CN102866528A

CN102866528A - 显示装置

Info

Publication number: CN102866528A
Application number: CN2012103299590A
Authority: CN
Inventors: 郭福忠; 宋磊; 刘宁; 戈张
Original assignee: Shenzhen Super Perfect Optics Ltd
Current assignee: Shenzhen Super Technology Co Ltd
Priority date: 2012-09-07
Filing date: 2012-09-07
Publication date: 2013-01-09
Anticipated expiration: 2032-09-07
Also published as: CN102866528B

Abstract

本发明涉及一种显示装置，该装置包括显示面板、透镜组件以及用于实现2D图像和3D图像转换的液晶盒，液晶盒的第一透明基板临近液晶层的表面设置电极引线阵列、有源开关阵列、第一电极单元阵列和配向层，第一电极单元阵列包括若干个分离布置的第一电极单元，有源开关阵列包括若干个与所述电极引线阵列连接、且分别与一个第一电极单元连接的有源开关，各个有源开关使得所述第一电极单元对应的液晶处于第一状态或第二状态，针对偏振方向平行于入射透明基板摩擦方向的入射偏振光，第一状态下出射光的偏振方向扭转90度，第二状态下出射光偏振方向不改变。该装置可实现任意像素点的平面或立体显示控制。

Description

显示装置

技术领域

本发明涉及显示技术，更具体地，涉及一种裸眼显示装置。

背景技术

图1描述了传统2D-3D可转换自动立体显示装置的结构和原理。如图1，此装置主要包括显示面板1，微透镜阵列2，面对微透镜阵列的透明平面板5，在微透镜阵列和透明平面板表面的导电薄层或梯度电极层3，填充在微透镜阵列和透明平面板之间的液晶4，以及分别连接在两个导电薄层或梯度电极层的电极6。根据此结构，当没有电压施加在电极6时，入射的偏振光的偏振方向平行于液晶的指向矢即光轴方向，如图2a此时光线透过液晶的折射率为ne，且ne不等于微透镜材料的折射率np，光线在微透镜表面发生折射，显示为3D效果。当施加电压于电极6时，如图2b，微透镜阵列和透明平面板之间的导电薄层间形成电场，液晶指向矢方向改变为按照电场方向排布，入射的偏振光的偏振方向垂直于液晶的指向矢即光轴方向，光线透过液晶的折射率为no，此时no等于微透镜材料折射率np，光线在不发生折射的情况下穿过微透镜2、液晶4和透明平面板5，显示为2D效果。

这种结构的裸眼立体显示装置存在几个问题：

上述现有的2D-3D转换并不能对每个像素点实现独立控制，不能给观众同时显示立体和平面图像，更加不能任意点显示立体或平面图像。由于透镜组阵列具有周期性，这种周期性结构会与显示面板的显示单元的周期性分布形成干涉，让观众看到不应该出现的摩尔纹现象，摩尔纹影响立体显示的画面清晰度，容易造成观众的晕眩感。此外，裸眼立体显示使用透镜组件，会在画面形成一些细小的颗粒，影响画面的清晰度，形成画面粗糙的感觉，并且由于透镜的放大作用会让颗粒更加明显。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种显示装置，以解决现有无法对单个像素点实现平面或立体显示控制的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种显示装置，该装置包括用于提供线偏振光线2D图像的显示面板、用于实现分光的透镜组件以及用于实现2D图像和3D图像转换的液晶盒，其中：

所述液晶盒包括相对设置的第一透明基板、第二透明基板以及设置于所述第一透明基板和第二透明基板之间的液晶层，所述第一透明基板临近液晶层的表面设置电极引线阵列、有源开关阵列、第一电极单元阵列和配向层，所述第二透明基板临近液晶层的表面设置有第二电极和配向层，所述第一电极单元阵列包括若干个分离布置的第一电极单元，所述有源开关阵列包括若干个与所述电极引线阵列连接、且分别与一个第一电极单元连接的有源开关，所述各个有源开关使得所述第一电极单元对应的液晶处于第一状态或第二状态，针对偏振方向平行于入射透明基板摩擦方向的入射偏振光，所述第一状态下出射光的偏振方向扭转90度，所述第二状态下出射光偏振方向不改变。

本发明要解决的另一技术问题是提供一种显示装置，以解决立体显示画面粗糙的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种显示装置，该装置包括：

显示面板单元，用于提供线偏振光线的2D图像；

透镜组件，用于对光线进行定向传输，实现分光作用，包括若干个透镜单元，任一透镜单元在垂直于其延伸方向的任意截面均相同；

液晶盒，位于显示面板和透镜组件之间，用于对所述显示面板的显示图像进行2D和3D转换；该装置还包括：

散射板，位于所述点阵液晶盒与显示面板之间，或位于所述液晶盒与透镜组件之间，或位于所述透镜组件远离所述显示面板的一侧，用于对光线进行散射，包括若干个径向截面形状相同的散射单元，任一散射单元在垂直于其延伸方向的任意截面形状大小均相同，同一径向平面上以相同角度不同位置入射到所述散射板的入射光线的出射角不完全相同。

相对于现有技术，本发明显示装置通过设置在液晶盒的第一透明基板临近液晶层的表面设置电极引线阵列、有源开关阵列、第一电极单元阵列和配向层，使得有源开关阵列的各个有源开关可以控制第一电极单元阵列的各个第一电极单元对应的液晶处于第一状态或第二状态，针对偏振方向平行于入射透明基板摩擦方向的入射偏振光，所述第一状态下出射光的偏振方向扭转90度，所述第二状态下出射光偏振方向不改变，从而实现显示装置的任意点2D和3D之间的切换。另外，本发明的另一显示装置通过增设散射板来减弱透镜组件产生的摩尔纹和颗粒感，提高画面质量。

附图说明

图1描述了传统2D-3D可转换自动立体显示装置的结构和原理；

图2a为偏振光入射在图1所示装置时，在未加电状态下的光路图；

图2b为偏振光入射在图1所示装置时，在加电状态下的光路图；

图3为本发明实施例显示装置的任意点切换液晶盒沿通光方向的剖面图；

图4为本发明实施例显示装置的任意点切换液晶盒沿通光方向的俯视图(电极引线形状为折线形)；

图5为本发明实施例显示装置的任意点切换液晶盒沿通光方向的俯视图(电极引线形状为弧线形)；

图6为本发明实施例显示装置的任意点切换液晶盒沿通光方向的俯视图(第一电极单元呈菱形排布)；

图7a和图7b是散射单元对原有光路改变的两个示例的示意图；

图8实施例裸眼2D-3D任意点切换立体显示装置的结构及光路示意图；

图9是散射板与分光器件之间的角度关系的示意图

图10是散射板上散射单元的另一种结构的示意图；

图11是散射板上散射单元的再一种结构的示意图；

图12是散射板上散射单元的又一种结构的示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

本发明显示装置实施例1，可实现裸眼2D-3D任意点切换，包括显示面板，点阵液晶盒，透镜组件和散射板。

显示面板由一系列显示单元组成，提供线偏振光图像显示。

透镜组件包含单折射率透镜阵列和双折射率透镜阵列的组合，用于对光线进行定向传输，实现分光作用。

所述透镜组件，为单折射率透镜和双折射率透镜组成组合透镜，所述两个透镜均包括平面部分和与之相对的曲面部分，两透镜的曲面部分相互契合；

作为一种优选方案，所述单折射率透镜或双折射透镜为凸透镜，且所述单折射率透镜的折射率等于所述双折射率透镜的其中一个折射率并大于另外一个折射率。

具体地，所述双折射率透镜的折射率包括相对于寻常光的寻常光折射率no和相对于非寻常光的非寻常光折射率ne，

所述单折射率透镜的折射率等于所述寻常光折射率no并大于所述非寻常光折射率ne；或，

所述单折射率透镜的折射率等于所述非寻常光折射率ne并大于所述寻常光折射率no；或，

所述单折射率透镜的折射率等于所述寻常光折射率no并小于所述非寻常光折射率ne；或，

所述单折射率透镜的折射率等于所述非寻常光折射率ne并小于所述寻常光折射率no。

所述任意点切换液晶盒如图3所示，包括：第一控制层32，第一控制层内的有源开关37，第二控制层35以及位于第一控制层和第二控制层之间的扭曲液晶30。图中未方便表示，仅画出该剖面图的局部，值得说明得是，具体实施时，在所述第一控制层和第二控制层的四周边缘，采用封框胶等将所述扭曲液晶30封闭在所述第一控制层和第二控制层之间。

其中第一控制层32包括：第一透明基板31、电极引线阵列，有源开关阵列Cij，第一电极单元阵列38和第一配向层33，电极引线阵列可以是透明或者非透明材料，第一配向层是透明的。所述第一电极单元阵列38包括若干个分离布置的第一电极单元，所述有源开关阵列Cij包括若干个与所述电极引线阵列连接、且分别与一个第一电极单元连接的有源开关，有源开关可以是半导体开关器件薄膜晶体管TFT(Thin Film Transistor)或者具有相同开关功能的其他器件。电极引线阵列和第一电极单元阵列彼此绝缘置于第一透明基板上。所述第一配向层成形于各第一电极引线阵列和第一单元阵列间隙内及上表面且为上表面一平面。

具体地，所述电极引线阵列包括多个并排设置的第一电极引线及多个并排设置且与所述第一电极引线绝缘交叉第二电极引线，所述第一电极单元的形状由相邻的两个第一电极引线和相邻的两个第二电极引线合围限制，所述第一电极引线和所述第二电极引线为直线、斜线、折线或曲线。

第二控制层包括：第二透明基板36，第二电极35和第二配向层34，且第二电极和第二配向层均是透明的。所述第二电极置于第二透明基板上表面且上表面为一平面。所述第二配向层成形于各第二电极上表面且上表面为一平面。

所述第一控制层和第二控制层平行。所述第一电极单元阵列所处平面和第二电极所处平面间的间距小于所述第一透明基板31和第二透明基板36间的间距。此外，该液晶盒还包括设置于所述第一配向层33和第二配向层34之间的衬垫料(图中未示出)，用于确保第一和第二控制层间距为预定间距。

图4所示为图3所示的任意点切换液晶盒的局部俯视图，且仅示意性画出了部分第一电极引线及电极单元阵列。有源开关以薄膜晶体管TFT为例说明，关于薄膜晶体管的详细介绍可参阅CN1410822A、CN1420383A、CN1423160和CN1455290A等公开的专利文献。本发明不在赘述。以下说明图所示任意点切换液晶盒的工作原理。

电极引线阵列的第一电极引线和第二电极引线可由多个重复单元组成，该重复单元可为特定长度的锯齿折线或曲线，如正弦或余弦曲线。

根据需要任意实现2D和3D转换的需求，各第一电极单元的大小和形状可不完全相同。

由图4可知，所述第一电极阵列包含第一电极引线Bi(i＝1，2，3，...)；第二列电极引线Ci＝(1，2，3，...)，为方便说明，将图4所示的3×3个像素显示区看成一个3×3的二维像素矩阵，用电极单元a_ij表示第i行(i＝1，2，3)和第j(j＝1，2，3)列处的像素显示区，则当a_ij所处的薄膜晶体管TFT开关未打开，在所述第一配向层33和第二配向层34的作用下，a_ij内的液晶扭曲90度，偏振方向平行于入射基板的摩擦方向的线偏振光经a_ij后，出射光为偏振方向与入射线偏振光的偏振方向垂直的线偏振光，以下为方便描述，将此时该a_ij内的扭曲液晶状态称为第一状态；当a_ij所处的TFT开关打开且第一电极单元和第二电极之间的电压差大于或等于所述扭曲液晶的阈值电压时，a_ij内的扭曲液晶分子在电场力作用下、分子的长轴方向沿垂直于所述第一透明基板31和第二透明基板36的方向排布，此时a_ij不改变入射的线偏振光的偏振状态，以下为方便说明，将此时该a_ij内的扭曲液晶状态称为第二状态。可见，通过控制各薄膜晶体管TFT开关，可以实现对各像素显示区内液晶状态的单独控制，使得所述第一电极单元对应的液晶处于第一状态或第二状态，针对偏振方向平行于入射透明基板摩擦方向的入射偏振光，所述第一状态下出射光的偏振方向扭转90度，所述第二状态下出射光偏振方向不改变，进而实现2D-3D状态的任意点切换。

图5是电极引线形状为弧线形的示意图，图6是第一电极单元在相对于观看者观看方向上呈菱形排布的示意图。

本发明显示装置实施例2可消除摩尔纹，具体地，包括显示面板，透镜组件和散射板。

本发明显示装置实施例3可同时实现裸眼2D-3D任意点切换以及消除摩尔纹，具体地，包括显示面板、透镜组件、液晶盒及散射板。

实施例2和3中显示面板、透镜组件及液晶盒与实施例1相同，以下着重说明散射板：

所述散射板放置在所述点阵液晶盒与显示面板之间，或放置在所述点阵液晶盒与透镜组件之间，或放置在所述透镜组件远离所述显示面板的一侧，该散射板由透明物质制成，用于对光线进行散射，包括对光线具有折射作用的多个径向截面相同的散射单元。文中，对于一个散射单元来说，将垂直于其延伸方向的平面称为径向平面，散射单元在各个径向平面上的截面是相同的。对于透镜组件，也将垂直于透镜单元延伸方向的平面称为径向平面。

图7a-7b示出对应位置上的散射板的一个散射单元和透镜组件的一个透镜单元，入射光线在径向平面上入射，经过透镜单元时发生一次折射，经过散射单元时发生第二次折射，但每次折射后的光线仍在该径向平面上。也就是说，本实施例散射板上的散射单元对径向平面上的入射光线进行折射后的光线仍在该径向平面上。具有这种性质的散射单元，对于不在径向平面上的入射光，出射光也将偏离径向平面，此时可以将入射光分为径向分量和轴向(即散射单元的延伸方向)分量来考虑，散射单元对其径向分量的折射作用与径向平面的入射光是相同的。图2b所示的散射单元和透镜单元的位置发生变化，径向平面上的入射光线先经过散射单元发生一次折射，再经过透镜单元发生第二次折射，每次折射后的光线仍在该径向平面上。从图2a和图2b可以了解，增加散射板后，会改变原有裸眼立体显示装置中透镜组件透镜后的光路。同时，对于某一个散射单元来说，同一径向平面上以相同角度不同位置入射到同一散射单元的入射光线，折射后的出射角也不完全相同，从而产生一定程度的“散射”效果，需注意，本文的这种“散射”并非通常意义上的方向无规则变化的散射，该散射板的散射主要是实现相对于人眼观看显示器时的左右方向上的散射。

图8示出了本实施例裸眼2D-3D任意点切换立体显示装置的一种示意图，本实施例的散射板71使用透镜阵列实现，散射板71并列放置在透镜组件72远离所述显示面板的一侧(也可以有一倾角)。散射板71上的散射单元711不局限于图中示出的形状，可以是各种形状的凸透镜或凹透镜。从图8中的光路可以看到，在控制模块的作用下实现2D-3D共融。2D状态下，光线经过折射后方向基本无改变，基本不影响2D的显示效果。而在3D状态下从原来的透镜组件出来的光线因为散射单元的折射作用将偏离原来的路径，使得左眼和右眼会分别看到一些原来不属于各自可视区域内的光线，这就形成轻微的散射，这种散射形成了一个类似于低通滤波器的效果，可以让画面变得更加柔和，同时这种散射使得摩尔纹作为一种高频信号被过滤掉，散射程度越高摩尔纹越淡，同时画面也更加细腻柔和，但是散射程度太高就会引入更多的串扰，使得画面更加模糊，同时立体及2D效果也会变差。

可以通过控制合理的散射程度，既保证摩尔纹和颗粒感减弱，同时不造成立体及2D效果的明显变坏。

散射板71与透镜阵列72之间存在一定的角度关系，不同的角度对散射程度影响是不同的，对摩尔纹与颗粒感以及立体效果的影响也是不同的。图8示出了散射板71与透镜阵列72之间的放置关系。从图9可以看到，散射板71上散射单元711的延伸方向与透镜组件72上透镜单元721的轴向形成一夹角α。

当α＝90°时，散射板71的调光方向是垂直于透镜组件72的透镜方向的，不会在观看区域之间产生串扰。但是这样的放置方式难以有效消除摩尔纹和颗粒感。当α＝0°时，散射板71的调光方向与透镜组件72的透镜方向是一致的，这个时候摩尔纹和颗粒感会最小，但是在观看区域之间形成的串扰相对较大，造成立体效果的下降。因此要在串扰和摩尔纹与颗粒感之间达到平衡，选择的角度应满足0°＜α＜90°。在本实施例中，可以选择15°≤α≤88°，较佳地，可以选择70°≤α≤80°等。

除了角度关系外，散射板71上的散射单元711与透镜组件72上的透镜单元721在宽度上也有一定的关系，散射单元的宽度指散射单元在径向平面上的截面的宽度(本实施例等于透镜单元的栅距)。如果散射单元711宽度接近或者超过透镜单元721的宽度，会在散射板71与透镜组件72之间形成较明显的干涉，使得画面粗糙，清晰度下降。如果散射单元宽度过分的小于透镜组件单元宽度，散射作用可能会较低。因而要在清晰度和散射作用之间达到平衡，散射板上散射单元的宽度与所述透镜组件上透镜单元的宽度的比例k应满足0＜k＜1。在本实施例中，可以选择1/10≤k≤3/4，较佳地，可以选择1/6≤k≤1/4。

以上所说的散射单元的宽度是径向截面的最大径向宽度。

上述实施例的散射板虽然是以透镜阵列为例，实际上不局限于这种光学装置。也可以是其他具有折射作用的器件。图10示出了散射单元的另一种结构，其截面形状呈阶梯状，这种情况下，同一径向平面上以相同角度不同位置入射到一散射单元的入射光线的折射次数不完全相同，因此折射后的出射角也不完全相同，具有“散射”效果。而图11又示出了另一种形状的散射单元，这种散射单元是一种凸透镜和凹透镜组成的复合透镜，且其中的凸透镜和凹透镜的折射率不同，这种散射单元也可以达到相似的调光作用。因而，本发明的散射板可以由单层透明材料形成，也可以由具有折射率差异的多层透明材料形成，如可以采用透镜阵列、复合透镜阵列、棱镜阵列或复合棱镜阵列。图12示出了一种径向截面呈三角形的散射单元。

虽然上述实施例示出的散射板的散射单元的形状、大小、延伸方向和相邻散射单元之间的间隔相同，且贯通整个散射板。但是并不限于以上实现方式，由于透镜组件阵列的周期性结构与显示面板的显示单元和点阵液晶盒的周期性分布结构形成的干涉，还可以通过散射板的不规则结构来加以消除。

这种不规则结构可以表现为散射板上的多个散射单元满足以下条件中的一种或多种：

多个散射单元的大小不同或不完全相同；

多个散射单元中相邻散射单元之间的间隔不同或不完全相同。

本实施例的散射板可以由单层透明材料形成，也可以由具有折射率差异的多层透明材料形成。散射板上的散射单元，可以采用以下一种或多种形式：透镜、复合透镜、棱镜、复合棱镜、棱镜和透镜组合。

经研究还发现，当散射单元采用透镜(或复合透镜)时，透镜或复合透镜的焦点不在显示面板上，可以取得较好的去除摩尔纹的效果。

利用上述散射单元的结构和排列方式上的变化或者说不规则性，也可以消除散射板、透镜组件、点阵液晶盒和显示面板的周期性结构带来的干涉，有效地消除摩尔纹，减弱颗粒感。此时，对于单个散射单元来说，对垂直于其延伸方向的径向平面上的入射光线进行折射后的光线仍在该径向平面上，但对同一径向平面上以相同角度入射到散射板的入射光线折射后的出射角不完全相同，而同一径向平面上以相同角度不同位置入射到同一散射单元的入射光线折射后的出射角可以相同。因为不同的散射单元的该出射角的不同也可以产生类似的“散射效果”，使各视点图像发出的光线有进入到其他视点图像的可视区域。

本发明的裸眼2D-3D任意点切换立体显示装置利用散射板对进入点阵液晶盒或透镜组件或者从点阵液晶盒或透镜组件出来的光进行调制，因为散射板产生的是折射作用，所以显示2D状态产生的影响可以忽略，而3D状态下可以有效消除摩尔纹，减弱颗粒感，最终实现高质量的2D-3D共融画面。

本领域普通技术人员可以理解上述方法中的全部或部分步骤可通过程序来指令相关硬件完成，所述程序可以存储于计算机可读存储介质中，如只读存储器、磁盘或光盘等。可选地，上述实施例的全部或部分步骤也可以使用一个或多个集成电路来实现，相应地，上述实施例中的各模块/单元可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。本发明不限制于任何特定形式的硬件和软件的结合。

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

Claims

1.一种显示装置，该装置包括用于提供线偏振光线2D图像的显示面板、用于实现分光的透镜组件以及用于实现2D图像和3D图像转换的液晶盒，其特征在于：

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述电极引线阵列包括多个并排设置的第一电极引线及多个并排设置且与所述第一电极引线绝缘交叉第二电极引线，所述第一电极单元的形状由相邻的两个第一电极引线和相邻的两个第二电极引线合围限制，所述第一电极引线和所述第二电极引线为直线、斜线、折线或曲线。

3.一种显示装置，其特征在于，该装置包括：

显示面板单元，用于提供线偏振光线的2D图像；

液晶盒，位于显示面板和透镜组件之间，用于对所述显示面板的显示图像进行2D和3D转换；其特征在于，该装置还包括：

4.如权利要求3所述的装置，其特征在于：所述液晶盒包括相对设置的第一透明基板，第二透明基板以及设置于所述第一透明基板和第二透明基板之间的液晶层，所述第一透明基板临近液晶层的表面设置电极引线阵列、有源开关阵列、第一电极单元阵列和配向层，所述第二透明基板临近液晶层的表面设置有第二电极和配向层，所述第一电极单元阵列包括若干个分离布置的第一电极单元，所述有源开关阵列包括若干个与所述电极引线阵列连接、且分别与一个第一电极单元连接的有源开关，所述各个有源开关的开关使得所述第一电极单元对应的液晶处于第一状态或第二状态，针对偏振方向平行于入射透明基板摩擦方向的入射偏振光，所述第一状态下出射光的偏振方向扭转90度，所述第二状态下出射光偏振方向不改变。

5.如权利要求4所述的装置，其特征在于：所述电极引线阵列包括横向引线及与所述横线引线绝缘的纵向引线，所述第一电极单元的形状由相邻的两个横向引线和相邻的两个纵向引线合围限制，所述横向引线和所述纵向引线为直线、折线或曲线。

6.如权利要求3所述的装置，其特征在于：所有散射单元的延伸方向与所述透镜组件上透镜单元的延伸方向的夹角α满足0°＜α＜90°，所有散射单元的宽度与所述透镜组件上透镜单元的宽度的比例k满足0＜k＜1。

7.如权利要求3所述的装置，其特征在于：所有散射单元的延伸方向与所述透镜组件上透镜单元的延伸方向的夹角α满足15°≤α≤88°，所有散射单元的宽度与所述透镜组件上透镜单元的宽度的比例k满足1/10≤k≤3/4。

8.如权利要求3所述的装置，其特征在于：所述散射单元采用透镜、复合透镜、棱镜、复合棱镜或棱镜和透镜的组合实现，其中所述散射单元采用透镜或复合透镜实现时，所述透镜单元或复合透镜单元的焦点不在所述显示面板上。

9.如权利要求3所述的装置，其特征在于：所述散射板由单层透明材料或具有折射率差异的多层透明材料形成。

10.如权利要求3所述的装置，其特征在于：所述散射板的所有散射单元的径向截面大小及散射单元之间的间隔不完全相同。