扭曲向列液晶盒及包含该液晶盒的2D-3D立体显示装置

摘要

一种逐点控制扭曲向列液晶盒及包括该液晶盒的2D-3D立体显示装置。该逐点控制扭曲向列液晶盒包括：顺序设置的表面有若干个带状第一电极(22)的第一透明基板(21)、第一配向层(23)、扭曲液晶(20)、第二配向层(24)、表面有若干个带状第二电极(25)的第二透明基板(26)；所述若干个第一电极(22)彼此绝缘排列于所述第一透明基板(21)上；所述若干个第二电极(25)彼此绝缘排列于所述第二透明基板(26)上；且第二电极(25)的排列方向垂直于所述第一电极(22)的排列方向；所述第一电极(22)和/或所述第二电极(25)的至少一个长边为波浪形。

说明书

mat="original" lang="zh">

说 明 书 扭曲向列液晶盒及包舍该液晶盒的 2D-3D立体显示装置

技术领域 本发明涉及扭曲向列液晶 （Twisted Nematic, TN )盒及包含该 液晶盒的装置， 尤其涉及一种逐点控制 TN盒及包含该逐点控制 TN 盒的 2D-3D立体显示装置。

随着显示技术的发展， TN盒的使用越来越广泛。 图 1所示为现 有的 TTSr盒示意图：玻璃基板 11和玻璃基板 12以预定间距平行设置， 在基板 11、 基板 12的内表面上分别具有透明电极 13、 透明电极 14， 透明电极 13、 14的内表面上分别具有配向层 15、 配向层 16, 且配向 层 15和配向层 16的摩擦方向相互垂直；在配向层 15和配向层 16之 间充满扭曲向列液晶 17。 当透明电极 13和透明电极 14之间没有外 加电压时， 该 ΤΝ盒的状态如图 1所示， 此时该 ΤΝ盒能使偏振方向 光的偏振方向相垂直的线偏振光出射； 当透明电极 13和透明电极 14 间的外加电压大于等于阈值电压时，液晶 17的长轴方向沿电场方向， 此时该 ΤΝ盒不改变入射线偏振光的偏振状态。

现有的一类 2D/3D可切换立体显示器中（参见 CN 101387758 A ) , 在普通显示屏前面设置一块如图 1所示的 TN盒作为光切换装置，通 过对所述 TN盒外加电压来控制出射光线的偏振方向， 从而实现 2D 和 3D的显示切换。 显然， 该 TN盒一旦切换则是整屏切换， 不能进 行 2D/3D的逐点切换。

为解决上述问题， 现有的另一类 2D/3D可切换立体显示器采用 薄膜晶体管 ( Thin Film Transistor, TFT )型的 TN盒作为光切换装置 , 由于 TFT型的 TN盒可以进行像素点的切换控制，因此极大地方便了 局部显示面板的 2D图像和 3D图像的切换显示。 但是 TFT的制作工 艺复杂， 造价昂贵， 而且由于需要在透明基板上布置不透明的 TFT 电路的信号线、栅线等电路， 因此必须采用黑矩阵覆盖布线区域， 导 致有效显示面积减小， 开口率降低， 且黑矩阵的存在可能会影响画面 的显示质量， 如果去掉黑矩阵， 则会在电极的边缘产生亮线， 同样影 响画面的显示质量。 发明内容

本发明的目的在于提供一种逐点控制 TN盒及使用读种逐点控制 TN盒的 2D-3D立体显示装置， 不仅能够逐点控制入射线偏振光的偏 振方向， 而且能够增加显示面积、提高开口率、 消除电极间亮线、提 高显示质量。

本发明提供一种逐点控制扭曲向列液晶盒， 包括： 顺序设置的表 面有若干个带状第一电极的第一透明基板、 第一配向层、 扭曲液晶、 第二配向层、 表面有若千个带状第二电极的第二透明基板；

所述若干个第一电极彼此绝缘排列于所述第一透明^^上；所述 若干个第二电极彼此绝缘排列于所述第二透明基板上 ,且所述第二电 极的排列方向垂直于所述第一电极的排列方向； 所述第一电极和 /或 所迷第二电极的至少一个长边为波浪形。

所述逐点控制扭曲向列液晶盒采用扫描方式进行驱动时，所述扭 曲液晶在其分子长轴方向沿垂直于所述第一透明基板方向排列的状 态下的保持时间长于或等于一个扫描周期。

所述第一电极和所述第二电极的长边均为波浪形。

所述的逐点控制扭曲向列液晶盒还包括：用于将所述扭曲液晶封 闭在所述第一配向层和第二配向层之间的封胶框。

所述的逐点控制扭曲向列液晶盒还包^:设置于所述第一配向层 和第二配向层之间的衬垫料，用于确保所迷第一配向层和第二配向层 的间距为预定间距。

本发明还提供一种 2D-3D立体显示装置， 沿光传播方向依次包 括： 用于提供图像光的显示面板、连接有控制模块的所迷逐点控制扭 曲向列液晶盒、 单折射透镜阵列和双折射透镜阵列；

所述显示面板提供的图像光为偏振方向与传播方向相互垂直的 第一线偏振光；

所述逐点控制扭曲向列液晶盒中靠近所述显示面板一侧的配向 层的配向方向与所述第一线偏振光的偏振方向相互平行；所述逐点控 制扭曲向列液晶盒在所述控制模块的控制下用于使所述第一线偏振 光直接透射，或将所述第一线偏振光转换为偏振方向与所述第一线偏 振光的偏振方向相互垂直的第二线偏振光出射；

所述单折射透镜阵列和双折射透镜阵列都包括平面部分和与该 平面相对的曲面部分，且所述单折射透镜阵列和默折射透镜阵列的曲 面部分外形互补；所述单折射透镜阵列和双折射透镜阵列的组合用于 对所述逐点控制扭曲向列液晶盒出射的第一线偏振光和第二线偏振 光之中的一种表现为平透镜， 另一种表现为凸透镜。

所述单折射透镜阵列可为凸透镜阵列，且所述单折射透镜阵 列的折射率与所述双折射透镜阵列的寻常光折射率和非寻常光 折射率中最大的那个折射率相等。

所述单折射透镜阵列可为凹透镜阵列，且所述单折射透镜阵列的 折射率与所述双折射透镜阵列的寻常光折射率和非寻常光折射率中 最小的那个折射率相等。

本发明提供的逐点控制 TN盒不仅能梦实现各点的单独控制， 而 且开口率高，有效显示面积大且显示区内无盲区存在，电极间无亮线， 全部显示区都可以进行 2D/3D转换。 此外， 本发明提供的 2D- 3D立 体显示装置可以实现对图像显示面板的子像素的独立控制， 结构筒 单、 成本低廉、 控制灵活、 显示质量高。 附图说明

图 1为现有的 TN盒结构示意图；

图 2为本发明实施例提供的一种逐点控制 TN盒沿光路方向的剖 面图；

图 3 为除去第一配向层和扭曲液晶后看到的第一控制层的电极 结构示意图；

图 4 为除去第二配向层和扭曲液晶后看到的第二控制层的电极 结构示意图；

图 5为图 2所示的逐点控制 TN盒的电极分布示意图；

图 6为本发明实施例提供的一种 2D-3D立体显示装置结构示意 图及光路示意图。 具体实施方式

现将参考附图更全面地描述本发明，在附图中显示了本发明的示 范性实施方式。

图 2所示为本发明实施例提供的一种逐点控制 TN盒沿光路方向 的剖面图。 该逐点控制 TN盒包括： 第一控制层、 第二控制层以及位 于第一控制层和第二控制层之间的扭曲液晶 20。 图中为方便表示， 仅画出该剖面图的局部， 值得说明得是， 具体实施时， 在所述第一控 制层和第二控制层的四周边缘， 采用封框胶等将所述扭曲液晶 20封 闭在所述第一控制层和第二控制层之间。

其中， 第一控制层包括： 第一透明基板 21、 若干个笫一电极 22 和第一配向层 23， 且第一电极 22和第一配向层 23均是透明的。 所 述第一电极 22为波浪形带状。各第一电极 22彼此绝缘间隔排列于第 一透明基板 21上。 所述第一配向层 23成形于各第一电极 22间隙内 及上表面且上表面为一平面， 可在具有第一电极 22的第一透明基板 21上涂抹配向剂菽得。

第二控制层包括： 第二透明基板 26、 若干个第二电极（由于所 述第二电极的排列方向垂直于所述第一电极的排列方向，图中只能示

.出一个第二电极） 、 和第二配向层 24, 且第二电极 25和第二配向层 24均是透明的。 第二控制层的结构类似于第一控制层。 所述第二电 极 25为波浪形带状。 各第二电极彼此绝缘间隔排列于第二透明基板 26上。 所述第二配向层 24成形于各第二电极 25间隙内及上表面且 上表面为一平面，扭曲液晶 20位于所述第一配向层 23和第二配向层 24之间。

所述第一控制层和第二控制层平行。 所述第一电极 22和所述第 二电极 25的排列方向相互垂直， 第一电极 22所处平面和第二电极 25所处平面间的间距小于所述第一透明基板 21和第二透明基板 26 间的间距。 此外， 读 TN盒还可以包括设置于所述第一配向层 23和 第二配向层 24之间的衬垫料（图中未示出） ， 用于确保第一， 二控 制层间距为预定间距。

图 3为去掉图 2中的第二控制层和扭曲液晶 20后看到的第一控 制层的第一电极结构示意图。 图 4为去掉第一控制层和扭曲液晶 20 后看到的第二控制层的第二电极结构示意图。 图 3、 图 4中， 第一电 极 22、 第二电极 25所具有的两长边均为波浪形。 当然， 具体实施中 不限于此， 还可以选择电极的一个长边为波浪形。

图 5所示为图 2所示的逐点控制 TN盒的电极分布示意图 ,且仅 示意性画出了 8个第一电极 al至 a8， 8个第二电极 bl至 b8。以下说 明图 5所示€点控制 TN盒的工作原理。

由图 5可知， 所述第一电极与所述第二电极交叠，将该逐点控制 TN盒划分为 8 x 8个像素显示区，各像素区的底部为第一控制层，上 部为第二控制层， 中间为扭曲液晶。 为方便说明， 将图 5所示的 8 x 8个像素显示区看成一个 8 x 8的二维像素矩阵， 该二维像素矩阵的 列代表第一电极 22， 该二维像素矩阵的行代表第二电极 25, 用 表 示第 i行（i=l,...,8 )和第 j(j=l,...,8)列处的像素显示区， 则当 的上 下电极没有外加电压时，在所述第一配向层 23和第二配向层 24的作 用下， 内的液晶扭曲 90度， 偏振方向平行于入射基板的摩擦方向 的线偏振光经 后，出射光为偏振方向与入射线偏振光的偏振方向垂 直的线偏振光， 以下为方便描述，将此时该 内的扭曲液晶状态称为 第一状态； 当向第 i行电极、第 j列电极在同一时刻分别施加电压 、 ^且 和 之差大于等于所述扭曲液晶的阈值电压时 ,>aij内的扭曲>

此外， 该逐点控制 TO盒还能实现： 使局部显示区内的液晶处于 所述第一状态和第二状态之中的一个状态，而其它显示部位的扭曲液 晶处于第一状态和第二状态之中的另一个状态。为实现该功能， 本发 明提供的逐点控制 TN盒采用逐行扫描或逐列扫描的方式进行液晶状 态的切换控制，且扫描频率的选择需要使得该逐点控制 TN盒中采用 的扭曲液晶为从第一状态切换到第二状态的时间极短且在第二状态 附近的保持时间长于或等于一个扫描周期，这样可使得当扫描到该逐 点控制 TN盒的最后一行时， 该逐点控制 TN盒的第一行被改变为第 二状态的液晶还远远未回复到第一状态。以下以图 5所示的逐点控制 TN盒为例说明如何使第 5行的>53、>5S、>56、>57，>

«64、>a65、>a66、>74、>75、>76、>77 > 第 8行的 ί½、>iA、>S5>S6、>si内的扭曲液晶都为第二状态，>2，使这些电极与第>2>2>0>!h。 则此时>53、>54、>55、>56、>57中的扭曲液晶同>2 , 使>6i ,>65、>¾、>67的两端电势差大于等于>63、>ΰ4、>65、 a>7中的扭曲液晶同时从第一状态迅速切换到第二状态；>2，使^、>74、>15、>16、>2并使 、 i¾、>S5 ¾、>87中的扭曲 液晶同时从第一状态迅速切换到第二状态。 由于扫描频率很高， 因此 当扫描到第 8行时, £½、>54、>S5、>s6、>5Ί、 <¾、>64、>65、>66、>67、 和>ΊΊ所对应的液晶几乎还没从第二状态向第一状态 转变， 即： 可认为此时>53、>54、>55 ,>56 ,>57、>63、>64、>65、>66 , α 、>73、>7 ,>Ί5 ,>¾和《₇₇中的扭曲液晶仍处于第二状态， 且该逐 点控制 ΤΝ盒的其它像素显示区内的扭曲液晶处于第一状态。 此外， 在新的扫描周期到来时，若需要使上一个扫描周期中已从第一状态转 变为第二状态的像素显示区>aij内的液晶转变回第一状态>

显然，本发明实施例提供的上述逐点控制 TN盒不仅可以实现逐 点切换控制， 此外， 由于第一电极和第二电极采用波浪线方式设置， 且各波浪带状电极信号从带状电极一端输入而无需在各电极之间布 线以单独控制各像素点两端电极电压， 因此， 该逐点控制 TN盒中无 需使用黑矩阵，显示区域内的电极宽度可最大化，且可进行全区域控 制， 相对于 TFT型的 TN盒， 这种逐点控制 TN盒的有效显示面积得 以扩大， 开口率得到显著提高， 且电极之间无亮线， 显示质量得以改 善。上述实施例中波浪带状电极的形状仅仅是示意性的， 可以灵活变 动，而且第一电极和第二电极其中之一为波浪形带状电极也会改善电 极边缘产生亮线的情况。第一电极或第二电极也可以不必均位于一个 平面， 比如第一电极的其中一部分电极位于第一透明基板的一面， 另 一部分电极位于第一透明基板的另一面；第二电极的其中一部分电极 位于第二透明基板的一面， 另一部分电极位于第二透明基板的另一 面。 而且电极可以位于透明基板上与配向层相对的一面。

本发明实施例还提供一种采用上述逐点控制 TN盒作为切换装置 的 2D- 3D立体显示装置， 如图 6所示， 沿光传播方向， 该装置包括： 提供图像的显示面板 61、 本发明所提供的逐点控制 TN盒 62、 单折 射透镜阵列 63和与单折射透镜阵列 63吻合的 斤射透镜阵列 64。 此外， 图 6所示的 2D- 3D立体显示装置还包括： 用于控制所述逐点 控制 TN盒 62的各电极电压的控制模块 65。

所述显示面板 61用于提供偏振方向与传播方向相互垂直的第一 线偏振光。 当所述显示面板 6 的出射光为非线性偏振光时， 需要在 显示面板 61和所述逐点控制 TN盒 62之间添加线偏振片以使所述线 偏振片出射第一线偏振光。

所述逐点控制 TN盒 62中靠近所述显示面板 61的一侧的控制层 中配向层的配向方向与入射的第一线偏振光的偏振方向相互平行。该 逐点控制 T 盒 62用于在所述控制模块 65的控制下使入射的第一线 偏振光直接透射或将所述第一线偏振光转换为偏振方向与其垂直的 第二线偏振光。 以下为方便说明， 设逐点控制 TN盒 62中第一控制 层比第二控制层接近所述显示面板 61 , 第一配向层的配向方向与所 述第一线偏振光的偏振方向相同。 逐点控制 TN盒 62具有与显示面 板 61像素阵列对应的像素显示区阵列。

所述单折射透镜阵列 63的折射率为 ,双折射透 4竟阵列 64具有 寻常光折射率《。和非寻常光折射率《_β>

以下对图 6所示的 2D-3D立体显示装置的 4条成像光路图进行 说明， 其中上两条第一线偏振光最后发生折射， 下两条第一线偏振光 直接透射， 下面具体说明它们的原理。

从图 6中可以看出， 由于需要对上两条第一线偏振光进行 3D显 示， 控制模块 65使上两奈第一线偏振光所对应的逐点控制 TN盒 62 的像素显示区内的液晶工作于第二状态，因此入射的上两条第一线偏 振光保持原偏振特性穿过该逐点控制 盒 62,接着穿过单折射透镜 阵列 63并入射到默折射透镜阵列 64, 此时由于入射的第一线偏振光 的偏振方向与所述双折射透镜阵列 64光轴方向平行， 因此双折射透 镜阵列 64对于该第一线偏振光线的折射率为; 由于单折射透镜阵 列 63的折射率>ηι大于>

对于入射于所述逐点控制 TN盒 62的下两条第一线偏振光， 控 制模块 65使下两条第一线偏振光所对应的逐点控制 TN盒 62的像素 显示区内的液晶工作于第一状态，因此入射的下两条第一线偏振光通 过该逐点控制 TN盒 62后偏振方向被旋转 90度， 变为第二线偏振光 出射； 随后所述第二线偏振光经所述单折射透镜阵列 63射至所述双 折射透镜阵列 64, 此时由于入射的第二线偏振光的偏振方向与所述 双折射透镜阵列 64的光轴方向（即第一线偏振光的偏振方向）垂直， 因此所述双折射透镜阵列 64相对于该第二线偏振光的折射率为 , 由于单折射透镜阵列 63 的折射率 等于 , 即此时单折射透镜阵列 63的折射率与双折射透镜阵列 64的折射率相同， 因此该第二线偏振 光在所述单折射透镜阵列 63和双折射透镜阵列 64的界面处不发生折 射， 第二线偏振光直线通过所述 折射透镜阵列 64。 这种情况下， 该 2D-3D立体显示装置将图 6所示的下两条第一线偏振光耒用 2D方 式显示。 - 图 6所示的 2D-3D立体显示装置中的单折射透镜阵列 63和双折 射透镜阵列 64还可以有别的组合方式，例如 CN201126495中所提到 的其它单折射透镜阵列和汉折射透镜阵列的组合方式， 在此不再详 述。

将本发明实施例提供的逐点控制 TN盒用于 2D-3D立体显示装置 中，可以实现对图像显示面板的单个像素的独立控制，也可以对图像 显示面板的多个像素进行控制， 不仅实现简单、控制灵活， 而且能够 显著提高 2D-3D立体显示装置的显示质量。

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。