基于液晶透鏡陣列的頭戴式顯示設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及立體顯示技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于液晶透鏡陣列的頭戴式顯示設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]頭戴式3D顯示設(shè)備具有良好的便攜性，無(wú)論是在生活?yuàn)蕵?lè)，還是在醫(yī)學(xué)工業(yè)領(lǐng)域都具有不可取代的作用。頭戴式3D顯示設(shè)備可以隨時(shí)隨地享受3D視頻和游戲娛樂(lè)，可以在工作中讓工程師看見(jiàn)建筑圖紙，維修人員則能看到安裝指南。醫(yī)生在動(dòng)手術(shù)時(shí)能看到病人的主要器官、核磁共振、X射線掃描圖。因此開(kāi)發(fā)頭戴式集成成像3D顯示設(shè)備具有很實(shí)用的價(jià)值。
[0003]目前主流的頭戴式虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)顯示設(shè)備，通過(guò)在左眼和右眼顯示兩幅具有視差的圖像，人的左眼看到左視點(diǎn)圖像，右眼看到右視點(diǎn)圖像，然后在人腦合成，使人能夠感受到立體的三維圖像，達(dá)到3D顯示的效果。這種視差法設(shè)計(jì)的顯示設(shè)備所呈現(xiàn)的3D圖像并不是真實(shí)的3D圖像，而是通過(guò)對(duì)大腦的“欺騙”來(lái)實(shí)現(xiàn)3D顯示。長(zhǎng)時(shí)間的觀看會(huì)使人因兩眼集合和焦點(diǎn)調(diào)節(jié)不一致而產(chǎn)生視覺(jué)疲勞，甚至?xí)谷顺霈F(xiàn)眩暈惡心的癥狀。
[0004]在現(xiàn)有的頭戴式虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)顯示設(shè)備，所采用的液晶透鏡，多維整塊透鏡，其只能夠?qū)崿F(xiàn)整體調(diào)節(jié)，而無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)顯示屏的區(qū)域部分可調(diào)。另外，目前的液晶透鏡結(jié)構(gòu)能夠提供給用戶(hù)的視野比較狹窄，用戶(hù)只能在較小的角度內(nèi)進(jìn)行觀看，這樣的話，時(shí)間一長(zhǎng)，用戶(hù)就容易產(chǎn)生眼脹或眼部疲勞等不適癥狀。
[0005]同時(shí)，不同視力的用戶(hù)，佩戴VR顯示設(shè)備時(shí)，看到的畫(huà)面會(huì)有所差異。同一個(gè)畫(huà)面，視力正常的用戶(hù)觀看時(shí)非常清晰，而近視或遠(yuǎn)視的用戶(hù)觀看時(shí)會(huì)比較模糊，而且不同程度近視或遠(yuǎn)視的用戶(hù)看到的畫(huà)面效果也會(huì)有一定的差異，這會(huì)使得用戶(hù)在觀看過(guò)程中，無(wú)法找到合適的觀看點(diǎn)或者有眩暈的感覺(jué)，從而影響到整體體驗(yàn)，這是VR顯示設(shè)備實(shí)現(xiàn)大眾化的另一個(gè)難點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的一個(gè)目的是要提供一種基于液晶透鏡陣列的頭戴式顯示設(shè)備，其能夠?qū)崿F(xiàn)2D畫(huà)面與3D畫(huà)面間的切換，可實(shí)現(xiàn)整體或者區(qū)域顯示，并能夠適用于不同視力的使用者，使得用戶(hù)獲得清晰地視覺(jué)體驗(yàn)。
[0007]特別地，本發(fā)明提供了一種基于液晶透鏡陣列的頭戴式顯示設(shè)備，包括:顯示屏和設(shè)置在顯示屏前方相對(duì)人眼側(cè)的液晶透鏡陣列，所述液晶透鏡陣列包括若干個(gè)液晶透鏡，所述若干個(gè)液晶透鏡呈M行XN列排布，所述液晶透鏡包括相對(duì)設(shè)置的第一玻璃基板和第二玻璃基板，所述第一玻璃基板上涂鍍有平面電極，所述第二玻璃基板上涂鍍有η個(gè)呈同心環(huán)狀設(shè)置的環(huán)形電極，在所述第一玻璃基板與所述第二玻璃基板之間填有液晶。
[0008]進(jìn)一步地，在所述第二玻璃基板上所涂鍍的呈同心環(huán)狀設(shè)置的所述η個(gè)環(huán)形電極的中心處還涂鍍有直條形電極，所述液晶透鏡在所述平面電極、所述η個(gè)環(huán)形電極和所述直條形電極均通電后形成圓形水滴狀的透鏡鏡面。
[0009]進(jìn)一步地，所述直條形電極向所述可控液晶透鏡外延伸且不與所述至少兩個(gè)環(huán)形電極相交。
[0010]進(jìn)一步地，所述η個(gè)環(huán)形電極與所述直條形電極分別與一獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)電壓相連。[0011 ] 進(jìn)一步地，所述η個(gè)環(huán)形電極與所述直條形電極的驅(qū)動(dòng)電壓由中心的所述直條形電極向所述液晶透鏡的邊界逐漸遞減。
[0012]進(jìn)一步地，所述各驅(qū)動(dòng)電壓彼此獨(dú)立，且電壓可調(diào)。
[0013]進(jìn)一步地，在電極未供電時(shí)，所述液晶透鏡中液晶的排列保持原始狀態(tài)，不改變光線的傳播方向；當(dāng)給各電極分別提供電壓時(shí)，所述平面電極接驅(qū)動(dòng)電壓負(fù)極，所述η個(gè)環(huán)形電極與所述直條形電極接所述各驅(qū)動(dòng)電壓的正極，所述液晶透鏡中液晶分子的排列方式改變，不同的電壓使所述液晶分子旋轉(zhuǎn)角度不同，呈現(xiàn)出不同的折射率，改變光線經(jīng)過(guò)所述液晶分子后的傳播方向。
[0014]進(jìn)一步地，在第一玻璃基板中相對(duì)所述液晶一側(cè)與所述液晶之間設(shè)有配向膜，在第二玻璃基板中相對(duì)所述液晶一側(cè)與所述液晶之間設(shè)有配向膜。
[0015]進(jìn)一步地，所述頭戴式顯示裝置中設(shè)有左右兩塊顯示屏，在所述兩塊顯示屏上分別設(shè)置有所述液晶透鏡陣列。
[0016]進(jìn)一步地，所述頭戴式顯示設(shè)備中設(shè)有一塊顯示屏，所述顯示屏中部設(shè)有擋板，所述擋板將所述顯示屏分隔為兩塊獨(dú)立的顯示區(qū)域，在所述兩塊顯示區(qū)域上分別設(shè)置有所述液晶透鏡陣列。
[0017]本發(fā)明的基于液晶透鏡陣列的頭戴式顯示設(shè)備，采用液晶透鏡陣列取代傳統(tǒng)光學(xué)透鏡，并且陣列中的每個(gè)液晶透鏡均是可調(diào)的，這樣能夠?qū)崿F(xiàn)顯示屏的區(qū)域及整體均可調(diào)，實(shí)現(xiàn)了顯示設(shè)備的顯示效果在2D和3D之間的自由切換，并可以分區(qū)域地進(jìn)行2D或3D的顯示，并且清晰度可調(diào)，可根據(jù)不同顯示內(nèi)容進(jìn)行場(chǎng)景的動(dòng)態(tài)縮放、且能實(shí)現(xiàn)人眼主動(dòng)選擇對(duì)焦。
[0018]進(jìn)一步地，本發(fā)明中的液晶透鏡由于采用同心環(huán)狀的電極作為控制電極，且各個(gè)電極是分別供電的，因此可隨時(shí)調(diào)整焦距，且可調(diào)范圍更大，能夠提供更為清晰的顯示圖像。
[0019]進(jìn)一步地，本發(fā)明中的液晶透鏡能夠形成圓形水滴狀的透鏡鏡面效果，更為清晰，進(jìn)行的是點(diǎn)陣式的布置，區(qū)別于現(xiàn)有的整體式透鏡，克服透鏡調(diào)節(jié)區(qū)域不可控的缺陷。
[0020]根據(jù)下文結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明具體實(shí)施例的詳細(xì)描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)更加明了本發(fā)明的上述以及其他目的、優(yōu)點(diǎn)和特征。
【附圖說(shuō)明】
[0021]后文將參照附圖以示例性而非限制性的方式詳細(xì)描述本發(fā)明的一些具體實(shí)施例。附圖中相同的附圖標(biāo)記標(biāo)示了相同或類(lèi)似的部件或部分。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，這些附圖未必是按比例繪制的。附圖中:
[0022]圖1是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的頭戴式顯示設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖2是圖1所示液晶透鏡陣列中的液晶透鏡的示意性截面圖；
[0024]圖3是圖2所示液晶透鏡中第二玻璃基板上的電極分布示意圖；
[0025]圖4是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中的液晶透鏡在電極不供電時(shí)的液晶的分子排布示意圖；
[0026]圖5是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中的液晶透鏡在電極供電時(shí)的液晶的分子排布示意圖；
[0027]圖6是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中頭戴式顯示設(shè)備的工作原理框圖；
[0028]圖7是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中液晶透鏡的工作原理示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]圖1是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的頭戴式顯示設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖1所示液晶透鏡陣列中的液晶透鏡的示意性截面圖；圖3是圖2所示液晶透鏡中第二玻璃基板上的電極分布示意圖，以下將參考圖1、圖2和圖3對(duì)頭戴式顯示設(shè)備的結(jié)構(gòu)進(jìn)行闡述。
[0030]如圖1、圖2所示，本實(shí)施例所描述的一種基于液晶透鏡陣列的頭戴式顯示設(shè)備，其包括:顯示屏2和設(shè)置在顯示屏2前部相對(duì)人眼側(cè)上的液晶透鏡陣列I，也就是說(shuō)液晶透鏡陣列I是設(shè)置在顯示屏2與用戶(hù)人眼之間的，所述液晶透鏡陣列I包括若干個(gè)液晶透鏡，所述若干個(gè)液晶透鏡呈M行X N列排布構(gòu)成所述液晶透鏡陣列I，所述液晶透鏡包括相對(duì)設(shè)置的第一玻璃基板10和第二玻璃基板U，所述第一玻璃基板10上涂鍍有平面電極30，所述第二玻璃基板11上涂鍍有η個(gè)呈環(huán)狀設(shè)置的環(huán)形電極，在所述第一玻璃基板10與所述第二玻璃基板11之間填有液晶50。
[0031]可見(jiàn)，本實(shí)施例中，透鏡陣列是由很多個(gè)液晶透鏡排列而成。顯示屏2固定在眼睛的遠(yuǎn)端，液晶透鏡陣列I置于顯示屏2和人眼之前。在進(jìn)行2D顯示時(shí)，不對(duì)液晶透鏡施加電壓，使整個(gè)透鏡陣列具有相同的折射率，液晶透鏡陣列I可以看作一塊平面玻璃，顯示屏2顯示正常的2D圖像，人眼看到不損失分辨率的清晰2D圖像。在需要進(jìn)行3D顯示時(shí)，給微透鏡陣列加電壓，液晶透鏡陣列I就“出現(xiàn)”很多微小透鏡，此時(shí)在顯示屏2上播放與此透鏡陣列參數(shù)匹配的3D內(nèi)容，就可以實(shí)現(xiàn)3D顯示。如此，就實(shí)現(xiàn)了 2D到3D的切換。
[0032]本實(shí)施例采用液晶透鏡陣列I取代傳統(tǒng)光學(xué)透鏡，并且陣列中的每個(gè)液晶透鏡均是可調(diào)的，這樣能夠?qū)崿F(xiàn)顯示屏2的區(qū)域及整體均可調(diào)，實(shí)現(xiàn)了顯示設(shè)備的顯示效果在2D和3D之間的自由切換。
[0033]尤為重要的是，由于本實(shí)施例中采用的陣列式排布的若干個(gè)液晶透鏡，那么我們?nèi)绻{(diào)節(jié)所述若干個(gè)液晶透鏡中的一部分進(jìn)行3D顯示，而其余部分仍保持2D顯示的話，那么就可以分區(qū)域地進(jìn)行2D和3D的顯示，并且清晰度可調(diào)，可根據(jù)不同顯示內(nèi)容進(jìn)行場(chǎng)景的動(dòng)態(tài)縮放、且能實(shí)現(xiàn)人眼主動(dòng)選擇對(duì)焦，進(jìn)而滿(mǎn)足客戶(hù)的不同需求。
[0034]如圖3所示，在所述第二玻璃基板11上所涂鍍的呈環(huán)狀設(shè)置的電極的中心處還涂鍍有直條形電極34，所述液晶透鏡在所述平面電極30、所述η個(gè)環(huán)形電極(31、32、33)和所述直條形電極34均通電后形成圓形水滴狀的透鏡鏡面。本發(fā)明中的液晶透鏡能夠形成圓形水滴狀的透鏡鏡面效果，更為清晰，進(jìn)行的是點(diǎn)陣式的布置，區(qū)別于現(xiàn)有的整體式透鏡，克服透鏡調(diào)節(jié)區(qū)域不可控的缺陷，能夠更好地被人眼捕捉，圖像也更為清晰
[0035]在本實(shí)施例中，第二玻璃基板11上涂鍍有3個(gè)環(huán)形電極(31、32、33)和I個(gè)直條形電極34，其中3個(gè)環(huán)形電極(31、32、33)呈同心環(huán)狀設(shè)置，所述直條形電極34則設(shè)置在所述3個(gè)環(huán)形電極(31、32、33)的圓心處。
[0036]第二玻璃基板11上的所述η個(gè)環(huán)形電極與所述直條形電極34分別與一