2D与3D影像切换显示设备和柱状透镜元件制造技术

本发明专利技术提供了一种2D与3D影像切换显示设备和柱状透镜元件。显示设备包括影像显示器，影像显示器的屏幕包括复数个R、G、B三原色的次像素，用于显示2D影像和3D影像；以及DFD-PDLC柱状透镜阵列，包括复数个平行排列的DFD-PDLC柱状透镜元件，每个DFD-PDLC柱状透镜元件长轴的方向正交或斜交于影像显示器的屏幕，DFD-PDLC柱状透镜阵列安装在影像显示器的屏幕的前面，由外部驱动电压V(f)驱动改变DFD-PDLC柱状透镜元件的光学折射率，在影像显示器的屏幕上实现2D与3D影像切换显示，其中，f为外部驱动电压的驱动频率。由外部适当电压的驱动，以改变其光学折射率，可提供该2D影像与该3D影像的显示，达到2D与3D影像可切换显示的目的。

【技术实现步骤摘要】
2D与3D影像切换显示设备和柱状透镜元件
本专利技术涉及裸视3D影像显示
，更具体地，涉及一种2D与3D影像切换显示设备和DFD-PDLC柱状透镜元件。
技术介绍
如图1所示，为公知2D与3D影像切换显示设备的示意图。对于公知2D与3D影像切换显示设备(2Dand3DImageSwitchableDisplay)10，一般为是使用液晶视景分离元件12(LiquideCrystalViewSeparator)，并将其安装在液晶显示器11屏幕的前面。对于该观赏者13的观赏位置而言，将该液晶视景分离元件12，安装在该液晶显示器11屏幕前的安装方式，以下简称为前安装方式(FrontInstallationMethod)。另外，通过外部适当电气电压V的驱动，该液晶视景分离元件12可呈现透明的光穿透状态，以达2D影像显示的功效；或呈现视景分离的状态，以达3D影像显示的功效。一般，该液晶视景分离元件12，为可由液晶柱状透镜阵列元件(LiquidCrystalLenticularDevice)或液晶视差光栅元件(LiquidCrystalParallaxBarrierDevice)构成。由于本专利技术所述相关技术，属于液晶柱状透镜阵列元件的领域，以下只针对公知液晶柱状透镜阵列元件说明公知的技术。关于上述液晶柱状透镜阵列元件的技术，过去已提出的方法，主要可分为表面起浮法(SurfaceReliefMethod)、偏光启动法(PolarizationActivatedMethod)与图案电极法(Patterned-ElectrodeMethod)。如图2所示，为表面起浮型液晶柱状透镜阵列元件构成的示意图。该图所示的结构，由美国专利US6,069,650所揭露，请参阅该专利说明书中图3的说明。该表面起浮型液晶柱状透镜阵列元件(SurfaceReliefBasedLiquidCrystalLenticularDevice)50，由上至下依次由上透明基材51、上ITO电极52、平凹透镜数组53、复数个液晶分子54、下ITO电极55与下透明基材56构成。其中，该平凹透镜数组53，具有光学折射率np；该复数个液晶分子54，为可由向列型液晶(NematicLiquidCrystal)材料构成，具有双折射光学(BirefringentOptics)的特征，其寻常光折射率(OrdinaryRefractiveIndex)为no、异常光折射率(ExtraordinaryRefractiveIndex)为ne，且具有no＝np、ne>np的关系。该上、下ITO电极层52、55，为如公知的液晶个别装置有配向膜(AlignmentLayer)，为连接至电源V。另外，该液晶柱状透镜阵列元件50，为安装在液晶屏幕60的前面，该液晶屏幕60为可于其CF(ColorFilter)61上，显示2D或3D影像(图中未标示)；该2D或3D影像的光源，经过该液晶屏幕60最外层偏光片62的作用后，成为线性极化偏光的光源63，令其偏光方向为垂直于纸面。当无外加电场下，即V＝OFF，该向列型液晶分子的排列，具有光轴垂直于纸面的特征。对于入射光63而言，因其光偏振方向与液晶分子光轴平行，为感受到异常光折射率ne。另外，当该入射光63穿过该平凹透镜数组53时，因ne>np的故，该入射光63则感受到凸透镜的作用，因此上述的光学特性适用于呈现3D影像的显示。另外，在外加电场下，即V＝ON，该向列型液晶分子的排列，具有光轴平躺于纸面、并垂直于该上、下ITO电极层52、55的特征，即平行于电场的方向(图中未标示)。对于入射光63而言，因其光偏振方向与液晶分子光轴垂直，为感受到寻常no。另外，当该入射光63穿过该平凹透镜数组53时，因no＝np的故，该入射光63不受该平凹透镜数组53的影响，直接穿透该平凹透镜数组53，因此上述的光学特性适用于呈现2D影像的显示。综上所述，上述该液晶柱状透镜阵列元件50，为具有可电压调变光学折射率(ElectricFieldModulatedRefractiveIndex)的特征，由外部电压的控制，以改变液晶分子排列的方向，从而达到该改变液晶分子的折射率，对于具线性极化偏光的入射光，提供光穿透或透镜的作用，最终达到2D与3D影像可切换显示的目的。如图3所示，为偏光启动型液晶柱状透镜阵列元件构成的示意图。该图所示的结构，由美国专利：US7,058,252B2所揭露，请参阅该专利说明书中图32a的说明。另外，更具体的说明与图示，可参考美国专利：US8,279,363B2说明书中图6的说明。该偏光启动型液晶柱状透镜阵列元件(PolarizationActivationBasedLiquidCrystalLenticularDevice)190，由电极基材元件180、两透明电极178、可90度旋转偏光元件176、双折射透镜(BirefringentLens)138、等向性材料(IsotropicMaterial)134与透镜基材元件132构成。另外，其他图示的结构，为公知液晶显示器200，由背光源60、偏光元件64、LCDTFT基材66、LCD画素元件67、LCDTFT基材80与偏光元件184构成。其中，该两透明电极178，为个别安装在该电极基材元件180与该透镜基材元件132的上，与该可90度旋转偏光元件176构成电气式偏光方向切换元件(ElectricallySwitchablePolarizer)191，通过外部适当电压对该两透明电极178的驱动(图中未标示)，该可90度旋转偏光元件176，可将具线性偏极化入射光的偏光方向，做90度的旋转或维持原偏光方向。另外，该双折射透镜138，为具有液晶柱状透镜阵列元件的结构，并由双折射材料构成，该双折射材料具有寻常光折射率(OrdinaryRefractiveIndex)no与非常光折射率(ExtraordinaryRefractiveIndex)ne，并令该寻常光折射率no，为等于该等向性材料134的光折射率n1，即n1＝no。当显示2D影像时，由该偏光元件184所输出的影像光源(图中未标示)，为具有线性偏光的特性、并入射于电气式偏光方向切换元件191，对于该入射光源，该电气式偏光方向切换元件191，为维持该入射光的偏光方向，使该偏光方向系与双折射透镜138光轴方向，为呈垂直的状态，因此该入射光为穿越具寻常光折射率no的双折射透镜138。因该等向性材料134光折射率n1，具有n1＝no，因此该双折射透镜138失去透镜的功效。另外，当显示3D影像时，由该偏光元件184所输出的影像光源(图中未标示)，为具有线性偏光的特性、并入射于电气式偏光方向切换元件191，对于该入射光源，该电气式偏光方向切换元件191，为对该入射光的偏光方向旋转90度，使该偏光方向系与双折射透镜138光轴方向，为呈平行的状态，因此该入射光为穿越具非常光折射率ne的双折射透镜138。因该等向性材料134光折射率n1，具有n1≠ne，因此该双折射透镜138产生透镜的功效。如图4所示，为电极启动型液晶柱状透镜阵列元件构成的示意图。该结构由美国专利：US8,330,881B2所揭露，请参阅该专利说明书中图12a的说本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种2D与3D影像切换显示设备，其特征在于，包括：影像显示器，所述影像显示器的屏幕包括复数个R、G、B三原色的次像素，用于显示2D影像和3D影像；以及DFD‑PDLC柱状透镜阵列，包括复数个平行排列的DFD‑PDLC柱状透镜元件，每个所述DFD‑PDLC柱状透镜元件长轴的方向正交或斜交于所述影像显示器的屏幕，所述DFD‑PDLC柱状透镜阵列安装在所述影像显示器的屏幕的前面，由外部驱动电压V(f)驱动改变所述DFD‑PDLC柱状透镜元件的光学折射率，在所述影像显示器的屏幕上实现2D与3D影像切换显示，其中，f为所述外部驱动电压的驱动频率。

【技术特征摘要】
1.一种2D与3D影像切换显示设备，其特征在于，包括：影像显示器，所述影像显示器的屏幕包括复数个R、G、B三原色的次像素，用于显示2D影像和3D影像；以及DFD-PDLC柱状透镜阵列，包括复数个平行排列的DFD-PDLC柱状透镜元件，每个所述DFD-PDLC柱状透镜元件长轴的方向正交或斜交于所述影像显示器的屏幕，所述DFD-PDLC柱状透镜阵列安装在所述影像显示器的屏幕的前面，由外部驱动电压V(f)驱动改变所述DFD-PDLC柱状透镜元件的光学折射率，在所述影像显示器的屏幕上实现2D与3D影像切换显示，其中，f为所述外部驱动电压的驱动频率，其中，每个所述DFD-PDLC柱状透镜元件自上到下包括上透明基材、上ITO电极层、聚合物平凸透镜、PDLC平凹透镜、下ITO电极层和下透明基材，所述PDLC平凹透镜，由复数个液晶微滴与聚合物材料构成，具有光学折射率np，所述复数个液晶微滴均匀分布于所述聚合物材料的内部；所述复数个液晶微滴与所述聚合物材料通过涂布工艺填充于所述PDLC平凹透镜的内部，所述液晶微滴，由复数个杆状的液晶分子构成，所述液晶分子具有寻常光折射率为n⊥、异常光折射率n∥、长轴介电常数ε∥与短轴介电常数ε⊥，其中，n⊥与n∥具有n∥>n⊥的关系、且n∥与np具有n∥＝np的关系；ε∥与ε⊥，则具有以下的关系：当f＝fL<fc时，Δε>0；当f＝fH>fc时，Δε<0；当f＝fc时，Δε＝0；其中，f为所述外部驱动电压V(f)的驱动频率、fL为定向排列频率、fH为均向排列频率、fc为交叉频率、Δε＝ε∥-ε⊥；当f＝fL<fc时，即Δε>0，所述外部驱动电压所产生的电场旋转所述液晶分子空间排列的方向，使所述液晶分子的长轴沿电场的方向排列；当f＝fH>fc时，即Δε<0，所述外部驱动电压所产生的电场使所述液晶分子的短轴沿电场的方向排列；当f＝fc时，即Δε＝0，所述外部驱动电压所产生的电场失去对所述液晶分子旋转的作用。2.根据权利要求1所述的2D与3D影像切换显示设备，其特征在于，所述影像显示器选自液晶显示器、等离子显示器、OLED显示器和LED显示器，所述影像显示器的屏幕的次像素的排列方式选自垂直条状排列、马赛克排列、三角状排列与Pentile排列。3.根据权利要求1所述的2D与3D影像切换显示设备，其特征在于，所述上透明基材、所述下透明基材采用的材料是透明玻璃或PET材料。4.根据权利要求1所述的2D与3D影像切换显示设备，其特征在于，所述上ITO电极层和所述下ITO电极层，为透明的电极层，安装在相应的透明基材的内侧面上，与所述外部驱动电压V(f)连接，通过所述外部驱动电压V(f)产生电场。5.根据权利要求1所述的2D与3D影像切换显示设备，其特征在于，所述聚合物平凸透镜，由聚合物材料构成，具有光学折射率np，所述聚合物平凸透镜的凸面为圆弧面，通过模具压印成型与卷对卷紫外线固化工序制作出所述聚合物平凸透镜的光学结构。6.根据权利要求1所述的2D与3D影像切换显示设备，其特征在于，所述液晶微滴的大小大于可见光的波长。7.根据权利要求1所述的2D与3D影像切换显示设备，其特征在于，所述液晶微滴的大小小于可见光的波长。8.根据权利要求1所述的2D与3D影像切换显示设备，其特征在于，对于定向排列频率fH，所述外部驱动电压V(f＝fH)具有预定大小的振幅、且以频率f＝fH来驱动所述液晶分子时，所述液晶分子的长轴沿Z轴方向排列，对于具Z轴方向偏极化的入射光，所述液晶微滴中所述液晶分子的有效光学折射率具有neff＝n∥＝nP的关系，所述DFD-PDLC柱状透镜元件呈现光穿透的特性。9.根据权利要求1所述的2D与3D影像切换显示设备，其特征在于，对于定向排列频率fL，所述外部驱动电压V(f＝fL)具有预定大小的振幅、且以频率...

【专利技术属性】
技术研发人员：林明彦，
申请(专利权)人：张家港康得新光电材料有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32