一种用于裸眼3D显示的液晶透镜装置及其控制方法与流程

本发明涉及一种用于裸眼3D显示的液晶透镜装置及其控制方法。

背景技术：

在裸眼3D显示器件快速发展并越来越多实现商业化的过程中，需要显示装置通过以多种方式发射光来显示影像。其中，液晶透镜式3D显示器件克服了光栅式3D显示器件所存在的几个问题，如光损失率高，亮度下降，焦距固定，存在串扰严重，分辨率不高，可视点数目及最佳可视位置受限，易造成眼疲劳等固有器件缺陷。液晶透镜式3D显示器件能够实现2D/3D图像切换自由迅速，无串扰，分辨率稳定，清晰度高，可自由变焦，延长观看三维影像时间，观看高舒适度等优势，必然是今后3D显示技术的发展目标，但是液晶透镜也存在一些技术难点，如调焦范围不高，控制工艺繁复，设备要求高，参数设计苛刻,制造成本高等问题。

现有常规技术中，液晶透镜包括单孔单盒液晶透镜，单孔单盒环电极液晶透镜等。其技术缺陷在于，单孔单盒液晶透镜开孔较小，为1mm左右，仅对自然光的o光和e光中的一种进行调制，不能实现偏振独立。电极数量有限，造成液晶折射率梯度阶跃式变化而非渐变式，进而造成成像质量差，无法实现偏振独立。

如图1为现有技术提供的一个液晶透镜的剖面示意图，图1中，该液晶透镜包括相对设置的第一电极11和第二电极12、位于第一电极11和第二电极12之间的液晶层13，其中，第二电极12上具有一个开孔14。该单孔单盒液晶透镜的工作原理是，在第一电极11和第二电极12上施加电压，在第二电极12的开孔14区域形成电场梯度，开孔14所对应的液晶层13区域的液晶分子在梯度电场作用下发生不一样的形变，液晶分子折射率梯度分布，自然光穿过液晶层13中液晶分子时，产生透镜效果。

现有技术的缺陷在于：单孔单盒液晶透镜的开孔较小，仅能对自然光中的o光和e光中的一种进行调制，无法实现偏振独立，折射率梯度效果较差，导致透镜成像质量差，视点固定，观看舒适度不高。

技术实现要素：

本发明的目的是针对以上不足之处，提供了一种用于裸眼3D显示的液晶透镜装置及其控制方法，提升3D显示效果。

本发明解决技术问题所采用的方案是：一种用于裸眼3D显示的液晶透镜装置，包括上下层叠设置的第二基板和第一基板，以及设置于第二基板和第一基板之间的液晶层，所述第一基板包括上下设置的第一电极和第一透明绝缘阻隔层，所述第一电极位于液晶层的下侧面；所述第二基板包括上下设置的第二透明绝缘阻隔层、第三透明绝缘阻隔层、第四透明绝缘阻隔层和第五透明绝缘阻隔层，所述第五透明绝缘阻隔层设置于液晶层的上侧面，所述第二透明绝缘阻隔层和第三透明绝缘阻隔层之间设有第二电极，所述第三透明绝缘阻隔层和第四透明绝缘阻隔层之间设有第三电极，所述第四透明绝缘阻隔层和第五透明绝缘阻隔层之间设有第四电极；所述第三电极和第四电极为中部带有圆孔的电极，并且第三电极和第四电极的圆孔的圆心位于同一直线上，并且所述第四电极还沿圆孔直径方向开有一纵向的狭缝。

进一步的，所述夹缝的宽度为0.1mm～0.15mm。

进一步的，所述第三电极的圆孔半径为R1，第四电极的圆孔半径为R2，并且R2＞R1＞0。

进一步的，所述夹缝内填塞有绝缘材料。

进一步的，所述绝缘材料为SiOx或SiNx材料。

进一步的，所述第一电极、第二电极、第三电极、第四电极均由透明的导电物质形成，所述导电物质由氧化铟锡（ITO:Indium Tin Oxide）、氧化铟锌（IZO:Indium Zinc Oxide）、氧化锌（ZO:Zinc Oxide）、氧化钛（TiO：Titanium Oxide）或氧化铟（IO:Indium Oxide）形成。

进一步的，所述第三电极和第四电极均利用浓度为50%盐酸腐蚀法及掩膜技术对其进行圆孔图案处理。

进一步的，所述液晶层为向列相液晶材料，其厚度为t，t＞0。

进一步的，所述第一电极和液晶层之间旋涂有聚酰亚胺取向膜。

本发明提供的一种如上述所述的用于裸眼3D显示的液晶透镜装置的控制方法，包括以下步骤：

步骤S1:将所述第一电极作为公共电极，与第二电极、第三电极和第三电极之间形成电场,设定所述第一电极与第二电极之间的电压为V0,第一电极与第三电机之间的电压为V1,第一电极与第四电极之间的电压为V2；所述第四电极和第一电极的电压V2由狭缝和圆孔分割为左右两部分，其中第四电极的左侧电压为V2a，第四电极的右侧电压为V2b；

步骤S2：调控V0、V1和V2的值，调制液晶分子形变，形成液晶分子折射率梯度分布，实现光线聚焦；

步骤S3：通过调控V1、V2a和V2b，使液晶层的液晶分子在第三电极和第四电极的圆孔附近区域实现均匀的电场梯度分布；

步骤S4：再单独调控V2a和V2b，使第四电极左右两区域形成电势差，控制液晶光焦斑左右平移。

与现有技术相比，本发明有以下有益效果：不仅能实现电压控制透镜焦距变化，实现透镜折射率梯度渐变式变化，视点在空间水平方向可左右移动，提高观看者水平方向观赏自由度，提高3D显示清晰度。

附图说明

下面结合附图对本发明专利进一步说明。

图1为现有技术提供的一个液晶透镜的剖面示意图；

图2为本发明实施例提供的液晶透镜的剖面示意图；

图3为本发明实施例提供的液晶透镜的第三电极的平面示意图；

图4为本发明实施例提供的液晶透镜的第四电极的平面示意图；

图5为本发明实施例提供的第四电极的圆孔电极的制备示意图；

图6为本发明实施例提供的调控电压V2a和V2b实现透镜焦斑左右平

移的示意图。

图1中：11-第一电极；12-第二电极；13-液晶层；14-开孔。

图2-6中：1-第一基板；11-第一透明绝缘阻隔层；12-第一电极；2-第二基板；21-第二透明绝缘阻隔层；22-第三透明绝缘阻隔层；23-第四透明绝缘阻隔层；24-第五透明绝缘阻隔层；25-第二电极；26-第三电极；27-第四电极；270-狭缝；3-液晶层；4-玻璃基板；5-导电层；6-圆孔电极；7-绝缘层。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

如图2～5所示，本实施例的一种用于裸眼3D显示的液晶透镜装置，包括上下层叠设置的第二基板2和第一基板1，以及设置于第二基板2和第一基板1之间的液晶层3，所述第一基板1包括上下设置的第一电极12和第一透明绝缘阻隔层11，所述第一电极位于液晶层3的下侧面；所述第二基板2包括上下设置的第二透明绝缘阻隔层21、第三透明绝缘阻隔层22、第四透明绝缘阻隔层23和第五透明绝缘阻隔层24，所述第五透明绝缘阻隔层24设置于液晶层3的上侧面，所述第二透明绝缘阻隔层21和第三透明绝缘阻隔层22之间设有第二电极25，所述第三透明绝缘阻隔层22和第四透明绝缘阻隔层23之间设有第三电极26，所述第四透明绝缘阻隔层23和第五透明绝缘阻隔层24之间设有第四电极27；所述第三电极26和第四电极27为中部带有圆孔的电极，并且第三电极26和第四电极27的圆孔的圆心位于同一直线上，并且所述第四电极27还沿圆孔直径方向开有一纵向的夹缝270。

从上述可知，本发明的有益效果在于：第一基板1和第二基板2组成液晶透镜盒，由于第二基板2是由第二电极25、第三电极26和第四电极27组成的层状电极组，故对层状电极组各电极施加不同电压（可增加或减少）来调制液晶分子形变，形成液晶分子折射率梯度分布，完成光线聚焦作用，调控透镜焦距并随电压正负方向调控光线形成正负透镜效应，提高3D显示效果。在本实施例中，所述夹缝的宽度为0.1mm～0.15mm。第一、第二、第三、第四和第五透明绝缘阻隔层均为绝缘透明材料制成。

在本实施例中，所述第三电极26的圆孔半径为R1，第四电极27的圆孔半径为R2，并且R2＞R1＞0。

在本实施例中，所述夹缝内填塞有绝缘材料。

在本实施例中，所述绝缘材料为SiOx或SiNx材料。

在本实施例中，所述第一电极12、第二电极25、第三电极26、第四电极27均由透明的导电物质形成，所述导电物质由氧化铟锡（ITO:Indium Tin Oxide）、氧化铟锌（IZO:Indium Zinc Oxide）、氧化锌（ZO:Zinc Oxide）、氧化钛（TiO：Titanium Oxide）或氧化铟（IO:Indium Oxide）形成。

在本实施例中，所述第三电极26和第四电极27均利用浓度为50%盐酸腐蚀法及掩膜技术对其进行圆孔图案处理。如图5为第四电极27的制备示意图，提供一玻璃基板4，利用磁控溅射制备导电层5，形成第四电极27，图案化导电层，形成直径方向带夹缝270的圆孔电极6，在形成直径方向带夹缝270的圆孔电极6上形成绝缘层7，刻蚀绝缘层7，以使绝缘层7材料填塞夹缝270。所述绝缘层7材料常用SiOx、SiNx等材料，也可采用两种不同材料的复合绝缘层。利用磁控溅射或CVD方法在光刻后的圆孔电极上连续沉积绝缘层。

在本实施例中，所述液晶层3为向列相液晶材料，其厚度为t，t＞0。

在本实施例中，所述第一电极12和液晶层3之间旋涂有聚酰亚胺取向膜。进行摩擦取向处理后，将第一基板1和第二基板2的摩擦方向呈反平行排列制作出样品空盒。

本发明提供的一种如上述所述的用于裸眼3D显示的液晶透镜装置的控制方法，包括以下步骤：

步骤S1:将所述第一电极作为公共电极，与第二电极25、第三电极26和第四电极27之间形成电场,设定所述第一电极与第二电极25之间的电压为V0,第一电极与第三电极26之间的电压为V1,第一电极与第四电极27之间的电压为V2；所述第四电极27和第一电极12的电压V2由夹缝270和圆孔分割为左右两部分，其中第四电极27的左侧电压为V2a，第四电极27的右侧电压为V2b；

步骤S2：调控V0、V1和V2的值，调制液晶分子形变，形成液晶分子折射率梯度分布，实现光线聚焦；

步骤S3：通过调控V1、V2a和V2b，使液晶层3的液晶分子在第三电极26和第四电极27的圆孔附近区域实现均匀的电场梯度分布；在梯度电场作用下，该同心圆孔区域的液晶分子在水平方向上发生不一样的形变，当自然光透过液晶分子层时，自然光中水平方向传播的光线聚焦，实现透镜效果。

步骤S4：再单独调控V2a和V2b，使第四电极27左右两区域形成电势差，控制液晶光焦斑左右平移。如图6所示，当第四电极27左右电压V2a，V2b进行调制时，可在水平方向上左右移动液晶透镜干涉条纹中心光斑，达到在水平方向左右移动液晶透镜光焦斑的作用，提高显示效果；图6中，夹缝270宽度为0.1mm,R2=4mm,在上图中，V0=100V,V1=0V,V2a=V2b=0V；通过V2a和V2b，使得V0=100V，V1=V2a=0V，V2b=5V，得到下图中光斑平移效果。

综上所述，本发明提供的一种用于裸眼3D显示的液晶透镜装置及其控制方法，通过调整施加到电极上的电压改善透镜特性，进而提升3D显示效果。

上列较佳实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。