CN101713869B - 双视显示器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种双视显示器，包括：背光模块(10)，用于发出准直背光；光学偏转模块(30)，用于将所述准直背光分成具有第一偏转角的第一部分光和具有第二偏转角的第二部分光；以及显示面板(20)，所述显示面板(20)的奇像素列和偶像素列分别被所述第一部分光和所述第二部分光照射。本发明的双视显示器不仅可以对显示视角进行调节，而且能获得较大的显示角度。

Description

双视显示器

技术领域

本发明涉及一种显示器，更具体地说，涉及一种双视显示器。

背景技术

随着显示技术的发展，出现了双视显示器(Dual View Display)。这种显示器可以在同一个显示屏上，显示出不同的影像，并分别展现给显示器左边和右边的观看者。

比如，在汽车上，司机需要通过显示器查看全球定位系统(GlobalPositioning systems，GPS)，而乘客需要通过显示器观看娱乐节目，这时如果只有一台显示器就可能发生冲突。而双视显示器这项新技术能很好地解决该问题，其允许司机在查看GPS的同时，司机旁边的乘客可以观看电影。

现有双视显示器是利用光栅将相邻的像素区分为分属左侧视野与右侧视野的二部分像素区。如图1所示，双视显示器在背光源的光线照射之后，由于光栅的结构使得在左侧视野的使用者仅可观看到奇像素列(如图1中L1、L3和L5)所显示的效果，而在右侧视野的使用者仅可观看到偶像素列(如图1中L2、L4和L6)所显示的效果。因此，当向双视显示器的奇像素列即L1、L3和L5输入第一显示信号，同时向双视显示器的偶像素列即L2、L4和L6输入不同于第一显示信号的第二显示信号，则该具有单一显示平面的双视显示器即可借由不同的角度(如图1中α和β)显示两种不同的图像。

然而，由于该方法是利用光栅的结构来实现的，所以目前的双视显示器，其左右两侧观看的角度(如图1中α和β)是固定的，不能根据需要进行灵活地调节。并且该双视显示器观看的角度(如图1中α+β)也非常有限，不利于用户的观看。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有双视显示器的观看角度有限且不可调节的缺陷，提供一种解决该问题的双视显示器。

本发明提供了一种双视显示器，所述双视显示器包括：

背光模块，用于发出准直背光；

光学偏转模块，用于将所述准直背光分成具有第一偏转角的第一部分光和具有第二偏转角的第二部分光；和

显示面板，所述显示面板的奇像素列和偶像素列分别被所述第一部分光和所述第二部分光照射。

在本发明所述的双视显示器中，所述光学偏转模块包括：

偏光装置，用于将所述准直背光转换为线偏振光；

第一偏振光转换装置，用于对所述线偏振光的偏振方向进行调节；

三角棱镜阵列组合模块，用于将经所述第一偏振光转换装置调节后的所述线偏振光分成所述第一部分光和所述第二部分光；和

第二偏振光转换装置，用于调节第一部分光和第二部分光的偏振方向与所述显示面板所需的偏振方向一致。

在本发明所述的双视显示器中，所述偏光装置为偏光片。

在本发明所述的双视显示器中，所述第一偏振光转换装置和第二偏振光转换装置为扭转向列液晶盒。

在本发明所述的双视显示器中，所述第二偏振光转换装置的液晶盒中的液晶排列以所述三角棱镜阵列组合模块作为对称轴，与所述第一偏振光转换装置的液晶盒中的液晶对称排列，且，在任一时刻，所述第二偏振光转换装置两端加载的电压与所述第一偏振光转换装置两端加载的电压大小相同。

在本发明所述的双视显示器中，所述三角棱镜阵列组合模块包括光各向同性介质子棱镜阵列和光双折射介质子棱镜阵列，且所述光各向同性介质子棱镜阵列和光双折射介质子棱镜阵列的棱镜相互吻合。

在本发明所述的双视显示器中，所述光各向同性介质子棱镜阵列中的棱镜为等腰三角棱镜，且所述等腰三角棱镜的底边长度等于显示面板的两个像素宽度。

在本发明所述的双视显示器中，所述光双折射介质子棱镜阵列中的棱镜为等腰三角棱镜，且所述等腰三角棱镜的底边长度等于显示面板的两个像素宽度。

在本发明所述的双视显示器中，所述光各向同性介质子棱镜阵列的折射率为n₀，平行所述光双折射介质子棱镜阵列的光轴方向的折射率为η_//，垂直所述光双折射介质子棱镜阵列的光轴方向的折射率为n_⊥，所述n₀取值在所述n_//与n_⊥之间。

在本发明所述的双视显示器中，所述光双折射介质子棱镜阵列为由双折射率液晶构成。

实施本发明的双视显示器，具有以下有益效果：利用光学偏转模块对准直背光光线的偏转角度进行调节，实现对双视显示器的显示角度进行调节，而且还能获得较大的显示角度。本发明改善了双视显示器的显示性能，扩展了其应用场合。

附图说明

图1是现有双视显示器的结构原理图；

图2是本发明双视显示器实施例的结构示意图；

图3是本发明双视显示器实施例的原理图；

图4是本发明双视显示器一实施例中三角棱镜单元的光路图；

图5是本发明双视显示器另一实施例中三角棱镜单元的光路图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明双视显示器进行说明。

请参阅图2，为本发明双视显示器实施例的结构示意图。

该双视显示器包括相邻设置的背光模块10、显示面板20和光学偏转模块30。其中，光学偏转模块30设置在背光模块10与显示面板20之间。

背光模块10，用于发出准直背光。该准直背光可以通过采用激光光源作为背光光源来实现，也可以设计普通背照明光源加上具有准直作用的光学模组来实现，比如用常规的荧光灯管(Cold Cathode Fluorescent Lamps，CCFL)加上合适的导光板。

光学偏转模块30，用于将背光模块10发出的准直背光分成具有第一偏转角的第一部分光和具有第二偏转角的第二部分光，且光学偏转模块30能够对第一和第二偏转角的偏转方向和偏转角度进行调节。

显示面板20，用于显示图像。显示面板20上的像素矩阵划分为奇像素列和偶像素列，奇像素列被第一部分光照射，偶像素列被第二部分光照射，且奇像素列和偶像素列分别输入第一显示信号和第二显示信号，在与显示面板20呈第一显示角度的位置呈现第一显示信号对应的第一显示图像，第二显示角度的位置呈现第二显示信号对应的第二显示图像，实现双视角的单屏显视。作为另一个改进设计，显示面板20的远离背光模块10的出射面贴附有用于扩大视角的贴膜。

请一并参阅图3，为本发明双视显示器实施例的原理图。

光学偏转模块30包括依次相邻设置的偏光装置31、第一偏振光转换装置32、三角棱镜阵列组合模块33和第二偏振光转换装置34。其中，偏光装置31靠近背光模块10设置，第二偏振光转换装置34靠近显示面板20设置。

偏光装置31，用于将背光模块10发出的准直背光转换为线偏振光。偏光装置31优选偏光片。

第一偏振光转换装置32，用于对线偏振光的偏振方向进行调节。第一偏振光转换装置32为扭转向列(Twisted Nematic，TN)液晶盒。利用液晶的偏转特性，对第一偏振光转换装置32的液晶两端施加电压，调节沿着液晶偏转方向传播的线偏振光的偏振方向。

三角棱镜阵列组合模块33，用于将经第一偏振光转换装置32调节后的线偏振光分成具有第一偏转角的第一部分光和具有第二偏转角的第二部分光。三角棱镜阵列组合模块33包括光各向同性介质子棱镜阵列331和光双折射介质子棱镜阵列332，且光各向同性介质子棱镜阵列331和光双折射介质子棱镜阵列332上的棱镜相互吻合，本实施例中，光各向同性介质子棱镜阵列331和光双折射介质子棱镜阵列332均为等腰三角子棱镜阵列。图中所述两种子棱镜完全由等腰三角棱镜构成，事实上，在两种棱镜的平面部分可以适当加厚，这样三角棱镜阵列组合模块质量更加坚固，不容易损坏，不会影响其在本发明中的光学应用效果。

第二偏振光转换装置34，用于调节第一部分光和第二部分光的偏振方向与所述显示面板20所需的偏振方向一致。由于第一偏振光转换装置32在双视显示器改变显示角度的过程中对背光的偏振方向进行了改变，因此需要设置第二偏振光转换装置34，来使得被第一偏振光转换装置32改变过的线偏振光的偏振方向与显示面板20所需要的偏振方向一致。第二偏振光转换装置34同样为扭转向列液晶盒，该液晶盒的液晶排列以三角棱镜阵列组合模块33作为对称面，与第一偏振光转换装置32的液晶盒中的液晶对称排列，如图3所示。同样，在任一时刻，对于第二偏振光转换装置34两端加载的电压大小与第一偏振光转换装置32两端加载的电压相同或者大小相同。由此，利用液晶的偏转特性，对第二偏振光转换装置34的液晶两端施加电压，将经过第一偏振光转换装置32扭转的偏振光反向扭转，使得在任一时刻，经过第一偏振光转换装置32调整偏振方向的光线，再经过第二偏振光转换装置34后，其偏振方向恢复到经过偏光装置31后的偏振方向。

显示面板20为液晶显示面板，该液晶显示面板包括入光面的偏光片(图未视)和像素矩阵21。其中，所述入光面的偏光片的偏振方向与偏光装置31的偏振方向一致，使得偏振方向为偏光装置31的偏振方向的第一部分光和第二部分光，入射入光面的偏光片时，能够全部通过。当然了，由于第二偏振光转换装置34能够恢复经过第一偏振光转换装置32扭转后的偏振方向，显示面板20可以不必包括入光面的偏光片。所述像素矩阵21划分为奇像素列C1、C3、C5和偶像素列C2、C4、C6，奇像素列C1、C3、C5和偶像素列C2、C4、C6分别被所述第一部分光和所述第二部分光照射。

实现本发明关键之处在于解决以下三个主要技术问题：1、如何实现双视；2、如何调节双视角度；3、如何使得上述第一部分光和第二部分光分别准确地照射到像素矩阵21的奇像素列C1、C3、C5和偶像素列C2、C4、C6上。下面从这三个方面对本发明进行阐述：

(一)对本发明双视显示器实现双视的原理进行阐述。

如图3所示，三角棱镜阵列组合模块33的光各向同性介质子棱镜阵列和光双折射介质子棱镜阵列分别由多个三角棱镜单元组成。光各向同性介质子棱镜阵列的材料可以是透明玻璃，光双折射介质子棱镜阵列的材料可以是双折射液晶。图3中ABC构成一个三角棱镜单元，AB和AC为该三角棱镜单元的两条棱镜脊，BC为该三角棱镜单元的底边。AB和AC的两侧分别为光各向同性介质子棱镜阵列和光双折射介质子棱镜阵列，棱镜脊AB和AC两侧的介质(光各向同性介质子棱镜阵列和光双折射介质子棱镜阵列)的折射率分别为n₀和n_θ。

当n₀与n_θ不相等时，则光线在经过棱镜脊AB和AC时发生折射。其中，从棱镜脊AC入射的准直背光经过折射后以第一偏转角出射后，光路经过奇像素列C3，其分属第一部分光。从棱镜脊AB入射的准直背光经过折射后以第二偏转角出射后，光路经过偶像素列C4，其分属第二部分光。同样，光线在其它三角棱镜单元中的传播情况与在上述三角棱镜单元ABC中的传播光路类似。通过上述三角棱镜阵列组合模块33，使准直背光的平行光线被分成具有不同偏转角度的第一部分光和第二部分光。且第一部分光和第二部分光分别在显示面板20的左右方向形成第一和第二两个视场。当给显示面板20的奇像素列C1、C3、C5输入第一显示信号，给偶像素列C2、C4、C6输入第二显示信号时，观看者就能在第一视场观察到第一显示信号对应的第一图像，在第二视场观察到第二显示信号对应的第二图像。因此，当n₀与n_θ不相等时，该双视显示器能实现双视的效果。

当n₀与n_θ相等时，即棱镜脊AB和AC两侧的介质的折射率相等，则背光光线在经过棱镜脊AB和AC时不发生折射，准直背光没有被分成具有不同偏转角度的第一部分光和第二部分光，仍以准直的状态射出。这时，向显示面板20输入统一的显示信号，则双视显示器可当作普通平面显示器来观看。

n₀与n_θ之间相等或不等的调节转换，当n₀一定时，可以通过对n_θ进行调整来实现。

另外，此处的光双折射介质子棱镜阵列不仅限于双折射液晶材料，只要是具有光双折射性质，且折射率可随着偏振光的偏振方向改变的材料均可。

(二)对本发明显示器如何调节双视角度的原理进行阐述。

准直背光在经过棱镜脊AB和AC时发生折射，从而将背光分成具有第一偏转角的第一部分光，以及具有第二偏转角的第二部分光。而这两部分光的偏转角度由背光在经过棱镜脊AB和AC时的折射情况决定。

如图4所示，为在一个实施例中，准直背光光线在三角棱镜阵列组合模块33中折射情况的横截面示意图。在该实施例中，准直背光光线先经过光各向同性介质子棱镜阵列，再经过光双折射介质子棱镜阵列。本发明中，可以使用但不仅限于等腰三角棱镜阵列。三角棱镜阵列组合模块33的每个棱镜脊的底长BC等于显示面板20的像素矩阵21的两个像素宽(或者等于两个子像素的宽度，该宽度根据软件的排图可以做灵活调整)。由于三角棱镜阵列组合模块33的相似性，这里仅对三角棱镜单元ABC的一侧棱镜脊AC的折射情况进行分析。其它三角棱镜单元或另一侧棱镜脊的折射情况与其类似。首先，设该三角棱镜单元棱镜脊AC与底边BC之间的夹角为∠1。当准直背光光线以与三角棱镜单元底边BC垂直的方向入射时，相对于折射界面棱镜脊AC的入射角也等于∠1。其中，光各向同性介质子棱镜阵列的折射率为n₀，光双折射介质子棱镜阵列的折射率为n_θ。令背光光线在经过棱镜脊AC折射后的出射角为∠1′，则由斯涅耳折射定律可得：

n₀sin∠1＝n_θsin∠1′                                    (1)

如图4所示，背光在折射界面底边BC的入射角为∠2，出射角为∠2′，空气折射率为1。再由斯涅耳折射定律并结合公式(1)可得：

$\sin \∠2^{\′}=n_{\mathrm{\θ}}\sin \∠2=n_{\mathrm{\θ}}\sin (\∠1-{\∠1}^{\′})=n_{\mathrm{\θ}}\sin [\∠1-\arcsin \left(\frac{n_0\sin \∠1}{n_{\mathrm{\θ}}}\right)]---\left(2\right)$

由公式(2)可知，照射到三角棱镜单元ABC的棱镜脊AC的背光光线，通过两次折射后具有向左的第一偏转角度，形成第一部分光。相应地，经过棱镜脊AB的背光光线被棱镜脊AC和底边BC折射后具有向右的第二偏转角度，形成第二部分光。

如图5所示，为另一实施例中，准直背光光线在三角棱镜阵列组合模块33中折射情况的横截面示意图。与图4所示实施例不同的是，在该实施例中准直背光光线先经过光双折射介质子棱镜阵列，再经过光各向同性介质子棱镜阵列。该实施例中背光在折射界面底边BC的出射角为∠2′的计算公式为：

$\sin \∠2^{\′}=n_0\sin \∠2=n_0\sin (\∠1-{\∠1}^{\′})=n_0\sin [\∠1-\arcsin \left(\frac{n_{\mathrm{\θ}}\sin \∠1}{n_0}\right)]---\left(3\right)$

由公式(3)可知，与公式(1)相比，n₀和n_θ的位置进行了调换，使得出射角∠2′的值发生了相应改变。因此，本发明可采用图4或图5中的排布方式来实现。

由上述两个实施例可知，偏转角度∠2′取决于三角棱镜单元ABC的底面夹角∠1，以及光各向同性介质子棱镜阵列的折射率n₀和光双折射介质中的折射率n_θ。当选定三角棱镜阵列组合模块33后，三角棱镜单元ABC的底面夹角∠1，及光各向同性介质子棱镜阵列的折射率n₀是确定的。此时需要的是，调节光双折射介质子棱镜阵列的折射率n_θ。

本发明利用线偏振光在光双折射介质中的传播特性，来调节光双折射介质子棱镜阵列的折射率n_θ。线偏振光在光双折射介质子棱镜阵列中的传播具有以下特性：

当入射的线偏振光的偏振方向沿着平行于光双折射介质的光轴方向时，折射率为n_//，当入射的线偏振光的偏振方向沿着垂直于光双折射介质的光轴方向时，折射率为n_⊥。当入射的线偏振光的偏振方向沿着与光双折射介质的光轴方向成夹角θ时，折射率n_θ为：

$n_{\mathrm{\θ}}=\frac{n_{//}{n}_{\⊥}}{\sqrt{{n_{\⊥}}^2{\cos }^2\mathrm{\θ}+{n_{//}}^2{\sin }^2\mathrm{\θ}}}---\left(4\right)$

由公式(4)可知，当改变线偏振光的偏振方向，即改变线偏振光偏振方向与光双折射介质光轴的夹角θ时，光双折射介质的折射率n_θ会发生改变。

因此，本发明调节双视角度的基本原理在于，先利用偏光装置31将准直背光转换为具有单一振动方向的线偏振光，然后利用第一偏振光转换装置32对线偏振光的偏振方向进行调节，进而改变光双折射介质子棱镜阵列的折射率n_θ，从而对三角棱镜阵列组合模块33出射光线的偏转角度进行调节。

需要说明的是，虽然本发明提供了利用线偏振光在光双折射介质中的特性来对偏转角度进行调节的方式，但是本发明并不限定为将背光光线转换为线偏振光，而可通过控制背光在沿着平行于和垂直于光双折射介质光轴这两个方向上的强度，从而获得不同的有效折射率。

另外，为了满足n₀与n_θ之间相等或不等的调节转换，使得该双视显示器能够在普通显示与实现双视之间切换，n₀的取值可以在n_//与n_⊥之间。

(三)对如何使第一部分光和第二部分光分别准确地照射到像素矩阵21的奇像素列C1、C3、C5和偶像素列C2、C4、C6上进行阐述。

如果第一部分光不仅照射到奇像素列C1、C3、C5，而且照射到偶像素列C2、C4、C6时，则在第一视场不仅看到奇像素列C1、C3、C5显示的图像，而且夹杂了偶像素列C2、C4、C6显示的图像，会对双视显示的效果有所影响。

在本发明中，提供了两种方法来保障第一部分光和第二部分光分别照射到像素矩阵21的奇像素列C1、C3、C5和偶像素列C2、C4、C6上。

第一种方法：在使用第一偏振光转换装置32对已转换为线偏振光的偏振方向进行调节时，通过调节加载在第一偏振光转换装置32两端的电压，改变液晶的偏转角度，来调整第一部分光和第二部分光从三角棱镜阵列组合模块33出射后到达像素矩阵21的光路，并使用第二偏振光转换装置34对第一部分光和第二部分光的偏振方向进行反向调节，满足与显示面板20所需要的偏振方向一致，使得第一部分光和第二部分光分别照射到像素矩阵21的奇像素列C1、C3、C5和偶像素列C2、C4、C6上。

第二种方法：在本发明的双视显示器中增设位置调节装置(图未示)。位置调节装置用于调节显示面板20与三角棱镜阵列组合模块33之间的距离，使得第一部分光和第二部分光分别照射到像素矩阵21的奇像素列C1、C3、C5和偶像素列C2、C4、C6上。此时，也可以结合上述第一种方法，来使得第一部分光和第二部分光的光路分别经过像素矩阵21的奇像素列C1、C3、C5和偶像素列C2、C4、C6上。

在本发明中，利用光学偏转模块30对准直背光光线的偏转角度进行调节，实现对双视显示器的显示角度进行调节，而且还能获得较大的显示角度。本发明改善了双视显示器的显示性能，扩展了其应用场合。

虽然本发明已参照当前的实施方式进行了描述，但本技术领域的普通技术人员应当认识到，上述实施方式仅用来说明本发明，并非用来限定本发明的保护范围，任何在本发明的精神和原则范围之内，所做的任何修饰、等效替换、改进，均应包含在本发明的权利保护范围之内。

Claims (9)

1.一种双视显示器，其特征在于，所述双视显示器包括：

背光模块(10)，用于发出准直背光；

光学偏转模块(30)，用于将所述准直背光分成具有第一偏转角的第一部分光和具有第二偏转角的第二部分光；

显示面板(20)，所述显示面板(20)的奇像素列和偶像素列分别被所述第一部分光和所述第二部分光照射；

所述光学偏转模块(30)包括：

偏光装置(31)，用于将所述准直背光转换为线偏振光；

第一偏振光转换装置(32)，用于对所述线偏振光的偏振方向进行调节；

三角棱镜阵列组合模块(33)，用于将经所述第一偏振光转换装置(32)调节后的所述线偏振光分成所述第一部分光和所述第二部分光；和

第二偏振光转换装置(34)，用于调节所述第一部分光和第二部分光的偏振方向与所述显示面板(20)所需的偏振方向一致。

2.根据权利要求1所述的双视显示器，其特征在于，所述偏光装置(31)为偏光片。

3.根据权利要求1所述的双视显示器，其特征在于，所述第一偏振光转换装置(32)和所述第二偏振光转换装置(34)为扭转向列液晶盒。

4.根据权利要求3所述的双视显示器，其特征在于，所述第一偏振光转换装置(32)的液晶盒中的液晶排列以所述三角棱镜阵列组合模块(33)作为对称面，与所述第一偏振光转换装置(32)的液晶盒中的液晶对称排列，且，在任一时刻，所述第二偏振光转换装置(34)两端加载的电压与所述第一偏振光转换装置(32)两端加载的电压相同。

5.根据权利要求1所述的双视显示器，其特征在于，所述三角棱镜阵列组合模块(33)包括光各向同性介质子棱镜阵列和光双折射介质子棱镜阵列，且所述光各向同性介质子棱镜阵列和光双折射介质子棱镜阵列的棱镜相互吻合。

6.根据权利要求5所述的双视显示器，其特征在于，所述光各向同性介质子棱镜阵列中的棱镜为等腰三角棱镜，且所述等腰三角棱镜的底边长度等于显示面板(20)的两个像素宽度。

7.根据权利要求5所述的双视显示器，其特征在于，所述光双折射介质子棱镜阵列中的棱镜为等腰三角棱镜，且所述等腰三角棱镜的底边长度等于显示面板(20)的两个像素宽度。

8.根据权利要求5所述的双视显示器，其特征在于，所述光各向同性介质子棱镜阵列的折射率为n₀，平行所述光双折射介质子棱镜阵列的光轴方向的折射率为n_//，垂直所述光双折射介质子棱镜阵列的光轴方向的折射率为n_⊥，所述n0取值在所述n_//与n_⊥之间。

9.根据权利要求8所述的双视显示器，其特征在于，所述光双折射介质子棱镜阵列由双折射率液晶构成。

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