CN104297994B - 集成成像3d液晶显示器及其使用的光学设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种集成成像3D液晶显示器及其使用的光学设备，所述集成成像3D液晶显示器包括：透镜阵列、显示面板，以及夹设于所述透镜阵列、显示面板之间的调光面板，其中，所述调光面板包括多个对应所述透镜阵列不同透镜或组合的调光单元，所述调光单元在运作时相对于所述透镜阵列和显示面板无位移，并且包括电极和调光材料，所述电极被施加电压，以使得所述调光材料将来自所述显示面板的光线传输至所述透镜阵列时，改变所述光线的传输方向。能够增大集成成像3D液晶显示器的观看视角。

Description

集成成像3D液晶显示器及其使用的光学设备
技术领域
本发明涉及3D显示技术领域，特别是涉及集成成像3D液晶显示器及其使用的光学设备。
背景技术
集成成像利用微透镜阵列对三维场景进行记录，并通过相同参数的微透镜阵列再现出3D图像。根据光路可逆原理再现出3D图像与原3D场景具有相同的色彩、深度等信息，因此集成成像也被称为真3D显示。
3D观看视角是集成成像3D显示的重要性能参数，它是指能看到无裂纹、无跳变、完整的3D图像的观看角度，3D观看角度越大说明观看自由度越大。
目前，业界一般通过在透镜阵列和显示器之间加入机械控制的可移动光栅(dynamic moving barrier)，光栅的移动可以调节显示器所发出光的传播方向，通过移动光栅并同步显示对应的元素图像(影像根据光栅的移动实时变化)，扩大观看视角。但采用这种机械方法在实际器件制作工艺中难度较大，且较难控制移动光栅的精确位置。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种集成成像3D液晶显示器及其使用的光学设备，能够增大集成成像3D液晶显示器的观看视角。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种集成成像3D液晶显示器，该集成成像3D液晶显示器包括透镜阵列、显示面板，以及夹设于透镜阵列、显示面板之间的调光面板，其中，调光面板包括多个对应透镜阵列不同透镜或组合的调光单元，调光单元在运作时相对于透镜阵列和显示面板无位移，并且包括电极和调光材料，电极被施加电压，以使得调光材料将来自显示面板的光线传输至透镜阵列时，改变光线的传输方向。
其中，调光材料是液晶，该液晶在被施加第一电压的电极所形成电场影响下改变其液晶分子的排列方向，以等效于第一形状的棱镜，使光线在透过透镜阵列后传输至左眼；并在被施加第二电压或未施加电压的电极所形成电场影响下改变或不改变其液晶分子的排列方向，以等效于第二形状的棱镜，使光线在透过透镜阵列后传输至右眼。
其中，在与透镜阵列和显示面板一致的平面方向，调光单元的尺寸等于透镜阵列中透镜单元尺寸，并且相邻调光单元之间的交界处于透镜单元的中心。
其中，调光材料中的电极包括第一透明电极和第二透明电极，第一透明电极和第二透明电极在至少一个被施加电压后形成电场。
其中，第一透明电极和第二透明电极分别位于调光材料的邻近透镜阵列、显示面板的两侧，或者均位于透镜阵列一侧，或均位于显示面板一侧。
为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种用于集成成像3D液晶显示的光学设备，该光学设备包括透镜阵列和调光面板，调光面板包括多个对应透镜阵列不同透镜或组合的调光单元，调光单元在运作时相对于透镜阵列无位移，并且包括电极和调光材料，电极被施加电压，以使得调光材料将来自显示面板的光线传输至透镜阵列时，改变光线的传输方向。
其中，调光材料是液晶，液晶在被施加第一电压的电极所形成电场影响下改变其液晶分子的排列方向，以等效于第一形状的棱镜，使光线在透过透镜阵列后传输至左眼；并在被施加第二电压或未施加电压的电极所形成电场影响下改变或不改变其液晶分子的排列方向，以等效于第二形状的棱镜，使光线在透过透镜阵列后传输至右眼。
其中，在与透镜阵列一致的平面方向，调光单元的尺寸等于透镜阵列中透镜单元尺寸，并且相邻调光单元之间的交界处于透镜单元的中心。
其中，调光材料中的电极包括第一透明电极和第二透明电极，第一透明电极和第二透明电极在至少一个被施加电压后形成电场。
其中，第一透明电极和第二透明电极分别位于调光材料的邻近透镜阵列、显示面板的两侧，或者均位于透镜阵列一侧，或均位于显示面板一侧。
本发明的有益效果是：本发明提供的集成成像3D液晶显示器包括透镜阵列、显示面板，以及夹设于透镜阵列、显示面板之间的调光面板，通过调节电极上施加的电压，使得调光材料将来自显示面板的光线传输至透镜阵列时，改变光线的传输方向。比采用实际器件制作工艺中难度较大、且较难控制移动光栅的精确位置的机械方式控制光栅的移动增加集成成像3D液晶显示器观看视角相比，能够方便控制。
附图说明
图1是现有技术集成成像工作原理示意图；
图2是现有技术集成成像3D液晶显示器观看视角的结构示意图；
图3是现有技术集成成像3D液晶显示器增大观看视角的结构示意图
图4是本发明集成成像3D液晶显示器一实施例的结构示意图；
图5是本发明集成成像3D液晶显示器另一实施例的结构和光路示意图；
图6是本发明集成成像3D液晶显示器观看视角示意图；
图7是本发明光学设备一实施方式的结构示意图；
图8是本发明光学设备另一实施方式的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施方式对本发明进行详细说明。
集成成像技术是一种利用微透镜阵列对三维场景进行记录和再现的真三维裸视自由立体显示技术。它包含了采集和影像重构两个过程，其基板原理，请参阅图1，图1是现有技术集成成像技术工作原理示意图，采集阶段就是通过记录物体130的发出光线经过透镜阵列120中每个透镜121，经过每个透镜121的光线在传感器110对应的位置上记录一个2D的影像，每个2D影像称为元素图像140，所有透镜120对应的元素图像140构成元素图像阵列，元素图像阵列形成对3D物体或者3D场景的信息采集，即可获取物体空间场景多方位视角的图像元阵列。
而影像重构过程就是把记录所得到的图像元阵列透射出来的光线聚集还原，根据光线可逆原理，可以重构出被采集的3D物体或者3D场景，从而人眼不用通过眼镜就能观看3D效果。
请参阅图2，图2是现有技术集成成像3D液晶显示器观看视角示意图。图中包括传感器210、透镜阵列220，正常观看区域230，串扰观看区域240。θ是为正常观看区域230的视角，g表示透镜和传感器之间的间距，p表示透镜节距。一个透镜节距的垂直平分线为正常观看区域230的视角平分线，透镜和传感器之间的间距g和二分之一透镜节距p组成的直角三角形的一个顶角大小为正常观看区域230的视角θ的一半，根据直角三角形性质，可知计算得到观看角度
请参阅图4，图4是本发明集成成像3D液晶显示器一实施例的结构示意图。本发明提供一种集成成像3D液晶显示器，该集成成像3D液晶显示器包括：透镜阵列310、显示面板330，以及夹设于透镜阵列310、显示面板330之间的调光面板320，其中，调光面板320包括多个对应透镜阵列310不同透镜或组合的调光单元，比如透镜阵列310含8个透镜，分别标号1至8，实际中透镜阵列310包含多个透镜。调光面板320在运作时相对于透镜阵列310和显示面板330无位移，并且包括电极340和调光材料350，调光材料350可以在电极340被施加电压时将来自显示面板330的光线传输至透镜阵列310时，改变光线的传输方向，分时传输左右眼图像。当显示图像是左眼图像时，调节电压使得调光面板320将来自显示面板330的光线透过透镜阵列310传输至左眼，当显示图像是右眼图像时，调节电压使得调光面板320将来自显示面板330的光线透过透镜阵列310传输至右眼。
在不同时间交替显示左右眼图像，通过调光面板将左眼图像传输至左眼，将右眼图像传输至右眼。由于人眼的视觉暂留效应，人的左右眼分别可以看到不同的影像(左右眼图像)，从而使人感受到3D效果。
请参阅图5，图5是本发明集成成像3D液晶显示器另一实施例的结构和光路示意图。本发明提供一种集成成像3D液晶显示器，该集成成像3D液晶显示器包括：透镜阵列410、显示面板430、调光面板420，调光面板420包括多个调光单元，调光面板420还包括电极440和调光材料450，电极440包括第一透明电极和第二透明电极，本实施例中调光面板420为液晶层，调光材料450为液晶，其中调光材料450还可以是能在电压作用下改变光线方向的各种透明固态晶体或透明陶瓷材料。
液晶层夹设于透镜阵列410、显示面板430之间，透镜阵列410和显示面板430的平面方向一致，液晶单元的尺寸等于透镜阵列410中透镜单元尺寸，并且相邻液晶单元之间的交界处于透镜单元的中心。第一透明电极和第二透明电极均位于显示面板430一侧，具体实施中第一透明电极和第二透明电极还可以分别位于液晶层邻近透镜阵列410、显示面板430的两侧，或均位于透镜阵列410一侧。第一透明电极和第二透明电极在至少一个被施加电压后形成电场。
假设透镜阵列只含8个透镜单元，分别编号1至8，请参阅图5(a)，在某时刻t1，此时显示面板430显示左眼图像，液晶单元在被施加第一电压的电极所形成电场影响下改变其液晶分子的排列方向，此时液晶单元等效于第一形状的棱镜，液晶单元只将将来自显示面板430的左眼图像光线透过透镜阵列410中透镜编号为1、3、5、7这四个透镜，传输至左眼。请参阅图5(b)，在另一时刻t2，此时显示面板430显示右眼图像，液晶单元被施加第二电压或未施加电压的电极所形成电场影响下改变或不改变其液晶分子的排列方向，此时液晶单元等效于第二形状的棱镜，液晶单元可将来自显示面板430的右眼图像光线透过透镜阵列410中透镜编号为2、4、6、8这四个透镜，传输至右眼。
在时间上，按t1、t2时刻的规律交替重复，分别将左右眼图像对应传输至左右眼，由于人眼的视觉暂留效应，人的左右眼分别可以看到不同的图像(左右眼图像)，从而使人感受到3D效果。
参阅图6，图6是本发明集成成像3D液晶显示器观看视角示意图。图中包括透镜阵列510、显示面板530和夹设透镜阵列510、显示面板53之间的调光面板。由上述说明可以知本发明集成成像3D液晶显示器观看视角θ与两个透镜节距p组成等腰三角形，观看视角θ顶点与显示面板530距离为透镜和传感器之间的间距g。两个透镜节距p的垂直平分线为视角θ的角平分线，所以观看视角从而计算出视角
区别于现有技术：本发明通过将通过电压控制光线传播方向的调光面板夹设于显示面板和微透镜阵列之间，当调光面板中电极施加第一电压时，调光面板可将来自显示面板左眼图像光线透过微透镜阵列传输至左眼；当调光面板中电极施加第二电压时，调光面板可将来自显示面板右眼图像光线透过微透镜阵列传输至右眼，调光面板相对微透镜阵列和显示面板不会产生位移。由于人眼的视觉暂留效应，从而使人感受到3D效果。相对未增加其他光学设备的显示器，其观看视角本申请观看视角θ为增大了观看视角；相对采用机械控制光栅的移动来改变左右眼图像光线的显示器，这种采用机械控制的显示器在实际器件制作工艺中难度较大且较难控制光栅的精确位置，而光栅的移动会不可避免的产生摩擦、发热等问题，从而导致显示器的使用寿命变短，本申请通过电压控制液晶的排列调节光线的传播方向，不会产生多余热量，保证了显示器寿命，更方便实现和控制。
请参阅图7，图7是本发明光学设备一实施方式的结构示意图。本发明提供一种用于集成成像3D液晶显示的光学设备，该光学设备包括透镜阵列610和调光面板620，调光面板620包括多个对应透镜阵列610不同透镜或组合的调光单元，调光单元在运作时相对于透镜阵列无位移，并且包括电极630和调光材料640，电极630包括第一透明电极和第二透明电极，第一透明电极和第二透明电极分别位于调光材料640的邻近透镜阵列、显示面板的两侧，或者均位于透镜阵列一侧，或均位于显示面板一侧，第一透明电极和第二透明电极在至少一个被施加电压后形成电场，电极630被施加电压，以使得调光材料640将来自显示面板的光线根据需要传输至对应透镜阵列，改变光线的传输方向。
请参阅图8，图8是本发明光学设备另一实施方式的结构示意图。本发明提供一种用于集成成像3D液晶显示的光学设备，该光学设备包括透镜阵列710和调光面板720，调光面板720与透镜阵列710的平面方向一致，调光单元的尺寸等于透镜阵列中透镜单元尺寸，并且相邻调光单元之间的交界处于透镜单元的中心本实施例中调光材料740是液晶，具体实施中调光材料740也可以是能在电压作用下改变光线方向的各种透明固态晶体或透明陶瓷材料。调光面板720包括多个对应透镜阵列液晶单元，液晶单元在运作时相对于透镜阵列无位移，调光面板720还包括电极730和调光材料740，电极730包括第一透明电极和第二透明电极，第一透明电极和第二透明电极分别位于调光材料740的邻近透镜阵列、显示面板的两侧，或者均位于透镜阵列一侧，或均位于显示面板一侧。第一透明电极和第二透明电极在至少一个被施加电压后形成电场，液晶在被施加第一电压的电极所形成电场影响下改变其液晶分子的排列方向，以等效于第一形状的棱镜，使光线在透过透镜阵列后传输至左眼；并在被施加第二电压或未施加电压的电极730所形成电场影响下改变或不改变其液晶分子的排列方向，以等效于第二形状的棱镜，使光线在透过透镜阵列后传输至右眼。
以上仅为本发明的实施方式，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 (10)

1.一种集成成像3D液晶显示器，其特征在于，包括透镜阵列、显示面板，以及夹设于所述透镜阵列、显示面板之间的调光面板，其中，所述调光面板包括多个对应所述透镜阵列不同透镜或组合的调光单元，所述调光单元在运作时相对于所述透镜阵列和显示面板无位移，并且包括电极和调光材料，所述电极被施加电压，以使得所述调光材料将来自所述显示面板的光线传输至所述透镜阵列时，改变所述光线的传输方向。
2.根据权利要求1所述的集成成像3D液晶显示器，其特征在于，所述调光材料是液晶，所述液晶在被施加第一电压的所述电极所形成电场影响下改变其液晶分子的排列方向，以等效于第一形状的棱镜，使所述光线在透过所述透镜阵列后传输至左眼；并在所述被施加第二电压或未施加电压的所述电极所形成电场影响下改变或不改变其液晶分子的排列方向，以等效于第二形状的棱镜，使所述光线在透过所述透镜阵列后传输至右眼。
3.根据权利要求2所述的集成成像3D液晶显示器，其特征在于，在与所述透镜阵列和显示面板一致的平面方向，所述调光单元的尺寸等于所述透镜阵列中透镜单元尺寸，并且相邻所述调光单元之间的交界处于所述透镜单元的中心。
4.根据权利要求2所述的集成成像3D液晶显示器，其特征在于，所述调光材料中的所述电极包括第一透明电极和第二透明电极，所述第一透明电极和第二透明电极在至少一个被施加电压后形成电场。
5.根据权利要求4所述的集成成像3D液晶显示器，其特征在于，所述第一透明电极和第二透明电极分别位于所述调光材料的邻近所述透镜阵列、显示面板的两侧，或者均位于所述透镜阵列一侧，或均位于所述显示面板一侧。
6.一种用于集成成像3D液晶显示的光学设备，其特征在于，包括：透镜阵列和调光面板，所述调光面板包括多个对应所述透镜阵列不同透镜或组合的调光单元，所述调光单元在运作时相对于所述透镜阵列无位移，并且包括电极和调光材料，所述电极被施加电压，以使得所述调光材料将来自显示面板的光线传输至所述透镜阵列时，改变所述光线的传输方向。
7.根据权利要求6所述的光学设备，其特征在于，所述调光材料是液晶，所述液晶在被施加第一电压的所述电极所形成电场影响下改变其液晶分子的排列方向，以等效于第一形状的棱镜，使所述光线在透过所述透镜阵列后传输至左眼；并在所述被施加第二电压或未施加电压的所述电极所形成电场影响下改变或不改变其液晶分子的排列方向，以等效于第二形状的棱镜，使所述光线在透过所述透镜阵列后传输至右眼。
8.根据权利要求7所述的光学设备，其特征在于，在与所述透镜阵列一致的平面方向，所述调光单元的尺寸等于所述透镜阵列中透镜单元尺寸，并且相邻所述调光单元之间的交界处于所述透镜单元的中心。
9.根据权利要求7所述的光学设备，其特征在于，所述调光材料中的所述电极包括第一透明电极和第二透明电极，所述第一透明电极和第二透明电极在至少一个被施加电压后形成电场。
10.根据权利要求9所述的光学设备，其特征在于，所述第一透明电极和第二透明电极分别位于所述调光材料的邻近所述透镜阵列、显示面板的两侧，或者均位于所述透镜阵列一侧，或均位于所述显示面板一侧。
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