CN201229434Y - 2d/3d可切换显示设备 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种2D/3D可切换显示设备，包括通过利用变换偏振光的偏振方向来实现2D/3D切换显示的立体显示装置，还包括顺序放置的可电控TN面板和偏光板，从所述立体显示装置出射的光依次通过所述可电控TN面板和所述偏光板，其中所述偏光板的透振方向与所述立体显示装置出射的其中一种偏振光的偏振方向平行。本方案将入射的环境光强度降低一半，使得由于环境光导致的偏色程度降低。通过TN面板的调整之后，无论2D状态还是3D状态的显示亮度都不受太大影响，并且由于偏光板的偏振选择能力将把对液晶或其它聚合物材料危害甚大的外部紫外光也滤掉一半，有效地延长了显示设备的液晶或其它聚合物类材料的使用寿命。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种2D/3D可切换显示设备，尤其涉及一种利用偏振滤光装置降低在环境光下色彩失真的2D/3D可切换显示设备。
背景技术
现有技术中存在各种利用不同光路原理实现平面和立体可切换的立体显示技术，图1所示为其中一种2D/3D可切换立体显示装置，包括，提供二维图像的显示面板10、用于选择性的将由显示面板10提供的光线偏振方向不旋转或旋转90度的偏振光转换装置，以及由单折射率透镜和双折射率透镜构成的透镜组件，用于在2D模式中透射所述提供的图像、在3D模式中将入射的图像分成右眼图像和左眼图像。所述偏振光转换装置包括薄膜晶体管电路11c(显示面板10与薄膜晶体管电路11c之间的距离只是示意性的，主要是为了把光线的偏振方向标示出来)、作为驱动电极(相当于现有TFT显示器中的显示电极)的ITO玻璃11a、作为公共电极的ITO玻璃11b、取向层12a、12b、向列相液晶13和控制模块20，其中作为驱动电极的ITO玻璃11a由多个相互不电连接的ITO单元构成，薄膜晶体管电路11c中的各个晶体管分别与所述ITO单元电连接，控制模块20与薄膜晶体管电路11c和ITO玻璃11b电连接，用于通过薄膜晶体管控制各ITO单元与ITO玻璃11b之间的电压，两取向层12a、12b的分子取向相互垂直。当显示面板10的出射光为非线性偏振光时需在显示面板和偏振光转换装置之间置一片偏光片，使入射在偏振光转换装置的光为线性偏振光，该线性偏振光的偏振方向与ITO单元和ITO玻璃11b(公共电极)之间没有电场时取向层12a表面液晶分子取向相同。透镜组件包括单折射率凸透镜14、双折射率凹透镜15以及玻璃基板16。本实用新型中的凸透镜或凹透镜其实均由多个微透镜构成，也可以称之为透镜阵列。本方案中单折射率凸透镜14的折射率为n1，双折射率凹透镜15具有寻常光折射率no和非寻常光折射率ne，且n1＝no，no>ne。其中单折射透镜材料可为高分子聚合物或其他透明硬质材料，双折射率透镜的材料可以选择负性向列相液晶，可以在液态状态下填充进入由单折射率透镜14和玻璃片16所构成的空间内。在玻璃基板16表面施加取向层12c，例如涂覆取向剂和在单折射凸透镜14表面也经过对液晶的取向处理使得液晶排列方向与显示设备出射的偏振光的偏振方向相同。
当然，现有技术中所述偏振光转换装置还可以不包括薄膜晶体管电路，采用简单的透明电极和电源来控制整个偏振光转换装置进行偏振光的转换。
下面根据图1描述该现有技术的光路原理，图中分别是四道光线通过本实用新型装置的光路图，其中上两道光线最后发生折射，下两道光线直接透射，下面具体说明它们的原理。
从图1中可以看出，由于需要对上两道光线进行3D显示，控制模块20通过薄膜晶体管对上两道光线所对应的两个ITO单元充电，使得该ITO单元与作为公共电极的ITO玻璃11b之间产生电场，致使在该电场区域的液晶分子全部顺电场方向排列，偏振光通过时，不会改变偏振方向，接着穿过凸透镜14而入射到凹透镜15，此时光线的偏振方向与凹透镜15的液晶排列方向平行，因此凹透镜15对于该光线的折射率为ne，由于单折射率凸透镜14的折射率n1大于ne，即此时单折射率凸透镜14的折射率大于双折射率液晶所形成的凹透镜15的折射率，因此组合透镜的光学效果为凸透镜，光线经过时会发生折射。这种情况下，该立体显示装置可以将两道光线分别显示在人眼的左眼和右眼，使人眼看到的是3D立体图像，即立体显示装置将上两道光线采用3D方式显示。
下面描述下两道光线的光路原理：控制模块20没有将下两道光线所对应的ITO单元充电(在实际应用中，如果前一时间段该ITO单元上被充电，本方案中的这个过程，控制模块20可以将该ITO单元进行放电，总之就是使得该ITO单元与作为公共电极的ITO玻璃11b之间没有电场，控制的方式可以灵活调整)，入射到偏振光转换装置的偏振光的偏振方向与取向层12a表面的取向方向相同，光线通过偏振光转换装置的内部TN型(扭曲向列型)液晶后，被旋转90度，偏振方向与入射时的偏振方向垂直，该光线从单折射率凸透镜14的平面部分垂直入射，从凸面部分射出到双折射率凹透镜15，此时偏振方向与凹透镜15的液晶分子排列方向垂直，因此凹透镜15相对于该偏振光的折射率为no，由于单折射凸透镜14的折射率n1等于no，即此时单折射率凸透镜14的折射率与凹透镜15的折射率相同，因此该偏振光在凸透镜14和凹透镜15的界面处不发生折射，光线直线通过。这种情况下，该立体显示装置将所述下两道光线采用2D方式显示。我们可以把二维显示面板10之外的结构统称为2D/3D切换器件。
在上述现有方案中采用的透镜组件由单折射率透镜和双折射率透镜构成，而且现有的这种双折射率透镜通常是将取向(也称配向)设置的液晶聚合物材料进行固化而形成的，其单体液晶分子本身具有的各向异性使得其聚合固化之后，内部保留了一定的不均匀性。这种不均匀性导致了入射光的散射。入射光既包括从屏出射的图像信号光，也包括从外界入射的环境自然光。液晶聚合物层的不均匀性的尺度包括了液晶分子单体尺度、其聚合物大分子尺度，以及液晶分子单体取向畴的尺度等多个不同数量级的尺度，所以其对入射光的散射也就包含了衍射、反射和折射等多种情况。随液晶聚合物层的厚度增加，这种不均匀区域增多，散射强度也就增大。液晶层厚度大到一定程度时，散射光的强度也会很大。当图像信号光很弱，甚至没有图像信号光出射的时候，环境光的散射光强度会引起明显的视觉感知，因此环境光会导致图像的较为严重的失真。参见图2中所示的环境光在液晶上的散射光路，当环境光20入射到该液晶构成的双折射材料中时，会发生散射现象，如图中光线21、22、和23均为散射的光。
现有技术中也有采用吸收性减反射薄膜来降低入射的环境光的散射造成的不良影响。但是这种方法以牺牲信号光出射强度为代价。在上述透镜组件中，液晶层的厚度比较大，达数百微米，液晶的取向难以控制得很好，从而具有相当大的内部不均匀性，导致严重的散射，这样一来想要用附加吸收性减反射薄膜的方法来消除散射光对显示效果的不良影响的话，就需要增大薄膜的吸收，这样就同时更多地降低了信号光的强度，也就是显示亮度。在一些情况下，其所导致的显示亮度的降低甚至是无法接受的。这也是此类方案的无法克服的缺陷。
另一方面，由于切换器件中包含有液晶分子单体尺度的不均匀性，在这一尺度上的散射符合瑞利散射定律，这意味着总体而言，短波散射将大于长波散射。由于吸收性减反射薄膜的透光率曲线不易设计得很平坦，导致显示器发出的图像光被吸收而减弱的程度不同，因此会使显示色调出现偏色。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种图像色彩失真大幅降低的2D/3D可切换显示设备。
为实现本实用新型的目的，本实用新型提供一种2D/3D可切换显示设备，包括通过利用变换偏振光的偏振方向来实现2D/3D切换显示的立体显示装置，还包括顺序放置的可电控TN面板和偏光板，从所述立体显示装置出射的光依次通过所述可电控TN面板和所述偏光板，其中所述偏光板的透振方向与所述立体显示装置出射的其中一种偏振光的偏振方向平行。
所述立体显示装置可以包括顺序放置的二维显示面板和2D/3D切换器件。
所述2D/3D切换器件可以包括偏振光转换装置和由单折射率透镜与双折射率透镜构成的透镜组件。
本实用新型的上述方案将入射的环境光强度降低一半，使得由于环境光导致的偏色程度降低。通过TN面板的调整之后，无论2D状态还是3D状态的显示亮度都不受太大影响，并且由于偏光板的偏振选择能力将把对液晶或其它聚合物材料危害甚大的外部紫外光也滤掉一半，有效地延长了显示设备的液晶或其它聚合物类材料的使用寿命。
附图说明
图1为现有技术中的一种2D/3D可切换立体显示装置结构示意图；
图2为现有技术中的透镜组件受环境光影响的示意图；
图3为本实用新型第一实施方案光路原理图；
图4为本实用新型另一种实施方案的光路原理图。
具体实施方式
本实施方式如图3所示，在现有2D/3D可切换立体显示装置上增加了一个可电控TN(扭曲向列型)面板和一个偏光板34。其中TN面板包括施加电场的电极31和33，以及扭曲向列型液晶32。该偏光板34可以使环境光入射光源的强度降低一半，从而其散射也降低一半，同时图像信号光的强度的减弱仅为偏光板固有的损耗，在偏光板的透振性能足够好的时候，这种损耗基本可以忽略不计。
下面详细描述加装了TN面板和偏光板34的2D/3D可切换立体显示装置的工作原理。
由于在加装TN面板和偏光板34之前的2D/3D可切换立体显示装置的光路原理与现有技术原理相同，在前面背景技术部分已经有了详细的描述，这里就不再重复描述，在这里仅仅描述分别在2D和3D状态下，TN面板和偏光板34在光路中所起的作用。
前面已有描述，上两道光线采用3D方式显示，从透镜组件出射的偏振光的偏振方向平行纸面，图3中的偏光板34的偏振方向平行于纸面，与从透镜组件出射的偏振光的偏振方向平行，为了不影响从透镜组件出射的偏振光，此时，在透镜组件和偏光板34之间的TN面板的相应部分施加电场，这样，从透镜组件出射的偏振光通过该TN面板时偏振面不会旋转，与此时外加偏光板34的透振方向平行，因此该光线可以直接穿过偏光板34，不会影响3D的显示。
前面已有描述，下两道光线采用2D方式显示，从透镜组件出射的偏振光的偏振方向垂直纸面，图3中的偏光板34的偏振方向平行纸面，此时与从透镜组件出射的偏振光的偏振方向垂直，为了不影响从透镜组件出射的偏振光，此时，在透镜组件和偏光板34之间的TN面板的相应部分不施加电场，这样，从透镜组件出射的偏振光通过该TN面板时偏振面旋转90度，与此时外加偏光板34的透振方向平行，因此偏振面旋转后的该光线可以直接穿过偏光板34，不会影响2D的显示。
上述偏光板的偏振方向可以灵活改变，在上述实施例中，偏光板的偏振方向平行纸面，但是也可以设置为垂直纸面，如图4所示，这样在进行3D显示时，在TN面板的相应部分不施加电场，从透镜组件出射的偏振光通过该TN面板时偏振面旋转90度，与此时外加偏光板34的透振方向平行，因此偏振面旋转后的该光线可以直接穿过偏光板34，不会影响3D的显示。同样，在进行2D显示时，在TN面板的相应部分施加电场，从透镜组件出射的偏振光通过该TN面板时偏振面不会旋转，与此时外加偏光板34的透振方向平行，因此该光线可以直接穿过偏光板34，不会影响2D的显示。因此，偏光板的偏振方向只需要设置的平行或垂直出射光的偏振方向即可，可根据具体情况给TN面板施加电场或不施加电场来实现本实用新型的目的。上述TN面板可以为现有的TFT型TN面板。
本方案通过外加偏光板进行偏振滤光，实际只是将入射的环境光强度降低一半。而信号光本身是线偏振的，通过TN面板的调整之后，无论2D状态还是3D状态的显示亮度都不受太大影响。使得由于环境光导致的偏色程度降低。本方案还有另一项优点，就是由于偏光板的偏振选择能力而将把对液晶或其它聚合物材料危害甚大的外部紫外光也滤掉一半，有效地延长了显示器的液晶或其它聚合物类材料的使用寿命。
事实上对于其它所有采用通过变换偏振光的偏振方向来实现2D-3D转换的立体显示装置都可以应用本实用新型的思路，在立体显示装置上加装TN面板和偏光板来降低环境光对显示器的影响。
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，这些均属于本实用新型的保护范围之内。
Claims (3)
1、一种2D/3D可切换显示设备，包括通过利用变换偏振光的偏振方向来实现2D/3D切换显示的立体显示装置，其特征在于，还包括顺序放置的可电控TN面板和偏光板，从所述立体显示装置出射的光依次通过所述可电控TN面板和所述偏光板，其中所述偏光板的透振方向与所述立体显示装置出射的其中一种偏振光的偏振方向平行。
2、根据权利要求1所述的2D/3D可切换显示设备，其特征在于，所述立体显示装置包括顺序放置的二维显示面板和2D/3D切换器件。
3、根据权利要求2所述的2D/3D可切换显示设备，其特征在于，所述2D/3D切换器件包括偏振光转换装置和由单折射率透镜与双折射率透镜构成的透镜组件。
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