CN102879912A

CN102879912A - 后置式裸眼立体显示器及显示方法

Info

Publication number: CN102879912A
Application number: CN2012102015657A
Authority: CN
Inventors: 周建英; 范杭; 王嘉辉; 梁浩文; 周延桂; 彼得·克雷布斯
Original assignee: Sun Yat Sen University
Current assignee: Guangzhou Meader Technology Co Ltd
Priority date: 2012-06-18
Filing date: 2012-06-18
Publication date: 2013-01-16
Anticipated expiration: 2032-06-18
Also published as: CN102879912B

Abstract

本发明公开了一种后置式裸眼立体显示器及显示方法。该裸眼立体显示器包括：图像显示单元，能够提供全高清分辨率的视差图像的显示面板；光学元件，使背光能量能传播到空间的中的不同视区；背光模组，由一种开关及亮暗状态可以被自由控制的背光小单元组合而成。背光模组发出的光线经过光学元件后，然后透过显示单元并加载视差图像，从而保证在不同空间位置的双眼看到不同的视差图像，或者不同视点看到不同的图像。同时，通过控制背光部分中的背光小单元的特定的亮暗组合，可以实现高分辨率2D图像的播放。本发明在实现立体显示的情况下，避免了眼镜的辅助、显示器分辨率的减低，实现了无分辨率下降的2D/3D双向切换。

Description

后置式裸眼立体显示器及显示方法

技术领域

本发明涉及一种立体显示器，属于立体显示技术领域，特别是涉及一种通过光学元件、显示单元和背光部分的配合获得裸眼立体显示的立体显示器及显示方法。

背景技术

在现有的技术中，无需佩戴辅助式眼镜用裸眼即可获得立体视觉的立体显示系统，使用视差障栅方式和柱透镜方式工作的自由立体显示技术在手机、数字标牌等领域得到应用。

自由立体显示技术的基本原理：视差障栅（或柱透镜阵列）被设置在图像显示单元（如显像管、平板显示面板等）的正前方，显示单元上合成的图像需要透过视差障栅（或柱透镜阵列）才能进行观看。其中显示单元上视差图像子列的宽度，视差障栅的狭缝（或柱透镜阵列的子列）宽度会被进行合适的设定。观察者在预定的位置和方向观看自由立体显示器时，来自不同视差图像的光线经过视差障栅（或柱透镜阵列）选择性传播后分别进入观看者的左、右眼。从而，令观看者可以在特定的位置向特定的方向看时，感知到立体图像。

在视差障栅方式和透镜方式下，不同视差的图像被空间分隔有规律的显示在一个二维屏幕上。因此与二维显示的情况相比，分辨率至少下降一半以上。此外视差障栅立体显示能量损耗较大，导致画面较暗；而柱透镜方式立体显示则无法实现高分辨率的2D/3D双向转换。

因此期望提供一种能够实现高分辨率的，高分辨率2D/3D转换的，裸眼观看，多视点的立体显示器及显示方法。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种无分辨率下降的，裸眼观看，多视点的裸眼立体显示器。所述的“无分辨率下降”是指：该显示器与现有裸眼3D显示器的最大不同在于，其播放3D影像时，能保持与播放2D影像一致的分辨率。

本发明的另一目的是提供一种上述无分辨率下降裸眼立体显示器的图像显示方法。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种无分辨率下降裸眼立体显示器，包括：图像显示单元，能够通过周期性刷新屏幕的方法提供视差图像的显示面板；光学元件，放置在上述显示单元的后方，控制背光单元发出的背光光线，分别进入不同的空间位置的视区；背光模组，由一种开关及亮暗状态可以被自由控制的背光小单元组成。背光模组背光单元控制部分可以根据显示单元的图像被进行开关与亮暗控制。

该后置式裸眼立体显示器的主要结构组成如下：

1、图像显示单元（可以是液晶显示（LCD）面板、有机发光显示（OLED）面板、透明有机发光显示(TOLED)面板，优选使用液晶显示面板）；

2、设置在图像显示单元背面的光学元件（可以是透镜、菲涅尔透镜、线性菲涅尔透镜及它们组成的阵列、柱透镜阵列、还有液晶或者其他具有类似功能的材料所组成的上述器件和阵列）；

3、被设置在光学元件背后的背光模组。背光模组发出的光线经过显示单元后加载对应的图像，经光学元件送到不同视区。如果观众的双眼位于这些视区上时，双眼可以看到具有视差的图像，形成立体视觉。同时，通过控制背光小单元的特定发光状态组合，可以实现高分辨率2D图像的播放。

另外，本发明还可提出了一种立体图像显示方法，包括步骤：通过图像显示单元显示用于立体显示的视差图像；通过光学元件控制背光单元的光线传播到观察空间的不同位置；以显示单元图像的刷新规律为基础对背光模组实行控制，使背光模组的背光小单元执行特定的工作状态，发出的光线，经显示单元时加载不同的视差图像。此过程中，通过光学元件的选择性传输送到不同视点。

当观众处于正确的视点时，可以看到对应的视差图像，获得立体的显示效果。同时，通过控制背光模组的背光小单元的特定发光状态组合，可以实现高分辨率2D图像的播放。通过背光模组的背光小单元的合适排布和控制，可以实现多位观众同时各自观看独立的立体影像。

借由上述技术方案，本发明具有如下优点和技术效果：

1、本发明的无分辨率下降裸眼立体显示器，在显示单元上周期显示无分辨率下降的视差图像；在背光部分提供开关与亮暗状态可以被自由控制背光小单元组合，同时背光单元控制部分可以根据显示单元的图像对背光小单元进行开关和亮暗控制。

2、在图像显示单元和背光模组中间，加入光学元件，光学元件控制背光的光线往不同方向传播，然后通过图像显示单元的过程中，加载视差图像信息，分别进入观看者的左、右眼，以获得立体视觉。

3、本发明的显示方法中，所设计的裸眼立体显示器并不采用与传统裸眼立体显示器相似的图像分配方式，而是采用了背光模组、光学元件、图像显示单元相互配合工作的方式，保证双眼能接收到没有分辨率下降的、全高清视差图像。同时，通过控制背光部分中的背光小单元的特定的亮暗组合，可以实现高分辨率2D图像的播放。

附图说明

图1为根据实施例的后置式裸眼立体显示器的结构示意图。

图2为在根据实施例的裸眼立体显示器中的负责显示控制的电路框图。

图3为在根据实施例的裸眼立体显示器中的背光单元的平面示意图。

图4为在实施例中的裸眼立体显示器的时序图。

图5A和图5B分别为在不同实施例中的裸眼立体显示器中，在观察过程中的单视点和多视点的情况下获得立体视觉的不同状态的示意性示例图。

具体实施方式

以下结合附图和较佳实施例对本发明作进一步详细表述，但本发明并不仅限于以下的实施例。另外，本发明还描述了其他特征和优点，且从以下详细的描述和附图这些特点和优点将是显而易见的。

实施例1

立体显示器的结构

图1示出实施例的无分辨率下降裸眼立体显示器的整体结构图。图2示出在该裸眼立体显示器中负责显示控制的电路原理框图。如图1所示，该裸眼立体显示器包括：图像显示单元3（可以是液晶显示（LCD）面板、有机发光显示（OLED）面板、透明有机发光显示(TOLED)面板，优选使用液晶显示面板），设置在图像显示单元3背面的光学元件2（可以是透镜、菲涅尔透镜、线性菲涅尔透镜及它们组成的阵列、柱透镜阵列、还有液晶或者其他具有类似功能的材料所组成的上述器件和阵列），以及被设置在光学元件2背后的背光模组1。该背光模组1是由多个背光小单元组成，可以独立的对背光小单元进行开关和亮暗控制。

如图2所示，本发明的立体显示器进一步包括用于控制图像显示单元3中的显示操作的显示单元控制部分21和视差图像数据输出部分24。而且，立体显示器包括用于控制背光部分1的背光单元控制部分22和背光单元数据输出部分23。

在本实施例中，作为背光模组1，使用能够高速切换开/关和不同亮度状态的背光光源，如CCFL（荧光灯管）、LED（发光二极管）、OLED（有机发光二极管）、LD（激光二极管）等，基于节能和驱动的考虑，可优先使用LED背光。

背光部分中的背光小单元可以是空间上分隔的导光板小单元的阵列；也可是由光纤阵列；也可以由LED、OLED、三基色LD结合而成的阵列。

在本实施例中，响应于显示单元控制部分21的控制，图像显示单元3显示从视差图像数据输出部分24输出的用于立体显示的视差图像。

在切换到2D显示的情况下，只需要控制背光单元控制部分22，控制背光模组中的背光小单元的特定的开关和亮暗组合即可以实现平面2D显示。

另外，为了获得立体视觉，右眼10R和左眼10L需要分别观看不同的视差图像，因此需要有两幅或以上的视差图像分别送给左，右眼。在使用三个或三个以上视差图像的情况下，可获得多视点视觉。在本实施例中，将参照使用两个视差图像的双目方式的显示实例给出描述。

本发明所设计的系统通过刷新显示屏的方式把不同视差图像，显示在图像显示单元3上。从视差图像数据输出部分24输出与各视差图像对应的图像刷新数据。

如图3所示，背光模组1包括多个背光小单元，每个背光小单元被允许在任意时刻独立执行各种不同发光状态操作。通过根据显示单元的图像控制各背光小单元的不同状态，背光模组1形成了视差图像的显示图案对应的若干不同的发光状态。

发光状态包括开关和从暗到亮不同程度亮度的发光状态，通过控制不同的背光小单元处于不同的发光状态，经过光学元件2将光线送往不同的空间位置视点，并在对应的视点中观看到由图像显示单元3加载的图案。当观察者从预定的位置和预定的方向上看本发明的裸眼立体显示器时，不同视差图像的光线分别进入观看者的左眼10L和右眼10R，当仪器的控制速度达到一定的程度时，此时可以被允许进行立体显示。

用于控制切换背光模组1的数据从背光单元数据输出部分23被输出。背光单元控制部分22将控制背光模组1的多个背光小单元的处于不同的开关和亮暗状态。显示在图像显示单元3上的各显示图案的视差图像数据从视差图像数据输出部分24被输出。且在视差图像数据输出部分获得的帧信号经由背光单元数据输出部分23输出到背光单元控制部分22。由此，使背光模组1的多个背光小单元的不同状态的组合和显示单元的视差图像以显示单元的刷新规律为基础实现匹配。

上述的图像单元，是一种能够通过刷新屏幕的方式提供图像的单元，它可以是LCD面板，OLED面板、透明有机发光显示屏(TOLED)等等。

上述光学元件2，可以是一种能够将在背光模组中的背光小单元的光线导向到像空间的不同位置、角度或者视点的光学元件，它可以是透镜、菲涅尔透镜、线性菲涅尔透镜及它们组成的阵列、柱透镜阵列、还有液晶或者其他具有类似功能的材料所组成的上述器件和阵列。

本发明的无分辨率下降的裸眼立体显示器的操作过程可表述如下：

在裸眼立体显示器中，在图像显示单元3中，通过刷新显示屏的方式使得不同视差的图像得以在同一个显示单元中显示。在背光模组1中，背光单元控制部分根据显示单元所显示图像的信息控制背光小单元组合的发光状态组合与显示单元匹配工作，实现不同发光状态之间的切换，以实现立体视觉。

图4示意性的示出了在一个时间段内获得立体视觉的状态。在第一个显示时间段T1获得显示单元3和背光部分1中背光单元的状态，和第二个显示时间段T2获得显示单元3和背光部分1中背光单元的状态；在第一个显示时间段T1内，在显示单元上显示视差图像1，背光部分中对应的背光小单元组合执行到一个发光状态1，对应右眼的背光小单元组合执行发光状态2。在第二个显示时间段T2内，在显示单元上显示视差图像2，背光部分中对应右眼的背光小单元组合执行发光状态1，对应左眼的背光小单元组合执行发光状态2。

图5A示意性的示出了在双视点的情况下获得立体视觉的状态。图5B示意性的示出了多视点情况下获得立体视觉的状态。其中，图5B中的A部分、B部分和C部分分别显示出对应三个不同视点的不同背光单元的转换图。

在图5A中，分别将观看者的左眼10L和右眼10R定义为视点1和视点2。在一个显示时间段内，图像显示单元3显示对应左眼的视差图案1，然后背光部分中对应于视点1的背光小单元组合执行发光状态1。这部分背光小单元所发出的光通过显示单元3和光学元件2后，将显示单元上的视差图像加载到这些光线上去。这部分的光线受到光学元件的控制送到左眼10L的区域。当光学元件和背光小单元的参数经过匹配性设计之后，在空间中所成的视区将得到优化的设计，其横向的尺寸大于单眼的大小而小于双眼的间距。所以，左眼能捕获到这部分的光线，看到相应的视差图像，而右眼则因无法感知到这部分光线，而无法看到对应左眼的视差图像。在距离上一个显示时间段很小时间间隔后的下一个显示时间段内，图像显示单元3显示对应右眼的视差图案2，然后背光部分中对应于视点2的背光小单元组合执行发光状态1。此时，系统的显示状态反转，右眼看到应视差图像，而左眼看不到图像。由于两个显示时间段时长很短，观众可以在大脑中将这两幅视差图像融合出立体影像，实现裸眼立体显示效果。

通常，控制显示图像的图像显示单元3的刷新和控制背光单元1的响应速度存在差异。显示单元的响应速度较慢。因此在显示单元3的显示图案的切换和背光单元的执行控制的情况下，优选的执行基于响应速度差异的控制。

上述实施例1获得的技术效果可表述如下：

在上述实施例1中，图像显示单元3通过刷新提供视差图像。同时，以显示单元上显示的图像为基础，控制背光小单元的开关和亮暗等不同发光状态，利用位于显示图案和背光单元中间的光学元件对光线的导向，实现将视差图像显示在二维显示平面上，并将左、右眼视差图像分别传向左、右眼，以获得立体显示。因此避免了分辨率的降低和实现了裸眼观看。在2D显示的情况下，只需要控制背光部分1中的背光小单元的特定的亮暗组合就可以实现平面二维显示。从而实现了2D和3D无分辨率损失的切换。

这样，在实现立体显示的情况下，避免了眼镜的辅助、实际分辨率的减小等技术障碍，实现了无分辨率下降的2D/3D双向切换。

实施例2

接下来，本发明将描述实施例2的裸眼立体显示器。在根据实施例1的裸眼立体显示器相同的部件使用相同的标号，并将不再累述。

在上述实施例1中，作为实例描述了双目立体显示器，但本实施例2可适用于进行多视角立体显示的情况。在m视角立体显示的情况下，背光部分的被细分为2m个小单元，m个小单元作为左眼视点的光源，m个小单元作为右眼视点的光源。如图5B所示，显示的既是一个三视角的立体显示，背光部分的每一个背光小组如图5B所示，被细分为六个小单元，三个小单元作为左眼视点的光源，三个小单元作为右眼视点的光源。在这种情况下，作为其中视差图像被时间分隔的显示图案，可以使用n个视差图案（n大于等于2，小于等于m）。这些视差图像在通过刷新的方式显示在同一块屏幕上。不同的视差图像按序列周期性地刷新。

作为背光单元，相应不同视点的背光小单元组合则根据显示单元上的对应视差图像控制开关与亮暗状态。同组背光小单元所发出的背光光线都由光学元件（透镜、菲涅尔透镜、线性菲涅尔透镜及它们组成的阵列、柱透镜阵列、还有液晶或者其他具有类似功能的材料所组成的上述器件和阵列）引导到对应的同一个视点。从而实现了多视点裸眼全高清的立体显示。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，故凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims

1.一种后置式裸眼立体显示器，其特征在于其包括：

图像显示单元，能够提供全高清分辨率的视差图像的显示面板；

光学元件，放置在上述图像显示单元的后方，控制背光单元的背光光线分别进入不同空间位置的视区；

背光模组，放置在上述光学元件的后方，由一种能够开关及亮暗状态可以被自由控制的背光小单元组成，光线经过光学元件后，然后透过显示单元并加载图像，从而保证在不同空间位置的双眼看到不同的视差图像、或者不同视区看到不同的图像；同时，通过执行背光模组中的背光小单元的特定的亮暗组合，可以实现高分辨率2D图像的播放。

2.根据权利要求1所述的后置式裸眼立体显示器，其特征在于：还包括用于控制图像显示单元中的显示操作的显示单元控制部分和视差图像数据输出部分。

3.根据权利要求1所述的后置式裸眼立体显示器，其特征在于：还包括用于控制背光部分的背光单元控制部分和背光单元数据输出部分。

4.根据权利要求1所述的后置式裸眼立体显示器，其特征在于：所述图像显示单元可以是液晶显示（LCD）面板、有机发光显示（OLED）面板、透明有机发光显示(TOLED)面板。

5.根据权利要求1所述的后置式裸眼立体显示器，其特征在于：所述光学元件能够产生聚光的效果，可以是透镜、菲涅尔透镜、线性菲涅尔透镜及它们组成的阵列、柱透镜阵列，还有液晶或者其他具有类似功能的材料所组成的上述器件和阵列。

6.根据权利要求1所述的后置式裸眼立体显示器，其特征在于：所述背光模组由可以执行包括开关和从暗到亮不同程度的亮度的发光状态的的背光小单元组成；背光模组包括多个背光小单元。

7.根据权利要求4所述的后置式裸眼立体显示器，其特征在于：所述背光单元可以是发光二极管阵列；背光模组中的背光单元组可以是导光板小单元的阵列；也可以是由光纤阵列；也可以是lcd结合面光源；也可以是oled阵列、或三基色LD阵列。

8.一种立体图像显示方法，其特征在于包括以下步骤：

通过图像显示单元显示用于立体显示的视差图像；

通过光学元件控制来自不同空间位置的光线传播到观察空间的不同位置；

以显示单元图像的刷新规律为基础周期性的对对应不同视点的的背光小单元实行控制，使对应不同视区的背光小单元执行不同的发光状态，经光学元件偏折到不同视点，经显示单元加载图像，从而可以获得立体图像的显示。

9.根据权利要求8所述的立体图像显示方法，其特征在于，还包括步骤：通过控制背光模组中的背光小单元的特定的亮暗组合，可以实现高分辨率2D图像的播放。

10.根据权利要求8所述的立体图像显示方法，其特征在于：为实现此显示方法所使用的背光单元，应包含多个背光小单元；所述背光单元可以是发光二极管阵列；背光模组中的背光单元组可以是导光板小单元的阵列；也可以是由光纤阵列；也可以是lcd结合面光源；也可以是oled阵列、或三基色LD阵列。