CN206161977U - 一种显示调节装置及显示设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例提供的一种显示调节装置及显示设备，涉及3D显示技术领域。该显示调节装置，包括：偏振调制器和由多个晶体透镜组成的晶体透镜阵列，每个所述晶体透镜包括凹透镜和凸透镜，所述凹透镜的凹面与所述凸透镜的凸面贴合，所述凸透镜位于在所述凹透镜和所述偏振调制器之间。所述偏振调制器用于接收输入光线以改变所述输入光线的偏振方向以输出第一偏振光或第二偏振光；所述凹透镜和凸透镜对第一偏振光的折射率相同，所述凹透镜和凸透镜对第二偏振光的折射率不同。本实用新型通过偏振调制器和凹透镜和凸透镜的配合来改变光的传播方向，可形成2D与3D之间的相互切换。

Description

一种显示调节装置及显示设备

技术领域

本实用新型涉及3D显示技术领域，具体而言，涉及一种显示调节装置及显示设备。

背景技术

三维显示技术的生理物理学依据是人的深度视觉原理，人的两只眼睛位置上的差异，使得人在观察目标时候，成像在两只眼睛视网膜上的图像具有水平方向的差异，大脑根据目标上同一点在两眼视网膜上的差异及两眼间距就可以计算出目标点与观察者之间的距离，通过对整个目标图像所有点的深度计算，则得出目标的三维信息。人经过幼年长时间的培养，形成自动计算获得深度视觉机制。因此三维显示的原理就是利用人的深度视觉机制，通过特殊设计的显示装置使观察者的两只眼睛分别看到具有正确视差的不同图像，从而获得深度视觉。目前三维显示发展分为三类：第一类最早的眼镜式三维显示，将显示分割器件放在眼镜或头盔上，通过配对频率、时间、偏振、空间分离等不同方式，使得观察者获得双目视差，如偏振眼镜、红蓝眼镜、液晶光开关等；第二类是裸眼3D，将显示分割器件放在显示器前，从而解放了观察者的眼睛，所以裸眼3D又称为自由立体显示，具体如视差屏障、柱状透镜阵列、指向性背光等；第三类是真三维显示，即显示目标在空间真实成像(成实像或虚像)，让观察者可以象看真实目标物一样观察到显示目标，具体如高速旋转屏、多层屏、全息显示 和集成成像显示。

但由于海量的二维信息，在生产三维显示产品的时候，对2D显示的兼容也是一个非常重要的技术要求，而现有的2D/3D兼容设计都存在诸多缺陷，例如对于小孔阵列，由于利用小孔作为成像装置，其器件的光线透过率很低，显示屏发出的光大部分被遮挡，对显示器亮度损失很大。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种显示调节装置，其能够实现2D/3D显示的兼容，并且不降低亮度。

本实用新型的另一目的在于提供一种应用上述显示调节装置的显示设备，其能够通过调整显示调节装置实现2D与3D画面之间的相互转换。

本实用新型的实施例是这样实现的：

一种显示调节装置，包括：偏振调制器和由多个晶体透镜组成的晶体透镜阵列，每个所述晶体透镜包括凹透镜和凸透镜，所述凹透镜的凹面与所述凸透镜的凸面贴合，所述凸透镜位于在所述凹透镜和所述偏振调制器之间；所述偏振调制器用于接收输入光线以改变所述输入光线的偏振方向以输出第一偏振光或第二偏振光；所述凹透镜和凸透镜对第一偏振光的折射率相同，所述凹透镜和凸透镜对第二偏振光的折射率不同。当所述偏振调制器输出所述第一偏振光时，所述第一偏振光经过所述晶体透镜阵列后沿所述第一偏振光入射所述晶体透镜阵列的传播方向传播，以形成二维图像；当所述偏振调制器输出所述第二偏振光时，所述第二偏振光经过所述晶体透镜阵列后向成像位置传播，以形成三维图像。

优选地，由多个晶体透镜组成的晶体透镜阵列呈蜂窝状。

优选地，每个所述晶体透镜的形状为圆柱形。

优选地，每个所述凸透镜的凸面与每个所述凹透镜的凹面贴合时为无缝贴合。

优选地，所述偏振调制器包括：第一电极层、第二电极层和第一液晶层，所述第一液晶层设置在所述第一电极层和所述第二电极层之间，所述第二电极层接收入射光线，入射光线经由所述第一液晶层后从所述第一电极层出射；第一电极层和第二电极层用于与偏振调制器的控制器连接。

优选地，所述显示调节装置还包括保护层，所述保护层层叠在所述凹透镜阵列的光线出射面。

一种显示设备，包括显示模块和上述的显示调节装置，所述显示模块发出光线的一面设置在所述显示调节装置安装偏振调制器的侧面。

优选地，所述显示模块包括：背光模组、第一偏振片、第二偏振片和第二液晶层，所述第一偏振片与所述显示调节装置安装偏振调制器的一侧靠近或连接，所述第二液晶层安装在所述第一偏振片和所述第二偏振片之间，所述背光模组安装在所述第二偏振片远离所述第一偏振片的一侧。

优选地，所述显示模块还包括：第一玻璃层和第二玻璃层，所述第一玻璃层安装在所述第一偏振片和所述第二液晶层之间，所述第二玻璃层安装在所述第二偏振片和所述第二液晶层之间。

优选地，所述背光模组为：EL背光源、CCFL背光源或LED背光源。

上述本实用新型提供的一种显示调节装置，该显示调节装置，其中所述凹透镜和凸透镜对第一偏振光的折射率相同，所述凹透镜和凸透镜对第二偏振光的折射率不同，通过偏振调制器来控制通过凹透镜和凸透镜的光线为第一偏振光或第二偏振光，若通过的晶体透镜阵列的为第一偏振光，由于晶体透镜阵列对于第一偏振光的折射率都相同，则不发生折射，光线沿原路径传播，形成2D显示效果；若通过晶体透镜阵列的为第二偏振光，这时凹透镜和凸透镜相对于第二偏振光的折射率不同，则通过晶体透镜阵列时发生折射，光的传播方向改变，最后形成3D显示效果，相对于小孔阵列，本方法采用透镜阵列保证了光线足够的通过率。以此，达到了不降低成像亮度的情况下2D/3D的兼容。

上述本实用新型提供的一种显示设备，通过应用上述的显示调节装置，显示模块的成像光线通过显示调节装置后成像，能够对显示调节装置的控制以实现成像的2D/3D的切换。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本实用新型较佳实施例提供的显示调节装置的结构示意图。

图2是本实用新型较佳实施例提供的显示调节装置的晶体透镜阵列的结构示意图。

图3是本实用新型较佳实施例提供的光线在各向异性材料中的光路示意图。

图4是本实用新型较佳实施例提供的显示调节装置的2D显示时的光路示意图。

图5是本实用新型较佳实施例提供的显示调节装置的3D显示时的光路示意图。

图6是本实用新型较佳实施例提供的显示设备的结构示意图。

图标：100-显示调节装置；110-偏振调制器；111-第一电极层；112-第二电极层；113-第一液晶层；120-晶体透镜；121-凹透镜；122-凸透镜；130-保护层；12-晶体透镜阵列；101-自然光；102-o光；103-e光；104-各向异性材料；114-控制器；140-背光模组；151-第一偏振片；152-第二偏振片；153-第二液晶层；161-第一玻璃层；162-第二玻璃层。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型 的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

集成成像技术起源于1908年诺贝尔奖获得者加布里埃尔·李普曼(GabrielLippmann)提出的集成摄影术，利用微透镜阵列对物空间的场景进行记录，而集成成像显示技术则是这一过程的逆过程。将记录的信息倒相，并利用显示屏替代感光面，显示面发射的光经过多透镜成像，投射到观察者的眼中，在空中形成显示目标的三维虚像。集成成像显示技术作为一种真三维显示，可供多人同时观看到具有全视 差、全真色彩的三维图像其优势是明显的。随着光学加工和平板显示技术的进步，集成成像技术正日益走向实用化。由于海量的存世的二维信息，所以在设计三维显示产品时，兼容2D显示是一个非常重要的技术要求。目前用作集成成像的分光镜阵列有两类，一是小孔阵列，主要用液晶盒制作小孔阵列，通过电信号控制液晶盒的通断，来实现2D/3D兼容；二是液晶透镜，利用液晶材料在不同电压下折射率的改变实现2D/3D切换。对于小孔阵列，由于利用小孔作为成像装置，其器件的透过率很低，显示屏发出的光大部分被遮挡，对显示器亮度损失很大。对于液晶透镜阵列，为了保障成像像质，对透镜面形要求较高，需要对驱动电压进行精确控制，特别是大尺寸液晶透镜阵列，带来极大的实现难度。针对2D/3D兼容集成成像显示两类透镜阵列存在的问题，我们提出了一种新的可变透镜阵列实现方式，利用晶体的光学二向性，通过对显示光线的偏振方向进行调制，来实现2D和3D的切换，解决了液晶透镜设计和制作工艺的复杂性，又保证了光线的透射率。

下面将结合实施例对本实用新型的显示调节装置及显示设备做详细的阐述。

请参照图1，本实施例提供一种显示调节装置100，该装置包括：偏振调制器110、由多个晶体透镜120组成的晶体透镜阵列12以及保护层130，每个所述晶体透镜120包括凹透镜121和凸透镜122。

偏振调制器110，主要用于改变光的偏振方向，光线通过偏振调制器110后以产生第一偏振光和第二偏振光。

该偏振调制器110包括第一电极层111、第二电极层112和第一液晶层113。所述第一液晶层113设置在第一电极层111和第二电极层112之间。

当使用的时候，第二电极层112接收入射光线，入射光线经由第一液晶层113后从第一电极层111出射，光线通过第一电极层111、第一液晶层113和第二电极层112时，可施加电压对光线的偏振方向进行调节。该第一电极层111和第二电极层112可以均为带N型氧化物半导体-氧化铟锡(Indium Tin Oxides，ITO)点击的平板玻璃，此外也可由其他的透明导电材料代替。第一液晶层113主要为液晶材料，例如扭曲向列型(Twisted Nematic，TN)液晶材料。上述的第一电极层111、第一液晶层113和第二电极层112之间紧密贴合，紧密贴合方式可以采用胶合，也可以全贴合技术进行贴合。此外，该偏振调制器110的第一电极层111和第二电极层112之间的电压还可以由外接的控制器114来控制，控制器114分别和第一电极层111和第二电极层112耦合，通过控制器114可对第一电极层111和第二电极层112之间的电压进行调控，光线的偏振方向可以得以改变。

每个晶体透镜120由一个凹透镜121和一个凸透镜122组成，其中凸透镜122的光线出射面和凹透镜121的光线入射面相贴和。为了保证良好的成像效果，应当保证凸透镜122和凹透镜121的贴合面尽量紧密，无气泡和杂质。每个晶体透镜120的整体形状可为圆柱形，大小可以相同，形状及大小不作限定。

当每个晶体透镜120之间相互紧密排列时，多个晶体透镜120可形成晶体透镜阵列12，组成晶体透镜阵列12的各个凸透镜122的光线入射面应当在同一平面上，各个凹透镜121的光线出射面应当在同一平面上。每个晶体透镜120都紧密排列，例如位于中间位置的一个晶体透镜120的周围紧密排布有6个其他晶体透镜120。整个晶体透镜阵列12呈蜂窝状，如图2所示，其中中间位置为A、B、C、D四个位置。位于A位置的晶体透镜120周围，位于B位置的晶体透 镜120周围，位于C位置的晶体透镜120周围以及位于D位置的晶体透镜120周围均排布有6个晶体透镜120。

保护层130，该保护层130层叠在凹透镜121的光线出射面，保护层130材质主要为聚对苯二甲酸乙二醇酯(Polyethylene terephthalate，PET)材料，也可由其他材料替代不作限定。

作为一种实施方式，凹透镜121的材料可以UV光学胶(紫外固化胶)，记凹透镜121的材料的折射率为n_p，凸透镜122可以是经过紫外固化后的固态液晶材料。

为了达到良好的效果，可采用以下方式进行制作：

可选用具有以下特性的液晶材料：(1)具有较高的折射率差，即n_o-n_e值较大，这样可以做出较小的透镜曲率，降低器件厚度；其中n_o为寻常光o光102(对应第一偏振光)在对应液晶材料中的折射率，n_e为e光103(对应第二偏振光)在液晶材料中的折射率；(2)相对熔点较低，可以比较容易的融化成液态，进行透镜成型；(3)具有紫外固化特性，通过紫外光的照射可以实现固化成为晶体态。

具体的制作流程如下：第一，制作凹透镜阵列。机械加工制作出凹透镜阵列模具，将调制好的UV光学胶(紫外固化胶)均匀涂布到聚对苯二甲酸乙二醇酯(Polyethyleneterephthalate，PET)材质的基板上，利用模具在UV光学胶(紫外固化胶)胶层上压制出凹透镜阵列，通过紫外光固化，形成凹透镜阵列膜材料。第二，定向摩擦。将涂有PI液(原液的组份是聚酰亚胺和DMA、NMP或BC溶剂)的玻璃和凹透镜阵列膜进行摩擦，形成微型沟槽，以用于液晶材料配相。第三，液晶涂布成型。先将液晶融化，再将融化的液晶均匀涂布到PI玻璃上，再把凹透镜阵列膜贴合到PI玻璃上，进入真空腔脱出气 泡。这一过程中必须注意保证所有气泡脱出，并且液晶曾的厚度均匀性好。第四，液晶高温配相。将涂布好的液晶透镜阵列膜放入高温箱，在高温条件下，实现液晶配相。第五，液晶固化。将液晶透镜阵列膜进行紫外照射，使得液晶材料固化成晶体状态。固化完成后将液晶透镜阵列膜从PI玻璃上撕下来，按照所需尺寸和角度进行裁切，就得到了液晶透镜阵列器件。

本实用新型实施例提供的一种显示调节装置100利用晶体的光学二向色性的原理，通过对显示光线的偏振方向进行调制，来实现2D和3D的切换，解决了液晶透镜设计和制作工艺的复杂性，又保证了光线的透射率解决了现有技术的3D显示时的亮度过低的问题。

请参阅图3，图3示出了不同偏振方向的光线在各向异性材料104中的光路示意图。射入各向异性材料104的一对偏振方向相互垂直的自然光101，我们称其中一个偏振方向的光为o光102，o光102在各向异性材料104折射率为n_o；另外一个偏振方向的光为e光103，e光103在各向异性材料104折射率为n_e。e光103在各向异性材料104中的各方向折射率是不同的。

请参照图4，当光线通过偏振调制器110控制产生第一偏振方向的第一偏振光的时候，即o光102通过时，由于凹透镜121和凸透镜122的材料对该第一偏振光的折射率相同(即n_p＝n_o)，所以不发生光线偏折，晶体透镜阵列12像一块平板玻璃，不对显示产生影响，形成2D显示。请参照图5，当光纤通过偏振调制器110控制产生第二偏振方向的第二偏振光的时候，即e光103通过时，由于凹透镜121和凸透镜122的材料对该第二偏振光的折射率不同(即n_p＝n_e)，所以发生光线的偏折，通过晶体透镜阵列12后向成像位置传播(成像位置指晶体透镜120的焦点位置)，形成3D图像。通过控制器114给 偏振调制器110施加电压或者撤销电压可以改变光线的偏振方向，以得到e光103或者o光102；若得到e光103最后形成3D图像，若得到o光102最后形成2D图像。

请参照图6，在本实施例中，还提供一种显示设备，包括上述的显示调节装置100和显示模块。

其中显示模块包括背光模组140、第一偏振片151、第二偏振片152、第二液晶层153、第一玻璃层161和第二玻璃层162。优选地，从靠近偏振调制器110的第二电极层112依次向外层叠安装的顺序为：第一偏振片151、第一玻璃层161、第二液晶层153、第二玻璃层162、第二偏振片152和背光模组140。

其中背光模组140可以为电致发光(electroluminescent，EL)背光源、冷阴极荧光灯管(Cold Cathode Fluorescent Lamp，CCFL)背光源、有机发光二极管(OLED)或无机发光二极管(LED)背光源。

本显示设备通过应用上述的显示调节装置100，显示模块的成像光线通过显示调节装置100后成像，能够对显示调节装置100的控制以实现成像的2D/3D的切换，由于本实施例中的显示调节装置100相对于小孔阵列，采用晶体透镜阵列12有更高的光线通过率，所以还能够避免背光不足，导致的成像亮度过低的问题。

综上所述，本实用新型提供的一种显示调节装置100及应用该显示调节装置100的显示设备，其中显示调节装置100中所述凹透镜121和凸透镜122对第一偏振光的折射率相同，所述凹透镜121和凸透镜122对第二偏振光的折射率不同，通过偏振调制器110来控制通过凹透镜121和凸透镜122的光线为第一偏振光或第二偏振光，若通过的晶体透镜阵列12的为第一偏振光，由于晶体透镜阵列12对于第 一偏振光的折射率都相同，则不发生折射，光线沿原路径传播，形成2D显示效果；若通过晶体透镜阵列12的为第二偏振光，这时凹透镜121和凸透镜122相对于第二偏振光的折射率不同，则通过晶体透镜阵列12时发生折射，光的传播方向改变，最后形成3D显示效果。另外相对于小孔阵列技术的3D成像，本实用新型使用的是晶体透镜阵列12，具有良好的光线透过率，以此，达到了不降低成像亮度的情况下2D/3D的兼容。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种显示调节装置，其特征在于，包括：偏振调制器和由多个晶体透镜组成的晶体透镜阵列，每个所述晶体透镜包括凹透镜和凸透镜，所述凹透镜的凹面与所述凸透镜的凸面贴合，所述凸透镜位于在所述凹透镜和所述偏振调制器之间；

所述偏振调制器用于接收输入光线以改变所述输入光线的偏振方向以输出第一偏振光或第二偏振光；所述凹透镜和凸透镜对第一偏振光的折射率相同，所述凹透镜和凸透镜对第二偏振光的折射率不同；

当所述偏振调制器输出所述第一偏振光时，所述第一偏振光经过所述晶体透镜阵列后沿所述第一偏振光入射所述晶体透镜阵列的传播方向传播，以形成二维图像；

当所述偏振调制器输出所述第二偏振光时，所述第二偏振光经过所述晶体透镜阵列后向成像位置传播，以形成三维图像。

2.根据权利要求1所述的显示调节装置，其特征在于，由多个晶体透镜组成的晶体透镜阵列呈蜂窝状。

3.根据权利要求1所述的显示调节装置，其特征在于，每个所述晶体透镜的形状为圆柱形。

4.根据权利要求3所述的显示调节装置，其特征在于，每个所述凸透镜的凸面与每个所述凹透镜的凹面贴合时为无缝贴合。

5.根据权利要求1所述的显示调节装置，其特征在于，所述偏振调制器包括：第一电极层、第二电极层和第一液晶层，所述第一液晶层设置在所述第一电极层和所述第二电极层之间，所述第二电极层接收入射光线，入射光线经由所述第一液晶层后从所述第一电极层出射；第一电极层和第二电极层用于与偏振调制器的控制器连接。

6.根据权利要求1所述的显示调节装置，其特征在于，所述显示调节装置还包括保护层，所述保护层层叠在所述凹透镜形成的凹透镜阵列的光线出射面。

7.一种显示设备，其特征在于，包括显示模块和权利要求1-6任一项所述的显示调节装置，所述显示模块发出光线的一面设置在所述显示调节装置安装偏振调制器的侧面。

8.根据权利要求7所述的显示设备，其特征在于，所述显示模块包括：背光模组、第一偏振片、第二偏振片和第二液晶层，所述第一偏振片安装在所述显示调节装置靠近偏振调制器的一侧，所述第二液晶层安装在所述第一偏振片和所述第二偏振片之间，所述背光模组安装在所述第二偏振片远离所述第一偏振片的一侧。

9.根据权利要求8所述的显示设备，其特征在于，所述显示模块还包括：第一玻璃层和第二玻璃层，所述第一玻璃层安装在所述第一偏振片和所述第二液晶层之间，所述第二玻璃层安装在所述第二偏振片和所述第二液晶层之间。

10.根据权利要求8所述的显示设备，其特征在于，所述背光模组为：EL背光源、CCFL背光源或LED背光源。