專利名稱：一種偏振旋轉(zhuǎn)開關(guān)及包含該開關(guān)的光抖動裝置及顯示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學(xué)領(lǐng)域，尤其涉及一種偏振旋轉(zhuǎn)開關(guān)及包含該開關(guān)的 光抖動裝置和顯示裝置。
技術(shù)背景液晶在顯示領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，也越來越重要，液晶作為彈性連續(xù) 體，具有可沿展性、可扭曲性和可彎曲性。液晶顯示主要利用了向列型液晶 分子能夠扭曲的特性，以及扭曲液晶的旋光性，入射光的偏振面沿液晶的扭 曲螺旋軸旋轉(zhuǎn)，液晶旋轉(zhuǎn)角度就決定了液晶盒的透光量，從而決定了該像素的亮度高低。目前液晶盒主要有扭曲向列型(簡稱TN)、超扭曲向列型(簡 稱STN)以及雙層超扭曲向列型(DSTN),其中對于TN型的液晶來說，上 下的配向膜的角度差恰為90度，所以液晶分子的排列由上而下會自動旋轉(zhuǎn)90 度。STN型液晶與TN型型液晶在結(jié)構(gòu)上是很相似的，其主要的差別在于STN 型液晶的液晶分子排列不是旋轉(zhuǎn)90度，其旋轉(zhuǎn)的角度會大于180度，通常為 270度。TN型的液晶其反應(yīng)時間多為30 50ms, STN型的液晶其反應(yīng)時間多 在100ms以上，DSTN型液晶是通過雙掃描方式來掃描扭曲向列型液晶顯示 屏，從而達到完成顯示目的。DSTN是由超扭曲向列型顯示器(STN)發(fā)展 而來的。由于DSTN采用雙掃描技術(shù)，因此顯示效果相對STN來說，有大幅 度提高，但是DSTN的反應(yīng)時間也在100ms以上。扭曲液晶除了應(yīng)用在顯示 器的圖像調(diào)制上外，還應(yīng)用在光路的切換控制上，如美國專利US5572341中 披露一種光抖動裝置，如圖la所示，當不給偏振旋轉(zhuǎn)開關(guān)lb供電時，從檢偏旋轉(zhuǎn)90度，偏振方向垂直入射時的偏振方向，設(shè)置雙折射材料12的光軸方向， 使得該偏振方向旋轉(zhuǎn)后的線偏振光直線穿過該雙折射材料12而不發(fā)生折射。 當給偏振旋轉(zhuǎn)開關(guān)lb供電時，見圖lb,從檢偏器la發(fā)出的線偏振光在通過所 迷偏振旋轉(zhuǎn)開關(guān)lb時偏振方向不發(fā)生旋轉(zhuǎn)，從所述偏振旋轉(zhuǎn)開關(guān)lb出射的光射，使得所述偏振光在入射方向上發(fā)生偏移。在該基礎(chǔ)上，US5572341中進 一步披露了利用該原理實現(xiàn)的可增加顯示分辨率的顯示器方案和立體顯示 方案，但是前提條件是增加刷新或更新顯示器單平面線和雙平面線的速率， 從通常的60次每秒增加到120次每秒或更高。目前由于受到作為偏振旋轉(zhuǎn)開 關(guān)lb的扭曲液晶的響應(yīng)時間較長的限制，現(xiàn)有液晶顯示器通常只能具備60 次每秒的刷新速度，導(dǎo)致圖像出現(xiàn)拖尾或余暉現(xiàn)象，在US5572341中記栽的 120次每秒的刷新速率目前還遠沒有達到。提高響應(yīng)速度是目前液晶顯示器 廠商一直謀求解決的技術(shù)問題。對于扭曲角度一定的條件，均在液晶材料上 尋找解決辦法。雖然在一定程度上有一些改善，但是改善的力度卻甚微。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡單，切換速度快的偏振旋轉(zhuǎn)開 關(guān)，以此為基礎(chǔ)，本發(fā)明還提供一種利用該偏振旋轉(zhuǎn)開關(guān)的平面顯示裝 置、光抖動裝置以及2D/3D可切換顯示裝置。本發(fā)明提供的所述偏振旋轉(zhuǎn)開關(guān)，包括第 一透明電極和第二透明電 極，還包括第三透明電極，所述第一透明電極和第二透明電極之間設(shè)置 有第一扭曲向列型液晶；所述第二透明電極與所述第三透明電極之間設(shè) 置有第二扭曲向列型液晶；在所述第一扭曲向列型液晶和所述第二扭曲 向列型液晶的光線的入射端處的液晶取向相同或相互垂直，所述第一透 明電極、第二透明電極和第三透明電極均連接到可控供電裝置。所述第 一扭曲向列型液晶與所述第二扭曲向列型液晶的扭轉(zhuǎn)方向 可以相反。所述第 一扭曲向列型液晶與所述'第二扭曲向列型液晶的扭轉(zhuǎn)角度 可均為45度。所述第 一扭曲向列型液晶與所述第二扭曲向列型液晶的扭轉(zhuǎn)角度 可以相同。所述第 一扭曲向列型液晶與所述第二扭曲向列型液晶的扭轉(zhuǎn)角度 可以不同。所述可控供電裝置包括電源和可控電子開關(guān)。本發(fā)明還提供一種包括上述偏振旋轉(zhuǎn)開關(guān)的顯示裝置。本發(fā)明還提供一種包括上述偏振旋轉(zhuǎn)開關(guān)光抖動裝置。本發(fā)明還提供一種包括上述偏振旋轉(zhuǎn)開關(guān)的2D/3D可切換顯示裝置。利用本發(fā)明提供的偏振旋轉(zhuǎn)開關(guān)，使得開關(guān)速度成倍提高，能很好 的解決液晶顯示設(shè)備中的拖尾問題，能夠使得光抖動裝置的抖動速度成 倍提高，還能很好的應(yīng)用在2D/3D可切換顯示設(shè)備中，而且在制作工藝上 沒有添加額外的難度，可以采用更低的電壓進行控制，更安全，使用壽命更 長。


圖1 a為現(xiàn)有技術(shù)中不給偏振旋轉(zhuǎn)開關(guān)供電時的光抖動裝置的光路圖；圖1 b為現(xiàn)有技術(shù)中給偏振旋轉(zhuǎn)開關(guān)供電時的光抖動裝置的光路圖；圖2a、 2b分別為本發(fā)明的偏振旋轉(zhuǎn)開關(guān)結(jié)構(gòu)示意圖及其中一種供電情 況下線偏振光通過該偏振旋轉(zhuǎn)開關(guān)的示意圖和偏振光偏振方向示意圖；圖3a、 3b分別為本發(fā)明的偏振旋轉(zhuǎn)開關(guān)結(jié)構(gòu)示意圖及另一種供電情況 下線偏振光通過該偏振旋轉(zhuǎn)開關(guān)的示意圖和偏振光偏振方向示意圖；圖4a、 4b分別為本發(fā)明的偏振旋轉(zhuǎn)開關(guān)第一種應(yīng)用中其中一種供電情 況下線偏振光通過整個系統(tǒng)的光路示意圖和偏振光偏振方向示意圖；圖5a、 5b分別為本發(fā)明的偏振旋轉(zhuǎn)開關(guān)第一種應(yīng)用中另一種供電情況 下線偏振光通過整個系統(tǒng)的光路示意圖和偏振光偏振方向示意圖；圖6a、 6b分別為本發(fā)明的偏振旋轉(zhuǎn)開關(guān)第二種應(yīng)用中其中一種供電情 況下線偏振光通過整個系統(tǒng)的光路示意圖和偏振光偏振方向示意圖；圖7a、 7b分別為本發(fā)明的偏振旋轉(zhuǎn)開關(guān)第二種應(yīng)用中另一種供電情況 下線偏振光通過整個系統(tǒng)的光路示意圖和偏振光偏振方向示意圖。
具體實施方式
參見圖2a,圖中為偏振旋轉(zhuǎn)開關(guān)的結(jié)構(gòu)示意圖，圖中附圖標記2、 3、 4 分別表示三個透明電極，附圖標記5表示四個取向?qū)?，分別為第一、第二、 第三和第四取向?qū)?；第一取向?qū)油扛灿谕该麟姌O2的表面，第二取向?qū)油扛?于透明電極3的第一表面，第三取向?qū)油扛灿谕该麟姌O3的與所述第一表面 相對的第二表面，第四取向?qū)油扛灿谕该麟姌O4的表面，在所述第一和第二 取向?qū)又g、以及在所述第三和第四取向?qū)又g填充有向列型液晶，其中， 第一取向?qū)拥娜∠蚺c第二取向?qū)拥娜∠蛳嗷コ?5度角；第三取向?qū)拥娜∠蚺c第四取向?qū)拥娜∠蛳嗷コ?5度角；且在第以取向?qū)拥娜∠蚺c第三取向?qū)?的取向相同，第二取向?qū)拥娜∠蚺c第四取向?qū)拥娜∠蛳嗷ゴ怪薄Ｈ肷涔?0 為線偏振光，且入射光的偏振方向平行于第一取向?qū)雍偷谌∠驅(qū)拥娜∠蚍?向(當然，入射光20的偏振方向也可以與其中一個取向?qū)拥娜∠蚴谴怪钡?， 該入射光的偏振方向如圖中雙箭頭實線所表示的方向(從對著入射方向 角度觀看)。這樣，在電極2、 3和4之間沒有電場的情況下，第一和第二 取向?qū)又g的向列型液晶成扭曲45度角排列，從對著入射方向角度觀看， 成順時針旋轉(zhuǎn)45度；第三和第四取向?qū)又g的液晶也成扭曲45度角排列， 從對著入射方向角度觀看，成逆時針旋轉(zhuǎn)45度；當然，這是本實施例的特中，所述透明電極3作為公共電極，與電源10的一端連接，電源10的另一 端與一雙開關(guān)ll連接，所述開關(guān)11具有三個端口，另外兩個端口分別與電 極透明2和透明電極4電連接。當所述開關(guān)11給透明電極3和4供電，讓 透明電極2懸空時，偏振光通過該偏振旋轉(zhuǎn)開關(guān)的位于電極2和3之間的扭 曲液晶時順時針旋轉(zhuǎn)45度角，如圖2b中雙箭頭虛線所表示的方向(從對著 入射方向角度觀看)，而在通過位于電極3和4之間的液晶時，偏振光不發(fā) 生旋轉(zhuǎn)而直接透射。在另外一種供電模式下，光路圖如圖3a所示，該供電 模式為所述開關(guān)11給透明電極2和3供電而讓透明電極4懸空，偏振光通 過該偏振旋轉(zhuǎn)開關(guān)的位于電極3和4之間的扭曲液晶時逆時針旋轉(zhuǎn)45度角， 如圖3b中雙箭頭虛線所表示的方向(從對著入射方向角度觀看，圖3b中雙 箭頭實線所表示的方向為入射光的偏振方向)。而在通過位于電極2和3之 間的液晶時，偏振光不發(fā)生旋轉(zhuǎn)而直接透射。從本發(fā)明的上述實施例不難看 出，本發(fā)明的偏振旋轉(zhuǎn)開關(guān)可以同時滿足偏振光的兩個相同或不同的角度旋 轉(zhuǎn)要求，旋轉(zhuǎn)角度也可以隨意設(shè)置，同時也可以用來替換現(xiàn)有只旋轉(zhuǎn)一個角 度的旋轉(zhuǎn)開關(guān)，可以將該角度拆分成兩個很小的旋轉(zhuǎn)角度，例如上述實施例 可以相當于現(xiàn)在有旋轉(zhuǎn)90度的偏振旋轉(zhuǎn)開關(guān)，而且由于拆分后的兩個角度 很小，因此每個扭曲液晶的厚度會很小，這樣可以大大減小開關(guān)的響應(yīng)時間， 成倍提高偏振旋轉(zhuǎn)開關(guān)的開關(guān)頻率，提高光切換或光抖動裝置的高頻率切換 或抖動能力；而且由于厚度小，在工藝上對厚度的誤差要求會很小，這樣大 大降低了施工難度，而且極大減少壞損率，提高成品率。圖中開關(guān)ll為機械開關(guān)，事實上，開光11還可以為電子開關(guān)，而且透明電極2和3以及透 明電極3和4可以采用獨立的開關(guān)和電源。還可以將透明電極2和4分別分 成多個獨立的部分，釆用薄膜晶體管(TFT)對多個單元進行獨立的控制。 TFT技術(shù)是成熟的現(xiàn)有技術(shù)，這里就不再詳述。釆用TFT技術(shù)控制本發(fā)明的偏振旋轉(zhuǎn)開關(guān)還可以用來替代現(xiàn)有的TN液 晶盒而應(yīng)用到顯示器中，灰度的控制可以拆分到兩個扭曲液晶上，這樣在獲 得相同的灰階的情況下，可以使灰階響應(yīng)時間成倍減少，滿足顯示設(shè)備刷新 或更新的更高頻率要求。由于需要控制灰階，因此不能采用機械開關(guān)，最好 是采用獨立控制的電子開關(guān)，該可控電子開關(guān)能拆分每個灰階編碼信息，并 同時根據(jù)灰階編碼信息獨立給透明電極2和4上的每個單元提供相應(yīng)的刷新 或更新電壓。這里每個單元可以與子像素相對應(yīng)，也可以采用其它對應(yīng)方式。下面具體說明應(yīng)用本發(fā)明偏振旋轉(zhuǎn)開關(guān)的光抖動裝置的結(jié)構(gòu)和原理，如 圖4a所示，光調(diào)制器1提供線偏振光(如果光調(diào)制器1為非線偏振光，則 需在透明電極2和光調(diào)制器l之間放置一線偏振器件)，圖中方案采用給透 明電極3和4供電，透明電極2懸空，偏振光被順時針旋轉(zhuǎn)45度(從對著 入射方向角度觀看)，偏振方向垂直于紙平面，如圖4b中的雙箭頭虛線所 示，旋轉(zhuǎn)后的偏振光垂直入射到雙折射材料12中，偏振方向垂直光線的主 平面(垂直于雙折射光軸)，無折射穿過所述雙折射材料12。當給透明電 極2和3供電，透明電極4懸空時，偏振光被逆時針旋轉(zhuǎn)45度(從對著入 射方向角度觀看)，偏振方向平行于紙平面，然后垂直入射到所述雙折射材 料12,該偏振光穿過所述雙折射材料12時在雙折射材料的入射面和出射面 發(fā)生折射，光路偏離從光調(diào)制器l射出時的光路。該光抖動裝置利用了本發(fā) 明的偏振旋轉(zhuǎn)開關(guān)后，抖動速度成倍增加，而且在制作工藝上沒有添加額外 的難度，可以采用更低的電壓進行控制，更安全，使用壽命更加長。對于本發(fā)明的偏振旋轉(zhuǎn)開關(guān)在快速光抖動裝置中的應(yīng)用，該偏振旋轉(zhuǎn)開 關(guān)可以進一步簡化，只設(shè)置一個開關(guān)給透明電極2或4供電，而采用一個反 相器(非門)將透明電極2和透明電極4進行連接，電源不采用交變電源。本發(fā)明的偏振旋轉(zhuǎn)開關(guān)還可以應(yīng)用于2D/3D可切換顯示裝置，如圖6a 所示，與圖5a所示實施例唯一的不同在于圖5a中的雙折射材料12替換 成組合透鏡，其中組合透鏡包括單折射率透鏡6、雙折射率液晶材料7、取向?qū)?以及透明基板9,在所述單折射率透鏡6的曲面部分還做取向處理， 或者設(shè)置取向?qū)印＿x取單折射率透鏡6的折射率為np雙折射率液晶材料7 的折射率分別為尋常光折射率n。、非尋常光折射率ne,且n產(chǎn)n。， ni>ne， 如圖中所示，雙折射率液晶的光軸平行于紙面，光軸與光線的入射方向垂直， 該2D/3D可切換顯示裝置工作于兩種模式，第一種模式采取給透明電極3 和4供電，而讓透明電極2懸空，偏振光被順時針旋轉(zhuǎn)45度(從對著入射 方向角度觀看)，偏振方向垂直于紙平面，如倒6b中的雙箭頭虛線所示， 旋轉(zhuǎn)后的偏振光垂直入射到所述組合透鏡中，此時偏振光的偏振方向垂直于 液晶光軸，因此光線的折射率為n。，由于n尸n。，因此光線在穿過組合透鏡 時不發(fā)生折射。此時2D/3D可切換顯示裝置表現(xiàn)為2D模式顯示。第二種模 式采取給透明電極2和3供電，而讓透明電極4懸空，如圖7a所示，偏振 光被逆時針旋轉(zhuǎn)45度(從對著入射方向角度觀看)，偏振方向平行于紙平 面，如圖7b中的雙箭頭虛線所示，旋轉(zhuǎn)后的偏振光垂直入射到所述組合透 鏡中，此時偏振光的偏振方向平行于液晶光軸，因此光線的折射率為ne,由 于 〉ne，因此光線穿過所述單折射率透鏡6時，會在所述單折射率透鏡6 的曲面發(fā)生折射(示意圖中忽略在穿過取向?qū)?和透明基板時的折射)，此 時2D/3D可切換顯示裝置表現(xiàn)為3D模式顯示。至于組合透鏡的各種材料選 取和形狀位置的設(shè)定，還可以參考中國專利公開號為CN101114055的專利 公開文獻，在此不做過多描述。上述的具體實施方式
僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的技術(shù) 人員在本方法的啟示下，在不脫離本方法宗旨和權(quán)利要求所保護的范圍情況 下，還可以作出很多變形，這些均屬于本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種偏振旋轉(zhuǎn)開關(guān)，包括第一透明電極和第二透明電極，其特征在于，還包括第三透明電極，所述第一透明電極和第二透明電極之間設(shè)置有第一扭曲向列型液晶；所述第二透明電極與所述第三透明電極之間設(shè)置有第二扭曲向列型液晶；在所述第一扭曲向列型液晶和所述第二扭曲向列型液晶的光線的入射端處的液晶取向相同或相互垂直，所述第一透明電極、第二透明電極和第三透明電極均連接到可控供電裝置。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種偏振旋轉(zhuǎn)開關(guān)，其特征在于，所述 第 一扭曲向列型液晶與所述第二扭曲向列型液晶的扭轉(zhuǎn)方向相反。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種偏振旋轉(zhuǎn)開關(guān)，其特征在于，所述 第 一扭曲向列型液晶與所述第二扭曲向列型液晶的扭轉(zhuǎn)角度相同。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任意一項所述的偏振旋轉(zhuǎn)開關(guān)，其特征 在于，所述第一扭曲向列型液晶與所述第二扭曲向列型液晶的扭轉(zhuǎn)角度 均為45度。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種偏振旋轉(zhuǎn)開關(guān)，其特征在于， 所述第一扭曲向列型液晶與所述第二扭曲向列型液晶的扭轉(zhuǎn)角度不同。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的偏振旋轉(zhuǎn)開關(guān)，其特征在 于，所述可控供電裝置包括電源和可控電子開關(guān)。
7、 一種顯示裝置，其特征在于，包括權(quán)利要求1至3中任一項所 述的偏振旋轉(zhuǎn)開關(guān)。
8、 一種光抖動裝置，其特征在于，包括權(quán)利要求1至3中任一項 所述的偏振旋轉(zhuǎn)開關(guān)。
9、 一種2D/3D可切換顯示裝置，其特征在于，包括權(quán)利要求l至 3中任一項所述的偏振旋轉(zhuǎn)開關(guān)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種偏振旋轉(zhuǎn)開關(guān)，包括第一透明電極和第二透明電極，還包括第三透明電極，所述第一透明電極和第二透明電極之間設(shè)置有第一扭曲向列型液晶；所述第二透明電極與所述第三透明電極之間設(shè)置有第二扭曲向列型液晶；在所述第一扭曲向列型液晶和所述第二扭曲向列型液晶的光線的入射端處的液晶取向相同或相互垂直，所述第一透明電極、第二透明電極和第三透明電極均連接到可控供電裝置。利用本發(fā)明提供的偏振旋轉(zhuǎn)開關(guān)，使得開關(guān)速度成倍提高，能很好的解決液晶顯示設(shè)備中的拖尾問題，使光抖動裝置的抖動速度成倍提高，還能很好的應(yīng)用在2D/3D可切換顯示設(shè)備中，由于采用更低的電壓進行控制，更安全，使用壽命更長。
文檔編號G02F1/29GK101236314SQ20081010139
公開日2008年8月6日 申請日期2008年3月6日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月6日
發(fā)明者金兆棟 申請人:北京超多維科技有限公司