專利名稱：自由立體顯示器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及顯示器，特別涉及一種可實(shí)現(xiàn)2D/3D間顯示功能切換的自由 立體顯示器。
技術(shù)背景人的雙眼具有立體視覺，即在觀看景物時(shí)既能感覺到景物之間的距離，又 能物體與觀察者之間的距離，即深度感，然而目前我們所用的主流顯示器的圖 像都沒有立體感和深度感。立體顯示器能夠?qū)鼍暗娜S信息完全地重現(xiàn)出來， 觀看者根據(jù)立體圖像可以迅速直觀地洞察圖像的現(xiàn)實(shí)分布狀況，三維立體顯示 器不僅所提供的圖像信息比二維平面圖像多50%以上，而且可以提高觀看者對空 間分布的判斷速度，降低判斷失誤的概率。現(xiàn)階段的立體顯示技術(shù)分為需要 佩戴立體眼鏡的和不需要佩戴立體眼鏡的，后者將是下一代立體顯示器的重要 發(fā)展方向。目前，市場上的立體顯示設(shè)備常用的立體方法有補(bǔ)色立體方法、偏振方 法和時(shí)分方法，其中補(bǔ)色立體圖像方法涉及佩戴具有藍(lán)色和紅色濾光片的眼鏡， 偏振方法設(shè)計(jì)佩戴具有不同偏振方向的偏振眼鏡，時(shí)分方法設(shè)計(jì)佩戴包括一定 時(shí)間間隔同步的電子快門眼鏡，通過該時(shí)間間隔將一幀反復(fù)地時(shí)間分割。上述 的每種方法都要佩戴眼鏡，對于使用者來說是不方便的，因而人們一直在研究 不需佩戴立體眼鏡的自由立體顯示方法。在不需佩戴立體眼鏡的立體顯示中最普遍的一種是雙目視差法，這類自由 立體顯示系統(tǒng)的原理是使用戶的左右眼分別觀察到相應(yīng)的有微小差別的視差圖 像，從而形成立體視覺效果，典型的實(shí)現(xiàn)方式包括使用視差光柵、在顯示器表 面安裝柱面透鏡組等?；谝暡畹淖杂闪Ⅲw顯示技術(shù)的基本思想是利用視差照 明產(chǎn)生立體感。在自由立體顯示系統(tǒng)中，左眼與右眼的兩幅影像被分別傳送到顯示器不同區(qū)域的像素區(qū)塊。使左眼只會(huì)看到左眼影像，右眼也只會(huì)看到右眼影像，從而達(dá)到立體顯示效果。圖1A、圖1B是柱面透鏡法與視差光柵法與的示 意圖。這兩種方法都可以觀察到立體圖像，但是柱面透鏡法對透鏡加工及裝配 精度的要求較高，并且容易出現(xiàn)R、 G、 B三色分離的現(xiàn)象。使用狹縫光柵或柱 面光柵后只能顯示立體圖像而不能顯示2D圖像，這對于目前大量的信息都還是 需要2D顯示的情況也是不方便的。 實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的所要解決的技術(shù)問題是，提供一種2D/3D可切換、并可提高顯示效果的自由立體顯示器。為解決上述技術(shù)問題本實(shí)用新型的技術(shù)方案是， 一種自由立體顯示器，包括背光源、液晶屏，其特征在于位于所述的背光源和液晶屏之間設(shè)有通過液晶光閥驅(qū)動(dòng)器控制的液晶光閥。自由立體顯示器，所述的液晶光閥包括設(shè)有透射具有第一偏振方向光的 第一偏振片，第一基板；設(shè)置在第一基板上的第一電極；第二基板；設(shè)置在第 二基板上面并在一個(gè)方向上延伸的第二電極；設(shè)置在第二基板上面位于第二電 極間隔中延伸的第三電極，以及設(shè)置在該第一基板和第二基板間的液晶層。自由立體顯示器，所述的液晶光閥驅(qū)動(dòng)器根據(jù)控制信號把參考電壓施加給第一電極，并且根據(jù)2D/3D模式控制信號把液晶光閥驅(qū)動(dòng)電壓施加給第二電極和第三電極。通過在液晶光閥電極上不施加或施加驅(qū)動(dòng)信號，來使得液晶光閥全透或產(chǎn)生黑白間隔條紋的光柵屏障，從而可以達(dá)到在2D與3D模式間切換的功能。自由立體顯示器，液晶光閥驅(qū)動(dòng)器的參考電壓可以是地電壓，液晶光閥驅(qū) 動(dòng)電壓可以是以預(yù)定頻率在正電壓和負(fù)電壓之間交變的電壓。自由立體顯示器，所述的液晶光閥，在二維模式下透射所有入射光，而在三維模式下形成光柵來分離左眼圖像和右眼圖像。當(dāng)液晶光闊根據(jù)控制信號把 參考電壓加給第一電極，并且把液晶光閥驅(qū)動(dòng)電壓施加給第二電極和第三電極 時(shí)，在液晶光閥上即可顯示出明暗相間的光柵屏障。背光板的光線透過光柵后 形成明暗相間的光源，使顯示屏的顯示左右圖像的不同像素只能分別在一定的 區(qū)域觀察到，即左眼與右眼的兩幅影像被分別傳送到顯示器不同區(qū)域的像素區(qū) 塊。使左眼只會(huì)看到左眼影像，右眼也只會(huì)看到右眼影像，從而達(dá)到立體顯示 效果。自由立體顯示器，所述的液晶屏的表面設(shè)有增效片。在顯示屏的表面粘接了增效片，可以提高顯示的清晰度，因而提高了立體顯示的效果，增強(qiáng)觀察立體圖像時(shí)的立體感。自由立體顯示器，由于采用上述結(jié)構(gòu)，在背光源和液晶屏之間通過液晶光閥驅(qū)動(dòng)器控制的液晶光閥來形成視差光柵，通過外加信號調(diào)節(jié)來改變液晶光閥中液晶分子的取向，從而實(shí)現(xiàn)液晶光閥全透狀態(tài)和光柵狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，因此可以方便的實(shí)現(xiàn)2D/3D顯示方式的切換；該顯示器結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，立體效果 好，具有極大的發(fā)展?jié)摿Α?br>

以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)一步說明；圖1A、圖1B是柱面透鏡法與視差光柵法自由立體顯示的原理圖；圖2是本實(shí)用新型自由立體顯示器結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本實(shí)用新型自由立體顯示器原理的幾何關(guān)系圖；圖4是本實(shí)用新型自由立體顯示器的視域圖；圖5A、圖5B、圖5C是圖2所示第一基板、第二基板及其位于其上電極的 示意圖，以及各電極不加電與加電時(shí)的顯示圖； 圖6是本實(shí)用新型自由立體顯示器成像示意圖；在圖2、圖5中，1、背光源，2、液晶光閥，3、液晶屏，4、第一偏振片，5、 第一基板，6、液晶層，7、第二基板，8、第一電極，9、第二電極，10、第三 電極。
具體實(shí)施方式
如圖2、圖5A、圖5B所示， 一種自由立體顯示器，包括背光源l、液晶屏 3，位于所述的背光源1和液晶屏3之間設(shè)有通過液晶光閥驅(qū)動(dòng)器控制的液晶光 閥2。安裝在液晶屏3后的液晶光閥2，在二維模式下透射所有入射光，而在三 維模式下形成光柵來分離左眼圖像和右眼圖像。其中液晶光閥2包括第一偏 振片4，用于透射具有第一偏振方向的光；第一基板5;設(shè)置在第一基板5上的第一電極8;第二基板7;設(shè)置在第二基板7上面并在一個(gè)方向上延伸的第二電極9;設(shè)置在第二基板7上面在第二電極9間隔中延伸的第三電極10以及設(shè)置 在該第一基板和第二基板之間的液晶層6。液晶光閥2的作用是在加驅(qū)動(dòng)信號時(shí)產(chǎn)生光柵屏障。液晶光閥改變了LCD的 背光結(jié)構(gòu)，背光不再是均勻的照明，而是一系列縫光源。每個(gè)縫光源對應(yīng)兩列 像素，由于縫光源的排列比較特殊，左眼只能得到通過偶數(shù)列像素的光線，右 眼只能看到奇數(shù)列像素。讓偶數(shù)列像素顯示左眼的圖像，奇數(shù)列像素顯示右眼 的圖像。分別控制奇歐列像素的光線方向，使得左右眼只能得到透過部分像素 的光線。對應(yīng)特定的象素尺寸，縫光源柵距、縫光源發(fā)光寬度、象素平面與照明板 之間的距離等結(jié)構(gòu)參數(shù)與人眼兩瞳孔之間的距離、立體可視帶中心與顯示屏之 間的距離、人眼前后左右可移動(dòng)范圍等性能參數(shù)之間關(guān)系可以確立。觀測者所在的平面平行于像素平面，圖3中，每個(gè)像素都可以顯示各種顏色， 為了方便起見，對應(yīng)右眼的像素用灰色標(biāo)記，對應(yīng)左眼的像素都用黑色標(biāo)記。在右眼觀察區(qū)GI范圍內(nèi)都只能看到灰色像素，左眼觀察區(qū)域FG內(nèi)只能看到黑色 像素，灰黑像素交錯(cuò)排列。所以縫光源的周期S'S"略大于兩個(gè)像素的寬度AC。所有縫光源的距離是相 同的。在圖4中，S是一個(gè)任意縫光源，因?yàn)樽笥已巯袼厥且来闻帕械?，所以S形成 的左右眼視域依次排列，分別是FG,GI,IJ，JK,KL。圖3中左眼視域用黑色方塊表 示，右眼視域用灰色方塊表示，Sl是最左邊的縫光源，S2是最右邊的縫光源。 MGNI構(gòu)成了一個(gè)完整的右眼視域，邊界MI和GN是由最左邊的光源S1決定的， 邊界MG和IN完全由最右邊的光源S2決定的，最邊緣的光源完全決定了該視域的 范圍，以及人眼能夠前后運(yùn)動(dòng)的距離。同樣其它的視域也完全可以求出來。寬度無限窄的理想狹縫是不可能加工出來的，任何實(shí)際的狹縫都可以看成 由無窮多個(gè)互相平行的理想狹縫組成的。裝配過程中有公差要求。狹縫所在的平面到像素平面的距離會(huì)有偏差，加 工過程中，狹縫的周期也會(huì)有偏差。一般情況下周期的偏差可以分為兩種， 一是全體像素或狹縫的周期變化， 這種變化帶來的后果很容易計(jì)算；另一種是個(gè)別像素或狹縫的位置變化，這種 變化帶來的影響很小， 一般可以忽略。以上只是理論上的情況，實(shí)際光路中每個(gè)像素都由三個(gè)子像素組成，每個(gè) 像素都由一定的厚度，每個(gè)狹縫都有一定的深度，這些因素都會(huì)影響顯示效果。人的兩眼之間的距離大致為63毫米，15寸液晶屏每個(gè)子像素的大小為0.099 毫米，估算出狹縫的周期為0.1983毫米?？紤]到本顯示器要兼容二維平面信號，也就是說，顯示二維平面圖像時(shí)， 背光必須變成和普通顯示器相同的均勻照明光。液晶光閥2加上電信號后只有狹 縫部分透光，取消電信號后，所有的部分都透光。液晶光閥2的驅(qū)動(dòng)信號為方波，無直流成分。
光閥狹縫前面的玻璃厚度為0.7士0.07毫米，玻璃折射率為1.53。液晶屏玻璃 的厚度為0.7士0.07mm,折射率為1.53，偏振片的厚度為0.2mm，偏振片是由多層 材料構(gòu)成每層的折射率不一樣，大致等效于0.12毫米厚的空氣層。狹縫離液晶屏 中液晶層的等效距離為1.035毫米，計(jì)算出觀察平面離液晶屏的距離為683毫米。
考慮到亮度、立體效果、加工能力，將狹縫的寬度定為0.06士0.01毫米，這 樣情況下，立體顯示的亮度大致相當(dāng)于2維顯示時(shí)的1/3。屏上共有1536對子像素， 考慮到對準(zhǔn)問題，我們的光閥至少要有1544個(gè)狹縫。
實(shí)際加工出來的狹縫寬度為0.054 0.071毫米，驅(qū)動(dòng)電壓為8V時(shí)，基本滿足 要ITO膜是兩個(gè)梳子型，交叉排列，有效的減小ITO膜電阻太大時(shí)條紋對比度不 一致的現(xiàn)象。
當(dāng)液晶光閥根據(jù)控制信號把參考電壓加給第一電極8，并且把液晶光閥驅(qū)動(dòng) 電壓施加給第二電極9或第三電極10時(shí)，在液晶光閥2上即可顯示出明暗相間的 光柵屏障(光柵顯示條紋如圖5C所示)。背光板的光線透過光柵后形成明暗相間 的光源，使液晶屏3的顯示左右圖像的不同像素只能分別在一定的區(qū)域觀察到， 即左眼與右眼的兩幅影像被分別傳送到顯示器不同區(qū)域的像素區(qū)塊。使左眼只 會(huì)看到左眼影像，右眼也只會(huì)看到右眼影像，從而達(dá)到立體顯示效果(如圖6所 示)。
權(quán)利要求1. 一種自由立體顯示器，包括背光源(1)、液晶屏(3)，其特征在于位于所述的背光源(1)和液晶屏(3)之間設(shè)有通過液晶光閥驅(qū)動(dòng)器控制的液晶光閥(2)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的自由立體顯示器，其特征在于所述的液晶光閥 (2)包括設(shè)有透射具有第一偏振方向光的第一偏振片(4)，第一基板(5);設(shè)置在第一基板(5)上的第一電極(8);第二基板(7);設(shè)置在第二基板(7) 上面并在一個(gè)方向上延伸的第二電極(9);設(shè)置在第二基板(7)上面位于第二電極間隔中延伸的第三電極(10)以及設(shè)置在該第一基板(5)和第二基板(7) 間的液晶層(6)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的自由立體顯示器，其特征在于所述的液晶光閥驅(qū)動(dòng)器根據(jù)控制信號把參考電壓施加給第一電極(8)，并且根據(jù)2D/3D模式控制 信號把液晶光閥驅(qū)動(dòng)電壓施加給第二電極(9)和第三電極(10)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的自由立體顯示器，其特征在于所述的液晶屏(3) 的表面設(shè)有增效片。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種自由立體顯示器，包括背光源、液晶屏，其特征在于位于所述的背光源和液晶屏之間設(shè)有通過液晶光閥驅(qū)動(dòng)器控制的液晶光閥。利用特殊設(shè)計(jì)的液晶光閥，通過在液晶光閥電極上不施加或施加驅(qū)動(dòng)信號，來使得液晶光閥全透或產(chǎn)生黑白間隔條紋的光柵屏障，以此可以達(dá)到在2D與3D模式間切換的功能。該立體顯示器包括顯示屏，液晶光閥和液晶光閥驅(qū)動(dòng)器。液晶屏根據(jù)模式控制信號，可以分別顯示2D圖像和3D立體圖像。安裝在液晶屏后的液晶光閥，在二維模式下透射所有入射光，而在三維模式下形成光柵來分離左眼圖像和右眼圖像。該顯示器結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，立體效果好。
文檔編號G02F1/13GK201107472SQ20072003751
公開日2008年8月27日 申請日期2007年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月11日
發(fā)明者吳華夏, 濤 張, 張永生, 楊新軍, 忠 王, 戴 董 申請人:安徽華東光電技術(shù)研究所