专利名称：一种裸眼3d液晶显示器及制作方法
技术领域：
本发明涉及一种裸眼3D液晶显示器及制作方法，包括其中关键部件园柱透镜阵列膜片等的设计与制作方法，属于显示器制造技术领域。
背景技术：
立体显示技术具有传统显示技术所不能比拟的高临场感，能给人们能带来美妙的立体享受。3D显示常常划分为3D眼镜型和裸眼3D型，而裸眼3D型又分为光屏障式、柱状透镜式、指向光源式等不同类型。柱透镜式3D显示3D显示效果好、具有图像亮度不受影响、 成本低的优点。柱透镜型裸眼3D液晶显示器包括液晶显示屏、柱透镜阵列膜片、过渡玻璃片。柱透镜型裸眼3D液晶显示器是将液晶屏的显示按人左右眼不同位置分别拍摄而又合到一起的视频图像，通过柱透镜阵列膜片将左右眼图像信息分离并分别投射到人的左眼和右眼，观察者的双眼看到的图像分别称为左视像和右视像。大脑把左右视像信息进行合成以后，人便感到了如身临其境的立体感觉。但是，这种柱透镜型裸眼3D液晶显示器往往因柱透镜阵列膜片制成品结构的限制，与液晶屏很难很难做到完美匹配，所以在图像“分离”时，左右眼分别容易看到互相干扰的畸变视像，导致立体图像显示不清晰、立体效果差。因此，柱透镜膜片结构设计与制作的好坏对显示的3D效果影响极大，是柱透镜型裸眼3D液晶显示器制作技术的核心。常规的柱透镜阵列膜片制作工艺主要分为注入成型法和膜压方法；其中，注入成型法是将有机材料加温成液态，注入模具中冷却成型。膜压方法是将有机薄膜材料加热使其变软(接近融化的程度)放入模具压制，冷却后成型。由于这种微光学元件要求精度高、 形状复杂、尺寸小，而上述方法采用的都是热加工工艺，所以膜成型后变形较大，很难保证设计效果，因此，产品合格率较低。
发明内容
本发明公开一种裸眼3D液晶显示器，解决了常规的柱透镜型裸眼3D液晶显示器存在的左右眼图像互相干扰，导致立体图像显示不清晰、立体效果差等缺欠。本发明进一步提供了裸眼3D液晶显示器的制作方法，具有生产工艺简单，精度高，生产成本降低等特点。本发明的柱透镜型裸眼3D液晶显示器，其特征在于主要由液晶显示屏、柱透镜阵列膜片、过渡玻璃片和含有衬垫料的胶层构成；
所述的柱透镜阵列膜片靠近液晶屏的一面是平的，另一面由N个小圆柱透镜平行排列构成汇聚透镜，通过聚光成像把图像进行分割并根据圆柱透镜曲面曲率半径的大小所确定的折射角度；
圆柱透镜参数计算公式如下
圆柱透镜个数(N)=液晶屏像素列数(m) X3 / 4；圆柱透镜宽度(W)=显示区水平方向长度(S) /线数(N); 圆柱透镜曲率半径R=圆柱透镜宽度(W)的1. l(Tl. 16倍； 圆柱透镜厚度H=2WfL / η S ； 圆柱透镜厚度H=2WfL / η S - d - y ； 其中
L中心观察点到像平面的距离； η柱透镜的折射率； s----液晶屏显示区水平方向长度； d过渡玻璃片的厚度； y一一含衬垫料胶层的厚度；
所述的液晶屏为常规的液晶屏，可根据希望得到显示图像的尺寸大小、图像的分辨率、 视像立体感的强弱来选取。所述的透明过渡层为光学玻璃片；调整过渡玻璃片的厚度来可以改变柱透镜焦点的位置，实现柱透镜焦平面与液晶屏像平面重合。将透明过玻璃片与柱透镜粘合为一复合体，目的是使柱透镜阵列膜片减少变形的可能性。在粘合胶中添加球形衬垫材料的办法，通过控制衬垫材料的粒径来实现焦平面与像平面之间相对位置的精细调整。本发明柱透镜型裸眼3D液晶显示器的制作方法，包括以下步骤
1)将液态光敏树脂材料滴入柱透镜阵列膜片的模具中，用超声波振动2 5分钟，然后在真空密封条件下静置3 8分钟，让胶内的气泡充分排除；再缓慢放入空气后静置10 20分钟；用紫外灯照射使光敏树脂材料固化，再经70士5°C干燥处理。脱模即得柱透镜阵列膜片；
2)在树脂胶内掺入0.2 0. 5% (W/W)的直径为0. 02 0. 8mm球形衬垫料，搅拌均勻后，将胶均勻涂布在过渡玻璃片的表面，厚度为0. 03 0. 9mm，再把柱透镜阵列膜片复合到过渡玻璃片上，干燥烘烤即成；
3)柱透镜阵列膜片复合体的制作
在柱透镜阵列膜片和液晶显示屏之间加入了一张过渡玻璃片，是通过调整过渡玻璃片的厚度来控制柱透镜焦点位置，选择合适的厚度使柱透镜阵列膜片的柱透镜焦平面与液晶显示屏像平面重合。本发明的积极效果在于柱透镜阵列膜片的结构可以把图像“分离”得最佳状态， 使左右眼分别看到无干扰无畸变的左右视像。将柱透镜阵列膜片、过渡玻璃片、通过含有球形衬垫料的胶层粘合而成，有利于提高柱透镜膜片的强度；由于复合体中的渡玻璃片和液晶显示屏的基板材质基本相同，物理性能接近，因此在温度变化时两者尺寸的伸缩变化基本是同步的，这样就能保证柱透镜与像素的准确对应；在制作柱透镜复合体时加入球形衬垫材料调整柱透镜复合体的厚度；本发明显示器具有立体图像显示清晰度高、立体效果明显，观看舒适等特点。
图1、本发明裸眼3D液晶显示器结构示意图2、本发明裸眼3D液晶显示器中单个柱透镜结构图3、本发明裸眼3D液晶显示器制作过程中，柱透镜阵列膜片与玻璃粘合时粘合胶中添加球形衬垫材料的分布在图中，1—液晶显示屏；2—柱透镜阵列膜片；3—过渡玻璃片；4—含有衬垫料的胶层；5—球形衬垫材料。
具体实施例方式通过以下实施例进一步举例描述本发明，并不以任何方式限制本发明，在不背离本发明的技术解决方案的前提下，对本发明所作的本领域普通技术人员容易实现的任何改动或改变都将落入本发明的权利要求范围之内。实施例1
根据图ι所示，由液晶显示屏1、柱透镜阵列膜片2、过渡玻璃片3和含有衬垫料的胶层4构成本发明；使用的液晶显示屏1是7. 5英寸，显示区尺寸155mmX102mm、像素点阵 320X240的TFT液晶屏。柱透镜阵列膜片2的圆柱透镜光学参数计算如下(参照图2)
圆柱透镜个数(N)=液晶屏水平方向的子像素5的总数+4=mX3 / 4，其中m=320，则则本例 N=320X3 / 4=240 ；
柱透镜阵列膜片2的圆柱透镜宽度(W)可按下式方法计算 W=液晶屏1的显示区水平方向长度(S) /柱透镜阵列膜片2的园柱透镜列数(N)， 本例 W=155 +240=0. 646 mm ； 柱透镜的曲率半径(R) =宽度(W)的1. l(Tl. 16倍， 本例 R=O. 646mm X 1. 14=0. 736mm ； 阵列板(复合体)厚度(H) =2WL / η S-d-y 本例 Η=2Χ0· 736X600 + 155 + 1. 54 一 0. 55-0. 30=2. 850 (mm)； 式中中心观察点到像平面的距离L=600mm ；折射率η =1. 54 ；液晶显示屏1的显示区水平方向长度S=155mm;过渡玻璃片3的厚度d =0. 55 ；含有球形衬垫材料8的胶层4的厚度 y=0. 30mmo按上述参数制作柱透镜阵列膜片2的模具。柱透镜阵列膜片2的制作
在本实施例中采用了紫外光固化方法，是将透明的光敏树脂材料放入模具，然后用紫外光照射使之固化成型。具体步骤如下
将适量液态的透明光敏树脂滴入模具中在80W的超声波振动台上2分钟，真空密封静置5分钟，缓慢放入空气，静置10分钟；用100W波长465nm的紫外灯照射3分钟；在70士2°C 干燥20分钟，脱模即得柱透镜阵列膜片2。柱透镜阵列膜片2复合体的制作(参照图3)
在树脂胶内掺入0. 4% (W/W)的直径为0. 05mm球形衬垫料5，搅拌均勻后，将胶均勻涂布在过渡玻璃片3的表面形成含有衬垫料的胶层4，厚度为0. 05mm，再把柱透镜阵列膜片2 复合到过渡玻璃片3上，干燥烘烤即可。
最后，将液晶显示屏1、柱透镜阵列膜片2的复合体进行组合，即可制成5. 7英寸的裸眼3D液晶显示器。实施例2
根据图ι所示，由液晶显示屏1、柱透镜阵列膜片2、过渡玻璃片3和含有衬垫料的胶层 4构成本发明；使用的液晶显示屏1是10. 4英寸，显示区尺寸211. 20mmX 158. 40mm、像素点阵=640X480的TFT液晶屏；
柱透镜阵列膜片2的圆柱透镜光学参数计算如下(参照图2) 圆柱透镜个数(N)=液晶屏水平方向的子像素5的总数+4=mX3 / 4，其中m=640，则则本例 N=640X3 / 4=480
柱透镜阵列膜片2的柱透镜宽度(W)可按下式方法计算
W=液晶显示屏1的显示区水平方向长度(S) /柱透镜阵列的线数(N)，
本例 W=211. 20 + 480=0. 440 mm ；
柱透镜的曲率半径(R) =宽度(W)的1. l(Tl. 16倍，
本例 R=O. 440mm X 1. 13=0. 497mm ；
阵列板(复合体)厚度H=2ffL / η S-d-y,
本例 Η=2Χ0· 440X800 + 1. 54 + 211. 2 - 0. 5-0. 10=1. 564 (mm)。式中中心观察点到像平面的距离L=700mm ；折射率η =1. 54 ；液晶显示屏1的显示区水平方向长度S=211. 20mm;过渡玻璃片3的厚度d =0.5;含有球形衬垫材料8的胶层 4 的厚度 y=0. 10mm。按上述参数制作柱透镜阵列膜片2的模具。柱透镜阵列膜片2的制作
在本实施例中采用了紫外光固化方法，是将光敏型材料放入模具，然后用紫外光照射使之固化成型。具体步骤如下
将液态光敏树脂材料滴入模具中在80W的超声波振动台上2分钟，真空密封静置5分钟，缓慢放入空气，静置10分钟；用IOOff波长465nm的紫外灯照射3分钟；在70士2°C干燥 20分钟，脱模即得柱透镜阵列膜片2。柱透镜阵列膜片2复合体的制作(参照图3)
在树脂胶内掺入0. 6% (W/W)的直径为0. IOmm球形衬垫材料5，搅拌均勻后，将胶均勻涂布在过渡玻璃片3的表面，胶层厚度为0. IOmm,再把柱透镜阵列膜片2复合到过渡玻璃片 3的胶膜上，干燥烘烤即可。最后，将液晶显示屏1、柱透镜阵列膜片2的复合体进行组合，即可制成10. 4英寸的裸眼3D液晶显示器。实施例3
根据图ι所示，由液晶显示屏1、柱透镜阵列膜片2、过渡玻璃片3和含有衬垫料的胶层4构成本发明；使用的液晶显示屏1是15英寸，显示区尺寸304mmX228mm、像素点阵 1024X768 的 TFT 屏
圆柱透镜阵列膜片2光学参数计算如下(参照图2)
柱透镜阵列膜片2的圆柱透镜个数(N)=液晶屏水平方向的子像素5的总数+4=mX3 / 4，其中 Iii=IOM则本例 N=1024X3 / 4=768
柱透镜阵列膜片2的柱透镜宽度(W)可按下式方法计算
W=液晶屏1的显示区水平方向长度(S) /柱透镜阵列膜片2的线数(N)，
本例 W=304 +768=0. 396 mm ；
柱透镜的曲率半径R=宽度(W)的1. l(Tl. 16倍，
本例 R=O. 396mm X 1. 14=0. 451mm ；
阵列板(复合体)厚度(H) =2WL / η S-d-y,
本例 Η=2Χ0· 396X900 + 1. 54 + 304 — 0. 5-0. 1=0. 923 (mm)。式中中心观察点到像平面的距离L=900mm ；折射率η =1. 54 ；液晶屏显示区水平方向长度S=304mm;透明过渡层的厚度d =0. 50;含有衬垫料的胶层的厚度y=0. 10mm。按上述参数制作柱透镜阵列膜片2的模具。柱透镜阵列膜片2的制作
在本实施例中采用了紫外光固化方法，是将光敏型材料放入模具，然后用紫外光照射使之固化成型。具体步骤如下
将液态光敏树脂材料滴入柱透镜阵列膜片2的模具中，用超声波振动3分钟，然后在真空密封条件下静置5分钟，让胶内的气泡充分排除。再缓慢放入空气后静置15分钟。用紫外灯照射使光敏树脂材料固化，再经70士2°C干燥处理。脱模即得柱透镜阵列膜片2。柱透镜阵列膜片2复合体的制作
在树脂胶内掺入0. 5% (W/W)的直径为0. IOmm球形衬垫材料5，搅拌均勻后，将胶均勻涂布在过渡玻璃片的表面，胶层厚度为0. 10mm，再把柱透镜阵列膜片2复合到过渡玻璃片3 的胶膜上，干燥烘烤即完毕。最后，将液晶显示屏1、柱透镜阵列膜片2的复合体进行组合，即可制成15英寸的裸眼3D液晶显示器。
权利要求
1.一种裸眼3D液晶显示器，主要由液晶显示屏、柱透镜阵列膜片、过渡玻璃片和含有衬垫料的胶层构成；所述的柱透镜阵列膜片靠近液晶屏的一面是平的，另一面由N个小圆柱透镜平行排列构成汇聚透镜，通过聚光成像把图像进行分割并根据圆柱透镜曲面曲率半径的大小所确定的折射角度；圆柱透镜参数计算公式如下圆柱透镜个数(N)=液晶屏像素列数(m) X3 / 4；圆柱透镜宽度(W)=显示区水平方向长度(S) /线数(N);圆柱透镜曲率半径R=圆柱透镜宽度(W)的1. l(Tl. 16倍；圆柱透镜厚度H=2WfL / η S ；圆柱透镜厚度H=2WfL / η S - d - y ；其中L中心观察点到像平面的距离； η柱透镜的折射率； s----液晶屏显示区水平方向长度； d过渡玻璃片的厚度； y一一含衬垫料胶层的厚度； 所述的透明过渡层为光学玻璃片； 所述的液晶屏为常规的液晶屏。
2.根据实现权利要求1所述的方法，其特征在于包括以下步骤1)将液态光敏树脂材料滴入柱透镜阵列膜片的模具中，用超声波振动2 5分钟，然后在真空密封条件下静置3 8分钟，让胶内的气泡充分排除；再缓慢放入空气后静置10 20分钟；用紫外灯照射使光敏树脂材料固化，再经70士5°C干燥处理，脱模即得柱透镜阵列膜片；2)在树脂胶内掺入0.2 0. 5% (W/W)的直径为0. 02 0. 8mm球形衬垫料，搅拌均勻后，将胶均勻涂布在过渡玻璃片的表面，厚度为0. 03 0. 9mm，再把柱透镜阵列膜片和过渡玻璃片复合，然后干燥烘烤即可；3)柱透镜阵列膜片复合体的制作在柱透镜阵列膜片和液晶显示屏之间加入了一张过渡玻璃片，使柱透镜阵列膜片的柱透镜焦平面与液晶显示屏像平面重合。
全文摘要
本发明提供一种裸眼3D液晶显示器，主要由液晶显示屏、柱透镜阵列膜片、过渡玻璃片和含有衬垫料的胶层构成；所述的柱透镜阵列膜片靠近液晶屏的一面是平的，另一面由N个小圆柱透镜平行排列构成汇聚透镜，通过聚光成像把图像进行分割并根据圆柱透镜曲面曲率半径的大小所确定的折射角度。本发明还提供了该显示器的制作方法，包括设计和加工用于分离左右眼不同视像的柱透镜膜片；制作柱透镜阵列与玻璃的复合体；以及通过加入一定量衬垫料来控制柱透镜膜厚度，使柱透镜的焦点准确对准到像平面的方法。该制作方法充分根据柱透镜阵列立体成像原理，对柱透镜阵列等光学结构进行了优化设计，使显示图像具有良好的立体效果。
文档编号G02B27/22GK102323687SQ20111027147
公开日2012年1月18日 申请日期2011年9月14日 优先权日2011年9月14日
发明者叶红卫, 姚振罡, 马仁祥 申请人:吉林省联信光学技术有限责任公司