CN201107472Y - 自由立体显示器 - Google Patents

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吴华夏
董戴
张永生
张涛
王�忠
杨新军
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Abstract

本实用新型公开了一种自由立体显示器，包括背光源、液晶屏，其特征在于：位于所述的背光源和液晶屏之间设有通过液晶光阀驱动器控制的液晶光阀。利用特殊设计的液晶光阀，通过在液晶光阀电极上不施加或施加驱动信号，来使得液晶光阀全透或产生黑白间隔条纹的光栅屏障，以此可以达到在2D与3D模式间切换的功能。该立体显示器包括：显示屏，液晶光阀和液晶光阀驱动器。液晶屏根据模式控制信号，可以分别显示2D图像和3D立体图像。安装在液晶屏后的液晶光阀，在二维模式下透射所有入射光，而在三维模式下形成光栅来分离左眼图像和右眼图像。该显示器结构简单，使用方便，立体效果好。

Description

自由立体显示器
技术领域
本实用新型涉及显示器，特别涉及一种可实现2D/3D间显示功能切换的自由立体显示器。
背景技术
人的双眼具有立体视觉，即在观看景物时既能感觉到景物之间的距离，又能物体与观察者之间的距离，即深度感，然而目前我们所用的主流显示器的图像都没有立体感和深度感。立体显示器能够将场景的三维信息完全地重现出来，观看者根据立体图像可以迅速直观地洞察图像的现实分布状况，三维立体显示器不仅所提供的图像信息比二维平面图像多50％以上，而且可以提高观看者对空间分布的判断速度，降低判断失误的概率。现阶段的立体显示技术分为：需要佩戴立体眼镜的和不需要佩戴立体眼镜的，后者将是下一代立体显示器的重要发展方向。
目前，市场上的立体显示设备常用的立体方法有：补色立体方法、偏振方法和时分方法，其中补色立体图像方法涉及佩戴具有蓝色和红色滤光片的眼镜，偏振方法设计佩戴具有不同偏振方向的偏振眼镜，时分方法设计佩戴包括一定时间间隔同步的电子快门眼镜，通过该时间间隔将一帧反复地时间分割。上述的每种方法都要佩戴眼镜，对于使用者来说是不方便的，因而人们一直在研究不需佩戴立体眼镜的自由立体显示方法。
在不需佩戴立体眼镜的立体显示中最普遍的一种是双目视差法，这类自由立体显示系统的原理是使用户的左右眼分别观察到相应的有微小差别的视差图像，从而形成立体视觉效果，典型的实现方式包括使用视差光栅、在显示器表面安装柱面透镜组等。基于视差的自由立体显示技术的基本思想是利用视差照明产生立体感。在自由立体显示系统中，左眼与右眼的两幅影像被分别传送到显示器不同区域的像素区块。使左眼只会看到左眼影像，右眼也只会看到右眼影像，从而达到立体显示效果。图1A、图1B是柱面透镜法与视差光栅法与的示意图。这两种方法都可以观察到立体图像，但是柱面透镜法对透镜加工及装配精度的要求较高，并且容易出现R、G、B三色分离的现象。使用狭缝光栅或柱面光栅后只能显示立体图像而不能显示2D图像，这对于目前大量的信息都还是需要2D显示的情况也是不方便的。
实用新型内容
本实用新型的所要解决的技术问题是，提供一种2D/3D可切换、并可提高显示效果的自由立体显示器。
为解决上述技术问题本实用新型的技术方案是，一种自由立体显示器，包括背光源、液晶屏，其特征在于：位于所述的背光源和液晶屏之间设有通过液晶光阀驱动器控制的液晶光阀。
自由立体显示器，所述的液晶光阀包括：设有透射具有第一偏振方向光的第一偏振片，第一基板；设置在第一基板上的第一电极；第二基板；设置在第二基板上面并在一个方向上延伸的第二电极；设置在第二基板上面位于第二电极间隔中延伸的第三电极，以及设置在该第一基板和第二基板间的液晶层。
自由立体显示器，所述的液晶光阀驱动器根据控制信号把参考电压施加给第一电极，并且根据2D/3D模式控制信号把液晶光阀驱动电压施加给第二电极和第三电极。通过在液晶光阀电极上不施加或施加驱动信号，来使得液晶光阀全透或产生黑白间隔条纹的光栅屏障，从而可以达到在2D与3D模式间切换的功能。
自由立体显示器，液晶光阀驱动器的参考电压可以是地电压，液晶光阀驱动电压可以是以预定频率在正电压和负电压之间交变的电压。
自由立体显示器，所述的液晶光阀，在二维模式下透射所有入射光，而在三维模式下形成光栅来分离左眼图像和右眼图像。当液晶光阀根据控制信号把参考电压加给第一电极，并且把液晶光阀驱动电压施加给第二电极和第三电极时，在液晶光阀上即可显示出明暗相间的光栅屏障。背光板的光线透过光栅后形成明暗相间的光源，使显示屏的显示左右图像的不同像素只能分别在一定的区域观察到，即左眼与右眼的两幅影像被分别传送到显示器不同区域的像素区块。使左眼只会看到左眼影像，右眼也只会看到右眼影像，从而达到立体显示效果。
自由立体显示器，所述的液晶屏的表面设有增效片。在显示屏的表面粘接了增效片，可以提高显示的清晰度，因而提高了立体显示的效果，增强观察立体图像时的立体感。
自由立体显示器，由于采用上述结构，在背光源和液晶屏之间通过液晶光阀驱动器控制的液晶光阀来形成视差光栅，通过外加信号调节来改变液晶光阀中液晶分子的取向，从而实现液晶光阀全透状态和光栅状态的转换，因此可以方便的实现2D/3D显示方式的切换；该显示器结构简单，使用方便，立体效果好，具有极大的发展潜力。
附图说明
下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明；
图1A、图1B是柱面透镜法与视差光栅法自由立体显示的原理图；
图2是本实用新型自由立体显示器结构示意图；
图3是本实用新型自由立体显示器原理的几何关系图；
图4是本实用新型自由立体显示器的视域图；
图5A、图5B、图5C是图2所示第一基板、第二基板及其位于其上电极的示意图，以及各电极不加电与加电时的显示图；
图6是本实用新型自由立体显示器成像示意图；
在图2、图5中，1、背光源，2、液晶光阀，3、液晶屏，4、第一偏振片，5、第一基板，6、液晶层，7、第二基板，8、第一电极，9、第二电极，10、第三电极。
具体实施方式
如图2、图5A、图5B所示，一种自由立体显示器，包括背光源1、液晶屏3，位于所述的背光源1和液晶屏3之间设有通过液晶光阀驱动器控制的液晶光阀2。安装在液晶屏3后的液晶光阀2，在二维模式下透射所有入射光，而在三维模式下形成光栅来分离左眼图像和右眼图像。其中液晶光阀2包括：第一偏振片4，用于透射具有第一偏振方向的光；第一基板5；设置在第一基板5上的第一电极8；第二基板7；设置在第二基板7上面并在一个方向上延伸的第二电极9；设置在第二基板7上面在第二电极9间隔中延伸的第三电极10以及设置在该第一基板和第二基板之间的液晶层6。
液晶光阀2的作用是在加驱动信号时产生光栅屏障。液晶光阀改变了LCD的背光结构，背光不再是均匀的照明，而是一系列缝光源。每个缝光源对应两列像素，由于缝光源的排列比较特殊，左眼只能得到通过偶数列像素的光线，右眼只能看到奇数列像素。让偶数列像素显示左眼的图像，奇数列像素显示右眼的图像。分别控制奇欧列像素的光线方向，使得左右眼只能得到透过部分像素的光线。
对应特定的象素尺寸，缝光源栅距、缝光源发光宽度、象素平面与照明板之间的距离等结构参数与人眼两瞳孔之间的距离、立体可视带中心与显示屏之间的距离、人眼前后左右可移动范围等性能参数之间关系可以确立。
观测者所在的平面平行于像素平面，图3中，每个像素都可以显示各种颜色，为了方便起见，对应右眼的像素用灰色标记，对应左眼的像素都用黑色标记。在右眼观察区GI范围内都只能看到灰色像素，左眼观察区域FG内只能看到黑色像素，灰黑像素交错排列。
所以缝光源的周期S’S”略大于两个像素的宽度AC。所有缝光源的距离是相同的。
在图4中，S是一个任意缝光源，因为左右眼像素是依次排列的，所以S形成的左右眼视域依次排列，分别是FG，GI，IJ，JK，KL。图3中左眼视域用黑色方块表示，右眼视域用灰色方块表示，S1是最左边的缝光源，S2是最右边的缝光源。MGNI构成了一个完整的右眼视域，边界MI和GN是由最左边的光源S1决定的，边界MG和IN完全由最右边的光源S2决定的，最边缘的光源完全决定了该视域的范围，以及人眼能够前后运动的距离。同样其它的视域也完全可以求出来。
宽度无限窄的理想狭缝是不可能加工出来的，任何实际的狭缝都可以看成由无穷多个互相平行的理想狭缝组成的。
装配过程中有公差要求。狭缝所在的平面到像素平面的距离会有偏差，加工过程中，狭缝的周期也会有偏差。
一般情况下周期的偏差可以分为两种，一是全体像素或狭缝的周期变化，这种变化带来的后果很容易计算；另一种是个别像素或狭缝的位置变化，这种变化带来的影响很小，一般可以忽略。
以上只是理论上的情况，实际光路中每个像素都由三个子像素组成，每个像素都由一定的厚度，每个狭缝都有一定的深度，这些因素都会影响显示效果。
人的两眼之间的距离大致为63毫米，15寸液晶屏每个子像素的大小为0.099毫米，估算出狭缝的周期为0.1983毫米。
考虑到本显示器要兼容二维平面信号，也就是说，显示二维平面图像时，背光必须变成和普通显示器相同的均匀照明光。液晶光阀2加上电信号后只有狭缝部分透光，取消电信号后，所有的部分都透光。液晶光阀2的驱动信号为方波，无直流成分。
光阀狭缝前面的玻璃厚度为0.7±0.07毫米，玻璃折射率为1.53。液晶屏玻璃的厚度为0.7±0.07mm，折射率为1.53，偏振片的厚度为0.2mm，偏振片是由多层材料构成每层的折射率不一样，大致等效于0.12毫米厚的空气层。狭缝离液晶屏中液晶层的等效距离为1.035毫米，计算出观察平面离液晶屏的距离为683毫米。
考虑到亮度、立体效果、加工能力，将狭缝的宽度定为0.06±0.01毫米，这样情况下，立体显示的亮度大致相当于2维显示时的1/3。屏上共有1536对子像素，考虑到对准问题，我们的光阀至少要有1544个狭缝。
实际加工出来的狭缝宽度为0.054～0.071毫米，驱动电压为8V时，基本满足要ITO膜是两个梳子型，交叉排列，有效的减小ITO膜电阻太大时条纹对比度不一致的现象。
当液晶光阀根据控制信号把参考电压加给第一电极8，并且把液晶光阀驱动电压施加给第二电极9或第三电极10时，在液晶光阀2上即可显示出明暗相间的光栅屏障(光栅显示条纹如图5C所示)。背光板的光线透过光栅后形成明暗相间的光源，使液晶屏3的显示左右图像的不同像素只能分别在一定的区域观察到，即左眼与右眼的两幅影像被分别传送到显示器不同区域的像素区块。使左眼只会看到左眼影像，右眼也只会看到右眼影像，从而达到立体显示效果(如图6所示)。

Claims (4)

1. 一种自由立体显示器，包括背光源(1)、液晶屏(3)，其特征在于：位于所述的背光源(1)和液晶屏(3)之间设有通过液晶光阀驱动器控制的液晶光阀(2)。
2. 根据权利要求1所述的自由立体显示器，其特征在于：所述的液晶光阀(2)包括：设有透射具有第一偏振方向光的第一偏振片(4)，第一基板(5)；设置在第一基板(5)上的第一电极(8)；第二基板(7)；设置在第二基板(7)上面并在一个方向上延伸的第二电极(9)；设置在第二基板(7)上面位于第二电极间隔中延伸的第三电极(10)以及设置在该第一基板(5)和第二基板(7)间的液晶层(6)。
3. 根据权利要求1所述的自由立体显示器，其特征在于：所述的液晶光阀驱动器根据控制信号把参考电压施加给第一电极(8)，并且根据2D/3D模式控制信号把液晶光阀驱动电压施加给第二电极(9)和第三电极(10)。
4. 根据权利要求1所述的自由立体显示器，其特征在于：所述的液晶屏(3)的表面设有增效片。
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