2d-3d可转换立体显示装置的制作方法

专利名称：2d-3d可转换立体显示装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及立体显示领域，尤其涉及一种可在屏幕的任何区域进行 2D或3D转换的装置。
背景技术：
人类是通过右眼和左眼所看到的物体的细微差异来感知物体的深 度，从而识别出立体图像的，这种差异被称为视差。立体显示技术就是 通过人为的手段来制造人的左右眼的视差，给左、右眼分别送去有视差 的两幅图像，使大脑在获取了左右眼看到的不同图像之后，产生观察真 实三维物体的感觉。立体显示装置一般有两种方式狭缝光栅式立体显 示装置和微透镜阵列立体显示装置。其中微透镜阵列立体显示装置包括 显示面板和安装在显示面板前方的微透4竟阵列，/人而将来自于显示面板 的3D图像分成右眼和左眼图像。
上述传统微透镜阵列式立体显示装置，无法实现2D-3D之间的转 换，给使用带来了不便。因此需要一种自动立体显示装置，其可以根据 所提供的图像信号在2D和3D模式之间进行转换。针对这一需求，开 展了很多研究工作。如专利文献US5500765提到一种2D-3D可转换自 动立体显示装置，通过透镜片在显示面板上的机械移动来实现2D-3D 之间的转换。但是这种机械转换原理的实现受到振动、潮湿、灰尘等因 素的影响而不易控制。此外专利文献US6069650和CN1892289都利用 了液晶对寻常光(o光)和非寻常光(e光)产生不同的折射率来实现 2D-3D转换，它们都需要在微透镜的表面镀导电薄层或梯度结构的导电 层，以达到控制液晶指向矢方向的目,的。图1表示了传统2D-3D可转 换自动立体显示装置的结构和原理。如图1，此装置主要包括显示面板 1,微透镜阵列2，面对微透镜阵列的透明平面板5，在微透镜和透明平 面板表面的导电薄层或梯度电极层3,填充在微透镜阵列和透明平面板
之间的液晶4,以及分别连接在两个导电薄层或梯度电极层的电极6。 根据此结构，当没有电压施加在电极6时，入射的偏振光的偏振方向平 行于液晶的指向矢即光轴方向，如图2A此时光线透过液晶的折射率为 ne，且ne不等于微透镜材料的折射率np,光线在微透镜表面发生折射， 显示为3D效果。当施加电压于电极6时，如图2B,微透镜阵列和透 明平面板之间的导电薄层间形成电场，液晶指向矢方向改变为按照电场 方向排布，入射的偏振光的偏振方向垂直于液晶的指向矢即光轴方向， 光线透过液晶的折射率为n。，此时n。等于微透镜材料折射率np,光线 在不发生折射的情况下穿过微透镜2、液晶4和透明平面板5，显示为 2D效果。
由于微透镜阵列精度要求非常高，且为非平整表面，因此这种在微 透镜阵列表面镀导电薄层或梯度电极层的工艺非常困难，而且镀完导电 薄层后难以保证的微透镜阵列的精度；且电压施加在微透镜阵和透明平 面板之间的导电薄层上，形成电场，此电场的间距大，在供电电压相同 的情况下电场强度很小，微透镜阵列和透明板间的液晶指向矢趋向电场 排布的时间和撤消电场时液晶指向矢回到原先取向位置的时间非常长， 从而导致该装置在2D-3D之间转换的响应时间非常长，令观众眼睛产 生不适感。而且，上述现有的2D-3D转换并不能对每个像素点实现独 立控制，不能给观众同时显示立体和平面图像，更加不能动态显示立体 或平面图像，显示的功能和效果均不如人意。

发明内容
本发明的目的在于提供一种立体显示装置，能够同时进行2D和3D 的显示，并能够在屏幕区域进行部分区域的2D-3D转换。而且转换速度 快，实施难度低。
为达到本发明的目的，提供一种2D—3D可转换立体显示装置，包括 提供图像光线的装置，还包括偏振光转换装置和透镜组件；
所述提供图像光线的装置，用于提供线性偏振的图像光线； 所述偏振光转换装置，用于可控制的把入射的所述线性偏振的图像 光线全部或部分不旋转直接透射或旋转成与入射时的偏振方向垂直的
偏振光，出射的光入射到所述透镜组件；
所述透镜组件，包括单折射率透镜和双折射率透镜，且所述单折射 率透镜和所述双折射率透镜构成组合透镜，所述两个透镜均包括平面部 分和与之相对的曲面部分，两透镜的曲面部分相互契合，该组合透镜对 所述偏振光转换装置旋转后或不旋转出射的两种偏振光中其中 一种表 现为凸透镜，对另一种表现为平透镜。
所述单折射率透镜为凸透镜，且所述单折射率透镜的折射率等于所 述双折射率透镜的其中 一个折射率并大于另外一个折射率。
优选的，所述双折射率透镜为凸透镜，且所述单折射率透镜的折射 率等于所述双折射率透镜的其中一个折射率并小于另外一个折射率。
优选的，所述双折射率透镜的折射率包括相对于寻常光的寻常光折 射率n。和相对于非寻常光的非寻常光折射率ru，所述单折射率透镜的 折射率等于所述寻常光折射率n。并大于所述非寻常光折射率ru。
优选的，所述双折射率透镜的折射率包括相对于寻常光的寻常光折 射率n。和相对于非寻常光的非寻常光折射率n"所述单折射率透镜的 折射率等于所述非寻常光折射率!^并大于所述寻常光折射率n。。
优选的，所述双折射率透镜的折射率包括相对于寻常光的寻常光折 射率n。和相对于非寻常光的非寻常光折射率n"所述单折射率透镜的 折射率等于所述寻常光折射率n。并小于所述非寻常光折射率ne。
优选的，所述双折射率透镜的折射率包括相对于寻常光的寻常光折 射率n。和相对于非寻常光的非寻常光折射率n6,所述单折射率透镜的 折射率等于所述非寻常光折射率116并小于所述寻常光折射率n。。
优选的，所述偏振光转换装置，包括控制模块、具有薄膜晶体管 的电路平板和在相对的第一表面和第二表面均依次覆盖有取向层和透 明电极的液晶层，其中，所述第一表面上的透明电极被切割成至少两块， 所述电路平板中的薄膜晶体管和所述第一表面上的透明电极连接，所述 控制模块与所述薄膜晶体管和所述第二表面上的透明电极连接；所述控 制模块能够通过所述薄膜晶体管独立控制所述第一表面上的各个透明 电极与所述第二表面上的透明电极之间的电压；
当第一表面上的透明电极与第二表面上的透明电极之间无电压时， 穿过所述透明电极之间的液晶层的线性偏振光的偏振方向被旋转至与
入射时的偏振方向垂直；当第一表面上的透明电极与第二表面上的透明 电极之间存在预定的电压时，穿过的线性偏振光不发生旋转。
优选的，所述提供图像光线的装置包括能提供线性偏振光的显示面板。
优选的，所述提供图像光线的装置包括提供非线性偏振光的显示面 板和起偏器，所述起偏器放置在所述显示面板与所述偏振光转换装置之 间，将所述显示面板发出的非线性偏振光转化为线性偏振光。
利用本发明的上述技术方案，能够在屏幕上不同区域同时进行2D 和3D的显示，并能够任意进行2D-3D转换。而且转换速度快，实施难
度低。


图l为传统2D-3D可转换自动立体显示装置示意图2A为偏振光入射在图1所示装置时，在未加电状态下的光路图2B为偏振光入射在图l所示装置时，在加电状态下的光路图3为现有技术中TFT型液晶显示器的主要结构图4为现有技术中TFT液晶显示器的面板阵列示意图5为现有技术中TFT液晶显示器中一像素单元的电路示意图6为实施例(1)的立体显示装置的结构和光路图7为实施例(2)的立体显示装置的结构和光路图8为实施例(3)的立体显示装置的结构和光路图9为实施例(4)的立体显示装置的结构和光路图。
具体实施例方式
本发明的立体显示方案中主要应用了 TFT显示屏的类似技术，在具体 说明本发明的方案之前，首先对现有技术中TFT显示屏的相关原理和作用 作一个简要说明。以便后面能更加清楚的说明本发明的技术方案，TFT是"Thin Film Transistor"的简称，即薄膜场效应晶体管，所谓薄膜晶体管， 是指液晶显示器上的每一液晶象素点都是由集成在其后的薄膜晶体管来驱 动。从而可以做到高速度、高亮度和高对比度显示屏幕信息。
TFT液晶为每个像素都设有一个半导体开关，每个^f象素都可以通过点脉 冲直接控制，因而每个节点都相对独立，并可以连续控制，不仅提高了显示 屏的反应速度，同时可以精确控制显示色阶，所以TFT液晶的色彩更真。TFT 液晶显示屏的特点是亮度好、对比度高、层次感强和颜色鲜艳。参见图3， TFT型的液晶显示器主要的构成包括白光源31，偏光板32、包含薄膜晶 体管的电路平斧反33，滤光板34和偏振片35，在电^各平板33和滤光板34之 间具有玻璃基板、配向膜、透明电极和液晶材料等。TFT液晶显示器常采用 TN(Twistednematic)型的线状液晶(或称之为寸奉状液晶)。图4为TFT液晶 显示器的面板阵列示意图，图中S1-SN为Source线(也是数据线)，G1-GM 为Gate线(也是扫描线)，阴影部分为覆盖在液晶表面的显示电极。在与 显示电极相对的液晶的另 一表明为common电极(公共电极)。利用显示电 极与common电^ L产生的电场来改变两电^J'司的TN型液晶分子的排列方 向，以改变入射的偏振光的透射率来达到显示的效果。图4中由晶体管和显 示电极构成的单元在一个像素中需要三个，分别对应RGB三个子像素。以 一个1024*768分辨率的TFT液晶显示器来说，共需要1024*768*3个这样 的单元。Gate线送出的波形依序将每一行的TFT打开，好让整排的Source 线同时将一整行的显示点充电到各自所需的电压，显示不同的灰阶，当这一 行充好电时，Gate线便将电压关闭，然后下一行的Gate线便将电压打开， 再有相同的一排Source线对下一行的显示点进行充放电。实现对每一像素 点的子像素进行独立控制。
图5为薄膜晶体管液晶显示器中一像素单元的电路示意图，其主要包括 薄膜晶体管51、 一液晶显示单元52和一存储电容53。而其中存储电容53 并联至该液晶显示单元52 (液晶显示单元52本身具有一定的电容存储能 力)，用以增强液晶显示单元52原本不足的电荷存储能力(当然，如果液 晶显示单元52的电荷存储能力很足，则不需要额外的存储电容53),进而 改善薄膜晶体管51关闭时，液晶显示单元52的电压值下降过快的现象。在
液晶显示单元52中包含TN型液晶523、透明电极521、 522,在透明电极 521、 522的液晶侧涂有取向层，由于液晶分子有一种特性，就是所处的电 场不能一直不变，不然时间久了，即使将电压取消掉，液晶分子会因为特性 的破坏而无法再应电场的变化来转动，以形成不同的灰阶，因此液晶显示器 内的显示电压分成了两种极性， 一个是正极性，而另一个是负极性，不管是 正极性或是负极性，都会有一组相同亮度的灰阶，所以当上下两层玻璃的压 差绝对值是固定时，所表现出来的灰阶是一样的。本发明中仅仅利用到TFT 液晶显示器中能够对每一点单独控制结构和功能，只需要实现不透射和全透 射两种情况，即只需要控制透明电极521和522之间有压差和无压差两种情 况，有压差时，液晶分子的排列方向全部顺电场的排列方向，使得入射偏振 光不旋转直接透射；无压差时，入射偏振光被旋转90度后透射。对TFT显 示器技术，还可以参阅CN1410822A、 CN1420383A、 CN1423160和 CN1455290A等公开的专利文献。
上面说明了 TFT液晶显示器的结构和工作原理，下面将详细描述本发 明的具体实施例。
实施例(l):图6为本实施例的立体显示装置的结构和光路图，图中立体 显示装置包括提供图像的显示面板IO、用于选择性的将由显示面板10提 供的光线偏振方向不旋转或旋转90度的偏振光转换装置，以及由单折射率 透镜和双折射率透镜构成的透镜组件，用于在2D模式中透射所述提供的图 像、在3D模式中将入射的图像分成右眼图像和左眼图像。所述偏振光转换 装置包括薄膜晶体管电路llc(显示面板10与薄膜晶体管电路llc之间的距 离只是示意性的，主要是为了把光线的偏振方向标示出来)、作为驱动电极 (相当于现有TFT显示器中的显示电极)的ITO玻璃1 la、作为公共电极的 ITO玻璃llb、取向层12a、 12b和向列相液晶13,其中作为驱动电极的ITO 玻璃lla由多个相互不电连接的ITO单元构成，ITO单元可以是方形、圓形 或其它不规则形状；薄膜晶体管电路llc中的各个晶体管分别与所述ITO单 元电连接，控制模块20与薄膜晶体管电路llc和ITO玻璃lib电连接，用 于通过薄膜晶体管控制各ITO单元与ITO玻璃lib之间的电压，两取向层 12a、 12b的分子取向相互垂直。上述偏振光转换装置也可以完全采用现有
技术中的TFT中的薄膜晶体管电路，因这种工艺成熟，故不多做赘述。当 显示面板10的出射光为非线性偏振光时需在显示面板和偏振光转换装置之 间置一片偏光片，使入射在偏振光转换装置的光为线性偏振光，该线性偏振 光的偏振方向与ITO单元和ITO玻璃lib (公共电极)之间没有电场时取向 层12a表面液晶分子取向相同。透镜组件包括单折射率凸透镜14、双折射 率凹透镜15以及玻璃基板16。本发明中的凸透镜或凹透镜其实均由多个微 透镜构成，也可以称之为透镜阵列。本实施例中单折射率凸透镜14的折射 率为m,双折射率凹透镜15具有寻常光折射率n。和非寻常光折射率ne，且 ni=n。， n。>ne。其中单折射透镜材料可为高分子聚合物或其他透明硬质材料， 双折射率透镜的材料可以选择负性向列相液晶，或胆甾相液晶或方解石；如 果选择液晶，可以在液态状态下填充进入由单折射率透镜14和玻璃片16所 构成的空间内。在玻璃基板16表面施加取向层12c，例如涂覆取向剂(在 后面的其它实施例中取向层12c与玻璃基板16可不相邻)和在单折射凸透 镜14表面也经过对液晶的取向处理(如涂覆取向剂)使得液晶排列方向与 显示设备出射的偏振光的偏振方向相同。当然，可以根据偏振光转换装置的 设定而灵活设定，这里只是一个具体的例子。
下面根据图6描述该实施例的光路原理，图中分别是四道光线通过本发 明装置的光路图，其中上两道光线最后发生折射，下两道光线直接透射，下 面具体说明它们的原理。
从图6中可以看出，由于需要对上两道光线进行3D显示，控制模块20 通过薄膜晶体管对上两道光线所对应的两个ITO单元充电，使得该ITO单 元与作为公共电极的ITO玻璃1 lb之间产生电场，致使在该电场区域的液晶 分子全部顺电场方向排列，偏振光通过时，不会改变偏振方向，接着穿过凸 透镜14而入射到凹透镜15,此时光线的偏振方向与凹透镜15的液晶排列 方向平行，因此凹透镜15对于该光线的折射率为ne，由于单折射率凸透镜 14的折射率ni大于ne,即此时单折射率凸透镜14的折射率大于双折射率液 晶所形成的凹透镜15的折射率，因此组合透镜的光学效果为凸透镜，光线 经过时会发生折射。这种情况下，该立体显示装置可以将两道光线分别显示 在人眼的左眼和右眼，使人眼看到的是3D立体图像，即立体显示装置将上
两道光线采用3D方式显示。
下面描述下两道光线的光路原理控制模块20没有将下两道光线所对 应的ITO单元充电(在实际应用中，如果前一时间段该ITO单元上被充电， 本实施例中的这个过程，控制模块20可以将该ITO单元进行放电，总之就 是使得该ITO单元与作为^^共电极的ITO玻璃lib之间没有电场，控制的 方式可以灵活调整)，入射到偏振光转换装置的偏振光的偏振方向与取向层 12a表面的取向方向相同，光线通过偏振光转换装置的内部TN型液晶后， 被旋转90度，偏振方向与入射时的偏振方向垂直，该光线从单折射率凸透 镜14的平面部分垂直入射，从凸面部分射出到双折射率凹透镜15,此时偏 振方向与凹透镜15的液晶分子排列方向垂直，因此凹透镜15相对于该偏振 光的折射率为n。，由于单折射凸透镜14的折射率n,等于n。，即此时单折射 率凸透镜14的折射率与凹透镜15的折射率相同，因此该偏振光在凸透镜 14和凹透镜15的界面处不发生折射，光线直线通过。这种情况下，该立体 显示装置将所述下两道光线采用2D方式显示。
事实上，本实施例中单折射率凸透镜14与双折射率凹透镜15在组合形 态上可以稍作变化，将凹透镜15和凸透镜14的组合旋转180度。使得凹透 镜的平面部分正对着光线的入射方向，凸透镜14的凸面部分也对着光线入 射的方向。当入射到组合透镜的光线的偏振方向平行于双折射率凹透镜15 的液晶的排列方向时，相对于该偏振光，双折射率凹透镜15的折射率为ne， 由于单折射凸透镜14的折射率ni大于ne，故组合透镜仍然表现为凸透镜， 使入射的光线发生折射，显示为3D效果。当入射到组合透镜的光线的偏振 方向垂直于双折射率透镜的液晶的排列方向时，相对于该偏振光，双折射率 凹透镜15的折射率为n。，由于单折射凸透镜14的折射率m等于n。，光线 通过凸透镜14和凹透镜15的组合透镜时不发生折射，进行2D方式显示。
如杲本实施例中入射到偏振光转换装置的偏振光的偏振方向为垂直于 双折射率液晶的排列方向，则，上述控制过程相反，即偏振光转换装置中 不加电的部分所对应的光线进行3D方式显示；加电的部分所对应的光线进 行2D方式显示。
当然，无论入射到偏振光转换装置的偏振光是什么方向，该偏振光转换
装置的入射端的液晶分子取向与入射的偏振光的偏振方向必须相同，使得偏
振光能够被旋转90度，而且只要能够控制旋转和不旋转90度的装置都能够 配合组合透镜实现本发明的目的。本领域技术人员根据本发明的说明可以灵 活配置。
施例(2):图7为本实施例立体显示装置的结构和光路图，同样包括四道 光线的光路，上两道光线的光路和下两道光线的光路，与实例(l)相比(图中 未示出显示面板IO),区别在于所选用双折射率凹透镜15中的液晶为光学 正性液晶(即ne〉n。)，如正性向列相液晶，并且，双折射率凹透镜15的 液晶分子排列方向与入射到偏振光转换装置的偏振光振动方向垂直。且单折 射率凸透镜14的折射率ni等于ne ,则n!〉n。。
先说明上两道光线的光路原理，对于上两道光线，控制模块20通过薄 膜晶体管对上两道光线所对应的两个ITO单元充电，使得该ITO单元与作 为公共电极的ITO玻璃1 lb之间产生电场，致使在该电场区域的液晶分子全 部顺电场方向排列，偏振光通过时，不会改变偏振方向，接着穿过凸透镜 14而入射到凹透4竟15，此时光线的偏振方向与凹透4竟15的液晶分子排列方 向垂直，因此凹透镜15对于该光线的折射率为n。，由于单折射率凸透镜14 的折射率ni大于n。，即此时单折射率凸透镜14的折射率大于双折射率液晶 所形成的凹透镜15的折射率，因此组合透镜的光学效果为凸透镜，光线经 过时会发生折射。这种情况下，该立体显示装置可以将两道光线分别显示在 人眼的左眼和右眼，使人眼看到的是3D立体图像，即立体显示装置将上两 道光线采用3D方式显示。
下面描述下两道光线的光路原理入射到偏振光转换装置的偏振光的偏 振方向与取向层12a表面的取向方向相同，光线通过偏振光转换装置的内部 TN型液晶后，被旋转卯度，偏振方向与入射时的偏振方向垂直，该光线从 单折射率凸透镜14的平面部分垂直入射，从凸面部分射出到双折射率凹透 镜15，此时光线的偏振方向与凹透镜15的液晶分子排列方向平行，因此凹 透镜15相对于该偏振光的折射率为ne，由于单折射凸透镜14的折射率ni 等于ne，即此时单折射率凸透镜14的折射率与凹透镜15的折射率相同，因 此该偏振光在凸透镜14和凹透镜15的界面处不发生折射，光线直线通过。
这种情况下，该立体显示装置将所述下两道光线采用2D方式显示。 . 本实施例中单折射率凸透镜14与双折射率凹透镜15在组合形态上同样 可以稍作变化，将凹透镜15和凸透镜14的组合旋转180度。使得凹透镜的 平面部分正对着光线的入射方向，凸透镜14的凸面部分对着光线入射的方 向。当入射到组合透镜的光线的偏振方向垂直于双折射率液晶的排列方向 时，折射率为n。，单折射凸透镜14的折射率m〉n。，故组合透镜仍然表现 为凸透镜，使入射的光线发生折射，显示3D效果。当入射到组合透镜的光 线的偏振方向平行于双折射率液晶的排列方向时，显示2D效果。
实施例(3):图8为本实施例的立体显示装置的结构和光路图，图中立体 显示装置同样包括提供图像的显示面板IO(图中未示出)、用于选择性
置，以及由单折射率透镜和双折射率透镜构成的透镜组件，本实施例与实施 例(l)的不同之处仅仅在于透镜组件的构成。本实施例中透镜组件包括双折射 率凸透镜17、单折射率凹透镜18以及玻璃基板16，还包括在双折射率凸透 镜17的平面部分表面上的取向层12c,凸透镜17采用双折射率材料，通常 选用液晶，本实施例中选用光学正性液晶，折射率分别为n。和ne， ne>n。。 凹透镜18采用单折射率材料，折射率为np选取适当材料使得n尸n。，单折 射率的凹透镜18的背面(平面部分)与玻璃基板16紧密相贴，凸透镜17 的背面(平面部分)有取向层12c，紧贴ITO玻璃llb,同样在凹透镜的凹 面部分也进行了取向处理，凸透镜17中的液晶的取向方向与入射到偏振光 转换装置的光线偏^振方向相同。
图8中分别是四道光线通过本发明装置的光路图，其中上两道光线最后 发生折射，下两道光线直接透射，下面具体说明它们的原理。
从图8中可以看出，由于需要对上两道光线进行3D显示，控制模块20 通过薄膜晶体管对上两道光线所对应的两个ITO单元充电，使得该ITO单 元与作为公共电极的ITO玻璃1 lb之间产生电场，致使在该电场区域的液晶 分子全部顺电场方向排列，偏振光通过时，不会改变偏振方向，接着穿过凸 透镜17而入射到凹透镜18，此时光线的偏振方向与凸透镜17的液晶排列 方向平行，因此凸透镜17对于该光线的折射率为非寻常光折射率ne,由于
单折射率凹透镜18的折射率rii小于ne,即此时单折射率凹透镜18的折射 率小于双折射率液晶所形成的凸透镜17的折射率，因此组合透镜的光学效 果为凸透镜，光线经过时会在凸透镜17的凸面发生折射。这种情况下，该 立体显示装置可以将两道光线分别显示在人眼的左眼和右眼，使人眼看到的 是3D立体图像，即立体显示装置将上两道光线采用3D方式显示。
下面描述下两道光线的光路原理控制模块20没有将下两道光线所对 应的ITO单元充电(在实际应用中，如果前一时间段该ITO单元上被充电， 本实施例中的这个过程，控制模块20可以将该ITO单元进行放电，总之就 是使得该ITO单元与作为公共电极的ITO玻璃lib之间没有电场)，入射 到偏振光转换装置的偏振光的偏振方向与取向层12a表面的取向方向相同， 光线通过偏振光转换装置的内部TN型液晶后，被旋转90度，偏振方向与 入射时的偏振方向垂直，该光线从双折射率凸透4竟17的平面部分垂直入射， 从凸面部分射出到单折射率凹透镜18的凹面部分，此时偏振方向与凸透镜 17的液晶分子排列方向垂直，因此凸透镜17相对于该偏振光的折射率为n。， 由于单折射凹透4竟18的折射率m等于n。，即此时双折射率凸透镜17的折 射率与凹透镜18的折射率相同，因此该偏振光在凸透镜17和凹透镜18的 界面处不发生折射，光线直线通过。这种情况下，该立体显示装置将所述下 两道光线采用2D方式显示。
而且本实施例中双折射率凸透镜17与单射率凹透镜18在组合形态上同 样可以稍作变化，将凹透镜18和凸透镜17的组合旋转180度。使得凹透镜 的平面部分正对着光线的入射方向，凸透镜17的凸面部分对着光线入射的 方向。当入射到组合透镜的光线的偏振方向平行于双折射率凸透镜17中液 晶的排列方向时，折射率为ne，双折射率凸透镜17的折射率ne大于n"故 组合透镜仍然表现为凸透镜，使入射的光线发生折射，此时立体显示装置将 光线进行3D方式显示。当入射到组合透镜的光线的偏振方向垂直于双折射 率凸透镜17中液晶的排列方向时，则进行2D方式显示。
实施例(4):如图9所示，与实施例(4)的不同之处在于所选用凸透镜17 的液晶为光学负性液晶，即n。〉ne，且使单折射率凹透镜18的折射率rii等 于ne,此时入射到偏振光转换装置的偏振光的偏振方向与凸透镜17的液晶
才非列方向垂直。
先说明上两道光线的光路原理，对于上两道光线，控制模块20通过薄 膜晶体管对上两道光线所对应的两个ITO单元充电，使得该ITO单元与作 为公共电极的ITO玻璃llb之间产生电场，致使在该电场区域的液晶分子全 部顺电场方向排列，偏振光通过时，不会改变偏振方向，接着穿过凸透镜 17而入射到凹透镜18，此时光线的偏振方向与凸透镜17的液晶分子排列方 向垂直，因此凸透镜17对于该光线的折射率为n。，由于单折射率凹透镜18 的折射率ni小于n。，即此时双折射率凸透镜17的折射率大于单折射率凹透 镜18的折射率，因此组合透镜的光学效果为凸透镜，光线经过时会在凸透 镜17和凹透镜18的交界面发生折射。这种情况下，该立体显示装置可以将 两道光线分别显示在人眼的左眼和右眼，使人眼看到的是3D立体图像，即 立体显示装置将上两道光线采用3D方式显示。
下面描述下两道光线的光路原理控制模块20没有将下两道光线所对 应的ITO单元充电(在实际应用中，如果前一时间I殳该ITO单元上被充电， 本实施例中的这个过程，控制模块20可以将该ITO单元进行放电，总之就 是使得该ITO单元与作为公共电极的ITO玻璃lib之间没有电场)，入射 到偏振光转换装置的偏振光的偏振方向与取向层12a表面的取向方向相同， 光线通过偏振光转换装置的内部TN型液晶后，被旋转90度，偏振方向与 入射时的偏振方向垂直，该光线从双折射率凸透镜17的平面部分垂直入射， 从凸面部分射出到单折射率凹透镜18，此时光线的偏振方向与凸透镜17的 液晶分子排列方向平行，因此凸透镜17相对于该偏振光的折射率为ne,由 于单折射凹透镜18的折射率n!等于ne,即此时双折射率凸透镜17的折射 率与凹透镜18的折射率相同，因此该偏振光在凸透镜17和凹透镜18的交 界面处不发生折射，光线直线通过。这种情况下，该立体显示装置将所述下 两道光线采用2D方式显示。
本实施例中双折射率凸透镜17与单射率凹透镜18在组合形态上同样可 以稍作变化，将凹透镜18和凸透镜17的组合旋转180度，使得凹透镜的平 面部分正对着光线的入射方向，凸透镜17的凸面部分对着光线入射的方向。 当入射到组合透镜的光线的偏振方向垂直于双折射率凸透镜17的液晶的排
列方向时，双折射率凸透镜17的折射率为n。，由于n。大于m,故組合透镜 仍然表现为凸透镜，使入射的光线发生折射，此时立体显示装置将光线进行 3D方式显示。当入射到组合透镜的光线的偏振方向平行于双折射率凸透镜 17的液晶的排列方向时，进4于2D方式显示。
由上述四个实施例可知，透镜组件中，有三种折射率n。、 tie和n!,三种 折射率中必须有两个相等，^艮显然n。和ne不能相等，只有 等于ne和n。 中的其中一个，如果W大于与它不相等的那个双折射率中一个折射率，则 m所对应的单折射率透4竟必须为凸透镜；反之，n。和ne所对应的双折射率 透镜必须为凸透镜。对于两个透镜的物理位置可以前后调换，都可以达到冬 发明的目的。而对于偏振光转换装置来说，很明显，只要从该装置出来的偏 振光在控制条件下有两种形态就行， 一种是从偏振光转换装置出来的偏振光 垂直于双折射率透镜的液晶排列方向，另 一种是平行于双折射率透镜的液晶 排列方向。至于旋转多少度不是必要限制，如果能够旋转270度，则与旋转 90度的效果相同。对于控制的最小单元，可以灵活划分，例如可以对子像 素进行控制，也可以对多个像素进行控制，透镜组件中的其它辅助材料如玻 璃基板等并非必要结构，对本发明的方案不起主要作用，有无均不构成影响 本发明的实施，这些技术手段本领域普通技术人员均可以灵活调整进行组 合，以实现本发明的目的。本发明的双折射性的材料的取向处理可以为摩 擦取向、光控取向、温控取向或电控取向。
本实施例中采用的图像光源为显示面板，可以是等离子显示面板、液 晶显示面板、有机发光装置、场致发射装置、阴极射线管或液晶背投。 当然也可以采用其它投影设备，例如在投影设备的前方采用凸透镜，将影像 变为平行光线，如果投影设备发射的光为偏振光，则可以直接入射到相应的 偏振光转换装置；如果投影设备发射的光为非偏振光，则需在入射到偏振光 转换装置之前用一个偏振片或类似装置将非偏振光转为偏振光，偏振方向的 设定与偏振光转换装置和透镜组件中的液晶排列方向相应。当然还可以选择 现有技术中的其它方式提供光源。本发明中的控制模块可以与现有技术中的 TFT液晶显示器中的控制模块相同，可以包括信号线驱动电路和扫描线驱 动电路，由于现有技术中对像素的单点控制已经是非常成熟的现有技术，
这里就不再一一赘述。本发明的实施例中的偏振光转换装置虽然是采用TFT 液晶显示器中的单点控制原理，但是很显然可以采用简单的整屏控制，实现 全屏的2D-3D转换，ITO玻璃lla不用分成多个单元，而是一整块，釆用一 个开关和交流脉沖电源就能够控制全屏的2D-3D转换。
利用本发明的上述方案，可以很容易实现2D到3D的转换。而且转换 速度快，完全不会产生视觉上的不适。
上述的具体实施方式
仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的技术 人员在本方法的启示下，在不脱离本方法宗旨和权利要求所保护的范围情况 下，还可以作出很多变形，这些均属于本发明的保护范围之内。
权利要求
1、一种2D—3D可转换立体显示装置，包括提供图像光线的装置，其特征在于，还包括偏振光转换装置和透镜组件；所述提供图像光线的装置，用于提供线性偏振的图像光线；所述偏振光转换装置，用于可控制的把入射的所述线性偏振的图像光线全部或部分不旋转直接透射或旋转成与入射时的偏振方向垂直的偏振光，出射的光入射到所述透镜组件；所述透镜组件，包括单折射率透镜和双折射率透镜，且所述单折射率透镜和所述双折射率透镜构成组合透镜，所述两个透镜均包括平面部分和与之相对的曲面部分，两透镜的曲面部分相互契合，该组合透镜对所述偏振光转换装置旋转后或不旋转出射的两种偏振光中其中一种表现为凸透镜，对另一种表现为平透镜。
2、 根据权利要求1所述的一种2D—3D可转换立体显示装置，其特 征在于，所述单折射率透镜为凸透镜，且所述单折射率透镜的折射率等 于所述双折射率透镜的其中一个折射率并大于另外一个折射率。
3、 根据权利要求1所述的一种2D—3D可转换立体显示装置，其特 征在于，所述双折射率透镜为凸透镜，且所述单折射率透镜的折射率等于所述双折射率透^:的其中一个折射率并小于另外一个折射率。
4、 根据权利要求2所述的一种2D—3D可转换立体显示装置，其特 征在于，所述双折射率透镜的折射率包括相对于寻常光的寻常光折射率 n。和相对于非寻常光的非寻常光折射率n"所述单折射率透镜的折射率 等于所述寻常光折射率n。并大于所述非寻常光折射率ne。
5、 根据权利要求2所述的一种2D—3D可转换立体显示装置，其特征在于，所述双折射率透镜的折射率包括相对于寻常光的寻常光折射率n。和相对于非寻常光的非寻常光折射率ru，所述单折射率透镜的折射率 等于所述非寻常光折射率ne并大于所述寻常光折射率n。。
6、 根据权利要求3所述的一种2D—3D可转换立体显示装置，其特 征在于，所述双折射率透镜的折射率包括相对于寻常光的寻常光折射率 n。和相对于非寻常光的非寻常光折射率ru,所述单折射率透镜的折射率 等于所述寻常光折射率n。并小于所述非寻常光折射率ne。
7、 根据权利要求3所述的一种2D—3D可转换立体显示装置，其特 征在于，所述双折射率透镜的折射率包括相对于寻常光的寻常光折射率 n。和相对于非寻常光的非寻常光折射率ru,所述单折射率透镜的折射率 等于所述非寻常光折射率ne并小于所述寻常光折射率n。。
8、 根据权利要求1至7中任一项所述的一种2D—3D可转换立体显 示装置，其特征在于，所述偏振光转换装置，包括控制模块、具有薄 膜晶体管的电路平板和在相对的第一表面和第二表面均依次覆盖有取 向层和透明电极的液晶层，其中，所述第一表面上的透明电极被切割成 至少两块，所述电路平板中的薄膜晶体管和所述第一表面上的透明电极 连接，所述控制模块与所述薄膜晶体管和所述第二表面上的透明电极连 接；所述控制模块能够通过所述薄膜晶体管独立控制所述第一表面上的 各个透明电极与所述第二表面上的透明电极之间的电压；当第一表面上的透明电极与第二表面上的透明电极之间无电压时， 穿过所述透明电极之间的液晶层的线性偏振光的偏振方向被旋转至与 入射时的偏振方向垂直；当第一表面上的透明电极与第二表面上的透明 电极之间存在预定的电压时，穿过的线性偏振光不发生旋转。
9、 根据权利要求1至7中任一项所述的一种2D—3D可转换立体显 示装置，其特征在于，所述提供图像光线的装置包括能提供线性偏振光 的显示面板。
10、根据权利要求1至7中任一项所述的一种2D—3D可转换立体 显示装置，其特征在于，所述提供图像光线的装置包括提供非线性偏振 光的显示面板和起偏器，所述起偏器放置在所述显示面板与所述偏振光 转换装置之间，将所述显示面板发出的非线性偏振光转化为线性偏振 光。
全文摘要
本发明公开了一种2D-3D可转换立体显示装置，包括提供图像光线的装置、偏振光转换装置和透镜组件；提供图像光线的装置用于提供线性偏振的图像光线；偏振光转换装置用于可控制的把入射的所述线性偏振的图像光线全部或部分不旋转直接透射或旋转成与入射时的偏振方向垂直的偏振光，出射的光入射到所述透镜组件；透镜组件包括单折射率透镜和双折射率透镜，且单折射率透镜和双折射率透镜构成组合透镜，两个透镜均包括平面部分和与之相对的曲面部分，两透镜的曲面部分相互契合，该组合透镜对所述偏振光转换装置旋转后或不旋转出射的两种偏振光中其中一种表现为凸透镜，对另一种表现为平透镜。利用本发明的装置可以任意进行2D-3D转换。
文档编号H04N13/00GK101387758SQ20071012181
公开日2009年3月18日 申请日期2007年9月14日 优先权日2007年9月14日
发明者张 戈, 扬 杨 申请人:北京超多维科技有限公司