CN101166287A - 三维图像显示装置 - Google Patents

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Abstract

一种三维图像显示装置，包括：第一面板，包括分别形成有第一和第二取向膜的第一和第二基板，并且第一液晶层设置在第一和第二基板之间；第二面板，包括分别形成有第三和第四取向膜的第三和第四基板，并且第二液晶层设置在第三和第四基板之间，且第二面板与第一面板交叠设置；第一和第二偏振板，分别设置在第一和第二面板的外侧；和第三偏振板，设置在第一和第二面板之间。第三偏振板的偏振轴基本上与该第三偏振板相邻设置的第二和第三取向膜的摩擦方向对准。

Description

三维图像显示装置
技术领域
本发明涉及三维图像显示装置。特别是，本发明涉及能够产生高透射率的三维图像显示装置。
背景技术
为了实现生动、逼真的三维图像的技术已经研发了各种方法。特别是包括互联网和移动通讯的信息通讯技术的发展，传输到个体终端的信息的数量和品质迅猛增长。三维显示技术作为最为有效的传输和再现信息的方法而受到重视。
三维显示技术主要分成立体视法型(stereoscopy type)和自动立体视法型(autostereoscopy type)，对于立体视法型，观察者需要戴上特殊眼镜来观看三维图像，对于自动立体视法型，观察者不带特殊眼镜就可以观看三维图像。
立体视法型三维显示器分别给每个观察者的左右眼睛提供略微不同的图像，从而由于其视差使观察者感觉深度提示。立体视法型分成液晶光阀型(liquid crystal shutter type)和偏振立体视法型(polarized stereoscopy type)。
在自动立体视法型三维显示器中，具有视差方法(parallax method)、体积方法(volumetric method)和全息方法(holographic method)。在视差方法中，透镜片或者圆柱形透镜阵列的视差栅栏(parallax barrier)提供在显示屏前，从而分别通过观察者的左右眼睛观看到不同的图像。在体积方法中，三维图像实际上形成在间隔上，而在全息方法中，再现了三维物体的波前。
在自动立体视法型三维显示器中，当多个传送显示板交叠以实现深度提示时，透射率因显示板会被减弱。特别是，当液晶板用作显示板时，连接到每个液晶板的偏振板会偏移光，这降低了显示装置的总透射率。
发明内容
根据本发明的示范性实施例，三维图像的显示装置包括：第一面板，包括分别形成有第一和第二取向膜的第一和第二基板，并且第一液晶层设置在第一和第二基板之间；第二面板，包括分别形成有第三和第四取向膜的第三和第四基板，并且第二液晶层设置在第三和第四基板之间，且第二面板设置成交叠第一面板；第一和第二偏振板，分别设置在第一和第二面板的外侧；和第三偏振板，设置在第一和第二面板之间。在此情况下，第三偏振板的偏振轴基本上与相邻于第三偏振板设置的第二和第三取向膜的摩擦方向(rubbing direction)对准。
根据本发明的另一个示范性实施例，三维图像显示装置包括：第一面板，包括第一和第二基板以及设置在第一和第二基板之间的第一液晶层；第二面板，包括第三和第四基板以及设置在第三和第四基板之间的第二液晶层，且第二面板设置成交叠第一面板；以及第一和第二偏振板，分别设置在第一和第二面板的外侧。在此情况下，第一和第二液晶层分别具有不同极性的手征性掺杂物，并且第一和第二偏振板的偏振轴彼此对准。
附图说明
参照附图，通过详细描述其中的示范性实施例，上面的和其他特征将变得明显易懂。
图1是根据本发明示范性实施例的三维图像显示装置的示意性透视图。
图2是图1的三维图像显示装置的截面图。
图3是图2的三维图像显示装置的分解透视图。
图4是图解图3的每个面板中的液晶分子运动的示意图。
图5是根据本发明另一个示范性实施例的三维图像显示装置的截面图。
图6是图5的三维图像显示装置的分解透视图。
图7是根据本发明再一个示范性实施例的三维图像显示装置的分解透视图。
图8是图解在图7的每个面板中的液晶分子运动的示意图。
具体实施方式
通过参照对示范性实施例的详细描述和附图可以更容易理解本发明的特征性方法。然而，本发明可以以各种不同的形式予以实施，而不应该解释成限于在此阐述的实施例。应该理解的是，当元件或者层称为“在另一个元件或者层上”、“连接到另一个元件或者层”或者“与另一个元件或者层连接”时，可以直接在另一个元件或者层上、连接到另一个元件或者层或者与另一个元件或者层连接，或者可以存在层间元件或者层。
图1是根据本发明示范性实施例的三维图像显示装置的示意性透视图，且图2是图1的三维图像显示装置的截面图。
参照图1，根据本发明示范性实施例的三维图像显示装置10包括第一面板100和第二面板200，第二面板200设置成交叠第一面板100。
第一面板100和第二面板200分别显示彼此不同的图像。因为观察者以交叠的状态观看显示在第一面板100上的图像和显示在第二面板200上的图像，所以观察者识别了整体的三维图像。此外，观察者可以将显示在临近观察者设置的第一面板100上的图像识别为相对靠近观察者设置的图像。
折射透镜可以辅助地设置在第一面板100和第二面板200之间的空间300中。在第二面板200上的图像当通过折射透镜时以预定的角度折射，然后观察者通过第一面板100来识别。因此，观察者可以进一步感到三维效果。为了最小化在第二面板200上的图像的变形，折射透镜可以由片状材料形成，例如玻璃材料、丙烯酸材料等，他们是光学透明的。此外，折射透镜可以由菲涅尔透镜(Fresnel lens)、双凸透镜(lenticular lens)等形成。
参照图2，第一面板100包括上基板102、下基板104和设置在其间的液晶层150。
下基板104是这样一种基板，其包括多个薄膜晶体管阵列和多个形成在透明材料制造的绝缘基板115上的像素电极125。在此情况下，下基板104包括信号线，例如栅极线、数据线等。在下基板104中，薄膜晶体管(未示出)和像素电极125形成在通过交叉每个栅极线和每个数据线定义的每个像素区域中。每个薄膜晶体管由形成在绝缘基板115上的栅极电极、源极电极和漏极电极形成。薄膜晶体管根据通过栅极线传输的扫描信号转换通过数据线传输的图像信号，从而将图像信号施加到像素电极125，或者从像素电极125上截取图像信号。
在此情况下，第一面板100根据像素电极125的类型分成透射显示板、反射显示板和透射反射显示板。三种类型中的任何一种显示板也可以应用到根据本发明实施例的三维图像显示装置。在该实施例中，根据透射显示板进行描述。
像素电极125由透明导电材料制造，例如ITO(铟锡氧化物)或IZO(铟锌氧化物)。
取向膜135层叠在像素电极125上。取向膜135可以由聚酰亚胺系列有机薄膜或者包括硅的无机薄膜制造。在此情况下，无机薄膜材料的实例可以包括氢化非晶硅、碳化硅(SiC)、氧化硅(SiOx)、氮化硅(Si3N4)等。为了描述的方便，在本发明中，采用由有机薄膜制造的取向膜135。
在取向膜135涂敷在绝缘基板115上后，在取向膜上进行摩擦工艺，其采用柔软布在预定方向上摩擦取向膜135。进行摩擦工艺，从而采用布在一个方向上摩擦取向膜135，该布聚集了例如棉花或者尼龙的纤维，并且因此在取向膜135的表面上以预定的方向使液晶分子取向。
上基板102以预定的间隔相对于下基板104。上基板102是在透明材料制造的绝缘基板上提供黑矩阵(未示出)、滤色器(未示出)和公共电极120的基板。
具体地讲，红、绿和蓝滤色器提供在绝缘基板110上。另外，黑矩阵形成在相对于薄膜晶体管阵列的位置上，并且用于吸收散射的反射光。红、绿和蓝滤色器基本上形成在各像素中。
具有均匀厚度的公共电极120形成在滤色器上。在此情况下，公共电极120可以由透明导电材料形成，例如ITO或者IZO。
另外，取向膜130层叠在公共电极120上。设置在上基板102和下基板104之间的液晶层150中的液晶分子由分别形成在上基板102和下基板104上的取向膜130和135以预定的方向取向。此外，液晶层150中的液晶分子可以以预定的角度预倾斜。
根据液晶层150中的液晶分子155的取向状态，可以采用TN(TwistedNcmatice-扭曲向列)模式、ECB(Electrically Controlled Birefringence-电控双折射)模式和VA(Vertically Aligned-垂直取向)模式。然而，该实施例通过采用TN模式运行的第一面板100进行描述，其中开口率很高，以便保证最大的透射率。
在电场不产生在像素电极125和公共电极120之间的情况下，包括在液晶层150中的液晶分子155可以取向为使液晶分子的主轴平行于下基板104和上基板102。如果给公共电极120和像素电极125施加电压，则液晶层150中产生电场，并且因此液晶分子旋转。此时，当包括在液晶层150中的液晶分子具有正介电各向异性时，液晶分子155在平行于电场所指的方向旋转。此外，液晶层150由液晶混合物制造，其中手征掺杂物加到向列液晶分子以可转动。
偏振板140和145分别设置在第一面板100的两侧。偏振板140和145从没有偏振的混乱光选择性地透射在偏振轴(或者透射轴)方向上线性偏振的光。偏振板140的结构为偏振膜层叠在支撑膜上。对于偏振膜，可以采用聚乙烯醇(PVA-poly vinyl alcohol)、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸酯等。另外，附在偏振膜上的支撑膜改善经久性、机械强度、热阻力等，并且可以采用三乙酰纤维素(TAC-tri-acetyl cellulose)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene terephthalate)、聚乙烯乙二醇(polyethylene glycol)、聚甲基丙烯酸甲脂、聚碳酸酯等。
接下来，详细描述相对于第一面板100的第二面板200。第二面板200与第一面板100基本上具有相同的结构。就是说，第二面板200包括上基板202、下基板204和设置在其间的液晶层250。
形成第二面板200的上基板202的偏振板240、绝缘基板210、公共电极220和取向膜230与第一面板100的上基板102的偏振板140、绝缘基板110、公共电极120和取向膜130基本上相同。然而，形成第二面板200的取向膜230的摩擦方向不与形成第一面板100的取向膜130的摩擦方向对准。此外，第二面板200的偏振板240在偏振轴的方向上不同于第一面板100的偏振板140。
形成第二面板200的下基板204的偏振板245、绝缘基板215、像素电极225和取向膜235与第一面板100的下基板104的偏振板145、绝缘基板115、像素电极125和取向膜135基本上相同。然而，形成第二面板200的取向膜235的摩擦方向不与形成第一面板100的取向膜135的摩擦方向对准。此外，第二面板200的偏振板245在偏振轴的方向上不同于第一面板100的偏振板145。
在包括第一面板100和第二面板200的三维显示装置10中，滤色器可以形成在第一面板100的上基板102和第二面板200的上基板202上。然而，本发明的实施例不局限于此。滤色器可以只形成在相对于观察者较近设置的第一面板100上，而不形成在第二面板200上。因此，通过减少滤色器所吸收的光量可以增加光的透射率。在其他情况下，滤色器可以只形成在第二面板200上，而不形成在第一面板100上。
第二面板220的液晶层250与第一面板100的液晶层150具有基本上相同的结构。然而，包括在第二面板200的液晶层250中的手征性掺杂物与包括在第一面板的液晶层150中的手征性掺杂物具有相反的极性。因此，第二面板200的液晶分子255和第一面板100的液晶分子155具有不同的扭曲取向方向。例如，在第一面板100的液晶层150具有左旋手征性掺杂物而第二面板200的液晶层250具有右旋手征性掺杂物的情况下，第一面板100的液晶分子155在逆时针方向扭曲取向，而第二面板200的液晶分子255在顺时针方向扭曲取向。
在下文，将参照图2至4描述偏振板的透射轴方向和取向膜的摩擦方向。图3是图解图2的三维图像显示装置的分解透视图，而图4是图解图3的各面板中液晶分子运动的示意图。为了方便描述，根据下面要描述的角度参考值，按照使用者的观察方向，3点钟的方向设定为零度，并且逆时针方向设定为向前的方向。
参照图2和3，在第一面板100以TN模式运行的情况下，取向膜135的摩擦方向137可以正交于取向膜130的摩擦方向132。例如，取向膜135的摩擦方向137可以为约-45°，而取向膜130的摩擦方向可以为约45°。在此情况下，第一面板100在6点钟方向上(-90°方向)可以具有最佳的观察角度特性。
此外，在形成上基板102的取向膜130和偏振板140中，取向膜130的摩擦方向132基本上平行于偏振板140的偏振轴142。例如，偏振板140的偏振轴142为约45°或者-135°。在形成下基板104的取向膜135和偏振板145中，取向膜135的摩擦方向137基本上平行于偏振板145的偏振轴147。例如，取向膜230的摩擦方向132形成约135°或者-45°的角度。
第二面板200的取向膜230的摩擦方向232和第一面板100的取向膜135的摩擦方向137可以被调整为彼此对准。例如，取向膜230的摩擦方向232可以为约-45°。同样，摩擦方向232调整为与摩擦方向137对准，当通过第二面板200的线性偏振光入射在第一面板100上时，使光损最小化，由此获得更高的透射率。
此外，在第二面板200以TN模式运行的情况下，取向膜235的摩擦方向237可以与取向膜230的摩擦方向232正交。例如取向膜235的摩擦方向237形成约45°的角度。在一些情况下，取向膜235的摩擦方向可以形成-135°的角度，从而与取向膜230的摩擦方向232正交。这时，液晶层150和液晶层250每个都有相同极性的手征性掺杂物。
此外，在形成上基板202的取向膜230和偏振板240中，取向膜230的摩擦方向232基本上平行于偏振板240的偏振轴242。例如，偏振板240的偏振轴242形成约135°或-45°的角度。在形成下基板204的取向膜235和偏振板245中，取向膜235的摩擦方向237基本上平行于偏振板245的偏振轴247。就是说，偏振板245的偏振轴247形成45°或-135°的角度。
当观察包括在第一面板100中的液晶分子155的最初取向状态时，液晶分子155与下基板104的取向膜135中的摩擦方向137对准，并且与在上基板102的取向膜130中的摩擦方向132对准。这些液晶分子155以预定的节距螺旋扭曲，并且为了形成这些节距，左旋的手征性掺杂物可以加入液晶层150中，浓度范围为0.01至8.0重量％。因此，液晶分子155在逆时针方向上扭曲对准。
相反，当观察包括在第二面板200中的液晶分子255的最和取向状态时，液晶分子255与下基板204的取向膜235中的摩擦方向237对准，并且与上基板202的取向膜230中的摩擦方向232对准。这些液晶分子255以预定的节距螺旋扭曲，并且为了形成这些节距，右旋手征性掺杂可以加入液晶层250中，浓度范围为0.01至8.0重量％。因此，液晶分子255在顺时针方向上扭曲对准。
因此，第一面板100的液晶层150和第二面板200的液晶层250包括极性相反的手征性掺杂物。
参照图2和3，取向膜135的摩擦方向137和取向膜230的摩擦方向232调整为彼此对准。因此，偏振板145的偏振轴147和偏振板240的偏振轴242调整为彼此对准，当通过第二面板200的线性偏振光入射在第一面板100时，可以最小化光泄漏。因此，在根据本发明示范性实施例的三维图像显示装置10中可以获得高透射率。
在下文，将参照图5和6描述根据本发明另一个示范性实施例的三维图像显示装置。图5是根据本发明另一个示范性实施例的三维图像显示装置的截面图，而图6是图5的三维图像显示装置的分解透视图。为了方便描述，与上述实施例的附图(图1至4)中各构件具有相同功能的构件用相同的参考数字指代，并且省略对其描述。根据本发明的该实施例的三维图像显示装置除了下述结构外与上述实施例的相同。
就是说，如图5和6所示，根据本发明另一个示范性实施例的三维图像显示装置20包括第一面板100和第二面板200。在第一面板100中，一对偏振板140和145形成在其两侧上。在第二面板200中，偏振板245只形成在其相邻于第一面板100的一侧上，而偏振板并不形成在其另一侧上。在图1至4中，具有相同偏振轴的两个偏振板设置在第一面板100和第二面板200之间。然而，在该实施例中，即使只有一个偏振板设置在第一面板100和第二面板200之间，仍然能够获得基本上与上述实施例相同的功能和效果。
在该实施例中，示例了偏振板145附在第一面板100上的情况，但是本发明不限于此。例如，偏振板145可以附在第二面板200上。
在下文，将参照图7和8描述根据本发明另一个示范性实施例的三维图像显示装置。图7是根据本发明再一个示范性实施例的三维图像显示装置的分解透视图，而图8是图解图7的每个面板中液晶分子运动的示意图。为了方便描述，与上述实施例的附图(图1至4)中各构件具有相同功能的构件用相同的参考数字指代，并且省略对其描述。根据本发明的该实施例的三维图像显示装置除了下述结构外与上述实施例的相同。
参照图7，在第二面板200以TN模式运行的情况下，取向膜235的摩擦方向237′和取向膜230的摩擦方向232′可以彼此正交。例如，取向膜235的摩擦方向237’为约-45°，而取向膜230的摩擦方向232’为约45°。在此情况下，第二面板200可以具有在6点钟方向(-90°方向)上最佳的观察角度特性。
此外，在取向膜230和偏振板240中，取向膜230的摩擦方向232′基本上平行于偏振板240的偏振轴242′。例如，偏振板240的偏振轴242’为约45°或-135°。而且，在取向膜235和偏振板245中，取向膜235的摩擦方向237’基本上平行于偏振板245的偏振轴247′。例如，偏振板245的偏振轴247’为约135°或-45°。
在第一面板100的情况下，取向膜135的摩擦方向137’可以与第二面板200中取向膜230的摩擦方向232′对准。例如，取向膜135的摩擦方向137’形成约45°的角度。同样，第一面板100的取向膜135的摩擦方向137′和第二面板200的取向膜230的摩擦方向232′调整为彼此对准，当通过第二面板200的线性偏振光入射在第一面板100上时，最小化光损，由此获得更高的透射率。
此外，在第一面板100以TN模式运行的情况下，取向膜130的摩擦方向132′可以与取向膜135的摩擦方向137′正交。例如，取向膜130的摩擦方向132′形成约45°的角度。在一些情况下，取向膜130的摩擦方向132′可以形成135°的角度，从而与取向膜135的摩擦方向137′正交。此时，液晶层150和液晶层250每个都具有相同极性的手征性掺杂物。
此外，在取向膜130和偏振板140中，取向膜130的摩擦方向132′基本上平行于偏振板140的偏振轴142′。例如，偏振板140的偏振轴142′形成约135°或-45°的角度。在取向膜135和偏振板145中，取向膜135的摩擦方向137′基本上平行于偏振板145的偏振轴147′。就是说，偏振板145的偏振轴147′形成45°或-135°的角度。
当参考图7和8观察包括在第一面板100中的液晶分子155的最初取向状态时，液晶分子155与取向膜135中的摩擦方向137’对准，并且与取向膜130中的摩擦方向132’对准。这些液晶分子155以预定节距螺旋扭曲，并且为了形成这些节距，右旋手征性掺杂物可以加入液晶层150′中，浓度范围为0.01至8.0重量％。因此，液晶分子155在顺时针方向上扭曲对准。
相反，当观察包括在第二面板200中的液晶分子255的最初取向状态时，液晶分子255与取向膜235中的摩擦方向237对准，并且与取向膜230中的摩擦方向232’对准。这些液晶分子255以预定的节距螺旋扭曲，并且为了形成这些节距，左旋的手征掺杂物可以加入液晶层250′中，浓度范围为0.01至8.0重量％。因此，液晶层255在逆时针方向上扭曲对准。
因此，第一面板100的液晶层150’和第二面板200的液晶层250’包括极性相反的手征性掺杂物。
同样，取向膜135的摩擦方向137′和取向膜230的摩擦方向232′调整为彼此对准，并且偏振板145的偏振轴147’和偏振板240的偏振轴242’调整为彼此对准。因此，当通过第二面板200的线性偏振光入射在第一面板100上时，可以最小化光损，由此获得更高的透射率。尽管在该实施例中没有展示，但是只有一个偏振板设置在第一面板100和第二面板200之间，其可以获得基本上相同的功能和效果。
如上所述，在根据本发明实施例的三维图像显示装置中，甚至多个板彼此交叠时，也可以产生高透射率。
尽管参照附图结合本发明的示范性实施例已经描述了本发明，但是本领域的技术人员应该理解的是，可以对其进行各种修改和变化，而不脱离本发明的范围和精神。因此，应该理解的是，上述实施例不是限制性的，而是在各个方面都是说明性的。

Claims (21)

1.一种三维图像的显示装置，该显示装置包括：
第一面板，包括分别形成有第一和第二取向膜的第一和第二基板，并且第一液晶层设置在该第一和第二基板之间；
第二面板，包括分别形成有第三和第四取向膜的第三和第四基板，并且第二液晶层设置在该第三和第四基板之间，且第二面板与该第一面板交叠设置；
第一和第二偏振板，分别设置在该第一和第二面板的外侧，和
第三偏振板，设置在该第一和第二面板之间，
其中该第三偏振板的偏振轴基本上与该第三偏振板相邻设置的该第二和第三取向膜的摩擦方向对准。
2.如权利要求1所述的显示装置，其中该第一和第二液晶层分别具有不同极性的手征性掺杂物。
3.如权利要求2所述的显示装置，其中该第一和第二液晶层的液晶分子在不同的方向上扭曲对准。
4.如权利要求1所述的显示装置，其中，在没有施加电场时，该第一和第二液晶层中的液晶分子主轴分别平行于该第一和第三基板。
5.如权利要求4所述的显示装置，其中该第一和第二液晶层的该液晶分子具有正介电各向异性。
6.如权利要求1所述的显示装置，其中该第一和第二取向膜的摩擦方向彼此正交。
7.如权利要求1所述的显示装置，其中该第三和第四取向膜的摩擦方向彼此正交。
8.如权利要求1所述的显示装置，其中该第一和第二偏振板的偏振轴彼此对准。
9.如权利要求8所述的显示装置，其中该第一和第二偏振板的该偏振轴与该第三偏振板的偏振轴正交。
10.如权利要求1所述的显示装置，其中滤色器形成在该第一面板上或者该第二面板上。
11.如权利要求1所述的显示装置，其中该第三偏振板连接在该第一面板和该第二面板的每一个上。
12.一种三维图像的显示装置，该显示装置包括：
第一面板，包括第一和第二基板以及设置在该第一和第二基板之间的第一液晶层；
第二面板，包括第三和第四基板以及设置在该第三和第四基板之间的第二液晶层，且第二面板与第一面板交叠设置；和
第一和第二偏振板，分别设置在该第一和第二面板的外侧，
其中该第一和该第二液晶层分别具有不同极性的手征性掺杂物，并且，
该第一和第二偏振板的偏振轴彼此对准。
13.如权利要求12所述的显示装置，还包括：
第三偏振板，设置在该第一和第二面板之间；和
第一、第二、第三和第四取向膜，分别形成在该第一、第二、第三和第四基板上，
其中该第三偏振板的偏振轴基本上与该第三偏振板相邻设置的该第二和第三取向膜的摩擦方向对准。
14.如权利要求13所述的显示装置，其中该第一和第二取向膜的摩擦方向彼此正交。
15.如权利要求13所述的显示装置，其中该第三和第四取向膜的摩擦方向彼此正交。
16.如权利要求13所述的显示装置，其中该第一和第二偏振板的偏振轴与该第三偏振板的偏振轴正交。
17.如权利要求13所述的显示装置，其中该第三偏振板连接到该第一和第二面板的每一个上。
18.如权利要求12所述的显示装置，其中该第一和第二液晶层的液晶分子在不同的方向上扭曲对准。
19.如权利要求12所述的显示装置，其中，在没有施加电场时，该第一和第二液晶层中的液晶分子的主轴分别平行于该第一和第三基板。
20.如权利要求19所述的显示装置，其中该第一和第二液晶层的该液晶分子具有正介电各向异性。
21.如权利要求12所述的显示装置，其中滤色器形成在该第一面板上或者该第二面板上。
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C06 Publication
PB01 Publication
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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