本發(fā)明涉及一種用于裸眼3D顯示的液晶透鏡裝置及其控制方法。

背景技術(shù)：

在裸眼3D顯示器件快速發(fā)展并越來越多實現(xiàn)商業(yè)化的過程中，需要顯示裝置通過以多種方式發(fā)射光來顯示影像。其中，液晶透鏡式3D顯示器件克服了光柵式3D顯示器件所存在的幾個問題，如光損失率高，亮度下降，焦距固定，存在串?dāng)_嚴(yán)重，分辨率不高，可視點數(shù)目及最佳可視位置受限，易造成眼疲勞等固有器件缺陷。液晶透鏡式3D顯示器件能夠?qū)崿F(xiàn)2D/3D圖像切換自由迅速，無串?dāng)_，分辨率穩(wěn)定，清晰度高，可自由變焦，延長觀看三維影像時間，觀看高舒適度等優(yōu)勢，必然是今后3D顯示技術(shù)的發(fā)展目標(biāo)，但是液晶透鏡也存在一些技術(shù)難點，如調(diào)焦范圍不高，控制工藝繁復(fù)，設(shè)備要求高，參數(shù)設(shè)計苛刻,制造成本高等問題。

現(xiàn)有常規(guī)技術(shù)中，液晶透鏡包括單孔單盒液晶透鏡，單孔單盒環(huán)電極液晶透鏡等。其技術(shù)缺陷在于，單孔單盒液晶透鏡開孔較小，為1mm左右，僅對自然光的o光和e光中的一種進(jìn)行調(diào)制，不能實現(xiàn)偏振獨(dú)立。電極數(shù)量有限，造成液晶折射率梯度階躍式變化而非漸變式，進(jìn)而造成成像質(zhì)量差，無法實現(xiàn)偏振獨(dú)立。

如圖1為現(xiàn)有技術(shù)提供的一個液晶透鏡的剖面示意圖，圖1中，該液晶透鏡包括相對設(shè)置的第一電極11和第二電極12、位于第一電極11和第二電極12之間的液晶層13，其中，第二電極12上具有一個開孔14。該單孔單盒液晶透鏡的工作原理是，在第一電極11和第二電極12上施加電壓，在第二電極12的開孔14區(qū)域形成電場梯度，開孔14所對應(yīng)的液晶層13區(qū)域的液晶分子在梯度電場作用下發(fā)生不一樣的形變，液晶分子折射率梯度分布，自然光穿過液晶層13中液晶分子時，產(chǎn)生透鏡效果。

現(xiàn)有技術(shù)的缺陷在于：單孔單盒液晶透鏡的開孔較小，僅能對自然光中的o光和e光中的一種進(jìn)行調(diào)制，無法實現(xiàn)偏振獨(dú)立，折射率梯度效果較差，導(dǎo)致透鏡成像質(zhì)量差，視點固定，觀看舒適度不高。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對以上不足之處，提供了一種用于裸眼3D顯示的液晶透鏡裝置及其控制方法，提升3D顯示效果。

本發(fā)明解決技術(shù)問題所采用的方案是：一種用于裸眼3D顯示的液晶透鏡裝置，包括上下層疊設(shè)置的第二基板和第一基板，以及設(shè)置于第二基板和第一基板之間的液晶層，所述第一基板包括上下設(shè)置的第一電極和第一透明絕緣阻隔層，所述第一電極位于液晶層的下側(cè)面；所述第二基板包括上下設(shè)置的第二透明絕緣阻隔層、第三透明絕緣阻隔層、第四透明絕緣阻隔層和第五透明絕緣阻隔層，所述第五透明絕緣阻隔層設(shè)置于液晶層的上側(cè)面，所述第二透明絕緣阻隔層和第三透明絕緣阻隔層之間設(shè)有第二電極，所述第三透明絕緣阻隔層和第四透明絕緣阻隔層之間設(shè)有第三電極，所述第四透明絕緣阻隔層和第五透明絕緣阻隔層之間設(shè)有第四電極；所述第三電極和第四電極為中部帶有圓孔的電極，并且第三電極和第四電極的圓孔的圓心位于同一直線上，并且所述第四電極還沿圓孔直徑方向開有一縱向的狹縫。

進(jìn)一步的，所述夾縫的寬度為0.1mm～0.15mm。

進(jìn)一步的，所述第三電極的圓孔半徑為R1，第四電極的圓孔半徑為R2，并且R2＞R1＞0。

進(jìn)一步的，所述夾縫內(nèi)填塞有絕緣材料。

進(jìn)一步的，所述絕緣材料為SiOx或SiNx材料。

進(jìn)一步的，所述第一電極、第二電極、第三電極、第四電極均由透明的導(dǎo)電物質(zhì)形成，所述導(dǎo)電物質(zhì)由氧化銦錫（ITO:Indium Tin Oxide）、氧化銦鋅（IZO:Indium Zinc Oxide）、氧化鋅（ZO:Zinc Oxide）、氧化鈦（TiO：Titanium Oxide）或氧化銦（IO:Indium Oxide）形成。

進(jìn)一步的，所述第三電極和第四電極均利用濃度為50%鹽酸腐蝕法及掩膜技術(shù)對其進(jìn)行圓孔圖案處理。

進(jìn)一步的，所述液晶層為向列相液晶材料，其厚度為t，t＞0。

進(jìn)一步的，所述第一電極和液晶層之間旋涂有聚酰亞胺取向膜。

本發(fā)明提供的一種如上述所述的用于裸眼3D顯示的液晶透鏡裝置的控制方法，包括以下步驟：

步驟S1:將所述第一電極作為公共電極，與第二電極、第三電極和第三電極之間形成電場,設(shè)定所述第一電極與第二電極之間的電壓為V0,第一電極與第三電機(jī)之間的電壓為V1,第一電極與第四電極之間的電壓為V2；所述第四電極和第一電極的電壓V2由狹縫和圓孔分割為左右兩部分，其中第四電極的左側(cè)電壓為V2a，第四電極的右側(cè)電壓為V2b；

步驟S2：調(diào)控V0、V1和V2的值，調(diào)制液晶分子形變，形成液晶分子折射率梯度分布，實現(xiàn)光線聚焦；

步驟S3：通過調(diào)控V1、V2a和V2b，使液晶層的液晶分子在第三電極和第四電極的圓孔附近區(qū)域?qū)崿F(xiàn)均勻的電場梯度分布；

步驟S4：再單獨(dú)調(diào)控V2a和V2b，使第四電極左右兩區(qū)域形成電勢差，控制液晶光焦斑左右平移。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明有以下有益效果：不僅能實現(xiàn)電壓控制透鏡焦距變化，實現(xiàn)透鏡折射率梯度漸變式變化，視點在空間水平方向可左右移動，提高觀看者水平方向觀賞自由度，提高3D顯示清晰度。

附圖說明

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明專利進(jìn)一步說明。

圖1為現(xiàn)有技術(shù)提供的一個液晶透鏡的剖面示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例提供的液晶透鏡的剖面示意圖；

圖3為本發(fā)明實施例提供的液晶透鏡的第三電極的平面示意圖；

圖4為本發(fā)明實施例提供的液晶透鏡的第四電極的平面示意圖；

圖5為本發(fā)明實施例提供的第四電極的圓孔電極的制備示意圖；

圖6為本發(fā)明實施例提供的調(diào)控電壓V2a和V2b實現(xiàn)透鏡焦斑左右平

移的示意圖。

圖1中：11-第一電極；12-第二電極；13-液晶層；14-開孔。

圖2-6中：1-第一基板；11-第一透明絕緣阻隔層；12-第一電極；2-第二基板；21-第二透明絕緣阻隔層；22-第三透明絕緣阻隔層；23-第四透明絕緣阻隔層；24-第五透明絕緣阻隔層；25-第二電極；26-第三電極；27-第四電極；270-狹縫；3-液晶層；4-玻璃基板；5-導(dǎo)電層；6-圓孔電極；7-絕緣層。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明進(jìn)一步說明。

如圖2～5所示，本實施例的一種用于裸眼3D顯示的液晶透鏡裝置，包括上下層疊設(shè)置的第二基板2和第一基板1，以及設(shè)置于第二基板2和第一基板1之間的液晶層3，所述第一基板1包括上下設(shè)置的第一電極12和第一透明絕緣阻隔層11，所述第一電極位于液晶層3的下側(cè)面；所述第二基板2包括上下設(shè)置的第二透明絕緣阻隔層21、第三透明絕緣阻隔層22、第四透明絕緣阻隔層23和第五透明絕緣阻隔層24，所述第五透明絕緣阻隔層24設(shè)置于液晶層3的上側(cè)面，所述第二透明絕緣阻隔層21和第三透明絕緣阻隔層22之間設(shè)有第二電極25，所述第三透明絕緣阻隔層22和第四透明絕緣阻隔層23之間設(shè)有第三電極26，所述第四透明絕緣阻隔層23和第五透明絕緣阻隔層24之間設(shè)有第四電極27；所述第三電極26和第四電極27為中部帶有圓孔的電極，并且第三電極26和第四電極27的圓孔的圓心位于同一直線上，并且所述第四電極27還沿圓孔直徑方向開有一縱向的夾縫270。

從上述可知，本發(fā)明的有益效果在于：第一基板1和第二基板2組成液晶透鏡盒，由于第二基板2是由第二電極25、第三電極26和第四電極27組成的層狀電極組，故對層狀電極組各電極施加不同電壓（可增加或減少）來調(diào)制液晶分子形變，形成液晶分子折射率梯度分布，完成光線聚焦作用，調(diào)控透鏡焦距并隨電壓正負(fù)方向調(diào)控光線形成正負(fù)透鏡效應(yīng)，提高3D顯示效果。在本實施例中，所述夾縫的寬度為0.1mm～0.15mm。第一、第二、第三、第四和第五透明絕緣阻隔層均為絕緣透明材料制成。

在本實施例中，所述第三電極26的圓孔半徑為R1，第四電極27的圓孔半徑為R2，并且R2＞R1＞0。

在本實施例中，所述夾縫內(nèi)填塞有絕緣材料。

在本實施例中，所述絕緣材料為SiOx或SiNx材料。

在本實施例中，所述第一電極12、第二電極25、第三電極26、第四電極27均由透明的導(dǎo)電物質(zhì)形成，所述導(dǎo)電物質(zhì)由氧化銦錫（ITO:Indium Tin Oxide）、氧化銦鋅（IZO:Indium Zinc Oxide）、氧化鋅（ZO:Zinc Oxide）、氧化鈦（TiO：Titanium Oxide）或氧化銦（IO:Indium Oxide）形成。

在本實施例中，所述第三電極26和第四電極27均利用濃度為50%鹽酸腐蝕法及掩膜技術(shù)對其進(jìn)行圓孔圖案處理。如圖5為第四電極27的制備示意圖，提供一玻璃基板4，利用磁控濺射制備導(dǎo)電層5，形成第四電極27，圖案化導(dǎo)電層，形成直徑方向帶夾縫270的圓孔電極6，在形成直徑方向帶夾縫270的圓孔電極6上形成絕緣層7，刻蝕絕緣層7，以使絕緣層7材料填塞夾縫270。所述絕緣層7材料常用SiOx、SiNx等材料，也可采用兩種不同材料的復(fù)合絕緣層。利用磁控濺射或CVD方法在光刻后的圓孔電極上連續(xù)沉積絕緣層。

在本實施例中，所述液晶層3為向列相液晶材料，其厚度為t，t＞0。

在本實施例中，所述第一電極12和液晶層3之間旋涂有聚酰亞胺取向膜。進(jìn)行摩擦取向處理后，將第一基板1和第二基板2的摩擦方向呈反平行排列制作出樣品空盒。

本發(fā)明提供的一種如上述所述的用于裸眼3D顯示的液晶透鏡裝置的控制方法，包括以下步驟：

步驟S1:將所述第一電極作為公共電極，與第二電極25、第三電極26和第四電極27之間形成電場,設(shè)定所述第一電極與第二電極25之間的電壓為V0,第一電極與第三電極26之間的電壓為V1,第一電極與第四電極27之間的電壓為V2；所述第四電極27和第一電極12的電壓V2由夾縫270和圓孔分割為左右兩部分，其中第四電極27的左側(cè)電壓為V2a，第四電極27的右側(cè)電壓為V2b；

步驟S2：調(diào)控V0、V1和V2的值，調(diào)制液晶分子形變，形成液晶分子折射率梯度分布，實現(xiàn)光線聚焦；

步驟S3：通過調(diào)控V1、V2a和V2b，使液晶層3的液晶分子在第三電極26和第四電極27的圓孔附近區(qū)域?qū)崿F(xiàn)均勻的電場梯度分布；在梯度電場作用下，該同心圓孔區(qū)域的液晶分子在水平方向上發(fā)生不一樣的形變，當(dāng)自然光透過液晶分子層時，自然光中水平方向傳播的光線聚焦，實現(xiàn)透鏡效果。

步驟S4：再單獨(dú)調(diào)控V2a和V2b，使第四電極27左右兩區(qū)域形成電勢差，控制液晶光焦斑左右平移。如圖6所示，當(dāng)?shù)谒碾姌O27左右電壓V2a，V2b進(jìn)行調(diào)制時，可在水平方向上左右移動液晶透鏡干涉條紋中心光斑，達(dá)到在水平方向左右移動液晶透鏡光焦斑的作用，提高顯示效果；圖6中，夾縫270寬度為0.1mm,R2=4mm,在上圖中，V0=100V,V1=0V,V2a=V2b=0V；通過V2a和V2b，使得V0=100V，V1=V2a=0V，V2b=5V，得到下圖中光斑平移效果。

綜上所述，本發(fā)明提供的一種用于裸眼3D顯示的液晶透鏡裝置及其控制方法，通過調(diào)整施加到電極上的電壓改善透鏡特性，進(jìn)而提升3D顯示效果。

上列較佳實施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。