CN103207484A - 一种3d眼镜及其驱动方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种3D眼镜及其驱动方法，用以减少快门式3D眼镜的液晶恢复时间，提升快门式3D眼镜的响应速度。本发明提供的一种3D眼镜，包括第一基板、第二基板，所述两基板之间的液晶层，所述第一基板上远离所述液晶层的一侧设置有第一偏光片，所述第二基板上远离所述液晶层的一侧设置有第二偏光片，所述第一基板上设置有第一电极，所述第二基板上具有交错设置的第二电极和第三电极。

Description

一种3D眼镜及其驱动方法
技术领域
本发明涉及3D立体显示技术领域，尤其涉及一种3D眼镜及其驱动方法。背景技术
随着3D显示技术的进步和普及，人们对3D显示效果的要求也越来越高，对于快门式3D眼镜的显示效果来说，一般要优于偏光式3D眼镜的显示效果，但要获得更逼真的显示效果，必须进一步提升快门式3D眼镜的响应速度，以适应240HZ，甚至480HZ的显示驱动频率；并减少图像串扰或提升亮度。
参见图1，快门式3D眼镜包括:
一组玻璃基板1；
一上基板氧化铟锡（ITO）电极层2；
一下基板ITO电极层3；
一组聚酰亚胺（PI）定向层4；
一液晶分子层5所示；
一封框胶6；
一组偏光层及其他功能层7。
其中，液晶分子层5中的液晶为TN（Twisted Nematic）模式的液晶。上基板ITO电极层2和下基板ITO电极层3的电极图形如图2所示，均由一整面的电极构成，图2中箭头的方向表示定向层摩擦取向的方向，从图中可以看出，上下基板上的定向层的摩擦取向方向时相互垂直的。
主动快门式3D眼镜持续工作在亮暗交替的状态，通过对上基板ITO电极层2和下基板ITO电极层3中的一个电极层接地，对另一个电极层施加如图3所示的方波电压实现驱动。
目前，由于液晶材料本身特性的限制，通过改进液晶材料已无法进一步提升快门式3D眼镜的响应速度，尤其是液晶分子的恢复时间toff，其恢复时间占总响应时间的90%，使得整个快门式3D眼镜的响应速度变慢。
发明内容
本发明实施例提供了一种3D眼镜及其驱动方法，用以减少快门式3D眼镜的液晶恢复时间，提升快门式3D眼镜的响应速度。
本发明提供一种3D眼镜，包括第一基板、第二基板，所述两基板之间的液晶层，所述第一基板上远离所述液晶层的一侧设置有第一偏光片，所述第二基板上远离所述液晶层的一侧设置有第二偏光片，所述第一基板上设置有第一电极，所述第二基板上具有交错设置的第二电极和第三电极。
进一步地，所述第一电极为面状电极或者梳状电极。
进一步地，所述第一基板上还设置有第四电极，所述第一电极和所述第四电极交错设置。
进一步地，所述第一电极和第四电极均为梳状电极或者之字型电极。
进一步地，所述第一电极和第二电极相互垂直设置，第四电极和第三电极相互垂直设置。
进一步地，所述第二电极和第三电极均为梳状电极或者之字型电极。
进一步地，所述第二电极或第三电极的电极宽度的范围为5um～100um。
进一步地，所述第二电极和第三电极的间距范围为0.5um～10um。
进一步地，所述液晶层的厚度范围为1.8um～4.0um。
本发明还提供一种3D眼镜的驱动方法，所述3D眼镜包括第一基板、第二基板，所述两基板之间的液晶层，所述第一基板上远离所述液晶层的一侧设置有第一偏光片，所述第二基板上远离所述液晶层的一侧设置有第二偏光片，所述第一基板上设置有第一电极，所述第二基板上具有交错设置的第二电极和第三电极，所述驱动方法包括：在所述液晶层中的液晶分子的恢复阶段，采用一驱动电压驱动所述液晶分子翻转，使所述液晶分子恢复到初始状态。
进一步地，所述驱动电压小于所述液晶层的阈值电压。
进一步地，所述驱动方法还包括：在所述液晶层中的液晶分子的工作翻转阶段，对所述第二电极和第三电极都施加第一电压，对所述第一电极施加与所述第一电压不同的第二电压。
进一步地，所述驱动电压是通过对第二基板上的第二电极和第三电极分别施加互不相同的第三电压和第四电压产生的。
进一步地，所述液晶分子的恢复阶段包括第一阶段、第二阶段和第三阶段；在所述第二阶段，采用所述驱动电压驱动液晶分子翻转，所述第一电极不施加电压，所述驱动电压是通过对所述第二电极和第三电极施加不同电压产生的，在所述第一阶段和所述第三阶段，所述第一电极、第二电极和第三电极都施加相同的电压或者都不施加电压。
进一步地，所述3D眼镜还包括设置所述第一基板上的第四电极，所述第一电极与所述第四电极交错设置，所述驱动电压包括通过对所述第一电极和第四电极分别施加不同电压产生的电压。
进一步地，所述驱动方法还包括：在所述液晶层中的液晶分子的工作翻转阶段，对所述第四电极和第一电极都施加第七电压，对所述第二电极和第三电极都施加第八电压，所述第七电压与所述第八电压互不相等。
进一步地，所述液晶分子的恢复阶段包括第一阶段、第二阶段和第三阶段，在所述第二阶段，采用所述驱动电压驱动液晶分子翻转，所述驱动电压包括对所述第二电极和第三电极施加不同电压产生的电压和对所述第一电极和第四电极施加不同电压产生的电压，在所述第一阶段和所述第三阶段，所述第一电极、第二电极、第三电极和第四电极都施加相同电压或者都不施加电压。
本发明实施例提供的快门式3D眼镜中，包括第一偏振片、第二偏振片、第一基板、第二基板，所述两基板之间的液晶层，第一基板上设置有第一电极，第二基板上具有交错设置的第二电极和第三电极，在液晶分子的恢复阶段施加一个帮助液晶分子恢复到初始状态（即不加电的状态）的驱动电压从而可使液晶分子下降时间toff大幅减少，提高快门式3D眼镜的响应速度，进而可以减少双眼串扰，更加适应高频驱动片源对快门式3D眼镜的响应要求，提升3D工作态眼镜透过率。
附图说明
图1为现有技术中的快门式3D眼镜的剖面结构示意图；
图2为现有技术中的快门式3D眼镜中的第一基板和第二基板的电极图形示意图；
图3为现有技术中的快门式3D眼镜的电极电压波形示意图；
图4为本发明实施例3D眼镜的截面示意图；
图5为本发明实施例提供的第二电极和第三电极为梳状电极时的电极图形示意图；
图6为本发明实施例提供的第二电极和第三电极的波形示意图；
图7为本发明实施例提供的对第二电极和第三电极施加的方波电压的最佳时间示意图；
图8为本发明实施例提供的图6中t1和t02时段的各个电极之间形成的电场示意图；
图9为本发明实施例提供的第一基板和第二基板上的电极均为梳状电极时的电极图形示意图；
图10为本发明实施例提供的图9中各个电极的波形示意图；
图11为本发明实施例提供的图10中t1和t02时段的各个电极之间形成的电场示意图；
图12为本发明实施例提供的第一基板和第二基板上的电极均为之字状电极时的电极图形示意图。
具体实施方式
本发明实施例提供了一种3D眼镜及其驱动方法，用以减少快门式3D眼镜的液晶恢复时间，提升快门式3D眼镜的响应速度。
本发明实施例涉及一种快速响应快门式3D眼镜，其主要特点是通过电极设计解决主动快门式3D眼镜中液晶分子恢复速度慢的问题，使观看快门式3D片源时获得更高的观看体验。
本发明实施例从ITO电极设计出发，通过不同形状的电极适时控制电场来减少液晶恢复时间，提升响应速度。
下面分别给出三个具体实施例的说明，以下的实施例都是以第一偏光片和第二偏光片的透过轴是相互垂直的，且液晶层为TN模式的液晶为例说明，此时在液晶的初始排列状态，3D眼镜是透光的，在电场作用下，液晶分子发生偏转，3D眼镜变为不透光的。
需要说明的是：除了上述情况第一偏光片和第二偏光片的透过轴也可以是相互平行的，液晶层也可以是其他模式的液晶。
实施例一：
如图4所示为本发明实施例的3D眼镜的截面图。在图4中，该3D眼镜包括第一基板21、第二基板22，所述两基板之间的液晶层20，所述第一基板21上远离所述液晶层的一侧设置有第一偏光片23，所述第二基板上远离所述液晶层的一侧设置有第二偏光片24，所述第一基板21上设置有第一电极27，所述第二基板22上具有交错设置的第二电极28和第三电极29。该液晶层的液晶为TN模式的。进一步地，该3D眼镜还包括第一定向层25和第二定向层26，该第一定向层和第二定向层的摩擦方向相互垂直。
进一步地，该第一电极可以为面状电极或者梳状电极，也可以为之字型电极。具体的，在图4中，第一电极27为面状电极。进一步地，第二电极和第三电极可以是梳状电极或者之字型电极，具体地，在图4中，第二电极和第三电极为梳状电极，具体的电极结构如图5所示。进一步地，该第二电极28和第三电极29的电极宽度d1的范围为5um～100um。进一步地，该第二电极28和第三电极29的间距范围d2为0.5um～10um。进一步地，液晶层的厚度d3的范围在1.8um～4.0um。这样设置电极间距、电极厚度以及液晶层的厚度，可以保证3D眼镜中的液晶具有更快速的响应时间。
本实施例一中的3D眼镜的生产工艺包括步骤:
步骤一：在第一基板上形成面状的第一电极，在第二基板上分别经过光阻涂布、曝光、显影、蚀刻、脱膜工序形成第二基板上第二电极和第三电极的电极图形。具体的第二电极28和第三电极29如图5所示。
步骤二：制作光阻间隔子（Photospacer，PS），涂布PI层并进行摩擦取向。
步骤三：丝印边框胶，热压成盒。
步骤四：灌注液晶，封口，在第一基板和第二基板原理液晶层的一侧分别贴附第一偏光片和第二偏光片。
步骤五：邦定柔性印刷电路（FPC），完成快门式眼镜镜片制作。
本实施例还提供了一种驱动上述3D眼镜的驱动方法，所述驱动方法包括：在所述液晶层20中的液晶分子的恢复阶段，采用一驱动电压驱动所述液晶分子翻转，使所述液晶分子恢复到初始状态。这样可以使得液晶分子在恢复过程中，额外受到水平电场的拉力，缩短液晶恢复时间。
进一步地，该驱动电压小于所述液晶层的阈值电压。这里液晶层的阈值电压是指液晶盒的液晶分子在透过率为90%时的供电电压。
进一步地，该驱动方法还包括：
在所述液晶层中的液晶分子的工作翻转阶段，对所述第二电极和第三电极都施加第一电压，对所述第一电极施加与所述第一电压不同的第二电压。这里所述的液晶分子的工作翻转阶段指是如图4所示的3D眼镜由初始状态的透光状态在电场作用下变为不透光状态的阶段。
具体地，如图6所示是对图4所示的3D眼镜中的第二基板上的第二电极和第三电极施加的电压波形图。其中，t0是指液晶分子的恢复阶段，t1是指液晶分子的工作翻转阶段。在t1阶段，对第二电极和第三电极都施加第一电压V1，对第一电极施加与V1不同的第二电压。在图6中，第一电压V1＞0，此时第二电压可以与地连接，即为零。
进一步地，所述液晶分子的恢复阶段t0包括第一阶段t01、第二阶段t02和第三阶段t03，在第二阶段t02，采用驱动电压驱动液晶分子翻转，第一电极27不施加电压，驱动电压是通过对所述第二电极28和第三电极29施加不同电压产生的。进一步地，该驱动电压是通过对第二基板上的第二电极和第三电极分别施加互不相同的第三电压和第四电压产生的，具体地，在图6中，上述第三电压和第四电压的大小相等、符号相反，即第三电压为+V2（V2＞0），第四电压为－V2（V2＞0），此时该驱动电压为2V2（V2＞0），假设此时液晶的阈值电压为Vth，则该驱动电压2V2＜Vth；在第一阶段t01和第三阶段t03，第一电极、第二电极和第三电极都施加相同的电压或者都不施加电压，具体地，在图6中这三个电极施加电压都为零。
较佳的，关于电压V2的选取，需要针对器件液晶参数特性、手性剂添加量，扭曲角度综合因素确定。一般的，电压V2的绝对值不应超过V1的绝对值，且为根据实际情况评价得到的最佳值。为达到最佳效果，还需要通过电极宽度和电极狭缝的尺寸控制来增强水平电场对液晶分子恢复时的水平作用力。
另一方面，V2电压施加的最佳时机由期间在传统波形驱动下（即第二电极28、第三电极29的工作电压波形只有V1电压的作用下）的响应时间曲线决定。如图7所示，在本实施例中V2开始施加的时刻（即t02的开始时刻）一般为液晶分子恢复开始变缓的时刻（即透过率变化曲线坡度变缓慢开始），结束的时刻（即t02的结束时刻）典型值为恢复到亮度或透过率的75%～90%之间某一时刻，在这一时刻内，应存在一个电场与液晶弹性恢复力及界面锚定力在垂直方向上的一个平衡点，结束时刻应在达到此平衡之前。
图6中t1时间段内和t02时间段内的电场分布示意图如图8所示，可见通过改善下基板ITO电极层的电极图形，使得液晶分子在恢复过程中，可以额外受到水平电场的拉力，加快液晶分子的恢复，进而提高3D眼镜的响应时间。
实施例二：
在实施例二中的3D眼镜包括第一基板、第二基板，所述两基板之间的液晶层，所述第一基板上远离所述液晶层的一侧设置有第一偏光片，所述第二基板上远离所述液晶层的一侧设置有第二偏光片，所述第一基板上设置有第一电极，所述第二基板上具有交错设置的第二电极和第三电极。进一步地，如图9所示，所述第一基板31上还设置有第四电极34，该第一电极33和第四电极34交错设置。进一步地，所述第一电极和第四电极均为梳状电极或者之字型电极，在图9中，第一电极33和第四电极34均为梳状电极。从图9中可看出，为了实现更好的显示效果，提高液晶的响应时间，进而提高3D眼镜的响应时间，第一电极33和第二电极36相互垂直设置，第四电极34和第三电极35相互垂直设置。本实施例中的第一电极和第四电极的电极宽度与电极间距的范围与实施例一中第二电极和第三电极的相同，液晶层的厚度与实施例一也相同，此处均不再详细说明。
更优地，第一电极、第二电极、第三电极和第四电极的电极宽度都相同，第一电极和第四电极的电极间距等于第二电极和第三电极的电极间距。
较佳地，本实施例二中的第一基板和第二基板上的取向层的摩擦方向相互垂直，具体如图9中的箭头所示的方向。
本实施例二中的3D眼镜的驱动方法包括：在液晶层中的液晶分子的恢复阶段，采用一驱动电压驱动所述液晶分子翻转，使所述液晶分子恢复到初始状态。进一步地，该驱动电压小于所述液晶层的阈值电压。
进一步地，上述驱动电压包括通过对所述第一电极和第四电极分别施加不同电压产生的电压。
进一步地，在所述液晶层中的液晶分子的工作翻转阶段，对所述第四电极和第一电极都施加第七电压，对所述第二电极和第三电极都施加第八电压，所述第七电压与所述第八电压互不相等。
本实施例二中的液晶分子的恢复阶段和液晶分子的工作翻转阶段、液晶层的阈值电压在实施例一中做过说明，此处不再详述。
图9中，11和12分别为第一电极33和第四电极34的电极输入端；13和14分别为第三电极35和第二电极36的电极输入端。电极输入端11、12、13、14的输入方波电压的波形如图10所示，在图10中，t1是液晶分子的工作翻转阶段，t0是液晶分子的恢复阶段。具体地，在t1时段，对电极输入端11和12都施加电压+V3（V3＞0），即对第一电极和第四电极都施加第七电压+V3，对电极输入端13和14都施加电压-V3，即对第三电极和第二电极都施加第八电压-V3。这样，在t1时段，第一基板和第二基板之间会形成垂向的电场，具体的电场分布如图11所示。
进一步地，液晶分子的恢复阶段t0包括第一阶段t01、第二阶段t02和第三阶段t03。在第二阶段，采用驱动电压驱动液晶分子翻转，驱动电压包括对第二电极和第三电极施加不同电压产生的电压和对第一电极和第四电极施加不同电压产生的电压；在第一阶段和第三阶段，第一电极、第二电极、第三电极和第四电极都施加相同电压或者都不施加电压。具体地，在图10中，在t02阶段，通过电极输入端11和电极输入端12分别对第一电极和第四电极施加不同的电压+V4（V4＞0）和-V4，通过电极输入端13和电极输入端14分别对第三电极和第二电极施加不同的电压+V4（V4＞0）和-V4，此时的驱动电压既包括第一电极和第四电极之间产生的第一驱动电压，也包括第三电极和第二电极之间产生的第二驱动电压，此时2V4小于液晶的阈值电压。通过上述的驱动电压，在液晶分子的恢复阶段给液晶分子一个水平方向的力，加快液晶分子的恢复，进而提高了3D眼镜的响应时间。在t01和t03阶段，对第一电极、第二电极、第三电极和第四电极都不施加电压。在液晶分子的恢复阶段具体的电场分布见图11所示。
在本实施例二中，第二阶段t02的最佳施加时段与实施例一的相同，此处不再详细说明。
本实施例二中的3D眼镜的生产工艺包括步骤：
步骤一:在第一基板和第二基板上上分别经过光阻涂布、曝光、显影、蚀刻、脱膜工序分别形成第一电极图形、第四电极图形和第三电极图形、第二电极图形。
步骤二：制作PS间隔子，涂布PI层并进行摩擦取向。
步骤三：丝印边框胶，热压成盒。
步骤四：灌注液晶，封口，贴第一偏光片和第二偏光片。
步骤五：邦定柔性电路板（FPC），完成快门眼镜镜片制作。
需要说明的是本实施例中的电极结构为梳状电极，也可以为之字形电极，具体的结构如图12所示。
一般液晶的响应时间包括开态时间（ton，即液晶从关态到开态的时间）和关态时间（toff，即液晶从从开态到关态的时间）。需要指出的是，一般设计的光阀镜片在电压的作用下上升时间很短，toff依靠液晶自身的弹性恢复力和表面锚定作用恢复缓慢，以TN型光阀为例，ton时间一般在0.2ms左右,而toff时间一般在1.8ms左右，其根本原因就是液晶响应速度与电压大小直接相关，液晶向开（on）态转变时，高压作用下可以快速切换，而液晶向关（off）态转变时，锚定力和弹性恢复力是有限的，本发明实施例提供的水平电场力就可以使toff时间快速降低。本发明实施例出发点旨在通过适时地施加水平电场来降低液晶的关态时间toff，降低了液晶的整体响应时间，从而提高光阀镜片（即快门式3D眼镜的镜片）整体的响应速度。
综上所述，本发明的核心是通过电极设计和驱动方法的改变，对传统的3D快门眼镜在恢复阶段增加水平电场力来降低toff响应时间，从而提升响应速度性能。本发明提到的是一般的实施方案，任何在此基础上进行的补充或具体化均在本发明保护范围之内，例如:摩擦方向和电极方向的改变、电极设计的具体化或设计优化、驱动方法的改变和具体化等。任何采用本发明思想，并在本发明基础上进行的结构附加均属于本发明保护范围。本发明所诉实施步骤为一般工艺步骤，本发明精神在于电极图案设计和工作原理方法，具体实施方法的更改仍属于本发明保护范围。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (17)

1.一种3D眼镜，其特征在于，包括第一基板、第二基板，所述两基板之间的液晶层，所述第一基板上远离所述液晶层的一侧设置有第一偏光片，所述第二基板上远离所述液晶层的一侧设置有第二偏光片，所述第一基板上设置有第一电极，所述第二基板上具有交错设置的第二电极和第三电极。
2.根据权利要求1所述的3D眼镜，其特征在于，所述第一电极为面状电极或者梳状电极。
3.根据权利要求1所述的3D眼镜，其特征在于，所述第一基板上还设置有第四电极，所述第一电极和所述第四电极交错设置。
4.根据权利要求3所述的3D眼镜，其特征在于，所述第一电极和第四电极均为梳状电极或者之字型电极。
5.根据权利要求4所述的3D眼镜，其特征在于，所述第一电极和第二电极相互垂直设置，第四电极和第三电极相互垂直设置。
6.根据权利要求1所述的3D眼镜，其特征在于，所述第二电极和第三电极均为梳状电极或者之字型电极。
7.根据权利要求6所述的3D眼镜，其特征在于，所述第二电极或第三电极的电极宽度的范围为5um～100um。
8.根据权利要求6所述的3D眼镜，其特征在于，所述第二电极和第三电极的间距范围为0.5um～10um。
9.根据权利要求1-6任一项所述的3D眼镜，其特征在于，所述液晶层的厚度范围为1.8um～4.0um。
10.一种3D眼镜的驱动方法，其特征在于，所述3D眼镜包括第一基板、第二基板，所述两基板之间的液晶层，所述第一基板上远离所述液晶层的一侧设置有第一偏光片，所述第二基板上远离所述液晶层的一侧设置有第二偏光片，所述第一基板上设置有第一电极，所述第二基板上具有交错设置的第二电极和第三电极，所述驱动方法包括：在所述液晶层中的液晶分子的恢复阶段，采用一驱动电压驱动所述液晶分子翻转，使所述液晶分子恢复到初始状态。
11.根据权利要求10所述的驱动方法，其特征在于，所述驱动电压小于所述液晶层的阈值电压。
12.根据权利要求10所述的驱动方法，其特征在于，所述驱动方法还包括：
在所述液晶层中的液晶分子的工作翻转阶段，对所述第二电极和第三电极都施加第一电压，对所述第一电极施加与所述第一电压不同的第二电压。
13.根据权利要求10至12任一项所述的驱动方法，其特征在于，所述驱动电压是通过对第二基板上的第二电极和第三电极分别施加互不相同的第三电压和第四电压产生的。
14.根据权利要求10至12任一项所述的驱动方法，其特征在于，所述液晶分子的恢复阶段包括第一阶段、第二阶段和第三阶段，
在所述第二阶段，采用所述驱动电压驱动液晶分子翻转，所述第一电极不施加电压，所述驱动电压是通过对所述第二电极和第三电极施加不同电压产生的，
在所述第一阶段和所述第三阶段，所述第一电极、第二电极和第三电极都施加相同的电压或者都不施加电压。
15.根据权利要求10至12任一项所述的驱动方法，其特征在于，所述3D眼镜还包括设置所述第一基板上的第四电极，所述第一电极与所述第四电极交错设置，所述驱动电压包括通过对所述第一电极和第四电极分别施加不同电压产生的电压。
16.根据权利要求15所述的驱动方法，其特征在于，所述驱动方法还包括：
在所述液晶层中的液晶分子的工作翻转阶段，对所述第四电极和第一电极都施加第七电压，对所述第二电极和第三电极都施加第八电压，所述第七电压与所述第八电压互不相等。
17.根据权利要求15所述的驱动方法，其特征在于，所述液晶分子的恢复阶段包括第一阶段、第二阶段和第三阶段，
在所述第二阶段，采用所述驱动电压驱动液晶分子翻转，所述驱动电压包括对所述第二电极和第三电极施加不同电压产生的电压和对所述第一电极和第四电极施加不同电压产生的电压，
在所述第一阶段和所述第三阶段，所述第一电极、第二电极、第三电极和第四电极都施加相同电压或者都不施加电压。
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