CN104345465A - 一种二维和三维显示模式可转换的显示屏 - Google Patents

一种二维和三维显示模式可转换的显示屏 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种二维和三维显示模式可转换的显示屏，在相互平行设置的透镜阵列基板和后透明基板之间填注电控散射聚合物；在与电控散射聚合物相接触的透镜阵列基板内面或后透明基板内面设有分叉式透明电极、或者，在透镜阵列基板内面和后透明基板内面均设有透明电极、或者，加设有前透明基板，前透明电极改设在前透明基板内面；通过对电极进行加压使电控散射聚合物的折射率得以改变；从而实现二维和三维显示模式的转换。本发明克服了具有固定焦距的微透镜阵列基板只能显示三维立体图像的缺点；与采用液晶变焦透镜的阵列基板相比，本发明响应速度快、不需液晶取向和灌装工艺，其中采用单基板电极结构就可实现显示模式的转换，结构简单、成本低。

Description

一种二维和三维显示模式可转换的显示屏
技术领域
本发明涉及一种显示技术，特别是涉及一种二维和三维显示模式可转换的显示屏，属于裸眼立体显示技术领域。
背景技术
可裸眼观看的三维显示技术使人无需佩戴观看眼镜就可以看到三维立体图像，在电影、电视、游戏、广告、计算机、人机交互等显示领域具有非常广泛的应用前景。
目前，可裸眼观看的三维显示技术主要采用柱状棱镜和隔断光栅两种技术。
隔断光栅通常采用竖条状的遮挡条来实现左右眼图像的分隔，遮挡条虽然实现了左右眼图像的空间分隔，但同时也遮挡了部分光线，从而导致亮度下降。
柱状棱镜采用柱面镜来实现左右眼图像的空间分隔，可以避免亮度的损失，如图1所示是传统柱状棱镜三维显示屏的结构示意图，图1中平板显示屏10位于微透镜阵列20的后焦面上。柱状棱镜技术通常采用聚合物材料制备成固定曲率半径柱面镜，这种固定曲率的柱面镜成本低，适合工业化生产。但是固定曲率半径的柱面镜存在二维和三维显示不兼容的问题，即由于柱面镜曲率固定，显示屏上显示的二维图像被分隔成像在空间不同的角度上，从而会导致人眼在裸眼观看时显示信息的丢失；这种信息的丢失在显示文字等细节信息时尤为明显，以致无法清晰的裸眼观看。
为了克服存在的二维和三维显示不兼容问题，人们提出了许多方案，比较有代表性的有两种：第一种方案是将柱面镜制备成凹面镜，在凹面镜和导电玻璃之间灌注向列相液晶，在不加载电压时，向列相液晶分子平行排列，此时向列相液晶的综合折射率与柱面镜材料相同，从而无透镜效果，而在加载电压时，向列相液晶分子垂直排列，其折射率与柱面镜不同，从而具有透镜效果；第二种方案与第一种方案类似，在凹面镜和导电玻璃之间灌注液晶，液晶分子与柱面镜轴线平行排列，利用液晶的双折射特性，当入射光与液晶分子排列方向平行或垂直时存在两种不同的折射率，这样通过改变入射光的偏振方向便可以实现二维和三维显示模式的转换。
现有技术中，还有其他一些液晶透镜方案，例如在两块平行的透明导电玻璃之间加载球形电场，从而使液晶分子按电场方向排列形成透镜。
但是，上述三种液晶透镜的共同点是需要取向层来控制液晶分子的排列方向，在凹面或凸面通常是较难形成均匀的取向层的，因此制备工艺极其复杂。
发明内容
本发明的主要目的在于，克服现有技术中的不足，提供一种二维和三维显示模式可转换的显示屏，属于无需取向层的二维和三维可转换显示技术。
本发明所要解决的技术问题是提供结构简单、制作方便、质量可靠、实用性强的二维和三维显示模式可转换的显示屏，不仅可实现二维和三维显示模式的自由快速转换，克服现有技术裸眼三维显示屏具有固定焦距而不能在二维和三维显示模式之间自由转换的不足；而且无需取向层即可实现二维和三维显示模式的转换，制备工艺变得简单，便于工业化生产，极具有产业上的利用价值。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种二维和三维显示模式可转换的显示屏，包括相互平行设置的透镜阵列基板和后透明基板，所述透镜阵列基板和后透明基板之间填注电控散射聚合物；所述与电控散射聚合物相接触的透镜阵列基板内面或后透明基板内面设有分叉式透明电极。
其中，所述分叉式透明电极通过电源加载电压；当电源开启加压时，所述分叉式透明电极提供水平方向的横向电场、而使电控散射聚合物的折射率得以改变。
前述分叉式透明电极可为条状光栅电极或树状图像电极或蝶状图像电极。
本发明同时提供的一种二维和三维显示模式可转换的显示屏，包括相互平行设置的透镜阵列基板和后透明基板，所述透镜阵列基板和后透明基板之间填注电控散射聚合物；所述与电控散射聚合物相接触的透镜阵列基板内面和后透明基板内面均设有透明电极，所述透明电极分别为前透明电极和后透明电极。
其中，所述前透明电极和后透明电极分别与电源两端相连、通过电源加载电压；当电源开启加压时，所述透明电极提供垂直方向的纵向电场、而使电控散射聚合物的折射率得以改变。
本发明进一步设置为：所述透镜阵列基板与电控散射聚合物之间加设有前透明基板，所述前透明电极改设在与电控散射聚合物相接触的前透明基板内面。
本发明更进一步设置为：所述透镜阵列基板制成凸透镜结构，所述凸透镜的凸面可与电控散射聚合物形成曲面接触、或者相反朝外设置；或者，所述透镜阵列基板制成凹透镜结构，所述凹透镜的凹面与电控散射聚合物形成曲面接触。
本发明更进一步设置为：所述透镜阵列基板制成凸透镜结构，所述凸透镜朝外设置时，所朝外突出的透镜阵列基板外凸面覆盖有透明覆盖层，所述透明覆盖层的折射率小于凸透镜结构透镜阵列基板的折射率，用于在保证透镜汇聚效果的前提下实现透镜阵列基板外凸面的平整。
本发明更进一步设置为：所述电控散射聚合物由透明聚合物材料与液晶材料混合而成，所述液晶材料为正性液晶或负性液晶或蓝相液晶。
本发明更进一步设置为：所述电控散射聚合物可工作在散射状态。
本发明更进一步设置为：所述后透明基板内面上增设有用于实现分区电场单独控制的薄膜晶体管阵列。
本发明更进一步设置为：所述前透明基板和后透明基板可采用透明玻璃或透明树脂。
本发明更进一步设置为：所述前透明电极和后透明电极均为镀设的透明IT0导电层。
本发明更进一步设置为：所述透明覆盖层为透明树脂层。
本发明提供的二维和三维显示模式可转换的显示屏，可安装于平板显示屏的前方，也可安装于液晶显示屏与背光源之间。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：
1、可实现二维和三维显示模式的转换，克服现有技术中具有固定焦距的微透镜阵列基板虽然成本低、但不能方便地在二维和三维显示模式之间进行转换的缺陷，达到二维和三维显示模式的良好兼容、自由快速转换。
2、无需取向层即可实现二维和三维显示模式的转换，克服现有技术中采用液晶变焦透镜的阵列基板虽然可以实现液晶变焦、但响应速度慢、需要负责液晶取向和灌装工艺、成本高等一系列的缺陷，达到无需取向层工艺，从而使制备工艺变得简单、成本大幅降低、适用于工业化量化生产。
3、通过在相互平行设置的透镜阵列基板和后透明基板之间填注电控散射聚合物，并在与电控散射聚合物相接触的透镜阵列基板内面或后透明基板内面设有分叉式透明电极，后通过电极加压即可改变电控散射聚合物的折射率，从而实现二维和三维显示模式的转换。这种仅通过单个基板设置电极后加压来实现显示模式转换的结构，具有结构简单紧凑、制作方便而料省、响应速度快、质量可靠、生产成本低等诸多优点。
4、通过薄膜晶体管阵列的设置，可实现在一个显示屏上分区域将二维图像和三维立体图像同时显示出来，显示变换的方式更丰富有趣，提高观看性能。
上述内容仅是本发明技术方案的概述，为了更清楚的了解本发明的技术手段，下面结合附图对本发明作进一步的描述。
附图说明
图1为传统柱状棱镜三维显示屏的结构示意图；
图2为本发明实施例1的结构示意图；
图3为本发明实施例2的结构示意图；
图4为本发明实施例3中交叉式透明电极的连线示意图。
具体实施方式
下面结合说明书附图，对本发明作进一步的说明。
实施例1：
如图2所示实施例1的一种二维和三维显示模式可转换的显示屏，包括相互平行设置的透镜阵列基板1和后透明基板2，所述透镜阵列基板1和后透明基板2之间填注电控散射聚合物3；所述与电控散射聚合物3相接触的透镜阵列基板内面11和后透明基板内面21均设有透明电极，所述透明电极分别为前透明电极31和后透明电极32；所述前透明电极31和后透明电极32分别与电源(图中未示出)两端相连、通过电源加载电压；当电源开启加压时，所述透明电极提供垂直方向的纵向电场、而使电控散射聚合物3的折射率得以改变。其中透镜阵列基板1制成了凹透镜结构，凹透镜的凹面与电控散射聚合物3形成曲面接触。所述垂直方向的纵向电场是指电场方向垂直于透镜阵列基板和后透明基板的平面。
图2所示的二维和三维显示模式可转换的显示屏与图1相比，由于平板显示屏是相同的结构，故图2中省略，没有画出平板显示屏。图2中的透镜阵列基板1与传统的柱状透镜阵列或微透镜阵列类似，是具有固定焦距的微透镜阵列结构，图2中所示是柱状透镜阵列的剖面图(本领域研究人员也可以把它看作是微透镜阵列的剖面图)。
图2中透镜阵列基板1可以是透明的玻璃基板，也可以是柔性的树脂基板，例如在透明的PET膜上用透明UV胶制备的曲面结构。图2中所示固定焦距的透镜阵列基板1采用凹透镜结构；当然也可以设计成凸透镜，相应的改变透镜阵列基板1与电控散射聚合物3的折射率，都可以实现透镜效果。在凹透镜结构透镜阵列基板1的曲面，即透镜阵列基板内面11上有一层前透明电极31，可采用磁控溅射法镀一层透明ITO导电层即可，呈平面或是其他条状结构。与前透明电极31相接触的电控散射聚合物3是由透明聚合物材料与液晶材料混合而成，混合材料中液晶的质量比大于透明聚合物，例如可以是紫外固化胶(NOA73)与液晶(E7)混合后通过紫外照射固化而成、或是热固化透明树脂材料与液晶混合后加热固化而成；所述液晶材料为正性液晶或负性液晶或蓝相液晶。与电控散射聚合物3相接触的后透明基板2，可以是玻璃或树脂等透明材料制成，后透明基板2中的后透明基板内面21上镀设有后透明电极32，与前透明电极31相似也可以是ITO导电层。
固化后的电控散射聚合物中液晶分子随机排列，电控散射聚合物的综合折射率有下式给出当给前透明电极和后透明电极上加载电压时，液晶分子在外加电场的作用下发生偏转，达到取向一致，例如液晶材料选用正性液晶材料，此时电控散射聚合物的折射率是no，因此加电和不加电状态存在两种不同的折射率：当透镜阵列基板为凹透镜，透镜阵列基板折射率等于no，不加电时，电控散射聚合物的折射率大于透镜阵列基板，此时为凸透镜即三维显示模式，当加电时，透镜阵列基板与电控散射聚合物具有相同的折射率，此时没有透镜效果，则为二维显示模式；当透镜阵列基板设计成凸透镜，此时透镜阵列基板的折射率等于<n>，不加电时为二维显示模式，而加电时则为三维显示模式。
液晶材料也可以选用负性液晶，加电时电控散射聚合物的折射率为ne，同样此时有两种结构设计方式：一种是透镜阵列基板是凹透镜，折射率为<n>，此时加电为三维显示模式，不加电为二维显示模式；另外一种是透镜阵列基板是凸透镜，折射率为ne，此时加电为二维显示模式，不加电为三维显示模式。
液晶材料还可以是蓝相液晶，在前透明电极和后透明电极之间加载电压可以改变蓝相液晶的折射率，从而实现二维和三维显示模式之间的转换。
电控散射聚合物由透明聚合物材料与液晶材料混合而成，可以通过增加电控散射聚合物中透明聚合物的质量比例，即混合物中透明聚合物的质量比大于或等于液晶，此状态的液晶分子被透明聚合物分割成均匀分布的液滴，从而使电控散射聚合物工作在散射状态。
电控散射聚合物在散射状态下，在不加电时，由于液晶无序排列时的折射率与透明聚合物不同，出现类似于毛玻璃的散射状态，这种类似毛玻璃的散射状态将导致透镜阵列基板的透镜失去汇聚效果，从而为二维显示模式；在加电时，液晶的折射率与透明聚合物相同，则转换为三维显示模式。此时透镜阵列基板同样有两种结构可选：一是透镜阵列基板的折射率大于加电时液晶的折射率，透镜阵列基板为凸透镜；二是透镜阵列基板的折射率小于加电时液晶的折射率，透镜阵列基板为凹透镜。
实施例2：
如图3所示实施例2的一种二维和三维显示模式可转换的显示屏，与图2实施例1的不同之处在于，在所述透镜阵列基板1与电控散射聚合物3之间加设有前透明基板4，所述前透明电极31改设在与电控散射聚合物3相接触的前透明基板内面41，而不在镀设在与电控散射聚合物3相接触的透镜阵列基板内面11；其中所述透镜阵列基板1制成了凸透镜结构，所述凸透镜朝外设置，凸透镜的平面则与电控散射聚合物2形成平面接触。
所述前透明电极31和后透明电极32均可采用镀设的透明IT0导电层；所述前透明基板4和后透明基板2可采用透明玻璃或透明树脂。
图3所示的二维和三维显示模式可转换显示屏的结构，具有的优势是电控散射聚合物3夹在两块平行的透明平板即前透明基板4和后透明基板2之间，可以直接采用两块透明ITO玻璃进行制备，工艺简单。当在前透明电极31和后透明电极32上加载电压时，电控散射聚合物3呈透明态，此时显示屏工作在三维显示模式；不加载电压时，电控散射聚合物3呈毛玻璃散射态，此时显示屏工作在二维显示模式。
图3中的透镜阵列基板1制成凸透镜结构，凸透镜朝外设置，此时所朝外突出的透镜阵列基板外凸面12使整个显示屏外表面不平整，不便运输等。为了使二维和三维显示模式可转换显示屏的表面为平面，可在图3所示的朝外突出的透镜阵列基板外凸面12覆盖上透明覆盖层(图中未示出)，要求透明覆盖层的折射率小于凸透镜结构透镜阵列基板的折射率，从而在保证透镜汇聚效果的前提下，可实现透镜阵列基板外凸面的平整。所述透明覆盖层可为透明树脂层。
实施例3：
实施例3的一种二维和三维显示模式可转换的显示屏，包括相互平行设置的透镜阵列基板和后透明基板，所述透镜阵列基板和后透明基板之间填注电控散射聚合物；所述与电控散射聚合物相接触的透镜阵列基板内面或后透明基板内面设有分叉式透明电极5，所述分叉式透明电极5通过电源加载电压，当电源开启加压时，所述分叉式透明电极5提供水平方向的横向电场、而使电控散射聚合物的折射率得以改变。所述分叉式透明电极5可选用条状光栅电极或树状图像电极或蝶状图像电极。
如图4所示，所述分叉式透明电极5为条状光栅电极，所述条状光栅电极的奇数极51和偶数极52分别与电源6两端相连；当电源开启加压时，所述分条状光栅电极提供水平方向的横向电场、而使电控散射聚合物的折射率得以改变。所述水平方向的横向电场是指电场方向与透镜阵列基板和后透明基板的平面相平行。
实施例3与实施例1或实施例2的不同之处在于，将图2或图3中的双基板透明电极结构简化成仅一个基板具有电极，例如取消与电控散射聚合物相接触的前透明电极，相应地把后透明电极制备成长条状的光栅电极结构，如图4所示的即为实施例3中交叉式透明电极5的连线示意图。当在电源6上加载电压时，光栅电极会产生水平方向的横向电场，该横向电场会引起液晶分子沿电场方向一致取向，与图2实施例1和图3实施例2中形成的纵向电场类似，该横向电场同样改变电控散射聚合物的折射率，从而实现二维和三维显示模式的转换。
当然，也可以取消与电控散射聚合物相接触的后透明电极，相应保留前透明电极并制备成交叉式透明电极5结构，工作原理与连线方式与图4相同。其本领域研究人员还可以将交叉式透明电极5的形状设计成各种图像形状，如树状或蝶状等，其同样能通过横向电场改变电控散射聚合物的折射率。
实施例1、实施例2和实施例3所述的二维和三维显示模式可转换的显示屏，可像图1中微透镜阵列20一样位于平板显示屏10的前方(靠近观众一侧)，也可以位于平板显示屏10的后方，例如位于液晶显示屏和背光源之间。
实施例1、实施例2和实施例3所述的二维和三维显示模式可转换的显示屏，其中的后透明基板内面上可增设上用于实现分区电场单独控制的薄膜晶体管阵列，即TFT阵列结构。每个TFT单元控制后透明基板上局部区域的透明电极电压，该局部区域透明电极与微透镜阵列相对应，从而可以单独控制每个微透镜阵列二维和三维显示模式。这种分区独立控制的优点在于：可以在同一个显示屏幕上同时显示二维和三维内容，例如显示屏的平面整体处于二维显示模式，显示二维计算机桌面图像，在其中打开一个窗口，该窗口内显示三维的图像；由于每个微透镜阵列都可以独立控制，当在计算机的桌面上移动该窗口时，微透镜阵列可以同步的开和关，从而实现三维显示图像的任意位置的移动。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种二维和三维显示模式可转换的显示屏，其特征在于：包括相互平行设置的透镜阵列基板和后透明基板，所述透镜阵列基板和后透明基板之间填注电控散射聚合物；
所述与电控散射聚合物相接触的透镜阵列基板内面或后透明基板内面设有分叉式透明电极；
所述分叉式透明电极通过电源加载电压；
当电源开启加压时，所述分叉式透明电极提供水平方向的横向电场、而使电控散射聚合物的折射率得以改变。
2.一种二维和三维显示模式可转换的显示屏，其特征在于：包括相互平行设置的透镜阵列基板和后透明基板，所述透镜阵列基板和后透明基板之间填注电控散射聚合物；
所述与电控散射聚合物相接触的透镜阵列基板内面和后透明基板内面均设有透明电极，所述透明电极分别为前透明电极和后透明电极；
所述前透明电极和后透明电极分别与电源两端相连、通过电源加载电压；
当电源开启加压时，所述透明电极提供垂直方向的纵向电场、而使电控散射聚合物的折射率得以改变。
3.根据权利要求2所述的一种二维和三维显示模式可转换的显示屏，其特征在于：所述透镜阵列基板与电控散射聚合物之间加设有前透明基板，所述前透明电极改设在与电控散射聚合物相接触的前透明基板内面。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种二维和三维显示模式可转换的显示屏，其特征在于：所述透镜阵列基板制成凸透镜结构，所述凸透镜的凸面可与电控散射聚合物形成曲面接触、或者相反朝外设置；
或者，所述透镜阵列基板制成凹透镜结构，所述凹透镜的凹面与电控散射聚合物形成曲面接触。
5.根据权利要求1或2或3所述的一种二维和三维显示模式可转换的显示屏，其特征在于：所述透镜阵列基板制成凸透镜结构，所述凸透镜朝外设置时，所朝外突出的透镜阵列基板外凸面覆盖有透明覆盖层，所述透明覆盖层的折射率小于凸透镜结构透镜阵列基板的折射率，用于在保证透镜汇聚效果的前提下实现透镜阵列基板外凸面的平整。
6.根据权利要求1或2或3所述的一种二维和三维显示模式可转换的显示屏，其特征在于：所述电控散射聚合物由透明聚合物材料与液晶材料混合而成，所述液晶材料为正性液晶或负性液晶或蓝相液晶。
7.根据权利要求6所述的一种二维和三维显示模式可转换的显示屏，其特征在于：所述电控散射聚合物可工作在散射状态。
8.根据权利要求1或2或3所述的一种二维和三维显示模式可转换的显示屏，其特征在于：所述后透明基板内面上增设有用于实现分区电场单独控制的薄膜晶体管阵列。
9.根据权利要求1所述的一种二维和三维显示模式可转换的显示屏，其特征在于：所述分叉式透明电极为条状光栅电极或树状图像电极或蝶状图像电极。
10.一种由权1至权3制成的二维和三维显示模式可转换的显示屏，可安装于平板显示屏的前方、或安装于液晶显示屏与背光源之间。
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