CN105629491B - 一种显示装置、裸眼3d显示系统和虚拟现实眼镜 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种显示装置、裸眼3D显示系统和虚拟现实眼镜，涉及显示技术领域，解决了显示装置的光线的利用率低的技术问题。该显示装置包括背光源和设置于所述背光源的出光侧的偏光片，所述显示装置还包括层叠设置于所述偏光片的出光侧的多个液晶屏，每个所述液晶屏包括多个光线调节单元，多个所述液晶屏包括的所述光线调节单元错开设置；各所述光线调节单元调节光线用于使所述背光源发出的光线发生折射而射向目标位置或者发生全反射。本显示装置应用于裸眼3D显示或者虚拟现实显示中。

Description

一种显示装置、裸眼3D显示系统和虚拟现实眼镜
技术领域
本发明涉及显示技术领域，尤其涉及一种显示装置、裸眼3D显示系统和虚拟显示眼镜。
背景技术
在显示技术领域中，对从显示装置发出的光线的传播方向进行精确控制，能够使更多的光线射向目标位置(例如人眼)，进而能够有效提高显示装置的光线的利用率，提高显示装置的显示效果。
示例性地，如图1所示，能够对其发出的光线的传播方向进行精确控制的显示装置包括依次层叠设置的背光源1’、偏光片2’、第一基板3’、液晶分子层4’和第二基板5’，其中，第一基板3’上设置有多个条状电极31’，第二基板5’上设置有板状电极51’，通过控制各条状电极31’和板状电极51’之间的电场，以形成多个光线调节单元6’，各光线调节单元6’对光线进行调节时，相当于液晶棱镜，进而能够达到精确控制光线的传播方向，提高显示装置的光线的利用率的目的。
本申请的发明人发现，对于具有上述结构的显示装置而言，由于各光线调节单元6’均要对背光源1’发出的光线的传播方向进行调节，以使其均射向目标位置，即从各光线调节单元6’射出的光线的折射角不同，各光线调节单元6’等同的液晶棱镜的折射率不同，因此，各光线调节单元6’对应的液晶分子的偏转状态均不同，进而使得位于相邻两光线调节单元6’之间的液晶分子的偏转状态混乱，进而使得射向该部分液晶分子的光线的传播方向混乱，无法射向目标位置，导致显示装置的光线的利用率仍然不高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种显示装置、裸眼3D显示系统和虚拟现实眼镜，用于提高显示装置的光线的利用率。
为达到上述目的，本发明提供一种显示装置，采用如下技术方案：
该显示装置包括背光源和设置于所述背光源的出光侧的偏光片，所述显示装置还包括层叠设置于所述偏光片的出光侧的多个液晶屏，每个所述液晶屏包括多个光线调节单元，多个所述液晶屏包括的所述光线调节单元错开设置；各所述光线调节单元用于使所述背光源发出的光线发生折射而射向目标位置或者发生全反射。
本发明提供一种具有如上所述结构的显示装置，由于该显示装置包括层叠设置于偏光片的出光侧的多个液晶屏，每个液晶屏均包括多个光线调节单元，且多个液晶屏包括的光线调节单元错开设置，从而使得与现有技术相比，每个液晶屏包括的多个光线调节单元中只有部分光线调节单元相邻，或者所有光线调节单元都不相邻，因此，能够有效减轻甚至完全消除各液晶屏中的液晶分子的偏转状态混乱的现象，进而能够有效减轻甚至完全消除从显示装置发出的光线的传播方向混乱的现象，以使得更多的光线均能射向目标位置，能够有效提高显示装置的光线的利用率。
此外，本发明还提供一种裸眼3D显示系统，采用如下技术方案：
该裸眼3D显示系统包括以上所述的显示装置，所述显示装置具有阵列排布的多个像素，每个像素包括多个亚像素，每个所述亚像素对应一个或多个所述光线调节单元；所述目标位置包括左眼和右眼，奇数列所述亚像素显示左眼图像，偶数列所述亚像素显示右眼图像，奇数列所述光线调节单元调节光线时，可使所述背光源发出的光线发生折射而射向左眼或者发生全反射，偶数列所述光线调节单元调节光线时，可使所述背光源发出的光线发生折射而射向右眼或者发生全反射。
由于该裸眼3D显示系统包括以上所述的显示装置，因此，该裸眼3D显示系统能够在实现裸眼3D显示的同时具有高的光线的利用率。
此外，本发明还提供一种虚拟现实眼镜，采用如下技术方案：
该虚拟现实眼镜包括左眼镜片和右眼镜片，所述左眼镜片和所述右眼镜片均包括一个以上所述的显示装置；其中，所述左眼镜片包括的所述显示装置显示左眼图像，其包括的各所述光线调节单元调节光线时，可使所述背光源发出的光线发生折射而射向左眼或者发生全反射；所述右眼镜片包括的所述显示装置显示右眼图像，其包括的各所述光线调节单元调节光线时，可使所述背光源发出的光线发生折射而射向右眼或者发生全反射。
由于该虚拟现实眼镜包括以上所述的显示装置，因此，该虚拟现实眼镜能够在实现虚拟现实显示的同时具有高的光线的利用率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，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为现有技术中的显示装置的示意图；
图2为本发明实施例中的显示装置的示意图一；
图3为本发明实施例中的多个光线调节单元调节光线的示意图一；
图4为本发明实施例中的光线调节单元调节光线的示意图一；
图5为本发明实施例中的光线调节单元调节光线的示意图二；
图6为本发明实施例中的多个光线调节单元调节光线的示意图二；
图7为本发明实施例中的多个光线调节单元调节光线的示意图三；
图8为本发明实施例中的显示装置的示意图二。
附图标记说明：
1—背光源； 2—偏光片； 3—液晶屏；
31—光线调节单元； 301—第一基板； 302—第二基板；
303—液晶分子层； 304—条状电极； 305—板状电极；
4—光色转换层。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供一种显示装置，具体地，如图2所示，该显示装置包括背光源1和设置于背光源1的出光侧的偏光片2，显示装置还包括层叠设置于偏光片2的出光侧的多个液晶屏3，每个液晶屏3包括多个光线调节单元31，多个液晶屏3包括的光线调节单元31错开设置；各光线调节单元31调节光线用于使背光源1发出的光线发生折射而射向目标位置或者发生全反射(相当于液晶棱镜)。上述目标位置可以为人眼或者摄像头等。如图3所示，每个光线调节单元31与目标位置之间的距离均不相同，因此，要使各光线调节单元31射出的光线均能射向目标位置，则要求从各光线调节单元31射出的光线的折射角不同，具体为，光线调节单元31与目标位置之间的距离越远，从该光线调节单元31射出的光线的折射角越大。
需要说明的是，上述“多个液晶屏3包括的光线调节单元31错开设置”包括多种情形，例如，如图2所示，每个液晶屏包括的多个光线调节单元31均不相邻，不同的液晶屏3包括的光线调节单元31错开设置；或者，每个液晶屏3包括的部分光线调节单元31相邻，不同的液晶屏3包括的光线调节单元31错开设置；或者，每个液晶屏3包括的光线调节单元31均相邻，不同的液晶屏3包括的光线调节单元31错开设置。其中，每个液晶屏3包括的多个光线调节单元31均不相邻，不同的液晶屏3包括的光线调节单元31错开设置时，能够完全消除各液晶屏3中的液晶分子的偏转状态混乱的现象，进而能够完全消除从显示装置发出的光线的传播方向混乱的现象，以使得更多的光线均能射向目标位置，能够更有效地提高显示装置的光线的利用率，因此，本发明实施例中优选每个液晶屏3包括的多个光线调节单元31均不相邻，不同的液晶屏3包括的光线调节单元31错开设置。
本发明实施例中的各光线调节单元31调节光线时等同的液晶棱镜的纵截面的形状可以为三角形、四边形等。其中，当液晶棱镜的截面的形状为直角三角形时，背光源1发出的光线均垂直射向该液晶棱镜的一个直角面，光线调节单元31的光线的利用率最高。
为了便于本领域技术人员理解，下面本发明实施例对各光线调节单元31的工作状态进行详细说明：
具体地，在本发明实施例中，各光线调节单元31具有三种工作状态，具体为，第一种，背光源1发出的光线照射至光线调节单元31时，光线的传播方向不发生改变，即光线调节单元31不调节光线的传播方向；第二种，如图4所示，背光源1发出的光线照射至光线调节单元31时，光线的入射角α小于该光线调节单元31等同的液晶棱镜的临界角，光线在光线调节单元31中发生折射，以折射角β射向目标位置，其中，光线调节单元31等同的液晶棱镜的折射率n和入射角α以及折射角β之间的关系满足以下公式：n*sinα＝sinβ，即光线调节单元31处于开启模式；第三种，如图5所示，背光源1发出的光线照射至光线调节单元31时，入射角α大于或等于该光线调节单元31等同的液晶棱镜的临界角，光线在光线调节单元31中发生全反射，光线无法射出光线调节单元31，即光线调节单元31处于关闭模式。上述光线调节单元31等同的液晶棱镜的临界角可以根据该液晶棱镜的折射率以及入射到该液晶棱镜的光线的波长等因素综合确定，此处不进行限定。
另外，本发明实施例中的显示装置具有阵列排布的多个像素，每个像素包括多个亚像素，每个亚像素对应一个光线调节单元31，或者，每个亚像素对应多个光线调节单元31。其中，每个亚像素对应多个光线调节单元31时，每个亚像素能够显示的灰阶多，显示装置的显示效果好。由以上所述可知，每个光线调节单元31具有三种工作状态，因此，可以通过调节每个亚像素对应的各光线调节单元31的工作状态，进而实现对各亚像素显示的灰阶的调节。另外，还会使得本发明实施例中的显示装置仅包括设置在背光源1的出光侧的一个偏光片2，而不包括其他偏光片，即可实现正常显示，显示装置的结构简单，成本低。
以对应多个光线调节单元31的亚像素为例，其对应的全部光线调节单元31均处于开启模式时，射向该亚像素的光线均能射向目标位置，此时，该亚像素处于最高灰阶；其对应的全部光线调节单元31均处于关闭模式时，射向该亚像素的光线均无法射向目标位置，此时，该亚像素处于最低灰阶；其对应的一部分光线调节单元31处于关闭模式，另一部分光线调节单元31处于开启模式时，射向该亚像素的部分光线能够射向目标位置，此时，该亚像素处于中间灰阶，具体可以通过调节一部分光线调节单元31和另一部分光线调节单元31的个数，使该亚像素处于不同的中间灰阶。
示例性地，如图3、图6和图7所示，一个亚像素对应3个光线调节单元31，3个光线调节单元31的折射率分别为n1、n2、n3，照射到3个光线调节单元31上的光线的入射角分别为α1、α2、α3，其中，如图3所示，当α1、α2、α3均小于各光线调节单元31等同的液晶棱镜的临界角时，射向3个光线调节单元31的光线分别以折射角β1、β2、β3射向目标位置，此时，3个光线调节单元31均处于开启模式，该亚像素对应最大亮度，即最高灰阶；如图6所示，当α1、α2、α3均等于或大于3个光线调节单元31各自等同的液晶棱镜的临界角时，射向3个光线调节单元31的光线均发生全反射，无光线射向目标位置，此时，3个光线调节单元31均处于关闭模式，该亚像素对应最小亮度，即最低灰阶；当α1、α2、α3和3个光线调节单元31各自等同的液晶棱镜的临界角满足其他关系时，例如，如图7所示，α1等于或大于该光线调节单元31等同的液晶棱镜的临界角，α2、α3均小于其对应的光线调节单元31等同的液晶棱镜的临界角时，α1对应的光线调节单元31处于关闭模式，其他两个光线调节单元31均处于开启模式，该亚像素对应中间亮度，即中间灰阶，可以通过使3个光线调节单元31中的两个处于开启模式，一个处于关闭模式，以使该亚像素对应另一中间亮度，即另一中间灰阶。
下面本发明实施例对显示装置包括的液晶屏的数量和具体结构进行详细描述：
优选地，如图2所示，本发明实施例中的显示装置包括两个液晶屏3，即第一液晶屏和第二液晶屏，第一液晶屏包括的光线调节单元为第一光线调节单元，第二液晶屏包括的光线调节单元为第二光线调节单元，在行方向和列方向上，第一光线调节单元和第二光线调节单元均交替设置，进而使得显示装置的结构简单，且能够完全避免位于二者之间的液晶分子取向混乱的现象出现。其中，行方向指的是显示装置包括的像素的行方向，列方向指的是显示装置包括的像素的行方向，如无特殊说明，本发明实施例中的行方向和列方向均为以上所述的方向。
可选地，如图2所示，每个液晶屏3包括相对设置的第一基板301、第二基板302以及位于二者之间的液晶分子层303，其中，第一基板301朝向液晶分子层303的一面上设置有多个条状电极304，条状电极304的延伸方向为列方向，一个光线调节单元31在行方向上对应多个条状电极304，第二基板302朝向液晶分子层303的一面上设置有板状电极305。本发明实施例中优选，相邻的两个液晶屏3共用一个基板，进而使得显示装置的结构简单，成本低。
其中，一个光线调节单元31在行方向上对应的条状电极304的个数越多，光线调节单元对光线的调节越精确，但对工艺和驱动方法的要求越高，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择。示例性地，一个光线调节单元31在行方向上可以对应2～10个条状电极304。需要说明的是，不同的光线调节单元31对应的条状电极304的个数可以相同也可以不相同，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择。另外，各条状电极304上施加的电压的大小可以均不同，或者相邻的多个条状电极304为一组，一组条状电极304上施加的电压的大小相同，不同组的条状电极304上施加的电压的大小不同，本发明实施例对此不进行限定，只要能使光线调节单元31能够等同所需的液晶棱镜即可。
进一步地，每个液晶屏3的第一基板301的所有位置处可以均设置有条状电极304，相邻两光线调节单元31之间的条状电极304上可以施加与板状电极305相同的电压，以使二者之间无电场，位于二者之间的液晶分子不偏转，不会改变射向其的光线的传播方向。由于相邻两光线调节单元31之间也设置有条状电极，因此，若有需要时，也可以使相邻两光线调节单元31之间的条状电极304与板状电极305之间形成电场，进而使得该位置对应的液晶分子偏转以对射向其的光线的传播方向进行调节，进而使得该液晶屏3对光线的调节更灵活。或者，每个液晶屏3的第一基板301上仅多个光线调节单元31对应的位置处设置有条状电极304，由于相邻两光线调节单元31之间的位置处未设置有条状电极304，进而使得射向该位置处的光线经过的膜层少，光线损失少，光线的利用率高。本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，此处不进行限定。
此外，如图8所示，显示装置还包括位于背光源1的出光侧的光色转换层4，光色转换层4包括多个区域，不同区域用于将射向其的光线转换为不同颜色的光线，以使得显示装置实现彩色显示。示例性地，背光源1发出的所有光线全部透过光色转换层4后转换为至少三种颜色的光线，一般转换为红色、绿色、蓝色(RGB)三种颜色的光线，当然还可以转换成黄色(Y)，白色(W)等颜色的光线，本发明实施例对此不进行限定。
其中，光色转换层4位于所有液晶屏3的入光侧，例如，光色转换层4可以位于背光源1和偏光片2之间，或者，位于偏光片2和距离偏光片2最近的液晶屏3之间，或者，光色转换层4位于至少一个液晶屏3的出光侧，例如，位于任意两个液晶屏3之间，或者，位于距离背光源1最远的液晶屏3背向背光源1的一侧。发明人发现，若光色转换层4设置于至少一个液晶屏3的出光侧，则射向至少一个光线调节单元31的光线为具有很大波长范围的光线，进而导致光线在各光线调节单元31等同的液晶棱镜中的折射率不一致，进而使得光线射出光线调节单元31时具有不同的折射角，射出的光线的传播方向不一致，进而使得本该被光色转换层4的一个区域吸收的光线可能会从光色转换层4的其他区域射出，影响显示装置的显示效果。因此，本发明实施例中优选，如图8所示，光色转换层4位于所有液晶屏3的入光侧，例如背光源1和偏光片2之间，或者，位于偏光片2和距离偏光片2最近的液晶屏3之间，此时，背光源1发出的光线先经过光色转换层4，再到达各液晶屏3包括的光线调节单元31，进而避免上述问题的出现，保证显示装置的显示效果。
可选地，本发明实施例中的背光源1可以为白光光源或者蓝光光源，具体地，当背光源1不同时，光色转换层4也应相应进行调整。示例性地，背光源1为白光光源时，光色转换层4为彩色滤光片，彩色滤光片包括红色区域、绿色区域和蓝色区域，以将背光源1发出的光线转换为RGB三种颜色的光线。背光源1为蓝光光源时，光色转换层4包括第一区域、第二区域和第三区域，其中，第一区域透明，第二区域内设置有用于发红光的量子点，第三区域内设置有用于发绿光的量子点，以使背光源1发出的光线转换为RGB三种颜色的光线。
当然，本发明实施例中的显示装置必然还包括用于向各条状电极304和板状电极305上施加电压的集成电路，该集成电路通过柔性电路板与各条状电极304和板状电极305连接。另外，每个液晶屏3也必然包括用于将液晶分子层303封装在第一基板301和第二基板302之间的封框胶。上述集成电路、柔性电路板以及封框胶的具体结构和设置方式，本领域技术人员可以参照现有技术进行设置，此处不进行赘述。
本发明实施例提供一种具有如上所述结构的显示装置，由于该显示装置包括层叠设置于偏光片的出光侧的至少两个液晶屏，每个液晶屏均包括多个光线调节单元，且多个液晶屏包括的光线调节单元错开设置，从而使得与现有技术相比，每个液晶屏包括的多个光线调节单元中只有部分光线调节单元相邻，或者所有光线调节单元都不相邻，因此，能够有效减轻甚至完全消除各液晶屏中的液晶分子的偏转状态混乱的现象，进而能够有效减轻甚至完全消除从显示装置发出的光线的传播方向混乱的现象，以使得更多的光线均能射向目标位置，能够有效提高显示装置的光线的利用率。
此外，本发明实施例还提供一种裸眼3D显示系统，该裸眼3D显示系统包括以上所述的显示装置，显示装置具有阵列排布的多个像素，每个像素包括多个亚像素，每个亚像素对应一个或多个光线调节单元；目标位置包括左眼和右眼，奇数列亚像素显示左眼图像，偶数列亚像素显示右眼图像，奇数列光线调节单元调节光线时，可使背光源发出的光线发生折射而射向左眼或者发生全反射，偶数列光线调节单元调节光线时，可使背光源发出的光线发生折射而射向右眼或者发生全反射，从而通过调节各光线调节单元的工作状态，即可实现裸眼3D显示。
由于该裸眼3D显示系统包括以上所述的显示装置，因此，该裸眼3D显示系统能够在实现裸眼3D显示的同时具有高的光线的利用率。
此外，本发明实施例还提供一种虚拟现实眼镜，该虚拟现实眼镜包括左眼镜片和右眼镜片，左眼镜片和右眼镜片均包括一个以上所述的显示装置；其中，左眼镜片包括的显示装置显示左眼图像，其包括的各光线调节单元调节光线时，可使背光源发出的光线发生折射而射向左眼或者发生全反射；右眼镜片包括的显示装置显示右眼图像，其包括的各光线调节单元调节光线时，可使背光源发出的光线发生折射而射向右眼或者发生全反射，从而通过调节两个显示装置包括的光线调节单元的工作状态，即可实现虚拟现实显示。
由于该虚拟现实眼镜包括以上所述的显示装置，因此，该虚拟现实眼镜能够在实现虚拟现实显示的同时具有高的光线的利用率。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种显示装置，包括背光源和设置于所述背光源的出光侧的偏光片，其特征在于，所述显示装置还包括层叠设置于所述偏光片的出光侧的多个液晶屏，每个所述液晶屏包括多个光线调节单元均不相邻，不同的所述液晶屏包括的所述光线调节单元错开设置；各所述光线调节单元用于使所述背光源发出的光线发生折射而射向目标位置或者发生全反射；
每个所述液晶屏包括相对设置的第一基板、第二基板以及位于二者之间的液晶分子层，其中，所述第一基板朝向所述液晶分子层的一面上设置有多个条状电极，所述条状电极的延伸方向为列方向，一个所述光线调节单元在行方向上对应多个所述条状电极，所述第二基板朝向所述液晶分子层的一面上设置有板状电极；
每个所述液晶屏的所述第一基板上仅多个所述光线调节单元对应的位置处设置有所述条状电极；
光色转换层位于所述背光源的出光侧，所述偏光片的入光侧；
所述行方向是像素的行方向，所述列方向是像素的列方向。
2.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述显示装置包括两个所述液晶屏，两个所述液晶屏为第一液晶屏和第二液晶屏，所述第一液晶屏包括的所述光线调节单元为第一光线调节单元，所述第二液晶屏包括的所述光线调节单元为第二光线调节单元，在行方向和列方向上，所述第一光线调节单元和所述第二光线调节单元均交替设置。
3.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，相邻的两个所述液晶屏共用一个基板。
4.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述显示装置具有阵列排布的多个像素，每个所述像素包括多个亚像素，每个所述亚像素对应一个所述光线调节单元。
5.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述显示装置具有阵列排布的多个像素，每个所述像素包括多个亚像素，每个所述亚像素对应多个所述光线调节单元。
6.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述光色转换层包括多个区域，不同区域用于将射向其的光线转换为不同颜色的光线。
7.根据权利要求1或6所述的显示装置，其特征在于，所述背光源为白光光源，所述光色转换层为彩色滤光片，彩色滤光片包括红色区域、绿色区域和蓝色区域。
8.根据权利要求1或6所述的显示装置，其特征在于，所述背光源为蓝光光源，所述光色转换层包括第一区域、第二区域和第三区域，其中，所述第一区域透明，所述第二区域内设置有用于发红光的量子点，所述第三区域内设置有用于发绿光的量子点。
9.一种裸眼3D显示系统，其特征在于，包括如权利要求1～8任一项所述的显示装置，所述显示装置具有阵列排布的多个像素，每个所述像素包括多个亚像素，每个所述亚像素对应一个或多个所述光线调节单元；所述目标位置包括左眼和右眼，奇数列所述亚像素显示左眼图像，偶数列所述亚像素显示右眼图像，奇数列所述光线调节单元调节光线时，可使所述背光源发出的光线发生折射而射向左眼或者发生全反射，偶数列所述光线调节单元调节光线时，可使所述背光源发出的光线发生折射而射向右眼或者发生全反射。
10.一种虚拟现实眼镜，包括左眼镜片和右眼镜片，其特征在于，所述左眼镜片和所述右眼镜片均包括一个如权利要求1～8任一项所述的显示装置；其中，所述左眼镜片包括的所述显示装置显示左眼图像，其包括的各所述光线调节单元调节光线时，可使所述背光源发出的光线发生折射而射向左眼或者发生全反射；所述右眼镜片包括的所述显示装置显示右眼图像，其包括的各所述光线调节单元调节光线时，可使所述背光源发出的光线发生折射而射向右眼或者发生全反射。
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