CN109358429B - 实现2d/3d可切换的结构及方法 - Google Patents

实现2d/3d可切换的结构及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种实现2D/3D切换的结构及方法，结构包括线偏振光模块、层叠设置的第一棱镜层和第二棱镜层；线偏振光模块用于在可通过第一偏振光的第一偏振模式和可通过第二偏振光的第二偏振模式之间进行切换；第一偏振光和第二偏振光的偏振方向不同；第一棱镜层包括第一棱镜阵列和第一双折射材料，第二棱镜层包括第二棱镜阵列和第二双折射材料；结构整体被设置为当通过第一偏振光时，将第一偏振光导向第一方向，将第二偏振光导向第二方向，第一方向不同于第二方向。

Description

实现2D/3D可切换的结构及方法
技术领域
本发明涉及3D显示领域，具体而言涉及一种通过指向型背光实现2D/3D可切换的结构及方法。
背景技术
现有技术中公开了通过指向型背光结构实现裸眼3D的方案。如图1所示，专利CN102067011B公开了指向型裸眼3D结构，其通过分别控制两侧LED灯(32、34)结合光转向结构实现：34灯源开启后光线经过结构40后更多的往眼睛1a方向偏转；32灯源开启后光线经过结构40后更多的往眼睛1b方向偏转。从而通过频率控制两侧LED开关实现裸眼3D。
但该指向型背光实现难度较大，存在量产性问题，且双侧、单边入光的导光板由于难以保证两侧光源的一致，因此一定存在画面不均匀等问题。而且该方案不能实现2D/3D的可切换。
US6069650提出了通过电场切换液晶状态实现透镜作用的可切换方案，但该方案因液晶切换不够彻底导致显示质量的下降。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种实现2D/3D可切换的结构及方法，以解决现有技术中显示质量低，无法进行2D/3D可切换的问题。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了2D/3D可切换结构，按照光线经过的方向，依次包括第一线偏振光模块、第一棱镜层、第二线偏振光模块和第二棱镜层；
所述第一线偏振光模块用于在可通过第一偏振光的第一偏振模式和可通过第二偏振光的第二偏振模式之间进行切换；所述第一偏振光和所述第二偏振光的偏振方向不同；
所述第一棱镜层包括第一棱镜阵列和第一双折射材料，所述第二棱镜层包括第二棱镜阵列和第二双折射材料；
所述第二线偏振光模块用于在可通过第一偏振光的第一偏振模式和可通过第二偏振光的第二偏振模式之间进行切换；
当所述第一线偏振光模块和所述第二线偏振模块处于相同偏振模式时，所述结构整体被设置为当通过所述第一偏振光时将所述第一偏振光导向第一方向，当通过所述第二偏振光时将所述第二偏振光导向第二方向，所述第一方向不同于所述第二方向；
当所述第一线偏振光模块和所述第二线偏振模块处于不同偏振模式时，所述结构整体被设置为当通过所述第一偏振光或所述第二偏振光时，均保持所述偏振光的原传播方向。
优选的，
所述第一棱镜层用于将所述第一偏振光偏转至第一方向，将所述第二偏振光保持入射方向；
所述第二棱镜层用于将所述第一偏振光保持入射方向，将所述第二偏振光偏转至第二方向。
优选的，
所述第一棱镜阵列的折射率等于所述第一双折射率材料光轴方向的折射率；
所述第二棱镜阵列的折射率等于所述第二双折射率材料光轴方向的折射率；
所述第一双折射材料的光轴方向与所述第二双折射材料的光轴方向不同；
所述第一偏振光的偏振方向为第二双折射材料的光轴方向，所述第二偏振光的偏振方向为第一双折射材料的光轴方向。
优选的，
所述第一线偏振光模块和所述第一线偏振模块通过机械或电切换的方式在第一偏振模式和第二偏振模式之间进行切换。
优选的，
所述第一线偏振光模块包括起偏器和第一偏振旋转开关；
所述起偏器用于将入射光转变为线偏振光，所述线偏振光包括第一偏振光或第二偏振光；
所述第一偏振旋转开关用于在保持所述线偏振光的入射方向和将所述线偏振光的方向偏转至另一偏振光的方向的模式中进行切换；
所述第二线偏振光模块包括第二偏振旋转开关，用于在保持所述线偏振光的入射方向和将所述线偏振光的方向偏转至另一偏振光的方向的模式中进行切换。
优选的，所述第一棱镜阵列与所述第二棱镜阵列的折射率相同。
优选的，
所述第一双折射材料的光轴方向沿着所述第一棱镜阵列的排布方向；
所述第二双折射材料的光轴方向沿着所述第二棱镜阵列中的棱镜延伸方向。
优选的，所述第一双折射材料为固化在第一棱镜层的液晶分子和/或所述第二双折射材料为固化在第二棱镜层的液晶分子。
本发明另一方面还提供一种实现2D/3D可切换的方法，应用于如上所述的结构中，所述方法包括：
当进行3D显示时：
交替进行步骤1和2：
步骤1：通过所述第一线偏振光模块获得所述第一偏振光入射至所述第一棱镜层，并经过所述第二线偏振光模块入射至所述第二棱镜层；
步骤2：通过所述线偏振光模块获得所述第二偏振光入射至所述第一棱镜层，并经过所述第二线偏振光模块入射所述第二棱镜层；
当进行2D显示时，通过所述第一线偏振光模块获得所述第二偏振光入射至所述第一棱镜层，并经过所述第二线偏振光模块将所述第二偏振光转换为所述第一偏振光入射至所述第二棱镜层。
优选的，所述第一线偏振光模块包括起偏器和第一偏振旋转开关；
所述起偏器获得所述第一偏振光或所述第二偏振光的线偏振光；
通过所述第一偏振旋转开关将所述线偏振光保持入射方向或偏转至另一偏振光的方向。
有益效果：
本发明的技术方案，两个棱镜层具有双折射特性，两个线偏振光模块均在可通过第一偏振光的第一偏振模式和可通过第二偏振光的第二偏振模式之间进行切换，两个棱镜层分别对不同偏振光进行偏转或保持，从而获得不同指向的出射光，实现了裸眼3D显示并进一步实现了2D/3D可切换，相比现有技术，本发明无需进行液晶的切换，也无需双侧光源，只需要利用线偏振光模块获得不同方向的线偏振光即可实现，简单易操作，且显示质量高。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了现有技术的裸眼3D装置结构图；
图2示出了本发明实现3D显示的第一方向偏转状态图；
图3示出了本发明实现3D显示的第二方向偏转状态图；
图4示出了本发明实现2D显示的状态图；
图5示出了第一时隙左眼视图状态；
图6示出了第二时隙右眼视图状态；
图7示出了2D视图状态。
其中，上述附图包括以下附图标记：
第一棱镜阵列11，第一双折射材料12，第二双折射材料13，第二棱镜阵列14，起偏器15，第一偏转旋转开关16，第二偏转旋转开关17。
具体实施方式
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组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
本发明旨在提供一种实现2D/3D切换的结构，按照光线经过的方向，依次包括第一线偏振光模块、第一棱镜层、第二线偏振光模块和第二棱镜层；
所述第一线偏振光模块用于在可通过第一偏振光的第一偏振模式和可通过第二偏振光的第二偏振模式之间进行切换；所述第一偏振光和所述第二偏振光的偏振方向不同；
所述第一棱镜层包括第一棱镜阵列和第一双折射材料，所述第二棱镜层包括第二棱镜阵列和第二双折射材料；
所述第二线偏振光模块用于在可通过第一偏振光的第一偏振模式和可通过第二偏振光的第二偏振模式之间进行切换；
当所述第一线偏振光模块和所述第二线偏振模块处于相同偏振模式时，所述结构整体被设置为当通过所述第一偏振光时，将所述第一偏振光导向第一方向，将所述第二偏振光导向第二方向，所述第一方向不同于所述第二方向；
当所述第一线偏振光模块和所述第二线偏振模块处于不同偏振模式时，所述结构整体被设置为当通过所述第一偏振光或所述第二偏振光时，均保持所述偏振光的原传播方向。
本发明设置双棱镜层且每一棱镜层具有双折射特性，不同棱镜层对不同的偏振光进行偏转，通过第一线偏振模块和第二线偏振模块在两个偏振方向的偏振光之间切换，在实现3D显示时，设置第一和第二线偏振模块模式相同，只有一个偏振方向的光通过整体结构，通过设置整体结构对不同偏振光偏转至不同方向，从而实现裸眼3D；在实现2D显示时，设置第一和第二线偏振模块模式不同，使得通过第一棱镜层和第二棱镜层的偏振光不同，从而均不发生偏转。
具体的，所述第一棱镜层用于将所述第一偏振光偏转至第一方向，将所述第二偏振光保持入射方向，所述第二棱镜层用于将所述第一偏振光保持入射方向，将所述第二偏振光偏转至第二方向。
为实现上述对偏振光的偏转，本发明中优选的设置第一棱镜阵列的折射率等于第一双折射率材料光轴方向的折射率；第二棱镜阵列的折射率等于第二双折射率材料光轴方向的折射率；所述第一双折射材料的光轴方向与所述第二双折射材料的光轴方向不同，优选为垂直关系，具体的，所述第一双折射材料的光轴方向沿着所述第一棱镜阵列的排布方向；所述第二双折射材料的光轴方向沿着所述第二棱镜阵列中的棱镜延伸方向。所述第一偏振光的偏振方向为第二双折射材料的光轴方向，所述第二偏振光的偏振方向为第一双折射材料的光轴方向。
本发明中，第一、第二线偏振光模块可通过机械或电切换的方式在第一偏振模式和第二偏振模式之间进行切换。具体的，所述第一线偏振光模块包括起偏器和偏振旋转开关；所述起偏器用于将入射光转变为线偏振光，所述线偏振光包括第一偏振光或第二偏振光；所述第一偏振旋转开关用于在保持所述线偏振光的入射方向或将所述线偏振光的方向偏转至另一偏振光的方向。所述第二线偏振光模块包括第二偏振旋转开关，用于在保持所述线偏振光的入射方向和将所述线偏振光的方向偏转至另一偏振光的方向的模式中进行切换。
本发明中，所述第一棱镜阵列与所述第二棱镜阵列的折射率可以相同或不同，第一双折射材料与第二双折射材料可以相同或不同。
所述第一双折射材料可以为固化在第一棱镜层的液晶分子和/或所述第二双折射材料为固化在第二棱镜层的液晶分子。
实施例一
上述双折射率材料为液晶分子，液晶分子被预先固化，其分子长轴方向排列方向可以被预先配置，在本实施例中，上层棱镜结构中被固化的液晶分子即第一双折射材料12的长轴方向沿棱镜阵列的排列方向排列(如图中沿纸面水平方向排列)，而下层棱镜结构中被固化的液晶分子即第二双折射材料13的长轴方向沿棱镜延伸方向排列(如图中沿垂直于纸面方向排列)。
以下详细说明本发明实施例的实现裸眼3D的几种工作状态。
第一工作状态：仅下层棱镜结构组件对入射光进行偏折
如图2所示，背光单元输出光经起偏器15得到偏振方向沿纸面水平方向的线偏振光，第一偏振旋转开关16设置为在第一工作状态不对入射光的偏振方向进行旋转，因此入射到下层棱镜结构组件时的入射光的偏振方向仍然维持沿纸面水平方向。
在两层棱镜结构组件的第二偏振旋转开关17处，此状态下该开关处于OFF状态，不对入射光的偏振方向进行旋转。
在下层棱镜结构即第二棱镜层中，下层棱镜结构组件中的第二棱镜阵列14的折射率为各向同性的n2，而本实施例中设置n2与液晶分子13长轴方向对应的折射率ne相同。入射光在经过棱镜阵列14与液晶分子13的交界面时，入射光的偏振方向与下层棱镜结构组件中的液晶分子13长轴方向垂直，故入射光在液晶分子中的折射率为no，而no<ne，故入射光将在下层棱镜结构组件内发生偏折。
在上层棱镜结构组件中，上层棱镜结构组件中的第一棱镜阵列11的折射率为各向同性的n1，而本实施例中设置n1与液晶分子12长轴方向对应的折射率ne相同。入射光在经过该层的棱镜阵列11与液晶分子12的交界面时，入射光的偏振方向与上层棱镜结构组件中的液晶分子长轴方向平行，故入射光在液晶分子中的折射率为ne，而n1＝ne，故入射光将在上层棱镜结构组件内保持原方向透射。
第二工作状态：仅上层棱镜结构组件对入射光进行偏折
如图3所示，背光单元输出光经起偏器15得到偏振方向沿纸面水平方向的线偏振光，偏振旋转开关16设置为在第二工作状态对入射光的偏振方向旋转90度，因此入射到下层棱镜结构组件时的入射光的偏振方向变为垂直于纸面方向。
在下层棱镜结构组件中，下层棱镜结构组件中的第二棱镜阵列14的折射率为各向同性的n2，而本实施例中设置n2与液晶分子13长轴方向对应的折射率ne相同。入射光在经过棱镜阵列14与液晶分子13的交界面时，入射光的偏振方向与下层棱镜结构组件中的液晶分子13长轴方向平行，故入射光在液晶分子13中的折射率为ne，而n2＝ne，故入射光将在下层棱镜结构组件内保护原方向透射。
在两层棱镜结构组件的偏振旋转开关17处，此状态下该开关处于OFF状态，不对入射光的偏振方向进行旋转。
在上层棱镜结构组件中，上层棱镜结构组件中的第一棱镜阵列11的折射率为各向同性的n1，而本实施例中设置n1与液晶分子12长轴方向对应的折射率ne相同。入射光在经过该层的棱镜阵列11与液晶分子12的交界面时，入射光的偏振方向与上层棱镜结构组件中的液晶分子12长轴方向垂直，故入射光在液晶分子中的折射率为no，而no<ne，故入射光将在上层棱镜结构组件内发生偏折。
以下为实现2D显示的工作状态
第三工作状态：两层棱镜结构组件对入射光均不进行偏折
如图4所示，背光单元输出光经起偏器15得到偏振方向沿纸面水平方向的线偏振光，第一偏振旋转开关16设置为在第二工作状态对入射光的偏振方向旋转90度，因此入射到下层棱镜结构组件时的入射光的偏振方向变为垂直于纸面方向。
在下层棱镜结构组件中，下层棱镜结构组件中的棱镜阵列的折射率为各向同性的n2，而本实施例中设置n2与液晶分子长轴方向对应的折射率ne相同。入射光在经过棱镜阵列与液晶分子的交界面时，入射光的偏振方向与下层棱镜结构组件中的液晶分子长轴方向平行，故入射光在液晶分子中的折射率为ne，而n2＝ne，故入射光将在下层棱镜结构组件内保护原方向透射。
在两层棱镜结构组件的第二偏振旋转开关17处，此状态下该开关处于ON状态，对入射光的偏振方向旋转90度。故出射光的偏振方向变换为平行于纸面的水平方向。
在上层棱镜结构组件中，上层棱镜结构组件中的棱镜阵列的折射率为各向同性的n1，而本实施例中设置n1与液晶分子长轴方向对应的折射率ne相同。入射光在经过该层的棱镜阵列与液晶分子的交界面时，入射光的偏振方向与上层棱镜结构组件中的液晶分子长轴方向平行，故入射光在液晶分子中的折射率为ne，而n1＝ne，故入射光将在上层棱镜结构组件内也保持原方向透射。
实施例二利用上述实施例一结构实现的2D/3D显示装置
将上述实施例的结构应用到3D显示领域中，可在整个结构的出光侧设置显示面板，比如LCD。而利用该结构可以实现向LCD提供整体导向的背光，进而实现2D/3D显示。
可以通过控制上述第一状态和第二状态进行切换，实现分时显示左眼视图和右眼视图，如图5-6所示，进而达到指向性背光式3D显示的目的。
可以通过控制第二偏振旋转开关使得结构处于第三状态，从而实现2D显示。
实施例三利用上述实施例一结构的实现2D/3D的方法
所述方法包括：
当进行3D显示时：
交替进行步骤1和2：
步骤1：通过所述第一线偏振光模块获得所述第一偏振光入射至所述第一棱镜层，并经过所述第二线偏振光模块入射至所述第二棱镜层；
步骤2：通过所述线偏振光模块获得所述第二偏振光入射至所述第一棱镜层，并经过所述第二线偏振光模块入射所述第二棱镜层；
当进行2D显示时，通过所述第一线偏振光模块获得所述第二偏振光入射至所述第一棱镜层，并经过所述第二线偏振光模块将所述第二偏振光转换为所述第一偏振光入射至所述第二棱镜层。
具体的，所述第一线偏振光模块包括起偏器和第一偏振旋转开关；所述起偏器获得所述第一偏振光或所述第二偏振光的线偏振光；通过所述偏振旋转开关将所述线偏振光保持入射方向或偏转至另一偏振光的方向。
本发明优选实施例中，两层棱镜阵列的排列方向相同，棱镜的延伸方向也相同。
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 (10)

1.一种实现2D/3D切换的结构，其特征在于，按照光线经过的方向，依次包括第一线偏振光模块、第一棱镜层、第二线偏振光模块和第二棱镜层；所述第一线偏振光模块用于在可通过第一偏振光的第一偏振模式和可通过第二偏振光的第二偏振模式之间进行切换；所述第一偏振光和所述第二偏振光的偏振方向不同；所述第一棱镜层包括第一棱镜阵列和第一双折射材料，所述第二棱镜层包括第二棱镜阵列和第二双折射材料；所述第二线偏振光模块用于在可通过第一偏振光的第一偏振模式和可通过第二偏振光的第二偏振模式之间进行切换；当所述第一线偏振光模块和所述第二线偏振光模块处于相同偏振模式时，所述结构整体被设置为当通过所述第一偏振光时将所述第一偏振光导向第一方向，当通过所述第二偏振光时将所述第二偏振光导向第二方向，所述第一方向不同于所述第二方向；当所述第一线偏振光模块和所述第二线偏振光模块处于不同偏振模式时，所述结构整体被设置为当通过所述第一偏振光或所述第二偏振光时，均保持所述偏振光的原传播方向。
2.如权利要求1所述的实现2D/3D切换的结构，其特征在于，所述第一棱镜层用于将所述第一偏振光偏转至第一方向，将所述第二偏振光保持入射方向；所述第二棱镜层用于将所述第一偏振光保持入射方向，将所述第二偏振光偏转至第二方向。
3.如权利要求1所述的实现2D/3D切换的结构，其特征在于，所述第一棱镜阵列的折射率等于所述第一双折射率材料光轴方向的折射率；所述第二棱镜阵列的折射率等于所述第二双折射率材料光轴方向的折射率；所述第一双折射材料的光轴方向与所述第二双折射材料的光轴方向不同；所述第一偏振光的偏振方向为第二双折射材料的光轴方向，所述第二偏振光的偏振方向为第一双折射材料的光轴方向。
4.如权利要求1所述的实现2D/3D切换的结构，其特征在于，所述第一线偏振光模块和所述第二线偏振光模块通过机械或电切换的方式在第一偏振模式和第二偏振模式之间进行切换。
5.如权利要求1所述的实现2D/3D切换的结构，其特征在于，所述第一线偏振光模块包括起偏器和第一偏振旋转开关；所述起偏器用于将入射光转变为线偏振光，所述线偏振光包括第一偏振光或第二偏振光；所述第一偏振旋转开关用于在保持所述线偏振光的入射方向和将所述线偏振光的方向偏转至另一偏振光的方向的模式中进行切换；所述第二线偏振光模块包括第二偏振旋转开关，用于在保持所述线偏振光的入射方向和将所述线偏振光的方向偏转至另一偏振光的方向的模式中进行切换。
6.如权利要求1所述的实现2D/3D切换的结构，其特征在于，所述第一棱镜阵列与所述第二棱镜阵列的折射率相同。
7.如权利要求3所述的实现2D/3D切换的结构，其特征在于，所述第一双折射材料的光轴方向沿着所述第一棱镜阵列的排布方向；所述第二双折射材料的光轴方向沿着所述第二棱镜阵列中的棱镜延伸方向。
8.如权利要求1所述的实现2D/3D切换的结构，其特征在于，所述第一双折射材料为固化在第一棱镜层的液晶分子和/或所述第二双折射材料为固化在第二棱镜层的液晶分子。
9.一种实现2D/3D切换的方法，应用于如权利要求1-8任一项所述的实现2D/3D切换的结构中，其特征在于，所述方法包括：当进行3D显示时：交替进行步骤1和2：步骤1：通过所述第一线偏振光模块获得所述第一偏振光入射至所述第一棱镜层，并经过所述第二线偏振光模块入射至所述第二棱镜层；步骤2：通过所述第一线偏振光模块获得所述第二偏振光入射至所述第一棱镜层，并经过所述第二线偏振光模块入射所述第二棱镜层；当进行2D显示时，通过所述第一线偏振光模块获得所述第二偏振光入射至所述第一棱镜层，并经过所述第二线偏振光模块将所述第二偏振光转换为所述第一偏振光入射至所述第二棱镜层。
10.如权利要求9所述的实现2D/3D切换的方法，其特征在于，所述第一线偏振光模块包括起偏器和第一偏振旋转开关；所述起偏器获得所述第一偏振光或所述第二偏振光的线偏振光；通过所述第一偏振旋转开关将所述线偏振光保持入射方向或偏转至另一偏振光的方向。
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