CN106959525A - 一种双视裸眼3d显示器件及其制作方法、液晶显示装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种双视裸眼3D显示器件及其制作方法、液晶显示装置，用以使得双视裸眼3D显示器件的厚度大大降低，结构简化，从而工艺简单、成本降低，并且用户不必佩戴眼镜。本申请提供的一种双视裸眼3D显示器件，包括：薄膜晶体管TFT基板，设置在所述TFT基板之上的衍射光栅、设置在所述衍射光栅之上的液晶层、设置在所述液晶层之上的偏振片，以及向所述TFT基板发射光线的光源；其中，所述衍射光栅形成在所述TFT基板上，所述TFT基板上的每一像素单元对应所述衍射光栅上的两种光栅图案，这两种光栅图案的遮光条成预设夹角。

Description

一种双视裸眼3D显示器件及其制作方法、液晶显示装置

技术领域

本申请涉及显示器技术领域，尤其涉及一种双视裸眼3D显示器件及其制作方法、液晶显示装置。

背景技术

随着人们生活水平的日益提高，对显示器件的体验要求也日益剧增。其中显示器件“双视功能”的实现已成为领域的热点。“双视”是指不同观看者同时从两个不同角度观看显示器时，可以看到不同的显示内容。双视技术有三大应用方向，包括车载、广告机、防窥显示。例如，车辆在行驶过程中，驾驶员通过车载显示器查看路况，而副驾驶位上的乘客可以通过同一车载显示器观看电影；公共场所的广告牌从不同的角度观看到不同广告内容，可以提高广告牌的利用效率；当人们不得不在公共场所办公，又不希望旁边的人知晓其工作内容时，双视技术就为防窥保密提供了便利。

但是，现有技术中的双视裸眼3D显示器件，要么器件过于复杂，厚度较厚，设备过于笨重，并且工艺难以实现，成本高；要么需要不同观看者佩戴不同眼镜，限制了应用场合，用户使用麻烦，体验感不佳；再或只能进行2D显示，无法实现裸眼3D显示。

发明内容

本申请实施例提供了一种双视裸眼3D显示器件及其制作方法、液晶显示装置，用以使得双视裸眼3D显示器件的厚度大大降低，结构简化，从而工艺简单、成本降低，并且用户不必佩戴眼镜。

本申请实施例提供的一种双视裸眼3D显示器件包括：

薄膜晶体管TFT基板，设置在所述TFT基板之上的衍射光栅、设置在所述衍射光栅之上的液晶层、设置在所述液晶层之上的偏振片，以及向所述TFT基板发射光线的光源；其中，所述衍射光栅形成在所述TFT基板上，所述TFT基板上的每一像素单元对应所述衍射光栅上的两种光栅图案，这两种光栅图案的遮光条成预设夹角。

其中，所述的预设值可以根据实际需要而定，本申请实施例并不对其具体取值作限制，只要存在夹角即可。

本申请实施例提供的双视裸眼3D显示器件，由于省略了下偏振片和彩膜基板，通过增加的衍射光栅实现了更薄的具有双视裸眼3D显示功能的器件，相比现有技术，不仅厚度相比于普通液晶显示器件大大降低，且能够实现裸眼3D双视显示，无需体验者佩戴任何外部设备，更加轻便，结构更加简单，工艺简化，节约成本，且不受使用场所的限制，有益于双视裸眼3D显示器件的进一步推广使用。

较佳地，所述TFT基板为TFT玻璃基板。

较佳地，所述光源为发射准直光的光源。

较佳地，所述衍射光栅为正弦相位光栅或闪耀光栅。

较佳地，当所述衍射光栅为正弦相位光栅时，若其倾斜角度为θ_G，光栅常数为Λ，光栅长度为L，厚度为d，那么其复振幅投射系数为：

其中，q表示衍射光栅的衍射级次；J_q代表q阶第一类贝塞尔函数；u＝1/Λ，代表光栅的空间频率；r_q＝(α_q,β_q,γ_q)表示出射光的方向余弦；出射光的强度由v＝2πΔnd/λ调制，Δn为光栅折射率，λ为波长。

较佳地，当所述衍射光栅为正弦相位光栅时，若该正弦相位光栅的入射光的方向余弦为(α,β,γ)，则该正弦相位光栅的出射光的出射方向为(α_q,β_q,γ_q)，并且满足如下关系：

较佳地，所述TFT基板上每一像素单元对应的两种光栅图案的遮光条之间的夹角不全相同。

较佳地，所述TFT基板上的相邻的像素单元对应的两种光栅图案的遮光条之间的夹角不同。

较佳地，所述TFT基板包括扭曲向列型(Twisted Nematic,TN)、平面转换(In-Plane Switching,IPS)、垂直配向(Vertical Alignment,VA)显示模式的电极结构。

本申请实施例提供的一种液晶显示装置，包括本申请实施例提供的所述的器件。

本申请实施例提供的一种双视裸眼3D显示器件的制作方法，包括：

在薄膜晶体管TFT基板之上设置衍射光栅；

在所述衍射光栅之上设置液晶层；

在所述液晶层之上设置偏振片；

以及设置向所述TFT基板发射光线的光源；

其中，所述衍射光栅形成在所述TFT基板上，所述TFT基板上的每一像素单元对应所述衍射光栅上的两种光栅图案，这两种光栅图案的遮光条成预设夹角。

附图说明

图1为本申请实施例提供的双视裸眼3D显示器件的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的双视裸眼3D显示器件实现双视功能的示意图；

图3为本申请实施例提供的一个像素对应的衍射光栅的图案示意图；

图4为本申请实施例提供的衍射光栅的整体图案示意图；

图5为本申请实施例提供的双视裸眼3D显示器件实现双视功能的示意图；

图6为本申请实施例提供的双视裸眼3D显示器件实现彩色显示的示意图；

图7为本申请实施例提供的双视裸眼3D显示器件实现裸眼3D显示的示意图；

图8为本申请实施例提供的双视裸眼3D显示器件的制作方法的流程示意图。

具体实施方式

本申请实施例提供了一种双视裸眼3D显示器件及其制作方法、液晶显示装置，用以使得双视裸眼3D显示器件的厚度大大降低，结构简化，从而工艺简单、成本降低，并且用户不必佩戴眼镜。

本申请实施例提供一种薄型化的双视裸眼3D显示器件，参见图1，所述器件主要由薄膜晶体管(Thin Film Transistor，TFT)基板1、衍射光栅2、液晶层3、偏振片4和光源5构成；其中，与常规液晶显示器件相比，所述偏振片4可以理解为上偏振片，但本申请实施例提供一种薄型化的双视裸眼3D显示器件，无下偏振片和彩膜基板，因此使得显示器件更加轻薄；并且，参见图2，所述衍射光栅2的添加能够实现裸眼3D显示器件的双视功能。

其中，光源5入射到TFT基板1的入射光为准直光，即发光方向是一定的，不会有多个方向的光线，例如可以为偏振光。该光源5发出的入射光经过TFT基板1、衍射光栅2出射后不改变偏振方向，因此，本申请实施例提供薄型化的双视裸眼3D显示器件无需下偏振片，即仅需要一个偏振片即可。

本申请实施例提供的薄型化的双视裸眼3D显示器件中的TFT基板，例如可以是TFT玻璃基板，TFT玻璃基板可以充当导光板的作用，参见图1或图2，光源5的部分入射光在TFT玻璃基板1上表面出射并近似垂直射入衍射光栅2；另一部分入射光在TFT玻璃基板1内发生全反射，并最终在TFT玻璃基板1的上表面出射并近似垂直射入衍射光栅2；此结构使TFT玻璃基板上表面的出射光近似均匀垂直出射，因此提高发光效率，与现有技术相比，省略了背光模组结构，因此不仅降低双视裸眼3D显示器件的厚度，也减少了成本。

本申请实施例提供的薄型化的双视裸眼3D显示器件中的衍射光栅2形成在TFT基板1上，TFT基板1上的每一个像素单元包含两种光栅图案，如图3所示。上下两种光栅图案的遮光条之间呈一定夹角，参见图3，上光栅的遮光条21与下光栅的遮光条22存在预设夹角θ，该夹角的大小可以根据实际需要而定，本申请实施例中不作限定。TFT基板1上整面显示区域的衍射光栅的图案排布如图4所示。此结构的衍射光栅使光线经过整个双视裸眼3D显示器件后，呈两个角度出射，使观看者在两个不同的角度可以观看到不同的显示画面，如图5所示。

关于衍射光栅的作用原理介绍如下：

例如，衍射光栅为正弦相位光栅，若其倾斜角度为θ_G，光栅常数为Λ，光栅长度为L，厚度为d，那么其复振幅投射系数t(r_q)为下面公式一所示：

公式一

其中，q表示衍射光栅的衍射级次；J_q代表q阶第一类贝塞尔函数；u＝1/Λ，代表光栅的空间频率；r_q＝(α_q,β_q,γ_q)表示出射光的方向余弦；出射光的强度由v＝2πΔnd/λ调制，Δn为光栅折射率，λ为波长。

由此可见，正弦相位光栅能够调制其入射光的相位，例如方向余弦为(α,β,γ)的入射光经过正弦相位光栅后，其出射方向变为(α_q,β_q,γ_q)，它们之间具有如下公式二所示的关系：

公式二

因此，本申请实施例中每一个像素上刻蚀呈一定角度的两种光栅，可以使光呈两种角度出射并射入人眼，如图5所示，并且不损失任一角度的分辨率。其中，不同像素对应的上光栅和下光栅的夹角可以相同或不同。

由公式二可知，光的出射角度与波长λ相关，由于红(R)、绿(G)、蓝(B)三色光的波长不同，光源发出的光经过衍射光栅后，不同颜色的光的角度会存在微小差异，合理地调整光栅参数，使其形成如图6所示的效果，因此本申请实施例提供的双视裸眼3D显示器件没有彩膜结构，也能实现彩色显示。

根据光的衍射理论，经过光栅的衍射图样为明暗相间的条纹，因此可以实现裸眼3D显示，如图7所示。黑色条纹及光能量为0的部分相当于传统裸眼3D显示器件的光栅，能够使相邻两个像素的显示内容分别只被观看者左眼和右眼接受到，形成左视图和右视图；当左、右视图显示的画面存在微弱差异时，观看者就能够感受到存在景深的3D效果。

需要说明的是，本申请实施例中，每一个像素上的光栅图案排布不限，只要上光栅和下光栅两种光栅的遮光条之间形成一定的夹角，使出射光呈两种角度出射即可；(像素和像素间的排布不限)另外，TFT基板的电极结构也不限，例如TN、IPS、VA显示模式的电极结构均可。

本申请实施例提供的一种液晶显示装置，包括本申请实施例提供的所述的双视裸眼3D显示器件。

参见图8，本申请实施例提供的一种双视裸眼3D显示器件的制作方法，包括：

S101、在薄膜晶体管TFT基板之上设置衍射光栅；

S102、在所述衍射光栅之上设置液晶层；

S103、在所述液晶层之上设置偏振片；

S104、以及在所述TFT基板的一侧设置向所述TFT基板发射光线的光源；

其中，所述衍射光栅形成在所述TFT基板上，所述TFT基板上的每一像素单元对应所述衍射光栅上的两种光栅图案，这两种光栅图案的遮光条成预设夹角。

综上所述，本申请实施例提供的双视裸眼3D显示器件以及液晶显示器，由于省略了下偏振片和彩膜基板，通过增加的衍射光栅实现了更薄的具有双视裸眼3D显示功能的器件，相比现有技术，不仅厚度相比于普通液晶显示器件大大降低，且能够实现裸眼3D双视显示，无需体验者佩戴任何外部设备，更加轻便，结构更加简单，工艺简化，节约成本，且不受使用场所的限制，有益于双视裸眼3D显示器件的进一步推广使用。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (11)

1.一种双视裸眼3D显示器件，其特征在于，包括：

薄膜晶体管TFT基板，设置在所述TFT基板之上的衍射光栅、设置在所述衍射光栅之上的液晶层、设置在所述液晶层之上的偏振片，以及向所述TFT基板发射光线的光源；其中，所述衍射光栅形成在所述TFT基板上，所述TFT基板上的每一像素单元对应所述衍射光栅上的两种光栅图案，这两种光栅图案的遮光条成预设夹角。

2.根据权利要求1所述的器件，其特征在于，所述TFT基板为TFT玻璃基板。

3.根据权利要求1所述的器件，其特征在于，所述光源为发射准直光的光源。

4.根据权利要求1所述的器件，其特征在于，所述衍射光栅为正弦相位光栅或闪耀光栅。

5.根据权利要求4所述的器件，其特征在于，当所述衍射光栅为正弦相位光栅时，若其倾斜角度为θ_G，光栅常数为Λ，光栅长度为L，厚度为d，那么其复振幅投射系数为：

$t\left(r_q\right)=\[\underset{q=-\mathrm{\∞}}{\overset{\mathrm{\∞}}{\Σ}}{J}_q\left(v\right)\exp \left(i2{\mathrm{\πqur}}_q\right)\]\·rect\left(\frac{r_q}{L}\right)$

其中，q表示衍射光栅的衍射级次；J_q代表q阶第一类贝塞尔函数；u＝1/Λ，代表光栅的空间频率；r_q＝(α_q,β_q,γ_q)表示出射光的方向余弦；出射光的强度由v＝2πΔnd/λ调制，Δn为光栅折射率，λ为波长。

6.根据权利要求5所述的器件，其特征在于，当所述衍射光栅为正弦相位光栅时，若该正弦相位光栅的入射光的方向余弦为(α,β,γ)，则该正弦相位光栅的出射光的出射方向为(α_q,β_q,γ_q)，并且满足如下关系：

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\α}}_q=\mathrm{\α}+q\frac{\mathrm{\λ}}{\mathrm{\Λ}}{\mathrm{cos\θ}}_G\\ {\mathrm{\β}}_q=\mathrm{\β}+q\frac{\mathrm{\λ}}{\mathrm{\Λ}}{\mathrm{sin\θ}}_G\\ {\mathrm{\γ}}_q={(1-{\mathrm{\α}}_q^2-{\mathrm{\β}}_q^2)}^{1/2}\end{array}\right..$

7.根据权利要求1所述的器件，其特征在于，所述TFT基板上每一像素单元对应的两种光栅图案的遮光条之间的夹角不全相同。

8.根据权利要求1所述的器件，其特征在于，所述TFT基板上的相邻的像素单元对应的两种光栅图案的遮光条之间的夹角不同。

9.根据权利要求1所述的器件，其特征在于，所述TFT基板包括扭曲向列型TN、平面转换IPS、垂直配向VA显示模式的电极结构。

10.一种液晶显示装置，其特征在于，包括权利要求1～9任一权项所述的器件。

11.一种双视裸眼3D显示器件的制作方法，其特征在于，该方法包括：

在薄膜晶体管TFT基板之上设置衍射光栅；

在所述衍射光栅之上设置液晶层；

在所述液晶层之上设置偏振片；

以及设置向所述TFT基板发射光线的光源；

其中，所述衍射光栅形成在所述TFT基板上，所述TFT基板上的每一像素单元对应所述衍射光栅上的两种光栅图案，这两种光栅图案的遮光条成预设夹角。