CN102749711B - 一种立体显示装置及显示方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种立体显示装置及显示方法，包括第一狭缝光栅、显示面板、第二狭缝光栅和控制单元，所述控制单元用于在所述显示面板的两个相邻显示时刻，分别控制所述第一狭缝光栅和第二狭缝光栅的打开和关闭；在所述显示面板的任一显示时刻，所述第一狭缝光栅打开而第二狭缝光栅关闭，第一幅立体图像输入到显示面板的第一像素列，所述第一狭缝光栅将所述第一幅立体图像的图像光分别导向至观看者的左右眼；在所述显示面板的下一显示时刻，所述第一狭缝光栅关闭而第二狭缝光栅打开，第二幅立体图像输入到显示面板的第二像素列，所述第二狭缝光栅将所述第二幅立体图像的图像光分别导向至观看者的左右眼，人在观看两幅合成立体图像时可视角度较大。

Description

一种立体显示装置及显示方法

技术领域

本发明属于显示领域，尤其涉及一种立体显示装置及显示方法。

背景技术

视差光栅立体显示技术也被称为视差屏障或视差障栅技术，随着3D产业的兴起，目前各大厂家争相投入该技术的研发，其原理和偏振式立体（3D）较为类似，视差光栅式3D产品与现有液晶显示器的制造工艺兼容，因此在量产和成本上具有优势。视差光栅立体显示技术的实现方法是用一个开关液晶显示屏制作出一系列的垂直间隔条纹，光线通过条纹后就形成了垂直的细条栅模式，称之为"视差障壁"。在立体显示模式下，应该由左眼看到的图像和右眼看到的图像同时显示时，不透明的条纹会分别遮挡右眼和遮挡左眼，通过将左眼和右眼的可视画面分开，使观者看到立体影像。

现有的视差光栅立体显示技术，其观看者的可视角度较小，立体图像的可视区域被限制在一个锥形区域内。虽然现有的一些技术方案可以适当增大立体图像的可视区域，但基本都是以损失显示像素为代价，从而得不偿失。

发明内容

本发明的目的是提供一种可裸眼观看立体图像的立体显示装置，该立体显示装置可解决现有技术中观看者的可视角度较小的技术问题，可获得理想的观看效果。

本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种立体显示装置，包括第一狭缝光栅、显示面板、第二狭缝光栅和控制单元，所述显示面板设于第一狭缝光栅和第二狭缝光栅之间，第二狭缝光栅位于显示面板和观看者之间；

所述控制单元用于在所述显示面板的两个相邻显示时刻，分别控制所述第一狭缝光栅和第二狭缝光栅的打开和关闭；

在所述显示面板的任一显示时刻，所述第一狭缝光栅打开而第二狭缝光栅关闭，第一幅立体图像输入到显示面板的第一像素列，所述第一狭缝光栅将所述第一幅立体图像的图像光分别导向至观看者的左右眼；在所述显示面板的下一显示时刻，所述第一狭缝光栅关闭而第二狭缝光栅打开，第二幅立体图像输入到显示面板的第二像素列，所述第二狭缝光栅将所述第二幅立体图像的图像光分别导向至观看者的左右眼。

本发明还提供一种立体显示方法，包含如下步骤：

通过控制单元在显示面板的两个相邻显示时刻，分别控制所述第一狭缝光栅和第二狭缝光栅的打开和关闭；以及

在所述显示面板的任一显示时刻，所述第一狭缝光栅打开而第二狭缝光栅关闭，第一幅立体图像输入到显示面板的第一像素列，所述第一狭缝光栅将所述第一幅立体图像的图像光分别导向至观看者的左右眼；在所述显示面板的下一显示时刻，所述第一狭缝光栅关闭而第二狭缝光栅打开，第二幅立体图像输入到显示面板的第二像素列，所述第二狭缝光栅将所述第二幅立体图像的图像光分别导向至观看者的左右眼。

本发明提供的立体显示装置及显示方法，采用时间和空间同时分割，在显示面板上加上经过处理的3D视差合成图像信号，通过控制单元控制相应的光栅与相应的图像同步出现，当第一幅立体图像输入到显示面板的第一像素列时，显示面板的第二像素列不输入立体图像，形成人为构成的像素间隙，第一像素列的像素间隙增加了第二像素列的像素宽度；当第二幅立体图像输入到显示面板的第二像素列时，显示面板的第一像素列不输入立体图像，形成人为构成的像素间隙，第二像素列的像素间隙增加了第一像素列的像素宽度，因此增加了显示时像素间的间距，突破其视角范围狭小的限制，使人在观看立体图像时，有较大的观看视角。

附图说明

图1是本发明提供的立体显示装置的结构示意图。

图2是本发明提供的立体显示装置中实现图像分割的原理示意图。

图3是本发明提供的立体显示装置中实现图像分割的光路示意图。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参考图1所示，一种立体显示装置，包括第一狭缝光栅1、显示面板2、第二狭缝光栅3和控制单元（未标示），所述显示面板2设于第一狭缝光栅1和第二狭缝光栅3之间，第二狭缝光栅3位于显示面板2和观看者4之间；

所述控制单元用于在所述显示面板2的两个相邻显示时刻，分别控制所述第一狭缝光栅1和第二狭缝光栅3的打开和关闭；

在所述显示面板2的任一显示时刻，所述第一狭缝光栅1打开而第二狭缝光栅3关闭，第一幅立体图像输入到显示面板2的第一像素列，所述第一狭缝光栅1将所述第一幅立体图像的图像光分别导向至观看者4的左右眼；在所述显示面板2的下一显示时刻，所述第一狭缝光栅1关闭而第二狭缝光栅3打开，第二幅立体图像输入到显示面板2的第二像素列，所述第二狭缝光栅3将所述第二幅立体图像的图像光分别导向至观看者4的左右眼。

本发明提供的立体显示装置，采用时间和空间同时分割，在显示面板上加上经过处理的3D视差合成图像信号，通过控制单元控制相应的光栅与相应的图像同步出现，当第一幅立体图像输入到显示面板的第一像素列时，显示面板的第二像素列不输入立体图像，形成人为构成的像素间隙，第一像素列的像素间隙增加了第二像素列的像素宽度；当第二幅立体图像输入到显示面板的第二像素列时，显示面板的第一像素列不输入立体图像，形成人为构成的像素间隙，第二像素列的像素间隙增加了第一像素列的像素宽度，因此增加了显示时像素间的间距，突破其视角范围狭小的限制，使人在观看立体图像时，有较大的观看视角。

在本立体显示装置的实施例中，所述显示面板2可以采用液晶显示面板（LCD）、等离子显示屏（PDP）和有机发光显示屏（OLED）等其它可用作图像显示的显示装置。作为一种具体的实施方式，所述显示面板2采用液晶显示面板进行图像显示，进一步在第一狭缝光栅1背离液晶显示面板的一面设置背光单元5，所述背光单元5用于液晶显示面板在显示立体图像时提供背光光源。

在本立体显示装置的第一种具体实施方式中，所述第一像素列为显示面板2的奇数像素列，第二像素列为显示面板的偶数像素列。以图片显示为例，图片经处理后其像素排列如图2所示，所有下标为"1"的所有像素列组成第一幅立体图像21，下标为"2"的所有像素列组成第二幅立体图像22，将经过处理后的图片输入到液晶显示面板中，具体地请参考图3所示：在液晶显示面板的任一显示时刻，控制单元控制所述第一狭缝光栅1打开，此时第一狭缝光栅1处于点亮非透明遮挡状态，而第二狭缝光栅3关闭，此时第二狭缝光栅2处于非点亮透明无遮挡状态，第一幅立体图像21输入到液晶显示面板的奇数像素列，此时液晶显示面板的偶数像素列不输入图片信息，输入的频率为60HZ或其它适当的频率，所述第一狭缝光栅1将所述第一幅立体图像的图像光分别导向至观看者4的左右眼，观看者看到的是一幅像素为原始像素1/4的立体图像。在该时刻，由于偶数像素列不输入图片信息，成为人为造成的像素间间隙，奇数像素列的像素间隙由g增加到g+p，其中g为液晶显示面板正常显示时像素间的间距，p为偶数像素列的一个像素（pitch）的宽度，通常偶数像素列的一个像素的宽度和奇数像素列的一个像素的宽度相等；而本领域技术人员根据现有技术可知，像素间隙g与可视范围（横向最大可偏移距离）又是成正比的，即间隙g越大，可视范围越大。

在所述液晶显示面板的下一显示时刻，控制单元控制所述第一狭缝光栅1关闭，此时第一狭缝光栅1处于非点亮透明无遮挡状态，而第二狭缝光栅3打开，此时第二狭缝光栅2处于点亮非透明遮挡状态，第二幅立体图像22输入到液晶显示面板的偶数像素列，此时液晶显示面板的奇数像素列不输入图片信息，输入的频率为60HZ或其它适当的频率，所述第二狭缝光栅3将所述第二幅立体图像的图像光分别导向至观看者4的左右眼，观看者看到的是一幅像素为原始像素1/4的立体图像。在该时刻，由于奇数像素列不输入图片信息，成为人为造成的像素间间隙，偶数像素列的像素间隙由g增加到g+p，其中g为液晶显示面板正常显示时像素间的间距，p为偶数像素列的一个像素（pitch）的宽度，通常偶数像素列的一个像素的宽度和奇数像素列的一个像素的宽度相等；而本领域技术人员根据现有技术可知，像素间隙g与可视范围又是成正比的，即间隙g越大，可视范围越大。

如此交替进行输入，第一幅立体图像和第二幅立体图像在液晶显示面板上的显示时间均为1/120秒，在频率为60HZ或较高频率下，由于视觉的延迟现象，观看者两次看到的立体图像相互补充形成一个完整的像素为原始像素1/2的立体图像。

本立体显示装置的第一种实施通过增加每幅立体图像的像素间隙，使得每一幅立体图像的3D可视角度增加，从而使整体3D观看角度增加，使观看者能够轻易捕捉到3D效果。同时，图像显示采用空位补充，即第二幅立体图像的出现填充了第一幅立体图像在第二像素列上的像素缺失，第一幅立体图像的出现填充了第二幅立体图像在第一像素列上的像素缺失，弥补了像素的损失，杜绝再次以损失像素为代价达到增加可视角度的目的，获得理想的3D观看效果。

在本立体显示装置的第二种具体实施方式中，所述第一像素列为显示面板的偶数像素列，第二像素列为显示面板的奇数像素列。在第二种实施方式中，与第一种实施方式相同的部分不再赘述，不同之处在于：在液晶显示面板的任一显示时刻，第一幅立体图像输入到液晶显示面板的偶数像素列，此时液晶显示面板的奇数像素列不输入图片信息；在所述液晶显示面板的下一显示时刻，第二幅立体图像输入到液晶显示面板的奇数像素列，此时液晶显示面板的偶数像素列不输入图片信息。

在本立体显示装置的实施例中，所述第一狭缝光栅和第二狭缝光栅的类型没有具体限制，只要具有狭缝光栅的效果即可，具体可采用液晶狭缝光栅，液晶狭缝光栅是一种可以通过控制单元控制的液晶开关屏，在开的状态下能够形成光栅条纹；在关的状态下能够无条纹遮挡区，且是透明的。狭缝光栅的制作方式、以及与显示面板的贴合方式可采用现有的方式，但为了与本发明所要解决的技术问题相匹配和同时达到相应的技术效果，发明人在现有狭缝光栅的基础上，对第一狭缝光栅和第二狭缝光栅的具体结构进行了研究，并得出如下的结果。

进一步，所述第一狭缝光栅1的条纹宽度为2tp/（t-2p）；其中，t为人眼的瞳距，一般为65mm；p为显示面板的一个像素（pitch）的宽度。

进一步，所述第二狭缝光栅3的条纹宽度为2tp/（t+2p）；其中，t为人眼的瞳距，一般为65mm；p为显示面板的一个像素（pitch）的宽度。

在已知前述第一狭缝光栅1和第二狭缝光栅3的条纹宽度后，可计算出相应的间隙宽度。一般情况下，光栅条纹的宽度等于光栅间隙的宽度，即条纹的宽度：间隙的宽度=1：1；但是，在本发明实施例中，为了取得较好的立体观看效果，所述条纹的宽度：间隙的宽度=2：1。

进一步，所述第一狭缝光栅1与显示面板的距离为2dp/（t-2p）；其中，t为人眼的瞳距，一般为65mm；p为显示面板的一个像素（pitch）的宽度；d为最佳观看距离，根据实际情况由显示面板的用途决定。

进一步，所述第二狭缝光栅3与显示面板的距离为2dp/（t+2p）；其中，t为人眼的瞳距，一般为65mm；p为显示面板的一个像素（pitch）的宽度；d为最佳观看距离，根据实际情况由显示面板的用途决定。

针对前述第一狭缝光栅1和第二狭缝光栅3结构各项参数的具体研究，本领域的技术人员在此基础上，很容易进行制作和生产，提高了可操作性。

本发明还提供了一种立体显示方法，包含如下步骤：

通过控制单元在显示面板的两个相邻显示时刻，分别控制所述第一狭缝光栅和第二狭缝光栅的打开和关闭；以及

在所述显示面板的任一显示时刻，所述第一狭缝光栅打开而第二狭缝光栅关闭，第一幅立体图像输入到显示面板的第一像素列，所述第一狭缝光栅将所述第一幅立体图像的图像光分别导向至观看者的左右眼；在所述显示面板的下一显示时刻，所述第一狭缝光栅关闭而第二狭缝光栅打开，第二幅立体图像输入到显示面板的第二像素列，所述第二狭缝光栅将所述第二幅立体图像的图像光分别导向至观看者的左右眼，第一幅立体图像和第二幅立体图像相互补充形成一幅立体图像。

具体地：在本立体显示方法的第一种具体实施方式中，所述第一像素列为显示面板的奇数像素列，第二像素列为显示面板的偶数像素列。以图片显示为例，图片经处理后其像素排列如图2所示，所有下标为"1"的所有像素列组成第一幅立体图像21，下标为"2"的所有像素列组成第二幅立体图像22，将经过处理后的图片输入到液晶显示面板中，具体地请参考图3所示：在液晶显示面板的任一显示时刻，控制单元控制所述第一狭缝光栅1打开，此时第一狭缝光栅1处于点亮非透明遮挡状态，而第二狭缝光栅3关闭，此时第二狭缝光栅2处于非点亮透明无遮挡状态，第一幅立体图像21输入到液晶显示面板的奇数像素列，此时液晶显示面板的偶数像素列不输入图片信息，输入的频率为60HZ或其它适当的频率，所述第一狭缝光栅1将所述第一幅立体图像的图像光分别导向至观看者4的左右眼，观看者看到的是一幅像素为原始像素1/4的立体图像。在该时刻，由于偶数像素列不输入图片信息，成为人为造成的像素间间隙，奇数像素列的像素间隙由g增加到g+p，其中g为液晶显示面板正常显示时像素间的间距，p为偶数像素列的一个像素（pitch）的宽度，通常偶数像素列的一个像素的宽度和奇数像素列的一个像素的宽度相等；而本领域技术人员根据现有技术可知，像素间隙g与可视范围又是成正比的，即间隙g越大，可视范围越大。

在所述液晶显示面板的下一显示时刻，控制单元控制所述第一狭缝光栅1关闭，此时第一狭缝光栅1处于非点亮透明无遮挡状态，而第二狭缝光栅3打开，此时第二狭缝光栅2处于点亮非透明遮挡状态，第二幅立体图像22输入到液晶显示面板的偶数像素列，此时液晶显示面板的奇数像素列不输入图片信息，输入的频率为60HZ或其它适当的频率，所述第二狭缝光栅3将所述第二幅立体图像的图像光分别导向至观看者4的左右眼，观看者看到的是一幅像素为原始像素1/4的立体图像。在该时刻，由于奇数像素列不输入图片信息，成为人为造成的像素间间隙，偶数像素列的像素间隙由g增加到g+p，其中g为液晶显示面板正常显示时像素间的间距，p为偶数像素列的一个像素（pitch）的宽度，通常偶数像素列的一个像素的宽度和奇数像素列的一个像素的宽度相等；而本领域技术人员根据现有技术可知，像素间隙g与可视范围又是成正比的，即间隙g越大，可视范围越大。

如此交替进行输入，第一幅立体图像和第二幅立体图像在液晶显示面板上的显示时间均为1/120秒，在频率为60HZ或较高频率下，由于视觉的延迟现象，观看者两次看到的立体图像相互补充形成一个完整的像素为原始像素1/2的立体图像。

本立体显示方法的第一种实施通过增加每幅立体图像的像素间隙，使得每一幅立体图像的3D可视角度增加，从而使整体3D观看角度增加，使观看者能够轻易捕捉到3D效果；图像显示采用空位补充，即第二幅立体图像的出现填充了第一幅立体图像在第二像素列上的像素缺失，第一幅立体图像的出现填充了第二幅立体图像在第一像素列上的像素缺失，弥补了像素的损失，杜绝再次以损失像素为代价达到增加可视角度的目的，获得理想的3D观看效果；同时，第一幅立体图像和第二幅立体图像穿插交替出现，实现了时间和空间的同时分割，其时间分割是指：第一幅立体图像和第二幅立体图像不是同时出现，而是交替出现；空间分割是指：第一幅立体图像和第二幅立体图像在显示面板上出现的位置不同，第一幅立体图像出现在奇数像素列或偶数像素列，而第二幅立体图像则出现在偶数像素列或奇数像素列。

在本立体显示方法的第二种具体实施方式中，所述第一像素列为显示面板的偶数像素列，第二像素列为显示面板的奇数像素列。在第二种实施方式中，与第一种实施方式相同的部分不再赘述，不同之处在于：在液晶显示面板的任一显示时刻，第一幅立体图像输入到液晶显示面板的偶数像素列，此时液晶显示面板的奇数像素列不输入图片信息；在所述液晶显示面板的下一显示时刻，第二幅立体图像输入到液晶显示面板的奇数像素列，此时液晶显示面板的偶数像素列不输入图片信息。

进一步，在本立体显示方法中，所述第一幅立体图像和第二幅立体图像是由一幅图像分割处理形成，第一幅立体图像和第二幅立体图像相互补充，且都包括有交替排列的左眼像素和右眼像素，其图像的格式与现有立体图像的格式相同。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种立体显示装置，其特征在于，包括第一狭缝光栅、显示面板、第二狭缝光栅和控制单元，所述显示面板设于第一狭缝光栅和第二狭缝光栅之间，第二狭缝光栅位于显示面板和观看者之间；

所述控制单元用于在所述显示面板的两个相邻显示时刻，分别控制所述第一狭缝光栅和第二狭缝光栅的打开和关闭；

在所述显示面板的任一显示时刻，所述第一狭缝光栅打开而第二狭缝光栅关闭，第一幅立体图像输入到显示面板的第一像素列，所述第一狭缝光栅将所述第一幅立体图像的图像光分别导向至观看者的左右眼；在所述显示面板的下一显示时刻，所述第一狭缝光栅关闭而第二狭缝光栅打开，第二幅立体图像输入到显示面板的第二像素列，所述第二狭缝光栅将所述第二幅立体图像的图像光分别导向至观看者的左右眼；

所述显示面板为液晶显示面板，该立体显示装置包括为液晶显示面板提供光源的背光单元，所述背光单元设于第一狭缝光栅背离液晶显示面板的一面。

2.根据权利要求1所述的立体显示装置，其特征在于，所述第一像素列为显示面板的奇数像素列，第二像素列为显示面板的偶数像素列。

3.根据权利要求1所述的立体显示装置，其特征在于，所述第一像素列为显示面板的偶数像素列，第二像素列为显示面板的奇数像素列。

4.根据权利要求1所述的立体显示装置，其特征在于，所述第一狭缝光栅和第二狭缝光栅为液晶狭缝光栅。

5.根据权利要求4所述的立体显示装置，其特征在于，所述第一狭缝光栅的条纹宽度为2tp/（t-2p）；

其中，t为人眼的瞳距，p为显示面板的一个像素的宽度。

6.根据权利要求4所述的立体显示装置，其特征在于，所述第二狭缝光栅的条纹宽度为2tp/（t+2p）；

其中，t为人眼的瞳距，p为显示面板的一个像素的宽度。

7.根据权利要求4所述的立体显示装置，其特征在于，所述第一狭缝光栅与显示面板的距离为2dp/（t-2p）；

其中，t为人眼的瞳距，p为显示面板的一个像素的宽度，d为最佳观看距离。

8.根据权利要求4所述的立体显示装置，其特征在于，所述第二狭缝光栅与显示面板的距离为2dp/（t+2p）；

其中，t为人眼的瞳距，p为显示面板的一个像素的宽度，d为最佳观看距离。

9.一种利用权利要求1-8中任意一项所述的立体显示装置的显示方法，包含如下步骤：

通过控制单元在显示面板的两个相邻显示时刻，分别控制所述第一狭缝光栅和第二狭缝光栅的打开和关闭；以及

在所述显示面板的任一显示时刻，所述第一狭缝光栅打开而第二狭缝光栅关闭，第一幅立体图像输入到显示面板的第一像素列，所述第一狭缝光栅将所述第一幅立体图像的图像光分别导向至观看者的左右眼；在所述显示面板的下一显示时刻，所述第一狭缝光栅关闭而第二狭缝光栅打开，第二幅立体图像输入到显示面板的第二像素列，所述第二狭缝光栅将所述第二幅立体图像的图像光分别导向至观看者的左右眼，第一幅立体图像和第二幅立体图像相互补充形成一幅立体图像。

10.根据权利要求9所述的显示方法，其特征在于，所述第一幅立体图像和第二幅立体图像是由一幅图像分割处理形成，第一幅立体图像和第二幅立体图像相互补充，且都包括有交替排列的左眼像素和右眼像素。