CN101000430A - 一种液晶立体平面兼容显示器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种液晶立体平面兼容显示器，其特征是，方法一：在制造液晶显示屏时，在屏幕表面再添加奇数行或偶数行90度光偏振液晶扭转层；方法二：在制造液晶显示屏时，所使用的入射偏振片和出射偏振片的偏振特性经过隔行垂直处理，使得奇数行和偶数行的光偏振特性为互相垂直，同时液晶填装时导向膜也作相应隔行垂直工艺制造；方法三：在制造液晶显示屏时，所使用的入射偏振片或出射偏振片的偏振特性经过隔行垂直处理，其他部分一样，此时显示器显示时则对图像作隔行反像处理和对显示器电路也作相应的修改、补偿。本发明的液晶显示屏适宜于在现有需要立体显示的民用、工业、科技等领域，同时还适用于现在普通液晶显示屏所使用的所有领域。

Description

一种液晶立体平面兼容显示器
技术领域
本发明涉及一种液晶立体平面兼容显示器。
背景技术
随着液晶技术的发展，很多科学家就开始在考虑是否能够直接运用3D眼镜的这一原理，而直接在液晶显示器上实现该功能。目前最为现实的是由飞利浦和夏普共同创导的技术，而采用该技术制造出的第一款成功商品化的3D液晶显示器也已经推出市场。
这是利用在液晶的最表层添加了数组透镜，而在这层凸透镜数组上形成影像。其中每个透镜以液晶画素成一个小的角度摆放，并且对应了7个液晶Cell。每一个液晶画素有3个液晶Cell组成，具备呈现RGB三色的功能，采用了3D液晶技术后，并不改变原来的RGB颜色，只是将RGB液晶Cell让不同眼睛利用透镜观察到不同的颜色。再加上根据特殊的算法，在液晶Cell中形成不同颜色，而最终形成影像，确保让观看者在左、右眼上形成不同的图像，这样一来就可以看到逼真的三维效果。但这样的多焦点影像极易造成眼睛疲劳，尤其是动态影像时经常造成观视者出现晕眩、呕吐感等不适现象。
最早发表并展示3D液晶笔记型计算机产品是夏普在1993年，利用安装在普通液晶内侧的「开关液晶」逐点地错开光线的前进方向，以使不同光线分别到达左右两眼、进行立体显示。如果关闭开关液晶，还能像普通液晶显示器一样进行平面显示。夏普发表的SH251iS手机中正是配备了这种3D液晶。特点是在液晶中精确配置用来干扰光线行进的“Barrier”。准确控制遮蔽每一个透过画素的光线，只让右眼或左眼看到。由于右眼和左眼观看液晶的角度不同，利用这一角度差，将影像分配给右眼或左眼，这样就不必戴上专用的眼镜便可以看到立体图像。不过，缺点是如果观看液晶的角度不同，因为Barrier的效果减弱，而无法看到三维效果来。面对这样的问题，三洋电机开发出不受观看角度影响的的大型立体影像3D显示器，实现3D影像的方法基本上与夏普相同。
目前大多数分光法实现立体显示的技术往往需要两个液晶显示屏或其他复杂结构、造价高昂，实用性不强，不易普及，且一般不能兼容普通显示场合或不能让平面的图像和立体的图像同时正确显示。
发明内容
本发明的目的就是要解决上述结构复杂、造价高昂，实用性不强，不易普及，且一般不能兼容普通显示场合或不能让平面的图像和立体的图像同时正确显示的现有技术不足，提供一种新的液晶立体平面兼容显示方法。
本发明的优点在于充分利用了现有的液晶显示技术和液晶的光学特征，通过添加或改造现有的液晶制造工艺添加或改造其中的结构将较容易实现显示的图像将奇数行和偶数行分别形成水平和垂直偏振光的两幅图像，从而使液晶屏能够显示立体图像信息，使液晶显示器发出的图像光形成奇数行和偶数行相互垂直的两幅不同偏振光图像，分别送到左右眼中，根据分光法立体视觉原理形成立体视觉。在普通平面使用中不会有任何影响，且可以同时正确显示平面和立体的两种类型的图像。
本发明的上述目的采用如下三个可行方法实现：
方法一：在制造液晶显示屏时，在屏幕表面再添加奇数行或偶数行90度光偏振液晶扭转层。
方法二：在制造液晶显示屏时，所使用的入射偏振片和出射偏振片的偏振特性经过隔行垂直处理，使得奇数行和偶数行的光偏振特性为互相垂直，同时液晶填装时导向膜也作相应隔行垂直工艺制造。
方法三：在制造液晶显示屏时，所使用的入射偏振片或出射偏振片的偏振特性经过隔行垂直处理，其他部分一样，此时显示器显示时则对图像作隔行反像处理和对显示器电路也作相应的修改、补偿。
本发明对现有的平面显示完全兼容，通过上述方法实施后，显示的图像将奇数行和偶数行分别形成水平和垂直偏振光的两幅图像，在普通使用中不会有任何影响，肉眼无法察觉出屏幕使用上的差异，可同时正确显示包含平面的和立体的图像的两种类型复合的图像，可适用在目前平面液晶所适用的任何场合。且成本不大，前期的技术开发完成后，可批量生产，将极大地普及三维立体电视节目和拓展工业、科技等各方面的应用。该发明在实际立体显示中应用中所涉及技术成熟、实现和使用简单，观看立体图像时只需佩戴一副偏振光眼镜，有很高的普及性。
附图说明
图1-1：普通液晶工作原理立体示意图
图1-2：普通液晶工作原理平面示意图
图1-3：普通偏光膜与改进过的奇偶行垂直偏光膜示意图
图2-1：在普通液晶屏面增加隔行液晶光扭转层平面示意图
图2-2：经过改造出、入射偏光片的液晶屏平面示意图
图2-3a：经过改造出射偏光片的液晶屏平面示意图
图2-3b：经过改造出射偏光片和电路修正的液晶屏平面示意图
图3-1：完整的立体两幅图像示意图
图3-2：压缩的立体两幅图像示意图
图3-3：拼接立体两幅图像示意图
图3-4：将压缩的立体两幅图像按隔行方式拉开示意图
图3-5：屏幕显示立体两幅图像示意图
具体实施方式
以下结合附图对本发明进行详细描述，但不是对本发明的限制。
实施例1
对方法一详述如下：
图2-1所示为加入液晶光线隔行扭转层的工作原理横截面图，其中A部分为液晶原有的基本构造，B部分为加入的部分。
其中，图2-1的A部分为常规的液晶工作原理，光线通过l入射光偏光膜->2玻璃->3导向膜->4液晶->5导向膜->6玻璃->7出射偏光膜各层，光线经由4液晶的扭转，在射出时，光的振幅已经被扭转了90度的角度(也可参考图1-1)。
B部分为本发明增加部分，工作原理为：管线射出第7层时，隔行再加入一层液晶光线扭转层，图2-1中上部为有加液晶偏转的行该部分光线通路为：光线l1先进入导向膜8->进入液晶层10，光线被扭转90度->到达下一导向膜11->再由玻璃12射出，被扭转90度。
而未经扭转的行光线在图2-1中为下部，通路为：光线l2先进入导向膜8->进入光损耗补偿层9->到达下一导向膜11，再由玻璃12射出，偏正方向未变。
也即经过方法一改进，如图2-1所示，相邻的两条屏幕显示线偏振光相互垂直。
此方式的特点是工艺要求简单，成本较低，实现较容易。
实施例2
对方法二详述如下：
如图2-2所示：在制造液晶显示屏时，即对1a入射偏振片和7a出射偏振片进行对应的隔行垂直相互偏振工艺加工制作，同时液晶的3a和5a导向膜也要进行相应的隔行相互垂直处理。之后，这样整个液晶显示屏的工作正常无异，光l1、l2通过1a偏光板->2玻璃->3a液晶导向板->4液晶扭转90度->5a导向板->6玻璃->由于1a与7a此部分偏光相互垂直的状态，光扭转了90度刚好送出。因为对应的位置(同一像素)内外两个偏光膜是同时转90度的状态，液晶也是旋转90度，故所有的电路工作不作改变，成像的原理和方式也没变化，质量也基本不受到影响(液晶显示的上下和左右的视角会有所差异)，但成像的光却是隔行相互垂直偏振的，正常平面显示时使用没有区别，戴上偏振光眼镜，立体的左右视图马上就分开了。
实施例3
对方法三详述如下：
此方案与普通液晶显示器的区别就在于入或出射光偏振片不是整张的同一方向，而是隔行垂直的(如图1-3b)，此时的液晶显示屏实际上是奇数场合偶数场分别处在常亮和长暗两种工作模式的混合产物(这里假定奇数场是长暗，如图：2-3a和图2-3b的虚线上半部；偶数场是长亮的模式，如图：2-3a和图2-3b的虚线下半部)。正常普通常亮的液晶显示器两个偏光膜的光导向是相互垂直的，如图1-1和图1-2的1与7，也就是如图：2-3a和图2-3b的虚线下半部区域，属于目前液晶采用的工作方式，在这种情况下不加电时光可通过，屏幕是亮的，光通路原理为：图2-3a为不加电状态，光l2通过1偏光板->2玻璃->3液晶导向板->4液晶扭转90度->5导向板->6玻璃->由于1a与7a此部分偏光相互垂直的状态，光扭转了90度刚好送出。而如图：2-3a和图2-3b的虚线上半部区域则刚好相反，光通路原理为：图2-3a为不加电状态，光l1通过1偏光板->2玻璃->3液晶导向板->4液晶扭转90度->5导向板->6玻璃->1a与7a此部分相互平行，不加电时光被液晶扭转了90度，与7a垂直，所以光无法通过属于长暗状态。此区域内显示器如按正常的图像矩阵控制工作，则会出现该区域显示的图像是反相图像(黑的是白的，颜色也是互补的状态)的情况，图2-3b上部为加电状态，液晶在电场中被排列平行，光通路原理为：图2-3a为不加电状态，光l1通过1偏光板->2玻璃->3液晶导向板->4液晶扭转90度->5导向板->6玻璃->7a与光平行，所以此时光可以通过。综上作述：这种方式要正常显示图像要求对显示器矩阵控制电路作相应的调整，采用隔行反相控制液晶的方式，也即：在此常暗行工作时原先加电与否核电量的大小均倒过来，重新得到正常的图像(在这种情况下，图像的正常与否与液晶的透光线性有关，这可以用配套的电路进行校正补偿)，故采用此方式来达到显示出来的光的偏振方向也是隔行相互垂直的，使得两幅立体的左右视图能够有了得以分开的基础。
以上方案都可增加如下技术特征：
a)所述的液晶立体平面兼容显示器在任何时候显示的图像所发出的光为隔行相互垂直的偏振光。。
b)所述的液晶立体平面兼容显示器能同时正确显示包含平面的和立体的图像的两种类型复合的图像。。
c)所述的液晶立体平面兼容显示器可自身带有对应的显示控制硬件或由专门的软件，对所回放的立体图像按当前回放的分辨率大小进行隔行处理、回放。其在非全屏状态下工作时，可界定回放软件的显示窗口起始行为奇数行。
d)所述的液晶立体平面兼容显示器有对应的立体图像节目的编码、回放系统。
以上三种方式的共同特征是：对现有的平面显示完全兼容，根据现有的液晶屏幕生产技术，前期的生产工艺调试完成后，即可批量生产，将极大地普及三维立体电视节目和拓展工业、科技等各方面的应用。该发明在实际应用中使用简单，只需佩戴一副相互垂直的偏振光眼镜。光分法立体显示技术是极其成熟的一个系统，该发明是在液晶显示技术日趋完善的基础上实现的，技术难度不是很高，有很高的普及性。
根据现有的计算机图像处理技术，配合本发明可设计出一种实用简单的立体图像数据压缩、存储、还原、回放的有效方法，使得该发明的普及应用成为极大的可能。
立体图像压缩、保存、还原、回放技术具体做法如下：
计算机图像处理技术已经相当完善，本发明提出配套的图像压缩、解压缩模块设计采用目前最先进、应用领域较广的三种视频压缩方案，使用时可以从中选择一种，以适应不同环境和不同需求。
一是MPEG-2专门针对数字电视而开发，很快成为了迄今最成功的视频压缩标准。MPEG-2既能够满足标准逐行视频的需求(其中视频序列由一系列按一定时间间隔采集的帧构成)，又能够满足电视领域常用的隔行视频的需求。隔行视频交替采集及显示图像中两组交替的像素(每组称为一个场)。
二是图像压缩质量最好、算法最先进的MPEG-4方案，该方案图像质量好，便压缩比较低，适用于网络传输性能良好的情况。
三是H.264/AVC，H.264/AVC在压缩效率方面取得了巨大突破，一般情况下达到MPEG-2及MPEG-4简化类压缩效率的大约2倍。提供了对高清回放的支持。
基于以上三种压缩方式，在数据的压缩保存中，我们对立体显示中同一时间左右眼两幅不同的画面(图3-1)作如下处理：将左眼图像AL与右眼图像AR均作纵向变形压缩，使得两画面只有原先的一半高度(图3-2)，然后在拼接左眼图像AL与右眼图像AR，比如左眼图像AL在上，右眼图像AR在下(图3-3)，形成包含两幅立体信息的全幅图像，然后按上述的常规的视频压缩处理技术进行处理，即可用于存储、交换等。
由于立体显示原理、技术已经比较成熟，按本发明制造的显示器在对此方式压缩的包含立体图像信息的数据进行回放时，需有的对应的显示控制的硬件(一般指使用在电视等简单控制、操作的领域)和专门的回放软件(一般指使用在计算机等数字领域)，根据现有的图型技术，开发并不难。其技术要求和工作原理如下：当包含立体图像信息的数据被解码还原成包含两幅立体信息的全幅图像时，在图像缓冲区中的此幅图像数据将增加一个处理：将一上一下的左眼图像AL与右眼图像AR按当前显示的分辨率分别形成奇数场和偶数场(图3-4)，然后进行回放(图3-5)。实际回放中，虽然两幅立体信息图像被压缩了一半信息量，但人脑在接收到压缩了的左右两幅图像时依然会在脑中还原成立体图像，并且清晰度并没有减半，恢复到全幅状态。

Claims (9)

1、一种液晶立体平面兼容显示器，其特征在于：所述的液晶立体平面兼容显示器，采用如下制造方法：在制造液晶显示屏时，在屏幕表面奇数行或偶数行再添加90度光偏振液晶扭转层。
2、一种液晶立体平面兼容显示器，其特征在于，所述的液晶立体平面兼容显示器，采用如下制造方法：在制造液晶显示屏时，所使用的入射偏振片和出射偏振片的偏振特性经过隔行垂直处理，使得奇数行和偶数行的光偏振特性为互相垂直，同时液晶填装时导向膜也作相应隔行垂直工艺制造。
3、一种液晶立体平面兼容显示器，其特征在于，所述的液晶立体平面兼容显示器，采用如下制造方法：在制造液晶显示屏时，所使用的入射偏振片或出射偏振片的偏振特性经过隔行垂直处理，其他部分一样，此时显示器显示时对显示器电路也作相应的修改、补偿。
4、根据权利要求1或2或3所述的液晶立体平面兼容显示器，其特征是：所述的液晶立体平面兼容显示器在任何时候显示的图像所发出的光为隔行相互垂直的偏振光。
5、根据权利要求1或2或3所述的液晶立体平面兼容显示器，其特征是：所述的液晶立体平面兼容显示器能同时正确显示包含平面的和立体的图像的两种类型复合的图像。
6、根据权利要求1或2或3所述的液晶立体平面兼容显示器，其特征是：所述的液晶立体平面兼容显示器可自身带有对应的显示控制硬件或由专门的软件，对所回放的立体图像按当前回放的分辨率大小进行隔行处理、回放。其在非全屏状态下工作时，可界定回放软件的显示窗口起始行为奇数行。
7、根据权利要求1或2或3所述的液晶立体平面兼容显示器，其特征是：所述的液晶立体平面兼容显示器有对应的立体图像节目的编码、回放系统。
8、根据权利要求7的所述的液晶立体平面兼容显示器，其特征是：所述的液晶立体平面兼容显示器的编码系统是：将立体图像节目的左右眼的两幅视图，压缩变形后一上一下拼接成一幅完整的全幅图像，按现有的mpg-2，mpg-4或H.264/AVC等方式按常规的方式进行编码的系统。
9、根据权利要求7的所述的液晶立体平面兼容显示器，其特征是：所述的液晶立体平面兼容显示器的回放系统是：对所回放的立体图像按当前回放的分辨率大小进行隔行处理、回放，且其在非全屏状态下工作时，可界定回放软件的显示窗口起始行为奇数行的软件或硬件进行解码回放的系统。
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