CN105739112B - 偏振控制单元以及具有该设备的2d和3d图像显示设备 - Google Patents

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Abstract

提供了一种防止莫尔条纹的偏振控制单元以及具有该单元的2D和3D图像显示设备。该偏振控制单元包括彼此位置相对的第一和第二衬底、部署在与第一衬底的表面上的第一电极、部署在第二衬底的表面上的第二电极、以及部署在第一与第二电极之间的聚合物分散液晶层。该聚合物分散液晶层包括用于支撑第一和第二衬底的多个隔断壁以及布置在由隔断壁限定的空间中的液晶分子。隔断壁被布置成与垂直平面形成一倾角。

Description

偏振控制单元以及具有该设备的2D和3D图像显示设备
技术领域
本文涉及偏振控制单元以及2D和3D图像显示设备，尤其涉及的是能够防止莫尔条纹的偏振控制单元以及具有该单元的2D和3D图像显示设备。
背景技术
立体图像显示器可以分成立体显示器和自动立体显示器。立体显示器使用的是立体效果很强的观看者的左右眼的视差图像，其包括需佩戴眼镜的显示器和无需佩戴眼镜的显示器，并且这两者均已运用到实际当中。
在需要佩戴眼镜的显示器中，左眼和右眼的视差图像是通过改变偏振方向或是以时分方式显示在直视显示器部件或投影仪上的，并且使用了偏振眼镜或液晶快门眼镜来呈现立体图像。而无需佩戴眼镜类型的显示器则通常分为视差屏障显示器和双凸透镜显示器。
视差屏障显示器是通过使用屏障有选择地阻挡从显示面板入射的光来单独向观看者的左眼和右眼呈现立体图像的。由于通过屏障的光与入射光相比会被减弱大约50％或更少，因此，这种技术存在着亮度损失显著的缺陷。双凸透镜显示器是通过使用位于显示面板与观看者之间的柱状透镜来单独向左眼和右眼呈现立体图像的。与视差屏障显示器相比，双凸透镜显示器的亮度损失相对较小。
然而，由于光学分离是不能通断的，因此，前述的视差屏障和双凸透镜显示器都不能显示2D图像。相应地，目前提出了一种不具有亮度损失并且能在2D与3D之间切换的可切换显示器。
这种可切换显示器是一种通过控制施加于液晶的电压而在2D与3D之间切换的显示器，并且包括用于呈现3D图像以及偏振透镜的偏振控制单元。
相关技术中的偏振控制单元包括在相对的表面上形成有电极的上部衬底和下部衬底，以及由聚合物分散液晶(PDLC)制成并被部署在上部衬底与下部衬底之间的液晶层。聚合物分散液晶层中的聚合物形成了一个支撑液晶分子的矩阵结构。通过对偏振控制单元施加电压，可以控制液晶层中的聚合物取向，由此控制光的散射和透射。
依照近来朝着小型化和柔性电子设备发展的趋势，相关技术的偏振控制单元通常会被布置在塑料产品中，由此，在上部衬底和下部衬底上形成的电极更有可能因为外部压力或衬底重量而相互接触。相应地，有必要形成一个恰当的隔断壁来避免偏振控制单元的电极间的接触。然而，这种隔断壁有可能干扰位于其下方的显示设备的像素电极，从而导致莫尔条纹。
发明内容
本文的一个方面旨在提供一种偏振控制单元，其防止由偏振控制单元的隔断壁与显示设备的像素电极之间的干扰所导致的莫尔条纹，还提供一种具有该单元的2D和3D图像显示设备。
本发明的一个例示实施例提供了一种偏振控制单元，包括：彼此位置相对的第一和第二衬底，部署在与第一衬底中与第二衬底相对的表面上的第一电极，部署在第二衬底中与第一衬底相对的表面上的第二电极，部署在第一与第二电极之间的聚合物分散液晶层。该聚合物分散液晶层包括用于支撑第一和第二衬底的多个隔断壁，以及布置在所述隔断壁所限定的空间中的液晶分子。所述隔断壁被布置成与第一和第二衬底之间的垂直平面形成一个预定倾角。
所述隔断壁可以包括：被布置成与第一和第二衬底之间的垂直平面形成预定倾角的第一隔断壁；以及被布置成与第一隔断壁交叉的第二隔断壁。
作为替换，所述隔断壁是在相同的方位上平行排列的。
该预定倾角的范围可以是从10°到33°或是从45°到65°。
本发明的另一个例示实施例提供的是一种2D/3D图像显示设备，其包括显示面板，偏振控制单元以及可切换透镜单元。该显示面板使用在第一方向上线性偏振的光来显示图像。偏振控制单元有选择地将处于第一方向的光切换成在与第一方向正交的第二方向上线性偏振的光。可切换透镜单元通过折射率差来折射从偏振控制单元入射的光，并且将折射光分离成用于左眼图像的光和用于右眼图像的光以呈现3D图像，或者透射而不折射从偏振控制单元入射的光以呈现2D图像。
偏振控制单元的隔断壁之间的距离是显示面板中的像素电极的尺寸的整数倍。
因为偏振控制单元的隔断壁被布置成与垂直平面形成预定倾角，所以根据本发明的偏振控制单元以及2D/3D图像显示设备可以通过消除对显示设备中的像素电极的干扰而防止莫尔条纹。
附图说明
所包含的附图提供了对于本发明的进一步理解，这些附图被引入并构成了本申请的一部分，其示出了本发明的实施例，并且与说明书一起用于说明本发明的原理。在附图中：
图1是示意性地示出了根据本发明例示实施例的偏振控制单元的剖视图；
图2A是示出了关于图1中的偏振控制单元的隔断壁的一个示例的俯视图；
图2B是示出了关于图1中的偏振控制单元的隔断壁的另一个示例的俯视图；
图3是示意性地示出了根据本发明例示实施例的具有偏振控制单元的2D/3D图像显示设备的剖视图；
图4A是用于说明在将电场施加于图3的偏振控制单元时光的偏振方向的剖视图；
图4B是用于说明在将电场施加于图3的偏振控制单元时的光的偏振方向的剖视图；
图5是示意性地示出了关于图3所示的显示面板像素电极与偏振控制单元之间的关系的一个示例的俯视图；
图6是示意性地示出了关于图3所示的显示面板像素电极与偏振控制单元之间的关系的另一个示例的俯视图；
图7是示出了在根据本发明例示实施例的2D/3D图像显示设备中，依据隔断壁相对于偏振控制单元中的第一与第二衬垫之间的垂直平面的倾角而显现的莫尔条纹区域和无莫尔条纹区域的视图；以及
图8是对根据本发明例示实施例的2D/3D图像显示设备的屏幕以及相关技术中的2D/3D图像显示设备的屏幕进行比较的图表。
具体实施方式
以下将会参考附图来详细描述本发明的例示实施例。在说明书中，相同的参考数字始终指示的是相同的组件。在以下描述中，如果关于相关联的公知功能或配置的详细描述的不必要细节与本发明相混淆，那么将会省略该描述。
首先参考图1-2B来描述根据本发明例示实施例的偏振控制单元。图1是示意性地示出了根据本发明例示实施例的偏振控制单元的剖视图。图2A和2B是示出了图1中的偏振控制单元的隔断壁的俯视图。
参考图1-2B，根据本发明例示实施例的偏振控制单元包括第一衬底SUB1、与第一衬底SUB1相对放置的第二衬底SUB2、分别被部署在第一和第二衬底SUB1和SUB2的相对表面上的第一电极E1和第二电极E2、部署在第一与第二电极E1和E2之间的聚合物分散液晶层PDLC、以及部署在聚合物分散液晶层PDLC上的隔断壁PW。
第一衬底SUB1和第二衬底SUB2可以用透明的光学各向同性材料来部署。例如，它们可以是用由塑料材料制成的薄膜来部署，作为示例，该塑料材料可以是聚乙烯对苯二甲酸酯(PET)，三乙酰纤维素(TAC)或聚碳酸酯(PC)。但是第一和第二衬底SUB1和SUB2的材料并不局限于此。做诶替换，第一衬底SUB1和第二衬底SUB2可以是用有机或无机复合物形成的，只要该复合物是透明的光学各向同性材料即可。
第一电极E1和第二电极E2是由透明的导电材料制成的，例如ITO(氧化铟锡)，IZO(氧化铟锌)或GZO(镓掺杂氧化锌)。
聚合物分散液晶层PDLC包括液晶材料LC和隔断壁PW。隔断壁PW是通过混合处于液体状态的液晶材料以及单体聚合物材料以及通过使用光掩膜来用紫外线固化该混合物形成的。通过使用具有遮光部分和光透射部分的光掩膜来放射紫外线，通过光透射部分入射的光固化该聚合物，从而形成如图2A和2B所示的具有多个窗口W的隔断壁PW。
参考图2A，偏振控制单元的隔断壁PWQ包括：被配置成与第一衬底SUB1和第二衬底SUB2之间的垂直平面VS形成预定倾角θ的第一隔断壁PW1，以及被布置成以接近于直角的角度与第一隔断壁PW1交叉的第二隔断壁PW2。第一隔断壁之间的距离(第一节距)和第二隔断壁之间的距离(第二节距)是显示面板像素电极尺寸的整数倍。稍后将会参考图5和6来对此进行详细描述。
参考图2B，偏振控制单元的隔断壁PW被配置成与第一衬底SUB1和第二衬底SUB2之间的垂直平面形成预定倾角θ，并且是在并排排列在相同的方位上的。
在图2A和2B的示例中显示的每一个隔断壁的倾角θ都可以被设置在10°与33°或是15°与65°之间。每一个隔断壁的厚度范围是从1μm到7μm，以免影响偏振控制单元的雾度。
虽然图2A和2B限定的隔断壁的窗口W是矩形的，但是所述窗口的形状并不局限于该示例，而是可以具有不同的形状。
隔断壁PW被部署在第一衬底SUB1与第二衬底SUB2之间，并且支撑第一衬底SUB1和第二衬底SUB2。这样做可以防止第一和第二电极E1和E2因为衬底弯曲或外部压力而短路。
此外，在被应用于稍后描述的2D/3D图像显示设备时，具有以这种方式配置的侧壁PW的偏振控制单元可以防止偏振控制单元与显示设备像素电极之间的干扰所造成的莫尔条纹。
接下来将会参考图3-6来描述根据本发明例示实施例的具有偏振控制单元的2D/3D图像显示设备。图3是示意性地示出了具有根据本发明例示实施例的偏振控制单元的2D/3D显示设备的剖视图。图4A是用于说明在将电场施加于图3的偏振控制单元时光的偏振方向的剖视图。图4B是用于说明在将电场施加于图3的偏振控制单元时的光的偏振方向的剖视图。图5是示意性地示出了关于图3所示的显示面板像素电极与偏振控制单元之间的关系的一个示例的俯视图。图6是示意性地示出了关于图3所示的显示面板像素电极与偏振控制单元之间的关系的另一个示例的俯视图。
参考图3，根据本发明例示实施例的2D/3D图像显示设备包括：显示面板100，偏振控制单元200，以及可切换透镜单元300。
显示面板100是显示2D和3D图像数据的显示设备，其包括平板显示器，例如液晶显示器(LCD)、场发射显示器(FED)、等离子显示面板(PDP)、有机电致发光显示器、包括有机发光二极管(OLED)和无机发光二极管在内的电致发光显示器，以及电泳显示器(EPD)。以下描述是作为示例给出的，其中显示面板100是液晶显示器。
显示面板100包括：薄膜晶体管(TFT)衬底，其上形成的是包含薄膜晶体管TFT的像素阵列，滤光器衬底，其上形成的是表现颜色的滤光器，以及部署在薄膜晶体管衬底与滤光器衬底之间的液晶层。在显示面板100的薄膜晶体管衬底和滤光器衬底上分别附着了彼此的光吸收轴形成大约90°角的偏振板。由此，从水平或垂直方向入射到显示面板100的光都会在与该入射光的光吸收轴成大约90°角的方向上被线性偏振，然后脱离显示面板100。
偏振控制单元200被部署在显示面板100上。该偏振控制单元200在无折射的情况下透射显示面板100提供的光，或者将所述光线性偏振大约90°，然后将其提供给可切换透镜单元300。偏振控制单元200可被应用于以扭曲向列(TN)模式、垂直配向(VA)模式、共面转换(IPS)模式以及边缘场切换(FFS)模式驱动的液晶面板。
如图4A所示，在未对偏振控制单元施加电场时，液晶被布置成指示入射光的显性偏振方向旋转大约90°，由此从垂直线性偏振(用指示)变成水平线性偏振(用表示)。另一方面，如图4B所示，在对偏振控制单元施加电场时，液晶被布置成允许光在未经折射的情况下通过其中。因此，如图4A所示，在未对偏振控制单元施加电场时，偏振控制单元会线性地将偏振轴为垂直的光偏振成偏振轴为水平的光，然后透射所述光。如图4B所示，在对偏振控制单元施加电场时，偏振控制单元会在未进行折射的情况下透射偏振轴为垂直的光，由此，被透射的光的偏振轴将会变为垂直。
可切换透镜单元300被部署在偏振控制单元200上。依照从偏振控制单元200提供的光的偏振方向，可切换透镜单元300透射光而不折射，以显示2D图像，或者将光分离成与右眼图像相对应的光以及与左眼图像相对应的光，以显示3D图像。在本领域中，可切换透镜单元是众所周知的，与之相关的详细描述将被省略。
接下来参考图5和6来更详细地描述根据本发明例示实施例的偏振控制单元200的隔断壁PW与显示面板100的像素电极P之间的关系。
参考图5，偏振控制单元的多个隔断壁包括：被配置成与图1的第一和第二衬底SUB1和SUB2之间的垂直平面VS形成预定倾角θ的第一隔断壁PW1，以及被布置以直角与第一隔断壁PW1交叉的第二隔断壁PW2。第一隔断壁之间的距离(第一节距)和第二隔断壁之间的距离(第二节距)是显示设备像素电极尺寸的整数倍。稍后将会参考图5和6来对此进行详细描述。
在图5的示例中，倾角θ的范围是从10°到33°或是从45°到65°。
第一隔断壁PW1之间的距离(水平节距)是显示面板100中的像素电极P的宽度(图中的水平方向)的整数倍。而第二隔断壁PW2之间的距离(垂直节距)则是显示面板100中的像素电极P的高度(图中的垂直方向)的整数倍。
参考图6，偏振控制单元的每一个隔断壁PW都被配置成与图1中的第一和第二衬底SUB1和SUB2之间的垂直平面形成一个预定倾角θ，在图6的示例中，与图5的示例一样，角度θ的范围是从10°到33°或是从45°到65°。隔断壁PW之间的距离以及图5中的第一隔断壁PW1之间的距离是显示面板100的像素电极P的宽度(图中的水平方向)的整数倍。
图7是示出了在根据本发明例示实施例的2D/3D图像显示设备中，依照偏振控制单元中的隔断壁相对于第一与第二衬垫之间的垂直平面的倾角显现的莫尔条纹区域和无莫尔条纹区域的视图。从图7中可以发现，在10°到33°或45°到65°的角度范围不出现莫尔条纹，但在其他角度则会出现莫尔条纹。
图8是对根据本发明例示实施例的2D/3D图像显示设备的屏幕以及相关技术中的2D/3D图像显示设备的屏幕进行比较的图表。图8中的(a)取自根据本发明例示实施例的2D/3D图像显示设备的屏幕，该图显示出未检测到莫尔条纹，而图8中的(b)则取自相关技术中的2D/3D图像显示设备的屏幕，并且该图显示出检测到了莫尔条纹。
对于上文描述的根据本发明例示实施例的偏振控制单元以及具有该单元的2D/3D图像显示设备来说，由于偏振控制单元中的隔断壁被布置成与垂直平面形成预定倾角，因此，所述单元和设备可以消除对显示设备中的像素电极所造成的干扰，从而防止出现莫尔条纹。
从以上描述中，本领域技术人员很容易即可了解，在不脱离本发明的技术理念的情况下，各种变更和修改都是可行的。因此，本发明的技术范围并不局限于说明书具体实施方式部分描述的内容，而是由附加权利要求限定的。

Claims (5)

1.一种偏振控制单元，包括：
第一衬底；
与所述第一衬底位置相对的第二衬底；
部署在所述第一衬底的与所述第二衬底相对的表面上的第一电极；
部署在所述第二衬底的与所述第一衬底相对的表面上的第二电极；
部署在所述第一电极与所述第二电极之间的聚合物分散液晶层，
其中所述聚合物分散液晶层包括用于支撑所述第一衬底和所述第二衬底的多个隔断壁，以及布置在由所述隔断壁限定的空间中的液晶分子，以及
其中所述隔断壁被布置成与一垂直平面形成一倾角，所述垂直平面正交于所述第一衬底和所述第二衬底的水平轴，且所述倾角的范围是从10°到33°或是从45°到65°。
2.如权利要求1所述的偏振控制单元，其中隔断壁包括：
第一隔断壁，被布置成与所述垂直平面形成所述倾角；以及
第二隔断壁，被布置成与第一隔断壁交叉。
3.如权利要求1所述的偏振控制单元，其中隔断壁是在相同的方位上彼此平行排列的。
4.一种2D/3D图像显示设备，包括：
显示面板，其利用在第一方向上线性偏振的光来显示图像；
如权利要求1至3中任一条所述的偏振控制单元，其有选择地将所述第一方向的光切换成在与所述第一方向正交的第二方向上线性偏振的光；以及
可切换透镜单元，其使用折射率差来折射从所述偏振控制单元入射的光，并且将折射光分离成用于左眼图像的光和用于右眼图像的光，以呈现3D图像，或者透射从所述偏振控制单元入射的光而不进行折射，以呈现2D图像。
5.如权利要求4所述的2D/3D图像显示设备，其中偏振控制单元的隔断壁之间的距离是显示面板的像素电极的尺寸的整数倍。
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