CN106249331B - 可切换组合光栅结构 - Google Patents

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Abstract

可切换组合光栅结构，属于立体显示技术领域，本发明为解决现有产生径向偏振光和角向偏振光的装置结构复杂，成本高的问题。本发明包括低折射率凹柱透镜光栅、高折射率凸柱透镜光栅和单层可变折射率结构；折射率为n1的低折射率凹柱透镜光栅和折射率为n3的高折射率凸柱透镜光栅之间夹持单层可变折射率结构，单层可变折射率结构具有寻常光折射率no和非寻常光折射率ne，且满足条件no＝n3、ne＝n1、n1<n3；单层可变折射率结构通电状态下折射率为no，组合光栅结构表现为水平方向3D无棱光栅膜；单层可变折射率结构断电状态下折射率为ne，组合光栅结构表现为竖直方向3D无棱光栅膜。

Description

可切换组合光栅结构
技术领域
本发明属于立体显示技术领域。
背景技术
显示设备是连接五彩缤纷世界与人类视觉的桥梁，人的眼睛通过显示装置可以还原现实世界，2D显示仅能体现现实世界的一部分，而真实、清晰、直观的显示方式是通过3D立体显示展现出来，目前实现3D显示的方式有多种，其中柱透镜光栅式裸眼3D显示技术是目前的一大主流技术。
柱透镜光栅式裸眼3D显示技术是利用透镜的分光折射原理，将重新排布的多视差立体图像分别投射到人眼，使人的左右眼同时接收到视差图像，从而产生立体效果；柱透镜光栅的结构较为简单，但单纯的柱透镜光栅表面有透镜的凹凸结构，因此最新的技术方式是在柱透镜表面用低折射率胶水填平，利用组合透镜实现光栅表面的无棱化。
同时，柱透镜式光学器件是一种利用光的折射原理实现3D立体效果，损失了显示器的分辨率，因此使平面的图像模糊不清，特别是文字，无法用于观看，为解决这个问题，以菲利普、超多维为代表的国内外公司纷纷推出具有2D/3D切换功能的裸眼3D显示器，其中一种方式是在柱透镜光栅表面填充双折射率材料(如液晶)利用电控的方式实现2D/3D的切换。
但是就目前市场情况来看，不管是无棱光栅产品还是2D/3D切换产品，虽然在其效果和功能上在不断的改进，但其器件都为单一方向的光栅方向，制作完成的产品只能在某一特定角度下观看3D显示效果，以手机为例，目前大部分的裸眼3D手机产品均在横屏时才能观看，竖屏情况下无法观看3D内容。
发明内容
本发明目的是为了解决现有2D/3D切换产品的光栅方向单一，只能在横向或竖向才能观看3D显示画面的问题，提供了一种可切换组合光栅结构。
第一种方案为横竖屏3D切换方案：本发明所述可切换组合光栅结构包括低折射率凹柱透镜光栅、高折射率凸柱透镜光栅和单层可变折射率结构；折射率为n1的低折射率凹柱透镜光栅和折射率为n3的高折射率凸柱透镜光栅之间夹持单层可变折射率结构，单层可变折射率结构具有寻常光折射率no和非寻常光折射率ne，且满足条件no＝n3、ne＝n1、n1<n3；
低折射率凹柱透镜光栅的光栅层面向内侧，且光栅方向为水平走向；
高折射率凸柱透镜光栅的光栅层面向内侧，且光栅方向为竖直走向；
低折射率凹柱透镜光栅的光栅方向与高折射率凸柱透镜光栅的光栅方向可根据需求设计夹角0～90度；
单层可变折射率结构通电状态下折射率为no，组合光栅结构表现为水平方向3D无棱光栅膜；
单层可变折射率结构断电状态下折射率为ne，组合光栅结构表现为竖直方向3D无棱光栅膜。
优选地，单层可变折射率结构包括上电极、下电极及夹在二者之间的液晶层，上电极表面的预倾角层与低折射率凹柱透镜光栅的光栅方向一致，且二者结构相吻合，下电极表面的预倾角层与高折射率凸柱透镜光栅的光栅方向一致，且二者结构相吻合。
第二种方案为横竖屏3D切换、3D/2D切换方案：本发明所述可切换组合光栅结构包括低折射率凹柱透镜光栅、高折射率凸柱透镜光栅和多层可变折射率结构；折射率为n1的低折射率凹柱透镜光栅和折射率为n3的高折射率凸柱透镜光栅之间夹持多层可变折射率结构，
所述多层可变折射率结构包括m层单层可变折射率结构和m-1层中间支撑层；每两层单层可变折射率结构之间设置一层中间支撑层；
单层可变折射率结构具有寻常光折射率no和非寻常光折射率ne，且满足条件no＝n3、ne＝n1、n1<n3；
低折射率凹柱透镜光栅的光栅层面向内侧，且光栅方向为水平走向；
高折射率凸柱透镜光栅的光栅层面向内侧，且光栅方向为竖直走向；
低折射率凹柱透镜光栅的光栅方向与高折射率凸柱镜光栅的光栅方向可根据需求设计夹角0～90度；
当m层单层可变折射率结构都处于通电状态时，组合光栅结构表现为水平方向3D无棱光栅膜；
当m层单层可变折射率结构都处于断电状态时，组合光栅结构表现为竖直方向3D无棱光栅膜；
当m层单层可变折射率结构部分处于通电状态，部分处于断电状态时，组合光栅结构表现为2D显示状态。
优选地，单层可变折射率结构包括上电极、下电极及夹在二者之间的液晶层，与低折射率凹柱透镜光栅相邻的单层可变折射率结构的上电极表面具有预倾角层，该预倾角层与低折射率凹柱透镜光栅的光栅方向一致，且该单层可变折射率结构与低折射率凹柱透镜光栅的结构相吻合，该单层可变折射率结构的下电极为平面结构；
与高折射率凸柱透镜光栅相邻的单层可变折射率结构的下电极表面具有预倾角层，该预倾角层与高折射率凸柱透镜光栅的光栅方向一致，且该单层可变折射率结构与高折射率凸柱透镜光栅的结构相吻合，该单层可变折射率结构的上电极为平面结构；
其余单层可变折射率结构的上电极和下电极均为平面结构。
本发明的优点：
(1)同一个光栅结构可以实现光栅方向的不同角度切换(如横竖切换)；
(2)通过电压的控制实现2D/3D切换，以及光栅角度切换；
(3)可变折射率层包括使用电场控制但不限于电场控制；通过条件控制实现可变折射率层的全部或局域层折射率发生变化，实现光栅方向的切换及2D/3D的器件切换；
(4)由于各角度的光栅厚度差仅几十微米，相对于柱透镜光栅的焦距可忽略不计，因此实现组合光栅的焦距相同。
附图说明
图1是本发明所述可切换组合光栅结构的结构示意图，单层可变双折射率结构；
图2是本发明所述可切换组合光栅结构的裂解图，单层可变双折射率结构；
图3是通电状态下表现为水平无棱光栅膜，横屏显示；
图4是不通电状态下表现为竖直无棱光栅膜，竖屏显示；
图5是双层可变双折射率结构示意图；
图6是图5中双层可变双折射率结构都通电状态下表现为水平无棱光栅膜，横屏显示；
图7是图5中双层可变双折射率结构一层通电、一层不通电状态下表现为2D显示；
图8是图5中双层可变双折射率结构都通电状态下表现为竖直无棱光栅膜，竖屏显示；
图9是手机横屏显示；
图10是手机竖屏显示。
具体实施方式
具体实施方式一：下面结合图1至图4、图9和图10说明本实施方式，本实施方式所述可切换组合光栅结构为横竖两种3D显示状态切换，中间夹持的为单层可变折射率结构，通过对单层可变折射率结构200的开关变化，实现3D显示用的光栅膜方向变化；单层可变折射率层200由上电极201与下电极202，及夹在中间的液晶层203构成，当上、下电极通电状态下液晶层203为ON状态，参见图3所示，表现的折射率为寻常光折射率no＝n3，此时表现为低折射率凹柱透镜光栅100与单层可变折射率结构200、高折射率凸柱透镜光栅300形成水平方向的3D无棱光栅膜(液晶光栅)，在上、下电极断电状态下液晶层203为OFF状态，参见图4所示，表现的折射率为非寻常光折射率ne＝n1，此时表现为高折射率凸柱透镜光栅300与单层可变折射率结构200、低折射率凹柱透镜光栅100形成竖直方向的3D无棱光栅膜；通过电源的开关实现了3D光栅膜的横竖自由切换，如在手机观看裸眼3D过程中随屏幕旋转而不改变观看3D的功能。
给出一个具体实施例：以6寸3D手机为例，6寸屏的有效区域是74.52mm*132.48mm。
其高折射率凸柱透镜光栅300折射率为n3＝1.6，低折射率凹柱透镜光栅100的折射率为n1＝1.45，单层可变折射率结构200填充双折射材料液晶层，其寻常光折射率no＝1.45，非寻常光折射率ne＝1.6；上、下电极控制层为透明ITO材料，透明电极表面有预倾角层，预倾角方向与各自光栅方向一致。
根据上述结构制作的光栅电极接出，电极通电，液晶分子在电场作用下表现为如图3所示的状态，形成水平方向3D无棱光栅膜，实现横屏显示，如图9所示。电极断电，液晶分子恢复为如图4所示的状态，形成竖直方向3D无棱光栅膜，实现竖屏显示，如图10所示。实现横屏/竖屏显示切换，解决了现有3D产品只能横屏观看3D的问题。
具体实施方式二：下面结合图5至图10说明本实施方式，本实施方式所述可切换组合光栅结构为横竖两种3D显示状态切换、及3D/2D切换，中间夹持的为多层可变折射率结构，通过对单层可变折射率结构200的不同的开关变化，实现3D/2D显示用的光栅膜方向变化。
给出一个具体实施例，以6寸多参数切换光栅3D手机为例，使用多层可变折射率层结构。
6寸屏的有效区域是74.52mm*132.48mm。
其高折射率凸柱镜光栅300折射率为n3＝1.6，低折射率凹柱镜光栅100的折射率为n1＝1.45，m＝2，即两层可变折射率结构，其中单层可变折射率结构200填充的双折射液晶层(204、205)使用相同的液晶材料，其寻常光折射率no＝1.45，非寻常光折射率ne＝1.6；第一层单层可变折射率结构200的上电极201有预倾角，第一层单层可变折射率结构200的下电极206为平面结构，第二层单层可变折射率结构200的下电极202有预倾角，第二层单层可变折射率结构200的上电极208为平面结构。电极的控制层为透明ITO材料，预倾角方向与各自光栅方向一致，中间支撑层207为30微米的透明聚酰亚胺材料。
根据上述结构制作的光栅电极接出，通过控制电极特性，实现2D/3D切换，横屏/竖屏显示切换。两层结构均通电时，液晶层204、205在电场的控制下其液晶分子表现为如图6所示，形成水平方向3D无棱光栅膜，实现横屏显示，如图9所示。两层结构均断电时，液晶层204、205在电场的控制下其液晶分子恢复为如图8所示的状态，形成竖直方向3D无棱光栅膜，实现竖屏显示，如图10所示。第一层断电、第二层通电时，第二层的液晶层204折射率与n1一致，第一层的液晶层205折射率与n3一致，实现2D显示效果，以此类推，单层可变折射率层200可根据实际需要增加相应的层结构，实现了3D光栅膜的多角度切换、2D/3D切换等多种用途和功能。
此多参数光栅切换3D手机可以随屏幕旋转结合软件运作实现横屏/竖屏的3D显示自动切换，同时在观看2D内容时切换为2D光栅状态，实现2D/3D的切换，真正让用户随时切换为自己喜欢的状态。

Claims (4)

1.可切换组合光栅结构，其特征在于，包括低折射率凹柱透镜光栅(100)、高折射率凸柱透镜光栅(300)和单层可变折射率结构(200)；折射率为n1的低折射率凹柱透镜光栅(100)和折射率为n3的高折射率凸柱透镜光栅(300)之间夹持单层可变折射率结构(200)，单层可变折射率结构(200)具有寻常光折射率no和非寻常光折射率ne，且满足条件no＝n3、ne＝n1、n1<n3；
低折射率凹柱透镜光栅(100)的光栅层面向内侧，且光栅方向为水平走向；
高折射率凸柱透镜光栅(300)的光栅层面向内侧，且光栅方向为竖直走向；
低折射率凹柱透镜光栅(100)的光栅方向与高折射率凸柱透镜光栅(300)的光栅方向根据需求设计夹角0～90度；
单层可变折射率结构(200)通电状态下折射率为no，组合光栅结构表现为水平方向3D无棱光栅膜；
单层可变折射率结构(200)断电状态下折射率为ne，组合光栅结构表现为竖直方向3D无棱光栅膜。
2.根据权利要求1所述可切换组合光栅结构，其特征在于，单层可变折射率结构(200)包括上电极、下电极及夹在二者之间的液晶层，上电极表面的预倾角层与低折射率凹柱透镜光栅(100)的光栅方向一致，且二者结构相吻合，下电极表面的预倾角层与高折射率凸柱透镜光栅(300)的光栅方向一致，且二者结构相吻合。
3.可切换组合光栅结构，其特征在于，包括低折射率凹柱透镜光栅(100)、高折射率凸柱透镜光栅(300)和多层可变折射率结构；折射率为n1的低折射率凹柱透镜光栅(100)和折射率为n3的高折射率凸柱透镜光栅(300)之间夹持多层可变折射率结构，
所述多层可变折射率结构包括m层单层可变折射率结构(200)和m-1层中间支撑层(207)；每两层单层可变折射率结构(200)之间设置一层中间支撑层(207)；
单层可变折射率结构(200)具有寻常光折射率no和非寻常光折射率ne，且满足条件no＝n3、ne＝n1、n1<n3；
低折射率凹柱透镜光栅(100)的光栅层面向内侧，且光栅方向为水平走向；
高折射率凸柱透镜光栅(300)的光栅层面向内侧，且光栅方向为竖直走向；
低折射率凹柱透镜光栅(100)的光栅方向与高折射率凸柱透镜光栅(300)的光栅方向根据需求设计夹角0～90度；
当m层单层可变折射率结构(200)都处于通电状态时，组合光栅结构表现为水平方向3D无棱光栅膜；
当m层单层可变折射率结构(200)都处于断电状态时，组合光栅结构表现为竖直方向3D无棱光栅膜；
当m层单层可变折射率结构(200)部分处于通电状态，部分处于断电状态时，组合光栅结构表现为2D显示状态。
4.根据权利要求3所述可切换组合光栅结构，其特征在于，单层可变折射率结构(200)包括上电极、下电极及夹在二者之间的液晶层，与低折射率凹柱透镜光栅(100)相邻的单层可变折射率结构(200)的上电极表面具有预倾角层，该预倾角层与低折射率凹柱透镜光栅(100)的光栅方向一致，且该单层可变折射率结构(200)与低折射率凹柱透镜光栅(100)的结构相吻合，该单层可变折射率结构(200)的下电极为平面结构；
与高折射率凸柱透镜光栅(300)相邻的单层可变折射率结构(200)的下电极表面具有预倾角层，该预倾角层与高折射率凸柱透镜光栅(300)的光栅方向一致，且该单层可变折射率结构(200)与高折射率凸柱透镜光栅(300)的结构相吻合，该单层可变折射率结构(200)的上电极为平面结构；
其余单层可变折射率结构(200)的上电极和下电极均为平面结构。
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