CN109143602A - 一种3d显示装置及电子设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种3D显示装置及电子设备。3D显示装置包括背光层、至少一层调制层、显示层、眼球追踪模块和信号处理模块，背光层、至少一层调制层和显示层依次平行设置，显示层位于靠近观测者的一侧；背光层用于提供背光照明；眼球追踪模块用于获取观测者的眼球位置信息；所述信号处理模块分别与所述眼球追踪模块、所述调制层和所述显示层连接，用于接收所述观测者的眼球位置信息，并根据所述眼球位置信息形成基于光场显示的立体图像；信号处理模块还用于形成基于裸眼立体显示图像。本实施例提供的3D显示装置，在使3D显示装置保持较好的显示效果的同时，可以减少信号处理模块的运算量。

Description

一种3D显示装置及电子设备
技术领域
本发明实施例涉及3D显示技术领域，尤其涉及一种3D显示装置及电子设备。
背景技术
作为一种新兴的显示技术，3D显示正逐渐成为一个引人注目的前沿科技领域，在电视广播、视频游戏、医疗以及教育等领域得到越来越多的应用。3D显示已从眼镜式的3D电影等发展成为面向电视、PC、智能手机、平板电脑终端的裸眼式3D显示。
但是，客观来说，现阶段大部分的裸眼3D显示技术还是基于双目视差，在观看时对用户双眼的位置有一定的特殊要求，并且长时间观看时还容易导致眩晕等问题，用户体验并不理想。为了提高3D显示的显示效果，消除普通3D显示观看的眩晕问题，光场显示技术应运而生，光场显示是一种“真”3D技术，被誉为是下一代3D显示技术。
发明内容
本发明提供一种3D显示装置及电子设备，以提高3D显示装置的显示效果。
第一方面，本发明实施例提供了一种3D显示装置，包括背光层、至少一层调制层、显示层、眼球追踪模块和信号处理模块，所述背光层、所述至少一层调制层和所述显示层依次平行设置，所述显示层位于靠近观测者的一侧；
所述背光层用于提供背光照明；
所述眼球追踪模块用于获取观测者的眼球位置信息；
所述信号处理模块分别与所述眼球追踪模块、所述调制层和所述显示层连接，用于接收所述观测者的眼球位置信息，并根据所述眼球位置信息确定所述调制层中的调制层中心注视区域和所述显示层中的显示层中心注视区域，并控制所述调制层中心注视区域显示调制层中心图案，控制所述显示层中心注视区域显示显示层中心图案，其中，所述调制层中心图案和所述显示层中心图案形成基于光场显示的立体图像；
所述信号处理模块还用于控制所述调制层中心注视区域以外的调制层其他区域显示调制层其他图案，控制所述显示层中的所述显示层中心注视区域以外的显示层其他区域显示显示层其他图案，其中，所述调制层其他图案和所述显示层其他图案形成基于裸眼立体显示图像；
其中，所述调制层中心注视区域和所述显示层中心注视区域与所述观测者的眼球中央区域对应设置，所述调制层其他区域和所述显示层其他区域与所述观测者的眼球非中央区域对应设置。
进一步地，所述信号处理模块用于控制所述调制层中心注视区域形成调制层调制光栅，通过所述调制层调制光栅形成调制层中心图案；
所述信号处理模块用于控制所述显示层中心注视区域形成显示层调制光栅，通过所述显示层调制光栅形成显示层中心图案。
进一步地，所述调制层其他图案为视差光栅图案，所述显示层其他图案为间隔排列的3D左视图案和3D右视图案。
进一步地，所述信号处理模块还与所述背光层电连接，用于根据所述观测者的眼球位置信息确定所述背光层中的第一发光亮度区域和第二发光亮度区域，其中，所述第一发光亮度区域与所述调制层中心注视区域和所述显示层中心注视区域对应设置，所述第二发光亮度区域与所述调制层其他区域和所述显示层其他区域对应设置；
其中，所述第一发光亮度区域的发光亮度大于所述第二发光亮度区域的发光亮度，或者，所述第一发光亮度区域的发光亮度小于所述第二发光亮度区域的发光亮度。
进一步地，所述背光层包括LED阵列、mini LED阵列、Micro LED阵列LCD背光单元和投影装置中的至少一种，其中，所述LCD背光单元包括背光模组和LCD显示面板。
进一步地，所述调制层为LCD显示面板，所述显示层为LCD显示面板。
第二方面，本发明实施例还提供了一种电子设备，包括上述第一方面任一项所述的3D显示装置。
本实施例在调制层和显示层上与观测者的眼球非中央区域对应的位置提供非光场显示的立体图像，可以减少信号处理模块的数据处理量。同时，在与观测者的眼球中央区域对应的调制层中心注视区域和显示层中心注视区域提供光场显示的立体图像，可以保证观测者的眼球中央区域观测到的图像为光场显示的立体图像。本实施例提供的3D显示装置，相比整个调制层和显示层都是光场显示的情况，可以减少信号处理模块的运算量，相比整个调制层和显示层均为非光场显示的情况，可以使3D显示装置保持较好的显示效果。
附图说明
图1是本发明实施例提供的真实物体形成的3D显示的原理图；
图2是本发明实施例提供的光场显示的原理图；
图3是本发明实施例提供的3D显示装置的结构示意图；
图4是本发明实施例提供的形成基于光场显示的立体图像的原理图；
图5是本发明实施例提供的调制层调制光栅的结构示意图；
图6是本发明实施例提供的调制层调制光栅和显示层调制光栅的结构示意图；
图7是本发明实施例提供的调制层其他区域和显示层其他区域的结构示意图；
图8是本发明实施例提供的背光层的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
图1是本发明实施例提供的真实物体形成的3D显示的原理图，图2是本发明实施例提供的光场显示的原理图。可选地，请参考图1和图2，当真实物体10的发出的或反射的光线进入人眼时，人眼可以观测到真实的三维立体图像。通过利用光场显示调制装置12调制光线模拟出真实物体发光或反光时的光线，如果光场显示调制装置12调制出的光线与真实物体10发出或反射的光线相同，则调制出的光线进入人眼后在视网膜上成像，人眼可以感知到在眼前的某处存在一个虚拟物体11，这是光场显示的基本原理。相比基于左右眼视差的裸眼立体显示技术，基于光场显示的3D显示更加接近真实的物体，也不会让观测者产生眩晕等问题。但是光场显示需要大量的计算，在现有的软硬件条件下的运行成本很高，难以普及应用，有鉴于此，本发明提供一种3D显示装置，在降低光场显示的数据运算量的同时，保证3D显示装置的显示效果。
以上是本发明的核心思想，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。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。
图3是本发明实施例提供的3D显示装置的结构示意图，图4是本发明实施例提供的形成基于光场显示的立体图像的原理图。具体地，请参考图3和图4，该3D显示装置包括背光层101、至少一层调制层102、显示层103、眼球追踪模块104和信号处理模块105，背光层101、至少一层调制层102和显示层103依次平行设置，显示屏103位于靠近观测者的一侧；背光层101用于提供背光照明；眼球追踪模块104用于获取观测者的眼球位置信息；信号处理模块105分别与眼球追踪模块104、调制层102和显示层103连接，用于接收观测者的眼球位置信息，并根据眼球位置信息确定调制层102中的调制层中心注视区106域和显示层103中的显示层中心注视区域108，并控制调制层中心注视区域106显示调制层中心图案13，控制显示层中心注视区域108显示显示层中心图案14，其中，调制层中心图案13和显示层中心图案14形成基于光场显示的立体图像15；信号处理模块105还用于控制调制层中心注视区域106以外的调制层其他区域107显示调制层其他图案，控制显示层103中的显示层中心注视区域108以外的显示层其他区域109显示显示层其他图案，其中，调制层其他图案和显示层其他图案形成基于裸眼立体显示图像；其中，调制层中心注视区域106和显示层中心注视区域108与观测者的眼球中央区域对应设置，调制层其他区域107和显示层其他区域109与观测者的眼球非中央区域对应设置。
具体地，人眼视网膜中的感光细胞的分布并不均匀，通常，在观测者的眼球中央区域，感光细胞相对较多，在观测者的眼球非中央区域，感光细胞的分布相对比较稀疏。因此，在眼球中央区域的视网膜区域，人眼的感知分辨率较高，在眼球非中央区域，人眼感知分辨率相对较低。基于上述原理，可以通过眼球追踪模块104获取观测者的眼球位置信息，信号处理模块105根据观测者的眼球位置信息，控制调制层102的调制层中心注视区域106显示调制层中心图案13，显示层103上显示层中心注视区域108显示显示层中心图案14，进而使观测者的眼球中央区域观测到基于光场显示的立体图像15。同时，信号处理模块105还可以控制调制层102的调制层其他区域107显示调制层其他图案，以及使显示层103的显示层其他区域109显示显示层其他图案，调制层其他图案和显示层其他图案可以形成裸眼立体显示图案。由于观测者的眼球中央区域对准调制层中心注视区域106和显示层中心注视区域108，因此，尽管与眼球非中央区域对应的调制层其他区域107和显示层其他区域109仅显示裸眼立体显示图像，但并不会对观测者的眼球中央区域观测到的基于光场显示的立体图像15造成明显的影响。
需要说明的是，此处所说的裸眼立体显示显示应该理解为通常所说的利用视差光栅以及3D左视图和3D右视图形成的3D显示。可以理解的是，实际上，调制层其他区域107可以采用任何基于现有或将来可能出现的的非光场显示技术显示调制层其他图案，显示层其他区域109可以采用任何基于现有的或将来可能出现的非光场显示技术显示显示层其他图案，本实施例对此不作具体限制。
进一步地，本实施仅列举了包括一层调制层102的情况，可以理解的是，当本实施例提供的3D显示装置包括多层调制层102时，每层调制层102的调制层中心注视区域106均可以形成一个调制层中心图案13，多个调制层中心图案13与显示层103的显示层中心图案14共同形成基于光场显示的立体图像15。同理，每层调制层102的调制层其他区域107均可以形成调制层其他图案，多层调制层其他图案与显示层103的显示层其他图案共同形成裸眼立体显示图像。
本实施例在调制层102和显示层103上与观测者的眼球非中央区域对应的位置提供裸眼立体显示图像，可以减少信号处理模块105的数据处理量。同时，在与观测者的眼球中央区域对应的调制层中心注视区域106和显示层中心注视区域108提供光场显示的立体图像15，可以保证观测者的眼球中央区域观测到的图像为光场显示的立体图像15。本实施例提供的3D显示装置，相比整个调制层102和显示层103都是光场显示的情况，可以减少信号处理模块105的运算量；相比整个调制层102和显示层103均为裸眼立体显示显示的情况，可以使3D显示装置保持更好的显示效果。
可选地，调制层102可以为LCD显示面板，显示层103可以为LCD显示面板。具体地，LCD显示面板包括液晶分子层，通过调节LCD显示面板中的液晶分子的偏转方向，就可以控制LCD显示面板形成各种形状的光栅，以实现各种图案的调制。当调制层102和显示层103都为LCD显示面板时，可以比较容易地控制调制层102和显示层103调制出各种形状的光栅，实现对调制层102和显示层103的透光调制。
图5是本发明实施例提供的调制层调制光栅的结构示意图，图6是本发明实施例提供的调制层调制光栅和显示层调制光栅的结构示意图。可选地，请参考图3-图6，信号处理模块105用于控制调制层中心注视区域106形成调制层调制光栅，通过调制层调制光栅形成调制层中心图案13；信号处理模块105用于控制显示层中心注视区域108形成显示层调制光栅，通过显示层调制光栅形成显示层中心图案14。具体地，通过控制调制层102的液晶分子层的偏转方向，可以使调制层102的调制层中心注视区域106形成按照一定的规则排布的透光结构16和非透光结构17，调制层调制光栅包括透光结构16和非透光结构17。可以理解的是，显示层调制光栅具有与调制层调制光栅类似的结构，不再赘述。从背光层101出射的光线可以经过调制层102的透光结构16到达显示层103，经过显示层103的透光结构到达观测者的眼睛。示例性地，当信号处理模块105检测到与观测者的眼球中央区域对应的部分需要显示的虚拟图形18为“笑脸”时，背光层101提供的光线，经过使调制层102的调制层调制光栅后形成调制层中心图案13，经过显示层103的显示层调制光栅后形成显示层中心图案14，调制层中心图案13和显示层中心图案14在观测者的眼瞳和显示层103之间形成的“笑脸”为基于光场显示的虚拟图形18，进而使观测者观测到基于光场显示的“笑脸”。
图7是本发明实施例提供的调制层其他区域和显示层其他区域的结构示意图。可选地，请参考图7，调制层其他图案为视差光栅图案，显示层其他图案为间隔排列的3D左视图案和3D右视图案。具体地，为实现裸眼立体显示显示，需要视差光栅图案以及间隔排列的3D左视图案和3D右视图案。如果信号处理模块105检测到眼球非中央区域对应的部分需要显示的基于裸眼立体显示的“爱心”图像19，则信号处理模块105通过控制调制层102的调制层其他区域107的液晶分子层结构，可以使调制层102形成视差光栅图案，通过控制显示层103的液晶分子层结构，可以使显示层103上形成间隔排列的3D左视图案和3D右视图案，通过调制3D左视图案和3D右视图案的显示内容，可以使观测者观测到基于裸眼立体显示的“爱心”图像19。可以理解的是，图7中的显示层103中的字母“L”表示3D左视图案，字母“R”表示3D右视图案。
图8是本发明实施例提供的背光层的结构示意图。可选地，请参考图3和图8，信号处理模块105还与背光层101电连接，用于根据观测者的眼球位置信息确定背光层101中的第一发光亮度区域201和第二发光亮度区域202，其中，第一发光亮度区域201与调制层中心注视区域106和显示层中心注视区域108对应设置，第二发光亮度区域202与调制层其他区域107和显示层其他区域109对应设置；其中，第一发光亮度区域201的发光亮度大于第二发光亮度区域202的发光亮度，或者，第一发光亮度区域201的发光亮度小于第二发光亮度区域202的发光亮度。
可以理解的是，调制层中心注视区域106和调制层其他区域107的光栅结构和光透过率往往不同，显示层中心注视区域108和显示层其他区域109的光栅结构和光透过率往往也不同，由此造成观测者最终观测到的眼球中央区域的图像亮度与眼球非中央区域的图像亮度不同。通常，在背光层101提供的背光亮度相同的情况下，观测者的眼球中央区域观测到的亮度低于眼球非中央区域的亮度。对此，通过将背光层101设置成不同亮度的第一发光亮度区域201和第二发光亮度区域202，可以使观测者观测到的整个3D显示画面的亮度均匀一致。示例性地，如果与第一发光亮度区域201对应的调制层102和显示层103显示的图像为“笑脸”时，此时，通过调节第一发光区域201的发光亮度大于第二发光亮度区域202的发光亮度，可以使立体显示的“笑脸”与非立体显示区域的其他图像的亮度比较接近，使整个立体显示区域和非立体显示区域的画面整体更加流畅自然。但是，如果用3D显示装置显示日全食时，第二发光亮度区域202对应的是天空背景，其亮度较大，而第一发光亮度区域201对应日全食，其亮度较小，此时，为了使第一发光亮度区域201对应的日全食更加清晰，需要进一步降低第一发光亮度区域201的背光亮度，以提高第一发光亮度区域201与第二发光亮度区域202的亮度对比。
可选地，为了实现动态背光效果，背光层101可以包括LED阵列、mini LED阵列、Micro LED阵列、LCD背光单元和投影装置中的至少一种，其中，所述LCD背光单元包括背光模组和LCD显示面板。具体地，LED阵列具有发光效率高、耗电量小、使用寿命长以及工作温度低等优点，可以用于背光应用。mini LED阵列和Micro LED阵列均是尺寸均小于普通的LED阵列，相比普通的LED阵列，mini LED阵列或Micro LED阵列可以在单位面积内设置更多的LED发光单元，因此，当选用mini LED阵列或Micro LED阵列做背光层101时，其发光效果可以更加细腻。LCD背光单元中的背光模组可以是只能提供单一亮度的背光元件，但是，通过调整LCD显示面板的结构，可以控制通过显示面板后的光强，从而达到动态背光的效果；由于无需采用各部分发光强度可调的背光元件，因而可以节约生产成本，提高经济效益。投影装置可以是发白光的设备，通过对其局部的发光强度进行调整，可以使第一发光亮度区域201的发光强度大于或小于第二发光亮度区域202的发光强度。
基于同一发明构思，本实施例还提供了一种电子设备，该电子设备可以包括上述任一实施例所述的3D显示装置。可选地，该电子设备可以为电视或电脑等。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (7)

1.一种3D显示装置，其特征在于，包括背光层、至少一层调制层、显示层、眼球追踪模块和信号处理模块，所述背光层、所述至少一层调制层和所述显示层依次平行设置，所述显示层位于靠近观测者的一侧；
所述背光层用于提供背光照明；
所述眼球追踪模块用于获取观测者的眼球位置信息；
所述信号处理模块分别与所述眼球追踪模块、所述调制层和所述显示层连接，用于接收所述观测者的眼球位置信息，并根据所述眼球位置信息确定所述调制层中的调制层中心注视区域和所述显示层中的显示层中心注视区域，并控制所述调制层中心注视区域显示调制层中心图案，控制所述显示层中心注视区域显示显示层中心图案，其中，所述调制层中心图案和所述显示层中心图案形成基于光场显示的立体图像；
所述信号处理模块还用于控制所述调制层中心注视区域以外的调制层其他区域显示调制层其他图案，控制所述显示层中的所述显示层中心注视区域以外的显示层其他区域显示显示层其他图案，其中，所述调制层其他图案和所述显示层其他图案形成基于裸眼立体显示图像；
其中，所述调制层中心注视区域和所述显示层中心注视区域与所述观测者的眼球中央区域对应设置，所述调制层其他区域和所述显示层其他区域与所述观测者的眼球非中央区域对应设置。
2.根据权利要求1所述的3D显示装置，其特征在于，所述信号处理模块用于控制所述调制层中心注视区域形成调制层调制光栅，通过所述调制层调制光栅形成调制层中心图案；
所述信号处理模块用于控制所述显示层中心注视区域形成显示层调制光栅，通过所述显示层调制光栅形成显示层中心图案。
3.根据权利要求1所述的3D显示装置，其特征在于所述调制层其他图案为视差光栅图案，所述显示层其他图案为间隔排列的3D左视图案和3D右视图案。
4.根据权利要求1所述的3D显示装置，其特征在于，所述信号处理模块还与所述背光层电连接，用于根据所述观测者的眼球位置信息确定所述背光层中的第一发光亮度区域和第二发光亮度区域，其中，所述第一发光亮度区域与所述调制层中心注视区域和所述显示层中心注视区域对应设置，所述第二发光亮度区域与所述调制层其他区域和所述显示层其他区域对应设置；
其中，所述第一发光亮度区域的发光亮度大于所述第二发光亮度区域的发光亮度，或者，所述第一发光亮度区域的发光亮度小于所述第二发光亮度区域的发光亮度。
5.根据权利要求7所述的3D显示装置，其特征在于，所述背光层包括LED阵列、mini LED阵列、Micro LED阵列、LCD背光单元和投影装置中的至少一种，其中，所述LCD背光单元包括背光模组和LCD显示面板。
6.根据权利要求1所述的3D显示装置，其特征在于，所述调制层为LCD显示面板，所述显示层为LCD显示面板。
7.一种电子设备，其特征在于，包括权利要求1-6任一项所述的3D显示装置。
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