CN101852923A - 基于单像素液晶透镜的三维立体显示屏 - Google Patents

基于单像素液晶透镜的三维立体显示屏 Download PDF

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陆建钢
欧阳世宏
孙雄飞
朱吉亮
苏翼凯
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Abstract

一种液晶显示器技术领域的基于单像素液晶透镜的三维立体显示屏，包括：两块基板、隔离子、液晶、线偏振片、透明电极、液晶配向层、像素光源和控制电路，其中：两块基板相对设置且之间由两侧向中间对称设有两层透明电极、两层液晶配向层、隔离子和液晶，两块基板中任一一块的外侧依次设有线偏振片和像素光源，控制电路与像素光源相连接并输出控制信号。本发明通过使液晶形成的透镜折射率分布尺寸减小到一个像素附近，从而减小液晶层厚度，加快了液晶的响应速度，从而提高了三维立体显示的性能。

Description

基于单像素液晶透镜的三维立体显示屏
技术领域
本发明涉及的是一种液晶显示器技术领域的装置，具体是一种基于单像素液晶透镜的三维立体显示屏。
背景技术
三维显示技术是使观察着左右眼分别看到细微差别的视差图像对，从而产生立体感的技术。目前，常用的三维显示技术主要有：佩戴眼镜式、自由立体显示、体三维、全息立体显示等等。配戴眼镜式三维显示技术的基本原理是利用偏光眼镜或快门式眼镜等元件，控制视差图像对分别进入左右眼；自由立体显示技术主要是利用光学元件对光线的折射等能力，使视差图像对的光线在空间进行分离，使观察者不用佩戴眼镜就可以观察到视差图像对；体显示是在空间中不同位置直接产生发光点，以形成显示物体的外貌；全息立体显示技术是利用全息技术再现原始物体。
佩戴眼镜式需佩戴相应的眼镜，给观看带来一定的麻烦，且观察者数目增加时，成本会线性增加；体显示技术目前在空间呈现图像的分辨率较低；而全息三维显示技术目前还不成熟。自由立体显示技术，其使用目前常见的显示器，在结构上引入特定的光学元件，即可使观察者在空间中直接观察立体图像，画面质量和显示效果都很高。自由立体显示技术主要包括障栅式和棱镜式，由于其相对其他技术的优势，其逐渐成为立体显示技术的主流技术。
对现有技术文献检索发现，目前三维显示采用了如下的一些自由立体显示技术。申请号为200720037513.5的中国发明专利“自由立体显示器”，其利用液晶光阀形成黑白相间障栅，以控制液晶显示器背光方向投向特定方向，以达到三维立体显示的效果。一篇名为“HighResolution Autostereoscopic 3D Display with Scanning Multi-Electrode Driving LiquidCrystal(MeD-LC)Lens”的文章，介绍了使用液晶来形成透镜的折射率分布，以控制像素发出的光投射到空间特定方向。
对于上述技术，其都利用了液晶光学元件，这样可以利用液晶的电可调控特性实现二维/三维显示的转换。然而，对于上述障栅方式，其会使大部分光损失，导致画面亮度降低；对于上述的液晶透镜方式，其不会造成图像光线的损失，但是由于其所形成的液晶透镜折射率分布需要覆盖几个像素，需要液晶层具有比较大的厚度，从而导致了液晶响应速度的降低。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种基于单像素液晶透镜的三维立体显示屏，通过使液晶形成的透镜折射率分布尺寸减小到一个像素附近，从而减小液晶层厚度，加快了液晶的响应速度，从而提高了三维立体显示的性能。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：两块基板、隔离子、液晶、线偏振片、透明电极、液晶配向层、像素光源和控制电路，其中：两块基板相对设置且之间由两侧向中间对称设有两层透明电极、两层液晶配向层、隔离子和液晶，两块基板中任一一块的外侧依次设有线偏振片和像素光源，控制电路与像素光源相连接并输出控制信号。
所述的液晶为双折射率材料，基板中间的液晶分子的偏转程度受施加于两块基板上的透明电极的电信号的大小控制，从而产生特定折射率分布以及光源出射方向，实现三维显示效果。
所述的透明电极包括：公共电极和信号电极，其中：公共电极为一完整导电材料，信号电极的形状为条形，其宽度为4um～100um，该透明电极具体通过曝光刻蚀生成于基板的内侧上。
所述的液晶配向层为聚亚醯胺(PI)制成，配向模式包括纯电控双折射ECB(ElectricallyControlled Birefringence)模式，目的是使液晶分子产生特定模式的配向固定，以便于电路控制液晶分子的偏转。
所述的线偏振片的线偏振方向与基板上液晶配向层的配向方向一致，其目的是使进入液晶光学元件的光线为线偏振，以便于控制，使光线经过液晶层产生特定的偏折。
所述的隔离子的宽度为1um～200um。
所述的控制电路通过数字逻辑控制电路实现，其目的是向不同的电极上加载不同的电压大小，以便控制相应的液晶分子偏转，使其形成特定折射率分布。
与现有技术对比，本发明使用单像素液晶透镜实现。一方面，其利用液晶透镜的电可调控功能，能实现2D/3D图像的转化；另外一方面，单像素透镜采用了比传统液晶透镜更小的尺寸，因此能降低液晶盒的厚度，从而加快液晶的响应速度，便于实现高的刷新频率，或多视场3D显示。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的电极俯视图。
图3为本实施例仿真结构图。
图4为本实施例电压折射率示意图。
图5为本实施例原理示意图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示，本实施例包括：上基板1、下基板2、隔离子3、液晶4、线偏振片5、透明电极6、液晶配向层7和像素光源8，其中：上基板1和下基板2之间由外向内对称设有两层透明电极6、两层液晶配向层7以及隔离子3和液晶4，下基板2的外侧依次设有线偏振片5和像素光源8。
所述的透明电极6包括公共电极和信号电极两部分，分别位于上下基本内侧。公共电极为完整未刻蚀的ITO，信号电极使用ITO材料刻蚀成条状。
所述的液晶配向层7使用PI材料。
所述的隔离子3的宽度为30um。
所述的液晶4的参数为：ne＝1.805，no＝1.524，k1＝13.9，k2＝8.4，k3＝24.2。目标是要通过对电极施加特定电压信号而形成图中虚线所示的类透镜的折射率分布。
如图2所示，为透明电极6中信号电极的俯视图，本电极为条形周期性电极，其电极宽度4um，电极间的间隔4um。
如图3所示，为根据上述参数进行软件建模的截面示意图。由于一个像素尺寸80um，电极宽度和间隔均为4um，一个像素对应的液晶层将由10个电极驱动，所建模型中包含五个像素单元。当每个单元中的10个电极所加的电压分别为4.3V、20V、12.92V、11.95V、11.27V、10.68V、10.11V、9.5V、18.82V、7.83V时，可以看到液晶层4中的液晶分子发生了偏转，使得液晶层中的折射率分布发生相应变化。
如图4所示，为在上述仿真模型和电压下，形成的液晶层内的折射率分布，纵坐标为折射率数值，横坐标为液晶层中的横向位置。从此图中可以看到，在液晶层中出现了类似透镜的折射率分布，因此可以控制像素发出的光线，偏转到需要的方向。
如图5所示，所述的显示器像素光源1，此处选用液晶显示器(LCD)，并假设像素尺寸大小为80um；在某一时刻，像素层1发出的一幅图像的光线，经过液晶层2的控制，偏折进入观察者3的右眼。在另一时刻，像素层1发出的另外一幅图像的光线，经过液晶层2，偏折进入观察者3的左眼。当前述两幅图像是同一场景的视差图像时，观察者就能在观看时产生立体感觉。

Claims (6)

1.一种基于单像素液晶透镜的三维立体显示屏，包括：两块基板、隔离子、液晶、线偏振片、透明电极、液晶配向层、像素光源和控制电路，其特征在于：两块基板相对设置且之间由两侧向中间对称设有两层透明电极、两层液晶配向层、隔离子和液晶，两块基板中任一一块的外侧依次设有线偏振片和像素光源，控制电路与像素光源相连接并输出控制信号。
2.根据权利要求1所述的基于单像素液晶透镜的三维立体显示屏，其特征是，所述的液晶为双折射率材料，基板中间的液晶分子的偏转程度受施加于两块基板上的透明电极的电信号的大小控制，从而产生特定折射率分布以及光源出射方向，实现三维显示效果。
3.根据权利要求1所述的基于单像素液晶透镜的三维立体显示屏，其特征是，所述的透明电极包括：公共电极和信号电极，其中：公共电极为一完整导电材料，信号电极的形状为条形，其宽度为4um～100um，该透明电极具体通过曝光刻蚀生成于基板的内侧上。
4.根据权利要求1所述的基于单像素液晶透镜的三维立体显示屏，其特征是，所述的液晶配向层为聚亚醯胺制成，配向模式包括纯电控双折射模式。
5.根据权利要求1所述的基于单像素液晶透镜的三维立体显示屏，其特征是，所述的线偏振片的线偏振方向与基板上液晶配向层的配向方向一致。
6.根据权利要求1所述的基于单像素液晶透镜的三维立体显示屏，其特征是，所述的隔离子的宽度为1um～200um。
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