CN105549214B - 三维显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三维显示装置，属于显示技术领域。所述三维显示装置包括二维显示面板、以及设置在二维显示面板一侧的狭缝光栅；二维显示面板包括多个显示左眼图像的第一显示单元和多个显示右眼图像的第二显示单元，第一显示单元和第二显示单元在二维显示面板的行方向和列方向上均交替设置；狭缝光栅包括阵列排布的多个光栅单元，每行沿二维显示面板的行方向排列的光栅单元中相邻的两个光栅单元之间形成狭缝，狭缝和光栅单元在二维显示面板的列方向上交替设置，狭缝光栅用于将左眼图像和右眼图像分别显示在人的左眼和右眼。本发明通过交替设置狭缝和光栅单元，使摩尔纹间隔排列，当其小于人眼所能识别的尺寸时即可减少摩尔纹的影响。

Description

三维显示装置

技术领域

本发明涉及显示技术领域，特别涉及一种三维显示装置。

背景技术

裸眼三维(Three Dimensions，简称3D)显示器不需要观看者佩戴眼镜或头盔等任何助视设备就能观看到3D影像。裸眼3D显示器中，光栅3D显示器由于结构简单、造价低廉、性能良好等优点而备受关注。根据采用的光栅不同，光栅3D显示器可分为狭缝光栅3D显示器和柱透镜光栅3D显示器两种。

狭缝光栅3D显示器将显示面板的像素沿显示面板的行方向交替显示左眼图像和右眼图像(对同一物体从两个不同的视角拍摄的图像)，并在显示面板的一侧面平行设置狭缝光栅。狭缝光栅包括沿显示面板的行方向间隔排列的多个光栅片，相邻两个光栅片之间形成的狭缝沿显示面板的列方向延伸。利用光栅片的遮挡作用使左眼和右眼从狭缝中分别看到左眼图像和右眼图像，左眼图像和右眼图像成了具有水平视差的立体图像对，通过大脑的融合作用，最终形成一幅具有深度感的立体图像。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：

显示面板上设有黑矩阵，像素以阵列形式设置在黑矩阵中，由于黑矩阵和狭缝光栅的空间频率接近，因此像素发出的光通过狭缝光栅后会产生摩尔纹，严重影响观看时的视觉效果。

发明内容

为了解决现有技术会产生摩尔纹、严重影响观看时的视觉效果的问题，本发明实施例提供了一种三维显示装置。所述技术方案如下：

本发明实施例提供了一种三维显示装置，所述三维显示装置包括二维显示面板、以及设置在所述二维显示面板一侧的狭缝光栅；

所述二维显示面板包括多个显示左眼图像的第一显示单元和多个显示右眼图像的第二显示单元，所述第一显示单元和所述第二显示单元在所述二维显示面板的行方向和列方向上均交替设置；

所述狭缝光栅包括阵列排布的多个光栅单元，每行沿所述二维显示面板的行方向排列的所述光栅单元中相邻的两个所述光栅单元之间形成狭缝，所述狭缝和所述光栅单元在所述二维显示面板的列方向上交替设置，所述狭缝光栅用于将所述左眼图像和所述右眼图像分别显示在人的左眼和右眼；

任意相邻的两行所述光栅单元中，一行所述光栅单元中最中间的所述狭缝的中心线与另一行所述光栅单元中最中间的所述光栅单元的中心线位于同一直线上；

所述二维显示面板还包括用于隔开所述第一显示单元和所述第二显示单元的黑矩阵，所述黑矩阵沿所述二维显示面板的列方向延伸的中心线，与任意相邻的两行所述光栅单元中的一行所述光栅单元中最中间的所述狭缝的中心线位于同一直线上。

具体地，每个所述第一显示单元均包括一个或多个像素，每个所述第二显示单元均包括一个或多个像素，同一行沿所述二维显示面板的行方向排列的所述第一显示单元和所述第二显示单元包括的像素数量相同。

可选地，每个所述像素包括沿所述二维显示面板的列方向排列的三种不同颜色的亚像素，所述亚像素沿所述二维显示面板的列方向的尺寸小于沿所述二维显示面板的行方向的尺寸。

优选地，所述亚像素沿所述二维显示面板的列方向的尺寸与沿所述二维显示面板的行方向的尺寸之比为1:3。

优选地，相邻的两行所述光栅单元中的所述狭缝的倾斜角度θ满足如下关系：

15.9°＜θ＜62.5°或者73.7°＜θ＜82.9°，

其中，所述倾斜角度为以相邻的两行所述光栅单元在沿所述二维显示面板的列方向上的边长为长边、一行所述光栅单元中相邻的两个所述光栅单元的间距为短边的矩形的对角线，与沿所述二维显示面板的行方向延伸的直线之间的夹角。

可选地，任意相邻的两行所述光栅单元中，一行所述第一显示单元和所述第二显示单元均包括沿所述二维显示面板的列方向排列的五个像素，另一行所述第一显示单元和所述第二显示单元均包括沿所述二维显示面板的列方向排列的四个像素。

可选地，每行所述第一显示单元和所述第二显示单元均包括沿所述二维显示面板的列方向排列的五个像素。

可选地，每行所述第一显示单元和所述第二显示单元均包括沿所述二维显示面板的列方向排列的四个像素。

可选地，所述狭缝光栅设置在所述二维显示面板的出光侧，所述狭缝光栅与所述二维显示面板之间的距离h满足如下关系：

h＝A*s/L；

其中，A为所述亚像素沿所述二维显示面板的行方向的尺寸，s为所述狭缝光栅与人眼观测点之间的距离，L为人双眼的间距。

可选地，所述狭缝光栅设置在所述二维显示面板的入光侧，所述狭缝光栅与所述二维显示面板之间的距离h满足如下关系：

h＝A*s/L-s；

其中，A为所述亚像素沿所述二维显示面板的行方向的尺寸，s为所述狭缝光栅与人眼观测点之间的距离，L为人双眼的间距。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

通过每行沿二维显示面板的行方向排列的光栅单元中相邻的两个光栅单元之间形成狭缝，狭缝和光栅单元在二维显示面板的列方向上交替设置，由于黑矩阵和狭缝光栅的空间频率接近而产生的摩尔纹会沿二维显示面板的列方向间隔排列，间隔排列的摩尔纹的尺寸小于人眼所能识别的尺寸时即可减少摩尔纹的影响。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种三维显示装置的结构示意图；

图2a和图2b是本发明实施例提供的一种三维显示装置的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的产生摩尔纹的结构示意图；

图4a-图4d是本发明实施例提供的像素和光栅单元之间关系的结构示意图；

图5是本发明实施例提供的竖屏显示器在竖用和横用两种情况下的结构示意图；

图6是本发明实施例提供的摩尔纹产生情况的结构示意图；

图7a和图7b是本发明实施例提供的狭缝光栅和二维显示面板设置关系的结构示意图。

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，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

本发明实施例提供了一种三维显示装置，参见图1，该三维显示装置包括二维显示面板10、以及设置在二维显示面板10一侧的狭缝光栅20。

二维显示面板10包括多个显示左眼图像的第一显示单元11和多个显示右眼图像的第二显示单元12，第一显示单元11和第二显示单元12在二维显示面板10的行方向和列方向上均交替设置。

狭缝光栅20包括阵列排布的多个光栅单元21，每行沿二维显示面板10的行方向排列的光栅单元21中相邻的两个光栅单元21之间形成狭缝22，狭缝22和光栅单元21在二维显示面板10的列方向上交替设置，狭缝光栅20用于将左眼图像和右眼图像分别显示在人的左眼和右眼。

本发明实施例通过每行沿二维显示面板的行方向排列的光栅单元中相邻的两个光栅单元之间形成狭缝，狭缝和光栅单元在二维显示面板的列方向上交替设置，由于黑矩阵和狭缝光栅的空间频率接近而产生的摩尔纹会沿二维显示面板的列方向间隔排列，间隔排列的摩尔纹的尺寸小于人眼所能识别的尺寸时即可减少摩尔纹的影响。

本发明实施例提供了一种三维显示装置，该三维显示装置包括如图2a所示的二维显示面板10、以及设置在二维显示面板10一侧的如图2b所示的狭缝光栅20。

参见图2a，二维显示面板10包括多个显示左眼图像的第一显示单元11和多个显示右眼图像的第二显示单元12，第一显示单元11和第二显示单元12在二维显示面板10的行方向和列方向上均交替设置。

参见图2b，狭缝光栅20包括阵列排布的多个光栅单元21，每行沿二维显示面板10的行方向排列的光栅单元21中相邻的两个光栅单元21之间形成狭缝22，狭缝22和光栅单元21在二维显示面板10的列方向上交替设置，狭缝光栅20用于将左眼图像和右眼图像分别显示在人的左眼和右眼。

图3为现有技术中产生摩尔纹的结构示意图。如图3所示，像素以阵列形式设置在黑矩阵200中，狭缝光栅300包括间隔排列的多个光栅片，由于黑矩阵200和狭缝光栅300的空间频率接近，因此像素发出的光通过狭缝光栅300后会产生摩尔纹400，严重影响观看时的视觉效果。本发明实施例通过将狭缝和光栅单元在二维显示面板的列方向上交替设置，使黑矩阵和狭缝光栅的空间频率接近而产生的摩尔纹沿二维显示面板的列方向间隔排列，间隔排列的摩尔纹的尺寸小于人眼所能识别的尺寸时即可减少摩尔纹的影响。而且狭缝光栅依然采用垂直放置，可以确保左眼图像和右眼图像分别位于狭缝两侧，左眼图像和右眼图像透过相对的狭缝分别进入人的左眼和右眼，不存在由于狭缝光栅倾斜放置而导致左眼图像进行右眼、部分右眼图像进入左眼、像素之间串扰的问题。

可选地，如图2b所示，任意相邻的两行光栅单元21中，一行光栅单元21中最中间的狭缝22的中心线(图中用虚线表示)可以与另一行光栅单元21中最中间的光栅单元21的中心线(图中用虚线表示)位于同一直线上。

可以理解地，将最中间的光栅单元和狭缝对齐，使人眼位于正对三维显示装置最中间的区域时的观看效果达到最佳，符合人眼的观看习惯。

优选地，如图2a所示，二维显示面板10还包括用于隔开第一显示单元11和第二显示单元12的黑矩阵13，黑矩阵13沿二维显示面板的列方向延伸的中心线(图中用虚线表示)，可以与任意相邻的两行光栅单元21中的一行光栅单元21中最中间的狭缝22的中心线位于同一直线上。

在具体实现中，黑矩阵13包括多条沿二维显示面板10的行方向延伸的黑色条纹、以及多条沿二维显示面板10延伸的黑色条纹，沿二维显示面板10的行方向延伸的黑色条纹与沿二维显示面板10延伸的黑色条纹交叉设置形成呈阵列排列的网格，网格中设有组成第一显示单元11的亚像素或组成第二显示单元12的亚像素(亚像素详见图4a-图4d部分的文字描述)。在图2a中，交替设置的第一显示单元11和第二显示单元12之间的黑色条纹，将第一显示单元11和第二显示单元12隔开。黑矩阵13沿二维显示面板的列方向延伸的中心线，是指多条沿二维显示面板10的列方向延伸的黑色条纹最中间的黑色条纹的中心线。

可以理解地，将黑矩阵最中间的部分和最中间的狭缝对齐，使人眼位于正对三维显示装置最中间的区域时，通过黑矩阵的隔离作用，可以使从最中间的狭缝透出的左眼图像刚好全部进入人的左眼，右眼图像刚好全部进入人的右眼，观看效果达到最佳。

在实际应用中，所有狭缝透出的左眼图像和右眼图像之间均设有黑矩阵的部分。当人眼位于正对三维显示装置最中间的区域时，若黑矩阵非最中间的部分的中心线与对应的狭缝的中心线位于同一直线上，则会造成部分左眼图像进入人的右眼，或者部分右眼图像进入人的左眼，像素之间存在串扰，因此通常在一个光栅单元和一个狭缝的宽度之和不变的情况下，相应调整光栅单元和狭缝的宽度(如增大光栅单元的宽度并减小狭缝的宽度，或者减小光栅单元的宽度并增大狭缝的宽度)，使人眼位于正对三维显示装置最中间的区域时的视线刚好穿过狭缝到达黑矩阵的部分，即人双眼的中间点、狭缝的中心线、对应的黑矩阵的部分的中心线位于同一平面上。此为现有技术，在此不再详述。

具体地，参见图4a-图4d，每个第一显示单元11均可以包括一个或多个像素100，每个第二显示单元12均可以包括一个或多个像素100，同一行沿二维显示面板10的行方向排列的第一显示单元11和第二显示单元12包括的像素100数量相同。

可以理解地，不限定第一显示单元和第二显示单元包括的像素数量，可以满足不同尺寸的显示要求。同一行的第一显示单元和第二显示单元包括的像素数量相同，透过同一狭缝的第一显示单元显示的左眼图像和第二显示单元显示的右眼图像是对称的，观看效果达到最佳。

可选地，参见图4a-图4d，每个像素100包括沿二维显示面板的列方向排列的三种不同颜色的亚像素100a，亚像素100a沿二维显示面板10的列方向的尺寸可以小于沿二维显示面板10的行方向的尺寸。

具体地，亚像素100a通常为矩形，矩形的长边位于沿二维显示面板10的行方向延伸的直线上，矩形的短边位于沿二维显示面板10的列方向的直线上。

在实际应用中，三维显示装置一般采用手机、平板电脑等竖屏显示器，如图5左边所示。竖屏显示器在使用过程中，为了使得显示数据与二维显示面板的像素相匹配，可以将竖屏显示器旋转器旋转90°，即竖屏横用，如图5右边所示，以避免画面失真，提高显示效果。对于竖屏横用的二维显示面板，亚像素100a沿二维显示面板10的列方向的尺寸可以小于沿二维显示面板10的行方向的尺寸。

优选地，亚像素100a沿二维显示面板10的列方向的尺寸与沿二维显示面板10的行方向的尺寸之比可以为1:3，以达到较好的显示效果。

在具体实现中，摩尔纹是由于通过黑矩阵的光线和通过光栅单元的光线的振动频率接近，发生干涉而形成明暗相间的条纹。如图6所示，纵横交叉的黑矩阵13在微观状态下可以形成多个呈矩阵形式排列的矩形框a，黑矩阵13在矩形框a中从宏观角度观察可以具有横向、纵向、对角线三个方向的暗态。

同时狭缝22和光栅单元21在二维显示面板10的列方向上交替设置，从整体上看，交错排列的狭缝22基本上可以形成若干条平行的斜线，因此在图6中将斜线b等同于交错排列的狭缝22进行下面的计算。

首先，为了消除斜线b与黑矩阵13对角线方向的暗态之间产生的摩尔纹，斜线b与横向的夹角θ满足如下公式(1)：

其中，P为人眼能看到的最小摩尔纹的宽度，A为像素的宽度，B为光栅单元的间距，n为正整数，将n＝1、2、3、……、100逐一代入公式(1)算出θ₁、θ₂、θ₃、……、θ₁₀₀，然后将它们的交集作为夹角θ的范围。

其次，为了消除斜线b与黑矩阵13横向的暗态之间产生的摩尔纹，斜线b与横向的夹角θ满足如下公式(2)：

其中，P为人眼能看到的最小摩尔纹的宽度，A为像素的宽度，B为光栅单元的间距，n为正整数，将n＝1、2、3、……、100逐一代入公式(1)算出θ₁、θ₂、θ₃、……、θ₁₀₀，然后将它们的交集作为夹角θ的范围。

最后，为了消除斜线b与黑矩阵13纵向的暗态之间产生的摩尔纹，斜线b与横向的夹角θ满足如下公式(3)：

其中，P为人眼能分辨的最小摩尔纹的宽度，A为像素的宽度，B为光栅单元的间距，n为正整数，将n＝1、2、3、……、100逐一代入公式(1)算出θ₁、θ₂、θ₃、……、θ₁₀₀，然后将它们的交集作为夹角θ的范围。

需要说明的是，公式(1)-(3)的来源为现有技术，在此不再详述。

以通用的三维显示装置的尺寸4.7寸为例，像素的宽度为A＝0.05418mm，人眼能分辨的最小摩尔纹的宽度为P＝0.291mm，光栅单元的间距B＝0.103mm，分别带入公式(1)-(3)，得到相邻的两行光栅单元中的狭缝的倾斜角度θ满足如下关系(4)：

15.9°＜θ＜62.5°或者73.7°＜θ＜82.9°； (4)。

实验证明，当相邻的两行光栅单元中的狭缝的倾斜角度θ满足上述关系时，可以较好的消除狭缝光栅和黑矩阵空间频率接近而产生的摩尔纹的影响。

需要说明的是，倾斜角度为以相邻的两行光栅单元21在沿二维显示面板10的列方向上的边长为长边、一行光栅单元21中相邻的两个光栅单元21的间距为短边的矩形c的对角线d，与沿二维显示面板的行方向延伸的直线b之间的夹角θ。

可选地，任意相邻的两行第一显示单元11和第二显示单元12中，一行第一显示单元11和第二显示单元12可以均包括沿二维显示面板10的列方向排列的五个像素，另一行第一显示单元11和第二显示单元12可以均包括沿二维显示面板10的列方向排列的四个像素(参见图4a和图4b)。

可选地，每行第一显示单元11和第二显示单元12可以均包括沿二维显示面板10的列方向排列的五个像素(参见图4c)。

可选地，每行第一显示单元11和第二显示单元12可以均包括沿二维显示面板10的列方向排列的四个像素(参见图4d)。

通过计算可证明，上述像素的个数均可以使相邻的两行光栅单元中的狭缝的倾斜角度θ满足如下关系：15.9°＜θ＜62.5°或者73.7°＜θ＜82.9°。

在实际应用中，在确定二维显示面板的尺寸之后，即可确定像素的宽度，进而根据像素的宽度采用如下方式计算光栅单元的间距：

在本实施例的一种实现方式中，参见图7a，狭缝光栅20设置在二维显示面板10的出光侧，狭缝光栅20与二维显示面板10之间的距离h满足如下关系(5)：

h＝A*s/L； (5)

其中，A为亚像素100a沿二维显示面板10的行方向的尺寸，s为狭缝光栅20与人眼观测点之间的距离，L为人双眼的间距。

在采用上述关系(5)计算出狭缝光栅20与二维显示面板10之间的距离h之后，采用如下关系(6)计算同一行光栅单元21中相邻的两个光栅单元21的间距B：

B＝2*A*s/(s+h)； (6)

其中，A为亚像素100a沿二维显示面板10的行方向的尺寸，s为狭缝光栅20与人眼观测点之间的距离，h为狭缝光栅20与二维显示面板10之间的距离。

在本实施例的另一种实现方式中，参加图7b，狭缝光栅20设置在二维显示面板10的入光侧，狭缝光栅20与二维显示面板10之间的距离h满足如下关系(7)：

h＝A*s/L-s； (7)

其中，A为亚像素100a沿二维显示面板10的行方向的尺寸，s为狭缝光栅20与人眼观测点之间的距离，L为人双眼的间距。

在采用上述关系(7)计算出狭缝光栅20与二维显示面板10之间的距离h之后，采用如下关系(8)计算同一行光栅单元21中相邻的两个光栅单元21的间距B：

B＝2*A*s/(s-h)； (8)

其中，A为亚像素100a沿二维显示面板10的行方向的尺寸，s为狭缝光栅20与人眼观测点之间的距离，h为狭缝光栅20与二维显示面板10之间的距离。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种三维显示装置，其特征在于，所述三维显示装置包括二维显示面板、以及设置在所述二维显示面板一侧的狭缝光栅；

所述二维显示面板包括多个显示左眼图像的第一显示单元和多个显示右眼图像的第二显示单元，所述第一显示单元和所述第二显示单元在所述二维显示面板的行方向和列方向上均交替设置；

所述狭缝光栅包括阵列排布的多个光栅单元，每行沿所述二维显示面板的行方向排列的所述光栅单元中相邻的两个所述光栅单元之间形成狭缝，所述狭缝和所述光栅单元在所述二维显示面板的列方向上交替设置，所述狭缝光栅用于将所述左眼图像和所述右眼图像分别显示在人的左眼和右眼；

任意相邻的两行所述光栅单元中，一行所述光栅单元中最中间的所述狭缝的中心线与另一行所述光栅单元中最中间的所述光栅单元的中心线位于同一直线上；

所述二维显示面板还包括用于隔开所述第一显示单元和所述第二显示单元的黑矩阵，所述黑矩阵沿所述二维显示面板的列方向延伸的中心线，与任意相邻的两行所述光栅单元中的一行所述光栅单元中最中间的所述狭缝的中心线位于同一直线上。

2.根据权利要求1所述的三维显示装置，其特征在于，每个所述第一显示单元均包括一个或多个像素，每个所述第二显示单元均包括一个或多个像素，同一行沿所述二维显示面板的行方向排列的所述第一显示单元和所述第二显示单元包括的像素数量相同。

3.根据权利要求2所述的三维显示装置，其特征在于，每个所述像素包括沿所述二维显示面板的列方向排列的三种不同颜色的亚像素，所述亚像素沿所述二维显示面板的列方向的尺寸小于沿所述二维显示面板的行方向的尺寸。

4.根据权利要求3所述的三维显示装置，其特征在于，所述亚像素沿所述二维显示面板的列方向的尺寸与沿所述二维显示面板的行方向的尺寸之比为1:3。

5.根据权利要求4所述的三维显示装置，其特征在于，相邻的两行所述光栅单元中的所述狭缝的倾斜角度θ满足如下关系：

15.9°＜θ＜62.5°或者73.7°＜θ＜82.9°，

其中，所述倾斜角度为以相邻的两行所述光栅单元在沿所述二维显示面板的列方向上的边长为长边、一行所述光栅单元中相邻的两个所述光栅单元的间距为短边的矩形的对角线，与沿所述二维显示面板的行方向延伸的直线之间的夹角。

6.根据权利要求5所述的三维显示装置，其特征在于，任意相邻的两行所述光栅单元中，一行所述第一显示单元和所述第二显示单元均包括沿所述二维显示面板的列方向排列的五个像素，另一行所述第一显示单元和所述第二显示单元均包括沿所述二维显示面板的列方向排列的四个像素。

7.根据权利要求5所述的三维显示装置，其特征在于，每行所述第一显示单元和所述第二显示单元均包括沿所述二维显示面板的列方向排列的五个像素。

8.根据权利要求5所述的三维显示装置，其特征在于，每行所述第一显示单元和所述第二显示单元均包括沿所述二维显示面板的列方向排列的四个像素。

9.根据权利要求3所述三维显示装置，其特征在于，所述狭缝光栅设置在所述二维显示面板的出光侧，所述狭缝光栅与所述二维显示面板之间的距离h满足如下关系：

h＝A*s/L；

其中，A为所述亚像素沿所述二维显示面板的行方向的尺寸，s为所述狭缝光栅与人眼观测点之间的距离，L为人双眼的间距。

10.根据权利要求3所述的三维显示装置，其特征在于，所述狭缝光栅设置在所述二维显示面板的入光侧，所述狭缝光栅与所述二维显示面板之间的距离h满足如下关系：

h＝A*s/L-s；

其中，A为所述亚像素沿所述二维显示面板的行方向的尺寸，s为所述狭缝光栅与人眼观测点之间的距离，L为人双眼的间距。