CN106773086B - 立体显示光栅及其制作方法、立体显示装置 - Google Patents

立体显示光栅及其制作方法、立体显示装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种立体显示光栅及其制作方法、立体显示装置，该立体显示光栅包括包括透明基底及间隔设置在所述透明基底上的透光区域与遮光区域：在所述透光区域内设置有金属条状光栅，用于接收从背光模组射向该透光区域的偏振光，并对所述偏振光进行选择；在所述遮光区域内设置有黑色遮光矩阵与金属挡光光栅，其中，所述黑色遮光矩阵用于吸收从液晶显示单元反射回该遮光区域的偏振光；所述金属挡光光栅用于接收从背光模组射向该遮光区域的偏振光，并将所述偏振光反射回至背光模组，以使其重新射向所述透光区域。解决了现有技术中光栅式裸眼立体显示时由于光栅的遮光作用所导致的亮度损失，同时能够有效防止金属导线反射所造成的图像串扰现象。

Description

立体显示光栅及其制作方法、立体显示装置
技术领域
本发明属于液晶显示技术领域，尤其涉及一种立体显示光栅及其制作方法、立体显示装置。
背景技术
人们对客观环境的感知总是通过视觉、听觉、触觉、嗅觉及味觉等获取的，逼真地模拟再现出这些临场感觉，是现代科技的重要研究课题之一。立体视觉技术正是基于这种需要发展起来的。
目前，立体视觉技术中较受欢迎的是裸眼3D技术，特别是使用光栅的裸眼3D技术，由于其摆脱了复杂的辅助设备，且能够有效阻绝不同视点之间的图像串扰，具有较优的立体显示效果。
图1所示为现有技术中一种常用的后置式光栅式裸眼立体显示器的结构示意图，如图所示，该后置式光栅式裸眼立体显示器包括LED光源11、导光板12(Light GuidePlate，LGP)、扩散片13、增亮膜2、光栅层3、上偏光片6、下偏光片4以及液晶显示单元5(或者为液晶光学单元)LCD cell等。其中LED光源11、导光板12以及扩散片13组成背光模组1，光栅层3放置于背光模组1与LCD cell5之间。背光模组1发出的偏振光经过增亮膜2后部分偏振光得到重复利用，亮度显著增加。
但是，在偏振光经过光栅层3后，由于光栅层3遮光部分的阻挡，仍然会导致亮度损失一半以上。此外，由于LCD cell5中含有传输电信号的金属层，例如包括栅极走线(Gate)与数据走线(Date)等，虽然这些信号走线的面积占比相对于整个显示面板的比例较低，但是经过光栅的左右眼视点信号在遇到金属层的反射，并经过背光模组1其他膜层反射时，容易使得左右眼光线的传输方向发生改变从而形成信号串扰。
综上所述，亟需从亮度提升和进一步减小图像串扰两方面进一步改善光栅式裸眼3D技术，提升其开发前景。
发明内容
本发明所要解决的技术问题之一是需要从亮度提升和进一步减小图像串扰两方面进一步改善光栅式裸眼3D技术。
为了解决上述技术问题，本申请的实施例首先提供了一种立体显示光栅，包括透明基底及间隔设置在所述透明基底上的透光区域与遮光区域：在所述透光区域内设置有金属条状光栅，所述金属条状光栅用于接收从背光模组射向该透光区域的偏振光，并对所述偏振光进行选择；其中，透射偏振方向垂直于所述金属条状光栅的TM偏振光，反射偏振方向平行于所述金属条状光栅的TE偏振光；在所述遮光区域内设置有黑色遮光矩阵与金属挡光光栅，其中，所述黑色遮光矩阵用于吸收从液晶显示单元反射回该遮光区域的偏振光；所述金属挡光光栅用于接收从背光模组射向该遮光区域的偏振光，并将所述偏振光反射回至背光模组，以使其重新射向所述透光区域。
优选地，所述黑色遮光矩阵为具有倾斜表面的条状凸起，所述条状凸起的长边沿与液晶显示单元的列相平行的方向设置；所述金属挡光光栅为覆盖所述倾斜表面的金属层。
优选地，所述条状凸起的横截面的形状为大致三角形或者大致半弧形。
优选地，所述金属条状光栅包括介质层与金属层，其中，所述介质层设置在所述透明基底上，所述金属层包括多个条状金属，所述多个条状金属相互平行，且以相等的间距间隔排列在所述介质层上。
优选地，所述多个条状金属的排列方向与液晶显示单元的列相平行或者相对于液晶显示单元的列相倾斜一定的角度。
优选地，所述多个条状金属所形成的排列的周期为20-500nm，占空比为0.1-0.9。
优选地，所述介质层材料包括二氧化硅、氧化硅、氧化镁、氮化硅、二氧化钛或者五氧化二钽；所述金属层材料包括铝、银或者铜。
本申请的实施例还提供了一种立体显示光栅的制作方法，包括：在透明基底上形成具有倾斜表面的黑色遮光矩阵；在所述透明基底上除所述黑色遮光矩阵以外的区域形成介质层；在所述黑色遮光矩阵及所述介质层上形成金属层；采用微电子工艺刻蚀形成于所述介质层上的金属层，以形成多个条状金属。
优选地，采用微电子光刻工艺或者纳米压印工艺形成所述具有倾斜表面的黑色遮光矩阵。
另一方面，还提供了一种立体显示装置，包括背光模组、液晶显示单元、上偏光片以及立体显示光栅，所述立体显示光栅放置于所述背光模组与所述液晶显示单元之间。
与现有技术相比，上述方案中的一个或多个实施例可以具有如下优点或有益效果：
通过采用由具有倾斜表面的、对光线进行吸收的黑色遮光矩阵、对挡光区域的光线进行反射的金属挡光光栅与透光区域对光线进行透射的金属条状光栅组成的一体式结构，解决了现有技术中光栅式裸眼立体显示时由于光栅的遮光作用所导致的亮度损失，进而导致2D/3D显示画面亮度不足的问题，同时能够有效防止金属导线反射所造成的图像串扰现象。
本发明的其他优点、目标，和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书，权利要求书，以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本申请的技术方案或现有技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分。其中，表达本申请实施例的附图与本申请的实施例一起用于解释本申请的技术方案，但并不构成对本申请技术方案的限制。
图1为现有技术中后置式光栅式裸眼立体显示器的结构示意图；
图2为根据本发明一实施例的立体显示光栅的结构示意图；
图3a为根据本发明一实施例的立体显示光栅的结构示意图；
图3b为根据本发明一实施例的金属条状光栅的结构示意图；
图4为根据本发明另一实施例的立体显示装置的结构示意图；
图5为根据本发明另一实施例的立体显示装置的工作原理示意图；
图6为根据本发明又一实施例的立体显示光栅的制作方法的流程示意图。
具体实施方式
以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成相应技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。本申请实施例以及实施例中的各个特征，在不相冲突前提下可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。
图2和图3a为根据本发明一实施例的立体显示光栅的结构示意图，下面结合图2和图3a对该实施例进行详细说明。
如图2所示，为本实施例中立体显示光栅的侧视图，主要包括透明基底31及间隔设置在透明基底31上的透光区域A与遮光区域B。
透明基底31可以采用单不限于玻璃、聚对苯二甲酸乙二醇酯(Polyethyleneterephthalate，PET)、聚碳酸酯(Polycarbonate，PC)、聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate，PMMA)等。
透光区域A主要由金属条状光栅32组成，金属条状光栅32用于接收从背光模组射向透光区域A的偏振光，并对偏振光进行选择。具体的，金属条状光栅32能够显著地透过偏振方向垂直于金属条状光栅32的TM偏振光，并反射偏振方向平行于金属条状光栅32的TE偏振光。
金属条状光栅32进一步由介质层321与金属层322组成，如图3b所示。介质层321设置在透明基底31上，金属层322包括多个条状金属，这些条状金属相互平行，且以相等的间距间隔排列在介质层321上。
如图3a所示，该图示出的是本实施例中立体显示光栅的俯视图，金属条状光栅32分布在立体显示光栅的透光区域A，且形成周期性的排布。在本发明的另一个实施例中，金属条状光栅32的周期为20-500nm，占空比为0.1-0.9。
在本发明的一个实施例中，可以采用具有较大折射率虚部的金属材料制作金属层322(即条状金属)，包括但不限于金属铝Al、银Ag或者铜Au等。
在本发明的一个实施例中，可以用于制作介质层321的金属材料包括但不限于二氧化硅SiO2、氧化硅SiO、氧化镁MgO、氮化硅Si3N4、二氧化钛TiO2或者五氧化二钽Ta2O5等。
如图3a所示，条状金属的排列方向能够决定偏振态的透过与反射，因而条状金属的排列方向可以根据需要，依据具体的偏振需求来决定。例如可能采用与液晶显示单元的列相平行的排列方向或者相对于液晶显示单元的列倾斜一定的角度。
遮光区域B主要由黑色遮光矩阵33与金属挡光光栅34构成。
黑色遮光矩阵33主要用于吸收从液晶显示单元反射回遮光区域B的偏振光。结合图2和图3a可知，黑色遮光矩阵33为具有倾斜表面的条状凸起结构，该条状凸起结构的长边沿与液晶显示单元的列相平行的方向设置。其中，条状凸起结构的底面宽度为立体显示光栅的遮光区域B的遮光宽度。
进一步地，在黑色遮光矩阵33的整个外表面上覆盖有一层金属层，即为金属挡光光栅34。
在本发明的一个实施例中，条状凸起的横截面为大致三角形(图2)，三角形的两侧斜面均覆盖有金属层，即形成的金属挡光光栅34可以用于反射从背光模组射向遮光区域B的遮光宽度范围内的光。斜面可以将以一定倾角射向其表面的光线反射回背光模组内部，以使其重新射向透光区域A。
在本发明的一个实施例中，根据几何光学的相关知识可知，倾斜表面还可以为规则或不规则的其他形状，例如可以为其他近似三角形的弧形，优选为大致半弧形。只要保证射向金属挡光光栅34的光线存在反射回路即可。
本发明实施例中给出的倾斜表面的形状只用于解释本发明，并不构成对本发明的限定，本领域的技术人员在不背离本发明精神及其实质的情况下，当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明的权利要求的保护范围。
在本发明的一个实施例中，可以采用与金属条状光栅32的金属层相同的材料来制作金属挡光光栅34，而对于黑色遮光矩阵33，根据其功能，可以采用与液晶显示器的黑矩阵相同的材料制作。
现有技术如图1所示，从导光板12发出的光，经由扩散片13和增亮膜2后照射到光栅层3上，由于光栅层3的遮光部位的阻挡，如图1中光栅层3上的黑色矩形块所示，这部分光线大部分被遮光部分吸收进而造成亮度损失，具体如图1中的光线71所示。
而本发明的实施例的立体显示光栅，利用具有倾斜表面的金属挡光光栅34，将射向其遮光区域B的光线重新反射回只背光模组，并使其再次射向遮光区域A，提高了光的利用效率。
仍如图1所示，从光栅层3透过的光线72经由下偏光片4射向液晶显示单元5内，被液晶显示单元5内的栅极走线或数据走线反射，改变了传播方向，其后经过多次折射或反射，到再经由液晶显示单元5和上偏光片6射进人眼时，很可能已经偏离了预设的射出位置，造成图像串扰。
而本发明的实施例的立体显示光栅，设置有黑色遮光矩阵33，当上述光线被反射回至黑色遮光矩阵33的部分时，就可以被黑色遮光矩阵33吸收，而不再经过多次折射或反射进入人眼，因此可以改善由此而引发的图像串扰。
在本发明的另一个实施例中，还提供了一种基于上述立体显示光栅的立体显示装置，如图4所示，该立体显示装置至少包括背光模组1、立体显示光栅2、液晶显示单元5以及上偏光片6等。且立体显示光栅2放置于背光模组1与液晶显示单元5之间。
本发明实施例的立体显示装置相对图1所示的现有技术的光栅式裸眼立体显示器省去了增亮膜2与下偏光片4等结构，就能够提供高亮度、低串扰的裸眼3D显示效果，简化了系统构成，有利于简化生产工艺和降低成本。
下面结合图5对立体显示装置的工作原理进行说明。
具体的，透光区域A的金属条状光栅32能够透过TM偏振态从而与遮光区域B构成传统光栅作用，形成视差信号输出，且金属条状光栅32反射TE偏振态从而重新进入导光板进行光的循环利用。
而金属挡光光栅34具有与黑色遮光矩阵33一致的斜面结构，因而能够将遮光区域B的光线以一定斜角反射并通过背光模组中的反射式增亮膜BEF及反射膜等反射重新进入透过区域A。斜面结构设计使得遮光区域B的光线斜向反射进入透过区域A，因而透过区域A的TE偏振态及遮光区域B的全部光线均能够重新进入背光系统得到循环利用。
当光线经过透过区域A形成不同视点的视差图像时，部分光线会朝向阵列基板的金属电极层并反射，在重新进入到立体显示光栅时，部分反射光被黑色遮光矩阵33吸收，避免反射光被显示光栅的金属层反射，因而能够有效地减少反射光，避免视差图像串扰，有效提高裸眼3D的显示效果。
图6为根据本发明又一实施例的立体显示光栅的制作方法的流程示意图，如图所示，包括以下步骤：
步骤S610、在透明基底上形成具有倾斜表面的黑色遮光矩阵，具体的，可以采用微电子光刻工艺或者纳米压印工艺形成黑色遮光矩阵。
步骤S620、在透明基底上除黑色遮光矩阵以外的区域形成介质层。
步骤S630、在黑色遮光矩阵及介质层上形成金属层。
步骤S640、采用微电子工艺刻蚀形成于介质层上的金属层，以形成多个条状金属。
需要说明的是，如果金属条状光栅的介质层采用的也是能够吸光的材料，那么也可以在形成黑色遮光矩阵之前，先在透明基底上形成一层介质层，然后再依次形成具有倾斜表面的黑色遮光矩阵、在黑色遮光矩阵及介质层上形成一层金属层以及刻蚀金属层形成多个条状金属。
在本发明的另一个实施例中，如果金属条状光栅的介质层采用的材料与透明基底的材料相同，例如均采用SiO2制作，那么也可以省去在透明基底上形成介质层的步骤，而将用于制作多个条状金属的金属材料直接沉积在透明基底上。
本发明实施例提供了一种黑色遮光矩阵、金属挡光光栅与金属条状光栅的一体式结构，其中金属挡光光栅与金属条状光栅分别构成遮光区与透光结构形成左右眼图像的分离。具体地，金属挡光光栅构成反射式挡光结构，金属条状光栅构成偏振选择透光结构，黑色遮光矩阵构成消串扰结构，能够显著提高后置光栅式裸眼3D显示模组的发光效率，并且能够有效防止金属导线反射所造成的图像串扰现象。
本发明实施例解决了现有光栅式裸眼立体显示器由于光栅的遮光作用所导致的亮度损失导致2D/3D显示画面亮度不足的问题，解决由于阵列基板侧金属反光所造成的图像串扰问题。
虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (9)

1.一种立体显示光栅，包括透明基底及间隔设置在所述透明基底上的透光区域与遮光区域：
在所述透光区域内设置有金属条状光栅，所述金属条状光栅用于接收从背光模组射向该透光区域的偏振光，并对所述偏振光进行选择；其中，透射偏振方向垂直于所述金属条状光栅的TM偏振光，反射偏振方向平行于所述金属条状光栅的TE偏振光；
在所述遮光区域内设置有黑色遮光矩阵与金属挡光光栅，其中，所述黑色遮光矩阵用于吸收从液晶显示单元反射回该遮光区域的偏振光；所述金属挡光光栅用于接收从背光模组射向该遮光区域的偏振光，并将所述偏振光反射回至背光模组，以使其重新射向所述透光区域，
所述黑色遮光矩阵为具有倾斜表面的条状凸起，所述条状凸起的长边沿与液晶显示单元的列相平行的方向设置；
所述金属挡光光栅为完全覆盖所述倾斜表面的金属层。
2.根据权利要求1所述的立体显示光栅，其特征在于，所述条状凸起的横截面的形状为大致三角形或者大致半弧形。
3.根据权利要求1所述的立体显示光栅，其特征在于，所述金属条状光栅包括介质层与金属层，其中，
所述介质层设置在所述透明基底上，所述金属层包括多个条状金属，所述多个条状金属相互平行，且以相等的间距间隔排列在所述介质层上。
4.根据权利要求3所述的立体显示光栅，其特征在于，所述多个条状金属的排列方向与液晶显示单元的列相平行或者相对于液晶显示单元的列相倾斜一定的角度。
5.根据权利要求4所述的立体显示光栅，其特征在于，所述多个条状金属所形成的排列的周期为20-500nm，占空比为0.1-0.9。
6.根据权利要求3所述的立体显示光栅，其特征在于，所述介质层材料包括二氧化硅、氧化硅、氧化镁、氮化硅、二氧化钛或者五氧化二钽；所述金属层材料包括铝、银或者铜。
7.一种立体显示光栅的制作方法，所述立体显示光栅包括透明基底及间隔设置在所述透明基底上的透光区域与遮光区域，所述方法包括：
在透明基底上形成具有倾斜表面的黑色遮光矩阵，所述黑色遮光矩阵设置在所述遮光区域内，所述黑色遮光矩阵用于吸收从液晶显示单元反射回该遮光区域的偏振光；
在所述透明基底上除所述黑色遮光矩阵以外的区域形成介质层；
在所述黑色遮光矩阵及所述介质层上形成金属层；
采用微电子工艺刻蚀形成于所述介质层上的金属层，以形成多个条状金属；其中，所述条状金属设置在所述透光区域内，所述条状金属用于接收从背光模组射向该透光区域的偏振光，并对所述偏振光进行选择；透射偏振方向垂直于所述条状金属的TM偏振光，反射偏振方向平行于所述条状金属的TE偏振光。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，采用微电子光刻工艺或者纳米压印工艺形成所述具有倾斜表面的黑色遮光矩阵。
9.一种立体显示装置，包括背光模组、液晶显示单元、上偏光片以及如权利要求1至6中任一项所述的立体显示光栅，所述立体显示光栅放置于所述背光模组与所述液晶显示单元之间。
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