專利名稱：一種液晶透鏡光柵及其立體顯示裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及立體顯示技術領域，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：
一般來說，人類的右眼和左眼相互分開約65mm，從而會通過所看到的物體的細微差異來感知物體的深度，從而識別出立體圖像的，這種差異被稱為視差。立體顯示技術就是通過人為的手段來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，產生觀看真實三維物體的感覺。現有的裸眼可視立體顯示技術中，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因柱透鏡光柵可加工性強的特點成為當前較為常見的立體顯示技術。具體而言，柱透鏡光柵又分為固態柱透鏡光柵和液晶柱透鏡光柵，其中固態柱透鏡光柵是一固態元件，其與液晶顯示面板固定配合后，僅能顯示三維立體畫面，不能同時兼容顯示二維平面畫面。對目前觀看者而言，長期使用柱透鏡光柵觀看三維立體畫面，容易出現視覺疲勞，且對眼部健康不利。下文，將參照圖1-3描述現有技術中液晶柱透鏡光柵。圖1是現有技術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依次層疊設置，使得液晶顯示面板12夾設于背光模組11和液晶透鏡光柵13之間。液晶顯示面板12與背光模組11疊合設置，背光模組11為液晶顯示面板12提供光線以顯示畫面。液晶顯示面板12接收編碼處理的三維視頻信號，經液晶顯示面板12后顯示三維畫面，三維畫面光束經由液晶透鏡光柵13導向后形成具有位相差的兩幅圖像。再請參見圖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包括相對間隔設置的第一基板131和第二基板135、以及夾設于第一基板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的表面設置有一第一電極層132。第二基板135臨近液晶層133的表面設置有多個第二電極134，多個第二電極 134彼此間隔均勻設置。第一電極層132和多個第二電極134由透明導電材料形成。液晶層133收容于第一電極層132和多個第二電極134形成的收容空間內，液晶層133的液晶分子(圖未示) 具有響應于電場的強度和分布的特性。當給第一電極層132和多個第二電極134施加不同的電壓時，沿液晶層133所在的水平方向，垂直電場在多個第二電極134的中心處最強，遠離多個第二電極134的中心處的方向，垂直電場的強度降低。由于液晶層133的液晶分子具有正電介常數各向異性時，液晶分子根據垂直電場同樣沿著遠離多個第二電極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，亦即在多個第二電極134的中心處，液晶分子呈豎立狀，在遠離多個第二電極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。根據液晶分子的光折射特性，光路在距離多個第二電極134的中心處最近位置，光路最短，隨著距離多個第二電極134的中心處的距離增加而光路邊長，即如圖3所示。使用相位平面表示光路的長短變化，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。通過控制第一電極層132和多個第二電極134之間的電壓，以形成所需要的折射效果。當液晶顯示面板12所接收的是二維顯示信號時，則停止施加電壓至第一電極層132和多個第二電極134，以實現二維顯示和三維顯示的自由切換。采用上述電驅動液晶透鏡光柵13雖然可以實現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)電驅動液晶透鏡光柵13所形成的透鏡光柵區域的邊沿相對于具有物理實現的拋物面或凸面的透鏡的分布存在嚴重偏離的相位，從而導致在實現三維圖像時的折射率失真，進而導致透鏡光柵區域的邊沿處產生串擾，造成無法顯示正常的圖像。2)由于第一電極層132和多個第二電極134占據了液晶透鏡光柵13的大部分面積，因此在電極對應的透鏡邊沿區域以及中心區域形成陡峭的側電場。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，進而需要大量的液晶，提高生產成本。3)為了實現全分辨率的立體顯示圖像，通過調節多個第二電極134之間的電壓差，使得液晶分子的排列方向發生變化，從而改變入射光的方向，但是現有的液晶分子之間存在相互作用力，例如彈性常數、粘滯系數、介電各向異性等，同時由于增加液晶透鏡光柵 13的厚度，使得液晶分子轉動速率太慢，進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，導致人眼能夠察覺到其場強躍遷。因此，亟需提供一種液晶透鏡光柵，以解決上述問題。

發明內容
本發明主要解決的技術問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速度，改善透鏡光柵區域的邊沿的折射率失真的問題，更好地實現全分辨率立體顯示；同時，避免增加液晶透鏡光柵的厚度，進而避免需求大量的液晶，降低生產成本。為解決上述技術問題，本發明采用的一個技術方案是提供一種液晶透鏡光柵，其包括依次層疊設置的第一基板、第二基板和第三基板；第一液晶層，設置于第一基板和第二基板之間；第二液晶層，設置于第二基板和第三基板之間；第一電極和第二電極，設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置于第一液晶層的兩側，用于為第一液晶層提供驅動電壓；第三電極和第四電極，設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置于第二液晶層的兩側，用于為第二液晶層提供驅動電壓。作為上述液晶透鏡光柵的進一步改進，第一電極和第二電極中至少一個包括多個平行且間隔設置的第一條狀電極，第三電極和第四電極中至少一個包括多個平行且間隔設置的第二條狀電極。
作為上述液晶透鏡光柵的進一步改進，第一電極設置在第一基板靠近第一液晶層的表面上，第二電極設置在第二基板靠近第一液晶層的表面上，第三電極設置在第二基板靠近第二液晶層的表面上，第四電極設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一步改進，通過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一步改進，多個第一條狀電極形成多個周期性排列的第一電極組，每一第一電極組包括奇數個第一條狀電極，多個第二條狀電極形成多個周期性排列的第二電極組，每一第二電極組包括奇數個第二條狀電極。作為上述液晶透鏡光柵的進一步改進，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的方向依次遞增且大小相互對稱；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的方向依次遞增且大小相互對稱。作為上述液晶透鏡光柵的進一步改進，通過控制施加于多個第一電極組以及多個第二電極組上的時序信號使得液晶透鏡光柵呈現不同的狀態，其中，時序信號包括連續的第一時刻Tl、第二時刻T2及第三時刻T3，其中在第一時刻Tl時，液晶透鏡光柵顯示二維畫面；在第二時刻T2及第三時刻T3時，液晶透鏡光柵顯示三維畫面。作為上述液晶透鏡光柵的進一步改進，每一第一電極組包括5個第一條狀電極， 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一步改進，V4 > Vl > V2 > V3 > V5 > V6。為解決上述技術問題，本發明采用的另一個技術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，設置于顯示面板的出光方向上，且在未加驅動電壓時，液晶透鏡光柵直接透射顯示面板射出的光線，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動電壓時，液晶透鏡光柵將顯示面板射出的光線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的液晶透鏡光柵。本發明的有益效果是區別于現有技術，本發明的立體顯示裝置及其液晶透鏡光柵通過設置第二基板夾設于第一基板和第三基板之間，并且設置第二電極以及第三電極在第二基板的相對表面，以此實現分層驅動雙層液晶透鏡光柵中的兩個液晶層，因此，較現有技術中液晶透鏡光柵具有更快的響應速度；此外，選擇時序信號的頻率為120Hz或更高的頻率進行刷新，可更好地實現全分辨率立體顯示，同時沒有過多地增加液晶透鏡光柵的厚度，避免需求大量的液晶，降低生產成本。本發明的液晶透鏡光柵進一步通過控制第二透明基板的厚度，可實現近距離觀察。


圖1是現有技術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是本發明的立體顯示裝置一優選實施例的結構示意圖；圖5是圖4所示立體顯示裝置的液晶透鏡光柵的側面結構示意圖；圖6是圖5所示液晶透鏡光柵的局部側面示意圖；圖7是圖6所示第一透明電極施加的驅動電壓分布示意圖；圖8是圖6所示第四透明電極施加的驅動電壓分布示意圖；圖9是圖6所示液晶透鏡光柵的一種工作狀態示意圖；圖10是圖6所示液晶透鏡光柵的另一種工作狀態示意圖；圖11是本發明的立體顯示裝置實現立體顯示畫面的成像原理示意圖；圖12是本發明的液晶透鏡光柵的第二實施例的結構示意圖；圖13是本發明的液晶透鏡光柵的第三實施例的結構示意圖；圖14是本發明的液晶透鏡光柵的第四實施例的結構示意圖；圖15是本發明的液晶透鏡光柵的第五實施例的結構示意圖；以及圖16是本發明的液晶透鏡光柵的第六實施例的結構示意圖。
具體實施例方式請參見圖4，圖4是本發明的立體顯示裝置一優選實施例的結構示意圖，本發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是根據施加的驅動電壓進行驅動的液晶透鏡光柵。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)、有機發光顯示器(OLED)、等離子顯示面板(PDP)、場致發射顯示器(FED)等。具體而言，液晶透鏡光柵21根據施加的驅動電壓選擇性地發射出二維或三維的圖像。即，在未加驅動電壓的狀態下，液晶透鏡光柵21等效于透光層，直接將從顯示面板22 施加的二維圖像發射出去；在向液晶透鏡光柵21施加驅動電壓時，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產生的拋物線型部分，進而使得拋物型透鏡光柵在列方向上可以實現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面結構示意圖。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設置于第一透明基板2131的下方，第三透明基板2133設置于第二透明基板2132的下方。第一液晶層2151設置在第一透明基板2131和第二透明基板2132之間，并被密封在第一封框膠2111內，第二液晶層2152設置在第二透明基板2132和第三透明基板2133之間，并被密封在第二封框膠2112內，使得第一液晶層2151和第二液晶層2152分別夾設在各自的區間內，在區間內有間隙子(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分別設置于第一液晶層2151的兩側，為第一液晶層2151提供驅動電壓； 第三透明電極2143和第四透明電極2144分別設置于第二液晶層2152的兩側，為第二液晶層2152提供驅動電壓。在本實施例中，第一透明電極2141設置在第一透明基板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之間設置第一透明配向膜 2121 ；第二透明電極2142設置在第二透明基板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之間設置第二透明配向膜2122 ；第三透明電極2143 設置在第二透明基板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之間設置第三透明配向膜2123 ；第四透明電極2144設置在第三透明基板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之間設置第四透明配向膜2124。其中，第一透明電極2141為多個平行且間隔設置的第一條狀電極，第四透明電極2144為多個平行且間隔設置的第二條狀電極，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，可以通過機械方式或化學方式進行打磨和減薄，也可以是石英或合成樹脂；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、低熱收縮系數、低吸水率、低雙折射率、高阻抗性及耐化學腐蝕性等優點，例如第二透明基板2132可選用的塑料材料為聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚碳酸酯(PC)、聚醚砜(PES)以及JSR株式會社生產的商品名為ARTON 的熱塑性樹脂中的任一種。第二透明基板2132采用塑料材料制成時，可使第二透明基板 2132的厚度可以設置在0. Imm以下。圖6是圖5所示液晶透鏡光柵的局部側面示意圖，如圖6所示，第一透明電極2141
包括多個第一條狀電極2141A、2141B、2141C、2141D、2141E......；第四透明電極2144與
第一透明電極2141數目相等并正對平行設置，其包括多個第二條狀電極2144A、2144B、
2144C、2144D、2144E.......為使第一液晶層2151和第二液晶層2152發生旋轉，并且得到
良好的透鏡效果，需要在多個第一條狀電極2141和多個第二條狀電極2144施加特定的驅動電壓，進而得到較平滑的電場。具體而言，如圖7-8所示，圖7為第一透明電極2141施加的驅動電壓的分布示意圖，圖8為第四透明電極2144施加的驅動電壓的分布示意圖。第一透明電極2141以及第四透明電極2144上施加呈拋物線變化趨勢的驅動電壓。以第一透明電極2141的η個連續的第一條狀電極為例，第一個第一條狀電極2141Α施加的驅動電壓最小，為Vmin，第η個第一條狀電極2141η施加的驅動電壓最大，為Vmax。沿第一個第一條狀電極2141A到兩側的第η個第一條狀電極2141η的方向，η條第一條狀電極2141施加的驅動電壓依次遞增，并且以第一個第一條狀電極2141Α為對稱軸，沿第一個第一條狀電極2141Α到兩側的第η個第一條狀電極2141η的方向，第一條形電極2141施加的驅動電壓相互對稱。沿第一個第一條狀電極2141Α到兩側的第η個第一條狀電極2141η的方向，對應于施加較小驅動電壓的第一個第一條狀電極2041Α的液晶分子(未標號)偏轉角度較小，對應于施加較大驅動電壓的第η個第一條狀電極2141η的液晶分子偏轉角度較大，不同偏轉程度的液晶分子具有不同的折射率，從而形成一透鏡結構。與上述原理相同，第一透明電極2141可以產生多個相同的透鏡結構，且所產生的多個透鏡結構相鄰設置。第四透明電極2144產生透鏡結構的原理與第一透明電極2141的一樣，于此不再贅述。在本實施例中，多個第一條狀電極2141形成多個周期性排列的第一電極組2161， 每一第一電極組2161包括奇數個第一條狀電極2141。多個第二條狀電極2144形成包括多個周期性排列的第二電極組2162，每一第二電極組2162包括奇數個第二條狀電極2144。在本實施例中，以第一透明電極2141和第四透明電極2144分別為5個第一條狀電極2141和5個第二條狀電極2144為一個周期為例進行說明。即第一透明電極2141的一個周期包括第一條狀電極2141A、2141B、2141C、2141D以及2141E，這5個第一條狀電極形成一個第一電極組2161 ；第四透明電極2144的一個周期包括第二條狀電極2144A、2144B、 2144C、2144D以及2144E，這5個第二條狀電極形成一個第二電極組2162。多個第一電極組 2161和多個第二電極組2162與一時序信號電連接，此時序信號包括三個連續時刻，分別為第一時刻Tl、第二時刻T2及第三時刻T3。當時序信號在第一時刻Tl時，液晶透鏡光柵21處于第一狀態，此時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上的驅動電壓為零，則液晶分子沒有發生旋轉，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，顯示二維畫面。當時序信號在第二時刻T2時，液晶透鏡光柵21處于第二狀態，加載于第二透明電極2142和第三透明電極2143的驅動電壓為零或者一參考電壓，加載于第一條狀電極2141A 和2141E的驅動電壓為VI，加載于第一條狀電極2141B和2141D的驅動電壓為V2，加載于第一條狀電極2141C的驅動電壓為大于或等于零的驅動電壓V3，加載于第二條狀電極2144A 和2144E的驅動電壓為V4，加載于第二條狀電極2144B和2144D的驅動電壓為V5，加載于第二條狀電極2144C的驅動電壓為大于或等于零的驅動電壓V6，且V4 > Vl > V3 > V5 > V6。由于液晶分子會在不同電場強度下會有不同角度的旋轉，不同角度旋轉的液晶分子對光的折射作用各不一樣，在逐漸遞增或遞減的電場下，液晶分子對光路的改變而形成一個較圓滑的曲線，從而實現液晶透鏡光柵21的效果。請參見圖9-10，圖9是圖6所示液晶透鏡光柵的一種工作狀態示意圖，圖10是圖 6所示液晶透鏡光柵的另一種工作狀態示意圖。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之間的電場作用于第二液晶層2152，同時控制第一透明電極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，可等同于一個液晶透鏡光柵21。當時序信號在第三時刻T3時，液晶透鏡光柵處于第三狀態，加載于第二透明電極2142和第三透明電極2143上的驅動電壓為零，加載于第一透明電極2141和第四透明電極2144的驅動電壓依次性地、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'。在連續移動的情況下，加載于第一透明電極 2141和第四透明電極2144設定時序信號，在不同的時刻，液晶透鏡光柵21在時序信號作用下，導引光束朝設定方向傳輸，根據不同的時序信號，對應呈現狀態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域的邊沿與具有物理實現的拋物線或凸面的透鏡的分布相同，避免在實現三維圖像時的折射率失真，進而可實現高分辨率的立體圖像顯示效果，由此改善了現有技術在透鏡光柵區域的邊沿處產生串擾，造成無法顯示正常的圖像的問題。在液晶分子的驅動過程中，由于第一透明電極2141和第四透明電極2144的雙層驅動電壓進行驅動，在第一透明電極2141和第四透明電極2144之間進一步設置有第二透明電極2142、第三透明電極2143以及第二透明基板2132將液晶分子隔開，可等同于兩個液
晶層ο而液晶分子的響應時間包括液晶分子改變排列狀體的上升時間(Ton)和下降時間(Toff)，其計算公式分別為Ton = (y //X1 π2)/[ (V/Vth)2_1]；Toff = Y ^2Zk11 π 2其中，Y工為液晶分子旋轉粘滯系數，K11為展曲彈性常數，d為液晶柱狀透鏡光柵厚度，V為液晶柱狀透鏡的驅動電壓，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，液晶分子的響應速度與液晶透鏡光柵21的厚度的平方成正比。若現有技術中液晶透鏡光柵的厚度為D，而本發明的電驅動液晶透鏡光柵21是兩層液晶透鏡光柵的組合，每個液晶透鏡的厚度d為1/2D，由此可計算得出本發明的液晶透鏡光柵21的響應速度較現有技術中的液晶透鏡光柵的響應速度提升了 4倍。圖11是圖4所示立體顯示裝置實現立體顯示畫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可以通過液晶透鏡光柵21而傳輸到左眼視區(也稱為左眼觀看區域)，所述右眼視圖R可以通過液晶透鏡光柵21而傳輸到右眼視區(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，觀看者將看到三維圖像。在T2時刻，液晶透鏡光柵21處于第二狀態，其中對應形成多個液晶透鏡光柵；在 T3時刻，液晶透鏡光柵21處于第三狀態，其中對應形成另一形態的多個液晶透鏡光柵。設定時序信號，在不同的時刻，根據不同的時序信號，對應使得呈現狀態變化的液晶透鏡光柵，電驅動液晶透鏡光柵在時序信號作用下，導引光束朝設定方向傳輸，如在第一狀態液晶透鏡光柵21傳輸光至第一方向區域形成顯示畫面，在第二狀態，液晶透鏡光柵21傳輸光至第二方向區域形成顯示畫面，在第三狀態，液晶透鏡光柵21傳輸光至第三方向區域形成顯示畫面。在T2、T3不斷交替的時序信號驅動下，所有液晶分子形成交替變化的液晶透鏡光柵21，其中T2時刻所顯示的畫面傳輸至觀看者的左眼，接下來的T3時刻所顯示的畫面傳輸至觀看者的右眼，當時序信號的頻率提高到一定程度，超出人眼所能識別的頻率范圍時，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，當顯示面板22顯示二維畫面時，施加一第一狀態時序信號至液晶透鏡光柵21，則由于液晶透鏡光柵21沒有分光效果，顯示面板22產生的光束直接穿過液晶透鏡光柵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面。當顯示面板22顯示三維畫面時，施加一時序信號至電驅動液晶透鏡光柵21，控制液晶透鏡光柵21在第二狀態與第三狀態之間切換，由此，使得液晶透鏡光柵21等效于兩種動態不同形態的柱狀透鏡光柵，具體如圖11所示，其是液晶透鏡光柵21實現分辨顯示的原理圖。圖11中，實線為T2時刻，液晶透鏡光柵21在第二狀態所對應的光學路徑示意圖，虛線為T3時刻，液晶透鏡光柵21在第三狀態所對應的光學路徑示意圖。取a、b、c、d四個區域分別代表四個像素點，則a、b區域對應顯示一畫面，而c、d對應顯示另一畫面。在T2時刻，左眼看到的是b和a的像素點，而右眼看到的是d和c的像素點，在T3與T2時刻看到的圖像剛好相反。這兩種狀態交替出現達到一定頻率的時候，利用人的視覺殘留使得觀看者左眼和右眼均看到兩幅完整的圖像，這樣就可以實現了全像素的三維立體顯示。顯示面板22射出的光束經過液晶透鏡光柵21后，將光束折射至設定方向，進而形成對應于人的左眼和右眼的具有位相差的圖像。也就是說，當時序信號的頻率提高到一定程度，超出人眼所能識別的頻率范圍時，液晶透鏡光柵21在T2、T3不斷交替作用下，引導光束交替傳達時輸至觀看者的左眼和右眼，如時序信號的頻率與顯示面板22切換左眼視差圖像和右眼視差圖像的頻率同步，并優選以120Hz或更高的頻率進行刷新時，對觀看者而言，因為其不能識別時序信號作用下的畫面差別，導致觀看者認為所接收的顯示畫面為全像素畫面。當觀看者位于立體顯示區交替接收上述圖像信息后，利用人眼的視覺殘留，就可獲得全像素的三維立體視覺效果。進一步的，本發明的液晶透鏡光柵21可調整焦距，以實現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，通過控制第二透明基板2132的厚度為d，就可以實現液晶透鏡光柵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，實現近距觀察。請參見圖12，圖12是本發明的液晶透鏡光柵的第二實施例的結構示意圖。如圖 12所示，第二實施例的液晶透鏡光柵50與第一實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，而立體顯示的實現方式類似于第一實施方式為了獲得三維圖像顯示效果相關描述，在此也不再贅述。請參見圖13，圖13是本發明的液晶透鏡光柵的第三實施例的結構示意圖。如圖 13所示，第三實施例的液晶透鏡光柵60與第一實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，而立體顯示的實現方式類似于第一實施方式為了獲得三維圖像顯示效果相關描述，在此也不再贅述。請參見圖14，圖14是本發明的液晶透鏡光柵的第四實施例的結構示意圖。如圖 14所示，第四實施例的液晶透鏡光柵70與第一實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，而立體顯示的實現方式類似于第一實施方式為了獲得三維圖像顯示效果相關描述，在此也不再贅述。請參見圖15，圖15是本發明的液晶透鏡光柵的第五實施例的結構示意圖。如圖15 所示，第四實施例的液晶透鏡光柵80與第一實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，而立體顯示的實施方式類似于第一實施方式為了獲得三維圖像顯示效果相關描述，在此也不再贅述。請參見圖16，圖16是本發明的液晶透鏡光柵的第六實施例的結構示意圖。如圖16 所示，第六實施例的液晶透鏡光柵與前述第五實施例液晶透鏡光柵80的不同在于前述實施方式中，各條狀電極是正對且平行設置，而本實施方式中，各條狀電極相互偏差一定角度設置。具體而言，在本實施方式中，第一透明電極8041和第二透明電極8042偏差一定的角度設置，第二透明電極8042和第三透明電極8043偏差一定的角度設置，第三透明電極8043 和第四透明電極8044偏差一定的角度設置。通過以上方式，區別現有技術中液晶透鏡光柵，本發明的液晶透鏡光柵21通過第一透明電極2141驅動夾設在第一透明基板2131與第二透明基板2132內的第一液晶層 2151，第四透明電極2144驅動夾設在第二透明基板2132與第三透明基板2133內的第二液晶層2152，實現分層驅動雙層液晶透鏡光柵21中的兩個液晶層，因此，較現有技術中液晶透鏡光柵具有更快的響應速度；此外，選擇時序信號的頻率為120Hz或更高的頻率進行刷新，可更好地實現全分辨率立體顯示，同時沒有過多地增加液晶透鏡光柵21的厚度，避免需求大量的液晶，降低生產成本。本發明的液晶透鏡光柵21進一步通過控制第二透明基板 2132的厚度，可實現近距離觀察。以上僅為本發明的實施例，并非因此限制本發明的專利范圍，凡是利用本發明說明書及附圖內容所作的等效結構或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關的技術領域，均同理包括在本發明的專利保護范圍內。
權利要求
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置的第一基板、第二基板和第三基板；第一液晶層，設置于所述第一基板和第二基板之間；第二液晶層，設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置于所述第一液晶層的兩側，用于為所述第一液晶層提供驅動電壓；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置于所述第二液晶層的兩側，用于為所述第二液晶層提供驅動電壓。
2.根據權利要求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包括多個平行且間隔設置的第一條狀電極，所述第三電極和所述第四電極中的至少一個包括多個平行且間隔設置的第二條狀電極。
3.根據權利要求1所述的液晶透鏡光柵，其特征在于，所述第一電極設置在所述第一基板靠近所述第一液晶層的一側，所述第二電極設置在所述第二基板靠近所述第一液晶層的一側，所述第三電極設置在所述第二基板靠近所述第二液晶層的一側，所述第四電極設置在所述第三基板靠近所述第二液晶層的一側。
4.根據權利要求2所述的液晶透鏡光柵，其特征在于，通過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.根據權利要求2所述的液晶透鏡光柵，其特征在于，所述多個第一條狀電極形成多個周期性排列的第一電極組，每一所述第一電極組包括奇數個所述第一條狀電極，所述多個第二條狀電極形成多個周期性排列的第二電極組，每一所述第二電極組包括奇數個所述第二條狀電極。
6.根據權利要求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的方向依次遞增且大小相互對稱；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的方向依次遞增且大小相互對稱。
7.根據權利要求6所述的液晶透鏡光柵，其特征在于，通過控制施加于所述多個第一電極組以及所述多個第二電極組上的時序信號使得所述液晶透鏡光柵呈現不同的狀態，其中，所述時序信號包括連續的第一時刻Tl、第二時刻T2及第三時刻T3，其中在所述第一時刻Tl時，所述液晶透鏡光柵顯示二維畫面；在所述第二時刻T2及所述第三時刻T3時，所述液晶透鏡光柵顯示三維畫面。
8.根據權利要求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.根據權利要求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，設置于所述顯示面板的出光方向上，且在未加驅動電壓時，所述液晶透鏡光柵直接透射所述顯示面板射出的光線，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動電壓時，所述液晶透鏡光柵將所述顯示面板射出的光線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利要求1-9任一項所述的液晶透鏡光柵。
全文摘要
本發明公開了提供一種立體顯示裝置及其液晶透鏡光柵，其包括依次層疊設置的第一基板、第二基板和第三基板；第一液晶層，設置于第一基板和第二基板之間；第二液晶層，設置于第二基板和第三基板之間；第一電極和第二電極，設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置于第一液晶層的兩側，用于為第一液晶層提供驅動電壓；第三電極和第四電極，設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置于第二液晶層的兩側，用于為第二液晶層提供驅動電壓。通過以上方式，本發明可提高液晶分子的響應速度，更好地實現全分辨率立體顯示。
文檔編號G02F1/29GK102243402SQ20111019602
公開日2011年11月16日 申請日期2011年7月13日 優先權日2011年7月13日
發明者吳坤, 宮曉達, 李建軍, 陳寅偉 申請人:深圳超多維光電子有限公司