CN103105680A - 一种可切换显示模式的自由立体显示器件及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可切换显示模式的自由立体显示器件及其制备方法，包括显示器和光控-电控光栅片，所述光控-电控光栅片内含主链型偶氮液晶高分子光致形变材料，该光控-电控光栅片内部为包含光致形变材料的光致变色光栅条与透明光刻胶组成的透明光栅条相间的分布状态，所述光控-电控光栅片在无紫外光照射并且无电压状态下为全透明状态，在紫外光照射下或加载电压状态下或同时施加紫外光照射和电压的状态下，变为不透明栅条与透明栅条相间状态，如此，自由立体显示器件在2D显示模式与3D显示模式之间切换。该显示器件适用范围广，使用方便，立体效果好，丰富了信息显示器件的种类。

Description

一种可切换显示模式的自由立体显示器件及其制备方法

技术领域

本发明涉及立体显示器件技术领域，具体涉及一种可切换显示模式的自由立体显示器件及其制备方法。

背景技术

自由立体显示技术是裸视3D显示技术的一种。它基于双目视差原理，通过加装在2D显示屏前的狭缝光栅或者柱透镜光栅等分光器件，将2D显示屏上显示的左、右视差图像分别送入观看者的左、右眼，经过大脑神经融合后获得立体感知。当今主流的实现3D显示的趋势有两种：需要佩戴辅助式眼镜的立体显示和不需要佩戴任何辅助式眼镜的裸眼立体显示。显而易见，裸眼立体显示较佩戴辅助式眼镜立体显示有着优异的舒适性与临场感。

柱透镜式、光栅式是当前裸眼立体显示器常用的两种实现方法，但是，柱透镜属于微光器件，工艺上较复杂，制作成本较高，并且一旦制作完成，透镜参数不易改变，难以实现二维和三维显示之间的转换，与之相比，光栅式自由立体显示具有易于制作、立体感效果突出、2D与3D可相互切换的诸多优势。

但是，现在的光栅大多为单纯的电控的液晶器件，还有一部分实现了不加电的立体显示，但却不具有切换2D显示模式的功能。当自由立体显示要用到非加电装置或需要切换2D显示的时候，以上方法都不能使用。因此，研究在不同的工作环境下2D与3D间显示模式可以自由转换的光栅自由立体显示器件及其相关技术，是使信息显示器件多样化所必需攻克的前沿性课题。

发明内容

本发明所要解决的问题是：如何提供一种在光控或电控条件下，可在2D与3D显示模式之间自由转换的液晶光栅式自由立体显示器件及其制备方法，该类器件适用范围广，立体效果好，丰富了信息显示器件的内容。

本发明所提出的技术问题是这样解决的：提供一种可切换显示模式的自由立体显示器件，包括显示器和光控-电控光栅片，所述光控-电控光栅片贴附于显示器上，光栅片的中线与显示器中线对齐，显示器显示内容为预处理的具有左右眼视差的合成影像，所述光控-电控光栅片内含主链型偶氮液晶高分子光致形变材料，该光控-电控光栅片内部为包含光致形变材料的光致变色光栅条与透明光刻胶组成的透明光栅条相间的分布状态，所述光控-电控光栅片在无紫外光照射并且无电压状态下为全透明状态，在紫外光照射下或加载电压状态下或紫外光照射和加载电压共同状态下，变为不透明栅条与透明栅条相间状态，如此，自由立体显示器件在2D显示模式与3D显示模式之间切换。

所述光致形变材料为在紫外光照射条件下发生顺反异构的主链型偶氮液晶高分子。

所述光控-电控光栅片中光致变色光栅条的材料由光致形变材料与常规液晶材料的混合体系组成，光致形变材料和液晶材料的质量比范围为1:100~10:1。

在光控状态下，对显示器件进行紫外光照射，光致变色光栅条变为不透明状态，使显示器件实现3D显示，撤去紫外光照后，显示器件实现2D显示；在电控状态下，通过电极对相应光致变色光栅条施加电压，利用液晶分子的偏转调控，实现3D的显示，撤除电压后，显示器为2D显示模式；在同时施加电压和进行光照的情况下显示器件实现3D显示。

光控-电控光栅片为光致变色光栅条和透明光刻胶组成的透明光栅条相间组成，光致变色光栅条和透明光栅条的宽度均为                                                ，其中，Q为人眼的瞳距；W_P为显示器件的像素宽度。

所述的显示器件包括阴极射线管显示器、液晶显示器、等离子体显示器、场发射显示器、LED显示器、OLED显示器、电子墨水显示器、投影显示器。

所述可切换显示模式的自由立体显示器件的制备方法，包括以下步骤：

①制作光控-电控光栅片：光控-电控光栅片由光致变色光栅条和透明光刻胶组成的透明光栅条相间组成，所述光致变色光栅条中使用的光致形变材料为在紫外光下可以发生顺反异构的主链型偶氮液晶高分子，所述光致变色光栅条在无紫外光照射下为透明状态，使显示器件实现2D显示，在紫外光照射下或加载电压状态下或同时施加紫外光照射和电压的状态下，变为不透明状态，使显示器件实现3D显示；

②将光控-电控光栅片贴附于显示器上，光栅的中线与显示屏中线对齐，其中光栅与显示屏的距离，其中，D为眼睛到显示屏的距离，W_P为显示器件的像素宽度，光栅片与显示屏的距离和显示器保护层、光栅本身厚度有关；

③将显示信息源的左右眼图像经过列像素的分解再相应合并，合成图像的奇数列像素为左眼的相应列像素，偶数列像素为右眼的相应列像素，或者奇数列像素为右眼的相应列像素，偶数列像素为左眼的相应列像素。

其中，在步骤①中，所述的光控-电控光栅片制作方法如下：

①选取两块与显示器面积大小匹配的基板，在其中一块基板上制备宽度为W，相间距离为W的平行条状ITO电极，

，其中，Q为人眼的瞳距，W_P为显示器件的像素宽度。另一块基板有相同形状的ITO电极或完整的ITO电极，两块基板标有贴合对齐标记；

②对两块基板进行表面涂覆取向层，并进行取向；

③对其中一块有平行条状ITO电极基板的取向层表面涂覆透明光刻胶，光刻胶的厚度为1-100 μm，利用与ITO形状相同的掩膜，进行曝光，显影，两块基板对齐，使无ITO部位留存光刻胶，如此便形成宽度为W，间隔为W的相间孔槽，通过所选液晶的性质，调节光刻胶的厚度，使光刻胶同时起到间隔子和分隔液晶的作用；

④在两基板贴合封装时，预留液晶灌注口，灌注液晶与光致形变材料的混合物，并封口。

本发明的有益效果是，本发明的光栅为光控-电控结合的可切换光栅，在光照或加电的条件下皆可以实现显示模式的切换，拓展了信息显示器件的内容，该器件不仅可以正常的显示2D影像，也可以观看到理想的3D效果，本设计适用范围广，使用方便，立体效果好。

附图说明

图1是自由立体显示器件的截面示意图；

图2是自由立体显示器件的总体框图，其中本发明使用的狭缝光栅是可切换式的；

图3为光控-电控光栅片的ITO电极图形；

图4为光控-电控光栅片在光照条件下实现2D/3D显示模式切换的原理示意图；

图5是光致变色光栅条在透明状态下的2D显示模式，此时显示屏显示内容为普通二维图像；

图6是自由立体显示器件的3D显示状态，此时显示屏显示内容为预处理的具有左右眼视差的合成影像。

附图标记为：其中1为显示器，2为光栅内侧基板，3为ITO电极，4为取向层，5为透明的光刻胶，6为填充液晶材料，7为光栅外侧基板，8为光控-电控光栅片；

具体实施方式

本发明将显示器件、光控-电控光栅片进行组合，光控-电控光栅片在紫外光的照射下或电压加载条件下实现光栅的切入，进而达到显示器的3D显示模式：在无紫外光光照和无电压加载条件下光栅片为全透明态，此时为显示器的2D显示模式。底层的显示器为任何具有显示功能的显示器，并且显示器显示内容为预处理的具有左右眼视差的合成影像，避免3D视觉画面的失真。此种预处理的3D画面，包括文字、图片、视频等信息，可以采用计算机软件生成、立体相机实景拍摄、实景拍摄与软件合成相结合等的形式制作。

实施实例1

如图1所示，显示器为OLED，光栅片中的液晶光栅中为TN型液晶与主链型偶氮液晶高分子DA9AB以50:1的比例混合的混合物，厚度为25 μm。其分子式如下：

显示内容为奇偶像素列分别是左右眼图案的对应像素列的图案，该显示器件在环境温度下受紫外光照射后实现3D景象的显示，取消紫外光照射后，为普通2D显示。在无紫外光的情况下，给相应的ITO电极施加电压，显示器实现3D显示，撤去电压后，显示器实现2D显示。

实施实例2

如图1所示，显示器为LCD，光栅片中的液晶光栅中为STN型液晶与主链型偶氮液晶高分子DA6AB以100:1的比例混合的混合物，厚度为35 μm。其分子式如下：

显示内容为奇偶像素列分别是左右眼图案的对应像素列的图案，该显示器件在环境温度下受紫外光照射后实现3D景象的显示，取消紫外光照射后，为普通2D显示。在不加紫外光的情况下，给相应的ITO电极施加电压，显示器实现3D显示，撤去电压后，显示器实现2D显示。

实施实例3

如图1所示，显示器为等离子体显示器，光栅片中的液晶光栅中为聚合物稳定蓝相液晶与主链型偶氮液晶高分子A6AB2以10:1的比例混合的混合物，厚度为25 μm。其分子式如下：

显示内容为奇偶像素列分别是左右眼图案的对应像素列的图案，该显示器件在环境温度下受紫外光照射后实现3D景象的显示，取消紫外光照射后，为普通2D显示。在不加紫外光的情况下，给相应的ITO电极施加电压，显示器实现3D显示，撤去电压后，显示器实现2D显示。

实施实例4

如图1所示，显示器为LED显示器，光栅片中的液晶光栅中为TN型液晶与主链型偶氮液晶高分子A6AB6以100:1的比例混合的混合物，厚度为30 μm。其分子式如下：

显示内容为奇偶像素列分别是左右眼图案的对应像素列的图案，该显示器件在环境温度下受紫外光照射后实现3D景象的显示，取消紫外光照射后，为普通2D显示。在不加紫外光的情况下，给相应的ITO电极施加电压，显示器实现3D显示，撤去电压后，显示器实现2D显示。

实施实例5

如图1所示，显示器为阴极射线管显示器，光栅片中的液晶光栅中为STN型液晶与主链型偶氮液晶高分子DA11AB以75:1的比例混合的混合物，厚度为20 μm。其分子式如下：

显示内容为奇偶像素列分别是左右眼图案的对应像素列的图案，该显示器件在环境温度下受紫外光照射后实现3D景象的显示，取消紫外光照射后，为普通2D显示。在不加紫外光的情况下，给相应的ITO电极施加电压，显示器实现3D显示，撤去电压后，显示器实现2D显示。 

实施实例6

如图1所示，显示器为OLED，光栅片中的液晶光栅中为STN型液晶与主链型偶氮液晶高分子DA9AB以1:1的比例混合的混合物，厚度为30 μm。其分子式如下：

显示内容为奇偶像素列分别是左右眼图案的对应像素列的图案，该显示器件在环境温度下受紫外光照射后实现3D景象的显示，取消紫外光照射后，为普通2D显示。在无紫外光的情况下，给相应的ITO电极施加电压，显示器实现3D显示，撤去电压后，显示器实现2D显示。

实施实例7

如图1所示，显示器为LCD，光栅片中的液晶光栅中为TN型液晶与主链型偶氮液晶高分子DA6AB以1:5的比例混合的混合物，厚度为25 μm。其分子式如下：

显示内容为奇偶像素列分别是左右眼图案的对应像素列的图案，该显示器件在环境温度下受紫外光照射后实现3D景象的显示，取消紫外光照射后，为普通2D显示。在不加紫外光的情况下，给相应的ITO电极施加电压，显示器实现3D显示，撤去电压后，显示器实现2D显示。

实施实例8

如图1所示，显示器为等离子体显示器，光栅片中的液晶光栅中为TN型液晶与主链型偶氮液晶高分子A0AB以25:1的比例混合的混合物，厚度为30 μm。其分子式如下：

 

显示内容为奇偶像素列分别是左右眼图案的对应像素列的图案，该显示器件在环境温度下受紫外光照射后实现3D景象的显示，取消紫外光照射后，为普通2D显示。在不加紫外光的情况下，给相应的ITO电极施加电压，显示器实现3D显示，撤去电压后，显示器实现2D显示。

实施实例9

如图1所示，显示器为电子墨水显示器，光栅片中的液晶光栅中为聚合物稳定蓝相液晶与主链型偶氮液晶高分子A6AB6以1:5的比例混合的混合物，厚度为30 μm。其分子式如下：

显示内容为奇偶像素列分别是左右眼图案的对应像素列的图案，该显示器件在环境温度下受紫外光照射后实现3D景象的显示，取消紫外光照射后，为普通2D显示。在不加紫外光的情况下，给相应的ITO电极施加电压，显示器实现3D显示，撤去电压后，显示器实现2D显示。

实施实例10

如图1所示，显示器为阴极射线管显示器，光栅片中的液晶光栅中为STN型液晶与主链型偶氮液晶高分子DA11AB以1:10的比例混合的混合物，厚度为20 μm。其分子式如下：

 

显示内容为奇偶像素列分别是左右眼图案的对应像素列的图案，该显示器件在环境温度下受紫外光照射后实现3D景象的显示，取消紫外光照射后，为普通2D显示。在不加紫外光的情况下，给相应的ITO电极施加电压，显示器实现3D显示，撤去电压后，显示器实现2D显示。

Claims (8)

1.一种可切换显示模式的自由立体显示器件，包括显示器和光控-电控光栅片，所述光控-电控光栅片贴附于显示器上，光控-电控光栅片的中线与显示器中线对齐，显示器显示内容为预处理的具有左右眼视差的合成影像，其特征在于：所述光控-电控光栅片内含主链型偶氮液晶高分子光致形变材料，该光控-电控光栅片内部为包含光致形变材料的光致变色光栅条与透明光刻胶组成的透明光栅条相间的分布状态，所述光控-电控光栅片在无紫外光照射并且无电压状态下为全透明状态，在紫外光照射下或加载电压状态下或同时施加紫外光照射和电压的状态下，变为不透明栅条与透明栅条相间状态。

2.根据权利要求1所述的可切换显示模式的自由立体显示器件，其特征在于：所述主链型偶氮液晶高分子光致形变材料在紫外光照射下发生顺反异构。

3.根据权利要求1所述的可切换显示模式的自由立体显示器件，其特征在于，所述光控-电控光栅片中光致变色光栅条的材料由光致形变材料与常规液晶材料的混合体系组成，光致形变材料和液晶材料的质量比范围为1:100~10:1。

4.根据权利要求1至3任一所述的可切换显示模式的自由立体显示器件，其特征在于：在光控状态下，对显示器件进行紫外光照射，光致变色光栅条变为不透明状态，使显示器件实现3D显示，撤去紫外光照后，显示器件实现2D显示；在电控状态下，通过电极对相应光致变色光栅条施加电压，利用液晶分子的偏转调控，实现3D的显示，撤除电压后，显示器为2D显示模式；在同时施加电压和进行光照的情况下显示器件实现3D显示。

5.根据权利要求1所述的可切换显示模式的自由立体显示器件，其特征在于，光控-电控光栅片为光致变色光栅条和透明光刻胶组成的透明光栅条相间组成，光致变色光栅条和透明光栅条的宽度均为                                                

，其中，Q为人眼的瞳距；W_P为显示器件的像素宽度。

6.根据权利要求1所述的可切换显示模式的自由立体显示器件，其特征在于：所述的显示器包括阴极射线管显示器，液晶显示器，等离子体显示器，场发射显示器，LED显示器，OLED显示器，电子墨水显示器，投影显示器。

7.一种可切换显示模式的自由立体显示器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

①制作光控-电控光栅片：光控-电控光栅片由光致变色光栅条和透明光刻胶组成的透明光栅条相间组成，所述光致变色光栅条中使用的光致形变材料为在紫外光下可以发生顺反异构的主链型偶氮液晶高分子，所述光致变色光栅条在无紫外光照射下为透明状态，使显示器件实现2D显示，在紫外光照射下或加载电压状态下或同时施加紫外光照射和电压的状态下，变为不透明状态，使显示器件实现3D显示；

②将光控-电控光栅片贴附于显示器上，光栅的中线与显示屏中线对齐，其中光栅与显示屏的距离

，其中，D为眼睛到显示屏的距离，W_P为显示器件的像素宽度，光栅片与显示屏的距离和显示器保护层、光栅本身厚度有关；

③将显示信息源的左右眼图像经过列像素的分解再相应合并，合成图像的奇数列像素为左眼的相应列像素，偶数列像素为右眼的相应列像素，或者奇数列像素为右眼的相应列像素，偶数列像素为左眼的相应列像素。

8.根据权利要求7所述的可切换显示模式的自由立体显示器件的制备方法，其特征在于，步骤①中，所述的光控-电控光栅片制作方法如下：

①选取两块与显示器面积大小匹配的基板，在其中一块基板上制备宽度为W，相间距离为W的平行条状ITO电极，

，其中，Q为人眼的瞳距，W_P为显示器件的像素宽度。另外一块基板为相同形状的ITO电极或完整的ITO电极，两块基板标有贴合对齐标记；

②对两块基板进行表面涂覆取向层，并进行取向；

③对其中一块有平行条状ITO电极的基板的取向层表面涂覆透明光刻胶，光刻胶的厚度为1-100 μm，利用与ITO形状相同的掩膜，进行曝光，显影，两块基板对齐，使无ITO部位留存光刻胶，如此便形成宽度为W，间隔为W的相间孔槽，通过所选液晶的性质，调节光刻胶的厚度，使光刻胶同时起到间隔子和分隔液晶的作用；

④在两基板贴合封装时，预留液晶灌注口，灌注液晶与光致形变材料的混合物，并封口。

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