CN103209332A - 立体显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了立体显示装置，包括：显示器；用于追踪人眼位置信息的摄像头；与摄像头电连接且用于根据人眼位置信息生成控制信号的处理器；显示器包括动态光栅，所述动态光栅与处理器电连接，用于根据控制信号控制动态光栅中明暗条纹的位置以使得光栅的明暗条纹位置发生适应性改变适应人眼的位置，使得入射到动态光栅的光线经由动态光栅的透光间隙透射后再入射到显示器的显示像素上，进而使得左眼像素图像光线入射到人的左眼、右眼像素图像光线入射到人的右眼。通过上述方式，本发明利用摄像头追踪人眼位置信息，进而利用控制单元根据人眼位置信息实现光栅位置的改变以适应人的两眼不同的观察位置，实现观看3D图像的效果。

Description

立体显示装置

技术领域

本发明涉及显示技术领域，特别是涉及一种立体显示装置。

背景技术

目前的光栅技术中，光栅制作好之后，光栅明暗条纹的位置将固定，这给我们的工作带来了不便，尤其在利用视差栅栏技术实现立体图像显示时，由于光栅明暗条纹的位置不可控，只能限制观众的眼睛在某个特定范围内才能观看3D图像效果，影响了视差栅栏立体显示技术在生活中的应用。

因此，需要提供一种立体显示装置以解决上述技术问题。

发明内容

本发明主要是提供一种立体显示装置，利用摄像头追踪人眼位置信息，进而利用控制单元根据人眼位置信息实现光栅位置的改变以适应人的两眼不同的观察位置，实现观看3D图像的效果。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是，提供一种立体显示装置，包括：

显示器，；

摄像头，设置于显示器的前端面上，用于追踪人眼位置信息；

处理器，与摄像头电连接，用于根据人眼位置信息生成控制信号；

其中，所述显示器包括动态光栅，所述动态光栅与处理器电连接，所述动态光栅包括第一玻璃板、第二玻璃板、液晶层和控制单元，第一玻璃板的第一表面设置有第一偏光板，第一玻璃板背向第一偏光板的第二表面设置有第一ITO导电层，第二玻璃板的第一表面设置有第二偏光板，第一偏光板和第二偏光板的偏光方向垂直，且第二玻璃板背向第二偏光板的第二表面设置有第二ITO导电层，所述第二ITO导电层包括多个等间隔排列的ITO电极以及设置于相邻ITO电极之间的绝缘黑条，所述液晶层夹设于第一ITO导电层和第二ITO导电层之间，所述控制单元用于根据控制信号控制第一ITO导电层与各个ITO电极之间交流电压的通/断，使得动态光栅的明暗条纹位置发生适应性改变适应人眼的位置，使得入射到动态光栅的光线经由动态光栅的透光间隙透射后再入射到显示器的显示像素上，进而使得左眼像素图像光线入射到人的左眼、右眼像素图像光线入射到人的右眼。

其中，所述控制单元用于独立控制每条ITO电极与第一ITO导电层之间交流电压的通/断。

其中，所述第二玻璃板背向第二偏光板的第二表面上的多个ITO电极设置有与之一一对应且电连接的TFT电极，所述控制单元通过控制TFT电极的闭合/断开进而控制相应的ITO电极与第一ITO导电层之间交流电压的通/断。

其中，所述多个等间隔排列的ITO电极包括交替排列的第一组ITO电极和第二组ITO电极，所述第一组ITO电极包括N（其中，N≥2，N为自然数）个ITO电极，所述第二组ITO电极包括M（其中，M≥2，M为自然数）个ITO电极，第一组ITO电极中所有第1个ITO电极电连接到控制单元的同一输出端、第一组ITO电极中所有第2个ITO电极电连接到控制单元的同一输出端、……、第一组ITO电极中所有第N个ITO电极电连接到控制单元的同一输出端，第二组ITO电极中所有第1个ITO电极电连接到控制单元的同一输出端、第二组ITO电极中所有第2个ITO电极电连接到控制单元的同一输出端、……、第二组ITO电极中所有第M个ITO电极电连接到控制单元的同一输出端。

其中，所述第二玻璃板背向第二偏光板的第二表面上进一步设置有多个TFT电极，所述第一组ITO电极中所有第1个ITO电极电连接到同一个TFT电极的输出端、第一组ITO电极中所有第2个ITO电极电连接到同一个TFT电极的输出端、……、第一组ITO电极中所有第N个ITO电极电连接到同一个TFT电极的输出端，第二组ITO电极中所有第1个ITO电极电连接到同一个TFT电极的输出端、第二组ITO电极中所有第2个ITO电极电连接到同一个TFT电极的输出端、……、第二组ITO电极中所有第M个ITO电极电连接到同一个TFT电极的输出端，所述控制单元通过独立控制每个TFT电极的闭合/断开进而控制TIO导电条区与第一ITO导电层之间交流电压的通/断。

其中，所述第一ITO导电层和ITO电极包括铟锡金属氧化物。

其中，每个所述ITO电极的宽度为a，相邻两个ITO电极之间的绝缘黑条的宽度为b，a≥5b。

本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明的立体显示装置利用摄像头追踪人眼位置信息，进而利用控制单元根据人眼位置信息实现光栅位置的改变以适应人的两眼不同的观察位置，实现裸眼观看3D图像的效果。

附图说明

图1是本发明的立体显示装置的一实施例的简易结构示意图；

图2是图1中立体显示装置的电路结构示意图；

图3是本发明的立体显示装置中动态光栅的一个实施例的结构示意图；

图4是图3所示的动态光栅14的第一ITO导电层和第二ITO导电层的电极排布示意图；

图5是图3所示的动态光栅14的第一种ITO电极电路连接示意图；

图6是图3中动态光栅14的第二种ITO电极电路连接示意图；

图7A-图7C是本发明的立体显示装置中光栅明暗条纹随人眼移动而发生位置变化的一个实例的示意图。

具体实施方式

请参见图1和图2，图1是本发明的立体显示装置的一实施例的简易结构示意图，图2是图1中立体显示装置的电路结构示意图。如图1所示，本发明的立体显示装置10包括：显示器11、摄像头12和处理器13（图示见图2）。

如图2所示，摄像头12设置于显示器11的前端面上，用于追踪人眼位置信息；处理器13与摄像头12电连接，处理器13接收摄像头12发送的人眼位置信息并根据人眼位置信息生成控制信号；显示器11包括动态光栅14，动态光栅14与处理器13电连接，动态光栅14接收所述控制信号并根据控制信号控制明暗条纹的位置以适应人眼的位置，使得显示器的左眼像素图像光线入射到人的左眼、右眼像素图像光线入射到人的右眼。

请参见图3，图3是本发明的立体显示装置中动态光栅的一个实施例的结构示意图。如图3所示，本实施例的动态光栅14包括：第一玻璃板141、液晶层143、第二玻璃板145以及控制单元146（未图示）。第一玻璃板141的第一表面上设置有第一偏光板（未图示），第一玻璃板141背向第一偏光板的第二表面上设置有第一ITO导电层142；第二玻璃板145的第一表面上设置有第二偏光板（未图示），第一偏光板和第二偏光板的偏光方向垂直，第二玻璃板145背向第二偏光板的第二表面上设置有第二ITO导电层144，第二ITO导电层144包括多条等间距排列的ITO电极1441以及设置于两个相邻ITO电极1441之间的绝缘黑条（未标识）；其中，液晶层143夹设于第一ITO导电层142和第二ITO导电层144之间；控制单元146用于根据控制信号控制第一ITO导电层142与各个ITO电极1441之间交流电压的通断，使得入射到动态光栅14的光线经由动态光栅的透光间隙透射后再入射到显示器的显示像素上，进而使得左眼像素图像光线入射到人的左眼、右眼像素图像光线入射到人的右眼，由于人的双眼接收的图像存在视差，因而左右眼图像经过人脑合成3D图像的效果。其中，第一ITO导电层142和第二ITO导电层144都是透明导电薄膜。

请参见图4，图4是图3所示的动态光栅14的第一ITO导电层和第二ITO导电层的电极排布示意图。如图4所示，第一ITO导电层142全导电，第二ITO导电层144包括多个等间距排列的ITO电极1441。ITO电极1441的具体个数远大于图4中所示的个数，本发明对此不做限制。其中，第一ITO导电层142和ITO电极1441优选包括铟锡金属氧化物，但也可以用其他的导电材料来替代，对此不做限制。在本发明的实施例中，每个ITO电极1441的宽度为a，相邻ITO电极1441之间的绝缘黑条宽度为b，其中，a≥5b。在本发明的动态光栅的具体设计中，优选a》5b。

请参见图5，图5是图3所示的动态光栅14的第一种ITO电极电路连接示意图。如图5所示，第一ITO导电层142与控制单元146电连接，且各个ITO电极1441分别通过独立的导线连接到控制单元146上。当控制单元146根据控制信号独立地控制相应的开关闭合时，使得第一ITO导电层142与对应的ITO电极1441（与相应开关在同一电路上的ITO电极1441）之间加有交流电压进而形成交流电场，所述第一ITO导电层142与对应的ITO电极1441所夹设的液晶层143中对应液晶分子在电场的作用下指向矢发生90度的扭转，使得经第一偏光板入射的第一偏正光经由液晶分子的作用发生偏振方向的改变，进而经过第二偏光板出射，而表现为明条纹。当控制单元146根据控制信号控制图5中相应的开关断开时，第一ITO导电层142与对应的ITO电极1441之间所加的交流电压电路断开，所述第一ITO导电层142与对应的ITO电极1441所夹设的液晶层143中对应液晶分子的指向矢不发生改变扭转，使得经第一偏光板入射的第一偏正光经由液晶分子的作用并未发生偏振方向的改变，进而被第二偏光板阻挡，而表现为暗条纹。利用控制单元146控制不同ITO电极1441与第一ITO导电层142之间交流电压的通断，可以实现光栅的明暗条纹的宽度明暗条纹宽度和/或位置的改变。

同样，在本发明的立体显示装置中动态光栅的的另一个实施例中，图5中ITO电极1441与控制单元146之间的电路上还可以设置TFT电极，具体为：TFT电极设置于第二玻璃板背向第二偏光板的第二表面上且与ITO电极一一对应且电连接。这种情况下，控制单元146控制TFT电极闭合后，ITO电极1441与第一ITO导电层142之间加有交流电压，而在控制单元146控制TFT电极断开后，ITO电极1441与第一ITO导电层142之间未加有交流电压，进而使得控制单元146通过控制TFT电极的闭合/断开间接实现控制ITO电极1441与第一ITO导电层142之间交流电压的通/断。

请参见图6，图6是图3中动态光栅的第二种ITO电极电路连接示意图。如图6所示，在本发明动态光栅的一个优选实施例中，所述多个等间距排列的ITO电极包括交替排列的第一组ITO电极和第二组ITO电极，所述第一组ITO电极包括N（其中，N≥2，N为自然数）个ITO电极1441，所述第二组ITO电极包括M（其中，M≥2，M为自然数）个ITO电极1441，第一组ITO电极中所有第1条ITO电极1441电连接、第一组ITO电极中所有第2条ITO电极1441电连接、……、第一组ITO电极中所有第N条ITO电极1441电连接，第二组ITO电极中所有第1条ITO电极1441电连接、第二组ITO电极1441中所有第2条ITO电极1441电连接、……、第二组ITO电极中所有第M条ITO电极1441电连接。具体地，可参见图6所示，例如M和N都为5，控制单元146的一个控制电压输出端可以同时控制多个ITO电极1441与第一ITO导电层142之间交流电压的通断，进而实现液晶分子指向矢的变化，如此便可以实现光栅明暗条纹位置的改变。

在本发明的另外一个实施例中，第二玻璃板背向第二偏光板的第二表面上可进一步设置有多个TFT电极，通过设计使得图6中动态光栅14的第二种TIO电极电路连接方式进一步表现为：第一组ITO电极中所有第1个ITO电极电连接到同一个TFT电极的输出端、第一组ITO电极中所有第2个ITO电极电连接到同一个TFT电极的输出端、……、第一组ITO电极中所有第N个ITO电极电连接到同一个TFT电极的输出端，第二组ITO电极中所有第1个ITO电极电连接到同一个TFT电极的输出端、第二组ITO电极中所有第2个ITO电极电连接到同一个TFT电极的输出端、……、第二组ITO电极中所有第M个ITO电极电连接到同一个TFT电极的输出端。如此，控制单元146通过独立控制每个TFT电极的闭合/断开，进而实现控制TIO导电条区与第一ITO导电层142之间交流电压的通/断，最终实现控制动态光栅中明暗条纹位置的适应性变化。

本发明的立体显示装置10利用摄像头12追踪人眼的位置信息以实现动态光栅根据人眼位置的改变而改变，进而广角度实现本发明的立体显示装置10可3D裸眼可视的效果，具体请参考图7A-图7C，图7A-图7C是本发明的立体显示装置中光栅明暗条纹随人眼移动而发生位置变化的一个实例示意图。7A-图7C中，光栅的明暗条纹的周期等于1-6所标识的液晶区域宽度总和。

如图7A所示，摄像头12拾取到人眼处于显示屏和光栅中线上，处理器13接受并处理人眼的位置信息后指导控制单元146控制1和6所标识的液晶区域在交流电场的作用下表现为明条纹、2-5所标识的液晶区域由于未加交流电场而表现为暗条纹，进而使得人眼能够观看到显示屏显示的左右格式的图像进而形成3D图像效果。在图7A中，1-6所标识的部分为一个明暗条纹周期（如K1或K2所指出的液晶区域宽度），其中，相邻数字所标识的的液晶分子区域之间的空白部分为黑色绝缘条所遮挡的部分。当然，在本发明的具体应用中，明暗条纹的周期不限于图7A-图7C中K1或K2所指出的液晶区域宽度。

如图7B所示，当人眼向右移动到图7B中所示的第一个位置时，在控制单元146的控制下，K1或K2向右移动一个ITO电极宽度，具体为图7A中的一个周期的明暗条纹整体表现为向右移动一个ITO电极宽度，1和2所标识的液晶分子区域表现为明条纹，而4-6所标识的液晶分子区域表现为暗条纹。当然人眼进一步向右移动到第二个确定的位置时，在控制单元146的控制下，K1或K2相对于图7A向右移动两个ITO电极宽度。当然随着人眼的继续向右移动，K1或K2相对于图7A向右移动更多个ITO电极宽度，这需要根据人眼移动的确定的距离而定。

如图7C所示，当人眼向左移动到图7C中所示的位置时，K1或K2向左移动一个ITO电极宽度，具体为图7A中的一个周期的明暗条纹整体向左移动一个ITO电极宽度，5-6所标识的液晶分子区域表现为明条纹，而1-4所标识的液晶分子区域表现为暗条纹。其中，图7A-图7C中，动态光栅中一个周期的明暗条纹向右或向右移动的具体距离视人眼的位置而定。

通过上述方式，本发明的有益效果是：本发明的立体显示装置利用摄像头追踪人眼位置信息，进而利用控制单元根据人眼位置信息实现光栅位置的改变以适应人的两眼不同的观察位置，实现观看3D图像的效果。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种立体显示装置，所述立体显示装置包括：

显示器，；

摄像头，设置于显示器的前端面上，用于追踪人眼位置信息；

处理器，与摄像头电连接，用于根据人眼位置信息生成控制信号；

其中，所述显示器包括动态光栅，所述动态光栅与处理器电连接，所述动态光栅包括第一玻璃板、第二玻璃板、液晶层和控制单元，第一玻璃板的第一表面设置有第一偏光板，第一玻璃板背向第一偏光板的第二表面设置有第一ITO导电层，第二玻璃板的第一表面设置有第二偏光板，第一偏光板和第二偏光板的偏光方向垂直，且第二玻璃板背向第二偏光板的第二表面设置有第二ITO导电层，所述第二ITO导电层包括多个等间隔排列的ITO电极以及设置于相邻ITO电极之间的绝缘黑条，所述液晶层夹设于第一ITO导电层和第二ITO导电层之间，所述控制单元用于根据控制信号控制第一ITO导电层与各个ITO电极之间交流电压的通/断，使得动态光栅的明暗条纹位置发生适应性改变适应人眼的位置，使得入射到动态光栅的光线经由动态光栅的透光间隙透射后再入射到显示器的显示像素上，进而使得左眼像素图像光线入射到人的左眼、右眼像素图像光线入射到人的右眼。

2.根据权利要求1所述的立体显示装置，其特征在于，所述控制单元用于独立控制每条ITO电极与第一ITO导电层之间交流电压的通/断。

3.根据权利要求2所述的立体显示装置，其特征在于，所述第二玻璃板背向第二偏光板的第二表面上的多个ITO电极设置有与之一一对应且电连接的TFT电极，所述控制单元通过控制TFT电极的闭合/断开进而控制相应的ITO电极与第一ITO导电层之间交流电压的通/断。

4.根据权利要求1所述的立体显示装置，其特征在于，所述多个等间隔排列的ITO电极包括交替排列的第一组ITO电极和第二组ITO电极，所述第一组ITO电极包括N（其中，N≥2，N为自然数）个ITO电极，所述第二组ITO电极包括M（其中，M≥2，M为自然数）个ITO电极，第一组ITO电极中所有第1个ITO电极电连接到控制单元的同一输出端、第一组ITO电极中所有第2个ITO电极电连接到控制单元的同一输出端、……、第一组ITO电极中所有第N个ITO电极电连接到控制单元的同一输出端，第二组ITO电极中所有第1个ITO电极电连接到控制单元的同一输出端、第二组ITO电极中所有第2个ITO电极电连接到控制单元的同一输出端、……、第二组ITO电极中所有第M个ITO电极电连接到控制单元的同一输出端。

5.根据权利要求4所述的立体显示装置，其特征在于，所述第二玻璃板背向第二偏光板的第二表面上进一步设置有多个TFT电极，所述第一组ITO电极中所有第1个ITO电极电连接到同一个TFT电极的输出端、第一组ITO电极中所有第2个ITO电极电连接到同一个TFT电极的输出端、……、第一组ITO电极中所有第N个ITO电极电连接到同一个TFT电极的输出端，第二组ITO电极中所有第1个ITO电极电连接到同一个TFT电极的输出端、第二组ITO电极中所有第2个ITO电极电连接到同一个TFT电极的输出端、……、第二组ITO电极中所有第M个ITO电极电连接到同一个TFT电极的输出端，所述控制单元通过独立控制每个TFT电极的闭合/断开进而控制TIO导电条区与第一ITO导电层之间交流电压的通/断。

6.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ITO导电层和ITO电极包括铟锡金属氧化物。

7.根据权利要求1所述的立体显示装置，其特征在于，每个所述ITO电极的宽度为a，相邻两个ITO电极之间的绝缘黑条的宽度为b，a≥5b。

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