CN102967893B - 一种透镜光栅、立体显示装置 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供一种透镜光栅、立体显示装置，涉及光电领域，能够解决现有立体显示装置分辨率减半的缺陷；所述透镜光栅包括多个依次排列的透镜单元，相邻所述透镜单元沿排列方向相互重叠，所述透镜单元中重叠部分具有单一折射率，非重叠部分具有第一折射率和第二折射率，所述第一折射率与所述单一折射率相等，相邻所述非重叠部分对同一线偏振光呈现不同的折射率；本发明实施例适用于显示器制造领域。
Description
技术领域
本发明属于光电领域，尤其涉及一种透镜光栅、立体显示装置。
背景技术
图像分辨率是成像显示装置的重要特性之一，但目前，将裸眼立体显示技术应用于平板显示装置时，会极大损失图像的水平分辨率。
裸眼立体显示技术主要通过视差分光器件（如视差障碍光栅、透镜光栅等）将具有视差的两幅平面图像分别提供给观看者的左眼和右眼，然后观看者的大脑将这两幅视差图像合成而感知到3D图像。其中，具有视差的图像通常被显示在显示面板的不同成像组。具体的，以将提供给观看者左眼的左视图被显示在奇数列，提供给观看者的右视图被显示在偶数列的方式为例，当显示面板具有2n个成像列时，预先将两幅具有视差的左视图和右视图分别沿水平方向平均分割成n份左眼子图和n份右眼子图，显示面板的n个奇数列分别用于显示n份左眼子图，n个偶数列分别用于显示n份右眼子图。视差分光器件将n个左眼子图的图像光同时导向给观看者的左眼L，并将n个右眼子图像的图像光同时导向给观看者的右眼R。这样，观看者左、右眼仅能观看到显示面板一半的成像组，由此合成3D图像的分辨率也仅为显示面板分辨率的一半。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明实施例提供一种透镜光栅、立体显示装置，能够解决现有立体显示装置分辨率减半的缺陷。
为了达到上述目的，本发明实施例采用如下技术方案：
一方面，提供一种透镜光栅，包括多个依次排列的透镜单元，其特征在于：相邻所述透镜单元沿排列方向相互重叠，所述透镜单元中重叠部分具有单一折射率，非重叠部分具有第一折射率和第二折射率，所述第一折射率与所述单一折射率相等，相邻所述非重叠部分对同一线偏振光呈现不同的折射率。
进一步的，相邻所述透镜单元的半个周期相互重叠；其中，所述半个周期是指沿排列方向透镜单元长度的一半。
可选的，相邻所述透镜单元的透镜曲面方向相同。进一步的，所述透镜光栅的厚度与所述重叠部分的厚度相同；或者，所述透镜光栅曲面上设有保护层，所述保护层的折射率与所述第二折射率相等。
可选的，相邻所述透镜单元的透镜曲面方向相反。
进一步的，所述透镜单元是凹透镜；或者，所述透镜单元是凸透镜。
进一步的，所述透镜光栅是柱透镜光栅；或者，所述透镜光栅是液晶透镜光栅。
一方面，本发明实施例提供一种立体显示装置，包括透镜光栅和显示面板，所述显示面板包括第一电极、第二电极以及填充于所述第一电极和所述第二电极之间的液晶层，其特征在于：所述透镜光栅是如权利要求1-5任一项所述的透镜光栅，所述立体显示装置还包括控制模块，用于控制所述第一电极和所述第二电极之间的电压，当所述第一电极和所述第二电极之间的电压处于第一状态时，所述液晶层不发生偏转，当所述第一电极和所述第二电极之间的电压处于第二状态时，所述液晶层偏转90度。
进一步的，所述显示面板图像的刷新率高于120Hz。
由上述技术方案可知，本发明实施例提供的透镜光栅、立体显示装置，通过透镜单元的重叠排列，形成具有第一折射率和第二折射率的非重叠部分、具有第一折射率的重叠部分。当同一方向的线偏振光入射时，相邻非重叠部分呈现不同的折射率，从而具有第一折射率的部分形成具有第一周期的透镜结构。当入射光线的方向改变时，相邻非重叠部分呈现的折射率也发生改变，从而具有第一折射率的部分形成具有第二周期的透镜结构。其中，第一周期透镜结构和第二周期透镜结构相差半个光栅周期。这样，通过改变入射光的偏振方向，该透镜光栅可以在第一周期透镜结构和第二周期透镜结构之间切换，与现有的透镜光栅、立体显示装置相比，增加了半个光栅周期，在分光时，可以将更多的左图和右图同时导向观看者的左眼和右眼，提高立体画面的分辨率。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种透镜光栅的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的另一种透镜光栅的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的又一种透镜光栅的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的立体显示装置的结构示意图；
图5为T1时刻线偏振光通过图4所示立体显示装置的示意图；
图6为T2时刻线偏振光通过图4所示立体显示装置的示意图。
具体实施方式
下面将结合附图及实施例对本发明的技术方案进行更详细的说明。
需要说明的是，如果不冲突，本发明实施例以及实施例中的各个特征可以相互结合，均在本发明的保护范围之内。
本发明实施例提供的透镜光栅可以是柱透镜光栅，也可以是液晶透镜光栅。所述透镜光栅由多个透镜单元排列而成，透镜光栅的排列周期为单个透镜单元沿排列方向的长度L，各个透镜单元的形状可以是凸透镜、凹透镜，也可以是其他形状的透镜，所述的透镜曲面是指组成透镜单元的曲面或平面，。
实施例一
一种透镜光栅，如图1所示，包括多个依次排列的透镜单元10，各个透镜单元的形状均为凸透镜，则透镜光栅的周期为单个透镜单元在排列方向上的长度L，则L/2为透镜单元的半个周期。其中，相邻透镜单元10的半个周期相互重叠，形成的重叠部分11采用折射率为n1的单一材料制成，非重叠部分12采用具有折射率n1、n2的双折射率材料制成；相邻非重叠部分12对同一偏振方向的线偏振光呈现不同的折射率，具体可以使相邻非重叠部分12双折射率材料的光轴相互垂直。当入射线偏振光偏振方向改变时，非重叠部分12的折射率在n1和n2之间交替变换，且相邻非重叠部分12的折射率不同。例如，当与该双折射率材料光轴平行的线偏振光入射时，相邻非重叠部分12的折射率分别为n1和n2，从而使折射率为n1的部分形成具有第一周期的透镜结构（如图1中的虚线部分所示）。当与该双折射率材料光轴垂直的线偏振光入射时，相邻非重叠部分12的折射率分别变为n2和n1。从而折射率为n1的部分形成具有第二周期的透镜结构（如图1中的实线部分所示）。其中，第一周期透镜结构和第二周期透镜结构相差半个光栅周期。这样，通过改变入射光的偏振方向，该透镜光栅可以在第一周期透镜结构和第二周期透镜结构之间切换，与现有的透镜光栅相比，增加了半个光栅周期，在分光时，就可以将更多的左眼子图和右眼子图同时导向观看者的左眼和右眼，提高立体画面的分辨率。
可选的，相邻透镜单元10的曲面方向相同，如图1中，相邻透镜单元10的曲面方向均向上，形成连续凸起的光栅曲面，第一或第二透镜结构中单个透镜的形状为凸透镜。进一步的，光栅曲面上设有保护层30，保护层30采用折射率为n2的单一材料制成。如图1所示，保护层30可以具有厚度d1，其中，保护层的厚度是指保护层上表面到下表面之间的最长距离。保护层30的上表面可以设置为与透镜单元10排列方向平行的平面。通过保护层30可以避免光栅曲面受到外界碰撞而产生的磨损。
可选的，如图2所示，相邻透镜单元10的曲面方向相同，透镜光栅1的厚度相同于透镜光栅重叠部分12的厚度，都为d2，其形成的光栅曲面为平面。其中，透镜光栅的厚度是指透镜光栅上下表面之间的距离，重叠部分的厚度是指重叠部分上下表面之间的最长距离。当不同偏振方向的线偏振光入射时，非重叠部分12的折射率在n1和n2两值之间变化，形成第一周期透镜结构（如图2中虚线部分所示）和第二周期透镜结构（如图2中实线部分所示）之间切换。图2中，由于光栅曲面为平面，第一或第二透镜结构中单个透镜的形状为下部为弧形上部为平面的透镜结构，通过下部的弧形来实现光栅的分光作用。这种结构中光栅曲面为平面，极大地减小了光栅加工中的难度，提高了生产率。
可选的，相邻透镜单元10的曲面方向相反。如图3中，相邻透镜单元10的曲面方向分别向上、向下。形成的重叠部分11采用折射率为n1的单一材料制成，非重叠部分12采用具有折射率n1、n2的双折射率材料制成。当不同偏振方向的线偏振光入射时，非重叠部分12的折射率在n1和n2两值之间变化，形成第一周期透镜结构（如图3中虚线部分所示）和第二周期透镜结构（如图3中实线部分所示）之间切换。其中透镜光栅的厚度D可以大于重叠部分的厚度d2（如图3所示），也可以等于或小于重叠部分的厚度d2。
本发明实施例提供的透镜光栅，通过透镜单元的重叠排列，形成具有第一折射率和第二折射率的非重叠部分、具有第一折射率的重叠部分。当同一方向的线偏振光入射时，相邻非重叠部分呈现不同的折射率，从而具有第一折射率的部分形成具有第一周期的透镜结构（如图1~3中的虚线部分所示）。当入射光线的方向改变时，相邻非重叠部分呈现的折射率也发生改变，即原呈现第一折射率的非重叠部分呈现第二折射率，原呈现第二折射率的非重叠部分呈现第一折射率，从而具有第一折射率的部分形成具有第二周期的透镜结构。其中，第一周期透镜结构和第二周期透镜结构相差半个光栅周期。这样，通过改变入射光的偏振方向，该透镜光栅可以在第一周期透镜结构和第二周期透镜结构之间切换，与现有的透镜光栅相比，增加了半个光栅周期，在分光时，就可以将更多的左图和右图同时导向观看者的左眼和右眼，提高立体画面的分辨率。
实施例二
一种立体显示装置，如图4所示，包括透镜光栅1、显示面板2和控制模块3。其中，透镜光栅1可以是图1~3任一透镜光栅；显示面板2包括第一电极21、第二电极23以及填充于第一电极21和第二电极23之间的液晶层22；控制模块3，用于控制第一电极21和第二电极23之间的电压，当第一电极21和第二电极之间23的电压处于第一状态时，液晶层22不发生偏转，当第一电极21和第二电极23之间的电压处于第二状态时，液晶层22偏转90度。
其中，显示面板2可以采用等离子显示面板（Plasma Display Panel，PDP）、有机发光面板（Organic Electroluminesence Display，OELD）、液晶显示面板（Liquid Crystal Display，LCD）等，如果采用显示面板的出射光线不是线偏振光，如采用PDP、OLED等，需要在显示面板上设置一层偏光片，产生与透镜光栅所需偏振方向的偏振光；如果采用LCD，由于LCD的出射光线就是线偏振光，则不需要设置偏光片。
示例性的，如图4所示，显示面板2包括像素面板20，位于像素面板20上的第一电极21、第二电极23，以及填充于第一电极21和第二电极23之间的液晶层22。其中，第一电极21和第二电极23相对的表面覆盖有取向层。控制模块3分别与第一电极21和第二电极23相连，通过时序方法控制第一电极21和第二电极23之间的电压V。如在T1时刻，控制模块3控制V处于第一状态V1，在T2时刻，控制模块3控制V处于第二状态V2。其中，V1、V2可以是预设的电压范围，也可以是预设的电压值。如第一状态V1=0，表示第一电极21与第二电极23之间无电压，第二状态V2>0，表示第一电极21与第二电极23之间存在电压。当V处于第一状态时，液晶层22不发生偏转，通过显示面板2的偏振光的偏振方向被旋转90度；当V处于第二状态时，液晶层22偏转90度，通过显示面板2的偏振光的偏振方向不改变。
具体的，如图5所示，从像素面板10发出偏振方向垂直于纸面的初始线偏振光，在T1时刻，控制模块3控制第一电极21与第二电极23之间的电压V处于第一状态，即第一电极21和第二电极23之间无电压，液晶层22不发生偏转，初始线偏振光旋转90度，则初始线偏振光以平行于纸面的偏振方向射入透镜光栅1。透镜光栅1中相邻非重叠部分分别呈现折射率n1和折射率n2，折射率为n1的重叠部分与折射率为n1的非重叠部分形成具有第一周期的透镜结构（如图5透镜光栅1中的实线所示）。此时，控制模块3控制显示面板2输出的左右图像与第一周期透镜结构位置相对应，通过第一周期透镜结构的分光，将左图和右图同时导向观看者的左眼和右眼。
在T2时刻，如图6所示，控制模块3控制第一电极21与第二电极23之间的电压V处于第二状态，即第一电极21和第二电极23之间有电压，液晶层22旋转90度，初始线偏振光的偏振方向保持不变，即初始线偏振光以垂直于纸面的偏振方向射入透镜光栅1。相对于T1时刻，入射线偏振光的偏振方向发生改变，则透镜光栅1中，在T1时刻折射率为n1的非重叠部分的折射率变为n2，折射率为n2的非重叠部分的折射率变为n1。折射率为n1的重叠部分与折射率为n1的非重叠部分形成具有第二周期的透镜结构（如图6透镜光栅1中的实线所示）。此时，控制模块3控制显示面板2输出的左右图像与第二周期透镜结构位置相对应，通过第二周期透镜结构的分光，将左图和右图同时导向观看者的左眼和右眼。
此后，控制模块3跟据时序电路的控制在T1和T2时刻按照上述过程控制第一电极21和第二电极23之间的电压，并同时控制显示面板2输出的左右图像的位置，使其与对应时刻透镜结构位置相对应。由于在透镜光栅1中，第一周期透镜结构和第二周期透镜结构相差半个光栅周期。这样，通过控制模块3对第一电极21和第二电极23之间电压的控制，透镜光栅1可以在第一周期透镜结构和第二周期透镜结构之间切换，与现有的透镜光栅相比，增加了半个光栅周期。于此同时，控制图像的刷新率高于120Hz，可以保证观看者感觉不到闪烁或者延迟的现象。这样，在分光时，就可以将更多的左图和右图同时导向观看者的左眼和右眼，提高立体画面的分辨率。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (12)
1.一种透镜光栅，包括多个依次排列的透镜单元，其特征在于：相邻所述透镜单元沿排列方向相互重叠，所述透镜单元中重叠部分具有单一折射率，非重叠部分具有第一折射率和第二折射率，所述第一折射率与所述单一折射率相等，相邻所述非重叠部分对同一线偏振光呈现不同的折射率。
2.根据权利要求1所述的透镜光栅，其特征在于：相邻所述透镜单元的重叠区域小于半个周期，其中所述半个周期是指沿排列方向透镜单元长度的一半。
3.根据权利要求1所述的透镜光栅，其特征在于：相邻所述透镜单元的半个周期相互重叠；其中，所述半个周期是指沿排列方向透镜单元长度的一半。
4.根据权利要求3所述的透镜光栅，其特征在于：相邻所述透镜单元的透镜曲面方向相同。
5.根据权利要求4所述的透镜光栅，其特征在于：所述透镜光栅的厚度与所述重叠部分的厚度相同。
6.根据权利要求4所述的透镜光栅，其特征在于：所述透镜光栅曲面上设有保护层，所述保护层的折射率与所述第二折射率相等。
7.根据权利要求3所述的透镜光栅，其特征在于：相邻所述透镜单元的透镜曲面方向相反。
8.根据权利要求1-7任一所述的透镜光栅，其特征在于：相邻所述非重叠部分的光轴相互垂直。
9.根据权利要求8所述的透镜光栅，其特征在于：所述透镜单元是凸透镜；或者，所述透镜单元是凹透镜。
10.根据权利要求8所述的透镜光栅，其特征在于：所述透镜光栅是柱透镜光栅；或者，所述透镜光栅是液晶透镜光栅。
11.一种立体显示装置，包括透镜光栅和显示面板，所述显示面板包括第一电极、第二电极以及填充于所述第一电极和所述第二电极之间的液晶层，其特征在于：所述透镜光栅是如权利要求1-7任一项所述的透镜光栅，所述立体显示装置还包括控制模块，用于控制所述第一电极和所述第二电极之间的电压，当所述第一电极和所述第二电极之间的电压处于第一状态时，所述液晶层不发生偏转，当所述第一电极和所述第二电极之间的电压处于第二状态时，所述液晶层偏转90度。
12.根据权利要求11所述的立体显示装置，其特征在于：所述显示面板图像的刷新率高于120Hz。
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