CN202443141U - 彩色滤光片基板及3d显示装置 - Google Patents

彩色滤光片基板及3d显示装置 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开了一种彩色滤光片基板及3D显示装置，涉及3D显示技术领域。该彩色滤光片基板包括：基板、彩色滤光单元、以及所述基板与所述彩色滤光单元之间的柱状透镜结构。本实用新型的彩色滤光片基板及3D显示装置，将柱状透镜的工艺嵌入到彩色滤光片基板的工艺当中，实现3D显示，与已有的3D显示装置相比，减少了贴附工艺，避免了在利用柱状透镜实现3D显示时对对位精度的要求所带来的问题，降低了串扰，提高了3D显示的显示质量。

Description

彩色滤光片基板及3D显示装置
技术领域
本实用新型涉及3D显示技术领域，尤其涉及一种彩色滤光片基板及3D显示装置。
背景技术
随着显示技术的发展及人们对感官追求的提高，特别从2010年以来，3D显示技术引起人们的广泛关注。当前的3D显示技术主要可以分为眼镜式和裸眼式。采用眼镜式时用户不可避免要佩戴眼镜，长时间观看会造成眼睛疲劳且会降低观看的舒适度。裸眼3D技术势必为未来3D显示技术的发展方向，而对显示面板进行改善的技术将是裸眼3D技术发展的重点。
裸眼3D技术主要包括：视差挡板法、线光源法、柱状透镜(Lenticular Lens)光栅法、以及指向式背光等技术，其中柱状透镜3D技术是在显示屏的前面加上一层柱状透镜，这样人的双眼从不同角度观看显示屏，左右眼分别接收到两个不同的2D影像，人脑接收到左右眼看到的不同2D影像后感知为3D影像。柱状透镜式3D技术最突出的优点是提高了透过率，实现了高亮度的3D显示。
现有的柱状透镜3D显示装置主要包括液晶显示盒以及贴附于液晶显示盒之上的透镜。为了实现3D显示，上述的3D显示装置需要在将透镜结构贴附在液晶显示盒之上时，液晶显示盒中的像素与透镜结构的电极之间有很高的对位精度，否则将影响显示品质，但是现有的贴附工艺严重限制了该精度的提高。
实用新型内容
(一)要解决的技术问题
本实用新型要解决的技术问题是：提供一种显示品质不受柱状透镜与液晶显示盒的对位精度影响、操作简单且成本较低的彩色滤光片基板及3D显示装置。
(二)技术方案
为解决上述问题，本实用新型提供了一种彩色滤光片基板，该彩色滤光片基板包括：基板、彩色滤光单元、以及所述基板与所述彩色滤光单元之间的柱状透镜结构。
优选地，所述柱状透镜结构为多个柱状透镜沿彩色滤光单元所在平面方向组成的单层柱状透镜阵列，所述柱状透镜由具有不同折射率的两种透镜组成。
优选地，所述不同折射率的两种透镜自所述基板至所述彩色滤光单元分别为第一透镜以及第二透镜，所述第一透镜的折射率小于所述第二透镜的折射率，且大于或等于所述基板的折射率。
优选地，所述第一透镜为平凹透镜，所述第二透镜为平凸透镜。
优选地，所述平凸透镜对应嵌合于所述平凹透镜。
优选地，所述平凹透镜与所述平凸透镜的弧面曲率半径相等。
优选地，所述平凹透镜与所述平凸透镜的弧面为半圆。
优选地，所述平凸透镜的厚度等于其物方焦距。
优选地，所述柱状透镜结构为多个柱状透镜沿彩色滤光单元所在平面方向组成的单层柱状透镜阵列，所述柱状透镜由一层凹透镜组成或者由一层凸透镜组成。
本实用新型还提供了一种3D显示装置，该装置包括上述彩色滤光片基板。
(三)有益效果
本实用新型的彩色滤光片基板及3D显示装置，将柱状透镜的工艺嵌入到彩色滤光片基板的工艺当中，实现3D显示。与已有的3D显示装置相比，减少了贴附的工艺，避免了在利用柱状透镜实现3D显示时的对对位精度的要求所带来的问题，降低了串扰，提高了3D显示的显示质量。
附图说明
图1为依照本实用新型一种实施方式的彩色滤光片基板结构示意图；
图2为依照本实用新型一种实施方式的彩色滤光片基板及3D显示装置的成像原理图；
图3为实施例1的彩色滤光片基板及3D显示装置的成像原理图；
图4为实施例1的彩色滤光片基板及3D显示装置的成像光路图。
具体实施方式
本实用新型提出的彩色滤光片基板及3D显示装置，结合附图及实施例详细说明如下。
如图1所示，依照本实用新型一种实施方式的彩色滤光片基板包括：玻璃基板4、彩色滤光单元1、以及玻璃基板4与彩色滤光单元1之间的柱状透镜结构。其中，本实施例方式的彩色滤光片基板中，彩色滤光单元1为彩色滤光树脂层，优选为三基色彩色滤光树脂层，该三基色可以是红绿蓝三种颜色，也可以是其它任意满足三基色条件的三种颜色。彩色滤光树脂层还可为四基色或其它任一种滤光树脂层，在此不作为对本实用新型技术方案的限制。
在本实施方式中，该柱状透镜结构为多个柱状透镜周期性排列(如图1中所示，以三基色彩色滤光树脂为例，每个透镜对应一组红绿蓝彩色滤光树脂，但不限于此)构成的柱状透镜阵列，每个柱状透镜由具有不同折射率的两种透镜组成。
优选地，不同折射率的两种透镜自玻璃基板4至彩色滤光树脂层分别为平凹透镜3以及平凸透镜2，平凸透镜2对应嵌合于平凹透镜3。平凸透镜2的折射率n1大于平凹透镜3的折射率n2，并且平凹透镜3的折射率n2等于玻璃的折射率n3。为了不影响成像(即光线的路径)，平凸透镜2与平凹透镜3的弧面曲率相同，平凸透镜2的厚度H等于平凸透镜2的物方焦距f。
本实用新型实施例还提供一种彩色滤光片基板，与上述实施方式不同之处在于，所述柱状透镜为一层凹透镜组成或者为一层凸透镜组成。该结构更利于减少工艺流程、降低成本。
本实用新型还提供了一种包括上述彩色滤光片基板的3D显示装置，例如液晶显示装置、OLED显示装置等显示装置。除上述彩色滤光片基板的特征外，其它构成部分为较成熟的技术，在此不作赘述，包括其制备工艺，均不应作为对本实用新型的限制，如：液晶显示装置的阵列基板、阵列基板与该彩色滤光片基板之间填充液晶、以及对盒工艺等等。本实用新型的3D显示装置的显示原理如下：
如图2所示，考查平凸透镜2上的一个点光源5，因为平凸透镜2的厚度H等于物方焦距f，从点光源5发出的光线经过透镜后以平行光出射，所以只考察其中一条光线。在平凸透镜2中，从点光源5发出的光到达点6后，凸面的界面两侧折射率不同。由于平凸透镜2的折射率n1大于平凹透镜3的折射率n2，因此，根据Snell定律：n1sinα＝n2sinβ，入射角α(入射光线10与法线8的夹角)小于折射角β(折射光线11与法线9的夹角)。同理，光线从透镜3出射到空气(折射率等于1)时，入射角β(入射光线11与法线9的夹角)小于折射角γ(折射光线12与法线9的夹角)。因此，从点光源5发出的光线经过透镜后，总体上是向右传播的。
综上所述，如图2和图3所示，由左侧的彩色滤光树脂13出射的光线经过平凸透镜2和平凹透镜3后，光线出射的方向向右，到达左眼16；同理，由右侧的彩色滤光树脂14出射的光线经过经过平凸透镜2和平凹透镜3后，光线出射的方向向左，到达右眼15。即，左侧的彩色滤光树脂成像到达左眼，右侧的彩色滤光树脂成像到达右眼。因此，左右眼分别只看到左眼图像和右眼图像，经过大脑合成进而形成了3D视觉。
本实用新型的彩色滤光片基板的制备工艺如下：
S1.在玻璃基板上涂胶，通过曝光显影制作平凹透镜；
S2.在步骤S1得到的基板上涂另一种胶，将平凹透镜的凹面填平，形成平凸透镜；
S3.在完成步骤S2后的基板上，通过曝光显影的方式制作黑矩阵及彩色滤光树脂层；
S4.在完成步骤S3后的基板上，以磁控溅射的方式镀ITO膜。
以上步骤也可采用本领域所熟知的其它具体工艺，在此不作赘述。在完成上述步骤之后，按照本领域所熟知的工艺制备阵列基板，并将阵列基板和上述彩色滤光片基板对盒即可形成本实用新型的3D显示装置。
实施例
如图4所示，在本实施例的3D显示装置的彩色滤光片基板中，平凹透镜3与平凸透镜2的弧面均为半圆，且曲面的曲率半径R等于彩色滤光树脂尺寸p。其中，Wp为人眼的瞳距，D为观看者的眼镜与显示装置之间的距离，h为平凸透镜3的顶点6到玻璃基板表面的垂直距离。
根据透镜的成像原理得到平凸透镜2的高度，即顶点6到彩色滤光单元的垂直距离H。
由平凸透镜的成像原理可以得到焦距与曲率半径的关系：
f = 2 n 1 - n 2 n 1 - n 2 R - - - ( 1 )
又因为R＝p，所以
f = H = 2 n 1 - n 2 n 1 - n 2 p - - - ( 2 )
得到平凸透镜厚度H之后，通过Snell定律计算平凹透镜2的尺寸，即顶点6到玻璃表面的距离h。
光线通过平凸透镜2与平凹透镜3界面时的折射关系是：
n1sinα＝n2sinβ                              (3)
其中α＝arctan(p/H)，那么
β = arcsin [ n 1 n 2 sin ( arctan p H ) ] - - - ( 4 )
光线从玻璃基板的界面到空气中时：
n2sinβ＝sinγ                            (5)
所以
γ = arcsin [ n 1 sin ( arctan p H ) ] - - - ( 6 )
最后通过人眼瞳距与观察距离的几何关系可以得到：
htanβ+Dtanγ＝Wp                        (7)
将式(4)、(6)代入式(7)可以求得平凹透镜厚度h。
h = W p - D tan γ tan β - - - ( 8 )
综上，例如：使用具有彩色滤光树脂节距p为0.05mm的彩色滤光单元，并且使平凸透镜的折射率n1等于1.56，平凹透镜3的折射率n2与玻璃基板的折射率相同，等于1.5。在液晶盒和观察者之间的距离D为280mm，人眼的瞳距Wp为65mm。则平凸透镜2与平凹透镜3的弧面的曲率半径是0.05mm，且应该将平凸透镜的顶点6与彩色滤光树脂之间的距离H设置为1.35mm，平凹透镜的顶6与玻璃基板表面的距离h设置为1.267mm。
以上实施方式仅用于说明本实用新型，而并非对本实用新型的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本实用新型的范畴，本实用新型的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (10)

1.一种彩色滤光片基板，其特征在于，该彩色滤光片基板包括：基板、彩色滤光单元、以及所述基板与所述彩色滤光单元之间的柱状透镜结构。
2.如权利要求1所述的彩色滤光片基板，其特征在于，所述柱状透镜结构为多个柱状透镜沿彩色滤光单元所在平面方向组成的单层柱状透镜阵列，所述柱状透镜由具有不同折射率的两种透镜组成。
3.如权利要求2所述的彩色滤光片基板，其特征在于，所述不同折射率的两种透镜自所述基板至所述彩色滤光单元分别为第一透镜以及第二透镜，所述第一透镜的折射率小于所述第二透镜的折射率，且大于或等于所述基板的折射率。
4.如权利要求3所述的彩色滤光片基板，其特征在于，所述第一透镜为平凹透镜，所述第二透镜为平凸透镜。
5.如权利要求4所述的彩色滤光片基板，其特征在于，所述平凸透镜对应嵌合于所述平凹透镜。
6.如权利要求5所述的彩色滤光片基板，其特征在于，所述平凹透镜与所述平凸透镜的弧面曲率半径相等。
7.如权利要求5所述的彩色滤光片基板，其特征在于，所述平凹透镜与所述平凸透镜的弧面为半圆。
8.如权利要求5所述的彩色滤光片基板，其特征在于，所述平凸透镜的厚度等于其物方焦距。
9.如权利要求1所述的彩色滤光片基板，其特征在于，所述柱状透镜结构为多个柱状透镜沿彩色滤光单元所在平面方向组成的单层柱状透镜阵列，所述柱状透镜由一层凹透镜组成或者由一层凸透镜组成。
10.一种3D显示装置，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的彩色滤光片基板。
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