CN102193203B - 光栅2d/3d可切换显示装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种光栅2D/3D可切换显示装置。该装置主要包括变形柱透镜光栅和2D显示器，变形柱透镜光栅内装有两种不相混溶的透明液体，两种透明液体的折射率不同且密度相近或相等，用透明的弹性薄膜将两种透明液体隔开，弹性薄膜的两个表面都有多个透明的支撑板来支撑，通过外力驱动液体流动和支撑板的支撑来实现和控制弹性薄膜的形变，弹性薄膜形变有平面形态和柱面形态两种。在本发明装置切换到2D模式下，弹性薄膜变为平面形态，变形柱透镜光栅此时无透镜作用，用于2D显示；在切换到3D模式下，弹性薄膜变为柱面形态，变形柱透镜光栅此时起透镜作用，用于3D显示。
Description
技术领域
本发明装置涉及一种显示装置，更具体地讲，涉及一种能在二维（2D）模式和三维（3D）模式之间可切换的显示装置。
背景技术
光栅3D显示装置是一种观看者不需要佩戴辅助设备就能观看到3D图像的立体显示装置，它由平面显示器和光栅组成。多幅视差图像以子像素为单元按一定规律合成为一幅立体图像并显示在平面显示器上，平面显示器与光栅精密耦合，平面显示器上的图像利用光栅的分光作用使得来源于不同于视差图像的光线向不同方向传播，当观看者位于合适的观看区域时其左右眼观看到不同的视差图像，根据双目视差原理，观看者便可观看到有立体感的图像。常见的光栅有狭缝光栅和柱透镜光栅两种，其中柱透镜光栅3D显示装置因其具有高亮度的特点而备受关注。
一般的光栅3D显示装置只能显示3D图像，即一般光栅3D显示装置只有3D显示模式。如果需要光栅3D显示装置能显示2D图像，比如文本图像，就需要该显示装置能从3D显示模式切换成2D显示模式，并且能根据显示图像的要求自由地在3D显示模式和2D显示模式间切换，这样的显示装置称为光栅2D/3D可切换显示装置。
在中国专利CN 1568624 B中公开一种2D/3D可切换显示装置。该显示装置包括多像素的显示设备和一个用于在2D显示和3D显示之间切换的装置。该专利中提出的切换装置是一个透明容器，该容器中有多个透镜元件（多个透镜元件即为柱透镜光栅）和可流动的透明液体，通过电场驱动透明液体流动并填充实现两种显示模式间的切换，且该流动透明液体的折射率等于透镜元件的折射率。
对于现有的此类含多个透镜的光栅2D/3D可切换显示装置，其透镜面制造难度较大且需要施加驱动电场，使得制造成本较高。
发明内容
本发明提出一种光栅2D/3D可切换显示装置，该装置主要包括变形柱透镜光栅和2D显示器。变形柱透镜光栅至少包括：无色透明的第一容器、第二容器、无色透明的弹性薄膜、多个无色透明的支撑板、活塞、第一管道和第二管道。第一容器位于2D显示器和观看者之间，第一容器内有一块无色透明的弹性薄膜将第一容器分成两个腔室，第一容器内的两个腔室分别装有透明的第一液体和透明的第二液体，弹性薄膜使第一液体和第二液体不相混溶，第一液体和第二液体的折射率不同但密度近似相等。第二容器内有一个可移动的活塞，活塞将第二容器分成两个腔室，第二容器内的两个腔室分别装有透明的第一液体和透明的第二液体。第一容器和第二容器通过第一管道和第二管道联通，第一管道联通第一容器内第一液体所在腔室和第二容器内第一液体所在腔室，且第一管道内装满第一液体，第二管道联通第一容器内第二液体所在腔室和第二容器内第二液体所在腔室，且第二管道内装满第二液体。
弹性薄膜由多个平行等间距的无色透明的支撑板来支撑，支撑板固定安装在第一容器壁上，支撑板一端与弹性薄膜接触，接触的位置为线段状，支撑板用于固定弹性薄膜上与支撑板相接触的位置。相邻支撑板的水平间距d大于2D显示器子像素的水平宽度，d由式（1）决定
式中，n为3D显示模式时视点数，w为2D显示器子像素水平宽度，e为人双眼瞳距，k为自然数，一般取1、2或3。第二容器内的活塞处于一定位置，弹性薄膜处于平面形态，此时，变形柱透镜光栅无透镜作用，该光栅2D/3D可切换显示装置工作于2D显示模式；通过移动活塞使第一液体和第二液体流动改变第一容器内两个腔室的容积，进而使弹性薄膜发生柱面形态的形变，此时，变形柱透镜光栅有透镜作用，该光栅2D/3D可切换显示装置工作于3D显示模式。
2D显示器是常规的2D显示器，诸如液晶显示器、等离子显示器和有机电致发光显示器等，用于提供图像。
本发明装置正常放置工作时，变形柱透镜光栅内部的两种液体具有一定深度，所以选用密度相近或相等的两种液体可以有效减小或消除重力效应，使透明弹性薄膜在不同深度的形变一致或者近似一致。
本发明的装置产生的透镜面可采用成本比较低的材料制造，而且制造难度不高，因此制造成本低，而且不需要施加专门的电场和安装相应的驱动电路，所以相对于现有的电场驱动的光栅2D/3D可切换显示装置，进一步降低了成本。
附图说明
附图1为本发明的光栅2D/3D可切换显示装置一实施例处于2D显示模式的剖面图。
附图2为图1中实施例处于3D显示模式的剖面图。
附图3为图1中实施例处于2D显示模式的显示效果示意图。
附图4为图1中实施例处于3D显示模式的显示效果示意图。
上述附图中的图示标号为：
01：第一液体，02：第二液体，03：透明弹性薄膜，04：第一容器，05：第二容器，06：第一管道，07：第二管道，08：活塞，09：液晶显示器，10：牵动杆，11：第一支撑板，12：第二支撑板，13：人的双眼
注：上述附图只是示意性的，并没有按比例绘制。
具体实施方式
附图1为处于2D显示模式的本发明的光栅2D/3D可切换显示装置实施例的剖面图。参照附图1，该装置由变形柱透镜光栅和液晶显示器09组成，其子像素水平宽度参数为0.0090mm。其中，变形柱透镜光栅包括无色透明的第一液体01、无色透明的第二液体02、无色透明的弹性薄膜03、第一支撑板11、第二支撑板12、无色透明的第一容器04、第二容器05、第一管道06、第二管道07、活塞08和连接活塞的牵动杆10。第一容器04和第二容器05内都容纳着不相溶第一液体01和第二液体02，弹性薄膜03在第一容器中将第一液体01和第二液体02隔离开，活塞08在第二容器中将第一液体01和第二液体02隔离开。第一管道06装满第一液体，第二管道07装满第二液体02。第一支撑板11平行且等间距固定在第一容器壁上，第二支撑板12平行且等间距固定在第一容器壁上，且第一支撑板11与第二支撑板12一端对齐且与弹性薄膜03接触，第一支撑板11之间的距离等于第二支撑板12之间的距离，相邻支撑板的间距d根据式（1）计算，由于光栅2D/3D可切换显示装置的3D显示模式时的视点数n为4，人双眼瞳距e为65mm，k的取值为1，所以相邻支撑板的水平间距d等于0.3595mm。第一支撑板11和第二支撑板12上有多个孔洞，便于液体穿过支撑板流动。第一液体01选用甘油，其折射率为1.4730，密度为1.260g/cm3，第二液体02选用二硫化碳，其折射率为1.6276，密度为1.263g/cm3。活塞08由牵动杆10驱动能在第二容器05中移动。活塞08位于一定位置，弹性薄膜03处于平面形态，此时变形柱透镜光栅无透镜作用，本发明的光栅2D/3D可切换显示装置用于2D显示。
附图2为处于3D显示模式的本发明的光栅2D/3D可切换显示装置的剖面图。用牵动杆10驱动活塞08从附图1中2D显示模式的位置向3D显示模式的位置移动，由于活塞08的推动，使第一液体01部分从第一容器04由第一管道06流向容器05，同时第二液体02部分从第二容器05由第二管道07流向第一容器04，第一液体01和第二液体的流动使弹性薄膜03发生形变，当弹性薄膜03变成柱面形态，变形柱透镜光栅起透镜作用，且随着活塞08的继续移动，变形柱透镜光栅的焦距会变短，当变形柱透镜光栅的焦平面位于液晶显示器的像素表面时，停止驱动活塞08，此时本发明的光栅2D/3D可切换显示装置用于实现3D显示。
附图3为处于2D显示模式的本发明的光栅2D/3D可切换显示装置的显示效果示意图。附图3只示出了附图1中显示装置的一部分元件，弹性薄膜03为平面形态，使变形柱透镜光栅无透镜作用，液晶显示器09的子像素A、B、C和D的光没被折射，且观看者每只眼睛能看到全部的子像素A、B、C和D，实现2D显示。
附图4为处于3D显示模式的本发明的光栅2D/3D可切换显示装置的显示效果示意图。附图4只示出了附图1中显示装置的一部分元件，弹性薄膜03为柱面形态，使变形柱透镜光栅起透镜作用，液晶显示器09的子像素A、B、C和D的光由该变形柱透镜光栅向不同方向折射，且观看者用不同位置的眼镜去观看来自不同子像素的光，比如附图4中，对于A、B、C和D四个子像素，观看者左眼在B′位置只能看到B子像素的光，右眼在C′位置只能看到C子像素的光，实现3D显示。
Claims (5)
1.一种光栅2D/3D可切换显示装置，其特征在于，所述装置包括变形柱透镜光栅和2D显示器，所述变形柱透镜光栅至少包括：无色透明的第一容器、第二容器、无色透明的弹性薄膜、多个无色透明的支撑板、活塞、第一管道和第二管道；第一容器和第二容器内均装有两种不相混溶的透明液体，两种透明液体的折射率不同且密度相近或相等，用透明的弹性薄膜将两种透明液体隔开使第一容器形成两个腔室，第二容器内有一个可移动的上述活塞，活塞将第二容器分成两个腔室，第二容器内的两个腔室分别装有上述两种透明的第一液体和透明的第二液体，第一容器和第二容器通过第一管道和第二管道联通，第一管道联通第一容器内第一液体所在腔室和第二容器内第一液体所在腔室，且第一管道内装满第一液体，第二管道联通第一容器内第二液体所在腔室和第二容器内第二液体所在腔室，且第二管道内装满第二液体，弹性薄膜由多个透明的支撑板来支撑，通过外力驱动液体流动和支撑板的支撑来控制弹性薄膜的形变，弹性薄膜形变有平面形态和柱面形态两种；当所述装置切换到2D显示模式时，第一容器内部液体的流动和支撑板的支撑使弹性薄膜变为平面形态，所述变形柱透镜光栅此时无透镜作用，用于2D显示；当所述装置切换到3D显示模式下，第一容器内的液体流动和支撑板的支撑使弹性薄膜变为柱面形态，变形柱透镜光栅此时起透镜作用，用于3D显示。
2.根据权利要求1中所述的光栅2D/3D可切换显示装置，其特征在于，第一容器位于2D显示器和观看者之间。
3.根据权利要求1中所述的光栅2D/3D可切换显示装置，其特征在于，弹性薄膜由多个平行等间距的无色透明的支撑板来支撑，支撑板固定安装在第一容器壁上，支撑板一端与弹性薄膜接触，接触的位置为线段状，支撑板用于固定弹性薄膜上与支撑板相接触的位置；两种液体流动使容器内两个腔室中的两种液体体积发生变化，两个腔室内液体体积的变化使弹性薄膜发生形变，通过外力驱动液体流动和支撑板的支撑来实现和控制弹性薄膜的形变。
4.根据权利要求1中所述的光栅2D/3D可切换显示装置，其特征在于，2D显示器是液晶显示器、等离子显示器或有机电致发光显示器。
5.根据权利要求3中所述的光栅2D/3D可切换显示装置，相邻支撑板的水平间距d由下式确定：
其中，n为3D显示模式时视点数，w为2D显示器子像素水平宽度，e为人双眼瞳距，k为自然数，取1、2或3。
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