專利名稱：一種液晶透鏡及包含該液晶透鏡的裸眼立體顯示裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及顯示技術領域，特別涉及一種液晶透鏡及包含該液晶透鏡的裸眼立體顯示裝置。
背景技術：
隨著顯示技術的發展，立體顯示裝置的應用也越來越廣。立體顯示裝置通過光柵和其它光學組件，將平面顯示器顯示器顯示的具有兩幅圖像分別提供給觀看者的左眼和右目艮，然后觀看者的大腦可將這兩幅視差圖像合成而感知到三維圖像。立體顯示裝置一般有兩種方式:狹縫光柵式立體顯示裝置和微透鏡陣列立體顯示裝置。其中，狹縫光柵式包括菲林式、黑矩陣式、反射式和液晶光柵式等，而微透鏡陣列可實現2D/3D的切換，兼容液晶顯示器工藝，在裸眼3D顯示器中占有重要的一席之地。如圖1所示為現有的狹縫光柵立體顯示裝置的結構示意圖。該立體顯示裝置包括:用于提供圖像的顯示面板11和位于顯示面板11之前的狹縫光柵12。所述顯示面板11的奇數列和偶數列分別顯示右眼圖像和左眼圖像，所述狹縫光柵12將顯示面板11顯示的左、右眼圖像分別提供給觀看者的左、右眼。如圖2所示為現有的液晶透鏡立體顯示裝置的結構示意圖。該立體顯示裝置包括:用于提供圖像的顯示面板21和位于顯示面板21之前的液晶透鏡22。所述液晶透鏡包括第一透明基板221，第一透明電極222，第一配向層223，第二透明基板227、第二透明電極225，第二配向層224和液晶層226。所述顯示面板21的一半顯示右眼圖像，另一半顯示左眼圖像，所述液晶透鏡22將顯示面板21顯示的左、右眼圖像分別提供給觀看者的左、右眼。不管是狹縫光柵立體顯示或者液晶透鏡立體顯示，觀看者只能看到顯示面板的分辨率一半的三維圖像。可見，狹縫光柵立體顯示或者液晶透鏡立體顯示裝置的分辨率只能達到顯示面板分辨率的一半，因此顯示的三維圖像不能適用于一些高分辨需求的場合。
發明內容
有鑒于此，本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種液晶透鏡及包含該液晶透鏡的裸眼立體顯示裝置，該裝置能夠向觀看者以顯示面板分辨率顯示立體圖像，顯示效果好，且實施性強。本發明采用以下方案實現:一種液晶透鏡，其特征在于，包括:
一第一透明基板；
一第一介質層，形狀為條狀、鋸齒狀或階梯狀，彼此間隔且平行排列于所述第一透明基板上表面；所述第一介質層的厚度從所述液晶透鏡的中心到所述液晶透鏡的邊緣方向上梯度增加；
一第一電極，形狀為條狀、鋸齒狀或階梯狀且其厚度相等，設置于所述第一介質層表面；所述第一電極的寬度與所述第一介質層的寬度大小一致，所述第一電極的中心點與所述第一介質層的中心點重合； 一第一配向層，覆蓋于所述第一電極和第一透明基板上表面，且其上表面為平面；
一第二透明基板，與所述第一透明基板相對設置且相互平行；
一第二電極，所述第二電極為一面電極且覆蓋于所述第二透明基板下表面；
一第二配向層，覆蓋于所述第二電極下表面，且其下表面為平面；
一液晶層，設置于所述第一配向層和所述第二配向層之間。在本發明一實施例中，所述第一配向層的配向方向與所述第二配向層的配向方向平行，且與所述第一電極的取向方向交叉。在本發明一實施例中，還包括一封膠框，設置于所述第一透明基板和所述第二透明基板之間，用于將所述液晶層封閉在所述第一配向層和第二配向層之間。在本發明一實施例中，還包括一襯底料，設置于所述第一配向層和第二配向層之間，用于確保所述第一配向層和第二配向層的間距為預定間距。本發明還提供一種包含所述液晶透鏡的裸眼立體顯示裝置，其特征在于:包括一顯示模塊和一第一液晶透鏡陣列；所述第一液晶透鏡陣列包含復數個所述液晶透鏡單元并設置于所述顯示模塊上表面。在本發明一實施例中，還包括一第二液晶透鏡層；所述第二液晶透鏡陣列包含復數個所述液晶透鏡單元并設置于所述第一液晶透鏡層上表面，所述第二液晶透鏡層中液晶透鏡的介質層厚度從所述液晶透鏡的中心到所述液晶透鏡的邊緣方向上梯度減少，且所述第二液晶透鏡陣列中液晶透鏡單元的介質層厚度最低的點與所述第一液晶透鏡陣列中液晶透鏡單元的介質層厚度最高的點對齊。在本發明一實施例中，所述第一液晶透鏡陣列中的第二透明基板和所述第二液晶透鏡陣列中的第一透明基板共用同一透明基板。本發明運用梯度分布的介質層實現一種液晶透鏡及包括該液晶透鏡的裸眼立體顯示裝置，該裝置不僅能實現2D/3D自由切換，還可以實現左右眼圖像分時切換，達到動態液晶透鏡效果，得到全高清的立體顯示圖像。
圖1是現有狹縫光柵立體顯示裝置的結構示意圖。圖2是現有液晶透鏡立體顯示裝置的結構示意圖。圖3是本發明提供的一種液晶透鏡的結構示意圖。圖4是本發明提供的一種液晶透鏡在第一電壓下的工作原理圖。圖5是本發明提供的一種液晶透鏡在最大電壓下的工作原理圖。圖6是本發明第一實施方式的裸眼立體顯示裝置的第一種工作狀態的示意圖。圖7是本發明第一實施方式的裸眼立體顯示裝置的第二種工作狀態的示意圖。圖8是本發明第一實施方式的裸眼立體顯示裝置的第三種工作狀態的示意圖。圖9是本發明提供的一種裸眼立體顯示裝置的第二實施方式的結構示意圖。
具體實施例方式為使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下將通過具體實施例和相關附圖，對本發明作進一步詳細說明。在圖中，為了清楚，放大了層和區域的厚度，但作為示意圖不應該被認為嚴格反映了幾何尺寸的比例關系。在此，參考圖是本發明的理想化實施例的示意圖，本發明所示的實施例不應該被認為僅限于圖中所示的區域的特定形狀，而是包括所得到的形狀，比如制造引起的偏差。在本實施例中均以矩形表示，圖中的表示是示意性的，但這不應該被認為限制本發明的范圍。本發明提供一種液晶透鏡，其特征在于，包括:
一第一透明基板；
一第一介質層，形狀為條狀、鋸齒狀或階梯狀，彼此間隔且平行排列于所述第一透明基板上表面；所述第一介質層的厚度從所述液晶透鏡的中心到所述液晶透鏡的邊緣方向上梯度增加；
一第一電極，形狀為條狀、鋸齒狀或階梯狀且其厚度相等，設置于所述第一介質層表面；所述第一電極的寬度與所述第一介質層的寬度大小一致，所述第一電極的中心點與所述第一介質層的中心點重合；
一第一配向層，覆蓋于所述第一電極和第一透明基板上表面，且其上表面為平面；
一第二透明基板，與所述第一透明基板相對設置且相互平行；
一第二電極，所述第二電極為一面電極且覆蓋于所述第二透明基板下表面；
一第二配向層，覆蓋于所述第二電極下表面，且其下表面為平面；
一液晶層，設置于所述第一配向層和所述第二配向層之間。如圖3所示，本實施例提供一種液晶透鏡300，其特征在于，包括:
一第一透明基板314 ；
一第一介質層315，形狀為條狀、鋸齒狀或階梯狀，彼此間隔且平行排列于所述第一透明基板314上表面；所述第一介質層315的厚度從所述液晶透鏡300的中心到所述液晶透鏡300的邊緣方向上梯度增加；
一第一電極316，形狀為條狀、鋸齒狀或階梯狀且其厚度相等，設置于所述第一介質層315表面；所述第一電極316的寬度與所述第一介質層315的寬度大小一致，所述第一電極316的中心點與所述第一介質層315的中心點重合；
一第一配向層317,覆蓋于所述第一電極316和第一透明基板314上表面,且其上表面為平面；
一第二透明基板311，與所述第一透明基板314相對設置且相互平行；
一第二電極312，所述第二電極312為一面電極且覆蓋于所述第二透明基板311下表
面；
一第二配向層313，覆蓋于所述第二電極312下表面，且其下表面為平面；
一液晶層319，設置于所述第一配向層317和所述第二配向層313之間。還包括一封膠框318，設置于所述第一透明基板314和所述第二透明基板311之間，用于將所述液晶層319封閉在所述第一配向層317和第二配向層313之間。還包括一襯底料(圖中未示出)，設置于所述第一配向層317和第二配向層313之間，用于確保所述第一配向層317和第二配向層313的間距為預定間距。所述第一配向層317的配向方向與所述第二配向層313的配向方向平行，且與所述第一電極316的取向方向交叉。所述第一介質層315可為氧化娃(SiOx)、氮化娃(SiNx)或PI膜等，此處不一一例舉。本實施例中，所述液晶透鏡300優選包含7根條狀形的第一電極316以及7根條狀形的第一介質層315。所述第一電極316和第二電極312均為透明導電層，譬如可為銦錫氧化物(Indium Tin Oxide, ITO)、銦鋅氧化物(Indium Zinc Oxide,
IZO)或摻鋁氧化鋅(AZO)，此處不--例舉。本實施例中優選第一配向層317或第二配向
層313的配向方向與第一電極316取向方向垂直。請參閱圖4，在第二電極312上施加參考電壓UO (例如U0=0)，在第一電極316上施加第一電壓Ul，從而在第二電極312和第一電極316之間形成梯度分布的電場，第一液晶層319中的液晶分子在梯度分布的電場作用下分別發生不同程度的旋轉，最終會形成如圖4中的虛線所示的光程差曲線的透鏡型效果。請參閱圖5，在第二電極312上施加參考電壓UO (例如U0=0)，在第一電極316上施加最大電壓Umax,從而在第二電極312和第一電極316之間形成電場,第一液晶層319中的液晶分子在電場作用下均發生相同程度的旋轉，如圖5中的箭頭所示。此時從顯示模塊發出的光線沒有被調制，從而觀看者只能看到2D圖像。本發明還提供一種包含所述液晶透鏡的裸眼立體顯示裝置，其特征在于:包括一顯示模塊和一第一液晶透鏡層；所述第一液晶透鏡層包含復數個所述液晶透鏡并設置于所述顯示模塊上表面。如圖6所示，在本發明一較佳實施例中，提供一種包含所述液晶透鏡的裸眼立體顯示裝置，其特征在于:包括一顯示模塊600、一第一液晶透鏡陣列401和一第二液晶透鏡陣列501 ;所述第一液晶透鏡陣列401包含復數個所述液晶透鏡單元400并設置于所述顯示模塊600上表面；所述第二液晶透鏡陣列501包含復數個所述液晶透鏡單元500并設置于所述第一液晶透鏡陣列401上表面，且所述第二液晶透鏡陣列501中液晶透鏡單元500的介質層515厚度從 所述液晶透鏡單元500的中心到所述液晶透鏡單元500的邊緣方向上梯度減少。所述顯示模塊600包括液晶顯示器、等離子體顯示器、場致發射顯示器、有機電致發光顯示器或LED顯示屏等。所述液晶透鏡單元400包括:
一第一透明基板414 ；
一第一介質層415，形狀為條狀、鋸齒狀或階梯狀，彼此間隔且平行排列于所述第一透明基板414上表面；所述第一介質層415的厚度從所述液晶透鏡單元400的中心到所述液晶透鏡單元400的邊緣方向上梯度增加；
一第一電極416，形狀為條狀、鋸齒狀或階梯狀且其厚度相等，設置于所述第一介質層415表面；所述第一電極416的寬度與所述第一介質層415的寬度大小一致,所述第一電極416的中心點與所述第一介質層415的中心點重合；
一第一配向層417,覆蓋于所述第一電極416和第一透明基板414上表面,且其上表面為平面；
一第二透明基板411，與所述第一透明基板414相對設置且相互平行；
一第二電極412，所述第二電極412為一面電極且覆蓋于所述第二透明基板411下表
面；
一第二配向層413，覆蓋于所述第二電極412下表面，且其下表面為平面；
一液晶層419，設置于所述第一配向層417和所述第二配向層413之間。
還包括一封膠框418，設置于所述第一透明基板414和所述第二透明基板411之間，用于將所述液晶層419封閉在所述第一配向層417和第二配向層413之間。還包括一襯底料(圖中未示出)，設置于所述第一配向層417和第二配向層413之間，用于確保所述第一配向層417和第二配向層413的間距為預定間距。所述液晶透鏡單元500包括:
一第一透明基板514 ；
一第一介質層515，形狀為條狀、鋸齒狀或階梯狀，彼此間隔且平行排列于所述第一透明基板514上表面；所述第一介質層515的厚度從所述液晶透鏡單元500的中心到所述液晶透鏡單元500的邊緣方向上梯度減小；
一第一電極516，形狀為條狀、鋸齒狀或階梯狀且其厚度相等，設置于所述第一介質層515表面；所述第一電極516的寬度與所述第一介質層515的寬度大小一致,所述第一電極516的中心點與所述第一介質層515的中心點重合；
一第一配向層517,覆蓋于所述第一電極516和第一透明基板514上表面,且其上表面為平面；
一第二透明基板511，與所述第一透明基板514相對設置且相互平行；
一第二電極512，所述第二電極512為一面電極且覆蓋于所述第二透明基板511下表
面；
一第二配向層513，覆蓋于所述第二電極512下表面，且其下表面為平面；
一液晶層519，設置于所述第一配向層517和所述第二配向層513之間。還包括一封膠框518，設置于所述第一透明基板514和所述第二透明基板511之間，用于將所述液晶層519封閉在所述第一配向層517和第二配向層513之間。還包括一襯底料(圖中未示出)，設置于所述第一配向層517和第二配向層513之間，用于確保所述第一配向層517和第二配向層513的間距為預定間距。也就是說，讓所述第一液晶透鏡陣列401中液晶透鏡單元400的介質層415厚度最高的點與所述第二液晶透鏡陣列501中液晶透鏡單元500的介質層515厚度最低的點對齊。設定第一時刻Tl,該顯不裝置處于第一種工作狀態,此時,加載于第一液晶透鏡陣列401的第二電極412的電壓為一參考電壓UO (例如UO=O),第一電極416加載第一電壓Ul,加載于第二液晶透鏡陣列501的第二電極512的電壓為一參考電壓U0,第一電極516加載最大電壓Umax ;則第一液晶層419和第二液晶層519的偏轉角度如圖6所不,從顯不模塊600射出的光線為帶有視差的左眼視圖L和右眼視圖R，左眼視圖L可以通過液晶透鏡傳輸到左眼視區(也稱為左眼觀看區域)，右眼視圖R可以通過液晶透鏡傳輸到右眼視區(也稱為右眼觀看區域)。當左眼視區和右眼視區之間的距離為觀看者左右眼之間的距離時，觀看者將看到3D圖像。設定第二時刻T2，該顯示裝置處于第二種工作狀態，此時，加載于第一液晶透鏡陣列401的第二電極412的電壓為一參考電壓UO (例如UO=O),第一電極416加載最大電壓Umax,加載于第二液晶透鏡陣列501的第二電極512的電壓為一參考電壓U0,第一電極516加載第一電壓Ul ;則第一液晶層419和第二液晶層519的偏轉角度如圖7所示，從顯示模塊射出的光線為帶有視差的左眼視圖L和右眼視圖R，左眼視圖L可以通過液晶透鏡傳輸到左眼視區(也稱為左眼觀看區域)，右眼視圖R可以通過液晶透鏡傳輸到右眼視區(也稱為右眼觀看區域)。當左眼視區和右眼視區之間的距離為觀看者左右眼之間的距離時，觀看者將看至Ij 3D圖像。以上Tl和T2時刻是液晶透鏡效果相差半個周期，在驅動電壓持續交替作用時，可產生動態液晶透鏡的效果。設定第三時刻T3，該顯示裝置處于第三種工作狀態，此時，加載于第一液晶透鏡陣列401的第二電極412的電壓為一參考電壓UO (例如UO=O),第一電極416加載最大電壓Umax,加載于第二液晶透鏡陣列501的第二電極512的電壓為一參考電壓U0,第一電極516加載最大電壓Umax,則第一液晶層419和第二液晶層519的偏轉角度如圖8所不,從該顯不模塊射出的光線沒有發生分光，觀看者將看到2D圖像。本發明一較佳實施例的裸眼立體顯示裝置在驅動電壓下，液晶透鏡實現分辨率的顯示原理圖，通過在一個周期內分別完成如圖6和圖7所述的液晶透鏡控制過程，從而實現了處于觀察位置處的單只眼睛接收到顯示模塊600上所有像素顯示的圖像，實現全分辨的立體顯示。本發明通過控制模塊分時段控制液晶透鏡中液晶層內的液晶分子偏轉方向，不僅能能夠根據顯示內容在2D顯示模式和3D顯示模式之間實現切換顯示模式，還可以實現左右眼圖像分時切換，達到動態液晶透鏡效果，得到全高清的立體顯示圖像。如圖9所示，在本發明再一較佳實施例中，提供一種包含所述液晶透鏡的裸眼立體顯示裝置，其特征在于:包括一顯示模塊600、一第一液晶透鏡陣列401和一第二液晶透鏡陣列501 ;所述第一液晶透鏡陣列401包含復數個所述液晶透鏡單元400并設置于所述顯示模塊600上表面；所述第二液晶透鏡陣列501包含復數個所述液晶透鏡單元500并設置于所述第一液晶透鏡陣列401上表面。所述第一液晶透鏡陣列401的第二透明基板414和所述第二液晶透鏡陣列501的第一透明基板511共用同一透明基板520。兩個液晶透鏡層共用一個透明基板520，整體減少液晶透鏡層的厚度，實現立體顯示裝置的輕薄化。上列較佳實施例，對本發明的目的、技術方案和優點進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種液晶透鏡，其特征在于，包括: 一第一透明基板； 一第一介質層，形狀為條狀、鋸齒狀或階梯狀，彼此間隔且平行排列于所述第一透明基板上表面；所述第一介質層的厚度從所述液晶透鏡的中心到所述液晶透鏡的邊緣方向上梯度增加； 一第一電極，形狀為條狀、鋸齒狀或階梯狀且其厚度相等，設置于所述第一介質層表面；所述第一電極的寬度與所述第一介質層的寬度大小一致，所述第一電極的中心點與所述第一介質層的中心點重合； 一第一配向層，覆蓋于所述第一電極和第一透明基板上表面，且其上表面為平面； 一第二透明基板，與所述第一透明基板相對設置且相互平行； 一第二電極，所述第二電極為一面電極且覆蓋于所述第二透明基板下表面； 一第二配向層，覆蓋于所述第二電極下表面，且其下表面為平面； 一液晶層，設置于所述第一配向層和所述第二配向層之間。
2.根據權利要求1所述的一種液晶透鏡，其特征在于:所述第一配向層的配向方向與所述第二配向層的配向方向平行，且與所述第一電極的取向方向交叉。
3.根據權利要求1所述的一種液晶透鏡，其特征在于:還包括一封膠框，設置于所述第一透明基板和所述第二透明基板之間，用于將所述液晶層封閉在所述第一配向層和第二配向層之間。
4.根據權利要求1所述的一種液晶透鏡，其特征在于:還包括一襯底料，設置于所述第一配向層和第二配向層之間，用于確保所述第一配向層和第二配向層的間距為預定間距。
5.一種包含如權利要求1-4任一項所述的液晶透鏡的裸眼立體顯示裝置，其特征在于:包括一顯示模塊和一第一液晶透鏡陣列；所述第一液晶透鏡陣列包含復數個所述液晶透鏡單元并設置于所述顯示模塊上表面。
6.根據權利要求5所述的裸眼立體顯示裝置，其特征在于:還包括一第二液晶透鏡層；所述第二液晶透鏡陣列包含復數個所述液晶透鏡并設置于所述第一液晶透鏡陣列上表面，所述第二液晶透鏡層中液晶透鏡單元的介質層厚度從所述液晶透鏡單元的中心到所述液晶透鏡的邊緣方向上梯度減少，且所述第二液晶透鏡陣列中液晶透鏡單元的介質層厚度最低的點與所述第一液晶透鏡陣列中液晶透鏡單元的介質層厚度最高的點對齊。
7.根據權利要求6所述的裸眼立體顯示裝置，其特征在于:所述第一液晶透鏡陣列中的第二透明基板和所述第二液晶透鏡陣列中的第一透明基板共用同一透明基板。
全文摘要
本發明涉及顯示技術領域，特別涉及一種液晶透鏡，其特征在于，包括一第一透明基板；一第一介質層，形狀為條狀、鋸齒狀或階梯狀，彼此間隔且平行排列于所述第一透明基板上表面；所述第一介質層的厚度從所述液晶透鏡的中心到所述液晶透鏡的邊緣方向上梯度增加；一第一電極；一第一配向層；一第二透明基板；一第二電極；一第二配向層；一液晶層。本發明運用梯度分布的介質層實現一種液晶透鏡及包含該液晶透鏡的裸眼立體顯示裝置，該裝置不僅能實現2D/3D自由切換，還可以實現左右眼圖像分時切換，達到動態液晶透鏡效果，得到全高清的立體顯示圖像。
文檔編號G02F1/1339GK103149767SQ201310065079
公開日2013年6月12日 申請日期2013年3月1日 優先權日2013年3月1日
發明者張永愛, 郭太良, 周雄圖, 葉蕓, 姚劍敏, 林志賢, 徐勝, 林金堂, 曾祥耀, 林銻杭 申請人:福州大學