CN106932998A - 一种分光器件及立体显示装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种分光器件，包括：第一基板；设置于第一基板一侧的多个条形第一电极；第二基板；设置于第二基板一侧的第二电极；所述第一电极与第二电极相对设置，两者之间填充有液晶混合物，所述液晶混合物内均匀分布间隙子；所述液晶混合物包括双频液晶、手性化合物和锚定双频液晶的聚合物网络。本发明还涉及包括该分光器件的立体显示装置。在本发明中，液晶混合物形成类似光栅的结构，实现2D与3D效果的灵活转换。2D显示和3D显示这两个状态均不需要电压维持，电压只是用来切换这两种状态，没有功耗。而且所述的分光器件不需要添加偏光片，对背光的损失较低。
Description
技术领域
本发明涉及3D技术领域，特别涉及一种分光器件及立体显示装置。
背景技术
立体显示装置是一种建立在人眼立体视觉机制上的新一代自由立体显示设备。它能够出色的利用多通道自动立体现实技术，不需要借助任何助视设备(如3D眼镜、头盔等)，即可获得具有完整深度信息的图像。
在立体显示装置中，能够实现2D与3D效果转换的关键在于其中具有分光器件。现有的立体显示装置中，分光器件主要为柱状透镜、狭缝光栅和液晶透镜三种。
柱状透镜因其物理性状固定，单一使用时无法实现2D-3D转换，只能制备纯3D显示装置；如需2D-3D转换，则需使用具有双折射的可聚合液晶，再配以TN式液晶盒来调整射入透镜中光的偏振态。
狭缝光栅，主要分为狭缝膜光栅和液晶狭缝光栅两种。其缺点突出，主要是会大幅降低显示屏的亮度，开口率的升高虽可以在一定程度上提升亮度，但是也会引起3D串扰的增加。在显示2D画面时，狭缝膜光栅会遮挡一部分的显示内容，使得显示具有明显的粗糙感。液晶狭缝虽然可以解决2D-3D可切换的问题，但是需要增加至少一层偏光片，将宝贵的背光亮度进一步降低一半以上。
液晶透镜，通过阵列式的电极来形成梯度的电场分布，进而通过液晶分子的排列来形成梯度的折射率分布，起到与柱状透镜相同的分光效果。当电压关闭后，液晶透镜就像一层折射率分布均匀的玻璃，虽然在一定程度上会降低透过率，但是影响不明显。
以上所述的可以2D-3D转换的柱状透镜配TN盒、液晶狭缝光栅和液晶透镜，在3D状态下时，其液晶器件(TN盒或液晶透镜)需要电场来维持，在显示模组功耗基础上进一步增大了综合功耗。而且柱状透镜和狭缝光栅需额外增加偏振片，对背光的损失较大。
目前业内亟需一种能够分光的器件以及应用该器件的3D显示装置，该分光器件需具有2D-3D可转换功能，在3D状态下分光装置不需要电场来维持，不需额外增加偏振片，对背光的损失较低。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种分光器件以及利用该分光器件实现3D显示的立体显示装置，所述分光器件实现3D显示时无需电场维持，而且对背光的损失较低。
本发明提供了一种分光器件，包括：
第一基板；
设置于第一基板一侧的多个第一电极，所述第一电极为条形电极；
第二基板；
设置于第二基板一侧的第二电极；
所述第一电极与第二电极相对设置，两者之间填充有液晶混合物，所述液晶混合物内均匀分布间隙子；
所述液晶混合物包括双频液晶、手性化合物和锚定双频液晶的聚合物网络，所述聚合物网络由具有液晶性的紫外光可聚合单体在光引发剂的作用下，施加预定电压，经光照后形成。
优选的，所述预定电压大于液晶分子阈值电压。
优选的，所述手性化合物为R1011，S811或CB15；
优选的，所述紫外光可聚合单体为RM23、RM257或LC242。
优选的，所述光引发剂为IRGACURE754或IRGACURE771。
优选的，所述第一电极为ITO电极或聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)电极。
优选的，所述第一电极为透明电极，平行排列且相邻两个所述第一电极之间留有间隙。
优选的，所述第一基板和所述第二基板为玻璃或聚对苯二甲酸乙二酯膜。
优选的，所述第二电极为面电极或条形电极。
本发明提供了一种立体显示装置，包括上述技术方案所述的分光器件。
优选的，所述分光器件设置于显示屏的表面或者所述分光器件设置于TFT显示层和背光源之间。
本发明还公开了上述技术所述分光器件的制备方法，包括：
将2～9wt％的具有液晶性的紫外光可聚合单体，1～3wt％的光引发剂，8～15wt％的手性化合物，以及75～88wt％的双频液晶混合；
将所述混合物进行脱泡；
将脱泡后的混合物封装于所述第一基板与所述第二基板之间形成分光器件；
在所述第一电极和所述第二电极之间施加一预设电压；
将所述分光器件进行紫外光照射，使所述具有液晶性的紫外可聚合单体聚合形成所述聚合物网络。
与现有技术相比，本发明中，液晶混合物形成类似光栅的结构，实现2D与3D效果的灵活转换。液晶混合物中双频液晶与手性化合物形成胆固醇相液晶，对光线有较强的调节作用。对第一电极施加高频电压时，形成的胆固醇相液晶处于散射状态而变得不透光，在第一电极处形成黑色区域，实现对光线的遮挡，达到3D显示的效果。对第一电极施加低频电压时，液晶混合物处于透明状态，不对光线进行遮挡，为2D显示效果。这两个状态均不需要电压维持，电压只是用来切换这两种状态，因此没有功耗。而且所述的分光器件不需要添加偏光片，对背光的损失较低。
附图说明
图1为本发明分光器件的结构示意图；
图2为第一基板和第一电极的结构示意图；
图3为第二基板和第二电极的结构示意图；
图4为局部分光器件在高频电压及低频电压时的作用示意图；
图5为分光器件在高频电压及低频电压时的作用示意图；
图6为一种显示装置的结构示意图；
图7为另外一种显示装置的结构示意图。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
本发明实施例公开了一种分光器件，包括：
第一基板；
设置于第一基板一侧的多个第一电极，所述第一电极为条形电极；
第二基板；
设置于第二基板一侧的第二电极；
所述第一电极与第二电极相对设置，两者之间填充有液晶混合物，所述液晶混合物内均匀分布间隙子；
所述液晶混合物包括双频液晶、手性化合物和锚定双频液晶的聚合物网络，所述聚合物网络由具有液晶性的紫外光可聚合单体在光引发剂的作用下，施加预定电压，经光照后形成。
本发明的关键在于将分光器件的结构进行改进并且配合能够形成胆固醇相的液晶混合物，从而形成类似光栅的结构，实现2D与3D效果的灵活转换。
本发明的分光器件结构具体参见图1，图1为本发明分光器件的结构示意图。所述分光器件包括：
第一基板11；所述第一基板11优选为玻璃或聚对苯二甲酸乙二醇酯膜(PET膜)；
设置于第一基板11一侧的多个第一电极12；所述第一电极12为透明条形电极，平行排列且两个相邻第一电极12之间留有间隙；所述透明电极优选为ITO电极或聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)电极(PEDOT)；
第二基板21；所述第二基板21优选为玻璃或聚对苯二甲酸乙二酯膜；
设置于第二基板21一侧的第二电极22；本实施例中，所述第二电极22为面电极。可以理解的，在其他实施例中，第二电极22也可以为多个条形电极，且与所述第一电极12一一相对平行设置。
所述第一电极12与第二电极22相对设置，两者之间填充有液晶混合物41，所述液晶混合物41内均匀分布间隙子23。所述间隙子23用于支撑第一基板11和第二基板21，且间隙子23的尺寸可以控制第一基板11和第二基板21之间的距离，即可以控制液晶混合物41的厚度。
图2为第一基板和第一电极的结构示意图，图2中，11为第一基板，12为第一电极，第一电极12为条形电极。
图3为第二基板和第二电极的结构示意图，图3中，21为第二基板，22为第二电极，第二电极22为面电极。
在本发明中，所述液晶混合物包括双频液晶、手性化合物和锚定双频液晶的聚合物网络。
其中，双频液晶和手性化合物相混合构成螺旋状胆固醇相液晶，对光线有比较强的调制作用，可以做到几乎完全遮光。
本发明对于双频液晶的来源没有特殊限制，市售产品即可。所述手性化合物优选为R1011，S811或CB15；
所述聚合物网络一方面，能够对双频液晶进行配向，使双频液晶分子在不加电的状态下，保持垂直于基板的排列方向；另一方面，由于双频液晶被锚定在高分子网络中，因此，在高频电压切换至低频电压时，双频液晶分子能够在电场的作用下，快速的发生转动到需要的角度。
所述聚合物网络由具有液晶性的紫外光可聚合单体在光引发剂的作用下，施加预定电压，经光照后形成。
在本发明的实施例中，具有液晶性的紫外光可聚合单体可以有多种，它可以在紫外光照射下形成聚合物网络，如分子的端部为碳碳双键结构，并且这种单体需要具有液晶性，可以更好的溶解于液晶分子中，并且具有液晶性的单体和液晶分子一样，可以呈现不同的取向，当具有液晶性的紫外光可聚合单体形成聚合物网络后，可通过锚定的作用固定其内部的双频液晶分子的排列。所述紫外光可聚合单体优选为RM23、RM257或LC242。RM257名称为4-(3-丙烯酰氧基丙氧基)苯甲酸2-甲基-1,4-苯酯，优选为德国默克公司生产。RM23为德国默克公司生产。LC242的结构为：
所述光引发剂优选为IRGACURE754或IRGACURE771，为巴斯夫光引发剂。
本发明提供的发光器件可以实现图4所示的效果。图4为局部分光器件在高频电压及低频电压时的作用示意图。图4中为一个条形电极处的液晶状态，11为第一基板，12为第一电极，41为胆固醇相液晶，21是第二基板，22是第二电极，32为聚合物网络。如图4(A)所示，对分光器件施加高频电压脉冲，分光器件中的双频液晶分子发生偏转成螺旋结构，液晶混合物处于光散射状态，大部分光通过散射而消除，第一电极12处形成黑色区域，实现对光线的遮挡。如图4(B)所示，对分光器件施加低频电压脉冲时，分光器件中的双频液晶分子垂直基板排布，液晶混合物处于透明态，不对光线进行遮挡，即光线可以透过。上述两种状态不需要电压来维持，因此无功耗。电压只是用来切换这两种状态，即从散射态切换到透过态，需施加低频电压信号；从透过态切换到散射态，需施加高频电压信号。
图5为分光器件在高频电压及低频电压时的作用示意图，其是第一电极为两个条形电极时的示意图。图5中的第一电极12为条行电极，第二电极22为面电极；11为第一基板，12为第一电极，41为胆固醇相液晶，21是第二基板，22是第二电极，32为聚合物网络。如图5(A)所示，对分光器件施加高频电压脉冲，分光器件中的双频液晶分子发生偏转成螺旋结构，液晶混合物处于光散射状态，大部分光通过散射而消除，第一电极12处形成黑色区域，实现对光线的遮挡。如图5(B)所示，对分光器件施加低频电压脉冲时，分光器件中的双频液晶分子垂直基板排布，液晶混合物处于透明态，不对光线进行遮挡，即光线可以透过。上述两种状态不需要电压来维持，因此无功耗。电压只是用来切换这两种状态，即从散射态切换到透过态，需施加低频电压信号；从透过态切换到散射态，需施加高频电压信号。
本发明还公开了所述分光器件的制备方法，包括：
将2～9wt％的具有液晶性的紫外光可聚合单体，1～3wt％的光引发剂，8～15wt％的手性化合物，以及75～88wt％的双频液晶混合；
将所述混合物进行脱泡；
将脱泡后的混合物封装于所述第一基板与所述第二基板之间形成分光器件；
在所述第一电极和所述第二电极之间施加一预设电压；
将所述分光器件进行紫外光照射，使所述具有液晶性的紫外可聚合单体聚合形成所述聚合物网络。
在本发明中，在第一电极和第二电极之间施加预定电压后，使得液晶分子发生偏转，沿着垂直基板的方向排列，该预定电压为大于液晶阈值电压的值；同时施加紫外光，待光照完成后，即得到具有光栅效果的液晶混合物。所述紫外光照射强度优选为1～80mW/cm2，照射时间优选为5～200分钟。
本发明还公开了一种立体显示装置，包括上述技术方案所述的分光器件。所述分光器件可以设置于显示屏的表面或者设置于TFT显示层和背光源之间。
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的分光器件及立体显示装置进行详细说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。
实施例1
分光器件的结构为：
第一基板；
设置于第一基板一侧的多个第一电极，所述第一电极为条形电极；
第二基板；
设置于第二基板一侧的第二电极，所述第二电极为面电极；
所述第一电极与第二电极相对设置，两者之间填充有液晶混合物，所述液晶混合物内均匀分布间隙子；
所述液晶混合物包括双频液晶、手性化合物和锚定双频液晶的聚合物网络，所述聚合物网络由具有液晶性的紫外光可聚合单体在光引发剂的作用下，施加预定的电压，经光照后形成。
具体的制备方法为：将3wt％的具有液晶性的紫外光可聚合单体，1wt％的光引发剂，10wt％的手性化合物，以及86wt％的双频液晶混合；
将所述混合物进行脱泡；
将脱泡后的混合物封装于所述第一基板与所述第二基板之间形成分光器件；
在所述第一电极和所述第二电极之间施加一预设电压；
将所述分光器件进行强度80mW/cm2紫外光照射5分钟，使所述具有液晶性的紫外可聚合单体聚合形成所述聚合物网络。
将所述分光器件设置于显示屏的表面，制成立体显示装置。
显示装置的结构示意图如图6所示，图6中，51为分光器件，52分光器件的第一电极区域，53为立体显示装置。所述分光器件设置于显示屏的表面，其可以实现具有2D-3D可转换功能，在3D状态下分光装置不需要电场来维持，不需额外增加偏振片，对背光的损失较低。
对分光器件施加高频电压时，该分光器件处于图6所示(A)状态时，此时第一电极区域52对应的液晶混合物处于散射态，不透光，第一电极区域52处形成黑色区域，实现对光线的遮挡，其作用相当于狭缝光栅，从而使得显示装置处于3D显示状态。对分光器件施加低频电压时，该分光器件处于图6所示(B)状态，此时第一电极区域52对应的液晶混合物处于透过态，即透明状态，其不对光线进行遮挡，第一电极区域52表现与玻璃无差别，从而使得显示装置处于2D显示状态。
实施例2
分光器件的结构为：
第一基板；
设置于第一基板一侧的多个第一电极，所述第一电极为条形电极；
第二基板；
设置于第二基板一侧的第二电极，所述第二电极为面电极；
所述第一电极与第二电极相对设置，两者之间填充有液晶混合物，所述液晶混合物内均匀分布间隙子；
所述液晶混合物包括双频液晶、手性化合物和锚定双频液晶的聚合物网络，所述聚合物网络由具有液晶性的紫外光可聚合单体在光引发剂的作用下，施加预定的电压，经光照后形成。
将所述分光器件设置于TFT显示层和背光源之间，制成立体显示装置。
显示装置的结构示意图如图7所示，图7中，61为背光源，62为TFT显示层，51为分光器件，52为分光器件的第一电极区域。所述分光器件设置于TFT显示层和背光源之间，其可以实现具有2D-3D可转换功能，在3D状态下分光装置不需要电场来维持，不需额外增加偏振片，对背光的损失较低。
对分光器件施加高频电压时，该分光器件处于图6所示(A)状态，此时第一电极区域52对应的液晶混合物处于散射态，可以阻挡从背光源发出的光线射入TFT显示层，使得在TFT显示中出相应图案的暗区，从而使得显示装置处于3D显示状态。对分光器件施加低频电压时，该分光器件处于图6所示(B)状态，此时第一电极区域52对应的液晶混合物处于透过态，光线可以无损失的透过分光器件，使得在TFT显示层不会出现黑色暗区，从而使得显示装置处于2D显示状态。
此种分光器件的设置方式的优点在于液晶混合物对于背光源射入其中的光线有漫反射的作用，透过率可以控制在5％以内，反射回的光可以增加光源中光线的利用率，进而降低背光源的功耗。
实施例3
分光器件的结构为：
第一基板；
设置于第一基板一侧的多个第一电极，所述第一电极为条形电极；
第二基板；
设置于第二基板一侧的第二电极；所述第二电极为条形电极，所述第二电极与所述第一电极一一相对平行设置。
所述第一电极与第二电极相对设置，两者之间填充有液晶混合物，所述液晶混合物内均匀分布间隙子；
所述液晶混合物包括双频液晶、手性化合物和锚定双频液晶的聚合物网络，所述聚合物网络由具有液晶性的紫外光可聚合单体在光引发剂的作用下，施加预定的电压，经光照后形成。
将所述分光器件设置于显示屏的表面，制成立体显示装置。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (12)
1.一种分光器件，包括：
第一基板；
设置于第一基板一侧的多个第一电极，所述第一电极为条形电极；
第二基板；
设置于第二基板一侧的第二电极；
所述第一电极与第二电极相对设置，两者之间填充有液晶混合物，所述液晶混合物内均匀分布间隙子；
所述液晶混合物包括双频液晶、手性化合物和锚定双频液晶的聚合物网络，所述聚合物网络由具有液晶性的紫外光可聚合单体在光引发剂的作用下，施加预定电压，经光照后形成。
2.根据权利要求1所述的分光器件，其特征在于，所述预定电压大于液晶分子阈值电压。
3.根据权利要求1所述的分光器件，其特征在于，所述手性化合物为R1011，S811或CB15；
4.根据权利要求1所述的分光器件，其特征在于，所述紫外光可聚合单体为RM23、RM257或LC242。
5.根据权利要求1所述的分光器件，其特征在于，所述光引发剂为IRGACURE754或IRGACURE771。
6.根据权利要求1所述的分光器件，其特征在于，所述第一电极为ITO电极或聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)电极。
7.根据权利要求1所述的分光器件，其特征在于，所述第一电极为透明电极，平行排列且相邻两个所述第一电极之间留有间隙。
8.根据权利要求1所述的分光器件，其特征在于，所述第一基板和所述第二基板为玻璃或聚对苯二甲酸乙二酯膜。
9.根据权利要求1所述的分光器件，其特征在于，所述第二电极为面电极或条形电极。
10.一种立体显示装置，包括权利要求1～9任意一项所述的分光器件。
11.根据权利要求9所述的立体显示装置，其特征在于，所述分光器件设置于显示屏的表面或者所述分光器件设置于TFT显示层和背光源之间。
12.一种如权利要求1所述分光器件的制备方法，其特征在于，包括：
将2～9wt％的具有液晶性的紫外光可聚合单体，1～3wt％的光引发剂，8～15wt％的手性化合物，以及75～88wt％的双频液晶混合；
将所述混合物进行脱泡；
将脱泡后的混合物封装于所述第一基板与所述第二基板之间形成分光器件；
在所述第一电极和所述第二电极之间施加一预设电压；
将所述分光器件进行紫外光照射，使所述具有液晶性的紫外可聚合单体聚合形成所述聚合物网络。
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