CN102707512B - 一种液晶光栅单元、显示装置和显示方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种液晶光栅单元、显示装置和显示方法，液晶光栅单元包括上基板和下基板；一第一光栅位于上基板的下表面，一第二光栅位于下基板的上表面；第一光栅的栅为多条平行的电极条，第二光栅的栅为多条平行的电极条；其中，第一光栅与第二光栅垂直间隔叠置，间隔叠置处形成对应数目个双栅叠加区；第一光栅通过一第一电源线接入一第一电压，第二光栅通过一第二电源线接入一第二电压；双栅叠加区所覆盖的区域内的电场使位于该电场中的液晶发生扭曲，禁止光线的通过，从而在观看者的左眼和右眼处分别形成有视觉差的第一图像和第二图像，观看者的大脑接收了第一图像和第二图像之后，会自动形成有立体感的图像。

Description

一种液晶光栅单元、显示装置和显示方法

技术领域

本发明涉及立体显示技术，特别涉及一种液晶光栅单元、显示装置和显示方法。

背景技术

实现3D显示的方式有多种，光屏障式3D技术也称为视差屏障或视差障栅技术，其原理和偏振式3D较为类似。光屏障式3D产品与既有的LCD工艺兼容，因此在产量和成本上具有优势。目前液晶光栅3D显示技术，一般是在液晶光栅单元的上下基板上形成条纹状电极条，进行3D显示时，给液晶光栅加电，由于上下基板条纹状电极条之间的液晶分子发生扭曲，光线无法通过，从而使液晶光栅形成明暗交错的条纹，此时，观看者的左右眼分别看到所显示的左眼图像和右眼图像，经过大脑的合成形成3D图像。

现有技术中，全视差2D/3D可转换的裸眼立体显示技术，采用两块相位差板技术实现2D/3D技术，2D/3D之间的转换过程中需要机械移动其中的一块相位差板。

发明人发现现有技术存在如下问题：在实现全视差2D/3D模式切换的过程中，采用两块相位差板技术实现2D/3D技术，由于需要通过采用机械移动其中一块相位差板来实现2D/3D切换，而机械移动本身会不可避免的产生大的误差，这又会增加图像之间的串扰，导致图像效果差，降低了使用体验。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种液晶光栅单元、显示装置和显示方法，解决现有技术中，需要通过机械移动相位差板来实现全视差2D/3D切换，而机械移动产生的误差会增加图像的串扰效应，导致图像效果差的缺陷。

为解决上述技术问题，本发明的实施例提供一种液晶光栅单元，包括上基板、下基板以及填充在上基板和下基板之间的液晶，一第一光栅位于所述上基板的下表面，一第二光栅位于所述下基板的上表面；所述第一光栅包括多条平行的第一电极条，所述第二光栅包括多条平行的第二电极条；其中，所述第一电极条与所述第二电极条垂直间隔叠置，间隔叠置处形成对应数目个叠加区。

所述的液晶光栅单元中，所述第一电极条的宽度为a，相邻的两个所述第一电极条的间距为b；所述第二电极条的宽度为c，相邻的两个所述第二电极条的间距为d；其中，a＝b，c＝d。

所述的液晶光栅单元中，a与b之间满足1/8＜a/(a+b)＜1/4。

一种2D/3D转换显示装置，所述显示装置包括一所述的液晶光栅单元和一显示单元，所述液晶光栅单元位于所述显示单元的前方。

所述的显示装置还包括：电压控制单元，用于控制通过所述第一电源线输出的驱动电压，将所述第一光栅切换到3D工作模式；以及，控制通过所述第二电源线输出的驱动电压，将所述第二光栅切换到3D工作模式。

所述的显示装置包括：时序控制器、信号转换器和信号控制器，所述信号控制器连接于所述时序控制器和所述信号转换器之间。

一种2D/3D转换显示方法，使用了所述的显示装置；当进行2D显示时，所述第一光栅和第二光栅不接入电压；当进行3D显示时，所述第一光栅通过一第一电源线接入一第一电压，所述第二光栅通过一第二电源线接入一第二电压；所述叠加区覆盖的区域内的电场使位于该电场中的液晶禁止光线通过。

所述的2D/3D转换显示方法中，当所述显示装置包括信号控制器时；所述显示方法包括：进行2D显示时，所述信号控制器处于非工作状态；进行3D显示时，当进行横向3D显示时，所述信号控制器禁止所述第一电极条未覆盖的区域输出图像信号；当进行纵向3D显示时，所述信号控制器禁止所述第二电极条未覆盖的区域输出图像信号。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：光栅单元覆盖在显示装置上；在实现2D显示时液晶光栅单元中位于上下基板的条纹状电极条均不加电，此时，光栅单元处于完全透光状态；在实现3D显示时，液晶光栅单元中位于上下基板的条纹状电极条接入驱动电压，从而在上下条纹状电极条交叠区-双栅叠加区中形成一个电场，该电场能够使得位于该电场中的液晶禁止光线的通过，而其他区域仍然允许光线通过，从而在观看者的左眼和右眼处分别形成有视觉差的第一图像和第二图像，观看者的大脑接收了第一图像和第二图像之后，会自动形成有立体感的最终立体图像。

附图说明

图1为本发明实施例液晶光栅单元截面示意图；

图2为本发明实施例液晶光栅工作原理示意图；

图3为本发明实施例第一光栅示意图；

图4为本发明实施例第二光栅示意图；

图5为本发明实施例光栅通电后效果示意图；

图6为本发明实施例横向光栅消除串扰原理示意图一；

图7为本发明实施例纵向光栅消除串扰原理示意图二。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本发明实施例中，通过控制液晶光栅单元中位于上下基板上的条纹状电极条的加电/放电实现2D图像与3D图像间的切换。

本发明实施例提供一种液晶光栅单元，如图1和图5所示，包括上基板101和下基板107；

一第一光栅102位于所述上基板101的下表面，一第二光栅106位于下基板107的上表面；所述第一光栅102的栅为平行的多条第一电极条，所述第二光栅106的栅为平行的多条第二电极条；其中，所述第一光栅102与所述第二光栅106垂直间隔叠置，间隔叠置处形成对应数目个双栅叠加区503；

所述第一光栅102通过一第一电源线301接入一第一电压302，所述第二光栅106通过一第二电源线401接入一第二电压402；所述双栅叠加区503所覆盖的区域内的电场使位于该电场中的液晶104发生扭曲，从而禁止光线的通过。

应用所提供的技术手段，液晶光栅单元覆盖在显示装置上，液晶光栅单元的两个光栅接入驱动电压，在双栅叠加区503形成电场，该电场使得位于双栅叠加区503中的液晶104发生扭曲，禁止光线的通过，而其他区域仍然允许光线通过，从而在观看者的左眼和右眼处分别形成有视觉差的第一图像和第二图像，观看者的大脑接收了第一图像和第二图像之后，会自动形成有立体感的最终立体图像。

其中，显示装置可以是液晶显示装置，OLED显示装置、等离子体显示装置等，将液晶光栅单元覆盖在某一种显示装置上，实现显示装置的全视差2D/3D自由转换。

在所述光栅单元中，第一电极条的宽度为a，相邻的两个第一电极条的间距为b；第二电极条的宽度为c，相邻的两个所述第二电极条的间距为d。优选地，a＝b，c＝d；此时具有更好的显示效果。

第一光栅102的相邻的两个第一电极条的间距b和第一电极条的宽度a根据光栅参数确定，该光栅参数由所在面板(TFT)的像素尺寸、3D显示视图数和观看距离确定；具体而言，a与b的关系满足：1/8＜a/(a+b)＜1/4，当a确定时由此可以推导出电极条间距b的具体数值。同样的，第二光栅106的相邻的两个第二电极条的间距d和第二电极条的宽度c根据光栅参数确定，该光栅参数由所在面板(TFT)的像素尺寸、3D显示视图数和观看距离确定；具体而言，c与d的关系为：1/8＜c/(c+d)＜1/4，当c确定时由此可以推导出电极条间距d的具体数值。优选地，在满足上述关系时同时满足a＝b，c＝d，可实现更好的显示效果。

液晶光栅单元中，所述上基板101的下表面覆盖有第一取向膜103，所述下基板107的上表面覆盖有第二取向膜105；所述第一取向膜103与第二取向膜105之间填充有液晶104。

优选的，形成第一光栅102和第二光栅106的栅的电极条可以是氧化铟锡、氧化锌锡或者其它具有相同功能的透明金属氧化物。

优选的，第一取向膜103与第二取向膜105的材质相同。

上基板101和下基板107之间还包括框胶108；框胶108的顶端固定于上基板101，底端固定于下基板107，与上基板101的下表面和所述下基板107的上表面围成一个封闭空间。

实现3D显示时，第一光栅102通过一第一电源线301施加一第一电压302，所述第二光栅106通过一第二电源线401施加一第二电压402，从而导致第一光栅102和第二光栅106之间的双栅叠加区503中形成电场，双栅叠加区503内的液晶104发生扭曲，从而禁止光线通过。例如：可以在第一光栅102的第一电源线301输入+5V的驱动电压，并且在第二光栅106的第二电源线401上输入-5V的驱动电压，则在双栅叠加区503会形成10V电压的电场，该电场能够扭曲液晶104以禁止光线通过。

在一个优选实施例中，如图2所示，将不同视差的图像按照一定的次序输入显示器，不同视差的图像经过光栅的狭缝到达左眼视区和右眼视区，观看者在适当的位置观看，左右眼能够分别看到不同视区201内的视差图像-即第一图像和第二图像，第一图像和第二图像经过大脑处理后可形成立体图像。在一个优选实施例中，如图3、图4所示，第一光栅102具体是横向光栅-横向ITO线303，第二光栅106具体是纵向光栅-纵向ITO线403；在进行2D显示时，两个光栅处于非工作状态，此时不输入驱动电压，因而不会在双栅叠加区503形成一个电场，不影响光线通过。

在一个优选实施例中，如图5所示，每一个双栅叠加区503的面积等于所述第一光栅102的电极条宽度与所述第二光栅106的电极条宽度的乘积；

双栅叠加区503的四个方向上只有一个栅的区域形成四个单栅区501；所述双栅叠加区503的四个对角方向上没有栅的区域形成四个无栅区502。

应用各个实施例提供的技术方案，在进行3D显示时，由于只覆盖了第一光栅102或者第二光栅106的区域由于没有电场形成，该部分的液晶104不会发生扭曲，因此会同时透过左眼图像和右眼图像，导致人的左眼可以看到右眼图像，右眼可以看到左眼图像，因此，当观看者在观看覆盖有如图6所示的液晶光栅单元的显示装置时，观看者的双眼连线与第一光栅未覆盖区域601平行，左眼图像和右眼图像通过第一光栅未覆盖区域601均会进入观看者的左右眼，从而产生串扰；当观看者的双眼连线，与图7中的第二光栅未覆盖区域701平行时，左眼图像和右眼图像通过第二光栅未覆盖区域701均会进入观看者的左右眼，从而产生串扰。其中，第一光栅未覆盖区域601和第二光栅未覆盖区域701在图中均采用虚线进行了标识。

在一个优选实施例中，为消除串扰现象，在显示3D图像的过程中，包括：禁止第一光栅未覆盖区域601的所有像素输出图像信号；或者，禁止第二光栅未覆盖区域701的所有像素输出图像信号。

如图5和图6所示，第一光栅102具体是横向光栅-横向ITO线303，因此，如图中的粗虚线所标识的第一光栅未覆盖区域601，该第一光栅未覆盖区域601中的所有像素不输出图像信号，并且，双栅叠加区503中的液晶104禁止光线通过。

如图5和图7所示，第二光栅106具体是纵向光栅-纵向ITO线403，因此，如图中的粗虚线所标识的第二光栅未覆盖区域701，该第二光栅未覆盖区域701中的所有像素不输出图像信号，并且，双栅叠加区503中的液晶104禁止光线通过。

在一个应用场景中，当不加驱动电压时，液晶光栅单元呈现2D效果，双栅叠加区503中的液晶104不禁止光线通过，此时，观看者的左眼能够观看到显示装置所显示的图像，换言之，显示装置当前显示的图像会同时到达观看者的左眼和右眼，因而呈现2D效果。

当第一光栅102和第二光栅106接入驱动电压时，双栅叠加区503中的液晶104禁止光线通过，输入显示器的左眼图像和右眼图像经过液晶光栅单元之后，左眼图像分布在左眼视区成为第一图像，右眼图像出现在右眼视区成为第二图像，此种情形下，左眼接收到的第一图像是左眼图像，右眼接收到的第二图像是右眼图像，经过大脑的合成后呈现了3D效果。

全视差包括横向视差和竖向视差，本发明中，第一光栅102是横向光栅，第二光栅106是纵向光栅，第一光栅102和第二光栅106间隔叠置之后形成了如图5、6和7中的液晶光栅单元，显然，观看者在横向观看时，可以观看到具有横向视差的图像，从而实现横向3D效果，观看者在竖向观看时，可以观看到具有竖向视差的图像，从而实现竖向3D效果，形成了全视差的3D效果。

为消除串扰现象，在显示器面板(Panel)中增加一信号控制器，所述信号控制器连接于所述信号转换器和所述时序控制器之间。时序控制器，用于接收经处理器处理的像素数据信号后，根据一时序而输出像素数据信号、控制信号以及频率信号。信号转换器(Convertor)，用于将图像数据信号、控制信号以及时钟信号分别转换成适合于数据驱动芯片和栅极驱动芯片的数据信号、控制信号、时钟信号。信号控制器，用于在显示2D图像时，对输出的图像信号不作处理，直接输出给时序控制器；当需要呈现横向3D效果时，如图6所示，禁止第一光栅未覆盖区域601输出图像信号；当需要呈现纵向3D效果时，如图7所示，禁止第二光栅未覆盖区域701输出图像信号，因此会大为降低3D图像的串扰。由于在工业工艺中，第一光栅102和第二光栅106未覆盖的区域实际上很窄，而第一光栅102和第二光栅106的电极条的宽度很宽，故而分辨率降低的很小。

本发明实施例提供一种全视差3D显示装置，所述显示装置包括一个液晶光栅单元和显示单元，所述液晶光栅单元包括：上基板101和下基板107；

一第一光栅102位于所述上基板101的下表面，一第二光栅106位于所述下基板107的上表面；

所述第一光栅102的栅为平行的多条电极条，所述第二光栅106的栅为平行的多条电极条；其中，所述第一光栅102与所述第二光栅106之间垂直间隔叠置，间隔叠置处形成对应数目个双栅叠加区503；

所述第一光栅102通过一第一电源线301接入一第一电压302，所述第二光栅106通过一第二电源线401接入一第二电压402；所述双栅叠加区503所覆盖的区域内的电场使位于该电场中的液晶104发生扭曲，禁止光线的通过；

显示单元，用于发出所需要显示的图像。

应用所提供的技术手段，液晶光栅单元覆盖在液晶显示装置上，液晶光栅单元的两个光栅接入驱动电压，在双栅叠加区503形成一个电场，该电场使得位于双栅叠加区503中的液晶104禁止光线的通过，而其他区域仍然允许光线通过，从而在观看者的左眼和右眼处分别形成有视觉差的第一图像和第二图像，观看者的大脑接收了第一图像和第二图像之后，会自动形成有立体感的最终立体图像。

第一光栅102的第一电极条间距和第二光栅106的的第二电极条间距根据光栅参数确定，该光栅参数由所在面板(TFT)的像素尺寸、3D显示视图数和观看距离确定；具体而言，电极条间距与电极条宽度的关系为：若电极条宽度为a，电极条间距为b，则两者应当满足1/8＜a/(a+b)＜1/4，由此可以推导出电极条间距b的具体数值。

在一个优选实施例中，如图1所示，第一光栅102上覆盖有第一取向膜103，第二光栅106上覆盖有第二取向膜105；所述第一取向膜103与第二取向膜105之间填充有液晶104。

每一个双栅叠加区503的面积等于所述第一光栅102的电极条宽度与所述第二光栅106的电极条宽度的乘积；所述双栅叠加区503的四个方向上只有一个栅的区域形成四个单栅区501；所述双栅叠加区503的四个对角方向上没有栅的区域形成四个无栅区502。

在一个优选实施例中，显示器还包括：信号控制器，用于当显示2D图像时处于非工作状态；以及显示3D图像的过程中，为消除串扰现象，禁止所述第一光栅102的电极条未覆盖的区域输出图像信号；或者，禁止所述第二光栅106的电极条未覆盖的区域输出图像信号。

电压控制单元，用于控制通过所述第一电源线301输出的第一电压，将所述第一光栅102切换到3D工作模式；以及，控制通过所述第二电源线401输出的第二电压，将所述第二光栅106切换到3D工作模式。

在一个应用场景中，全视差包括竖向视差和横向视差，如图3所示，第一光栅102具体是横向光栅，如图4所示，第二光栅106具体是纵向光栅。在显示器面板(panel)的时序控制器和信号转换器之间加一信号控制器。

信号控制器，用于在显示2D图像时，对输出的图像信号不作处理，直接输出给信号处理板；当需要实现横向视差时，如图6所示，禁止第一电极条未覆盖的区域输出图像信号；当需要实现纵向视差时，如图7所示，禁止第二电极条未覆盖的区域输出图像信号，因此会大为降低3D图像的串扰。又由于在工业工艺中，第一光栅102中的电极条和第二光栅106中的电极条未覆盖的区域实际上很窄，而第一光栅102和第二光栅106的电极条的宽度很宽，故而分辨率降低的很小。

本发明实施例提供一种全视差3D图像显示方法，应用于全视差2D/3D自由转换显示装置，所述显示装置包括一个液晶光栅单元，所述液晶光栅单元包括上基板101和下基板107；

一第一光栅102位于所述上基板101的下表面，一第二光栅106位于所述下基板107的上表面；所述第一光栅102的栅为平行的多条电极条，所述第二光栅106的栅为平行的多条电极条；其中，所述第一光栅102与所述第二光栅106垂直间隔叠置，间隔叠置处形成对应数目个双栅叠加区503；

方法包括：

当所述第一光栅102通过一第一电源线301接入一第一电压302，所述第二光栅106通过一第二电源线401接入一第二电压402时；双栅叠加区503所覆盖的区域内的电场使位于该电场中的液晶104禁止光线的通过。

应用所提供的技术手段，控制液晶光栅单元的加/放电就可实现2D/3D图像切换，第一电源线301输入驱动电压，第二电源线401输入驱动电压之后，第一光栅102与第二光栅106均处于工作状态，第一光栅102与第二光栅106交叉的双栅叠加区503会禁止光线通过，其他区域仍然允许图像信号的光线通过，如此，左眼图像与右眼图像会在观看者的左眼和右眼处对应形成两幅有视觉差的第一图像和第二图像，观看者的大脑接收了第一图像和第二图像之后，会自动形成有立体感的最终图像，避免了机械移动相位差板造成机械误差和增加的串扰现象。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种液晶光栅单元，包括上基板、下基板以及填充在上基板和下基板之间的液晶，其特征在于，

一第一光栅位于所述上基板的下表面，一第二光栅位于所述下基板的上表面；

所述第一光栅包括多条平行的第一电极条，所述第二光栅包括多条平行的第二电极条；其中，所述第一电极条与所述第二电极条垂直间隔叠置，间隔叠置处形成对应数目个叠加区，每一个双栅叠加区的面积等于所述第一光栅的电极条宽度与所述第二光栅的电极条宽度的乘积,其中双栅叠加区所覆盖的区域内的电场使位于该电场中的液晶发生扭曲，从而禁止光线的通过。

2.根据权利要求1所述的液晶光栅单元，其特征在于，

所述第一电极条的宽度为a，相邻的两个所述第一电极条的间距为b；所述第二电极条的宽度为c，相邻的两个所述第二电极条的间距为d；其中，a＝b，c＝d。

3.根据权利要求2所述的液晶光栅单元，其特征在于，

所述a与b之间满足1/8<a/(a+b)<1/4。

4.一种2D/3D转换显示装置，其特征在于，所述显示装置包括一如权利要求1～3任一项所述的液晶光栅单元和一显示单元，所述液晶光栅单元位于所述显示单元的前方。

5.根据权利要求4所述的显示装置，其特征在于，还包括：

电压控制单元，用于控制通过所述第一电源线输出的驱动电压，将所述第一光栅切换到3D工作模式；

以及，控制通过所述第二电源线输出的驱动电压，将所述第二光栅切换到3D工作模式。

6.根据权利要求4或5所述的显示装置，其特征在于，包括：时序控制器、信号转换器和信号控制器，

所述信号控制器连接于所述信号转换器和所述时序控制器之间；

所述信号控制器用于在显示2D图像时，对输出的图像信号不作处理，直接输出给时序控制器；当需要呈现横向3D效果时，禁止第一光栅未覆盖区域输出图像信号；当需要呈现纵向3D效果时，禁止第二光栅未覆盖区域输出图像信号。

7.一种2D/3D转换显示方法，其特征在于，使用了如权利要求4～6任一项所述的显示装置；

当进行2D显示时，所述第一光栅和第二光栅不接入电压；

当进行3D显示时，所述第一光栅通过一第一电源线接入一第一电压，所述第二光栅通过一第二电源线接入一第二电压；所述叠加区所覆盖的区域内的电场使位于该电场中的液晶禁止光线通过。

8.如权利要求7所述的2D/3D转换显示方法，其特征在于，当所述显示装置包括信号控制器时；

所述显示方法包括：

进行2D显示时，所述信号控制器处于非工作状态；进行3D显示时，当进行横向3D显示时，所述信号控制器禁止所述第一电极条未覆盖的区域输出图像信号；当进行纵向3D显示时，所述信号控制器禁止所述第二电极条未覆盖的区域输出图像信号。