CN107247336A - 无损分辨率的液晶透镜式裸眼立体显示装置和驱动方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种无损分辨率的液晶透镜式裸眼立体显示装置和驱动方法，具备：含有多个液晶透镜单元的分光器件、2D显示模块、以及背光源，并且，形成为如下结构：所述分光器件的液晶透镜的驱动时序为第一帧按规定的第一驱动方式驱动，第二帧按不同于所述规定的第一驱动方式的规定的第二驱动方式驱动，第三帧按所述规定的第一驱动方式驱动，第四帧按所述规定的第二驱动方式驱动，依次循环。根据本发明，可达到无损分辨率显示3D图像的效，即能够解决了液晶透镜技术3D模式下分辨率损失的问题。

Description

无损分辨率的液晶透镜式裸眼立体显示装置和驱动方法
技术领域
本发明涉及裸眼立体显示领域，特别涉及一种无损分辨率的液晶透镜式裸眼立体显示装置和驱动方法。
背景技术
能够更真实地还原所见世界一直是人们追求的目标。随着显示技术的革新，从黑白到彩色、从阴极射线管到平板显示、从标清到高清、从平面显示到立体显示，人们的视觉体验逐渐变得更真实。立体显示特别是裸眼立体技术已成为显示领域的新发展趋势。
裸眼立体显示器的实现原理是在通常的TFT-LCD(薄膜晶体管液晶显示器，以下简称LCD)PDP，LED等面板前面加上分光器件，将具有双目视差 (左眼和右眼观看一定距离的实际物体时，接收到的视觉图像略有不同)的平面图像分别投射到左右眼中，最后通过大脑融合形成立体视觉的。狭缝光栅、柱镜光栅等都是常见典型的3D分光器件。以狭缝光栅为例说明其实现裸眼3D显示的原理。
图9是示出现有技术的狭缝光栅3D显示的原理图，图10是示出现有技术的的液晶透镜结构的概略示意图。如图9所示，通过在2D显示面板(如 LCD)前置(也可后置，图中所示为前置)狭缝光栅，在狭缝光栅通过遮挡形成黑白相间的条纹，使左眼只能看到左眼对应的影像，右眼只能看到右眼对应的影像，由于左右眼同时观看到具有一定视差的影像而产生3D立体显示效果。
所有的3D分光器件都是通过光学方法实现使左眼只能看到左眼对应的影像，右眼只能看到右眼对应的影像，由于左右眼同时观看到具有一定视差的影像而产生3D立体显示效果。最初发明的3D分光器件都是被动式的，即不可通过电或机械等其他方式进行操控。所以由于分光器件的遮挡或分光，使得不论是观看3D图像还是2D图像，图像由于空间上分成了左眼和右眼观看的两部分，导致图像分辨率下降。后来随着技术的进步出现了主动式分光器件，即分光器件可通过电或机械等其他方式进行操控。这类分光器件典型的有液晶狭缝光栅、液晶透镜。
采用液晶透镜来实现自由立体显示的立体显示装置，主要是利用在液晶层两侧的两片基板上分别设置正负电极，并在不同电极上施加大小不同的驱动电压，从而在两片基板间形成具有不同强度的垂直电场，以驱动液晶分子排列而形成可变焦液晶透镜。因此，只需要控制相应电极上的电压分布，液晶透镜的折射率分布就会相应的改变，从而对像素出射光的分布进行控制，实现自由立体显示和2D/3D自由切换。
如图10所示，100‘为一种常见的液晶透镜阵列结构示意图，它含有多个液晶透镜单元如L1‘与L2‘等(图中只画出了两个透镜单元)，每个透镜单元如L1‘与L2‘等具有相同的结构。具体的讲，液晶透镜阵列100‘包含第一基板101’与第二基板102‘，第一基板101与第二基板102’正对设置，一般为玻璃等透明材料。在第一基板101上设置有第一电极103‘，第一电极 103’一般为透明导电材料如ITO或者IZO等，在第二基板102‘上设置有第二电107‘，第二电极107’也为透明导电材料如ITO或者IZO。
在每一个透镜单元之内，以L1‘为例，第一电极103‘包含S11，S12， S13，……，S18，S19等多个以一定间隔分开并平行设置的条形电极，电极的数量一般为奇数(以下以九电极为例进行说明)，每个条形电极的宽度分别为W(S11，W(S12)，W(S13)，……，W(S18)，W(S19)等，一般而言条形电极具备相同的宽度，即W(S11)＝W(S12)＝W(S13)＝……＝W(S18)＝W(S19)。在两个液晶透镜单元如L1’与L2‘之间，共用同一个条形电极S19(S21)。
除此之外，液晶透镜阵列100‘还包括设置在第一电极103‘上的介电材料104‘，设置在介电材料104’上的第一配向膜105‘以及设置在第二电极 107’上的第二配向膜108‘用于控制液晶分子的取向，液晶材料106‘被封装在第一基板101’与第二基板102‘之间。虽然图1中未画出，但液晶透镜阵列1’00还包括用于液晶材料封装的周边封框胶以及用于控制液晶盒厚的间隙子(隔离物)等。
液晶透镜技术相对于狭缝光栅技术具有亮度高的优点，但不论是哪种分光器件其实现3D显示的原理都是3D分光器件根据需要控制其打开或者关闭。打开时即是3D模式，起到分光作用，可以观看3D图像，关闭时分光器件不起到分光作用，仅可观看2D图像。
但现有技术的液晶透镜在3D模式下观看3D图像时其实际观看分辨率要低于原有图像的分辨率。例如，假设是2视点的垂直透镜光栅排列方式的设计方案，3D分辨率约为2D分辨率的1/2，如果是多视点的比如n个视点的设计方案，3D分辨率损失的更多约为2D分辨率的1/n，如果是倾斜排列方式的设计方案，分辨率相比同样视点数的垂直排列方案要高，倾斜角度越大，分辨率相对垂直方案提升越多，但相应的视点间图像的串扰也会增加。
发明内容
针对上述技术问题，本发明的目的在于提供了一种采用动态液晶透镜分光器件的裸眼立体显示设备的驱动方法，即液晶透镜的驱动，配合TFT-LCD 面板及背光的驱动时序的无损分辨率的液晶透镜式裸眼立体显示装置和驱动方法，可达到无损分辨率显示3D图像的效，即能够解决了液晶透镜技术3D 模式下分辨率损失的问题。
为了解决上述问题，本发明提供一种无损分辨率的液晶透镜式裸眼立体显示装置，具备：含有多个液晶透镜单元的分光器件、2D显示模块、以及背光源，其特征在于，形成为如下结构：所述分光器件的液晶透镜的驱动时序为第一帧按规定的第一驱动方式驱动，第二帧按不同于所述规定的第一驱动方式的规定的第二驱动方式驱动，第三帧按所述规定的第一驱动方式驱动，第四帧按所述规定的第二驱动方式驱动，依次循环。
进一步地，本发明中，在每一帧的VBI时间内通过所述背光源30进行背光点亮，在显示器进行行扫描的时候，所述背光源30关闭。
进一步地，本发明中，所述规定的第一驱动方式为，各第一电极上分别依次循环加载电压v1-v2-v3-v4-v5-v6-v7-v8，各第二电极上分别依次循环也加载电压v1-v2-v3-v4-v5-v6-v7-v8。
进一步地，本发明中，所述规定的第二驱动方式为，各第一电极上分别依次循环分别加载电压v5-v6-v7-v8-v1-v2-v3-v4，各第二电极上分别依次循环也加载电压v5-v6-v7-v8-v1-v2-v3-v4。
进一步地，本发明中，所述分光器件是一种可动态控制的液晶透镜分光器件。
进一步地，本发明中，所述2D显示模块为LCD、OLED、PDP模组等。
进一步地，本发明中，所述2D显示模块具备TFT玻璃基板201、TFT层、液晶层，CF层、和CF玻璃基板。
进一步地，本发明中，所有电压相同的所述各电极都在外围电路连接在一起，通过一个引脚连接外部驱动电路。
进一步地，本发明中，所述各电极采用金属材料如铜、纯铝等进行制作，周边加电路引线，用以形成周边电路。
此外，本发明还提供一种无损分辨率的液晶透镜式裸眼立体显示装置的驱动方法，其特征在于，所述分光器件的液晶透镜的驱动时序为第一帧按规定的第一驱动方式驱动，第二帧按不同于所述规定的第一驱动方式的规定的第二驱动方式驱动，第三帧按所述规定的第一驱动方式驱动，第四帧按所述规定的第二驱动方式驱动，依次循环。
与现有技术相比，根据本发明，通过分光器件10、2D显示模块20、背光源30的驱动时序相互配合得以实现，以此能够减少两帧切换时引入的串扰，提升3D显示清晰度和分辨率。达到低串扰、无损分辨率显示3D内容的有益效果。根据下述具体实施方式并参考附图，将更好地理解本发明的上述内容及其它目的、特征和优点。
附图说明
图1是示出本发明的无损分辨率的液晶透镜式裸眼立体显示装置整体结构的概略示意图；
图2是2D显示模块20剖面结构示意图；
图3是示出液晶透镜分光器件结构的示意图；
图4是3D显示状况下的液晶分子排布的示意图；
图5是示出3D图像排布方式的图；
图6是示出液晶透镜驱动方式的图；
图7是示出实现无损分辨率显示的原理的示意图；
图8是示出显示屏、背光源、液晶透镜驱动时序图；
图9是示出现有技术的狭缝光栅3D显示的原理图；
图10是示出现有技术的的液晶透镜结构的概略示意图。
符号说明
10 分光器件
20 2D显示模块；
30 背光源；
L1、L2…液晶透镜单元
103 第一电极；
107 第一电极；
A 显示装置。
具体实施方式
下面结合具体实施形态和附图来说明本发明的实质性特点和显著性的进步。应理解，这些实施形态仅用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制。以下所示方向概念仅为方便说明，并非限定，具体实施时可根据需要变更。
图1是示出本发明的无损分辨率的液晶透镜式裸眼立体显示装置A整体结构的概略示意图；图2是2D显示模块20剖面结构示意图。为了解决现有技术中的技术问题，本发明提供一种无损分辨率的液晶透镜式裸眼立体显示装置A和驱动方法，如图1所示，根据本发明的液晶透镜式裸眼立体显示装置具备：分光器件10、2D显示模块20、以及背光源30，其特征在于，形成为如下结构：所述分光器件10的液晶透镜的驱动时序为第一帧按规定的第一驱动方式驱动，第二帧按不同于所述规定的第一驱动方式的规定的第二驱动方式驱动，第三帧按所述规定的第一驱动方式驱动，第四帧按所述规定的第二驱动方式驱动，依次循环。
本发明实现无损分辨率的3D显示需要分光器件10、2D显示模块20、背光源30的驱动时序相互配合得以实现。其中，2D显示模块20在本实施形态中以LCD为例，但还可以为OLED、PDP模组等。该2D显示模块20具体结构如图2所示，具备TFT(Thin Film Transistor；薄膜晶体管)玻璃基板201、 TFT层202、液晶层203，CF(Color Filter；彩膜)层204、和CF玻璃基板 205。
下面结合附图3说明根据本发明的分光器件10。图3是本发明的所采用的液晶透镜分光器件10结构，是一种现有技术中存在的常见的液晶透镜结构。本实施形态中，分光器件10是一种可动态控制的液晶透镜分光器件，是现有技术中存在的常见的液晶透镜结构。
分光器件10含有多个液晶透镜单元如L1与L2等(图中只示例地画出了两个透镜单元)，每个透镜单元如L1与L2等具有相同的结构。具体的讲，液晶透镜阵列100包含第一基板101与第二基板102，第一基板101与第二基板 102正对设置，一般为玻璃等透明材料，但不限于此。
在第一基板101上设置有第一电极103，第一电极103一般为透明导电材料如ITO或者IZO等，在第二基板102上设置有第二电极107，第二电极107 也为透明导电材料如ITO或者IZO。在每一个透镜单元之内，以L1为例，第一电极103包含S11，S12，S13，……，S18，S19等多个以一定间隔分开并平行设置的条形电极，电极的数量一般为奇数(以下以九电极为例进行说明)，每个条形电极的宽度分别为W(S11)，W(S12)，W(S13)，……， W(S18)，W(S19)等，一般而言条形电极具备相同的宽度，即W(S11) ＝W(S12)＝W(S13)＝……＝W(S18)＝W(S19)。
在两个液晶透镜单元如L1与L2之间，共用同一个条形电极S19(即S21)。除此之外，液晶透镜阵列100还包括设置在第一电极103上的介电材料104，设置在第二电极107上的配向膜108以及设置在介电材料104上的配向膜105 用于控制液晶分子的取向，液晶材料106被封装在第一基板101与第二基板 102之间。虽然图1中未画出，但液晶透镜阵列100还包括用于液晶材料封装的周边封框胶以及用于控制液晶盒厚的间隙子(隔离物)等
图3中液晶透镜上基板COM电极103为整面ITO电极，下基板SEG电极107，为彼此平行的条形电极，在水平方向(x轴)上，各个条形电极之间的间隔为Pd。为减小立体显示形成的摩尔纹，条形电极与y轴可形成θ角度，0°≤θ≤90°。其条纹周期及角度可根据需要分别设计。电极材料可以是ITO， IZO等透明导电材料。各电极周边加电路引线，用以形成周边电路。为降低阻抗周边电路可以采用金属材料如铜、纯铝等进行制作。
现说明其工作原理，具体地，为利用在液晶层两侧的两片基板上分别设置正负电极，并在不同电极上施加大小不同的驱动电压，从而在两片基板间形成具有不同强度的垂直电场，以驱动液晶分子排列而形成可变焦液晶透镜。因此，只需要控制相应电极上的电压分布，液晶透镜的折射率分布就会相应的改变，从而对像素出射光的分布进行控制，实现自由立体显示和2D/3D自由切换。
如图4所示，当需要进行3D显示时，在第一电极103的各个条形电极如 S11，S12，S13，……，S18，S19(以透镜单元L1为例)等上施加左右对称的电压，第二电极107作为公用电极其电压设置为零，以正性液晶材料 (即Δε＝ε//-ε⊥＞0，式中ε//为液晶分子长轴方向的介电系数，ε⊥为液晶分子短轴方向的介电系数。)为例，可以使在液晶透镜单元的中心电极S15上施加的电压最小，而在透镜单元的边缘电极S11，S19上施加的电压最大，从透镜中心到透镜边缘各个条形电极上的电压以一定的梯度进行分布。
由于在透镜单元边缘电极上施加的电压最大，边缘电极S11，S19位置的液晶分子基本上呈现垂直方向分布，而越靠近透镜单元的中心电压越小，因此液晶分子会逐渐倾向于水平方向排列。在每一个透镜单元内，由于电压梯度渐变分布，液晶材料随着电场强度的变化呈现折射率的渐变，因而整个液晶透镜整列具备较好的光学成像特性。所有电压相同的电极都在外围电路连接在一起，通过一个引脚连接外部驱动电路。例如S11的电压为VS11，其他透镜单元所有电压和VS11相同的电极均在外围电路上与S11相连，通过一个引脚连接外部驱动电路。其他电极连接关系同理。
下面介绍本发明的以动态液晶透镜作为分光器件实现无损分辨率的驱动方法。具体地，采用本发明的驱动方法需先将要显示的3D图像按图5所示将 1帧左眼图像和对应的1帧右眼图像混排成2帧。
如图6所示，液晶透镜驱动分为两种驱动方式，规定的第一驱动方式和规定的第二驱动方式。图6中p1-p4分别为画素单元1-4；该画素单元可以是像素也可以是子像素。规定的第一驱动方式为，电极s11-s18分别加载电压 v1-v8，依次循环，电极s21-s28也加载电压v1-v8，依次循环。规定的第二驱动方式为，电极s11-s18分别加载电压v5-v4(v5，v6，v7，v8，v1，v2，v3， v4)，依次循环，电极s21-s28也加载电压v5-v4(v5，v6，v7，v8，v1，v2， v3，v4)，依次循环。
这样相当于将液晶透镜的位置平移了半个周期。实现无损分辨率的原理如图7所示，图7中p1为液晶显示单元画素宽度(可以为液晶显示单元的像素宽度或子像素宽度)，p2为一个周期的液晶透镜电极宽度，本图例中设计为 2视点的电极宽度，约等于2个画素宽度。也可根据需要设计为多视点的电极宽度。
当液晶透镜在规定的第一驱动方式和规定的第二驱动方式之间进行切换的时候，相当于将液晶透镜的位置平移半个周期，若视点数为2的话，每个透镜周期理论上覆盖约2个画素周期，透镜位置平移半个周期，由于透镜的分光作用，假设人眼位置不动，液晶透镜为规定的第一驱动方式时，显示混排后的第1帧，左眼原本看到L1和L3画素单元，右眼看到R2和R4画素单元，液晶透镜切换为规定的第二驱动方式，显示混排后的第2帧，这时由于透镜移动了半个周期，左眼会看到L2和L4画素单元，右眼看到R1和R3画素单元。
由于人眼具有视觉暂留效应，会自动将两次看到的图像帧叠加，这样就相当于左眼看到了完整的左眼帧，右眼看到了完整的右眼帧，从而实现无损分辨率的3D显示。
本发明重要特征是液晶透镜的驱动时序还需要配合显示器、背光源的时序实现低串扰、清晰的无损分辨率显示。三者的时序关系如图8所示。图8 中VBI(Vertical BlankingInterval；垂直回扫期)是显示器帧扫描的空白时间，在每一帧的VBI时间内背光点亮，在显示器进行行扫描的时候，背光源关闭。液晶透镜的驱动时序为第一帧按规定的第一驱动方式驱动，第二帧按规定的第二驱动方式驱动，第三帧按规定的第一驱动方式驱动，第四帧按规定的第二驱动方式驱动，依次循环。按本发明的方法驱动，可以减少两帧切换时引入的串扰，提升3D显示清晰度和分辨率。
本发明实现无损分辨率的3D显示需要分光器件10、2D显示模块20、背光源30的驱动时序相互配合得以实现。这样液晶透镜配合本发明提出的驱动方式，即可实现无损分辨率的裸眼3D显示。
根据本发明的无损分辨率的液晶透镜式裸眼立体显示装置A和驱动方法，可以减少两帧切换时引入的串扰，提升3D显示清晰度和分辨率。达到低串扰、无损分辨率显示3D内容的有益效果，可应用于众多领域。
因此，上述较佳实施例仅为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。
在不脱离本发明的基本特征的宗旨下，本发明可体现为多种形式，因此本发明中的实施形态是用于说明而非限制，由于本发明的范围由权利要求限定而非由说明书限定，而且落在权利要求界定的范围，或其界定的范围的等价范围内的所有变化都应理解为包括在权利要求书中。

Claims (10)

1.一种无损分辨率的液晶透镜式裸眼立体显示装置和驱动方法，其特征在于，具备：
含有多个液晶透镜单元的分光器件、2D显示模块、以及背光源，
并且，形成为如下结构：
所述分光器件的液晶透镜的驱动时序为第一帧按规定的第一驱动方式驱动，第二帧按不同于所述规定的第一驱动方式的规定的第二驱动方式驱动，第三帧按所述规定的第一驱动方式驱动，第四帧按所述规定的第二驱动方式驱动，依次循环。
2.如权利要求1所述的无损分辨率的液晶透镜式裸眼立体显示装置，其特征在于，在每一帧的VBI时间内通过所述背光源30进行背光点亮，在显示器进行行扫描的时候，所述背光源30关闭。
3.如权利要求1所述的无损分辨率的液晶透镜式裸眼立体显示装置，其特征在于，所述规定的第一驱动方式为，各第一电极上分别依次循环加载电压v1-v2-v3-v4-v5-v6-v7-v8，各第二电极上分别依次循环也加载电压v1-v2-v3-v4-v5-v6-v7-v8。
4.如权利要求1所述的无损分辨率的液晶透镜式裸眼立体显示装置，其特征在于，所述规定的第二驱动方式为，各第一电极上分别依次循环分别加载电压v5-v6-v7-v8-v1-v2-v3-v4，各第二电极上分别依次循环也加载电压v5-v6-v7-v8-v1-v2-v3-v4。
5.如权利要求1所述的无损分辨率的液晶透镜式裸眼立体显示装置，其特征在于，所述分光器件是一种可动态控制的液晶透镜分光器件。
6.如权利要求1所述的无损分辨率的液晶透镜式裸眼立体显示装置，其特征在于，所述2D显示模块为LCD、OLED、PDP模组等。
7.如权利要求1所述的无损分辨率的液晶透镜式裸眼立体显示装置，其特征在于，所述2D显示模块具备TFT玻璃基板201、TFT层、液晶层，CF层、和CF玻璃基板。
8.如权利要求3或4所述的无损分辨率的液晶透镜式裸眼立体显示装置，其特征在于，所有电压相同的所述各电极都在外围电路连接在一起，通过一个引脚连接外部驱动电路。
9.如权利要求8所述的无损分辨率的液晶透镜式裸眼立体显示装置，其特征在于，所述各电极采用金属材料如铜、纯铝等进行制作，周边加电路引线，用以形成周边电路。
10.一种根据权利要求1至9任一项所述的无损分辨率的液晶透镜式裸眼立体显示装置的驱动方法，其特征在于，所述分光器件的液晶透镜的驱动时序为第一帧按规定的第一驱动方式驱动，第二帧按不同于所述规定的第一驱动方式的规定的第二驱动方式驱动，第三帧按所述规定的第一驱动方式驱动，第四帧按所述规定的第二驱动方式驱动，依次循环。
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