CN106772737A - 一种曲面光栅及曲面显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种曲面光栅及曲面显示装置，包括：多个光栅周期，各光栅周期均包括位于中间的开口区和位于两侧的遮光区；位于曲面光栅中心线两侧且与中心线之间距离相等的光栅周期的宽度相等；光栅周期的宽度随着光栅周期与中心线之间距离的增大而等间距减小，光栅周期的开口区的宽度随着光栅周期与中心线之间距离的增大而等间距减小。将曲面光栅设置成光栅周期宽度和开口区宽度随其与中心线之间的距离增大而等间距减小，从而可使各像素单元在透过对应的光栅周期开口区的边缘时，菱形观看区域在垂直与曲面光栅方向上的顶点向两侧延伸，由此使观看者在该方向上具有更广的观看空间。

Description

一种曲面光栅及曲面显示装置
技术领域
本发明涉及显示技术领域，尤其涉及一种曲面光栅及曲面显示装置。
背景技术
裸眼3D(Three-dimensional)显示屏因不需要观看者佩戴眼镜等铺助设备而观看到3D影像，成为现阶段显示领域研究热点。目前，实现裸眼3D显示器的手段有狭缝式光栅、柱状棱镜和指向光源三种。光栅式的3D显示器件相对而言加工简单，成本低廉，因此被广泛使用。
为了降低各视点画面之间的串扰，裸眼3D显示技术一般可以采用曲面光栅结构，如图1所示，常用的曲面光栅包括多个光栅周期，每个光栅周期均具有开口区和遮光区，如图1所示，相邻两个遮光条中线之间的区域为一个光栅周期。如图2所示，现有的曲面光栅结构在空间中形成了周期性分布的菱形最佳观看区域，观察者需要将双眼置于最佳观看区域内才能得到最佳的3D观看体验，观看者在该区域内移动时不会影响观看效果，当观看者前后移动，离开这个区域后，即失去了最佳观看体验。
因此，如何扩展曲面光栅式曲面显示装置的最佳观看区域，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明实施例提供了一种曲面光栅及曲面显示装置，用以扩展曲面光栅式曲面显示装置的最佳观看区域。
第一方面，本发明实施例提供一种曲面光栅，包括：多个光栅周期，各所述光栅周期均包括位于中间的开口区和位于两侧的遮光区；
位于所述曲面光栅中心线两侧且与所述中心线之间距离相等的所述光栅周期的宽度相等；
所述光栅周期的宽度随着所述光栅周期与所述中心线之间距离的增大而等间距减小，所述光栅周期的开口区的宽度随着所述光栅周期与所述中心线之间距离的增大而等间距减小。
在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述曲面光栅中，各所述光栅周期的开口区宽度所占光栅周期宽度的比例相等。
在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述曲面光栅中，所述光栅周期的开口区宽度所占光栅周期宽度的比例为0.2-0.4。
第二方面，本发明实施例提供一种曲面显示装置，包括曲面显示屏以及位于所述曲面显示屏出光侧的上述任一曲面光栅；所述曲面显示屏的中心线与所述曲面光栅的中心线重合。
在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述曲面显示装置中，所述曲面光栅的曲率大于所述曲面显示屏的曲率。
在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述曲面显示装置中，所述曲面光栅所对应的圆心与所述曲面显示屏所对应的圆心重合。
在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述曲面显示装置中，所述曲面光栅所对应的圆心与所述曲面显示屏所对应的圆心不重合，且所述曲面光栅所对应的半径小于所述曲面显示屏所对应的半径。
在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述曲面显示装置中，所述曲面光栅的各所述光栅周期宽度之和与所述曲面显示屏的各像素宽度之和的比值小于1。
在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述曲面显示装置中，所述曲面光栅的光栅周期与所述曲面显示屏的亚像素列一一对应。
本发明有益效果如下：
本发明实施例提供的曲面光栅及曲面显示装置，包括：多个光栅周期，各光栅周期均包括位于中间的开口区和位于两侧的遮光区；位于曲面光栅中心线两侧且与中心线之间距离相等的光栅周期的宽度相等；光栅周期的宽度随着光栅周期与中心线之间距离的增大而等间距减小，光栅周期的开口区的宽度随着光栅周期与中心线之间距离的增大而等间距减小。将曲面光栅设置成光栅周期宽度和开口区宽度随其与中心线之间的距离增大而等间距减小，从而可使各像素单元在透过对应的光栅周期开口区的边缘时，菱形观看区域在垂直与曲面光栅方向上的顶点向两侧延伸，由此使观看者在该方向上具有更广的观看空间。
附图说明
图1为现有技术中曲面光栅的结构示意图；
图2为现有技术中曲面光栅的观看区域示意图；
图3为本发明实施例提供的曲面光栅的结构示意图；
图4a为本发明实施例提供的曲面光栅的显示原理图之一；
图4b为本发明实施例提供的曲面光栅的显示原理图之二；
图4c为本发明实施例提供的曲面光栅的显示原理图之三；
图5为本发明实施例提供的光栅周期的宽度、光栅周期对应于曲面圆心的夹角与曲率半径之间的关系示意图；
图6a为本发明实施例提供的曲面显示装置的结构示意图之一；
图6b为图6a所示显示装置的最佳观看区域示意图；
图7a为本发明实施例提供的曲面显示装置的结构示意图之二；
图7b为图7b所示显示装置的最佳观看区域示意图。
具体实施方式
现有技术中的曲面光栅结构如图1所示，在具体实施时，将显示画面分割成适合左、右眼观看的两个不同角度的影像，经过曲面光栅的作用，呈现给观看者多个相互间隔的左视区和右视区，让观看者左眼及右眼看到不同的画面，从而形成3D效果。现有的曲面光栅的各光栅周期宽度A均相等，且各光栅周期中的开口区的宽度也相等。采用这种结构的曲面光栅的观看区域如图2所示，为菱形观看区域；其中，在左视区或视或为0或1的区域观看效果最佳。由图2可以看出，现有的曲面光栅在垂直于曲面光栅方向的纵向可观看的距离不足0.1m，当观看者移动到该区域以外时，则进入串扰区域，观看效果不佳。
有鉴于此，本发明实施例提供了一种曲面光栅，用以扩展垂直于曲面光栅的纵向观看区域的范围。
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
如图3所示，本发明实施例提供的曲面光栅，包括：多个光栅周期31，各光栅周期31均包括位于中间的开口区301和位于两侧的遮光区302；如图3所示，位于中心线左侧随着与中心线之间的距离由近到远的顺序依次设置光栅周期31的宽度为W1、W2、W3…Wn；相应地，位于中心线右侧随着与中心线之间的距离由近到远的顺序依次设置光栅周期31的宽度为W1’、W2’、W3’…Wn。其中，位于曲面光栅中心线两侧且与中心线之间距离相等的光栅周期31的宽度相等，即W1＝W1’、W2＝W2’、W3＝W3’、…Wn＝Wn’。
进一步地，光栅周期31的宽度随着光栅周期与中心线之间距离的增大而等间距减小，光栅周期的开口区301的宽度随着光栅周期与中心线之间距离的增大而等间距减小。
在实际应用中，曲面光栅位于显示屏的出光侧，显示屏阵列分布多个像素，且每个像素均包括三个亚像素，如图4a中的三个亚像素P1、P2和P3；其中，亚像素P2所发射的光线通过前方的光栅周期的开口区301在曲面光栅背离显示屏的一侧形成串扰区S和无串扰区S’(如图4a所示)，由于光沿直线传播，各亚像素在曲面光栅的作用下，可在观看者的观看区间内形成如图4b所示的菱形无串扰区S，人眼在这个区域内的可清楚看到图像的3D显示效果，因此该菱形区域为具有3D显示效果的最佳观看区域。
如图4c中的左图所示，正常情况下左眼像素Pl和右眼像素Pr所发射的光在经过曲面光栅的作用后，所形成的菱形无串扰区S中与曲面光栅距离最近的一个顶点为a，顶点a到曲面光栅的距离为h1；在随着将曲面光栅周期宽度以及开口区宽度线性减小时，如图4c中的右图所示，菱形无串扰区S的顶点a’随着开口区宽度的减小越向曲面光栅靠近，顶点a’与曲面光栅的距离为h2，由图4c可以明显看出h2<h1，即在将开口区的宽度减小时菱形最佳观看区域在垂直于曲面光栅的纵向延伸，如此，即使观看者在该方向上具有较大幅度的移动，仍可位于无串扰区，具有较佳的观看体验。
为方便制作本发明实施例提供的上述曲面光栅，可将各光栅周期宽度设置为随着其与中心之间距离的增大而线性减小，同样地，将各光栅周期的开口区宽度也设置为其随着与中心线之间的距离的增大而线性减小。进一步地，还可将各光栅周期的开口区宽设置为占光栅周期宽度相同的比例，且根据实践验证，将该比例设置在0.2-0.4时具有较好的结果。
以下对曲面光栅的各光栅周期及光栅周期的开口区宽度的计算方法进行具体说明。
如图5所示，曲面光栅具有多个光栅周期，且位于曲面光栅中心线两侧且与中心线之间距离相等的光栅周期的宽度相等，各光栅周期的宽度随着其与中心线之间的距离由近到远的顺序依次为d1、d2、d3…dn，上述各光栅周期所对应的圆心角分别为α1、α2、α3…αn；曲面光栅对应的半径为R。需要说明的是，各光栅周期的宽度为曲面光栅所在圆弧上的各段弧长，即dn＝R×αn，n为正整数。
由于本发明实施例提供的上述曲面光栅中各光栅周期的宽度随着光栅周期与中心线之间的距离的增大而线性减小(即等间距减小)，因此，可采用下式来计算出相邻两个光栅周期之间的宽度差值：
dn-1-dn＝R(α1-αn)/(n-1)；
由于在实际应用中，R、n、α1和αn均为确定值，从而可根据上式计算得到相邻两个光栅周期的宽度差，从而确定出各光栅周期的宽度；优选地，将各光栅周期的开口区宽度设置为占光栅周期的相同比例，进一步确定出各光栅周期的开口区宽度，由此在确定了各光栅周期的宽度和各光栅周期中开口区宽度后可根据上述宽度值制作出整个曲面光栅。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供一种曲面显示装置，如图6a所示，该曲面装置包括曲面显示屏400以及上述任一曲面光栅300；其中，曲面光栅300位于曲面显示屏400的出光侧，且曲面显示屏400的中心线与曲面光栅300的中心线重合。在实际应用中，上述显示显示屏可为液晶面板、液晶显示器、液晶电视、有机发光二极管(Organic LightEmitting Diode，OLED)面板、OLED显示器、OLED电视等显示屏。
在具体实施时，曲面光栅300的各光栅周期位于同一个圆弧上，曲面光栅300的曲率与曲面显示屏400的曲率可相等也可不等。优选地，在本发明实施例提供的上述曲面显示装置中，曲面光栅300的曲率大于曲面显示屏400的曲率。
进一步地，如图6a所示，曲面光栅300所对应的圆心O与曲面显示屏400所对应的圆心O’重合，且曲面光栅300所对应的半径R小于曲面显示屏400的对应的半径R’。在曲面光栅300和曲面显示屏400的圆心重合时，经过仿真所得到的观看位置的归一化效果图如图6b所示，与现有技术所示的图2相比，当纵向距离大约在0.4m时，图6b的人眼左右移动的归一化距离为左0.55右0.45，左0.45右0.55，而图2的人眼左右移动的归一化距离为左0右1，左1右0；当纵向距离大约在0.5m时，图6b的人眼左右移动的归一化距离为左0右1，左1右0，而图2的人眼左右移动的归一化距离为左0.44右0.56，左0.56右0.44；当纵向距离大约在0.6m时，图6b的人眼左右移动的归一化距离为左0右1，左1右0，而图2的人眼左右移动的归一化距离为左0.48右0.52，左0.52右0.48；当纵向距离大约在0.8m时，图6b的人眼左右移动的归一化距离为左0.49右0.51，左0.51右0.49，而图2的人眼左右移动的归一化距离为左0.5右0.5，左0.5右0.5；其中，与最佳观看区域所对应的左右眼移动纵向距离为左0右1，左1右0。在本发明实施例提供的上述曲面光栅中，在纵向距离在0.5-0.6之间时观看效果最佳，相比于现有技术的曲面光栅即在0.4附近为最佳观看区域，本发明实施例提供的上述曲面显示装置的最佳观看区域在纵向距离上有所拓宽。
在另一种可实施的方式中，如图7a所示，曲面光栅300所对应的圆心与曲面显示屏400所对应的圆心不重合，且曲面光栅300所对应的半径R小于曲面显示屏400所对应的半径R’。在曲面光栅300和曲面显示屏400的圆心不重合时，经过仿真所得到的观看位置的归一化效果图如图7b所示，与现有技术所示的图2相比，当纵向距离大约在0.4m时，图7b的人眼左右移动的归一化距离为左0.63右0.37，左0.37右0.63，而图2的人眼左右移动的归一化距离为左0右1，左1右0；当纵向距离大约在0.5m时，图7b的人眼左右移动的归一化距离为左0右1，左1右0，而图2的人眼左右移动的归一化距离为左0.44右0.56，左0.56右0.44；当纵向距离大约在0.6m时，图7b的人眼左右移动的归一化距离为左0右1，左1右0，而图2的人眼左右移动的归一化距离为左0.48右0.52，左0.52右0.48；当纵向距离大约在0.8m时，图7b的人眼左右移动的归一化距离为左0.15右0.85，左0.85右0.15，而图2的人眼左右移动的归一化距离为左0.5右0.5，左0.5右0.5。在本发明实施例提供的上述曲面光栅中，在纵向距离在0.5-0.6之间时观看效果最佳，相比于现有技术的曲面光栅即在0.4附近为最佳观看区域，本发明实施例提供的上述曲面显示装置的最佳观看区域在纵向距离上有所拓宽。且与曲面光栅圆心与曲面显示屏的圆心相重合的方案相比，曲面光栅圆心与曲面显示屏圆心不重合时的仿真效果更佳。在实际应用中，可优先选择曲面光栅圆心和曲面显示屏圆心不重合的设计方案。
在具体实施时，在本发明实施例提供的上述曲面显示装置中，曲面光栅的各光栅周期宽度之和与曲面显示屏的各像素宽度之和的比值小于1，即曲面光栅的收缩率小于1。由此可保证曲面显示装置具有裸眼3D的显示效果。
进一步地，在本发明实施例提供的上述曲面显示装置中，曲面光栅的光栅周期与曲面显示屏的亚像素列一一对应。亚像素列中的每一个亚像素所出射的光线在经过与之对应的光栅周期后在观看者所在区域内形成串扰或无串扰显示区域，而只有观看者人眼处于无串扰区时可观看到效果较佳的3D图像。
本发明实施例提供的曲面光栅及曲面显示装置，包括：多个光栅周期，各光栅周期均包括位于中间的开口区和位于两侧的遮光区；位于曲面光栅中心线两侧且与中心线之间距离相等的光栅周期的宽度相等；光栅周期的宽度随着光栅周期与中心线之间距离的增大而等间距减小，光栅周期的开口区的宽度随着光栅周期与中心线之间距离的增大而等间距减小。将曲面光栅设置成光栅周期宽度和开口区宽度随其与中心线之间的距离增大而等间距减小，从而可使各像素单元在透过对应的光栅周期开口区的边缘时，菱形观看区域在垂直与曲面光栅方向上的顶点向两侧延伸，由此使观看者在该方向上具有更广的观看空间。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种曲面光栅，其特征在于，包括：多个光栅周期，各所述光栅周期均包括位于中间的开口区和位于两侧的遮光区；
位于所述曲面光栅中心线两侧且与所述中心线之间距离相等的所述光栅周期的宽度相等；
所述光栅周期的宽度随着所述光栅周期与所述中心线之间距离的增大而等间距减小，所述光栅周期的开口区的宽度随着所述光栅周期与所述中心线之间距离的增大而等间距减小。
2.如权利要求1所述的曲面光栅，其特征在于，各所述光栅周期的开口区宽度所占光栅周期宽度的比例相等。
3.如权利要求2所述的曲面光栅，其特征在于，所述光栅周期的开口区宽度所占光栅周期宽度的比例为0.2-0.4。
4.一种曲面显示装置，其特征在于，包括曲面显示屏以及位于所述曲面显示屏出光侧的如权利要求1-3任一项所述的曲面光栅；所述曲面显示屏的中心线与所述曲面光栅的中心线重合。
5.如权利要求4所述的曲面显示装置，其特征在于，所述曲面光栅的曲率大于所述曲面显示屏的曲率。
6.如权利要求5所述的曲面显示装置，其特征在于，所述曲面光栅所对应的圆心与所述曲面显示屏所对应的圆心重合。
7.如权利要求5所述的曲面显示装置，其特征在于，所述曲面光栅所对应的圆心与所述曲面显示屏所对应的圆心不重合，且所述曲面光栅所对应的半径小于所述曲面显示屏所对应的半径。
8.如权利要求4-7任一项所述的曲面显示装置，其特征在于，所述曲面光栅的各所述光栅周期宽度之和与所述曲面显示屏的各像素宽度之和的比值小于1。
9.如权利要求4-7任一项所述的曲面显示装置，其特征在于，所述曲面光栅的光栅周期与所述曲面显示屏的亚像素列一一对应。
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