[实用新型]液晶光阀及自由立体显示装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种透镜及显示装置，特别是一种液晶光阀及自由立体显示装置。

背景技术

采用液晶透镜来实现自由立体显示的立体显示装置，主要是利用在液晶层两侧的两片基板上分别设置正负电极，并在不同电极上施加大小不同的驱动电压，从而在两片基板间形成具有不同强度的垂直电场，以驱动液晶分子排列而形成可变焦液晶透镜。因此，只需要控制相应电极上的电压分布，液晶透镜的折射率分布就会相应的改变，从而对像素出射光的分布进行控制，实现自由立体显示和二维/立体自由切换。

如图1所示，液晶透镜100为一种常见的液晶透镜结构，它含有多个液晶透镜单元如L1与L2等(图中只画出了两个透镜单元)，每个液晶透镜单元如L1与L2等具有相同的结构。具体的讲，液晶透镜100包含第一基板101与第二基板102，第一基板101与第二基板102正对设置，一般为玻璃等透明材料。在第一基板101上设置有第一电极103，第一电极103一般为透明导电材料如ITO或者IZO等。在第二基板102上设置有第二电极107，第二电极107也为透明导电材料如ITO或者IZO。在每一个液晶透镜单元之内，以L1为例，第一电极103包含S11,S12,S13,…,S18,S19等多个以一定间隔分开并平行设置的条形电极，电极的数量一般为奇数(以下以九电极为例进行说明)，每个条形电极的宽度分别为W(S11),W(S12),W(S13),...,W(S18),W(S19)等，一般而言，条形电极具备相同的宽度，即W(S11)=W(S12)=W(S13)=...=W(S18)=W(S19)。在两个液晶透镜单元如L1与L2之间，共用同一个条形电极S19。除此之外，液晶透镜100还包括设置在第一电极103上的介电材料104，设置在介电材料104上的第一配向膜105。该第二电极107上设置有第二配向膜108。该第一配向膜105与第二配向膜108用于控制液晶分子的取向。液晶材料106被封装在第一基板101与第二基板102之间，即该第一配向膜105与第二配向膜108之间。虽然图1中未画出，但液晶透镜100还包括用于液晶材料106封装的周边封框胶以及用于控制液晶盒厚的间隙子(隔离物)等。

第一配向膜105、第二配向膜108是控制液晶材料106取向的关键。配向膜105、108的摩擦(Rubbing)制程可以在配向膜105、108的表面形成按一定方向（即摩擦方向）排列的沟槽（图未示）。配向膜105、108上的液晶材料会因分子之间的作用力而根据该摩擦方向达到定向效果，产生配向(Align)作用，如此可控制液晶分子依特定的方向与预定之倾斜角度排列，有利于显示器工作。

如图2所示，当需要进行立体显示时，以透镜单元L1为例，在第一电极103的各个条形电极如S11,S12,S13,…,S18,S19等上施加左右对称的电压，第二电极107作为公用电极其电压设置为零。以正性液晶材料(即△ε=ε∥-ε⊥>0，式中ε∥为液晶分子长轴方向的介电系数，ε⊥为液晶分子短轴方向的介电系数)为例，可以使第一电极103的各个条形电极上与该第二电极107的电压差：V(S11)=V(S19)>V(S12)=V(S18)>V(S13)=V(S17)>V(S14)=V(S16)>V(S15)；也就是说，即在液晶透镜单元L1的中心电极S15上施加的电压最小，而在液晶透镜单元L1的边缘电极S11,S19上施加的电压最大，从透镜中心到透镜边缘各个条形电极上的电压以一定的梯度进行分布。由于在透镜单元边缘电极上施加的电压最大，边缘电极S11,S19位置的液晶材料106的分子将基本上呈现垂直方向分布，即液晶分子长轴与电场方向平行；而越靠近透镜单元的中心电压越小，因此液晶分子会逐渐倾向于水平方向排列，即液晶分子长轴与电场方向垂直。在每一个透镜单元内，由于电压对称分布，液晶材料随着电场强度的变化呈现折射率的渐变，因而整个液晶透镜整列具备较好的光学成像特性。二维显示时，在第一电极103如S11,S12,S13,…,S18,S19（以透镜单元L1为例）等以及第二电极107上施加电压均设置为零或者两者之间无压差，则液晶材料106不受电场的影响，仍保持液晶分子的初始取向(如图1)，此时液晶透镜单元不对入射光方向进行调制。