相位延迟器及其制备方法、偏振相位延迟器、显示装置

摘要

本发明提供一种相位延迟器及其制备方法、偏振相位延迟器、显示装置，属于三维显示技术领域，其可解决现有的三维显示技术观看角度受限、结构复杂、成本高、亮度损失大等问题。本发明的相位延迟器包括：第一基板和第二基板；其中，在所述第一基板内侧设置有相互平行且间隔排列的透光条；在所述第一基板和第二基板上均形成有沿第一方向配向的配向层；所述第一基板和所述第二基板之间填充有液晶材料。本发明的偏振相位延迟器包括上述相位延迟器和线偏光片。本发明的三维显示装置包括上述相位延迟器。

说明书

技术领域

本发明属于三维显示技术领域，具体涉及一种相位延迟器及 其制备方法、偏振相位延迟器、显示装置。

背景技术

三维显示(3D显示)技术是用平面显示面板显示出有“立体感” 图像的技术，其基本原理是使用户双眼看到不同的图像，从而给 人以立体感觉。

快门眼镜(Shutter glass)技术实现三维显示的方法之一。在快 门眼镜技术中，显示面板轮流显示供左眼和右眼观看的图像(如每 帧切换一次)，而快门眼镜的左右镜片也相应在导通/关闭状态间切 换(一个导通时另一个关闭)，以使用户的双眼轮流看到各自的图 像，从而实现三维显示效果。但是，快门眼镜技术需要使镜片在 导通/关闭状态间迅速切换，故必须通过特定的电路才能实现，由 此造成其结构复杂、重量大、成本高、能耗高、存在电磁辐射污 染、容易产生故障。

如图1所示，另一类三维显示技术是将显示面板9分为两个 显示区91、92，它们分别用于显示第一图像和第二图像；其中， 每个显示区91、92由多个相互平行且间隔的条状区组成，每个条 状区宽一个或数个像素(每个像素可对应三个亚像素)，两显示区 91、92的条状区交替排列。这样，只要使用户的双眼分别看到第 一图像和第二图像(实际第一图像和第二图像都由许多间隔的图 像条组成，但因间隔很小，人眼会将其处理成连续图像)，即可实 现三维显示效果。

应当理解，上述的显示区只是依照显示面板不同位置所显示 图像的不同而划分的，其并不代表显示面板在结构上被划分为两 个区域，只要通过调整驱动方式，任何现有的常规显示面板都可 在不同位置分别显示第一图像和第二图像的效果。例如，可使两 个显示区轮流进行显示(例如轮流对奇数和偶数行的栅极线进行 扫描)，或者也可将第一图像和第二图像穿插混排成一幅“混合” 图像后再显示。

为使用户的双眼分别看到第一图像和第二图像，一种方法是 在两个显示区前分别设置透振方向相互垂直的线偏光片，以使由 两显示区发出的光在透过不同偏光片后成为偏振方向相互垂直的 线偏振光，再配合相应的线偏光眼镜(两镜片为透振方向相互垂直 的线偏光片)，即可将其中一种线偏振光“过滤”掉，从而使双眼 分别看到不同显示区的图像，实现三维显示。但是，从线偏振光 的性质可知，线偏光片的透振方向必须与偏振光的偏振方向垂直 时才能将其完全滤除，因此在使用线偏振光三维显示技术时，必 须以特定的角度观看才能实现三维效果，从而导致观看舒适感大 幅降低。

为了解决线偏振光三维显示技术观看角度受限的问题，可在 上述线偏光片后再设置一个四分之一(或四分之三)波片，从而将分 别由两个显示区发出的、偏振方向相互垂直的线偏振光转变为左 旋和右旋圆偏振光，这样只要配合相应的圆偏光眼镜(两镜片分别 为左旋圆偏光片和右旋圆偏光片)即可实现三维显示效果，且其观 看角度比较自由，观看体验好。但是，上述的圆偏振光三维显示 技术需要进行多次滤光，设备的结构复杂，成本高，且光线亮度 损失严重。

发明内容

本发明所要解决的技术问题包括，针对现有的三维显示技术 观看角度受限、结构复杂、成本高、亮度损失大的问题，提供一 种观看角度灵活、结构简单、成本低、亮度损失小的相位延迟器。

解决本发明技术问题所采用的技术方案是一种相位延迟器， 包括：第一基板和第二基板；其中，

在所述第一基板内侧设置有相互平行且间隔排列的透光条；

在所述第一基板和第二基板上均形成有沿第一方向配向的配 向层，所述第一方向平行于第一基板；

所述第一基板和所述第二基板之间填充有液晶材料。

本发明的相位延迟器中，在第一基板上设有透光条，故在设 有透光条和没有透光条的位置处液晶层的厚度不同，且两基板上 分别设有沿第一方向配向的配向层，故线偏振光射入相位延迟器 时，在不同位置会被转变为旋转方向不同的圆偏振光或椭圆偏振 光，从而可实现三维显示效果。

由于本发明的相位延迟器只由基板、透光条、液晶层组成， 故其不需要通电，能耗低，且结构简单，成本低；而由于其产生 的是圆偏振光，故观看角度灵活；同时，由于不同位置的液晶层 厚度不同，因此其可直接将偏振方向相同的线偏振光(即由常规液 晶显示面板射出的光)转变为左旋和右旋的圆偏振光，而不必先产 生偏振方向不同的线偏振光，故其滤光次数少，亮度损失小。

优选的是，所述第一基板与第二基板间的距离为d₁；所述透 光条的厚度为h；d₁和h满足如下关系：d₁=(2k₁+1)λ/(4Δn)， h=(k_hλ)/(2Δn)，其中，λ为透过所述相位延迟器的光的波长，Δn 为所述液晶材料的双折射率，k₁为正整数，k_h为小于等于k₁的正奇 数。

本发明的相位延迟器中，d₁和h符合上述关系，故当偏振方向 与第一方向呈45度角的线偏振光射入相位延迟器时，会被正好分 别转变为左旋和右旋的圆偏振光，从而可实现最好的三维显示效 果。

优选的是，所述λ=550nm。

进一步优选的是，所述Δn=0.12，k₁=1，k_h=1，d₁=3.4μm， h=2.3μm；或所述Δn=0.12，k₁=2，k_h=1，d₁=5.7μm，h=2.3μm。

优选的是，所述液晶材料为向列相液晶材料。

优选的是，所述透光条由透光树脂材料构成。

本发明所要解决的技术问题还包括，针对现有的三维显示技 术观看角度受限、结构复杂、成本高、亮度损失大的问题，提供 一种观看角度灵活、结构简单、成本低、亮度损失小的相位延迟 器的制备方法。

解决本发明技术问题所采用的技术方案是一种制备上述相位 延迟器的方法，包括：

通过构图工艺在所述第一基板上形成所述透光条。

由于本发明的制备相位延迟器的方法中，可直接通过常规的 构图工艺形成透光条从而控制不同位置处液晶层的厚度，因此其 制备方法简单可靠，成品率高，且形成的位延迟器观看角度灵活、 结构简单、成本低、亮度损失小。

本发明所要解决的技术问题还包括，针对现有的三维显示技 术观看角度受限、结构复杂、成本高、亮度损失大的问题，提供 一种观看角度灵活、结构简单、成本低、亮度损失小的液晶三维 显示装置。

解决本发明技术问题所采用的技术方案是一种液晶三维显示 装置，包括：

液晶显示面板；

设在所述液晶显示面板前的上述相位延迟器，其透光条与所 述液晶显示面板上用于显示第一图像的位置相对，透光条间的间 隙与液晶显示面板上用于显示第二图像的位置相对，且所述液晶 显示面板发出的线偏振光的偏振方向与所述第一方向间的夹角为 45度。

由于本发明的液晶三维显示装置中具有上述的相位延迟器， 因此其观看角度灵活、结构简单、成本低、亮度损失小。同时， 由于本液晶三维显示装置中的显示面板的硬件结构与二维(2D)显 示用的液晶显示面板没有区别(其显示区只要通过控制驱动方式 即可划分)，因此只要去掉相位延迟器，其又可用作常规的二维液 晶显示装置；或者说，在常规二维液晶显示装置前加上相位延迟 器即可将其转变为三维液晶显示装置；因此其在三维显示和二维 显示间的切换方便。

本发明所要解决的技术问题还包括，针对现有的三维显示技 术观看角度受限、结构复杂、成本高、亮度损失大的问题，提供 一种观看角度灵活、结构简单、成本低、亮度损失小的偏振相位 延迟器。

解决本发明技术问题所采用的技术方案是一种偏振相位延迟 器，包括：

上述的相位延迟器；

位于所述相位延迟器入光侧的线偏光片，所述线偏光片的透 振方向与所述第一方向间的夹角为45度。

本发明的偏振相位延迟器中具有上述的相位延迟器，因此其 具有观看角度灵活、结构简单、成本低、亮度损失小的优点；同 时偏振相位延迟器还具有线偏光片，故其本身即可将来源光转变 为线偏振光，故使用其时不必考虑来源光的偏振状况，因此其可 用于电致发光显示面板、等离子体显示面板等除液晶显示面板外 的其它显示面板，也可用于出射的线偏振光的偏振方向不与第一 方向呈45度角的液晶显示器中，适用范围广，使用灵活。

本发明所要解决的技术问题还包括，针对现有的三维显示技 术观看角度受限、结构复杂、成本高、亮度损失大的问题，提供 一种观看角度灵活、结构简单、成本低、亮度损失小的三维显示 装置。

解决本发明技术问题所采用的技术方案是一种三维显示装 置，包括：

显示面板；

设在所述显示面板前的上述的偏振相位延迟器，其透光条与 所述与显示面板上用于显示第一图像的位置相对，透光条间的间 隙与液晶显示面板上用于显示第二图像的位置相对。

由于本发明的三维显示装置中使用上述的偏振相位延迟器，

因此其中的显示面板可为任意类型，故其适用范围广，使用灵活， 且观看角度灵活、结构简单、成本低、亮度损失小。

附图说明

图1为三维液晶显示面板的显示区划分情况示意图；

图2为本发明的实施例2的相位延迟器的第一基板的俯视结 构示意图；

图3为本发明的实施例4的液晶三维显示装置的剖面结构示 意图；

图4为本发明的实施例5的三维显示装置的剖面结构示意图。

其中附图标记为：1、第一基板；2、第二基板；3、线偏光片； 5、配向层；6、液晶材料；7、第一方向；81、透光条；82、透光 条间隙；9、显示面板；91、第一显示区；92、第二显示区。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结 合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

实施例1：

本实施例提供一种相位延迟器，其包括：第一基板和第二基 板；其中，

在所述第一基板内侧(即朝向第二基板的一侧)设置有相互平 行且间隔排列的透光条；

在所述第一基板和第二基板上均形成有沿第一方向配向的配 向层(当然，配向层均应位于第一基板和第二基板的内侧)，所述第 一方向平行于第一基板；

所述第一基板和所述第二基板之间填充有液晶材料。

本实施例的相位延迟器中，在第一基板内侧设有透光条，故 在设有透光条和没有透光条的位置处液晶层的厚度不同，且两基 板上分别设有沿第一方向配向的配向层，故线偏振光射入相位延 迟器时，在不同位置会被转变为旋转方向不同的圆偏振光或椭圆 偏振光，从而可实现三维显示效果。

由于本实施例的相位延迟器只由基板、透光条、液晶层组成， 故其不需要通电，能耗低，且结构简单，成本低；而由于其产生 的是圆偏振光，故观看角度灵活；同时，由于不同位置的液晶层 厚度不同，因此其可直接将偏振方向相同的线偏振光(即由常规液 晶显示面板射出的光)转变为左旋和右旋的圆偏振光，而不必先产 生偏振方向不同的线偏振光，故其滤光次数少，亮度损失小。

实施例2：

如图2、图3所示，本实施例提供一种相位延迟器，其包括 平行且相对且平行设置的、透明的第一基板1和第二基板2；这两 个基板可为常规的玻璃基板。

在第一基板1和第二基板2间填充有液晶材料6；当然，为 了起到支撑作用，两个基板间还可设有隔垫物(PS，Photo Spacer) 等其它结构(图中未示出)。

两基板内侧均设有沿第一方向7配向的配向层5，从而使两 基板间填充的液晶材料6分子应沿第一方向7排布，该第一方向7 平行于第一基板1；也就是说，液晶材料6分子的长轴方向相互平 行且均平行于第一基板1(当然也平行于第二基板2)，且分子端部 的指向相同。

优选的，液晶材料6为向列相液晶材料6；因为向列相液晶 材料6的分子会自动相互平行的排布，故使用该类液晶材料6比 较容易实现上述的排布规律。当然，使用胆甾型液晶材料6等其 他类型的液晶材料6也是可行的，只要能使液晶材料6分子沿第 一方向7排布即可(可能需要同时使用手性添加剂、电场等)。

其中，如图2所示，在第一基板1内侧还有多个相互平行且 间隔排列的透光条81；透光条81的宽度、间距等参数应当根据与 该相位延迟器对应的液晶显示面板9的第一显示区91和第二显示 区92的情况确定。其中，第一显示区91和第二显示区92是指液 晶显示面板9上分别用于显示第一图像和第二图像的部分，其只 是依据所显示图像的不同而划分的，并不代表液晶显示面板9的 结构在也被分为两个区。

优选的，透光条81是由透明树脂材料制成的；因为这种材质 的透光条81成本低，且可通过常规的构图工艺容易的形成。

可见，通过选择第一基板1和第二基板2间的距离d₁以及透 光条81的厚度h，即可控制具有透光条81处的液晶层厚度(即等 于d₁)以及透光条间隙82处的液晶层厚度d₂(等于d₁－h)。

具体的，第一基板1和第二基板2间的距离(也就是透光条间 隙82处的液晶层厚度)d₁以及透光条81的厚度h，应当满足以下关 系：

d₁=(2k₁+1)λ/(4Δn)，h=(k_hλ)/(2Δn)；其中，λ为透过相位延迟 器的光的波长，Δn为液晶材料6的双折射率(即液晶材料6对非 常光的折射率与对寻常光的折射率的差值，通常在0.12左右)，k₁为正整数，k_h为小于等于k₁的正奇数。

由此，透光条81与第二基板2间的距离(也就是具有透光条 81处的液晶层的厚度)d₂=d₁－h=(2k₁-2k_h+1)λ/(4Δn)。

根据光学原理可知，当偏振方向与第一方向7(即液晶材料6 分子排布方向)呈45度的线偏振光射入液晶层时，若液晶层厚度 d_L=(2k_L+1)λ/(4Δn)，k_L=1,3,5…，则其射出时会转变为左旋圆偏振 光；而若液晶层厚度d_R=(2k_R+1)λ/(4Δn)，k_R=0,2,4…，则其射出时 会转变为左旋圆偏振光。

可见，根据以上公式，透光条间隙82处的液晶层厚度d₁必然 等于d_L或d_R；而d₂与d₁间的差h等于λ/2Δn的奇数倍；因此，d₂必然 为与d₁相对的值，即d₁等于d_L时d₂必然等于d_R，而d₁等于d_R时d₂必 然等于d_L。也就是说，在透光条间隙82处的液晶层厚度d₁和透光 条81处的液晶层厚度d₂中，必然一个等于d_L而另一个等于d_R；因 此，当偏振方向与第一方向7呈45度角的线偏振光穿过相位延迟 器时，其必然会依照位置的不同而被分别转变为左旋和右旋圆偏 振光。

优选的，在确定d₁和h时，取λ=550nm；由于液晶层的厚度是 一定的，因此其实际只能将某个特定波长的线偏振光转变为严格 的圆偏振光，而其他波长的线偏振光只能被转变为椭圆偏振光； 而550nm是可见光波长范围(400nm~700nm)的中值，因此用该值作 为波长确定d₁和h，可以使全部可见光在穿过相位延迟器后都能被 转变为比较接近圆偏振光的椭圆偏振光，从而获得整体上较好的 三维显示效果。

优选的，在确定d₁和h时，取λ=550nm，Δn=0.12，k₁=1，k_h=1， 从而得到d₁=3λ/(4Δn)=3.4μm，h=λ/(2Δn)=2.3μm，d₂=λ/(4Δ n)=1.1μm；此时，波长550nm、偏振方向与第一方向7呈45度角 的线偏振光穿过透光条间隙82处的液晶层(厚d₁)后会变为左旋圆 偏振光，而穿过透光条81处的液晶层(厚d₂)后会变为右旋圆偏振 光。或者，也可取λ=550nm，Δn=0.12，k₁=2，k_h=1，从而得到d₁=5λ/(4 Δn)=5.7μm，h=λ/(2Δn)=2.3μm，d₂=3λ/(4Δn)=3.4μm；此时，波 长550nm，偏振方向与第一方向7呈45度角的线偏振光穿过透光 条间隙82处的液晶层(厚d₁)后会变为右旋圆偏振光，而穿过透光 条81处的液晶层(厚d₂)后会变为左旋圆偏振光。

上述的d₁和h的取值是能实现三维显示效果的最小的两个d₁和 h值，也就是能使相位延迟器厚度最薄的两个d₁和h值，其有利于 实现装置的薄型化，降低成本。

当然，严格来讲，上述配向层5的存在会对液晶层厚度产生 一些影响，但因其厚度很薄，故可不予考虑。

本实施例的相位延迟器中，通过设置透光条简单的使不同位 置的液晶层具有不同的所需厚度，从而实现了三维显示的效果。

实施例3：

本实施例提供一种制备上述相位延迟片的方法，其包括以下 步骤：

S01、通过构图工艺在第一基板上形成上述透光条。其中，构 图工艺包括光刻工艺、喷墨打印工艺等，从技术成熟的角度上说， 光刻工艺是优选的。

其中，通过构图工艺形成透光条的方法是多样的。例如，可 在第一基板上涂布厚为h的正性透明光阻材料，之后对透光条间 隙的位置进行曝光，再进行显影，即得到上述透光条(即以剩余的 光阻材料作为透光条)。或者，也可在第一基板上涂布厚为h的负 性透明光阻材料，之后对透光条所在位置进行曝光，再进行显影。 或者，也可先沉积光阻材料(不一定透明)，再通过曝光显影工艺将 应形成透光条部分的光阻材料除去，之后沉积厚度为h的透光材 料，最后将剩余的光阻材料和其上的透光材料除去，得到透光条。

S02、在第一基板和第二基板上分别形成配向层(如聚酰亚胺 配向层)，并通过摩擦(Rubbing)等方法对它们分别进行配向，使第 一基板和第二基板对盒后两配向层均沿第一方向配向；

S03、通过滴入法(ODF，One Drop Filling)将液晶材料设置到 第一基板或第二基板上；

S04、涂布封框胶，将第一基板与第二基板对盒密封。

当然，本实施例的制备相位延迟片的方法还可进行许多变化， 例如其还可包括对基板进行预处理的步骤、设置隔垫物的步骤等； 膜材配向工艺也可用光照配向等其它方法替代；液晶材料也可通 过灌注等其它方法加入等。

由于本实施例的制备相位延迟器的方法中，可直接通过常规 的构图工艺形成透光条从而控制不同位置处液晶层的厚度，因此 其制备方法简单可靠，成品率高，且形成的位延迟器观看角度灵 活、结构简单、成本低、亮度损失小。

实施例4：

如图1、图2、图3所示，本实施例提供一种液晶三维显示装 置，其包括液晶显示面板9和上述的相位延迟器。

其中，上述的相位延迟器设在液晶显示面板9前，如图3所 示，其透光条81与液晶显示面板9上用于显示第一图像的位置(也 就是第一显示区91)相对，而透光条间的间隙82与液晶显示面板 9上用于显示第二图像的位置(也就是第二显示区92)相对，且液晶 显示面板9发出的线偏振光的偏振方向与第一方向7间的夹角为 45度。

也就是说，相位延迟器设置在在液晶显示面板9前，其中的 液晶排布方向(即第一方向7)与从液晶显示面板9射出的光的偏振 方向呈45度角，且其透光条81处和透光条间隙82处分别对应液 晶显示面板9的两个显示区，因此从第一显示区91射出的光会经 过厚度为d₂的液晶层，而从第二显示区92射出的光会经过厚度为 d₁的液晶层，从而分别被转变为旋转方向不同的圆偏振光。

这样，只要配合圆偏光眼镜(两镜片分别为左旋圆偏光片和右 旋圆偏光片)，即可使双眼分别看到由两个显示区显示的图像，从 而实现三维显示的效果。

当然，由于液晶层实际只能将特定波长(如550nm)的光转变为 严格的圆偏振光，其它波长的光只是被转变为近似圆偏振光的椭 圆偏振光，而椭圆偏振光不能被圆偏光片彻底滤除，因此双眼看 到的图像可能发生轻微的相互干扰，但并这不影响三维显示效果 的实现。

本实施例中的液晶三维显示装置可以为液晶显示器、液晶电 视、手机等装置。

由于本实施例的液晶三维显示装置中具有上述的相位延迟 器，因此其观看角度灵活、结构简单、成本低、亮度损失小。同 时，由于本液晶三维显示装置中的显示面板的硬件结构与二维(2D) 显示用的液晶显示面板没有区别(其显示区只要通过控制驱动方 式即可划分)，因此只要去掉相位延迟器，其又可用作常规的二维 液晶显示装置；或者说，在常规二维液晶显示装置前加上相位延 迟器即可将其转变为三维液晶显示装置；因此其在三维显示和二 维显示间的切换方便。

实施例5：

如图2、图4所示，本实施例提供一种偏振相位延迟器，其 包括：

上述的相位延迟器；

位于上述的相位延迟器的入光侧的线偏光片3，该线偏光片3 的透振方向与第一方向7间的夹角为45度。

也就是说，本实施例的偏振相位延迟器由线偏光片3以及上 述的相位延迟器组成；光线射入其中时会先经过线偏光片3而成 为特定方向的线偏振光，之后再经过上述的相位延迟器而成为左 旋和右旋的圆偏振光。

本实施例的偏振相位延迟器中具有上述的相位延迟器，因此 其具有观看角度灵活、结构简单、成本低、亮度损失小的优点； 同时偏振相位延迟器还具有线偏光片，故其本身即可将来源光转 变为线偏振光，故使用其时不必考虑来源光的偏振状况，因此其 可用于电致发光显示面板、等离子体显示面板等除液晶显示面板 外的其它显示面板，也可用于出射的线偏振光的偏振方向不与第 一方向呈45度角的液晶显示器中，适用范围广，使用灵活。

实施例6：

如图1、图2、图4所示，本实施例提供一种三维显示装置， 其包括：

显示面板9；

设在显示面板9前的上述的偏振相位延迟器，其透光条81与 显示面板9上用于显示第一图像的位置(即第一显示区91)相对， 透光条间的间隙82与显示面板9上用于显示第二图像的位置相对 (即第二显示区92)。

本实施例的三维显示装置具有与上述的液晶三维显示装置类 似的结构，区别在于其用上述的偏振相位延迟器取代了相位延迟 器；因此其中的显示装置为电子纸、有机电致发光显示面板、数 码相框、手机、平板电脑等，故其适用范围广，使用灵活，且观 看角度灵活、结构简单、成本低、亮度损失小。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理 而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领 域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况 下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的 保护范围。