CN114942528B - 三维显示装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种三维显示装置，包括：显示屏、偏光入射层、微棱镜阵列、液晶复合层、偏光出射层和电子控制单元，其中：偏光入射层，设置于显示屏的出光侧，偏光入射层将光处理为第一方向的偏振光和第二方向的偏振光；微棱镜阵列，设置于偏光入射层的出光侧，微棱镜阵列包括奇数列微棱镜和偶数列微棱镜，偏光入射层的出射光经奇数列微棱镜汇聚至第一目标点，偏光入射层的出射光经偶数列微棱镜汇聚至第二目标点；液晶复合层，设置于微棱镜阵列的出光侧；偏光出射层，设置于液晶复合层的出光侧；电子控制单元，与显示屏和液晶复合层连接。

Description

三维显示装置

技术领域

本申请涉及三维显示领域，尤其涉及一种三维显示装置。

背景技术

随着技术的发展，三维显示越来越广泛地被人们所使用。目前，在三维显示领域，大多采用偏正光眼镜三维显示技术实现三维显示，在偏正光眼镜三维显示技术中，通过设置左眼镜片和右眼镜片能且仅能分别通过横或者竖偏振光，能够对左眼和右眼分别成不同的像。

但是，偏正光眼镜三维显示技术必须依赖眼镜才能看到三维显示的效果。

发明内容

本申请公开一种三维显示装置，解决了相关技术中必须依赖眼镜才能看到三维显示的效果的问题。

为了解决上述问题，本申请采用下述技术方案：

本申请实施例公开一种三维显示装置，包括：显示屏、偏光入射层、微棱镜阵列、液晶复合层、偏光出射层和电子控制单元，其中：所述偏光入射层，设置于所述显示屏的出光侧，在所述显示屏发出的光射入所述偏光入射层的情况下，所述偏光入射层将光处理为第一方向的偏振光和第二方向的偏振光，其中，所述第一方向为平行于所述显示屏的宽边的方向，所述第二方向为垂直于所述显示屏的显示面的方向；所述微棱镜阵列，设置于所述偏光入射层的出光侧，所述微棱镜阵列包括奇数列微棱镜和偶数列微棱镜，所述偏光入射层的出射光经所述奇数列微棱镜汇聚至第一目标点，所述偏光入射层的出射光经所述偶数列微棱镜汇聚至第二目标点，其中，所述偏光入射层的出射光包括所述第一方向的偏振光和所述第二方向的偏振光；所述液晶复合层，设置于所述微棱镜阵列的出光侧，在所述液晶复合层通电的情况下，所述微棱镜阵列的出射光通过所述液晶复合层的偏振方向不变，在所述液晶复合层断电的情况下，所述微棱镜阵列的出射光通过所述液晶复合层的偏振方向扭转90°；所述偏光出射层，设置于所述液晶复合层的出光侧，在所述液晶复合层的出射光的偏振方向与所述偏光出射层的偏振方向平行的情况下，所述液晶复合层的出射光通过所述偏光出射层；所述电子控制单元，与所述显示屏和所述液晶复合层连接，控制所述显示屏显示所述第一目标点视角的图像的频率和相位与所述液晶复合层断电的频率和相位相同，控制所述显示屏显示所述第二目标点视角的图像的频率和相位与所述液晶复合层通电的频率和相位相同。

本申请采用的技术方案能够达到以下有益效果：

本申请实施例提供的三维显示装置，包括显示屏、偏光入射层、微棱镜阵列、液晶复合层、偏光出射层和电子控制单元，其中，偏光入射层、微棱镜阵列、液晶复合层和偏光出射层依次设置在显示屏的出光侧，偏光入射层靠近显示屏设置，显示屏发出的光经偏光入射层被处理为平行于显示屏的宽边方向的偏振光和垂直于显示屏显示面方向的偏振光，微棱镜阵列中的奇数列微棱镜将将偏光入射层的出射光汇聚至第一目标点，微棱镜阵列中的偶数列微棱镜将将偏光入射层的出射光汇聚至第二目标点，在液晶复合层通电的情况下，微棱镜阵列的出射光通过液晶复合层的偏振方向不变，在液晶复合层断电的情况下，微棱镜阵列的出射光通过液晶复合层的偏振方向扭转90°，在液晶复合层的出射光的偏振方向与偏光出射层的偏振方向平行的情况下，液晶复合层的出射光通过偏光出射层，电子控制单元与显示屏和液晶复合层连接，电子控制单元控制显示屏显示第一目标点视角的图像的频率和相位与液晶复合层断电的频率和相位相同，电子控制单元控制显示屏显示第二目标点视角的图像的频率和相位与液晶复合层通电的频率和相位相同。本申请通过在显示屏的出光侧依次设置偏光入射层、微棱镜阵列、液晶复合层和偏光出射层，将显示屏发出的光经过处理后分别汇聚至第一目标点或第二目标点，解决了必须依赖眼镜才能看到三维显示的效果的问题，并且，由于不需要依赖眼镜便能实现三维显示的效果，因此，还解决了观看视角有限的问题。

附图说明

图1为本申请实施例公开的一种三维显示装置的结构示意图；

图2为本申请实施例公开的一种液晶复合层通电情况下的示意图；

图3为本申请实施例公开的一种液晶复合层断电情况下的示意图；

图4为本申请实施例公开的一种微棱镜阵列为微型三棱镜阵列情况下的示意图；

图5为本申请实施例公开的一种三维显示装置的结构示意图；

图6为本申请实施例公开的另一种三维显示装置的结构示意图；

图7为本申请实施例公开的又一种三维显示装置的结构示意图；

图8为本申请实施例公开的一种显示屏发出的光汇聚至第一目标点和第二目标点的示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施，且“第一”、“第二”等所区分的对象通常为一类，并不限定对象的个数，例如第一对象可以是一个，也可以是多个。此外，说明书以及权利要求中“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

本申请公开一种三维显示装置，图1为本申请实施例公开的一种三维显示装置的结构示意图。

如图1所示，本申请公开的三维显示装置包括：显示屏110、偏光入射层120、微棱镜阵列130、液晶复合层140、偏光出射层150和电子控制单元。

显示屏110，用于提供图像光源。由于实现三维显示需要两个视角的图像分别进入人的左眼和右眼，因此，显示屏110分时显示两个视角的图像。例如，当t＝0.05*(2N+1)秒起显示一个视角的图像，当t＝0.05*(2N)秒起显示另一个视角的图像，其中，N为自然数，以100Hz图像显示为例，显示屏110每秒显示100帧图像，其中，奇数帧显示的为一个视角的图像，而偶数帧显示的为另一个视角的图像。在本申请中，显示屏110可以为液晶显示器(Liquid Crystal Display，LCD)。

偏光入射层120，设置于显示屏110的出光侧，在显示屏110发出的光射入偏光入射层120的情况下，偏光入射层120将光处理为第一方向的偏振光和第二方向的偏振光，其中，第一方向为平行于显示屏110的宽边的方向，第二方向为垂直于显示屏110的显示面的方向。也就是说，偏光入射层120将显示屏110发出的进入偏光入射层120的光处理为平行于显示屏110的宽边方向的偏振光和垂直于显示屏110显示面方向的偏振光。具体的，偏光入射层120中偏振方向为第一方向和偏振方向为第二方向的离散结构交替排列，将显示屏110任意时刻显示的图像分为两组。

微棱镜阵列130，设置于偏光入射层120的出光侧，微棱镜阵列130包括奇数列微棱镜131和偶数列微棱镜132，偏光入射层120的出射光经奇数列微棱镜131汇聚至第一目标点160，偏光入射层120的出射光经偶数列微棱镜132汇聚至第二目标点170，其中，偏光入射层120的出射光包括第一方向的偏振光和第二方向的偏振光。在本申请中，第一目标点160可以为人的左眼，第二目标点170可以为人的右眼。

液晶复合层140，设置于微棱镜阵列130的出光侧，在液晶复合层140通电的情况下，微棱镜阵列130的出射光通过液晶复合层140的偏振方向不变，在液晶复合层140断电的情况下，微棱镜阵列130的出射光通过液晶复合层140的偏振方向扭转90°，液晶复合层140通电的情况如图2所示，液晶复合层140断电的情况如图3所示。具体的，液晶复合层140可以在t＝0.05*(2N+1)秒起断电，偏振光方向扭转90度，在t＝0.05*(2N)秒起通电，偏振光方向扭转0度，其中，N为自然数。

偏光出射层150，设置于液晶复合层140的出光侧，在液晶复合层140的出射光的偏振方向与偏光出射层150的偏振方向平行的情况下，液晶复合层140的出射光通过偏光出射层150，在液晶复合层140的出射光的偏振方向与偏光出射层150的偏振方向垂直的情况下，液晶复合层140的出射光禁止通过偏光出射层150，从而实现偏振光的过滤，也就是说，在任意时刻，显示屏110发出的光只能汇聚至的第一目标点160或者第二目标点170，具体的，在液晶复合层140通电的情况下，偶数列微棱镜132的出射光汇聚至第二目标点170，在液晶复合层140断电的情况下，奇数列微棱镜131的出射光汇聚至第一目标点160。

电子控制单元，与显示屏110和液晶复合层140连接，控制显示屏110显示第一目标点160视角的图像的频率和相位与液晶复合层140断电的频率和相位相同，控制显示屏110显示第二目标点170视角的图像的频率和相位与液晶复合层140通电的频率和相位相同。也就是说，电子控制单元控制在液晶复合层140通电的同时，显示屏110显示第二目标点170视角应该看到的图像，电子控制单元控制在液晶复合层140断电的同时，显示屏110显示第一目标点160视角应该看到的图像，从而实现三维显示的效果。

例如，在t＝0.05*(2N+1)秒起，显示屏110显示第一目标点160视角的图像，正好液晶复合层140断电，偏振光方向扭转90度，只有射向第一目标点160的光路畅通，只有第一目标点160看到第一目标点160视角应该看到的图像，第二目标点170看不到第一目标点160视角的图像；当t＝0.05*(2N)秒起，显示屏110显示第二目标点170的图像，正好液晶复合层140通电，偏振光方向扭转0度，只有射向第二目标点170的光路畅通，只有第二目标点170看到第二目标点170视角应该看到的图像，第一目标点160看不到第二目标点170视角的图像。

本申请实施例提供的三维显示装置，包括显示屏110、偏光入射层120、微棱镜阵列130、液晶复合层140、偏光出射层150和电子控制单元，其中，偏光入射层120、微棱镜阵列130、液晶复合层140和偏光出射层150依次设置在显示屏110的出光侧，偏光入射层120靠近显示屏110设置，显示屏110发出的光经偏光入射层120被处理为平行于显示屏110的宽边方向的偏振光和垂直于显示屏110显示面方向的偏振光，微棱镜阵列130中的奇数列微棱镜131将偏光入射层120的出射光汇聚至第一目标点160，微棱镜阵列130中的偶数列微棱镜132将偏光入射层120的出射光汇聚至第二目标点170，在液晶复合层140通电的情况下，微棱镜阵列130的出射光通过液晶复合层140的偏振方向不变，在液晶复合层140断电的情况下，微棱镜阵列130的出射光通过液晶复合层140的偏振方向扭转90°，在液晶复合层140的出射光的偏振方向与偏光出射层150的偏振方向平行的情况下，液晶复合层140的出射光通过偏光出射层150，电子控制单元与显示屏110和液晶复合层140连接，电子控制单元控制显示屏110显示第一目标点160视角的图像的频率和相位与液晶复合层140断电的频率和相位相同，电子控制单元控制显示屏110显示第二目标点170视角的图像的频率和相位与液晶复合层140通电的频率和相位相同。本申请通过在显示屏110的出光侧依次设置偏光入射层120、微棱镜阵列130、液晶复合层140和偏光出射层150，将显示屏110发出的光经过处理后分别汇聚至第一目标点160或第二目标点170，解决了必须依赖眼镜才能看到三维显示的效果的问题，并且，由于不需要依赖眼镜便能实现三维显示的效果，因此，还解决了观看视角有限的问题。

在本申请实施例中，如图4所示，微棱镜阵列130可以为微型三棱镜阵列，偏光入射层120的出射光经奇数列微型三棱镜汇聚至第一目标点160，偏光入射层120的出射光经偶数列微型三棱镜汇聚至第二目标点170。

在本申请实施例中，微型三棱镜阵列中的每一列微型三棱镜断面均满足下述关系：sin(α)/sin(β)＝K；β＝90°-∠1；sin(λ)/sin(θ)＝K；θ＝90°-(180°-∠1-∠2)；sin(α)/sin(90°-∠1)＝K；sin(λ)/sin(∠1+∠2-90°)＝K；h/w＝tan(∠2)；s/d＝tan(λ)；其中，如图5所示，K为该列微型三棱镜的折射率，h为该列微型三棱镜的高，w为该列微型三棱镜的截面三角形的底，s为该列微型三棱镜与第一目标点160或第二目标点170之间的水平距离，d为该列微型三棱镜与第一目标点160或第二目标点170在垂直于显示屏110方向上的距离，α为光在该列微型三棱镜的第一面的入射角，β为第一面的入射角对应的折射角，θ为光在该列微型三棱镜的第二面的入射角，λ为第二面的入射角对应的折射角，∠1和∠2为微型三棱镜的截面三角形的任意两个角。微型三棱镜的截面三角形的底w的长度可以为1.0mm-0.1mm。如图6和图7所示，两列相距较远的微型三棱镜的断面具有明显差异。

在本申请实施例中，微棱镜阵列130可以使用塑胶模压工艺制成。

一种实现方式中，偏光入射层120为离散排列，如图1所示，偏光入射层120可以包括奇数列偏光入射层121和偶数列偏光入射层122，奇数列偏光入射层121与奇数列微棱镜131对应，偶数列偏光入射层122与偶数列微棱镜132对应，奇数列偏光入射层121的偏振方向与偶数列偏光入射层122的偏振方向相互垂直。奇数列偏光入射层121具有相同的偏振方向，偶数列偏光入射层122具有相同的偏振方向。奇数列偏光入射层121与偏光出射层150的偏振方向互相垂直或者平行，对应的，偶数列偏光入射层122与偏光出射层150的偏振方向互相平行或者垂直。

在本申请实施例中，如图1所示，液晶复合层140可以包括导电层负极145、液晶层143、配向膜和导电层正极141，配向膜包括第一配向膜142和第二配向膜144，导电层正极141、第一配向膜142、液晶层143、第二配向膜144和导电层负极145依次设置在微棱镜阵列130的出光侧，第一配向膜142与第二配向膜144的纹理相互垂直。具体的，导电层正极141可以靠近微棱镜阵列130的出光侧设置，也可以远离微棱镜阵列130的出光侧设置，也就是说，导电层正极141、第一配向膜142、液晶层143、第二配向膜144和导电层负极145可以依次按照导电层正极141、第一配向膜142、液晶层143、第二配向膜144和导电层负极145的顺序设置在微棱镜阵列130的出光侧，也可以依次按照导电层负极145、第二配向膜144、液晶层143、第一配向膜142和导电层正极141的顺序设置在微棱镜阵列130的出光侧。在本申请实施例中，导电层正极141和导电层负极145的材料可以为氧化铟锡(Indium tin oxide，ITO)或者导电金属薄膜。

在液晶复合层140通电的情况下，液晶层143中的液晶分子平行于电场方向排列，微棱镜阵列130的出射光通过液晶层143的偏振方向不变，在液晶复合层140断电的情况下，液晶层143中的液晶分子随配向膜的纹理排列，微棱镜阵列130的出射光通过液晶层143的偏振方向扭转90°。

在进一步的技术方案中，如图8所示，三维显示装置还可以包括摄像模组610和位置方向调节器，位置方向调节器与显示屏110连接，电子控制单元分别与摄像模组610和位置方向调节器连接，摄像模组610用于监控第一目标点160的位置信息和第二目标点170的位置信息，位置方向调节器用于控制显示屏110移动，具体的，位置方向调节器可以控制显示屏110绕第一目标点160和第二目标点170的连线或者第一目标点160和第二目标点170的连线的平行线旋转、控制显示屏110绕显示屏110的显示面的宽边或者宽边的平行线旋转、控制显示屏110沿第一目标点160和第二目标点170的连线方向或者第一目标点160和第二目标点170的连线的平行线方向平动、控制显示屏110沿显示屏110的显示面的宽边方向或者宽边的平行线方向平动、控制显示屏110沿垂直于显示屏110的显示面的方向平动，从而达到最佳观看效果。在电子控制单元接收到摄像模组610发送的第一目标点160的位置信号和第二目标点170的位置信号的情况下，电子控制单元控制位置方向调节器根据第一目标点160的位置和第二目标点170的位置调整显示屏110的位置。以第一目标点160为人的左眼，第二目标点170为人的右眼为例，在电子控制单元接收到摄像模组610发送的人的左眼的位置信号和人的右眼的位置信号的情况下，电子控制单元控制位置方向调节器根据人的左眼的位置和人的右眼的位置调整显示屏110的位置。

在本申请实施例中，根据视觉停留效应，显示屏110显示的图像的切换频率大于第一阈值，具体的，第一阈值可以为20帧/秒。

在一种可选的方案中，如图1所示，三维显示装置还可以包括保护层810，保护层810设置于所述偏光出射层150的出光侧，对偏光出射层150等结构进行支撑和保护，从而增加三维显示装置的使用时限。在本申请实施例中，为了减小保护层810对偏光出射层150的出射光的影响，保护层810的材料可以为透明材料，具体的，保护层810可以为透明玻璃。

在本申请实施例中，为了不影响观看三维显示的效果，微棱镜阵列130的材料可以为透明材料，例如，微棱镜阵列130的材料可以为透明树脂。

本申请上文实施例中重点描述的是各个实施例之间的不同，各个实施例之间不同的优化特征只要不矛盾，均可以组合形成更优的实施例，考虑到行文简洁，在此则不再赘述。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (8)

1.一种三维显示装置，其特征在于，包括：显示屏、偏光入射层、微棱镜阵列、液晶复合层、偏光出射层和电子控制单元，其中：

所述偏光入射层，设置于所述显示屏的出光侧，在所述显示屏发出的光射入所述偏光入射层的情况下，所述偏光入射层将光处理为第一方向的偏振光和第二方向的偏振光，其中，所述第一方向为平行于所述显示屏的宽边的方向，所述第二方向为垂直于所述显示屏的显示面的方向；

所述微棱镜阵列，设置于所述偏光入射层的出光侧，所述微棱镜阵列包括奇数列微棱镜和偶数列微棱镜，所述偏光入射层的出射光经所述奇数列微棱镜汇聚至第一目标点，所述偏光入射层的出射光经所述偶数列微棱镜汇聚至第二目标点，其中，所述偏光入射层的出射光包括所述第一方向的偏振光和所述第二方向的偏振光；

所述偏光出射层，设置于所述液晶复合层的出光侧，在所述液晶复合层的出射光的偏振方向与所述偏光出射层的偏振方向平行的情况下，所述液晶复合层的出射光通过所述偏光出射层；

所述电子控制单元，与所述显示屏和所述液晶复合层连接，控制所述显示屏显示所述第一目标点视角的图像的频率和相位与所述液晶复合层断电的频率和相位相同，控制所述显示屏显示所述第二目标点视角的图像的频率和相位与所述液晶复合层通电的频率和相位相同；

所述偏光入射层包括奇数列偏光入射层和偶数列偏光入射层，所述奇数列偏光入射层与所述奇数列微棱镜对应，所述偶数列偏光入射层与所述偶数列微棱镜对应，所述奇数列偏光入射层的偏振方向与所述偶数列偏光入射层的偏振方向相互垂直；

所述液晶复合层包括导电层负极、液晶层、配向膜和导电层正极，所述配向膜包括第一配向膜和第二配向膜，所述导电层正极、所述第一配向膜、所述液晶层、所述第二配向膜和所述导电层负极依次设置在所述微棱镜阵列的出光侧，所述第一配向膜与所述第二配向膜的纹理相互垂直；

在所述液晶复合层通电的情况下，所述液晶层中的液晶分子平行于电场方向排列，所述微棱镜阵列的出射光通过所述液晶层的偏振方向不变，在所述液晶复合层断电的情况下，所述液晶层中的液晶分子随所述配向膜的纹理排列，所述微棱镜阵列的出射光通过所述液晶层的偏振方向扭转90°。

2.根据权利要求1所述的三维显示装置，其特征在于，所述微棱镜阵列为微型三棱镜阵列。

3.根据权利要求2所述的三维显示装置，其特征在于，所述微型三棱镜阵列中的每一列微型三棱镜断面均满足下述关系：

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其中，为该列微型三棱镜的折射率，/>为该列微型三棱镜的高，/>为该列微型三棱镜的截面三角形的底，s为该列微型三棱镜与所述第一目标点或所述第二目标点之间的水平距离，/>为该列微型三棱镜与所述第一目标点或所述第二目标点在垂直于显示屏方向上的距离，/>为光在该列微型三棱镜的第一面的入射角，/>为所述第一面的入射角对应的折射角，/>为光在该列微型三棱镜的第二面的入射角，/>为所述第二面的入射角对应的折射角，∠1和∠2为微型三棱镜的截面三角形的任意两个角。

4.根据权利要求1所述的三维显示装置，其特征在于，还包括摄像模组和位置方向调节器，所述位置方向调节器与所述显示屏连接，所述电子控制单元分别与所述摄像模组和所述位置方向调节器连接，在所述电子控制单元接收到所述摄像模组发送的所述第一目标点的位置信号和所述第二目标点的位置信号的情况下，所述电子控制单元控制所述位置方向调节器根据所述第一目标点的位置和所述第二目标点的位置调整所述显示屏的位置。

5.根据权利要求1所述的三维显示装置，其特征在于，所述显示屏的图像切换的频率大于第一阈值。

6.根据权利要求1所述的三维显示装置，其特征在于，还包括保护层，所述保护层设置于所述偏光出射层的出光侧。

7.根据权利要求6所述的三维显示装置，其特征在于，所述保护层的材料为透明材料。

8.根据权利要求1所述的三维显示装置，其特征在于，所述微棱镜阵列的材料为透明材料。