CN101196615A - 偏振光栅立体显示器 - Google Patents

Abstract

提供了一种可观看二维图像和三维图像的立体显示器，所述立体显示器包括：一个普通二维图像显示装置(液晶面板、等离子面板、CRT显示器均可)、偏振光栅屏、偏振眼镜，其中，具有光栅样式的偏振光栅屏包括两种透振方向互相垂直的偏振元件，即第一偏振元件和第二偏振元件，且这两种偏振元件在水平方向和垂直方向彼此交替布置，每个偏振元件至少对应显示装置上的一个子像素，即红色子像素、绿色子像素和蓝色子像素之一。

Description

偏振光栅立体显示器

技术领域

本发明的设备和方法涉及一种可以显示二维图像和三维图像的立体显示器及其方法，具体的讲，涉及一种使用一个偏振光栅屏就可显示三维图像或二维图像的立体显示器及其方法。

背景技术

两眼分开大约60mm而产生的双目视差，是产生立体效果最重要的因素，因此利用双目视差原理，使左右眼看到不同的图像，可使人得到很真实的立体感觉。因此，在立体显示领域出现了多种利用双目视差实现的立体显示技术，这些立体显示技术在比如医学、教育、军事、建筑、游戏等各领域都得到广泛应用。这些立体技术具体可分为双显示器的立体显示技术和单显示器的立体显示技术，以及不需要戴眼镜和需要戴眼镜的立体显示技术，下面分别介绍这些立体显示技术的基本原理：

利用两个显示器实现立体显示的技术，如图1，其中主要包括液晶显示器1a和1c，分光玻璃1b和偏振眼镜。所示液晶显示器1a和1c可产生偏振方向相反的图像，且两个液晶显示器显示的图像分别对应着左眼和右眼。所示分光玻璃1b具有以下特征：分光玻璃1b的上表面可反射液晶显示器1a产生的偏振光，下表面可透过液晶显示器1c产生的偏振光，且该分光玻璃1b与液晶显示器1a、1c分别成45°角。因此，观看者观看分光玻璃1b时，将同时看到液晶显示器1a、1c产生的相反偏振状态的图像。因偏振眼镜可将不同偏振状态的图像分离，所以当观看者戴上偏振眼镜时，左右眼将看到不同的图像，由此产生了立体效果。

然而，上述利用两个显示器实现的立体技术有这样几个缺点：即需要两个液晶显示器、体积大、而且成本高。为解决这个问题，已经开发了只使用单个显示器的立体显示技术。所述利用单显示器实现的立体显示技术，如图2A和图2B，是通过在单个显示器21上同时显示对于左眼的图像22a和对于右眼的图像22b，观看者通过佩戴液晶快门眼镜24，可分别让左眼只看到图像22a，让右眼只看到图像22b。具体方法是：液晶快门眼镜24连接到多媒体23，且液晶快门眼镜24的镜片25a和25b各有两种状态，即可透光状态和不可透光状态，这两种状态的切换是由多媒体23通过不同的电压信号来控制的，因此，当显示器21显示图像22a时，液晶快门眼镜24的左镜片25a被设置为可透光状态，右镜片25b被设置为不可透光状态。而当显示器21显示图像22b时，液晶快门眼镜24的左镜片25a被设置为不可透光状态，右镜片25b被设置为可透光状态。由此，当显示器21把对于左眼和右眼的图像在时间上快速交替显示，同时左镜片25a在透光和不透光之间同步切换，而且只让图像22a透射到左眼；而右镜片25b也在透光和不透光之间同步切换，而且只让图像22b透射到右眼。因此，观看者左眼和右眼看到了不同的图像而感觉到立体效果。

然而，上述单显示器实现的立体显示有以下缺点：画面闪烁严重，液晶快门眼镜是有线的且较重，由此产生了不戴眼镜的立体显示技术。通常，不用戴眼镜的立体显示被分为视差栅栏显示和微粒透镜显示(lenticular display)。

在视差栅栏立体显示中，左眼和右眼看到的图像以交替垂直的样式显示的，这种样式的一部分被很细的垂直格子，即栅栏阻挡，因左右眼的视点不同，所以左眼看到的图像和右眼看到的图像被栅栏分开，由此，左右眼因看到了不同的图像而产生了立体效果。所述视差栅栏立体显示，如图3所示，包括以垂直光栅样式形成的具有空隙33和遮挡元件32的视差栅栏34，及普通显示面板31，其中图示中像素31a只能被左眼看到，像素31b只能被右眼看到，因此，左眼看到的图像和右眼看到的图像被视差栅栏34分开，由此左右眼将看到不同的图像，从而使观看者产生立体感觉。但由于现有显示技术的限制，这种不戴眼镜的立体显示方法有很多缺点，如分辨率低，亮度低，只能单人观看，且成本过高等。

为解决这些问题，本发明在现有的显示技术基础上，巧妙地用一种简单、易行的方法实现了高质量的立体显示。其优点有：在单个二维普通显示器上实现了高分辨率的立体显示、亮度高、没有固定视点的限制、可多人观看、成本低等

发明内容

本发明的目的是提供一种立体显示器，所述立体显示器具有以下几个特点：可供多人同时观看立体图像、可显示高分辨率和高亮度的立体图像、二维显示和三维显示可自由方便的切换、没有固定视点的限制。

根据本发明示例性的一方面，提供了一种可观看二维图像和三维图像的立体显示器，该立体显示器包括：一个普通二维图像显示装置(液晶面板、等离子面板、CRT显示器均可)、偏振光栅屏、偏振眼镜，其中，具有光栅样式的偏振光栅屏包括两种透振方向互相垂直的偏振元件，即第一偏振元件和第二偏振元件，且这两种偏振元件在水平方向和垂直方向彼此交替布置。

所述偏振光栅屏的长宽尺寸等于二维图像显示装置的有效显示面的长宽尺寸，且该偏振光栅屏置于二维图像显示装置的显示面之上，因为偏振光栅屏由两种透振方向互相垂直的偏振元件组成，所以当二维图像显示装置显示的图像透过偏振光栅屏时，就会产生两种不同偏振方向的偏振光图像。观众戴上偏振眼镜，就会由偏振眼镜分离出这两种不同偏振方向的偏振图像，并将这两幅图像分别映射到观众的左右眼。

所述第一偏振元件和第二偏振元件的透振方向相互垂直。

所述第一偏振元件和第二偏振元件在水平方向和垂直方向交替布置而组成偏振光栅屏，其具体布置偏振元件的方法是：第一偏振元件位于偏振光栅屏上的奇数行奇数列和偶数行偶数列的位置，而第二偏振元件位于偏振光栅屏上的奇数行偶数列和偶数行奇数列的位置。

所述二维图像显示装置显示的图像是由两幅图像交错融合生成的，该两幅图像分别对应于观众的左右眼。

第一种交错融合两幅图像的方法是：先将这两幅图像分别都按水平和垂直方向分成方格网状，然后将其中一幅图像中位于奇数行奇数列的方块以及位于偶数行偶数列的方块删除，由余下的方块组成图像一；再将另一幅图像中位于奇数行偶数列的方块以及位于偶数行奇数列的方块删除，由余下的方块组成图像二，其中方块图像尺寸大小与偏振光栅屏上的偏振元件的尺寸大小一样。把图像一和图像二叠加在一起生成一幅新图片，再由二维图像显示装置显示出来，且图像一和图像二分别对应着第一偏振元件和第二偏振元件，因此由图像一和图像二组成的新图像经过偏振光栅屏的分离，最后通过偏振眼镜，使观看者的左右眼分别看到图像一和图像二，从而产生立体效果。虽然图像一和图像二都分别比原图少了一半的像素，但是当方块越小既方块所占像素越少时，由方块组成的图像越清晰，而且当把一个像素作为一个方块时，图像效果将几乎没有损失。

第二种交错融合两幅图像的方法是：因为二维图像显示装置显示的每个像素都是由红色子像素、绿色子像素和蓝色子像素组成。因此，先将其中一幅图像中位于奇数行奇数列的子像素以及位于偶数行偶数列的子像素删除，由余下的子像素组成图像一，再将另一幅图像中位于奇数行和偶数列的子像素以及位于偶数行和奇数列的子像素删除，余下的子像素组成图像二，然后将图像一和图像二叠加在一起，组成了一幅新图像，再由二维图像显示装置显示出来，其中组成图像一的子像素对应着第一偏振元件，组成图像二的子像素对应着第二偏振元件。因此由图像一和图像二组成的新图像经过偏振光栅屏的分离，最后通过偏振眼镜，使观看者的左右眼分别看到图像一和图像二，从而产生立体效果。

所述二维图像显示装置可包括多个独立发光的2D像素，并且所述偏振光栅屏布置在所述二维图像显示装置和观看者之间，并且偏振光栅屏附着在二维图像显示装置的显示面板上。

所述二维图像显示装置可以是液晶面板，由此得到立体显示器的基本组成是：

背光源，用于产生光；

液晶面板，使面板上每个像素的入射光偏振并产生二维图像；

前偏振片，由偏振光栅屏代替，即用偏振光栅屏来改变液晶面板产生的光的偏振方向，将液晶面板产生的光按照预定偏振方向分离，由此得到两种不同偏振方向的图像。

所述二维图像显示装置也可以是等离子面板和CRT显示器等，此时，将偏振光栅屏置于等离子面板或CRT显示器显示屏之前，此时偏振光栅屏将会把二维图像显示装置产生的图像按照预定偏振方向分离，由此得到两种不同偏振方向的图像。

所述偏振光栅立体显示器在二维图像显示和三维图像显示之间可以自由方便的切换，当观看者要看二维图像时，只需不戴偏振眼镜，并且让上述光栅立体显示器显示没有经过融合处理过的图像即可。当观看者要看三维图像时，只需戴上偏振眼镜，并且让上述偏振光栅立体显示器显示经过融合处理过的图像即可。

附图说明

通过参照附图对本发明进行示例性描述，本发明的上述特点将变得更加清晰，其中：

图1表示：利用双显示器实现的立体显示技术。

图2A和图2B表示：利用单显示器实现的立体显示技术。

图3表示：传统的视差栅栏立体显示技术的原理示意图。

图4表示：根据本发明示例性实施的偏振光栅屏。

图5A和图5B表示：偏振光栅屏上的每个偏振元件对应多个像素的原理示意图。

图6A和图6B表示：偏振光栅屏上的每个偏振元件对应一个像素的原理示意图。

图7A和图7B表示：偏振光栅屏上的每个偏振元件对应一个子像素的原理示意图。

图8表示：本发明在显示器上显示的三维图像的示意图。

图9表示：本发明的整体示意图。

具体实施方式

现在参照示例性实施的附图来对本发明进行更详细的描述。

图4表示：根据本发明示例性实施的偏振光栅屏。参照图4，偏振光栅屏41是由偏振元件41a和41b组成的，如图4所示，偏振元件41a和偏振元件41b在水平和垂直方向相互交替放置而组合成偏振光栅屏41，且偏振元件41a和偏振元件41b的透振方向垂直，即分别透过偏振元件41a和偏振元件41b而生成的偏振光，在偏振方向上相互垂直。

偏振元件41a和偏振元件41b在水平和垂直方向相互交替放置而组合成偏振光栅屏41，交错方法如图4所示，偏振元件41a放置的位置是奇数行奇数列和偶数行偶数列，而偏振元件41b放置的位置是偶数行奇数列和奇数行偶数列，其中每个偏振元件既可对应一个像素也可对应多个像素，还可对应一个子像素，即红色子像素、绿色子像素、蓝色子像素之一。

图5A是上述每个偏振元件对应多个像素的原理示意图，图5B是上述每个偏振元件对应多个像素的剖视图，参照图5A和图5B，其中包含偏振光栅屏41、偏振元件41a、偏振元件41b、显示器的显示面51、第一组显示像素(52a、52b、52c和52d)、第二组显示像素(52e、52f、52g和52h)，偏振元件41a对应着第一组像素(52a、52b、52c和52d)，偏振元件41b对应着第二组像素(52e、52f、52g和52h)，由此，当第一组像素和第二组像素分别显示对于左眼和右眼的图像时，经过偏振元件41a和偏振元件41b产生不同偏振状态的图像，最后通过偏振眼镜分光，让一只眼睛只能看到第一组像素(52a、52b、52c和52d)，另一只眼睛只能看到第二组像素(52e、52f、52g和52h)。

图6A是上述每个偏振元件对应一个像素的原理示意图，图6B是上述每个偏振元件对应一个像素的剖视图，参照图6A和图6B，其中包含偏振光栅屏41、偏振元件41a、偏振元件41b、显示器的显示面51、单个显示像素61a、单个显示像素61b，偏振元件41a对应着像素61a，偏振元件41b对应着单个像素61b，由此，当像素61a和像素61b分别显示对于左眼和右眼的图像时，经过偏振元件41a和偏振元件41b产生不同偏振状态的图像，最后通过偏振眼镜分光，让一只眼睛只能看到像素61a，另一只眼睛只能看到像素61b。上述因每个偏振元件对应一个像素，而一个像素的面积比四个像素的面积要小的多，因此图像将更加清晰，所得的立体效果比图5A所示的方法要好。

图7A是每个偏振元件对应一个子像素的原理示意图，图7B是每个偏振元件对应一个子像素的剖视图，参照图7A和图7B，其中包含偏振光栅屏41、偏振元件41a、偏振元件41b、显示器的显示面51、单个显示像素61a、单个显示像素61b，红色子像素61ar和61br、绿色子像素61ag和61bg、蓝色子像素61ab和61bb，其中子像素61ar、61ag和61ab组成像素61a，以及子像素61br、61bg和61bb组成像素61b，让红色子像素61ar、蓝色子像素61ab和绿色子像素61bg作为单个像素显示一幅图像，而绿色子像素61ag、红色子像素61br和蓝色子像素61bb也作为单个像素显示另一幅图像，并且偏振元件41a对应着子像素61ar、61ab和61bg，而偏振元件41b对应着子像素61ag、61br和61bb。因此，子像素61ar、61ab和61bg组成的像素组显示的图像和子像素61ag、61br和61bb组成的像素组显示的图像被偏振元件分开，且最后经偏振眼镜分别投射到观看者的左眼和右眼。上述因每个偏振元件只对应一个子像素，因子像素比像素更小，图像将更加清晰，因此所得的立体效果比图6A和图7A所示的方法都要好。

图8表示是本发明在显示器上显示的图像的示意图，其中图8a是对应左眼的原始图像示意图，图8b是对应右眼的原始图像示意图，图8c是将图8a经过处理的图像示意图，图8d是将图8b经过处理的图像示意图，图8e是将图8c和图8d交错融合后的图像示意图。得到图8c的方法是：如每个偏振元件对应一个像素，则图8c是将图8a上位于奇数行奇数列和偶数行偶数列的像素删除而得到的，这时图8c上的所有有效像素都分别对应一个透振方向的偏振元件，同理，图8d是将图8b上位于奇数行偶数列和偶数行奇数列的像素删除而得到的，这时图8d上的所有有效像素都分别对应另一个透振方向的偏振元件。图8e上显示的是将图8c和图8d交错融合后的图像。最后经过偏振眼镜，左眼将只能看到图8c，右眼只能看到图8d，因而使观看者产生了立体感觉。

图9表示的是本发明的整体示意图，其中包括多媒体装置93，偏振光栅立体显示器92，偏振眼镜91。

当需要显示二维图像时，只需把未经过上述处理的二维图像直接显示到显示面板51上，观看者不戴偏振眼镜即可。

上述显示面板51是液晶显示面板时，偏振光栅屏41可作为液晶显示面板的前偏振片。在本发明进行立体显示时，因偏振光栅屏41是由两种透偏方向相互垂直的偏振元件组成，且显示面板51需要显示一幅由两幅图像交错融合的图像，所以在用液晶面板立体显示时，则需要对其中一幅图像如图8c(或8d)的每一个像素的颜色值取反后再和另一幅图像如图8d(或8c)叠加融合，再由液晶面板显示交错融合后的图像。

尽管已经参照本发明的示例性实施例具体地描述了本发明，但是本领域的普通技术人员应该理解，在不脱离本发明的权利要求范围下，可对其进行形式和细节上的各种改变。

Claims (8)

1.一种立体显示器，该立体显示器包括：一个显示装置和一个偏振光栅屏；

其中，显示装置用于提供二维图象；

其中，具有光栅样式的偏振光栅屏包括两种透振方向相互垂直的偏振元件。

其中，所述偏振元件在水平方向和垂直方向彼此交替布置。

2.如权利要求1所述立体显示器，其中，所述偏振光栅屏包括以第一方向透振的第一偏振元件，和与第一方向相反的第二方向透振的第二偏振元件，其中所述第一偏振元件和第二偏振元件在水平方向和垂直方向上交替布置组成上述偏振光栅屏。

3.如权利要求2所述第一偏振元件和第二偏振元件，其中每个偏振元件都对应着显示装置的一个子像素，且第一偏振元件和第二偏振元件的长宽尺寸至少等于显示装置显示的一个子像素的长宽尺寸，所述子像素是指显示装置的红色子像素、绿色子像素和蓝色子像素之一。

4.如权利要求2所述第一偏振元件和第二偏振元件，其中每个偏振元件都至少对应着显示装置的一个像素，所述像素是指由显示装置的红色子像素、绿色子像素和蓝色子像素组合而成的。

5.如权利要求1所述立体显示器，其中，所述显示装置包括多个独立发射光的二维像素，每个二维像素又包含红色子像素、绿色子像素和蓝色子像素。

6.如权利要求5所述的立体显示器，其中，所述显示装置是液晶显示面板。

7.如权利要求5所述的立体显示器，其特征在于：显示装置采用CRT显示器、等离子显示面板、背投显示器、LED显示面板。

8.如权利要求1或6所述的立体显示器，其中，所述显示装置包括：

背光单元，用于发射可见光；

后偏振片，仅透射由背光单元发射的光中具有预定偏振方向的光；

LCD面板，使每个像素的入射光偏振并产生图像；

前偏振片，仅透射过所述LCD面板的光中具有预定偏振方向的光，其中，所述显示装置的前偏振片是所述偏振光栅屏。

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