偏光结构、3D显示装置及3D显示系统的制作方法

本发明涉及显示产品制作技术领域，尤其涉及一种偏光结构、3d显示装置及3d显示系统。

背景技术：

在3d显示领域，lg公司fpr(filmpatternedretarder)技术占据了广泛的市场份额，其显示原理为在现有显示器件和观看者之间加贴一层fpr，fpr将显示器件列方向透过的偏振光周期性的转换为左旋偏振光和右旋偏振光，观看者会佩戴左右镜片分别允许左旋偏振光和右旋偏振光通过的眼镜，这样左眼和右眼分别收到不同的显示效果，在大脑中形成3d显示。

在现在有的fpr显示技术中，fpr的使得入射光偏转不同方向的效果主要是由液晶+配向膜来实现，其制程主要有以下几步：配向膜coating→配向膜干燥→pattern(图案)紫外曝光→液晶涂布→干燥→紫外光极化，制程比较复杂。同时受限于液晶的特性及温度工作范围，在温度变化时，特别是低温和高温环境下其相位差会发生变化，使形成的左旋偏振光和右旋偏振光并不纯粹，易造成两眼收到信号的串扰。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明提供一种偏光结构、3d显示装置及3d显示系统，解决采用fpr获得所需的不同的偏转方向的偏振光制程复杂且容易受限于液晶的特性的问题。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种偏光结构，包括晶体基材和设置于所述晶体基材相对的两个表面的第一电极和第二电极，所述第一电极为面状电极，所述第二电极包括间隔排布的多个第一子电极和多个第二子电极；

还包括控制单元，所述控制单元通过控制施加于所述第一电极和所述第二电极上的电压、以控制所述偏光结构在第一状态和第二状态之间切换；

其中，在所述第一状态下，所述控制单元对所述第一电极和所述第一子电极施加第一电压，使得所述晶体基材的折射率改变以使得入射光偏转为第一偏振光；

在所述第二状态下，对所述第一电极和所述第二子电极施加第二电压，使得所述晶体基材的折射率改变以使得入射光偏转为与所述第一偏振光的偏振方向不同的第二偏振光。

可选的，所述第一偏振光为左旋偏振光，所述第二偏振光为右旋偏振光。

可选的，所述晶体基材采用铁电晶体材料制成。

可选的，所述铁电晶体包括铌酸锂晶体。

可选的，入射光经所述晶体基材后被分解为寻常光和非常光，所述寻常光和所述非常光的相位差由以下公式获得：

其中，△n＝-(1/2d)r13n0³v，为所述晶体基材加电压v时所述晶体基材相应的区域的折射率，r13是所述晶体基材的线形电光系数，λ为入射光的波长，n0为所述晶体基材未加电压时所述晶体基材相应的区域的折射率，d33为压电系数，d为所述晶体基材的厚度，v为电压。

可选的，所述控制单元对所述第一子电极和所述第一电极施加第一电压，经所述晶体基材与所述第一子电极对应的区域分解形成的寻常光和非常光的相位差所述第一偏振光为左旋偏振光；

所述控制单元对所述第二子电极和所述第一电极施加第二电压，经所述晶体基材与所述第二子电极对应的区域分解形成的寻常光和非常光的相位差所述第二偏振光为右旋偏振光。

可选的，还包括调节单元，用于根据所述晶体基材的环境温度变换，调节所述第一电压和所述第二电压，以使得经所述晶体基材与所述第一子电极对应的区域分解形成的寻常光和非常光的相位差并使得经所述晶体基材与所述第二子电极对应的区域分解形成的寻常光和非常光的相位差

本发明还提供一种3d显示装置，包括显示面板以及上述的偏光结构，所述偏光结构位于所述显示面板的出光侧。

可选的，所述显示面板包括多个像素区域，多个所述像素区域包括与多个所述第一子电极对应的多个第一像素区域和与多个所述第二子电极对应的多个第二像素区域；

所述控制单元对所述第一子电极和所述第一电极施加第一电压，所述第一像素区域发出的光经所述晶体基材与所述第一子电极对应的区域后形成第一偏振光；

所述控制单元对所述第二子电极和所述第一电极施加第二电压，所述第二像素区域发出的光经所述晶体基材与所述第一子电极对应的区域后形成第二偏振光。

可选的，所述第一像素区域为排布于所述显示面板上的奇数行像素区域，所述第二像素区域为排布于所述显示面板上的偶数行像素区域；或者

所述第一像素区域为排布于所述显示面板上的偶数行像素区域，所述第二像素区域为排布于所述显示面板上的奇数行像素区域。

本发明还提供一种3d显示系统，包括上述的3d显示装置以及与所述3d显示装置相适配的眼镜。

本发明的有益效果是：本发明的偏光结构，包括第一电极、第二电极以及设置于第一电极和第二电极之间的晶体基材，对晶体基材的不同区域施加不同的电压，从而改变晶体基材的折射率获得不同偏振方向的偏振光，结构简单，简化制程。

附图说明

图1表示fpr的原理示意图；

图2表示本发明实施例中偏光结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

目前采用fpr实现将显示器件的不同位置发出的光转换为不同偏转方向的偏振光以适配3d显示技术，fpr显示原理如图1所示，fpr2设置于显示器件1和观察者3之间，fpr2上在列方向周期性(周期与显示器件1列方向排布的像素区域的周期一致)的分为3/2波片和1/2波片，将显示器件1列方向透过的偏振光周期性的转换为左旋偏振光10和右旋偏振光20，观看者3会佩戴左右镜片分别允许左旋偏振光10和右旋偏振光20通过的眼镜，这样观察者3的左眼和右眼分别接收到不同的显示效果，在大脑中形成3d显示。但是fpr2制程复杂，且受限于液晶特性以及环境温度变化，在温度变化时，特别是低温和高温环境下其位相差会发生变化，使出来的左旋偏振光10和右旋偏振光20并不纯粹，易造成两眼收到信号的串扰。

针对上述问题，本实施例提供一种偏光结构，通过对晶体基材100的不同位置施加不同的电压以改变晶体基材100的折射率，从而使得入射光形成不同偏转方向的偏振光，观察者通过佩戴适配的眼镜，可以使得一个镜片仅透过第一偏振光，另一个镜片仅透过第二偏振光，从而实现3d显示，结构简单，简化制程，且避免了液晶的限制。

具体的，如图2所示，本实施例提供一种偏光结构，包括晶体基材100和设置于所述晶体基材100相对的两个表面的第一电极200和第二电极300，所述第一电极200为面状电极，所述第二电极300包括间隔排布的第一子电极301和第二子电极302；

还包括控制单元，所述控制单元通过控制施加于所述第一电极200和所述第二电极上的电压、以控制所述偏光结构在第一状态和第二状态之间切换；

其中，在所述第一状态下，所述控制单元对所述第一电极200和所述第一子电极301施加第一电压，使得所述晶体基材100的折射率改变以使得入射光偏转为第一偏振光；

在所述第二状态下，所述控制单元对所述第一电极200和所述第二子电极302施加第二电压，使得所述晶体基材100的折射率改变以使得入射光偏转为与所述第一偏振光的偏振方向不同的第二偏振光。

采用上述技术方案，偏光结构包括第一电极200、第二电极300以及设置于第一电极200和第二电极300之间的晶体基材100，对晶体基材100的不同区域施加不同的电压，从而改变晶体基材100的折射率以获得不同偏振方向的偏振光，结构简单，简化制程，制作过程如下：

在所述晶体基材100的相对的两侧(所述第一表面和所述第二表面)通过sputter(溅射工艺)制作透明电极，其中所述第一表面的透镜电极形成所述第一电极200；

将位于所述第二表面的透明电极进行曝光刻蚀出周期性pattern(图案)形成所述第二电极300；

将所述第一电极200和所述第二电极300接入显示器件电路板(即所述控制单元，以便对所述第一电极200和所述第二电极300施加相应的电压)。

需要说明的是，所述入射光为线偏光。

本实施例中，所述第一电极200和所述第二电极300均为透明电极，例如ito(氧化铟锡)，但并不以此为限。

本实施例中，所述第一电极200为面状电极覆盖整体所述晶体基材100，所述第二电极300划分为多个第一子电极301和多个第二子电极302，多个所述第一子电极301和多个所述第二子电极302周期性、间隔排布于所述晶体基材100上，在具体应用时，多个所述第一子电极301和多个所述第二子电极302的分布方式可以根据实际需要设定，例如，在应用于3d显示时，多个所述第一子电极301和多个所述第二子电极302分别对应相应的像素区域，在一具体实施方式中，多个所述第一子电极301可以对应于奇数行像素区域(或者偶数行像素区域)，多个所述第二子电极302对应于偶数行像素区域(或者奇数行像素区域)，这样奇数行像素区域发出的光经所述晶体基材100上对应于所述第一子电极301的第一区域偏转之后的第一偏振光，偶数行像素区域发出的光经所述晶体基材100上对应于所述第二子电极302的第二区域偏转之后的第二偏振光，观察者通过适配的眼一个镜片获得第一偏振光，另一个镜片获得第二偏振光，在观察者大脑中形成3d显示；当然也可以是，多个所述第一子电极301可以对应于奇数列像素区域(或者偶数列像素区域)，多个所述第二子电极302对应于偶数列像素区域(或者奇数列像素区域)，或者多个所述第一子电极301和多个所述第二子电极302的排布方式可以是其他，具体可以根据实际需要设定，在此并不做限定。

本实施例中，所述第一偏振光为左旋偏振光，所述第二偏振光为右旋偏振光。左旋偏振光和右旋偏振光的配合形成3d显示，相比线偏振光，观察范围大，可以给观察者带来更好的3d体验。

本实施例中，所述晶体基材100采用铁电晶体材料制成。

铁电晶体特指压电晶体中具有自发式极化且自发极化方向能随外施电场方向的改变而转向的一类晶体。铁电晶体作为一类换能材料会发生电致伸缩，即在外电场的作用下，电介质产生与电场场强二次方成正比的形变。主要构成包括钛酸钡类陶瓷、铁磁晶体、多晶体以及铁氧体类的烧结材料，这些材料的长度会随着场强的平方改变，因此需要极化才能获得线性，在极化后这种材料会具有与压电材料相似的应力，应变，电场和磁场，电流和磁通量的关系。本实施例中，利用了铁电晶体的压电效应、铁电性和非线性光学特性，在所述晶体基材100的相对的两侧分别制作所述第一电极200和所述第二电极300，其中所述第一电极200为面状电极，所述第二电极300为周期性、阵列式分布的多个第一子电极301和多个第二子电极302，对所述第一电极200和所述第一子电极301施加第一电压，对所述第一电极200和所述第二子电极302施加第二电压，这样，所述晶体基材100对应所述第一子电极301的第一区域和所述晶体基材100对应于所述第二子电极302的第二区域，产生不同的变化(所述第一区域的折射率和所述第二区域的折射率变化不同)，在不同的电场下，入射光经所述晶体基材100后被分解为寻常光和非常光，对于所述第一区域和所述第二区域，被分解的所述寻常光和所述非常光的相位差不同，使右旋偏振光，以应用于3d显示。

本实施例中，所述铁电晶体包括铌酸锂晶体，但并不以此为限。

本实施例中，入射光经所述晶体基材100后被分解为寻常光和非常光，所述寻常光和所述非常光的相位差由以下公式获得：

其中，△n＝-(1/2d)r13n0³v，为所述晶体基材100加电压v时所述晶体基材100相应的区域的折射率，r13是所述晶体基材100的线形电光系数，λ为入射光的波长，n0为所述晶体基材100未加电压时所述晶体基材100相应的区域的折射率，d33为压电系数，d为所述晶体基材100的厚度(假设初始d对应的位相差为2nπ，n为自然数)，v为电压。

本实施例中，所述控制单元对所述第一子电极301和所述第一电极200施加第一电压，经所述晶体基材100与所述第一子电极301对应的区域分解形成的寻常光和非常光的相位差即所述晶体基材100与所述第一子电极301对应的区域具有等同于3/2波片的效果，所述第一偏振光为左旋偏振光；

所述控制单元对所述第二子电极302和所述第一电极200施加第二电压，经所述晶体基材100与所述第二子电极302对应的区域分解形成的寻常光和非常光的相位差即所述晶体基材100与所述第二子电极302对应的区域具有等同于1/2波片的效果，所述第二偏振光为右旋偏振光。

采用上述技术方案，可以使得经所述晶体基材100的入射光偏转形成左旋偏振光和右旋偏振光，当左旋偏振光被观看者眼镜的左旋偏振片接收，右旋偏振光被观察者眼镜的右旋偏振片接收后，在观看者大脑中形成3d显示效果。

本实施例中，所述偏光结构还包括调节单元，用于根据所述晶体基材100的环境温度变换，调节所述第一电压和所述第二电压，以使得经所述晶体基材100与所述第一子电极301对应的区域分解形成的寻常光和非常光的相位差并使得经所述晶体基材100与所述第二子电极302对应的区域分解形成的寻常光和非常光的相位差

目前的fpr容易受到环境温度的影响，而本实施例中偏光结构采用上述技术方案，即使环境温度发生变化，可以通过调节单元对施加于所述第一电极200和所述第二电极300上的电压进行调节，从而可以调节所述晶体基材100与所述第一子电极301对应的区域和/或与所述第二子电极302对应的区域的折射率，即调节经所述晶体基材100不同的区域分解形成的寻常光和非常光的相位差，保证所需的相位差，例如，保证△φ1＝π3/2+2nπ和/或△φ2＝π/2+2nπ，从而使得所述偏光结构准确的输出左旋偏振光和右旋偏振光，减少显示串扰。

本实施例还提供一种3d显示装置，包括显示面板以及上述的偏光结构，所述偏光结构位于所述显示面板的出光侧。

采用上述偏光结构，通过对晶体基材100的不同位置施加不同的电压以改变晶体基材100的折射率，从而使得入射光形成不同偏转方向的偏振光，观察者通过佩戴适配的眼镜，可以使得一个镜片仅透过第一偏振光，另一个镜片仅透过第二偏振光，从而实现3d显示，结构简单，简化制程，且避免了液晶的限制。

本实施例中，所述显示面板包括多个像素区域，多个所述像素区域包括与多个所述第一子电极301对应的多个第一像素区域和与多个所述第二子电极302对应的多个第二像素区域；

所述控制单元对所述第一子电极301和所述第一电极200施加第一电压，所述第一像素区域发出的光经所述晶体基材100与所述第一子电极301对应的区域后形成第一偏振光；

所述控制单元对所述第二子电极302和所述第一电极200施加第二电压，所述第二像素区域发出的光经所述晶体基材100与所述第一子电极301对应的区域后形成第二偏振光。

本实施例中，所述第一偏振光为左旋偏振光，所述第二偏振光为右旋偏振光，多个所述第一像素区域与多个所述第一子电极301可以是一一对应，多个所述第二像素区域与多个所述第二子电极302可以是一一对应，在所述控制单元的控制下，所述第一像素区域发出的光经所述晶体基材100与所述第一子电极301对应的区域后形成左旋偏振光，所述第二像素区域发出的光经所述晶体基材100与所述第一子电极301对应的区域后形成右旋偏振光，经过观察者佩戴的适配的眼镜接收后，在观察和的大脑中形成3d显示。

所述第一像素区域和所述第二像素区域的具体分布位置的设置可以根据实际需要设定，本实施例一具体实施方式中，所述第一像素区域为排布于所述显示面板上的奇数行像素区域，所述第二像素区域为排布于所述显示面板上的偶数行像素区域；或者

所述第一像素区域为排布于所述显示面板上的偶数行像素区域，所述第二像素区域为排布于所述显示面板上的奇数行像素区域。

当然也可以是，多个所述第一子电极301可以对应于奇数列像素区域(或者偶数列像素区域)，多个所述第二子电极302对应于偶数列像素区域(或者奇数列像素区域)，或者多个所述第一子电极301和多个所述第二子电极302的排布方式可以是其他，具体可以根据实际需要设定，在此并不做限定。所述第一像素区域和所述第二像素区域在显示面板上的具体分布可以根据实际需要设定，

需要说明的是，所述显示面板可以为lcd(液晶显示器)，也可以是oled，也可以是microled，但不局限在这些显示技术中。

本实施例还提供一种3d显示系统，包括上述的3d显示装置以及与所述3d显示装置相适配的眼镜。

以上所述为本发明较佳实施例，需要说明的是，对于本领域普通技术人员来说，在不脱离上述所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明保护范围。