专利名称：一种液晶光栅及3d显示装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及三维显示技术领域，尤其涉及一种液晶光栅及3D显示装置。
背景技术：
在日常生活中人们是利用两只眼睛来观察周围具有空间立体感的外界景物的，三维(3D)显示技术就是利用双眼立体视觉原理使人获得三维空间感，其主要原理是使观看者的左眼与右眼分别接收到不同的影像，由观看者两眼之间的瞳距产生的位置差异，使存在“双眼视差”的两副图像构成一对“立体图象对”，而“立体图像对”在经由大脑分析融合后使观看者产生立体感。目前，3D显示技术有裸眼式和眼镜式两大类。所谓裸眼式就是通过在显示面板上进行特殊的处理，把经过编码处理的3D视频影像独立送入人的左右眼，从而令用户无需借助立体眼镜即可裸眼体验立体感觉。目前，实现裸眼3D显示的显示装置为在诸如液晶显示器(IXD)的光源阵列前方设置光屏障(Barrier)或光栅等遮蔽物，如图I所示，通过光屏障或光栅的条纹的光形成垂直或者水平方向成一定角度的细条栅模式，即“视差障壁”，在3D显示模式下，通过光屏障或光栅将左眼图像画面信息和右眼图像画面信息有选择地分离，达到3D显示的效果。为了实现三维显示，现有技术中的一种方案是在显示屏上增加一层液晶光栅，如图2所示，液晶光栅一般是由上偏光片、下偏光片、上基板、下基板、以及在两个基板之间的液晶层组成的，上基板和下基板分别具有条状电极和面电极，上偏光片和下偏光片的光透过轴方向相互垂直；液晶层可以由扭转向列型液晶形成，由于上基板和下基板的液晶初始取向不同使得液晶层在未施加电压的情况下具有90度的扭转角。上述液晶的扭转角度与上、下偏光片的光透过方向相配合，使得液晶光栅在未通电时为常亮模式，具有2D显示模式；其3D显示模式的工作原理如下当液晶光栅通电时，通电的条状电极与面电极之间的液晶分子的扭转角度发生变化，其他液晶分子保持原来形状，不发生偏转。此时，光线从下偏光片进入，与下偏光片的光透过轴方向平行的偏振光进入到液晶层，偏振光通过没有发生偏转的液晶时会逐步改变振动方向，到达上偏振片时偏振光的振动方向刚好和上偏振片的光透过轴方向平行，则光线通过；而偏振光通过扭转角发生变化的液晶时不会改变振动方向，到达上偏振片时偏振光的振动方向和上偏振片的光透过轴方向垂直，形成条状的屏障栅栏，实现了三维光栅显示模式。上述结构的液晶光栅中，相邻条状电极之间由于边缘电场的影响导致其附近的液晶分子不按预期方向排列，影响光学效果会形成不受控制区域，使与其对应的液晶分子不受电场的控制，在不受控制区域液晶光栅会一直处于常亮状态，由此，在屏障栅栏交替变化时会产生漏光现象导致串扰问题，使3D显示的图像质量和对比度降低。在公开的专利CN101782695A中，采用了在两个相邻电极间隙处的上方加以辅助电极避免电极间隙处于非控制状态，使在辅助电极处的液晶光栅一直处于常暗状态，从而减少了在屏障栅栏交替变化时产生漏光现象导致的串扰问题，但是这种三层的电极结构的制作步骤以及驱动电路都相对复杂，会大幅增加制作成本。在公开的专利CN1975510A中，将液晶光栅由常亮模式变为常暗模式，使条状电极之间不受控制区域的液晶光栅为常暗状态，减少了漏光现象带来的串扰问题，但是，一般在液晶光栅中的液晶分子需要以平行取向的方式达到液晶分子的排列的一致性，而液晶分子的平行取向是利用取向剂PI涂覆到上基板和下基板的表面形成取向膜，经过摩擦在取向膜上生成沟痕，诱导液晶分子长轴平行于阵列基板排列的。在实际操作时，由于取向层分布在上基板和下基板的内侧表面，对中间的液晶分子的取向作用不大，使得整个液晶不能保证在平行方向排列的一致性，导致光在通过条状电极间隙对应的液晶分子时会出现光散射现象，并不能完全保证常暗状态，即从不同的角度观看液晶光栅会存在漏光的现象，这也会导致串扰问题，从而影响3D显示效果。
实用新型内容本实用新型实施例提供了一种液晶光栅、其制备方法及3D显示装置，用以解决现有的液晶光栅漏光现象导致串扰的问题。本实用新型实施例提供的一种液晶光栅，包括第一基板、第二基板、以及填充在所述第一基板和第二基板之间的各向同性相态的液晶和高分子网络；所述高分子网络用于通过锚定作用使所述液晶保持各向同性相态；在所述第一基板和/或第二基板面向所述液晶的一面具有电极结构，在3D显示模式下，所述电极结构所产生的电场使与其对应的液晶的相态从各向同性相态转变为各向异性相态，形成光透过区域。本实用新型实施例提供的一种3D显示装置，包括显示器件和设置于所述显示器件上方的液晶光栅，所述液晶光栅为本实用新型实施例提供的上述液晶光栅。本实用新型实施例的有益效果包括本实用新型实施例提供的一种液晶光栅及3D显示装置，在第一基板和第二基板之间，通过在光引发剂的作用下紫外光照射反应性单体聚合生成的高分子网络锚定液晶，使液晶处于各向同性相态，代替了由取向层对液晶分子进行平行取向。由于被高分子网络锚定的各向同性相态的液晶对通过的光没有相位延迟作用，这样，从各个角度观看到的光栅中的光遮挡区域都是暗场状态，不存在漏光现象；而在光透过区域，液晶由于克尔光学效应会在电场的作用下从各向同性相态转变为各向异性相态，对通过的光产生相位延迟作用，使其透过液晶光栅，从而实现屏障栅栏的效果。并且，在制备液晶光栅时由于无需制备取向层，也简化了工艺，节省了生产成本。
图I为现有的裸眼式3D显示原理图；图2为现有技术中液晶光棚的结构不意图；图3a和图3b为本实用新型实施例提供的液晶光栅的结构示意图；图4a_图4c为本实用新型实施例提供的液晶光栅的电极结构示意图；图5为本实用新型实施例提供的液晶光栅的制备方法的流程图；[0021]图6a-图6d为本实用新型实施例提供的液晶光栅中液晶的形态示意图。
具体实施方式
以下结合附图，对本实用新型实施例提供的液晶光栅、其制备方法及3D显示装置的具体实施方式
进行详细地说明。附图中各层薄膜厚度和区域大小形状不反映液晶光栅的真实比例，目的只是示意说明本实用新型内容。本实用新型实施例提供了一种液晶光栅，如图3a和图3b所示，具体包括第一基板01、第二基板02、以及填充在第一基板01和第二基板02之间的各向同性相态的液晶03和高分子网络04 ;该高分子网络04用于通过锚定作用使液晶03保持各向同性相态；在第一基板01和/或第二基板02面向液晶03的一面具有电极结构05 (图3a中以在第二基板02上设置电极结构05为例说明)，在3D显示模式下，如图3b所示，电极结构05所产生的电场使与其对应的液晶03的相态从各向同性相态转变为各向异性相态,形成光透过区域。进一步地，在上述液晶光栅中如图3a和图3b所示，第一基板01背离液晶03的一面具有第一偏光片06,第二基板02背离液晶03的一面具有第二偏光片07,该第一偏光片06与第二偏光片07的光透过轴方向(图3a和图3b中箭头方向所示)相互垂直。具体地，上述高分子网络04可以是在光引发剂的作用下，由紫外光照射反应性单体聚合生成；用于通过锚定作用使液晶03保持各向同性相态的高分子网络04的网孔大小一般不大于可见光的波长。由于高分子网络中的网孔可能会以非规则形状出现，因此本实施例中的网孔大小可以用网孔的等效直径来判断，即高分子网络04的网孔的等效直径不大于可见光的波长。其中，所述等效直径指的是网孔的边上的任意两点之间的最大距离。本实用新型实施例提供的上述液晶光栅是利用各向同性相态液晶具有的克尔光学效应来实现光栅的光遮挡区域和光透过区域。在常态下，如图3a所示，光线在经过第二偏振片07后形成与其光透过轴一致的线偏振光，由于高分子网络04锚定作用使液晶03保持各向同性相态，对经过液晶03的光线无相位延迟作用，这样经过液晶03的线偏振光与第一偏振光06的光透过轴方向不一致,形成暗场，即液晶光栅为黑屏，无法看到影像，可对位于液晶光栅之下的显示装置08显示的数据信息起到保护的作用。在3D显示模式时，在液晶光栅上形成光遮挡区域和光透过区域，在光遮挡区域的电极结构05没有通电不会产生电场，因此液晶03的相态不会发生变化，这样和常态下的液晶光栅相同，如图3a所示，在光遮挡区域为暗场，光线不能通过，并且，从各个角度观看到的光栅中的光遮挡区域都是暗场状态，不会出现漏光的现象，也不会导致串扰问题。如图3b所不，在光透过区域的电极结构05通电后会产生电场，由于克尔光学效应各向同性相态的液晶03逐步具有双折射性质，相态转变为各向异性，其各向异性的折射率正比于电场强度值的平方，即满足公式Λη=λΚΕ2，其中，λ为入射波长，K为克尔常数，E为施加电场。因此，光线经过各向异性相态的液晶03后具有光学延迟Δ nd,其中，d为液晶光棚的盒厚。由于施加的电场强度越大，各向异性折射率越大，光学延迟And也越大，因此可以通过对液晶光学延迟的调节，达到经过液晶03的线偏振光的偏振方向与第一偏振片06的光透过轴方向一致，形成光透过区域。进一步地，可以将液晶光栅中的电极结构05全部通电，使其全部产生电场，这样显示装置的光线可以全部通过液晶光栅，实现2D显示。具体地，在上述液晶光栅中对电极结构并没有严格限制，电极结构05可以设置在第一基板01上，也可以设置在第二基板02上，例如可以为高级超维场开关(ADS，AdvancedSuper Dimension Switch)或平面转换(IPS, In PlaneSwitching)型能够产生多维电场或横向电场的电极结构，电极结构05还可以为同时设置在第一基板01和第二基板02上的诸如扭曲向列(TN, TwistedNematic)型的电极结构。下面对电极结构的几种常见结构进行简要说明。例一，IPS型电极结构为设置在第一基板01或第二基板02上的多个平行的条状电极，这些条状电极一般同层设置，当然也可以设置在不同层上，在此不做限定。如图4a所示为在第二基板02上设置多个条状电极的结构示意图，相邻条状电极施加不同电压时产生的横向电场如图4a中虚线所示。在2D显示模式时，相邻条状电极通不同电压的电信号，产生横向电场，使全部液晶相态转变为各向异性相态，对通过的光产生相位延迟，使显示装置的光线能够全部通过液晶光栅。在3D显示模式时，位于光透过区域的条状电极通电，即在光透过区域的相邻条状电极之间加载不同电压的电信号，在光透过区域形成横向电场，与其对应的液晶相态转变为各向异性相态，使光能够透过液晶光栅；而位于光栅的光遮挡区域的条状电极未通电，对应的液晶也无相态变化，形成暗场。例二，ADS型电极结构为设置在第一基板01或第二基板02上的多个条状电极和与条状电极绝缘的面电极，这些条状电极一般同层设置，当然也可以设置在不同层上，在此不做限定，面电极和条状电极设置在不同层上，如图4b所示，在第二基板02上设置多个条状电极051和与其绝缘的面电极053,两者之间通过绝缘层052相互绝缘,在条状电极和面电极上加载不同的电信号，产生的横向电场如图4b中虚线所不。在2D显不模式时,全部条状电极加载电信号，面电极上加载与条状电极不同的电信号，两者之间产生多维电场，使全部液晶相态转变为各向异性相态，对通过的光产生相位延迟，使显示装置的光线能够全部通过液晶光栅。在3D显示模式时，位于光透过区域的条状电极通电且面电极带电，由于条状电极和面电极之间存在电压差，在光透过区域的条状电极和面电极之间产生多维电场，与其对应的液晶相态转变为各向异性相态，使光能够透过液晶光栅；而位于光栅的光遮挡区域的条状电极未通电，对应的液晶也无相态变化，形成暗场。例三，TN型电极结构具体包括如图4c所示，设置在第一基板01面向液晶03 —面的多个平行的第一条状电极054，以及设置在第二基板02面向液晶03—面的多个平行的第二条状电极055,第一条状电极054和第二条状电极055相互垂直。相邻第一条状电极054之间通电时施加不同的电压从而产生横向电场,并且，相邻第二条状电极055之间在通电时也施加不同的电压从而产生横向电场,如图4c中虚线所示(图4c中未示出第一条状电极054产生的横向电场)。第一条状电极054和第二条状电极055相互垂直,相应地在第一基板01上产生的横向电场和第二基板02上产生的横向电场之间也呈垂直关系；由于液晶随电场方向排布，使得靠近第一基板01的液晶和靠近第二基板02的液晶的排布方向也成垂直关系，而第一基板01和第二基板02之间的液晶成螺旋状排布，类似于传统TN型液晶显示器中的液晶初始排布状态。由于液晶在加电的电场作用下产生克尔效应，产生各向异性，因此在第一条状电极和第二条状电极施加电压后，光线随螺旋状排布的液晶分子发生偏转，使从第二偏振片07通过的偏振光经过液晶分子的相位延迟作用后，与第一偏振片06的光透过轴方向一致，产生透光区域。上述三个实例只是举例说明本实用新型实施例提供的液晶光栅可以具有的电极结构的具体形式，其他变形的结构在此不在详述。基于同一实用新型构思，本实用新型实施例还提供了一种3D显示装置，包括显示器件和设置于显示器件上方的液晶光栅，该液晶光栅为本实用新型实施例提供的上述液晶光栅，该3D显示装置的实施可以参见液晶光栅的实施，重复之处不再赘述。其中，显示器件为液晶显示器(IXD)、有机电致发光显示器(0LED)、等离子体显示器(PDP)、或阴极射线CRT显示器等显示器件。本实用新型实施例提供的一种液晶光栅的制备方法，如图5所示，具体包括以下步骤S501、将包括向列相相态的液晶、手性添加剂、反应性单体和光引发剂的混合物添加到两个基板之间，并进行封装处理；具体地,可以通过真空灌注工艺或ODF (One Drop Filling)滴注工艺将混合物添加到将要形成的液晶光栅的两个基板之间，这些工艺都属于现有技术，在此不做详述。其中，反应性单体的质量占向列相相态的液晶和反应性单体的混合物的总质量的1%-30%，光引发剂的质量占反应性单体的质量的O. 1%_10%，手性添加剂的质量占向列相相态的液晶和反应性单体的混合物的总质量的I %_ 15 %。具体地，向列相相态的液晶可以为SLC7011、SLC7010或E7 ;手性添加剂可以为CB15 ;反应性单体可以为含有活性双键官能团的可聚合有机分子；光引发剂可以为光引发剂651或光引发剂184。S502、加热封装处理后的液晶，使液晶在手性添加剂的作用下从向列相相态转变为各向同性相态，如图6a所示；其中，加热的温度一般在液晶的清亮点温度以上并保持。S503、进行紫外光照射处理，使反应性单体在所述光引发剂的作用下聚合，生成高分子网络，高分子网络的锚定作用使液晶保持各向同性相态。具体地，可以在保持液晶各向同性相态下，进行预设光照强度和光照时间的紫外光照射处理，使反应性单体在光引发剂的作用下聚合，生成高分子网络，如图6b所示，该高分子网络的网孔大小不大于可见光的波长，一般在纳米级，这样，液晶在反应性单体聚合过程中逐步相分离，并在高分子网络的锚定作用下保持各向同性相态，如图6c所示，之后，液晶光栅冷却到室温时，液晶各向同性相态也能予以保持。各向同性相态的液晶具有克尔光学效应,通过施加外加电场可使各项同性相态的液晶具有双折射性质,如图6d所示为施加外加电场下的液晶。具体地，光照强度可以为l-30mW/cm2,光照时间一般为l_120min。本实用新型实施例提供的一种液晶光栅及3D显示装置，在第一基板和第二基板之间，通过在光引发剂的作用下紫外光照射反应性单体聚合生成的高分子网络锚定液晶，使液晶处于各向同性相态，代替了由取向层对液晶分子进行平行取向。由于被高分子网络锚定的各向同性相态的液晶对通过的光没有相位延迟作用，这样，从各个角度观看到的光栅中的光遮挡区域都是暗场状态，不存在漏光现象；而在光透过区域，液晶由于克尔光学效应会在电场的作用下从各向同性相态转变为各向异性相态，对通过的光产生相位延迟作用，使其透过液晶光栅，从而实现屏障栅栏的效果。并且，在制备液晶光栅时由于无需制备取向层，也简化了工艺，节省了生产成本。显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。
权利要求1.一种液晶光栅,其特征在于,包括第一基板、第二基板、以及填充在所述第一基板和第二基板之间的各向同性相态的液晶和高分子网络；所述高分子网络用于通过锚定作用使所述液晶保持各向同性相态；在所述第一基板和/或第二基板面向所述液晶的一面具有电极结构，在3D显示模式下，所述电极结构所产生的电场使与其对应的液晶的相态从各向同性相态转变为各向异性相态，形成光透过区域。
2.如权利要求I所述的液晶光栅，其特征在于，所述高分子网络的网孔大小不大于可见光的波长。
3.如权利要求I或2所述的液晶光栅，其特征在于，所述第一基板背离所述液晶的一面具有第一偏光片，所述第二基板背离所述液晶的一面具有第二偏光片，所述第一偏光片与所述第二偏光片的光透过轴方向相互垂直。
4.如权利要求3所述的液晶光栅，其特征在于，设置在所述第一基板或第二基板上的所述电极结构具体包括多个平行的条状电极；在通电时，位于光透过区域的相邻条状电极施加不同电压。
5.如权利要求3所述的液晶光栅，其特征在于，设置在所述第一基板或第二基板上的所述电极结构具体包括面电极和与所述面电极绝缘的多个条状电极；在通电时，位于光透过区域的相邻条状电极与所述面电极施加不同电压。
6.如权利要求3所述的液晶光栅，其特征在于，所述电极结构具体包括设置在所述第一基板面向所述液晶一面的第一条状电极，以及设置在所述第二基板面向所述液晶一面的第二条状电极，所述第一条状电极和所述第二条状电极相互垂直；在通电时，位于光透过区域的相邻第一条状电极之间施加不同电压，且相邻第二条状电极之间也施加不同电压。
7.—种3D显示装置，包括显示器件和设置于所述显示器件上方的液晶光栅，其特征在于，所述液晶光栅为权利要求I至6任一项所述的液晶光栅。
8.如权利要求7所述的3D显示装置，其特征在于，所述显示器件为液晶显示器、有机电致发光显示器、等离子体显示器、或阴极射线显示器。
专利摘要本实用新型公开了一种液晶光栅及3D显示装置，在第一基板和第二基板之间，通过在光引发剂的作用下紫外光照射反应性单体聚合生成的高分子网络锚定液晶，使液晶处于各向同性相态，代替了由取向层对液晶分子进行平行取向。由于被高分子网络锚定的各向同性相态的液晶对通过的光没有相位延迟作用，这样，从各个角度观看到的光栅中的光遮挡区域都是暗场状态，不存在漏光现象；而在光透过区域，液晶由于克尔光学效应会在电场的作用下从各向同性相态转变为各向异性相态，对通过的光产生相位延迟作用，使其透过液晶光栅，从而实现屏障栅栏的效果。并且，在制备液晶光栅时由于无需制备取向层，也简化了工艺，节省了生产成本。
文档编号G02F1/1337GK202815378SQ20122051092
公开日2013年3月20日 申请日期2012年9月29日 优先权日2012年9月29日
发明者李文波 申请人:京东方科技集团股份有限公司