CN202049312U - 一种3d显示器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种三维(3D)显示器，包括：具有像素矩阵结构的显示装置，以及图案化相位差板(PR)薄膜，PR薄膜由第一相位差板和第二相位差板组成；且显示装置的奇数行像素和偶数行像素分别与第一相位差板和第二相位差板的位置相对应，或者，显示装置的奇数列像素和偶数列像素分别与第一相位差板和第二相位差板的位置相对应；在显示装置和PR薄膜之间设有具备聚光特性的透镜膜。通过本实用新型，在3D显示情况下既能有效减少左右图像的串扰现象发生，又能避免3D显示亮度特性的减弱。

Description

一种3D显示器

技术领域

本实用新型涉及立体显示技术领域，尤其涉及一种三维(3D，ThreeDimensions)显示器。

背景技术

立体显示作为显示领域的一个重要发展方向，目前已形成了一系列的立体显示技术。在薄膜晶体管液晶显示器(TFT-LCD，Thin Film Transistor LiquidCrystal Display)领域中，作为使用平面显示器来表现立体图像的显示装置，其广泛应用了在左右眼分别提供具有视差或深度信号的两幅图像的方式。目前使用平面显示器的立体显示，从是否佩戴眼睛方面可分为：戴眼镜和不戴眼镜的立体显示；其中，戴眼镜的立体显示是使用由偏振片构成的偏光眼镜，用来分离由相互正交的偏振光形成的左眼图像和右眼图像。

戴眼镜的立体显示又进一步划分为主动式立体显示和被动式立体显示。其中，主动式立体显示通常使用将液晶盒作为眼镜的快门眼镜(Shutter Glass)技术，需要在显示器件和偏光眼镜之间有同步信号，并用时序法区别左眼和右眼图像；其优点是分辨率与二维(2D，Two Dimensions)显示器件一致，但亮度损失很大，一般不到2D显示亮度的20％。被动式立体显示使用普通的偏光片做眼镜，其重量轻，总体成本较小，亮度损失小，但是分辨率降低为2D的一半。

被动式显示方式的其中一种是采用以图案化相位差板(PR，PatternedRetarder，通常是以与显示器件像素尺寸一致的行为重复，比如奇数行为左眼图像用相位差板，偶数行为右眼图像用相位差板)技术为基础的模式，其在分离左眼图像和右眼图像时，使穿透显示器件且在同一方向上具有偏振光轴的左眼图像和右眼图像的线偏振光中的一方在1/2波长板的作用下投射，并偏振态旋转90°，由此，使左眼图像和右眼图像的线偏振光正交。同时，在观看者的偏振光眼镜中分别使用与左右眼各自线偏振方向平行的左右眼偏振板。因此，在观看者的左眼只有左眼图像，右眼只有右眼图像。

然而在实际应用过程中，左右眼图像在PR的左右眼图像用相位差板的交界处，由于TFT-LCD的出射光具有一定的角度亮度分布特性，因此容易出现杂散光引起的图像串扰(CT，Cross Talk)。所述杂散光引起的图像串扰的原理示意图如图1所示，其中，001和002分别为左、右眼图像对应的相位差板，003和004分别为左、右眼所佩戴的偏光眼镜，正常光005为具有垂直于3D显示器件平面的出射光，其经过对应的相位差板和对应的偏光眼镜从而形成正确的图像信息；而杂散光006为与3D显示器件平面具有一定夹角的出射光，其经过的相位差板和偏光眼镜是不正确的搭配，从而将错误的图像信息传入了错误的偏光眼镜中，比如：左眼图像传入了右眼的偏光眼镜，从而形成了对正确图像信息的串扰。尤其是在左右眼对应的相位差板交界处容易产生这种图像串扰现象。

为了减少这种串扰的发生，现有技术中采用了如图2所示的遮光结构，其中，100为TFT-LCD，具有显示图像功能，通常由背光源101、具有像素结构的阵列基板102和彩膜基板103组成；120为PR薄膜，121为PR薄膜基材，122和123分别为左右眼对应的相位差板；124为用于防止左右眼相位差板边界杂散光进入错误区域的遮光材料，其关键特性是尺寸宽度和遮光性能。图2所示结构的优点是结构简单，能有效降低串扰现象；但其缺点是随着其尺寸宽度的增大，透过率会明显下降，从而引起3D显示器件的亮度明显下降。

另外，现有技术中也有采用将原来完整的像素分成上下两个子像素来减少串扰现象发生的方法，且其两个子像素的面积比可选，在2D显示时上下两个子像素给同样的信号；在切换到3D显示时，其中一个子像素输入图像信号，另一个子像素则始终输入黑画面的信号，这样能起到类似于上述的遮光功能。然而，这种用来减少串扰现象发生的方法，在3D显示时同样会引起亮度的下降。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的主要目的在于提供一种3D显示器，以解决现有技术在实现减少3D显示的串扰现象发生时，会引起3D显示亮度下降的问题。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种3D显示器，包括：具有像素矩阵结构的显示装置，以及图案化相位差板PR薄膜，所述PR薄膜由第一相位差板和第二相位差板组成；且所述显示装置的奇数行像素和偶数行像素分别与所述第一相位差板和第二相位差板的位置相对应，或者，所述显示装置的奇数列像素和偶数列像素分别与所述第一相位差板和第二相位差板的位置相对应；

在所述显示装置和PR薄膜之间设有具备聚光特性的透镜膜。

所述具备聚光特性的透镜膜，为表面凹凸的光学薄膜，且所述光学薄膜的各个重复单元的位置与所述显示装置的各行像素或列像素的位置分别相对应。

所述具备聚光特性的透镜膜，为由至少两种不同折射率的材料组成的光学薄膜，且所述光学薄膜的各个重复单元的位置与所述显示装置的各行像素或列像素的位置分别相对应；

其中，折射率最大的材料放置在在所述光学薄膜的各重复单元的中间位置，其余材料按照折射率从大到小的顺序，依次在所述折射率最大的材料的两侧对称排列。

所述光学薄膜的重复单元尺寸不小于所述显示装置的像素尺寸的80％。

所述透镜膜是位于显示装置和PR薄膜之间独立薄膜。

所述透镜膜设置于所述PR薄膜上。

所述显示装置为薄膜晶体管液晶显示器TFT-LCD，所述TFT-LCD包括：背光源、具有像素矩阵结构的阵列基板、与所述阵列基板对应的彩膜基板。

所述透镜膜设置于所述TFT-LCD的彩膜基板上。

本实用新型所提供的一种3D显示器，通过在显示装置和PR薄膜之间设置具有聚光特性的透镜膜，使得来自显示装置的出射光在发散角和亮度方面的分布发生变化，形成以行或列像素为单位的对光的会聚效果；从而实现了在3D显示情况下既能有效减少左右图像的串扰现象发生，又能避免3D显示亮度特性的减弱。

附图说明

图1为现有技术中杂散光引起的图像串扰的原理示意图；

图2为现有技术中为减少串扰发生的遮光结构的示意图；

图3为本实用新型实施例的一种3D显示器的结构示意图；

图4为本实用新型实施例中具有特定表面凹凸形状的透镜膜的结构示意图；

图5为本实用新型实施例中采用聚光特性的透镜膜前后的3D显示器在竖直方向上亮度和角度的分布对比示意图；

图6为本实用新型实施例中折射材料按特定方式排列的透镜膜的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型的技术方案进一步详细阐述。

本实用新型所提供的一种3D显示器，包括：具有像素矩阵结构的显示装置，以及PR薄膜，PR薄膜由第一相位差板(也称为左眼图像用相位差板)和第二相位差板(也称为右眼图像用相位差板)组成；且显示装置的奇数行像素和偶数行像素分别与第一相位差板和第二相位差板的位置相对应，或者，显示装置的奇数列像素和偶数列像素分别与第一相位差板和第二相位差板的位置相对应；

其中，在所述显示装置和PR薄膜之间设有具备聚光特性的透镜膜，用以使得来自显示装置的出射光在发散角和亮度方面的分布发生变化，形成以行或列像素为单位的对光的会聚效果。

该具备聚光特性的透镜膜，可以为表面凹凸的光学薄膜(薄膜表面具备特定的凹凸形状，用以使得薄膜具备聚光特性)，且该光学薄膜的各个重复单元的位置需要与显示装置的各行像素或列像素的位置分别相对应。

该具备聚光特性的透镜膜，还可以为由至少两种不同折射率的材料组成的光学薄膜(通过各种材料对光的折射，使得薄膜具备聚光特性)，且该光学薄膜的各个重复单元的位置需要与显示装置的各行像素或列像素的位置分别相对应；其中，各不同折射率的材料按照以下特定的排列方式设置在各个重复单元中：

折射率最大的材料放置在在光学薄膜的各个重复单元的中间位置，其余材料按照折射率从大到小的顺序，依次在折射率最大的材料的两侧对称排列。

需要说明的是，光学薄膜的每一个重复单元的尺寸和显示装置的像素尺寸基本近似，例如：可以限定重复单元尺寸不小于显示装置的像素尺寸的80％。

另外，所述透镜膜可以是位于显示装置和PR薄膜之间的一独立薄膜，所述透镜膜也可以设置于PR薄膜上。

所述显示装置可以是TFT-LCD，该TFT-LCD包括：背光源、具有像素矩阵结构的阵列基板、与阵列基板对应的彩膜基板，那么相应的，透镜膜也可以设置于TFT-LCD的彩膜基板上。

还需要指出的是，本实用新型中的显示装置并非仅限于TFT-LCD，还包括其他任何具有像素矩阵结构的显示装置。

下面再以TFT-LCD为例，对本实用新型的3D显示器的结构进一步详细说明。

在图3所示的3D显示器结构中，100为TFT-LCD，具有显示图像功能，通常由背光源101、具有像素结构的阵列基板102和彩膜基板103组成，在阵列基板102和彩膜基板103之间有液晶材料(图3中未示出)；图3中显示的是该3D显示器在竖直方向上的剖面图，阵列基板102上一般具有奇数行像素1022和偶数行像素1023，分别用于显示左、右眼图像。120为PR薄膜，在PR薄膜基材121上形成具有两种相位差值的相位差板、即左眼图像用相位差板122和右眼图像用相位差板123，分别对应左、右眼图像信息。其中，奇数行像素1022和左眼图像用相位差板122的位置对应，偶数行像素1023和右眼图像用相位差板123的位置对应。在彩膜基板103和PR薄膜120之间设置有具备聚光特性的透镜膜，该膜是由单一折射率材料制作而成，且具有一定几何凹凸形状的光学薄膜，如图3中的110所示；且该凹凸形状的光学薄膜110的各个重复单元的位置需要与阵列基板102上的各行像素(包括奇数行像素1022和偶数行像素1023)的位置分别相对应，如图4所示。

由于透镜膜具有的聚光特性，使得由TFT-LCD的出射光在竖直方向上的亮度和角度分布曲线发生改变，如图5所示。图5中的横轴代表竖直方向角度，0度角为垂直于显示器平面的角度，负值度角表示从下视角观察，正值度角表示从上视角观察；纵轴代表亮度值，单位为尼特(nits)。图5中的实线(曲线)表示传统架构的亮度角度分布特性曲线，即没有使用本实用新型结构的亮度角度分布特性曲线；图5中的虚线(曲线)表示使用本实用新型结构的亮度角度分布特性曲线。从图5中可以看出，使用了透镜膜之后，出射光的亮度因为透镜膜的聚光作用，更集中在±20°的范围内，在其它角度亮度有明显的下降，这样即有效地增加了正常图像信号的光亮度，又降低了大角度的光亮度信号(即杂散光的亮度值)，如此，左右图像串扰的现象能够有效地降低，同时3D显示器件的亮度没有下降。

需要说明的是，图3所示3D显示器结构中的竖直方向亦可相应改为水平方向，那么相应的，左、右眼的图像信息分别由奇数列和偶数列提供，PR薄膜和透镜膜也是按列进行相应设置的。具体的：

奇数列像素和左眼图像用相位差板的位置对应，偶数列像素和右眼图像用相位差板的位置对应；

该凹凸形状的光学薄膜的各个重复单元的位置需要与阵列基板上的各列像素(包括奇数列像素和偶数列像素)的位置分别相对应。

在图6对应的3D显示器结构中，TFT-LCD的组成结构与图3中相同，只是图6对应的3D显示器结构中所采用的透镜膜不同，如图6所示，该透镜膜为由三种不同折射率的材料组成的光学薄膜，且该光学薄膜的各个重复单元的位置需要与TFT-LCD的各行像素(包括奇数行像素1022和偶数行像素1023)的位置分别相对应；其中，各不同折射率的材料按照以下特定的排列方式设置在各个重复单元中：

折射率最大的材料(图6中为111所示)放置在在光学薄膜的各个重复单元的中间位置，其余材料按照折射率从大到小的顺序，依次在折射率最大的材料的两侧对称排列。

以图6中所示的三种材料为例，折射率最大的材料111位于各个重复单元的中间位置，折射率仅次于111材料112在靠近111的两侧对称排列，折射率最小的材料113则在各个重复单元的靠近两端的边界位置对称排列，即材料113与111之间的距离相比112与111之间的距离要远。

与图3所示结构的效果类似，由于透镜膜具有的聚光特性，使得由TFT-LCD的出射光在竖直方向上的亮度和角度分布曲线发生改变，如图5所示。图5中的横轴代表竖直方向角度，0度角为垂直于显示器平面的角度，负值度角表示从下视角观察，正值度角表示从上视角观察；纵轴代表亮度值，单位为nits。图5中的实线(曲线)表示传统架构的亮度角度分布特性曲线，即没有使用本实用新型结构的亮度角度分布特性曲线；图5中的虚线(曲线)表示使用本实用新型结构的亮度角度分布特性曲线。从图5中可以看出，使用了透镜膜之后，出射光的亮度因为透镜膜的聚光作用，更集中在±20°的范围内，在其它角度亮度有明显的下降，这样即有效地增加了正常图像信号的光亮度，又降低了大角度的光亮度信号(即杂散光的亮度值)，如此，左右图像串扰的现象能够有效地降低，同时3D显示器件的亮度没有下降。

还需要说明的是，图6对应3D显示器结构中的竖直方向亦可相应改为水平方向，那么相应的，左、右眼的图像信息分别由奇数列和偶数列提供，PR薄膜和透镜膜也是按列进行相应设置的。具体的：

奇数列像素和左眼图像用相位差板的位置对应，偶数列像素和右眼图像用相位差板的位置对应；

该光学薄膜的各个重复单元的位置需要与阵列基板上的各列像素(包括奇数列像素和偶数列像素)的位置分别相对应。

综上所述，本实用新型通过在显示装置和PR薄膜之间设置具有聚光特性的透镜膜，使得来自显示装置的出射光在发散角和亮度方面的分布发生变化，形成以行或列像素为单位的对光的会聚效果；从而实现了在3D显示情况下既能有效减少左右图像的串扰现象发生，又能避免3D显示亮度特性的减弱。

以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种3D显示器，其特征在于，包括：具有像素矩阵结构的显示装置，以及图案化相位差板PR薄膜，所述PR薄膜由第一相位差板和第二相位差板组成；且所述显示装置的奇数行像素和偶数行像素分别与所述第一相位差板和第二相位差板的位置相对应，或者，所述显示装置的奇数列像素和偶数列像素分别与所述第一相位差板和第二相位差板的位置相对应；

在所述显示装置和PR薄膜之间设有具备聚光特性的透镜膜。

2.根据权利要求1所述3D显示器，其特征在于，所述具备聚光特性的透镜膜，为表面凹凸的光学薄膜，且所述光学薄膜的各个重复单元的位置与所述显示装置的各行像素或列像素的位置分别相对应。

3.根据权利要求1所述3D显示器，其特征在于，所述具备聚光特性的透镜膜，为由至少两种不同折射率的材料组成的光学薄膜，且所述光学薄膜的各个重复单元的位置与所述显示装置的各行像素或列像素的位置分别相对应；

其中，折射率最大的材料放置在在所述光学薄膜的各重复单元的中间位置，其余材料按照折射率从大到小的顺序，依次在所述折射率最大的材料的两侧对称排列。

4.根据权利要求2或3所述3D显示器，其特征在于，所述光学薄膜的重复单元尺寸不小于所述显示装置的像素尺寸的80％。

5.根据权利要求1、2或3所述3D显示器，其特征在于，所述透镜膜是位于显示装置和PR薄膜之间独立薄膜。

6.根据权利要求1、2或3所述3D显示器，其特征在于，所述透镜膜设置于所述PR薄膜上。

7.根据权利要求1、2或3所述3D显示器，其特征在于，所述显示装置为薄膜晶体管液晶显示器TFT-LCD，所述TFT-LCD包括：背光源、具有像素矩阵结构的阵列基板、与所述阵列基板对应的彩膜基板。

8.根据权利要求7所述3D显示器，其特征在于，所述透镜膜设置于所述TFT-LCD的彩膜基板上。

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