WO2013123887A1

WO2013123887A1 - 滤色器基板、其制造方法及3d显示装置

Info

Publication number: WO2013123887A1
Application number: PCT/CN2013/071740
Authority: WO
Inventors: 冯远明; 姜妮; 杨发禄; 林准焕
Original assignee: 京东方科技集团股份有限公司; 成都京东方光电科技有限公司
Priority date: 2012-02-23
Filing date: 2013-02-21
Publication date: 2013-08-29
Also published as: CN202443141U; US9383488B2; US20140118823A1

Abstract

本公开的实施例公开了一种滤色器基板、其制造方法及3D显示装置。该滤色器基板包括：基板、彩色滤光单元、以及所述基板与所述彩色滤光单元之间的柱状透镜结构。

Description

滤色器基板、其制造方法及 3D显示装置技术领域

本公开的实施例涉及一种滤色器基板、其制造方法及 3D显示装置。背景技术

近年来，随着显示技术的发展及人们对感官追求的提高， 3D显示技术引起人们的广泛关注。当前的 3D显示技术主要可以分为目艮镜式和棵眼式。在眼镜式 3D显示技术中，用户不可避免要佩戴眼镜，长时间观看会造成眼睛疲劳且会降低观看的舒适度。棵眼 3D技术将成为未来 3D显示技术发展的主要趋势，而对显示面板进行改善的技术将是棵眼 3D技术发展的重点。

棵眼 3D技术主要包括：视差挡板法、线光源法、柱状透镜（ Lenticular Lens )光栅法、以及指向式背光等技术。柱状透镜 3D技术是在显示屏的前面加上一层柱状透镜，这样人的双目人不同角度观看显示屏，左右眼分别接收到两个不同的 2D影像，人脑接收到左右眼看到的不同 2D影像后感知为 3D影像。柱状透镜式 3D技术最突出的优点是提高了透过率，实现了高亮度的 3D显示。

现有的柱状透镜 3D显示装置主要包括液晶显示盒以及贴附于液晶显示盒之上的透镜。为了实现 3D显示，在将透镜结构贴附在液晶显示盒之上时，需要液晶显示盒中的像素与透镜结构的电极之间有很高的对位精度，否则将影响显示品质，但是现有的贴附工艺严重限制了该精度的提高。发明内容

(一）要解决的技术问题

本公开的实施例要解决的技术问题是：提供一种显示品质不受柱状透镜与液晶显示盒的对位精度影响、操作简单且成本较低的滤色器基板及 3D显示装置。

(二）技术方案

为解决上述问题，本公开的实施例提供了一种滤色器基板，该滤色器基板包括：基板、彩色滤光单元以及所述基板与所述彩色滤光单元之间的柱状透镜结构。

示例性地，所述柱状透镜结构为多个柱状透镜沿彩色滤光单元所在平面方向组成的单层柱状透镜阵列，所述柱状透镜由具有不同折射率的两种透镜组成。

示例性地，所述不同折射率的两种透镜自所述基板至所述彩色滤光单元分别为第一透镜以及第二透镜，所述第一透镜的折射率小于所述第二透镜的折射率，且大于或等于所述基板的折射率。

示例性地，所述第一透镜为平 IHJ透镜，所述第二透镜为平凸透镜。示例性地，所述平凸透镜对应嵌合于所述平 IHJ透镜。

示例性地，所述平凹透镜与所述平凸透镜的弧面曲率半径相等。

示例性地，所述平凹透镜与所述平凸透镜的弧面为半圓。

示例性地，所述平凸透镜的厚度等于其物方焦距。

示例性地，所述柱状透镜结构为多个柱状透镜沿彩色滤光单元所在平面方向组成的单层柱状透镜阵列，所述柱状透镜由一层凹透镜组成或者由一层凸透镜组成。

本公开的实施例还提供了一种制造上述滤色器基板的方法，包括： S1. 在玻璃基板上涂胶，通过曝光显影制作平凹透镜； S2. 在步骤 S1得到的基板上涂另一种胶，将平凹透镜的凹面填平，形成平凸透镜； S3. 在完成步骤 S2后的基板上，执行平坦化工艺，然后通过曝光显影的方式制作黑矩阵及彩色滤光树脂层；以及 S4. 在完成步骤 S3后的基板上，形成透镜电极

本公开的实施例还提供了一种 3D显示装置，该装置包括上述滤色器基板。

(三）有益效果

本公开的实施例的滤色器基板及 3D显示装置，将柱状透镜的形成工艺合并到滤色器基板的工艺当中，而制造 3D显示装置。与已有的 3D显示装置相比，减少了贴附的工艺，避免了在利用柱状透镜实现 3D显示时的对对位精度的要求所带来的问题，降低了串扰，提高了 3D显示的显示质量。附图说明为了更清楚地说明本公开的实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本公开的一些实施例，而非对本公开的限制。

图 1为依照本公开一实施例的滤色器基板结构示意图；

图 2为依照本公开一实施例的滤色器基板及 3D显示装置的成像原理图；图 3为依照本公开一实施例的滤色器基板及 3D显示装置的成像原理图；以及

图 4为依照本公开一实施例的滤色器基板及 3D显示装置的成像光路图。具体实施方式

为使本公开的实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开的实施例的附图，对本公开的实施例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公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

以下，根据附图对本公开的实施例提出的滤色器基板、其制造方法及 3D 显示装置进行详细说明。

实施例一

如图 1所示，依照本公开的实施例一的滤色器基板包括：玻璃基板 4、彩色滤光单元 1、以及玻璃基板 4与彩色滤光单元 1之间的柱状透镜结构。其中，本实施例的滤色器基板中，彩色滤光单元 1为彩色滤光树脂层，优选为三基色彩色滤光树脂层，该三基色可以是红绿蓝三种颜色，也可以是其它任意满足三基色条件的三种颜色。彩色滤光树脂层还可为四基色或其它任一种滤光树脂层，在此不作为对本公开的实施例技术方案的限制。

示例性地，在本实施例中，该柱状透镜结构为多个柱状透镜周期性排列

(如图 1中所示，以三基色彩色滤光树脂为例，每个透镜的一半对应一组红绿蓝彩色滤光树脂中的一种颜色的滤光树脂，但不限于此）构成的柱状透镜阵列，每个柱状透镜由具有不同折射率的两种透镜组成。

示例性地，不同折射率的两种透镜自玻璃基板 4至彩色滤光树脂层分别为平 IHJ透镜 3以及平凸透镜 2,平凸透镜 2对应嵌合于平 IHJ透镜 3。平凸透镜 2的折射率 _ηι大于平凹透镜 3的折射率 n₂ ,并且平凹透镜 3的折射率《₂等于玻璃的折射率《₃。备选地，为了不影响成像（即光线的路径），平凸透镜 2 与平凹透镜 3的弧面曲率相同，平凸透镜 2的厚度 //等于平凸透镜 2的物方焦距 /。

备选地，本公开的实施例还提供一种滤色器基板，与上述滤色器基板的不同之处在于，所述柱状透镜由一层凹透镜组成或者由一层凸透镜组成。该结构更利于减少工艺流程、降低成本。

备选地，形成在基板与彩色滤光单元之间的柱状透镜可以釆用其他结构，例如四分之一圓透镜，只要能将显示器的各个像素出射的光分别入射到观察者的左眼和右眼即可。

实施例二

本公开的实施例还提供了一种包括上述滤色器基板的 3D显示装置，例如液晶显示装置、 OLED显示装置等显示装置。除上述滤色器基板外， 3D显示装置的其它构件为根据现有技术制造的构件，例如，阵列基板等，在此不这些构件的制造工艺例如阵列基板与该滤色器基板之间填充液晶以及对盒工艺等。

本公开的实施例的 3D显示装置的显示原理如下：

如图 2所示，考查平凸透镜 2上的一个点光源 5 , 假设平凸透镜 2的厚度/ 等于物方焦距 /, 从点光源 5发出的光线经过透镜后以平行光出射，所以只考察其中一条光线。在平凸透镜 2中，从点光源 5发出的光到达点 6后，凸面的界面两侧折射率不同。由于平凸透镜 2的折射率大于平凹透镜 3的折射率 n₂, 因此，根据 Snell定律： sin α = η₂ ύη β , 入射角《 (入射光线 10 与法线 8的夹角）小于折射角（折射光线 1 1与法线 9的夹角）。同理，光线从透镜 3出射到空气（折射率等于 1 )时，入射角 β (入射光线 1 1与法线 9的夹角）小于折射角 7 (折射光线 12与法线 9的夹角）。因此，从点光源 5发出的光线经过透镜后，总体上是向右传播的。

综上所述，如图 2和图 3所示，由左侧的彩色滤光树脂 13出射的光线经过平凸透镜 2和平凹透镜 3后，光线出射的方向向右，到达左眼 16; 同理，由右侧的彩色滤光树脂 14出射的光线经过平凸透镜 2和平凹透镜 3后，光线出射的方向向左，到达右眼 15。即，左侧的彩色滤光树脂成像到达左眼，右侧的彩色滤光树脂成像到达右眼。因此，左右眼分别只看到左眼图像和右眼图像，经过大脑合成进而形成了 3D图像。

实施例三

本公开的实施例提供了一种上述滤色器基板的制造方法，具体包括如下步骤：

51. 在玻璃基板上涂胶，通过曝光显影制作平凹透镜；

52. 在步骤 S1得到的基板上涂另一种胶，将平 IHJ透镜的 IHJ面填平，形成平凸透镜；

S3. 在完成步骤 S2后的基板上，执行平坦化工艺，然后通过曝光显影的方式制作黑矩阵及彩色滤光树脂层；

S4. 在完成步骤 S3后的基板上，例如以磁控溅射的方式形成透明电极例如， ITO电极。

以上步骤也可釆用本领域所熟知的其它具体工艺，在此不作赘述。在完成上述步骤之后，按照本领域所熟知的工艺制备阵列基板，并将阵列基板和上述滤色器基板对盒即可形成本公开的实施例的 3D显示装置。

以下将给出具体示例来详细描述本实施例中平凹透镜和平凸透镜的制造尺寸。

示例性地，如图 4所示，在本实施例的 3D显示装置的滤色器基板中，平凹透镜 3与平凸透镜 2的弧面均为半圓，且曲面的曲率半径等于彩色滤光树脂尺寸；？。其中，为人眼的瞳距， D为观看者的眼睛与显示装置之间的距离， h为平凸透镜 3的顶点 6到玻璃基板表面的垂直距离。

根据透镜的成像原理得到平凸透镜 2的高度，即顶点 6到彩色滤光单元的垂直距离 H。

由平凸透镜的成像原理可以得到焦距与曲率半径的关系：

"1 _ "2 ( 1 )

又因为 ?=/?，所以

f_{= H =} 2n₁ -_{Ii p}

"「"₂ ( 2 ) 得到平凸透镜厚度/ /之后，通过 Snell定律计算平凹透镜 2的尺寸，即顶点 6到玻璃表面的距离 h。

光线通过平凸透镜 2与平 IHJ透镜 3界面时的折射关系是：

n_x sin a = n₂ sin β ( 3 )

其中 = arctanO/ ) , 那么 β = arcsin [― sin(arctan―)]

n2 ^H (4)

光线从玻璃基板的界面到空气中时：

所以 r^arcsinf^ sin(arctan— )1

H (6) 最后通过人眼瞳距与观察距离的几何关系可以得到：

htm β + Dtmy = W_p (7)

将式（ 4 ) 、 (6)代入式（ 7 )可以求得平凹透镜厚度 h。

W_v -Dtanr

h =」 - tan^ (8) 综上，获得了平凹透镜和平凸透镜的计算公式，在实际制造工艺中，首先利用上述公式得到待制造的平凸透镜和平 IHJ透镜的具体尺寸，从而制造出具有该尺寸的平凸透镜和平 IHJ透镜。

以下给出具体的数值示例来计算平凸透镜和平凹透镜的尺寸，例如：彩色滤光树脂尺寸 p为 0.05mm; 平凸透镜的折射率等于 1.56, 平凹透镜 3 的折射率《₂与玻璃基板的折射率相同，等于 1.5; 在液晶盒和观察者之间的距离 D为 280mm; 人眼的瞳距为 65mm; 由以上公式可以计算得到：平凸透镜 2与平凹透镜 3的弧面的曲率半径是 0.05mm, 平凸透镜的顶点 6与彩色滤光树脂之间的距离 //为 1.35mm, 平 IHJ透镜的顶 6与玻璃基板表面的距离 2为 1.267mm。这样，在制造滤色器基板的工艺中，利用上述具体数值来制造具有上述尺寸的平凸透镜和平凹透镜。

以上实施方式仅用于说明本公开的实施例，而并非对本公开的实施例的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本公开的实施例的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本公开的实施例的范畴，本公开的实施例的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims

权利要求书

1、一种滤色器基板，包括：

基板；

彩色滤光单元；以及

柱状透镜结构，设置在所述基板与所述彩色滤光单元之间。

2、如权利要求 1所述的滤色器基板，其中所述柱状透镜结构为多个柱状透镜沿彩色滤光单元所在平面方向组成的单层柱状透镜阵列，所述柱状透镜由具有不同折射率的两种透镜组成。

3、如权利要求 2所述的滤色器基板，其中所述不同折射率的两种透镜自所述基板至所述彩色滤光单元分别为第一透镜以及第二透镜，所述第一透镜的折射率小于所述第二透镜的折射率，且大于或等于所述基板的折射率。

4、如权利要求 3所述的滤色器基板，其中所述第一透镜为平 IHJ透镜，所述第二透镜为平凸透镜。

5、如权利要求 4所述的滤色器基板，其中所述平凸透镜对应嵌合于所述平 iHJ透镜。

6、如权利要求 5所述的滤色器基板，其中所述平 IHJ透镜与所述平凸透镜的弧面曲率半径相等。

7、如权利要求 5所述的滤色器基板，其中所述平 IHJ透镜与所述平凸透镜的弧面为半圓。

8、如权利要求 5所述的滤色器基板，其中所述平凸透镜的厚度等于其物方焦距。

9、如权利要求 1所述的滤色器基板，其中所述柱状透镜结构为多个柱状透镜沿彩色滤光单元所在平面方向组成的单层柱状透镜阵列，所述柱状透镜由一层凹透镜组成或者由一层凸透镜组成。

10、一种 3D显示装置，包括：

权利要求 1-9任一项所述的滤色器基板；

阵列基板，与所述滤色器基板对置。

11、一种滤色器基板的制造方法，包括：

S1. 在玻璃基板上涂胶，通过曝光显影制作平凹透镜；

52. 在步骤 SI得到的基板上涂另一种胶，将平 IHJ透镜的 IHJ面填平，形成平凸透镜；

53. 在完成步骤 S2后的基板上，执行平坦化工艺，然后通过曝光显影的方式制作黑矩阵及彩色滤光树脂层；以及

54. 在完成步骤 S3后的基板上，形成透镜电极。

12、如权利要求 11所述的制造方法，其中在步骤 S1之前，通过计算获得平 IHJ透镜和平凸透镜的具体尺寸。

13、如权利要求 12所述的制造方法，其中平凸透镜厚度 H通过公式（1 ) 获得：

f_{=H =n} 2 _{p ( 1 )}

«1一 "2

其中为平凸透镜的折射率，为平 IHJ透镜的折射率，为彩色滤光树脂尺寸。

14、如权利要求 12所述的制造方法，其中平凹透镜厚度 2通过公式（2) 获得：

W_v -Dtmv , 、

h = ^ -¹- (2)

tan p

其中为人眼的瞳距， L»为人眼与显示装置之间的距离，从平凹透镜侧入射到平 IHJ透镜与基板之间的界面处的光线的入射角，该光线的出射角为折射角？ ^。