一种2D/3D可切换立体显示装置

摘要

本发明公开了一种2D/3D可切换立体显示装置，该装置不仅包括显示面板和2D/3D切换装置，还包括设置于所述显示面板和所述2D/3D切换装置之间的、散射率可调节的聚合体散布型液晶PDLC装置。其中，所述PDLC盒，用于在需要显示二维图像时，增大对入射光线的散射程度直至莫尔条纹不可分辨，以及在需要显示三维图像时，由于显示面板和2D/3D切换装置间的莫尔干涉会适当减小，则相对于二维显示模式，适当降低散射率。本发明提供的上述2D/3D可切换立体显示装置中，由于PDLC装置可以对显示面板的出射光进行散射，因此可消除所述显示面板和所述2D/3D切换装置之间可能相互干涉产生的莫尔条纹。

权利要求

1、一种2D/3D可切换立体显示装置，包括：顺序放置的显示面板(71)、散射率可调节的聚合体散布型液晶PDLC盒(72)和用于切换二维和三维显示的2D/3D切换装置(73)；其中，所述2D/3D切换装置(73)包括用双折射材料做成的柱透镜光栅(75)、表面为平面的基板(76)以及填充在柱透镜光栅(75)和基板(76)之间的扭曲液晶(78)，且柱透镜光栅(75)和基板(76)的相对面上均覆有导电膜；其特征在于， 所述PDLC盒，用于在需要显示二维图像时，增大对入射光线的散射程度直至莫尔条纹不可分辨，以及在需要显示三维图像时，由于显示面板(71)和2D/3D切换装置(73)间的莫尔干涉会适当减小，则相对于二维显示模式，适当降低散射率。

说明书

一种2D/3D可切换立体显示装置

技术领域

本发明涉及立体显示领域，尤其涉及一种2D/3D可切换立体显示装置。 背景技术
随着显示技术的发展，2D/3D可切换立体显示装置成为立体显示领域的 一个新的研究方向。相对于只具有单一立体显示功能的立体显示装置， 2D/3D可切换立体显示装置可以使用户自由选择采用二维显示模式或三维 显示模式进行观看，因此，该种显示装置具有更大的实用价值。
图1所示为现有的2D/3D可切换立体显示装置的简要结构示意图，该 装置主要包括显示面板11和2D/3D切换装置12。其中，较为常见的2D/3D 可切换立体显示装置中的显示面板的出射光为线偏振光，如所述显示面板 11可以是出射光为线偏振光的液晶显示器（Liquid crystal display, LCD), 或者是出射光为非性线偏振光的显示器和置于该显示器显示平面之前的起 偏器的组合等光学组合装置，例如所述显示面板11为阴级射线管（Crystal Ray Tube, CRT)显示器和一块置于CRT显示器的显示平面之前的起偏器 的组合。所述2D/3D切换装置12为具有2D工作模式和3D工作模式的光学 装置，显示面板11的出射光入射至2D/3D切换装置12后，若该2D/3D切 换装置12处于2D工作模式，则直接透射光，使观看者看到二维图像，而 当2D/3D切换装置12处于3D工作模式时，2D/3D切换装置12改变入射光 的光学特性，并向观看者的左眼和右眼分别提供具有视差的左眼图像和右眼 图像，因此观看者能看到立体图像。
现有的一种2D/3D切换装置主要包括偏振光转换装置和透镜组件两大 部分，例如CN101114055中所公开的装置。偏振光转换装置主要由两块表 面设置有配向膜的基板及其间充满的扭曲液晶构成，目前主流的扭曲液晶盒 具有薄膜晶体管（Thin Film Transistor, TFT)矩阵结构。由于2D/3D可切换立体显示装置已是公知的技术，因此此处不再详述该种装置的工作原理。
显而易见，当2D/3D可切换立体显示装置工作时，偏振光转换装置中的TFT 矩阵结构会与显示面板的二维象素平面结构相互干涉而产生莫尔条紋；或 者，透镜组件中的一些透镜阵列的二维栅格结构也会与显示面板的二维象素 平面结构相互千涉产生莫尔条紋。莫尔条紋会影响立体显示器显示的细腻规 则的画面（如带有方格的领带）的显示质量，使画面上出现例如黑白或彩虹 条紋等等干扰因素，从而模糊原画面，令观看者感觉不适。
为解决莫尔条紋对立体显示装置的影响，现有技术中提供了一种在显示 面板和2D/3D切换装置间设置扩散片的方法，由于设置的扩散片能对显示面 板的二维象素平面的出射光线进行扩散，从而可以减轻显示面板的二维象素 平面结构和2D/3D切换装置中的偏振光转换装置或透镜组件的结构之间可 能相互千涉产生的莫尔条紋。当2D/3D可切换立体显示装置处于三维显示 模式时，由于2D/3D切换装置在成像面上所成的新像素点距要大于原显示 面板的二维象素平面上的子像素的点距，因此在三维显示模式下，上述添加
扩散片消除莫尔条紋的方法不会明显影响该立体装置所成的立体像效果。但 是，当2D/3D可切换立体显示装置处于二维显示模式时，显示面板的二维
部分子像素发出的光线不能完全、清晰地通过2D/3D切换装置透射至人的 眼睛，导致该2D/3D可切换立体显示装置显示模糊。此外，如果显示面板 的二维象素平面上的像素点距越小，各像素发出的光线经扩散片散射后能进
入眼睛的光线就越少，因此随着显示面板的分辨率的提高，用于减轻莫尔条 紋而设置的扩散片对该种立体显示装置的二维显示效果的影响就越严重。
可见，上述添加散射率固定的扩散片以减轻2D/3D可切换立体显示装 置中可能生成的莫尔条紋的方案是以牺牲该装置的二维显示清晰度为代价 的。因此，需要一种散射程度可以根据需要调节的动态扩散片，以消除2D/3D 可切换立体显示装置中的莫尔条紋，且不影响该装置的显示效果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无明显莫尔紋的2D/3D可切换立体显示装
4置，该装置结构简单、操作灵活。本发明提供的一种2D/3D可切换立体显示装置，包括：顺序放置的显 示面板、散射率可调节的聚合体散布型液晶PDLC盒和用于切换二维和三维 显示的2D/3D切换装置；其中，所述2D/3D切换装置包括用双折射材料做 成的柱透镜光4册、表面为平面的基板以及填充在柱透镜光栅和基板之间的扭 曲液晶，且柱透镜光栅和基板的相对面上均覆有导电膜；所述PDLC盒，用于在需要显示二维图像时，增大对入射光线的散射程 度直至莫尔条纹不可分辨，以及在需要显示三维图像时，由于显示面板和 2D/3D切换装置间的莫尔干涉会适当减小，则相对于二维显示模式，适当降 低散射率。本发明提供的上述方案中，在显示面板和2D/3D切换装置之间设置了 散射率可调节的PDLC材料，因此，该PDLC材料可对所述显示面板的二维 像素平面的出射光进行部分散射，从而消除所述2D/3D可切换立体显示装 置中由于显示面板的二维像素平面结构与2D/3D切换装置中的扭曲液晶或 透镜阵列的结构之间千涉产生的莫尔条紋。相对于现有技术，上述采用可电 控的PDLC材料消除莫尔条紋的2D/3D可切换立体显示装置具有以下优点：1、 由于PDLC材料拆装方便，使得2D/3D可切换立体显示装置的结构 更为筒单，操作灵活、维护方便；2、 PDLC材料的散射度可以调节，因此设置的PDLC材料不会对2D/3D 可切换立体显示装置显示的二维图像产生较大影响，相对于现有技术，可以 降低和明显消除莫尔条紋。附图说明图1为现有的一种2D/3D可切换立体显示装置的简要结构示意图；图2为一种PDLC中的液晶微滴的光轴结构示意图；图3A为没有外加电场的PDLC盒的结构示意图；图3B为施加了外加电场的PDLC盒的结构示意图；图4为本发明实施例提供的一种2D/3D可切换立体显示装置；图5为本发明实施例1提供的一种2D/3D可切换立体显示装置的详细结构示意图；图6A为图5所示的2D/3D可切换立体显示装置处于二维显示模式时的 光路图；图6B为图5所示的2D/3D可切换立体显示装置处于三维显示模式时的 其中一种状态光路图；图7为本发明实施例2提供的一种2D/3D可切换立体显示装置的详细 结构示意图。具体实施方式众所周知，将液晶微滴与聚合物混合后，夹在两层镀有ITO的聚酯塑料 膜之间，便构成聚合体散布型液晶（Polymer dispersed liquid crystal, PDLC) 盒，由于PDLC盒具有电控散射特性，因此本发明釆用电控PDLC盒来消除 2D/3D可切换立体显示装置中可能产生的莫尔条紋。以下结合PDLC的基本原理，具体说明本发明实施例。 图2所示为PDLC中的液晶微滴的光轴结构示意图，图中的"。、〜分別 表示液晶微滴中的寻常光折射率和非寻常光折射率，箭头《表示该液晶微滴 的指向矢量方向。若〜与"的夹角为e,则该液晶微滴的有效折射率〜为： 〜="。〜""，sin2 <9 + "， cos2 (9)1/2 ="。〜-《)sin2 <9 + "L2]1/2 (1)当液晶微滴的折射率有效折射率〜与聚合物折射率〜不相等时，入射光线会在微滴与聚合物分界面上产生散射，使透过PDLC膜的光强减弱，即光 的透射率减小。图3A所示为PDLC盒在没有外加电场时的结构示意图，如图3A中所 示，将聚合物31和液晶32的混合物夹在具有透明电极33的基板34和具有 透明电极35的基板36之间。其中，图中液晶微滴中的直线表示该液晶微滴 的指向矢量方向，图中的"。、&、〜与上述&、〜、〜含义一致，且取《„=〜。 当PDLC盒的两侧电极上的外加电压为零时，各液晶微滴的光轴方向在 PDLC盒中随机分布，部分液晶微滴与聚合物之间出现折射率失配情况(即此 时液晶微滴的有效折射率〜,因此入射光在这些液晶微滴的表面散射， 此时PDLC盒具有一个最小透过率（最小透过率为零或非零的某一个值，如 透过率为20% )。图3B为施加了外加电场的PDLC盒结构示意图。如图3B所示，对该 PDLC盒的基板34和基板36的透明电极上施加电压，则液晶微滴中的液晶 分子受电场转矩作用旋转光轴。设外加电压值为V,则：当0〜；而当所加电压V达到该PDLC中的液晶的阔值电压时，各液 晶微滴中液晶分子的非寻常光轴和指向矢量都将沿着电场方向，此时可见光 通过液晶微滴的有效折射率〜3 =〜，即PDLC盒内的液晶微滴的有效折射率 与聚合物的折射率相同，入射光可以无散射地直接通过该PDLC盒，此时该 PDLC盒具有一个最大透过率，呈透明态。由上可见，PDLC材料对可见光的散射程度会随施加在PDLC材料上的 电场的变化而变化，即PDLC盒的散射率为当前PDLC盒的两侧电极上的外 加电压值的函数，因此，本发明实施例提供一种2D/3D可切换立体显示装 置，如图4所示，该2D/3D可切换立体显示装置包括：显示面板11、 PDLC 盒41、电压控制单元42以及2D/3D切换装置12。其中，显示面板11为现有的任一种可以通过光调制而显示图像的装置， 该装置将出射光随后入射至所述PDLC盒41。 一般情况下，显示面板ll是 出射光为线偏振光的LCD显示器（如TFT显示面板）。当显示面板ll的 出射光为非线性偏振光时，可以在出射光为非线性偏振光的显示面板11和 PDLC盒41之间设置一起偏器，或者，在PDLC盒41和2D/3D切换装置 12之间需要设置一起偏器，即：显示面板11出射的非线性偏振光先通过 PDLC盒41，再通过起偏器，以保证2D/3D切换装置的入射光为线偏振光。 所述出射光为非线性偏振光的显示面板11可以为：LCD显示器、CRT显示 器、等离子显示面板（Plasma Display Panel, PDP )、有机发光二极管显示 器(Organic Light Emitting Display, OLED )、场发射显示器(Field Emission Display, FED)中的一种。2D/3D切换装置12为现有的任一种对入射线偏振光表现为2D和3D两 个可切换工作才莫式的装置。例如，该单元可以为CN101114055中所公开的 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的组7合装置，其中，偏振光转换装置可以是一块具有TFT矩阵结构的扭曲液晶 面板。或者，2D/3D切换装置12还可以为能够实现2D和3D两个可切换工 作模式的单折射率透镜和可电控的双折射率透镜的透镜组合装置。电压控制单元42为输出电压幅值可以调控的电压输出装置。电压控制 单元42的两个电压输出端口分别与PDLC盒41的两侧基板上的透明电极电 连接，且电压控制单元42通过所述电压输出端口向PDLC盒41的两侧基板 上的透明电极输出各种幅值的外加电压，即向PDLC盒41中的PDLC材料 提供可变电场。以下为描述方便，以出射光为线偏振光的显示面板11为例具体说明本 发明实施例。图4所示装置中，通过调节电压控制单元42的输出电压以使PDLC盒 41中的PDLC材料在外加电场作用下获得适当的散射率，从而避免当2D/3D 可切换立体显示装置要显示二维图像时，PDLC盒41对显示面板11出射的 像素光的过度散射，相对于现有技术，能够有效提高2D/3D可切换立体显 示装置显示的二维图像的亮度和清晰度。若去掉PDLC盒41后，2D/3D可 切换立体显示装置处于三维显示模式时莫尔条紋比较明显，则需要使图4中 的电压控制单元42的输出电压始终低于PDLC盒41的阈值电压，才能保证 PDLC盒41在散射状态下破坏该显示面板11的二维象素平面结构与2D/3D 切换装置12中的扭曲液晶面板的结构共同作用生成的莫尔条紋。若去掉 PDLC盒41后，2D/3D可切换立体显示装置处于三维显示模式时没有莫尔 条紋或莫尔条紋不可分辨，则当图4中的2D/3D可切换立体显示装置需要 显示三维图像时，可以使电压控制单元42的输出电压高于该PDLC盒41对 应的阈值电压，此时PDLC盒处于透明状态，该2D/3D可切换立体显示装 置的显示亮度得以提高。实施例1 图5所示为本发明实施例1提供的一种2D/3D可切换立体 显示装置的详细结构示意图。如图5中所示，2D/3D可切换立体显示装置包 括：提供二维图像的显示面板51,由电压控制单元54控制散射度的PDLC 盒以及2D/3D切换装置。所述PDLC盒由两片携带透明电极的基板53a、 53b以及封装在53a和 53b之间的PDLC材料52构成。两基板53a、 53b上的透明电极（未画出）分别与所述电压控制单元54的电压输出端A、 B电连接。所述2D/3D切换装置具体包括：负责在2D情况下将由PDLC盒提供的 线偏振光线振动方向旋转卯度、在3D情况下不改变由PDLC盒提供的线 偏振光线振动方向的偏振光转换装置，以及由单折射率透镜和双折射率透镜 构成的透镜组件。所述偏振光转换装置结构与一般TN型液晶盒相似，由两 片ITO玻璃55a、 55b,取向层56a、 56b，以及封装在取向层56a、 56b内部 的向列相液晶57构成，向列液晶57具有TFT矩阵结构；电压源通过电极 511a和511b连接到ITO玻璃55a、 55b上，两取向层分子取向垂直九十度。 所述透镜组件的结构由单折射率凸透镜58,双折射率凹透镜59以及玻璃基 板510组成。其中，在单折射率凸透镜58和双折射率凹透镜59的交界面上 需要经过取向处理，图5中56c为示意性的取向层。对于该2D/3D切换装置 的2D、 3D切换工作原理，具体可参看公开号为CN101114055的在先申请， 在此不再详述。此外，除图5所画的2D/3D切换装置，本实施例中所述的 2D/3D切换装置还可包括CN101114055中公开的其余形式的2D/3D切换装 置以及现有技术中其它能实现2D/3D切换的装置。图6A为图5所示的2D/3D可切换立体显示装置处于二维显示模式时的 光路图。其中，2D/3D切换装置中的电极511a和511b之间无电压输入，即 2D/3D切换装置处于2D工作模式（该2D/3D切换装置的工作原理请参看公 开文件CN101114055 )，则调节电压控制单元54的输出电压以使PDLC盒 处于散射状态，直至该2D/3D可切换立体显示装置产生的莫尔条紋不可分 辨，即可获得较好的二维图像显示效果。当图5所示的2D/3D切换装置中的向列相液晶57的两侧极板上的电极 被施加电压时，2D/3D切换装置转为3D工作模式，再次调节电压控制单元 54的输出电压使PDLC盒获取适当的散射率（也可以使散射率最小）以消 除莫尔条紋，如图6B所示即为PDLC盒完全处于透明状态时2D/3D可切换 立体显示装置的光路图，此时该2D/3D可切换立体显示装置具有较高的亮 度和清晰度。实施例2 图7所示为本发明实施例2提供的一种2D/3D可切换立体 显示装置的详细结构示意图。如图7中所示，该2D/3D可切换立体显示装置包括：显示面板71、散9射率可调节的PDLC盒72和2D/3D切换装置73。其中，2D/3D切换装置 73具体包括： 一个用双折射材料做成的柱透镜光栅75, —块表面为平面的 基板76,以及填充在柱透镜光栅75和基板76之间的扭曲液晶78。其中， 柱透镜光栅75面对PDLC盒72的出射面的一面为平面，该平面的对立面为 平行排列有多个半圆柱形透镜的凸（或凹）面，各圆柱面的母线与二维像素 矩阵平面22的列平行；基板76由各向同性材料，如：玻璃、塑料等制成。 柱透镜光栅75和基板76的相对面上均覆有导电膜（未画出），两块导电膜 上均涂布有取向膜77，且两块取向膜的取向方向相互垂直。由于2D和3D 切换显示技术已是公知技术，因此不再详述图7所示的2D/3D切换装置的 工作原理。类似于实施例l,图7所示2D/3D可切换立体显示装置中，可以通过调 节一个电压控制单元74的输出电压来动态调节PDLC盒72的散射率。即在 需要显示二维图像时，增大PDLC盒对入射光线的散射程度直至莫尔条紋不 可分辨；当需要显示三维图像时，由于显示面板71和2D/3D切换装置73 间的莫尔干涉会适当减小，则相对于二维显示模式，此时可以适当降低 PDLC盒72的散射率，这样可以在不产生莫尔条紋的前提下提高该2D/3D 可切换立体显示装置显示的三维图象的质量。上述实施例仅是示范性的，本发明的原理同样适用于其它具有类似结构 的2D/3D可切换立体显示装置。例如：对于在光前进方向上设置了多层TFT 面板的2D/3D切换装置而言，由于每两块相邻的TFT面板之间会相互影响 产生莫尔条紋，因此也可以采用本发明的原理，在每两块相邻的TFT面板 之间设置散射率可调的PDLC盒，以消除该2D/3D切换装置可能产生的莫 尔条紋。通过本发明实施例提供的上述方案，可以有效地消除2D/3D可切换立 体显示装置的成像面上的莫尔条纹。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。