[实用新型]液晶透镜及应用该透镜的立体显示装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种液晶透镜，尤其涉及的是一种液晶透镜及应用该透镜的立体显示装置。

背景技术

采用液晶透镜来实现自由立体显示的立体显示装置，主要是利用在液晶层两侧的两片基板上分别设置正负电极，并在不同电极上施加大小不同的驱动电压，从而在两片基板间形成具有不同强度的垂直电场，以驱动液晶分子排列而形成可变焦液晶透镜。因此，只需要控制相应电极上的电压分布，液晶透镜的折射率分布就会相应的改变，从而对像素出射光的分布进行控制，实现自由立体显示和2D/3D自由切换。

如图1所示，100为一种常见的液晶透镜阵列结构示意图，它含有多个液晶透镜单元如L1与L2等（图中只画出了两个透镜单元），每个透镜单元如L1与L2等具有相同的结构。具体的讲，液晶透镜阵列100包含第一基板101与第二基板102，第一基板101与第二基板102正对设置，一般为玻璃等透明材料。在第一基板101上设置有第一电极103，第一电极103一般为透明导电材料如ITO或者IZO等，在第二基板102上设置有第二电极107，第二电极107也为透明导电材料如ITO或者IZO。在每一个透镜单元之内，以L1为例，第一电极103包含S11，S12，S13，…，S18，S19等多个以一定间隔分开并平行设置的条形电极，电极的数量一般为奇数（以下以九电极为例进行说明），每个条形电极的宽度分别为W（S11），W（S12），W（S13），...，W（S18），W（S19）等，一般而言条形电极具备相同的宽度，即W（S11）=W（S12）=W（S13）=...=W（S18）=W（S19）。在两个液晶透镜单元如L1与L2之间，共用同一个条形电极S19（S21）。除此之外，液晶透镜阵列100还包括设置在第一电极103上的介电材料104，设置在介电材料104上的第一配向膜105以及设置在第二电极107上的第二配向膜108用于控制液晶分子的取向，液晶材料106被封装在第一基板101与第二基板102之间。虽然图1中未画出，但液晶透镜阵列100还包括用于液晶材料封装的周边封框胶以及用于控制液晶盒厚的间隙子（隔离物）等。

如图2所示，当需要进行3D显示时，在第一电极103的各个条形电极如S11，S12，S13，…，S18，S19（以透镜单元L1为例）等上施加左右对称的电压，第二电极107作为公用电极其电压设置为零，以正性液晶材料（即△ε=ε∥-ε⊥>0，式中ε∥为液晶分子长轴方向的介电系数，ε⊥为液晶分子短轴方向的介电系数。）为例，可以使V（S11）=V（S19）>V（S12）=V（S18）>V（S13）=V（S17）>V（S14）=V（S16）>V（S15），即在液晶透镜单元的中心电极S15上施加的电压最小，而在透镜单元的边缘电极S11，S19上施加的电压最大，从透镜中心到透镜边缘各个条形电极上的电压以一定的梯度进行分布。由于在透镜单元边缘电极上施加的电压最大，边缘电极S11，S19位置的液晶分子基本上呈现垂直方向分布，即液晶分子长轴与电场方向平行；而越靠近透镜单元的中心电压越小，因此液晶分子会逐渐倾向于水平方向排列，即液晶分子长轴与电场方向垂直。在每一个透镜单元内，由于电压对称分布，液晶材料随着电场强度的变化呈现折射率的渐变，因而整个液晶透镜整列具备较好的光学成像特性。2D显示时，在第一电极103如S11，S12，S13，…，S18，S19（以透镜单元L1为例）等以及第二电极107上施加电压均设置为零或者两者之间无压差，则液晶分子106不受电场的影响，仍保持液晶分子的初始取向（如图1所示），此时液晶透镜单元不对入射光方向进行调制。

在3D显示时，需要在各个条形电极上施加对称的电压，如V（S11）=V（S19）>V（S12）=V（S18）>V（S13）=V（S17）>V（S14）=V（S16）>V（S15），随着每个液晶透镜单元设计时电极数量的增多，需要提供的不同驱动电压数量也随之增加，导致驱动电路及液晶透镜阵列周边电路设计变得复杂。以每个透镜单元为例，假设在每个透镜单元内有N个条形电极，当提供左右对称的驱动电压时，至少需要提供（N+1）/2个不同的驱动电压。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种液晶透镜及应用该透镜的立体显示装置，可以简化液晶透镜周边电路及驱动电路的设计。