CN105629604A - 一种三维液晶显示屏及显示设备 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种三维液晶显示屏，包括前层液晶板、中层液晶板和后层液晶板，其中，前层液晶板与后层液晶板相互平行，中层液晶板斜置在前层液晶板f和后层液晶板之间，且中层液晶板顶部距离后层液晶板的距离小于中层液晶板底部距离后层液晶板的距离。由于本发明实施例中，中层液晶板倾斜之后，相较中层液晶板与其它两层液晶板平行放置的情况，俯视界面的影像点相距中层液晶板的水平距离更小，进而所述结构的三维液晶显示屏能够更加清晰的显示俯视界面的三维影像。

Description

一种三维液晶显示屏及显示设备

技术领域

本发明涉及三维图像显示领域，特别涉及一种三维液晶显示屏及显示设备。

背景技术

目前，利用多层液晶来进行物体的三维显示是比较流行的三维图像显示方式。多层液晶是由多个液晶板按一定的排列方式组合而成。通过不同层液晶板上的液晶调制，可以在不同角度显示不同内容。多层液晶显示具有大范围，无重复视区等优势，是当前比较适合显示场景光场的装置。

液晶像素具有空间调制的功能，它通过改变光偏振的旋转角度，与前后的偏振片产生夹角，从而改变当前光线强度的大小。如果使用多层的液晶板便可以调制整个空间的光线。由于不同角度上的光场图像内容相似，所以采用液晶层像素间复用调制的原理，使用三层液晶显示屏就可以达到调制空间光线的目的。

一般采用的三层液晶显示屏的液晶板的排列方式如图1所示，三层液晶板f、g、h平行放置，该三层液晶显示屏中显示的三维物体影像点的光场大小是由该影像点对应在不同液晶板上的像素点光场强度决定的。

图1中，l_γ(γ)表示液晶出射的光线的光场强度值；γ表示出射的光束与液晶板的夹角；x_f表示液晶板f上的像素位置；x_g表示液晶板g上的像素位置；x_h表示液晶板h上的像素位置；d₁₃表示液晶板f与h间的水平距离；d₂₃表示液晶板g与h间的水平距离；液晶出射的光线的光场强度值由三层液晶板上的像素光场强度相乘决定，即

l_γ(γ)＝f(x_f)×g(x_g)×h(x_h)，

其中，

$x_g=x_h+\frac{d_{23}}{tan\mathrm{\γ}},$

$x_f=x_h+\frac{d_{13}}{\tan \mathrm{\γ}}.$

为了将得到光线与原始光场最相似，只需求解下述方程，

$\min \left|\right|{\tilde{l}}_{\mathrm{\γ}}-l_{\mathrm{\γ}}\left(\mathrm{\γ}\right)|{|}^2$

其中为实际光线的光场强度值，l_γ(γ)为液晶出射的光线的光场强度值。

在图2中，用A点模拟液晶层间的物点发光情况，用B点模拟液晶层上的物点发光情况。具体计算如下：

为了拟合n个方向的光场，即计算得

$\underset{n}{\Σ}{\tilde{l}}_{\mathrm{\γ}}-l_{\mathrm{\γ}}\left(\mathrm{\γ}\right)=0;$

对于A点，有

$({\tilde{l}}_1-l_1({\mathrm{\γ}}_1,A\left)\right)+({\tilde{l}}_2-l_2({\mathrm{\γ}}_2,A\left)\right)+...=0;$

$\underset{i=n}{\Σ}{\tilde{l}}_i=\underset{i=n}{\Σ}f\left(x_{fi},A\right)\×g\left(x_{gi},A\right)\×h\left(x_{hi},A\right);$

对于B点，有

$\underset{i=n}{\Σ}{\tilde{l}}_i=f\left(x_f,B\right)\underset{i=n}{\Σ}g\left(x_{gi},B\right)\×h\left(x_{hi},B\right);$

可见，A点的光场强度值由3n个未知变量相乘计算迭代，B点由2n+1个未知变量迭代计算，并且在多层液晶板显示技术中，由于B点在液晶板上，所以B点的光场强度主要由液晶板f上的像素光场强度决定。

由此可见，当计算所有的角度上光线的光场强度时，多层液晶板上多个液晶像素的光场强度值会影响A点，而B点光场强度仅仅由当前面板的像素光场强度值决定。所以最终得到的A点光场强度值是全局拟合的最优值，比较模糊；而B点光场强度值则是一个确定值，比较清晰。

从而我们可以知道，采用三层液晶板显示立体地形场景时，液晶层上的内容会以确定值表达，效果清晰；多个液晶层间的内容会以最优解的方式来表达，效果模糊。离液晶层越远，最优解计算结果越不好，显示效果越模糊，进而影响观看。

进一步的，在图3中，当影像点只落在一个液晶板上时，如图3中的B点，该影像点光场强度仅由液晶板g上的对应像素点的光场强度决定，当影像点落在液晶板之间时，如图3中的A点，该影像点光场强度由不同液晶板f、g、h上的对应像素点的光场进行拟合得到，且落在液晶板上的影像点的光场强度会以该液晶板上的对应像素点的光场强度表达，是个确定值，使得该影像点对外展示的效果清晰；落在液晶层间的影像点的光场强度会以不同液晶板上不同像素点的光场强度拟合的最优解的方式来表达，使得该影像点对外展示的效果模糊，进一步地，当影像点距离与其最近的液晶板的水平距离越大，该点的光场强度最优解计算结果越不好，该影像点对外显示效果越模糊。

由于影像点对外展示的清晰与否，主要由该影像点与距离其最近的液晶板的水平距离决定，即由图3中影像点与液晶板f、g、h的水平距离P_f、P_g和P_h中的最小值来决定。

若所显示的三维影像是通过虚拟摄像机对地形界面拍摄得到的地形界面图像，如图4(a)所示，这样对于理想地形界面来说，经过透视变换，得到图4(b)中的效果，该图像一半以下是地面，以上是天空，地面的信息由近及远。基于上述理论，当当前所要展示的三维图像为俯视界面、比如通过三维摄像机拍摄的俯视地形时，该地形界面的截面在三维液晶显示屏中呈现位置如图3中虚线所在位置，是斜置在液晶板f和液晶板h之间的，可见，该虚线上大部分的影像点距离液晶板f、g、h的水平距离较大，导致采用现有技术的液晶板结构的三维液晶显示屏对俯视界面的显示效果较差。

发明内容

本发明实施例公开了一种三维液晶显示屏及显示设备，能够更清晰地展示俯视界面的三维影像。

为达到上述目的，本发明实施例公开了一种三维液晶显示屏，包括前层液晶板、中层液晶板和后层液晶板：

所述前层液晶板和后层液晶板相互平行；

所述中层液晶板倾斜设置于前层液晶板和后层液晶板之间，其中倾斜后所述中层液晶板顶部距离所述后层液晶板的距离小于该中层液晶板底部距离所述后层液晶板的距离。

较佳的，中层液晶板底部接触前层液晶板底部，中层液晶板顶部接触后层液晶板顶部。

较佳的，所述中层液晶板顶部距离后层液晶板底部的距离H_x与后层液晶板的高度H满足关系：

$H_x\≤\frac{3}{4}H.$

较佳的，所述中层液晶板顶部距离后层液晶板底部的垂直距离H_x与后层液晶板的高度H还满足关系：

$H_x\≥\frac{1}{2}H.$

本发明实施例还公开了一种三维液晶显示设备，包括前述任一的一种三维液晶显示屏。

由上述的技术方案可见，本发明实施例提供了一种三维液晶显示屏，该三维液晶显示屏包括前层液晶板、中层液晶板和后层液晶板，其中，前层液晶板与后层液晶板相互平行，中层液晶板斜置在前层液晶板f和后层液晶板之间，且中层液晶板顶部距离后层液晶板的距离小于该中层液晶板底部距离后层液晶板的距离。由于本发明实施例中，中层液晶板倾斜之后，相较中层液晶板与其它两层液晶板平行放置的情况，俯视界面的影像点相距中层液晶板的水平距离更小，进而所述结构的三维液晶显示屏能够更加清晰的显示俯视界面的三维影像。

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，下面将对实施例或现有技术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为现有技术中三层液晶显示屏光线光场强度拟合示意图；

图2为现有技术中三层液晶显示屏拟合不同位置影像点光场强度的示意图；

图3为现有技术中三层液晶显示屏显示俯视界面示意图；

图4(a)为虚拟摄像机拍摄地形界面示意图；

图4(b)为经过透视变换后的地形界面示意图；

图5为本发明实施例一提供的一种三维液晶显示屏结构示意图；

图6为本发明实施例二提供的一种三维液晶显示屏结构示意图；

图7为现有技术中三维液晶显示屏显示俯视界面的模糊程度计算示意图；

图8为本发明实施例提供的一种三维液晶显示屏显示俯视界面的模糊程度计算示意图；

图9为三维液晶显示屏显示俯视界面辅助计算示意图；

图10为本发明实施例提供的一种三维液晶显示屏显示非平坦俯视界面的示意图。

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，所描述的实施例仅仅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作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。

下面通过具体实施例，对本发明进行详细说明。

图5为本发明实施例一提供的一种三维液晶显示屏结构示意图，所述三维液晶显示屏，包括：

前层液晶板f、中层液晶板g和后层液晶板h，其中，前层液晶板f与后层液晶板h相互平行，中层液晶板g斜置在前层液晶板f和后层液晶板h之间，且中层液晶板g顶部距离后层液晶板h的距离p₁小于中层液晶板g底部距离后层液晶板h的距离p₂。

如图5所示，由于中层液晶板倾斜之后，相较中层液晶板g与其它两层液晶板平行放置的情况，俯视界面的影像点相距中层液晶板g的水平距离更小，进而所述结构的三维液晶显示屏能够更加清晰的显示俯视界面的三维影像。

进一步地，为了更加契合俯视界面的显示，可以将所述中层液晶板g的底部与前层液晶板f的底部相接触，中层液晶板g的顶部与后层液晶板f相接触，即使图5中的距离p₂的值为前层液晶板f到后层液晶板h的水平距离值，距离p1的值为0。

图6为本发明实施例二提供的一种三维液晶显示屏结构示意图，所述三维液晶显示屏结构，包括：

前层液晶板f、中层液晶板g和后层液晶板h，其中，前层液晶板f与后层液晶板h相互平行，中层液晶板g斜置在前层液晶板f和后层液晶板h之间，且中层液晶板g底部接触前层液晶板f底部，中层液晶板g顶部接触后层液晶板h。

由于三维液晶显示屏显示内容清晰与否，主要由显示内容与最近的液晶板的水平距离决定，所以可以用所有待显示影像点与距其最近的液晶板的水平距离的累积值来表示该三维液晶显示屏显示待显示内容的模糊程度，对于现有三维液晶显示屏显示俯视界面的情况，如图7所示，假设影像点从俯视界面的左下角开始，沿俯视界面所在的斜线向上移动，对应的，该影像点距离与其最近的液晶板的水平距离p与该影像点所处俯视界面水平坐标d_Δ的函数关系如图中函数图像所示，可知该函数图像中的阴影部分面积值即为俯视界面上的所有影像点与距其最近的液晶板的水平距离的累积值，假设前层液晶板f与后层液晶板h之间的水平距离为d，则所述累积值为d²/8。

按照这样的思想，如图8所示，针对图6所示的三维液晶显示屏结构，假设影像点从俯视界面的左下角开始，沿俯视界面所在的斜线向上移动，对应的，该影像点距离与其最近的液晶板的水平距离p与该影像点所处俯视界面水平坐标d_Δ的函数关系如图中函数图像所示，其中，当影像点移动到图8所示的影像点位置时，该位置距离液晶板g的距离p_g与影像点距离液晶板h的距离p_h相等，图8中中层液晶板与水平面的夹角为预设的锐角α，该三维液晶显示屏还保存有拍摄俯视界面图像的摄像机的拍摄俯角β，即图中俯视界面与水平面的夹角β，前层液晶板f与后层液晶板h之间的水平距离为d，则要求解图中阴影部分的面积，只需求得图中p_x值即可。

则图8中的液晶板结构可用图9所示的几何图像类比，图9中，OA代表斜置的中层液晶板，OC代表俯视界面，AB代表垂直的后层液晶板，相应参数如图9中所示，其中已知量为角度α，角度β和OB的距离d，则求解图8中p_x的问题就转化为求解图9中未知量x的问题，由图中的几何关系可建立方程：

$\left\{\begin{array}{c}tan\mathrm{\α}=\frac{b-a+y}{2x}\\ \tan \mathrm{\β}=\frac{y}{x}\\ \tan \mathrm{\α}=\frac{a}{d}\\ \tan \mathrm{\β}=\frac{b}{d}\end{array}\right.,$

求解该方程，可得

$x=d\frac{tan\mathrm{\α}-tan\mathrm{\β}}{2tan\mathrm{\α}-tan\mathrm{\β}};$

进而，图8中，

$p_x=d\frac{tan\mathrm{\α}-tan\mathrm{\β}}{2tan\mathrm{\α}-tan\mathrm{\β}},$

则距离累积的阴影面积为，

为了使该种三维液晶显示屏结构相比现有技术的三维液晶显示屏在显示俯视界面上具有更好的显示效果，则需要

$\frac{1}{2}{d}^2\frac{tan\mathrm{\α}-tan\mathrm{\β}}{2tan\mathrm{\α}-tan\mathrm{\β}}\≤\frac{d^2}{8},$

即要求锐角α与β满足关系式

在图8中，由于tanα＝H_x/d，tanβ＝H/2d，其中H为后层液晶板的高度，H_x为中层液晶板斜置后的顶部到后层液晶板底部的垂直距离，则H_x要满足：

$H_x\≤\frac{3}{4}H.$

对于平坦的俯视界面而言，中层液晶板与水平面的夹角锐角α与拍摄俯视界面图像的摄像机的拍摄俯角β越接近，其显示俯视界面的效果越好，而实际中的大部分俯视界面并是不平坦的界面，如图10所示的实际俯视界面是非平坦的，可以认为需要显示的影像是在平坦俯视界面略微靠上的部分，为了更好地显示俯视界面略微靠上的部分，需要中间层液晶板与水平面的夹角锐角α略大于摄像机的拍摄俯角β，即要求锐角α与β还满足α≥β，即则在图8中，斜置高度Hx还应该满足：

$H_x\≥\frac{1}{2}H.$

本发明实施例提供了一种三维液晶显示屏，包括前层液晶板、中层液晶板和后层液晶板，其中，前层液晶板与后层液晶板相互平行，中层液晶板斜置在前层液晶板f和后层液晶板之间，且中层液晶板顶部距离后层液晶板的距离小于中层液晶板底部距离后层液晶板的距离。由于本发明实施例中，中层液晶板倾斜之后，相较中层液晶板与其它两层液晶板平行放置的情况，俯视界面的影像点相距中层液晶板的水平距离更小，进而所述结构的三维液晶显示屏能够更加清晰的显示俯视界面的三维影像。

本发明还提供了一种三维液晶显示设备，所述设备可以包括实施例一和实施例二所述的三维液晶显示屏。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本领域普通技术人员可以理解实现上述方法实施方式中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于计算机可读取存储介质中，这里所称得的存储介质，如：ROM/RAM、磁碟、光盘等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。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，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种三维液晶显示屏，包括前层液晶板、中层液晶板和后层液晶板，其特征在于：

所述前层液晶板和后层液晶板相互平行；

所述中层液晶板倾斜设置于前层液晶板和后层液晶板之间，其中倾斜后所述中层液晶板顶部距离所述后层液晶板的距离小于该中层液晶板底部距离所述后层液晶板的距离。

2.根据权利要求1所述的三维液晶显示屏，其特征在于，中层液晶板底部接触前层液晶板底部，中层液晶板顶部接触后层液晶板顶部。

3.根据权利要求2所述的三维液晶显示屏，其特征在于，所述中层液晶板顶部距离后层液晶板底部的距离H_x与后层液晶板的高度H满足关系：

$H_x\≤\frac{3}{4}H.$

4.根据权利要求3所述的三维液晶显示屏，其特征在于，所述中层液晶板顶部距离后层液晶板底部的垂直距离H_x与后层液晶板的高度H还满足关系：

$H_x\≥\frac{1}{2}H.$

5.一种三维液晶显示设备，其特征在于，包括权利要求1-4任一项所述的三维液晶显示屏。