CN202794719U - 3d显示器件及3d显示装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种3D显示器件及3D显示装置，所述3D显示器件包括：反射单元，用于对入射的偏振光进行反射；形成于所述反射单元反射光线出射方向一侧上的偏光单元，用于将入射的自然光转换成线偏振光，或改变所述反射单元反射的偏振光的偏振方向；形成于所述偏光单元反射光线出射方向一侧上的偏光方向调节单元，用于将所述偏光单元出射的反射光线转换成两组偏振方向不同的偏振光，所述两组偏振光分别进入偏光眼镜的左右眼镜片。本实用新型所述的3D显示器件及3D显示装置，具有结构简单，成本较低的特点，有利于3D显示技术的发展。
Description
技术领域
本实用新型涉及3D显示技术领域，尤其涉及一种3D显示器件及3D显示装置。
背景技术
立体显示已经成为显示领域的一种趋势。而立体显示的根本原理就是视差产生立体，即使人的左眼看到左眼图片，右眼看到右眼图片。其中左右眼图片为有视差的一对立体图像对。
实现立体显示的一种方法是采用串行式，即在第一时刻，显示器显示左眼画面，此时只让观看者的左眼看到显示画面；第二时刻，显示器显示右眼画面，只让观看者的右眼看到显示画面，利用图像在人眼视网膜的暂留性，使人感觉到是左右眼同时看到了左右眼画面，从而产生立体感觉。
另外一种实现立体显示的方式是并行式，即在同一时刻，显示器上一部分像素显示左眼画面的内容，一部分像素显示右眼画面的内容，通过光栅、偏光眼镜等方式使一部分像素的显示只能被右眼看到，另一部分只能被左眼看到，从而产生立体的感觉。
偏光眼镜式立体显示是当今立体显示领域的一种主流技术，这种技术的基本结构就是在显示面板前安装一个可以调节出射光偏光方向的器件。这种器件可以是一块相位差板，也可以是一块液晶盒，或者其它可以调节不同像素出射光偏光方向的器件。如图1所示，从上到下依次为：显示面板显示的画面、相位差板、出射画面及观看用的偏光眼镜。显示面板上，一行显示右眼图，一行显示左眼图，在其前面放置一块相位差板，一行λ/2延迟，一行0延迟，λ为光波长，这样就可以使λ/2延迟的像素出射光的偏光方向旋转90°，这样，戴着左右眼偏振方向正交的偏光眼镜，就可以右眼只看到右眼像素发出的光，左眼只看到左眼像素发出的光，从而产生立体效果。或相位差板一行λ／4延迟，一行-λ／4延迟，产生左右旋圆偏振光，戴上圆偏振光眼镜即可产生偏振效果（未图示）。
还有一种方式，即在显示面板上再加入液晶盒和λ／4波片，利用液晶盒在不同时刻改变线偏光的偏振方向，通过λ／4波片实现不同时刻的左右圆偏振片，从而区分左右眼，能实现全分辨率的偏光3D显示。
但是，上述各种结构目前仅用于透射式3D显示，需要在显示面板下方提供背光源及偏光片，结构复杂，成本较高，严重阻碍了3D显示技术的发展。
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，针对上述缺陷，如何提供一种结构简单的反射式3D显示器件及3D显示装置，其能够降低成本。
（二）技术方案
为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种3D显示器件，包括：
反射单元，用于对入射的偏振光进行反射；
形成于所述反射单元反射光线出射方向一侧上的偏光单元，用于将入射的自然光转换成线偏振光，或改变所述反射单元反射的偏振光的偏振方向；
形成于所述偏光单元反射光线出射方向一侧上的偏光方向调节单元，用于将所述偏光单元出射的反射光线转换成两组偏振方向不同的偏振光，所述两组偏振光分别进入偏光眼镜的左右眼镜片。
其中，所述反射单元包括：
全反射单元，用于对入射偏振光进行全反射。
其中，所述偏光单元包括：显示面板，用于将所述反射单元反射的线偏振光转换成圆偏振光；
形成于所述显示面板反射光线出射方向一侧上的λ/4波片，用于将入射的线偏振光转换成圆偏振光，并将反射的圆偏振光转换成线偏振光；
形成于所述λ/4波片反射光线出射方向一侧上的偏光片层，用于将入射的自然光转换成线偏振光。
其中，所述偏光片层，进一步用于吸收一个偏振方向的偏振光，所述偏振方向与所述偏光片层转换成的线偏振光的偏振方向垂直。
其中，所述反射单元包括：
选择性反射单元，用于只反射一个偏振方向的偏振光。
其中，所述反射单元包括：
具有平面织构的胆固醇液晶层，用于只反射左旋或右旋圆偏振光；
形成于所述胆固醇液晶层反射光线出射方向一侧上的λ/4波片，用于将反射的左旋或右旋圆偏振光转换成线偏振光。
其中，所述偏光单元包括：显示面板，用于将入射的线偏振光和所述反射单元反射的线偏振光的偏振方向旋转一预定角度；
形成于所述显示面板反射光线出射方向一侧上的偏光片层，用于将入射的自然光转换成线偏振光。
其中，所述偏光单元包括：
二色性显示面板，用于在加电时透过偏振方向相互垂直的两种线偏振光，或在不加电时只透过其中一个偏振方向的线偏振光，吸收另一个偏振方向的线偏振光。
其中，所述3D显示器件进一步包括：
形成于所述选择性反射单元入射光线出射方向一侧下方的吸收单元，用于吸收所述选择性反射单元透射的偏振光。
其中，所述偏光眼镜为圆偏振光眼镜，所述偏光方向调节单元包括：液晶盒，用于将所述反射单元反射的偏振光转换成在时间上相互间隔排列的两组偏振光，所述两组偏振光的偏振方向互相垂直；
形成于所述液晶盒反射光线出射方向一侧上的λ/4波片，用于将偏振方向互相垂直的两组偏振光分别转换成左右旋圆偏振光，所述左右旋圆偏振光分别进入所述偏光眼镜的左右眼镜片。
其中，所述偏光方向调节单元为相位差单元，所述相位差单元包括：水平或垂直排列的等宽的多个条状区域，每两个相邻的所述条状区域的相位延迟相差λ/2。
其中，所述偏光眼镜为圆偏振光眼镜，所述两个相邻的条状区域中的一个条状区域的相位延迟为λ/4，另一个条状区域的相位延迟为-λ/4。
其中，所述偏光眼镜为线偏振光眼镜，所述两个相邻的条状区域中的一个条状区域的相位延迟为λ/2，另一个条状区域的相位延迟为0。
本实用新型还提供了一种3D显示装置，包括：上述任一项所述的3D显示器件。
（三）有益效果
本实用新型公开了一种3D显示器件及3D显示装置，利用本实用新型所述的3D显示器件，无需背光源，在环境光线下就可以实现3D显示的效果，而且该3D显示器件的结构简单，能够降低成本，有利于3D显示技术的发展。
附图说明
图1是现有技术中3D显示技术的原理图；
图2是本实用新型实施例所述的3D显示器件的结构示意图；
图3是本实用新型实施例所述的3D显示器件的结构示意图；
图4是本实用新型实施例一所述的3D显示器件的结构示意图；
图5是本实用新型实施例二所述的3D显示器件的结构示意图；
图6是本实用新型实施例三所述的3D显示器件的结构示意图；
图7是本实用新型实施例四所述的3D显示器件的结构示意图；
图8和图9是本实用新型实施例一所述的3D显示器件的工作原理图；
图10和图11是本实用新型实施例三所述的3D显示器件的工作原理图。
其中，100：反射单元；101：选择性反射单元；102：胆固醇液晶层；103：λ/4波片；200：偏光单元；201：显示面板；202：偏光片层；203：λ/4波片；204：二色性显示面板；300：偏光方向调节单元；301：液晶盒；302：λ/4波片；303：相位差板；400：吸收单元。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细说明。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。
参见图2，本实用新型提供了一种3D显示器件，包括：
反射单元100，用于对入射的偏振光进行反射；
形成于所述反射单元100反射光线出射方向一侧上的偏光单元200，用于将入射的自然光转换成线偏振光，或改变所述反射单元100反射的偏振光的偏振方向；
形成于所述偏光单元200反射光线出射方向一侧上的偏光方向调节单元300，用于将所述偏光单元200出射的反射光线转换成两组偏振方向不同的偏振光，所述两组偏振光分别进入偏光眼镜的左右眼镜片。
利用本实用新型所述的3D显示器件，无需背光源，在环境光线下就可以实现3D显示的效果，而且该3D显示器件的结构简单，能够降低成本，有利于3D显示技术的发展。
需要说明的是，本发明所述的“入射光”是指由显示器件偏光方向调节单元一侧进入显示器件的环境光线，该外界光线在经过反射单元或选择性反射单元反射之前均被称为“入射光”，本发明所述的“反射光”是指由显示器件偏光方向调节单元一侧进入显示器件的环境光线，该外界光线在经过反射单元或选择性反射单元反射后的光线均被称为“反射光”。
优选地，所述偏光眼镜包括线偏振光眼镜和圆偏振光眼镜。
优选地，如图3所示，所述偏光眼镜为圆偏振光眼镜，所述偏光方向调节单元300包括：液晶盒301，用于将所述反射单元100反射的偏振光转换成在时间上相互间隔排列的两组偏振光，所述两组偏振光的偏振方向互相垂直；
形成于所述液晶盒反射光线出射方向一侧上的λ/4波片302，用于将偏振方向互相垂直的两组偏振光分别转换成左右旋圆偏振光，所述左右旋圆偏振光分别进入所述偏光眼镜的左右眼镜片。
优选地，如图4所示，所述偏光方向调节单元为相位差板303，所述相位差板包括水平或垂直排列的等宽的多个条状区域，每两个相邻的所述条状区域的相位延迟相差λ/2。
优选地，如图4所示，所述偏光眼镜为圆偏振光眼镜，所述两个相邻的条状区域中的一个条状区域的相位延迟为λ/4，另一个条状区域的相位延迟为-λ/4。
另一个优选地，如图4所示，所述偏光眼镜为线偏振光眼镜，所述两个相邻的条状区域中的一个条状区域的相位延迟为λ/2，另一个条状区域的相位延迟为0。
实施例一
如图4所示，所述偏光单元200包括：显示面板201，用于将入射的线偏振光和所述反射单元反射的线偏振光的偏振方向旋转一个预定角度，例如90°；该显示面板201可以是TN型或VA型等，本文以ＴＮ型为例进行说明。
形成于所述显示面板反射光线出射方向一侧上的偏光片层202，用于将入射的自然光转换成线偏振光。
优选地，所述偏光片层202，进一步用于吸收一个偏振方向的偏振光，所述偏振方向与所述偏光片层转换成的线偏振光的偏振方向垂直。
优选地，如图4和图3所示，所述反射单元100为选择性反射单元101，所述选择性反射单元101，用于只反射一个偏振方向的偏振光，例如，所述偏振方向与所述偏光片层转换成的偏振光的偏振方向垂直。
所述选择性反射单元101可以反射沿金属条长度方向偏振的偏振光，而透射与沿金属条长度方向垂直的偏振光，从而实现偏振光的选择性反射，所述金属条可以利用纳米级WLP（wire grid polarizer，金属光栅偏振器或线栅偏振片）技术制成。
优选地，如图4所示，在实际设计过程中还可以在选择性反射单元101的下方还设置有光线吸收单元400。
参见图8和图9，是图4所示的3D显示器件的工作原理图，
当显示面板201为黑态时，如图8所示，自然光（如星号所示）经过相位差板303和偏光片层202后转换成线性偏振光（如双箭头所示），经过显示面板201的入射光不改变偏振方向，偏振方向与选择性反射单元101沿金属条长度方向相垂直，即图中箭头所示，经过选择性反射单元101后透过，被吸收单元400吸收。
当显示面板201为亮态时，如图9所示，经过显示面板201的偏振光（如双箭头所示）的偏振方向改变90°，与选择性反射单元101沿金属条长度方向平行（如点圆所示），经过选择性反射单元101后被反射，经过显示面板201后还原为原来的偏振方向（如双箭头所示），可顺利通过偏光片层202，经过有行奇偶行不同延迟的相位差板303（图中以分别延迟λ／4和-λ／4示例），分别形成左旋圆偏振光（如逆时针圆所示）和右旋圆偏振光（如顺时针圆所示），经过圆偏振光3D眼镜后，使左右眼分别接收不同偏振态的光，从而使人眼形成视差，看到3D图像。
实施例二
本实施例方案实施例一所述方案结构基本相同，不同之处在于，如图5和图3所示，所述反射单元100包括：
具有平面织构的胆固醇液晶层102，用于只反射左旋或右旋圆偏振光；
形成于所述胆固醇液晶层102反射光线出射方向一侧上的λ/4波片103，用于将所述胆固醇液晶层102反射的左旋或右旋圆偏振光转换成线偏振光，还用于将由液晶面板201出射的线性偏振光转换成圆偏振光。
以所述胆固醇液晶层中的液晶为左旋液晶为例，可通过添加左旋手性化合物和向列相液晶以实现平面织构，对入射光进行一部分的布拉格反射，反射光为左旋圆偏振光，而透射右旋圆偏振光。从而实现选择性反射。
λ/4波片103的作用就是与其下方的起选择性反射作用的胆固醇液晶层102互相配合，该胆固醇液晶层102用于按设计需求选择性的反射左旋或右旋圆偏振光，而透过旋向相反的光，λ/4波片103用于将胆固醇液晶层102反射的圆偏振光又转换回线偏振光。
实施例三
本实施例方案与实施例一和实施例二方案结构基本相同，不同之处在于，如图6所示，所述偏光单元200包括：显示面板201，显示面板201的显示模式为混合TN模式，在显示面板201亮态时，用于将入射的圆偏振光转换成线偏振光，并将所述反射单元反射的线偏振光转换成圆偏振光；在显示面板暗态时，用于将入射的圆偏振光的偏振状态不发生改变，将所述反射单元反射的线偏振光的偏振状态不发生改变；其中，本实施例中所述的反射单元为全反射单元，用于将入射的光线进行全反射。
形成于所述显示面板201反射光线出射方向一侧上的λ/4波片203，用于将入射的线偏振光转换成圆偏振光，并将反射的圆偏振光转换成线偏振光；
形成于所述λ/4波片203反射光线出射方向一侧上的偏光片层202，用于将入射的自然光转换成线偏振光。
优选地，所述偏光片层202，进一步用于吸收一个偏振方向的偏振光，所述偏振方向与所述偏光片层转换成的线偏振光的偏振方向垂直。
位于所述显示面板201下方的全反射单元100，该全反射单元100用于对入射偏振光进行全反射。
参见图10和图11，是图6所示的3D显示器件的工作原理图，
当显示面板201为暗态时，对显示面板201加电，如图10所示，显示面板201的显示模式为混合TN模式。液晶分子沿着电场方向垂直取向，此时，经过偏光片层202的线性偏振光（如双箭头所示）在经过λ/4波片203后变为圆偏振光，例如左旋圆偏振光（如逆时针圆所示），经过显示面板201后仍然为左旋圆偏振光，其经过反射单元100反射后转换为右旋圆偏振光（如顺时针圆所示），其不改变偏振态穿过显示面板201，经过λ/4波片203后转换为线偏振光（如点圆所示），所述线偏振光的偏振方向与入射光线在经过所述偏光片层202形成的偏振光的偏振方向垂直，则被所述偏光片层202完全吸收。
当显示面板201为亮态时，不对显示面板201加电，此时液晶分子沿着与显示面板201平行的方向取向，如图11所示，显示面板201的显示模式为混合TN模式。指向矢取向发生90°扭曲结构的向列相液晶物质，会表现出旋光性，也会残留双折射性，从而其可进行线偏振光和圆偏振光的转换，经过偏光片层202的线性偏振光（如双箭头所示）在经过λ/4波片203后变为圆偏振光（如逆时针圆所示），圆偏振光经过显示面板203后转换成线性偏振光（如双箭头所示），所述线偏振光的偏振方向与入射光线经过所述偏光片层202后形成的偏振光的偏振方向平行，线性偏振光经反射单元100反射后仍为线偏振光（如双箭头所示），再经过显示面板201后为圆偏振光（如逆时针圆所示），经过λ/4波片203后为线偏振光（如双箭头所示），所述线偏振光的偏振方向与入射光线经过所述偏光片层202后形成的偏振光的偏振方向平行，可全部通过，最后经过相位差板303，转为左旋圆偏振光（如逆时针圆所示）和右旋圆偏振光（如顺时针圆所示），通过圆偏振光眼镜后分别进入左右眼，呈现3D图像。
实施例四
本实施例方案与实施例一和实施例二方案结构基本相同，其不同之处在于，如图7所示，所述偏光单元200为二色性显示面板204，所述二色性显示面板204用于在加电时透过偏振方向相互垂直的两种线偏振光，或在不加电时只透过其中一个偏振方向的线偏振光，吸收另一个偏振方向的线偏振光。
所述二色性显示面板204的液晶材料中加入二色性染料；在不加电的情况下，此二色性染料对入射光束两个正交的线偏振光分量，仅选择吸收其中一个而让第二个通过。液晶分子和染料分子的初始取向为上下平行或反平行取向，其与经过此液晶盒的入射偏振光偏振方向平行或垂直。入射的自然光，其一分量的光偏振方向与液晶分子指向矢平行被吸收，只有另一偏光分量射入。
而当对所述二色性显示面板204加上电压时，液晶分子和染料分子均沿电场方向取向，此时两种偏振方向垂直的偏振光均能通过。
本实用新型还公开了一种3D显示装置，包括：上述任一项所述的3D显示器件，本实用新型所述的3D显示装置可以为：液晶面板、液晶显示器、液晶电视、手机或掌上电脑等装置。
综上所述，本实用新型公开了一种3D显示器件及3D显示装置，利用本实用新型所述的3D显示器件，无需背光源，在环境光线下就可以实现3D显示的效果，而且该3D显示器件的结构简单，能够降低成本，有利于3D显示技术的发展。
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 (14)
1.一种3D显示器件，其特征在于，包括：
反射单元，用于对入射的偏振光进行反射；
形成于所述反射单元反射光线出射方向一侧上的偏光单元，用于将入射的自然光转换成线偏振光，或改变所述反射单元反射的偏振光的偏振方向；
形成于所述偏光单元反射光线出射方向一侧上的偏光方向调节单元，用于将所述偏光单元出射的反射光线转换成两组偏振方向不同的偏振光，所述两组偏振光分别进入偏光眼镜的左右眼镜片。
2.根据权利要求1所述的3D显示器件，其特征在于，所述反射单元包括：
全反射单元，用于对入射偏振光进行全反射。
3.根据权利要求2所述的3D显示器件，其特征在于，所述偏光单元包括：显示面板，用于将所述反射单元反射的线偏振光转换成圆偏振光；
形成于所述显示面板反射光线出射方向一侧上的λ/4波片，用于将入射的线偏振光转换成圆偏振光，并将反射的圆偏振光转换成线偏振光；
形成于所述λ/4波片反射光线出射方向一侧上的偏光片层，用于将入射的自然光转换成线偏振光。
4.根据权利要求3所述的3D显示器件，其特征在于，所述偏光片层，进一步用于吸收一个偏振方向的偏振光，所述偏振方向与所述偏光片层转换成的线偏振光的偏振方向垂直。
5.根据权利要求1所述的3D显示器件，其特征在于，所述反射单元包括：
选择性反射单元，用于只反射一个偏振方向的偏振光。
6.根据权利要求1所述的3D显示器件，其特征在于，所述反射单元包括：
具有平面织构的胆固醇液晶层，用于只反射左旋或右旋圆偏振光；
形成于所述胆固醇液晶层反射光线出射方向一侧上的λ/4波片，用于将反射的左旋或右旋圆偏振光转换成线偏振光。
7.根据权利要求5或6所述的3D显示器件，其特征在于，所述偏光单元包括：显示面板，用于将入射的线偏振光和所述反射单元反射的线偏振光的偏振方向旋转一个预定角度；
形成于所述显示面板反射光线出射方向一侧上的偏光片层，用于将入射的自然光转换成线偏振光。
8.根据权利要求5或6所述的3D显示器件，其特征在于，所述偏光单元包括：
二色性显示面板，用于在加电时透过偏振方向相互垂直的两种线偏振光，或在不加电时只透过其中一个偏振方向的线偏振光，吸收另一个偏振方向的线偏振光。
9.根据权利要求5所述的3D显示器件，其特征在于，进一步包括：
形成于所述选择性反射单元入射光线出射方向一侧下方的吸收单元，用于吸收所述选择性反射单元透射的偏振光。
10.根据权利要求1所述的3D显示器件，其特征在于，所述偏光眼镜为圆偏振光眼镜，所述偏光方向调节单元包括：液晶盒，用于将所述反射单元反射的偏振光转换成在时间上相互间隔排列的两组偏振光，所述两组偏振光的偏振方向互相垂直；
形成于所述液晶盒反射光线出射方向一侧上的λ/4波片，用于将偏振方向互相垂直的两组偏振光分别转换成左右旋圆偏振光，所述左右旋圆偏振光分别进入所述偏光眼镜的左右眼镜片。
11.根据权利要求1所述的3D显示器件，其特征在于，所述偏光方向调节单元为相位差板，所述相位差板包括：水平或垂直排列的等宽的多个条状区域，每两个相邻的所述条状区域的相位延迟相差λ/2。
12.根据权利要求11所述的3D显示器件，其特征在于，所述偏光眼镜为圆偏振光眼镜，所述两个相邻的条状区域中的一个条状区域的相位延迟为λ/4，另一个条状区域的相位延迟为-λ/4。
13.根据权利要求11所述的3D显示器件，其特征在于，所述偏光眼镜为线偏振光眼镜，所述两个相邻的条状区域中的一个条状区域的相位延迟为λ/2，另一个条状区域的相位延迟为0。
14.一种3D显示装置，其特征在于，包括：权利要求1-13中任一项所述的3D显示器件。
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