CN102928904A - 透镜光栅及显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种透镜光栅，包括平行排列的多个透镜单元，任意相邻两个透镜单元之间有一透明间隔部，所述透明间隔部用于将由第一视图和第二视图射来的光线分别透过至对应的视区，所述透镜单元，用于将由第一视图和第二视图射来的光线分别向对应的视区折射。本发明还公开了一种显示装置，包括显示模组和上述的透镜光栅，所述显示模组用于显示所述第一视图和第二视图。本发明采用柱状透镜作为透镜光栅遮光部，使本该被遮光部遮挡的光线经过柱状透镜折后射入对应的视区，可以有效的增加背光的利用率，提高显示亮度、减少串扰，同时相对于全覆盖式透镜光栅降低了成本。

Description

透镜光栅及显示装置

技术领域

本发明涉及显示技术领域，尤其涉及一种透镜光栅及显示装置。

背景技术

目前，作为主流的无需眼镜式三维立体显示的解决方案，主要有视差障栅和透镜光栅两种设计。

如图1所示，视差障栅式三维立体显示装置，是在显示屏101表面设计一种纵向栅状不透明的光学屏障102来控制光线的透过与否，让观察者的左眼和右眼能接收到不同影像（左眼视图101b和右眼视图101a）来产生双眼视差从而呈现立体效果。因为采用这种障栅的设计，使得屏幕上全部的像素发出的光不能同时进入人眼，所以就会造成解析度的降低和画面亮度的下降，另外还会有观看距离和角度限制。

透镜光栅式三维立体显示装置，是在显示屏表面设计垂直排列的透镜光栅，利用透镜对光的折射作用来控制光线的行进方向，使左右眼睛能同时接收到不同的影像从而来产生双眼视差呈现立体效果。一般的柱状透镜是单一方向且连续的固定贴附在显示屏表面的，因此画质会受到透镜折射的影响，从而也会造成解析度的降低。

以上两种模式都将图像的解析度降低，画面质量和亮度都明显的下降，在观看距离和角度方面也会受到限制。这两种主流技术有其局限性，如何提高画面质量也成为促进裸眼3D显示技术的关键技术之一。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：提供一种透镜光栅及显示装置，以提高裸眼3D显示的画面质量和背光利用率。

（二）技术方案

为解决上述问题，本发明提供了一种透镜光栅，包括平行排列的多个透镜单元，任意相邻两个透镜单元之间有一透明间隔部，所述透明间隔部用于将由第一视图和第二视图射来的光线分别透过至对应的视区，所述透镜单元，用于将由第一视图和第二视图射来的光线分别向对应的视区折射。

优选地，所述透镜单元具有梯度折射率分布。

优选地，所述透镜单元为柱状透镜。

优选地，所述柱状透镜横截面的边界由直线边和两端分别与所述直线边的两端连接的C形弧线边构成，所述直线边所在的面朝向所述第一视图和第二视图设置。

优选地，所述透镜单元为棱镜。

优选地，所述棱镜的主截面为等腰三角形，所述等腰三角形的底朝向所述第一视图和第二视图设置。

优选地，所述棱镜的主截面为等腰梯形，所述等腰梯形的下底朝向所述第一视图和第二视图设置。

优选地，所述透镜单元由电控液晶透镜形成。

另一方面，本发明还提供了一种显示装置，包括显示模组和上述的透镜光栅。

优选地，所述显示模组包括显示面板和为所述显示面板提供背光的背光模组，所述透镜光栅位于显示面板的出光侧，或者所述透镜光栅位于所述背光模组和所述显示面板之间。

（三）有益效果

本发明透镜光栅的结构，使本该被遮光部遮挡的光线经过柱状透镜折后射入对应的视区，可以有效的增加背光的利用率，提高显示亮度、减少串扰，同时相对于全覆盖式透镜光栅降低了成本。

本发明采用电控液晶透镜形成所述透镜光栅，可以实现显示装置的二维显示和裸眼三维显示，并且裸眼三维显示的画面质量好、亮度高。

附图说明

图1为现有技术中视差障栅式三维显示的示意图；

图2为根据本发明实施例透镜光栅的横截面结构示意图；

图3a、3b和3c分别为根据本发明实施例透镜光栅透镜单元的横截面结构示意图；

图4为根据本发明实施例显示装置的三维显示的示意图；

图5为根据本发明实施例显示装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明如下。

实施例一：

如图2所示，本实施例记载了一种透镜光栅，包括形成透镜单元201以及形成在任意相邻两个透镜单元201之间的间隔部202，所述间隔部202用于将由第一视图和第二视图射来的光线分别透过至对应的视区，所述透镜单元201用于将由第一视图和第二视图射来的光线分别向对应的视区折射。

本发明采用透镜单元作为透镜光栅的栅条，使本该被遮光部遮挡的光线经过透镜单元折后射入对应的视区，与传统的视差障栅式显示相比提高了背光的利用率以及图像的解析度，使得采用这种透镜光栅的显示装置的显示效果更好；与传统的连续柱状透镜式显示相比，由于有一部分光线不经过柱状透镜的折射，因此一方面尽可能的降低了透镜对画质的影响，另一方面也一定程度上降低了透镜光栅的制作成本。

在本实施例中，所述间隔部202为形成在所述相邻两个透镜单元201之间的狭缝。

在本实施例中，所述透镜单元具有梯度折射率分布。

如图3a和图3b所示，在本实施例中，所述透镜单元为棱镜。

如图3a所示的实施例中，所述棱镜为主截面是等腰三角形的三棱镜201a，所述等腰三角形的底朝向所述第一视图和第二视图设置。由等腰三角形底边所在的面入射的左眼视图光线（图3a中虚线所示）和右眼视图光线（如图3a中实线所示）经过棱镜分别朝向左眼视区和右眼视区折射。

在本发明的其它实施例中，棱镜主截面也可是不等腰的三角形，只要其上的梯度折射率分布能够将射到其上的光线折射到对应的视区即可。

如图3b所示的实施例中，所述棱镜为主截面是等腰梯形的梯形棱镜201b，所述等腰梯形的下底朝向所述第一视图和第二视图设置。由等腰梯形下底所在的面入射的左眼视图光线（图3b中虚线所示）和右眼视图光线（如图3b中实线所示）经过棱镜分别朝向左眼视区和右眼视区折射。

在本发明的其它实施例中，棱镜主截面也可是不等腰的梯形，只要其上的梯度折射率分布能够将射到其上的光线折射到对应的视区即可。

如图3c所示，在本实施例中，所述透镜单元为柱状透镜，所述柱状透镜横截面的边界由直线边和两端分别与所述直线边的两端连接的C形弧线边构成，即透镜单元为横截面近似为半圆形的半圆柱状透镜201c。所述直线边所在的面朝向所述第一视图和第二视图设置。由所述直线边所在的面入射的左眼视图光线（图3c中虚线所示）和右眼视图光线（如图3c中实线所示）经过半圆柱状透镜201c后分别朝向左眼视区和右眼视区折射。

在本发明的其它实施例中，除了图3a-3c所示形状的透镜单元外，透镜单元的横截面还可以为其它形状，只要其上的梯度折射率分布能够将射到其上的光线折射到对应的视区即可，可以根据设计需要具体确定。由于连续的柱状透镜式三维立体显示装置将来自不同视图的光线折射到对应视区是现有技术，因此这里不再累述。

实施例二：

本实施例记载的透镜光栅与实施例一记载透镜光栅相似，不同之处仅在于：与实施例一记载的物理的透镜单元相比，本实施例所述透镜单元由电控液晶透镜形成。

所述电控液晶透镜形成透镜光栅的各透镜单元实现高质量画面显示的工作原理如下：当给所述电控液晶透镜加电时，电控液晶透镜可形成梯度折射率分布的透镜光栅，从而实现对光线的分光控制，与一般物理透镜相似，从而实现类似于实施例一所记载的透镜单元光栅的作用，实现裸眼三维显示。当不给电控液晶透镜加电时，透镜效果消失，电控液晶透镜为透明状态，光线将会直线通过透镜单元，从而实现正常二维显示。

在本实施例中，可以将一整块电控液晶透镜划分成分别形成透镜单元和间隔部的区域，其中，仅在需要形成透镜单元的区域设置电极，对电极进行加电形成透镜单元，不加电则实现二维显示；而在形成间隔部的区域，可以不设置电极。当然，在本发明的其它实施例中，还可以仅在于透镜单元对应的区域设置电控液晶透镜，间隔部由相邻电控液晶透镜之间的狭缝构成。

可以看出，除了实施例一的视差格栅所具备的优点外，本实施例采用电控液晶透镜形成透镜光栅的透镜单元还可以同时支持显示装置的二维图像显示和裸眼三维图像显示。

实施例三：

如图4所示，本实施例记载了一种显示装置，包括显示模组301和透镜光栅302，所述显示模组301用于显示条状间隔分布的所述第一视图301a和第二视图301b，所述透镜光栅302为实施例一或实施例二中记载的透镜光栅302（图4中仅示出了透镜单元302a为梯度折射率分布的等腰三角棱镜的情况）。在本实施例中，所述透镜光栅302设于所述显示模组301和观看者眼睛之间。

由图4可以看出，本实施例中所述第一视图301a为右眼视图、第二视图301b为左眼视图。

本实施例中从所述显示模组301上向左眼视区出射的左眼视图光线（如图4中虚线所示）将不会被遮挡，而顺利进入左眼，向右眼视区出射的左眼视图光线将会被透镜单元302a折射后入射到左眼视区。从所述显示模组301上向右眼视区出射的右眼视图光线（如图4中实线所示）同样不会被遮挡而进入右眼，向左眼视区出射的右眼视图光线将会被透镜单元302a折射后入射到右眼视区。

因此本实施例不但保证本应该进入对应左、右眼视区的左、右眼视图光线不被折射而直接进入，而且还能将本没有进入对应左、右眼视区的左、右眼视图光线，经过透镜光栅302中透镜单元302a的折射改变光线行进方向，从而能进入所对应的正确视区。经过采用所述透镜光栅302，可以在降低串扰的同时提高了背光的利用率，进而提高了采用所述透镜光栅302的显示装置的亮度，同时相比全覆盖的透镜单元302a光栅减少了光栅的使用，使成本降低。

在本实施例中，如图4所示，E为人的瞳距，一般为65mm，Wb为单个透镜单元302a的宽度（即相邻两个狭缝之间的距离，图4中透镜单元302a的宽度即为主截面等腰三角形底边的长度），Ws为相邻两个透镜单元302a之间间隔部的宽度，对于具有K个视点的显示装置，存在Wb=(K-1)Ws，Wp为亚像素宽度，L为最佳观看距离，d为透镜光栅302与显示模组301之间的距离。经过计算，对于此透镜光栅302设计各参数存在如下关系：

$\mathrm{Ws}=\frac{\mathrm{Wp}\×E}{E+\mathrm{Wp}}$

$\frac{L}{d}=\frac{E}{\mathrm{Wp}}$

在本实施例中取液晶面板的亚像素宽度Wp=0.0565mm，瞳距E=65mm，视点采用K=2，因此Ws=Wb；透镜光栅302与观看者眼睛的距离L=1400mm，经以上公式计算可求出Ws=Wb=0.0564mm，透镜光栅302与显示模组301之间的距离d=1.217mm。

在本实施例中以采用图3a所示的具有等腰三角形主截面的透镜单元302a为例，等腰三角形的底角a、高度h以及底边长度Wb之间存在关系式如下：

$\tan a=\frac{2h}{\mathrm{Wb}}$

若此实施例中透镜光栅302的厚（本实施例中即等腰三角形的高度h）为0.02mm，则透镜单元302a等腰三角形主截面的底角a为35°。

如图5所示，在所述显示模组401和透镜光栅402之间还可以设有透明基板403（如透明玻璃基板）。多个透镜单元402a以一定间隔贴附在所述透明基板403上，形成具有纵向棱镜阵列的透镜光栅402。

本实施例的显示装置可以为：液晶面板、电子纸、OLED面板、液晶电视、液晶显示器、数码相框、手机、平板电脑等任何具有显示功能的产品或部件。

其中，当所述显示模组包括形成第一视图图案和第二视图图案的显示面板和为所述显示面板提供背光的背光模组时，所述透镜光栅除了可以位于所述显示面板和观看者眼睛之间外，还可以位于所述背光模组和显示面板之间。

本发明采用透镜光栅的透镜单元，使本该被遮挡的光线经过透镜单元折后射入对应的视区，可以有效的增加背光的利用率，提高显示亮度、减少串扰，同时相对于全覆盖式透镜光栅降低了成本。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (10)

1.一种透镜光栅，其特征在于，包括平行排列的多个透镜单元，任意相邻两个透镜单元之间有一透明间隔部，所述透明间隔部用于将由第一视图和第二视图射来的光线分别透过至对应的视区，所述透镜单元，用于将由第一视图和第二视图射来的光线分别向对应的视区折射。

2.如权利要求1所述的透镜光栅，其特征在于，所述透镜单元具有梯度折射率分布。

3.如权利要求2所述的透镜光栅，其特征在于，所述透镜单元为柱状透镜。

4.如权利要求3所述的视差障栅，其特征在于，所述柱状透镜横截面的边界由直线边和两端分别与所述直线边的两端连接的C形弧线边构成，所述直线边所在的面朝向所述第一视图和第二视图设置。

5.如权利要求2所述的透镜光栅，其特征在于，所述透镜单元为棱镜。

6.如权利要求5所述的透镜光栅，其特征在于，所述棱镜的主截面为等腰三角形，所述等腰三角形的底朝向所述第一视图和第二视图设置。

7.如权利要求5所述的透镜光栅，其特征在于，所述棱镜的主截面为等腰梯形，所述等腰梯形的下底朝向所述第一视图和第二视图设置。

8.如权利要求1所述的透镜光栅，其特征在于，所述透镜单元由电控液晶透镜形成。

9.一种显示装置，包括显示模组和如权利要求1-8中任一项所述的透镜光栅。

10.如权利要求9所述的显示装置，其特征在于，所述显示模组包括显示面板和为所述显示面板提供背光的背光模组，所述透镜光栅位于显示面板的出光侧，或者所述透镜光栅位于所述背光模组和所述显示面板之间。

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