CN201945751U - 立体显示装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种立体显示装置，包括显示面板和光栅，所述显示面板包括矩阵排列的多个矩形显示单元，所述光栅包括多个微光学导向单元，所述光栅覆盖所述显示面板以实现立体显示，所述微光学导向单元的延伸方向与所述显示单元的对角线方向之间具有不等于零的夹角。本实用新型提供的光栅、应用该光栅的立体显示装置以及采用该光栅设置方式的立体显示方法可以有效地消除摩尔纹对显示画面的影响，提高了立体显示的画面质量。

Description

立体显示装置

【技术领域】

本实用新型涉及立体显示领域，尤其涉及一种立体显示装置。

【背景技术】

随着立体显示技术的快速发展，立体显示设备也有了越来越大量的需求，目前裸眼立体显示设备由于不用佩戴专门的3D眼镜，越来越受到人们的关注。现有的裸眼三维立体显示器主要基于双目视差而开发的，主要是光栅式立体显示器。如图1和图2所示，是现有的光栅式立体显示器的结构示意图。光栅式立体显示器需要在平面显示器1(包括普通的液晶显示器LCD、等离子显示器PDP、场发射显示器FED、有机电致发光显示器OLED等)前面加装光栅而成，光栅可分为柱面光栅2和狭缝光栅3，柱面光栅2又称为柱透镜阵列光栅或柱面透镜，狭缝光栅3又称为视差障碍阵列光栅或狭缝档板。

如图3所示，是现有的光栅式立体显示器的使用示意图。平面显示器4所产生的图像光线经过光栅5后进入观看者6的眼睛。如图4所示，是现有的光栅式立体显示器的摩尔纹示意图。由于光栅和平面显示器的像素阵列之间存在周期性干涉，平面显示器的像素阵列7所产生的图像经过光栅8后所显示的图像9中会形成摩尔纹，显然，这种摩尔纹现象对三维立体画面的效果有很大的影响，会破坏图像的观赏性，严重影响视觉效果，引起观看者的不适应感。

为了解决摩尔纹现象，业界提出了一种立体显示装置。如图5所示，是该立体显示装置的显示面板的显示阵列元件与平行透镜元件的关系示意图。显示阵列元件10包括以行列方式组成的显示单元12，以及位于显示阵列元件10之上由平行透镜元件16构成的阵列15，平行透镜元件16相对于显示单元的列方向倾斜放置，以便减少摩尔纹的产生。

但是这种立体显示装置仅仅改变了像素阵列的排列方式，而没有改变显示单元之间的遮光线(也就是黑矩阵)的排列方式，由遮光线所形成的遮光线光栅依然存在，下面对此进行详细说明。

图6是平面显示器中的显示单元阵列的结构示意图。如图6所示，显示单元20包括显示红色(R)的子像素21、显示绿色(G)的子像素22和显示蓝色(B)的子像素23。子像素21、22、23之间通过遮光线24相互区隔，遮光线24也称为黑矩阵，遮光线24为多行多列的交叉矩阵结构，行列交叉处是节点25。显示阵列中的显示单元20呈周期性循环排列。在图6中设定子像素21、22、23的窄边与水平方向平行，宽边与垂直方向平行，本领域技术人员应当明白，平面显示器中的显示单元阵列的排列如果发生变化，水平方向与垂直方向也相应发生变化。

图7是根据图6中的显示单元阵列所形成的遮光线光栅的图案示意图。请结合图6，显示单元阵列可以在四个方向上有比较明显的遮光线，从而在水平方向(水平遮光线方向)、垂直方向(垂直遮光线方向)以及两个对角线方向(由子像素的对角连接线形成，也即子像素之间遮光线的节点25连接形成)上形成如图7所示的遮光线光栅。这些黑色遮光线形成规律性的等间距平行排列的遮光线光栅。其中，垂直方向的黑色遮光线所形成的光栅栅距为D1，水平方向的黑色遮光线所形成的光栅栅距为D2，对角线方向的黑色遮光线所形成的光栅栅距为D3或D4。垂直方向和水平方向的遮光线光栅由于是黑色遮光线本身所形成的，因此遮光线方向所形成的光栅图案较遮光线节点的对角线方向所形成的光栅图案更为明显。

而在图5中，立体显示装置所采用的阵列15是由固定倾斜角度的透镜元件16平行排列构成，由于透镜元件16的宽度和排列的倾斜角度都是固定的，因此仍然会形成固定的遮光线光栅。因此，遮光线光栅仍然会与由透镜元件16所形成的光栅结构形成周期性干涉，仍然存在形成摩尔纹的风险。特别是对于显示单元12的对角线方向与平行透镜元件16的倾斜方向较接近的情况下，仍然会形成较严重的摩尔纹。

对于不同型号、不同显示尺寸的平面显示器而言，其显示面板的像素设计、制作工艺会有所差异，造成显示阵列元件10的排列方式和显示单元12的尺寸也会有所差异，所形成的光栅的栅矩和光栅方向也不尽相同，所以在同周期性的光栅之间形成干涉的状态也有所不同，这就决定了不同的显示面板为了消除摩尔纹，可能要求不同的倾斜角度。这显然增加了立体显示器的设计成本和制造成本，也不利于立体显示器的内部器件的通用性和维护性。

【实用新型内容】

本实用新型解决的又一技术问题是提供一种立体显示装置，该立体显示装置可有效消除立体显示时形成的摩尔纹。

本发明提供一种立体显示装置，包括显示面板和光栅，所述显示面板包括矩阵排列的多个矩形显示单元，所述光栅包括多个微光学导向单元，所述光栅覆盖所述显示面板以实现立体显示，所述微光学导向单元的延伸方向与所述显示单元的对角线方向之间具有不等于零的夹角。

根据本发明的一优选实施例，所述多个微光学导向单元的延伸方向彼此平行。

根据本发明的一优选实施例，所述多个微光学导向单元为柱面光栅，且柱面光栅的栅距彼此相等。

根据本发明的一优选实施例，所述微光学导向单元的延伸方向与所述显示单元的对角线方向的夹角符合如下设置：以显示单元的对角线方向为基准方向，微光学导向单元顺时针方向为正方向，所述夹角的角度范围在正7度至负2度之间。

根据本发明的一优选实施例，所述多个微光学导向单元的延伸方向具有差异，且延伸方向差异范围在3度以内。

根据本发明的一优选实施例，设定以所述微光学导向单元的延伸方向与所述显示单元的对角线方向的夹角符合如下设置：以显示单元的对角线方向为基准方向，微光学导向单元顺时针方向为正方向，微光学导向单元逆时针方向为负方向，以每四行显示单元为基准，柱面光栅的棱线的上端点与最近的显示单元对角线之间的距离范围为正方向0-0.25个显示单元宽度的距离，柱面光栅的棱线的下端点与最近的显示单元对角线之间的距离范围为正方向0-0.5个显示单元宽度的距离。

根据本发明的一优选实施例，设定以所述微光学导向单元的延伸方向与所述显示单元的对角线方向的夹角符合如下设置：以显示单元的对角线方向交点为原点，微光学导向单元顺时针方向为正方向，微光学导向单元逆时针方向为负方向，以每四行显示单元为基准，柱面光栅的棱线的上端点与最近的显示单元对角线之间的距离范围为负方向0-0.67个显示单元宽度的距离，柱面光栅的棱线的下端点与最近的显示单元对角线之间的距离范围为负方向0-1个显示单元宽度的距离。

根据本发明的一优选实施例，所述显示面板的显示单元的纵横比例为3∶1的矩形。

本发明还提供一种立体显示装置，包括显示面板和光栅，所述显示面板包括矩阵排列的多个矩形显示单元，所述光栅包括多个微光学导向单元，所述光栅覆盖所述显示面板相对设置以实现立体显示，所述微光学导向单元的延伸方向与所述显示单元的纵向排列方向之间具有夹角，该夹角的范围为67度-75度。

根据本发明的一优选实施例，所述微光学导向单元的延伸方向与所述显示单元的纵向排列方向之间的夹角为73±1度。

本实用新型提供的光栅和应用该光栅的立体显示装置以及立体显示方法可以有效地消除摩尔纹对显示画面的影响，提高了立体显示的画面质量。更进一步的，由于本实用新型的光栅可以采用对显示单元进行比较均匀地分割，既消除了摩尔纹又能获得细腻的立体画面显示效果，而且光栅设置的倾斜角度的调整范围较大，可以满足目前市场上的平面显示面板的各种像素结构对于抑制摩尔纹的要求。

【附图说明】

图1是一种现有技术的柱面光栅式立体显示器的结构示意图。

图2是一种现有技术的狭缝光栅式立体显示器的结构示意图。

图3是现有的光栅式立体显示器的使用示意图。

图4是现有的光栅式立体显示器的摩尔纹示意图。

图5是一种现有技术的立体显示装置的显示面板的显示阵列元件与平行透镜元件的关系示意图。

图6是平面显示器中的显示单元阵列的结构示意图。

图7是根据图6中的显示单元阵列所形成的遮光线光栅的图案示意图。

图8是本实用新型的第一实施方式的光栅设置方式的结构示意图。

图9是本实用新型的第一实施方式中所采用的柱面透镜光栅的结构示意图。

图10是本实用新型的第一实施方式中所采用的视差障碍光栅的结构示意图。

图11是本实用新型的第二实施方式的光栅设置方式的结构示意图。

图12是本实用新型的第三实施方式的光栅设置方式的结构示意图。

图13是本实用新型的光栅式液晶面板立体显示器的一种实施方式的结构示意图。

图14是本实用新型的光栅式液晶面板立体显示器的另一种实施方式的结构示意图。

图15是本实用新型的光栅式自发光面板立体显示器的结构示意图。

【具体实施方式】

下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细说明。

图8是本实用新型的第一实施方式的立体显示装置的结构示意图。如图8所示，立体显示装置100包括显示面板110和光栅(未标示)。显示面板110包括多个矩形显示单元111，显示单元111之间通过遮光线112相互区隔。遮光线112为多行多列的交叉矩阵结构，行列交叉处是节点113、114。光栅相对于显示面板110的遮光线方向倾斜设置，主要用于对光的传播方形进行引导，从而实现立体显示。符号120表示柱透镜阵列光栅或者是视差障碍光栅的每个透镜单元或者视差障碍单元的光栅棱线。光栅的延伸方向沿显示单元111的对角线方向116设置，可以将显示单元111分割为形状相同、面积相等的两部分，此设置方式是对显示单元111分割最均匀和最规则的倾斜方式，这种分割方式下立体画面的细腻程度是最高的，但是由于与遮光线节点113、114的对角线方向115一致，因此摩尔纹现象较严重。为了保证光栅的倾斜方式能够在画面的细腻程度和消除摩尔纹之间找到平衡，在本实用新型的第一实施方式中，图8所示直线120为光栅棱线，由于光栅棱线120与光栅的延伸方向平行，可看做是光栅的延伸方向。为了更直观地表述本使用新型，在以后的说明中，均采用光栅棱线方向代表光栅的延伸方向，在此特作说明。光栅棱线120的倾斜方向是在显示单元111的对角线方向116的基础上向121的方向或者122的方向(虚线表示的角度)调整。调整的角度一般在10度(向121方向，也就是顺时针方向)到-5度(向122方向)。在一些典型的显示面板110中，显示单元111为纵横比例为3∶1的矩形，每相邻的三个显示单元(红色显示单元、绿色显示单元、蓝色显示单元)构成一个显示单元组，则每个显示单元组为正方形。采用此结构的立体显示装置中，光栅棱线120显示单元，调整的角度为7度(向121方向)到-2度(向122方向)。或者说，光栅棱线120与显示单元纵向延伸线(纵向扫描线或纵向遮光线)之间的角度设定在67度-75度。并从这些角度中选择对显示单元111分割不均匀的角度作为光栅的设置方式，此角度优选的为73度附近，尤其是73±1度范围内，当然，根据具体显示面板的差异，可进行适当的调整。这样既可以将显示单元111分割为形状相似、面积近似相等的两部分，又使得光栅棱线120的倾斜方向与显示单元111的对角线方向116之间存在夹角，这种夹角可以减小摩尔纹的宽度而让人眼无法分辫，因此既消除了摩尔纹又能获得细腻的立体画面显示效果，而且光栅设置的倾斜角度的调整范围较大，可以满足目前市场上的平面显示面板的各种像素结构对于抑制摩尔纹的要求。

如图9所示，是本实用新型的第一实施方式中所采用的柱面透镜光栅的结构示意图。柱面透镜光栅130包括多个倾斜排列设置的柱面透镜，例如柱面透镜131、132和133。下面对柱面透镜光栅130中的柱面透镜131、132和133的结构进行进一步说明。首先设定柱面透镜的截面方向134与立体显示器的显示面的水平方向一致。柱面透镜131的栅距为d1，柱面透镜131与柱面透镜截面方向134的夹角为θ1；柱面透镜132的栅距为d2，柱面透镜132与柱面透镜截面方向的夹角为θ2；柱面透镜133的栅距为d3，柱面透镜133与柱面透镜截面方向的夹角为θ3。为了抑制摩尔纹的产生，柱面透镜131、132和133的倾角θ1、θ2、θ3的倾角值与显示单元的对角线方向135的倾角值θd1之间不相等，但是倾角θ1、θ2、θ3之间的差异很小，控制在3度以内，因此从宏观上来看，柱面透镜的延伸方向整体上看还是处于基本平行排列的状态，仅仅彼此交界形成的棱线具有微小的倾角差异。由于该差异很小，不至于引起其对光线导向作用的明显作用而影响立体显示效果。倾角θ1、θ2、θ3之间的差异打破光栅棱线120的有序排列，使摩尔纹的宽度很小而让人眼无法分辫。更进一步的，在与一些典型的显示面板，尤其是显示单元具有重复排列结构的显示面板中，柱面透镜131、132和133彼此平行排列，即，倾角θ1、θ2、θ3彼此相等，且栅距d1、d2、d3的栅距值也彼此相等，这样可以与现实面板的排列得到更佳的配合，对立体图像的导向作用更加有规律，可以获得较为稳定的视场，便于观察者的观察，从而提升三维显示效果。

如图10所示，是本实用新型的第一实施方式中所采用的视差障碍光栅的结构示意图。视差障碍光栅140包括多个倾斜排列设置的视差障碍单元，每个视差障碍单元包括障碍和狭缝，例如视差障碍单元141包括障碍1411和狭缝1412，视差障碍单元142、143具有类似的结构。下面根据视差障碍单元141、142、143对其结构进行进一步说明。首先设定视差障碍单元的截面方向144与立体显示器的显示面的水平方向一致。视差障碍单元141的栅距为d4，包括障碍间距d41和狭缝间距d42，视差障碍单元141与截面方向144的夹角为θ4；视差障碍单元142的栅距为d5，包括障碍间距d51和狭缝间距d52，视差障碍单元142与截面方向144的夹角为θ5；视差障碍单元143的栅距为d6，包括障碍间距d61和狭缝间距d62，视差障碍单元143与截面方向144的夹角为θ6。为抑制摩尔纹的产生，视差障碍单元141、142、143的倾角θ4、θ5、θ6的倾角值与显示单元的对角线方向145的倾角值θd2之间不相等，从而使摩尔纹的宽度很小而让人眼无法分辫。更进一步的，为了获得更好的三维显示效果，视差障碍单元141、142、143彼此平行排列，倾角θ4、θ5、θ6彼此相等，栅距d4、d5、d6的栅距值也彼此相等。

本实用新型不限制透镜或者视差障碍的实现方式，本领域技术人员应当知晓，只要是起到透镜或者视差障碍作用并且是这种周期性分布的器件都有类似光学性质的微光学导向单元、结构均可应用于本实用新型。并且，本实用新型的柱面透镜光栅或视差障碍光栅可以是固定光栅，也可以是可调光栅，本实用新型对此不作限制。在本实用新型的一些实施方式中，可以通过压电效应或机械方式对柱面透镜光栅的倾角、节距、厚度等参数进行调节，也可以通过电光效应对视差障碍光栅的透光率进行调节，改变障碍和狭缝的倾角和间距。

图11是本实用新型的第二实施方式的光栅设置方式的结构示意图。与本实用新型的第一实施方式的不同之处在于：光栅棱线220的上下端点的位置并不固定，而是在虚线221至虚线222之间的范围内进行适当调整。具体的地，如图11所示，以具有四行显示单元211的显示面板210为例，光栅棱线220设置方式是在显示单元211的对角线方向的基础上向221的方向或者222的方向(虚线表示的角度)调整，调整的角度一般在10度(向221方向，也就是显示面的水平方向与光栅倾角方向呈锐角的方向)到-5度(向222方向)。同样地，在一些典型的显示面板210中，显示单元211为纵横比例为3∶1的矩形。当光栅棱线220向221方向平移时，光栅棱线220的上端点可向221方向平移范围为0-0.25个显示单元211宽度的距离，光栅棱线220的下端点可向221方向平移范围为0-0.5个显示单元211宽度的距离；当光栅棱线220向222方向平移时，光栅棱线220的上端点可向222方向平移范围为0-0.67个显示单元211宽度的距离，光栅棱线220的下端点可向222方向平移范围为0-1个显示单元211宽度的距离。具体实施时，可从上述范围中选择对显示面板210的显示单元211分割不均匀的角度作为光栅的设置方式。上述设置方式以显示单元211为纵横比例为3∶1、显示单元211为4行来进行说明的。当显示单元行数行数发生变化时，光栅棱线220的上下端点的移动范围应该在上述范围上进行相应比例的拓展，以符合上述合适的角度范围。

这种实施方式的调整范围更加自由，能够实现更佳的显示效果。

图12是本实用新型的第三实施方式的光栅设置方式的结构示意图。与本实用新型的第一实施方式、第二实施方式的不同之处在于：光栅棱线320的朝向发生了改变。在本实用新型的第一实施方式、第二实施方式中，光栅棱线的朝向是沿显示面的水平方向由右向左倾斜，在本实用新型的第三实施方式中，光栅棱线320的朝向是沿显示面的水平方向由左向右倾斜。在光栅棱线320角度的设置上，则可参考上述第一、第二实施方式的角度设置方式，在此不再赘述。

本实用新型是经过实用新型人的反复实验与总结，发现光栅方向与显示单元的排列方向的夹角变化会影响产生的摩尔纹的宽度。这样，光栅方向与显示单元的排列方向的夹角在一预定的角度就能够使摩尔纹的宽度很小而让人眼无法分辫，由此可以减轻或消除摩尔纹。而且光栅方向与显示单元的排列方向的夹角变化还会改变显示单元的分割方式，从而影响画面的细腻程度。继而实用新型人进一步实验总结获得调整光栅中多个微结构的倾角与显示显示单元的排列方向的如前文所述的各种具体实施方式的合适匹配和调整范围，在画面的细腻程度和消除摩尔纹之间找到平衡，获得了良好的显示效果。

因应于上述实验发现，进一步的，本实用新型提供一种用于立体显示装置中的立体显示方法，该立体显示装置包括显示面板和设置在显示面板的显示面和观看者之间的光栅，光栅包括多个沿显示面的水平方向倾斜阵列设置的微光学结构，该立体显示方法包括以下步骤：提供二维显示图像信号至显示面板；显示并传播二维显示图像至光栅；调整微光学结构的倾斜方向，使其与显示单元的对角线方向之间形成夹角，这种夹角可以减小摩尔纹的宽度而让人眼无法分辫；将二维显示图像切分为多个视场方向的二维显示图像的组合以形成三维图像。

如图13所示，是本实用新型的光栅式液晶面板立体显示器的一种实施方式的结构示意图。本实用新型的光栅式液晶面板立体显示器包括液晶面板51、光栅52以及背光模组53。液晶面板51上包括矩阵式排列的多个显示单元511。光栅52设置在液晶面板51的显示面之前，光栅52包括柱面光栅或狭缝光栅，背光模组53设置在液晶面板51之后以提供显示所需的照明光线。液晶面板51与光栅52之间的设置关系如上文本实用新型的各个实施方式所述，此处不再重复。

如图14所示，是本实用新型的光栅式液晶面板立体显示器的另一种实施方式的结构示意图。与图13所示的实施方式的不同之处在于：光栅62设置在背光模组63和液晶面板61之间，用于接收背光模组63提供的照明光线并将照明光线切分为多个视场方向以导向至液晶面板61。液晶面板61上包括矩阵式排列的多个显示单元611，其根据显示信号对不同视场方向的照明光线进行调制以显示三维图像。

如图15所示，是本实用新型的光栅式自发光面板立体显示器的结构示意图。本实用新型的光栅式液晶面板立体显示器包括自发光面板71以及光栅72。自发光面板71可以是等离子显示器PDP、场发射显示器FED、有机电致发光显示器OLED等可以主动发光的显示面板。自发光面板71上包括矩阵式排列的多个显示单元711。光栅72设置在自发光面板71的显示面之前，光栅72包括柱面光栅或狭缝光栅。液晶面板71与光栅72之间的设置关系如上文本实用新型的各个实施方式所述，此处不再重复。

本实用新型提供的光栅和应用该光栅的立体显示装置以及立体显示方法可以有效地消除摩尔纹对显示画面的影响，提高了立体显示的画面质量。更进一步的，由于本实用新型的光栅可以采用对显示单元进行比较均匀地分割，既消除了摩尔纹又能获得细腻的立体画面显示效果，而且光栅设置的倾斜角度的调整范围较大，可以满足目前市场上的平面显示面板的各种像素结构对于抑制摩尔纹的要求。

在上述实施例中，仅对本实用新型进行了示范性描述，但是本领域技术人员在阅读本专利申请后可以在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下对本实用新型进行各种修改。

Claims (10)

1.一种立体显示装置，包括显示面板和光栅，所述显示面板包括矩阵排列的多个矩形显示单元，所述光栅包括多个微光学导向单元，所述光栅覆盖所述显示面板以实现立体显示，其特征在于，所述微光学导向单元的延伸方向与所述显示单元的对角线方向之间具有不等于零的夹角。

2.根据权利要求1所述的立体显示装置，其特征在于，所述多个微光学导向单元的延伸方向彼此平行。

3.根据权利要求1所述的立体显示装置，其特征在于，所述多个微光学导向单元为柱面光栅，且柱面光栅的栅距彼此相等。

4.根据权利要求1所述的立体显示装置，其特征在于，所述微光学导向单元的延伸方向与所述显示单元的对角线方向的夹角符合如下设置：以显示单元的对角线方向为基准方向，微光学导向单元顺时针方向为正方向，所述夹角的角度范围在正7度至负2度之间。

5.根据权利要求1所述的立体显示装置，其特征在于，所述多个微光学导向单元的延伸方向具有差异，且延伸方向差异范围在3度以内。

6.根据权利要求3所述的立体显示装置，其特征在于，设定以所述微光学导向单元的延伸方向与所述显示单元的对角线方向的夹角符合如下设置：以显示单元的对角线方向为基准方向，微光学导向单元顺时针方向为正方向，微光学导向单元逆时针方向为负方向，以每四行显示单元为基准，柱面光栅的棱线的上端点与最近的显示单元对角线之间的距离范围为正方向0-0.25个显示单元宽度的距离，柱面光栅的棱线的下端点与最近的显示单元对角线之间的距离范围为正方向0-0.5个显示单元宽度的距离。

7.根据权利要求3所述的立体显示装置，其特征在于，设定以所述微光学导向单元的延伸方向与所述显示单元的对角线方向的夹角符合如下设置：以显示单元的对角线方向交点为原点，微光学导向单元顺时针方向为正方向，微光学导向单元逆时针方向为负方向，以每四行显示单元为基准，柱面光栅的棱线的上端点与最近的显示单元对角线之间的距离范围为负方向0-0.67个显示单元宽度的距离，柱面光栅的棱线的下端点与最近的显示单元对角线之间的距离范围为负方向0-1个显示单元宽度的距离。

8.根据权利要求1所述的立体显示装置，其特征在于，所述显示面板的显示单元的纵横比例为3∶1的矩形。

9.一种立体显示装置，包括显示面板和光栅，所述显示面板包括矩阵排列的多个矩形显示单元，所述光栅包括多个微光学导向单元，所述光栅覆盖所述显示面板相对设置以实现立体显示，其特征在于，所述微光学导向单元的延伸方向与所述显示单元的纵向排列方向之间具有夹角，该夹角的范围为67度-75度。

10.根据权利要求9所述的立体显示装置，其特征在于，所述微光学导向单元的延伸方向与所述显示单元的纵向排列方向之间的夹角为73±1度。

Images