CN108630154A - 一种光栅片、光栅系统及3d显示装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光栅片、光栅系统及3D显示装置，所述光栅片包括多个棱镜光栅单元。每两个相邻的所述棱镜光栅单元之间形成容置腔，所述容置腔中容纳有透明的电子墨水。所述容置腔的两侧分别设置有第一电极和第二电极，所述第一电极和第二电极用于在所述容置腔中形成电场方向交替变换的电场，所述电场用于驱动所述电子墨水分别在相邻的棱镜光栅单元上聚集并形成折射面，以控制从所述棱镜光栅单元透过的光线的折射方向，使得所述光栅片、光栅系统及3D显示装置可根据选定目标位置例如用户的所处位置，调控从所述棱镜光栅单元透过的光线的折射方向，实现调控显示图像的最佳观看位置，提高了用户的观感体验。
Description
技术领域
本发明涉及三维显示技术领域，尤其是一种光栅片、光栅系统及3D显示装置。
背景技术
现有的3D(三维)显示技术的主要原理是使呈现同一画面的不同光线分别进入用户的左眼和右眼，左眼和右眼获得的光线形成的两幅图像经过人的大脑分析并重叠，从而使用户感知到图像画面的层次感，产生立体感。
3D显示技术中，裸眼3D技术目前获得了广泛的研究。其中，通过棱镜光栅来实现裸眼3D效果是一种重要的技术。图1是现有技术中一种应用棱镜光栅的常规3D显示装置的结构示例性图示，其一般包括显示面板13a和规律排布在显示面板上的棱镜光栅1a，显示面板13a显示的图像产生光线入射到棱镜光栅，棱镜光栅1a调制入射的光线，射出分别偏向左侧和右侧的光线，为用户的双眼分别接收，实现3D显示。
但是，这些常规3D显示装置都存在一个最佳观看位置，其限制了用户的双眼与显示面板的相对位置的范围，图2是常规3D显示装置在用户的双眼偏离最佳观看位置时的光路示例性图示，由图2所示，图中的虚线圆形区域代表用户的双眼对应的最佳观看位置(P10，P11)，实线圆形区域代表当前用户的双眼所处的位置(P20，P21)，当用户的双眼偏离所述最佳观看位置(P10，P11)时，用户观看到的图像显示效果将下降，影响了使用体验。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种光栅片、光栅系统及3D显示装置，来解决上述问题。
为了实现上述的目的，本发明采用了如下的技术方案：
本发明提供了一种光栅片，包括多个棱镜光栅单元，每两个相邻的所述棱镜光栅单元之间形成容置腔，所述容置腔中容纳有透明的电子墨水，所述容置腔的两侧分别设置有第一电极和第二电极，所述第一电极和第二电极用于在所述容置腔中形成电场方向交替变换的电场，所述电场用于驱动所述电子墨水分别在相邻的棱镜光栅单元上聚集并形成折射面，以控制从所述棱镜光栅单元透过的光线的折射方向。
优选地，所述第一电极和所述第二电极位于所述棱镜光栅单元内。
优选地，所述第一电极和第二电极为透明的电极。
优选地，所述光栅片上覆设有透明的封装层，每两个相邻的所述棱镜光栅单元与所述封装层包围形成所述容置腔。
优选地，所述电子墨水的体积占所述容置腔的容积之比为30％～70％。
本发明还提供了一种光栅系统，包括传感单元、中央处理单元以及如上所述的光栅片，所述传感单元用于探测目标的位置，获得位置信息并发送到所述中央处理单元，所述中央处理单元用于根据所述位置信息来调控所述电场的驱动电压，以控制从所述棱镜光栅单元透过的光线朝目标折射。
优选地，所述中央处理单元先根据所述位置信息，计算出从所述棱镜光栅单元透过的光线朝目标的折射方向；然后根据所述折射方向，计算出折射面与所述棱镜光栅单元之间的夹角，由所述夹角计算出所述电场的驱动电压。
本发明还提供了一种3D显示装置，包括显示面板和如上述的光栅系统，其中，所述光栅片设置于所述显示面板上，所述显示面板包括多个像素单元组，所述像素单元组包括左眼像素单元和右眼像素单元，所述光栅片的棱镜光栅单元一一对应地设置于所述显示面板的像素单元组上，所述棱镜光栅单元分别对从所述左眼像素单元和右眼像素单元发射出的光线进行折射。
优选地，在所述显示面板显示一帧图像的时间内，所述电场的电场方向变换的次数为1次以上。
优选地，在所述显示面板显示一帧图像的时间内，所述电场维持在每个电场方向上的时间相等。
本发明提供的光栅片、光栅系统及3D显示装置，通过在光栅片中每两个相邻的棱镜光栅单元之间设置透明的电子墨水，并在棱镜光栅单元内设置第一电极和第二电极，利用第一电极和第二电极在邻的棱镜光栅单元之间形成电场方向交替变换的电场，以驱动电子墨水分别在相邻的棱镜光栅单元上聚集并形成折射面，进而控制从所述棱镜光栅单元透过的光线的折射方向，使得上述光栅片、光栅系统及3D显示装置可根据目标位置调控显示图像的最佳观看位置。
附图说明
图1是现有技术中的常规3D显示装置的结构示意图；
图2是图1中的常规3D显示装置在用户的双眼偏离最佳观看位置时的光路示意图；
图3是本发明实施例1提供的光栅片的结构示意图；
图4a和图4b是所述光栅片的电子墨水分别在相邻的棱镜光栅单元上聚集的示意图；
图5是本发明实施例2提供的光栅系统的结构框图；
图6是本发明实施例2提供的光栅系统调控光线透过电子墨水向目标折射时的示例性光路图；
图7是本发明实施例3提供的3D显示装置的结构示意图。
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，下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。这些优选实施方式的示例在附图中进行了例示。附图中所示和根据附图描述的本发明的实施方式仅仅是示例性的，并且本发明并不限于这些实施方式。
在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了关系不大的其他细节。
实施例1
参阅图3所示，本实施例提供了一种光栅片100，包括呈阵列排布的多个棱镜光栅单元1。
其中，每两个相邻的所述棱镜光栅单元1之间形成容置腔10，所述容置腔10中容纳有透明的电子墨水2，所述容置腔10的两侧分别设置有第一电极31和第二电极32，所述第一电极31和第二电极32用于在所述容置腔10中形成电场方向交替变换的电场E，所述电场E用于驱动所述电子墨水2分别在相邻的棱镜光栅单元1上聚集并形成折射面20，以控制从所述棱镜光栅单元1透过的光线的折射方向。
结合图4a和图4b所示，本实施例提供的上述光栅片100的工作过程如下：所述第一电极31和第二电极32在所述容置腔10之间形成电场方向交替变换的电场E，在所述电场E的驱动下，所述电子墨水2在所述容置腔10中交替地分别朝向所述容置腔10的两侧移动，以在相邻的两个棱镜光栅单元1的侧面上进行聚集，所述电子墨水2分别在两个棱镜光栅单元1上聚集时的液面形成折射面20，所述棱镜光栅单元1和聚集于其上的电子墨水2起到近似于柱镜光栅的作用，此时，从所述棱镜光栅单元1透过的光线将再透过所述电子墨水2，从所述折射面20上出射。由此，通过调控所述电场E的驱动电压，便可控制所述电子墨水2在对应的棱镜光栅单元1上的聚集程度，即控制形成的折射面20的斜率，以使从所述棱镜光栅单元1透过的光线的折射方向可控。
利用所述光栅片100对光线的折射方向的调控，可将所述光栅片100作为使适配显示装置的最佳观看位置可调节的独立光学膜片，应用到现有技术的2D显示装置中，产生裸眼3D效果。具体地，将所述光栅片100设计为其上的棱镜光栅单元1呈阵列排布，以对应所述2D显示装置中的像素单元进行设置，使从各个像素单元射出的光线透过对应的棱镜光栅单元1朝用户的左眼或右眼所在位置进行折射，实现3D显示。例如，参阅图4a和图4b，当用户所处的位置相偏向原最佳观看位置的右侧(图中未示出该位置)，可通过调控所述电场E的驱动电压，驱动电子墨水2聚集在所述棱镜光栅单元1的两侧时，令所述棱镜光栅单元1的左侧上的折射面20的斜率相对所述棱镜光栅单元1的侧面而减小，使对应所述2D显示装置中的左眼像素单元产生的光线向右侧偏转，并令所述棱镜光栅单元1的右侧上的折射面20的斜率相对所述棱镜光栅单元1的侧面而增大，使对应所述2D显示装置中的右眼像素单元产生的光线向右侧偏转。
在本实施例中，所述第一电极31和所述第二电极32位于所述棱镜光栅单元1内，更具体地，所述第一电极31和所述第二电极32位于所述棱镜光栅单元1的两端。当然，根据设置的所述容置腔10的结构不同以及电子墨水2的含量不同等实际条件的不同，所述第一电极31和所述第二电极32的位置可作调整。
所述光栅片100中，所述电子墨水2为带电的透明液体，可带正电亦可带负电。只要通过控制所述电子墨水2对应电场E的电场方向，便可使得所述电子墨水2被吸引或被排斥而聚集在不同的棱镜光栅单元1的侧面上。
由于所述第一电极31和第二电极32设置于所述棱镜光栅单元1中，为了避免所述第一电极31和第二电极32对透过所述棱镜光栅单元1的光线造成遮挡，影响所述光栅片3的工作，进一步地，所述第一电极31和第二电极32为透明的电极。
具体地，所述光栅片100上覆设有透明的封装层4，每两个相邻的所述棱镜光栅单元1与所述封装层4包围形成所述容置腔10。
要满足各个容置腔1中的电子墨水2可在电场E的作用下移动，以在棱镜光栅单元1的表面上形成折射面20，所述电子墨水2不可填满所述容置腔10，即所述电子墨水2的体积应小于所述容置腔10的体积。所述电子墨水2与所述容置腔10的容积比例应根据所述容置腔10的结构等实际条件进行选择，优选地，在本实施例中，所述电子墨水2的体积占所述容置腔10的容积之比为30％～70％。
实施例2
如图5所示，本实施例提供了一种光栅系统200，所述光栅系统200包括传感单元110、中央处理单元120以及如实施例1所述的光栅片100。所述传感单元110用于探测目标的位置，获得位置信息并发送到所述中央处理单元120；所述中央处理单元120用于根据所述位置信息来控制所述电场E的驱动电压，以控制从所述棱镜光栅单元1透过的光线朝目标折射。由此，所述光栅系统200实现了可根据设定的目标位置，自动调控从所述棱镜光栅单元1透过的光线朝目标折射。
所述光栅系统200可应用于2D显示装置，以实现自动调整最佳观看位置的3D显示，当用户偏离2D显示装置的原最佳观看位置时，所述光栅系统200先通过所述传感单元110探测用户当前所处的位置，获得用户的位置信息并发送到所述中央处理单元120，所述中央处理单元120根据所述位置信息来调控各个所述电场E的驱动电压，以控制从各个所述棱镜光栅单元1透过的光线分别朝用户的双眼折射，将最佳观看位置调整至用户所处位置，提高了用户的观感体验。
具体地，所述中央处理单元120先根据所述位置信息，计算出从所述棱镜光栅单元1透过的光线朝目标的折射方向；然后根据所述折射方向，计算出折射面20与所述棱镜光栅单元1之间的夹角α，由所述夹角α计算出所述电场E驱动所述电子墨水2形成所述折射面20所需的驱动电压。以图6所示为例，当用户当前所处位置P21偏离了原最佳观看位置P11时，所述传感单元110探测用户当前所处位置P21作为目标，确定朝原最佳观看位置P11折射的光线的光路，所述中央处理单元120由传感单元110采集的位置信息获得从棱镜光栅单元1上的出射点到目标P21的光线的折射方向D2；对比该折射方向D2与从棱镜光栅单元1上的出射点到最佳观看位置P11的原折射方向D1，确定折射方向D2相对原折射方向D1的偏转角，根据所述偏转角计算出所述折射面20与所述棱镜光栅单元1之间的夹角α，由此便可结合已知的电子墨水2和电场E的数据计算出所述电场E驱动所述电子墨水2形成所述折射面20所需的驱动电压。
实施例3
如图7所示，本实施例提供了一种3D显示装置300，包括显示面板130和如上所述的光栅系统200。其中，所述光栅片100设置于所述显示面板130上，所述显示面板130包括多个像素单元组131，所述像素单元组131包括左眼像素单元131a和右眼像素单元131b，所述光栅片100的棱镜光栅单元1一一对应地设置于所述显示面板130的像素单元组131上，所述棱镜光栅单元1分别对从所述左眼像素单元131a和所述右眼像素单元131b发射出的光线进行折射。
同理地，所述3D显示装置300中，所述像素单元组131的所述左眼像素单元131a和所述右眼像素单元131b发出的光线分别从所述棱镜光栅单元1中透过，分别通过不同容置腔10中的电子墨水2形成的折射面20，分别朝用户的左眼和右眼进行折射，以形成3D图像。
要使用户的双眼接收到的图像形成3D图像，需要使用户的左眼和右眼分别接收到对应同一画面的图像，因此，进一步地，在所述显示面板130显示一帧图像的时间内，所述电场E的电场方向变换的次数为1次以上。保证在每帧图像内，所述电场E的电场方向发生改变，即确保了各个所述左眼像素单元131a和所述右眼像素单元131b产生的光线有通过对应所述电子墨水2形成的折射面，向用户当前所处位置进行折射，分别进入用户的左眼和右眼，实现该帧图像的3D显示。当然，在所述光栅片100作为独立的光学膜片应用于2D显示装置上时，也要保证在2D显示装置的每帧图像的时间内，所述电场E的电场方向变换的次数为1次以上。
更进一步地，在所述显示面板130显示一帧图像的时间内，所述电场E维持在每个电场方向上的时间相等。
综上所述，本发明实施例提供的上述光栅片100、光栅系统200及3D显示装置300，在光栅片中每两个相邻的棱镜光栅单元1之间设置透明的电子墨水2，并通过设置第一电极31和第二电极32，在相邻的棱镜光栅单元1之间形成电场方向交替变换的电场E，以驱动电子墨水2分别在相邻的棱镜光栅单元1上聚集并形成折射面20，进而控制从所述棱镜光栅单元1透过的光线的折射方向，使得上述光栅片100、光栅系统200及3D显示装置300可根据目标位置调控显示图像的最佳观看位置。
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。
以上所述仅是本申请的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。
Claims (10)
1.一种光栅片，包括多个棱镜光栅单元(1)，其特征在于，每两个相邻的所述棱镜光栅单元(1)之间形成容置腔(10)，所述容置腔(10)中容纳有透明的电子墨水(2)，所述容置腔(10)的两侧分别设置有第一电极(31)和第二电极(32)，所述第一电极(31)和第二电极(32)用于在所述容置腔(10)中形成电场方向交替变换的电场(E)，所述电场(E)用于驱动所述电子墨水(2)分别在相邻的棱镜光栅单元(1)上聚集并形成折射面(20)，以控制从所述棱镜光栅单元(1)透过的光线的折射方向。
2.根据权利要求1所述的光栅片，其特征在于，所述第一电极(31)和所述第二电极(32)位于所述棱镜光栅单元(1)内。
3.根据权利要求1所述的光栅片，其特征在于，所述第一电极(31)和第二电极(32)为透明的电极。
4.根据权利要求1所述的光栅片，其特征在于，所述光栅片(100)上覆设有透明的封装层(4)，每两个相邻的所述棱镜光栅单元(1)与所述封装层(4)包围形成所述容置腔(10)。
5.根据权利要求1所述的光栅片，其特征在于，所述电子墨水(2)的体积占所述容置腔(10)的容积之比为30％～70％。
6.一种光栅系统，其特征在于，包括传感单元(110)、中央处理单元(120)以及如权利要求1-5任一所述的光栅片(100)，所述传感单元(110)用于探测目标的位置，获得位置信息并发送到所述中央处理单元(120)，所述中央处理单元(120)用于根据所述位置信息来调控所述电场(E)的驱动电压，以使从所述棱镜光栅单元(1)透过的光线朝目标折射。
7.根据权利要求6所述的光栅系统，其特征在于，所述中央处理单元(120)先根据所述位置信息，计算出从所述棱镜光栅单元(1)透过的光线朝目标的折射方向；然后根据所述折射方向，计算出折射面(20)与所述棱镜光栅单元(1)之间的夹角(α)，由所述夹角(α)计算出所述电场(E)的驱动电压。
8.一种3D显示装置，其特征在于，包括显示面板(130)和如权利要求6或权利要求7所述的光栅系统(200)，其中，所述光栅片(100)设置于所述显示面板(130)上，所述显示面板(130)包括多个像素单元组(131)，所述像素单元组(131)包括左眼像素单元(131a)和右眼像素单元(131b)，所述光栅片(100)的棱镜光栅单元(1)一一对应地设置于所述显示面板(130)的像素单元组(131)上，所述棱镜光栅单元(1)分别对从所述左眼像素单元(131a)和所述右眼像素单元(131b)发射出的光线进行折射。
9.根据权利要求8所述的3D显示装置，其特征在于，在所述显示面板(130)显示一帧图像的时间内，所述电场(E)的电场方向变换的次数为1次以上。
10.根据权利要求8所述的3D显示装置，其特征在于，在所述显示面板(130)显示一帧图像的时间内，所述电场(E)维持在每个电场方向上的时间相等。
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