CN105652456A - 低串扰液晶透镜2d/3d切换装置 - Google Patents

低串扰液晶透镜2d/3d切换装置 Download PDF

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Abstract

低串扰液晶透镜2D/3D切换装置，属于光学3D显示技术领域，本发明为解决现有2D/3D切换技术3D串扰明显，舒适度低的问题。本发明方案：上、下玻璃基板的内表面分别设置上、下ITO电极，两个电极之间填充液晶层；液晶层在不加电时为平行排布方式；上ITO电极为整板电极；下ITO电极为分段式电极，下ITO电极在一个等效周期内均匀刻蚀出n份导电电极，n为奇数；n份导电电极上加载的电压为镜像对称，且从中心至两端渐近增加；中心位置的导电电极的加载电压为0，左右两端的导电电极的加载电压为±mV，其它任意位置的导电电极的加载电压为施加渐进式电场，液晶层等效透镜。

Description

低串扰液晶透镜2D/3D切换装置
技术领域
本发明属于光学3D显示技术领域。
背景技术
裸眼3D，即无需佩戴任何辅助装置即可欣赏身临奇境的立体画面，越来越受到市场欢迎，裸眼3D技术主要分为狭缝技术与柱镜光栅技术，狭缝技术在使用时3D状态显示屏发出的光线透过率低，一般和使用的视点图数有关系，比如使用视点图数为n，则3D状态下的光透过率为1/n，因此在15寸及以上显示屏上的使用受到制约，原因是15寸及以上的显示屏，一般使用的视点图数均超过5个。而且柱镜技术的最大优势在于其采用光的折射原理，因此显示屏的亮度基本不受到影响。
柱镜光栅技术又分为不可2D/3D切换的纯柱镜光栅技术和可2D/3D切换的液晶透镜技术。纯柱镜光栅技术是指物理存在的透镜，无论2D或3D状态都存在，最大的问题在于其加工方式为辊筒或平板雕刻后，经过成型工艺加工而成，一般只能是直线条纹，而显示屏本身为矩形子像素，因此在3D状态下，同一子像素即被人的左眼看到，同时也被人的右眼看到，3D图像串扰很严重，引起观看舒适度下降，如图1中黑色点状填充部分所示。而可2D/3D切换的液晶透镜技术又有很多种类，一种是如图2所示的技术形式，由双折射材料构成的凸透镜107，且之匹配的、由聚合物材料构成的凹柱透镜106，其中，双折射材料具有的两个折射率分别为no、ne，no＜ne，入射光的偏振方向与双折射材料的偏振方向平行时，折射率为ne；反之，入射光的偏振方向与双折射材料的偏振方向垂直时，折射率为no；在上玻璃基板101和下玻璃基板105的内表面分别设置上ITO电极102和下ITO电极104，上ITO电极102和下ITO电极104之间填充液晶层103，液晶层103在未加电时为螺旋排列方式；图2主要是利用液晶层103加电压和不加电压来改变显示屏108发出光线的偏振方向，液晶层103不加电时，液晶层呈螺旋排列，因此显示屏108的偏光方向被旋转90度，与双折射材料的排列方向垂直，此时双折射材料折射率为no，等于聚合物材料的折射率n，为2D状态；当液晶层103加电压时液晶层分子均沿电场排列，不改变显示屏108发光的偏振方向，与双折射材料分子平行，此时双折射材料折射率为ne，大于聚合物材料的折射率n，为3D状态。
图3为另外一种2D/3D柱镜切换技术，在上玻璃基板101和下玻璃基板105的内表面分别设置上ITO电极102和下ITO电极104，在上ITO电极102上面加工一层聚合物材料构成的凹柱透镜106，折射率为n，凹槽内设置由液晶层103，所述液晶层模拟双折射材料特性，平行排布时的折射率为ne，垂直排布时的折射率为no，no＜ne。当不加电时液晶层分子水平排列，排列方向与显示屏108光线偏振方向平行，折射率为ne，大于聚合物材料折射率n，为3D状态；当加电时，液晶分子沿电场垂直排列，与偏振方向垂直，折射率为no，等于聚合物材料折射率，为2D状态。
以上两种技术，均需要额外的加工凸柱镜聚合物材料或凹柱镜聚合物材料，非TFT产业成熟工艺，且柱镜为直线结构，3D串扰明显，舒适度低。
发明内容
本发明目的是为了解决现有2D/3D切换技术3D串扰明显，舒适度低的问题，提供了一种低串扰液晶透镜2D/3D切换装置。
本发明所述低串扰液晶透镜2D/3D切换装置，它包括上玻璃基板、上ITO电极、液晶层、下ITO电极和下玻璃基板；
上玻璃基板的下表面设置上ITO电极，下玻璃基板的上表面设置下ITO电极，上ITO电极和下ITO电极之间填充液晶层；液晶层在不加电时为平行排布方式；
上ITO电极为整板电极；下ITO电极为分段式电极，下ITO电极在一个等效周期内均匀刻蚀出n份导电电极，n为奇数；n份导电电极上加载的电压为镜像对称，且从中心至两端渐近增加；上ITO电极与分段式电极结构的下ITO电极之间施加电场，加载不同电压的导电电极对应的液晶分子的偏转方向不同，形成等效透镜；
中心位置的导电电极的加载电压为0，左右两端的导电电极的加载电压为±mV，其它任意位置的导电电极的加载电压为
式中：h为中心位置的导电电极的中点至等效透镜的圆弧曲线的距离；
y为中心与两端之间任意位置的导电电极的中点至等效透镜的圆弧曲线的距离。
本发明的优点：本发明利用渐进电压控制液晶分子取向形成柱镜，更重要的是本发明给出一种阶梯柱镜产生的方法，使得该工艺全部符合TFT产线要求，生产工艺简单，无需产线额外增加设备，且3D串扰很低，满足量产的同时，提高了3D观看的舒适度。
附图说明
图1是柱镜显示技术示意图；
图2是背景技术提及的2D/3D柱镜切换技术示意图，(a)为不加电2D状态，(b)为加电3D状态；
图3是背景技术提及的2D/3D柱镜切换技术示意图，(a)为不加电3D状态，(b)为加电2D状态；；
图4是本发明所述低串扰液晶透镜2D/3D切换装置的结构示意图；
图5是本发明所述低串扰液晶透镜2D/3D切换装置的渐进式电压加载原理示意图；
图6是采用本发明装置的等效透镜电极排列示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：下面结合图4至图6说明本实施方式，本实施方式所述低串扰液晶透镜2D/3D切换装置，它包括上玻璃基板101、上ITO电极102、液晶层103、下ITO电极104和下玻璃基板105；
上玻璃基板101的下表面设置上ITO电极102，下玻璃基板105的上表面设置下ITO电极104，上ITO电极102和下ITO电极104之间填充液晶层103；液晶层103在不加电时为平行排布方式；
上ITO电极102为整板电极；下ITO电极104为分段式电极，下ITO电极104在一个等效周期内均匀刻蚀出n份导电电极，n为奇数；n份导电电极上加载的电压为镜像对称，且从中心至两端渐近增加；上ITO电极102与分段式电极结构的下ITO电极104之间施加电场，加载不同电压的导电电极对应的液晶分子的偏转方向不同，形成等效透镜；
中心位置的导电电极的加载电压为0，左右两端的导电电极的加载电压为±mV，其它任意位置的导电电极的加载电压为
式中：h为中心位置的导电电极的中点至等效透镜的圆弧曲线的距离；
y为中心与两端之间任意位置的导电电极的中点至等效透镜的圆弧曲线的距离。
将所有等效周期内的处于对称位置的两个导电电极并联，共同接入幅值为的交流电源。
上ITO电极102接地；下ITO电极104的每段导电电极施加的均为方波交流电压。
渐进电压控制液晶分子取向形成柱镜的原理如图4所示，在一个周期内将下ITO电极104分为n份，每两段导电电极之间通过蚀刻工艺将其完全分隔开来，不会导通，当下ITO电极104驱动电极都不加电时刻，如图4(b)所示，液晶分子均平行排列，光线不发生偏折，为2D状态；当每段导电电极分别施加不同电压，假设液晶分子完全站立起来的电压为mV，那么中心位置导电电极的驱动电压施加为0V，两端位置导电电极的驱动电压为mV，中心位置导电电极向左端或向右端的驱动电压是对称分布，介于0V与mV之间的一个电压值，具体施加的电压与等效透镜的曲率半径有关系，以每个等效透镜中心为原点，每段导电电极中心x所对应的等效透镜的高度y,占整个等效透镜高度的比值乘以驱动电压mV，即参见图5所示。
下面结合图6给出一个具体实施例，图6为器件的下玻璃基板105的上表面设置下ITO电极104的平面示意图，下ITO电极104的一个等效周期内电极被分为n份，将所有周期内对称位置的第1份与第n份的导电电极相并联，接入幅值为mV的交流方波电源，将所有周期内对称位置的第2份和第n-1的电极相并联，接入幅值为的交流交流电源，依此类推，中心位置的导电电极均不接电源。这样通过在对应电极施加不同的方波交流电压，同时施加，方波交流电压的频率相等，所形成的等效透镜，在以行为单位的水平方向，均是与所覆盖的子像素平行，达到即可以2D/3D切换，又可以消除串扰的目的。
其中i为等效透镜所覆盖的子像素的个数，可以为整数，也可以为非整数，p为显示屏子像素宽度，单位mm，65为人眼睛的平均宽度，单位为mm。
等效透镜的台阶高度是以像素结构的行为单位，一个台阶可以是一行，也可以是二行，具体几行由光栅的设计参数决定。
一般2个条形电极之间的蚀刻线宽为5微米左右，肉眼无法察觉，因此不影响整体效果。

Claims (3)

1.低串扰液晶透镜2D/3D切换装置，其特征在于，它包括上玻璃基板(101)、上ITO电极(102)、液晶层(103)、下ITO电极(104)和下玻璃基板(105)；
上玻璃基板(101)的下表面设置上ITO电极(102)，下玻璃基板(105)的上表面设置下ITO电极(104)，上ITO电极(102)和下ITO电极(104)之间填充液晶层(103)；液晶层(103)在不加电时为平行排布方式；
上ITO电极(102)为整板电极；下ITO电极(104)为分段式电极，下ITO电极(104)在一个等效周期内均匀刻蚀出n份导电电极，n为奇数；n份导电电极上加载的电压为镜像对称，且从中心至两端渐近增加；上ITO电极(102)与分段式电极结构的下ITO电极(104)之间施加电场，加载不同电压的导电电极对应的液晶分子的偏转方向不同，形成等效透镜；
中心位置的导电电极的加载电压为0，左右两端的导电电极的加载电压为±mV，其它任意位置的导电电极的加载电压为
式中：h为中心位置的导电电极的中点至等效透镜的圆弧曲线的距离；
y为中心与两端之间任意位置的导电电极的中点至等效透镜的圆弧曲线的距离。
2.根据权利要求1所述低串扰液晶透镜2D/3D切换装置，其特征在于，将所有等效周期内的处于对称位置的两个导电电极并联，共同接入幅值为的交流电源。
3.根据权利要求1或2所述低串扰液晶透镜2D/3D切换装置，其特征在于，每段导电电极施加的均为方波交流电压。
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