第一条形电极组121a上施加第一电压V1，在第一条形电极组121b上施加零电压或参考电压Vref。这样，在第一条形电极组121a和第一条形电极组121b形成一电压差，进而产生电场。液晶层14内的液晶分子在电场的作用下排列方向发生改变，根据液晶分子在液晶层14内的排布情况，不同区域的液晶分子的偏向角度不同，使得液晶分子的折射率呈现抛物线形变化，进而形成透镜，达到使得液晶层14具有透镜的效果，相邻的两个第一条形电极121之间的液晶分子的折射率呈现抛物线形变化，形成透镜。

在第二条形电极组161a上施加零电压或参考电压Vref（或者说第二条形电极组161a与第一条形电极组121b相互电性连接），在第二条形电极组161b上施加第一电压V1（或者说第二条形电极组161b与第一条形电极组121a相互电性连接）。这样，在第二条形电极组161a和第二条形电极组161b形成一电压差，进而产生电场。液晶层14内的液晶分子在电场的作用下排列方向发生改变，根据液晶分子在液晶层14内的排布情况，不同区域的液晶分子的偏向角度不同，使得液晶分子的折射率呈现抛物线形变化，进而形成透镜，达到使得液晶层14具有透镜的效果，相邻的两个第二条形电极161之间的液晶分子的折射率呈现抛物线形变化，形成透镜。

另外，在第一条形电极组121a、第一条形电极组121b、第二条形电极组161a和第二条形电极组161b上施加的电压不局限于上述的一种方式，只要可以形成液晶透镜即可。

如果光线由垂直于第二基板17的方向入射，先经过相邻的两个第二条形电极161之间的液晶分子形成的透镜，再经过相邻的两个第一条形电极121之间的液晶分子形成的透镜，再由第一基板11射出。

相较于现有技术，本发明实施例采用第一电极结构12和第二电极结构16各自分为2组电极（第一条形电极组121a和第一条形电极组121b，第二条形电极组161a和第二条形电极组161b），驱动方式简单。第一电极结构12和第二电极结构16电极区域很窄，光线透过率高。第一条形电极组121a和第一条形电极组121b，第二条形电极组161a和第二条形电极组161b中心处电场方向为横向，因此中心处液晶分子排布平行度高，折射率分布理想。

请参阅图6，其是本发明一种液晶透镜的第一电极结构和第二电极结构的剖面示意图。

第二条形电极组161a与第一条形电极组121a相对设置；第二条形电极组161b与第一条形电极组121b相对设置。第一条形电极组121a与第一条形电极组121b的宽度不同，且第一条形电极组121a的宽度比第一条形电极组121b的宽度大；第二条形电极组161a与第二条形电极组161b的宽度不同，且第二条形电极组161a的宽度比第二条形电极组161b的宽度小。较佳地，第一条形电极组121a的宽度与第二条形电极组161b的宽度相等，第一条形电极组121b的宽度与第二条形电极组161a的宽度相等。

此外，第一条形电极组121a和第二条形电极组161b边沿可以有小的搭接来改进电场分布，比如设计5um的搭接。

请参阅图7，其是本发明一种液晶透镜的第一电极结构另一种结构示意图。

第一条形电极组221A和第一条形电极组221B有交接的地方，采用透明绝缘材料进行隔开，绝缘材料可为氧化硅（SiOx）或是氮化硅（SiNx），此处不一一列举。

同理，第二电极结构也可以采用上述结构。

本发明还提供一种立体显示装置，其包括上述的液晶透镜。

这里本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本发明范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。

Claims (10)

1.一种液晶透镜，其特征在于，包括：

两个相对设置的电极结构，每一个电极结构分别包括两个电极组，属于同一个电极结构的两个电极组之间相互绝缘；

液晶层，设置于所述两个电极结构之间，并包括沿初始排列方向排列的多个液晶分子；

其中，属于同一个电极结构的两个电极组之间产生电场，所述电场用于改变所述液晶分子的排列方向，以使所述液晶层具有透镜效果。

2. 根据权利要求1所述的液晶透镜，其特征在于，所述两个电极结构包括第一电极结构和第二电极结构，所述第一电极结构包括相互间隔设置的多个第一条形电极，所述第二电极结构包括相互间隔设置的多个第二条形电极，其中所述第一条形电极与所述第二条形电极相互平行设置。

3. 根据权利要求2所述的液晶透镜，其特征在于，相邻的两个第一条形电极相互绝缘，第一条形电极隔条相互电性连接，得到属于第一电极结构的两个电极组；相邻的两个第二条形电极相互绝缘，第二条形电极隔条相互电性连接，得到属于第二电极结构的两个电极组。

4. 根据权利要求2所述的液晶透镜，其特征在于，相邻的两个第一条形电极的宽度不相等，相邻的两个第二条形电极宽度不相等。

5. 根据权利要求4所述的液晶透镜，其特征在于，相邻的两个第一条形电极中的最大宽度与相邻的两个第二条形电极中的最大宽度相等，相邻的两个第一条形电极中的最小宽度与相邻的两个第二条形电极中的最小宽度相等。

6. 根据权利要求5所述的液晶透镜，其特征在于，最大宽度相等的第一条形电极和第二条形电极相互电性连接，最小宽度的第一条形电极和第二条形电极相互电性连接。

7. 根据权利要求1所述的液晶透镜，其特征在于，属于同一个电极结构的两个电极组之间采用透明绝缘材料进行隔开。

8. 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第一基板和第二基板，所述两个电极结构分别设置于所述第一基板和所述第二基板上。

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第一配向层和第二配向层，所述第一配向层和所述第二配向层相互配合以使所述液晶分子沿所述初始排列方向排列。

10. 一种立体显示装置，其特征在于，所述装置包括如权利要求1至9任一项所述的液晶透镜。

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