CN102692722B - 基于视差屏障的 2d/3d可切换自动立体显示设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种2D/3D切换式自动立体显示设备，包括导光板、第一光源、第二光源和反射板。导光板设置在反射板和液晶显示屏之间，导光板的第一表面正对液晶显示屏，导光板的第二表面正对反射板；第一光源设置在导光板的侧壁；第二光源设置在导光板的第一表面且呈周期性带状分布以使第一表面形成为光栅。第一光源发出的光通过光栅以显示3D图像，第二光源发出的光显示2D图像。本发明结构简单，能够方便、快捷地在2D/3D两种显示模式之间进行切换，并且具有较好的2D和3D图像的显示效果。

Description

基于视差屏障的 2D/3D可切换自动立体显示设备和方法

技术领域

本发明涉及自动立体显示技术，尤其涉及一种基于视差屏障的2D/3D切换式自动立体显示设备及其方法。 

背景技术

立体显示是三维显示中主要的一类，它是运用视差来实现人眼的深度感度。立体显示又可分为需要配戴辅助眼镜装置的立体显示和无需配戴任何辅助眼镜装置的自动立体显示。自动立体显示技术可以用于军事、医疗、数据可视化、工程、娱乐、虚拟商务贸易和教育，成为当前世界上显示技术领域研究的一个热点。 

视差屏障(Parallax Barrier)技术是目前较常用的一种自动立体显示技术，它通过不透明的“视差屏障”遮挡部分方向显示在液晶屏上的影像从而分离左右眼影像。其中，视差屏障可以被附着在液晶显示器(LCD)的后侧。使用这种后置式视差屏障时，来自导光板(LGP)的光经由特殊设计的视差屏障，被允许和遮挡一部分的光线，以使导光板发出的光线从导光板中出射的角度受到控制，这样光可被输出到LCD面板上每个预设的位置，即光分别入射LCD的对应用户左眼和右眼的子像素中，从而可提供3D效果。 

可见，视差屏障技术通过控制出射光的角度和方向而形成3D效果，然而，当使用视差屏障技术时，无法显示2D图像。考虑到目前的3D图像的内容还没有达到非常丰富的阶段，所以对于3D显示器来说，要求既能显示3D图像也能显示2D图像。 

因此，本领域的技术人员致力于开发一种2D/3D切换式自动立体显示设备及其方法，以实现在使用视差屏障技术时自主切换、选择性地显示2D图像和3D图像。 

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种2D/3D切换式自动立体显示设备及其方法，通过设置两种光源来选择性地显示2D图像和3D图像。 

为实现上述目的，本发明提供了一种2D/3D切换式自动立体显示设备，包括导光板、第一光源、第二光源和反射板；所述导光板设置在所述反射板和液晶显示屏之间，所述导光板的第一表面正对所述液晶显示屏，所述导光板的第二表面正对 所述反射板；所述第一光源设置在所述导光板的侧壁；所述第二光源设置在所述导光板的所述第一表面且呈周期性带状分布以使所述第一表面形成为光栅；所述第一光源发出的光通过所述光栅以显示3D图像，所述第二光源发出的光显示2D图像。 

进一步地，所述光栅的参数为： 

$W_w=\frac{{\mathrm{QW}}_p}{Q-W_p},$ $W=\frac{{\mathrm{KQW}}_p}{Q-W_p},$ $D=\frac{{\mathrm{LW}}_p}{Q-W_p},$

其中所述光栅的透光部分的宽度为W_w，所述光栅的光栅常数为W，W_p为所述液晶显示屏的像素的宽度，K为视点的数目，Q为两个相邻的所述视点的间距，L为所述液晶显示屏到所述视点的距离，D为所述导光板的所述第一表面到所述液晶显示屏的距离。 

进一步地，所述第一光源是发光二极管、冷阴极管或有机发光二极管。 

进一步地，所述第二光源包括多个有机发光二极管，所述有机发光二极管形成所述光栅的不透光部分，所述有机发光二极管的发光面正对所述液晶显示屏。 

进一步地，所述有机发光二极管具有不透光的金属阴极层，所述金属阴极层正对所述导光板的第二表面。 

进一步地，所述导光板的所述第一表面是平面，所述第二光源设置在所述平面上。 

进一步地，所述导光板的所述第一表面具有分布的凹槽，所述第二光源嵌在所述凹槽内。 

进一步地，所述导光板的所述第二表面上具有散射图样以散射来自所述第一光源的光。 

进一步地，所述散射图样是油墨网点或三维微结构。 

进一步地，本发明提供了一种2D/3D切换式自动立体显示方法，其特征在于，导光板设置在液晶显示屏和反射板之间，在所述导光板的侧壁设置第一光源，在所述导光板正对着所述液晶显示屏的第一表面上设置第二光源；所述第二光源在所述第一表面上呈周期性带状分布以使所述第一表面形成为光栅，所述光栅的参数为： 

$W_w=\frac{{\mathrm{QW}}_p}{Q-W_p},$ $W=\frac{{\mathrm{KQW}}_p}{Q-W_p},$ $D=\frac{{\mathrm{LW}}_p}{Q-W_p},$

其中所述光栅的透光部分的宽度为W_w，所述光栅的光栅常数为W，W_p为所述液晶显示屏的像素的宽度，K为视点的数目，Q为两个相邻的所述视点的间距，L为所述液晶显示屏到所述视点的距离，D为所述导光板的所述第一表面到所述液晶显示屏的距离；所述第一光源发出的光经过所述光栅以显示3D图像，所述第二光源发出的光显示2D图像。 

如图1所示，导光板1上的第二光源在导光板1正对着液晶显示屏2的第一表 面上呈周期性带状分布，以使第一表面形成为光栅。此光栅的透光部分的宽度为W_w，不透光部分的宽度为W_b，以作为视差屏障。这样，此光栅的光栅常数W＝W_w+W_b。第一光源发出的光通过此光栅投射到液晶显示屏2。液晶显示屏2上具有多个依次排列的像素，W_p为像素的宽度。导光板1的第一表面到液晶显示屏2的距离为D。设此3D自动立体显示模型中具有K个视点，液晶显示屏2到视点的距离为L。来自此光栅的每一个透光部分的光皆经过液晶显示屏2上的相邻的K个像素到达此K个视点。例如，图1中显示了四个视点，即视点3-6，来自每一个透光部分的光皆经过相邻的四个像素到达视点3-6。这样，通过相似三角形的边长的比例关系，可以得到： 

$\frac{W_p}{W_w}=\frac{L}{L+D},---\left(1\right)$

$\frac{{\mathrm{KW}}_p}{W}=\frac{L}{L+D},---\left(2\right)$

$\frac{W_p}{Q}=\frac{D}{L+D}.---\left(3\right)$

通过式(1)-(3)，可以得到能够实现3D自动立体显示的导光板1上的第二光源的带状分布的参数(即光栅的参数)： 

$W_w=\frac{{\mathrm{QW}}_p}{Q-W_p},---\left(4\right)$

$W=\frac{{\mathrm{KQW}}_p}{Q-W_p},---\left(5\right)$

$D=\frac{{\mathrm{LW}}_p}{Q-W_p}.---\left(6\right)$

在本发明的较佳实施方式中，本发明的2D/3D切换式自动立体显示设备包括导光板、第一光源、第二光源和反射板。导光板设置在反射板和液晶显示屏之间，导光板的第一表面正对液晶显示屏，导光板的第二表面正对反射板。第一光源有两个，分别设置在导光板的两个相对的侧壁上。第二光源是多个呈周期性带状分布的有机发光二极管，分布在导光板的第一表面上以使第一表面形成为光栅。使用时，开启第二光源，同时关闭第一光源，则本发明的2D/3D切换式自动立体显示设备工作在2D模式下；开启第一光源，同时关闭第二光源，则本发明的2D/3D切换式自动立体显示设备工作在3D模式下。 

由此可见，本发明的2D/3D切换式自动立体显示设备及其方法通过使用两种光源来配合导光板，实现了选择性地显示2D图像和3D图像。本发明结构简单，能够方便、快捷地在2D/3D两种显示模式之间切换，并且，本发明显示的2D和3D图像的效果较好。 

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。 

附图说明

图1是显示了3D分光原理的3D自动立体显示模型的示意图。 

图2是本发明的2D/3D切换式自动立体显示设备在2D模式下工作的示意图。 

图3是本发明的2D/3D切换式自动立体显示设备在3D模式下工作的示意图。 

具体实施方式

如图2和3所示，本发明的2D/3D切换式自动立体显示设备包括导光板10、第一光源41和42、第二光源和反射板30。导光板10设置在反射板30和液晶显示屏20之间，导光板10的第一表面正对液晶显示屏20，导光板10的第二表面正对反射板30。 

第一光源41和42分别设置在导光板10的两个相对的侧壁上，它们可以是发光二极管、冷阴极管或有机发光二极管。需要说明的是，本实施例中使用了两个第一光源，即第一光源41和42，分别设置在导光板10的两个相对的侧壁上，但在其它的实施例中，也可以只使用一个第一光源，设置在导光板10的一个侧壁上，而与此侧壁相对的另一个侧壁上可以设置反光板，或者遮光板。 

第二光源设置在导光板10的第一表面且在第一表面上呈周期性带状分布以使第一表面形成为光栅。在本实施例中，采用多个有机发光二极管形成第二光源，如有机发光二极管11，有机发光二极管形成光栅的不透光部分。这些有机发光二极管皆具有不透光的金属阴极层，金属阴极层正对导光板20的第二表面，这些有机发光二极管的发光面皆正对液晶显示屏20。在本实施例中，导光板10的第一表面具有凹槽，各个有机发光二极管嵌在凹槽内。在其它的实施例中，导光板10的第一表面可以是平面，各个有机发光二极管设置在平面上，如图1所示的那样。 

第二光源的各个有机发光二极管的周期性带状分布满足前面所述的光栅的参数，即关系式(4)-(6)，其中，W_w为光栅的透光部分的宽度，在本实施例中为相邻的两个有机发光二极管之间的间隙的宽度；W为光栅常数，在本实施例中为相邻的两个有机发光二极管的间距，即二者间的间隙的宽度与一个有机发光二极管的宽度之和；W_p为液晶显示屏20的像素的宽度；K为本发明的2D/3D切换式自动立体显示设备提供的视点的数目；Q为相邻的两个视点的间距；L为液晶显示屏20到视点的距离；D为导光板10的第一表面到液晶显示屏20的距离。 

导光板10的第二表面上有散射图样12以散射来自第一光源41和42的光，散射图样12是油墨网点或三维微结构，如网点印刷的油墨图样或激光制作的微透镜图样。散射图样12的形状可以是圆形、椭圆型、方形、三角形等等不局限于固定 样式，还可以是其它的能提高其光学性能的三维图样。 

反射板30用于反射从导光板底部射出的光线并使其重新回到导光板中，从而提高能量利用率。 

如图2所示，本发明的2D/3D切换式自动立体显示设备在2D模式下工作时，开启第二光源，同时关闭第一光源41和42。这样，构成第二光源的各个有机发光二极管向液晶显示屏20投射光。由于此投射光呈散射状，在距离导光板10的第一表面之上一定距离的位置，这些投射光会混合在一起，从而达到了混光的效果。这样人眼就不易察觉到第二光源是带状分布的，因此可以把该第二光源视为一个均匀发光面，同普通的液晶显示屏的发散角一致，因此能显示2D图像。 

如图3所示，本发明的2D/3D切换式自动立体显示设备在3D模式下工作时，开启第一光源41和42，同时关闭第二光源。这时，第二光源在导光板10的第一表面上以使第一表面形成为如前所述的光栅。第一光源41和42发出的光被耦合进入导光板10，导光板10的第二表面上的散射图样12使这些进入的光散射及混合，从而使从导光板10的第一表面发出的光均匀。由于第二光源的各个有机发光二极管皆具有不透光的金属阴极层，金属阴极层正对导光板20的第二表面以作为光栅的不透光部分，即不透光的视差屏障，因此第一光源41和42发射进入导光板10的光只能从各个有机发光二极管之间的间隙出射，以离开导光板10。这些有机发光二极管之间的间隙就是如图1所示的光栅的透光部分。由于此时的光路及结构参数符合图1所示的3D分光原理的模型，因而从各个间隙出射的光分别入射液晶显示器20的对应左眼和右眼的不同子像素中，使人在观看时能觉察到3D的效果。 

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域的技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。 

Claims (10)

1.一种2D/3D切换式自动立体显示设备，包括导光板、第一光源、第二光源和反射板；所述导光板设置在所述反射板和液晶显示屏之间，所述导光板的第一表面正对所述液晶显示屏，所述导光板的第二表面正对所述反射板；其特征在于，所述第一光源设置在所述导光板的侧壁；所述第二光源设置在所述导光板的所述第一表面且呈周期性带状分布以使所述第一表面形成为光栅；所述第一光源发出的光通过所述光栅以显示3D图像，所述第二光源发出的光显示2D图像。

2.如权利要求1所述的2D/3D切换式自动立体显示设备，其中所述光栅的参数为：

$W_w=\frac{Q{W}_p}{Q-W_p},W=\frac{\mathrm{KQ}{W}_p}{Q-W_p},D=\frac{L{W}_p}{Q-W_p},$

其中所述光栅的透光部分的宽度为W_w，所述光栅的光栅常数为W，W_p为所述液晶显示屏的像素的宽度，K为视点的数目，Q为两个相邻的所述视点的间距，L为所述液晶显示屏到所述视点的距离，D为所述导光板的所述第一表面到所述液晶显示屏的距离。

3.如权利要求1或2所述的2D/3D切换式自动立体显示设备，其中所述第一光源是发光二极管、冷阴极管或有机发光二极管。

4.如权利要求3所述的2D/3D切换式自动立体显示设备，其中所述第二光源包括多个有机发光二极管，所述第二光源的有机发光二极管形成所述光栅的不透光部分，所述第二光源的有机发光二极管的发光面正对所述液晶显示屏。

5.如权利要求4所述的2D/3D切换式自动立体显示设备，其中所述第二光源的有机发光二极管具有不透光的金属阴极层，所述金属阴极层正对所述导光板的第二表面。

6.如权利要求4所述的2D/3D切换式自动立体显示设备，其中所述导光板的所述第一表面是平面，所述第二光源设置在所述平面上。

7.如权利要求4所述的2D/3D切换式自动立体显示设备，其中所述导光板的所述第一表面具有凹槽，所述第二光源嵌在所述凹槽内。

8.如权利要求1或2所述的2D/3D切换式自动立体显示设备，其中所述导光板的所述第二表面上具有散射图样以散射来自所述第一光源的光。

9.如权利要求8所述的2D/3D切换式自动立体显示设备，其中所述散射图样是油墨网点或三维微结构。

10.一种2D/3D切换式自动立体显示方法，导光板设置在液晶显示屏和反射板之间，其特征在于，在所述导光板的侧壁设置第一光源，在所述导光板正对着所述液晶显示屏的第一表面上设置第二光源；所述第二光源在所述第一表面上呈周期性带状分布以使所述第一表面形成为光栅，所述光栅的参数为：

$W_w=\frac{Q{W}_p}{Q-W_p},W=\frac{\mathrm{KQ}{W}_p}{Q-W_p},D=\frac{L{W}_p}{Q-W_p},$

其中所述光栅的透光部分的宽度为W_w，所述光栅的光栅常数为W，W_p为所述液晶显示屏的像素的宽度，K为视点的数目，Q为两个相邻的所述视点的间距，L为所述液晶显示屏到所述视点的距离，D为所述导光板的所述第一表面到所述液晶显示屏的距离；所述第一光源发出的光经过所述光栅以显示3D图像，所述第二光源发出的光显示2D图像。

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