專(zhuān)利名稱(chēng)：一種液晶透鏡光柵及其立體顯示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及立體顯示技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種液晶透鏡光柵及使用液晶透鏡光柵的立體顯示裝置。
背景技術(shù)：
一般來(lái)說(shuō)，人類(lèi)的右眼和左眼相互分開(kāi)約65mm，從而會(huì)通過(guò)所看到的物體的細(xì)微差異來(lái)感知物體的深度，從而識(shí)別出立體圖像的，這種差異被稱(chēng)為視差。立體顯示技術(shù)就是通過(guò)人為的手段來(lái)制造人的左右眼的視差，給予左、右眼分別送去有視差的兩幅圖像，使大腦在獲取了左右眼看到的不同圖像之后，產(chǎn)生觀看真實(shí)三維物體的感覺(jué)?，F(xiàn)有的裸眼可視立體顯示技術(shù)中，主要包括柱透鏡光柵立體顯示、狹縫光柵立體顯示和全息立體顯示等。其中，基于柱透鏡光柵的三維立體顯示技術(shù)因柱透鏡光柵可加工性強(qiáng)的特點(diǎn)成為當(dāng)前較為常見(jiàn)的立體顯示技術(shù)。具體而言，柱透鏡光柵又分為固態(tài)柱透鏡光柵和液晶柱透鏡光柵，其中固態(tài)柱透鏡光柵是一固態(tài)元件，其與液晶顯示面板固定配合后，僅能顯示三維立體畫(huà)面，不能同時(shí)兼容顯示二維平面畫(huà)面。對(duì)目前觀看者而言，長(zhǎng)期使用柱透鏡光柵觀看三維立體畫(huà)面，容易出現(xiàn)視覺(jué)疲勞，且對(duì)眼部健康不利。下文，將參照?qǐng)D1-3描述現(xiàn)有技術(shù)中液晶柱透鏡光柵。圖1是現(xiàn)有技術(shù)中采用液晶透鏡光柵的立體顯示裝置的立體分解示意圖，圖2是圖1所示液晶透鏡光柵的截面示意圖，圖3是圖2所示液晶透鏡光柵的等效光路示意圖。如圖1所示，現(xiàn)有立體顯示裝置包括背光模組11、液晶顯示面板12及液晶透鏡光柵13。其中，液晶透鏡光柵13、液晶顯示面板12及背光模組11依次層疊設(shè)置，使得液晶顯示面板12夾設(shè)于背光模組11和液晶透鏡光柵13之間。液晶顯示面板12與背光模組11疊合設(shè)置，背光模組11為液晶顯示面板12提供光線(xiàn)以顯示畫(huà)面。液晶顯示面板12接收編碼處理的三維視頻信號(hào)，經(jīng)液晶顯示面板12后顯示三維畫(huà)面，三維畫(huà)面光束經(jīng)由液晶透鏡光柵13導(dǎo)向后形成具有位相差的兩幅圖像。再請(qǐng)參見(jiàn)圖2，圖2是圖1所示液晶透鏡光柵的截面示意圖。如圖2所示，液晶透鏡光柵13包括相對(duì)間隔設(shè)置的第一基板131和第二基板135、以及夾設(shè)于第一基板131和第二基板135之間的液晶層133。其中，第一基板131臨近液晶層133的表面設(shè)置有一第一電極層132。第二基板135臨近液晶層133的表面設(shè)置有多個(gè)第二電極134，多個(gè)第二電極 134彼此間隔均勻設(shè)置。第一電極層132和多個(gè)第二電極134由透明導(dǎo)電材料形成。液晶層133收容于第一電極層132和多個(gè)第二電極134形成的收容空間內(nèi)，液晶層133的液晶分子(圖未示) 具有響應(yīng)于電場(chǎng)的強(qiáng)度和分布的特性。當(dāng)給第一電極層132和多個(gè)第二電極134施加不同的電壓時(shí)，沿液晶層133所在的水平方向，垂直電場(chǎng)在多個(gè)第二電極134的中心處最強(qiáng)，遠(yuǎn)離多個(gè)第二電極134的中心處的方向，垂直電場(chǎng)的強(qiáng)度降低。由于液晶層133的液晶分子具有正電介常數(shù)各向異性時(shí)，液晶分子根據(jù)垂直電場(chǎng)同樣沿著遠(yuǎn)離多個(gè)第二電極134的中心處的水平方向距離增加，使得液晶分子與水平方向的夾角逐漸減小，亦即在多個(gè)第二電極134的中心處，液晶分子呈豎立狀，在遠(yuǎn)離多個(gè)第二電極134的中心處的方向，液晶分子隨著距離的增加愈接近水平面傾斜。根據(jù)液晶分子的光折射特性，光路在距離多個(gè)第二電極134的中心處最近位置，光路最短，隨著距離多個(gè)第二電極134的中心處的距離增加而光路邊長(zhǎng)，即如圖3所示。使用相位平面表示光路的長(zhǎng)短變化，則由液晶材料形成的液晶透鏡光柵13具有與拋物面透鏡等效的投射效果。通過(guò)控制第一電極層132和多個(gè)第二電極134之間的電壓，以形成所需要的折射效果。當(dāng)液晶顯示面板12所接收的是二維顯示信號(hào)時(shí)，則停止施加電壓至第一電極層132和多個(gè)第二電極134，以實(shí)現(xiàn)二維顯示和三維顯示的自由切換。采用上述電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡光柵13雖然可以實(shí)現(xiàn)二維顯示和三維顯示的自由切換，但是仍然具有以下缺陷1)電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡光柵13所形成的透鏡光柵區(qū)域的邊沿相對(duì)于具有物理實(shí)現(xiàn)的拋物面或凸面的透鏡的分布存在嚴(yán)重偏離的相位，從而導(dǎo)致在實(shí)現(xiàn)三維圖像時(shí)的折射率失真，進(jìn)而導(dǎo)致透鏡光柵區(qū)域的邊沿處產(chǎn)生串?dāng)_，造成無(wú)法顯示正常的圖像。2)由于第一電極層132和多個(gè)第二電極134占據(jù)了液晶透鏡光柵13的大部分面積，因此在電極對(duì)應(yīng)的透鏡邊沿區(qū)域以及中心區(qū)域形成陡峭的側(cè)電場(chǎng)。為了形成等效于光滑拋物弧面的液晶透鏡，需要增加第一電極層132與多個(gè)第二電極134之間的間距，使得液晶透鏡光柵13的厚度增加，進(jìn)而需要大量的液晶，提高生產(chǎn)成本。3)為了實(shí)現(xiàn)全分辨率的立體顯示圖像，通過(guò)調(diào)節(jié)多個(gè)第二電極134之間的電壓差，使得液晶分子的排列方向發(fā)生變化，從而改變?nèi)肷涔獾姆较颍乾F(xiàn)有的液晶分子之間存在相互作用力，例如彈性常數(shù)、粘滯系數(shù)、介電各向異性等，同時(shí)由于增加液晶透鏡光柵 13的厚度，使得液晶分子轉(zhuǎn)動(dòng)速率太慢，進(jìn)而使得液晶透鏡光柵13的切換速率少于人眼所能接受的頻率范圍，導(dǎo)致人眼能夠察覺(jué)到其場(chǎng)強(qiáng)躍遷。因此，亟需提供一種液晶透鏡光柵，以解決上述問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明主要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種立體顯示裝置及其液晶透鏡光柵，以提高液晶分子的響應(yīng)速度，改善透鏡光柵區(qū)域的邊沿的折射率失真的問(wèn)題，更好地實(shí)現(xiàn)全分辨率立體顯示；同時(shí)，避免增加液晶透鏡光柵的厚度，進(jìn)而避免需求大量的液晶，降低生產(chǎn)成本。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的一個(gè)技術(shù)方案是提供一種液晶透鏡光柵，其包括依次層疊設(shè)置的第一基板、第二基板和第三基板；第一液晶層，設(shè)置于第一基板和第二基板之間；第二液晶層，設(shè)置于第二基板和第三基板之間；第一電極和第二電極，設(shè)置于第一基板和第二基板之間且第一電極和第二電極分別設(shè)置于第一液晶層的兩側(cè)，用于為第一液晶層提供驅(qū)動(dòng)電壓；第三電極和第四電極，設(shè)置于第二基板和第三基板之間且第三電極和第四電極分別設(shè)置于第二液晶層的兩側(cè)，用于為第二液晶層提供驅(qū)動(dòng)電壓。作為上述液晶透鏡光柵的進(jìn)一步改進(jìn)，第一電極和第二電極中至少一個(gè)包括多個(gè)平行且間隔設(shè)置的第一條狀電極，第三電極和第四電極中至少一個(gè)包括多個(gè)平行且間隔設(shè)置的第二條狀電極。
作為上述液晶透鏡光柵的進(jìn)一步改進(jìn)，第一電極設(shè)置在第一基板靠近第一液晶層的表面上，第二電極設(shè)置在第二基板靠近第一液晶層的表面上，第三電極設(shè)置在第二基板靠近第二液晶層的表面上，第四電極設(shè)置在第三基板靠近第二液晶層的表面上。作為上述液晶透鏡光柵的進(jìn)一步改進(jìn)，通過(guò)控制第一條狀電極與第二條狀電極之間的電壓差，以使得第一液晶層的焦距等于第二液晶層的焦距。作為上述液晶透鏡光柵的進(jìn)一步改進(jìn)，多個(gè)第一條狀電極形成多個(gè)周期性排列的第一電極組，每一第一電極組包括奇數(shù)個(gè)第一條狀電極，多個(gè)第二條狀電極形成多個(gè)周期性排列的第二電極組，每一第二電極組包括奇數(shù)個(gè)第二條狀電極。作為上述液晶透鏡光柵的進(jìn)一步改進(jìn)，在每一第一電極組中，居中的第一條狀電極上施加第一電壓，且第一電極組中的其他第一條狀電極上施加的電壓沿居中的第一條狀電極兩側(cè)的方向依次遞增且大小相互對(duì)稱(chēng)；在每一第二電極組中，居中的第二條狀電極上施加第二電壓，且第二電極組中的其他第二條狀電極上施加的電壓沿著居中的第二條狀電極兩側(cè)的方向依次遞增且大小相互對(duì)稱(chēng)。作為上述液晶透鏡光柵的進(jìn)一步改進(jìn)，通過(guò)控制施加于多個(gè)第一電極組以及多個(gè)第二電極組上的時(shí)序信號(hào)使得液晶透鏡光柵呈現(xiàn)不同的狀態(tài)，其中，時(shí)序信號(hào)包括連續(xù)的第一時(shí)刻Tl、第二時(shí)刻T2及第三時(shí)刻T3，其中在第一時(shí)刻Tl時(shí)，液晶透鏡光柵顯示二維畫(huà)面；在第二時(shí)刻T2及第三時(shí)刻T3時(shí)，液晶透鏡光柵顯示三維畫(huà)面。作為上述液晶透鏡光柵的進(jìn)一步改進(jìn)，每一第一電極組包括5個(gè)第一條狀電極， 居中的第一條狀電極施加第一電壓V3，其他第一條狀電極依次施加第三電壓V2以及第四電壓Vl ；每一第二電極組包括5個(gè)第二條狀電極，居中的第二條狀電極施加第二電壓V6，其他的第二條狀電極依次施加第五電壓V5以及第六電壓V4。作為上述液晶透鏡光柵的進(jìn)一步改進(jìn)，V4 > Vl > V2 > V3 > V5 > V6。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的另一個(gè)技術(shù)方案是提供一種立體顯示裝置， 其包括顯示面板，用于提供顯示圖像；液晶透鏡光柵，設(shè)置于顯示面板的出光方向上，且在未加驅(qū)動(dòng)電壓時(shí)，液晶透鏡光柵直接透射顯示面板射出的光線(xiàn)，以使立體顯示裝置提供二維圖像；在向液晶透鏡光柵施加驅(qū)動(dòng)電壓時(shí)，液晶透鏡光柵將顯示面板射出的光線(xiàn)折射為左眼圖像和右眼圖像，以使立體顯示裝置提供三維圖像；其中，液晶透鏡光柵為前述任一項(xiàng)的液晶透鏡光柵。本發(fā)明的有益效果是區(qū)別于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的立體顯示裝置及其液晶透鏡光柵通過(guò)設(shè)置第二基板夾設(shè)于第一基板和第三基板之間，并且設(shè)置第二電極以及第三電極在第二基板的相對(duì)表面，以此實(shí)現(xiàn)分層驅(qū)動(dòng)雙層液晶透鏡光柵中的兩個(gè)液晶層，因此，較現(xiàn)有技術(shù)中液晶透鏡光柵具有更快的響應(yīng)速度；此外，選擇時(shí)序信號(hào)的頻率為120Hz或更高的頻率進(jìn)行刷新，可更好地實(shí)現(xiàn)全分辨率立體顯示，同時(shí)沒(méi)有過(guò)多地增加液晶透鏡光柵的厚度，避免需求大量的液晶，降低生產(chǎn)成本。本發(fā)明的液晶透鏡光柵進(jìn)一步通過(guò)控制第二透明基板的厚度，可實(shí)現(xiàn)近距離觀察。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)中采用液晶透鏡光柵的立體顯示裝置的立體分解示意圖2是圖1所示液晶透鏡光柵的截面示意圖；圖3是圖2所示液晶透鏡光柵的等效光路示意圖；圖4是本發(fā)明的立體顯示裝置一優(yōu)選實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是圖4所示立體顯示裝置的液晶透鏡光柵的側(cè)面結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是圖5所示液晶透鏡光柵的局部側(cè)面示意圖；圖7是圖6所示第一透明電極施加的驅(qū)動(dòng)電壓分布示意圖；圖8是圖6所示第四透明電極施加的驅(qū)動(dòng)電壓分布示意圖；圖9是圖6所示液晶透鏡光柵的一種工作狀態(tài)示意圖；圖10是圖6所示液晶透鏡光柵的另一種工作狀態(tài)示意圖；圖11是本發(fā)明的立體顯示裝置實(shí)現(xiàn)立體顯示畫(huà)面的成像原理示意圖；圖12是本發(fā)明的液晶透鏡光柵的第二實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖13是本發(fā)明的液晶透鏡光柵的第三實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖14是本發(fā)明的液晶透鏡光柵的第四實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖15是本發(fā)明的液晶透鏡光柵的第五實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；以及圖16是本發(fā)明的液晶透鏡光柵的第六實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式請(qǐng)參見(jiàn)圖4，圖4是本發(fā)明的立體顯示裝置一優(yōu)選實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖，本發(fā)明立體顯示裝置包括液晶透鏡光柵21和顯示面板22，其中液晶透鏡光柵21設(shè)置于顯示面板22 的出光面方向上。其中，液晶透鏡光柵21是根據(jù)施加的驅(qū)動(dòng)電壓進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的液晶透鏡光柵。顯示面板22用于顯示圖像信息，顯示面板22可為液晶顯示器(LCD)、有機(jī)發(fā)光顯示器(OLED)、等離子顯示面板(PDP)、場(chǎng)致發(fā)射顯示器(FED)等。具體而言，液晶透鏡光柵21根據(jù)施加的驅(qū)動(dòng)電壓選擇性地發(fā)射出二維或三維的圖像。即，在未加驅(qū)動(dòng)電壓的狀態(tài)下，液晶透鏡光柵21等效于透光層，直接將從顯示面板22 施加的二維圖像發(fā)射出去；在向液晶透鏡光柵21施加驅(qū)動(dòng)電壓時(shí)，在不同位置的液晶(圖未示)之間具有光程差，液晶透鏡光柵21等效于拋物型透鏡光柵。其中，拋物型透鏡光柵在行方向上具有拋物型分布剖面，并且在列方向上等同地重復(fù)產(chǎn)生的拋物線(xiàn)型部分，進(jìn)而使得拋物型透鏡光柵在列方向上可以實(shí)現(xiàn)具有拋物相位的圓柱形狀。圖5是圖4所示立體顯示裝置的液晶透鏡光柵的側(cè)面結(jié)構(gòu)示意圖。如圖5所示，液晶透鏡光柵21包括第一封框膠2111、第二封框膠2112、第一透明基板2131、第二透明基板2132、第三透明基板2133、第一透明配向膜2121、第二透明配向膜2122、第三透明配向膜 2123、第四透明配向膜2124、第一透明電極2141、第二透明電極2142、第三透明電極2143、 第四透明電極2144、第一液晶層2151以及第二液晶層2152。其中，第二透明基板2132設(shè)置于第一透明基板2131的下方，第三透明基板2133設(shè)置于第二透明基板2132的下方。第一液晶層2151設(shè)置在第一透明基板2131和第二透明基板2132之間，并被密封在第一封框膠2111內(nèi)，第二液晶層2152設(shè)置在第二透明基板2132和第三透明基板2133之間，并被密封在第二封框膠2112內(nèi)，使得第一液晶層2151和第二液晶層2152分別夾設(shè)在各自的區(qū)間內(nèi)，在區(qū)間內(nèi)有間隙子(SPACER，圖未示)支撐和固定液晶層厚度。第一透明電極2141和第二透明電極2142分別設(shè)置于第一液晶層2151的兩側(cè)，為第一液晶層2151提供驅(qū)動(dòng)電壓； 第三透明電極2143和第四透明電極2144分別設(shè)置于第二液晶層2152的兩側(cè)，為第二液晶層2152提供驅(qū)動(dòng)電壓。在本實(shí)施例中，第一透明電極2141設(shè)置在第一透明基板2131靠近第一液晶層 2151的表面上，且在第一透明電極2141和第一液晶層2151之間設(shè)置第一透明配向膜 2121 ；第二透明電極2142設(shè)置在第二透明基板2132靠近第一液晶層2151的表面上，且在第二透明電極2142和第一液晶層2151之間設(shè)置第二透明配向膜2122 ；第三透明電極2143 設(shè)置在第二透明基板2132靠近第二液晶層2152的表面上，且在第三透明電極2143和第二液晶層2152之間設(shè)置第三透明配向膜2123 ；第四透明電極2144設(shè)置在第三透明基板2132 靠近第二液晶層2152的表面上，且在第四透明電極2144和第二液晶層2152之間設(shè)置第四透明配向膜2124。其中，第一透明電極2141為多個(gè)平行且間隔設(shè)置的第一條狀電極，第四透明電極2144為多個(gè)平行且間隔設(shè)置的第二條狀電極，第一條狀電極和第二條狀電極為相互平行且正對(duì)的條狀電極。第二透明電極2142和第三透明電極2143為彼此平行的覆蓋第二透明基板2132相對(duì)兩表面的電極層。第一透明基板2131和第三透明基板2133可以是玻璃基板，為減小液晶透鏡光柵的厚度，可以通過(guò)機(jī)械方式或化學(xué)方式進(jìn)行打磨和減薄，也可以是石英或合成樹(shù)脂；第二透明基板2132可選用玻璃基板，較佳為選用透明的塑料材料。塑料材料具有高透光率、耐高溫、低熱膨脹系數(shù)、低熱收縮系數(shù)、低吸水率、低雙折射率、高阻抗性及耐化學(xué)腐蝕性等優(yōu)點(diǎn)，例如第二透明基板2132可選用的塑料材料為聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚碳酸酯(PC)、聚醚砜(PES)以及JSR株式會(huì)社生產(chǎn)的商品名為ARTON 的熱塑性樹(shù)脂中的任一種。第二透明基板2132采用塑料材料制成時(shí)，可使第二透明基板 2132的厚度可以設(shè)置在0. Imm以下。圖6是圖5所示液晶透鏡光柵的局部側(cè)面示意圖，如圖6所示，第一透明電極2141
包括多個(gè)第一條狀電極2141A、2141B、2141C、2141D、2141E......；第四透明電極2144與
第一透明電極2141數(shù)目相等并正對(duì)平行設(shè)置，其包括多個(gè)第二條狀電極2144A、2144B、
2144C、2144D、2144E.......為使第一液晶層2151和第二液晶層2152發(fā)生旋轉(zhuǎn)，并且得到
良好的透鏡效果，需要在多個(gè)第一條狀電極2141和多個(gè)第二條狀電極2144施加特定的驅(qū)動(dòng)電壓，進(jìn)而得到較平滑的電場(chǎng)。具體而言，如圖7-8所示，圖7為第一透明電極2141施加的驅(qū)動(dòng)電壓的分布示意圖，圖8為第四透明電極2144施加的驅(qū)動(dòng)電壓的分布示意圖。第一透明電極2141以及第四透明電極2144上施加呈拋物線(xiàn)變化趨勢(shì)的驅(qū)動(dòng)電壓。以第一透明電極2141的η個(gè)連續(xù)的第一條狀電極為例，第一個(gè)第一條狀電極2141Α施加的驅(qū)動(dòng)電壓最小，為Vmin，第η個(gè)第一條狀電極2141η施加的驅(qū)動(dòng)電壓最大，為Vmax。沿第一個(gè)第一條狀電極2141A到兩側(cè)的第η個(gè)第一條狀電極2141η的方向，η條第一條狀電極2141施加的驅(qū)動(dòng)電壓依次遞增，并且以第一個(gè)第一條狀電極2141Α為對(duì)稱(chēng)軸，沿第一個(gè)第一條狀電極2141Α到兩側(cè)的第η個(gè)第一條狀電極2141η的方向，第一條形電極2141施加的驅(qū)動(dòng)電壓相互對(duì)稱(chēng)。沿第一個(gè)第一條狀電極2141Α到兩側(cè)的第η個(gè)第一條狀電極2141η的方向，對(duì)應(yīng)于施加較小驅(qū)動(dòng)電壓的第一個(gè)第一條狀電極2041Α的液晶分子(未標(biāo)號(hào))偏轉(zhuǎn)角度較小，對(duì)應(yīng)于施加較大驅(qū)動(dòng)電壓的第η個(gè)第一條狀電極2141η的液晶分子偏轉(zhuǎn)角度較大，不同偏轉(zhuǎn)程度的液晶分子具有不同的折射率，從而形成一透鏡結(jié)構(gòu)。與上述原理相同，第一透明電極2141可以產(chǎn)生多個(gè)相同的透鏡結(jié)構(gòu)，且所產(chǎn)生的多個(gè)透鏡結(jié)構(gòu)相鄰設(shè)置。第四透明電極2144產(chǎn)生透鏡結(jié)構(gòu)的原理與第一透明電極2141的一樣，于此不再贅述。在本實(shí)施例中，多個(gè)第一條狀電極2141形成多個(gè)周期性排列的第一電極組2161， 每一第一電極組2161包括奇數(shù)個(gè)第一條狀電極2141。多個(gè)第二條狀電極2144形成包括多個(gè)周期性排列的第二電極組2162，每一第二電極組2162包括奇數(shù)個(gè)第二條狀電極2144。在本實(shí)施例中，以第一透明電極2141和第四透明電極2144分別為5個(gè)第一條狀電極2141和5個(gè)第二條狀電極2144為一個(gè)周期為例進(jìn)行說(shuō)明。即第一透明電極2141的一個(gè)周期包括第一條狀電極2141A、2141B、2141C、2141D以及2141E，這5個(gè)第一條狀電極形成一個(gè)第一電極組2161 ；第四透明電極2144的一個(gè)周期包括第二條狀電極2144A、2144B、 2144C、2144D以及2144E，這5個(gè)第二條狀電極形成一個(gè)第二電極組2162。多個(gè)第一電極組 2161和多個(gè)第二電極組2162與一時(shí)序信號(hào)電連接，此時(shí)序信號(hào)包括三個(gè)連續(xù)時(shí)刻，分別為第一時(shí)刻Tl、第二時(shí)刻T2及第三時(shí)刻T3。當(dāng)時(shí)序信號(hào)在第一時(shí)刻Tl時(shí)，液晶透鏡光柵21處于第一狀態(tài)，此時(shí)加載于第一條狀電極 2141A、2141B、2141C、2141D、2141E、第二條狀電極 2144A、2144B、2144C、2144D 以及 2144E上的驅(qū)動(dòng)電壓為零，則液晶分子沒(méi)有發(fā)生旋轉(zhuǎn)，如圖6所述，由于在垂直方向上不同位置的光折射率完全一致，液晶透鏡光柵21不具有透鏡作用，顯示二維畫(huà)面。當(dāng)時(shí)序信號(hào)在第二時(shí)刻T2時(shí)，液晶透鏡光柵21處于第二狀態(tài)，加載于第二透明電極2142和第三透明電極2143的驅(qū)動(dòng)電壓為零或者一參考電壓，加載于第一條狀電極2141A 和2141E的驅(qū)動(dòng)電壓為VI，加載于第一條狀電極2141B和2141D的驅(qū)動(dòng)電壓為V2，加載于第一條狀電極2141C的驅(qū)動(dòng)電壓為大于或等于零的驅(qū)動(dòng)電壓V3，加載于第二條狀電極2144A 和2144E的驅(qū)動(dòng)電壓為V4，加載于第二條狀電極2144B和2144D的驅(qū)動(dòng)電壓為V5，加載于第二條狀電極2144C的驅(qū)動(dòng)電壓為大于或等于零的驅(qū)動(dòng)電壓V6，且V4 > Vl > V3 > V5 > V6。由于液晶分子會(huì)在不同電場(chǎng)強(qiáng)度下會(huì)有不同角度的旋轉(zhuǎn)，不同角度旋轉(zhuǎn)的液晶分子對(duì)光的折射作用各不一樣，在逐漸遞增或遞減的電場(chǎng)下，液晶分子對(duì)光路的改變而形成一個(gè)較圓滑的曲線(xiàn)，從而實(shí)現(xiàn)液晶透鏡光柵21的效果。請(qǐng)參見(jiàn)圖9-10，圖9是圖6所示液晶透鏡光柵的一種工作狀態(tài)示意圖，圖10是圖 6所示液晶透鏡光柵的另一種工作狀態(tài)示意圖。如圖9所示，存在于第一透明電極2141及第二透明電極2142之間的電場(chǎng)作用于第一液晶層2151，存在于第三透明電極2143及第四透明電極2144之間的電場(chǎng)作用于第二液晶層2152，同時(shí)控制第一透明電極2141與第四透明電極2144之間的電壓差，以使得第一液晶層2151形成的液晶透鏡光柵的焦距等于第二液晶層2152形成的液晶透鏡光柵的焦距。此時(shí)，可等同于一個(gè)液晶透鏡光柵21。當(dāng)時(shí)序信號(hào)在第三時(shí)刻T3時(shí)，液晶透鏡光柵處于第三狀態(tài)，加載于第二透明電極2142和第三透明電極2143上的驅(qū)動(dòng)電壓為零，加載于第一透明電極2141和第四透明電極2144的驅(qū)動(dòng)電壓依次性地、周期性地變化，使液晶透鏡光柵21依次性地、周期性地平移，如圖10所示，第一條狀電極2141A、2141B、2141C、2141D、2141E、第二條狀電極2144A、 2144B、2144C、2144D 以及 2144E 分別移至 2141A'、2141B'、2141C'、2141D'、2141E'及 2144A'、2144B'、2144C'、2144D'、2144E'。在連續(xù)移動(dòng)的情況下，加載于第一透明電極 2141和第四透明電極2144設(shè)定時(shí)序信號(hào)，在不同的時(shí)刻，液晶透鏡光柵21在時(shí)序信號(hào)作用下，導(dǎo)引光束朝設(shè)定方向傳輸，根據(jù)不同的時(shí)序信號(hào)，對(duì)應(yīng)呈現(xiàn)狀態(tài)變化的液晶透鏡光柵 21。由于液晶透鏡光柵21所形成的透鏡光柵區(qū)域的邊沿與具有物理實(shí)現(xiàn)的拋物線(xiàn)或凸面的透鏡的分布相同，避免在實(shí)現(xiàn)三維圖像時(shí)的折射率失真，進(jìn)而可實(shí)現(xiàn)高分辨率的立體圖像顯示效果，由此改善了現(xiàn)有技術(shù)在透鏡光柵區(qū)域的邊沿處產(chǎn)生串?dāng)_，造成無(wú)法顯示正常的圖像的問(wèn)題。在液晶分子的驅(qū)動(dòng)過(guò)程中，由于第一透明電極2141和第四透明電極2144的雙層驅(qū)動(dòng)電壓進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，在第一透明電極2141和第四透明電極2144之間進(jìn)一步設(shè)置有第二透明電極2142、第三透明電極2143以及第二透明基板2132將液晶分子隔開(kāi)，可等同于兩個(gè)液
晶層ο而液晶分子的響應(yīng)時(shí)間包括液晶分子改變排列狀體的上升時(shí)間(Ton)和下降時(shí)間(Toff)，其計(jì)算公式分別為T(mén)on = (y //X1 π2)/[ (V/Vth)2_1]；Toff = Y ^2Zk11 π 2其中，Y工為液晶分子旋轉(zhuǎn)粘滯系數(shù)，K11為展曲彈性常數(shù)，d為液晶柱狀透鏡光柵厚度，V為液晶柱狀透鏡的驅(qū)動(dòng)電壓，Vth為液晶分子的起始電壓。由上式可以得出，Ton和 Toff都隨著d值的增大而大幅度增大，液晶分子的響應(yīng)速度與液晶透鏡光柵21的厚度的平方成正比。若現(xiàn)有技術(shù)中液晶透鏡光柵的厚度為D，而本發(fā)明的電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡光柵21是兩層液晶透鏡光柵的組合，每個(gè)液晶透鏡的厚度d為1/2D，由此可計(jì)算得出本發(fā)明的液晶透鏡光柵21的響應(yīng)速度較現(xiàn)有技術(shù)中的液晶透鏡光柵的響應(yīng)速度提升了 4倍。圖11是圖4所示立體顯示裝置實(shí)現(xiàn)立體顯示畫(huà)面的成像原理示意圖。如圖11所示，若從顯示面板22射出的光線(xiàn)為帶有視差的左眼視圖L和右眼視圖R，所述左眼視圖L可以通過(guò)液晶透鏡光柵21而傳輸?shù)阶笱垡晠^(qū)(也稱(chēng)為左眼觀看區(qū)域)，所述右眼視圖R可以通過(guò)液晶透鏡光柵21而傳輸?shù)接已垡晠^(qū)(也稱(chēng)為右眼觀看區(qū)域)。當(dāng)左眼視區(qū)和右眼視區(qū)之間的距離為觀看者左右眼之間的距離時(shí)，觀看者將看到三維圖像。在T2時(shí)刻，液晶透鏡光柵21處于第二狀態(tài)，其中對(duì)應(yīng)形成多個(gè)液晶透鏡光柵；在 T3時(shí)刻，液晶透鏡光柵21處于第三狀態(tài)，其中對(duì)應(yīng)形成另一形態(tài)的多個(gè)液晶透鏡光柵。設(shè)定時(shí)序信號(hào)，在不同的時(shí)刻，根據(jù)不同的時(shí)序信號(hào)，對(duì)應(yīng)使得呈現(xiàn)狀態(tài)變化的液晶透鏡光柵，電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡光柵在時(shí)序信號(hào)作用下，導(dǎo)引光束朝設(shè)定方向傳輸，如在第一狀態(tài)液晶透鏡光柵21傳輸光至第一方向區(qū)域形成顯示畫(huà)面，在第二狀態(tài)，液晶透鏡光柵21傳輸光至第二方向區(qū)域形成顯示畫(huà)面，在第三狀態(tài)，液晶透鏡光柵21傳輸光至第三方向區(qū)域形成顯示畫(huà)面。在T2、T3不斷交替的時(shí)序信號(hào)驅(qū)動(dòng)下，所有液晶分子形成交替變化的液晶透鏡光柵21，其中T2時(shí)刻所顯示的畫(huà)面?zhèn)鬏斨劣^看者的左眼，接下來(lái)的T3時(shí)刻所顯示的畫(huà)面?zhèn)鬏斨劣^看者的右眼，當(dāng)時(shí)序信號(hào)的頻率提高到一定程度，超出人眼所能識(shí)別的頻率范圍時(shí)，則液晶透鏡光柵21即等效為一透鏡交替變化的柱狀透鏡光柵。具體而言，當(dāng)顯示面板22顯示二維畫(huà)面時(shí)，施加一第一狀態(tài)時(shí)序信號(hào)至液晶透鏡光柵21，則由于液晶透鏡光柵21沒(méi)有分光效果，顯示面板22產(chǎn)生的光束直接穿過(guò)液晶透鏡光柵21，液晶透鏡光柵21并未改變光束傳輸方向，因此，映入觀看者眼睛的是二維畫(huà)面。當(dāng)顯示面板22顯示三維畫(huà)面時(shí)，施加一時(shí)序信號(hào)至電驅(qū)動(dòng)液晶透鏡光柵21，控制液晶透鏡光柵21在第二狀態(tài)與第三狀態(tài)之間切換，由此，使得液晶透鏡光柵21等效于兩種動(dòng)態(tài)不同形態(tài)的柱狀透鏡光柵，具體如圖11所示，其是液晶透鏡光柵21實(shí)現(xiàn)分辨顯示的原理圖。圖11中，實(shí)線(xiàn)為T(mén)2時(shí)刻，液晶透鏡光柵21在第二狀態(tài)所對(duì)應(yīng)的光學(xué)路徑示意圖，虛線(xiàn)為T(mén)3時(shí)刻，液晶透鏡光柵21在第三狀態(tài)所對(duì)應(yīng)的光學(xué)路徑示意圖。取a、b、c、d四個(gè)區(qū)域分別代表四個(gè)像素點(diǎn)，則a、b區(qū)域?qū)?yīng)顯示一畫(huà)面，而c、d對(duì)應(yīng)顯示另一畫(huà)面。在T2時(shí)刻，左眼看到的是b和a的像素點(diǎn)，而右眼看到的是d和c的像素點(diǎn)，在T3與T2時(shí)刻看到的圖像剛好相反。這兩種狀態(tài)交替出現(xiàn)達(dá)到一定頻率的時(shí)候，利用人的視覺(jué)殘留使得觀看者左眼和右眼均看到兩幅完整的圖像，這樣就可以實(shí)現(xiàn)了全像素的三維立體顯示。顯示面板22射出的光束經(jīng)過(guò)液晶透鏡光柵21后，將光束折射至設(shè)定方向，進(jìn)而形成對(duì)應(yīng)于人的左眼和右眼的具有位相差的圖像。也就是說(shuō)，當(dāng)時(shí)序信號(hào)的頻率提高到一定程度，超出人眼所能識(shí)別的頻率范圍時(shí)，液晶透鏡光柵21在T2、T3不斷交替作用下，引導(dǎo)光束交替?zhèn)鬟_(dá)時(shí)輸至觀看者的左眼和右眼，如時(shí)序信號(hào)的頻率與顯示面板22切換左眼視差圖像和右眼視差圖像的頻率同步，并優(yōu)選以120Hz或更高的頻率進(jìn)行刷新時(shí)，對(duì)觀看者而言，因?yàn)槠洳荒茏R(shí)別時(shí)序信號(hào)作用下的畫(huà)面差別，導(dǎo)致觀看者認(rèn)為所接收的顯示畫(huà)面為全像素畫(huà)面。當(dāng)觀看者位于立體顯示區(qū)交替接收上述圖像信息后，利用人眼的視覺(jué)殘留，就可獲得全像素的三維立體視覺(jué)效果。進(jìn)一步的，本發(fā)明的液晶透鏡光柵21可調(diào)整焦距，以實(shí)現(xiàn)近距觀察立體顯示裝置之目的。具體而言，液晶透鏡光柵21包括第一液晶層2151和第二液晶層2152，第一液晶層2151所形成的透鏡焦距為Π，第二液晶層2152所形成的透鏡焦距為f2，第二透明基板 2132的厚度為d，根據(jù)組合透鏡公式可知，液晶透鏡光柵21的焦距f為f = (fl*f2)/(fl+f2-d)由此可見(jiàn)，通過(guò)控制第二透明基板2132的厚度為d，就可以實(shí)現(xiàn)液晶透鏡光柵21 的焦距f的控制減少第二透明基板2132的厚度d，可使液晶透鏡光柵21的焦距f均小于透鏡焦距Π和透鏡焦距f2，由此減少液晶透鏡光柵21的焦距f，實(shí)現(xiàn)近距觀察。請(qǐng)參見(jiàn)圖12，圖12是本發(fā)明的液晶透鏡光柵的第二實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖 12所示，第二實(shí)施例的液晶透鏡光柵50與第一實(shí)施例的液晶透鏡光柵21不同之處在于 第一透明電極5041為電極層，第二透明電極5042為第一條狀電極，而立體顯示的實(shí)現(xiàn)方式類(lèi)似于第一實(shí)施方式為了獲得三維圖像顯示效果相關(guān)描述，在此也不再贅述。請(qǐng)參見(jiàn)圖13，圖13是本發(fā)明的液晶透鏡光柵的第三實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖 13所示，第三實(shí)施例的液晶透鏡光柵60與第一實(shí)施例的液晶透鏡光柵21不同之處在于 第一透明電極6041和第四透明電極6044為電極層，第二透明電極6042為第一條狀電極， 第三透明電極6043為第二條狀電極，而立體顯示的實(shí)現(xiàn)方式類(lèi)似于第一實(shí)施方式為了獲得三維圖像顯示效果相關(guān)描述，在此也不再贅述。請(qǐng)參見(jiàn)圖14，圖14是本發(fā)明的液晶透鏡光柵的第四實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖 14所示，第四實(shí)施例的液晶透鏡光柵70與第一實(shí)施例的液晶透鏡光柵21不同之處在于 第三透明電極7043為第二條狀電極，第四透明電極7044為電極層，而立體顯示的實(shí)現(xiàn)方式類(lèi)似于第一實(shí)施方式為了獲得三維圖像顯示效果相關(guān)描述，在此也不再贅述。請(qǐng)參見(jiàn)圖15，圖15是本發(fā)明的液晶透鏡光柵的第五實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖15 所示，第四實(shí)施例的液晶透鏡光柵80與第一實(shí)施例的液晶透鏡光柵21不同之處在于第一透明電極8041為第一條狀電極，第二透明電極8042為第二條狀電極，第三透明電極8043為第三條狀電極，第四透明電極8044為第四條狀電極，而立體顯示的實(shí)施方式類(lèi)似于第一實(shí)施方式為了獲得三維圖像顯示效果相關(guān)描述，在此也不再贅述。請(qǐng)參見(jiàn)圖16，圖16是本發(fā)明的液晶透鏡光柵的第六實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖16 所示，第六實(shí)施例的液晶透鏡光柵與前述第五實(shí)施例液晶透鏡光柵80的不同在于前述實(shí)施方式中，各條狀電極是正對(duì)且平行設(shè)置，而本實(shí)施方式中，各條狀電極相互偏差一定角度設(shè)置。具體而言，在本實(shí)施方式中，第一透明電極8041和第二透明電極8042偏差一定的角度設(shè)置，第二透明電極8042和第三透明電極8043偏差一定的角度設(shè)置，第三透明電極8043 和第四透明電極8044偏差一定的角度設(shè)置。通過(guò)以上方式，區(qū)別現(xiàn)有技術(shù)中液晶透鏡光柵，本發(fā)明的液晶透鏡光柵21通過(guò)第一透明電極2141驅(qū)動(dòng)夾設(shè)在第一透明基板2131與第二透明基板2132內(nèi)的第一液晶層 2151，第四透明電極2144驅(qū)動(dòng)夾設(shè)在第二透明基板2132與第三透明基板2133內(nèi)的第二液晶層2152，實(shí)現(xiàn)分層驅(qū)動(dòng)雙層液晶透鏡光柵21中的兩個(gè)液晶層，因此，較現(xiàn)有技術(shù)中液晶透鏡光柵具有更快的響應(yīng)速度；此外，選擇時(shí)序信號(hào)的頻率為120Hz或更高的頻率進(jìn)行刷新，可更好地實(shí)現(xiàn)全分辨率立體顯示，同時(shí)沒(méi)有過(guò)多地增加液晶透鏡光柵21的厚度，避免需求大量的液晶，降低生產(chǎn)成本。本發(fā)明的液晶透鏡光柵21進(jìn)一步通過(guò)控制第二透明基板 2132的厚度，可實(shí)現(xiàn)近距離觀察。以上僅為本發(fā)明的實(shí)施例，并非因此限制本發(fā)明的專(zhuān)利范圍，凡是利用本發(fā)明說(shuō)明書(shū)及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運(yùn)用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專(zhuān)利保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種液晶透鏡光柵，其特征在于，所述液晶透鏡光柵包括依次層疊設(shè)置的第一基板、第二基板和第三基板；第一液晶層，設(shè)置于所述第一基板和第二基板之間；第二液晶層，設(shè)置于所述第二基板和第三基板之間；第一電極和第二電極，且所述第一電極和所述第二電極分別設(shè)置于所述第一液晶層的兩側(cè)，用于為所述第一液晶層提供驅(qū)動(dòng)電壓；第三電極和第四電極，且所述第三電極和所述第四電極分別設(shè)置于所述第二液晶層的兩側(cè)，用于為所述第二液晶層提供驅(qū)動(dòng)電壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液晶透鏡光柵，其特征在于，所述第一電極和所述第二電極中的至少一個(gè)包括多個(gè)平行且間隔設(shè)置的第一條狀電極，所述第三電極和所述第四電極中的至少一個(gè)包括多個(gè)平行且間隔設(shè)置的第二條狀電極。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液晶透鏡光柵，其特征在于，所述第一電極設(shè)置在所述第一基板靠近所述第一液晶層的一側(cè)，所述第二電極設(shè)置在所述第二基板靠近所述第一液晶層的一側(cè)，所述第三電極設(shè)置在所述第二基板靠近所述第二液晶層的一側(cè)，所述第四電極設(shè)置在所述第三基板靠近所述第二液晶層的一側(cè)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的液晶透鏡光柵，其特征在于，通過(guò)控制所述第一條狀電極與所述第二條狀電極之間的電壓差，以使得所述第一液晶層的焦距等于所述第二液晶層的焦距。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的液晶透鏡光柵，其特征在于，所述多個(gè)第一條狀電極形成多個(gè)周期性排列的第一電極組，每一所述第一電極組包括奇數(shù)個(gè)所述第一條狀電極，所述多個(gè)第二條狀電極形成多個(gè)周期性排列的第二電極組，每一所述第二電極組包括奇數(shù)個(gè)所述第二條狀電極。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的液晶透鏡光柵，其特征在于，在每一所述第一電極組中，居中的第一條狀電極上施加第一電壓，且所述第一電極組中的其他所述第一條狀電極上施加的電壓沿所述居中的第一條狀電極兩側(cè)的方向依次遞增且大小相互對(duì)稱(chēng)；在每一所述第二電極組中，居中的第二條狀電極上施加第二電壓，且所述第二電極組中的其他所述的其他所述第二條狀電極上施加的電壓沿著所述居中的第二條狀電極兩側(cè)的方向依次遞增且大小相互對(duì)稱(chēng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的液晶透鏡光柵，其特征在于，通過(guò)控制施加于所述多個(gè)第一電極組以及所述多個(gè)第二電極組上的時(shí)序信號(hào)使得所述液晶透鏡光柵呈現(xiàn)不同的狀態(tài)，其中，所述時(shí)序信號(hào)包括連續(xù)的第一時(shí)刻Tl、第二時(shí)刻T2及第三時(shí)刻T3，其中在所述第一時(shí)刻Tl時(shí)，所述液晶透鏡光柵顯示二維畫(huà)面；在所述第二時(shí)刻T2及所述第三時(shí)刻T3時(shí)，所述液晶透鏡光柵顯示三維畫(huà)面。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的液晶透鏡光柵，其特征在于，每一所述第一電極組包括5個(gè)所述第一條狀電極，所述居中的第一條狀電極施加第一電壓V3，其他所述第一條狀電極依次施加第三電壓V2以及第四電壓Vl ；每一所述第二電極組包括5個(gè)所述第二條狀電極，所述居中的第二條狀電極施加所述第二電壓V6，其他的所述第二條狀電極依次施加第五電壓 V5以及第六電壓V4。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的液晶透鏡光柵，其特征在于，V4> Vl > V2 > V3 > V5 > V6。
10. 一種立體顯示裝置，其特征在于，所述立體顯示裝置包括 顯示面板，用于提供顯示圖像；液晶透鏡光柵，設(shè)置于所述顯示面板的出光方向上，且在未加驅(qū)動(dòng)電壓時(shí)，所述液晶透鏡光柵直接透射所述顯示面板射出的光線(xiàn)，以使所述立體顯示裝置提供二維圖像；在向所述液晶透鏡光柵施加驅(qū)動(dòng)電壓時(shí)，所述液晶透鏡光柵將所述顯示面板射出的光線(xiàn)折射為左眼圖像和右眼圖像，以使所述立體顯示裝置提供三維圖像；其中，所述液晶透鏡光柵為如權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)所述的液晶透鏡光柵。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了提供一種立體顯示裝置及其液晶透鏡光柵，其包括依次層疊設(shè)置的第一基板、第二基板和第三基板；第一液晶層，設(shè)置于第一基板和第二基板之間；第二液晶層，設(shè)置于第二基板和第三基板之間；第一電極和第二電極，設(shè)置于第一基板和第二基板之間且第一電極和第二電極分別設(shè)置于第一液晶層的兩側(cè)，用于為第一液晶層提供驅(qū)動(dòng)電壓；第三電極和第四電極，設(shè)置于第二基板和第三基板之間且第三電極和第四電極分別設(shè)置于第二液晶層的兩側(cè)，用于為第二液晶層提供驅(qū)動(dòng)電壓。通過(guò)以上方式，本發(fā)明可提高液晶分子的響應(yīng)速度，更好地實(shí)現(xiàn)全分辨率立體顯示。
文檔編號(hào)G02F1/29GK102243402SQ20111019602
公開(kāi)日2011年11月16日 申請(qǐng)日期2011年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月13日
發(fā)明者吳坤, 宮曉達(dá), 李建軍, 陳寅偉 申請(qǐng)人:深圳超多維光電子有限公司