本發(fā)明涉及顯示技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種液晶透鏡、顯示裝置及控制方法。

背景技術(shù)：

液晶透鏡以其尺寸小焦距可調(diào)等優(yōu)勢(shì)近年來(lái)在顯示、照明等領(lǐng)域備受關(guān)注。常見(jiàn)的液晶透鏡的結(jié)構(gòu)如圖1所示，在上下兩基板之間夾設(shè)液晶層，且在液晶層的兩側(cè)設(shè)置控制液晶偏轉(zhuǎn)的電極。位于上基板一側(cè)的電極通常為整面的公共電極，位于下基板一側(cè)的電極通常在面狀電極中部形成一個(gè)對(duì)稱結(jié)構(gòu)的孔，參見(jiàn)圖1。分別對(duì)兩電極施加不同的電壓形成電勢(shì)來(lái)驅(qū)動(dòng)液晶偏轉(zhuǎn)，改變不同位置處的液晶的延遲曲線，如圖2所示，從而利用液晶透鏡來(lái)實(shí)現(xiàn)玻璃透鏡的功能。

評(píng)價(jià)液晶透鏡的一個(gè)重要指標(biāo)為透鏡中部相對(duì)透鏡邊緣的延遲量，即如圖2所示的遲延曲線中最大值與最小值的差值。液晶透鏡的理想遲延曲線的中部最大折射率為n_e，兩側(cè)最小折射率為n_o。而實(shí)際所應(yīng)用的液晶透鏡的延遲曲線與理想延遲曲線具有較大的差異。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明實(shí)施例提供了一種液晶透鏡、顯示裝置及控制方法，用以提高液晶的有效利用率，使液晶透鏡的延遲曲線更接近理想延遲曲線。

第一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種液晶透鏡，包括：多個(gè)結(jié)構(gòu)相同的透鏡單元；每個(gè)所述透鏡單元包括：相對(duì)而置的上基板和下基板，位于所述上基板和所述下基板之間的液晶層，位于所述上基板與所述液晶層之間的第一電極和位于所述下基板與所述液晶層之間的第二電極；其中，

所述第一電極為面狀電極；所述第二電極包括位面狀子電極以及至少一個(gè)環(huán)繞所述面狀子電極的環(huán)狀子電極。

在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，在本發(fā)明實(shí)施例提供的上述液晶透鏡中，所述面狀子電極和所述環(huán)狀子電極為規(guī)則電極且二者的中心重疊。

在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，在本發(fā)明實(shí)施例提供的上述液晶透鏡中，所述環(huán)狀子電極的內(nèi)輪廓、外輪廓以及所述面狀子電極的外輪廓形狀一致。

在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，在本發(fā)明實(shí)施例提供的上述液晶透鏡中，所述環(huán)狀子電極和面狀子電極構(gòu)成的電極圖形為中心對(duì)稱圖形。

在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，在本發(fā)明實(shí)施例提供的上述液晶透鏡中，所述面狀子電極的形狀為圓形或正多邊形。

在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，在本發(fā)明實(shí)施例提供的上述液晶透鏡中，所述第二電極僅包括一個(gè)所述環(huán)狀子電極，所述環(huán)狀子電極為等寬度的電極，所述環(huán)狀子電極的寬度與所述所述面狀子電極的最大寬度之比小于0.5。

在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，在本發(fā)明實(shí)施例提供的上述液晶透鏡中，所述第二電極包括多個(gè)內(nèi)徑不同的環(huán)狀子電極，各所述環(huán)狀子電極的中心重疊。

在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，在本發(fā)明實(shí)施例提供的上述液晶透鏡中，所述第一電極為金屬電極或透明電極；

所述第二電極為金屬電極或透明電極。

第二方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種顯示裝置，包括上述任一液晶透鏡。

在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，在本發(fā)明實(shí)施例提供的上述顯示裝置中，還包括：顯示面板，所述液晶透鏡位于所述顯示面板的出光一側(cè)；

所述液晶透鏡包括多個(gè)呈矩陣分布的透鏡單元；

一個(gè)所述透鏡單元對(duì)應(yīng)于所述顯示面板上的M×M個(gè)像素區(qū)域，M為任意正整數(shù)。

第三方面，本發(fā)明實(shí)施還提供一種上述任一液晶透鏡的控制方法，包括：

在所述液晶透鏡處于工作狀態(tài)時(shí)，為所述第一電極和所述面狀子電極加載相同的電壓，為所述面狀子電極和環(huán)狀子電極加載不同的電壓。

本發(fā)明實(shí)施例的有益效果包括：

本發(fā)明實(shí)施例提供的液晶透鏡、顯示裝置，包括：多個(gè)結(jié)構(gòu)相同的透鏡單元，每個(gè)透鏡單元包括：相對(duì)而置的上基板和下基板，位于上基板和下基板之間的液晶層，位于上基板與液晶層之間的第一電極和位于下基板與液晶層之間的第二電極；其中，第一電極為面狀電極；第二電極包括面狀子電極以及至少一個(gè)環(huán)繞面狀子電極的環(huán)狀子電極。工作狀態(tài)時(shí)，第一電極和面狀子電極所加載的電壓相等，環(huán)狀子電極所加載的電位大于第一電極，使得位于中心位置的液晶分子處于初始狀態(tài)而不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，而使中心位置的折射率接近于n_e，而位于邊緣的液晶分子在環(huán)狀子電極與第一電極所產(chǎn)生的電場(chǎng)的作用下最大程度偏轉(zhuǎn)，使邊緣位置的折射率接近于n_o，由此使液晶透鏡中各位置的折射率分布更接近理想延遲曲線，提高了液晶透鏡的有效利用率。

附圖說(shuō)明

圖1為現(xiàn)有技術(shù)中的液晶透鏡的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2液晶透鏡的理想延遲曲線示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的液晶透鏡的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖之一；

圖4a為本發(fā)明實(shí)施例提供的液晶透鏡中第二電極的俯視結(jié)構(gòu)示意圖之一；

圖4b為本發(fā)明實(shí)施例提供的液晶透鏡中第二電極的俯視結(jié)構(gòu)示意圖之二；

圖4c為本發(fā)明實(shí)施例提供的液晶透鏡中第二電極的俯視結(jié)構(gòu)示意圖之三；

圖5為現(xiàn)有技術(shù)中液晶透鏡的延遲曲線與理想延遲曲線的對(duì)比圖；

圖6為本發(fā)明實(shí)施例的液晶透鏡工作狀態(tài)時(shí)液晶分子的偏轉(zhuǎn)狀態(tài)示意圖；

圖7為本發(fā)明實(shí)施例提供的液晶透鏡的延遲曲線與理想延遲曲線的對(duì)比圖；

圖8為本發(fā)明實(shí)施例提供的液晶透鏡中第二電極的俯視結(jié)構(gòu)示意圖之四；

圖9為本發(fā)明實(shí)施例提供的液晶透鏡的結(jié)構(gòu)示意圖之二；

圖10a為本發(fā)明實(shí)施例提供的液晶透鏡中的液晶分子的初始狀態(tài)示意圖；

圖10b為本發(fā)明實(shí)施例提供的液晶透鏡中的液晶分子的初始取向示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例提供的液晶透鏡及顯示裝置的具體實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)地說(shuō)明。

附圖中各部件的形狀和大小不反映液晶透鏡的真實(shí)例，目的只是示意說(shuō)明本發(fā)明內(nèi)容。

本發(fā)明實(shí)施例提供的一種液晶透鏡，如圖3所示，包括：多個(gè)透鏡單元；具體地，每個(gè)透鏡單元包括：相對(duì)而置的上基板101和下基板102，位于上基板101和下基板102之間的液晶層103，位于上基板101與液晶層103之間(即位于上基板內(nèi)側(cè))的第一電極104和位于下基板102與液晶層103之間(即位于下基板內(nèi)側(cè))的第二電極105；其中，第一電極104為面狀電極；第二電極105包括面狀子電極51和至少一個(gè)環(huán)繞面狀子電極51的環(huán)狀子電極52。

在具體實(shí)施時(shí)，各透鏡單元的第一電極104可為一個(gè)位于上基板101內(nèi)側(cè)的面狀電極，每個(gè)透鏡單元都具有一第二電極105，各透鏡單元的第二電極105同層設(shè)置于下基板102的內(nèi)側(cè)。液晶透鏡處于工作狀態(tài)時(shí)，對(duì)于一個(gè)透鏡單元而言，第一電極104和面狀子電極51所加載的電位相等，面狀子電極51以及環(huán)狀子電極52按照由內(nèi)到外的順序加載的電位逐漸升高，由此，透鏡單元內(nèi)部的液晶分子在電場(chǎng)的作用下偏轉(zhuǎn)等效為半球形透鏡，該半球形透鏡的折射率沿中心呈中心對(duì)稱分布，由中心位置向邊緣位置逐漸減小，這是因?yàn)樵谕哥R單元處于工作狀態(tài)時(shí)位于中心的面狀子電極與第一電極所加載的電壓相等，使得位于中心位置的液晶分子處于初始狀態(tài)而不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，液晶分子的長(zhǎng)軸平行于電極所在的平面，而使中心位置的折射率接近于n_e，而位于邊緣的液晶分子在環(huán)狀子電極與第一電極所產(chǎn)生的電場(chǎng)的作用下最大程度偏轉(zhuǎn)，液晶分子的長(zhǎng)軸垂直于電極所在的平面，使邊緣位置的折射率接近于n_o，位于中心位置與邊緣位置之間的液晶分子的偏振程度由完全不發(fā)生偏轉(zhuǎn)到偏轉(zhuǎn)為最大程度逐漸過(guò)渡，折射率處于n_o到n_e之間，由此使液晶透鏡中各位置的折射率分布更接近理想延遲曲線，提高了液晶透鏡的有效利用率。

本發(fā)明實(shí)施例提供的上述液晶透鏡的第二電極104的俯視圖如圖4a-圖4c所示，面狀子電極51和環(huán)狀子電極52均為規(guī)則的電極圖形，如面狀子電極的形狀可為圓形、正多邊形等?？蛇x的，環(huán)狀子電極52的外輪廓可為圓形或正多邊形。面狀子電極51位于環(huán)狀子電極52的中心位置，面狀子電極51和環(huán)狀子電極52的中心重疊，且面狀子電極51和環(huán)狀子電極52的間隔相等，即環(huán)狀子電極51的內(nèi)邊緣每一處距離面狀子電極51的最短距離都相等。將面狀子電極51與環(huán)狀子電極52等間隔設(shè)置可在對(duì)第一電極104和第二電極105施加電壓時(shí)，在兩電極之間形成對(duì)稱的電場(chǎng)，從而使液晶分子在對(duì)稱位置偏轉(zhuǎn)程度一致。

進(jìn)一步地，如圖4a-圖4c所示，環(huán)狀子電極52的內(nèi)輪廓和外輪廓的形狀與面狀子電極51的外輪廓相同，且環(huán)狀子電極52和面狀子電極51的電極圖形為中心對(duì)稱圖形。即面狀子電極51和環(huán)狀子電極52的圖形一致。比如，面狀子電極51為圓形，則環(huán)狀子電極52為圓環(huán)，較佳的，環(huán)狀子電極52為與所述圓形面狀子電極51為同心圓的圓環(huán)。

如圖4a所示，面狀子電極51為圓形面狀電極，相應(yīng)地，環(huán)狀子電極52為圓環(huán)狀電極，二者圓心重疊；如圖4b所示，面狀子電極51的形狀還可為正方形；如圖4c所示，面狀子電極51的形狀可為正六邊形。此外，面狀子電極51的形狀還可為其它正多邊形，環(huán)狀子電極52與面狀子電極51具有相同的圖形輪廓，在此不一一列舉。

現(xiàn)有技術(shù)中的液晶透鏡中的各透鏡單元的延遲曲線與理想延遲曲線對(duì)比圖如圖5所示，其中，O表示液晶透鏡的中心，中心處的液晶折射率最大為n_max，由O點(diǎn)為中心向四周延伸液晶分子的折射率逐漸減小，到邊緣處液晶折射率減小到最小值n_min，過(guò)渡區(qū)域的折射率n_eff在最大值n_max和最小值n_min之間。由圖中可以看出，現(xiàn)有技術(shù)中的液晶透鏡的中心位置O處的折射率最大值n_max<n_e，而位于邊緣處的折射率最小值n_min>n_o，這是因?yàn)楝F(xiàn)有技術(shù)中在對(duì)兩電極施加電壓時(shí)，位于上基板的面狀電極所形成的邊緣電場(chǎng)有向中心靠攏的趨勢(shì)，使中心原本要維持不變的液晶分子發(fā)生偏轉(zhuǎn)，從而把中心位置的折射率變小，使中心位置的延遲曲線拉低。

而本發(fā)明實(shí)施例提供的上述液晶透鏡中的第二電極105包括位于中心位置的面狀子電極51和位于外圍的環(huán)狀子電極52。在對(duì)液晶透鏡施加電壓時(shí)，液晶層103中的液晶分子的偏轉(zhuǎn)情況如圖6所示，由于使位于中心位置的面狀子電極51與第一電極的電位相等，從而使得中心位置的液晶分子不受邊緣電場(chǎng)的影響保持初始狀態(tài)，而中心位置的折射率n_max更接近n_e，邊緣位置的折射率n_min更接近n_o，從而使液晶透鏡中各透鏡單元的延遲曲線更接近理想延遲曲線，如圖7所示。進(jìn)一步地，由于延遲量Retadation＝Δn×d×液晶有效利用率，其中，Δn＝n_e-n_o由液晶自身性質(zhì)決定，為一定值，d為液晶盒厚，也為一定值。

因此，當(dāng)采用本發(fā)明實(shí)施例提供的上述液晶透鏡結(jié)構(gòu)時(shí)使延遲量Retadation提高，從而提高了液晶的有效利用率。

在具體實(shí)施時(shí)，根據(jù)透鏡單元所等效的半球形透鏡的周期尺寸可設(shè)置一個(gè)或多個(gè)環(huán)狀子電極52。具體來(lái)說(shuō)，當(dāng)每個(gè)透鏡單元所等效的透鏡周期較小時(shí)，第二電極105設(shè)置一個(gè)環(huán)狀子電極52即可；而透鏡單元所等效的透鏡周期較大時(shí)，第二電極105則需要設(shè)置多個(gè)環(huán)狀子電極52。以第二電極105包括圓形面狀子電極51和圓環(huán)狀子電極52為例，在透鏡單元所等效的透鏡周期較小時(shí)，第二電極結(jié)構(gòu)如圖4a所示，僅包括一個(gè)圓環(huán)狀子電極52；在透鏡單元所等效的透鏡周期較大時(shí)，第二電極結(jié)構(gòu)如圖8所示，包括多個(gè)圓環(huán)狀子電極52。

進(jìn)一步地，本發(fā)明實(shí)施例采用TechWiz液晶仿真軟件對(duì)第二電極僅包括一個(gè)環(huán)狀子電極情況下，面狀子電極和環(huán)狀子電極在不同寬度情況下的液晶有效利用率的實(shí)驗(yàn)。其實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下表所示：

由上表可以看出當(dāng)環(huán)狀子電極52的寬度W2與面狀子電極51的最大寬度W1之比W2/W1設(shè)置為小于0.5時(shí)液晶的有效利用率較高。

在另一種可實(shí)施的方式中，當(dāng)?shù)诙姌O105包括多個(gè)環(huán)狀子電極52時(shí)，如圖8所示，各環(huán)狀子電極52以面狀子電極51為中心依次向外擴(kuò)張分布；且在液晶透鏡處于工作狀態(tài)時(shí)，各環(huán)狀子電極52所加載的電壓由內(nèi)到外依次增大。

在具體實(shí)施時(shí)，第一電極104與第二電極105可采用金屬電極，如鋁電極；或者第一電極104與第二電極105可采用透明電極，如采用氧化銦錫材料制作第一電極104與第二電極105。由于采用金屬材料制作上述兩電極會(huì)影響光透過(guò)率，因此上述兩電極優(yōu)選采用透明電極。

在實(shí)際應(yīng)用中，在本發(fā)明實(shí)施例提供的上述液晶透鏡中，如圖9所示，還包括：位于液晶層103與第一電極104之間的第一取向膜106和位于液晶層103與第二電極105之間的第二取向膜107。

其中，第一取向膜106和第二取向膜107決定了液晶層103中的液晶分子的初始取向。例如，單個(gè)透鏡單元等效為球形透鏡時(shí)，其液晶層103中的液晶分子的初始排列狀態(tài)如圖10a所示。液晶層103中的液晶分子的初始取向如圖10b所示，沿各直徑方向呈放射狀。由液晶分子的初始取向以及液晶透鏡的工作原理可知，在采用本發(fā)明實(shí)施例提供的上述液晶透鏡的結(jié)構(gòu)時(shí)，液晶透鏡與入射光的偏振方向無(wú)關(guān)，因此，在使用本發(fā)明實(shí)施例提供的上述液晶透鏡時(shí)，無(wú)需設(shè)置特定偏振方向的偏振片等部件。

基于同一發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明實(shí)施例還提供一種顯示裝置，該顯示裝置包括顯示面板以及設(shè)置在顯示面板出光一側(cè)的上述任一液晶透鏡。其中，液晶透鏡包括多個(gè)呈矩陣分布的透鏡單元，一個(gè)透鏡單元可對(duì)應(yīng)于顯示面板上的M×M個(gè)像素區(qū)域，M為任意整數(shù)。例如，液晶透鏡中的多個(gè)透鏡單元呈矩陣分布，每個(gè)透鏡單元與顯示面板上的一個(gè)像素或一個(gè)子像素一一對(duì)應(yīng)，或者，每個(gè)透鏡單元與顯示面板上的至少兩個(gè)像素一一對(duì)應(yīng)。其它情況不在一一舉例，在此不做限定。

在實(shí)際應(yīng)用中，本發(fā)明實(shí)施例提供的上述顯示裝置可以為液晶面板、液晶顯示器、液晶電視、有機(jī)發(fā)光二極管(Organic Light Emitting Diode，OLED)面板、OLED顯示器、OLED電視或電子紙等顯示裝置。

此外，本發(fā)明實(shí)施例還提供一種對(duì)上述任一液晶透鏡的控制方法，包括：

在液晶透鏡處于工作狀態(tài)時(shí)，為第一電極和面狀子電極加載相同的電壓，為面狀子電極和環(huán)狀子電極加載不同的電壓。

由于第一電極和面狀子電極所加載的電位相等，環(huán)狀子電極所加載的電位大于第一電極，使得位于中心位置的液晶分子處于初始狀態(tài)而不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，而使中心位置的折射率接近于n_e，而位于邊緣的液晶分子在環(huán)狀子電極與第一電極所產(chǎn)生的電場(chǎng)的作用下最大程度偏轉(zhuǎn)，使邊緣位置的折射率接近于n_o，由此使液晶透鏡中各位置的折射率分布更接近理想延遲曲線，提高了液晶透鏡的有效利用率。

本發(fā)明實(shí)施例提供的液晶透鏡、顯示裝置，包括：多個(gè)結(jié)構(gòu)相同的透鏡單元，每個(gè)透鏡單元包括：相對(duì)而置的上基板和下基板，位于上基板和下基板之間的液晶層，位于上基板與液晶層之間的第一電極和位于下基板與液晶層之間的第二電極；其中，第一電極為面狀電極；第二電極包括面狀子電極以及至少一個(gè)環(huán)繞面狀子電極的環(huán)狀子電極。工作狀態(tài)時(shí)，第一電極和面狀子電極所加載的電位相等，環(huán)狀子電極所加載的電位大于第一電極，使得位于中心位置的液晶分子處于初始狀態(tài)而不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，而使中心位置的折射率接近于n_e，而位于邊緣的液晶分子在環(huán)狀子電極與第一電極所產(chǎn)生的電場(chǎng)的作用下最大程度偏轉(zhuǎn)，使邊緣位置的折射率接近于n_o，由此使液晶透鏡中各位置的折射率分布更接近理想延遲曲線，提高了液晶透鏡的有效利用率。

顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。