专利名称：主动开关式三维显示镜片及主动开关式三维显示眼镜的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种三维立体镜片以及一种三维立体眼镜，尤其涉及一种主动开关式三维显示镜片及主动开关式三维显示眼镜。
背景技术：
目前用于三维显示的眼镜主要有液晶开关式镜片和偏振片镜片两种类型。偏振片式眼镜其左右眼分别采用不同偏振方向的偏振镜片对应相应的左右眼图像偏振方向，这样左右眼分别只能看到对应的左右眼图像，通过眼睛的融合左右，观察到三维图像。液晶开关式镜片是针对每帧显示的内容分别对应左右图像，通过液晶开关镜片分别切换至左右眼。 偏振片式眼镜的优点是结构简单，成本低。但偏振片式眼镜损失分辨率，串扰较大，且与观察位置关系密切，实际观察效果欠佳。液晶开关式镜片由于每帧只显示左图像或右图像，所以在实现过程中帧频减半。它的优点是不损失分辨率，且串扰较小；但是，当液晶开关式镜片用于三维液晶显示器时，由于通过液晶盒后的光是具有偏振性的，因此受液晶眼镜偏振方向的影响，对观察位置的要求十分苛刻，头部略有转的就会影响观看效果。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足提供一种串扰小并且其三维图像显示质量与观察位置和头部转动无关的能够适用于普通的任何一种三维显示器的主动开关式三维显示镜片以及一种主动开关式三维显示眼镜。为解决上述技术问题，本发明采取的技术方案是一种主动开关式三维显示镜片， 包括前玻璃基板、后玻璃基板、外围堰、前透明电极、后透明电极、有色非极性油滴、至少两个亲水介质层、至少两个疏水介质层和至少两个内围堰；所述外围堰设置在前玻璃基板和后玻璃基板之间并且形成封闭的腔室；前透明电极、后透明电极、亲水介质层和疏水介质层和有色非极性油滴位于腔室内；第一透明电极设置在腔室的上表面上并且覆盖腔室的全部上表面，后透明电极设置在腔室的下表面上并且覆盖腔室的全部下表面；内围堰设置在后透明电极上，疏水介质层设置在后透明电极表面并且位于内围堰内，有色非极性油滴位于内围堰内并且设置在疏水介质层表面，亲水介质层也设置在后透明电极表面并且位于内围堰内，所述亲水介质层位于内围堰的内边缘与疏水介质层的外边缘之间，亲水介质层与疏水介质层处在同一平面内，疏水介质层的宽度与亲水介质层的宽度之比大于10 1 ；腔室的其余部分充满水。本发明主动开关式三维显示镜片的工作原理是利用基于透明介质上电润湿效应，通过施加不同电压来调节介质层表面的疏水特性，使其由疏水转变为亲水，从而控制有色油滴覆盖介质层面积的大小。由于亲水介质层的存在，依靠表面张力的作用，使得聚集后的油滴朝向亲水介质层移动，即朝向腔室的边缘移动。从而使整体镜片的透光性更好。作为本发明进一步改进的技术方案，所述内围堰之间紧密排列形成矩阵式排列并且覆盖腔室内的全部表面。作为本发明进一步改进的技术方案，所述内围堰的截面为矩形、正方形、菱形、正六边形。作为本发明进一步改进的技术方案，所述有色非极性油滴由粒径为5 1000纳米的碳黑或碳纳米管分散在硅油中构成。作为本发明进一步改进的技术方案，所述前玻璃基板和后玻璃基板为厚度为 0.01 3毫米的玻璃、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸酯或聚苯二甲酸乙二醇酯的透明板材或薄膜。作为本发明进一步改进的技术方案，所述前透明电极和后透明电极为厚度为 10 1000纳米的氧化铟锡或氧化锌透明薄膜。一种主动开关式三维显示眼镜，包括镜架、安装在镜架上的镜片、同步控制器以及安装在镜架上并且用于接收红外发生器所发出的红外信号同时控制施加在镜片上的电压的大小的红外接收器，同步控制器与红外发生器电连接并且用于控制红外发生器，所述镜片为上述所述的主动开关式三维显示镜片。本发明主动开关式三维显示眼镜的工作原理是由同步驱动器产生的控制信号与显示器中的驱动控制器的帧同步控制信号同步，对红外信号发生器逐帧施加左、右眼控制信号，眼镜上安装的红外接收器接收到相应的信号后，分别控制左右镜片的开和关，使得左右眼图像分别通过左、右镜片，通过人眼的融合左右，形成相应的三维图像。即本发明在任何一种显示器上逐帧显示三维图像对应的左、右眼图像，在此显示器上安装红外辐射装置， 并根据显示器的帧同步信号和所对应的左眼或右眼图像，对红外辐射装置施加控制信号， 使显示器输出的图像按左、右眼图像顺序显示，再通过眼镜上的红外接收器控制眼镜开关， 使左眼或右眼分别接受对应的图像内容，以实现三维显示。本发明主动开关式三维显示镜片采用透明的前玻璃基板和后玻璃基板以及透明的前透明电极和后透明电极，因此，本发明不会出现液晶开关式镜片或者偏振片镜片的对镜片方位的严格要求，即克服了其观察效果与观察视角关系密切的缺点。或者说本发明在使用时，三维图像显示质量与观察位置和头部转动无关；另外本发明利用基于透明介质上电润湿效应，通过施加不同电压来调节介质层表面的疏水特性，使其由疏水转变为亲水，从而控制有色油滴覆盖介质层面积的大小油滴铺开时为关状态，油滴聚集时为开状态。因此， 本发明性对于一般的液晶开关式镜片或者偏振片镜片具有更小的串扰。总之本发明不仅三维图像显示质量与观察位置和头部转动无关而且串扰小。另外本发明制作工艺简单、成本低，适用于普通的任何一种三维显示器。
图1为实施例1的主动开关式三维显示镜片处于开状态的截面结构示意图。图2为实施例1的主动开关式三维显示镜片处于开状态的俯视结构示意图。图3为实施例1的主动开关式三维显示镜片处于关状态的截面结构示意图。图4为实施例1的主动开关式三维显示镜片处于关状态的俯视结构示意图。图5为实施例2的主动开关式三维显示眼镜工作原理示意图。
具体实施例方式实施例1参见图1、图2、图3和图4，本主动开关式三维显示镜片包括前玻璃基板1、后玻璃基板2、外围堰3、前透明电极4、后透明电极5、有色非极性油滴8、至少两个亲水介质层9、 至少两个疏水介质层7和至少两个内围堰13 ；所述外围堰3设置在前玻璃基板1和后玻璃基板2之间并且形成封闭的腔室6，腔室6的数量和镜片大小有关，每个腔室6作为一个小单元，其面积不得大于1mm*Imm ；前透明电极4、后透明电极5、亲水介质层9和疏水介质层7 和有色非极性油滴8位于腔室6内；第一透明电极4设置在腔室6的上表面6-1上并且覆盖腔室6的全部上表面，后透明电极5设置在腔室6的下表面6-2上并且覆盖腔室6的全部下表面；内围堰13设置在后透明电极5上，疏水介质层7设置在后透明电极5表面并且位于内围堰13内，有色非极性油滴8位于内围堰13内并且设置在疏水介质层7表面，亲水介质层9也设置在后透明电极(5)表面并且位于内围堰13内，所述亲水介质层9位于内围堰 13的内边缘与疏水介质层5的外边缘之间，亲水介质层9与疏水介质层7处在同一平面内， 疏水介质层7的宽度与亲水介质层9的宽度之比大于10 1;腔室6的其余部分充满水。所述内围堰13之间紧密排列形成矩阵式排列并且覆盖疏水介质层7位于腔室6 内的全部表面。所述内围堰17的截面可以为矩形、正方形、菱形、正六边形，或者还可以为其他可无缝拼接的多边形。本实施例中为正方形。所述有色非极性油滴8由粒径为5 1000纳米的碳黑或碳纳米管分散在硅油中构成。所述前玻璃基板1和后玻璃基板2为厚度为0. 01 3毫米的玻璃、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸酯或聚苯二甲酸乙二醇酯的透明板材或薄膜。所述前透明电极4和后透明电极5 为厚度为10 1000纳米的氧化铟锡或氧化锌透明薄膜。亲水层可采用AZ4620光刻胶制作，厚度为3 6微米。疏水介质层可采用Teflon制作，厚度为0. 6 0. 8微米。围堰可采用聚二甲基硅氧烷(PDMS)框制作，厚度为1 6毫米。本实施例的具体工作原理如图3和图4所示当前透明电极和后透明电极之间不加电压时，一个带有颜色的油滴即有色非极性油滴将自动平铺在水与疏水介质层表面之间，这是因为在微米尺度下，疏水层表面和亲水层表面的表面张力分别满足方程1和2 _] yij0+yw,0 < Yijw 1yiw,w+y0,w< Yiwj0 2其中γ为表面张力；下标W、O、i和iw分别代表水、油、疏水介质层表面和亲水介质层表面。因此，在亲水介质层和疏水介质层界面处，水将与亲水介质层表面直接接触， 从而形成如图3所示的油水界面。当可见光从镜片前方入射到后透明玻璃基板时，可见光的部分光谱被油滴吸收，透射光谱主要集中在油滴颜色光谱段附近，此时镜片表现为“关” 状态。如图1和图2所示当前透明电极和后透明电极之间施加一定电压时，原来的平衡被打破。外加电压将引起油滴和疏水介质层之间表面张力的变化，其改变量为Y 可由 Lippmann公式求得。随着外加电压的增加，当满足Yij0+yw,0 > Yijw-Yew 3时，油滴将不能完全铺满整个镜片，透明水将排开部分油滴，与疏水介质层直接接触，从而形成如图1所示的水、油滴以及疏水介质层三相界面。随着电压的增大，为了保持
5系统能量平衡，水滴的三相接触角θ会变小，水滴与疏水介质层接触面积变大，油滴鼓起。 此时，当可见光从镜片前面入射到后透明玻璃基板时，可见光通过没有油滴覆盖的后透明璃基板、透明水和前透明玻璃基板直接透射出镜片，此时镜片为“开”状态。实施例2参见图5，采用上述主动开关式三维显示镜片作为镜片11的主动开关式三维显示眼镜，包括镜架10、同步控制器15以及安装在镜架上并且用于接收红外发生器16所发出的红外信号同时控制施加在镜片11上的电压的大小的红外接收器12，镜片11安装在镜架10 上，同步控制器15与红外发生器16电连接并且用于控制红外发生器16。本主动开关式三维显示眼镜具体工作原理如图5所示，显示器14上逐帧分别显示三维图像或视频对应的左眼或右眼的图像或视频；通过同步控制器15控制安装在显示器 14上的红外发生器16，当前帧显示的图像或视频为左眼图像，则红外发生器16发出相应脉冲给主动开关式三维显示眼镜的镜架10上安装的红外信号接收器12，红外信号接收器 12根据接收到的信号控制主动开关式三维显示镜片11，分别对左右镜片施加相应的电压， 使之开或关。若红外信号接收器12接收到的是左眼信号，则对左眼镜片施加正电压，右眼镜片施加0电压，对应眼左眼镜片开，右眼镜片关；反之当前帧显示的图像或视频为右眼图像，则对则对左眼镜片施加0电压，右眼镜片施加正电压，对应眼右眼镜片开，左眼镜片关； 如此循环重复，使得当前时刻左眼或右眼接受左眼或右眼的图像内容，下一时刻右眼或左眼接收右眼或左眼的图像内容，以此实现三维显示。
权利要求
1.一种主动开关式三维显示镜片，其特征在于包括前玻璃基板(1)、后玻璃基板O)、 外围堰(3)、前透明电极G)、后透明电极(5)、有色非极性油滴(8)、至少两个亲水介质层 (9)、至少两个疏水介质层(7)和至少两个内围堰(13)；所述外围堰C3)设置在前玻璃基板(1)和后玻璃基板( 之间并且形成封闭的腔室(6)；前透明电极G)、后透明电极(5)、亲水介质层(9)和疏水介质层(7)和有色非极性油滴⑶位于腔室(6)内；第一透明电极(4)设置在腔室(6)的上表面(6-1)上并且覆盖腔室(6)的全部上表面， 后透明电极( 设置在腔室(6)的下表面(6- 上并且覆盖腔室(6)的全部下表面；内围堰(1 设置在后透明电极( 上，疏水介质层(7)设置在后透明电极( 表面并且位于内围堰(13)内，有色非极性油滴⑶位于内围堰(13)内并且设置在疏水介质层(7) 表面，亲水介质层(9)也设置在后透明电极(5)表面并且位于内围堰(13)内，所述亲水介质层(9)位于内围堰(1 的内边缘与疏水介质层(5)的外边缘之间，亲水介质层(9)与疏水介质层(7)处在同一平面内，疏水介质层(7)的宽度与亲水介质层(9)的宽度之比大于 10 1 ；腔室(6)的其余部分充满水。
2.根据权利要求1所述的主动开关式三维显示镜片，其特征在于所述内围堰(13)之间紧密排列形成矩阵式排列并且覆盖腔室(6)内的全部表面，。
3.根据权利要求1所述的主动开关式三维显示镜片，其特征在于所述内围堰(13)的截面为矩形、正方形、菱形、六边形。
4.根据权利要求1或2所述的主动开关式三维显示镜片，其特征在于所述有色非极性油滴(8)由粒径为5 1000纳米的碳黑或碳纳米管分散在硅油中构成。
5.根据权利要求1或2所述的主动开关式三维显示镜片，其特征在于所述前玻璃基板(1)和后玻璃基板O)为厚度为0. 01 3毫米的玻璃、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸酯或聚苯二甲酸乙二醇酯的透明板材或薄膜。
6.根据权利要求1或2所述的主动开关式三维显示镜片，其特征在于所述前透明电极(4)和后透明电极( 为厚度为10 1000纳米的氧化铟锡或氧化锌透明薄膜。
7.—种主动开关式三维显示眼镜，包括镜架(10)、安装在镜架(10)上的镜片、同步控制器(15)以及安装在镜架(10)上并且用于接收红外发生器(16)所发出的红外信号同时控制施加在镜片上的电压的大小的红外接收器(12)，同步控制器(1 与红外接收器(12) 电连接并且用于接收红外接收器(1 的检测信号同时输出控制信号给红外接收器(12)， 其特征在于所述镜片为权利要求1至5中任一项所述的主动开关式三维显示镜片(11)。
全文摘要
本发明公开了一种主动开关式三维显示镜片，包括前玻璃基板、后玻璃基板、外围堰、前透明电极、后透明电极、有色非极性油滴、至少两个亲水介质层、至少两个疏水介质层和至少两个内围堰；所述外围堰设置在前玻璃基板和后玻璃基板之间并且形成封闭的腔室；前透明电极、后透明电极、亲水介质层和疏水介质层和有色非极性油滴位于腔室内。本发明还公开了一种采用上述主动开关式三维显示镜片的主动开关式三维显示眼镜。本发明不会出现液晶开关式镜片或者偏振片镜片的对镜片方位的严格要求，即克服了其观察效果与观察视角关系密切的缺点。另外，本发明不仅三维图像显示质量与观察位置和头部转动无关而且串扰小。
文档编号G02B27/22GK102213835SQ20111011655
公开日2011年10月12日 申请日期2011年5月5日 优先权日2011年5月5日
发明者仲雪飞, 吴忠, 屠彦, 张 雄, 杨兰兰, 王保平, 王莉莉, 雷威 申请人:东南大学