CN104238131A - 一种双向裸眼立体显示设备及其驱动方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双向裸眼立体显示设备及其驱动方法，该设备包括背光源、2D显示模块和3D分光器件，2D显示模块设置在背光源与3D分光器件之间，2D显示模块是LCD或OLED，其特征在于，2D显示模块的每个像素包括R、G、B三种子像素，R、G、B三种子像素在像素内呈对角线分布。本发明相比现有技术具有以下优点：通过这样的结构设计，配合设计制作分光器件可以达到根据显示方向的需要实现横竖两个方向均可实现同样分辨率的裸眼3D显示的功能。

Description

一种双向裸眼立体显示设备及其驱动方法

技术领域

本发明涉及3D立体显示领域，尤其涉及的是一种双向裸眼立体显示设备及其驱动方法。 

背景技术

更真实地还原所见世界一直是人们追求的目标。随着显示技术的革新，从黑白到彩色、从阴极射线管到平板显示、从标清到高清、从平面显示到立体显示，人们的视觉体验逐渐变得更真实。立体显示特别是裸眼立体技术已成为显示领域的新发展趋势。 

裸眼立体显示器的实现原理是在通常的TFT-LCD(薄膜晶体管液晶显示器，以下简称LCD)PDP，LED等面板前面加上分光器件，将具有双目视差(左眼和右眼观看一定距离的实际物体时，接收到的视觉图像略有不同)的平面图像分别投射到左右眼中，最后通过大脑融合形成立体视觉的。狭缝光栅是一种典型的实现裸眼3D分光的器件，其实现裸眼3D显示的原理如图1所示，通过在2D显示面板(如LCD)前置(也可后置，图中所示为前置)狭缝光栅，在狭缝光栅通过遮挡形成黑白相间的条纹，使左眼只能看到左眼对应的影像，右眼只能看到右眼对应的影像，由于左右眼同时观看到具有一定视差的影像而产生3D立体显示效果。 

以上说明狭缝光栅工作原理是为了下面更好的说明现有LCD面板实现裸眼3D时存在的问题。以下着重说明现有问题。如之前所述，LCD搭配狭缝光栅可以实现裸眼3D功能。按子像素排列方向分类，LCD面板通常有两种规格，分别称为横屏和竖屏。如图2(a)、(b)所示分别为一种常见的横屏和竖屏LCD示意图。 

一种常见的实现裸眼3D的方法为在LCD面板前面添加一层狭缝光栅。这层光栅的周期要与像素周期进行匹配遮挡，实现立体分光功能。对于现有的横屏LCD光栅可以采用遮挡子像素的方式实现分光，例如遮挡两列子像素，作为一个光栅周期。而横屏LCD旋转90°使用的时候，由于子像素的方向也旋转了90°，光栅便无法采用遮挡子像素的方式实现立体分光了。只能采用遮挡像素的方式实现立体分光。这样就会导致3D分辨率降低。具体如图3所示，图3(a)、(b)分别为横屏LCD横向及竖向(图中是横向顺时针旋转90度，当然逆时针旋转90度也可以)使用两种情况时，对比3D狭缝光栅遮挡方式。根据光栅与LCD边的角度，可分为垂直遮挡和倾斜遮挡两种方式，图例中画的是垂直遮挡的方式，倾斜遮挡时原理类同。图3(a)为横屏LCD横向使用时的3D光栅遮挡方式，当横屏LCD横向使用时，3D光栅遮挡方式主要有2种选择，遮挡子像素方式和遮挡像素方式，根据3D观看视点数设计的不同又可以遮挡2-n各子像素或像素(其中n通常为2-9不限定是整数)，但是当n取相同值时，遮挡子像素方式光栅的周期明显比遮挡像素方式光栅的周期要小。图中的遮挡方式以遮挡2列子像素 为例。图中Ph为狭缝光栅的周期，本例中Ph＝2SubPixels，即2倍子像素宽度；Bh为狭缝光栅开口区宽度，通常为30％-50％的狭缝光栅周期Ph。图3(b)为横屏LCD竖向(即横向顺时针旋转90度)使用情况，图中Pv为狭缝光栅的周期，本例中Pv＝2Pixels，即2倍像素宽度；Bv为狭缝光栅开口区宽度，通常为30％-50％的狭缝光栅周期Pv。由于横屏LCD竖向使用无法采用3D光栅遮挡子像素方式实现3D分光因此只能采用遮挡像素方式实现3D分光。根据3D观看视点数设计的不同又可以遮挡2-n各子像素或像素(其中n通常为2-9不限定是整数)。由于当n取相同值时，遮挡子像素方式光栅的周期明显比遮挡像素方式光栅的周期要小，由于像素宽度通常为3倍子像素宽度，因此Pv＝3Ph，即在本例中，横屏LCD竖向使用时狭缝光栅周期是横向使用时狭缝光栅周期的3倍。由于光栅周期与3D分辨率成反比，这样就导致当视点数n一样时，横屏LCD竖向使用时的分辨率降为横向使用的1/3。同理当视点数n一样时，竖屏LCD横向使用时也会将3D分辨率降低为原来的1/3。为了解决这个问题，本发明提出了一种裸眼立体显示设备，可达到横竖双向3D显示分辨率保持一致的效果。 

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种双向裸眼立体显示设备。 

本发明是通过以下技术方案实现的： 

一种双向裸眼立体显示设备，包括背光源、2D显示模块和3D分光器件，2D显示模块设置在背光源与3D分光器件之间，2D显示模块是LCD或OLED，其特征在于，2D显示模块的的每个像素包括R、G、B三种子像素，R、G、B三种子像素在像素内呈对角线分布。 

作为改进，将像素划分为九宫格形状，每个格子的大小相同，R、G、B三种子像素分别分布在同一条对角线穿过的三个格子中。 

作为改进，剩余未被R、G、B三种子像素占据的空白格子中填充黑矩阵。 

作为改进，用白色像素替换部分或全部黑矩阵。 

作为改进，R、G、B子像素有相对应的TFT开关，每个R、G、B子像素有相对应的TFT开关设置在与其相邻的空白格子中。 

作为改进，剩余未被R、G、B三种子像素及其相对应的TFT开关占据的空白格子中填充黑矩阵。 

作为改进，九宫格的每一个非子像素占据的格子划分为若干子格子，在子格子中设置R、G、B子像素、TFT开关、黑矩阵或白色像素。 

作为改进，3D分光器件是狭缝光栅，狭缝光栅从下到上依次设置下玻璃基板，下基板COM电极，下基板SEG电极，液晶层，上基板SEG电极，上基板COM电极，上玻璃基板，下基板COM电极和下基板SEG电极之间有绝缘层隔开，上基板SEG电极和上基板COM电极之间有绝 缘层(SiO2等)隔开，下基板COM电极和上基板COM电极均为整面ITO电极，下基板SEG电极为彼此平行的条形电极，下基板SEG电极的条形电极与x轴形成θ角度，0°≤θ≤90°，上基板SEG电极为彼此平行的条形电极，上基板SEG电极的条形电极与y轴形成θ’角度，0°≤θ’≤90°。 

作为改进，绝缘层是SiO2材料制成的。 

本发明还提供了上述双向裸眼立体显示设备的驱动方法，其特征在于，横向使用时，施加到液晶狭缝光栅上基板COM电极上的电压为0V，而施加到下基板SEG电极上的电压为V1，下基板COM电极和上基板SEG电极均置为0V电压；竖向使用时，施加到液晶狭缝光栅下基板COM电极电压为0V，而施加到上基板SEG电极上的电压为V1，上基板COM电极和下基板SEG电极均置为0V电压，V1>0。 

作为改进，施加到下基板SEG电极上的电压为+/-V1的方波电压，以防止液晶材料极化 

本发明相比现有技术具有以下优点：通过这样配合以上驱动方式和本发明提出的结构，即可实现不需要重新设计制作分光器件，既可以达到根据显示方向的需要，实现横竖两个方向均可实同样分辨率裸眼3D显示,为了实现横竖都能显示裸眼3D，如果采用普通的分光器件，横竖两种情况下需要分别设计，如果采用本发明中设计的这种动态可切换的分光器件，则不需要重新制作分光器件即可实现横竖两个方向显示裸眼3D，技术可以实现横竖两个反向显示裸眼3D，只是其中一个方向的裸眼3D分辨率要低于另外一个方向，本发明可以实现两个方向同分辨率。 

附图说明

图1狭缝光栅3D显示原理图。 

图2常见的横屏和竖屏LCD示意图。 

图3常见的横屏LCD横向和竖向使用光栅遮挡方式示意图。 

图4本发明整体结构示意图。 

图52D显示模块200剖面结构示意图。 

图62D显示模块像素设计。 

图72D显示模块像素TFT放置位置设计。 

图8本发明像素设计的其他实施例。 

图9本发明的横屏LCD横竖两个方向使用时3D光栅遮挡示意图。 

图103D分光器件剖面结构示意图。 

图113D分光器件各层电极结构示意图。 

图12横向显示时液晶狭缝光栅各层电极驱动电压对应关系示意图。 

图13竖向显示时液晶狭缝光栅各层电极驱动电压对应关系示意图。 

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。 

如图4所示，是本发明的整体结构剖面图。300表示背光源，200是2D显示模块，100是分光器件。200表示2D显示模块，可以为LCD，OLED模组等。该2D显示模块200具体结构见图5(本发明以LCD为例，OLED整体架构不同但，但像素结构类似，本发明主要是针对像素结构)，其中201是TFT玻璃基板、202是TFT(ThinFilm Transistor薄膜晶体管)层，203是液晶层，204是CF(Color Filter彩膜)层，205是CF玻璃基板。该分光器件可以是狭缝光栅、柱镜光栅、液晶狭缝光栅、液晶透镜等。 

如图6所示，(a)图是现有技术像素设计(b)图是本发明的像素设计，本发明2D显示模块的像素结构上不同于现有技术的条状RGB像素排列，本发明将像素设计为RGB按对角线排列。这是本发明的关键技术特征之一。如图7所示，TFT驱动开关的位置可像现有技术一样置于色阻覆盖区域，也可置于未被色阻覆盖区域。 

图7(a)显示的是现有技术像素TFT放置位置，图7(b)是本发明像素TFT放置位置。图7中TFT-R、TFT-G、TFT-B分别为R、G、G子像素TFT开关放置位置。BM(Black Matrix)为黑矩阵，作用是遮挡没有色阻的区域及像素内传输数据和开关信号的金属线。图7中仅就可TFT可放置位置示例，并不限于图中所示位置。现有技术TFT驱动开关的位置可置于色阻覆盖区域，而本发明的TFT驱动开关位置可置于色阻覆盖区域，也可置于未被色阻覆盖区域。这也是本发明的关键技术特征之一。这样做带来的好处是可以提高色阻区的像素开口率。通常对于手机等小尺寸(例如3.5英寸至6.5英寸)，如果PPI(Pixels per inch每英寸像素数)较高(如大于300PPI)像素开口率通常都较小(例如小于30％)。本发明虽然色阻区仅有现有技术的约1/3大小，但通过将TFT的放置位置设置在色阻区外可保证至少33％的开口率，开口率甚至优于高PPI情况下的现有技术像素设计方案。 

本发明的像素设计思想还可以举一些实施例。如图8左图所示为另一种像素方案，可将部分非色阻覆盖区域，原来是BM的区域改为白色像素。TFT的位置同样可以放置在色阻区外面。这样做的好处是可以提高显示画面亮度。当然还有其他基于本发明思想的像素设计实施例，如图8右图所示为另外一种像素方案，将整个像素分为9份，该方案除保留本发明按对角线设置RGB子像素的想法外，还将其他1/9像素区域再进行划分。具体划分方式有很多种，图例中举出的例子是将每个其他1/9像素区域划分为2份，分别设置为2种颜色，该2种颜色取法为以该1/9区域为中心，其X方向和Y方向对应的子像素颜色。最终的结果是每个子 像素所在的行或列都有4/6的R，1/6的G，1/6的B，或4/6的B，1/6的G，1/6的R，或4/6的G，1/6的R，1/6的B。这样做的好处是由于RGB比例相同，可以增加白画面的亮度。但带来的缺点也是非常明显的，就是每个像素里子像素的数量上升到15个，即TFT个数为15个，而且TFT必须向现有技术一样放置在色阻区内，开口率会有下降。数据信号的写入及像素驱动也将变得更为复杂。举这个例子仅为说明本发明的像素设计方案有很多种可能。 

下面介绍本发明的工作原理及其有益效果。 

图9所示为以狭缝光栅作为3D分光器件的遮挡采用本发明像素设计的横屏LCD的遮挡效果示意图。 

根据光栅与LCD边的角度，可分为垂直遮挡和倾斜遮挡两种方式，图9中画的是垂直遮挡的方式，倾斜遮挡时原理类同。图9(a)为横屏LCD横向使用时的3D光栅遮挡方式，当横屏LCD横向使用时，3D光栅遮挡方式主要有2种选择，遮挡子像素方式和遮挡像素方式，根据3D观看视点数设计的不同又可以遮挡2-n各子像素或像素(其中n通常为2-9不限定是整数)，但是当n取相同值时，遮挡子像素方式光栅的周期明显比遮挡像素方式光栅的周期要小。图中的遮挡方式以遮挡2列子像素为例。图中Ph为狭缝光栅的周期，本例中Ph＝2SubPixels，即2倍子像素宽度；Bh为狭缝光栅开口区宽度，通常为30％-50％的狭缝光栅周期Ph。图9(b)为横屏LCD竖向(即横向顺时针旋转90度)使用情况，图中Pv为狭缝光栅的周期，本例中Pv＝2Pixels，即2倍像素宽度；Bv为狭缝光栅开口区宽度，通常为30％-50％的狭缝光栅周期Pv。由于采用本发明像素结构的横屏LCD竖向使用时同样可以采用3D光栅遮挡子像素方式实现3D分光，因此由于当n取相同值时，Pv＝Ph，即在本例中，横屏LCD竖向使用时狭缝光栅周期与横向使用时狭缝光栅周期相等。即3D分辨率也相同。因此本发明提出的像素结构可达到横竖双向3D显示分辨率保持一致的有益效果。 

本发明上述的基本思想虽然解决了横竖双向3D显示分辨率不一致的问题，但是在应用分光器件时需要重新设计、并重新贴合制作以改变分光器件的方向以适配显示方向，在实际使用中还是不便利。为了进一步解决此问题，本发明还提出了一种分光器件，与本发明的像素结构一起搭配可以起到不需要重新设计制作分光器件既可以达到根据显示方向的需要动态可切换分光器件实现横竖两个方向均可实现裸眼3D显示。本发明提出的分光器件可采用液晶狭缝光栅技术或液晶透镜技术这类可电控切换的技术为基础。首先以液晶狭缝光栅作为实施例来说明。液晶透镜的原理类似。 

如图10所示，3D分光器件(以液晶狭缝光栅为例)100，下玻璃基板101，下基板COM电极102，下基板SEG电极103，电极102和电极103之间有绝缘层(SiO2等)隔开，液晶层104，上基板SEG电极105，上基板COM电极106，电极105和电极106之间有绝缘层(SiO2 等)隔开，上玻璃基板。图中液晶狭缝光栅下基板COM电极102和上基板COM电极106均为整面ITO电极，下基板SEG电极103，为彼此平行的条形电极，在水平方向(x轴)上，各个条形电极之间的间隔为Pd。为减小立体显示形成的摩尔纹，条形电极与y轴可形成θ角度，0°≤θ≤90°。上基板SEG电极105，为彼此平行的条形电极，在垂直方向(y轴)上，各个条形电极之间的间隔为Pd。为减小立体显示形成的摩尔纹，条形电极与x轴可形成θ角度，0°≤θ≤90°。下基板SEG电极103和上基板SEG电极105，其光栅条纹周期及角度可根据需要分别设计。光栅电极材料可以是ITO，IZO等透明导电材料。各光栅电极周边加电路引线，用以形成周边电路。为降低阻抗周边电路可以采用金属材料如铜、纯铝等进行制作。 

接下来举例具体说明驱动方法。首先说明液晶狭缝光栅100的驱动方法。分横向使用和竖向使用两种模式。 

横向使用时，设某一时刻施加到液晶狭缝光栅上基板COM电极106上的电压为0v，而施加到下基板SEG电极上的电压为+/-V1的方波以防止液晶材料极化，电压V1的大小以及方波频率/周期等依照液晶材料等特性决定。其他两层电极即下基板COM电极102和上基板SEG电极105由于不起作用，均置为COM电压即0V。由于上基板COM电极106区域与下基板SEG信号电极103之间形成了一定的电压差，形成黑白相间的条纹(条纹间距与角度由公用电极103的具体参数决定)，根据图1的3D显示原理，即可以在区域之内形成3D显示。 

竖向使用时，设某一时刻施加到液晶狭缝光栅下基板COM电极102上的电压为0v，而施加到上基板SEG电极105上的电压为+/-V1的方波以防止液晶材料极化，电压V1的大小以及方波频率/周期等依照液晶材料等特性决定。其他两层电极即上基板COM电极106和下基板SEG电极103由于不起作用，均置为COM电压即0V。由于下基板COM电极102区域与上基板SEG信号电极105之间形成了一定的电压差，形成黑白相间的条纹(条纹间距与角度由公用电极103的具体参数决定)，根据图1的3D显示原理，即可以在区域之内形成3D显示。 

这样配合以上驱动方式和本发明提出的像素结构，即可实现不需要重新设计制作分光器件既可以达到根据显示方向的需要动态可切换分光器件实现横竖两个方向均可实现裸眼3D显示。本发明提出的3D分光器件100(液晶狭缝光栅)方式的驱动方式同样适用与液晶透镜器件，不同之处在于使用液晶透镜器件时电极条数更多且可分别独立控制。 

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)

1.一种双向裸眼立体显示设备，包括背光源、2D显示模块和3D分光器件，所述2D显示模块设置在所述背光源与所述3D分光器件之间，所述2D显示模块是LCD或OLED，其特征在于，所述2D显示模块的的每个像素包括R、G、B三种子像素，所述R、G、B三种子像素在像素内呈对角线分布。

2.如权利要求1所述一种双向裸眼立体显示设备，其特征在于，将像素划分为九宫格形状，每个格子的大小相同，所述R、G、B三种子像素分别分布在同一条对角线穿过的三个格子中。

3.如权利要求2所述一种双向裸眼立体显示设备，其特征在于，剩余未被所述R、G、B三种子像素占据的空白格子中填充黑矩阵。

4.如权利要求3所述一种双向裸眼立体显示设备，其特征在于，用白色像素替换部分或全部所述黑矩阵。

5.如权利要求2所述一种双向裸眼立体显示设备，其特征在于，所述R、G、B子像素有相对应的TFT开关，所述每个R、G、B子像素有相对应的TFT开关设置在与其相邻的空白格子中。

6.如权利要求5所述一种双向裸眼立体显示设备，其特征在于，剩余未被所述R、G、B三种子像素及其相对应的TFT开关占据的空白格子中填充黑矩阵。

7.如权利要求2所述一种双向裸眼立体显示设备，其特征在于，所述九宫格的每一个非子像素占据的格子划分为若干子格子，在所述子格子中设置R、G、B子像素、TFT开关、黑矩阵或白色像素。

8.如权利要求1所述一种双向裸眼立体显示设备，其特征在于，所述3D分光器件是狭缝光栅，所述狭缝光栅从下到上依次设置下玻璃基板，下基板COM电极，下基板SEG电极，液晶层，上基板SEG电极，上基板COM电极，上玻璃基板，所述下基板COM电极和所述下基板SEG电极之间有绝缘层隔开，所述上基板SEG电极和所述上基板COM电极之间有绝缘层(SiO2等)隔开，所述下基板COM电极和所述上基板COM电极均为整面ITO电极，所述下基板SEG电极为彼此平行的条形电极，所述下基板SEG电极的条形电极与x轴形成θ角度，0°≤θ≤90°，所述上基板SEG电极为彼此平行的条形电极，所述上基板SEG电极的条形电极与y轴形成θ’角度，0°≤θ’≤90°。

9.如权利要求8所述一种双向裸眼立体显示设备的驱动方法，其特征在于，横向使用时，施加到液晶狭缝光栅上基板COM电极上的电压为0V，而施加到下基板SEG电极上的电压为V1，下基板COM电极和上基板SEG电极均置为0V电压；竖向使用时，施加到液晶狭缝光栅下基板COM电极电压为0V，而施加到上基板SEG电极上的电压为V1，上基板COM电极和下基板SEG电极均置为0V电压，V1>0。

10.如权利要求10所述的驱动方法，其特征在于，所述施加到下基板SEG电极上的电压为+/-V1的方波电压，以防止液晶材料极化。