CN104950459A - 一种视角增强型指向性背光裸眼立体显示装置 - Google Patents

一种视角增强型指向性背光裸眼立体显示装置 Download PDF

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陈海域
王嘉辉
梁浩文
张佺佺
杨肯
苏剑邦
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Abstract

本发明属于裸眼立体显示领域，更具体的公开了一种视角增强型指向性背光裸眼立体显示装置，包括：指向性背光模块、透镜阵列模块、散射/透射可控模块、液晶显示面板、中央控制模块；其中透镜阵列模块、散射/透射可控模块、液晶显示面板位于指向性背光模块的光路中；所述中央控制模块分别与指向性背光模块、透镜阵列模块、散射/透射可控模块和液晶显示面板控制连接。本发明可实现根据观看者的需要自由切换2D和3D显示模式，克服指向性背光的3D显示器在播放2D影像时存在视区不连续、不均匀等问题，并且可在2D显示模式下扩展可视角度，达到或接近当前2D平板显示的可视角度。

Description

一种视角增强型指向性背光裸眼立体显示装置
技术领域
本发明属于裸眼立体显示领域，更具体的公开了一种视角增强型指向性背光裸眼立体显示装置。
背景技术
近年来，裸眼3D作为显示技术发展的必然选择，逐渐受到各研究者和厂商的关注，其基本原理为利用分光元件实现光的指向性传播，从而定向传输具有视差信息的左右眼图像到达观看者的左右眼，经过观看者的大脑处理融合，产生立体视觉。
高质量的3D播放具有以下特点：1、低串扰：当前主流裸眼3D显示器串扰率在10%以下，眼镜式或辅助式3D显示器串扰率则在5%以下，串扰率低表明观看者左右眼分别观看到的左右眼图像充分分离不互相干扰，串扰率高则会产生重影、头晕目眩等不良现象；2、高均匀性及亮度：分别对于观看者的左右眼来说都应观看到均匀、高亮度的屏幕；3、高分辨率及对比度：使观看者看到的每一帧画面都是高质量图像；4、宽视角、无莫尔条纹等。
当前2D显示普遍具有高均匀性（屏幕亮度最低值达到最高值的80%以上）、高对比度（500:1以上）、高亮度（150cd/m2以上）、宽视角（140o以上）的优点。
基于指向性背光的裸眼3D显示技术，具有全分辨率显示、实现2D/3D两种状态无损切换，亮度高等优势，但指向式的成像机理使其可视角度在2D和3D两种状态下保持一致，导致指向性背光的3D显示器在播放2D影像时存在视区不连续、不均匀和视角受限等问题，不能满足2D状态下的应用要求。
发明内容
本发明为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷（不足），提供一种视角增强型指向性背光裸眼立体显示装置。
本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
一种视角增强型指向性背光裸眼立体显示装置，包括：指向性背光模块、透镜阵列模块、散射/透射可控模块、液晶显示面板、中央控制模块；其中透镜阵列模块、散射/透射可控模块、液晶显示面板位于指向性背光模块的光路中；所述中央控制模块分别与指向性背光模块、透镜阵列模块、散射/透射可控模块和液晶显示面板控制连接。
进一步的，所述透镜阵列模块、散射/透射可控模块和液晶显示面板依次贴合放置。
进一步的，所述指向性背光模块包括若干个子模块，每个子模块包含多个发光单元。不同子模块中对应的发光单元所发出的光线可组成一个3D显示视区。
进一步的，所述透镜阵列模块对指向性背光模块发出的光进行指向性投射，在液晶显示面板的前方形成3D左右眼视区。
进一步的，所述散射/透射可控模块在中央控制模块的控制下可实现在透明状态和散射状态之间切换。
进一步的，所述散射/透射可控模块（22）在透明状态下使所述显示装置播放高质量的3D显示图像。
进一步的，所述散射/透射可控模块（22）切换到散射状态下时，所述显示装置的3D左右眼视区扩散为可视角度拓展的连续均匀2D视区。
进一步的，所述散射/透射可控模块在中央控制模块的控制下可实现在散射状态下散射程度的调整。
所述散射/透射可控模块（22）在透明状态下其透过率在60%以上，雾度在20%以下；所述散射/透射可控模块（22）在散射状态下其透过率在60%以上，雾度在60%以上。
进一步的，每个所述子模块中的发光单元按照弧形曲线排布，形成一弧形发光曲面。
进一步的，所述中央控制模块与所述散射/透射可控模块之间设有电子控制子模块，中央控制模块通过所述电子控制子模块与所述散射/透射可控模块控制连接。
进一步的，所述散射/透射可控模块为聚合物扩散液晶（PDLC）膜层；为延长其使用寿命，所述聚合物扩散液晶（PDLC）膜层采用交流驱动，其交流驱动电信号波形为方波。
与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：
本发明可实现根据观看者的需要自由切换2D和3D显示模式，并克服指向性背光的3D显示器在播放2D影像时存在视区不连续、不均匀等问题，并且可在2D显示模式下扩展可视角度，达到或接近当前2D平板显示的可视角度。
附图说明
图1为本发明实施例一散射/透射可控模块工作于透明状态的结构示意图。
图2为本发明实施例一散射/透射可控模块工作于散射状态的结构示意图。
图3为本发明实施例一的工作流程示意图。
图4为本发明实施例二的结构示意图。
图5为本发明实施例三的结构示意图。
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的；相同或相似的标号对应相同或相似的部件；附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
实施例一
如图1所示，一种视角增强型指向性背光裸眼立体显示装置，包括：指向性背光模块11、透镜阵列模块21、散射/透射可控模块22、液晶显示面板23、中央控制模块31和电子控制子模块221；其中透镜阵列模块21、散射/透射可控模块22、液晶显示面板23位于指向性背光模块11的光路中，所述透镜阵列模块21、散射/透射可控模块22和液晶显示面板23依次贴合放置；所述中央控制模块31分别与指向性背光模块11、透镜阵列模块21和液晶显示面板23控制连接，所述中央控制模块31与散射/透射可控模块22之间通过电子控制子模块221控制连接（可以理解的是电子控制子模块221也可以省略，而将中央控制模块31与散射/透射可控模块22直接控制连接），所述控制连接可以采用导线连接或无线连接等控制连接方式，本实施例采用导线连接。所述液晶显示面板23是一个透射式的液晶显示面板，用于以时分的方式交替显示视差图像。所述透镜阵列模块21可以是球面或者非球面菲涅尔透镜阵列、柱面菲涅尔透镜阵列、柱状透镜阵列、球面或者非球面透镜阵列或其他具有聚光效果的光学元件。所述背光模块11包括一个子模块111，子模块111中包含2个发光单元1111和1112，分别对应右左眼视区41和42。
图1中，中央控制模块31控制电控制子模块221对散射/透射可控模块22施加电信号a（例如施加高电压），使其工作在透明状态；当液晶显示面板23显示左眼图像时，启动发光单元1112，通过透镜阵列模块21的偏折作用，形成左眼视区42，观看者左眼52观看到左眼图像。当液晶显示面板23显示右眼图像时，启动发光单元1111，通过透镜阵列模块21的偏折作用，形成右眼视区41，观看者右眼51观看到右眼图像。经过观看者大脑融合具有视差信息的左右眼图像，可观察到具有深度信息的立体3D图像。
图2中，中央控制模块31控制电控制子模块221对散射/透射可控模块22施加电信号b（例如施加低电压或不施加电压），使其工作在散射状态；发光单元1111和1112发出的光线经过透镜阵列模块21产生指向性光线，经过散射态散射/透射可控模块22的散射作用，失去其指向性，朝各方向传播呈散射状态并经过液晶显示面板23后，形成连续、均匀的2D视区43，观看者在视区中任意位置均可观看到2D图像，且可视角度较3D显示状态明显拓展。
其工作过程如图3所示，包括以下流程：
步骤S100：装置开始工作；
步骤S101：判断工作在2D状态还是3D状态；
步骤S201：装置工作在3D状态，中央控制模块对散射/透射模块施加电信号a使之处于透明态；
步骤S202：时分式屏幕刷新左眼图像；
步骤S203：对应左眼视区的发光单元打开；
步骤S204：发光单元发出的光经过透镜阵列模块、散射/投射可控模块、液晶显示面板指向性投射，形成左眼视区；
步骤S205：观看者左眼观看到时分式屏幕播放的左眼图像；
步骤S206：时分式屏幕刷新右眼图像；
步骤S207：对应右眼视区的发光单元打开；
步骤S208：发光单元发出的光经过透镜阵列模块、散射/投射可控模块、液晶显示面板指向性投射，形成右眼视区；
步骤S209：观看者右眼观看到时分式屏幕播放的左眼图像；
步骤S209执行后重新执行步骤S202形成循环直到播放结束。
步骤S301：装置工作在2D状态，中央控制模块对散射/透射模块施加电信号b使之处于散射态；
步骤S302：时分式屏幕刷新2D图像；
步骤S303：全部发光单元打开；
步骤S304：全部发光单元发出的光经过透镜阵列模块、散射/投射可控模块、液晶显示面板形成连续均匀的2D视区；
步骤S305：观看者观看到2D图像；
步骤S305执行后重新执行步骤S301直到播放结束。
实施例二
本实施例与实施例一类似，如图4所示，进一步的，指向性背光模块11包含一子模块111，该子模块包含的2个发光单元1111和1112设计为按弧形排布，散射/透射可控模块22为PDLC膜层，电信号a为高电压，电信号b为低电压或不加电压，透镜阵列模块21为菲涅尔透镜阵列。
实施例三
本实施例与实施例二类似，如图5所示，进一步的，指向性背光模块11包括3个子模块111，每个子模块包括6个发光单元，散射/透射可控模块22为PDLC膜层，电信号a为高电压，电信号b为低电压或不加电压，透镜阵列模块21为菲涅尔透镜阵列。PDLC膜层处于透明状态时，形成6个相间的3D视区44。
从以上若干实施方式可知，本发明所述的视角增强型指向性背光裸眼立体显示装置通过改变对散射/透射可控模块22施加的电信号，切换散射/透射可控模块22的透明状态与散射状态，或者根据实际情况能改变散射状态的强弱，从而切换系统的2D/3D播放模式以及在2D显示模式下扩展可视角度。
应当理解，本发明并不局限于上述实施方式，凡是对本发明的各种改动或变型不脱离本发明的精神和范围，倘若这些改动和变型属于本发明的权利要求和等同技术范围之内，则本发明也意味着包含这些改动和变型，例如透镜阵列模块、散射/透射可控模块、液晶显示面板的位置顺序可改变，以不同的设计实现指向性背光，播放3D影像时从步骤S209开始执行形成循环，电信号a选为低电压、电压b选为高电压，以不同的方式刷新屏幕等。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。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，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (12)

1. 一种视角增强型指向性背光裸眼立体显示装置，其特征在于，包括：指向性背光模块（11）、透镜阵列模块（21）、散射/透射可控模块（22）、液晶显示面板（23）、中央控制模块（31）；其中透镜阵列模块（21）、散射/透射可控模块（22）、液晶显示面板（23）位于指向性背光模块（11）的光路中；所述中央控制模块（31）分别与指向性背光模块（11）、透镜阵列模块（21）、散射/透射可控模块（22）和液晶显示面板（23）控制连接。
2. 根据权利要求1所述的视角增强型指向性背光裸眼立体显示装置，其特征在于，所述透镜阵列模块（21）、散射/透射可控模块（22）和液晶显示面板（23）贴合放置。
3. 根据权利要求1所述的视角增强型指向性背光裸眼立体显示装置，其特征在于，所述指向性背光模块（11）包括若干个子模块（111），每个子模块（111）包含多个发光单元（1111、1112、1113）。
4. 根据权利要求1所述的视角增强型指向性背光裸眼立体显示装置，其特征在于，所述透镜阵列模块（21）对指向性背光模块（11）发出的光进行指向性投射，在液晶显示面板（23）的前方形成3D左右眼视区。
5. 根据权利要求1所述的视角增强型指向性背光裸眼立体显示装置，其特征在于，所述散射/透射可控模块（22）在中央控制模块（31）的控制下可实现在透明状态和散射状态之间切换。
6. 根据权利要求5所述的视角增强型指向性背光裸眼立体显示装置，其特征在于，所述散射/透射可控模块（22）在透明状态下使所述显示装置播放高质量的3D显示图像。
7. 根据权利要求6所述的视角增强型指向性背光裸眼立体显示装置，其特征在于，所述散射/透射可控模块（22）切换到散射状态下时，所述显示装置的3D左右眼视区扩散为可视角度拓展的连续均匀2D视区。
8. 根据权利要求5所述的视角增强型指向性背光裸眼立体显示装置，其特征在于，所述散射/透射可控模块（22）在中央控制模块（31）的控制下可实现在散射状态下散射程度的调整。
9. 根据权利要求5所述的视角增强型指向性背光裸眼立体显示装置，其特征在于，所述散射/透射可控模块（22）在透明状态下其透过率在60%以上，雾度在20%以下；所述散射/透射可控模块（22）在散射状态下其透过率在60%以上，雾度在60%以上。
10. 根据权利要求3所述的视角增强型指向性背光裸眼立体显示装置，其特征在于，每个所述子模块（111）中的发光单元按照弧形曲线排布，形成一弧形发光曲面。
11. 根据权利要求1-10任一项所述的视角增强型指向性背光裸眼立体显示装置，其特征在于，所述中央控制模块（31）与所述散射/透射可控模块（22）之间设有电子控制子模块（221），中央控制模块（31）通过所述电子控制子模块（221）与所述散射/透射可控模块（22）控制连接。
12. 根据权利要求1-10任一项所述的视角增强型指向性背光裸眼立体显示装置，其特征在于，所述散射/透射可控模块（22）为聚合物扩散液晶膜层；所述聚合物扩散液晶膜层采用交流驱动，其交流驱动电信号波形为方波。
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