CN102231019A - 裸眼式立体显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种裸眼式立体显示装置，包括：一液晶显示面板，用来显示二维图像信号以及显示三维图像的左眼和右眼信号；背光模组，提供装置系统光源；以及控制光路面板，用来控制所述背光模组出射光的出射角度，以及实现2D/3D转换；所述控制光路面板置于所述背光模组与所述液晶显示面板之间，且该控制光路面板的外形和大小与所述液晶显示面板一致。本发明不仅能够实现二维显示与三维显示的自由转换，还可以在一定范围内随着观察者方位的变化调整可视三维区域。

Description

裸眼式立体显示装置

技术领域

本发明涉及一种立体显示装置，特别是一种裸眼式立体显示装置。

背景技术

现今，立体显示装置越来越为大众所熟悉，它主要是通过一定的处理使观察者形成立体视觉。所谓立体视觉，即双眼观察事物可以分辨物体远近形态的感觉，通过对左右眼分别接收不同的影像，在大脑重叠后感知到物体的层次感和景深，从而体验到物体的立体感觉。因此，立体显示装置需要将左眼与右眼信号进行分离并分别被人的左眼和右眼独立接收，从而可以让观察者形成物体的立体效果，完成立体显示。

目前，立体显示装置发展至今大致可以分为眼镜式立体显示装置和裸眼式立体显示装置。顾名思义，眼镜式立体显示装置的观察者需要佩戴响应设计类型的眼镜从而获得立体视觉效果；而裸眼式立体显示装置的观察者则无需佩戴任何附加配件，如正常观看一般于立体显示装置前即可获得立体视觉效果。

裸眼式立体显示装置的技术方法有多种，包括透镜阵列、视差屏障、深度融合、指向背光等方法对左右眼信息进行空间分离。指向背光方法是通过控制背光光线的出射方向，将左眼光线与右眼光线分时间的被左眼和右眼获得，从而观察者于显示装置正前方的特定区域范围可以获得立体视觉效果。由于控制光线的指向性背光膜的结构固定，出射角度范围不可随意变换，因此当观察者变换观察点时，很可能造成左眼光束亦被右眼接收到或者右眼光束亦被左眼接收到的情况即进入crosstalk(串扰)区域，或者左眼、右眼仅接收到单眼信号即进入左(右)眼区域，从而大大影响立体视觉的效果甚至无法感受到立体视觉的效果。

发明内容

发明目的：针对上述现有存在的问题和不足，本发明的目的是提供一种可以在一定观察区域范围内进行调整的裸眼式立体显示装置。

技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为一种裸眼式立体显示装置，包括：

一液晶显示面板，用来显示二维图像信号以及显示三维图像的左眼和右眼信号；

背光模组，提供装置系统光源；以及

控制光路面板，用来控制所述背光模组出射光的出射角度，以及实现2D/3D转换，用于3D显示时可以将左眼、右眼光束随观察者的移动调整到合适的角度；

所述控制光路面板置于所述背光模组与所述液晶显示面板之间，且该控制光路面板的外形和大小与所述液晶显示面板一致。

所述控制光路面板可包括：

第一基板，在所述第一基板上形成一维或二维方向排列的包含若干像素的像素阵列，每个所述像素包含一个像素电极，全部所述像素电极形成像素电极阵列，每个像素电极都可独立控制；

第二基板，在所述第二基板上形成参考电极；

液晶层，形成于所述第一基板和第二基板之间；

下配向膜，形成于所述像素电极阵列和液晶层之间；

上配向膜，形成于所述液晶层和参考电极之间；以及

第一偏光片，贴附于所述第一基板外侧。

在所述第一基板上形成的二维方向排列的像素阵列所包含的像素个数可与液晶显示面板的像素个数无关，而与要求二维空间角度调整范围精细度有关：x方向角度调整范围精细度与x方向像素个数有关，y方向角度调整范围精细度与y方向像素个数有关，二维空间角度调整范围精细度与x、y方向像素个数有关，精细度要求越高则像素个数需求越多。

所述液晶层包含的液晶可为正性液晶或负性液晶。

所述第一偏光片的吸收轴方向可与贴附于所述液晶显示面板下基板外侧的第二偏光片的吸收轴方向一致。

所述像素电极阵列可施加相同的电压，所有像素的附加位相差相同，进行2D显示。

单一方向像素阵列位相差形成连续的斜率不为零的直线或曲线时，可以改变光路传播方向，其输出角度将向位相差较大的方向偏转。所述像素阵列包含的若干像素电极可施加不同的电压，则各像素的附加位相差不同，配合不同时间段的左眼图像信号输出或右眼图像信号输出，背光光源产生的光束也相应的偏转至仅左眼可见区域或仅右眼可见区域，进行3D显示。所述像素阵列中的某几个连续像素的附加位相差可构成位相差单元，每个所述位相差单元中的最大位相差值不超过π/4。

2D输出时液晶显示面板的工作频率可为60Hz或相应的倍频，控制光路面板可以不改变其输出状态；3D输出时液晶显示面板的工作频率为2D时的2倍频，控制光路面板的工作频率与液晶显示面板一致。

可以通过调整所述像素电极施加的电压，改变所述位相差单元的斜率角度，或者通过重新排列所述位相差单元，调整背光输出角度，从而满足任意方向的3D观测需求。

有益效果：本发明当控制光路面板所有像素都附加相同的位相差时，光路方向不发生变化，实现2D视觉感受；当控制光路面板的一维或二维像素阵列附加不同的位相差，且位相差单元形成一定的连续形状时，则可以改变光线输出的方向，从而将左眼、右眼光束的传播方向进行分离，使左右眼分别在不同的时间接收各自方向的光线，实现3D视觉感受。同时，通过改变该面板各像素的驱动电压而改变位相差单元的斜率角度，或者通过重新排列位相差单元，从而可以调整左右眼光束的传播方向，可以满足观察者移动、坐卧等多种情况发生时的3D视觉需求，从而让观察者更自由的享受3D带来的立体视觉感受。

附图说明

图1(a)为位相差变化单元为斜率不为零直线时光路顺时针偏转示意图；

图1(b)为位相差变化单元为斜率不为零直线时光路逆时针偏转示意图；

图2(a)为位相差变化单元为曲线时光路顺时针偏转示意图；

图2(b)为位相差变化单元为曲线时光路逆时针偏转示意图；

图3为本发明实施例立体显示装置结构示意图；

图4为本发明实施例控制光路面板结构示意图；

图5(a)为本发明实施例一维像素排列示意图；

图5(b)为本发明实施例二维像素排列示意图；

图6为本发明实施例2D显示时控制光路面板状态示意图；

图7(a)为本发明实施例相同位相差单元排列示意图；

图7(b)为本发明实施例不同位相差单元排列示意图；

图8为本发明实施例控制光路面板获得右眼光束示意图；

图9为本发明实施例观察者移动时控制光路面板再次获得右眼光束示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

本发明实施例中，图3示出了立体显示装置1的整体结构，其共包含三个部分组成：液晶显示面板2、控制光路面板3和背光模组4。液晶显示面板2的结构完全是常规的，可以是任何透射式显示面板，图3、图6、图8、图9中关于液晶显示面板2的示例仅为示意图，而非对液晶显示面板类型的限定；背光模组4的作用和结构也是常规的。控制光路面板3的结构参照图5，从背光模组开始由下往上包括：第一偏光板11、第一基板12、像素阵列15、像素电极阵列17、下配向膜19、液晶层21、上配向膜20、公共电极18、第二基板13、支撑盒厚的衬垫料22以及粘结第一基板12和第二基板13的封框胶28。像素阵列15由若干个像素14组成，可以形成一维的排列，参照图5(a)，也可以形成二维的排列，参照图5(b)，图4中仅示例了少量像素14的排列，实际应用中将有数以千百计的像素14进行排列；相应地，像素电极阵列17由若干个像素电极16组成，像素电极16形成于像素14内，构成像素14的有效区域，每个像素电极16都可以独立控制，即每个像素14区域内可以施加不同的电压。

本发明实施例的控制光路面板3采用正性平行排列液晶，当面板工作时，给某像素14的像素电极16施加不为零的电压，则通过公共电极18在液晶层21的两端建立电场，液晶层21由于其电学双折射特性而发生与电场方向有关的偏转，又由于光学双折射特性而改变了像素区域对光路的等效附加位相差。背光光束经过第一偏光片11时，整个面板区域内具有相同的位相差初始量，当像素电极阵列17施加相同的电压时，附加位相差相同，光束传播方向不发生改变，可以进行2D显示；特别地，当附加位相差为零时，由于偏光板11与贴附于液晶显示面板2的下基板外侧的第二偏光片40的吸收轴方向一致，相比于无此控制光路面板3的显示装置，光能量没有损失，图6示例了第二偏光板40的吸收轴方向以及控制光路面板3的零位相差附加。当像素电极阵列17中的各个像素电极16施加不同的电压时，各像素14的附加位相差不同，当x方向(双眼连接线平行方向)某几个连续像素14附加的位相差构成图1(a)或图2(a)所示例的直线或曲线时，经过第一位相差单元23或第三位相差单元25的光线将发生顺时针偏转，位相差单元斜率夹角27越大，则偏转程度越大，在该方向上可以连续排列若干个相同的位相差单元，参照图7(a)，也可以排列多种混合的位相差单元，参照图7(b)。为了保证较小的光能损失，每个位相差单元中最大位相差值不超过π/4，最终将背光光线偏转至仅左眼可见区域；当x方向某几个连续像素14附加的位相差构成图1(b)或图2(b)所示例的直线或曲线时，经过第二位相差单元24或第四位相差单元26的光线将发生逆时针偏转，位相差单元斜率夹角27越大，则偏转程度越大，同样该方向上可以连续排列若干个相同的位相差单元也可以排列多种混合的位相差单元，每个位相差单元中最大位相差值不超过π/4，最终将背光光线偏转至仅右眼可见区域，图8示例了经过控制光路面板3的位相差变化将光线偏转至右眼区域；配合不同时间段的左右眼信号输出，背光光源也相应的进行左眼、右眼光路偏转切换，从而获得3D视觉效果。当观察者双眼位置发生变化时，如果控制光路面板3的输出不变，则可能造成左眼或右眼无法正常接收相对应的信号，而无法形成3D视觉效果，图9示例了观察者水平向左眼方向移动的情况，此时左眼仍可以正常接收左眼信号，但右眼已进入左眼区域也将接收到左眼信号，而无法形成3D效果；若此时对双眼移动方向所涉及的一维方向或者二维方向内的位相差单元进行斜率角度27的调整或者第二位相差单元24和第四位相差单元26的重新排列，从而让右眼重新接收到相对应的右眼信号，再次形成3D显示效果。上述操作可以满足观察者移动、坐卧等多种情况发生时的3D视觉需求，从而让观察者更自由的享受3D带来的立体视觉感受。

Claims (10)

1.一种裸眼式立体显示装置，包括：

一液晶显示面板，用来显示二维图像信号以及显示三维图像的左眼和右眼信号；

背光模组，提供装置系统光源；以及

控制光路面板，用来控制所述背光模组出射光的出射角度，以及实现2D/3D转换；

所述控制光路面板置于所述背光模组与所述液晶显示面板之间，且该控制光路面板的外形和大小与所述液晶显示面板一致。

2.根据权利要求1所述裸眼式立体显示装置，其特征在于：所述控制光路面板包括：

第一基板，在所述第一基板上形成一维或二维方向排列的包含若干像素的像素阵列，每个所述像素包含一个像素电极，全部所述像素电极形成像素电极阵列，每个像素电极都可独立控制；

第二基板，在所述第二基板上形成公共电极；

液晶层，形成于所述第一基板和第二基板之间；

下配向膜，形成于所述像素电极阵列和液晶层之间；

上配向膜，形成于所述液晶层和公共电极之间；以及

第一偏光片，贴附于所述第一基板外侧。

3.根据权利要求2所述裸眼式立体显示装置，其特征在于：在所述第一基板上形成的二维方向排列的像素阵列所包含的像素个数与液晶显示面板的像素个数无关。

4.根据权利要求2所述裸眼式立体显示装置，其特征在于：所述液晶层包含的液晶为正性液晶或负性液晶。

5.根据权利要求2所述裸眼式立体显示装置，其特征在于：所述第一偏光片的吸收轴方向与贴附于所述液晶显示面板下基板外侧的第二偏光片的吸收轴方向一致。

6.根据权利要求2所述裸眼式立体显示装置，其特征在于：所述像素电极阵列施加相同的电压，所有像素的附加位相差相同，进行2D显示。

7.根据权利要求2所述裸眼式立体显示装置，其特征在于：所述像素阵列包含的若干像素电极施加不同的电压，则各像素的附加位相差不同，配合不同时间段的左眼图像信号输出或右眼图像信号输出，背光光源产生的光束也相应的偏转至仅左眼可见区域或仅右眼可见区域，进行3D显示。

8.根据权利要求7所述裸眼式立体显示装置，其特征在于：所述像素阵列中的某几个连续像素的附加位相差构成位相差单元，每个所述位相差单元中的最大位相差值不超过π/4。

9.根据权利要求8所述裸眼式立体显示装置，其特征在于：通过调整所述像素电极施加的电压，改变所述位相差单元的斜率角度，进而调整背光输出角度。

10.根据权利要求8所述裸眼式立体显示装置，其特征在于：通过重新排列所述位相差单元，调整背光输出角度。

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