專利名稱：液晶菲涅爾透鏡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種三維立體顯示技術(shù)領(lǐng)域的裝置，具體是一種用于三維自由立 體顯示的液晶菲涅爾透鏡。
背景技術(shù)：
隨著顯示技術(shù)的發(fā)展，人們對顯示的要求越來越高，希望越來越接近現(xiàn)實。三維顯 示技術(shù)應(yīng)運而生，一開始提出的三維顯示模型都需要人們配帶輔助的設(shè)備，如濾色技術(shù)所 需要的濾色眼鏡，分光技術(shù)所需要的偏振眼鏡，還有頭盔顯示所需要的頭盔等等。這些輔助 設(shè)備嚴重阻礙了相應(yīng)技術(shù)的應(yīng)用范圍，于是自由立體顯示技術(shù)成為研究的熱點。所謂自由立體顯示技術(shù)是指不需要借助其他輔助設(shè)備便能讓人體驗立體感受的 顯示技術(shù)。人眼之所以能得到立體感受主要是由于左右兩眼看物體時存在角度差別，對于 遠近不同的物體，人眼會有亮度的差別等等，由于這些差別構(gòu)成了立體感受。經(jīng)過文章和專利檢索，可以發(fā)現(xiàn)目前有如下的一些三維立體顯示技術(shù)。例如申請 號為200710048382. 5的發(fā)明專利“基于偏光視差條柵屏的三維自由立體顯示裝置”，其利 用偏振光柵器件，使不同的像素區(qū)域的光線以相互正交的偏振出射，通過合適的圖像編碼， 觀察者在佩戴偏振眼鏡后，就可以使視差圖像對分別進入左右眼，從而形成三維立體視覺。 又如申請?zhí)枮?00910047720. 2的發(fā)明專利“三維立體顯示裝置”，其利用柱面透鏡陣列對 光線的偏折作用，使不同子像素發(fā)出的光線在空間上產(chǎn)生分離，當人眼觀察時，左右眼就能 夠觀察到不同的子像素，通過適當?shù)膱D像編碼，就能使人眼觀察到視差圖像對，從而產(chǎn)生立 體視覺。通過分析現(xiàn)有的三維立體顯示技術(shù)，可以發(fā)現(xiàn)對于偏振光柵式立體三維顯示技 術(shù)，需要觀察者佩戴偏振眼睛，其會影響觀看的舒適度，而且當觀察者數(shù)目增多時，眼鏡的 數(shù)目也必須相應(yīng)增加；對于傳統(tǒng)的障柵式技術(shù)，由于障柵對屏幕的遮擋，其會大幅降低屏 幕亮度；透鏡式三維立體技術(shù)，其使視差圖像對在空間上分離，不需要觀察者佩戴眼鏡就可 以使觀察者產(chǎn)生立體視覺，能提高觀看舒適度，不會明顯降低畫面亮度，并適合多人同時觀 看，但是其在2D到3D的轉(zhuǎn)換上卻比較難以實現(xiàn)。近年來，隨著液晶的發(fā)展，人們利用液晶模擬透鏡實現(xiàn)了基于液晶透鏡的自由立 體顯示，這種技術(shù)通過控制電極驅(qū)動電壓的大小來控制液晶的偏轉(zhuǎn)方向，從而模擬固態(tài)透 鏡的折射率分布，它可以很好的實現(xiàn)二維與三維間的互相轉(zhuǎn)換，但是有些固態(tài)透鏡可能最 大折射率與最小折射率之間偏差比較大，而使得液晶的折射率差無法達到這么大，并且折 射率相差過大，有時候需要把液晶層厚度提高，從而降低其響應(yīng)速度，影響顯示效果，從而 限制這種技術(shù)的發(fā)展。本文中通過類似于將一整塊實體的固態(tài)透鏡切割成多個小塊，從而 其折射率差會降低，并且前后相鄰折射率差與普通液晶透鏡一樣，也就是即實現(xiàn)了模擬固 態(tài)透鏡的功能又是實現(xiàn)了即使普通液晶材料也可以用于這種二維三維可切換顯示裝置。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供一種液晶菲涅爾透鏡，通過控 制不同電極的電壓使得液晶模擬菲涅爾透鏡的面型，實現(xiàn)三維顯示且降低了液晶透鏡的液 晶層的厚度，縮短了響應(yīng)時間。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)，本發(fā)明包括平面顯示器和菲涅爾菲涅爾液晶 透鏡面板，其中平面顯示器將待顯示的三維圖像射入菲涅爾液晶透鏡面板，菲涅爾液晶透 鏡面板通過液晶偏轉(zhuǎn)顯示分別顯示三維圖像中的相鄰幀實現(xiàn)三維顯示。所述的菲涅爾菲涅爾液晶透鏡面板包括兩塊基板、透明電極、配向?qū)雍鸵壕樱?其中兩塊基板分別位于上下相對設(shè)置，若干透明電極設(shè)置于下基板的上表面和上基板的 下表面，配向?qū)雍鸵壕右来斡缮隙略O(shè)置于上基板和下基板的透明電極之間。所述的液晶層將一個液晶透鏡的折射率分布曲線分割為若干塊，使切割后的每一 塊的最低處保持在同一水平上，且使切割后的每塊透鏡的曲線形狀與切割前的相同。所述的液晶層上設(shè)有聚合物層，該聚合物層的具體厚度為3微米，寬度為4微米， 聚合物為絕緣玻璃材料，該聚合物層使得折射率分布更接近于菲涅爾透鏡的分布曲線，尤 其在菲涅爾透鏡下降的邊緣處，讓其下降的更快，更接近于理想的菲涅爾透鏡；所述的透明電極的排布方式為分層排列，具體為第一層的六個透明電極位于液 晶層下方1微米處，第二層的十六個透明電極位于液晶層下方1. 5微米處，第三層的八個透 明電極位于液晶層下方2微米處，第四層的六個透明電極位于液晶層下方6微米處。所述的平面顯示器可以是陰極射線管顯示器、等離子體顯示器或液晶顯示器等相對于一般的液晶透鏡三維顯示技術(shù)，本發(fā)明不僅包括一般液晶透鏡的所有屬 性，即能方便實現(xiàn)二維三維轉(zhuǎn)換，并且本發(fā)明應(yīng)用范圍廣泛，任何常規(guī)液晶都可以用于形成 菲涅爾液晶透鏡，并且菲涅爾液晶透鏡面板的厚度可以降低，縮短響應(yīng)時間。
圖1為本實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本實施例的透鏡設(shè)計示意圖。圖3為本實施例的信號電極分布圖。圖4為本實施例的軟件建模模型圖。圖5為本實施例經(jīng)仿真后的折射率分布圖。圖6為本實施例增加polymer wall后的軟件建模模型圖。圖7為本實施例增加polymer wall后的折射率分布圖。圖8為本實施例改變電極排列方式的軟件建模模型圖。圖9為本實施例改變電極排列方式后的折射率分布圖。
具體實施例方式下面對本發(fā)明的實施例作詳細說明，本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進行 實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施 例。本實施例中涉及的平面顯示器采用IXDIXD17”面板，分辨率為1929*1080，子像素尺寸為63. 75微米，透鏡寬度為286. 3微米。如圖1所示，為本實施例包括平面顯示器1和菲涅爾液晶透鏡面板2，其中平面 顯示器1將待顯示的三維圖像射入菲涅爾液晶透鏡面板2，菲涅爾液晶透鏡面板2通過液晶 偏轉(zhuǎn)顯示分別顯示三維圖像中的相鄰幀實現(xiàn)三維顯示。所述的菲涅爾菲涅爾液晶透鏡面板2包括兩塊基板3、4、公共電極6、液晶配向?qū)?7，11和液晶層5，信號透明電極9，偏振膜8以及由基層10。其中兩塊基板3、4分別位于 上下相對設(shè)置，信號透明電極9設(shè)置于下基板4的上表面和公共電極6設(shè)置于上基板3的 下表面，液晶配向?qū)?和液晶層5依次由上而下設(shè)置于上基板3和下基板4的電極之間。所述的液晶層5的厚度為30微米。本實施例中，使用的液晶材料的特性參數(shù)為 ne = 1. 805，no = 1. 524，kl = 13. 9，k2 = 8. 4，k3 = 24. 2。所述的液晶層5的兩端設(shè)有用于控制液晶厚度的隔離子12來控制，隔離子12為 直徑為30微米的硅小球，液晶層5內(nèi)的虛線為理想折射率分布的示意圖。所述的液晶層5將一個液晶透鏡的折射率分布曲線分割為若干塊，使切割后的每 一塊的最低處保持在同一水平上，且使切割后的每塊透鏡的曲線形狀與切割前的相同。如圖2所示，圖中標號為1的表示子像素，圖中的R，G，B分別表示紅，綠，藍三種子 像素，象素寬度為63. 75微米。圖中標號2的表示模擬的透鏡模型，雖然采用9視點透鏡模 型，但象素排列改變，使得一個透鏡的寬度接近4. 5個子像素寬度，這里為286. 3微米，使用 垂直的透鏡排列，傾斜的象素排列。如圖3所示，為本實施例的信號電極分布圖。由途中可以看出本實施例的信號透 明電極9為周期的條狀電極，18個透明電極為一個單元，構(gòu)成一個周期，由于透鏡是對稱 的，所以用18個透明電極半個透鏡的折射率分布即可。Vl到V18為不同的電信號，其被加 載到不同的相應(yīng)的透明電極上，形成電場分布，用以控制整個菲涅爾液晶透鏡面板的液晶 分子的偏轉(zhuǎn)方向，實現(xiàn)所需的折射率分布曲線。如圖4所示，為通過軟件建模得到的液晶菲涅爾透鏡面板結(jié)構(gòu)圖。如圖所示液晶 層6位于上基板3和下基板4之間。信號透明電極9位于下基板4之內(nèi)，用來模擬有機層 對電場的隔離作用。如圖5所示，為仿真得到的折射率分布圖，由于透鏡的對稱結(jié)構(gòu)，圖中只繪出了一 半的折射率分布狀況。圖中實現(xiàn)為理想菲涅爾透鏡的折射率分布，方狀點分布為仿真得 到的折射率分布，由圖可知兩個分布基本符合，在本實施例中的總共18個透明電極上的 電壓分別為 5. 95V, 3. 97V, 3. 17V, 2. 53V, 5. 94V, 4. 24V, 3. 52V, 3. 03V, 2. 60V, 5. 94V, 4. 69V, 4. 09V，3. 72V，3. 47V，3. 28V，3. 15V，3. 06V, 3. 02V。由此圖可以看出雖然得到的折射率分布 總體上的分布趨勢與理想的菲涅爾透鏡接近，但其高度無法達到理想的菲涅爾透鏡的高 度，這必然影響最后結(jié)果。本實施例的工作過程如下常規(guī)的平面顯示器提供需要顯示的三維視差圖像。菲 涅爾液晶透鏡面板內(nèi)通過控制上下兩層透明電極的電壓而達到控制液晶的偏轉(zhuǎn)角度的目 的，通過調(diào)整好電壓，可使，左眼視圖信號只進入左眼，右眼視圖信號只進入右眼，從而形成 立體感。針對方針結(jié)果可以看出最后的結(jié)果和理想中的結(jié)果有一定差距，為了盡量接近理 想狀態(tài)的曲線。在仿真的基礎(chǔ)上提出了以下兩種改進方法第一在液晶層內(nèi)加入絕緣塊狀玻璃材料，塊狀高為3微米，寬為4微米。如圖6所示，所述的液晶層5上設(shè)有聚合物層13，該聚合物層的厚度為3微米，寬 度為4微米，聚合物采用絕緣玻璃材料，該聚合物層使得折射率分布更接近于菲涅爾透鏡 的分布曲線，尤其在菲涅爾透鏡下降的邊緣處，讓其下降的更快，更接近于理想的菲涅爾透 鏡；如圖7所示，為增加絕緣玻璃材料后所得的折射率分布。從圖可知，所得結(jié)果比未 加絕緣玻璃材料的結(jié)果要好，因為其高度已經(jīng)接近理想菲涅爾透鏡的高度，而且總體分布 接近，不過頂層有一些毛刺，這個可以通過調(diào)整電極的電壓來消除，這個相對于未加絕緣玻 璃材料的菲涅爾透鏡效果顯然要好很多。實施例2如圖8所示，本實施例中的信號透明電極9的排布方式為分層排列，具體為第一 層的六個透明電極9位于液晶層5下方1微米處，第二層的十六個透明電極9位于液晶層 5下方1. 5微米處，第三層的八個透明電極9位于液晶層5下方2微米處，第四層的六個透 明電極9位于液晶層5下方6微米處。如圖9所示，為改變電極排列方式后所得的折射率分布。由圖中可以看出，透鏡高 度已經(jīng)接近于菲涅爾透鏡的高度，且其總體分布結(jié)構(gòu)與菲涅爾透鏡一致，故相對于普通菲 涅爾透鏡結(jié)構(gòu)，這種電極分布方式將會得到更好的效果。
權(quán)利要求
一種液晶菲涅爾透鏡，包括平面顯示器和菲涅爾菲涅爾液晶透鏡面板，其中平面顯示器將待顯示的三維圖像射入菲涅爾液晶透鏡面板，菲涅爾液晶透鏡面板通過液晶偏轉(zhuǎn)顯示分別顯示三維圖像中的相鄰幀實現(xiàn)三維顯示，其特征在于所述的菲涅爾菲涅爾液晶透鏡面板包括兩塊基板、透明電極、配向?qū)雍鸵壕?，其中兩塊基板分別位于上下相對設(shè)置，若干透明電極設(shè)置于下基板的上表面和上基板的下表面，配向?qū)雍鸵壕右来斡缮隙略O(shè)置于上基板和下基板的透明電極之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液晶菲涅爾透鏡，其特征是，所述的液晶層將一個固態(tài)透鏡 的折射率分布曲線分割為若干塊，使切割后的每一塊的最低處保持在同一水平上，且使切 割后的每塊透鏡的曲線形狀與切割前的相同。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液晶菲涅爾透鏡，其特征是，所述的液晶層上設(shè)有聚合物層， 該聚合物層的厚度為3微米，寬為4微米，所述聚合物為絕緣玻璃材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一所述的液晶菲涅爾透鏡，其特征是，所述的透明電極的排 布方式為分層排列，其中第一層的六個透明電極位于液晶層下方1微米處，第二層的十六 個透明電極位于液晶層下方1. 5微米處，第三層的八個透明電極位于液晶層下方2微米處， 第四層的六個透明電極位于液晶層下方6微米處。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液晶菲涅爾透鏡，其特征是，所述的平面顯示器可以是陰極 射線管顯示器、等離子體顯示器或液晶顯示器。
全文摘要
一種三維立體顯示技術(shù)領(lǐng)域的液晶菲涅爾透鏡，包括平面顯示器和菲涅爾菲涅爾液晶透鏡面板，其中平面顯示器將待顯示的三維圖像射入菲涅爾液晶透鏡面板，菲涅爾液晶透鏡面板通過液晶偏轉(zhuǎn)顯示分別顯示三維圖像中的相鄰幀，實現(xiàn)三維顯示。本發(fā)明通過控制不同電極的電壓使得液晶模擬菲涅爾透鏡的面型，實現(xiàn)三維顯示，且降低了液晶透鏡的液晶層的厚度，縮短了響應(yīng)時間。
文檔編號G02F1/133GK101950085SQ20101028395
公開日2011年1月19日 申請日期2010年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月17日
發(fā)明者孫雄飛, 朱吉亮, 歐陽世宏, 蘇翼凱, 陸建鋼 申請人:上海交通大學