CN101226273B - 一种二维和三维图像转换控制面板 - Google Patents

Abstract

一种二维和三维图像转换控制面板涉及一种可以同时实现二维和三维图像显示方式的转换控制面板。在第一透明基板(19)上制作薄膜晶体管(11)阵列和驱动电极(18)，在第二透明基板(13)的下表面设有第一疏水层(14)，在第一疏水层(14)与驱动电极(18)之间为网状孔(15)，在网状孔(15)内为第二疏水层(16)，在第二疏水层(16)内为第一液体(22)和第二液体(17)形成的液体透镜单元，每个液体透镜单元至少对应一个薄膜晶体管(11)。通过行扫描电极(S₁～S_N)和列数据电极(D₁～D_M)的共同寻址，可以实现二维图像显示方式、二维和三维图像同时显示方式、三维图像立体感提高方式。

Description

一种二维和三维图像转换控制面板

技术领域

本发明涉及一种二维和三维图像转换控制面板，尤其是涉及一种可以同时实现二维和三维图像显示方式的转换控制面板。

背景技术

图像集成立体显示原理由Lippmann于1908年提出。图1所示为图像集成立体显示技术的拍摄和显示原理。拍摄端包括拍摄透镜阵列2和图像传感器4，拍摄透镜阵列2将物体1的影像聚焦在图像传感器4，形成由许多独立的拍摄子图像3排列而成的二维图像。显示端由二维平面显示器5和显示透镜阵列7组成，二维平面显示器5显示由显示子图像6组成的二维图像，经过显示透镜阵列7的焦距，在空间重建三维物体的影像8。

目前各类图像集成立体显示器主要采用固定焦距的透镜阵列，因此无法实现二维和三维显示方式的快速转换。本申请人在中国申请专利CN200710022982.4中公开了一种可变焦透镜三维显示器，该显示器使用电润湿技术形成的液体透镜单元组成液体透镜阵列，外加电场同时改变液体透镜阵列中所有液体透镜单元的电极电压，从而可以实时改变所有液体透镜单元的焦距。该显示器结构简单，可以实时实现二维显示方式和三维显示方式的转换，并能根据图像内容动态调整焦距，提高三维立体图像的清晰度。但由于该显示器同步改变所有液体透镜单元的焦距，该结构无法同时实现二维和三维图像显示方式。

发明内容

技术问题：为了克服图像集成立体显示技术中不能同时实现二维和三维图像显示方式的问题，本发明提供一种二维和三维图像转换控制面板，通过该面板可以针对每个液体透镜单元分别实时调整二维和三维图像显示方式，从而在同一块显示屏上能同时显示二维高清晰图像和三维立体图像，并能根据需要实时调整二维图像和三维图像的显示区域，该面板可以单独控制每个液体透镜单元的焦距，从而提升三维图像的立体感和清晰度。

技术方案：本发明的二维和三维图像转换控制面板的结构为：在第一透明基板上制作薄膜晶体管阵列和驱动电极，在第二透明基板的下表面设有第一疏水层，在第一疏水层与驱动电极之间为网状孔，在网状孔内为第二疏水层，在第二疏水层内为第一液体和第二液体形成的液体透镜单元，每个液体透镜单元至少对应一个薄膜晶体管。薄膜晶体管的栅电极连接到行扫描电极S₁～S_N，薄膜晶体管的源电极连接到列数据电极D₁～D_M，薄膜晶体管的漏电极连接到液体透镜单元的驱动电极。调整第一透明基板上的驱动电极和网状孔的压差，形成第一液面或第二液面。薄膜晶体管的漏电极也可以连接到网状孔内壁电极，驱动电极改为公共电极，并且彼此相连。液体透镜单元的腔体是圆柱形、或圆梯形、或碗形或对称的六边形，并与驱动电极处于相同的中轴上，液体透镜阵列的排列方式可以是行列矩阵式排列、或品字状排列，或蜂窝状排列。每个液体透镜单元的焦距可以单独调整，根据焦距的变化，可以分别实现二维图像显示方式、二维和三维图像同时显示方式、三维图像立体感提高方式。

制作方法：在透明基板上制作薄膜晶体管阵列，在制作完薄膜晶体管阵列的基板上制作液体透镜阵列。液体透镜阵列是由第一、第二透明基板和网状孔组成的多层结构，每个液体透镜单元内包含两种不混溶液体。液体透镜单元驱动电极和公共电极之间的压差将控制两种液体接触面的形状。每个液体透镜单元至少对应一个薄膜晶体管。薄膜晶体管的栅电极连接到行扫描电极，薄膜晶体管的源电极连接到列数据电极，薄膜晶体管的漏电极连接到液体透镜单元的驱动电极。行扫描电极周期性地依次扫描所有行电极，并使相应行的薄膜晶体管打开，从而相应行的液体透镜单元驱动电极与相应的数据电极导通。当一个周期扫描之后，可以赋予不同液体透镜单元不同的驱动电极电压，而液体透镜单元的公共电极电压相等，因此不同液体透镜单元在驱动电极电压和公共电极电压的压差下发生不同的形变。通过改变液体透镜单元的压差可以实现不同功能的技术方案。

为实现传统图像集成立体显示和二维图像显示方式的转换，本发明的技术方案是，在一个扫描周期内赋予所有液体透镜单元相同的驱动电极电压，从而使液体透镜阵列的液面具有相同的焦距，当所有液面为平面时为二维图像显示方式，当所有液面为曲面时为图像集成立体显示方式。

为同时实现二维和三维图像显示方式，本发明的技术方案是，将液体透镜阵列分为不同的区域，通过行扫描电极和列数据电极的共同寻址，赋予不同液体透镜单元不同的驱动电极电压，二维图像显示方式区域的液面调整为平面，三维图像显示方式区域的液面调整为曲面。为实现二维图像和三维图像显示区域的实时调整，本发明的技术方案是将行扫描电极的扫描周期与显示图像的帧率同步，在改变显示图像内容的同时，改变液体透镜单元的显示方式。

为提高三维图像的立体感和清晰度，本发明的技术方案是，根据每个液体透镜单元的显示子图像在显示平面纵轴方向的位置，实时调整液体透镜单元的焦距，使对应位置的三维图像始终处于液体透镜单元的成像面附近，从而使纵轴方向不同位置的图像都能达到较高清晰度，提升图像的立体感。

本发明的液体透镜单元单独寻址方式可以实现各种焦距组合，本行业内专业人员，可以采用本发明进一步组合出各种液体透镜阵列焦距变化方案。

有益效果：本发明提供了一种单独控制每个液体透镜单元压差的控制面板，从而可以同时实现二维和三维图像显示方式，并能进一步提升三维图像的立体感和清晰度。

附图说明

图1图像集成立体显示原理图，

图2薄膜晶体管阵列的等效电路，

图3液体透镜单元的剖面图，

图4薄膜晶体管结构图，

图5图3AA’剖面的结构图。

以上的图中有：物体1、拍摄透镜阵列2、拍摄子图像3、图像传感器4、二维平面显示器5、显示子图像6、显示透镜阵列7、影像8、行驱动器9、列数据寄存器10、薄膜晶体管11、信号处理和控制单元12、第二透明基板13、第一疏水层14、网状孔15、第二疏水层16、第二液体17、驱动电极18、第一透明基板19、第一液面20、第二液面21、第一液体22、栅电极23、绝缘保护膜24、漏电极25、源电极26、n+a-Si膜27、非掺杂a-Si膜28、栅极绝缘层29，行扫描电极S₁～S_N，列数据电极D₁～D_M。

具体实施方式

图2所示为本发明薄膜晶体管阵列的等效电路。主要包括：信号处理和控制单元12，主要负责同步行驱动器9和列数据寄存器10，并将列数据信号传输给列数据寄存器10，行驱动器9连接所有行扫描电极S₁～S_N，行扫描电极S₁～S_N进一步连接到该行液体透镜单元薄膜晶体管11的栅电极23，列数据寄存器10连接所有列数据电极D₁～D_M，列数据电极进一步连接到该列液体透镜单元薄膜晶体管11的源电极26，薄膜晶体管11的漏电极25连接到液体透镜单元的驱动电极18。

图3所示为液体透镜单元的剖面图。主要包括：第二透明基板13，可以是玻璃、树脂等透明材料，第一疏水层14，可以是TEFLON或有机玻璃等疏水材料，网状孔15，可以是金属网板，例如铟钢，或是涂覆有导电层的树脂、玻璃等透明材料，网状孔15的内壁有第二疏水层16，可以是TEFLON或有机玻璃等疏水材料，薄膜晶体管11制作在第一透明基板19上，可以采用当前液晶显示器所普遍采用的薄膜晶体管工艺制备，例如a-Si、p-Si、ZnO、导电聚合物等制作的电场效应晶体管或二极管，第一透明基板19，可以是玻璃、树脂等透明材料，液体透镜单元的驱动电极18制作在第一透明基板19上，可以是氧化铟锡、氧化锌等制作的透明电极，驱动电极18也可以制作在绝缘介质层上，还可以覆盖一层绝缘介质层，在第二透明基板13，第一透明基板19和网状孔15构成的腔体内包含有不混溶的第一液体22和第二液体17，第一液体22是非极性的绝缘液体，例如矿物油等，第二液体17是导电或极性液体，例如盐水溶液或去离子水等。外加电压施加于驱动电极18和网状孔15之间时，可以形成第一液面20或第二液面21，当液体接触面在电润湿作用下形成第一液面20时，液体透镜单元工作在三维显示方式下，当形成第二液面21时，液体透镜单元工作在二维显示方式下。通过行扫描电极S₁～S_N和列数据电极D₁～D_M的同步控制，可以使不同液体透镜单元所对应的驱动电极18处于不同电位，另外由于网状孔15所形成的公共电极电位相同，从而可以实现不同液体透镜单元具有不同的焦距，为实现二维图像显示方式，本发明的优选实施例为所有液体透镜单元的液面处于第二液面21，为同时实现二维和三维图像显示方式，本发明的优选实施例为将液体透镜阵列分为不同的区域，二维图像显示方式区域的液面调整为第二液面21，三维图像显示方式区域的液面调整为第一液面20，为提高三维图像的立体感和清晰度，本发明的优选实施例为根据每个液体透镜单元显示子图像6在显示平面纵轴方向的位置，实时调整液体透镜单元的焦距，使对应位置的三维图像始终处于液体透镜单元的成像面附近。

图3中网状孔15也可以是仅内壁上涂覆有导电层的树脂、玻璃等透明材料，此时本发明专利的第二优选实施例为，网状孔15内壁上的电极作为驱动电极连接到薄膜晶体管11的漏电极25，制作在第一透明基板19上的驱动电极18改作公共电极，并且彼此相连，但是与薄膜晶体管11的漏电极25不相连，液体透镜的其它工作方式不变。

图4为图3中薄膜晶体管11的结构图，薄膜晶体管11可以由a-Si、p-Si、ZnO、导电聚合物等制作，图中本发明优选实施例采用a-Si TFT，首先在第一透明基板上形成栅电极23，可以是铜、铝、银等导电材料，栅电极23覆盖有栅极绝缘层29，可以是氮化硅等绝缘材料，栅极绝缘层29上依次覆盖有非掺杂a-Si膜28和n+a-Si膜27，然后覆盖金属层分别形成源电极26和漏电极25，可以是铜、铝、银等导电材料，最后再覆盖有绝缘保护膜24，可以是氮化硅等绝缘材料，漏电极25与驱动电极18相连，驱动电极18可以利用栅极绝缘层29形成存储电容，例如参考布线可以与行扫描电极S₁～S_N平行，图中简化未画出。

图5为图3中AA’剖面的结构图。图中液体透镜单元的驱动电极18可以是圆形、圆环形、或等边六边形，本发明优选实施例采用圆环形，从而获得较大得透光率，驱动电极18对应的液体透镜单元的排列方式可以是行列矩阵式排列、品字状排列，或蜂窝状排列，本发明的优选实施例采用了行列矩阵式排列，薄膜晶体管11可以依据需要调整到驱动电极18四周的任一位置，本发明优选的位置是薄膜晶体管11位于网状孔15的障壁下，从而使液体透镜单元获得较大得透光率。当液体透镜单元为品字状或蜂窝状排列时，行扫描电极S₁～S_N和列数据电极D₁～D_M可以是非直线型，本发明的优选实施例是行扫描电极S₁～S_N和列数据电极D₁～D_M分别在水平方向和垂直方向沿网状孔15的障壁作曲线状排列，从而保证液体透镜单元的透光率。

液体透镜单元由网状孔15所包围的腔体可以是圆柱形、圆梯形、碗形或对称的六边形等旋转或对称结构，本发明的优选实施例为网状孔15所包围的腔体为旋转对称形状，并与驱动电极18的圆环形状处于相同的中轴上，从而保证空间场强的旋转对称分布。

Claims (4)

1.一种二维和三维图像转换控制面板，其特征是：在第一透明基板(19)上制作薄膜晶体管(11)阵列和驱动电极(18)，在第二透明基板(13)的下表面设有第一疏水层(14)，在第一疏水层(14)与驱动电极(18)之间为网状孔(15)，在网状孔(15)内为第二疏水层(16)，在第二疏水层(16)内为第一液体(22)和第二液体(17)形成的液体透镜单元，每个液体透镜单元至少对应一个薄膜晶体管(11)；

薄膜晶体管(11)的栅电极(23)连接到行扫描电极(S₁～S_N)，薄膜晶体管(11)的源电极(26)连接到列数据电极(D₁～D_M)，薄膜晶体管(11)的漏电极(25)连接到液体透镜单元的驱动电极(18)，液体透镜单元的网状孔内壁电极形成公共电极；

液体透镜单元的腔体是圆柱形、或圆梯形、或碗形或对称的六边形，并与驱动电极(18)处于相同的中轴上，液体透镜阵列的排列方式可以是行列矩阵式排列、或品字状排列，或蜂窝状排列。

2.根据权利要求1所述的二维和三维图像转换控制面板，其特征是：调整驱动电极(18)和网状孔(15)的压差，形成第一液面(20)或第二液面(21)。

3.根据权利要求1所述的二维和三维图像转换控制面板，其特征是：薄膜晶体管(11)的漏电极(25)改为连接到网状孔(15)内壁电极，驱动电极(18)改为公共电极，并且公共电极彼此相连，但不与薄膜晶体管(11)的漏电极相连。

4.根据权利要求1所述的二维和三维图像转换控制面板，其特征是：每个液体透镜单元的焦距可以单独调整，根据焦距的变化，可以分别实现二维图像显示方式、二维和三维图像同时显示方式、三维图像立体感提高方式。

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