专利名称：一种3d显示装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及3D显示技术领域，尤其涉及一种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，而左眼与右眼接收到的影像会经由大脑分析融合而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显示的显示装置位于液晶(IXD)显示器的光源阵列的前方设置光屏障(Barrier)或光栅等遮蔽物，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，显示应当由左眼看到的画面时，“视差障壁”会遮挡右眼画面，同理，显示应当由左眼看到的画面时，便会遮挡左眼画面，通过分开观看者的左眼与右眼的画面达到3D显示的效果。上述这种光屏障都是基于IXD型显示器，即需要显示器发出偏振光才能实现3D显示，对于非偏振光的显示器，诸如有机电致发光(0LED)、等离子体(PDP)和阴极射线(CRT)的非偏光显不器，需要在显不器和光屏障之间增加一层偏光片，使发出的非偏振光变为偏振光，然后使用光屏障实现3D显示的效果，在这过程中显示器发出的光会有损失，显示亮度将被降低50%以上，导致显示效果降低。
实用新型内容本实用新型实施例提供了一种3D显示装置，用以实现高亮度的非偏光显示器的3D显示。本实用新型实施例提供的一种3D显示装置，包括非偏光显示器，设置在所述非偏光显示器上的第一液晶透镜，以及位于所述第一液晶透镜上的第二液晶透镜；其中，所述第一液晶透镜设置有多个透镜单元，在3D显示模式时，第一液晶透镜中的每个透镜单元只对所述非偏光显示器发出的光线中偏振方向沿第一方向的分量起汇聚作用；所述第二液晶透镜设置有多个透镜单元，在3D显示模式时，第二液晶透镜中的每个透镜单元只对所述非偏光显示器发出的光线中偏振方向沿第二方向的分量起汇聚作用；所述第二液晶透镜中的透镜单元与所述第一液晶透镜中的透镜单元--对应；所
述第二方向与所述第一方向正交。较佳地，在3D显示模式时，所述第一液晶透镜中的每个透镜单元的焦距与所述第二液晶透镜中的每个透镜单元的焦距之差不大于2_。较佳地，一个所述透镜单元与所述非偏光显示器中的相邻的两列亚像素单元对应，其中一列亚像素单元显示左眼图，另一列亚像素单元显示右眼图。较佳地，所述第一液晶透镜和/或所述第二液晶透镜，具体包括上基板、与所述上基板相对设置的下基板、位于所述上基板和所述下基板之间的液晶层、设置于所述上基板面向所述液晶层一面的第一透明电极、设置于所述下基板面向所述液晶层一面的第二透明电极、设置于所述第一透明电极面向所述液晶层一面的第一取向膜、以及设置于所述第二透明电极面向所述液晶层一面的第二取向膜。较佳地，所述第一透明电极为条状电极，所述第二透明电极为面状电极；或所述第二透明电极为条状电极，所述第一透明电极为面状电极；在3D显示模式时，对所述第一透明电极和第二透明电极施加电压产生电场，使与·每个透镜单元对应的液晶层中的液晶分子发生偏转，形成凸透镜效果。较佳地，所述第一液晶透镜和/或所述第二液晶透镜，还包括具有凹透镜结构的透镜层，设置于所述上基板和所述第一透明电极之间，或设置于所述第一透明电极和所述第一取向膜之间；在2D显示模式时，对所述第一透明电极和第二透明电极施加电压产生电场，使与每个透镜单元对应的液晶层中的液晶分子发生偏转，形成凸透镜效果。较佳地，所述第一液晶透镜和/或所述第二液晶透镜，还包括具有凸透镜结构的透镜层，设置于所述下基板和所述第二透明电极之间，或设置于所述第二透明电极和所述第二取向膜之间；在2D显示模式时，对所述第一透明电极和第二透明电极施加电压产生电场，使与每个透镜单元对应的液晶层中的液晶分子发生偏转，形成凹透镜效果。较佳地，所述上基板的任意一面具有凹透镜结构；在2D显示模式时，对所述第一透明电极和第二透明电极施加电压产生电场，使与每个透镜单元对应的液晶层中的液晶分子发生偏转，形成凸透镜效果。较佳地，所述下基板的任意一面具有凸透镜结构；在2D显示模式时，对所述第一透明电极和第二透明电极施加电压产生电场，使与每个透镜单元对应的液晶层中的液晶分子发生偏转，形成凹透镜效果。较佳地，所述第一液晶透镜中液晶的初始取向和所述第二液晶透镜中液晶的初始取向正交。较佳地，所述非偏光显示器为有机电致发光0LED、等离子体TOP、或阴极射线CRT
显示器。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3D显示装置，在非偏光显示器上设置第一液晶透镜和第二液晶透镜；其中，在3D显示模式时，该第一液晶透镜上设置的每个透镜单元只对非偏光显示器发出的光线中偏振方向沿第一方向的分量起汇聚作用；该第二液晶透镜上设置的每个透镜单元只对非偏光显示器发出的光线中偏振方向沿第二方向的分量起汇聚作用。通过两层交叠的液晶透镜将显示器发出的非偏振光分成方向正交的两个方向的偏振光，实现3D显示，在此过程中，显示器发出的非偏振光只是被分解成两个方向正交的偏振光，相对于现有技术中在显示器上增加一层偏振片实现3D显示，能减少光能量的损失，大大增强整个3D显示器的显示亮度，从而降低显示所需的能耗。
图I为本实用新型实施例提供的3D显示装置的结构示意图；图2a-图2b为本实用新型实施例提供的实例一的第一液晶透镜的结构示意图；图3a和图3b为本实用新型实施例提供的实例一的第二液晶透镜的结构示意图；图3c-图3e为图3b中发生不同程度翻转的液晶分子的在正视和侧视时的示意图；图4a-图4b为本实用新型实施例提供的实例二的第一液晶透镜的结构示意图；图5a-图5b为本实用新型实施例提供的实例三的第一液晶透镜的结构示意图；图6a-图6b为本实用新型实施例提供的实例四的第一液晶透镜的结构示意图；图7a-图7b为本实用新型实施例提供的实例五的第一液晶透镜的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图，对本实用新型实施例提供的3D显示装置的具体实施方式
进行详细地说明。附图中各层厚度和区域大小形状不反映3D显示装置的真实比例，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的3D显示装置，如图I所示，包括非偏光显示器3，设置在非偏光显示器3上的第一液晶透镜1，以及位于第一液晶透镜I上的第二液晶透镜2 ;其中，该第一液晶透镜I设置有多个透镜单元(图I中一个半圆形示意出一个透镜单元)，在3D显示模式时，第一液晶透镜I中的每个透镜单元只对非偏光显示器3发出的光线中偏振方向沿第一方向的分量起汇聚作用，即第一液晶透镜I对光线其他方向的分量不起作用；该第二液晶透镜2设置有多个透镜单元，在3D显示模式时，第二液晶透镜2中的每个透镜单元只对非偏光显示器3发出的光线中偏振方向沿第二方向的分量起汇聚作用，即第二液晶透镜2对光线其他方向的分量不起作用；该第二液晶透镜2中的透镜单元与第一液晶透镜I中的透镜单元--对应；第二
方向与第一方向正交。具体地，上述非偏光显示器是指为0LED、PDP或CRT等能够将电能转化为光能自主发光的显示器。本实用新型实施例提供的3D显示装置，通过两个交叠的液晶透镜，即第一液晶透镜I和第二液晶透镜2,将主动发光式显不器3发出的非偏振光分成方向正交的两个方向的偏振光，相对于直接将非偏振光转化成偏振光后经过光屏障实现3D显示，能减少光能量的损失，大大增强整个3D显示器的显示亮度，从而降低显示所需的能耗。举例说明，例如将第一方向设为X方向，第二方向设为y方向，图I中虚线为X方向的偏振光，实线为I方向的偏振光，第一液晶透镜I对X方向的偏振光起到汇聚作用，即经过第一液晶透镜I后X方向的偏振光会在第一液晶透镜I的透镜单元的焦点处汇聚，而y方向的偏振光不受影响，例如左眼图在经过液晶透镜I后出射光线平行，且在左眼视区汇聚进入人的左眼；第二液晶透镜2对y方向的偏振光起到汇聚作用，即经过第二液晶透镜2后I方向的偏振光会在第二液晶透镜2的透镜单元的焦点处汇聚，而X方向的偏振光不受影响；在经过两层液晶透镜后，非偏振光被分成了方向正交的X方向和y方向偏振光，以实现3D显示。[0046]在具体实施时，应该尽量减少第一液晶透镜I和第二液晶透镜2之间的间距以及他们的厚度，以避免两个的高度差太大造成两者的焦距差异太大，引起观看者的视场宽度相差太大。较佳地，在3D显示模式时，第一液晶透镜中的每个透镜单元的焦距与第二液晶透镜中的每个透镜单元的焦距之差不大于2_。一般地，显示器中一个像素单元由三个亚像素组成，例如红、绿、蓝三个亚像素单元，在3D显示模式下，可以在奇数的亚像素列上显示左眼看到的画面，偶数的亚像素列上显示右眼看到的画面；当然也可以以n个亚像素列为一个周期，间隔显示左眼和右眼看到的画面，在此不做具体限定。这样，由于第一液晶透镜I和第二液晶透镜2中的透镜单元对应设置，可以将第一液晶透镜I和第二液晶透镜2中的一个透镜单元对应于非偏光显示器3中相邻的两列亚像素单元，其中一列亚像素单元显示左眼图，另一列亚像素单元显示右眼图，例如第一液晶透镜I中的第Ni个透镜单元和第二液晶透镜2中的第Mi个透镜单元都是与显示器的第i组亚像素单元相对应，就可以将左眼和右眼看到的画面分开，实现3D显示。本实用新型实施例提供的3D显示装置中的第一液晶透镜I和第二液晶透镜2可以有多种结构，两者的具体结构可以相同，也可不同，其中，第一液晶透镜I中液晶的初始取向和液晶透镜2中液晶的初始取向需要保证正交，以便达到两个液晶透镜分别对入射光沿不同方向的分量起到汇聚作用的效果。下面以第一液晶透镜I为例，通过实例对其具体结构进行详细地说明。实例一第一液晶透镜I在未加电压时实现2D显示，在加电压后实现3D显示，其具体结构如图2a所示,包括上基板01、与上基板01相对设置的下基板02、位于上基板01和下基板02之间的液晶层03、设置于上基板01面向液晶层03 —面的第一透明电极04、设置于下基板02面向液晶层03 —面的第二透明电极05、设置于第一透明电极04面向液晶层03 —面的第一取向膜06、以及设置于第二透明电极05面向液晶层03 —面的第二取向膜07。在2D显示模式时，第一透明电极04和第二透明电极05未加电压，液晶层03中的液晶沿第一方向平行排列，例如如图2a所示沿平行纸面方向排列，对通过的非偏振光无作用。具体地，实例一中的第一透明电极04为条状电极，第二透明电极05为面状电极，如图2a所示；或相反，第二透明电极05为条状电极，第一透明电极04为面状电极；在3D显示模式时，如图2b所示，对第一透明电极04和第二透明电极05施加电压产生电场，使与每个透镜单元对应的液晶层03中的液晶分子发生偏转，形成凸透镜效果，实现对第一方向偏振光进行调制，使其在形成的凸透镜效果的焦点汇聚，在图2b中示出了一个透镜单元中液晶的翻转形状的示意图。[0056]相应地，第二液晶透镜2的具体结构可以和实例一中的第一液晶透镜I类似，如图3a所示，两者的不同在于液晶层03中的液晶分子方向不同，在2D显示模式时，第一透明电极04和第二透明电极05未加电压，第二液晶透镜2的液晶层03中的液晶沿第二方向平行排列，例如如图3a所示沿垂直纸面方向排列，对通过的非偏振光无作用。在3D显示模式时，如图3b所示，对第一透明电极04和第二透明电极05施加电压产生电场，使与每个透镜单元 对应的液晶层03中的液晶分子发生偏转，形成凸透镜效果，实现对第二方向偏振光进行调制，使其在形成的凸透镜效果的焦点汇聚，在图3c至图3e中示出了图3b中发生不同程度翻转的液晶分子的在正视和侧视时的示意图，可以看出在正视图中液晶分子的不同高度表示液晶分子不同的旋转程度。实例二 第一液晶透镜I在未加电压时实现3D显示，在加电压后实现2D显示，其具体结构如图4a所示,包括除如图2a和图2b所示的结构之外,还包括具有凹透镜结构的透镜层08，该透镜层08设置于上基板01和第一透明电极04之间，或设置于第一透明电极04和第一取向膜06之间，图4a中未不出第一透明电极04和第一取向膜06。在2D显示模式时，如图4b所示，对第一透明电极04和第二透明电极05施加电压产生电场，使与每个透镜单元对应的液晶层03中的液晶分子发生偏转，形成凸透镜效果，这样形成的凸透镜效果和透镜层08具有的凹透镜结构相互抵消对光的作用，即不会对通过的光线产生作用。在3D显示模式时，如图4a所示，第一透明电极04和第二透明电极05未加电压，液晶层03中的液晶沿第一方向平行排列，对通过的非偏振光无作用，透镜层08对通过的第一方向的偏振光进行调制，使其在透镜层08的凹透镜结构的焦点汇聚。相应地，第二液晶透镜2的具体结构可以和实例二中的第一液晶透镜I类似，在此不在详述。实例三第一液晶透镜I在未加电压时实现3D显示，在加电压后实现2D显示，其具体结构如图5a所示,包括除如图2a和图2b所示的结构之外,还包括具有凸透镜结构的透镜层09，设置于下基板02和第二透明电极05之间，或设置于第二透明电极05和第二取向膜07之间，图5a中未示出第二透明电极05和第二取向膜07。在2D显示模式时，如图5b所示，对第一透明电极04和第二透明电极05施加电压产生电场，使与每个透镜单元对应的液晶层03中的液晶分子发生偏转，形成凹透镜效果，这样形成的凹透镜效果和透镜层09具有的凸透镜结构相互抵消对光的作用，即不会对通过的光线产生作用。在3D显示模式时，如图5a所示，第一透明电极04和第二透明电极05未加电压，液晶层03中的液晶沿第一方向平行排列，对通过的非偏振光无作用，透镜层09对通过的第一方向的偏振光进行调制，使其在透镜层09的凸透镜结构的焦点汇聚。相应地，第二液晶透镜2的具体结构可以和实例三中的第一液晶透镜I类似，在此不在详述。实施例四第一液晶透镜I在未加电压时实现3D显示，在加电压后实现2D显示，其具体结构包括除如图2a和图2b所示的结构之外，还包括[0069]上基板01的任意一面具有凹透镜结构，例如以上基板01背向液晶层03的一面具有凹透镜结构为例，如图6a所示。在2D显示模式时，如图6a所示，对第一透明电极04和第二透明电极06施加电压产生电场，使与每个透镜单元对应的液晶层03中的液晶分子发生偏转，形成凸透镜效果，这样形成的凸透镜效果和上基板01具有的凹透镜结构相互抵消对光的作用，即不会对通过的光线产生作用。在3D显示模式时，如图6b所示，第一透明电极04和第二透明电极05未加电压，液晶层03中的液晶沿第一方向平行排列，对通过的非偏振光无作用，上基板01具有的凹透镜结构对通过的第一方向的偏振光进行调制，使其在凹透镜结构的焦点汇聚。相应地，第二液晶透镜2的具体结构可以和实例四中的第一液晶透镜I类似，在此不在详述。实施例五第一液晶透镜I在未加电压时实现3D显示，在加电压后实现2D显示，其具体结构包括除如图2a和图2b所示的结构之外，还包括下基板02的任意一面具有凸透镜结构；例如以下基板02背向液晶层03的一面具有凸透镜结构为例，如图7a所示。在2D显示模式时，如图7a所示，对第一透明电极04和第二透明电极06施加电压产生电场，使与每个透镜单元对应的液晶层03中的液晶分子发生偏转，形成凹透镜效果，这样形成的凹透镜效果和下基板02具有的凸透镜结构相互抵消对光的作用，即不会对通过的光线产生作用。在3D显示模式时，如图7b所示，第一透明电极04和第二透明电极05未加电压，液晶层03中的液晶沿第一方向平行排列，对通过的非偏振光无作用，下基板02具有的凸透镜结构对通过的第一方向的偏振光进行调制，使其在凸透镜结构的焦点汇聚。相应地，第二液晶透镜2的具体结构可以和实例五中的第一液晶透镜I类似，在此不在详述。本实用新型实施例提供的一种3D显示装置，在非偏光显示器上设置第一液晶透镜和第二液晶透镜；其中，在3D显示模式时，该第一液晶透镜上设置的每个透镜单元只对非偏光显示器发出的光线中偏振方向沿第一方向的分量起汇聚作用；该第二液晶透镜上设置的每个透镜单元只对非偏光显示器发出的光线中偏振方向沿第二方向的分量起汇聚作用。通过两层交叠的液晶透镜将显示器发出的非偏振光分成方向正交的两个方向的偏振光，实现3D显示，在此过程中显示器发出的非偏振光只是被分解成两个方向正交的偏振光，相对于现有技术中在显示器上增加一层偏振片实现3D显示，能减少光能量的损失，大大增强整个3D显示器的显示亮度，从而降低显示所需的能耗。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3D显示装置，其特征在于，包括非偏光显示器，设置在所述非偏光显示器上的第一液晶透镜，以及位于所述第一液晶透镜上的第二液晶透镜；其中， 所述第一液晶透镜设置有多个透镜单元，在3D显示模式时，第一液晶透镜中的每个透镜单元只对所述非偏光显示器发出的光线中偏振方向沿第一方向的分量起汇聚作用； 所述第二液晶透镜设置有多个透镜单元，在3D显示模式时，第二液晶透镜中的每个透镜单元只对所述非偏光显示器发出的光线中偏振方向沿第二方向的分量起汇聚作用； 所述第二液晶透镜中的透镜单元与所述第一液晶透镜中的透镜单元--对应；所述第二方向与所述第一方向正交。
2.如权利要求I所述的3D显示装置，其特征在于，在3D显示模式时，所述第一液晶透镜中的每个透镜单元的焦距与所述第二液晶透镜中的每个透镜单元的焦距之差不大于2mm o
3.如权利要求I所述的3D显示装置，其特征在于，一个所述透镜单元与所述非偏光显示器中的相邻的两列亚像素单元对应，其中一列亚像素单元显示左眼图，另一列亚像素单元显示右眼图。
4.如权利要求3所述的3D显示装置，其特征在于，所述第一液晶透镜和/或所述第二液晶透镜，具体包括 上基板、与所述上基板相对设置的下基板、位于所述上基板和所述下基板之间的液晶层、设置于所述上基板面向所述液晶层一面的第一透明电极、设置于所述下基板面向所述液晶层一面的第二透明电极、设置于所述第一透明电极面向所述液晶层一面的第一取向膜、以及设置于所述第二透明电极面向所述液晶层一面的第二取向膜。
5.如权利要求4所述的3D显示装置，其特征在于，所述第一透明电极为条状电极，所述第二透明电极为面状电极；或所述第二透明电极为条状电极，所述第一透明电极为面状电极； 在3D显示模式时，对所述第一透明电极和第二透明电极施加电压产生电场，使与每个透镜单元对应的液晶层中的液晶分子发生偏转，形成凸透镜效果。
6.如权利要求4所述的3D显示装置，其特征在于，所述第一液晶透镜和/或所述第二液晶透镜，还包括具有凹透镜结构的透镜层，设置于所述上基板和所述第一透明电极之间，或设置于所述第一透明电极和所述第一取向膜之间； 在2D显示模式时，对所述第一透明电极和第二透明电极施加电压产生电场，使与每个透镜单元对应的液晶层中的液晶分子发生偏转，形成凸透镜效果。
7.如权利要求4所述的3D显示装置，其特征在于，所述第一液晶透镜和/或所述第二液晶透镜，还包括具有凸透镜结构的透镜层，设置于所述下基板和所述第二透明电极之间，或设置于所述第二透明电极和所述第二取向膜之间； 在2D显示模式时，对所述第一透明电极和第二透明电极施加电压产生电场，使与每个透镜单元对应的液晶层中的液晶分子发生偏转，形成凹透镜效果。
8.如权利要求4所述的3D显示装置，其特征在于，所述上基板的任意一面具有凹透镜结构； 在2D显示模式时，对所述第一透明电极和第二透明电极施加电压产生电场，使与每个透镜单元对应的液晶层中的液晶分子发生偏转，形成凸透镜效果。
9.如权利要求4所述的3D显示装置，其特征在于，所述下基板的任意一面具有凸透镜结构； 在2D显示模式时，对所述第一透明电极和第二透明电极施加电压产生电场，使与每个透镜单元对应的液晶层中的液晶分子发生偏转，形成凹透镜效果。
10.如权利要求1-9任一项所述的3D显示装置，其特征在于，所述第一液晶透镜中液晶的初始取向和所述第二液晶透镜中液晶的初始取向正交。
11.如权利要求1-9任一项所述的3D显示装置，其特征在于，所述非偏光显示器为有机电致发光OLED、等离子体TOP、或阴极射线CRT显示器。
专利摘要本实用新型公开了一种3D显示装置，在非偏光显示装置上设置第一液晶透镜和第二液晶透镜；在3D显示模式时，该第一液晶透镜上设置的每个透镜单元只对非偏光显示器发出的光线中偏振方向沿第一方向的分量起汇聚作用；该第二液晶透镜上设置的每个透镜单元只对非偏光显示器发出的光线中偏振方向沿第二方向的分量起汇聚作用。本实用新型通过两层交叠的液晶透镜将显示器发出的非偏振光分成方向正交的两个方向的偏振光，实现3D显示，在此过程中显示器发出的非偏振光只是被分解成两个方向正交的偏振光，相对于现有技术中在显示器上增加一层偏振片实现3D显示，能减少光能量的损失，大大增强整个3D显示器的显示亮度，从而降低显示所需的能耗。
文档编号G02F1/29GK202794716SQ20122041239
公开日2013年3月13日 申请日期2012年8月17日 优先权日2012年8月17日
发明者武延兵 申请人:京东方科技集团股份有限公司