[发明专利]液晶透镜及3D显示装置

说明书

技术领域

本发明涉及透镜及裸眼3D显示领域，更具体的说，涉及一种液晶透镜及3D显示装置。

背景技术

现有的透镜都是普通的光学透镜，其焦距往往都是固定的，这使得透镜在很多领域的应用受到限制，以裸眼3D显示领域为例，裸眼3D技术需要将面板上左右眼的图像讯号折射到对应的左右眼观看位置，常见的是用柱状透镜(lenticular lens)对光的路径进行折射率匹配设计，如图1中所示，它的原理是在显示屏11的前面加上一层柱状透镜12，使显示屏11的像平面位于透镜的焦平面上，每个柱透镜2下面的图像的像素被分成几个子像素，这样透镜就能以不同的方向投影每个子像素，于是双眼从不同的角度观看显示屏，就看到不同的子像素，使观者看到3D影像。

除了柱状透镜技术(lenticular lens)的设计外，还有一种常见的设计是利用折射率梯度变化的自聚焦透镜(grin lens)，如图2所示，光通过自聚焦透镜10(grin lens)的疏密疏架构同对称lens架构双曲面，与普通的双曲面透镜一样会在前后形成相同焦距的聚焦。但是，柱状透镜及自聚焦透镜的焦距都是不可调的，同时使用这种透镜的3D显示装置如果不借助其他外加装置，很难实现播放2D影像的切换。因此现有的透镜在一定程度上已不能满足裸眼3D显示领域的使用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种具有梯度折射率变化的液晶透镜及可实现全视角3D显示的3D显示装置。

本发明一种液晶透镜是通过以下技术方案来实现的：一种液晶透镜，包括：相互对置的设有电极的下层基板和设有反电极的上层基板，所述电极与反电极之间相互绝缘以形成电场；

以及设在所述下层基板和上层基板之间的液晶层；所述液晶为垂直取向型向列液晶(Negative Nematic LC)；

所述下层基板上的电极或上层基板的反电极具有使电极与反电极之间间距变小的凹陷的曲面结构。

所述凹陷的曲面结构为以其中央顶点为对称中心的曲面。这样的设计使得液晶倾倒分布也以中央顶点为对称中心呈中心对称。

所述凹陷的曲面结构为半球面结构。

所述的液晶透镜还包括设置在电极与反电极之间的电压调节装置。通过电压调节装置，可动态调整电极与反电极之间的电压，达到动态调整液晶透镜焦距的目的。

所述的下层基板上的电极或上层基板的反电极上具有多个形状相同的且并行排列的凹陷的曲面结构。在一个液晶透镜上可形成多个聚焦点，类似于使用在裸眼3D中的柱状透镜。

所述的液晶层的厚度均匀，所述液晶层与凹陷的电极或反电极之间填充有绝缘层。

本发明一种3D显示装置是通过以下技术方案来实现的：所述的3D显示装置包括液晶面板及设置在液晶面板前的液晶透镜，所述的透镜包括：

相互对置的设有电极的下层基板和设有反电极的上层基板，所述电极与反电极之间相互绝缘以形成电场；

以及设在所述下层基板和上层基板之间的液晶层；所述液晶为垂直取向型向列液晶(Negative Nematic LC)；

所述下层基板上的电极或上层基板的反电极具有多个形状相同的且并行排列的、使电极与反电极之间间距变小的凹陷的曲面结构。

所述凹陷的曲面结构为以其中央顶点为对称中心的曲面。这样的设计使得液晶倾倒分布也以中央顶点为对称中心呈中心对称，可实现全视角的3D显示。

所述凹陷的曲面结构为半球面结构。

所述的液晶透镜还包括设置在电极与反电极之间的电压调节装置。

本发明由于利用垂直取向型液晶在梯度变化的电场中液晶分子倾倒角度不一样，通过下层基板上的电极或上层基板的反电极设计具有使电极与反电极之间间距变小的凹陷的曲面结构，实现电场的梯度变化，继而使液晶透镜具有梯度变化的折射率，从而使穿过的光线形成聚焦。将该液晶透镜用于液晶显示装置中，它可以代替现有的自聚焦透镜(grin lens)或是柱状透镜达到3D显示效果，并且只需取消液晶透镜电极与反电极之间的电压，即可方便的切换成2D显示模式。

附图说明

图1是现有技术中裸眼3D显示技术的光路示意图；

图2是自聚焦透镜的特性示意图；

图3是本发明实施例液晶透镜的截面图；

图4是本发明图3中一个单位结构即凹陷球面结构内液晶晶分子在电场作用下倾倒的示意图，图中观察角度为俯视即平行于XY平面的平面图；

图5是本发明图3中液晶层在电场作用下不同位置处液晶分子倾倒的示意图；