CN113625464A - 一种立体显示设备 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了一种立体显示设备。所述设备包括显示面板和立体分光器件；所述立体分光器件包括多个平行排列的分光单元，沿所述立体分光器件的分光单元的排列方向，所述显示面板中相邻两列子像素的间距与所述显示面板上子像素的宽度的比值大于或等于0.25，小于或等于1；所述立体分光器件位于所述显示面板的出光侧。通过采用上述技术手段，可以保证用户左右眼在看到内容无串扰的前提下，增加用户观看位置的区间范围，提高用户体验。

Description

一种立体显示设备
技术领域
本发明实施例涉及裸眼3D显示技术领域，尤其涉及一种立体显示设备。
背景技术
裸眼3D显示技术是指无需佩戴专用的3D眼镜，观者即可直接以肉眼观赏三维影像，呈现3D效果的一种3D显示技术。裸眼3D显示技术包括柱镜光栅、狭缝光栅等，目前应用最广的是柱镜3D显示技术。柱镜3D显示技术的原理是通过在常规显示屏的前面贴附一层特制柱状透镜来实现的。在每个柱透镜下面的图像的像素被分成几个子像素，这样透镜就能以不同的方向投影每个子像素。当用户在观看3D显示内容时，左眼和右眼分别看到不同子像素所发出的光线，使人的左眼和右眼看到不同的画面，并在大脑中融合成3D效果的画面。
但是，由于每个柱镜将像素点内容分开投射到左右眼，因此在没有进行人眼跟踪的情况下，固定的光线分布，需要用户在某一固定的观看位置，才能看到理想的立体效果。当观看位置不合适时，进入左眼的光线可能进入右眼，此时右眼既可看到左图又可看到右图，容易产生串扰，用户体验较差。
发明内容
本发明实施例提供一种立体显示设备，可以在保证用户的左右眼看到的内容无串扰的前提下，增加用户观看位置的区间范围，提高用户体验。
本发明实施例提供了一种立体显示设备，包括：显示面板和立体分光器件，所述立体分光器件包括多个平行排列的分光单元，沿所述立体分光器件的分光单元的排列方向，所述显示面板中相邻两列子像素的间距与所述显示面板上子像素的宽度的比值大于或等于0.25，小于或等于1；所述立体分光器件位于所述显示面板的出光侧。
进一步的，所述显示面板中相邻两列子像素的间距与所述显示面板上子像素的宽度的比值具体为0.3。
进一步的，所述立体分光器件包括柱镜光栅和狭缝光栅。
进一步的，立体分光器件为柱镜光栅；
所述显示面板和所述柱镜光栅之间的距离小于所述柱镜光栅的焦距f，所述柱镜光栅的焦点到所述显示面板的距离大于或等于0.4f，小于或等于0.6f，以使所述立体显示设备在不同角度观看时的亮度变化在预设范围之内。
进一步的，所述柱镜光栅的焦点到所述显示面板的距离具体为0.5f。
进一步的，所述柱镜光栅为液晶柱镜光栅。
进一步的，所述设备还包括控制电路，所述控制电路与所述液晶柱镜光栅电连接；
所述控制电路用于控制液晶柱镜光栅的工作模式，以实现二维显示和三维显示的模式切换。
进一步的，立体分光器件为狭缝光栅；
所述狭缝光栅的开口率大于或等于0.4，小于或等于0.6。
进一步的，任一分光单元沿所述显示面板的厚度方向在显示面板上的投影覆盖至少两列子像素。
进一步的，所述显示面板包括液晶显示面板或有机发光二极管显示面板。
本发明实施例提供了一种立体显示设备，所述设备包括显示面板和立体分光器件，所述立体分光器件包括多个平行排列的分光单元，沿所述立体分光器件的分光单元的排列方向，所述显示面板中相邻两列子像素的间距与所述显示面板上子像素的宽度的比值大于或等于0.25，小于或等于1；所述立体分光器件位于所述显示面板的出光侧。通过采用上述技术手段，不仅可以保证用户的左右眼看到的内容无串扰的前提下，而且还可以增加用户观看位置的区间范围，提高用户体验。
附图说明
图1a为本发明实施例提供的一种立体显示设备的俯视图；
图1b为本发明实施例提供的一种立体显示设备的侧视图；
图2为本发明实施例提供的一种通过立体显示设备的观看效果示意图；
图3a为本发明实施例提供的另一种通过立体显示设备在某一观看位置的观看效果示意图；
图3b为本发明实施例提供的另一种通过立体显示设备在又一观看位置的观看效果示意图；
图3c为本发明实施例提供的另一种通过立体显示设备在又一观看位置的观看效果示意图；
图4a为本发明实施例提供的一种柱镜光栅焦点到显示面板距离为0.2f时在不同角度下的观看效果示意图；
图4b为本发明实施例提供的一种柱镜光栅焦点到显示面板距离为0.33f时在不同角度下的观看效果示意图；
图5为本发明实施例提供的一种柱镜光栅焦点到显示面板距离为0.5f时在不同角度下的观看效果示意图；
图6为本发明实施例提供的另一种立体显示设备的侧视图。
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。
在更加详细地讨论示例性实施例之前应当提到的是，一些示例性实施例被描述成作为流程图描绘的处理或方法。虽然流程图将各步骤描述成顺序的处理，但是其中的许多步骤可以被并行地、并发地或者同时实施。此外，各步骤的顺序可以被重新安排。当其操作完成时所述处理可以被终止，但是还可以具有未包括在附图中的附加步骤。所述处理可以对应于方法、函数、规程、子例程、子程序等等。
本发明实施例的技术方案可适用于裸眼3D显示的情况。该立体显示设备包括显示面板和立体分光器件，所述立体分光器件包括多个平行排列的分光单元，沿所述立体分光器件的分光单元的排列方向，所述显示面板中相邻两列子像素的间距与所述显示面板上子像素的宽度的比值大于或等于0.25，小于或等于1；所述立体分光器件位于所述显示面板的出光侧。
在本发明实施例中，立体显示设备包括显示面板和立体分光器件，其中，显示面板可以是矩阵阵列式显示器，例如，显示面板可以为液晶显示面板(Liquid CrystalDisplay，LCD)或有机发光二极管显示面板(Organic Light-Emitting Diode，OLED)。在显示面板中配置有多列像素，每列像素中的每个像素可以由三个子像素组成。可选的，显示面板上的子像素可以包括红色子像素、绿色子像素和蓝色子像素中一种或多种。通过显示面板上不同颜色的子像素以及不同亮度组合，双眼在视觉上就会混合成所想呈现的颜色。其中，对显示面板上子像素的排列方式不作限制，可以是标准的RGB排列，也可以是RGBPenTile排列，也可以是RGB Delta排列，也可以是RGBW排列，也可以是RGB S-Strip排列。其中，立体分光器件可以包括柱镜光栅和狭缝光栅。柱镜光栅利用透镜柱折射成像的原理将显示面板上子像素的内容投射到用户左右眼中，狭缝光栅则是利用遮光单元的遮光作用和透光单元的透光作用，限制来自显示屏的光的行进路线，将显示面板上子像素的内容投射到用户左右眼中。
以立体分光器件是柱镜光栅为例，进行解释说明。图1a为本发明实施例提供的一种立体显示设备的俯视图；图1b为本发明实施例提供的一种立体显示设备的侧视图。如图1a所示，该立体显示设备100包括显示面板110和柱镜光栅120。柱镜光栅120包括多个透镜柱，透镜柱沿着x轴的延伸方向平行排列。如图1b所示，柱镜光栅120位于显示面板的出光侧，以通过柱镜光栅120中的各个透镜柱对显示面板中的像素进行放大，并能够以不同的方向投影每个像素，从而实现3D裸眼效果。
如图1a所示，在沿柱镜光栅120的透镜柱的排列方向(x轴的延伸方向)，显示面板110中相邻两列子像素间存在一定间距a，也即显示面板110中相邻两列子像素间存在黑色间隔，显示面板110中的每个子像素均具有一定宽度e。
然而，当显示面板中相邻两列子像素的间距与显示面板子像素的宽度设置不合理时，需要用户在某一固定的观看位置，才能通过立体显示设备看到理性的立体效果，甚至无法观看到理想的立体效果。图2为本发明实施例提供的一种通过立体显示设备的观看效果示意图，如图2所示，A点和B点分别为用户的右眼和左眼的观看位置，在该观看位置处用户可以看到理想的立体显示效果，且用户的左右眼看到的内容无串扰，也即用户的右眼在A点可以观看到由显示面板中的一列子像素经透镜柱投射发出的光，用户的左眼在B点可以观看到与该列子像素相邻的另一列子像素经透镜柱投射发出的光，两者无串扰。当用户的左眼由观看位置B点移动到C点时，若显示面板中相邻两列子像素的间距与显示面板子像素的宽度设置不合理，用户左右眼观看的内容容易产生串扰。如图2所示，用户的左眼在C点观看到的是由相邻两列子像素(包含两列子像素间的黑色间隔)经透镜柱投射发出的光，即用户的左眼在C点看到了应进入右眼的子像素经透镜柱投射发出的光，此时左眼既可以看到左图又可以看到右图，产生图像串扰现象。
在本发明实施例中，为了增大用户的左右眼看到的内容无串扰时对应的观看位置的区间范围，将立体显示设备100中，沿柱镜光栅120的透镜柱的排列方向(x轴的延伸方向)，显示面板110中相邻两列子像素的间接a与显示面板110上子像素的宽度e的比值设置为[0.25，1]，也即0.25≤a/e≤1。可选的，显示面板110中相邻两列子像素的间距与显示面板上子像素的宽度的比值具体为0.3。
在本发明实施例中，以沿柱镜光栅120的透镜柱的排列方向，显示面板110中相邻两列子像素的间距a与显示面板110上子像素的宽度e的比值等于0.3为例，进行解释说明。图3a、图3b及图3c分别为本发明实施例提供的另一种立体显示设备的观看效果示意图。在图3a、图3b及图3c中，立体显示设备的显示面板110中相邻两列子像素的间距a与显示面板110上子像素的宽度e的比值为0.3。在此需要说明的是，下述中左和右的区分以用户双眼为基准。如图3a所示，B点为用户的左眼的观看位置，用户在B点观看到的是显示面板110上某列子像素及与该列子像素右侧相邻的子像素间的黑色间隔经柱镜光栅120投射的内容。具体的，用户左眼在B点处看到的是所述显示面板110上某列子像素经柱镜光栅120投射发出的光和黑色间隔放大后内容的混合色，由于有黑色间隔的存在，且黑色间隔不发光，所以用户在B点观看到的内容亮度会变暗，但是能看到全部的显示面板110上的像素经柱镜光栅120投射发出的光，黑色间隔放大后的内容在显示面板110上像素经柱镜光栅120投射发出光的左侧，黑色间隔不发光也不会引起串扰，这样就能保证双眼观看到的内容正确。如图3b所示，将用户左眼的观看位置由B点移动至C点，此时左眼在C点处看到的是显示面板110上某列子像素、该列子像素左侧部分黑色间隔以及该列子像素右侧部分黑色间隔经柱镜光栅120投射的内容。具体的，用户左眼在B点处看到的是显示面板110上像素经柱镜光栅120投射发出的光和黑色间隔放大后内容的混合色，但由于用户观看位置右移，黑色间隔放大后的内容位置也相应向左移，黑色间隔放大后的内容在显示面板110上像素经柱镜光栅120投射发出光的两侧，能看到全部的显示面板110上像素经柱镜光栅120投射发出的光，而且黑色间隔不发光也不会引起串扰，这样就能保证双眼观看到的内容正确。如图3c所示，将用户左眼的观看位置由C点移动至D点，放大区域相对于图3b向右移，此时看到的是显示面板110上某列子像素和该列子像素左侧的黑色间隔经柱镜光栅120投射的内容。具体的，用户左眼在C点处看到的是所述显示面板110上像素经柱镜光栅120投射发出的光和黑色间隔放大后内容的混合色，但由于观看位置右移，黑色间隔放大后的内容位置也相应左移，黑色间隔放大后的内容在显示面板110上像素经柱镜光栅120投射发出光的左侧，能看到全部的显示面板110上像素经柱镜光栅120投射发出的光，而且黑色间隔不发光也不会引起串扰，这样就能保证双眼观看到的内容正确。在本发明实施例中，用户的左眼处于在B点与D点之间的区域任意位置观看时，左右眼看到的内容均无串扰，使得用户观看的内容正确。
本发明实施例提供了一种立体显示设备，所述设备包括显示面板和柱镜光栅，所述柱镜光栅包括多个平行排列的透镜柱，沿所述柱镜光栅的透镜柱的排列方向，所述显示面板中相邻两列子像素的间距与所述显示面板上子像素的宽度的比值大于或等于0.25，小于或等于1；所述柱镜光栅位于所述显示面板的出光侧。通过采用上述技术手段，不仅可以保证用户的左右眼看到的内容无串扰的前提下，而且还可以增加用户观看位置的区间范围，提高用户体验。
在一些实施例中，所述显示面板110和所述柱镜光栅120之间的距离d1小于所述柱镜光栅120的焦距f，所述柱镜光栅120的焦点到所述显示面板110的距离d2大于或等于0.4f，小于或等于0.6f，以使所述立体显示设备在不同角度观看时的亮度变化在预设范围之内。这样设置的好处在于，可以有效避免用户在不同角度观看立体显示设备实现裸眼3D时，由于显示面板的亮度变化造成晃眼的情况发生，可进一步提升用户体验。
在本发明实施例中，如图1a所示，由于显示面板110上相邻两列子像素之间存在一定间距，所以通过柱镜光栅120对显示面板110像素进行放大时，显示面板110中的黑色间隔(也即相邻两列子像素之间的间隔)也会被放大，由于黑色间隔不发光，使得用户在不同的角度下，观看到内容的亮度是变化的。当柱镜光栅120与显示面板110间的距离设置不合理时，用户在不同的观看角度下进行观看时，由于看到的显示面板110上黑色间隔区域的大小不同，也即观看内容中包含的黑色间隔所占的比例不同，从而导致观看到的颜色组成不同，产生晃眼的情况。图4a为本发明实施例提供的一种柱镜光栅焦点到显示面板距离为0.2f时在不同角度下的观看效果示意图；图4b为本发明实施例提供的一种柱镜光栅焦点到显示面板距离为0.33f时在不同角度下的观看效果示意图。如图4a所示，在六个观测方向中，图4a中的从左往右顺序的第一、第四方向刚好放大的区域是无效不发光的间隔，所以看到的光线会很暗，而其他方向上放大的地方发光的像素，所以比较亮。而在图4b中，在从左往右顺序的第一、三、四、六方向刚好放大的区域是像素包含了黑色不发光的间隔，所以看到的光线会比较暗。因此，从图4a和图4b可以看出，柱镜光栅120的焦点到显示面板110的距离发生变化时，用户在不同观看角度观看时，观看内容中包含的黑色间隔所占的比例不同。
在本发明实施例中，如图1b所示，显示面板110和柱镜光栅120之前的距离d1小于柱镜光栅120的焦距f，柱镜光栅120的焦点O到显示面板110的距离d2的取值范围为[0.4f，0.6f]，也即0.4f≤d2≤0.6f，使立体显示设备100在不同角度观看时的亮度变化在预设范围之内。示例性的，以柱镜光栅120的焦点到显示面板110的距离d2为0.5f为例，进行示例性说明。如图5所示，将视线垂直于显示面板110的方向作为0°，六个方向从左往右分别是-30°、-20°、-10°和30°、20°、10°。当柱镜光栅120的焦点到显示面板110的距离d2为0.5f时，用户在图5所示的六个观测角度进行观察时，观看内容中包含的黑色间隔所占的比例相同，在各个观测角度观看到的内容中包含的黑色间隔的占比始终是20％，因此，在不同角度进行观看，没有明暗变化。
在一些实施例中，所述柱镜光栅为液晶柱镜光栅。柱镜光栅120可以分为固态柱镜光栅和液晶柱镜光栅，其中固态柱镜光栅是一固态元件，其与液晶显示面板固定配合后，仅能显示三维立体画面，不能同时兼容二维平面画面，长期使用用户容易出现视觉疲劳。液晶透镜光栅的结构为树脂型柱状透镜，包括基板、液晶层和电极，电极为液晶层提供驱动电压，可以实现二维平面画面和三维立体画面的切换功能。其中，对所述液晶透镜光栅的基板、液晶层和电极的数量和位置关系不作限制。
可选的，所述设备还包括控制电路，所述控制电路与所述液晶柱镜光栅电连接；所述控制电路用于控制液晶柱镜光栅的工作模式，以实现二维显示和三维显示的模式切换。这样设置的好处在于，可以使立体显示设备实现了二维显示和三维显示的模式切换，满足用户需求。具体的，立体显示设备100中的控制电路与液晶柱镜光栅电连接，当控制电路施加二维显示控制信号(如第一状态时序信号)至所述液晶柱镜光栅时，用户在正确的观看位置通过立体显示设备100中的液晶柱镜光栅观看到的是二维平面画面；当控制电路施加三维显示控制信号(第二状态时序信号)至所述液晶柱镜光栅时，用户在正确的观看位置通过立体显示设备中的液晶柱镜光栅观看到的是三维立体画面。在本发明实施例中，通过控制电路向液晶柱镜光栅输入不同的控制信号，使立体显示设备实现二维平面显示和三维立体显示的模式切换，使得液晶透镜光栅等效于两种不同显示形式的柱状透镜光栅。
所述立体分光器件为狭缝光栅；所述狭缝光栅的开口率大于或等于0.4，小于或等于0.6。以立体分光器件是狭缝光栅为例，进行示例性说明。图6为本发明实施例提供的另一种立体显示设备的侧视图。本发明实施例的技术方案可适用于当立体分光器件为狭缝光栅的情况。如图6所示，在本发明实施例中，该立体显示设备200包括显示面板210和狭缝光栅220。其中，以狭缝光栅220的光栅段的排列方向，狭缝光栅220中相邻两个光栅段的间距n与狭缝光栅220中相邻两个光栅段的间距n和狭缝光栅220上的光栅段的宽度m之和的比值为所述狭缝光栅220的开口率，所述狭缝光栅220的开口率决定了立体显示设备的观看效果。可选的，所述狭缝光栅的开口率可以设置为[0.4,，0.6]，也即0.4≤n/(n+m)≤0.6。这样设置的好处是，可以保证用户的左右眼看到的内容无串扰，提高用户体验。
具体的，狭缝光栅220中相邻两个光栅段的间距n与狭缝光栅220中相邻两个光栅段的间距n和狭缝光栅220上的光栅段的宽度m之和的比值可以是0.5。
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 (10)

1.一种立体显示设备，其特征在于，所述设备包括显示面板和立体分光器件，所述立体分光器件包括多个平行排列的分光单元，沿所述立体分光器件的分光单元的排列方向，所述显示面板中相邻两列子像素的间距与所述显示面板上子像素的宽度的比值大于或等于0.25，小于或等于1；所述立体分光器件位于所述显示面板的出光侧。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述显示面板中相邻两列子像素的间距与所述显示面板上子像素的宽度的比值具体为0.3。
3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述立体分光器件包括柱镜光栅和狭缝光栅。
4.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，立体分光器件为柱镜光栅；
所述显示面板和所述柱镜光栅之间的距离小于所述柱镜光栅的焦距f，所述柱镜光栅的焦点到所述显示面板的距离大于或等于0.4f，小于或等于0.6f，以使所述立体显示设备在不同角度观看时的亮度变化在预设范围之内。
5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，所述柱镜光栅的焦点到所述显示面板的距离具体为0.5f。
6.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，所述柱镜光栅为液晶柱镜光栅。
7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，所述设备还包括控制电路，所述控制电路与所述液晶柱镜光栅电连接；
所述控制电路用于控制液晶柱镜光栅的工作模式，以实现二维显示和三维显示的模式切换。
8.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，立体分光器件为狭缝光栅；
所述狭缝光栅的开口率大于或等于0.4，小于或等于0.6。
9.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，任一分光单元沿所述显示面板的厚度方向在显示面板上的投影覆盖至少两列子像素。
10.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述显示面板包括液晶显示面板或有机发光二极管显示面板。
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