CN107247361A - 一种裸眼3d显示器件及液晶显示装置 - Google Patents

一种裸眼3d显示器件及液晶显示装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种裸眼3D显示器件及液晶显示装置，用以降低裸眼3D显示设备的功耗，该裸眼3D显示器件包括：依次设置的偏振片、第一基板、第一黑矩阵层、第一电极、光学元件结构、液晶层、第二电极和第二基板，以及向所述偏振片发射准直光的光源；其中，第一黑矩阵层在每一子像素单元设置有一开口；光学元件结构包括多个棱镜，每一所述棱镜完全覆盖一所述开口，各所述棱镜设置于所述液晶层中；在3D显示模式下，在对所述第一电极和所述第二电极加载电压信号时，可以使得入射各左眼子像素单元的光经各自棱镜偏折后出射光的方向指向左眼视场，入射各右眼子像素单元的光经各自棱镜偏折后出射光的方向指向右眼视场。

Description

一种裸眼3D显示器件及液晶显示装置
技术领域
本发明涉及显示技术领域，特别是涉及一种裸眼3D显示器件及液晶显示装置。
背景技术
随着液晶显示技术的不断发展，三维(Three-Dimensional，3D)立体显示技术已经备受关注，成为显示领域的一个重要的前沿科技领域，其最基本的原理是利用左右人眼分别接收不同的画面，经过大脑对接收的图像信息进行叠加重生，构成立体方向效果的影像。3D立体显示技术包括助视3D显示和裸眼3D显示。其中，裸眼3D显示为不需要任何助视设备观看到3D效果的显示。
现有的裸眼3D移动显示产品(例如手机产品)更多服务于单人观看，而现有的裸眼3D显示设备在3D显示模式下，其出射光线分布在各个方向，只要少量光线起到3D观看的作用，大部分光线都无法被观看者接收到，从而造成光利用率较低，对功耗造成浪费，对移动显示设备而言，将造成待机时间短的问题。
因此，如何降低裸眼3D显示设备的功耗，是本领域技术人员亟需解决的技术问题。
发明内容
本发明实施例提供了一种裸眼3D显示器件及液晶显示装置，用以降低裸眼3D显示设备的功耗。
本发明实施例提供的一种裸眼3D显示器件，包括：依次设置的偏振片、第一基板、第一黑矩阵层、第一电极、光学元件结构、液晶层、第二电极和第二基板，以及向所述偏振片发射准直光的光源；其中，
所述第一黑矩阵层在每一子像素单元设置有一开口；
所述光学元件结构包括多个棱镜，每一所述棱镜完全覆盖一所述开口，各所述棱镜设置于所述液晶层中；
在3D显示模式下，在对所述第一电极和所述第二电极加载电压信号时，所述液晶层中的液晶分子发生旋转，使得入射各左眼子像素单元的光经各自棱镜偏折后出射光的方向指向左眼视场，入射各右眼子像素单元的光经各自棱镜偏折后出射光的方向指向右眼视场。
本发明实施例提供的裸眼3D显示器件，包括：依次设置的偏振片、第一基板、第一黑矩阵层、第一电极、光学元件结构、液晶层、第二电极和第二基板，以及向所述偏振片发射准直光的光源；其中，所述第一黑矩阵层在每一子像素单元设置有一开口；所述光学元件结构包括多个棱镜，每一所述棱镜完全覆盖一所述开口，各所述棱镜设置于所述液晶层中；在3D显示模式下，在对所述第一电极和所述第二电极加载电压信号时，所述液晶层中的液晶分子发生旋转，使得入射各左眼子像素单元的光经各自棱镜偏折后出射光的方向指向左眼视场，入射各右眼子像素单元的光经各自棱镜偏折后出射光的方向指向右眼视场，由于在3D显示模式下，入射各左眼子像素单元的光经各自棱镜偏折后出射光的方向指向左眼视场，入射各右眼子像素单元的光经各自棱镜偏折后出射光的方向指向右眼视场，这样，出射的光线基本能被观看者接收到，从而可以减少光线损坏，降低裸眼3D显示设备的功耗。
较佳地，所述棱镜为直角棱镜，所述光源发射的光线从所述直角棱镜的一直角面入射，并从所述直角棱镜的底面出射。
较佳地，从所述裸眼3D显示器件的边缘区域到所述裸眼3D显示器件中与人眼视场相对的区域，所述直角棱镜的入光面与出光面之间的夹角逐渐减小。
较佳地，所述第一电极为狭缝电极，所述第二电极为板状电极。
较佳地，每一子像素单元中，所述狭缝电极包括两层结构，每层结构包括多个条状的电极部以及位于相邻的电极部之间的多个狭缝，上层结构的电极部设于下层结构的狭缝上方，且上层结构的电极部与相邻的下层结构的电极部在所述第一基板上的投影有部分重合。
较佳地，所述光源为面状光源或点阵光源。
较佳地，还包括：位于所述第二电极和所述第二基板之间的彩膜结构；所述彩膜结构至少包括用于3D显示的普通彩膜层。
较佳地，所述彩膜结构还包括：用于2D显示的扩散膜彩膜层；所述扩散膜彩膜层与所述普通彩膜层在所述第一基板上的投影不重合，每一子像素单元中，所述普通彩膜层比所述扩散膜彩膜层更靠近所述裸眼3D显示器件中与人眼视场相对的区域。
较佳地，若所述光源为面状光源，还包括：位于所述第二电极和所述第二基板之间的第二黑矩阵层；所述第二黑矩阵层与所述普通彩膜层在所述第一基板上的投影不重合，每一子像素单元中，所述普通彩膜层比所述第二黑矩阵层更靠近所述裸眼3D显示器件中与人眼视场相对的区域。
本发明实施例还提供了一种液晶显示装置，包括本发明任意实施例提供的裸眼3D显示器件。
由于本发明实施例提供的液晶显示装置，包括本发明任意实施例提供的裸眼3D显示器件，而本发明实施例提供的裸眼3D显示器件包括：依次设置的偏振片、第一基板、第一黑矩阵层、第一电极、光学元件结构、液晶层、第二电极和第二基板，以及向所述偏振片发射准直光的光源；其中，所述第一黑矩阵层在每一子像素单元设置有一开口；所述光学元件结构包括多个棱镜，每一所述棱镜完全覆盖一所述开口，各所述棱镜设置于所述液晶层中；在3D显示模式下，在对所述第一电极和所述第二电极加载电压信号时，所述液晶层中的液晶分子发生旋转，使得入射各左眼子像素单元的光经各自棱镜偏折后出射光的方向指向左眼视场，入射各右眼子像素单元的光经各自棱镜偏折后出射光的方向指向右眼视场，由于在3D显示模式下，入射各左眼子像素单元的光经各自棱镜偏折后出射光的方向指向左眼视场，入射各右眼子像素单元的光经各自棱镜偏折后出射光的方向指向右眼视场，这样，出射的光线基本能被观看者接收到，从而可以减少光线损坏，降低裸眼3D显示设备的功耗。
附图说明
图1为本发明实施例一提供的裸眼3D显示器件的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的裸眼3D显示器件在处于3D显示模式下的亮态显示时光线偏折示意图；
图3为本发明实施例提供的裸眼3D显示器件在黑态显示时光线偏折示意图；
图4为本发明实施例二提供的裸眼3D显示器件的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的裸眼3D显示器件在处于2D显示模式下的亮态显示时光线偏折示意图；
图6为本发明实施例三提供的裸眼3D显示器件的结构示意图；
图7为本发明实施例四提供的裸眼3D显示器件的结构示意图。
具体实施方式
本发明实施例提供了一种裸眼3D显示器件及液晶显示装置，用以降低裸眼3D显示设备的功耗。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明附图中各层的厚度和形状不反映真实比例，目的只是示意说明本发明内容。
实施例一：
参见图1，本发明实施例一提供的一种裸眼3D显示器件，包括：依次设置的偏振片11、第一基板12、第一黑矩阵层13、第一电极14、光学元件结构15、液晶层16、第二电极17和第二基板18，以及向偏振片11发射准直光的光源19。
其中，第一黑矩阵层13在每一子像素单元20(图1中以虚线间隔子像素单元)设置有一开口21；
光学元件结构15包括多个棱镜151，每一棱镜151完全覆盖一开口21，各棱镜151设置于液晶层16中；棱镜151的材质例如可以为树脂材质；棱镜151的折射率n'介于液晶的寻常光折射率no与非常光折射率ne之间。
光源19为面状光源；
在3D显示模式下，在对第一电极14和第二电极17加载电压信号时，液晶层16中的液晶分子发生旋转，使得入射各左眼子像素单元的光经各自棱镜151偏折后出射光的方向指向左眼视场，入射各右眼子像素单元的光经各自棱镜151偏折后出射光的方向指向右眼视场(图1中带箭头的直线表示光线的传播方向)。
由于在3D显示模式下，入射各左眼子像素单元的光经各自棱镜151偏折后出射光的方向指向左眼视场，入射各右眼子像素单元的光经各自棱镜151偏折后出射光的方向指向右眼视场，这样，出射的光线基本能被观看者接收到，从而可以减少光线损坏，降低裸眼3D显示设备的功耗。
在一较佳实施方式中，如图1所示，棱镜151为直角棱镜，光源19发射的光线从直角棱镜的一直角面入射，并从该直角棱镜的底面出射。当然，棱镜151也可以为其它类型的棱镜，只要能实现上述功能即可，本发明实施例对此并不进行限定。
在一较佳实施方式中，如图1所示，从裸眼3D显示器件的边缘区域到裸眼3D显示器件中与人眼视场24相对的区域，直角棱镜的入光面与出光面之间的夹角θ逐渐减小。较佳地，人眼视场24可以设置在对应裸眼3D显示器件的中心区域的位置，但本发明实施例并不限于此。
需要指出的是，本发明实施例提供的裸眼3D显示器件中，直角棱镜的底面可以如图1所示面向人眼视场24，还可以设置成背向人眼视场24，本发明实施例对此并不进行限定。
在一较佳实施方式中，第一电极14可以设置为狭缝电极，第二电极17可以设置为板状电极。第一电极14可以作为像素电极，第二电极17可以作为公共电极。
需要指出的是，第一电极14与第二电极17的位置可以互换，本发明实施例对此并不进行限定。
在一较佳实施方式中，如图1所示，每一子像素单元20中，狭缝电极包括两层结构，每层结构包括多个条状的电极部141以及位于相邻的电极部141之间的多个狭缝142，上层结构的电极部141设于下层结构的狭缝142上方，且上层结构的电极部141与相邻的下层结构的电极部141在第一基板12上的投影有部分重合。
在一较佳实施方式中，为了便于驱动和制作，各层的各电极部141可以设置成均相同，各层的电极部141还可以设置成呈周期性排列。
需要指出的是，上述裸眼3D显示器件能够显示的灰阶数与子像素单元20中包括的电极部141的条数有关，例如，若子像素单元20中包括7条电极部141，则上述裸眼3D显示器件能够实现8个灰阶的显示。
在一较佳实施方式中，如图1所示，上述裸眼3D显示器件还可以包括：位于第二电极17和第二基板18之间的彩膜结构22；该彩膜结构22包括用于3D显示的普通彩膜层221。
上述裸眼3D显示器件还包括：位于第二电极17和第二基板18之间的第二黑矩阵层23；在一较佳实施方式中，如图1所示，第二黑矩阵层23与普通彩膜层221在第一基板12上的投影不重合，每一子像素单元20中，普通彩膜层221比第二黑矩阵层23更靠近裸眼3D显示器件中与人眼视场24相对的区域。
在一较佳实施方式中，如图1所示，第二黑矩阵层23与普通彩膜层221同层设置，当然，也可以不同层设置，本发明实施例对此并不进行限定。
在一较佳实施方式中，光源19发射的光线方向垂直第一基板12。
在一较佳实施方式中，在第一黑矩阵层13与光学元件结构15之间设有第一平坦层，第一电极14设置于该第一平坦层中。
在一较佳实施方式中，在第二电极17与普通彩膜层221之间设有第二平坦层。
下面对本发明实施例一中裸眼3D显示器件的工作原理进行简单说明。
在本发明实施例中，当裸眼3D显示器件处于3D工作状态时，针对任意一个子像素单元20，在亮态显示时，对该子像素单元20的全部电极部141加载第一电压信号，该子像素单元20的全部电极部141上的液晶层16中的液晶分子发生旋转，液晶等效折射率为第一折射率n1，使得全部入射该子像素单元20的光经其棱镜151偏折后出射光的方向指向人眼视场24(该子像素单元20中的普通彩膜层221设置在棱镜151到人眼视场的光路上)，在黑态显示时，对该子像素单元20的全部电极部141加载第二电压信号，该子像素单元20的全部电极部141上的液晶层16中的液晶分子发生旋转，液晶等效折射率为第二折射率n2，使得全部入射该子像素单元20的光经其棱镜151偏折后照射到该子像素单元20中的第二黑矩阵层23，在中间灰态显示时，对该子像素单元20的部分电极部141加载第一电压信号，部分电极部141加载第二电压信号，使得部分入射该子像素单元20的光经其棱镜151偏折后出射光的方向指向人眼视场24，部分入射该子像素单元20的光经其棱镜151偏折后照射到该子像素单元20中的第二黑矩阵层23。
例如：图1中虚线框中的子像素单元20，在亮态显示时，入射该子像素单元20的光经其棱镜151偏折后出射光的方向如图2所示，在黑态显示时，入射该子像素单元20的光经其棱镜151偏折后出射光的方向如图3所示。
需要指出的是，上述的第一电压信号、第二电压信号、第一折射率n1、第二折射率n2均不指某一特定值，对于不同的子像素单元20，其取值可能不同。
实施例二：
本发明实施例二提供的裸眼3D显示器件与本发明实施例一提供的裸眼3D显示器件相似，相同的部分在此不再赘述，下面只说明不同的部分。
参见图4，本发明实施例二提供的裸眼3D显示器件，彩膜结构22不仅包括用于3D显示的普通彩膜层221，还包括：用于2D显示的扩散膜彩膜层222。
在一较佳实施方式中，如图4所示，扩散膜彩膜层222与普通彩膜层221在第一基板12上的投影不重合，每一子像素单元20中，普通彩膜层221比扩散膜彩膜层222更靠近裸眼3D显示器件中与人眼视场相对的区域。
在一较佳实施方式中，如图4所示，扩散膜彩膜层222与普通彩膜层221同层设置，当然，也可以不同层设置，本发明实施例对此并不进行限定。
需要指出的是，每一子像素单元20中，扩散膜彩膜层222与第二黑矩阵层23的位置可以如图4所示，也可以是将图4中两者的位置互换后得到的位置，本发明实施例对此并不进行限定。
下面对本发明实施例二中裸眼3D显示器件的工作原理进行简单说明。
在本发明实施例中，当裸眼3D显示器件处于3D工作状态时，其工作原理与本发明实施例一中裸眼3D显示器件的工作原理相同，在此不再赘述。
当裸眼3D显示器件处于2D工作状态时，针对任意一个子像素单元20，在亮态显示时，对该子像素单元20的全部电极部141加载第三电压信号，该子像素单元20的全部电极部141上的液晶层16中的液晶分子发生旋转，液晶等效折射率为第三折射率n3，使得全部入射该子像素单元20的光经其棱镜151偏折后照射到该子像素单元20中的扩散膜彩膜层222，经扩散膜彩膜层222滤波以及打散后出射，在黑态显示时，对该子像素单元20的全部电极部141加载第二电压信号，该子像素单元20的全部电极部141上的液晶层16中的液晶分子发生旋转，液晶等效折射率为第二折射率n2，使得全部入射该子像素单元20的光经其棱镜151偏折后照射到该子像素单元20中的第二黑矩阵层23，在中间灰态显示时，对该子像素单元20的部分电极部141加载第三电压信号，部分电极部141加载第二电压信号，使得部分入射该子像素单元20的光经其棱镜151偏折后照射到该子像素单元20中的扩散膜彩膜层222，部分入射该子像素单元20的光经其棱镜151偏折后照射到该子像素单元20中的第二黑矩阵层23，以实现宽视角2D显示。
例如：图4中虚线框中的子像素单元20，在处于2D显示模式下的亮态显示时，入射该子像素单元20的光经其棱镜151偏折后出射光的方向如图5所示。
需要指出的是，上述的第三电压信号、第三折射率n3均不指某一特定值，对于不同的子像素单元20，其取值可能不同。
实施例三：
本发明实施例三提供的裸眼3D显示器件与本发明实施例一提供的裸眼3D显示器件相似，相同的部分在此不再赘述，下面只说明不同的部分。
参见图6，本发明实施例三提供的裸眼3D显示器件，光源19为点阵光源，每一子像素单元20中，可以不设置第二黑矩阵层23。
在一较佳实施方式中，每一子像素单元20中，作为像素电极的第一电极14可以设置为板状。
下面对本发明实施例三中裸眼3D显示器件的工作原理进行简单说明。
在本发明实施例中，当裸眼3D显示器件处于3D工作状态时，针对任意一个子像素单元20，对该子像素单元20的全部电极部141加载第一电压信号，该子像素单元20的全部电极部141上的液晶层16中的液晶分子发生旋转，液晶等效折射率为第一折射率n1，使得全部入射该子像素单元20的光经其棱镜151偏折后出射光的方向指向人眼视场(该子像素单元20中的普通彩膜层221设置在棱镜151到人眼视场的光路上)，并且通过控制该子像素单元20对应的光源19的亮度实现灰阶显示。
实施例四：
本发明实施例四提供的裸眼3D显示器件与本发明实施例三提供的裸眼3D显示器件相似，相同的部分在此不再赘述，下面只说明不同的部分。
参见图7，本发明实施例四提供的裸眼3D显示器件，其彩膜结构22采用本发明实施例二提供的裸眼3D显示器件中的彩膜结构22。
下面对本发明实施例四中裸眼3D显示器件的工作原理进行简单说明。
在本发明实施例中，当裸眼3D显示器件处于3D工作状态时，其工作原理与本发明实施例三中裸眼3D显示器件的工作原理相同，在此不再赘述。
为了实现宽视角2D显示，当裸眼3D显示器件处于2D工作状态时，针对任意一个子像素单元20，对该子像素单元20的全部电极部141加载第三电压信号，该子像素单元20的全部电极部141上的液晶层16中的液晶分子发生旋转，液晶等效折射率为第三折射率n3，使得全部入射该子像素单元20的光经其棱镜151偏折后照射到该子像素单元20中的扩散膜彩膜层222，经扩散膜彩膜层222滤波以及打散后出射，并且通过控制该子像素单元20对应的光源19的亮度实现灰阶显示。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种液晶显示装置，包括本发明任意实施例提供的裸眼3D显示器件，该液晶显示装置可以为：手机、平板电脑、电视机、显示器、笔记本电脑、数码相框、导航仪等任何具有显示功能的产品或部件。
综上所述，本发明实施例提供的技术方案中，裸眼3D显示器件包括：依次设置的偏振片、第一基板、第一黑矩阵层、第一电极、光学元件结构、液晶层、第二电极和第二基板，以及向所述偏振片发射准直光的光源；其中，所述第一黑矩阵层在每一子像素单元设置有一开口；所述光学元件结构包括多个棱镜，每一所述棱镜完全覆盖一所述开口，各所述棱镜设置于所述液晶层中；在3D显示模式下，在对所述第一电极和所述第二电极加载电压信号时，所述液晶层中的液晶分子发生旋转，使得入射各左眼子像素单元的光经各自棱镜偏折后出射光的方向指向左眼视场，入射各右眼子像素单元的光经各自棱镜偏折后出射光的方向指向右眼视场，由于在3D显示模式下，入射各左眼子像素单元的光经各自棱镜偏折后出射光的方向指向左眼视场，入射各右眼子像素单元的光经各自棱镜偏折后出射光的方向指向右眼视场，这样，出射的光线基本能被观看者接收到，从而可以减少光线损坏，降低裸眼3D显示设备的功耗。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种裸眼3D显示器件，其特征在于，包括：依次设置的偏振片、第一基板、第一黑矩阵层、第一电极、光学元件结构、液晶层、第二电极和第二基板，以及向所述偏振片发射准直光的光源；其中，
所述第一黑矩阵层在每一子像素单元设置有一开口；
所述光学元件结构包括多个棱镜，每一所述棱镜完全覆盖一所述开口，各所述棱镜设置于所述液晶层中；
在3D显示模式下，在对所述第一电极和所述第二电极加载电压信号时，所述液晶层中的液晶分子发生旋转，使得入射各左眼子像素单元的光经各自棱镜偏折后出射光的方向指向左眼视场，入射各右眼子像素单元的光经各自棱镜偏折后出射光的方向指向右眼视场。
2.根据权利要求1所述的裸眼3D显示器件，其特征在于，所述棱镜为直角棱镜，所述光源发射的光线从所述直角棱镜的一直角面入射，并从所述直角棱镜的底面出射。
3.根据权利要求2所述的裸眼3D显示器件，其特征在于，从所述裸眼3D显示器件的边缘区域到所述裸眼3D显示器件中与人眼视场相对的区域，所述直角棱镜的入光面与出光面之间的夹角逐渐减小。
4.根据权利要求1所述的裸眼3D显示器件，其特征在于，所述第一电极为狭缝电极，所述第二电极为板状电极。
5.根据权利要求4所述的裸眼3D显示器件，其特征在于，每一子像素单元中，所述狭缝电极包括两层结构，每层结构包括多个条状的电极部以及位于相邻的电极部之间的多个狭缝，上层结构的电极部设于下层结构的狭缝上方，且上层结构的电极部与相邻的下层结构的电极部在所述第一基板上的投影有部分重合。
6.根据权利要求1所述的裸眼3D显示器件，其特征在于，所述光源为面状光源或点阵光源。
7.根据权利要求6所述的裸眼3D显示器件，其特征在于，还包括：位于所述第二电极和所述第二基板之间的彩膜结构；所述彩膜结构至少包括用于3D显示的普通彩膜层。
8.根据权利要求7所述的裸眼3D显示器件，其特征在于，所述彩膜结构还包括：用于2D显示的扩散膜彩膜层；所述扩散膜彩膜层与所述普通彩膜层在所述第一基板上的投影不重合，每一子像素单元中，所述普通彩膜层比所述扩散膜彩膜层更靠近所述裸眼3D显示器件中与人眼视场相对的区域。
9.根据权利要求7或8所述的裸眼3D显示器件，其特征在于，若所述光源为面状光源，还包括：位于所述第二电极和所述第二基板之间的第二黑矩阵层；所述第二黑矩阵层与所述普通彩膜层在所述第一基板上的投影不重合，每一子像素单元中，所述普通彩膜层比所述第二黑矩阵层更靠近所述裸眼3D显示器件中与人眼视场相对的区域。
10.一种液晶显示装置，其特征在于，包括权利要求1～9任一项所述的裸眼3D显示器件。
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