一种基于菲涅尔液晶透镜的2D/3D可切换显示设备

技术领域

本发明涉及液晶透镜领域，特别是涉及一种基于菲涅尔液晶透镜的2D/3D可切换显示设备。

背景技术

透镜是基本的光学器件，在光学仪器和设备中随处可见。随着光学技术的发展，对透镜的要求越来越高，其一是要求透镜的焦距连续可调，其二是要求提供大焦距透镜。

液晶透镜(liquid crystal lens)是一种利用液晶材料所具有的独特物理及光学特性所创造出的技术。不同于传统的玻璃透镜，液晶透镜可以依据施加于其上的电场以聚集或发散入射光，特别地，液晶透镜的焦距可以藉由改变供应电压来进行调整。因为液晶透镜不需要使用到机械动作来调整焦距，因此，液晶透镜比传统玻璃透镜更适合应用在许多图像获取技术中。

随着立体显示技术的快速发展，立体显示设备也有了越来越大的需求量，在实现三维立体显示的众多技术中，祼眼立体显示由于具有无需观看者戴眼镜的优点使其在三维立体显示领域中备受青睐。当液晶透镜应用至显示设备中可以实现裸眼立体显示。其中，利用菲涅尔液晶透镜仿真理想菲涅尔透镜可以提高裸眼显示效果。现有技术由于电极结构导致拟合理想菲涅尔透镜形貌的效率越低，可利用的光效越低，显示效果越差。

发明内容

经申请人研究发现：在现有菲涅尔液晶透镜技术中，第一基板上的一个电极往往只对应一个平稳不变的电位，进而使相邻电极之间的电位变化是跳跃并非连续的。跳跃变化的电位使得相邻电极对应液晶分子偏转相差较大，导致拟合理想菲涅尔透镜形貌的效率越低，可利用的光效越低，显示效果越差。

有鉴于现有技术的上述的一部分缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种基于菲涅尔液晶透镜的2D/3D可切换显示设备，旨在提高理想菲涅尔透镜形貌的效率，增加可利用的光效，进而提示显示设备的显示效果。

为实现上述目的，本发明公开了一种基于菲涅尔液晶透镜的2D/3D可切换显示设备，所述显示设备包括：

第一基板；所述第一基板上设置有多个第一电极组，各个所述第一电极组内包括数量相同的第一环形电极，各个第一环形电极呈同心环排布；所述第一环形电极的厚度由外侧向内侧逐渐增加，且所述第一环形电极的两侧分别连接至不同的驱动电压源，所述驱动电压源用于在所述第一环形电极的两侧施加不同的电位以使所述第一环形电极的各个位置产生渐变的第一电位，同一所述第一环形电极的所述第一电位的变化速度沿第一方向逐渐增加；各个第一电极组内相同次序的所述第一环形电极的相同侧连接至同一个所述驱动电压源，同一所述第一电极组内的第一环形电极宽度相同，不同所述第一电极组的所述第一环形电极宽度沿所述第一方向逐渐减少；其中，所述第一方向为由所述第一环形电极的圆心指向外侧的方向；

设置于所述第一基板对向的第二基板；所述第二基板上设置有公共面电极；

设置于所述第一基板和所述第二基板之间的液晶层，所述液晶层内填充有液晶分子；所述液晶分子用于在各个所述第一环形电极和所述公共面电极连接各自对应的预设电位产生电位差后，发生偏转实现三维显示和/或二维显示；

当所述第一电极组与所述公共面电极之间未施加电压或施加同等电压，所述显示设备处于二维显示状态；当所述第一电极组与所述公共面电极之间施加相应电压时，形成菲涅尔液晶子透镜，所述显示设备处于三维显示状态。

可选的，在同一所述第一电极组中相邻的所述第一环形电极互相靠近的一侧连接至同一驱动电压源，以使电位差变化连续。

可选的，所述第一环形电极从外侧至里侧的厚度增加速率根据需求的理想菲涅尔透镜的特性进行确定。

可选的，所述第一环形电极在两侧连接不同的电位后，自身各个位置产生沿第一方向连续增大变化的所述第一电位；所述公共面电极产生恒定的第二电位，以使同一所述第一环形电极中连续变化的所述第一电位与所述第二电位之间形成连续变化的电位差。

可选的，不同所述第一电极组的所述第一环形电极的厚度变化速率沿所述第一方向逐渐增加，以使越靠近所述第一方向里侧的所述第一环形电极自身各个位置产生的所述第一电压变化越平稳。

可选的，所述第一环形电极为分层设置，相邻的所述第一环形电极位于不同层级。

可选的，所述第一电极组内所述第一环形电极数量大于或等于能够形成菲涅尔液晶透镜形貌的最小的电极数量。

可选的，所述第一环形电极的材质均匀。

本发明的有益效果：1、本发明第一基板上设置有多个第一电极组，各个第一电极组内包括数量相同的第一环形电极，各个第一环形电极呈同心环排布；第一环形电极的厚度由外侧向内侧逐渐增加，且第一环形电极的两侧分别连接至不同的驱动电压源，驱动电压源用于在第一环形电极的两侧施加不同的电位以使第一环形电极的各个位置产生渐变的第一电位。本发明第一方面通过在同一第一环形电极两侧施加不同电位以使该同一第一环形电极自身各个位置产生渐变的第一电压，这样可以使得一个第一环形电极对应一段渐变电位，而非一个电位，进而使得对应不同电位的液晶分子发生偏转幅度变化较为平滑，可以提高理想菲涅尔透镜形貌的效率，增加可利用的光效，进而提示显示设备的显示效果。本发明另一个方面使得第一环形电极的厚度由外侧向内侧逐渐增加(使得第一环形电极的电阻由外侧至内侧逐渐增加)，因此同一第一环形电极的第一电位的变化速度沿第一方向逐渐增加(类似于对数函数形状的增加)，而这样的变化规律更加符合菲涅尔透镜的特性，拟合出的菲涅尔透镜形貌更加理想，进而提高了显示设备的显示效果。2、本发明在同一第一电极组中相邻的第一环形电极互相靠近的一侧连接至同一驱动电压源，以使电位差变化连续。这样可以保证同一第一电极组中各个第一环形电极之间的交界处不会出现突兀的电位变化，进而提高了显示设备的显示效果。3、本发明不同第一电极组的第一环形电极的厚度变化速率沿第一方向逐渐增加，以使越靠近第一方向里侧的第一环形电极自身各个位置产生的第一电压变化越平稳。这样的结构使得越靠近中心的第一电极组中宽度越大的第一环形电极能够对应更加平缓的电位变化，进而提高了显示设备的显示效果。4、本发明相较于现有技术通过增加过多的驱动电压源和环形电极来提高显示效果，本发明能够有效减少驱动电压源，进而减少驱动芯片等硬件电路的数量过多会带来良率的降低的问题。

综上，本发明可以提高理想菲涅尔透镜形貌的效率，增加可利用的光效，进而提示显示设备的显示效果。

附图说明

图1是本发明一具体实施例提供的一种基于菲涅尔液晶透镜的2D/3D可切换显示设备的正视结构示意图；

图2是现有技术中菲涅尔液晶透镜显示设备的机构示意图；

图3是现有技术中菲涅尔液晶透镜显示设备对应形成的菲涅尔透镜的示意图；

图4是现有技术中菲涅尔液晶透镜显示设备中液晶分子发生偏转的示意图；

图5是本发明实施例基于菲涅尔液晶透镜的2D/3D可切换显示设备形成的菲涅尔透镜的示意图；

图6是本发明实施例基于菲涅尔液晶透镜的2D/3D可切换显示设备对应的液晶分子发生偏转的示意图；

图7是本发明实施例基于菲涅尔液晶透镜的2D/3D可切换显示设备俯视对应的第一电极组分区示意图。

具体实施方式

本发明公开了一种基于菲涅尔液晶透镜的2D/3D可切换显示设备，本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进技术细节实现。特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本发明。本发明的方法及应用已经通过较佳实施例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法和应用进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本发明技术。

经申请人研究发现：在现有菲涅尔液晶透镜技术中，第一基板上的一个电极往往只对应一个平稳不变的电位，进而使相邻电极之间的电位变化是跳跃并非连续的。跳跃变化的电位使得相邻电极对应液晶分子偏转相差较大，导致拟合理想菲涅尔透镜形貌的效率越低，可利用的光效越低，显示效果越差。

一般现有技术的液晶菲涅尔透镜显示设备结构可以如图2所示，图2示出一半的液晶菲涅尔透镜，图2中，201为第一基板，202为设置在第一基板上的环形电极，203为环形电极202的驱动电压源为环形电极202提供相对应电压，204为第二基板，205为公共面电极，206为液晶分子，207、208以及209为菲涅尔透镜的子透镜对应的三个区域。

图3为图2对应现有技术形成的菲涅尔透镜，207、208以及209对应三个子透镜区域，从图3中，可以看到该现有技术每个子透镜区域对应电位差形成的阶级数是一致的，但是由于菲涅尔透镜的结构，所以越靠近中心的子透镜区域，台阶越宽，对应的液晶分子越多，相同电极对应的液晶分子发生偏转相同，这样拟合理想菲涅尔透镜形貌的效率越低，可利用的光效越低，显示效果越差。

图4是图2对应现有技术形成的菲涅尔透镜，同一电极对应的液晶分子发生相同的偏转。

因此，本发明实施例提供了一种基于菲涅尔液晶透镜的2D/3D可切换显示设备，如图1所示，该显示设备包括：

第一基板101；第一基板101上设置有多个第一电极组，各个第一电极组内包括数量相同的第一环形电极102，各个第一环形电极102呈同心环排布；第一环形电极102的厚度由外侧向内侧逐渐增加，且第一环形电极102的两侧分别连接至不同的驱动电压源103，驱动电压源103用于在第一环形电极102的两侧施加不同的电位以使第一环形电极102的各个位置产生渐变的第一电位，同一第一环形电极102的第一电位的变化速度沿第一方向逐渐增加；各个第一电极组内相同次序的第一环形电极102的相同侧连接至同一个驱动电压源103，同一第一电极组内的第一环形电极102宽度相同，不同第一电极组的第一环形电极102宽度沿第一方向逐渐减少；其中，第一方向为由第一环形电极102的圆心指向外侧的方向；

设置于第一基板101对向的第二基板104；第二基板104上设置有公共面电极105；

设置于第一基板101和第二基板104之间的液晶层，液晶层内填充有液晶分子106；液晶分子106用于在各个第一环形电极102和公共面电极105连接各自对应的预设电位产生电位差后，发生偏转实现三维显示和/或二维显示；

当第一电极组与公共面电极105之间未施加电压或施加同等电压，显示设备处于二维显示状态；当第一电极组与公共面电极105之间施加相应电压时，形成菲涅尔液晶子透镜，显示设备处于三维显示状态。

在图1中，有三个第一电极组分别对应三个菲涅尔液晶子透镜分别为107、108和109。

需要说明的是，液晶透镜在裸眼3D显示中扮演了重要角色。裸眼3D技术通常利用液晶显示屏幕的特殊排列来模拟人眼观察自然世界的视觉效果，从而创造出立体的图像。液晶透镜在这一过程中起到关键作用。在裸眼3D显示中，液晶透镜可以改变光的偏振方向，从而影响人眼从不同角度看到的图像。通过将液晶透镜与特殊的图像源和反射膜结合，可以在不需要眼镜的情况下实现3D视觉效果。液晶透镜还可以改变光线的聚焦位置，从而影响3D图像的清晰度和深度。例如，通过调整液晶透镜的焦距和视角，可以使得左眼和右眼看到的图像分别聚焦在屏幕前不同的位置，从而产生立体效果。此外，液晶透镜还可以通过改变光线的偏振状态来控制图像的可见性。例如，在光屏障式3D技术中，液晶透镜可以与特殊的偏振膜一起使用，将左眼和右眼的图像分别呈现在不同的视角上，从而实现3D视觉效果。总之，液晶透镜在裸眼3D显示中起着至关重要的作用，其应用涵盖了从图像源到最终显示的各个环节。随着裸眼3D技术的不断发展，液晶透镜在这一领域的应用也将不断扩大和优化。

在一具体实施例中，如图5所示，图5为第一电极组对应的三个菲涅尔液晶子透镜107、108和109。本发明由于本发明一个环形电极可以对应多个电位差且这些电位差是连续的，又因为本发明第一环形电极102的厚度由外侧向内侧逐渐增加(使得第一环形电极102的电阻由外侧至内侧逐渐增加)，同一第一环形电极102的第一电位的变化速度沿第一方向逐渐增加(类似于对数函数形状的增加)，因此拟合的菲涅尔透镜如图5所示，与现有技术图3相比，本发明拟合的菲涅尔透镜更加接近现实，提高了菲涅尔透镜形貌的效率，提高了可利用的光效，具有更好的显示效果。

进一步的，本发明实施例基于菲涅尔液晶透镜的2D/3D可切换显示设备对应的液晶分子106发生偏转如图6所示，从图6和图4的对比我们可以，图4现有技术由于一个电极只对应一个电位差，因此其对应的液晶分子发生相同的偏转。而图6中一个第一环形电极102对应一段连续的电位差，所以液晶分子106发生偏转的程度不同，进而使得形成的菲涅尔透镜形貌精度更高，更加理想。

举个例子说明，现有技术中一个电极一般对应一个电压差如5V，而本发明实施例一个第一环形电极102对应的是一段电压差如5V至4V。这样连续的变化拟合的菲涅尔透镜更加理想。

在一具体实施例中，本发明实施例对应显示设备结构的俯视图可以如图7所示，图7显示设备分为107、108以及109三个菲涅透液晶镜子透镜对应区域。

在一具体实施例中，本发明实施例对应的如图1所示的横截面为梯形的电极是进过刻蚀形成的。通过对覆盖的光致抗蚀剂曝光时间的不同，最后形成的刻蚀厚度也不同，曝光时间越长，刻蚀的越薄。

在一具体实施例中，在同一第一电极组中相邻的第一环形电极102互相靠近的一侧连接至同一驱动电压源103，以使电位差变化连续。可以如图1所示，图一中同一第一电极组中相邻的第一环形电极102通过同一引线连接至驱动电压源103。

需要说明的是，本发明实施例在同一第一电极组中相邻的第一环形电极102互相靠近的一侧连接至同一驱动电压源103，以使电位差变化连续。这样可以保证同一第一电极组中各个第一环形电极102之间的交界处不会出现突兀的电位变化，进而提高了显示设备的显示效果。

在一具体实施例中，第一环形电极102从外侧至里侧的厚度增加速率根据需求的理想菲涅尔透镜的特性进行确定。

需要说明的是，厚度增加速率越大电位差变化越明显，形成的菲涅尔透镜弧度越大。

在一具体实施例中，第一环形电极102在两侧连接不同的电位后，自身各个位置产生沿第一方向连续增大变化的第一电位；公共面电极105产生恒定的第二电位，以使同一第一环形电极102中连续变化的第一电位与第二电位之间形成连续变化的电位差。

在一具体实施例中，不同第一电极组的第一环形电极102的厚度变化速率沿第一方向逐渐增加，以使越靠近第一方向里侧的第一环形电极102自身各个位置产生的第一电压变化越平稳。

需要说明的是，越靠近中心的第一环形电极102由于越宽需要对应的液晶分子106较多，需要更加平缓的变化保证形成菲涅尔透镜的效果。

在一具体实施例中，第一环形电极102为分层设置，相邻的第一环形电极102位于不同层级。

需要说明的是，层级设置使得相邻的电极之间在同一水平面上无需间隔设置绝缘体，提高显示效果。

在一具体实施例中，第一电极组内第一环形电极102数量大于或等于能够形成菲涅尔液晶透镜形貌的最小的电极数量。

在一具体实施例中，第一环形电极102的材质均匀。

需要说明的是，第一环形电极102的材质均匀能够保证第一环形电极102的电阻从外侧至里侧是逐渐增大的。

本发明实施例第一基板101上设置有多个第一电极组，各个第一电极组内包括数量相同的第一环形电极102，各个第一环形电极102呈同心环排布；第一环形电极102的厚度由外侧向内侧逐渐增加，且第一环形电极102的两侧分别连接至不同的驱动电压源103，驱动电压源103用于在第一环形电极102的两侧施加不同的电位以使第一环形电极102的各个位置产生渐变的第一电位。本发明实施例第一方面通过在同一第一环形电极102两侧施加不同电位以使该同一第一环形电极102自身各个位置产生渐变的第一电压，这样可以使得一个第一环形电极102对应一段渐变电位，而非一个电位，进而使得对应不同电位的液晶分子106发生偏转幅度变化较为平滑，可以提高理想菲涅尔透镜形貌的效率，增加可利用的光效，进而提示显示设备的显示效果。本发明实施例另一个方面使得第一环形电极102的厚度由外侧向内侧逐渐增加，因此同一第一环形电极102的第一电位的变化速度沿第一方向逐渐增加，而这样的变化规律更加符合菲涅尔透镜的特性，拟合出的菲涅尔透镜形貌更加理想，进而提高了显示设备的显示效果。本发明实施例在同一第一电极组中相邻的第一环形电极102互相靠近的一侧连接至同一驱动电压源103，以使电位差变化连续。这样可以保证同一第一电极组中各个第一环形电极102之间的交界处不会出现突兀的电位变化，进而提高了显示设备的显示效果。本发明实施例不同第一电极组的第一环形电极102的厚度变化速率沿第一方向逐渐增加，以使越靠近第一方向里侧的第一环形电极102自身各个位置产生的第一电压变化越平稳。这样的结构使得越靠近中心的第一电极组中宽度越大的第一环形电极102能够对应更加平缓的电位变化，进而提高了显示设备的显示效果。本发明实施例相较于现有技术通过增加过多的驱动电压源103和环形电极来提高显示效果，本发明实施例能够有效减少驱动电压源103，进而减少驱动芯片等硬件电路的数量过多会带来良率的降低的问题。

综上，本发明实施例可以提高理想菲涅尔透镜形貌的效率，增加可利用的光效，进而提示显示设备的显示效果。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。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，均包含在本发明的保护范围内。