[实用新型]3D分光器及立体显示装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及3D立体显示技术领域，具体而言，涉及3D分光器及立体显示装置。

背景技术

3D立体显示技术中，裸眼3D因无需其它辅助设备便能观看到3D效果的便利性及应用上的优势，成为3D显示技术研究的重心。在各种裸眼3D显示技术中，采用液晶透镜及液晶狭缝光栅的自由立体显示装置因各自特有的优势受到广泛关注。

采用液晶透镜实现的立体显示装置，主要是利用在液晶层两侧的两片基板上分别设置正负电极，并在不同电极上施加大小不同的驱动电压，从而在两片基板间形成具有不同强度的垂直电场，以驱动液晶分子排列而形成可变焦液晶透镜。因此，只需要控制相应电极上的电压分布，液晶透镜的折射率分布就会相应的改变，从而对像素出射光的分布进行控制，实现自由立体显示和2D/3D自由切换。

如图1示出了一种常见的液晶透镜立体显示装置的结构示意图。如图1所示，现有的液晶透镜立体显示装置100包含两个部分，其中第一部分为常用的2D显示装置120，如LCD、OLED等；第二部分为置于2D显示装置120之前的液晶透镜阵列110，两者一般通过周边粘贴或者整面贴合工艺组装在一起形成自由立体显示装置。具体地，液晶透镜阵列110包含多个液晶透镜单元(如L1与L2，图中仅画出了两个透镜单元作为示例)，每个透镜单元(如L1与L2)具有相同的结构。液晶透镜阵列110包含第一基板101与第二基板102，第一基板101与第二基板102正对设置。在第一基板101上设置有第一电极103，在第二基板102上设置有第二电极107。在每一个透镜单元之内，以L1为例，第一电极103包含S11、S12、S13、…、S18、S19等多个以一定间隔分开并平行设置的条形电极，电极的数量一般为奇数(以下以九电极为例进行说明)，每个条形电极的宽度分别为W(S11)、W(S12)、W(S13)、...、W(S18)、W(S19)等。一般而言，条形电极具备相同的宽度，即W(S11)＝W(S12)＝W(S13)＝...＝W(S18)＝W(S19)。在两个液晶透镜单元相接处(如L1与L2之间)共用同一个条形电极S19(S21)。进一步地，液晶透镜阵列110还包括设置在第一电极103上的介电层104；设置在第二电极107上的第二配向膜108以及设置在介电层104上的第一配向膜105用于控制液晶分子的取向，其中第一配向膜105与第二配向膜108的摩擦方向平行，液晶材料106被封装在第一基板101与第二基板102之间。

如图1所示，当需要进行2D显示时，令液晶透镜阵列110处于非工作状态，或者令第一电极103和第二电极107之间的电压差小于液晶材料106的阈值电压，此时液晶材料106的分子取向仍为初始取向。以正性液晶材料(即△ε＝ε∥-ε⊥>0，式中ε∥为液晶分子长轴方向的介电系数，ε⊥为液晶分子短轴方向的介电系数)为例，所有液晶分子的长轴沿着平行于纸面的方向规则排列。从2D显示面板出射的光线，垂直入射到液晶层106后没有光程差，也不发生折射，因此观赏者看到的依然是2D画面，由于液晶透镜阵列110的高透过率，整个液晶透镜立体显示装置100仍具备高亮度、高对比等特点，原2D显示装置120的光学特性基本不受影响。

如图2所示，当需要进行3D显示时，在液晶透镜阵列110的第一电极103的各个条形电极如S11、S12、S13、…、S18、S19(以透镜单元L1为例)等上施加左右对称的电压，第二电极107作为公用电极其电压设置为零，以正性液晶材料为例，可以使V(S11)＝V(S19)>V(S12)＝V(S18)>V(S13)＝V(S17)>V(S14)＝V(S16)>V(S15)，即在液晶透镜单元的中心电极S15上施加的电压最小，而在透镜单元的边缘电极S11,S19上施加的电压最大，从透镜中心到透镜边缘各个条形电极上的电压以一定的梯度进行分布。由于在透镜单元边缘电极上施加的电压最大，与边缘电极S11及S19位置对应的液晶分子基本上呈现垂直方向分布，而越靠近透镜单元的中心电压越小，因此液晶分子会逐渐倾向于水平方向排列。在每一个透镜单元内，由于电压对称分布，液晶材料随着电场强度的变化呈现折射率的渐变，因而整个液晶透镜阵列110形成多个微透镜，将来自2D显示装置120的光线进行折射分光，将左右眼的影像分别投影至观赏者的左眼和右眼，从而产生立体影像。以图2中四视点为例，当观赏者的左右眼分布位于1和2、2和3以及3与4等位置时即能看到立体影像。