专利名称：柱透镜光栅、光栅视差屏障式立体显示装置及视差屏障的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种柱透镜光栅、光栅视差屏障式立体显示装置及视差屏障，具体涉及一种无莫尔干扰条纹的裸眼立体显示装置的光栅。
背景技术：
现今，立体显示装置越来越为大众所熟悉，它主要是通过一定的处理使观察者形成立体视觉。所谓立体视觉，即双眼观察事物可以分辨物体远近形态的感觉，通过对左右眼分别接收不同的影像，在大脑重叠后感知到物体的层次感和景深，从而体验到物体的立体感觉。因此，立体显示装置需要将左眼与右眼信号进行分离并分别被人的左眼和右眼独立接收，从而可以让观察者形成物体的立体效果，完成立体显示。目前，立体显示装置发展至今大致可以分为眼镜式立体显示装置和裸眼式立体显示装置。顾名思义，眼镜式立体显示装置的观察者需要佩戴响应设计类型的眼镜从而获得立体视觉效果；而裸眼式立体显示装置的观察者则无需佩戴任何附加配件，如正常观看一般于立体显示装置前即可获得立体视觉效果，由于裸眼式观测的方便性，目前正在越来越多地被研究讨论。裸眼式立体显示装置的技术方法有多种，包括透镜阵列、视差屏障、深度融合、指向背光等方法对左右眼信息进行空间分离。柱状透镜技术原理(裸眼式3D)，现有技术是在一般液晶显示面板外面加上周期性排列的柱状凸透镜阵列，如图1所示，一般液晶显示面板是由第一基板I、第二基板2、以及夹在第一基板I和第二基板2之间的液晶层和背光5组成，同时在第一基本I和第二基板2上贴有偏光板3,呈周期性排列的柱状凸透镜光学膜(Lenticular Lens film)采用外贴方式贴在液晶显示器面板的第一基板I的偏光板3上。其设计需要配合显示器的像素大小及视点设计，透过折射原理，将像素出來的光线经过特殊设计的透镜结构，产生折射现象变化，利用光学成像原理，在IXD上用像素显示不同的左、右眼影像，让左眼看到左眼影像的像素，右眼看到右眼影像的像素，以造成视差的效果，所以经过透镜的光线将根据折射率的不同而被改变传播方向，观赏者在左、右眼影像像素光线集中的设定区域达到立体视觉感受，从而可以实现3D显示。此柱状凸透镜阵列由多个半圆柱透镜平行且紧密地排列在一起对光线进行折射，如图2所示的柱状凸透镜阵列70在像素100的投影图，由于使用透镜原理使光线偏折，彩色滤光片各个子像素单元之间存在的黑色矩阵在透镜的作用下会变形，这些变形的黑色矩阵在用户看到的图像中会形成摩尔纹，严重影响了图像的视觉效果。光栅视差屏障式立体显示装置技术原理(裸眼式3D)如图3所示，主要是利用遮光的效应來达到视差的目的，利用一个周期性夹缝元件，配合液晶显示面板上像素的尺寸做设计，于非夹缝区利用遮光材料做为光路的屏障，再调整像素的显示屏与夹缝间的距离，搭配不同视点的画面做显示，让左、右眼分別看到给左、右眼的光线，则可达到3D立体效
果O
光栅视差屏障式立体显示装置技术主要分为2种，分别为固定式光柵式技术与可调式液晶光柵技术，其中固定式光柵式(Parallax Barrier type)设计如图4所示，即为在液晶显示面板前方加上一黑白线条交错的屏障光柵，屏障光栅(夹缝元件)即为一条一黑白线条交错的光柵。屏障光栅的屏障为黑色光栅。由于左右眼水平位置角度不同的结果，让左右眼仅能透过光柵看到奇数和偶数的像素。而可调式液晶光柵(LC Barrier type)设计如图5所示,是在液晶显示面板上方再增加一 LCD面板,此面板不具像素,仅有液晶开关显示明暗的功能。即为配有狭缝设计的ITO图案(搭配Slit设计之pattern ΙΤ0)的面板开关，此狭缝设计的ITO电极条主要驱动液晶成视差屏障所需的屏障光栅的效果。此时的屏障光栅的屏障即黑色光栅可视为ITO电极条。无论光栅视差屏障中的屏障光栅为黑白交错的光栅还是配有狭缝设计的ITO图案的LCD面板开关，屏障光栅在液晶显示面板上的投影都为如图6所示的黑白相间周期性规则条状光柵条纹。当这样的光栅结构与矩阵显示器配合形成自由立体显示器时，光栅在光源照明下会形成十分明显的光栅结构广场，它将与矩阵显示器的像素结构间产生摩尔纹。并且随着观察距离和观察角度不同，摩尔纹的数量和形状也随之变化，该摩尔纹对立体图像的观察会产生干扰。
发明内容
发明目的本发明的目的是为了克服上述摩尔纹对立体显示图像产生干扰，使观察者更自由的享受3D带来的立体视觉感受。技术方案为了达到上述目的，本发明提供一种柱透镜光栅，包括平行排列的多个柱透镜。柱透镜包括上表面和相对的两侧面，上表面为表面光滑的曲面，侧面为表面不规则的曲面。进一步，所述的相对的两侧面中任一侧面在像素上投影所形成的不规则曲线的最左侧的顶点与最右侧的顶点之间的垂直距离为±5 20%d，d为柱透镜的直径。进一步，所述的多个透镜呈直条状或斜条状平行排列在衬底上。进一步，所述的柱透镜为凸透镜或凹透镜。本发明还提供了第二种技术方案，方案为一种光栅视差屏障式立体显示装置，包括液晶显示面板和设置在液晶显示面板前的屏障光栅。所述的屏障光栅的黑色光栅的相对的两侧面为不规则曲面。进一步，所述的黑色光栅的相对的两侧面中任一侧面在液晶面板上的投影所形成的不规则曲线的最左侧的顶点与最右侧的顶点之间的垂直距离为±5 20%a，a为黑色光栅宽边的长度。进一步，所述的屏障光栅的黑色光栅的两宽边平行且长度相等。进一步，所述的屏障光栅为交错排列的黑白线条光栅，黑色光栅由不透光的BM制作而成。本发明还提供了第三种技术方案，方案为一种视差屏障，包括相对上下设置的第一基板和第二基板，第一基板和第二基板之间填充液晶，第一基板和第二基板的外侧分别对应设有第一偏光片和第二偏光片，第一基板上设有第一 ITO电极层，第二基板上设有配带狭缝设计的ITO电极条的第二 ITO电极层。所述的ITO电极条的相对的两侧面为不规则曲面，带有狭缝设计的ITO电极条的第二 ITO电极层与第一 ITO电极层、液晶、第二基板、第一基板、第二偏光片、第一偏光片构成可调式视差屏障。进一步，所述的ITO电极条的相对的两侧面中任一侧面在第二基板上的投影所形成的不规则曲线的最左侧的顶点与最右侧的顶点之间的垂直距离为±5 20%a’，a’为ITO电极条宽边的长度。有益效果当透镜的侧面为不规则的曲面结构，从上表面和侧面这两个平面处经过的光线并不发生偏折变形，在这些方向上黑色矩阵在用户的眼中的成像并不会被放大，只会形成于黑色矩阵实际宽度基本相当的条纹，由于黑色矩阵的实际宽度非常小该条文造成的实际影响可被忽略，因而摩尔纹得到了有效的抑制。
图1是现有柱状凸透镜技术的结构示意图；图2是现有柱状凸透镜阵列在像素上的投影示意图；图3是现有光栅视差屏障式立体显示装置技术原理图；图4是现有固定式光柵式技术的结构示意图；图5是现有可调式液晶光相J设计的结构不意图；图6是现有光栅式屏障式技术中屏障光栅在液晶面板上的投影示意图；图7是本发明柱状凸透镜技术的结构示意图；图8 Ca)是本发明柱状凸透镜阵列在像素上的投影图；图8 (b)是本发明图8 Ca)中一柱状凸透镜示意图；图9是本发明光栅视差屏障技术中狭缝元件在显示面板上的投影图；图10是本发明屏障光栅的一黑色光栅示意图；图11是本发明可调式视差屏障的示意图；图12是本发明第二 ITO电极层在第二基板上的投影示意图；图13是本发明其一 ITO电极条在第二基板上的投影示意图；其中I、第一基板,2、第二基板,3、偏光板,5、背光,70、柱状凸透镜阵列，100、像素，40、凸面柱透镜，103、衬底，101、上表面，102、侧面。300、视差屏障，303、第一偏光片，304、第二偏光片，3011、一 ITO电极层，3023，ITO电极条，3022、第二 ITO电极层3022。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。由于现有技术中的柱状凸透镜光栅的圆柱透镜在对光线进行偏折的同时会放大用户看到的黑色矩阵区域，因而本发明对透镜的结构做了进一步改进，使得柱状凸透镜光栅在成像时不会对黑矩阵折射而变形，从而有效地抑制了摩尔纹的产生。为了抑制凸透镜效应对黑色矩阵的放大作用，本发明的柱状透镜光栅变更了现有技术中圆柱透镜的形状。如图7所示，多个凸面柱状透镜40紧密平行地排列形成在衬底103上，凸面透镜40可以呈直条状或斜条状平行排列在衬底上。凸面透镜40和衬底103利用微透镜技术形成固定的膜，以外贴的方式贴在液晶显示器面板上。在柱状凸透镜光栅中包括与衬底103平行的上表面101，以及位于上表面101两侧并与衬底103相交的第一侧面1021和第二侧面1022。上表面101为表面光滑的曲面，而侧面1021和1022为表面不规则的曲面，即曲面结构形状为不规则形状曲面。图8 (a)是本发明的柱状透镜光栅的在像素上的投影图，和图8 (b)所示的某一凸透镜，其中上表面101在像素100上的投影为一条圆滑曲线101’，而第一侧面1021边缘在像素100上的投影为一条不规则的曲线1021’。而第二侧面1022边缘在像素100上的投影为一条不规则的曲线1022’。而不规则形状的第一侧面1021由曲线1021’沿准线105’以±2. 5 10%的凸透镜40的直径d波动形成。准线105’为连接凸透镜40侧面1021和1022两侧的焦点的直线，通常与衬底103平行。同理不规则形状的第二侧面1022由曲线1022’沿准线105’以±2. 5 10%的凸透镜40的直径d波动形成。凸透镜40的直径d为两准线105’的距离，d的范围依照像素的大小进行限定，第一侧面1021在像素100上的投影得到的不规则的曲线1021’的最左侧的顶点η与最右侧的顶点m之间的垂直距离hi为±5 20%d。同理第二侧面1022在像素100上的投 影得到的不规则的曲线1022’的最左侧的顶点P与最右侧的顶点q之间的垂直距离h2为±5 20%d。两侧面1021和1022两边缘曲线1021，和1022，的距离k为±60 90%d。当采用本发明设计的柱透镜光栅进行裸眼3D显示时，由于透镜的侧面为不规则的曲面结构，从柱状透镜光栅的上表面和侧面这两个平面处经过的光线并不发生偏折变形，这样在这些方向上，黑色矩阵在用户的眼中的成像并不会被放大，只会形成于黑色矩阵实际宽度基本相当的条纹，由于黑色矩阵的实际宽度非常小，该条文造成的实际影响可被忽略，因而摩尔纹得到了有效的抑制。本发明的设计方案也适用于为柱状凹透镜光栅。根据本发明的所披露的设计，也不拘于采用柱透镜光栅的，也适用于夹缝光栅自由立体显示装置将屏障光栅的黑色光栅设计为不规则形状。本发明的第二实施例，图3为采用了夹缝光栅的普通双视点左右立体显示装置原理示意图。与传统设计的不同的是，交错排列的黑白线条光栅的屏障光栅的黑色光栅的两侧面为不规则的曲面。现有设计的夹缝元件的黑白交错线条的屏障光栅在液晶显示面板上的投影如图6所示的，屏障光栅的屏障为黑色光栅，黑色光栅和白色光栅为规则的矩形周期性分布。而本发明的屏障光栅为如图9的屏障光栅在液晶显示面板上的投影图所示，屏障光栅为形状不规则的长条黑色光栅和白色光栅交错周期性排列，黑色光栅的两侧面在液晶显示面板上的投影为两条不规则的圆滑曲线，两宽边为平行长度相等的直线。即黑色光栅为不规则形状的长方体。当光栅视差屏障式立体显示装置技术为固定式光柵式技术时，屏障光栅(夹缝元件)即为一条一黑白线条交错的光柵。屏障光栅的屏障为黑色光栅200。黑色光栅200由不透光的BM制作而成。如图9所示的屏障光栅在液晶显示面板上的投影图，和图10所示的其一黑色光栅200，黑色光栅200的两侧面为不规则的曲面，黑色光栅200的两宽边A平行，且长度相等。宽边A的长度a的范围依照不同像素大小进行限定。而黑色光栅的200的两侧面在液晶显示面板上的投影为两条不规则的圆滑曲线B和C。曲线B的最左侧的顶点X与最右侧的顶点I之间的垂直距离Fl为±5 20%a，同理，曲线C的最左侧的顶点w与最右侧的顶点z之间的垂直距离F2为±5 20%a，曲线B和曲线C的距离L为±6(T90%d。。由于左右眼水平位置角度不同的结果，让左右眼仅能透过光柵看到奇数和偶数的像素。而黑色光栅的不规则设计可减轻进入左右眼的干涉条纹现象，进而减少因光的叠加和波形干涉而产生的摩尔纹。本发明的第三实施例，如图11所示，一种视差屏障300，包括相对上下设置的第一基板301和第二基板302，第一基板和第二基板之间填充液晶(未标示)，第一基板301和第二基板302的外侧分别对应设有第一偏光片303和第二偏光片304，第一基板301上设有第一 ITO电极层3011，第二基板302上设有配带狭缝设计的ITO电极条3023的第二 ITO电极层3022，其中ITO电极条3023的侧面为不规则曲面，带有狭缝设计的ITO电极条的第二 ITO电极层3022与第一 ITO电极层3011、液晶、第二基板302、第一基板301、第二偏光片304、第一偏光303片构成可调式视差屏障。第二 ITO电极层3022在第二基板302上的投影如图12所示，ITO电极条为形状不规则的长条形状，其中ITO电极条3023的两侧面在第二基板上的投影为两条圆滑曲线。对其中一 ITO电极条进一步说明，如图13所示的ITO电极条在液晶显示面板上的投影图，ITO电极条2023为形状不规则的长条形状，ITO电极条2023的两宽边A’平行，且长度相等。长度a’的范围可依照不同画素大小而定，而ITO电极条2023的两侧面在第二基板302上的投影为两条不规则的圆滑曲线S和T。曲线S的最左侧的顶点X’与最右侧的顶点y’之间的垂直距离Hl为±5 20%a’，同理，曲线T的最左侧的顶点w’与最右侧的顶点z’之间的垂直距离H2为±5 20%a’，曲线B和曲线C的距离L’为±60 90%a，。通过本发明的以上方案有效的解决了摩尔纹对立体显示图像产生干扰，使观察者更自由的享受3D带来的立体视觉感受。
权利要求
1.一种柱透镜光栅，包括平行排列的多个柱透镜，其特征在于柱透镜包括上表面和相对的两侧面，上表面为表面光滑的曲面，侧面为表面不规则的曲面。
2.根据权利要求I所述的一种柱透镜光栅，其特征在于所述的相对的两侧面中任一侧面在像素上投影所形成的不规则曲线的最左侧的顶点与最右侧的顶点之间的垂直距离为±5 20%d，d为柱透镜的直径。
3.根据权利要求I所述的一种柱透镜光栅，其特征在于所述的多个透镜呈直条状或斜条状平行排列在衬底上。
4.根据权利要求I所述的一种柱透镜光栅，其特征在于所述的柱透镜为凸透镜或凹透镜。
5.一种光栅视差屏障式立体显示装置，包括液晶显示面板和设置在液晶显示面板前的屏障光栅，其特征在于所述的屏障光栅的黑色光栅的相对的两侧面为不规则曲面。
6.根据权利要求5所述的一种光栅视差屏障式立体显示装置，其特征在于所述的黑色光栅的相对的两侧面中任一侧面在液晶面板上的投影所形成的不规则曲线的最左侧的顶点与最右侧的顶点之间的垂直距离为±5 20%a，a为黑色光栅宽边的长度。
7.根据权利要求5所述的一种光栅视差屏障式立体显示装置，其特征在于所述的屏障光栅的黑色光栅的两宽边平行且长度相等。
8.根据权利要求5所述的一种光栅视差屏障式立体显示装置，其特征在于所述的屏障光栅为交错排列的黑白线条光栅，黑色光栅由不透光的BM制作而成。
9.一种视差屏障,包括相对上下设置的第一基板和第二基板,第一基板和第二基板之间填充液晶，第一基板和第二基板的外侧分别对应设有第一偏光片和第二偏光片，第一基板上设有第一 ITO电极层，第二基板上设有配带狭缝设计的ITO电极条的第二 ITO电极层，其特征在于所述的ITO电极条的相对的两侧面为不规则曲面，带有狭缝设计的ITO电极条的第二 ITO电极层与第一 ITO电极层、液晶、第二基板、第一基板、第二偏光片、第一偏光片构成可调式视差屏障。
10.根据权利要求9所述的视差屏障，其特征在于所述的ITO电极条的相对的两侧面中任一侧面在第二基板上的投影所形成的不规则曲线的最左侧的顶点与最右侧的顶点之间的垂直距离为±5 20%a’，a’为ITO电极条宽边的长度。
全文摘要
本发明公开一种柱透镜光栅，包括平行排列的多个柱透镜。柱透镜包括上表面和相对的两侧面，上表面为表面光滑的曲面，侧面为表面不规则的曲面。其中，相对的两侧面中任一侧面在像素上投影所形成的不规则曲线的最左侧的顶点与最右侧的顶点之间的垂直距离为±5～20%d，d为柱透镜的直径。同时，所述的多个透镜呈直条状或斜条状平行排列在衬底上。通过透镜的侧面为不规则的曲面结构，从上表面和侧面这两个平面处经过的光线并不发生偏折变形，在这些方向上黑色矩阵在用户的眼中的成像并不会被放大，只会形成于黑色矩阵实际宽度基本相当的条纹，由于黑色矩阵的实际宽度非常小该条文造成的实际影响可被忽略，因而摩尔纹得到了有效的抑制。
文档编号G02B27/26GK102981196SQ20121053142
公开日2013年3月20日 申请日期2012年12月11日 优先权日2012年12月11日
发明者林佳玲 申请人:南京中电熊猫液晶显示科技有限公司