專利背景
隨著顯示技術的發展,TN盒的使用越來越廣泛。圖1所示為2010年1月前已有的TTSr盒示意圖:玻璃基板11和玻璃基板12以預定間距平行設定,在基板11、基板12的內表面上分別具有透明電極13、透明電極14,透明電極13、14的內表面上分別具有配向層15、配向層16,且配向層15和配向層16的摩擦方向相互垂直;在配向層15和配向層16之間充滿扭曲向列液晶17。當透明電極13和透明電極14之間沒有外加電壓時,該ΤΝ盒的狀態如圖1所示,此時該ΤΝ盒能使偏振方向光的偏振方向相垂直的線偏振光出射;當透明電極13和透明電極14間的外加電壓大於等於閾值電壓時,液晶17的長軸方向沿電場方向,此時該ΤΝ盒不改變入射線偏振光的偏振狀態。
2010年1月前已有的一類2D/3D可切換立體顯示器中(參見CN101387758A),在普通顯示屏前面設定一塊如圖1所示的TN盒作為光切換裝置,通過對所述TN盒外加電壓來控制出射光線的偏振方向,從而實現2D和3D的顯示切換。顯然,該TN盒一旦切換則是整屏切換,不能進行2D/3D的逐點切換。
為解決上述問題,另一類2D/3D可切換立體顯示器採用
薄膜電晶體(Thin Film Transistor,TFT)型的TN盒作為光切換裝置,由於TFT型的TN盒可以進行像素點的切換控制,因此極大地方便了局部顯示面板的2D圖像和3D圖像的切換顯示。但是TFT的製作工藝複雜,造價昂貴,而且由於需要在透明基板上布置不透明的TFT電路的
信號線、柵線等電路,因此必須採用黑矩陣覆蓋布線區域,導致有效顯示面積減小,開口率降低,且黑矩陣的存在可能會影響畫面的顯示質量,如果去掉黑矩陣,則會在電極的邊緣產生亮線,同樣影響畫面的顯示質量。
發明內容
專利目的
《扭曲向列液晶盒及包含該液晶盒的2D-3D立體顯示裝置》的目的在於提供一種逐點控制TN盒及使用讀種逐點控制TN盒的2D-3D立體顯示裝置,不僅能夠逐點控制入射線偏振光的偏振方向,而且能夠增加顯示面積、提高開口率、消除電極間亮線、提高顯示質量。
技術方案
《扭曲向列液晶盒及包含該液晶盒的2D-3D立體顯示裝置》提供一種逐點控制扭曲向列液晶盒,包括:順序設定的表面有若干個帶狀第一電極的第一透明基板、第一配向層、扭曲液晶、第二配向層、表面有若千個帶狀第二電極的第二透明基板;所述若干個第一電極彼此絕緣排列於所述第一透明基板上;所述若干個第二電極彼此絕緣排列於所述第二透明基板上,且所述第二電極的排列方向垂直於所述第一電極的排列方向;所述第一電極和/或所迷第二電極的至少一個長邊為波浪形。
所述逐點控制扭曲向列液晶盒採用掃描方式進行驅動時,所述扭曲液晶在其分子長軸方向沿垂直於所述第一透明基板方向排列的狀態下的保持時間長於或等於一個掃描周期。
所述第一電極和所述第二電極的長邊均為波浪形。
所述的逐點控制扭曲向列液晶盒還包括:用於將所述扭曲液晶封閉在所述第一配向層和第二配向層之間的封膠框。
所述的逐點控制扭曲向列液晶盒還包括:設定於所述第一配向層和第二配向層之間的襯墊料,用於確保所迷第一配向層和第二配向層的間距為預定間距。
該發明還提供一種2D-3D立體顯示裝置,沿光傳播方向依次包括:用於提供圖像光的顯示面板、連線有控制模組的所迷逐點控制扭曲向列液晶盒、單折射透鏡陣列和雙折射透鏡陣列;
所述顯示面板提供的圖像光為偏振方向與傳播方向相互垂直的第一線偏振光;
所述逐點控制扭曲向列液晶盒中靠近所述顯示面板一側的配向層的配向方向與所述第一線偏振光的偏振方向相互平行;所述逐點控制扭曲向列液晶盒在所述控制模組的控制下用於使所述第一線偏振光直接透射,或將所述第一線偏振光轉換為偏振方向與所述第一線偏振光的偏振方向相互垂直的第二線偏振光出射;
所述單折射透鏡陣列和雙折射透鏡陣列都包括平面部分和與該平面相對的曲面部分,且所述單折射透鏡陣列和默折射透鏡陣列的曲面部分外形互補;所述單折射透鏡陣列和雙折射透鏡陣列的組合用於對所述逐點控制扭曲向列液晶盒出射的第一線偏振光和第二線偏振光之中的一種表現為平透鏡,另一種表現為凸透鏡。
所述單折射透鏡陣列可為凸透鏡陣列,且所述單折射透鏡陣列的折射率與所述雙折射透鏡陣列的尋常光折射率和非尋常光折射率中最大的那個折射率相等。
所述單折射透鏡陣列可為凹透鏡陣列,且所述單折射透鏡陣列的折射率與所述雙折射透鏡陣列的尋常光折射率和非尋常光折射率中最小的那個折射率相等。
改善效果
該發明提供的逐點控制TN盒不僅能夢實現各點的單獨控制,而且開口率高,有效顯示面積大且顯示區內無盲區存在,電極間無亮線,全部顯示區都可以進行2D/3D轉換。此外,該發明提供的2D-3D立體顯示裝置可以實現對圖像顯示面板的子像素的獨立控制,結構筒單、成本低廉、控制靈活、顯示質量高。
附圖說明
圖1為2010年1月前已有的TN盒結構示意圖;
圖2為該發明實施例提供的一種逐點控制TN盒沿光路方向的剖面圖;
圖3為除去第一配向層和扭曲液晶後看到的第一控制層的電極結構示意圖;
圖4為除去第二配向層和扭曲液晶後看到的第二控制層的電極結構示意圖;
圖5為圖2所示的逐點控制TN盒的電極分布示意圖;
圖6為該發明實施例提供的一種2D-3D立體顯示裝置結構示意圖及光路示意圖。
權利要求
1、一種逐點控制扭曲向列液晶盒,包括:順序設定的表面有若干個帶狀第一電極的第一透明基板、第一配向層、扭曲液晶、第二配向層、表面有若干個帶狀第二電極的第二透明基板;其特徵在於,所述若干個第一電極彼此絕緣排列於所述第一透明基板上;所述若干個第二電極彼此絕緣排列於所述第二透明基板上,且所述第二電極的排列方向垂直於所述第一電極的排列方向;所述第一電極和/或所述第二電極的至少一個長邊為波浪形。
2、如權利要求1所述的逐點控制扭曲向列液晶盒,其特徵在於,所述逐點控制扭曲向列液晶盒採用掃描方式進行驅動時,所述扭曲液晶在其分子長軸方向沿垂直於所述第一透明基板方向排列的狀態下的保持時間長於或等於一個掃描周期。
3、如權利要求1所迷的,其特徵在於,所述第一電極和所述第二電極的長邊均為波浪形。
4、如權利要求1所述的逐點控制扭曲向列液晶盒,其特徵在於,還包括:用於將所述扭曲液晶封閉在所述第一配向層和第二配向層之間的封膠框。
5、如權利要求1所述的逐點控制扭曲向列液晶盒,其特徵在於,還包括:設定於所述第一配向層和第二配向層之間的襯墊料,用於確保所述第一配向層和第二配向層的間距為預定間距。
6、一種2D-3D立體顯示裝置,其特徵在於,沿光傳播方向依次包括:用於提供圖像光的顯示面板、連線有控制模組的如權利要求1至5中任一項所述的逐點控制扭曲向列液晶盒、單折射透鏡陣列和雙折射透鏡陣列;所迷顯示面板提供的圖像光為偏振方向與傳播方向相互垂直的第一線偏振光;所述逐點控制扭曲向列液晶盒中靠近所述顯示面板一側的配向層的配向方向與所述第一線偏振光的偏振方向相互平行;所述逐點控制扭曲向列液晶盒在所述控制模組的控制下用於使所述第一線偏振光直接透射,或將所述第一線偏振光轉換為偏振方向與所述第一線偏振光的偏振方向相互垂直的第二線偏振光出射;所述單折射透鏡陣列和雙折射透鏡陣列都包括平面部分和與該平面相對的曲面部分,且所述單折射透鏡陣列和折射透鏡陣列的曲面部分外形互補;所述單折射透鏡陣列和漢折射透鏡陣列的組合用於對所述逐點控制扭曲向列液晶盒出射的第一線偏振光和第二線偏振光之中的一種表現為平透鏡,另一種表現為
凸透鏡。
7、如權利要求6所述的2D-3D立體顯示裝置,其特徵在於,所述單折射透鏡陣列為凸透鏡陣列,且所述單折射透鏡陣列的折射率與所述歡折射透鏡陣列的尋常光折射率和非尋常光折射率中最大的那個折射率相等。
8、如權利要求6所述的2D-3D立體顯示裝置,其特徵在於,所述單折射透鏡陣列為凹透鏡陣列,且所述單折射透鏡陣列的折射率與所述雙折射透鏡陣列的尋常光折射率和非尋常光折射率中最小的那個折射率相等。
實施方式
圖2所示為該發明實施例提供的一種逐點控制TN盒沿光路方向的剖面圖。該逐點控制TN盒包括:第一控制層、第二控制層以及位於第一控制層和第二控制層之間的扭曲液晶20。圖中為方便表示,僅畫出該剖面圖的局部,值得說明得是,具體實施時,在所述第一控制層和第二控制層的四周邊緣,採用封框膠等將所述扭曲液晶20封閉在所述第一控制層和第二控制層之間。
其中,第一控制層包括:第一透明基板21、若干個第一電極22和第一配向層23,且第一電極22和第一配向層23均是透明的。所述第一電極22為波浪形帶狀。各第一電極22彼此絕緣間隔排列於第一透明基板21上。所述第一配向層23成形於各第一電極22間隙內及上表面且上表面為一平面,可在具有第一電極22的第一透明基板21上塗抹配向劑獲得。
第二控制層包括:第二透明基板26、若干個第二電極(由於所述第二電極的排列方向垂直於所述第一電極的排列方向,圖中只能示出一個第二電極)、和第二配向層24,且第二電極25和第二配向層24均是透明的。第二控制層的結構類似於第一控制層。所述第二電極25為波浪形帶狀。各第二電極彼此絕緣間隔排列於第二透明基板26上。所述第二配向層24成形於各第二電極25間隙內及上表面且上表面為一平面,扭曲液晶20位於所述第一配向層23和第二配向層24之間。
所述第一控制層和第二控制層平行。所述第一電極22和所述第二電極25的排列方向相互垂直,第一電極22所處平面和第二電極25所處平面間的間距小於所述第一透明基板21和第二透明基板26間的間距。此外,讀TN盒還可以包括設定於所述第一配向層23和第二配向層24之間的襯墊料(圖中未示出),用於確保第一,二控制層間距為預定間距。
圖3為去掉圖2中的第二控制層和扭曲液晶20後看到的第一控制層的第一電極結構示意圖。圖4為去掉第一控制層和扭曲液晶20後看到的第二控制層的第二電極結構示意圖。圖3、圖4中,第一電極22、第二電極25所具有的兩長邊均為波浪形。當然,具體實施中不限於此,還可以選擇電極的一個長邊為波浪形。
圖5所示為圖2所示的逐點控制TN盒的電極分布示意圖,且僅示意性畫出了8個第一電極a1至a8,8個第二電極b1至b8。以下說明圖5所示逐點控制TN盒的工作原理。
由圖5可知,所述第一電極與所述第二電極交疊,將該逐點控制TN盒劃分為8x8個像素顯示區,各像素區的底部為第一控制層,上部為第二控制層,中間為扭曲液晶。為方便說明,將圖5所示的8x8個像素顯示區看成一個8x8的二維像素矩陣,該二維像素矩陣的列代表第一電極22,該二維像素矩陣的行代表第二電極25,用表示第i行(i=1,...,8)和第j(j=1,...,8)列處的像素顯示區,則當aij的上下電極沒有外加電壓時,在所述第一配向層23和第二配向層24的作用下,aij內的液晶扭曲90度,偏振方向平行於入射基板的摩擦方向的線偏振光經aij後,出射光為偏振方向與入射線偏振光的偏振方向垂直的線偏振光,以下為方便描述,將此時該aij內的扭曲液晶狀態稱為第一狀態;當向第i行電極、第j列電極在同一時刻分別施加電壓Ui、Uj,且Ui和Uj之差大於等於所述扭曲液晶的閾值電壓時,aij內的扭曲液晶分子在電場力作用下、分子的長軸方向沿垂直於所述第一透明基板21和第二透明基板26的方向排布,此時aij不改變入射的線偏振光的偏振狀態,以下為方便說明,將此時該aij內的扭曲液晶狀態稱為第二狀態。可見,通過向不同行不同列的電極外加電壓,可以實現對各像素顯示區內液晶狀態的單獨控制。
此外,該逐點控制TN盒還能實現:使局部顯示區內的液晶處於所述第一狀態和第二狀態之中的一個狀態,而其它顯示部位的扭曲液晶處於第一狀態和第二狀態之中的另一個狀態。為實現該功能,該發明提供的逐點控制TN盒採用逐行掃描或逐列掃描的方式進行液晶狀態的切換控制,且掃描頻率的選擇需要使得該逐點控制TN盒中採用的扭曲液晶為從第一狀態切換到第二狀態的時間極短且在第二狀態附近的保持時間長於或等於一個掃描周期,這樣可使得當掃描到該逐點控制TN盒的最後一行時,該逐點控制TN盒的第一行被改變為第二狀態的液晶還遠遠未回復到第一狀態。以下以圖5所示的逐點控制TN盒為例說明如何使第5行的a53、a54、a55、a56、a57,第6行的a63、a64、a65、a66、a67,第7行的a73、a74、a75、a76、a77,第8行的a83、a84、a85、a86、a87內的扭曲液晶都為第二狀態,同時使該逐點控制TN盒的其餘部位的扭曲液晶都為第一狀態。對於圖5所示的逐點控制TN盒,則可在初始時使電極a1至a8保持同樣的輸入電壓U0,在逐行掃描時,依次從a1開始對每行進行掃描且掃描輸入電壓為U1:在掃描第5行的同一時刻向電極a3、電極a4、電極a5、電極a6和電極a7輸入脈衝電壓U2,使這些電極與第5行電極b5的交疊區域上下電勢差(即U2-U1)大於等於Uth。其中,Uth為該逐點控制TN盒中採用的扭曲液晶改變狀態所對應的閾值電壓,(U1-U0)小於且(U2~U0)小於Uth。則此時a53、a54、a55、a56、a57中的扭曲液晶同時從第一狀態迅速切換到笫二狀態。同樣地,在掃描第6行的同一時刻向電極a3、電極a4、電極a5、電極a6和電極a7輸入脈衝電壓U2,使a63、a64、a65、a66、a67的兩端電勢差大於等於Uth,則a63、a64、a65、a66、a67中的扭曲液晶同時從第一狀態迅速切換到第二狀態;在掃描第7行的同一時刻向電極a3、電極a4、電極a5、電極a6和電極a7輸入脈沖電壓U2,使a73、a74、a75、a76、a77的兩端電勢差大於等於Uth,則a73、a74、a75、a76、a77中的扭曲液晶同時從第一狀悉迅速切換到第二狀態;在掃描第8行的同一時刻向電極a3、電極a4、電極a5、電極a6和電極a7輸入脈衝電壓U2並使a83、a84、a85、a86、a87中的扭曲液晶同時從第一狀態迅速切換到第二狀態。由於掃描頻率很高,因此當掃描到第8行時,a53、a54、a55、a56、a57、a63、a64、a65、a66、a67、a73、a74、a75、a76和a77所對應的液晶幾乎還沒從第二狀態向第一狀態轉變,即:可認為此時a53、a54、a55、a56、a57、a63、a64、a65、a66、a67、a73、a74、a75、a76和a77中的扭曲液晶仍處於第二狀態,且該逐點控制ΤΝ盒的其它像素顯示區內的扭曲液晶處於第一狀態。此外,在新的掃描周期到來時,若需要使上一個掃描周期中已從第一狀態轉變為第二狀態的像素顯示區aij內的液晶轉變回第一狀態,則需要在該次掃描周期內掃描到第i行時,根據此時aij內液晶的狀態,同時向第j列電極輸入適當的脈衝電壓,以使aij內的液晶的長軸迅速反向旋轉,即使其迅速轉變回第一狀態。顯然,若採用上述掃描方式,就可以對該逐點控制TN盒的各像素顯示區的扭曲液晶的狀態進行切換控制,實現與TFT型的逐點控制TN盒等同的切換顯示功能。所述第一配向層的配向方向和第二配向層的配向方向是否需要垂直,可以根據具體的套用要求而定。
顯然,該發明實施例提供的上述逐點控制TN盒不僅可以實現逐點切換控制,此外,由於第一電極和第二電極採用波浪線方式設定,且各波浪帶狀電極信號從帶狀電極一端輸入而無需在各電極之間布線以單獨控制各像素點兩端電極電壓,因此,該逐點控制TN盒中無需使用黑矩陣,顯示區域內的電極寬度可最大化,且可進行全區域控制,相對於TFT型的TN盒,這種逐點控制TN盒的有效顯示面積得以擴大,開口率得到顯著提高,且電極之間無亮線,顯示質量得以改善。上述實施例中波浪帶狀電極的形狀僅僅是示意性的,可以靈活變動,而且第一電極和第二電極其中之一為波浪形帶狀電極也會改善電極邊緣產生亮線的情況。第一電極或第二電極也可以不必均位於一個平面,比如第一電極的其中一部分電極位於第一透明基板的一面,另一部分電極位於第一透明基板的另一面;第二電極的其中一部分電極位於第二透明基板的一面,另一部分電極位於第二透明基板的另一面。而且電極可以位於透明基板上與配向層相對的一面。
該發明實施例還提供一種採用上述逐點控制TN盒作為切換裝置的2D-3D立體顯示裝置,如圖6所示,沿光傳播方向,該裝置包括:提供圖像的顯示面板61、該發明所提供的逐點控制TN盒62、單折射透鏡陣列63和與單折射透鏡陣列63吻合的斤射透鏡陣列64。此外,圖6所示的2D-3D立體顯示裝置還包括:用於控制所述逐點控制TN盒62的各電極電壓的控制模組65。
所述顯示面板61用於提供偏振方向與傳播方向相互垂直的第一線偏振光。當所述顯示面板6的出射光為非線性偏振光時,需要在顯示面板61和所述逐點控制TN盒62之間添加線偏振片以使所述線偏振片出射第一線偏振光。
所述逐點控制TN盒62中靠近所述顯示面板61的一側的控制層中配向層的配向方向與入射的第一線偏振光的偏振方向相互平行。該逐點控制T盒62用於在所述控制模組65的控制下使入射的第一線偏振光直接透射或將所述第一線偏振光轉換為偏振方向與其垂直的第二線偏振光。以下為方便說明,設逐點控制TN盒62中第一控制層比第二控制層接近所述顯示面板61,第一配向層的配向方向與所述第一線偏振光的偏振方向相同。逐點控制TN盒62具有與顯示面板61像素陣列對應的像素顯示區陣列。
所述單折射透鏡陣列63的折射率為n1,雙折射透4竟陣列64具有尋常光折射率n0和非尋常光折射率ne,且n1=n0,n0大於ne。所述雙折射透鏡陣列64的透鏡光軸方向與所述第一線偏振光的偏振方向相同,圖6中雙箭頭所示為該雙折射透鏡陣列64的透鏡光軸方向。
值得說明的是,圖6中是為了標明顯示面板61提供的第一線偏振光的偏振狀態以及第一線偏振光經逐點控制TN盒62後的偏振狀態而使顯示面板61、逐點控制TN盒62和單折射透鏡陣列63之間分別具有一定間距,具體實施時,所述顯示面板61、逐點控制TN盒62和單折射透鏡陣列63可以緊密接觸放置。此外,圖6中僅是示意性畫出了控制模組65和逐點控制TN盒62的連線關係,實際上控制模組65對所述逐點控制TN盒62內的各電極單獨控制。
以下對圖6所示的2D-3D立體顯示裝置的4條成像光路圖進行說明,其中上兩條第一線偏振光最後發生折射,下兩條第一線偏振光直接透射,下面具體說明它們的原理。
從圖6中可以看出,由於需要對上兩條第一線偏振光進行3D顯示,控制模組65使上兩奈第一線偏振光所對應的逐點控制TN盒62的像素顯示區內的液晶工作於第二狀態,因此入射的上兩條第一線偏振光保持原偏振特性穿過該逐點控制盒62,接著穿過單折射透鏡陣列63併入射到默折射透鏡陣列64,此時由於入射的第一線偏振光的偏振方向與所述雙折射透鏡陣列64光軸方向平行,因此雙折射透鏡陣列64對於該第一線偏振光線的折射率為;由於單折射透鏡陣列63的折射率大於,因此入射於所述雙折射透鏡陣列64的第一線偏振光在單折射透鏡陣列63和雙折射透鏡陣列64的交界面上發生折射,且所述雙折射透鏡陣列64的光學效杲表現為凸透鏡。這種情況下,該2D-3D立體顯示裝置可以將最終出射的兩奈光線分別傳播到人眼的左眼和右眼,使人眼看到3D立體圖像,即諒2D-3D立體顯示裝置將上兩條光線採用3D方式顯示。
對於入射於所述逐點控制TN盒62的下兩條第一線偏振光,控制模組65使下兩條第一線偏振光所對應的逐點控制TN盒62的像素顯示區內的液晶工作於第一狀態,因此入射的下兩條第一線偏振光通過該逐點控制TN盒62後偏振方向被旋轉90度,變為第二線偏振光出射;隨後所述第二線偏振光經所述單折射透鏡陣列63射至所述雙折射透鏡陣列64,此時由於入射的第二線偏振光的偏振方向與所述雙折射透鏡陣列64的光軸方向(即第一線偏振光的偏振方向)垂直,因此所述雙折射透鏡陣列64相對於該第二線偏振光的折射率為ne,由於單折射透鏡陣列63的折射率n1大於ne,即此時單折射透鏡陣列63的折射率與雙折射透鏡陣列64的折射率相同,因此該第二線偏振光在所述單折射透鏡陣列63和雙折射透鏡陣列64的界面處不發生折射,第二線偏振光直線通過所述折射透鏡陣列64。這種情況下,該2D-3D立體顯示裝置將圖6所示的下兩條第一線偏振光採用2D方式顯示。
圖6所示的2D-3D立體顯示裝置中的單折射透鏡陣列63和雙折射透鏡陣列64還可以有別的組合方式,例如CN201126495中所提到的其它單折射透鏡陣列和漢折射透鏡陣列的組合方式,在此不再詳述。
將該發明實施例提供的逐點控制TN盒用於2D-3D立體顯示裝置中,可以實現對圖像顯示面板的單個像素的獨立控制,也可以對圖像顯示面板的多個像素進行控制,不僅實現簡單、控制靈活,而且能夠顯著提高2D-3D立體顯示裝置的顯示質量。
榮譽表彰
2014年11月6日,《扭曲向列液晶盒及包含該液晶盒的2D-3D立體顯示裝置》獲得第十六屆中國專利優秀獎。