2d/3d可切換顯示設備的製作方法

2023-06-12 12:02:16 2

專利名稱：2d/3d可切換顯示設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種2D/3D可切換顯示設備，尤其涉及一種利用偏振濾光 裝置降低在環境光下色彩失真的2D/3D可切換顯示設備。
技術背景顯示技術，圖1所示為其中一種2D/3D可切換立體顯示裝置，包括，提供 二維圖像的顯示面板10、用於選擇性的將由顯示面板IO提供的光線偏振方 向不旋轉或旋轉90度的偏振光轉換裝置，以及由單折射率透鏡和雙折射率 透鏡構成的透鏡組件，用於在2D模式中透射所述提供的圖像、在3D模式 中將入射的圖像分成右眼圖像和左眼圖像。所述偏振光轉換裝置包括薄膜晶 體管電路llc(顯示面板10與薄膜電晶體電路llc之間的距離只是示意性的， 主要是為了把光線的偏振方向標示出來)、作為驅動電極(相當於現有TFT 顯示器中的顯示電極)的ITO玻璃lla、作為公共電極的ITO玻璃llb、取 向層12a、 12b、向列相液晶13和控制模塊20,其中作為驅動電極的ITO玻 璃lla由多個相互不電連接的ITO單元構成，薄膜電晶體電路llc中的各個 電晶體分別與所述ITO單元電連接，控制模塊20與薄膜電晶體電路llc和 ITO玻璃1 lb電連接，用於通過薄膜電晶體控制各ITO單元與ITO玻璃1 lb 之間的電壓，兩取向層12a、 12b的分子取向相互垂直。當顯示面板10的出 射光為非線性偏振光時需在顯示面板和偏振光轉換裝置之間置一片偏光片， 使入射在偏振光轉換裝置的光為線性偏振光，該線性偏振光的偏振方向與 ITO單元和ITO玻璃lib (公共電極)之間沒有電場時取向層12a表面液晶 分子取向相同。透鏡組件包括單折射率凸透鏡14、雙折射率凹透鏡15以及 玻璃基板16。本發明中的凸透鏡或凹透鏡其實均由多個微透鏡構成，也可 以稱之為透鏡陣列。本方案中單折射率凸透鏡14的折射率為np雙折射率 凹透鏡15具有尋常光折射率n。和非尋常光折射率ne,且n產n。， n。>ne。其中單折射透鏡材料可為高分子聚合物或其他透明硬質材料，雙折射率透鏡的 材料可以選擇負性向列相液晶，可以在液態狀態下填充進入由單折射率透鏡14和玻璃片16所構成的空間內。在玻璃基板16表面施加取向層12c,例如 塗覆取向劑和在單折射凸透鏡14表面也經過對液晶的取向處理使得液晶排 列方向與顯示設備出射的偏振光的偏振方向相同。當然，現有技術中所述偏振光轉換裝置還可以不包括薄膜電晶體電路， 採用簡單的透明電極和電源來控制整個偏振光轉換裝置進行偏振光的轉換。下面根據圖1描述該現有技術的光路原理，圖中分別是四道光線通過本 發明裝置的光路圖，其中上兩道光線最後發生折射，下兩道光線直接透射， 下面具體說明它們的原理。從圖l中可以看出，由於需要對上兩道光線進行3D顯示，控制模塊20 通過薄膜電晶體對上兩道光線所對應的兩個ITO單元充電，使得該ITO單 元與作為公共電極的ITO玻璃llb之間產生電場，致使在該電場區域的液晶 分子全部順電場方向排列，偏振光通過時，不會改變偏振方向，接著穿過凸 透鏡14而入射到凹透鏡15,此時光線的偏振方向與凹透鏡15的液晶排列 方向平行，因此凹透鏡15對於該光線的折射率為ne，由於單折射率凸透鏡 14的折射率ni大於ne,即此時單折射率凸透鏡14的折射率大於雙折射率液 晶所形成的凹透鏡15的折射率，因此組合透鏡的光學效果為凸透鏡，光線 經過時會發生折射。這種情況下，該立體顯示裝置可以將兩道光線分別顯示 在人眼的左眼和右眼，使人眼看到的是3D立體圖像，即立體顯示裝置將上 兩道光線採用3D方式顯示。下面描述下兩道光線的光路原理控制;f莫塊20沒有將下兩道光線所對 應的ITO單元充電(在實際應用中，如果前一時間段該ITO單元上被充電， 本方案中的這個過程，控制模塊20可以將該ITO單元進行放電，總之就是 使得該ITO單元與作為公共電極的ITO玻璃lib之間沒有電場，控制的方 式可以靈活調整)，入射到偏振光轉換裝置的偏振光的偏振方向與取向層 12a表面的取向方向相同，光線通過偏振光轉換裝置的內部TN型(扭曲向 列型)液晶後，被旋轉90度，偏振方向與入射時的偏振方向垂直，該光線 從單折射率凸透鏡14的平面部分垂直入射，從凸面部分射出到雙折射率凹透鏡15,此時偏振方向與凹透鏡15的液晶分子排列方向垂直，因此凹透鏡 15相對於該偏振光的折射率為n。，由於單折射凸透鏡14的折射率m等於 n。，即此時單折射率凸透鏡14的折射率與凹透鏡15的折射率相同，因此該 偏振光在凸透鏡14和凹透鏡15的界面處不發生折射，光線直線通過。這種 情況下，該立體顯示裝置將所述下兩道光線採用2D方式顯示。我們可以把 二維顯示面板IO之外的結構統稱為2D/3D切換器件。在上述現有方案中採用的透鏡組件由單折射率透鏡和雙折射率透鏡構 成，而且現有的這種雙折射率透鏡通常是將取向(也稱配向)設置的液晶聚 合物材料進行固化而形成的，其單體液晶分子本身具有的各向異性使得其聚 合固化之後，內部保留了一定的不均勻性。這種不均勻性導致了入射光的散 射。入射光既包括從屏出射的圖像信號光，也包括從外界入射的環境自然光。 液晶聚合物層的不均勻性的尺度包括了液晶分子單體尺度、其聚合物大分子 尺度，以及液晶分子單體取向疇的尺度等多個不同數量級的尺度，所以其對 入射光的散射也就包含了衍射、反射和折射等多種情況。隨液晶聚合物層的 厚度增加，這種不均勻區域增多，散射強度也就增大。液晶層厚度大到一定 程度時，散射光的強度也會很大。當圖像信號光很弱，甚至沒有圖像信號光 出射的時候，環境光的散射光強度會引起明顯的視覺感知，因此環境光會導 致圖像的較為嚴重的失真。參見圖2中所示的環境光在液晶上的散射光路， 當環境光20入射到該液晶構成的雙折射材料中時，會發生散射現象，如圖 中光線21、 22、和23均為散射的光。現有技術中也有採用吸收性減反射薄膜來降低入射的環境光的散射造 成的不良影響。但是這種方法以犧牲信號光出射強度為代價。在上述透鏡組 件中，液晶層的厚度比較大，達數百微米，液晶的取向難以控制得很好，從 而具有相當大的內部不均勻性，導致嚴重的散射，這樣一來想要用附加吸收 性減反射薄膜的方法來消除散射光對顯示效果的不良影響的話，就需要增大 薄膜的吸收，這樣就同時更多地降低了信號光的強度，也就是顯示亮度。在 一些情況下，其所導致的顯示亮度的降低甚至是無法接受的。這也是此類方 案的無法克服的缺陷。另一方面，由於切換器件中包含有液晶分子單體尺度的不均勻性，在這一尺度上的散射符合瑞利散射定律，這意味著總體而言，短波散射將大於長 波散射。由於吸收性減反射薄膜的透光率曲線不易設計得很平坦，導致顯示 器發出的圖像光被吸收而減弱的程度不同，因此會使顯示色調出現偏色。 發明內容本發明的目的在於提供一種圖像色彩失真大幅降低的2D/3D可切換顯 示設備。為實現本發明的目的，本發明提供一種2D/3D可切換顯示設備，包括 通過利用變換偏振光的偏振方向來實現2D/3D切換顯示的立體顯示裝置， 還包括順序放置的可電控TN面板和偏光板，從所述立體顯示裝置出射的光 依次通過所述可電控TN面板和所述偏光板，其中所述偏光板的透振方向與 所述立體顯示裝置出射的其中 一種偏振光的偏振方向平行。所述立體顯示裝置可以包括順序放置的二維顯示面板和2D/3D切換器件。所述2D/3D切換器件可以包括偏振光轉換裝置和由單折射率透鏡與雙折射率透鏡構成的透鏡組件。本發明的上述方案將入射的環境光強度降低一半，使得由於環境光導致 的偏色程度降低。通過TN面板的調整之後，無論2D狀態還是3D狀態的 顯示亮度都不受太大影響，並且由於偏光板的偏振選擇能力將把對液晶或其 它聚合物材料危害甚大的外部紫外光也濾掉一半，有效地延長了顯示設備的 液晶或其它聚合物類材料的使用壽命。


圖1為現有技術中的一種2D/3D可切換立體顯示裝置結構示意圖； 圖2為現有技術中的透鏡組件受環境光影響的示意圖； 圖3為本發明第一實施方案光路原理圖； 圖4為本發明另一種實施方案的光路原理圖。
具體實施方式
本實施方式如圖3所示，在現有2D/3D可切換立體顯示裝置上增加了 一個可電控TN (扭曲向列型)面板和一個偏光板34。其中TN面板包括施 加電場的電極31和33,以及扭曲向列型液晶32。該偏光板34可以使環境光入射光源的強度降低一半，從而其散射也降低一半，同時圖像信號光的強 度的減弱僅為偏光板固有的損耗，在偏光板的透振性能足夠好的時候，這種 損耗基本可以忽略不計。下面詳細描述加裝了 TN面板和偏光板34的2D/3D可切換立體顯示裝 置的工作原理。由於在加裝TN面板和偏光板34之前的2D/3D可切換立體顯示裝置的 光路原理與現有技術原理相同，在前面背景技術部分已經有了詳細的描述， 這裡就不再重複描述，在這裡僅僅描述分別在2D和3D狀態下，TN面板和 偏光板34在光路中所起的作用。前面已有描述，上兩道光線採用3D方式顯示，從透鏡組件出射的偏振 光的偏振方向平行紙面，圖3中的偏光板34的偏振方向平行於紙面，與從 透鏡組件出射的偏振光的偏振方向平行，為了不影響從透鏡組件出射的偏振 光，此時，在透鏡組件和偏光板34之間的TN面板的相應部分施加電場， 這樣，從透鏡組件出射的偏振光通過該TN面板時偏振面不會旋轉，與此時 外加偏光板34的透振方向平行，因此該光線可以直接穿過偏光板34,不會 影響3D的顯示。前面已有描述，下兩道光線採用2D方式顯示，從透鏡組件出射的偏振 光的偏振方向垂直紙面，圖3中的偏光板34的偏振方向平行紙面，此時與 從透鏡組件出射的偏振光的偏振方向垂直，為了不影響從透鏡組件出射的偏 振光，此時，在透鏡組件和偏光板34之間的TN面板的相應部分不施加電 場，這樣，從透鏡組件出射的偏振光通過該TN面板時偏振面旋轉90度， 與此時外加偏光板34的透振方向平行，因此偏振面旋轉後的該光線可以直 接穿過偏光板34，不會影響2D的顯示。上述偏光板的偏振方向可以靈活改變，在上述實施例中，偏光板的偏振 方向平行紙面，但是也可以設置為垂直紙面，如圖4所示，這樣在進行3D 顯示時，在TN面板的相應部分不施加電場，從透鏡組件出射的偏振光通過 該TN面板時偏振面旋轉90度，與此時外加偏光板34的透振方向平行，因 此偏振面旋轉後的該光線可以直接穿過偏光板34，不會影響3D的顯示。同 樣，在進行2D顯示時，在TN面板的相應部分施加電場，從透鏡組件出射 的偏振光通過該TN面板時偏振面不會旋轉，與此時外加偏光板34的透振方向平行，因此該光線可以直接穿過偏光板34,不會影響2D的顯示。因此， 偏光板的偏振方向只需要設置的平行或垂直出射光的偏振方向即可，可根據 具體情況給TN面板施加電場或不施加電場來實現本發明的目的。上述TN 面板可以為現有的TFT型TN面板。本方案通過外加偏光板進行偏振濾光，實際只是將入射的環境光強度降 低一半。而信號光本身是線偏振的，通過TN面板的調整之後，無論2D狀 態還是3D狀態的顯示亮度都不受太大影響。使得由於環境光導致的偏色程 度降低。本方案還有另一項優點，就是由於偏光板的偏振選擇能力而將把對 液晶或其它聚合物材料危害甚大的外部紫外光也濾掉一半，有效地延長了顯 示器的液晶或其它聚合物類材料的使用壽命。事實上對於其它所有採用通過變換偏振光的偏振方向來實現2D-3D轉 換的立體顯示裝置都可以應用本發明的思路，在立體顯示裝置上加裝TN面 板和偏光板來降低環境光對顯示器的影響。上述的具體實施方式
僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領域的技術 人員在本方法的啟示下，在不脫離本方法宗旨和權利要求所保護的範圍情況 下，還可以作出很多變形，這些均屬於本發明的保護範圍之內。
權利要求
1、一種2D/3D可切換顯示設備，包括通過利用變換偏振光的偏振方向來實現2D/3D切換顯示的立體顯示裝置，其特徵在於，還包括順序放置的可電控TN面板和偏光板，從所述立體顯示裝置出射的光依次通過所述可電控TN面板和所述偏光板，其中所述偏光板的透振方向與所述立體顯示裝置出射的其中一種偏振光的偏振方向平行。
2、 根據權利要求1所述的2D/3D可切換顯示設備，其特徵在於，所述 立體顯示裝置包括順序放置的二維顯示面板和2D/3D切換器件。
3、 根據權利要求2所述的2D/3D可切換顯示設備，其特徵在於，所述 2D/3D切換器件包括偏振光轉換裝置和由單折射率透鏡與雙折射率透鏡構 成的透鏡組件。
全文摘要
本發明公開了一種2D/3D可切換顯示設備，包括通過利用變換偏振光的偏振方向來實現2D/3D切換顯示的立體顯示裝置，還包括順序放置的可電控TN面板和偏光板，從所述立體顯示裝置出射的光依次通過所述可電控TN面板和所述偏光板，其中所述偏光板的透振方向與所述立體顯示裝置出射的其中一種偏振光的偏振方向平行。本方案將入射的環境光強度降低一半，使得由於環境光導致的偏色程度降低。通過TN面板的調整之後，無論2D狀態還是3D狀態的顯示亮度都不受太大影響，並且由於偏光板的偏振選擇能力將把對液晶或其它聚合物材料危害甚大的外部紫外光也濾掉一半，有效地延長了顯示設備的液晶或其它聚合物類材料的使用壽命。
文檔編號G02B27/26GK101329450SQ20081011708
公開日2008年12月24日 申請日期2008年7月24日 優先權日2008年7月24日
發明者王統領 申請人:北京超多維科技有限公司