3d分光器及立體顯示裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及3D立體顯示【技術領域】，尤其涉及3D分光器及立體顯示裝置。該3D分光器包括多個透鏡單元，透鏡單元的第一基板上設置有第一電極及第一介電層，第一介電層上設置第二電極；第一介電層上還設置有第一水平取向膜；第三基板上有第一公用電極；第一公用電極上覆蓋有第二水平取向膜；第一基板與第三基板之間封裝有第一液晶層；第三基板上設置有第一偏光片；第一偏光片上覆蓋第四基板，第四基板上設置第三電極；第四基板上還設置有第三水平取向膜，第二基板上設置有第二公用電極，第二公用電極上覆蓋有第四水平取向膜；第二基板與第四基板之間封裝有第二液晶層。本申請的3D分光器及立體顯示裝置，可降低3D串擾，實現(xiàn)更好的立體顯示。
【專利說明】3D分光器及立體顯示裝置

【技術領域】
[0001]本實用新型涉及3D立體顯示【技術領域】，具體而言，涉及3D分光器及立體顯示裝置。

【背景技術】
[0002]3D立體顯示技術中，裸眼3D因無需其它輔助設備便能觀看到3D效果的便利性及應用上的優(yōu)勢，成為3D顯示技術研究的重心。在各種裸眼3D顯示技術中，采用液晶透鏡及液晶狹縫光柵的自由立體顯示裝置因各自特有的優(yōu)勢受到廣泛關注。
[0003]采用液晶透鏡實現(xiàn)的立體顯示裝置，主要是利用在液晶層兩側(cè)的兩片基板上分別設置正負電極，并在不同電極上施加大小不同的驅(qū)動電壓，從而在兩片基板間形成具有不同強度的垂直電場，以驅(qū)動液晶分子排列而形成可變焦液晶透鏡。因此，只需要控制相應電極上的電壓分布，液晶透鏡的折射率分布就會相應的改變，從而對像素出射光的分布進行控制，實現(xiàn)自由立體顯示和2D/3D自由切換。
[0004]如圖1示出了一種常見的液晶透鏡立體顯示裝置的結構示意圖。如圖1所示，現(xiàn)有的液晶透鏡立體顯示裝置100包含兩個部分，其中第一部分為常用的2D顯示裝置120，如IXD、OLED等；第二部分為置于2D顯示裝置120之前的液晶透鏡陣列110，兩者一般通過周邊粘貼或者整面貼合工藝組裝在一起形成自由立體顯示裝置。具體地，液晶透鏡陣列110包含多個液晶透鏡單元(如LI與L2，圖中僅畫出了兩個透鏡單元作為示例)，每個透鏡單元(如LI與L2)具有相同的結構。液晶透鏡陣列110包含第一基板101與第二基板102，第一基板101與第二基板102正對設置。在第一基板101上設置有第一電極103，在第二基板102上設置有第二電極107。在每一個透鏡單元之內(nèi)，以LI為例，第一電極103包含S11、S12、S13、-,S18.S19等多個以一定間隔分開并平行設置的條形電極，電極的數(shù)量一般為奇數(shù)(以下以九電極為例進行說明)，每個條形電極的寬度分別為W(Sll)、W(S12)、
W(S13).....W(S18)、W(S19)等。一般而言，條形電極具備相同的寬度，即W(Sll) =ff(S12)
=W(S13) =...= ff(S18) = ff(S19)。在兩個液晶透鏡單元相接處(如LI與L2之間)共用同一個條形電極S19(S21)。進一步地，液晶透鏡陣列110還包括設置在第一電極103上的介電層104 ;設置在第二電極107上的第二配向膜108以及設置在介電層104上的第一配向膜105用于控制液晶分子的取向，其中第一配向膜105與第二配向膜108的摩擦方向平行，液晶材料106被封裝在第一基板101與第二基板102之間。
[0005]如圖1所示，當需要進行2D顯示時,令液晶透鏡陣列110處于非工作狀態(tài),或者令第一電極103和第二電極107之間的電壓差小于液晶材料106的閾值電壓,此時液晶材料106的分子取向仍為初始取向。以正性液晶材料(即Λ ε = ε //-ε丄>0，式中ε //為液晶分子長軸方向的介電系數(shù)，ε丄為液晶分子短軸方向的介電系數(shù))為例，所有液晶分子的長軸沿著平行于紙面的方向規(guī)則排列。從2D顯示面板出射的光線，垂直入射到液晶層106后沒有光程差，也不發(fā)生折射，因此觀賞者看到的依然是2D畫面，由于液晶透鏡陣列110的高透過率，整個液晶透鏡立體顯示裝置100仍具備高亮度、高對比等特點，原2D顯示裝置120的光學特性基本不受影響。
[0006]如圖2所示，當需要進行3D顯示時，在液晶透鏡陣列110的第一電極103的各個條形電極如Sll、S12、S13、…、S18、S19(以透鏡單元LI為例)等上施加左右對稱的電壓，第二電極107作為公用電極其電壓設置為零，以正性液晶材料為例，可以使V(Sll)=V(S19)>V(S12) = V(S18)>V(S13) = V(S17) >V(S14) = V(S16) >V(S15)，即在液晶透鏡單元的中心電極S15上施加的電壓最小，而在透鏡單元的邊緣電極Sll, S19上施加的電壓最大，從透鏡中心到透鏡邊緣各個條形電極上的電壓以一定的梯度進行分布。由于在透鏡單元邊緣電極上施加的電壓最大，與邊緣電極Sll及S19位置對應的液晶分子基本上呈現(xiàn)垂直方向分布，而越靠近透鏡單元的中心電壓越小，因此液晶分子會逐漸傾向于水平方向排列。在每一個透鏡單元內(nèi)，由于電壓對稱分布，液晶材料隨著電場強度的變化呈現(xiàn)折射率的漸變，因而整個液晶透鏡陣列110形成多個微透鏡，將來自2D顯示裝置120的光線進行折射分光，將左右眼的影像分別投影至觀賞者的左眼和右眼，從而產(chǎn)生立體影像。以圖2中四視點為例，當觀賞者的左右眼分布位于I和2、2和3以及3與4等位置時即能看到立體影像。
[0007]對液晶透鏡陣列110而言，在每個液晶透鏡單元如LI內(nèi)的各個條形電極如Sll, S12, S13,…，S18, S19等上施加對稱的電壓后，通過電壓優(yōu)化設置，可以得到每個透鏡單元內(nèi)光程差分布。為減小液晶透鏡在3D顯示時引起的串擾，避免左(右)眼畫面信息分別被右(左)眼察覺到降低立體顯示的品質(zhì)，需要液晶透鏡與拋物型透鏡光程差分布相吻口 ο
[0008]如圖3比較了優(yōu)化后的常見液晶透鏡光程差分布與拋物型透鏡光程差分布的差異。從圖中可以看出，盡管液晶透鏡單元經(jīng)過電壓優(yōu)化后光程差分布曲線在透鏡中心基本與理想拋物線接近，但在兩個液晶透鏡單元交界處(圖中以方框標識)，液晶透鏡光程差分布仍然明顯偏離理想拋物線，從而造成使用液晶透鏡的立體顯示裝置產(chǎn)生較大串擾，降低了立體顯示效果和觀察舒適度。
實用新型內(nèi)容
[0009]本實用新型的目的在于提供3D分光器及立體顯示裝置，以解決上述的問題。
[0010]在本實用新型的實施例中提供了一種3D分光器，包括多個透鏡單元，所述透鏡單元包括:第一基板、第二基板、第三基板及第四基板，所述第一基板、第三基板、第四基板及所述第二基板依次正對間隔設置，其中設定所述透鏡單元的高度方向為z方向，與z方向垂直且與所述透鏡單元的寬度平行的方向為X方向，與Z方向垂直的另一方向為y方向；
[0011]所述第一基板朝向所述第二基板的側(cè)面上設置有第一電極，所述第一電極包括多個條形電極，多個所述條形電極在X方向上并列間隔排布且沿I方向延伸；
[0012]所述第一基板上還設置有第一介電層，所述第一電極位于所述第一介電層及所述第一基板之間；所述第一介電層背向所述第一基板的側(cè)面上設置有第二電極；所述第二電極包括多個條形電極，該多個條形電極在X方向上并列間隔排布且沿y方向延伸；所述第一電極包括的條形電極與所述第二電極包括的條形電極在z方向上交錯排布；
[0013]所述第一介電層上還設置有第一水平取向膜，所述第二電極位于所述第一介電層及所述第一水平取向膜之間；所述第一水平取向膜的摩擦方向為±X或者土y方向；
[0014]所述第三基板朝向所述第一基板的一側(cè)設置有第一公用電極；所述第一公用電極上覆蓋有第二水平取向膜；所述第一水平取向膜與所述第二水平取向膜的摩擦方向垂直；
[0015]所述第一基板與所述第三基板之間封裝有第一液晶層，所述第一液晶層的液晶分子按照設定的預傾角沿著各自的摩擦方向排列，且在z方向上液晶分子以連續(xù)的扭轉(zhuǎn)形式排列；
[0016]所述第三基板背向所述第一基板的側(cè)面上設置有第一偏光片，所述第一偏光片的偏振方向與X方向平行；
[0017]所述第一偏光片上覆蓋第四基板，所述第四基板上設置第三電極；所述第四基板上還設置有第三水平取向膜，所述第三電極位于所述第四基板及所述第三水平取向膜之間，所述第三水平取向膜的摩擦方向與所述第一偏光片的偏振方向相同；
[0018]所述第二基板朝向所述第四基板的側(cè)面上設置有第二公用電極，所述第二公用電極上覆蓋有第四水平取向膜，所述第四水平取向膜的摩擦方向與所述第三水平取向膜的摩擦方向相差180度；
[0019]所述第二基板與所述第四基板之間封裝有第二液晶層，所述第二液晶層中的液晶分子的長軸與X方向平行。
[0020]優(yōu)選地，所述第一電極包括的多個條形電極的寬度相等，且該多個條形電極等間隔排布；所述第二電極包括的多個條形電極的寬度相等，且該多個條形電極等間隔排布；所述第一電極的條形電極的寬度與所述第二電極的條形電極的寬度相等、間隔相等。
[0021]優(yōu)選地，所述第一公用電極及所述第二公用電極為面電極。
[0022]優(yōu)選地，所述第一介電層為氮化硅介電層或為氧化硅介電層。
[0023]優(yōu)選地，所述第一基板及所述第三基板之間還包括用于封裝所述第一液晶層的周邊封框膠；所述第二基板與所述第四基板之間還包括用于封裝所述第二液晶層的周邊封框膠。
[0024]優(yōu)選地，所述第一液晶層及所述第二液晶層均為正性液晶層。
[0025]優(yōu)選地，所述第三電極包括兩個條形電極，該兩個條形電極沿y方向延伸，且該兩個條形電極之間的間隔等于所述透鏡單元的寬度。
[0026]優(yōu)選地，所述第三電極包括多個條形電極，該多個條形電極在X方向并列間隔排布且沿y方向延伸。
[0027]優(yōu)選地，所述的3D分光器還包括:第二偏光片，所述第二偏光片設置于所述第一基板背向所述第二基板的側(cè)面上，且所述第二偏光片的偏振方向與所述第一偏光片的偏振方向平行。
[0028]本實用新型實施例還提供了一種立體顯示裝置，包括2D顯示裝置及上述的3D分光器；所述3D分光器中的第一基板與所述2D顯示裝置周邊粘結或整面貼合。
[0029]本實用新型實施例提供的3D分光器及立體顯示裝置，通過3D分光器的結構設置，使得使用該3D分光器的立體顯示裝置，既可以作為液晶透鏡立體顯示裝置實現(xiàn)3D效果展示，也可以作為液晶狹縫光柵立體顯示裝置實現(xiàn)3D效果展示。當其以液晶透鏡立體顯示裝置工作時，通過3D分光器的結構設置，可以減小液晶透鏡立體顯示裝置的液晶透鏡單元與拋物型透鏡之間因光程差不吻合問題帶來的串擾，提高觀看舒適度；當作為液晶狹縫光柵立體顯示裝置工作時，根據(jù)設計的開口率大小，可以進一步降低3D串，實現(xiàn)更好的立體顯
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【專利附圖】

【附圖說明】
[0030]圖1示出了現(xiàn)有技術中液晶透鏡立體顯示裝置的結構示意圖；
[0031]圖2示出了現(xiàn)有技術中液晶透鏡立體顯示裝置進行3D顯示時的效果示意圖；
[0032]圖3示出了現(xiàn)有技術中液晶透鏡光程差分布與拋物型透鏡光程差分布的差異示意圖；
[0033]圖4示出了本實用新型第一實施例中3D分光器及立體顯示裝置的剖面圖；
[0034]圖5示出了本實用新型第一實施例3D分光器中第一基板與第四基板上電極分布示意圖；
[0035]圖6示出了本實用新型第一實施例中3D分光器及立體顯示裝置以液晶透鏡方式實現(xiàn)3D顯示的一種示意圖；
[0036]圖7示出了本實用新型第一實施例中3D分光器及立體顯示裝置以液晶透鏡方式實現(xiàn)3D顯不的另一種不意圖；
[0037]圖8示出了本實用新型第一實施例中3D分光器及立體顯示裝置以狹縫光柵方式實現(xiàn)3D顯示的第一示意圖；
[0038]圖9示出了本實用新型第二實施例中3D分光器及立體顯示裝置的剖面圖；
[0039]圖10示出了本實用新型第二實施例第一基板與第四基板上電極分布示意圖；
[0040]圖11示出了本實用新型第三實施例3D分光器及立體顯示裝置的剖面圖；
[0041]圖12示出了本實用新型第一實施例3D分光器及立體顯示裝置實現(xiàn)2D顯示的示意圖；
[0042]圖13示出了本實用新型第一實施例3D分光器及立體顯示裝置以液晶透鏡分光實現(xiàn)3D顯示的一種示意圖；
[0043]圖14示出了本實用新型第一實施例3D分光器及立體顯示裝置以液晶透鏡分光實現(xiàn)3D顯不的另一種不意圖；
[0044]圖15示出了本實用新型第一實施例3D分光器及立體顯示裝置以液晶狹縫光柵實現(xiàn)3D顯示的第二示意圖；
[0045]圖16示出了本實用新型第一實施例3D分光器及立體顯示裝置以液晶狹縫光柵實現(xiàn)3D顯示的第三示意圖。

【具體實施方式】
[0046]下面通過具體的實施例子并結合附圖對本實用新型做進一步的詳細描述。
[0047]圖4是3D分光器及包含該3D分光器的第一實施例剖面圖。從圖中可看出，本實用新型實施例的3D分光器1100包括多個液晶透鏡單元(如L1、L2與L3等，圖中僅畫出了三個透鏡單元作為示例)。
[0048]如圖4所示，每個透鏡單元(如L1、L2與L3等)具有相同的結構。具體地，3D分光器1100包括第一基板1001、第二基板1002、第三基板1006與第四基板1015。第一基板1001、第三基板1006、第四基板1015及第二基板1002依次正對間隔設置，優(yōu)選地，第一基板1001、第二基板1002、第三基板1006與第四基板1015可以是玻璃等透明基材，各個基板具有相同或者相近的折射率。
[0049]本實用新型中還設定了參考坐標系，以便于對3D分光器的結構進行直觀說明。如圖4所示，設定的參考坐標系中，以透鏡單元的高度方向為z方向，與z方向垂直且與透鏡單元的寬度平行的方向為X方向，與z方向垂直的另一方向為I方向。
[0050]如圖4，，第一基板1001朝向第二基板1002的側(cè)面上設置有第一電極1003，優(yōu)選地，第一電極1003 —般為透明導電材料如ITO或者IZO等，且第一電極1003包括多個條形電極，如圖中的 10031，10032、10033、10034、10035、10036、10037、10038 與 10039 ;各個條形電極在X方向間隔排布且沿y方向延伸。參照圖5所示，在每個液晶透鏡單元內(nèi)，以LI為例，第一電極 1003 包含 10031，10032、10033、10034、10035、10036、10037、10038 與 10039 等多個條形電極，且在各個透鏡單元的交界處共用同一個電極如10031，10039等。
[0051]第一基板1001上還設置有第一介電層1020，第一電極1003位于第一介電層1020及第一基板1001之間,優(yōu)選地,第一介電層1020的為氮化娃介電層或者氧化娃介電層。第一介電層1020背向第一基板1001的側(cè)面上設置有第二電極1021,優(yōu)選地,第二電極1021為透明導電材料如ITO或者IZO等。第二電極1021包括多個條形電極，該多個條形電極在X方向上并列間隔排布，且沿y方向延伸。參照圖5所示，每個液晶透鏡單元內(nèi)，以Li為例，第二電極 1021 包含 10211，10212，10213，10214，10215，10216，10217 與 10218 等多個條形電極，一般而言，第一電極1003與第二電極1021的各個條形電極具有相同的寬度及間隔，且在z方向上交錯設置。
[0052]如圖4所示，第一介電層1020上還設置有第一水平取向膜1004，第二電極1021位于第一介電層1020及第一水平取向膜1004之間。優(yōu)選地，第一水平取向膜1004為聚酰亞胺等有機材料。第一水平取向膜1004用于控制液晶分子取向，第一水平取向膜1004的摩擦方向與2D顯示裝置1200出射光的偏振方向平行或者垂直，即為±x或者土y方向。
[0053]第三基板1006朝向第一基板1001的一側(cè)，設置有第一公用電極1007 ;第一公用電極1007為面電極，具體地，第一公用電極1007為整面的透明導電材料如ITO或者IZO等。第一公用電極1007上覆蓋有第二水平取向膜1008，第二水平取向膜1008可以是聚酰亞胺等有機材料，用于控制液晶分子取向；第二水平取向膜1008的摩擦方向與第一水平取向膜的摩擦方向垂直。
[0054]第一基板1001及第三基板1006之間封裝有第一液晶層1005，且第一液晶層1005為正性液晶材料(即Λ ε = ε ll-z丄>0,式中ε //為液晶分子長軸方向的介電系數(shù)，ε丄為液晶分子短軸方向的介電系數(shù)。)。在第一水平取向膜1004與第二水平取向膜1008的作用下，靠近第一水平取向膜1004與第二水平取向膜1008的第一液晶層1005的液晶分子按照設定的預傾角沿著各自的摩擦方向排列，而在ζ方向上液晶分子以連續(xù)的扭轉(zhuǎn)形式排列，即ζ方向上從第一水平取向膜1004表面的X方向取向逐漸扭轉(zhuǎn)成第二水平取向膜1008表面的y方向取向。
[0055]第三基板1006背向第一基板1001的側(cè)面上設置有第一偏光片1014,第一偏光片1014的偏振方向與2D顯示裝置1200的出射光偏振方向平行，即平行于x方向。
[0056]第一偏光片1014正對第二基板1002的側(cè)面上覆蓋第四基板1015 ;第四基板1015之上設置有第三電極1009，第三電極1009為透明導電材料如ITO或者IZO等。參照圖五，在每個透鏡單元如LI內(nèi)，第三電極1009包含兩個條形電極10091與10095，各個條形電極10091與10095在X方向上的間隔等于一個透鏡單元的寬度且沿y方向延伸。
[0057]第四基板1015上還設置有第三水平取向膜1010，第三電極1009位于第三水平取向膜1010與第四基板1015之間；第三水平取向膜1010用于控制液晶分子的初始取向，第三水平取向膜1010的摩擦方向與第一偏光片1014的偏振方向相同，即可以是±x方向。
[0058]第二基板1002朝向第四基板1015的側(cè)面上設置有第二公用電極1011，第二公用電極1011為整面的透明導電材料如ITO或者IZO等。第二公用電極1011上覆蓋有第四水平取向膜1012，第四水平取向膜1012用于控制液晶分子的初始取向，第四水平取向膜1012的摩擦方向與第三水平取向膜1010的摩擦方向反平行設置，即摩擦方向相差180度。
[0059]第二基板1002與第四基板1015之間封裝有第二液晶層1013，且第二液晶層1013為正性液晶材料，在第三水平取向膜1010與第四水平取向膜1012的作用下，第二液晶層1013的液晶分子長軸初始取向與X方向平行。
[0060]除此之外，雖然圖四中未畫出，3D分光器1100還包括第一基板1001與第三基板1006之間用于封裝第一液晶層1005的周邊封框膠、第二基板1002與第四基板1015之間用于封裝第二液晶層1013的周邊封框膠以及用于控制液晶盒厚的間隙子(隔離物)等。
[0061]如圖4進一步示出了立體顯示裝置的結構示意圖，從圖中可看出該立體顯示裝置包括上述的3D分光器及2D顯示裝置1200，3D分光器中的第一基板1001與2D顯示裝置1200周邊粘結或整面貼合。其中2D顯示裝置1200可以為IXD、0LED等，且從2D顯示裝置1200出射的光偏振方向與X方向平行。
[0062]如圖6所示，當立體顯示裝置作為液晶透鏡立體顯示裝置使用時，將第一公用電極1007的電壓設置為某個參考電壓Vrefl，該參考電壓Vrefl —般為大小恒定的直流電壓，并且在所有第一電極1003與第二電極1021之上施加某個相同的驅(qū)動電壓，該驅(qū)動電壓優(yōu)選為正負極性反轉(zhuǎn)的方波；正負極性反轉(zhuǎn)時第一電極1003及第二電極1021相對第一公用電極1007具有相同壓差Λ VI，Λ Vl的大小應足以使第一液晶層1005的液晶分子旋光特性消失。對于第一液晶層1005而言，從2D顯示裝置1200出射的線偏振光進入第一液晶層1005后,線偏振光偏振方向不變，由于第一偏光片1014的偏振方向與2D顯不裝置1200出射光偏振方向相同，因此進入第一液晶層1005的線偏振光可以從第一偏光片1014完全射出，偏振光的方向仍為X方向。
[0063]與此同時，將第二公用電極1011的電壓設置為某個參考電壓Vref2，該參考電壓Vref2 一般為大小恒定的直流電壓，Vref2與Vrefl可以相等或者不等。在第三電極1009之上施加一個較大的驅(qū)動電壓，該驅(qū)動電壓優(yōu)選為正負極性反轉(zhuǎn)的方波，正負極性反轉(zhuǎn)時第三電極1009相對第二公用電極1011具有相同壓差Λ V2。對于第二液晶層1013而言，在第二液晶層1013兩側(cè)形成較大電壓差，在每個第三電極1009的條形電極(如圖五中10091與10095)之上的液晶分子其分子長軸將與電場方向平行，即沿著ζ方向排列。在每個透鏡單元內(nèi)，隨著距離第三電極1009的條形電極(如10091與10095)越遠則電場越弱，液晶分子長軸逐漸傾向于水平方向排列。在每一個透鏡單元內(nèi)，由于電壓左右對稱分布，第二液晶層1013隨著電場強度的變化呈現(xiàn)折射率的漸變，形成一個微透鏡單元，從第一偏光片1014出射的與X方向平行的線偏振光進入第二液晶層1013后，將向不同的角度進行折射。
[0064]如圖7所示，將第一公用電極1007的電壓設置為某個參考值Vrefl，在各個透鏡單元交界處的第一電極1003 (如10031，10032以及10038，10039等)與第二電極1021(如10211以及10218等)上施加的電壓等于Vref 1，而在其他第一電極 1003(如 10033，10034, 10035, 10036 以及 10037 等)與其他第二電極 1021(如10212，10213, 10214，10215, 10216以及10217等)上施加某個相同的驅(qū)動電壓，該驅(qū)動電壓優(yōu)選為正負極性反轉(zhuǎn)的方波，正負極性反轉(zhuǎn)時相對第一公用電極1007具有相同壓差Δ VI,AVl的大小應足以使該區(qū)域內(nèi)第一液晶層1005的液晶分子旋光特性消失，即使得液晶分子長軸平行于ζ方向排列。對于第一液晶層1005而言,此時的液晶分子產(chǎn)生兩種完全不同取向:其一是在各個透鏡單元交界處由于第一電極1003(如10031，10032以及10038，10039等)與第二電極1021(如10211以及10218等)之上電壓等于第一公用電極1007的電壓Vrefl，位于該區(qū)域的液晶分子上下電極之間不存在壓差，液晶分子的初始取向不改變，從2D顯示裝置1200出射的線偏振光通過該區(qū)域液晶層1005時將產(chǎn)生旋光作用，從液晶層1005出射的線偏振光的偏振方向?qū)⑴cy軸方向平行，由于第一偏光片1014的偏振方向為X方向，故該區(qū)域顯示暗態(tài)。其二是在各個液晶透鏡單元的非邊緣位置上，由于第一電極1003(如10033，10034，10035，10036以及10037等)與第二電極1021(如10212，10213, 10214，10215, 10216以及10217等)之上施加某個相同的驅(qū)動電壓，壓差AVl的存在使得第一液晶層1005的液晶分子旋光特性消失，該區(qū)域第一液晶層1005液晶分子長軸沿著ζ方向排列，從2D顯示裝置1200出射的線偏振光進入該區(qū)域的第一液晶層1005后,入射的線偏振光偏振方向不改變,即仍為與X方向平行的線偏振光，由于第一偏光片1014的偏振方向也為X方向，故該區(qū)域顯示亮態(tài)。因此，在該電壓設置下，從第一偏光片1014出射的光成為明暗相間的條紋，即各個透鏡單元交界處為較窄暗條紋，而在各個透鏡單元非交界處為較寬亮條紋。
[0065]與此同時，將第二公用電極1011的電壓設置為某個參考電壓Vref2，在第三電極1009之上施加一個較大的驅(qū)動電壓，對于第二液晶層1013而言，在第二液晶層1013兩側(cè)形成較大電壓差，在每個第三電極1009的條形電極(如圖五中10091與10095)之上的液晶分子其分子長軸將與電場方向平行，即沿著ζ方向排列。在每個透鏡單元內(nèi)，隨著距離第三電極1009的條形電極(如10091與10095)越遠則電場越弱，液晶分子逐漸傾向于水平方向排列。在每一個透鏡單元內(nèi)，由于電壓左右對稱分布，第二液晶層1013隨著電場強度的變化呈現(xiàn)折射率的漸變，形成一個微透鏡單元，從第一偏光片1014出射的與X方向平行的線偏振光進入第二液晶層1013后，將向不同的角度進行折射。由于從第一偏光片1014出射的光在各個透鏡單元交界處為暗態(tài)，因此將位于各個透鏡單元交界處正下方的液晶狹縫關閉，減小透鏡單元交界處的串擾。根據(jù)實際需要，可以調(diào)整第一電極1003與第二電極1021中施加參考電壓Vrefl電極數(shù)量多少，以減小串擾達到最好的觀賞效果。
[0066]如圖5與圖8所示，使第二公用電極1011以及第三電極1009的電壓差為零，即兩者均設置為Vref2或者零電壓，與此同時將第一公用電極1007設置為某個參考電壓Vref I，在部分第一電極 1003 (如 10031，10032，10033，10034 以及 10036，10037，10038，10039 等)與部分第二電極1021(如10211，10212，10213以及10216, 10217，10218等)上也施加電壓Vrefl，而在其他第一電極1003(如10035等)與其他第二電極1021(如10214以及10215等)上施加某個相同的驅(qū)動電壓，該驅(qū)動電壓的大小應足以使這些電極區(qū)域的第一液晶層1005有較大壓差，致使液晶分子長軸沿ζ方向排列。對于第一液晶層1005而言，此時的液晶分子產(chǎn)生兩種完全不同取向:其一是在那些施加電壓Vrefl的第一電極1003(如10031，10032, 10033, 10034 以及 10036，10037, 10038, 10039 等)和第二電極 1021 (如10211，10212，10213以及10216，10217，10218等)之上，該區(qū)域的液晶分子上下電極之間無電壓差初始取向不改變，從2D顯示裝置1200出射的與X方向平行的線偏振光通過該區(qū)域液晶層1005時產(chǎn)生旋光作用，使線偏振光的偏振方向旋轉(zhuǎn)90度，由于第一偏光片1014的偏振方向為X方向，故該區(qū)域顯示暗態(tài)。其二是在那些施加了其他驅(qū)動電壓的第一電極1003(如10035等)與其他第二電極1021(如10214以及10215等)之上，該區(qū)域第一液晶層1005液晶分子旋光特性消失，從2D顯示裝置1200出射的與x方向平行的線偏振光進入該區(qū)域的第一液晶層1005后,入射的線偏振光偏振方向不變，由于第一偏光片1014的偏振方向也為X方向，故該區(qū)域顯示亮態(tài)。因此，在該電壓設置下，從第一偏光片1014出射的光成為明暗相間的條紋，由于第一液晶層1005上下電極之間無電壓差的區(qū)域較寬，而有電壓差的區(qū)域較窄，因此從第一偏光片1014出射的光，暗條紋寬而亮條紋較窄，形成一個液晶狹縫光柵。根據(jù)液晶狹縫光柵開口率的大小，可以調(diào)整第一電極1003與第二電極1021中施加電壓Vrefl的數(shù)量。
[0067]圖9是3D分光器與立體顯示裝置第二實施例剖面圖，從圖中可看出，該3D分光器2100包括多個液晶透鏡單元(如L1、L2與L3等，圖中僅畫出了三個透鏡單元作為示例)。立體顯示裝置包括3D分光器2100及2D顯示裝置2200。
[0068]如圖9所示，3D分光器2100包括第一基板2001、第二基板2002、第三基板2006與第四基板2015。第一基板2001、第三基板2006、第四基板2015及第二基板2002依次正對間隔設置。
[0069]如圖9，，第一基板2001朝向第二基板2002的側(cè)面上設置有第一電極2003，且第一電極2003包括多個條形電極，如圖10中的20031，20032、20033、20034、20035、20036、20037、20038與20039 ;采用如實施例1中的坐標系，各個條形電極在x方向間隔排布且沿y方向延伸，在各個透鏡單元的交界處共用同一個電極如20031，20039等。
[0070]第一基板2001上還設置有第一介電層2020,第一電極2003位于第一介電層2020及第一基板2001之間。第一介電層2020背向第一基板2001的側(cè)面上設置有第二電極2021。第二電極2021包括多個條形電極，該多個條形電極在X方向上并列間隔排布，且沿y方向延伸。參照圖10所示，每個液晶透鏡單元內(nèi)，以LI為例，第二電極2021包含20211，20212,20213,20214,20215,20216,20217 與 20218 等多個條形電極。
[0071 ] 如圖9所示，第一介電層2020上還設置有第一水平取向膜2004，第二電極2021位于第一介電層2020及第一水平取向膜2004之間。第一水平取向膜2004的摩擦方向與2D顯示裝置1200出射光的偏振方向平行或者垂直，即為±x或者土y方向。
[0072]第三基板2006朝向第一基板2001的一側(cè)，設置有第一公用電極2007 ;第一公用電極2007為面電極。第一公用電極2007上覆蓋有第二水平取向膜2008，第二水平取向膜2008可以是聚酰亞胺等有機材料，用于控制液晶分子取向；第二水平取向膜2008的摩擦方向與第一水平取向膜的摩擦方向垂直。
[0073]第一基板2001及第三基板2006之間封裝有第一液晶層2005。在第一水平取向膜2004與第二水平取向膜2008的作用下，靠近第一水平取向膜2004與第二水平取向膜2008的第一液晶層2005的液晶分子按照設定的預傾角沿著各自的摩擦方向排列，而在ζ方向上液晶分子以連續(xù)的扭轉(zhuǎn)形式排列，即ζ方向上從第一水平取向膜2004表面的X方向取向逐漸扭轉(zhuǎn)成第二水平取向膜2008表面的y方向取向。
[0074]第三基板2006背向第一基板2001的側(cè)面上設置有第一偏光片2014,第一偏光片2014的偏振方向與2D顯示裝置2200的出射光偏振方向平行，即平行于x方向。
[0075]第一偏光片2014正對第二基板2002的側(cè)面上覆蓋第四基板2015 ;第四基板2015之上設置有第三電極2009。
[0076]第四基板2015上還設置有第三水平取向膜2010，第三電極2009位于第三水平取向膜2010與第四基板2015之間；第三水平取向膜2010用于控制液晶分子的初始取向，第三水平取向膜2010的摩擦方向與第一偏光片2014的偏振方向相同，即可以是±x方向。
[0077]第二基板2002朝向第四基板2015的側(cè)面上設置有第二公用電極2011，第二公用電極2011為整面的透明導電材料如ITO或者IZO等。第二公用電極2011上覆蓋有第四水平取向膜2012，第四水平取向膜2012用于控制液晶分子的初始取向，第四水平取向膜2012的摩擦方向與第三水平取向膜2010的摩擦方向反平行設置，即摩擦方向相差180度。
[0078]第二基板2002與第四基板2015之間封裝有第二液晶層2013，且第二液晶層2013為正性液晶材料，在第三水平取向膜2010與第四水平取向膜2012的作用下，第二液晶層2013的液晶分子長軸初始取向與X方向平行。
[0079]與第一實施例不同的是，在第四基板2015正對第二基板2002的一側(cè)，所形成的第三電極2009不僅位于各個液晶透鏡單元的交界處，并分布在各個透鏡單元內(nèi)部。參照圖9以及圖10，在每個透鏡單元內(nèi)，以LI為例，第三電極2009包含如20091，20092, 20093, 20094, 20095等多個條形電極，各個電極具有相等或者不等的寬度并沿著y方向延展。通過在各個液晶透鏡單元內(nèi)部設置多個電極，并在各個電極上施加大小不同的驅(qū)動電壓，使每個液晶透鏡單元內(nèi)液晶折射率呈現(xiàn)漸變的趨勢，液晶透鏡光程差分布更接近理想拋物型透鏡，搭配圖7所述的第一液晶層驅(qū)動方法減小3D顯示裝置串擾，提高觀賞舒適度。
[0080]圖11是3D分光器與立體顯示裝置第三實施例剖面圖。從圖中可看出，該3D分光器3100包括多個液晶透鏡單元(如L1、L2與L3等，圖中僅畫出了三個透鏡單元作為示例)。立體顯示裝置包括3D分光器3100及2D顯示裝置3200。
[0081]如圖11所示，3D分光器3100包括第一基板3001、第二基板3002、第三基板3006與第四基板3015。第一基板3001、第三基板3006、第四基板3015及第二基板3002依次正對間隔設置。
[0082]如圖11，，第一基板3001朝向第二基板3002的側(cè)面上設置有第一電極3003，且第一電極3003包括多個條形電極。
[0083]第一基板3001上還設置有第一介電層3020,第一電極3003位于第一介電層3020及第一基板3001之間。第一介電層3020背向第一基板3001的側(cè)面上設置有第二電極3021。第二電極3021包括多個條形電極，該多個條形電極在X方向上并列間隔排布，且沿I方向延伸。如圖11所不，第一介電層3020上還設置有第一水平取向膜3004,第二電極3021位于第一介電層3020及第一水平取向膜3004之間。第一水平取向膜3004的摩擦方向與2D顯示裝置3200出射光的偏振方向平行或者垂直，即為±x或者土y方向。
[0084]第三基板3006朝向第一基板3001的一側(cè)，設置有第一公用電極3007 ;第一公用電極3007為面電極。第一公用電極3007上覆蓋有第二水平取向膜3008，第二水平取向膜3008可以是聚酰亞胺等有機材料，用于控制液晶分子取向；第二水平取向膜3008的摩擦方向與第一水平取向膜的摩擦方向垂直。
[0085]第一基板3001及第三基板3006之間封裝有第一液晶層3005。在第一水平取向膜3004與第二水平取向膜3008的作用下，靠近第一水平取向膜3004與第二水平取向膜3008的第一液晶層3005的液晶分子按照設定的預傾角沿著各自的摩擦方向排列，而在ζ方向上液晶分子以連續(xù)的扭轉(zhuǎn)形式排列，即ζ方向上從第一水平取向膜3004表面的X方向取向逐漸扭轉(zhuǎn)成第二水平取向膜3008表面的y方向取向。
[0086]第三基板3006背向第一基板3001的側(cè)面上設置有第一偏光片3014,第一偏光片3014的偏振方向與2D顯不裝置3200的出射光偏振方向平行，即平行于x方向。第一偏光片3014正對第二基板3002的側(cè)面上覆蓋第四基板3015 ;第四基板3015之上設置有第三電極3009。
[0087]第四基板3015上還設置有第三水平取向膜3010，第三電極3009位于第三水平取向膜3010與第四基板3015之間；第三水平取向膜3010用于控制液晶分子的初始取向，第三水平取向膜3010的摩擦方向與第一偏光片3014的偏振方向相同，即可以是±x方向。
[0088]第二基板3002朝向第四基板3015的側(cè)面上設置有第二公用電極3011，第二公用電極3011為整面的透明導電材料如ITO或者IZO等。第二公用電極3011上覆蓋有第四水平取向膜3012，第四水平取向膜3012用于控制液晶分子的初始取向，第四水平取向膜3012的摩擦方向與第三水平取向膜3010的摩擦方向反平行設置，即摩擦方向相差180度。
[0089]第二基板3002與第四基板3015之間封裝有第二液晶層3013，且第二液晶層3013為正性液晶材料，在第三水平取向膜3010與第四水平取向膜3012的作用下，第二液晶層3013的液晶分子長軸初始取向與X方向平行。
[0090]與第一實施例相比較，在該實施例中設置了上下兩個偏光片，即在第一基板3001正對2D顯示裝置3200的一側(cè)設置有第二偏光片3016，第二偏光片3016的偏振方向平行于X方向；在第三基板3006正對第二基板3002的一側(cè)設置有第一偏光片3014,第一偏光片3014的偏振方向也平行于X方向，即第二偏光片3016與第一偏光片3014的偏振方向彼此平行。這里設置第二偏光片3016的目的在于防止3D分光器3100與2D顯示裝置3200組裝時帶來的角度誤差，導致2D顯示裝置3200的出射光偏振方向與第一偏光片3014的偏振方向不能完全平行引起對比度降低，借助第二偏光片3016達到改善3D顯示裝置整體對比度的目的。
[0091]以3D分光器與立體顯不裝置第一實施例為例,參照圖4,由于第一液晶層1005的旋光特性及第一偏光片1014偏振方向與2D顯示裝置1200的出射光偏振方向彼此平行，在3D器件不施加電壓時，整個3D分光器1100相當于一個常黑模式的液晶面板。如圖12，當需要進行2D顯示時，使第二公用電極1011以及第三電極1009之間的電壓差為零，第二液晶層1013的液晶分子取向?qū)⒈３殖跏既∠?。與此同時，使第一公用電極1007與第一電極1003、第二電極1021之間存在較大的電壓差，消除第一液晶層1005的旋光特性，對于第一液晶層1005而言，從2D顯示裝置1200出射的線偏振光進入第一液晶層1005后，入射的線偏振光偏振方向不改變，即仍為與X方向平行的線偏振光從而透過第一偏光片1014。該線偏振光通過第二液晶層1013時，振動方向與液晶分子長軸平行，通過第二液晶層1013時不發(fā)生折射，原2D顯示裝置1200的光學特性基本不受影響，仍有較高亮度與對比等特性。
[0092]如圖13，當需要進行3D顯示時，使第一公用電極1007與第一電極1003、第二電極1021之間具有較大的電壓差以消除第一液晶層1005的旋光特性。同時，使第二公用電極1011與第三電極1009之間具有較大的電壓差以便于在第二液晶層1013內(nèi)部形成微透鏡陣列，于是從2D顯示裝置1200出射的光線經(jīng)過液晶透鏡后分別折射到不同的方向。以四視點為例，當觀賞者的左右眼分別位于I與2，2與3以及3與4等位置時，即可觀看到3D影像。
[0093]如圖14，當需要進行3D顯示時，使第一公用電極1007與各個透鏡單元交界附近的第一電極1003、第二電極1021之間的電壓差為零，而使第一公用電極1007與各個透鏡單元非交界處的第一電極1003、第二電極1021之間具有較大的電壓差以消除該區(qū)域第一液晶層1005的旋光特性。與此同時，使第二公用電極1011與第三電極1009之間具有較大的電壓差以便于在第二液晶層1013內(nèi)部形成微透鏡陣列，于是從2D顯示裝置1200出射的光線經(jīng)過液晶透鏡后分別折射到不同的方向。在各個透鏡單元交界附近，由于從2D顯示面板1200出射的光通過第一偏光片1014后形成暗條紋，如圖14中的光線a，b，c, d, e，f等被阻擋，在各個透鏡單元交界處起到一定的遮光作用，能夠減小各個液晶透鏡單元之間因光程差分布差異引起的串擾，實現(xiàn)更好的3D顯示。
[0094]如圖15，當需要進行3D顯示時，使第二公用電極1011與第三電極1009之間無電壓差，第二液晶層1013的液晶分子維持初始取向。與此同時，使第一公用電極1007與大部分連續(xù)分布第一電極1003以及在ζ方向與這些第一電極1003交錯排列的第二電極1021之間無電壓差，該區(qū)域的第一液晶層1005液晶分子產(chǎn)生旋光特性。使第一公用電極1007與小部分連續(xù)分布的第一電極1003及在ζ方向與這些第一電極1003交錯排列的第二電極1021之間存在較大的電壓差，該區(qū)域的第一液晶層1005液晶分子旋光特性消失，則從2D顯示裝置1200出射的光線經(jīng)過第一液晶層1005和第一偏光片1014后，出射光呈現(xiàn)為黑白相間的條紋，成為液晶狹縫立體顯示裝置。根據(jù)第一電極1003、第二電極1021與第一公用電極1007之間有電壓差和無電壓差區(qū)域的大小，可以調(diào)節(jié)液晶狹縫立體顯示裝置的開口率大小。
[0095]如圖16所示，從2D顯示裝置1200出射的光線經(jīng)過液晶狹縫光柵后，可以在相應的位置觀看到3D顯示。以四個視點為例，當觀賞者的左右眼分別位于I與2、2與3以及3與4位置時，仍然可以觀看到3D影像。依據(jù)液晶狹縫光柵開口率的大小設置，可以實現(xiàn)更小的串擾，但相比液晶透鏡立體顯示裝置(圖13、圖14)，此時的3D顯示整體亮度比較低。
[0096]以上所述僅為本實用新型的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本實用新型，對于本領域的技術人員來說，本實用新型可以有各種更改和變化。凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
【權利要求】
1.一種3D分光器，包括多個透鏡單元，其特征在于，所述透鏡單元包括:第一基板、第二基板、第三基板及第四基板，所述第一基板、第三基板、第四基板及所述第二基板依次正對間隔設置，其中設定所述透鏡單元的高度方向為z方向，與z方向垂直且與所述透鏡單元的寬度平行的方向為X方向，與z方向垂直的另一方向為y方向； 所述第一基板朝向所述第二基板的側(cè)面上設置有第一電極，所述第一電極包括多個條形電極，多個所述條形電極在X方向上并列間隔排布且沿I方向延伸； 所述第一基板上還設置有第一介電層，所述第一電極位于所述第一介電層及所述第一基板之間；所述第一介電層背向所述第一基板的側(cè)面上設置有第二電極；所述第二電極包括多個條形電極，該多個條形電極在X方向上并列間隔排布且沿y方向延伸；所述第一電極包括的條形電極與所述第二電極包括的條形電極在z方向上交錯排布； 所述第一介電層上還設置有第一水平取向膜，所述第二電極位于所述第一介電層及所述第一水平取向膜之間；所述第一水平取向膜的摩擦方向為±χ或者土y方向； 所述第三基板朝向所述第一基板的一側(cè)設置有第一公用電極；所述第一公用電極上覆蓋有第二水平取向膜；所述第一水平取向膜與所述第二水平取向膜的摩擦方向垂直； 所述第一基板與所述第三基板之間封裝有第一液晶層，所述第一液晶層的液晶分子按照設定的預傾角沿著各自的摩擦方向排列，且在z方向上液晶分子以連續(xù)的扭轉(zhuǎn)形式排列； 所述第三基板背向所述第一基板的側(cè)面上設置有第一偏光片，所述第一偏光片的偏振方向與X方向平行； 所述第一偏光片上覆蓋第四基板，所述第四基板上設置第三電極；所述第四基板上還設置有第三水平取向膜，所述第三電極位于所述第四基板及所述第三水平取向膜之間，所述第三水平取向膜的摩擦方向與所述第一偏光片的偏振方向相同； 所述第二基板朝向所述第四基板的側(cè)面上設置有第二公用電極，所述第二公用電極上覆蓋有第四水平取向膜，所述第四水平取向膜的摩擦方向與所述第三水平取向膜的摩擦方向相差180度； 所述第二基板與所述第四基板之間封裝有第二液晶層，所述第二液晶層中的液晶分子的長軸與X方向平行。
2.根據(jù)權利要求1所述的3D分光器，其特征在于，所述第一電極包括的多個條形電極的寬度相等，且該多個條形電極等間隔排布； 所述第二電極包括的多個條形電極的寬度相等，且該多個條形電極等間隔排布； 所述第一電極的條形電極的寬度與所述第二電極的條形電極的寬度相等、間隔相等。
3.根據(jù)權利要求1所述的3D分光器，其特征在于，所述第一公用電極及所述第二公用電極為面電極。
4.根據(jù)權利要求1所述的3D分光器,其特征在于,所述第一介電層為氮化娃介電層或為氧化娃介電層。
5.根據(jù)權利要求1所述的3D分光器，其特征在于，所述第一基板及所述第三基板之間還包括用于封裝所述第一液晶層的周邊封框膠；所述第二基板與所述第四基板之間還包括用于封裝所述第二液晶層的周邊封框膠。
6.根據(jù)權利要求1所述的3D分光器，其特征在于，所述第一液晶層及所述第二液晶層均為正性液晶層。
7.根據(jù)權利要求1所述的3D分光器，其特征在于，所述第三電極包括兩個條形電極，該兩個條形電極沿y方向延伸，且該兩個條形電極之間的間隔等于所述透鏡單元的寬度。
8.根據(jù)權利要求1所述的3D分光器，其特征在于，所述第三電極包括多個條形電極，該多個條形電極在X方向并列間隔排布且沿I方向延伸。
9.根據(jù)權利要求1所述的3D分光器，其特征在于，還包括:第二偏光片，所述第二偏光片設置于所述第一基板背向所述第二基板的側(cè)面上，且所述第二偏光片的偏振方向與所述第一偏光片的偏振方向平行。
10.立體顯示裝置，其特征在于，包括2D顯示裝置及如權利要求1至9任一項所述的3D分光器；所述3D分光器中的第一基板與所述2D顯示裝置周邊粘結或整面貼合。
【文檔編號】G02B27/26GK204009310SQ201420342168
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年6月25日 優(yōu)先權日:2014年6月25日
【發(fā)明者】向賢明, 張春光, 張晶, 張濤, 李春 申請人:重慶卓美華視光電有限公司