立体显示装置的制作方法

本发明涉及3D显示
技术领域：
，具体而言，涉及一种立体显示装置。
背景技术：
：随着立体显示技术的快速发展，立体显示设备也有了越来越大的需求量，在实现三维立体显示的众多技术中，祼眼立体显示由于具有无需观看者戴眼镜的优点使其在三维立体显示领域中备受青睐。目前，实现祼眼立体显示技术的主要方式是通过在显示面板前设置光栅，并在水平方向上将显示面板的像素单元分割为奇数列像素和偶数列像素，从而为观看者的左右眼分别提供两幅不同的图像，利用观看者左眼图像和右眼图像的视差效应形成景深，进而产生立体显示效果。光栅又包括遮挡式和分光式两种，遮挡式又分为黑白视差障碍光栅和液晶狭缝光栅，分光式分为柱状物理透镜和可切换的液晶透镜等。可切换的液晶透镜包括梯度折射率的电驱动液晶透镜技术、可切换式液晶透镜膜材技术和偏振式可切换微透镜技术等。现有技术中通常使用的是柱状球面或非球面液晶技术，然后与玻璃基板结合组成盒结构，再在周边空心区域灌注液晶，通过电压驱动的方式来改变液晶分子的排列方向，进而改变入射光的光路方向，实现立体显示技术在2D显示与3D显示之间的切换。然而，立体显示装置通常包括层叠设置的第二透明基板90′、第二透明导电层30′、液晶层40′、透镜层20′、第一透明导电层10′、第一透明基板60′、偏光片70′和显示面板80′，当上述透镜层20′为球面或非球面的透镜光栅时，会因对应不同显示面板的分辨率而产生不同的透镜拱高，液晶面板因尺寸和分辨率的不同，其子像素的尺寸也不相同，从而会产生不同的光学设计和拱高数值，如图1所示。例如，对于5.5inchFHD的液晶面板，为了实现3D图像显示，需要透镜的拱高大于20μm，从而使空心区域中填充的液晶分子的高度也是要大于20μm。液晶分子在该区域内采用ECB(ElectricalControlBirefregency)(电控双折射液晶显示)的模式排列，其在通电和断电过程中的响应程度需要一定的时间，且通电和断电过程的时间t满足理论公式：t＝tlens-on+tlens-off，tlens-off＝γ1d2/(kπ2)。其中，tlens-on是指液晶分子通电时刻的响应时间，tlens-off是指液晶分子断电时刻的响应时间，γ1是指液晶分子的旋转粘度，d是指液晶分子的厚度，即指拱高数值，k是指液晶分子的弹性常数，V是指通电情况所提供的电压值，Vth是指液晶分子的阈值电压，π为常数。可见，液晶分子的响应时间与液晶分子的厚度即拱高有关，且与厚度呈平方关系，透镜的拱高较大会导致液晶分子的响应时间大幅度延长。因此，如何控制和优化拱高成为重点改善的方向。技术实现要素：本发明的主要目的在于提供一种立体显示装置，以解决现有技术中透镜的拱高较大而导致的液晶分子的响应时间过长的问题。为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种立体显示装置，包括层叠设置的第一透明导电层、菲涅尔透镜互补层和第二透明导电层，菲涅尔透镜互补层的朝向第一透明导电层的表面为凹面，立体显示装置还包括填充于凹面和第一透明导电层之间的液晶层，液晶层为垂直配向型液晶层。进一步地，在立体显示装置的第一状态下，液晶层的折射率与菲涅尔透镜互补层的折射率相同；在立体显示装置的第二状态下，液晶层的折射率大于菲涅尔透镜互补层的折射率，优选菲涅尔透镜互补层的折射率为1.45～1.6。进一步地，菲涅尔透镜互补层的凹面包括多个同心的弧面，立体显示装置还包括对应各弧面且靠近第一透明导电层设置的支撑部，支撑部的折射率等于菲涅尔透镜互补层的折射率，支撑部的与弧面相对的表面为相对于第二透明导电层的延展面倾斜的倾斜面，倾斜面两两沿第二透明导电层的延展面的中垂线对称设置，且液晶层中的液晶分子分别设置在弧面和与其对应的倾斜面之间的密闭空间。进一步地，支撑部为楔形体，且倾斜面为楔形体的上底面，楔形体的下底面与第一透明导电层接触设置。进一步地，各弧面在倾斜面上的投影位于各倾斜面中。进一步地，上底面与下底面之间的夹角为0.1°～10°。进一步地，上底面与下底面之间的夹角为0.1°～5°。进一步地，沿与第二透明导电层的延展面的垂直方向上上底面与下底面之间的最大距离为1～5μm。进一步地，在立体显示装置的第一状态下，液晶层的折射率为no，在立体显示装置的第二状态下，液晶层的折射率为ne，菲涅尔透镜互补层的折射率为neff，液晶分子的长轴方向与中垂线之间的夹角为θ，其中，优选菲涅尔透镜互补层的材料为1.45～1.6。进一步地，立体显示装置还包括：第一透明基板，设置于第一透明导电层的远离第二透明导电层的一侧表面；偏光片，设置于第一透明基板的远离第一透明导电层的一侧表面；显示面板，设置于偏光片的远离第一透明基板的一侧；以及第二透明基板，设置于第二透明导电层的远离第一透明导电层的一侧表面。应用本发明的技术方案，提供了一种包括层叠设置的第一透明导电层、菲涅尔透镜互补层和第二透明导电层的立体显示装置，由于该立体显示装置中菲涅尔透镜互补层的朝向第一透明导电层的表面为凹面，立体显示装置还包括设置于凹面和第一透明导电层之间的液晶层，液晶层为垂直配向型液晶层，从而通过设置菲涅尔透镜互补层，降低了透镜的拱高，缩短了液晶层中液晶分子的响应时间，有效地解决了液晶分子的响应时间过长的问题；并且，通过将菲涅尔透镜做成反式即菲涅尔透镜互补层，从而无需提高菲涅尔透镜互补层的折射率，采用常规的菲涅尔透镜材料，并结合上述垂直配向型液晶层，就能够使立体显示装置实现2D显示和3D显示之间的切换，从而降低了菲涅尔透镜材料的研发难度和成本。除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。附图说明构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：图1示出了现有技术中所提供的一种立体显示装置的剖面示意图；图2示出了本发明实施方式所提供的一种在第一状态下立体显示装置的剖面示意图；图3示出了本发明实施方式所提供的另一种在第二状态下立体显示装置的剖面示意图；图4示出了图2或图3所示的立体显示装置中菲涅尔透镜互补层的剖面示意图；以及图5示出了本发明实施方式所提供的一种包括支撑部的立体显示装置的剖面示意图。其中，上述附图包括以下附图标记：10、第一透明导电层；20、菲涅尔透镜互补层；30、第二透明导电层；40、液晶层；50、支撑部；60、第一透明基板；70、偏光片；80、显示面板；90、第二透明基板。具体实施方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。为了使本
技术领域：
的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。本领域技术人员公知菲涅尔透镜具有凸透镜的一面为透镜表面，那么按照本领域技术人员通常所理解的互补的含义，本申请以下所定义的菲涅尔透镜互补层的与菲涅尔透镜的透镜表面互补的表面即为具有凹透镜的凹面。由
背景技术：
可知，现有技术中如何控制和优化拱高成为重点改善的方向。本发明的发明人针对上述问题进行研究，提供了一种立体显示装置，如图2至5所示，包括层叠设置的第一透明导电层10、菲涅尔透镜互补层20和第二透明导电层30，菲涅尔透镜互补层20的朝向第一透明导电层10的表面为凹面，立体显示装置还包括填充于凹面和第一透明导电层10之间的液晶层40，液晶层40为垂直配向型液晶层。上述立体显示装置中由于菲涅尔透镜互补层的朝向第一透明导电层的表面为凹面，凹面朝向第一透明导电层设置，立体显示装置还包括设置于凹面和第一透明导电层之间的液晶层，液晶层为垂直配向型液晶层，从而通过设置菲涅尔透镜互补层，降低了透镜的拱高，缩短了液晶层中液晶分子的响应时间，有效地解决了液晶分子的响应时间过长的问题；并且，通过将菲涅尔透镜做成反式即菲涅尔透镜互补层，从而无需提高菲涅尔透镜互补层的折射率，采用常规的菲涅尔透镜材料，并结合上述垂直配向型液晶层，就能够使立体显示装置实现2D显示和3D显示之间的切换，从而降低了菲涅尔透镜材料的研发难度和成本。在本发明的上述立体显示装置中，菲涅尔透镜互补层20的工作原理是认定为一个球面或非球面的凸透镜的折射能量仅仅发生在光学表面，即透镜表面，从而能够去掉尽可能多的光学材料，而只保留表面的弯曲度，菲涅尔透镜互补层20中透镜的拱高大小与分割的层数有关系，即分割为N层，那拱高就变为原来的1/N，从而降低了球面透镜或非球面透镜的拱高，液晶分子填充在菲涅尔透镜互补层20与第一透明导电层10之间以形成液晶层40，液晶层40的厚度等于或略大于菲涅尔透镜互补层20的拱高，从而减少了液晶分子的厚度和使用量，进而当凸透镜被分割成N层时，液晶分子的厚度变为原来的1/N，那液晶响应时间则变为原来的1/N2，非常明显地降低了液晶响应时间。现有技术中采用常规透镜层的立体显示装置如图1，本发明中采用菲涅尔透镜互补层的立体显示装置如图2至4所示。并且，为了实现立体显示装置在2D显示和3D显示间的切换，可以通过在立体显示装置中设置液晶层，并通过设定液晶层中液晶分子与透镜层的折射率，从而使立体显示装置具有使光线的出射方向与光线的入射方向平行的第一状态以及使光线的出射方向与入射方向成角度偏转的第二状态，现有技术中通常在断电时下使液晶分子的长轴方向与入射光的偏振方向平行，以使立体显示装置具有上述第一状态，并在通电时下使液晶分子的长轴方向与入射光的偏振方向垂直，以使立体显示装置具有上述第二状态。上述液晶分子在断电状态时的折射率为非寻常光折射率，在通电状态时液晶分子的折射率为寻常光折射率，通常情况下，非寻常光折射率大于寻常光折射率，且寻常光折射率一般是在1.5左右，非寻常光折射率在1.6～1.8左右。因此，现有技术中设置有正型菲涅尔透镜的立体显示装置是通电状态时3D显示，而在断电状态时2D显示，然而，由于菲涅尔透镜的材质一般是树脂材料，其折射率通常是在1.5左右，此时，若要使立体显示装置实现在2D显示和3D显示间的切换，则需要与液晶分子的非寻常光折射率的相当，从而需要菲涅尔透镜能够具有更高的折射率，进而需要更高的成本。而为了解决上述技术问题，在本发明的上述立体显示装置中，液晶层40为垂直配向型液晶层，在光线从第一透明导电层10通过其凹面后，其具有在第一状态下的垂直排列状态，即可以在断电时实现立体显示装置的第一状态；进一步地，上述菲涅尔透镜互补层20的朝向第一透明导电层10的表面为凹面，即将菲涅尔透镜做成反式，如图2至4所示；同时，液晶层40中的液晶分子在上述第一状态下是一种VA(VerticalAlignment)模式排列，即垂直排列，在垂直状态下，对应的液晶分子的折射率为no，此时通过合理选取菲涅尔透镜互补层20的材料，使其具有寻常光折射率，通过与液晶分子的折射率相同，以进行2D显示，而在上述第二状态下，通过保持上述菲涅尔透镜互补层20的材料不变，同时通电使液晶层的液晶分子变成横排设置，使液晶层具有非寻常光折射率，就能够使入射光线依次通过具有非寻常光折射率的液晶层40和具有寻常光折射率的菲涅尔透镜互补层，由于非寻常光折射率大于寻常光折射率，从而使光线在弧面上发生折射以进行3D显示；并且，由于菲涅尔透镜互补层的折射率只需要等于液晶层的寻常光折射率，从而明显地降低了菲涅尔透镜材料的研发难度和成本。在一种优选的实施方式中，在上述第一状态下，液晶层40的折射率与菲涅尔透镜互补层20的折射率相同；在上述第二状态下，液晶层40的折射率大于菲涅尔透镜互补层20的折射率。为了使菲涅尔透镜互补层20能够与液晶层40满足上述折射率关系，优选地，上述菲涅尔透镜互补层20的折射率为1.45～1.6。在另一种优选的实施方式中，菲涅尔透镜互补层20的凹面包括多个同心的弧面，立体显示装置还包括对应各弧面且靠近第一透明导电层10设置的支撑部50，支撑部50的折射率等于菲涅尔透镜互补层20的折射率，支撑部的与弧面相对的表面为相对于第二透明导电层的延展面倾斜的倾斜面，倾斜面两两沿第二透明导电层30的延展面的中垂线对称设置，且液晶层40中的液晶分子分别设置在弧面和与其对应的倾斜面之间的密闭空间。通过设置上述支撑部50，能够使得出射光线处于发散状，从而增大了2D显示状态的观看视角。在上述优选的实施方式中，为了使支撑部50实现将液晶分子倾斜的效果，优选地，支撑部50为楔形体，且倾斜面为楔形体的上底面，楔形体的下底面与第一透明导电层10接触设置。更为优选地，各弧面在倾斜面上的投影位于各倾斜面中。此时，支撑部50能够将液晶层40的一侧表面完全覆盖，从而有效地避免了支撑部50与液晶层40之间由于形成空气孔隙而对入射光折射率的影响，保证了立体显示装置的2D显示。设置上述支撑部50能够使液晶分子倾斜，从而增大2D显示状态的观看视角，然而，液晶分子倾斜的角度过大则会导致在2D显示中出现重影等现象，从而降低了2D显示的清晰度，为了保证清晰的2D显示效果，优选地，楔形体的上底面与楔形体的下底面之间的夹角为0.1°～10°，更为优选地，上述上底面与上述下底面之间的夹角为0.1°～5°；并且，优选地，沿与上述第二透明导电层30的延展面的垂直方向上上底面与下底面之间的最大距离为1～5μm。在上述设置有支撑部50的立体显示装置中，在立体显示装置的第一状态下，液晶层40的折射率为no，在立体显示装置的第二状态下，液晶层40的折射率为ne，菲涅尔透镜互补层20的折射率为neff，液晶分子的长轴方向与中垂线之间的夹角为θ，其中，由于上述液晶分子的长轴方向与中垂线之间的夹角是通过设置上述支撑部50而形成的，从而使液晶分子的长轴方向与中垂线之间的夹角即为楔形体的上底面与楔形体的下底面之间的夹角；并且，为了使菲涅尔透镜互补层20能够与液晶层40满足上述折射率关系，优选地，菲涅尔透镜互补层20的折射率为1.45～1.6。在本发明的上述立体显示装置中，立体显示装置还可以包括：第一透明基板60，设置于第一透明导电层10的远离第二透明导电层30的一侧表面；偏光片70，设置于第一透明基板60的远离第一透明导电层10的一侧表面；显示面板80，设置于偏光片70的远离第一透明基板60的一侧；以及第二透明基板90，设置于第二透明导电层30的远离第一透明导电层10的一侧表面。上述显示面板80用于发射光线并决定立体显示装置的图像，上述偏光片70用于对来自显示面板80的光线进行过滤，以获得特定偏振方向的光线，以保证立体显示装置的成像；并且，上述第一透明基板60和上述第二透明导电层30的材料本领域技术人员可以根据现有技术进行合理选取。下面将结合实施例、对比例和附图进一步说明本发明提供的立体显示装置。实施例1本实施例提供的立体显示装置包括层叠设置的显示面板、偏光片、第一透明基板、第一透明导电层、菲涅尔透镜互补层、第二透明导电层和第二透明基板，菲涅尔透镜互补层的朝向第一透明导电层10的表面为凹面，菲涅尔透镜互补层的凹面包括多个同心的弧面，凹面朝向第一透明导电层设置，立体显示装置还包括填充于凹面和第一透明导电层之间的液晶层，液晶层为垂直配向型液晶层，在断电时立体显示装置具有第一状态，此时液晶层的折射率no为1.45，在通电时立体显示装置具有第二状态，此时液晶层的折射率ne为1.65，菲涅尔透镜互补层的折射率为1.5。实施例2本实施例提供的立体显示装置与实施例1的区别在于：立体显示装置还包括对应各弧面且靠近第一透明导电层设置的支撑部，支撑部的折射率等于菲涅尔透镜互补层的折射率，支撑部的与弧面相对的表面为相对于第二透明导电层的延展面倾斜的倾斜面，液晶层中的液晶分子分别设置在弧面和与其对应的倾斜面之间的密闭空间，支撑部为楔形体，且倾斜面为楔形体的上底面，楔形体的下底面与第一透明导电层接触设置，上底面与下底面之间的夹角为12°，上底面与下底面之间的最大距离为6μm，菲涅尔透镜互补层的折射率为1.457。实施例3本实施例提供的立体显示装置与实施例2的区别在于：各弧面通过连接面相连，楔形体的侧面与连接面接触设置楔形体。实施例4本实施例提供的立体显示装置与实施例3的区别在于：上底面与下底面之间的夹角为0.1°，菲涅尔透镜互补层的折射率为1.45。实施例5本实施例提供的立体显示装置与实施例4的区别在于：上底面与下底面之间的夹角为10°，菲涅尔透镜互补层的折射率为1.455。实施例6本实施例提供的立体显示装置与实施例5的区别在于：上底面与下底面之间的夹角为5°，菲涅尔透镜互补层的折射率为1.451。实施例7本实施例提供的立体显示装置与实施例6的区别在于：沿与延展面的垂直方向上上底面与下底面之间的最大距离为1μm。实施例8本实施例提供的立体显示装置与实施例7的区别在于：沿与延展面的垂直方向上上底面与下底面之间的最大距离为5μm。实施例9本实施例提供的立体显示装置与实施例8的区别在于：上底面与下底面之间的夹角为2°，且沿与延展面的垂直方向上上底面与下底面之间的最大距离为3μm。对比例1本对比例提供的立体显示装置包括层叠设置的显示面板、偏光片、第一透明基板、第一透明导电层、柱镜层、第二透明导电层和第二透明基板，立体显示装置还包括设置于透镜层和第二透明导电层之间的液晶层，在通电时立体显示装置具有第二状态，此时液晶层的折射率no为1.45，在断电时立体显示装置具有第一状态，此时液晶层的折射率ne为1.65，形成柱镜层的材料为PMMA，折射率为1.49。采用液晶器件综合参数测试仪对上述实施例1和对比例1中立体显示装置中液晶分子的响应时间进行测试，测试结果如下表所示：/实施例1对比例1响应时间44.44ms400ms并采用TFT-LCD白光亮度特性测试仪对上述实施例1～9中立体显示装置中液晶分子的光线扩散角度进行测试，测试结果如下表所示：/实施例1实施例2实施例3实施例4扩散角度±20±39±40±30实施例5实施例6实施例7实施例8实施例9±38±36±37±38±35从上述测试结果可以看出，实施例1中设置有菲涅尔透镜互补层的立体显示装置相比于对比例1中设置有常规透镜的立体显示装置液晶分子具有更短的响应时间；并且，实施例2至8中设置有支撑部的立体显示装置相比于实施例1中未设置有支撑部的立体显示装置，能够具有更大的光线扩散角度，从而扩大了观看视角。从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：1、通过设置菲涅尔透镜互补层，降低了透镜的拱高，缩短了液晶层中液晶分子的响应时间，有效地解决了液晶分子的响应时间过长的问题；2、通过将菲涅尔透镜做成反式，从而无需提高菲涅尔透镜互补层的折射率，采用常规的菲涅尔透镜材料，并结合上述垂直配向型液晶层，就能够使立体显示装置进行3D显示，进而降低了菲涅尔透镜材料的研发难度和成本；3、通过在立体显示装置中设置支撑部，能够使得出射光线处于发射状，从而增大了2D显示状态的观看视角。以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。当前第1页1 2 3