專利名稱：一種立體顯示器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種顯示器，特別涉及一種實現(xiàn)2D-3D可轉(zhuǎn)換且具有動態(tài)調(diào)整功能的立體顯示器。
背景技術(shù)：
人的雙眼在水平方向上的間距大約為65mm，因此在觀察同一物體時，將會存在兩個稍有不同的視角，由于光學(xué)的投影，距離觀察者不同的像點落在左右眼視網(wǎng)膜相應(yīng)的不同位置上，這種雙眼視網(wǎng)膜上的水平位差被稱為雙目視差，通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的融合在人腦中形成立體視覺。目前，大部分的立體顯示系統(tǒng)都是依據(jù)雙目感知立體信息的機理來獲取立體視覺。早期的立體顯示器都需要佩戴特定的眼睛才能觀看，雖然可以獲得立體視覺，但是佩戴眼睛阻礙了人的自然視覺感受。不需要借助輔助工具觀看三維立體影響的技術(shù)滿足了人們追求裸眼觀看3D效果的需求，目前主流的技術(shù)包括基于視差的自動立體顯示、全息顯示和體積顯示?；陔p目視差原理成像的裸眼立體顯示有雙液晶物鏡顯示、反射顯示、菲涅爾透鏡、狹縫式視差光柵和柱面透鏡等分光方法。而目前主流的方法有兩種，即狹縫式視差光柵式(如圖1所示)和微柱面透鏡陣列式(如圖2所示)顯示器。前者使用一系列簡單的垂線來阻擋從被選擇的組成像素發(fā)出的光線到達用戶的眼睛。通過仔細選擇屏障形狀，可以調(diào)節(jié)觀看窗口的位置和角度。視差屏障的主要缺點是屏障將分別進入左右兩眼的光線各阻擋了二分之一，故不可避免地造成顯示亮度的損失。而為了彌補這一損失，顯示器背光單元則必須將其功率至少提升至原來的兩倍，這也帶來了功率、散熱和成本等一系列的問題。不僅如此，狹縫式視差光柵立體顯示器的顯示面板中的金屬配線的延伸方向會和光柵狹縫的方向重合，會造成疊紋效應(yīng)，即觀看者會觀察到屏幕上明暗的紋路，嚴重影響著觀賞效果。而后者，微柱面透鏡式立體顯示器，則不存在上述問題，這一技術(shù)利用柱面透鏡將兩側(cè)子像素發(fā)出的光線分別偏折向不同方向來實現(xiàn)雙眼視差。圖3所示為微柱面透鏡陣列。圖4為陣列中的一個透鏡單元，其主要的四個參數(shù)包括長度、厚度、曲率半徑和柵距。每個柱面透鏡單元的光柵板平面為焦平面，因此焦平面上的任意一點都可以經(jīng)過柱面透鏡折射為平行光。其折射光路如圖5所示，對于y=0點，經(jīng)柱面透鏡后形成一束與光軸平行的細光束，傳輸方向角為0°。對于y興0的任意一點，其傳輸方向角為
α — tan"1 (^j在這一過程中，光強幾乎沒有損失，也不存在疊紋效應(yīng)的困擾，因
此這一類型的立體顯示器非常適合低功耗，薄厚度的發(fā)展趨勢。然而，基于傳統(tǒng)技術(shù)的微柱面透鏡式立體顯示器也存在著一些問題。首先是加工難度大以長寬比16:10的19寸液晶顯示器面板為例，其實際橫向長度為408. 24毫米，橫向像素共排1440列，即每列僅0. 2835毫米寬。如果采用傳統(tǒng)透鏡的制作方法，如采用光學(xué)玻璃或樹脂材料，則在如此窄小的半徑上高精度地塑形，其對工藝和設(shè)備的要求是非常高的。其次，微透鏡必須與每列像素精確匹配對準，微小的誤差都會造成相鄰像素間的嚴重串擾，這就對成品率造成了很大的影響。最重要的是透鏡材料一旦固化，則其焦距就被固定不能改變和調(diào)整，而無法實現(xiàn)調(diào)焦功能。這樣的立體顯示器不能進行視角的動態(tài)調(diào)整，也沒有 2D-3D模式轉(zhuǎn)換功能。上述的這些成本和功能性方面的問題都不可避免地弱化了微柱面透鏡式立體顯示器的優(yōu)勢。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是針對現(xiàn)在立體顯示器存在的問題，提出了一種立體顯示器，基于電控可變焦透鏡技術(shù)，其工作模式可在2D與3D間轉(zhuǎn)換并可以根據(jù)使用者所在方位進行動態(tài)跟蹤調(diào)整，兼容現(xiàn)有的液晶面板制造技術(shù)，工藝簡單，成本低廉。本發(fā)明的技術(shù)方案為一種立體顯示器，由下至上依次包括背光模塊、灰度控制模塊、像素控制模塊、模式及動態(tài)跟蹤控制模塊，灰度控制模塊緊貼于背光模塊，以使透過該模塊的光線具有較高準直度，灰度控制模塊由內(nèi)側(cè)鍍有ITO透明導(dǎo)電層的上、下玻璃基板和夾在其間的液晶材料組成；像素控制模塊由透明導(dǎo)電膜，彩色濾波器和玻璃基板組成； 所述模式及動態(tài)跟蹤控制模塊由透明導(dǎo)電膜，全息聚合物分散液晶盒與玻璃基板組成，在上玻璃基板的內(nèi)側(cè)，面向下玻璃基板的一側(cè)有沿像素分割線縱向和橫向垂直布置的兩列線形透明電極，兩組電極交叉位置相互絕緣，下玻璃基板內(nèi)側(cè)，面向上玻璃基板側(cè)為透明導(dǎo)電膜，全息聚合物分散液晶盒位于上下玻璃基板之間；所述像素控制模塊中的彩色濾波器為 RGB三色單元陣列組成的濾波片，RGB三色單元以形如圓心角30°的扇形為單位依次排列， 即一個完整的像素單元三個扇形RGB子像素組成1/4圓形結(jié)構(gòu)，每4像素單元，12個子像素單元交錯排列構(gòu)成一個完整的圓形結(jié)構(gòu)。所述全息聚合物分散液晶盒，通過響應(yīng)于施加在線形透明電極和透明導(dǎo)電膜間的電壓改變自身折射率分布起伏程度，進而在控制電壓方向上形成對可見光的透鏡效果，其配制流程為第一步將液晶材料、聚合物單體、適量的交聯(lián)劑、活化劑和引發(fā)劑按照一定比例，在遮光條件下混合加熱到60 70°C，使其處于各向同性的狀態(tài)；第二步在充分攪拌并用超聲波乳化使其均勻混合從而制備出聚合物分散液晶預(yù)聚物混合材料；第三步將光致固化預(yù)聚物和液晶材料組成的混合物注入液晶盒中，將預(yù)留的材料注入口封住，并把液晶盒放在的514nm的Ar +均勻高斯光場下曝光，曝光功率為10 — 12mw/cm2,曝光時間為60到 120秒，最終經(jīng)相分離固化后形成具有納米尺寸液晶微滴鑲嵌在固化后聚合物中的結(jié)構(gòu)的透明液晶層。所述線形透明電極通過掩膜刻蝕法形成，第一步，在玻璃基板上涂覆ITO透明導(dǎo)電材料；第二步，在ITO材料上方涂覆光刻膠；第三步，激光光源或紫外光源透過利用預(yù)制的掩模板照射基板，未遮擋的光刻膠被腐蝕；第四步，對未受光刻膠保護的ITO材料進行刻蝕處理；第五步，將仍留存于線形電極上方的光刻膠沖洗剝離。所述背光模塊可采用側(cè)光式結(jié)構(gòu)的冷陰極燈管，也采用直下式結(jié)構(gòu)的CCFL冷陰極燈管。本發(fā)明的有益效果在于本發(fā)明立體顯示器，系統(tǒng)工作模式可在二維顯示于三維顯示間快速切換，實現(xiàn)電控裸眼三維成像效果，并保證系統(tǒng)亮度不受損失；顯示器放置狀態(tài)可在橫向，縱向及多方向上快速切換，并保證分辨率和整體色彩均勻度的穩(wěn)定；其三維裸眼
4立體顯示系統(tǒng)可以根據(jù)觀看者所在位置動態(tài)調(diào)整等效柱面透鏡各項參數(shù)，以保證觀看效果最佳。


圖1為視差光柵式立體顯示器原理圖； 圖2為微柱面透鏡式立體顯示器原理圖； 圖3為微柱面透鏡陣列示意圖4為微柱面透鏡陣列中的一個透鏡單元示意圖； 圖5為微柱面透鏡焦平面上任意兩點經(jīng)透鏡折射的光路圖； 圖6為本發(fā)明立體顯示器總體結(jié)構(gòu)縱剖圖； 圖7為本發(fā)明立體顯示器中透鏡液晶層極板布線俯視圖8為本發(fā)明立體顯示器中模式及動態(tài)跟蹤模塊縱向線形電極開啟狀態(tài)下由上極板向下極板形成柱面透鏡狀電場分布示意圖9為本發(fā)明立體顯示器中模式及動態(tài)跟蹤模塊橫向線形電極開啟狀態(tài)下由上極板向下極板形成柱面透鏡狀電場分布示意圖10為本發(fā)明立體顯示器中模式及動態(tài)跟蹤控制模塊結(jié)構(gòu)示意圖； 圖11為本發(fā)明立體顯示器中模式及動態(tài)跟蹤控制模塊在橫向顯示狀態(tài)圖； 圖12為本發(fā)明立體顯示器中模式及動態(tài)跟蹤控制模塊在縱向顯示狀態(tài)圖； 圖13為本發(fā)明立體顯示器中模式及動態(tài)跟蹤控制模塊在橫向放置狀態(tài)圖； 圖14為本發(fā)明立體顯示器中模式及動態(tài)跟蹤控制模塊在縱向放置狀態(tài)圖； 圖15為本發(fā)明由計算機模擬的聚合物分散液晶盒在通電狀態(tài)下的分布形態(tài)圖； 圖16為本發(fā)明3D模式下的聚合物分散液晶盒的縱剖圖； 圖17為本發(fā)明2D模式下的聚合物分散液晶盒的縱剖圖； 圖18為本發(fā)明動態(tài)跟蹤反饋系統(tǒng)示意圖。
具體實施例方式一種立體顯示器，其結(jié)構(gòu)如圖6所示，包括背光模塊1、灰度控制模塊、像素控制模塊和模式及動態(tài)跟蹤控制模塊。其中灰度控制模塊由內(nèi)側(cè)鍍有ITO導(dǎo)電膜7的上、下玻璃基板8和夾在其間液晶2組成。像素控制模塊由透明導(dǎo)電膜，彩色濾波器3和玻璃基板組成。模式及動態(tài)跟蹤控制模塊由透明導(dǎo)電膜4，全息聚合物分散液晶盒6與玻璃基板5組成。背光源模塊可采用側(cè)光式結(jié)構(gòu)的，CCFL (Cold Cathode Fluorescent Lamp)冷陰極燈管，有高功率、高亮度、低能耗等優(yōu)點。適用于中小尺寸顯示終端，如手機，PDA、筆記本電腦或平板電腦顯示屏。背光源模塊也采用直下式結(jié)構(gòu)的CCFL冷陰極燈管。燈管內(nèi)封有氬氣、氖氣和水銀蒸汽混合物，燈管內(nèi)壁涂有熒光物質(zhì)，用于高亮度大尺寸的LCD電視機或大屏幕液晶顯示屏?；叶瓤刂颇K由透明導(dǎo)電膜、普通液晶盒與玻璃基板組成。其中，透明導(dǎo)電層由 ITO導(dǎo)電膜、像素電極和驅(qū)動晶體管組成?？刂齐姌O通過對子像素的液晶施加電壓使液晶分子轉(zhuǎn)動相應(yīng)的角度，實現(xiàn)灰度的控制。傳統(tǒng)固定式的顯示器只具有單一放置狀態(tài)，因此傳統(tǒng)的柱面透鏡式立體顯示器的微柱面透鏡主軸均為縱向延伸。但隨著顯示終端的便攜化發(fā)展，逐漸在全觸屏手機以及新近出現(xiàn)的平板電腦，如蘋果公司的iWione、iPod touch以及iPad系列中，出現(xiàn)了在改變放置方向后仍保持內(nèi)容視覺方向的功能。為了實現(xiàn)橫向與縱向顯示狀態(tài)的切換，模式及動態(tài)跟蹤控制模塊上極板如圖7所示，沿像素分割線縱向和橫向分別垂直布置了兩列線形透明電極，兩組電極交叉位置相互絕緣。當橫向顯示時，如圖8所示，電壓沿縱向線形透明電極開啟，極板間形成縱向延伸的等效柱面透鏡陣列。當顯示器切換至縱向顯示時，如圖9所示縱向向電壓關(guān)閉，橫向電壓沿橫向線形透明電壓施加于極板間，形成橫向延伸的等效柱面透鏡陣列。像素控制模塊由透明導(dǎo)電膜，彩色濾波器和玻璃基板組成。如圖10所示，RGB三色單元以形如圓心角30°的扇形300為單位依次排列，即一個完整的像素單元三個扇形RGB 子像素組成1/4圓形結(jié)構(gòu)，每4像素單元，12個子像素單元交錯排列構(gòu)成一個完整的圓形結(jié)構(gòu)。每個子像素單元對應(yīng)于RGB三基色中的一種。在2D顯示模式下，每個像素單元所需的某一基本色彩對應(yīng)于某一個子像素；在3D顯示模式下，在觀看方向上的左右相鄰像素單元，對稱拆分為分別對應(yīng)左右眼的兩個像素，此時每個像素仍然包含3個RGB子像素，每種基本色彩某個色子像素提供。如圖11所示，右眼像素顯示所需的紅光譜由編號為1、4的兩塊子像素提供；同理，該右眼像素所需綠光譜由編號2、5的兩塊子像素提供，藍光譜由編號 3、6的子像素提供。當顯示器處于縱向放置狀態(tài)下時，電控柱面透鏡模塊生成橫向衍生的柱面透鏡陣列，對于觀看者，像素同樣分別工作為左右眼像素，而對于顯示器本身，圖12所示，像素在原方向上拆分為上下像素。其中右眼像素顯示所需紅光譜由編號為7、10的兩塊子像素提供；所需綠光譜由編號8、11的兩塊子像素提供；藍光譜由編號9、12的子像素提供。圖13為在顯示器橫向放置狀態(tài)下，模式及動態(tài)跟蹤控制模塊生成的縱向延伸的透鏡陣列與像素的位置關(guān)系。圖14為在顯示器縱向放置狀態(tài)下，模式及動態(tài)跟蹤控制模塊生成的橫向延伸的透鏡陣列與像素的位置關(guān)系。由于圓形像素結(jié)構(gòu)的高度對稱性，使得顯示器無論在橫向或縱向工作狀態(tài)下都可以保證在放置狀態(tài)切換后左右眼像素有效工作面積和顏色分布的均勻度不變，即分辨率和色彩均勻度的穩(wěn)定性。模式及動態(tài)跟蹤控制模塊由透明導(dǎo)電膜，全息聚合物分散液晶盒與玻璃基板組成。如圖10所示，在上方透明極板100面向下方透明極板200 —側(cè)的整個表面上均勻地涂覆有ITO導(dǎo)電膜；在下方透明極板面向上方透明極板一側(cè)，且對應(yīng)于各像素分割線位置平行間隔寬度L刻有線形電極400，顯示系統(tǒng)工作在3D模式下時，控制電路對上下兩層導(dǎo)電膜施加非對稱電壓，使液晶層間形成了由電極向整個下基板輻射式電場分布，電場分布呈現(xiàn)周期性平行對稱態(tài)，液晶微滴的光軸方向沿電力線方向分布，其折射率呈現(xiàn)中央大，兩側(cè)小，由中心向兩側(cè)逐漸減小的周期性分布，如500所示。圖15為由計算機模擬的極板間電場分布圖。隨著驅(qū)動電壓的改變，板間電場線分布也隨之改變，則聚合物分散液晶折射率分布也會不同。光學(xué)性質(zhì)上等效于柱透鏡陣列，其焦距可根據(jù)動態(tài)跟蹤系統(tǒng)的反饋信號，通過控制透明導(dǎo)電膜通電大小、位置以及電壓的高低實時調(diào)節(jié)；當顯示系統(tǒng)工作在2D模式下時，如圖所示16，控制電路消除電場，液晶恢復(fù)統(tǒng)一的尋常折射率，光學(xué)性質(zhì)上等效為玻璃平行平板，對光線無折射作用。全息聚合物分散液晶(HPDLC)材料的柱面透鏡的效果，是由全息聚合物分散液晶具有由于液晶微滴的周期分布而產(chǎn)生的折射率的起伏分布所產(chǎn)生，我們利用電場控制聚合物分散液晶的折射率起伏程度來實現(xiàn)等效柱面透鏡的電控變焦性質(zhì)。全息聚合物分散液晶中液晶微滴指向矢隨機排列，考慮理想的情況，液晶中不含聚合物，聚合物中不含液晶，即相分離進行完全了，通常富液晶區(qū)域聚合物分散液晶全息透鏡的折射率表示為
權(quán)利要求
1.一種立體顯示器，由下至上依次包括背光模塊、灰度控制模塊、像素控制模塊、模式及動態(tài)跟蹤控制模塊，灰度控制模塊緊貼于背光模塊，以使透過該模塊的光線具有較高準直度，灰度控制模塊由內(nèi)側(cè)鍍有ITO透明導(dǎo)電層的上、下玻璃基板和夾在其間的液晶材料組成；像素控制模塊由透明導(dǎo)電膜，彩色濾波器和玻璃基板組成；其特征在于，所述模式及動態(tài)跟蹤控制模塊由透明導(dǎo)電膜，全息聚合物分散液晶盒與玻璃基板組成，在上玻璃基板的內(nèi)側(cè)，面向下玻璃基板的一側(cè)有沿像素分割線縱向和橫向垂直布置的兩列線形透明電極，兩組電極交叉位置相互絕緣，下玻璃基板內(nèi)側(cè)，面向上玻璃基板側(cè)為透明導(dǎo)電膜，全息聚合物分散液晶盒位于上下玻璃基板之間；所述像素控制模塊中的彩色濾波器為RGB三色單元陣列組成的濾波片，RGB三色單元以形如圓心角30°的扇形為單位依次排列，即一個完整的像素單元三個扇形RGB子像素組成1/4圓形結(jié)構(gòu)，每4像素單元，12個子像素單元交錯排列構(gòu)成一個完整的圓形結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述立體顯示器，其特征在于，所述全息聚合物分散液晶盒，通過響應(yīng)于施加在線形透明電極和透明導(dǎo)電膜間的電壓改變自身折射率分布起伏程度，進而在控制電壓方向上形成對可見光的透鏡效果，其配制流程為第一步將液晶材料、聚合物單體、 適量的交聯(lián)劑、活化劑和引發(fā)劑按照一定比例，在遮光條件下混合加熱到60 70°C，使其處于各向同性的狀態(tài)；第二步在充分攪拌并用超聲波乳化使其均勻混合從而制備出聚合物分散液晶預(yù)聚物混合材料；第三步將光致固化預(yù)聚物和液晶材料組成的混合物注入液晶盒中，將預(yù)留的材料注入口封住，并把液晶盒放在的514nm的Ar +均勻高斯光場下曝光，曝光功率為10 - 12mW/cm2，曝光時間為60到120秒，最終經(jīng)相分離固化后形成具有納米尺寸液晶微滴鑲嵌在固化后聚合物中的結(jié)構(gòu)的透明液晶層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述立體顯示器，其特征在于，所述線形透明電極通過掩膜刻蝕法形成，第一步，在玻璃基板上涂覆ITO透明導(dǎo)電材料；第二步，在ITO材料上方涂覆光刻膠； 第三步，激光光源或紫外光源透過利用預(yù)制的掩模板照射基板，未遮擋的光刻膠被腐蝕；第四步，對未受光刻膠保護的ITO材料進行刻蝕處理；第五步，將仍留存于線形電極上方的光刻膠沖洗剝離。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述立體顯示器，其特征在于，所述背光模塊可采用側(cè)光式結(jié)構(gòu)的冷陰極燈管，也采用直下式結(jié)構(gòu)的CCFL冷陰極燈管。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種立體顯示器，基于電控可變焦透鏡技術(shù)，通過響應(yīng)于施加在線形透明電極和透明導(dǎo)電膜間的電壓改變?nèi)⒕酆衔锓稚⒁壕Ш姓凵渎史植计鸱潭?，進而在控制電壓方向上形成對可見光的透鏡效果，時期可在2D與3D工作模式間轉(zhuǎn)換并可以根據(jù)使用者所在方位進行動態(tài)跟蹤調(diào)整，兼容現(xiàn)有的液晶面板制造技術(shù)，工藝簡單，成本低廉。實現(xiàn)電控裸眼三維成像效果，并保證系統(tǒng)亮度不受損失；顯示器放置狀態(tài)可在橫向，縱向及多方向上快速切換，并保證分辨率和整體色彩均勻度的穩(wěn)定；其三維裸眼立體顯示系統(tǒng)可以根據(jù)觀看者所在位置動態(tài)調(diào)整等效柱面透鏡各項參數(shù)，以保證觀看效果最佳。
文檔編號G02B27/26GK102207632SQ20111018749
公開日2011年10月5日 申請日期2011年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月6日
發(fā)明者周增軍, 孫立嘉, 莊松林, 鄭繼紅 申請人:上海理工大學(xué)