CN102809848B - 反射式裸眼3d显示装置及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种反射式裸眼3D显示装置及其制造方法，属于液晶显示领域。其中，该反射式裸眼3D显示装置包括：液晶显示面板；所述反射式裸眼3D显示装置还包括：设置在所述液晶显示面板上的偏振片结构，所述偏振片结构可分区域透过不同偏振态的线偏振光；设置在所述液晶显示面板下的反射层结构，所述反射层结构可分区域反射或透过预设方向的线偏振光。本发明的技术方案能够在反射式液晶显示面板上实现裸眼式3D显示。

Description

反射式裸眼3D显示装置及其制造方法
技术领域
本发明涉及液晶显示领域，特别是指一种反射式裸眼3D显示装置及其制造方法。
背景技术
众所周知，人们平时所见到的2D显示器无法像真实世界一样提供景深信息。人们之所以能够辨别景深(3D效果)，关键在于人的两只眼睛具有60mm左右的瞳距产生的位置差异。有“双眼视差”的两副图成为一对“立体图象对”，其经过人大脑视觉皮层的融合，就产生了立体效果。
3D显示模式分为裸眼式3D显示模式和眼镜式3D显示模式，目前，眼镜式3D显示模式的主流的技术有shutter glass（快门眼镜）技术和pattern retard（偏光式）技术；而裸眼式3D显示模式主要有视差挡板光栅、柱透镜光栅等技术，在裸眼式3D显示模式中，视差挡板光栅技术应用最为成熟，其光栅材料可采用菲林片式、BM（黑矩阵）式、反射BM式、Active barrier（可变光栅）式等。
但是上述3D显示模式仅适用于透射式液晶显示面板中，反射式液晶显示面板较难实现3D显示，因为反射式液晶显示面板所采用光源是环境光，光路比较复杂，如果液晶显示面板上设置有光栅，则会直接阻碍入射光的方向，影响画面显示和3D实现。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种反射式裸眼3D显示装置及其制造方法，能够在反射式液晶显示面板上实现裸眼式3D显示。
为解决上述技术问题，本发明的实施例提供技术方案如下：
一方面，提供一种反射式裸眼3D显示装置，包括：
液晶显示面板；
其中，所述反射式裸眼3D显示装置还包括：
设置在所述液晶显示面板上的偏振片结构，所述偏振片结构可分区域透过不同偏振态的线偏振光；
设置在所述液晶显示面板下的反射层结构，所述反射层结构可分区域反射或透过预设方向的线偏振光。
进一步地，所述反射式裸眼3D显示装置还包括：
设置在所述反射层结构下的光吸收层。
进一步地，所述光吸收层为采用黑色有机材料、黑色无机材料或黑色金属。
进一步地，所述偏振片结构包括：
相对设置的第一基板、第二基板；
位于所述第一基板和第二基板之间、由向列相液晶和二色性染料组成的液晶分子，所述液晶分子的初始取向为与所述第一基板平行，在对所述偏振片结构施加电场后，所述液晶分子的取向与所述第一基板垂直。
进一步地，所述偏振片结构包括有至少一个第一区域和至少一个第二区域，每一子像素包括一个所述第一区域和一个所述第二区域，所述第一区域的液晶分子的取向与所述第一基板平行，所述第二区域的液晶分子的取向与所述第一基板垂直。
进一步地，所述反射层结构包括有至少一个第三区域和至少一个第四区域，每一子像素包括一个所述第三区域和一个所述第四区域，所述第三区域的反射层结构由1/4玻片和反射片组成；所述第四区域的反射层结构可反射预设方向的线偏振光，透过与所述预设方向垂直的线偏振光。
进一步地，所述第四区域的反射层结构为采用纳米级线栅偏振片；或
所述第四区域的反射层结构为采用胆甾相液晶显示面板；或
所述第四区域的反射层结构为采用3M的选择性反射膜。
本发明实施例还提供了一种制造上述的反射式裸眼3D显示装置的制造方法，包括：
形成液晶显示面板；
所述制造方法还包括：
在所述液晶显示面板上形成偏振片结构，所述偏振片结构可分区域透过不同偏振态的线偏振光；
在所述液晶显示面板下形成反射层结构，所述反射层结构可分区域反射预设方向的线偏振光。
进一步地，所述制造方法还包括：
在所述反射层结构下形成光吸收层。
本发明的实施例具有以下有益效果：
上述方案中，反射式裸眼3D显示装置包括液晶显示面板、设置在液晶显示面板上的偏振片结构和设置在液晶显示面板下的反射层结构，该偏振片结构可分区域透过不同偏振态的光，该反射层结构可分区域反射或透过预设方向的线偏振光。本发明的技术方案通过控制偏振片结构的效果，可以使得在反射式液晶显示面板上实现裸眼式3D显示。
附图说明
图1为本发明实施例的反射式裸眼3D显示装置的结构示意图；
图2a~b为本发明实施例的偏振片结构的示意图；
图3a~b为本发明实施例的液晶显示面板的示意图；
图4为本发明实施例的反射层结构的示意图；
图5为本发明实施例的反射层结构采用纳米级硅片级封装板的示意图；
图6为本发明实施例的反射层结构采用胆甾相液晶显示面板的示意图；
图7为本发明实施例液晶显示面板的像素显示为黑时，反射式裸眼3D显示装置的光线示意图；
图8为本发明实施例液晶显示面板的像素显示为亮时，反射式裸眼3D显示装置的光线示意图；
图9为本发明实施例反射式裸眼3D显示装置为2D显示时偏振片结构的示意图。
附图标记
1偏振片结构              2液晶显示面板
3反射层结构              4光吸收层
11第一基板               12第二基板
13向列相液晶             14二色性染料
311/4玻片                32反射片
具体实施方式
为使本发明的实施例要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明的实施例针对现有技术中3D显示模式仅适用于透射式液晶显示面板中，反射式液晶显示面板较难实现3D显示的问题，提供一种反射式裸眼3D显示装置及其制造方法，能够在反射式液晶显示面板上实现裸眼式3D显示。
图1为本发明实施例的反射式裸眼3D显示装置的结构示意图，如图1所示，本实施例包括：
液晶显示面板2；
进一步地，反射式裸眼3D显示装置还包括：
设置在液晶显示面板2上的偏振片结构1，偏振片结构1可分区域透过不同偏振态的光；
设置在液晶显示面板2下的反射层结构3，反射层结构3可分区域反射或透过预设方向的线偏振光。
进一步地，如图1所示，反射式裸眼3D显示装置还包括：
设置在反射层结构3下的光吸收层4，用于吸收从反射层结构3中可能漏出的光线。
本发明实施例通过控制偏振片结构的效果，可以使得在反射式液晶显示面板上实现裸眼式3D显示。
下面结合各结构的具体的实现方式对本发明的反射式裸眼3D显示装置进行详细说明：
为了在反射式液晶显示面板上实现裸眼式3D显示，需要使环境光能够入射到液晶显示面板2的所有区域，而反射光在挡光条区会被吸收，在光栅开口处会正常射出，从而实现反射式的3D显示。即要求在反射式裸眼3D显示装置的挡光条区域，环境光能进不能出；而在反射式裸眼3D显示装置的光栅开口处，环境光能进也能出，从而实现裸眼3D显示。
图2a~b为本发明实施例的偏振片结构的示意图，偏振片结构1使得可分区域透过不同偏振态的光，实现光栅挡光条和光栅开口功能。需注意的是，光栅挡光条可使得入射的环境光能入射进而不能被反射出。
如图2a和图2b所示，偏振片结构1包括：
相对设置的第一基板11、第二基板12；
位于第一基板11和第二基板12之间、由向列相液晶13和二色性染料14组成的液晶分子，其中，液晶分子的初始取向为与第一基板11平行，在对图2a和图2b所示的结构施加电场后，液晶分子的取向与第一基板11垂直。
进一步地，偏振片结构1包括有至少一个第一区域（图2a所示的结构）和至少一个第二区域（图2b所示的结构），其中，第一区域的液晶分子的取向与第一基板平行，第一区域中入射的自然光，其一分量的光振动方向与液晶分子指向矢平行被吸收，只有另一偏光分量射入，可以透过与液晶分子指向矢垂直的线偏振光，充当光栅的挡光条功能；而第二区域的液晶分子的取向与第一基板垂直，沿电场方向取向，此时两种方向的偏振光光均能通过，可以透过与液晶分子指向矢平行或垂直的线偏振光充当光栅的开口功能。每一子像素包括一个上述第一区域和一个上述第二区域。
在液晶材料中加入二色性染料，此二色性染料具有如下特征：其对入射光束两个正交的线偏振光分量，仅选择吸收其中一个而让第二个通过。基板之间的液晶分子的初始取向为上下平行或反平行取向，其与经过基板的入射偏振光偏振方向平行或垂直。如图2a所示，入射的自然光，其一分量的光振动方向与液晶分子指向矢平行被吸收，只有另一偏光分量射入，图2a所示区域将充当光栅的挡光条功能（即上述第一区域）；而当对包括有至少一个第一区域和至少一个第二区域的偏振片结构1加上电压时，如图2b所示，液晶分子沿电 场方向取向，此时两种方向的偏振光光均能通过，图2b所示的区域将充当光栅的开口功能（即上述第二区域）。
图3a~b为本发明实施例的液晶显示面板的示意图，该液晶显示面板包括相对设置的上下两个基板和位于两个基板之间的液晶层，图3a实现图像的黑态显示，图3b实现图像的白态显示。
图4为本发明实施例的反射层结构的示意图，如图4所示，反射层结构3包括有至少一个第三区域和至少一个第四区域，每一子像素包括一个上述第三区域和一个上述第四区域，第三区域的反射层结构由1/4玻片41和反射片32组成，其中反射片32采用常规的反射片即可，第三区域的反射层结构可以实现正交线偏振光的相互转变；第四区域的反射层结构为偏光选择性反射板，可反射预设方向的线偏振光，透过与预设方向垂直的线偏振光。
第四区域的反射层结构可以采用以下几种方式实现：
（1）第四区域的反射层结构采用纳米级WLP（wire grid polarizer，线栅偏振片），如图5所示，纳米级WLP板可反射沿纳米金属条方向振动的偏振光，而透射与之垂直的偏振光，从而实现偏振光的选择性反射；
（2）第四区域的反射层结构采用胆甾相液晶显示面板，如图6所示，以胆甾相液晶显示面板采用左旋液晶（可通过添加左旋手性化合物和向列相液晶加以实现）为例，进行平行取向，实现平面织构，如图6所示，对入射光进行一部分的布拉格反射，反射光为左旋圆偏振光，而透射右圆偏振光。从而实现选择性反射；
（3）第四区域的反射层结构采用3M的选择性反射膜，对预设方向的线偏振光进行反射，透过与预设方向垂直的线偏振光，从而实现偏振光的选择性反射。
光吸收层4为一黑色吸光层，可采用黑色有机材料、无机材料或黑色金属，用于吸收反射层结构3的透过光线，防止光线的串扰，影响3D显示效果。
通过偏振片结构1、液晶显示面板2、反射层结构3和光吸收层4等4层结构的相互作用，可实现反射式液晶显示面板的裸眼3D显示。其中，如图7和图8所示，反射式裸眼3D显示装置的每一子像素包括偏振片结构1的一第 一区域和一第二区域、液晶显示面板的两个显示单元，还包括反射层结构的一第三区域和一第四区域，在一个子像素中，偏振片结构1的第一区域与液晶显示面板的其中一个显示单元和反射层结构的第三区域对应设置，偏振片结构1的第二区域与液晶显示面板的另外一个显示单元和反射层结构的第四区域对应设置。反射式裸眼3D显示装置的显示原理如下：
当液晶显示面板2的像素显示为黑时，其实现方式，如图7所示，自然光（即入射光）经过偏振片结构1后的光路分左右两个区域来分析：其中，左边（即偏振片结构1的第一区域）为光栅挡光条区，左边的入射光经过偏振片结构1的第一区域后，偏振光的振动方向为 （即垂直于液晶显示面板），经过液晶显示面板2后该偏振光的振动方向不变，而经过反射层结构3的第三区域后，该偏振光的反射光的振动方向为 （即平行于液晶显示面板），该反射光再次经过液晶显示面板2时被相同方向的二色性染料吸收，因此可实现黑色显示；而右边（偏振片结构1的第二区域）为光栅开口区，自然光（即入射光）经过偏振片结构1的第二区域后，入射光仍为自然光，其经过液晶显示面板2后，入射光的振动方向为 而反射层结构3的第四区域（即偏光选择性反射板）反射方向为 的线偏振光，而透射方向为 的线偏振光,因此该入射光从反射层结构3的第四区域透射被黑色的光吸收层4吸收，从而显示黑色。
当液晶显示面板2的像素显示为亮态时，其实现方式，如图8所示，自然光（即入射光）经过偏振片结构1后的光路分左右两个区域来分析：其中，左边（即偏振片结构1的第一区域）为光栅挡光条区，左边的入射光经过偏振片结构1的第一区域后，偏振光的振动方向为 （即垂直于液晶显示面板），经过液晶显示面板2后该偏振光的振动方向不变，而经过反射层结构3的第三区域后，该偏振光的反射光的振动方向为 （即平行于液晶显示面板），该反射光再次经过液晶显示面板2时可以透过，在经过光栅挡光条区（即偏振片结构1的第一区域）时被吸收，而经过光栅开口区（即偏振片结构1的第二区域）时可以透过；而右边（偏振片结构1的第二区域）为光栅开口区，自然光（即入射光）经过偏振片结构1的第二区域后，入射光仍为自然光，其经过液晶显 示面板2后，入射光仍为自然光，但经过反射层结构3的第四区域（即偏光选择性反射板）后，反射出的线偏振光的方向为，透射的线偏振光的方向为，被黑色的光吸收层4吸收。其反射出的光线会通过液晶显示面板 2,在经过光栅挡光条区（即偏振片结构1的第一区域）时被吸收，而经过光栅开口区（即偏振片结构1的第二区域）时可以射出，被人眼看到，从而实现反射式裸眼3D显示。
进一步地，本发明的反射式裸眼3D显示装置还可以进行2D显示，在从3D显示模式切换到2D显示模式时，只需对偏振片结构1做电路驱动调整，将偏振片结构1变为图9所示的结构即可。该结构会通过反射或入射的所用光，去掉了光栅功能，实现2D显示效果。
在本发明的另一方面，本发明实施例还提供一种与上述反射式裸眼3D显示装置相应的反射式裸眼3D显示装置的制造方法，包括：
形成液晶显示面板；
在上述液晶显示面板上形成偏振片结构，上述偏振片结构可分区域透过不同偏振态的线偏振光；
在上述液晶显示面板下形成反射层结构，上述反射层结构可分区域反射预设方向的线偏振光。
进一步地，上述制造方法还包括：
在上述反射层结构下形成光吸收层。
本发明的反射式裸眼3D显示装置制造方法在液晶显示面板上形成偏振片结构、在液晶显示面板下形成反射层结构，该偏振片结构可分区域透过不同偏振态的光，该反射层结构可分区域反射预设方向的线偏振光。通过控制偏振片结构的效果，可以使得在反射式液晶显示面板上实现裸眼式3D显示。
上述装置中所有实现手段和应用场景均适用于该方法的实施例中，也能达到相同的技术效果，在此不再赘述。
在本发明各方法实施例中，所述各步骤的序号并不能用于限定各步骤的先后顺序，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，对各步骤的先后变化也在本发明的保护范围之内。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种反射式裸眼3D显示装置，包括：
液晶显示面板；
设置在所述液晶显示面板上的偏振片结构，所述偏振片结构可分区域透过不同偏振态的线偏振光；
其特征在于，所述反射式裸眼3D显示装置还包括：
设置在所述液晶显示面板下的反射层结构，所述反射层结构可分区域反射或透过预设方向的线偏振光。
2.根据权利要求1所述的反射式裸眼3D显示装置，其特征在于，所述反射式裸眼3D显示装置还包括：
设置在所述反射层结构下的光吸收层。
3.根据权利要求2所述的反射式裸眼3D显示装置，其特征在于，所述光吸收层为采用黑色有机材料、黑色无机材料或黑色金属。
4.根据权利要求2所述的反射式裸眼3D显示装置，其特征在于，所述偏振片结构包括：
相对设置的第一基板、第二基板；
位于所述第一基板和第二基板之间、由向列相液晶和二色性染料组成的液晶分子，所述液晶分子的初始取向为与所述第一基板平行，在对所述偏振片结构施加电场后，所述液晶分子的取向与所述第一基板垂直。
5.根据权利要求4所述的反射式裸眼3D显示装置，其特征在于，所述偏振片结构包括有至少一个第一区域和至少一个第二区域，每一子像素包括一个所述第一区域和一个所述第二区域，所述第一区域的液晶分子的初始取向与所述第一基板平行，所述第二区域施加电场后的液晶分子的取向与所述第一基板垂直。
6.根据权利要求2所述的反射式裸眼3D显示装置，其特征在于，所述反射层结构包括有至少一个第三区域和至少一个第四区域，每一子像素包括一个所述第三区域和一个所述第四区域，所述第三区域的反射层结构由1/4玻片和反射片组成；所述第四区域的反射层结构可反射预设方向的线偏振光，透过与所述预设方向垂直的线偏振光。
7.根据权利要求6所述的反射式裸眼3D显示装置，其特征在于，所述第四区域的反射层结构为采用纳米级线栅偏振片；或
所述第四区域的反射层结构为采用胆甾相液晶显示面板；或
所述第四区域的反射层结构为采用3M的选择性反射膜。
8.一种制造如权利要求1-7中任一项所述的反射式裸眼3D显示装置的制造方法，包括：
形成液晶显示面板；
其特征在于，所述制造方法还包括：
在所述液晶显示面板上形成偏振片结构，所述偏振片结构可分区域透过不同偏振态的线偏振光；
在所述液晶显示面板下形成反射层结构，所述反射层结构可分区域反射预设方向的线偏振光。
9.根据权利要求8所述的反射式裸眼3D显示装置的制造方法，其特征在于，所述制造方法还包括：
在所述反射层结构下形成光吸收层。
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