CN202004912U - 一种视差栅栏及使用其的立体图像显示装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种视差栅栏及使用这种视差栅栏的立体图像显示装置。本实用新型所提供的视差栅栏包括：上透明电极层；下透明电极层；液晶层，所述液晶层处于所述上透明电极层和所述下透明电极层之间，用于形成视差栅栏；偏光片，所述偏光片位于所述上透明电极层的顶部上；其中在所述上透明电极层和所述下透明电极层上分别设置控制引线用于控制所述视差栅栏，以使所述视差栅栏在水平方向或垂直方向上均可形成类随机交错分布的遮光部和透光部；并且其中当在水平方向上使用所述视差栅栏时，所述类随机交错分布的视差栅栏的任意相邻两行的遮光部和透光部或完全相同或完全相反；当在垂直方向上使用所述视差栅栏时，所述类随机交错分布的视差栅栏的任意相邻两列的遮光部和透光部完全相同或完全相反。

Description

一种视差栅栏及使用其的立体图像显示装置

技术领域

本实用新型一般地涉及立体图像显示，并且更具体地涉及一种视差栅栏和使用这种视差栅栏的立体图像显示装置。

背景技术

为了使显示的场景和物体具有深度感(也就是所谓的立体效果)，人们在各方面进行了尝试。立体显示技术的研究经历了十几年的发展，取得了十分丰硕的成果，如各种手执式观测器、3D立体眼镜、头盔显示器等，但它们都具有这样或那样的缺点。例如，长时间佩戴3D立体眼镜可能会觉得头晕和眼球干涩。

针对上述立体显示技术的诸多缺点，不需要佩戴任何辅助工具的直接立体显示方式越来越受关注。实现这种直接立体图像显示的重要方式之一是视差栅栏方式。图1示出了这种视差栅栏方式的工作原理。如图1所示，利用视差栅栏方式的图像显示设备通常包括二维图像显示模块10和视差栅栏20。二维图像显示模块可以是普通的TFT-LCD显示屏(Thin Film Transistor-Liquid Crystal Display：薄膜晶体管液晶显示器)，通常将视差栅栏20覆盖在这种显示屏的表面，即处于人眼与显示模块10之间。在显示模块中将左眼用图像(L)和右眼用图像(R)交替地排列，由于左右眼视线通过栅栏状视差屏障的角度不同，因此会看到后面屏幕上各自相应的画面，从而产生立体感。

图2是常规的采用视差栅栏方式的立体图像显示装置的简化结构透视图。在图2中，以TFT-LCD为例，显示模块10提供的左眼用图像(L)和右眼用图像(R)都是通过对由受控液晶单元构成的RGB像素点30进行有规律的排列来形成的。视差栅栏20呈竖条纹状状，其宽度例如可以与一个RGB像素点30的宽度大致相同，从而遮蔽相应的像素列。实践中，显示屏幕(如液晶面板)像素的这种微观格状规则分布和视差栅栏的条状或格形规则分布会引起莫尔干涉，由此产生莫尔条纹。所谓莫尔条纹就是两条线或两个物体之间以恒定的角度和频率发生干涉的视觉结果。当人眼无法分辨这两条线或两个物体时，只能看到干涉的花纹，这种光学显像就是莫尔条纹，如图3所示。

这种莫尔条纹会明显地损害显示质量。例如，大屏幕显示器在显示大面积相同色彩的画面时，经常会出现彩色的波浪状条纹，很影响视觉效果。常规地，采取斜向光栅来消除莫尔条纹。这种斜向光栅制作简单，但是很难准确地控制它的角度，因此仍然不能完全解决莫尔条纹的问题。

实用新型内容

本实用新型的目标是消除视差栅栏立体图像显示装置所产生的莫尔条纹效应，从而改善立体图像显示装置的显示效果。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种视差栅栏，所述视差栅栏包括上透明电极层；下透明电极层；液晶层，所述液晶层处于所述上透明电极层和所述下透明电极层之间，用于形成视差栅栏；偏光片，所述偏光片位于所述上透明电极层的顶部上；其中在所述上透明电极层和所述下透明电极层上分别设置控制引线用于控制所述视差栅栏，以使所述视差栅栏在水平方向或垂直方向上均可形成类随机交错分布的遮光部和透光部；并且其中当在水平方向上使用所述视差栅栏时，所述类随机交错分布的视差栅栏的任意相邻两行的遮光部和透光部或完全相同或完全相反；当在垂直方向上使用所述视差栅栏时，所述类随机交错分布的视差栅栏的任意相邻两列的遮光部和透光部安全相同或完全相反。

在一些实施例中，所述遮光部与所述透光部在水平方向上以相同的尺度交替分布，而在垂直方向上以类随机的尺度交错分布。

在另一些实施例中，所述遮光部与所述透光部在垂直方向上以相同的尺度交替分布，而在水平方向上以类随机的尺度交错分布。

在还有另外的实施例中，所述遮光部与所述透光部在垂直方向上以随机的尺度交错分布，在水平方向上也以随机的尺度交错分布。

优选地，在所述上透明电极层和所述下透明电极层中的一个上设置第一控制引线和第二控制引线，在所述上透明电极层和所述下透明电极层中的另一个上设置第三控制引线和第四控制引线。所述第一、第三和第四控制引线，或第二、第三和第四控制引线用于在一方向上使用所述视差栅栏时控制所述遮光部或透光部的形成。所述第一、第二和第三控制引线，或第一、第二和第四控制引线用于在另一方向上使用所述视差栅栏时控制所述遮光部和透光部的形成。

在使用中，当激活所述第一、第三和第四控制引线，或所述第二、第三和第四控制引线时，所述视差栅栏形成在水平方向或垂直方向上以相同的尺度交替分布的遮光部和透光部。当激活所述第一、第二和第三控制引线，或所述第一、第二和第四控制引线时，所述视差栅栏形成在垂直方向或水平方向上以随机的尺度交错分布的遮光部和透光部。

优选地，所述相同的尺度为一对左右眼像素对应的透光部和遮光部的尺度，所述随机的尺度为随机对左右眼像素对应的透光部和遮光部的尺度。

本实用新型还提供了一种立体图像显示装置，所述设备包括二维图像显示模块和如上所述的视差栅栏。在实现中，视差栅栏的下透明电极直接堆叠结合在二维图像显示模块之上。所述二维图像显示模块可以是平板显示器、薄膜晶体管液晶显示器、有机发光二极管、场致发射显示器或等离子体显示板。

与现有技术相比，不同于通常所采用的条状规则分布的视差栅栏，本实用新型利用类随机分布的光栅，可减轻横向和/或纵向莫尔条纹的影响。

下面将结合具体的实施例来描述本实用新型的方法。

附图说明

本实用新型的前述和其他目标、特征和优点根据下面对本实用新型的实施例的更具体的说明将是显而易见的，这些实施例在附图中被示意。

图1示出利用视差栅栏进行立体显示的原理；

图2示出常规的视差栅栏立体图像显示装置的基本结构；

图3示出直线条纹光栅的莫尔条纹；

图4是包括根据本实用新型的一个实施例的视差栅栏的立体图像显示装置的结构图。

图5是根据本实用新型的第一实施例通过液晶构成的视差栅栏的示意图；

图6是根据本实用新型的第一实施例在上透明电极层和下透明电极层上的控制引线布置的示意图；

图7是根据本实用新型的第二实施例在上透明电极层和下透明电极层上的控制引线布置的示意图；

图8是本实用新型的立体图像显示装置应用于移动电话设备的示图。

图9是根据本实用新型的第三实施例在上透明电极层和下透明电极层上的控制引线布置的示意图；

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式进一步详细说明本实用新型。需要说明的是，附图中的各结构只是示意性说明，用以使本领域普通技术人员最佳地理解本实用新型的原理，其不一定按比例绘制。附图中x坐标的方向为“水平方向”，y坐标的方向为“垂直方向”。本实用新型中所提到的方位用语都是相对的概念，它们可以根据实际的放置方位不同、观察者的方位变化而相应地变化。

图4所示的是包括根据本实用新型的一个实施例的视差栅栏的立体图像显示装置。如图4所示，该立体图像显示装置包括二维图像显示模块10以及视差栅栏20。二维图像显示模块10可以是现有技术中的各种二维图像显示器，诸如平板显示器、TFT-LCD、有机发光二极管(OLED)、场致发射显示器(FED)以及等离子体显示板(PDP)等。视差栅栏20可以包括由上到下依次设置的偏光片204、上透明电极层203、液晶层202和下透明电极层201。偏光片的设置并不受本实用新型实施例限制，可以采用本领域中所有已知的现有技术来实现。视差栅栏20的主体由上透明电极层20、液晶层202和下透明电极层201构成，在其中构成遮挡光栅的原理类似于TN-LCD。通过在上透明电极层203和下透明电极层201上恰当地布置控制引线，以在适当的偏置电压下驱动液晶形成例如图5所示的光栅图案，其中着色的部分表示遮光部(如301)，空白的部分表示透光部(如302)。在二维图像显示模块10采用TFT-LCD的情况下，液晶层202所形成的遮光单元或透光单元可以与显示模块10的每个TFT彩色像素的尺寸大致相同。例如，301所表示的遮光部为大致一个TFT彩色像素的大小(但不必须是这样)，其可以与显示模块10的一个RGB像素基本上相对应，如虚线环所示。在实践中，遮光单元的具体尺寸与最佳观看距离，光栅和TFT屏距离等参数有关，其也可以略微小于一个RGB像素的尺寸。透明电极层可以用ITO玻璃作为材料，可以采用任何现有技术来蚀刻所述控制引线。

图5示出根据本实用新型的第一实施例通过液晶构成的视差栅栏。这种视差栅栏与常规的条纹间隔的视差栅栏有很大的不同，其具有类随机分布的特性。从图5中可看到，遮光部与透光部在水平方向上(x-x’)上交替出现，而在垂直方向上(y-y’)上交错出现，不会有像素阵列的某一行和某一列同时都形成遮光部，从而可见这种分布仍然具有一般栅栏的规律性。因此，实际上在极端情况下可以包括竖条纹间隔栅栏和横条纹间隔栅栏的情况。进一步地，所述遮光部和所述透光部的另一个特点是在像素阵列的水平方向上的任意相邻两行中的分布完全相同或者完全相反。以图5中用虚线框出的行a和行b，以及行c和行d为例，其中行a与行b的分布完全相反，而行c与行d的分布则完全相同。这种构造的视差栅栏既能满足立体显示所需要的左右图像交替的要求，同时也去除了常规栅栏的规律性，从而有效地避免了莫尔条纹的产生。

在图5所示的第一实施例中，视差栅栏的遮光部与透光部在水平方向上以相同的尺度交替分布，而在垂直方向上以随机的尺度交错分布。如图所示，在水平方向上，遮光部和透光部均为一个RGB像素的尺度，换句话说就是遮光部和透光部的水平宽度与单个RGB像素的水平宽度大致相同。当然，遮光部和透光部也可以是多个RGB像素的尺度。在实际实现中，RGB像素中的三个子像素R、G和B通常水平地并行排列，因此在水平方向上使栅栏宽度与一个像素对应可以避免由于这种宽度设置的误差而引起色偏。与在水平方向上不同，在垂直方向上遮光部与透光部的尺度是随机分布的。就图5中的第一列来说，起始的遮光部具有一个像素的尺度，紧随其后的透光部具有两个像素的尺度，而下一个遮光部则具有三个像素的尺度。按所包括的像素个数来记录，可将每个列写成“123112”，而每个行则是简单的“1111...1111”。当然，在每个列上也可以是有规律的分布，例如“121212”，但是所述的随机分布将更有助于消除本质上由规律性所引起的莫尔条纹。

图6是根据本实用新型的第一实施例在上透明电极层203和下透明电极层201上的控制引线布置的示意图。在这个实施例中，上透明电极层203被用作公共电极，整个电极层由一根引线S引出，而在下透明电极层上布置控制引线C1和C2用以控制对液晶的驱动以构成所需图案。在图6中，用虚点填充的部分表示对应遮光部的引线连接，而用空白格表示对应透光部的引线连接。从图6可看出，每个虚格单元可以通过与其邻接的虚格单元最终连接到控制引线C1的各个接线端。同样地，每个空白格单元可以通过与其邻接的空白格单元最终连接到控制引线C2的各个接线端。实际上，对于这样的栅栏，其遮光部与透光部是完全对称的。因此，无论是驱动引线C1所控制的液晶层部分还是驱动C2所控制的液晶层部分，都可以得到根据本实用新型的光栅图案。图6所示的实施例适合用于只需要在水平方向或垂直方向上交替左右眼图像的立体图像显示装置。

图7示出可用于双向立体图像显示装置的视差栅栏的电极层控制引线布置。所述双向立体图像显示既可以在水平方向上显示立体图像，也可以在垂直方向上显示立体图像。这就需要所述视差栅栏既可以在水平方向上构成恰当的遮挡，也可以在垂直方向上构成恰当的遮挡。在这个实施例中，通过在两个透明电极层上分别布置不同的控制引线来实现。如图7所示，在上透明电极层203上和在下透明电极层201上均采用结合图6所描述的下透明电极层的引线布置。当需要在垂直方向上使用视差栅栏时，可将控制引线C2、S1和S2接地，而将C1接2.8V电平，从而左图中虚格单元所表示的电极和上透明电极层之间形成偏压以驱动液晶，使视差栅栏显示图5所示的亮暗交错的图案，由此在x方向上交替显示左眼图和右眼图即可使观众获得立体感。当需要在水平方向上使用视差栅栏时，可将控制引线C1、C2和S1接地，而将S2接2.8V电平，从而在右图中的虚格单元所表示的电极和下透明电极层之间形成偏压以驱动液晶，此时视差栅栏显示的图案与左图正好呈90度旋转，由此在y方向上交替显示左眼图和右眼图即可使观众获得立体感。这样的布置使得在两个方向上的显示可以流畅的过渡而没有明显不同。同时，具有对称性的结构也大大简化了制造过程，降低了生产成本。

图8所示为本实用新型的立体图像显示装置应用于移动电话设备的示意图。该移动电话的显示屏为应用本实用新型的立体图像显示装置，如图10(a)所示为屏幕正常置位时的情形，图10(b)所示为屏幕被旋转90度后的情形，这与上述呈90度旋转关系的栅栏图案良好地对应。利用根据所述第三实施例的立体图像显示装置，可以使这种移动电话设备在水平方向和垂直方向都能消除莫尔条纹，从而显示高质量的立体图像。另外，在移动电话设备采用TFT-LCD显示面板时，不论在(a)和(b)中的哪种位置，在交替显示左右眼图像的方向上均只有一个像素尺度的视差栅栏也避免了产生色偏。

图9示出可用于双向立体图像显示装置的视差栅栏的另一电极层控制引线布置。与图7的布置相似，这种引线布置同样既可以在水平方向上构成恰当的遮挡，也可以在垂直方向上构成恰当的遮挡。如图9所示，在上透明电极层203上和在下透明电极层201上分别采用结合图6所描述的下透明电机层的引线布置。当需要在垂直方向上使用视差栅栏时，可将控制引线C2、S1和S2接地，而将C1接2.8V电平，从而左图中虚格单元所表示的电极和上透明电极层之间形成偏压以驱动液晶，使视差栅栏显示图5所示的亮暗交错的图案，由此在x方向上交替显示左眼图和右眼图即可使观众获得立体感。当需要在水平方向上使用视差栅栏时，可将控制引线C1、C2和S1接地，而将S2接2.8V电平，从而形成右图所示交替的遮光条纹和透光条纹，由此在y方向上交替显示左眼图和右眼图也可使观众获得立体感。

应当说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其进行限制。尽管参照上述具体实施方式对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解，依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或对部分技术特征进行等同替换而不脱离本实用新型的实质，其均涵盖在本实用新型请求保护的范围中。

Claims (9)

1.一种视差栅栏，其特征在于，所述视差栅栏包括：

上透明电极层；

下透明电极层；

液晶层，所述液晶层处于所述上透明电极层和所述下透明电极层之间，用于形成视差栅栏；

偏光片，所述偏光片位于所述上透明电极层的顶部上；其中

在所述上透明电极层和所述下透明电极层上分别设置控制引线用于控制所述视差栅栏，以使所述视差栅栏在水平方向或垂直方向上均可形成类随机交错分布的遮光部和透光部；并且其中

当在水平方向上使用所述视差栅栏时，所述类随机交错分布的视差栅栏的任意相邻两行的遮光部和透光部或完全相同或完全相反；

当在垂直方向上使用所述视差栅栏时，所述类随机交错分布的视差栅栏的任意相邻两列的遮光部和透光部安全相同或完全相反。

2.如权利要求1所述的视差栅栏，其特征在于，所述遮光部与所述透光部在水平方向上以相同的尺度交替分布，而在垂直方向上以随机的尺度交错分布。

3.如权利要求1所述的视差栅栏，其特征在于，所述遮光部与所述透光部在垂直方向上以相同的尺度交替分布，而在水平方向上以随机的尺度交错分布。

4.如权利要求1所述的视差栅栏，其特征在于，所述遮光部与所述透光部在垂直方向上以随机的尺度交错分布，在水平方向上也以随机的尺度交错分布。

5.如权利要求1所述的视差栅栏，其特征在于，在所述上透明电 极层和所述下透明电极层中的一个上设置第一控制引线和第二控制引线，在所述上透明电极层和所述下透明电极层中的另一个上设置第三控制引线和第四控制引线，其中

所述第一、第三和第四控制引线，或第二、第三和第四控制引线用于在一方向上使用所述视差栅栏时控制所述遮光部或透光部的形成；

所述第一、第二和第三控制引线，或第一、第二和第四控制引线用于在另一方向上使用所述视差栅栏时控制所述遮光部和透光部的形成。

6.如权利要求5所述的视差栅栏，其特征在于，其中

当激活所述第一、第三和第四控制引线，或所述第二、第三和第四控制引线时，所述视差栅栏形成在水平方向或垂直方向上以相同的尺度交替分布的遮光部和透光部；

当激活所述第一、第二和第三控制引线，或所述第一、第二和第四控制引线时，所述视差栅栏形成在垂直方向或水平方向上以随机的尺度交错分布的遮光部和透光部。

7.如权利要求2至4以及6中的任意一项权利要求所述的视差栅栏，其特征在于，所述相同的尺度为一对左右眼像素对应的透光部和遮光部的尺度，所述随机的尺度为随机对左右眼像素对应的透光部和遮光部的尺度。

8.一种立体图像显示装置，所述设备包括二维图像显示模块和视差栅栏，其特征在于，所述视差栅栏包括

上透明电极层；

下透明电极层，所述下透明电极层直接堆叠结合在所述二维图像显示模块之上；

液晶层，所述液晶层处于所述上透明电极层和所述下透明电极层 之间，用于形成视差栅栏；

偏光片，所述偏光片位于所述上透明电极层的顶部上；其中

在所述上透明电极层和所述下透明电极层上分别设置控制引线用于控制所述视差栅栏，以使所述视差栅栏在水平方向或垂直方向上均可形成随机交错分布的遮光部和透光部；并且其中

当在水平方向上使用所述视差栅栏时，所述类随机交错分布的视差栅栏的任意相邻两行的遮光部和透光部或完全相同或完全相反；

当在垂直方向上使用所述视差栅栏时，所述类随机交错分布的视差栅栏的任意相邻两列的遮光部和透光部安全相同或完全相反。

9.如权利要求8所述的立体图像显示装置，其特征在于，所述二维图像显示模块为平板显示器、薄膜晶体管液晶显示器、有机发光二极管、场致发射显示器或等离子体显示板。 

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