專利名稱：主動(dòng)開(kāi)關(guān)式三維顯示鏡片及主動(dòng)開(kāi)關(guān)式三維顯示眼鏡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種三維立體鏡片以及一種三維立體眼鏡，尤其涉及一種主動(dòng)開(kāi)關(guān)式三維顯示鏡片及主動(dòng)開(kāi)關(guān)式三維顯示眼鏡。
背景技術(shù)：
目前用于三維顯示的眼鏡主要有液晶開(kāi)關(guān)式鏡片和偏振片鏡片兩種類型。偏振片式眼鏡其左右眼分別采用不同偏振方向的偏振鏡片對(duì)應(yīng)相應(yīng)的左右眼圖像偏振方向，這樣左右眼分別只能看到對(duì)應(yīng)的左右眼圖像，通過(guò)眼睛的融合左右，觀察到三維圖像。液晶開(kāi)關(guān)式鏡片是針對(duì)每幀顯示的內(nèi)容分別對(duì)應(yīng)左右圖像，通過(guò)液晶開(kāi)關(guān)鏡片分別切換至左右眼。 偏振片式眼鏡的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低。但偏振片式眼鏡損失分辨率，串?dāng)_較大，且與觀察位置關(guān)系密切，實(shí)際觀察效果欠佳。液晶開(kāi)關(guān)式鏡片由于每幀只顯示左圖像或右圖像，所以在實(shí)現(xiàn)過(guò)程中幀頻減半。它的優(yōu)點(diǎn)是不損失分辨率，且串?dāng)_較小；但是，當(dāng)液晶開(kāi)關(guān)式鏡片用于三維液晶顯示器時(shí)，由于通過(guò)液晶盒后的光是具有偏振性的，因此受液晶眼鏡偏振方向的影響，對(duì)觀察位置的要求十分苛刻，頭部略有轉(zhuǎn)的就會(huì)影響觀看效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足提供一種串?dāng)_小并且其三維圖像顯示質(zhì)量與觀察位置和頭部轉(zhuǎn)動(dòng)無(wú)關(guān)的能夠適用于普通的任何一種三維顯示器的主動(dòng)開(kāi)關(guān)式三維顯示鏡片以及一種主動(dòng)開(kāi)關(guān)式三維顯示眼鏡。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是一種主動(dòng)開(kāi)關(guān)式三維顯示鏡片， 包括前玻璃基板、后玻璃基板、外圍堰、前透明電極、后透明電極、有色非極性油滴、至少兩個(gè)親水介質(zhì)層、至少兩個(gè)疏水介質(zhì)層和至少兩個(gè)內(nèi)圍堰；所述外圍堰設(shè)置在前玻璃基板和后玻璃基板之間并且形成封閉的腔室；前透明電極、后透明電極、親水介質(zhì)層和疏水介質(zhì)層和有色非極性油滴位于腔室內(nèi)；第一透明電極設(shè)置在腔室的上表面上并且覆蓋腔室的全部上表面，后透明電極設(shè)置在腔室的下表面上并且覆蓋腔室的全部下表面；內(nèi)圍堰設(shè)置在后透明電極上，疏水介質(zhì)層設(shè)置在后透明電極表面并且位于內(nèi)圍堰內(nèi)，有色非極性油滴位于內(nèi)圍堰內(nèi)并且設(shè)置在疏水介質(zhì)層表面，親水介質(zhì)層也設(shè)置在后透明電極表面并且位于內(nèi)圍堰內(nèi)，所述親水介質(zhì)層位于內(nèi)圍堰的內(nèi)邊緣與疏水介質(zhì)層的外邊緣之間，親水介質(zhì)層與疏水介質(zhì)層處在同一平面內(nèi)，疏水介質(zhì)層的寬度與親水介質(zhì)層的寬度之比大于10 1 ；腔室的其余部分充滿水。本發(fā)明主動(dòng)開(kāi)關(guān)式三維顯示鏡片的工作原理是利用基于透明介質(zhì)上電潤(rùn)濕效應(yīng)，通過(guò)施加不同電壓來(lái)調(diào)節(jié)介質(zhì)層表面的疏水特性，使其由疏水轉(zhuǎn)變?yōu)橛H水，從而控制有色油滴覆蓋介質(zhì)層面積的大小。由于親水介質(zhì)層的存在，依靠表面張力的作用，使得聚集后的油滴朝向親水介質(zhì)層移動(dòng)，即朝向腔室的邊緣移動(dòng)。從而使整體鏡片的透光性更好。作為本發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)的技術(shù)方案，所述內(nèi)圍堰之間緊密排列形成矩陣式排列并且覆蓋腔室內(nèi)的全部表面。作為本發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)的技術(shù)方案，所述內(nèi)圍堰的截面為矩形、正方形、菱形、正六邊形。作為本發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)的技術(shù)方案，所述有色非極性油滴由粒徑為5 1000納米的碳黑或碳納米管分散在硅油中構(gòu)成。作為本發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)的技術(shù)方案，所述前玻璃基板和后玻璃基板為厚度為 0.01 3毫米的玻璃、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸酯或聚苯二甲酸乙二醇酯的透明板材或薄膜。作為本發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)的技術(shù)方案，所述前透明電極和后透明電極為厚度為 10 1000納米的氧化銦錫或氧化鋅透明薄膜。一種主動(dòng)開(kāi)關(guān)式三維顯示眼鏡，包括鏡架、安裝在鏡架上的鏡片、同步控制器以及安裝在鏡架上并且用于接收紅外發(fā)生器所發(fā)出的紅外信號(hào)同時(shí)控制施加在鏡片上的電壓的大小的紅外接收器，同步控制器與紅外發(fā)生器電連接并且用于控制紅外發(fā)生器，所述鏡片為上述所述的主動(dòng)開(kāi)關(guān)式三維顯示鏡片。本發(fā)明主動(dòng)開(kāi)關(guān)式三維顯示眼鏡的工作原理是由同步驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)生的控制信號(hào)與顯示器中的驅(qū)動(dòng)控制器的幀同步控制信號(hào)同步，對(duì)紅外信號(hào)發(fā)生器逐幀施加左、右眼控制信號(hào)，眼鏡上安裝的紅外接收器接收到相應(yīng)的信號(hào)后，分別控制左右鏡片的開(kāi)和關(guān)，使得左右眼圖像分別通過(guò)左、右鏡片，通過(guò)人眼的融合左右，形成相應(yīng)的三維圖像。即本發(fā)明在任何一種顯示器上逐幀顯示三維圖像對(duì)應(yīng)的左、右眼圖像，在此顯示器上安裝紅外輻射裝置， 并根據(jù)顯示器的幀同步信號(hào)和所對(duì)應(yīng)的左眼或右眼圖像，對(duì)紅外輻射裝置施加控制信號(hào)， 使顯示器輸出的圖像按左、右眼圖像順序顯示，再通過(guò)眼鏡上的紅外接收器控制眼鏡開(kāi)關(guān)， 使左眼或右眼分別接受對(duì)應(yīng)的圖像內(nèi)容，以實(shí)現(xiàn)三維顯示。本發(fā)明主動(dòng)開(kāi)關(guān)式三維顯示鏡片采用透明的前玻璃基板和后玻璃基板以及透明的前透明電極和后透明電極，因此，本發(fā)明不會(huì)出現(xiàn)液晶開(kāi)關(guān)式鏡片或者偏振片鏡片的對(duì)鏡片方位的嚴(yán)格要求，即克服了其觀察效果與觀察視角關(guān)系密切的缺點(diǎn)。或者說(shuō)本發(fā)明在使用時(shí)，三維圖像顯示質(zhì)量與觀察位置和頭部轉(zhuǎn)動(dòng)無(wú)關(guān)；另外本發(fā)明利用基于透明介質(zhì)上電潤(rùn)濕效應(yīng)，通過(guò)施加不同電壓來(lái)調(diào)節(jié)介質(zhì)層表面的疏水特性，使其由疏水轉(zhuǎn)變?yōu)橛H水，從而控制有色油滴覆蓋介質(zhì)層面積的大小油滴鋪開(kāi)時(shí)為關(guān)狀態(tài)，油滴聚集時(shí)為開(kāi)狀態(tài)。因此， 本發(fā)明性對(duì)于一般的液晶開(kāi)關(guān)式鏡片或者偏振片鏡片具有更小的串?dāng)_?？傊景l(fā)明不僅三維圖像顯示質(zhì)量與觀察位置和頭部轉(zhuǎn)動(dòng)無(wú)關(guān)而且串?dāng)_小。另外本發(fā)明制作工藝簡(jiǎn)單、成本低，適用于普通的任何一種三維顯示器。


圖1為實(shí)施例1的主動(dòng)開(kāi)關(guān)式三維顯示鏡片處于開(kāi)狀態(tài)的截面結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為實(shí)施例1的主動(dòng)開(kāi)關(guān)式三維顯示鏡片處于開(kāi)狀態(tài)的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為實(shí)施例1的主動(dòng)開(kāi)關(guān)式三維顯示鏡片處于關(guān)狀態(tài)的截面結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為實(shí)施例1的主動(dòng)開(kāi)關(guān)式三維顯示鏡片處于關(guān)狀態(tài)的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為實(shí)施例2的主動(dòng)開(kāi)關(guān)式三維顯示眼鏡工作原理示意圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1參見(jiàn)圖1、圖2、圖3和圖4，本主動(dòng)開(kāi)關(guān)式三維顯示鏡片包括前玻璃基板1、后玻璃基板2、外圍堰3、前透明電極4、后透明電極5、有色非極性油滴8、至少兩個(gè)親水介質(zhì)層9、 至少兩個(gè)疏水介質(zhì)層7和至少兩個(gè)內(nèi)圍堰13 ；所述外圍堰3設(shè)置在前玻璃基板1和后玻璃基板2之間并且形成封閉的腔室6，腔室6的數(shù)量和鏡片大小有關(guān)，每個(gè)腔室6作為一個(gè)小單元，其面積不得大于1mm*Imm ；前透明電極4、后透明電極5、親水介質(zhì)層9和疏水介質(zhì)層7 和有色非極性油滴8位于腔室6內(nèi)；第一透明電極4設(shè)置在腔室6的上表面6-1上并且覆蓋腔室6的全部上表面，后透明電極5設(shè)置在腔室6的下表面6-2上并且覆蓋腔室6的全部下表面；內(nèi)圍堰13設(shè)置在后透明電極5上，疏水介質(zhì)層7設(shè)置在后透明電極5表面并且位于內(nèi)圍堰13內(nèi)，有色非極性油滴8位于內(nèi)圍堰13內(nèi)并且設(shè)置在疏水介質(zhì)層7表面，親水介質(zhì)層9也設(shè)置在后透明電極(5)表面并且位于內(nèi)圍堰13內(nèi)，所述親水介質(zhì)層9位于內(nèi)圍堰 13的內(nèi)邊緣與疏水介質(zhì)層5的外邊緣之間，親水介質(zhì)層9與疏水介質(zhì)層7處在同一平面內(nèi)， 疏水介質(zhì)層7的寬度與親水介質(zhì)層9的寬度之比大于10 1;腔室6的其余部分充滿水。所述內(nèi)圍堰13之間緊密排列形成矩陣式排列并且覆蓋疏水介質(zhì)層7位于腔室6 內(nèi)的全部表面。所述內(nèi)圍堰17的截面可以為矩形、正方形、菱形、正六邊形，或者還可以為其他可無(wú)縫拼接的多邊形。本實(shí)施例中為正方形。所述有色非極性油滴8由粒徑為5 1000納米的碳黑或碳納米管分散在硅油中構(gòu)成。所述前玻璃基板1和后玻璃基板2為厚度為0. 01 3毫米的玻璃、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸酯或聚苯二甲酸乙二醇酯的透明板材或薄膜。所述前透明電極4和后透明電極5 為厚度為10 1000納米的氧化銦錫或氧化鋅透明薄膜。親水層可采用AZ4620光刻膠制作，厚度為3 6微米。疏水介質(zhì)層可采用Teflon制作，厚度為0. 6 0. 8微米。圍堰可采用聚二甲基硅氧烷(PDMS)框制作，厚度為1 6毫米。本實(shí)施例的具體工作原理如圖3和圖4所示當(dāng)前透明電極和后透明電極之間不加電壓時(shí)，一個(gè)帶有顏色的油滴即有色非極性油滴將自動(dòng)平鋪在水與疏水介質(zhì)層表面之間，這是因?yàn)樵谖⒚壮叨认?，疏水層表面和親水層表面的表面張力分別滿足方程1和2 _] yij0+yw,0 < Yijw 1yiw,w+y0,w< Yiwj0 2其中γ為表面張力；下標(biāo)W、O、i和iw分別代表水、油、疏水介質(zhì)層表面和親水介質(zhì)層表面。因此，在親水介質(zhì)層和疏水介質(zhì)層界面處，水將與親水介質(zhì)層表面直接接觸， 從而形成如圖3所示的油水界面。當(dāng)可見(jiàn)光從鏡片前方入射到后透明玻璃基板時(shí)，可見(jiàn)光的部分光譜被油滴吸收，透射光譜主要集中在油滴顏色光譜段附近，此時(shí)鏡片表現(xiàn)為“關(guān)” 狀態(tài)。如圖1和圖2所示當(dāng)前透明電極和后透明電極之間施加一定電壓時(shí)，原來(lái)的平衡被打破。外加電壓將引起油滴和疏水介質(zhì)層之間表面張力的變化，其改變量為Y 可由 Lippmann公式求得。隨著外加電壓的增加，當(dāng)滿足Yij0+yw,0 > Yijw-Yew 3時(shí)，油滴將不能完全鋪滿整個(gè)鏡片，透明水將排開(kāi)部分油滴，與疏水介質(zhì)層直接接觸，從而形成如圖1所示的水、油滴以及疏水介質(zhì)層三相界面。隨著電壓的增大，為了保持
5系統(tǒng)能量平衡，水滴的三相接觸角θ會(huì)變小，水滴與疏水介質(zhì)層接觸面積變大，油滴鼓起。 此時(shí)，當(dāng)可見(jiàn)光從鏡片前面入射到后透明玻璃基板時(shí)，可見(jiàn)光通過(guò)沒(méi)有油滴覆蓋的后透明璃基板、透明水和前透明玻璃基板直接透射出鏡片，此時(shí)鏡片為“開(kāi)”狀態(tài)。實(shí)施例2參見(jiàn)圖5，采用上述主動(dòng)開(kāi)關(guān)式三維顯示鏡片作為鏡片11的主動(dòng)開(kāi)關(guān)式三維顯示眼鏡，包括鏡架10、同步控制器15以及安裝在鏡架上并且用于接收紅外發(fā)生器16所發(fā)出的紅外信號(hào)同時(shí)控制施加在鏡片11上的電壓的大小的紅外接收器12，鏡片11安裝在鏡架10 上，同步控制器15與紅外發(fā)生器16電連接并且用于控制紅外發(fā)生器16。本主動(dòng)開(kāi)關(guān)式三維顯示眼鏡具體工作原理如圖5所示，顯示器14上逐幀分別顯示三維圖像或視頻對(duì)應(yīng)的左眼或右眼的圖像或視頻；通過(guò)同步控制器15控制安裝在顯示器 14上的紅外發(fā)生器16，當(dāng)前幀顯示的圖像或視頻為左眼圖像，則紅外發(fā)生器16發(fā)出相應(yīng)脈沖給主動(dòng)開(kāi)關(guān)式三維顯示眼鏡的鏡架10上安裝的紅外信號(hào)接收器12，紅外信號(hào)接收器 12根據(jù)接收到的信號(hào)控制主動(dòng)開(kāi)關(guān)式三維顯示鏡片11，分別對(duì)左右鏡片施加相應(yīng)的電壓， 使之開(kāi)或關(guān)。若紅外信號(hào)接收器12接收到的是左眼信號(hào)，則對(duì)左眼鏡片施加正電壓，右眼鏡片施加0電壓，對(duì)應(yīng)眼左眼鏡片開(kāi)，右眼鏡片關(guān)；反之當(dāng)前幀顯示的圖像或視頻為右眼圖像，則對(duì)則對(duì)左眼鏡片施加0電壓，右眼鏡片施加正電壓，對(duì)應(yīng)眼右眼鏡片開(kāi)，左眼鏡片關(guān)； 如此循環(huán)重復(fù)，使得當(dāng)前時(shí)刻左眼或右眼接受左眼或右眼的圖像內(nèi)容，下一時(shí)刻右眼或左眼接收右眼或左眼的圖像內(nèi)容，以此實(shí)現(xiàn)三維顯示。
權(quán)利要求
1.一種主動(dòng)開(kāi)關(guān)式三維顯示鏡片，其特征在于包括前玻璃基板(1)、后玻璃基板O)、 外圍堰(3)、前透明電極G)、后透明電極(5)、有色非極性油滴(8)、至少兩個(gè)親水介質(zhì)層 (9)、至少兩個(gè)疏水介質(zhì)層(7)和至少兩個(gè)內(nèi)圍堰(13)；所述外圍堰C3)設(shè)置在前玻璃基板(1)和后玻璃基板( 之間并且形成封閉的腔室(6)；前透明電極G)、后透明電極(5)、親水介質(zhì)層(9)和疏水介質(zhì)層(7)和有色非極性油滴⑶位于腔室(6)內(nèi)；第一透明電極(4)設(shè)置在腔室(6)的上表面(6-1)上并且覆蓋腔室(6)的全部上表面， 后透明電極( 設(shè)置在腔室(6)的下表面(6- 上并且覆蓋腔室(6)的全部下表面；內(nèi)圍堰(1 設(shè)置在后透明電極( 上，疏水介質(zhì)層(7)設(shè)置在后透明電極( 表面并且位于內(nèi)圍堰(13)內(nèi)，有色非極性油滴⑶位于內(nèi)圍堰(13)內(nèi)并且設(shè)置在疏水介質(zhì)層(7) 表面，親水介質(zhì)層(9)也設(shè)置在后透明電極(5)表面并且位于內(nèi)圍堰(13)內(nèi)，所述親水介質(zhì)層(9)位于內(nèi)圍堰(1 的內(nèi)邊緣與疏水介質(zhì)層(5)的外邊緣之間，親水介質(zhì)層(9)與疏水介質(zhì)層(7)處在同一平面內(nèi)，疏水介質(zhì)層(7)的寬度與親水介質(zhì)層(9)的寬度之比大于 10 1 ；腔室(6)的其余部分充滿水。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的主動(dòng)開(kāi)關(guān)式三維顯示鏡片，其特征在于所述內(nèi)圍堰(13)之間緊密排列形成矩陣式排列并且覆蓋腔室(6)內(nèi)的全部表面，。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的主動(dòng)開(kāi)關(guān)式三維顯示鏡片，其特征在于所述內(nèi)圍堰(13)的截面為矩形、正方形、菱形、六邊形。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的主動(dòng)開(kāi)關(guān)式三維顯示鏡片，其特征在于所述有色非極性油滴(8)由粒徑為5 1000納米的碳黑或碳納米管分散在硅油中構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的主動(dòng)開(kāi)關(guān)式三維顯示鏡片，其特征在于所述前玻璃基板(1)和后玻璃基板O)為厚度為0. 01 3毫米的玻璃、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸酯或聚苯二甲酸乙二醇酯的透明板材或薄膜。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的主動(dòng)開(kāi)關(guān)式三維顯示鏡片，其特征在于所述前透明電極(4)和后透明電極( 為厚度為10 1000納米的氧化銦錫或氧化鋅透明薄膜。
7.—種主動(dòng)開(kāi)關(guān)式三維顯示眼鏡，包括鏡架(10)、安裝在鏡架(10)上的鏡片、同步控制器(15)以及安裝在鏡架(10)上并且用于接收紅外發(fā)生器(16)所發(fā)出的紅外信號(hào)同時(shí)控制施加在鏡片上的電壓的大小的紅外接收器(12)，同步控制器(1 與紅外接收器(12) 電連接并且用于接收紅外接收器(1 的檢測(cè)信號(hào)同時(shí)輸出控制信號(hào)給紅外接收器(12)， 其特征在于所述鏡片為權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的主動(dòng)開(kāi)關(guān)式三維顯示鏡片(11)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種主動(dòng)開(kāi)關(guān)式三維顯示鏡片，包括前玻璃基板、后玻璃基板、外圍堰、前透明電極、后透明電極、有色非極性油滴、至少兩個(gè)親水介質(zhì)層、至少兩個(gè)疏水介質(zhì)層和至少兩個(gè)內(nèi)圍堰；所述外圍堰設(shè)置在前玻璃基板和后玻璃基板之間并且形成封閉的腔室；前透明電極、后透明電極、親水介質(zhì)層和疏水介質(zhì)層和有色非極性油滴位于腔室內(nèi)。本發(fā)明還公開(kāi)了一種采用上述主動(dòng)開(kāi)關(guān)式三維顯示鏡片的主動(dòng)開(kāi)關(guān)式三維顯示眼鏡。本發(fā)明不會(huì)出現(xiàn)液晶開(kāi)關(guān)式鏡片或者偏振片鏡片的對(duì)鏡片方位的嚴(yán)格要求，即克服了其觀察效果與觀察視角關(guān)系密切的缺點(diǎn)。另外，本發(fā)明不僅三維圖像顯示質(zhì)量與觀察位置和頭部轉(zhuǎn)動(dòng)無(wú)關(guān)而且串?dāng)_小。
文檔編號(hào)G02B27/22GK102213835SQ20111011655
公開(kāi)日2011年10月12日 申請(qǐng)日期2011年5月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月5日
發(fā)明者仲雪飛, 吳忠, 屠彥, 張 雄, 楊蘭蘭, 王保平, 王莉莉, 雷威 申請(qǐng)人:東南大學(xué)