CN104360533B - 一种 3d 显示装置及其显示驱动方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种3D显示装置及其显示驱动方法，该3D显示装置包括用于输出二维显示图像的显示面板；深度数据提取装置，用于获取所述显示面板当前帧所输出显示图像各像素单元的深度数据；折射率调整装置，设置于所述显示面板的出光侧，用于根据所述深度数据，对所述显示面板经各像素单元透出的光线进行折射，使经过所述折射率调整装置所折射光线的折射率与所述深度数据的大小成正比。该显示装置通过设置深度数据提取装置和折射率调整装置，使经过显示面板所输出显示图像的显示光线经过折射，其折射率与对应像素单元二维显示时的深度值成正比，这样对于当前帧的显示画面，观看者可以看到距离不同的物体，从而产生立体感，呈现真实的立体显示效果。

Description

一种3D显示装置及其显示驱动方法
技术领域
本发明涉及显示技术领域，尤其是指一种3D显示装置及其显示驱动方法。
背景技术
3D显示区别于2D显示就是要用各种方法给观看者带来视觉的深度感知，使之自然或不自然获得画面中第三维的信息，这种感知方法对人眼来说就是真3D和假3D的区别。所以，对于3D立体成像技术而言，还原3D立体空间中的真实物理景深非常重要，也是使人眼能够感知到3D立体图像的最关键的因素。
在目前的3D显示装置中，普遍使用的显示原理并非为真3D，通常采用先模拟人类双眼获得真实场景的立体图相对，然后将立体图相对显示于显示装置上，再利用3D器件使观看者的左眼只看到立体图中相对的左眼图，右眼只看到立体图中相对的右眼图，从而使观看者产生立体感觉的技术，也即视差型立体显示技术，只用两幅图画就还原出了立体效果。
如图1a和图1b所示，对于某物点A，在观看者左右眼中所成的同源像点为AL和AR，那么就可以拍摄到左眼图AL和右眼图AR。将左眼图和右眼图呈现在显示平面上，然后使观看者左眼只看到AL,右眼只看到AR，那么当AL位于AR左边时，观看者就会感知到物点A浮于显示平面前面,我们称之为“出屏效果”；那么当AL位于AR右边时，观看者就会感知到物点A浮于显示平面后面,我们称之为“入屏效果”。
上述的3D显示原理只是一种假3D显示方法，存在显示调节和辐辏不匹配、眼晕和显示死区等难以解决的缺陷。
目前也有出现对真3D显示技术的研究，例如全息三维显示，但应用该原理的显示装置，结构复杂，且目前难以产品化。
发明内容
鉴于此，本发明技术方案的目的是提供一种3D显示装置及其显示驱动方法，能够实现真实的立体显示效果。
本发明提供一种3D显示装置，包括：
用于输出二维显示图像的显示面板；
深度数据提取装置，用于获取所述显示面板当前帧所输出显示图像各像素单元的深度数据；
折射率调整装置，设置于所述显示面板的出光侧，用于根据所述深度数据，对所述显示面板经各像素单元透出的光线进行折射，使经过所述折射率调整装置所折射光线的折射率与所述深度数据的大小成正比。
优选地，上述所述的3D显示装置，所述折射率调整装置包括多个折射率调整单元，每一所述折射率调整单元用于对所述显示面板的n个或1/n个像素单元所透出的光线进行折射。
优选地，上述所述的3D显示装置，所述折射率调整单元包括：
相对设置的第一基板和第二基板；
与第一基板连接的第一驱动电极和与第二基板连接的第二驱动电极；
设置于所述第一驱动电极和所述第二驱动电极之间的液晶层；
设置于所述液晶层与所述第一驱动电极之间的第一取向层；
设置于所述液晶层与所述第二驱动电极之间的第二取向层；
与所述第一基板远离所述第一驱动电极的一侧贴合连接的偏光片；
其中所述偏光片朝所述显示面板的出光侧设置。
优选地，上述所述的3D显示装置，所述第一驱动电极包括一面电极，所述第二驱动电极包括多个平行排列的条状电极。
优选地，上述所述的3D显示装置，所述折射率调整装置还包括一电压驱动模块，用于根据从所述深度数据提取装置获得的所述深度数据，向各个所述折射率调整单元的所述第一驱动电极和所述第二驱动电极输入驱动电压。
优选地，上述所述的3D显示装置，所述显示面板为液晶显示面板、有机发光二极管显示面板或等离子显示面板。
优选地，上述所述的3D显示装置，所述经过所述折射率调整装置所折射光线的折射率与所述深度数据的大小成正比的计算公式为：
其中：Pmax为所述深度数据的最大深度值；Pmin为所述深度数据的最小深度值；nmax为最大深度值Pmax所对应的折射率；nmin为最小深度值Pmin所对应的折射率；P为待计算像素单元所透出光线的深度值；n为待计算像素单元所透出光线的深度值为P时，所对应的折射率。
优选地，上述所述的3D显示装置，所述深度数据提取装置设置于所述显示面板上。
本发明还提供一种如上任一项所述3D显示装置的显示驱动方法，所述显示驱动方法包括：
获取所述显示面板当前帧显示图像的显示数据；
根据所述显示数据，获取所述显示面板当前帧所显示图像各像素单元的深度数据；
根据所述深度数据，调整所述折射率调整装置输入的驱动电压，使所述折射率调整装置对所述显示面板经各像素单元透出的光线进行折射，且所折射光线的折射率与所述深度数据的大小成正比。
优选地，上述所述的显示驱动方法，所述使所述折射率调整装置对所述显示面板经各像素单元透出的光线进行折射，且所折射光线的折射率与所述深度数据的大小成正比的具体计算方式为：
其中：Pmax为所述深度数据的最大深度值；Pmin为所述深度数据的最小深度值；nmax为最大深度值Pmax所对应的折射率；nmin为最小深度值Pmin所对应的折射率；P为待计算像素单元所透出光线的深度值；n为待计算像素单元所透出光线的深度值为P时，所对应的折射率。
本发明具体实施例上述技术方案中的至少一个具有以下有益效果：
通过设置深度数据提取装置和折射率调整装置，使经过显示面板所输出显示图像的显示光线经过折射，其折射率与对应像素单元二维显示时的深度值成正比，这样对于当前帧的显示画面，观看者可以看到距离不同的物体，从而产生立体感，呈现真实的立体显示效果。
附图说明
图1a和图1b分别表示现有技术3D显示装置的原理示意图；
图2表示本发明第一实施例所述3D显示装置的原理结构示意图；
图3表示折射原理的结构示意图；
图4表示所述折射率调整装置的结构示意图；
图5表示本发明实施例所述3D显示装置中，所述折射率调整单元的其中一种实施例的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例对本发明进行详细描述。
本发明具体实施例所述3D显示装置，如图2的结构示意图，包括：
用于输出二维显示图像的显示面板1；
深度数据提取装置2，用于获取所述显示面板当前帧所输出显示图像各像素单元的深度数据；
折射率调整装置3，设置于所述显示面板1的出光侧，用于根据所述深度数据，对所述显示面板1经各像素单元透出的光线进行折射，使经过所述折射率调整装置3所折射光线的折射率与所述深度数据的大小成正比，将所述显示面板1所输出的显示图像转换为3D图像。
本发明实施例所述3D显示面板，通过设置深度数据提取装置2和折射率调整装置3，使经过显示面板所输出显示图像的显示光线经过折射，其折射率与对应像素单元二维显示时的深度成正比，这样对于当前帧的显示画面，观看者可以看到距离不同的物体，从而产生立体感，将所述显示面板所输出的2D显示图像转换为3D图像。
具体地，本发明中所提及的深度数据是指显示图像的显示场景中的某一点与显示屏幕之间的距离。本领域技术人员所了解的，在显示器所显示2D图像中，显示图像所显示场景中各点相对于显示屏幕的距离可以用深度图来表示，即深度图中的每一个像素的亮度值表示场景中某一点与显示屏幕之间的距离，现有技术中已存在多种计算所输出画面各像素点的场景与显示屏幕之间距离，获得深度数据，以确定所输出画面的深度图的计算方法。现有一种确定深度图像的方式为接收来自场景发射或反射的光能量，形成有关场景光能量分布函数，深度图像以灰度图像表示。采用该种方式，深度图表示为一黑白图片，颜色越白越亮的图层表示越接近观看者的位置。
采用上述原理，依据深度图像的图片，可以计算出在该深度图像上每一像素点的亮度值，并将每一像素点的亮度值与一基本亮度值进行比较，判断该深度图像上每一像素点的亮度值相对于基本亮度值的比值，比值越大的，说明该像素点在深度图像上的亮度越高，距离观看者的位置越近；比值越小的，说明该像素点在深度图像上的亮度越低，距离观看者的位置越远。
当然，在计算像素点的深度数值时，获得深度图像的图片并非为必然的步骤，本领域技术人员可以直接根据当前帧所输出显示图像计算形成深度图像时每一像素点的亮度值。
基于上述，本领域技术人员应该能够了解所述深度数据提取装置2从显示面板1的当前显示图像中计算获得各像素单元的深度数据的具体计算方式，且该部分并非为本申请的研究重点，在此不详细描述。
进一步地，本发明实施例所述3D显示装置的原理如下：
如图3所示，当人眼100通过折射率为nx(非1)的折射物体200观看物体300时，由于空气的折射率为1，在光线透过折射物体200的折射表面210时，在折射原理作用下，透过折射物体200传输到空气的光线产生折射，人眼100实际会看到如图3所示虚线所示的成像物体300，，位置会与物体300的实际位置有所差异。
当物体300到折射物体200的折射表面210的距离以P0表示，成像物体300，到折射物体200的折射表面210的距离以Px表示时，该两个距离之间的关系满足以下公式：
基于以上的原理，结合图2所示,采用本发明技术方案，当在显示面板1的出光侧设置折射率调整装置3时，显示面板1的各个像素单元对应形成为上述图3中的物体300，折射率调整装置3对应形成为上述图3中的折射物体200，通过控制折射率调整装置3的折射率，可以使观看者看到像素单元的成像处于不同观看距离，从而产生立体感。
进一步地，本发明实施例所述3D显示装置，所述折射率调整装置3入射光线在偏振方向上的折射率与显示面板1所输出图像对应深度图的深度数据成正比，如上公式1所示，当折射率越大时，Px越小，也即成像物体距离折射率调整装置3的折射表面的距离越小，而距离实际物体300的距离越大，因此与观看者的距离也越小，对应具有较大的深度值，因此显示面板1所输出图像对应的深度图上深度值较大物体的成像距离与观看者的距离越近，对应黑白色的深度图上亮度较高物体离观看者的距离越近，入射光线在偏振方向上折射率越大，使观看者看到位于不同深度的图像画面。
基于以上的原理，本发明所述3D显示装置中，通过深度数据提取装置2获取各像素点的深度数据，通过折射率调整装置3根据所述深度数据，对所述显示面板1经各像素单元透出的光线进行折射，使经过所述折射率调整装置3所折射光线的折射率与所述深度数据的大小成正比，且具体的计算公式可以为：
其中：Pmax为所述深度数据的最大深度值；Pmin为所述深度数据的最小深度值；nmax为最大深度值Pmax所对应的折射率；nmin为最小深度值Pmin所对应的折射率；P为待计算像素单元所透出光线的深度值；n为待计算像素单元所透出光线的深度值为P时，所对应的折射率。
根据深度数据的获取方式，依据上述的描述，本发明实施例中，上述深度数据可以由表示深度图像的图片上对应像素点的亮度值表示。
本发明实施例所述3D显示装置中，如图2所示，其中深度数据提取装置2是设置于显示面板1上，用于从显示面板1的图像输出驱动芯片中获取当前帧所输出显示图像的深度数据，该深度数据提取装置2还进一步与折射率调整装置3连接，用于将所获得的深度数据传输至折射率调整装置，使其依据深度数据调整像素单元对应的折射率。本领域技术人员可以理解，该深度数据提取装置不限于仅能够设置于显示面板1上，也可以设置于深度数据提取装置2上，只要能够与显示面板1和折射率调整装置3均具有信号连接即可。
进一步地，所述3D显示装置中，所述折射率调整装置3包括多个折射率调整单元31，如图4所示，各个折射率调整单元31相连且依次排列，整个折射率调整装置3的出光面积与显示面板1的显示面积相对应，每一个折射率调整单元31的出光面积与显示面板的n个或1/n个像素单元的大小对应，用于对显示面板1的n个或1/n个像素单元所透出的光线进行折射，其中n为正整数。所述各个折射率调整单元31所透过光线的折射率可以分别独立控制，其中相同显示面积的显示面板1，所包括的折射率调整单元31的数量越多，实现3D显示效果的控制更加精确，3D显示效果越逼真。
图5为本发明实施例所述3D显示装置中，所述折射率调整单元31的其中一种实施例的结构示意图。
参阅图5所示，本发明实施例中，所述折射率调整单元31是通过对液晶层的控制实现，具体包括：
相对设置的第一基板311和第二基板312；
与第一基板311连接的第一驱动电极313和与第二基板312连接的第二驱动电极314；
设置于所述第一驱动电极313和所述第二驱动电极314之间的液晶层315；
设置于所述液晶层315与所述第一驱动电极313之间的第一取向层316；
设置于所述液晶层315与所述第二驱动电极314之间的第二取向层317；
与所述第一基板311远离所述第一驱动电极313的一侧贴合连接的偏光片318；
其中所述偏光片318朝所述显示面板1的出光侧设置。
具体地，所述第一驱动电极313包括一面电极，第二驱动电极314包括多个平行排列的条状电极。
进一步地，所述折射率调整装置3还包括一电压驱动芯片，分别与各个折射率调整单元31的第一驱动电极313和第二驱动电极314连接，以根据从所述深度数据提取装置2(如图2所示)获得的深度数据，向各个折射率调整单元31的第一驱动电极313和第二驱动电极314输入驱动电压，使液晶层315根据第一驱动电极313和第二驱动电极314之间的电压差具有不同偏转角度，因此对所透过的光线产生不同程度的折射。
进一步地，通过设置偏光片318，使从显示面板1所透出显示图像的传输光线的偏振方向相同，如均具有第一偏振方向；当该具有第一偏振方向的光线传输进入上述结构的所述折射率调整单元31时，若此时折射率调整单元31的第一驱动电极313和第二驱动电极314上未施加电压，液晶层315的液晶分子未发生偏转，则透过该折射率调整单元31的光线具有折射率n1；随着第一驱动电极313和第二驱动电极314上施加电压大小的不同，液晶层314的液晶分子的偏转角度不同，从而使透过液晶层的光的偏转角度不同，这样透过该折射率调整单元31的光线具有不同的折射率。
采用上述结构的折射率调整单元31，使一个折射率调整单元31与显示面板1的n个或1/n个像素单元相对应，在初始状态，第一驱动电极313和第二驱动电极314上未施加电压，液晶层315的液晶分子保持水平未发生偏转，不会使透过的光发生折射，将该状态设定为像素点在深度图像上的亮度值为基本亮度值的状态；在进行3D显示时，折射率调整单元31从深度数据调整装置2获得各像素点在深度图像上的亮度值与基本亮度值的比较值，通过比较值的大小，确定第一驱动电极313和第二驱动电极314上所施加电压的大小(可以根据图像显示效果设定)，但保证比较值越大时，第一驱动电极313和第二驱动电极314所施加电压越大，使透过光的折射率越大，依据上述的公式(1)，这样Px越小，也即成像物体距离折射率调整装置3的折射表面的距离越小。
通过上述的方式，依据各像素单元所输出显示图像时的亮度数据，调节第一驱动电极313和第二驱动电极314上的输入电压，使经过显示面板1的像素单元所透出光线传输至折射率调整单元31后，经折射率调整单元31折射后光线的折射率与像素单元所输出图像的深度数据成正比，亮度越高时，折射后所成像的图像与观看者的距离越远，观看者看到位于不同深度的图像画面，呈现3D图像显示。
本发明实施例的3D显示装置中，所述显示面板1可以为液晶显示面板、有机发光二极管显示面板和等离子显示面板中的其中一种，只要能够实现二维图像显示即可。
本发明具体实施例另一方面还提供一种用于上述3D显示装置的显示驱动方法，具体地，该显示驱动方法包括：
获取所述显示面板当前帧显示图像的显示数据；
根据所述显示数据，获取所述显示面板当前帧所显示图像各像素单元的深度数据；
根据所述深度数据，调整所述折射率调整装置输入的驱动电压，使所述折射率调整装置对所述显示面板经各像素单元透出的光线进行折射，且所折射光线的折射率与所述深度数据的大小成正比。
进一步地，所述使所述折射率调整装置对所述显示面板经各像素单元透出的光线进行折射，且所折射光线的折射率与所述深度数据的大小成正比的具体计算方式为：
其中：Pmax为所述深度数据的最大深度值；Pmin为所述深度数据的最小深度值；nmax为最大深度值Pmax所对应的折射率；nmin为最小深度值Pmin所对应的折射率；P为待计算像素单元所透出光线的深度值；n为待计算像素单元所透出光线的深度值为P时，所对应的折射率。
利用上述的显示驱动方法，使经过显示面板的像素单元所透出光线传输至折射率调整单元后，经折射率调整单元折射后光线的折射率与像素单元所输出图像的深度数据成正比，深度值越高时，折射后所成像的图像与观看者的距离越近，观看者看到位于不同深度的图像画面，呈现3D图像显示。
以上所述的是本发明的优选实施方式，应当指出对于本技术领域的普通人员来说，在不脱离本发明所述的原理前提下还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种3D显示装置，其特征在于，包括：
用于输出二维显示图像的显示面板；
深度数据提取装置，用于通过获取所述显示面板当前帧所输出显示图像的深度图像上每一像素点的亮度值，将该亮度值与一基本亮度值进行比较，判断该深度图像上每一像素点的亮度值相对于基本亮度值的比值，获取所述显示面板当前帧所输出显示图像各像素单元的深度数据；
折射率调整装置，设置于所述显示面板的出光侧，用于根据所述深度数据，对所述显示面板经各像素单元透出的光线进行折射，使经过所述折射率调整装置所折射光线的折射率与所述深度数据的大小成正比。
2.如权利要求1所述的3D显示装置，其特征在于，所述折射率调整装置包括多个折射率调整单元，每一所述折射率调整单元用于对所述显示面板的n个或1/n个像素单元所透出的光线进行折射。
3.如权利要求2所述的3D显示装置，其特征在于，所述折射率调整单元包括：
相对设置的第一基板和第二基板；
与第一基板连接的第一驱动电极和与第二基板连接的第二驱动电极；
设置于所述第一驱动电极和所述第二驱动电极之间的液晶层；
设置于所述液晶层与所述第一驱动电极之间的第一取向层；
设置于所述液晶层与所述第二驱动电极之间的第二取向层；
与所述第一基板远离所述第一驱动电极的一侧贴合连接的偏光片；
其中所述偏光片朝所述显示面板的出光侧设置。
4.如权利要求3所述的3D显示装置，其特征在于，所述第一驱动电极包括一面电极，所述第二驱动电极包括多个平行排列的条状电极。
5.如权利要求3所述的3D显示装置，其特征在于，所述折射率调整装置还包括一电压驱动模块，用于根据从所述深度数据提取装置获得的所述深度数据，向各个所述折射率调整单元的所述第一驱动电极和所述第二驱动电极输入驱动电压。
6.如权利要求1所述的3D显示装置，其特征在于，所述显示面板为液晶显示面板、有机发光二极管显示面板或等离子显示面板。
7.如权利要求1所述的3D显示装置，其特征在于，所述经过所述折射率调整装置所折射光线的折射率与所述深度数据的大小成正比的计算公式为：
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其中：Pmax为所述深度数据的最大深度值；Pmin为所述深度数据的最小深度值；nmax为最大深度值Pmax所对应的折射率；nmin为最小深度值Pmin所对应的折射率；P为待计算像素单元所透出光线的深度值；n为待计算像素单元所透出光线的深度值为P时，所对应的折射率。
8.如权利要求1所述的3D显示装置，其特征在于，所述深度数据提取装置设置于所述显示面板上。
9.一种如权利要求1至8任一项所述3D显示装置的显示驱动方法，其特征在于，所述显示驱动方法包括：
获取所述显示面板当前帧显示图像的显示数据；
根据所述显示数据，通过获取所述显示面板当前帧所输出显示图像的深度图像上每一像素点的亮度值，将该亮度值与一基本亮度值进行比较，判断该深度图像上每一像素点的亮度值相对于基本亮度值的比值，获取所述显示面板当前帧所输出显示图像各像素单元的深度数据；
根据所述深度数据，调整所述折射率调整装置输入的驱动电压，使所述折射率调整装置对所述显示面板经各像素单元透出的光线进行折射，且所折射光线的折射率与所述深度数据的大小成正比。
10.如权利要求9所述的显示驱动方法，其特征在于，所述使所述折射率调整装置对所述显示面板经各像素单元透出的光线进行折射，且所折射光线的折射率与所述深度数据的大小成正比的具体计算方式为：
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其中：Pmax为所述深度数据的最大深度值；Pmin为所述深度数据的最小深度值；nmax为最大深度值Pmax所对应的折射率；nmin为最小深度值Pmin所对应的折射率；P为待计算像素单元所透出光线的深度值；n为待计算像素单元所透出光线的深度值为P时，所对应的折射率。
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