CN110275309B - 偏振微透镜结构、显示装置及其驱动方法 - Google Patents

Abstract

本发明偏振微透镜结构、显示装置及其驱动方法。该偏振微透镜结构偏振微透镜结构、显示装置及其驱动方法。该偏振微透镜结构包括第一双折射光栅层和第二双折射光栅层，第一双折射光栅层与第二双折射光栅层相互叠置，第一双折射光栅层能对垂直偏振光进行汇聚，第二双折射光栅层能对水平偏振光进行汇聚。该偏振微透镜结构，通过将两双折射光栅层相叠置，能够实现对垂直偏振光和水平偏振光分别汇聚。该显示装置，通过采用上述偏振微透镜结构，不仅能明显提升图像显示的景深，而且能提升图像显示的分辨率，从而改善了其3D显示效果。

Description

偏振微透镜结构、显示装置及其驱动方法

技术领域

本发明属于显示技术领域，具体涉及一种偏振微透镜结构、显示装置及其驱动方法。

背景技术

光场显示技术由于能够解决人眼在观看三维物体时的辐辏和聚焦冲突的问题而备受关注，特别是伴随着消费级电子产品对显示设备的多样化需求，光场显示将会被运用到不同的场景和设备中，拥有广阔的发展前景。

光场显示技术可通过采用与传统面板显示技术类似的硬件结构，实现相对灵活的显示效果，如光场3D显示，光场近眼显示，然而上述灵活的显示特性往往需要牺牲显示的分辨率，也就是说基于相同的像素条件，采用光场显示的图像的空间分辨率较低，光场图像的空间深度感(即景深)与分辨率相互制约，易使空间三维图像的空间深度感也降低。如何改善现有光场显示图像的分辨率和空间深度感已成为业界研究的焦点。

发明内容

本发明针对现有技术中的问题，提供一种偏振微透镜结构、显示装置及其驱动方法。该偏振微透镜结构，通过将两双折射光栅层相叠置，能够实现对垂直偏振光和水平偏振光分别汇聚，且二者互不影响。

本发明提供一种偏振微透镜结构，包括第一双折射光栅层和第二双折射光栅层，所述第一双折射光栅层与所述第二双折射光栅层相互叠置，所述第一双折射光栅层能对垂直偏振光进行汇聚，所述第二双折射光栅层能对水平偏振光进行汇聚。

优选地，所述第一双折射光栅层包括第一树脂层和开设在所述第一树脂层一侧面上的多个第一凹槽，所述第一凹槽排布呈阵列，所述第一凹槽中填充有液晶；

所述第二双折射光栅层包括第二树脂层和开设在所述第二树脂层一侧面上的多个第二凹槽，所述第二凹槽排布呈阵列，所述第二凹槽中填充有液晶；

所述第一双折射光栅层和所述第二双折射光栅层开设有凹槽的面相贴合，且任意相邻两个所述第一凹槽之间间距的中点与其对应的所述第二凹槽的中心在所述第一双折射光栅层所在平面上的正投影重合。

本发明还提供一种显示装置，包括第一显示基板和第二显示基板，还包括上述偏振微透镜结构，所述偏振微透镜结构设置于所述第一显示基板和所述第二显示基板的出光侧，所述第一显示基板和所述第二显示基板组合能产生水平偏振态和垂直偏振态的显示光线。

优选地，所述第一显示基板和所述第二显示基板相互叠置，且所述第一显示基板和所述第二显示基板的出光侧朝向同一侧；

所述偏振微透镜结构位于所述第一显示基板的背离所述第二显示基板的一侧。

优选地，还包括透光反光结构层，所述第一显示基板和所述第二显示基板相互垂直设置，且所述第一显示基板和所述第二显示基板的出光侧相面对，所述偏振微透镜结构平行于所述第二显示基板设置；

所述透光反光结构层位于所述第一显示基板、所述第二显示基板和所述偏振微透镜结构围设形成的区域内，且所述透光反光结构层与所述第一显示基板和所述第二显示基板之间分别成小于90°的夹角，所述透光反光结构层能使水平偏振态光线完全透过，且能完全反射垂直偏振态光线。

优选地，所述第一显示基板和所述第二显示基板均为液晶显示面板。

本发明还提供一种上述显示装置的驱动方法，包括：驱动第一显示基板和第二显示基板的组合显示水平偏振态和垂直偏振态光线，偏振微透镜结构对水平偏振态光线和垂直偏振态光线分别进行汇聚。

优选地，所述驱动方法包括：

在一帧画面显示中，驱动所述第二显示基板显示画面图像，且所述第二显示基板显示水平偏振态光线，所述第一显示基板不显示画面图像，在第一时间段对所述第一显示基板不加电，以使所述第一显示基板将水平偏振态光线转换为垂直偏振态光线；在第二时间段对所述第一显示基板加电，以使所述第一显示基板不会改变水平偏振态光线的偏振方向；

所述第一时间段与所述第二时间段之和为一帧画面的显示时间。

优选地，所述驱动方法包括：

在一帧画面显示中，驱动所述第二显示基板显示1/2画面图像，且所述第二显示基板显示水平偏振态光线，在第一时间段对所述第一显示基板不加电，以使所述第一显示基板将水平偏振态光线转换为垂直偏振态光线；在第二时间段驱动所述第一显示基板显示另外1/2画面图像，且所述第一显示基板显示水平偏振态光线；

所述第一时间段与所述第二时间段之和为一帧画面的显示时间。

优选地，所述驱动方法包括：

在一帧画面显示中，驱动所述第一显示基板和所述第二显示基板同时显示同一画面图像，且所述第一显示基板显示垂直偏振态光线，所述第二显示基板显示水平偏振态光线；

或者，在一帧画面显示中，驱动所述第一显示基板和所述第二显示基板分别显示1/2画面图像，且所述第一显示基板显示垂直偏振态光线，所述第二显示基板显示水平偏振态光线。

本发明的有益效果：本发明所提供的偏振微透镜结构，通过将两双折射光栅层相叠置，能够实现对垂直偏振光和水平偏振光分别汇聚，且二者互不影响。

本发明所提供的显示装置，通过使第一显示基板和第二显示基板组合产生水平偏振态和垂直偏振态的显示光线，这两种偏振态的显示光线经过偏振微透镜结构后能分别被汇聚到不同的位置，相对于传统的只利用一种偏振态光线经过双折射光栅进行3D显示的显示装置，本实施例中的显示装置明显提升了图像显示的景深，且在第一显示基板和第二显示基板共同显示画面图像的情况下，还能提升图像显示的分辨率，从而改善了该显示装置的3D显示效果。

附图说明

图1为本发明实施例1中的偏振微透镜结构对水平偏振光线进行汇聚的示意图；

图2为本发明实施例1中的偏振微透镜结构对垂直偏振光线进行汇聚的示意图；

图3为本发明实施例2中显示装置的结构剖视示意图；

图4为本发明实施例4中显示装置的结构剖视示意图。

其中附图标记为：

1、第一双折射光栅层；11、第一树脂层；12、第一凹槽；13、液晶；2、第二双折射光栅层；21、第二树脂层；22、第二凹槽；3、第一显示基板；4、第二显示基板；5、偏振微透镜结构；6、透光反光结构层。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明偏振微透镜结构、显示装置及其驱动方法作进一步详细描述。

实施例1：

本实施例提供一种偏振微透镜结构，如图1和图2所示，包括第一双折射光栅层1和第二双折射光栅层2，第一双折射光栅层1与第二双折射光栅层2相互叠置，第一双折射光栅层1能对垂直偏振光进行汇聚，第二双折射光栅层2能对水平偏振光进行汇聚。

其中，第一双折射光栅层1和第二双折射光栅层2各自的结构均为传统的双折射光栅结构，第一双折射光栅层1和第二双折射光栅层2各自对光线的折射均为传统的双折射原理，这里不再赘述。

本实施例中，第一双折射光栅层1包括第一树脂层11和开设在第一树脂层11一侧面上的多个第一凹槽12，第一凹槽12排布呈阵列，第一凹槽12中填充有液晶13；第二双折射光栅层2包括第二树脂层21和开设在第二树脂层21一侧面上的多个第二凹槽22，第二凹槽22排布呈阵列，第二凹槽22中填充有液晶13；第一双折射光栅层1和第二双折射光栅层2开设有凹槽的面相贴合，且任意相邻两个第一凹槽12之间间距的中点与其对应的第二凹槽22的中心在第一双折射光栅层1所在平面上的正投影重合。按照上述结构设置的偏振微透镜结构能够分别对水平偏振光和垂直偏振光进行汇聚，且互不影响。

其中，相邻的第一凹槽12之间相互对接，相邻的第二凹槽22之间相互对接。第一凹槽12和第二凹槽22均为半椭圆状。相邻两个第一凹槽12之间间距的中点指的是相邻两个第一凹槽12的中心之间的连线的中点。第一树脂层11和第二树脂层21采用聚合物材料。填充于第一凹槽12中的液晶和填充于第二凹槽22中的液晶经固化构成了液晶透镜。第一树脂层11和第二树脂层21的折射率为n_p，液晶透镜垂直光轴的折射率n₀，平行光轴的折射率n_e，处于相对上层的第一双折射光栅层1中液晶透镜的液晶取向为水平方向，处于相对下层的第二双折射光栅层2中液晶透镜的液晶取向为垂直方向，二者相位相差90°，上下层双折射光栅层分别对不同偏振态的入射光作用，其中在上层液晶透镜中液晶材料的平行光轴的折射率n_e大于树脂层折射率n_p，下层液晶透镜中液晶材料的垂直光轴的折射率n₀等于树脂层折射率n_p，当入射光为水平偏振态时，上层液晶透镜起作用，当入射光为垂直偏振态时，下层液晶透镜发挥作用，从而对不同偏振态的图像光线源产生不同的聚焦作用。

实施例1的有益效果：实施例1中所提供的偏振微透镜结构，通过将两双折射光栅层相叠置，能够实现对垂直偏振光和水平偏振光分别汇聚，且二者互不影响。

实施例2：

本实施例提供一种显示装置，如图3所示，包括第一显示基板3和第二显示基板4，还包括实施例1中的偏振微透镜结构5，偏振微透镜结构5设置于第一显示基板3和第二显示基板4的出光侧，第一显示基板3和第二显示基板4组合能产生水平偏振态和垂直偏振态的显示光线。

其中，偏振微透镜结构5能使图像显示实现3D显示效果。传统的3D显示装置通常是在一个显示面板的出光侧设置双折射光栅，且该显示面板产生的显示光线为一个偏振态。传统3D显示装置的图像显示景深较小，且显示分辨率也较低。

通过使第一显示基板3和第二显示基板4组合产生水平偏振态和垂直偏振态的显示光线，这两种偏振态的显示光线经过偏振微透镜结构5后能分别被汇聚到不同的位置，相对于传统的只利用一种偏振态光线经过双折射光栅进行3D显示的显示装置，本实施例中的显示装置明显提升了图像显示的景深，且在第一显示基板3和第二显示基板4共同显示画面图像的情况下，还能提升图像显示的分辨率，从而改善了该显示装置的3D显示效果。

本实施例中，第一显示基板3和第二显示基板4相互叠置，且第一显示基板3和第二显示基板4的出光侧朝向同一侧；偏振微透镜结构5位于第一显示基板3的背离第二显示基板4的一侧。

其中，第一显示基板3和第二显示基板4均为液晶显示面板。即第一显示基板3和第二显示基板4均具有完整的独立显示结构，能够实现正常的图像显示，所以，第一显示基板3和第二显示基板4的具体结构不再赘述，凡是能够实现独立显示的显示基板结构均可。

基于显示装置的上述结构，本实施例还提供一种该显示装置的驱动方法，包括：驱动第一显示基板和第二显示基板的组合显示水平偏振态和垂直偏振态光线，偏振微透镜结构对水平偏振态光线和垂直偏振态光线分别进行汇聚。

本实施例中的显示装置的驱动方法具体包括：在一帧画面显示中，驱动第二显示基板显示画面图像，且第二显示基板显示水平偏振态光线，第一显示基板不显示画面图像，在第一时间段对第一显示基板不加电，以使第一显示基板将水平偏振态光线转换为垂直偏振态光线；在第二时间段对第一显示基板加电，以使第一显示基板不会改变水平偏振态光线的偏振方向；第一时间段与第二时间段之和为一帧画面的显示时间。

其中，当第一显示基板不加电时，第一显示基板中的液晶分子在上下取向膜的取向作用下(如下取向膜为水平取向，上取向膜为垂直取向，在第一显示基板不加电时，分布于下上取向膜之间的液晶分子的光轴逐渐偏转，由平行于水平偏振方向偏转为垂直于水平偏振方向)，会使水平偏振态的入射光线的偏振方向偏转90°，转换为垂直偏振态的光线。当第一显示基板加电时，第一显示基板中的液晶分子固定取向(如液晶分子的光轴均平行于水平偏振方向)，这时，液晶分子的取向能使水平偏振态光线完全通过，不会改变入射光线的偏振方向。在一帧显示的第一时间段和第二时间段交替对第一显示基板进行加电和不加电(即开启和关闭)，能使一帧画面交替进行水平偏振态光线显示和垂直偏振态光线显示，在偏振微透镜结构的作用下，水平偏振态光线汇聚到一个位置，垂直偏振态光线汇聚到另一个位置，从而使该显示装置的显示景深得到明显提升，从而改善了该显示装置的3D显示效果。

需要说明的是，也可以在第一时间段显示水平偏振态光线，在第二时间段显示垂直偏振态光线，相应地，只要在第一时间段对第一显示基板加电，在第二时间段对第一显示基板不加电即可实现。具体显示时水平偏振态光线和垂直偏振态光线如何交替显示，以及第一时间段和第二时间段各自的时间长短，这里不做限定。

实施例3：

本实施例提供一种显示装置，与实施例2中不同的是，本实施例中显示装置的驱动方法具体包括：在一帧画面显示中，驱动第二显示基板显示1/2画面图像，且第二显示基板显示水平偏振态光线，在第一时间段对第一显示基板不加电，以使第一显示基板将水平偏振态光线转换为垂直偏振态光线；在第二时间段驱动第一显示基板显示另外1/2画面图像，且第一显示基板显示水平偏振态光线；第一时间段与第二时间段之和为一帧画面的显示时间。

其中，第一时间段内，由于对第一显示基板不加电，所以第一显示基板能将第二显示基板显示的水平偏振态光线转换为垂直偏振态光线；第二时间段内，第一显示基板以水平偏振态光线显示另外1/2画面图像，此时，第二显示基板以水平偏振态光线显示1/2画面图像，所以，第一时间段内，显示装置显示垂直偏振态光线，第二时间段内，显示装置显示水平偏振态光线，如此不仅能明显提升该显示装置图像显示的景深，而且由于两个显示基板分别对显示图像的一部分进行显示，所以还能提升显示图像的分辨率，从而改善显示装置的显示效果。

本实施例中显示装置的结构以及其他结构设置与实施例2中相同，此处不再赘述。

实施例4：

本实施例提供一种显示装置，与实施例2或3不同的是，如图4所示，显示装置还包括透光反光结构层6，第一显示基板3和第二显示基板4相互垂直设置，且第一显示基板3和第二显示基板4的出光侧相面对，偏振微透镜结构5平行于第二显示基板4设置；透光反光结构层6位于第一显示基板3、第二显示基板4和偏振微透镜结构5围设形成的区域内，且透光反光结构层6与第一显示基板3和第二显示基板4之间分别成小于90°的夹角，透光反光结构层6能使水平偏振态光线完全透过，且能完全反射垂直偏振态光线。

本实施例中，第一显示基板3位于第二显示基板4以外。

基于显示装置的上述结构，本实施例还提供一种该显示装置的驱动方法，包括：在一帧画面显示中，驱动第一显示基板和第二显示基板同时显示同一画面图像，且第一显示基板显示垂直偏振态光线，第二显示基板显示水平偏振态光线。

第二显示基板显示的水平偏振态光线经过透光反光结构层时能完全通过，第一显示基板显示的垂直偏振态光线经过透光反光结构层时能被完全反射，完全通过的水平偏振态光线和被完全反射的垂直偏振态光线合并为同一束光线入射至偏振微透镜结构，偏振微透镜结构能将水平偏振态光线汇聚到一个位置，并能将垂直偏振态光线汇聚到另一个位置，从而明显提升了显示图像的景深，同时，由于同一画面图像通过两个显示基板进行显示，所以还明显提升了显示图像的分辨率。

实施例5：

本实施例提供一种显示装置，与实施例4中的显示装置不同的是，该显示装置的驱动方法包括：在一帧画面显示中，驱动第一显示基板和第二显示基板分别显示1/2画面图像，且第一显示基板显示垂直偏振态光线，第二显示基板显示水平偏振态光线。

同理，第二显示基板显示的水平偏振态光线经过透光反光结构层时能完全通过，第一显示基板显示的垂直偏振态光线经过透光反光结构层时能被完全反射，完全通过的水平偏振态光线和被完全反射的垂直偏振态光线合并为同一束光线入射至偏振微透镜结构，偏振微透镜结构能将水平偏振态光线汇聚到一个位置，并能将垂直偏振态光线汇聚到另一个位置，从而明显提升了显示图像的景深，同时，由于同一画面图像通过两个显示基板分别显示一部分，所以还明显提升了显示图像的分辨率。

本实施例中显示装置的结构以及其他结构与实施例4中相同，此处不再赘述。

实施例2-5的有益效果：实施例2-5所提供的显示装置，通过使第一显示基板和第二显示基板组合产生水平偏振态和垂直偏振态的显示光线，这两种偏振态的显示光线经过偏振微透镜结构后能分别被汇聚到不同的位置，相对于传统的只利用一种偏振态光线经过双折射光栅进行3D显示的显示装置，本实施例中的显示装置明显提升了图像显示的景深，且在第一显示基板和第二显示基板共同显示画面图像的情况下，还能提升图像显示的分辨率，从而改善了该显示装置的3D显示效果。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种显示装置，其特征在于，包括第一显示基板和第二显示基板，还包括偏振微透镜结构，所述偏振微透镜结构设置于所述第一显示基板和所述第二显示基板的出光侧，所述第一显示基板和所述第二显示基板组合能产生水平偏振态和垂直偏振态的显示光线；

所述偏振微透镜结构包括第一双折射光栅层和第二双折射光栅层，所述第一双折射光栅层与所述第二双折射光栅层相互叠置，所述第一双折射光栅层能对垂直偏振光进行汇聚，所述第二双折射光栅层能对水平偏振光进行汇聚；

所述第一双折射光栅层包括第一树脂层和开设在所述第一树脂层一侧面上的多个第一凹槽，所述第一凹槽排布呈阵列，所述第一凹槽中填充有液晶；

所述第二双折射光栅层包括第二树脂层和开设在所述第二树脂层一侧面上的多个第二凹槽，所述第二凹槽排布呈阵列，所述第二凹槽中填充有液晶；

所述第一双折射光栅层和所述第二双折射光栅层开设有凹槽的面相贴合，且任意相邻两个所述第一凹槽之间间距的中点与其对应的所述第二凹槽的中心在所述第一双折射光栅层所在平面上的正投影重合；

所述显示装置还包括透光反光结构层，所述第一显示基板和所述第二显示基板相互垂直设置，且所述第一显示基板和所述第二显示基板的出光侧相面对，所述偏振微透镜结构平行于所述第二显示基板设置；

所述透光反光结构层位于所述第一显示基板、所述第二显示基板和所述偏振微透镜结构围设形成的区域内，且所述透光反光结构层与所述第一显示基板和所述第二显示基板之间分别成小于90°的夹角，所述透光反光结构层能使水平偏振态光线完全透过，且能完全反射垂直偏振态光线。

2.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述第一显示基板和所述第二显示基板均为液晶显示面板。

3.一种如权利要求1-2任意一项所述的显示装置的驱动方法，其特征在于，包括：驱动第一显示基板和第二显示基板的组合显示水平偏振态和垂直偏振态光线，偏振微透镜结构对水平偏振态光线和垂直偏振态光线分别进行汇聚。

4.根据权利要求3所述的驱动方法，其特征在于，所述驱动方法包括：

在一帧画面显示中，驱动所述第一显示基板和所述第二显示基板同时显示同一画面图像，且所述第一显示基板显示垂直偏振态光线，所述第二显示基板显示水平偏振态光线；

或者，在一帧画面显示中，驱动所述第一显示基板和所述第二显示基板分别显示1/2画面图像，且所述第一显示基板显示垂直偏振态光线，所述第二显示基板显示水平偏振态光线。

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