CN102608767B - 一种裸眼立体显示装置及相应的终端设备 - Google Patents

Abstract

一种裸眼立体显示装置及相应的终端设备，所述裸眼立体显示装置，包括显示面板和分光器件，还包括定向调光器，其中：所述定向调光器放置在所述分光器件与显示面板之间，或放置在所述分光器件远离所述显示面板的一侧；所述定向调光器包括对光线具有折射作用的多个调光单元，所述调光单元对一条光线折射后向一个方向偏离原有光路。本发明还提供了包括所述裸眼立体显示装置的终端设备。本发明的裸眼立体显示装置及终端设备利用定向调光器对进入分光器件或从分光器件出来的光进行折射，可以有效消除摩尔纹，减弱颗粒感。

Description

一种裸眼立体显示装置及相应的终端设备

技术领域

本发明涉及裸眼立体显示技术，更具体地，涉及一种裸眼立体显示装置及相应的终端设备。

背景技术

传统的裸眼立体显示装置采用透镜(lens)阵列或者是视差障碍(barrier)阵列作为分光器件，并把分光器件放置在一个可以提供图像显示信号的显示面板前，面板可以是LCD、PDP或者OLED等。

图1a和图1b分别描述了在3视点时，用lens阵列和barrier阵列形成的裸眼立体显示装置的基本结构。图1a中的裸眼立体显示装置包括显示面板101和lens阵列102。显示面板101由一系列显示单元1011构成，分别用于显示第1、第2和第3视点图像。lens阵列102作为分光器件，分光器件上的分光单元为透镜单元1021，图中以示例的方式示出的103，104，105，103’，104’，105’，103”，104”，105”是相应的显示单元上的点发出的光线。图1b中的裸眼立体显示装置包括显示面板101和barrier阵列107，barrier阵列107作为分光器件(也可称为狭缝光栅)，分光器件上的分光单元为barrier单元1071，图中以示例的方式示出了相应的显示单元上的点发出的光线108，109，110。通过图1a和图1b可以看到，透镜通过折射，视差障碍通过阻挡光线都起到了分光的作用，使得双眼看到不同的视点图像。通过排列显示单元显示的视点图像配合分光器件的设计，对输入的图像进行处理后即可形成立体显示效果。图1c示出了图1b中最终形成的3个视点图像的可视区域，图上方标示有1，2，3的3个菱形区域分别是第1、第2和第3视点图像的可视区域，图下方标示有1，2，3的3个长方形区域分别是显示第1、第2和第3视点图像的显示单元。Lens和Barrier如果用电控的液晶材料制成可以形成参数可控的LC-Lens或者LC-Barrier，但是并不改变基本的光学原理。

这种结构的裸眼立体显示装置存在几个问题：

由于Lens阵列或Barrier阵列具有周期性，这种周期性结构会与显示面板的显示单元的周期性分布形成干涉，让观众看到不应该出现的摩尔纹现象，摩尔纹影响立体显示的画面清晰度，容易造成观众的晕眩感。

此外，裸眼立体显示使用分光器件，会在画面形成一些细小的颗粒，影响画面的清晰度，形成画面粗糙的感觉。这是由于显示单元被光栅分割后形成的，特别是透镜的放大作用会让颗粒更加明显。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种可以有效消除摩尔纹和颗粒感的裸眼立体显示装置及相应的终端设备。

为了解决上述问题，本发明提供了一种裸眼立体显示装置，包括显示面板和分光器件，还包括定向调光器，其中：

所述定向调光器放置在所述分光器件与显示面板之间，或放置在所述分光器件远离所述显示面板的一侧；

所述定向调光器包括对光线具有折射作用的多个调光单元，所述调光单元对一条光线折射后向一个方向偏离原有光路。

进一步地，

所述调光单元对垂直于其延伸方向的径向平面上的入射光线进行折射后的光线仍在该径向平面上。

进一步地，

所述定向调光器对同一径向平面上以相同角度不同位置入射到同一调光单元的入射光线折射后的出射角不同或不完全相同；或者

所述定向调光器对同一径向平面上以相同角度入射到不同调光单元的入射光线折射后的出射角不同或不完全相同。

进一步地，

所述调光单元的折射作用使各视点图像发出的光线有部分进入到其他视点图像的可视区域。

进一步地，

所述调光单元的延伸方向与所述分光器件上分光单元的延伸方向的夹角α满足0°＜α＜90°。

进一步地，

所述调光单元的延伸方向与所述分光器件上分光单元的延伸方向的夹角α满足15°≤α≤88°。

进一步地，

所述调光单元的宽度与所述分光器件上分光单元的宽度的比例k满足0＜k＜1。

进一步地，

所述调光单元的宽度与所述分光器件上分光单元的宽度的比例k满足1/10≤k≤1/2。

进一步地，

所述定向调光器采用透镜阵列、复合透镜阵列、棱镜阵列或复合棱镜阵列，并列放置在所述分光器件与显示面板之间或所述分光器件远离所述显示面板的一侧。

进一步地，

所述调光单元采用透镜单元或复合透镜单元，且所述透镜单元或复合透镜单元的焦点不在所述显示面板上。

进一步地，

所述定向调光器由单层透明材料形成；或者

所述定向调光器由具有折射率差异的多层透明材料形成。

进一步地，

所述定向调光器上的多个调光单元的形状、大小、延伸方向和相邻调光单元之间的间隔相同。

进一步地，

所述定向调光器上的多个调光单元满足以下条件中的一种或多种：

所述多个调光单元的形状不同或不完全相同；

所述多个调光单元的大小不同或不完全相同；

所述多个调光单元的延伸方向不同或不完全相同；及

所述多个调光单元中相邻调光单元之间的间隔不同或不完全相同。

进一步地，

所述定向调光器上的多个调光单元在所述定向调光器上分为一排或多排布置。

进一步地，

所述定向调光器上的多个调光单元采用以下一种或多种形式的调光单元：

透镜单元；

复合透镜单元；

棱镜单元；

复合棱镜单元；及

棱镜和透镜组合单元。

相应地，本发明提供的终端设备包括裸眼立体显示装置，其中，所述裸眼立体显示装置采用上述任一裸眼立体显示装置。

上述裸眼立体显示装置及终端设备利用定向调光器对进入分光器件或从分光器件出来的光进行折射，可以有效消除摩尔纹，减弱颗粒感。

附图说明

图1a和图1b分别是利用lens阵列和barrier阵列形成的裸眼立体显示装置的结构及光路的示意图；

图1c是图1b中最终形成的3个视点图像的可视区域的示意图；

图2a和图2b是调光单元对原有光路改变的两个示例的示意图；

图2c和图2d是实施例一裸眼立体显示装置的结构及光路的示意图，分别表示了透镜阵列作为定向调光器对lens阵列和barrier阵列光路的改变；

图3是基于图2a结构的定向散射与分光器件之间的角度关系的示意图；

图4a和图4b是实施例二裸眼立体显示装置的结构及光路的示意图，分别表示了棱镜阵列作为定向调光器对lens阵列和barrier阵列光路的改变；

图4c是棱镜对径向平面入射光线进行折射的示意图；

图5a是实施例三定向调光器和分光器件均采用透镜阵列的裸眼立体显示装置的结构与光路变化的示意图；

图5b是实施例三定向调光器采用透镜阵列而分光器件采用barrier阵列的裸眼立体显示装置的结构与光路变化的示意图；

图6a是实施例三定向调光器采用棱镜阵列而分光器件采用透镜阵列的裸眼立体显示装置的结构与光路变化的示意图；

图6b是实施例三定向调光器采用棱镜阵列而分光器件采用barrier阵列的裸眼立体显示装置的结构与光路变化的示意图；

图7和图8是定向调光器上调光单元的另两种结构的示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

实施例一

本实施例提供一种裸眼立体显示装置，包括显示面板和分光器件，显示面板由一系列显示单元组成，用于提供图像显示；分光器件采用透镜阵列技术或视差障碍技术实现，用于对光线进行定向传输，实现分光作用。与现有裸眼立体显示装置不同的是，本实施例的裸眼立体显示装置还包括一个定向调光器，该定向调光器由透明物质制成，放置在分光器件远离所述显示面板的一侧，包括对光线具有折射作用的多个调光单元，所述调光单元对一条光线折射后只会向一个方向偏离原有光路。文中，对于一个调光单元来说，将垂直于其延伸方向的平面称为径向平面，调光单元在各个径向平面上的截面是相同的。对于分光器件，也将垂直于分光单元延伸方向的平面称为径向平面。

图2a示出对应位置上的定向调光器的一个调光单元和分光器件的一个分光单元，入射光线在径向平面上入射，经过分光单元时发生一次折射，经过调光单元时发生第二次折射，但每次折射后的光线仍在该径向平面上。也就是说，本实施例定向调光器上的调光单元对径向平面上的入射光线进行折射后的光线仍在该径向平面上。具有这种性质的调光单元，对于不在径向平面上的入射光，出射光也将偏离径向平面，此时可以将入射光分为径向分量和轴向(即调光单元的延伸方向)分量来考虑，调光单元对其径向分量的折射作用与径向平面的入射光是相同的。图2b所示的调光单元和分光单元的位置发生变化，径向平面上的入射光线先经过调光单元发生一次折射，再经过分光单元发生第二次折射，每次折射后的光线仍在该径向平面上。从图2a和图2b可以了解，增加定向调光器后，会改变原有裸眼立体显示装置中分光器件分光后的光路。同时，对于透镜来说，对于同一径向平面上以相同角度不同位置入射到同一调光单元的入射光线，折射后的出射角也不同，从而产生一定程度的“散射”效果，需注意，本文的这种“散射”并非通常意义上的方向无规则变化的散射。

图2c示出了本实施例裸眼立体显示装置的一个示例，在图1a的基础上增加了定向调光器201，本实施例的定向调光器201和分光器件102均使用透镜阵列实现，且定向调光器201并列放置在分光器件102远离所述显示面板的一侧(但也可以有一倾角)。定向调光器201上的调光单元2011为透镜单元，不局限于图中示出的形状，可以是各种形状的凸透镜或凹透镜。为了更清楚地说明方案的特点，图中对光路进行了简化，只保留了图1a中的光线103，104和105。图2d则示出了本实施例裸眼立体显示装置的另一个示例，在图1b的基础上增加了透镜阵列实现的定向调光器201，其中的分光器件采用barrier阵列107实现，图中只保留了图1b中的光线108，109和110。

从图2c和图2d中的光路可以看到，从原来的分光器件出来的光线因为调光单元的折射作用将偏离原来的路径，导致各个视点图像发出的光线有部分进入到其他视点图像的可视区域，如第i视点图像发出的光线会进入到第i-1、第i+1视点图像的可视区域(对于本发明的裸眼立体显示装置，各视点图像的可视区域为不设置定向调光器时的各视点图像的可视区域)，使得左眼和右眼会分别看到一些原来不属于各自可视区域内的光线，这就形成轻微的散射，这种散射形成了一个类似于低通滤波器的效果，可以让画面变得更加柔和，同时这种散射使得摩尔纹作为一种高频信号被过滤掉，散射程度越高摩尔纹越淡，同时画面也更加细腻柔和，但是散射程度越高会引入更多的串扰，使得画面更加模糊，同时立体效果也会变差。

可以通过控制合理的散射程度，既保证摩尔纹和颗粒感减弱，同时不造成立体效果的明显变坏。

定向调光器201与透镜阵列102或视差障碍阵列107之间存在一定的角度关系，不同的角度对散射程度影响是不同的，对摩尔纹与颗粒感以及立体效果的影响也是不同的。图3示出了定向调光器201与透镜阵列102之间的放置关系。从图3可以看到，定向调光器201上调光单元2011的延伸方向与分光器件102上分光单元1021的轴向形成一夹角α。

当α＝90°时，定向调光器201的调光方向是垂直于分光器件102的分光方向的，定向调光器201产生的散射被控制在原有视点图像的可视区域301和302内，不会在这两个区域之间产生串扰。但是这样的放置方式难以有效消除摩尔纹和颗粒感。当A＝0°时，定向调光器201的调光方向与分光器件102的分光方向是一致的，这个时候摩尔纹和颗粒感会最小，但是在区域301和302之间形成的串扰相对较大，造成立体效果的下降。因此要在串扰和摩尔纹与颗粒感之间达到平衡，选择的角度应满足0°＜α＜90°。在本实施例中，可以选择15°≤α≤88°，较佳地，可以选择70°≤α≤80°等。

除了角度关系外，定向调光器201上的调光单元2011与分光器件102上的分光单元1021在宽度上也有一定的关系，调光单元的宽度指调光单元在径向平面上的截面的宽度(本实施例等于透镜单元的栅距)。如果调光单元2011宽度接近或者超过分光单元1021的宽度，会在定向调光器201与分光器件102之间形成较明显的干涉，使得画面粗糙，清晰度下降。如果调光单元宽度过分的小于分光器件单元宽度，散射作用可能会较低。因而要在清晰度和散射作用之间达到平衡，定向调光器上调光单元的宽度与所述分光器件上分光单元的宽度的比例k应满足0＜k＜1。在本实施例中，可以选择1/10≤k≤3/4，较佳地，可以选择1/6≤k≤1/4。

经研究还发现，当调光单元采用透镜单元(或复合透镜单元)时，如透镜单元或复合透镜单元的焦点不在显示面板上，可以取得较好的去除摩尔纹的效果。

以上是以分光器件为透镜阵列为例进行分析，当分光器件为barrier阵列时，调光单元和分光单元之间的角度及宽度关系也符合同样的规律，这里不再赘述。

实施例二

本实施例提供的裸眼立体显示装置与实施例一的不同之处，是使用棱镜阵列替代透镜阵列作为定向调光器。

如图4a和图4b所示，定向调光器401用棱镜阵列代替了实施例一中的透镜阵列，定向调光器401上的调光单元为棱镜单元4011，棱镜单元4011与实施例一中的透镜单元对光线散射的基本原理是一致的，对一条光线折射后只会向一个方向偏离原有光路，对径向平面上的入射光线进行折射后的光线仍在该径向平面上。同时，\对于同一径向平面上以相同角度不同位置入射到同一调光单元的入射光线，折射后的出射角也不完全相同，同样起到了“散射”作用。对于棱镜这样的调光单元，如图4c所示，虽然对于同一径向平面上以相同角度不同位置入射到一调光单元同一侧面的入射光线折射后的出射角是一样的，但是入射到该调光单元不同侧面的入射光线折射后的出射角互不相同，因此从整体上看，同一径向平面上以相同角度不同位置入射到一调光单元的入射光线折射后的出射角不完全相同，依然对光线进行了一定程序的“散射”。

本实施例定向调光器的轴向与分光器件的轴向之间的角度关系，调光单元宽度和分光单元宽度之间的比例关系同实施例一中的描述。

实施例三

上述两个实施例中，均是将定向调光器放置在分光器件远离显示面板的一侧。本实施例中，将定向调光器放置在分光器件与显示面板之间。其中的定向调光器可以采用透镜阵列或棱镜阵列，分光器件可以采用透镜阵列或barrier阵列。图5a示出了定向调光器201和分光器件102均采用透镜阵列时的结构与光路变化，图5b示出了定向调光器201采用透镜阵列而分光器件107采用barrier阵列时的结构与光路变化，图6a示出了定向调光器401采用棱镜阵列而分光器件102采用透镜阵列时的结构与光路变化，图6b示出了定向调光器401采用棱镜阵列而分光器件107采用barrier阵列时的结构与光路变化。

通过图中的光路可以了解，本实施例定向调光器的位置虽然有所变化，但也可以达到实施例一和二同样的效果。而本实施例的调光单元轴向与分光单元轴向之间的角度关系及调光单元宽度和分光单元宽度之间的比例关系也符合实施例一中的描述。

上述实施例的定向调光器虽然是以透镜阵列和棱镜阵列为例，实际上不局限于这两种光学装置。也可以是其他具有折射作用的器件。图7示出了调光单元的另一种结构，其截面形状呈阶梯状，这种情况下，同一径向平面上以相同角度不同位置入射到一调光单元的入射光线的折射次数不完全相同，因此折射后的出射角也不完全相同，具有“散射”效果。而图8又示出了另一种形状的调光单元，这种调光单元是一种凸透镜和凹透镜组成的复合透镜，且其中的凸透镜和凹透镜的折射率不同，这种调光单元也可以达到相似的调光作用。因而，本发明的定向调光器可以由单层透明材料形成，也可以由具有折射率差异的多层透明材料形成，如可以采用透镜阵列、复合透镜阵列、棱镜阵列或复合棱镜阵列。

实施例四

虽然上述实施例示出的定向调光器的调光单元的形状、大小、延伸方向和相邻调光单元之间的间隔相同，且贯通整个定向调光器。但是并非如此，由于Lens阵列或Barrier阵列的周期性结构与显示面板的显示单元的周期性分布形成的干涉，还可以通过定向调光器的不规则结构来加以消除。

这种不规则结构可以表现为定向调光器上的多个调光单元满足以下条件中的一种或多种：

多个调光单元的形状不同或不完全相同；

多个调光单元的大小不同或不完全相同；

多个调光单元的延伸方向不同或不完全相同；及

多个调光单元中相邻调光单元之间的间隔不同或不完全相同。

本实施例的定向调光器可以由单层透明材料形成，也可以由具有折射率差异的多层透明材料形成。定向调光器上的多个调光单元，可以采用以下一种或多种形式的调光单元：

透镜单元；

复合透镜单元；

棱镜单元；

复合棱镜单元；及

棱镜和透镜组合单元。

并且，调光单元在定向调光器上也可以分为一排或多排布置，所谓多排布置即相邻两排之间的调光单元相互错开。

利用上述调光单元的结构和排列方式上的变化或者说不规则性，也可以消除定向调光器、分光器件和显示面板的周期性结构带来的干涉，有效地消除摩尔纹，减弱颗粒感。此时，对于单个调光单元来说，对垂直于其延伸方向的径向平面上的入射光线进行折射后的光线仍在该径向平面上，但对同一径向平面上以相同角度入射到不同调光单元的入射光线折射后的出射角不同或不完全相同，而同一径向平面上以相同角度不同位置入射到同一调光单元的入射光线折射后的出射角可以相同。因为不同的调光单元的该出射角的不同也可以产生类似的“散射效果”，使各视点图像发出的光线有部分进入到其他视点图像的可视区域。

实施例五

本实施例提供一种终端设备，包括裸眼立体显示装置，该裸眼立体显示装置采用上述各个实施例提供的裸眼立体显示装置。该终端设备如可以是具有裸眼立体显示功能的电视、手机、摄像机、照相机等。

本领域普通技术人员可以理解上述方法中的全部或部分步骤可通过程序来指令相关硬件完成，所述程序可以存储于计算机可读存储介质中，如只读存储器、磁盘或光盘等。可选地，上述实施例的全部或部分步骤也可以使用一个或多个集成电路来实现，相应地，上述实施例中的各模块/单元可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。本发明不限制于任何特定形式的硬件和软件的结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (15)

1.一种裸眼立体显示装置，包括显示面板和分光器件，其特征在于，还包括定向调光器，其中：

所述定向调光器放置在所述分光器件与显示面板之间，或放置在所述分光器件远离所述显示面板的一侧；

所述定向调光器包括对光线具有折射作用的多个调光单元，所述调光单元对一条光线折射后向一个方向偏离原有光路；

所述调光单元的延伸方向与所述分光器件上分光单元的延伸方向的夹角α满足0°<α<90°。

2.如权利要求1所述的裸眼立体显示装置，其特征在于：

所述调光单元对垂直于其延伸方向的径向平面上的入射光线进行折射后的光线仍在该径向平面上。

3.如权利要求1所述的裸眼立体显示装置，其特征在于：

所述定向调光器对同一径向平面上以相同角度不同位置入射到同一调光单元的入射光线折射后的出射角不同或不完全相同；或者

所述定向调光器对同一径向平面上以相同角度入射到不同调光单元的入射光线折射后的出射角不同或不完全相同。

4.如权利要求1所述的裸眼立体显示装置，其特征在于：

所述调光单元的折射作用使各视点图像发出的光线有部分进入到其他视点图像的可视区域。

5.如权利要求1所述的裸眼立体显示装置，其特征在于：

所述调光单元的延伸方向与所述分光器件上分光单元的延伸方向的夹角α满足15°≤α≤88°。

6.如权利要求1至5中任一权利要求所述的裸眼立体显示装置，其特征在于：

所述调光单元的宽度与所述分光器件上分光单元的宽度的比例k满足0<k<1。

7.如权利要求6所述的裸眼立体显示装置，其特征在于：

所述调光单元的宽度与所述分光器件上分光单元的宽度的比例k满足1/10≤k≤1/2。

8.如权利要求1至5中任一权利要求所述的裸眼立体显示装置，其特征在于：

所述定向调光器采用透镜阵列、复合透镜阵列、棱镜阵列或复合棱镜阵列，并列放置在所述分光器件与显示面板之间或所述分光器件远离所述显示面板的一侧。

9.如权利要求1至5中任一权利要求所述的裸眼立体显示装置，其特征在于：

所述调光单元采用透镜单元或复合透镜单元，且所述透镜单元或复合透镜单元的焦点不在所述显示面板上。

10.如权利要求1至5中任一权利要求所述的裸眼立体显示装置，其特征在于：

所述定向调光器由单层透明材料形成；或者

所述定向调光器由具有折射率差异的多层透明材料形成。

11.如权利要求10所述的裸眼立体显示装置，其特征在于：

所述定向调光器上的多个调光单元的形状、大小、延伸方向和相邻调光单元之间的间隔相同。

12.如权利要求10所述的裸眼立体显示装置，其特征在于：

所述定向调光器上的多个调光单元满足以下条件中的一种或多种：

所述多个调光单元的形状不同或不完全相同；

所述多个调光单元的大小不同或不完全相同；

所述多个调光单元的延伸方向不同或不完全相同；及

所述多个调光单元中相邻调光单元之间的间隔不同或不完全相同。

13.如权利要求10所述的裸眼立体显示装置，其特征在于：

所述定向调光器上的多个调光单元在所述定向调光器上分为一排或多排布置。

14.如权利要求11或12或13所述的裸眼立体显示装置，其特征在于：

所述定向调光器上的多个调光单元采用以下一种或多种形式的调光单元：

透镜单元；

复合透镜单元；

棱镜单元；

复合棱镜单元；及

棱镜和透镜组合单元。

15.一种终端设备，包括裸眼立体显示装置，其特征在于，所述裸眼立体显示装置采用如权利要求1至14中任一权利要求所述的裸眼立体显示装置。