CN113835234A - 一种集成成像的裸眼3d显示装置及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种集成成像的裸眼3D显示装置，包括柔性液晶盒、高分辨率显示模块和驱动模块；所述柔性液晶盒包括从上至下依次设置的上电极层、液晶层、和下电极层；所述上电极层包括从上至下依次设置上柔性基板、图形化电极、高阻层和第一取向层；所述下电极层包括从上至下依次设置的微透镜阵列、第二取向层、公共电极和下柔性基板；所述驱动模块与图形化电极和公共电极分别连接，可调控柔性液晶盒的景深；所述上、下柔性基板的曲率半径可控制装置的视场角；所述高分辨率显示模块与柔性液晶盒匹配并显示微单元图像。本发明实现集大视场角、大景深范围和高分辨率显示于一体的裸眼3D显示装置，有效解决了传统集成成像系统各参数之间相互制约的问题。
Description
技术领域
本发明涉及光电显示领域，具体涉及一种集成成像的裸眼3D显示装置及其制备方法。
背景技术
传统的视觉图像只能以平面显示作为三位信息的展示方式，难以满足人们的需求。随着现实领域技术的不断发展，裸眼显示技术成为三维立体现实领域中的研究热点。集成成像裸眼3D显示技术是利用透镜阵列再现立体图像的一种真3D立体显示技术。因其具备无需佩戴任何助视设备、无视觉疲劳等优点，成为裸眼3D显示技术发展的主流之一。但是，集成成像3D显示同时也存在视场角、景深范围和分辨率这三者不能同时权衡的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种集成成像的裸眼3D显示装置及其制备方法，实现集大视场角、大景深范围和高分辨率显示于一体的裸眼3D显示装置，有效解决了传统集成成像系统各参数之间相互制约的问题。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种集成成像的裸眼3D显示装置，包括柔性液晶盒、高分辨率显示模块和驱动模块；所述柔性液晶盒包括从上至下依次设置的上电极层、液晶层、和下电极层；所述上电极层包括从上至下依次设置上柔性基板、图形化电极、高阻层和第一取向层；所述下电极层包括从上至下依次设置的微透镜阵列、第二取向层、公共电极和下柔性基板；所述驱动模块与图形化电极和公共电极分别连接，可调控柔性液晶盒的景深；所述上、下柔性基板的曲率半径可控制装置的视场角；所述高分辨率显示模块与柔性液晶盒匹配并显示微单元图像。
进一步的，上柔性基板和下柔性基板的曲率半径一致，且该柔性基板的曲率半径大小决定了整个装置的视场角大小。
进一步的，所述图形化电极为非透明材质，长度、宽度在40µm-500µm之间，相邻阵列间距在10µm-100µm之间，形状采用圆形或正多边形；
所述图形化电极采用包含镂空孔阵列的面状层结构，且该面状层结构的图形化电极图案与公共电极上的微透镜阵列完全重合。
进一步的，所述微透镜阵列包括两种高度不同的微透镜阵列，共覆盖F行×D列个像素单元，所述像素单元包括两种高度不同的微透镜以及隔离子，相邻像素单元之间用黑矩阵隔开。
进一步的，所述隔离子为透明隔离子，高度大于第一微透镜阵列和第二微透镜阵列。
进一步的，所述黑矩阵采用光刻刻蚀或丝网印刷制备，由一带有镂空图形化阵列的不透明金属或不透明光刻胶组成，位于公共电极一侧。
进一步的，所述公共电极一侧的两种不同高度的微透镜阵列和上柔性基板的图形化电极的小孔阵列小孔一一对应，且所述透镜单元位于对应的小孔阵列小孔中与图形化电极的中心轴线完全重合.
一种集成成像的裸眼3D显示装置的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1：选取上柔性基板，然后采用光刻技术在第一基板表面上制作一包含P行×Q列个图形的面电极；
步骤S2：在步骤S1制备得到的图形化电极表面采用旋涂工艺制作一层透明材料，经等离子体处理后后形成取向层薄膜，再经摩擦取向形成第一取向层；
步骤S3：选取下柔性基板并对其划片，清洗和烘干，制作平面电极；在平面电极一面采用旋涂工艺制作一层透明材料，经等离子体处理后形成取向层薄膜，再将取向层薄膜沿着第一取向层相反方向摩擦取向层形成第二取向层；
步骤S4:在平面电极上制备微透镜阵列：
步骤S5:在图形化电极的第一取向层的表面采用喷粉设备制作的透明隔离子，在平面电极的第二取向层四周采用印刷或喷墨打印工艺涂覆封框胶，封框胶的四周预留灌晶口；
步骤S6:将图形化电极层和平面电极层按第一取向层和第二取向层反向对准，所述封框胶融化后形成封框体；
步骤S7:利用灌晶设备将液晶分子沿着步骤S4中的灌晶口灌入封框体，再封离灌晶口，液晶分子在圆孔状电极层和平面电极层中间形成液晶层；
步骤S8:灌注液晶完成后，在液晶注入口涂上固化胶，紫外曝光后封口得到液晶盒,
进一步的，所述步骤S4具体为：
S41：选取步骤S2制备的平面电极，采用旋涂的方式在平面电极表面旋涂第一层正性光刻胶；
S42：选择带有透光图案的掩膜版一，对第一层正性光刻胶进行第一次曝光得到第一列柱状阵列；
S43：采用旋涂的方式在平面电极表面旋涂第二层正性光刻胶，选择带有透光图案的掩膜版二，对第二层正性光刻胶进行第二次曝光，得到第二列柱状阵列；
S44：对曝光基板上的正性光刻胶区域进行显影处理后，被一次被曝光区覆盖的正性光刻胶区域处只有第一层正性光刻胶留存，被二次曝光区覆盖的正性光刻胶区域的第一层正性光刻胶和第二层正性光刻胶均留存，形成两种具有不同厚度的光刻胶柱；
S45：将步骤S44制备得到的两种具有不同厚度的光刻胶柱加热一段时间可得到两种不同高度的微透镜阵列。
进一步的，所述微透镜阵列可以采用光刻胶熔融、激光刻蚀、丝网印刷或喷墨打印工艺制备，由若干个周期性排列的微透镜组成，并与图形化电极上镂空小空阵列的中心位置完全重合。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
本发明实现集大视场角、大景深范围和高分辨率显示于一体的裸眼3D显示装置，有效解决了传统集成成像系统各参数之间相互制约的问题。
附图说明
图1是本发明实施例的图形化电极；
图2是本发明实施例的图形化电极和像素单元的对应关系；
图3是本发明实施例的图形化电极和子像素单元对应关系的横截面图；
图4是本发明实施例的公共电极和图形化电极、第一微透镜阵列、第二微透镜阵列的对应关系图；
图5是本发明实施例的掩膜版一；
图6是本发明实施例的掩膜版二；
图7是本发明实施例的显示装置在开态时的状态；
图8是本发明实施例的显示装置在关态时的状态；
图中，1是上柔性基板，2是图形化电极，3是高阻层，4是第一取向层，5是液晶分子，6是隔离子，7是第一微透镜阵列，8是第二微透镜阵列，9是黑矩阵，10是第二取向层，11是公共电极，12是下柔性基板，13是高分辨率显示面板，14，15，16分别是子像素点，17是一个子像素点单元，18是一个像素单元。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
本发明提供一种集成成像的裸眼3D显示装置，包括柔性液晶盒、高分辨率显示模块和驱动模块；所述柔性液晶盒包括从上至下依次设置的上电极层、液晶层、和下电极层；所述上电极层包括从上至下依次设置上柔性基板、图形化电极、高阻层和第一取向层；所述下电极层包括从上至下依次设置的微透镜阵列、第二取向层、公共电极和下柔性基板；所述驱动模块与图形化电极和公共电极分别连接，可调控柔性液晶盒的景深；所述上、下柔性基板的曲率半径可控制装置的视场角；所述高分辨率显示模块与柔性液晶盒匹配并显示微单元图像。
在本实施例中，还提供一种集成成像的裸眼3D显示装置的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1：选取上柔性基板，然后采用光刻技术在第一基板表面上制作一包含P行×Q列个图形的面电极；
步骤S2：在步骤S1制备得到的图形化电极表面采用旋涂工艺制作一层透明材料，经等离子体处理后后形成取向层薄膜，再经摩擦取向形成第一取向层；
步骤S3：选取下柔性基板并对其划片，清洗和烘干，制作平面电极；在平面电极一面采用旋涂工艺制作一层透明材料，经等离子体处理后形成取向层薄膜，再将取向层薄膜沿着第一取向层相反方向摩擦取向层形成第二取向层；
步骤S4:在平面电极上制备微透镜阵列，具体如下：
S41：选取步骤S2制备的平面电极，采用旋涂的方式在平面电极表面旋涂第一层正性光刻胶；
S42：选择带有透光图案的掩膜版一，对第一层正性光刻胶进行第一次曝光得到第一列柱状阵列；
S43：采用旋涂的方式在平面电极表面旋涂第二层正性光刻胶，选择带有透光图案的掩膜版二，对第二层正性光刻胶进行第二次曝光，得到第二列柱状阵列；
在本实施例中，第一柱状阵列包括bDF个，第二柱状阵列包括（m-a-b）DF个，如图4所示；
S44：对曝光基板上的正性光刻胶区域进行显影处理后，被一次被曝光区覆盖的正性光刻胶区域处只有第一层正性光刻胶留存，被二次曝光区覆盖的正性光刻胶区域的第一层正性光刻胶和第二层正性光刻胶均留存，形成两种具有不同厚度的光刻胶柱；
S45：将步骤S44制备得到的两种具有不同厚度的光刻胶柱加热一段时间可得到两种不同高度的微透镜阵列。
步骤S5:在图形化电极的第一取向层的表面采用喷粉设备制作的透明隔离子，在平面电极的第二取向层四周采用印刷或喷墨打印工艺涂覆封框胶，封框胶的四周预留灌晶口；所述封框胶的厚度为隔离子的厚度3-5倍；
步骤S6:将图形化电极层和平面电极层按第一取向层和第二取向层反向对准，所述封框胶融化后形成封框体；
步骤S7:利用灌晶设备将液晶分子沿着步骤S4中的灌晶口灌入封框体，再封离灌晶口，液晶分子在圆孔状电极层和平面电极层中间形成液晶层；
步骤S8:灌注液晶完成后，在液晶注入口涂上固化胶，紫外曝光后封口得到液晶盒,
优选的，在本实施例中，图形化电极为非透明材质，长度、宽度在40µm-500µm之间，相邻阵列间距在10µm-100µm之间，形状采用圆形或正多边形。呈包含镂空孔阵列的面状层结构，且该面状层结构的图形化电极图案与公共电极上的微透镜阵列完全重合，所述电极包含P行×Q列，如图1所示，其中每m个电极看作一个像素单元，每个像素单元包含n个子像素单元，如图2和图3所示，每个子像素单元包括3个子像素点，整个显示屏一共包括F行×D列个像素单元，如图2所示。
优选的，在本实施例中，微透镜阵列包括两种高度不同的微透镜阵列，共覆盖F行×D列个像素单元，所述像素单元包括两种高度不同的微透镜以及隔离子，相邻像素单元之间用黑矩阵隔开。
隔离子为透明隔离子，透明隔离子在40-100µm之间，所述隔离子的大小决定了整个液晶盒的盒厚，高度大于第一微透镜阵列和第二微透镜阵列。
优选的，在本实施例中，公共电极一侧的两种不同高度的微透镜阵列和上柔性基板的图形化电极的小孔阵列小孔一一对应，且所述透镜单元位于对应的小孔阵列小孔中与图形化电极的中心轴线完全重合，且第一微透镜阵列高度大于第二微透镜阵列高度，如图4所示，所述曝光基板的材料采用柔性基板包括透明PET或者PMMA亚克力板中的一种，优选为柔性ITO透明导电基板。
优选的，在本实施例中，微透镜阵列可以采用光刻胶熔融、激光刻蚀、丝网印刷、喷墨打印等工艺制备，并由若干个周期性排列的微透镜组成，并与图形化电极上镂空小空阵列的中心位置完全重合。
优选的，在本实施例中，掩膜版一和掩膜版二四周有“十”字形对位标记，便于两次的光刻的图案完全重合，如图5和图6所示。
优选的，在本实施例中，柔性液晶盒可按照一定曲率半径弯折，由于柔性基板的这种可挠特性，可通过改变柔性液晶盒的曲率半径调节整个集成成像装置的可视角，高分辨率显示器用来显示微单元图像，通过驱动模块调控液晶盒的开关，如图7所示为开态时显示装置的工作状态，如图8所示为关态时显示装置的工作状态，结合公共基板上制备的两种不同高度的微透镜阵列和液晶分子可进一步扩大整个显示装置的景深范围，进而实现一种集大视场角、大景深范围和高分辨率显示于一体的集成式集成成像3D显示装置。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (8)
1.一种集成成像的裸眼3D显示装置，包括柔性液晶盒、高分辨率显示模块和驱动模块；所述柔性液晶盒包括从上至下依次设置的上电极层、液晶层、和下电极层；所述上电极层包括从上至下依次设置上柔性基板、图形化电极、高阻层和第一取向层；所述下电极层包括从上至下依次设置的微透镜阵列、第二取向层、公共电极和下柔性基板；所述驱动模块与图形化电极和公共电极分别连接，可调控柔性液晶盒的景深；所述上、下柔性基板的曲率半径控制装置的视场角；所述高分辨率显示模块与柔性液晶盒匹配并显示微单元图像。
2.根据权利要求1所述的一种集成成像的裸眼3D显示装置，其特征在于，上柔性基板和下柔性基板的曲率半径一致。
3.根据权利要求1所述的一种集成成像的裸眼3D显示装置，其特征在于，所述
图形化电极为非透明材质，长度、宽度在40µm-500µm之间，相邻阵列间距在10µm-100µm之间，形状采用圆形或正多边形；所述图形化电极采用包含镂空孔阵列的面状层结构，且该面状层结构的图形化电极图案与公共电极上的微透镜阵列完全重合。
4.根据权利要求1所述的一种集成成像的裸眼3D显示装置，其特征在于，所述微透镜阵列包括两种高度不同的微透镜阵列，共覆盖F行×D列个像素单元，所述像素单元包括两种高度不同的微透镜以及隔离子，相邻像素单元之间用黑矩阵隔开。
5.根据权利要求4所述的一种集成成像的裸眼3D显示装置，其特征在于，所述隔离子为透明隔离子，高度大于第一微透镜阵列和第二微透镜阵列。
6.根据权利要求4所述的一种集成成像的裸眼3D显示装置，其特征在于，所述黑矩阵采用光刻刻蚀或丝网印刷制备，由一带有镂空图形化阵列的不透明金属或不透明光刻胶组成，位于公共电极一侧。
7.根据权利要求1所述的一种集成成像的裸眼3D显示装置，其特征在于，所述所述公共电极一侧的两种不同高度的微透镜阵列和上柔性基板的图形化电极的小孔阵列小孔一一对应，且所述透镜单元位于对应的小孔阵列小孔中与图形化电极的中心轴线完全重合.
一种集成成像的裸眼3D显示装置的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：选取上柔性基板，然后采用光刻技术在第一基板表面上制作一包含P行×Q列个图形的面电极；
步骤S2：在步骤S1制备得到的图形化电极表面采用旋涂工艺制作一层透明材料，经等离子体处理后后形成取向层薄膜，再经摩擦取向形成第一取向层；
步骤S3：选取下柔性基板并对其划片，清洗和烘干，制作平面电极；在平面电极一面采用旋涂工艺制作一层透明材料，经等离子体处理后形成取向层薄膜，再将取向层薄膜沿着第一取向层相反方向摩擦取向层形成第二取向层；
步骤S4:在平面电极上制备微透镜阵列：
步骤S5:在图形化电极的第一取向层的表面采用喷粉设备制作的透明隔离子，在平面电极的第二取向层四周采用印刷或喷墨打印工艺涂覆封框胶，封框胶的四周预留灌晶口；
步骤S6:将图形化电极层和平面电极层按第一取向层和第二取向层反向对准，所述封框胶融化后形成封框体；
步骤S7:利用灌晶设备将液晶分子沿着步骤S4中的灌晶口灌入封框体，再封离灌晶口，液晶分子在圆孔状电极层和平面电极层中间形成液晶层；
步骤S8:灌注液晶完成后，在液晶注入口涂上固化胶，紫外曝光后封口得到液晶盒,
根据权利要求7所述的一种集成成像的裸眼3D显示装置的制备方法，其特征在于，所述步骤S4具体为：
S41：选取步骤S2制备的平面电极，采用旋涂的方式在平面电极表面旋涂第一层正性光刻胶；
S42：选择带有透光图案的掩膜版一，对第一层正性光刻胶进行第一次曝光得到第一列柱状阵列；
S43：采用旋涂的方式在平面电极表面旋涂第二层正性光刻胶，选择带有透光图案的掩膜版二，对第二层正性光刻胶进行第二次曝光，得到第二列柱状阵列；
S44：对曝光基板上的正性光刻胶区域进行显影处理后，被一次被曝光区覆盖的正性光刻胶区域处只有第一层正性光刻胶留存，被二次曝光区覆盖的正性光刻胶区域的第一层正性光刻胶和第二层正性光刻胶均留存，形成两种具有不同厚度的光刻胶柱；
S45：将步骤S44制备得到的两种具有不同厚度的光刻胶柱加热一段时间可得到两种不同高度的微透镜阵列。
8.根据权利要求7所述的一种集成成像的裸眼3D显示装置的制备方法，其特征在于，所述微透镜阵列可以采用光刻胶熔融、激光刻蚀、丝网印刷或喷墨打印工艺制备，由若干个周期性排列的微透镜组成，并与图形化电极上镂空小空阵列的中心位置完全重合。
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