CN114815290A - 一种基于pb相位的可切换三维显示装置 - Google Patents

一种基于pb相位的可切换三维显示装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于PB相位的可切换三维显示装置，包括依次贴合的一层显示屏，一层1/4波片和一层厚度为光源波长的1/2的液晶相位调制器；其中1/4波片将入射线偏振光转换为圆偏振光；液晶相位调制器通过PB相位的原理实现透镜阵列功能，且可以通过电控方式在附加透镜相位与不附加相位之间切换，进而实现三维显示与二维显示效果之间的切换：关态时，液晶分子与基板平行，在平面内取向不同，从而通过PB相位原理实现液晶透镜阵列功能，此时器件实现三维显示效果；开态时，液晶分子全部与基板垂直，液晶层不附加相位，此时器件实现二维显示效果。相较于传统的三维显示装置，本发明可以通过电控方式实现二维显示与三维显示功能之间的切换。

Description

一种基于PB相位的可切换三维显示装置
技术领域
本发明涉及三维显示领域，具体涉及一种基于PB相位的可切换三维显示装置。
背景技术
当前的传统三维显示通常是采用在显示屏上贴合一层透镜阵列的方式实现的。这种方式采用的透镜阵列通常是固定的，一旦功能被确定后就不能更改。
液晶相位调制器可以在电控作用下改变对入射光的调制作用，通过液晶相位调制器可以实现透镜阵列，并且是电可调谐的。因此如果使用液晶相位调制器替代三维显示器件中的透镜阵列层，便可以实现功能的可切换。
此外，传统三维显示的驱动液晶的TFT电极可能会对光产生遮挡，导致器件的透光率下降，因此，通过合理设置TFT电极的位置，可以增大器件的透光率。
发明内容
技术问题：本发明的目的在于提供一种基于PB相位的可切换三维显示装置，该装置采用液晶相位调制器替代传统器件中的透镜阵列层，液晶采用PB相位原理实现透镜阵列功能。该装置可以通过电控的方式实现二维显示与三维显示之间的切换。
技术方案：为了实现上述目的，本发明采用一种基于PB相位的可切换三维显示装置，该显示装置包括依次贴合的一层显示屏，一层1/4波片和一层液晶相位调制器；其中1/4波片将入射线偏振光转换为圆偏振光，液晶相位调制器通过PB相位的原理实现液晶透镜阵列功能，且通过电控方式在附加透镜相位与不附加相位之间切换，进而实现三维显示与二维显示效果之间的切换：液晶相位调制器处于关态时，液晶分子与基板平行，在平面内取向不同，从而通过PB相位原理实现液晶透镜阵列功能，此时显示装置实现三维显示效果；开态时，液晶分子全部与基板垂直，液晶层不附加相位，此时显示装置实现二维显示效果。
其中，
所述显示屏采用包括LCD、OLED或MicroLED显示屏。
所述液晶透镜阵列是一维阵列或二维阵列。
所述二维透镜阵列中，每个透镜设置为圆形、六边形或八边形几何形态。
所述液晶相位调制器的TFT驱动电极设置在所述液晶透镜之间的缝隙中以增大器件透光率。
所述液晶相位调制器厚度为入射线偏振光波长的1/2。
有益效果：本发明和现有技术相比，可以实现在电控作用下二维显示与三维显示功能之间的切换，并可以通过设置TFT电极的位置增大透光率。
附图说明
图1为基于PB相位的可切换三维显示装置的示意图。
图2为液晶相位调制器形成圆形液晶透镜阵列的示意图。其中(a)为圆形液晶透镜阵列示意图；(b)为单个圆形液晶透镜及坐标系示意图。
图3为液晶相位调制器功能切换原理示意图。其中(a)为液晶相位调制器关态时液晶分子取向示意图；(b)为液晶相位调制器关态时液晶分子取向示意图。
图4为圆形液晶透镜阵列中的TFT电极设置位置示意图。
图5为液晶相位调制器形成六边形液晶透镜阵列的示意图。其中(a)为六边形液晶透镜阵列示意图；(b)为单个六边形液晶透镜及坐标系示意图。
图6为六边形液晶透镜阵列中的TFT电极设置位置示意图。
图7为液晶相位调制器形成八边形液晶透镜阵列的示意图。其中(a)为八边形液晶透镜阵列示意图；(b)为单个八边形液晶透镜及坐标系示意图。
图8为八边形液晶透镜阵列中的TFT电极设置位置示意图。
图9为液晶相位调制器形成一维液晶透镜阵列的示意图。其中(a)为一维液晶透镜阵列示意图；(b)为单个一维液晶透镜及坐标系示意图。
图10为一维液晶透镜阵列中的TFT电极设置位置示意图。
图中有：显示屏1、1/4波片2、液晶相位调制器3。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。
实施例1
图1为一种基于PB相位的可切换三维显示装置的示意图，包括三层依次贴合的光学器件，分别为显示屏1、1/4波片2、液晶相位调制器3。其中显示屏为LCD显示屏；其中1/4波片将入射线偏振光转换为圆偏振光，液晶相位调制器通过PB相位的原理实现液晶透镜阵列功能，且通过电控方式在附加透镜相位与不附加相位之间切换，进而实现三维显示与二维显示效果之间的切换：液晶相位调制器处于关态时，液晶分子与基板平行，在平面内取向不同，从而通过PB相位原理实现液晶透镜阵列功能，此时显示装置实现三维显示效果；开态时，液晶分子全部与基板垂直，液晶层不附加相位，此时显示装置实现二维显示效果。
显示屏发出的光为线偏振光，经过1/4波片后成为圆偏振光。液晶相位调制器的液晶层厚度为光波长的1/2，用于将入射光附加PB相位。
液晶相位调制器通过像素化的取向，在关态时可以实现二维液晶透镜阵列功能。如图2(a)所示，透镜阵列中每个透镜都为圆形。每个像素的取向方向可以按如下原理计算得出。如图2(b)所示，对于每个液晶透镜，以其中心为原点建立直角坐标系，则透镜中各位置所应附加的相位可由下式得出：
Figure BDA0003615962150000031
其中k为波矢，f为透镜焦距。根据PB相位原理，入射圆偏振光在通过液晶层后，会变成与原偏振方向正交的圆偏振光，并附加一个PB相位，其值为：
Figure BDA0003615962150000032
其中θ为平面内液晶分子偏转的角度。根据以上两个公式即可推算出液晶所应取向的角度。
二维与三维显示切换的原理如图3。当关态时，液晶分子指向矢在平面内，此时对入射光附加PB相位，液晶相位调制器形成液晶透镜阵列，装置产生三维显示效果；当开态时，液晶分子在电场作用下与平面垂直，此时不对入射光附加相位，因此液晶相位调制器不起到任何作用，装置产生二维显示效果。通过电控，装置在关态与开态之间切换，从而实现二维与三维显示之间的切换。
液晶相位调制器中驱动液晶的TFT电极设置的位置如图4所示。其中，由于圆形液晶透镜阵列内部均为对三维显示的光场产生贡献的区域，因此TFT应设置在液晶透镜之间的缝隙中，即图中黑色边线与灰色区域的位置。
实施例2
图1为一种基于PB相位的可切换三维显示装置的示意图，包括三层依次贴合的光学器件，分别为显示屏，1/4波片，液晶相位调制器。其中显示屏为OLED显示屏。
显示屏发出的光为线偏振光，经过1/4波片后成为圆偏振光。液晶相位调制器的液晶层厚度为光波长的1/2，用于将入射光附加PB相位。
液晶相位调制器通过像素化的取向，在关态时可以实现二维液晶透镜阵列功能。如图5(a)所示，透镜阵列中每个透镜都为六边形。每个像素的取向方向可以按如下原理计算得出。如图5(b)所示，对于每个液晶透镜，以其中心为原点建立直角坐标系，则透镜中各位置所应附加的相位可由下式得出：
Figure BDA0003615962150000041
其中k为波矢，f为透镜焦距。根据PB相位原理，入射圆偏振光在通过液晶层后，会变成与原偏振方向正交的圆偏振光，并附加一个PB相位，其值为：
Figure BDA0003615962150000042
其中θ为平面内液晶分子偏转的角度。根据以上两个公式即可推算出液晶所应取向的角度。
二维与三维显示切换的原理如图3。当关态时，液晶分子指向矢在平面内，此时对入射光附加PB相位，液晶相位调制器形成液晶透镜阵列，装置产生三维显示效果；当开态时，液晶分子在电场作用下与平面垂直，此时不对入射光附加相位，因此液晶相位调制器不起到任何作用，装置产生二维显示效果。通过电控，装置在关态与开态之间切换，从而实现二维与三维显示之间的切换。
液晶相位调制器中驱动液晶的TFT电极设置的位置如图6所示。其中，由于六边形液晶透镜阵列内部均为对三维显示的光场产生贡献的区域，因此TFT应设置在液晶透镜之间的缝隙中，即图中黑色边线与灰色区域的位置。
实施例3
图1为一种基于PB相位的可切换三维显示装置的示意图，包括三层依次贴合的光学器件，分别为显示屏，1/4波片，液晶相位调制器。其中显示屏为MicroLED显示屏。
显示屏发出的光为线偏振光，经过1/4波片后成为圆偏振光。液晶相位调制器的液晶层厚度为光波长的1/2，用于将入射光附加PB相位。
液晶相位调制器通过像素化的取向，在关态时可以实现二维液晶透镜阵列功能。如图7(a)所示，透镜阵列中每个透镜都为八边形。每个像素的取向方向可以按如下原理计算得出。如图7(b)所示，对于每个液晶透镜，以其中心为原点建立直角坐标系，则透镜中各位置所应附加的相位可由下式得出：
Figure BDA0003615962150000043
其中k为波矢，f为透镜焦距。根据PB相位原理，入射圆偏振光在通过液晶层后，会变成与原偏振方向正交的圆偏振光，并附加一个PB相位，其值为：
Figure BDA0003615962150000051
其中θ为平面内液晶分子偏转的角度。根据以上两个公式即可推算出液晶所应取向的角度。
二维与三维显示切换的原理如图3。当关态时，液晶分子指向矢在平面内，此时对入射光附加PB相位，液晶相位调制器形成液晶透镜阵列，装置产生三维显示效果；当开态时，液晶分子在电场作用下与平面垂直，此时不对入射光附加相位，因此液晶相位调制器不起到任何作用，装置产生二维显示效果。通过电控，装置在关态与开态之间切换，从而实现二维与三维显示之间的切换。
液晶相位调制器中驱动液晶的TFT电极设置的位置如图8所示。其中，由于八边形液晶透镜阵列内部均为对三维显示的光场产生贡献的区域，因此TFT应设置在液晶透镜之间的缝隙中，即图中黑色边线与灰色区域的位置。
实施例4
图1为一种基于PB相位的可切换三维显示装置的示意图，包括三层依次贴合的光学器件，分别为(1)显示屏，(2)1/4波片，(3)液晶相位调制器。其中显示屏为LCD显示屏。
显示屏发出的光为线偏振光，经过1/4波片后成为圆偏振光。液晶相位调制器的液晶层厚度为光波长的1/2，用于将入射光附加PB相位。
液晶相位调制器通过像素化的取向，在关态时可以实现一维液晶透镜阵列功能。如图9(a)所示，透镜阵列中每个透镜都为长条状。每个像素的取向方向可以按如下原理计算得出。如图9(b)所示，对于每个液晶透镜，以其中心为原点建立一维坐标系，则透镜中各位置所应附加的相位可由下式得出：
Figure BDA0003615962150000052
其中k为波矢，f为透镜焦距。根据PB相位原理，入射圆偏振光在通过液晶层后，会变成与原偏振方向正交的圆偏振光，并附加一个PB相位，其值为：
Figure BDA0003615962150000053
其中θ为平面内液晶分子偏转的角度。根据以上两个公式即可推算出液晶所应取向的角度。
二维与三维显示切换的原理如图3。当关态时，液晶分子指向矢在平面内，此时对入射光附加PB相位，液晶相位调制器形成液晶透镜阵列，装置产生三维显示效果；当开态时，液晶分子在电场作用下与平面垂直，此时不对入射光附加相位，因此液晶相位调制器不起到任何作用，装置产生二维显示效果。通过电控，装置在关态与开态之间切换，从而实现二维与三维显示之间的切换。
液晶相位调制器中驱动液晶的TFT电极设置的位置如图8所示。其中，由于一维液晶透镜阵列内部均为对三维显示的光场产生贡献的区域，因此TFT应设置在液晶透镜之间的缝隙中，即图中黑色边线的位置。
本发明未详述之处，均为本领域技术人员的公知技术。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (6)

1.一种基于PB相位的可切换三维显示装置，其特征在于，该显示装置包括依次贴合的一层显示屏(1)，一层1/4波片(2)和一层液晶相位调制器(3)；其中1/4波片将入射线偏振光转换为圆偏振光，液晶相位调制器通过PB相位的原理实现液晶透镜阵列功能，且通过电控方式在附加透镜相位与不附加相位之间切换，进而实现三维显示与二维显示效果之间的切换：液晶相位调制器处于关态时，液晶分子与基板平行，在平面内取向不同，从而通过PB相位原理实现液晶透镜阵列功能，此时显示装置实现三维显示效果；开态时，液晶分子全部与基板垂直，液晶层不附加相位，此时显示装置实现二维显示效果。
2.根据权利要求1所述的一种基于PB相位的可切换三维显示装置，其特征在于，所述显示屏采用包括LCD、OLED或MicroLED显示屏。
3.根据权利要求1所述的一种基于PB相位的可切换三维显示装置，其特征在于，所述液晶透镜阵列是一维阵列或二维阵列。
4.根据权利要求3所述的一种基于PB相位的可切换三维显示装置，其特征在于，所述二维透镜阵列中，每个透镜设置为圆形、六边形或八边形几何形态。
5.根据权利要求1所述的一种基于PB相位的可切换三维显示装置，其特征在于，所述液晶相位调制器(3)的TFT驱动电极设置在所述液晶透镜之间的缝隙中以增大器件透光率。
6.根据权利要求1所述的一种基于PB相位的可切换三维显示装置，其特征在于，所述液晶相位调制器(3)厚度为入射线偏振光波长的1/2。
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