CN104853007A - 可用液晶微透镜阵列切换二维三维显示的手机设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可用液晶微透镜阵列切换二维三维显示的手机设备和方法。一种便携式电子设备，包括：液晶微透镜阵列，包括上基板、下基板和位于两层基板之间的液晶层，在向上、下基板之间施加的电压差不为零时，实现三维显示功能，而在向上、下基板之间施加的电压差为零的时候实现二维显示功能；触摸屏，设置在液晶微透镜阵列与显示面板之间；显示面板。该设备还采用了采用共用电极技术。便携式电子设备显示图像的方法包括：判断用户选择的是3D还是2D状态；如果选择的是3D状态，则识别用户的动作，并根据内容产生交错的3D图像数据；将图像数据传输给显示面板。本发明的设备具有结构简洁、节约电能、减少整体厚度并适应手机的屏幕旋转应用的优点。

Description

可用液晶微透镜阵列切换二维三维显示的手机设备和方法

技术领域

本发明涉及一种可实现三维显示的便携式设备及其方法，特别涉及一种可利用液晶微透镜阵列切换二维显示和三维显示的便携式设备及其方法。

背景技术

随着社会的进步和科技的发展，传统手机设备逐渐发展为智能手机，具备多种多样的功能，然而，现有的手机设备绝大多数都只能显示二维信息，并不能给人以深度感觉。众所周知，现实世界是真正的三维立体世界，用户在使用智能手机观看视频，或者玩游戏的时候，往往追求极致而真实的视觉享受，这就要求手机具备裸眼三维显示（autostereoscopic display）功能。裸眼三维显示是一项可以让用户裸眼观看自然的三维影像的技术，这种三维影像具有水平方向上和垂直方向上的连续视差变化。

相对于市场中所出售的手机设备相比，同时能够显示二维图像和三维图像的手机设备更能彰显现代年轻人对于个性和高科技的追求。当用户使用手机的传统功能时，例如，拨打电话，编写短信，查看日历等，可采用二维显示的方式；而当用户观看视频，或者玩游戏的时候，可采用三维显示的方式，塑造出一种呼之欲出的立体成像，让现代年轻人感受到科技与时尚的完美结合。因此，如果能够设计出一种可切换二维显示和三维显示的手机设备，则该设备兼具了二维显示和三维显示两者的优点，不止可成为手机市场发展历程中，从二维显示到三维显示的重要过渡产品，而且能够适应用户在不同场合下对于二维显示和三维显示的不同需求，只需要一个键，就可以实现二维和三维显示之间的转换，这样，用户不需要为了看三维效果而买一个手机，为了看二维效果再买一个手机了。

现有的具备裸眼三维显示功能的显示设备大多都是基于视差屏障（parallax barrier）原理的，其通过在显示面板表面设置纵向的栅栏状光学屏障来控制光线行进方向，让左右两眼接受不同影响产生视差达成立体显示效果。其缺点是光学屏障的设置会使屏幕显示亮度大幅度降低，，从而引起手机设备耗电量增加的问题，而且大多数应用视差屏障方式的裸眼三维显示手机设备都只能够提供左右两个视角的图像。

另外一种裸眼三维显示的方式是，采用柱状透镜阵列或者液晶柱状透镜阵列对显示面板出射光线的方向进行调制，使其能够折射到三维空间的不同方向，从而形成三维图像。然而，因为智能手机提供自动旋转屏幕的功能，当屏幕旋转后，（液晶）柱状透镜阵列所提供的左右视角图像会变成上下视角图像，不再能够产生三维影像。

裸眼三维图形显示技术复杂，除硬件外，还需要专门的图像生成算法配合才能形成三维效果。而现有专利和方法在具备裸眼三维显示手机设备的配套软件方面，即显示面板上三维图的计算，缺乏有效而快速的方法。而众所周知，要生成三维图，需要计算多个不同视角的视图，并将这些视图进行像素重排，生成交错图像（interlaced image）。该计算过程计算量大，从而导致生成交错图像的时间效率低，因此如何加速生成交错图像是一个重要的事项。

另外，现在的手机市场大部分是智能手机，其中一个重要特征就是，配备重力感应器，可以在用户改变手机握持状态的时候旋转屏幕。而在采用（液晶）柱状透镜和视差屏障进行裸眼三维显示时，如果旋转屏幕，则不能正确显示三维立体图像给用户，这是因为，左右视差图像会变成上下视差，导致用户无法感知立体图像。因此，在智能手机上应用裸眼三维显示功能，更需要考虑到能够实现两个方向上都具有视差的图像。

发明内容

鉴于现有技术的不足，以及考虑到手机市场的发展趋势，本发明的目的在于提供一种利用液晶微透镜阵列切换二维显示和三维显示的便携式设备及其方法。

本发明是关于具备二维/三维显示可转换功能的手机设备的实现方法。本发明的特征是：采用液晶微透镜阵列（Liquid Crystal Micro Lens Array），达到二维和三维显示之间的切换。本发明的液晶微透镜为阵列结构，可实现真三维显示和适应智能手机屏幕旋转的功能。本发明所述的手机设备，包含多层结构：触摸屏层，液晶微透镜阵列层以及显示面板层。为了实现多层之间的简洁结构，本发明采用共用电极结构，该结构能在节约电能的同时实现三维图像的高对比度。同时，本发明提出各层之间的间距计算方法，保证三维图像的正确性和有效性。

根据本发明的一方面，提供一种便携式电子设备，能够显示二维图像和三维图像，所述设备包括：液晶微透镜阵列，包括上基板、下基板和位于两层基板之间的液晶层，在向上基板、下基板之间施加的电压差不为零时，该液晶层中液晶分子发生偏转并进而使光的输出方向发生偏转，在空中形成多个视角的图像，从而使便携式电子设备实现三维显示功能，而在向上基板、下基板之间施加的电压差为零的时候，该液晶层中液晶分子不发生偏转，从而使便携式电子设备实现二维显示功能；触摸屏；显示面板。

触摸屏设置在液晶微透镜阵列与显示面板之间。

液晶微透镜阵列设置在触摸屏与显示面板之间。

液晶微透镜阵列中的透镜的光心与显示面板之间的有效间距值g满足：

g≈f，其中，有效间距值，

其中，f为液晶微透镜阵列在三维显示状态下的焦距，d1为液晶微透镜阵列的光心到液晶微透镜阵列的下基板的下表面之间的距离，d2为触摸屏的厚度，d3为触摸屏到显示面板的距离，n1为液晶微透镜阵列的等效折射率，n2为触摸屏的折射率。

所述便携式电子设备设置有触控笔，通过触控笔设备与触摸屏通信，实现便携式电子设备的用户可交互性。

所述触控笔为非接触式触控笔。

液晶微透镜阵列中的透镜的光心到显示面板的距离约等于液晶微透镜阵列在三维显示状态下的焦距。

将液晶微透镜阵列的上基板与触摸屏的电极电连接以共用，和/或将液晶微透镜阵列的下基板与显示面板的对置基板电连接以形成共用电极。

触摸屏的地线与显示面板的公共基板电连接。

在便携式电子设备的机身或者屏幕显示菜单上设置切换按钮，用户通过操作切换按钮来切换二维显示和三维显示。

在便携式电子设备中设置二维/三维显示状态切换语音命令处理部。

所述便携式电子设备还包括图形处理器，其中，所述图形处理器包括几何着色器和/或像素着色器。

根据本发明的另一方面，提供一种便携式电子设备显示二维图像和三维图像的方法，包括：判断便携式电子设备当前处于2D显示状态还是3D显示状态；判断用户是否要改变当前的显示状态；判断最终确定的显示状态是3D状态还是2D状态；根据触摸屏的返回数据值识别用户的动作根据要显示的内容及最终确定的显示状态产生2D图像数据或交错的3D图像数据；将生成的与用户交互的图像数据传输给显示面板。

如果最终确定的显示状态是3D显示状态，则根据触摸屏的返回数据值识别用户的动作，并根据要显示的内容产生交错的3D图像数据。

如果用户选择的是2D显示状态，则根据触摸屏的返回数据值识别用户的动作，并根据要显示的内容绘制2D图像数据。

其中，根据要显示的内容产生交错的3D图像数据包括：输入用户动作；计算绘制参数；计算交错的3D图像。

其中，计算交错3D图像包括：输入多视角图像的绘制参数；并行绘制多个视角图像，所述并行绘制通过图形处理器上的几何着色器来实现；将多个视角图像存为整幅纹理图像；并行地对像素进行重排列，所述并行重排列过程通过图形处理器上的像素着色器来实现。

其中，根据要显示的内容绘制2D图像数据包括：输入用户动作；计算绘制参数；绘制2D图像；输出2D图像。

本发明的设备具有结构简洁，控制简单，易于实现的特点，并且在三维显示状态下，实现节约电能的同时，保持三维图像的高对比度，具有增亮效果。二是给出多层之间的间距计算，保证可以显示正确有效的三维图像，并提出方案将液晶微透镜阵列层置于触摸屏和显示面板之上，从而减少手机的整体厚度。三是通过液晶微透镜的阵列结构，实现真三维显示，并适应手机的屏幕旋转应用。

本发明的实施例可以实现一种新型的、采用液晶微透镜阵列技术实现的，具备二维/三维显示可切换性的手机设备。采用本发明的实施例可以有效且快速的所述手机设备上显示二维图像或者三维图像。本发明的实施例所述的手机设备，具有真三维显示，及适应智能手机的自动旋转屏幕功能等特点，所述手机设备的结构简洁，能在省电的同时，保证三维图像的高对比度。另外，所述手机设备提供用户交互功能。

此外，本发明的实施例提供了针对该手机设备的相关软件系统和方法。不止可以自动切换二维显示和三维显示，并且能够快速并行化的生成三维图像，另外，本发明的实施例提出的软件，能够实现用户可交互功能。

综上所述，本发明的实施例致力于下一代新型的能够显示三维立体图像的手机设备，并且具备二维/三维可切换性，本发明的实施例所提出的软件系统能快速有效的支持本发明所提出的手机设备。

附图说明

通过下面结合示例性地示出一例的附图进行的描述，本发明的上述和其他目的和特点将会变得更加清楚，其中：

图1A和图1B分别示出了根据本发明的实施例的液晶微透镜阵列的二维显示状态和三维显示状态。

图2A和图2B示出了根据本发明的实施例的液晶微透镜阵列在手机设备中的两种装配示例。

图3A和图3B示出了根据本发明的实施例的液晶微透镜阵列和显示面板之间的间距值的计算方法。

图4A和图4B示出了未采用共用电极技术的手机设备，图4C、图4D、图4E示出了根据本发明的实施例的采用共用电极技术的手机设备。

图5A示出了根据本发明的实施例的液晶微透镜阵列，图5B和图5C示出了根据本发明的实施例的采用液晶微透镜阵列的手机设备具有的可旋转屏幕3D显示功能。

图6示出了根据本发明的实施例的手机设备可提供多个连续视差图像。

图7示出了根据本发明的实施例的可切换二维/三维显示的软件模块。

图8A示出了根据本发明的实施例的产生交错的3D图像的方法，图8B示出了根据本发明的实施例的绘制2D图像的方法。

图9示出了根据本发明的实施例的并行计算生成交错的3D图像的方法。

具体实施方式

将理解的是，当元件或层被描述为在另一元件或层“上”，或者被称作“连接到”或“结合到”另一元件或层时，该元件或层可以直接在另一元件或层上或直接连接或结合到另一元件或层，或者也可以存在中间元件或中间层。相反，当元件被称作“直接在”另一元件或层“上”或“直接连接到”或“直接结合到”另一元件或层时，不存在中间元件或中间层。相同的标号始终表示相同的组件。如在这里使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项的任意组合和所有组合。

可使用空间相对术语，如“在……之下”、“在……下方”、“下面的”、“上面的”、“在……上方”等，来描述如图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。将理解的是，空间相对术语意在包含除了在附图中描述的方位之外的装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果在附图中装置被翻转，则描述为“在”其它元件或特征“下面”或“在”其它元件或特征“下方”的元件随后将被定位为“在”其它元件或特征“上面”。因此，示例性术语“在……下面”可包括上面和下面两种方位。所述装置可被另外定位（旋转90度或者在其它方位），相应地解释这里使用的空间相对描述符。

在下文中为叙述方便，采用手机为例来进行说明，但实际上本发明的实施例也适用于其他便携式电子设备。

以下，参照附图来详细说明本发明的实施例。

图1A和图1B分别示出了根据本发明的实施例的液晶微透镜阵列的二维显示状态和三维显示状态。图5A示出了根据本发明的实施例的液晶微透镜阵列。

实际上图1的液晶层里面有透镜阵列的形状，但其实这是虚拟的透镜曲线，仅仅是为了形象地表示液晶分子加电后具有透镜特性。液晶是正单光轴的光电材料（n_e>n_o），具有分子的势能向最低状态变化和外加电场强迫取向排列的特性。液晶分子势能最低的时候是当液晶分子的指向与外加电场场强方向一致的时候。若光线平行于折射率椭球的z轴入射，则此时液晶折射率为n_o；若光线沿着y轴方向入射，则折射率为n_e；在它们之间入射，则折射率为n_eff，n_o<n_eff<n_e，这是一个随着入射光线与液晶分子光轴的夹角的变化而变化的折射率，而光轴的方向又随着电场的变化而变化，因此液晶分子对于入射光的折射率也随着电场的变化而变化。

如在背景技术部分所述，现有的具备裸眼三维显示功能的手机设备大多是基于视差屏障原理、柱状透镜阵列或者液晶柱状透镜阵列的。视差屏障技术的实现方法是使用一个开关液晶屏、一个偏振膜和一个高分子液晶层，利用一个液晶层和一层偏振膜制造出一系列的旋光方向成90°的垂直条纹，通过这些条纹的光就形成了垂直的细条栅模式。液晶柱状透镜阵列则采用互相平行的多个纵向延伸的电极条结构包夹着液晶，各个狭长的电极条之间有间隙，从而在液晶层中造成了不同的电场，而如上一段所述，液晶分子对于入射光的折射率随着电场的变化而变化，从而液晶柱状透镜可以等效为沿一个方向延伸的柱状透镜。而液晶微透镜阵列则是二维的电极结构，在x、y方向上的不同区域的电场均不同，而液晶分子对于入射光的折射率随着电场的变化而变化，因此液晶微透镜可以等效为微透镜阵列中的一个微透镜，以对显示面板的出射光线进行调制，使光线方向发生改变，可显示裸眼三维图像。该方式不止可以同时提供水平方向和垂直方向上的视差图像，而且能够提供多个视角的图像，符合用户对于真三维，即接近真实世界的自然三维显示的要求。另外，在智能手机上，当屏幕旋转后，液晶柱状透镜阵列所提供的左右视角图像会变成上下视角图像，不再能够产生三维影像，而液晶微透镜阵列由于可以同时提供水平和垂直两个方向上的不同视角图像，从而可以轻松实现用户在智能手机自动旋转屏幕时仍能呈现三维图像的需求。

根据本发明的实施例的可切换二维/三维显示的手机设备主要包括：液晶微透镜阵列、触摸屏、显示面板。

根据本发明的实施例的可切换二维/三维显示的手机设备还可包括手机计算单元，计算单元用于执行计算和控制操作。所述计算单元包括图形处理器。

在手机设备的各个部分中，能够实现二维/三维显示可切换功能的部件主要是液晶微透镜阵列。作为实例而非限定，图1示出了液晶微透镜阵列的二维显示状态和三维状态，其中，液晶微透镜阵列1位于显示面板2前方。所述液晶微透镜阵列1包含上基板、下基板和位于两层基板之间的液晶层（没有在图1中示出，但在图4中示出）。当两层基板之间的电压为零的时候，可显示二维图像；而当两层基板之间的电压不为零的时候，两层基板之间的液晶分子会发生偏转，从而对显示面板的出射光线进行调制，使光线方向发生改变，可显示裸眼三维图像。因此，通过控制液晶微透镜阵列的上下基板的电压差，就可实现二维显示和三维显示的状态转换。

图2A和图2B示出了根据本发明的实施例的液晶微透镜阵列在手机设备中的两种装配示例。图3A和图3B示出了根据本发明的实施例的液晶微透镜阵列和显示面板之间的间距值的计算方法。

为了实现用户可交互性，所述手机设备包含了一种触摸屏。液晶微透镜阵列，触摸屏和显示面板之间的装配关系，示出于图2A和图2B。本发明包括两种装配实例，第一种如图2A所示，液晶微透镜阵列1位于触摸屏3和显示面板2之间；而第二种如图2B所示，液晶微透镜阵列1位于触摸屏3和显示面板2两者之上。

其中，如图2A所示的第一种装配实例，可实现用户的手指触摸，但是手机设备的整体厚度偏厚。这是因为液晶微透镜阵列1中的透镜的光心与显示面板2之间的间距值gap（如图3A所示）需要满足一定的关系，即gap≈f，这里f为液晶微透镜阵列在三维显示状态下的焦距（focal），因此液晶微透镜阵列1与显示面板2不能无限靠近。本发明所述的手机设备实例中，gap值是固定的，该值会作为软件系统的参数，用于计算和生成正确的三维图像。

为了解决第一种装配实例下导致的手机设备整体厚度问题，本发明提出了图2B所示的第二种装配实例，即使液晶微透镜阵列1位于触摸屏3和显示面板2两者之上。但在该装配情况下，对于电容式触摸屏，则手指无法触摸，这是因为手指需要从电容触摸屏吸走一个很小的电流才能实现电容屏的触摸，但是由于在图2B的装配情况下液晶微透镜阵列2设置在人体与显示面板3之间，从而阻止了人体吸取电流，无法实现检测。此时可以采用非接触式触控笔（诸如三星galaxy note的S Pen的触控笔、光电式触控笔）来配合电容屏使用，该触控笔可以悬空在电容式触摸屏上方悬空使用，因此液晶微透镜阵列1不会妨碍该触控笔的使用。当然，也可以使用其他类型的无需接触的触控屏。

在第二种装配实例下，如图3B所示，d1为液晶微透镜阵列的光心到其下基板的下表面之间的距离，d2为触摸屏3的厚度，d3为触摸屏3和显示面板2之间的距离。这时，液晶微透镜阵列1和显示面板2之间的间距值gap=d1+d2+d3，而有效间距值这里，n1为液晶微透镜阵列的等效折射率，而n2为触摸屏的折射率。在这种装配情况下，需要满足的关系，即液晶微透镜阵列和显示面板的有效间距值约等于液晶微透镜阵列的焦距值。

图4A和图4B示出了未采用共用电极技术的手机设备，图4C、图4D、图4E示出了根据本发明的实施例的采用共用电极技术的手机设备。

如图4C、图4D、图4E所示，本发明的实施例还设计了共用电极的电路结构，可实现简化的二维/三维显示可切换手机设备。如图4A和图4B所示，在原始的包含液晶微透镜阵列1（现有技术是液晶柱状透镜阵列1）和触摸屏3的手机设备中，各个部件都需要不同的电极进行控制，尤其是液晶微透镜阵列1，其上下基板4、5则需要两个独立电极进行控制，以便实现电压差的不同进而控制不同的显示状态。

考虑到多层电极导致结构复杂，引线大量增多，成本上升，参照图4C-图4E本发明的实施例提出，优化各层间的电压差，在满足正常二维/三维显示及触摸检测的前提下，通过采取对多层电极结构进行适当的共用，甚至部分基板进行合并，实现电极层数的减少，结构的简化。

如图4C所示，将液晶微透镜阵列1的上基板4与触摸屏3的电极电连接，从而形成共用电极e1；将液晶微透镜阵列1的下基板5与显示面板2的对置基板（显示面板2包括公共基板和对置基板）电连接，从而形成共用电极e2。而触摸屏3的地线与显示面板2的公共基板与图4A和图4B一样，仍然电连接，形成共用电极e0。

液晶微透镜阵列1的上下基板电极分别与触摸屏3和显示面板2的相应电极进行共用，通过控制触摸屏3和显示面板2所施加的电压不同，同时实现液晶微透镜阵列的上下基板的电压差。图4C-E示出了所述手机设备的简洁性，电极数目由原始结构的5个（e0、e1、e2、e3、e4）降低到了3个（e0、e1、e2）。更重要的是，本专利所提出的共用电极结构可以保证三维显示时的高对比度，并且具有节约电能的效果。

另外，也可以考虑将部分基板合并。如，可以设置液晶微透镜阵列1与触摸屏3、显示面板2均有一块基板为接地的，在触摸屏位于最上方时，可将触摸屏的接地线的基板设置在下方，而液晶微透镜阵列1的接地线的基板设置在上方，通过优化，将两个基板合并为一个，与地线相连。基板数量的减少。可以减少工艺步骤，降低成本。基于上面实施例所述的原理，类似的基板合并方式还可以有多种，在此不再一一例举。

作为实例而非限定，例如，（1）如图4D所示，在三维显示状态中，触摸屏3的电极和液晶微透镜阵列1的上基板4互连，即共用电极e1，共同施加5v的电压，而显示面板2的对置电极和液晶微透镜阵列1的下基板互连，即共用电极e2，共同施加4v的电压，这种情况下，液晶微透镜阵列1的上下基板之间的电压差为1v，存在液晶分子不完全偏转导致的MTF（ModuleTransfer Function：调制传输函数）值低的问题，即三维图像的对比度偏低。而这时，显示面板2施加的电压比较高（4V），显示内容的亮度增加，恰恰弥补了MTF值过低的问题。（2）如图4E所示，在三维显示状态中，触摸屏3的电极和液晶微透镜阵列1的上基板4，共同施加5v的电压，而显示面板2的对置电极和液晶微透镜阵列1的下基板，共同施加1v的电压，这种情况下，液晶微透镜的上下基板之间的电压差为4v，液晶分子偏转状态较优，因此，液晶微透镜阵列的MTF值较高。而这时，显示面板2施加的电压比较低（1V），显示内容的亮度偏暗，可以满足节约电能的要求。从上述两个例子可看出，我们的结构能保持三维图像的高对比度，同时实现节电，并且更重要的是，能够实现在显示不同内容的时候，保持三维图像的亮度和对比度均衡。

图5B和图5C示出了根据本发明的实施例的采用液晶微透镜阵列的手机设备具有的可旋转屏幕3D显示功能。图6示出了根据本发明的实施例的手机设备可提供多个连续视差图像。

本发明提出的手机设备中包含的二维/三维显示功能部件是液晶微透镜阵列，而非以往技术中的液晶柱状透镜和视差屏障，因此本发明适应于智能手机的旋转屏幕功能，示出于图5B和图5C。并且本发明的实施例所述的液晶微透镜阵列，单个液晶微透镜覆盖多于2x2个像素，可实现真三维显示，提供给用户具有连续视角的视差图像，示出于图6A和图6B。

为了实现手机的二维/三维显示可切换性，可在手机设备的机身上设置切换按钮，也可通过屏幕显示菜单让用户选择切换按钮，用户只需要操作切换按钮即可。用户可通过该按钮，自定义选择当前是二维图像还是三维图像的生成。

当然，本发明不限于在手机机身设置二维/三维可切换按钮，也可设置二维/三维显示状态切换语音命令处理部，二维/三维显示状态切换语音命令处理部通过用户的语音命令来控制显示状态的切换。例如，当用户向手机说出“三维显示”这四个字后，则手机设备可启用三维显示模式，显示面板供应多视角的三维图像数据，从而用户能够观看到三维图像。该二维/三维显示状态切换语音命令处理部可以是与麦克风相连的单独的电路部件，也可以是集成在手机的计算单元中，由手机的计算单元来实现相应的语音识别和处理。

图7示出了根据本发明的实施例的可切换二维/三维显示并与用户交互的软件模块。本发明的实施例的可切换显示软件模块，可以根据用户的选择，即可通过触控手机设备机身上或屏幕菜单上的二维/三维切换按钮，自定义选择当前是生成二维图像还是三维图像。

本发明显示二维图像和三维图像的一种方法，包括以下步骤：

判断便携式电子设备当前处于2D显示状态还是3D显示状态；

判断用户是否要改变当前的显示状态；

判断最终确定的显示状态是3D状态还是2D状态；

其中，根据触摸屏的返回数据值识别用户的动作根据要显示的内容及最终确定的显示状态产生2D图像数据或交错的3D图像数据；

将生成的与用户交互的图像数据传输给显示面板。

其中一个具体实施例如图7所示，在步骤101，由用户选择显示状态，即选择进行3D显示或者2D显示。

然后判断是用户选择的是3D状态还是2D状态。

如果要进行3D显示，则在步骤102，根据触摸屏状态（触摸屏的返回数据值，例如，触摸点的坐标值）识别用户的动作。然后在步骤103，根据要显示的内容产生交错的3D图像数据。

如果要进行2D显示，则在步骤102，根据触摸屏状态（触摸屏的返回数据值，例如，触摸点的坐标值）识别用户的动作（例如，识别到用户要将图像倾斜45度显示，或者识别到用户要将图像倒置显示，等等）。则在步骤104，根据要显示的内容绘制2D图像数据。

其中，用户交互手势数据可通过触摸屏的返回数据值给出，根据用户交互的手势，可分别实现二维图像和三维图像的可交互性。

然后将所产生的与用户交互的2D或3D图像数据传送给显示面板，从而完成图像数据的显示。

在以上步骤中，可以先判断便携式电子设备当前处于2D显示状态还是3D显示状态，再判断用户是否要改变当前的显示状态，接着判断最终确定的显示状态是3D状态还是2D状态。当然，判断便携式电子设备的显示状态可以在识别用户的动作之后进行。

对于图7中的根据要显示的内容产生交错的3D图像数据的步骤103，将参照图8A详细地描述。

如图8A所示，在步骤301，输入用户动作。

在步骤302，计算绘制参数。计算绘制参数包括计算每个视点图像的宽度和高度、视点位置和视角，等等。

在步骤303，计算交错的3D图像。众所周知，为了绘制三维图像，需要生成包含多个视差图像的交错图像（interlaced image），多个视差图像需要绘制多个视角图像，计算复杂度高，因此绘制效率低。而为了实现三维图像的可交互性，更好的支持本发明的实施例所述的手机设备的可交互性，本发明的实施例提出了快速三维图像的生成方法。参照图9，根据本发明的实施例的计算交错3D图像的步骤包括以下步骤：输入多视角图像的绘制参数，即多个视锥体参数；并行绘制多个视角图像，所述并行绘制可通过图形处理器GPU上的几何着色器GS（Geometry Shader）来实现，可通过复制多个几何体，实现单遍绘制多个视角图像；将多个视角图像存为整幅纹理图像；并行地对像素进行重排列，所述并行重排列过程可通过GPU上的像素着色器PS（Pixel Shader，也叫片元着色器Fragment Shader）来实现，其中每个像素的新坐标都可采用并行单元单独计算。

在步骤304，输出交错的3D图像。

对于图7中的绘制2D图像的步骤104，将参照图8B详细地描述。

如图8B所示，在步骤501，输入用户动作。

在步骤502，计算绘制参数。例如，显示图标的不同的侧面。

在步骤503，绘制2D图像。

在步骤504，输出2D图像。

采用本发明的实施例可以有效且快速的所述手机设备上显示二维图像或者三维图像。本发明的实施例所述的手机设备，具有真三维显示，及适应智能手机的自动旋转屏幕功能等特点，所述手机设备的结构简洁，能在省电的同时，保证三维图像的高对比度。另外，所述手机设备提供用户交互功能。

此外，本发明的实施例提供了针对该手机设备的相关软件系统和方法。不止可以自动切换二维显示和三维显示，并且能够快速并行化的生成三维图像，另外，本发明的实施例提出的软件，能够实现用户可交互功能。

除非另外由相反的描述，否则每个实施例中的对特征或方面的描述被认为是适用于其他实施例中的类似的特征或方面。

出于促进对本发明的原理的理解的目的，已经对附图中示出的优选实施例进行了说明，并已经使用了特定的语言来描述这些实施例。然而，该特定的语言并非意图限制本发明的范围，本发明应被解释成包括对于本领域普通技术人员而言通常会出现的所有实施例。此外，除非元件被特别地描述为“必不可少的”或“关键的”，否则没有元件或模块对本发明的实施是必不可少的。

虽然上面已经详细描述了本发明的示例性实施例，但本发明所属技术领域中具有公知常识者在不脱离本发明的精神和范围内，可对本发明的实施例做出各种的修改、润饰和变型。但是应当理解，在本领域技术人员看来，这些修改、润饰和变型仍将落入权利要求所限定的本发明的示例性实施例的精神和范围内。

最后，除非这里指出或者另外与上下文明显矛盾，否则这里描述的所有方法的步骤可以以任意合适的顺序执行。

Claims (18)

1.一种便携式电子设备，能够显示二维图像和三维图像，所述设备包括：

液晶微透镜阵列，包括上基板、下基板和位于两层基板之间的液晶层，在向上基板、下基板之间施加的电压差不为零时，该液晶层中液晶分子发生偏转并进而使光的输出方向发生偏转，在空中形成多个视角的图像，从而使便携式电子设备实现三维显示功能，而在向上基板、下基板之间施加的电压差为零的时候，该液晶层中液晶分子不发生偏转，从而使便携式电子设备实现二维显示功能；

触摸屏；

显示面板。

2.根据权利要求1所述的便携式电子设备，其中，触摸屏设置在液晶微透镜阵列与显示面板之间。

3.根据权利要求1所述的便携式电子设备，其中，液晶微透镜阵列设置在触摸屏与显示面板之间。

4.根据权利要求2所述的便携式电子设备，其中，液晶微透镜阵列中的透镜的光心与显示面板之间的有效间距值g满足：

g≈f，

其中，有效间距值，

其中，f为液晶微透镜阵列在三维显示状态下的焦距，d1为液晶微透镜阵列的光心到液晶微透镜阵列的下基板的下表面之间的距离，d2为触摸屏的厚度，d3为触摸屏到显示面板的距离，n1为液晶微透镜阵列的等效折射率，n2为触摸屏的折射率。

5.根据权利要求2所述的便携式电子设备，其中，

所述便携式电子设备设置有触控笔，通过触控笔设备与触摸屏通信，实现便携式电子设备的用户可交互性。

6.根据权利要求5所述的便携式电子设备，其中，

所述触控笔为非接触式触控笔。

7.根据权利要求3所述的便携式电子设备，其中，

液晶微透镜阵列中的透镜的光心到显示面板的距离约等于液晶微透镜阵列在三维显示状态下的焦距。

8.根据权利要求1-3中任一项所述的便携式电子设备，其中，

将液晶微透镜阵列的上基板与触摸屏的电极电连接，和/或将液晶微透镜阵列的下基板与显示面板的对置基板电连接。

9.根据权利要求1-3中任一项所述的便携式电子设备，其中，

触摸屏的地线与显示面板的公共基板电连接。

10.根据权利要求1-7中任一项所述的便携式电子设备，其中，

在便携式电子设备的机身或者屏幕显示菜单上设置切换按钮，用户通过操作切换按钮来切换二维显示和三维显示。

11.根据权利要求1-7中任一项所述的便携式电子设备，其中，

在便携式电子设备中设置二维/三维显示状态切换语音命令处理部。

12.根据权利要求1-7中任一项所述的便携式电子设备，还包括图形处理器，其中，

所述图形处理器包括几何着色器和/或像素着色器。

13.一种便携式电子设备显示二维图像和三维图像的方法，包括：

判断便携式电子设备当前处于2D显示状态还是3D显示状态；

判断用户是否要改变当前的显示状态；

判断最终确定的显示状态是3D状态还是2D状态；

其中，根据触摸屏的返回数据值识别用户的动作，根据要显示的内容及最终确定的显示状态产生2D图像数据或交错的3D图像数据；

将生成的与用户交互的图像数据传输给显示面板。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，

如果最终确定的显示状态是3D显示状态，则根据触摸屏的返回数据值识别用户的动作，并根据要显示的内容产生交错的3D图像数据。

15.根据权利要求13所述的方法，其中，

如果用户选择的是2D显示状态，则根据触摸屏的返回数据值识别用户的动作，并根据要显示的内容绘制2D图像数据。

16.根据权利要求14所述的方法，其中，根据要显示的内容产生交错的3D图像数据包括：

输入用户动作；

计算绘制参数；

计算交错的3D图像。

17.根据权利要求16所述的方法，其中，计算交错3D图像包括：

输入多视角图像的绘制参数；

并行绘制多个视角图像，所述并行绘制通过图形处理器上的几何着色器来实现；

将多个视角图像存为整幅纹理图像；

并行地对像素进行重排列，所述并行重排列过程通过图形处理器上的像素着色器来实现。

18.根据权利要求15所述的方法，其中，根据要显示的内容绘制2D图像数据包括：

输入用户动作；

计算绘制参数；

绘制2D图像；

输出2D图像。