CN103399427A

CN103399427A - 一种视点数可控的立体显示装置

Info

Publication number: CN103399427A
Application number: CN2013103668320A
Authority: CN
Inventors: 张永爱; 郭太良; 周雄图; 叶芸; 林志贤; 姚剑敏; 徐胜; 林锑杭; 曾祥耀; 胡利勤
Original assignee: Fuzhou University
Current assignee: Fuzhou University
Priority date: 2013-08-21
Filing date: 2013-08-21
Publication date: 2013-11-20
Anticipated expiration: 2033-08-21
Also published as: CN103399427B

Abstract

本发明涉及一种视点数可控的立体显示装置，其特征在于，包括:一显示屏；一可控光栅以及一控制模块；所述可控光栅可通过添加偏压或不添加偏压可分别设定光栅为透光区或不透光区，从而实现2D或3D显示模式。本发明通过控制模块控制可控光栅的透光区与遮光区周期性排布分布，可形成2D模式、不同的视点数3D模式或2D与3D共融模式显示。本发明结构简单，造价低廉，可兼容2D和3D图像或视频信号，特别是可满足市场上不同视点数3D图像或视频信号显示。

Description

一种视点数可控的立体显示装置

技术领域

本发明涉及立体显示领域，尤其涉及一种视点数可控的立体显示装置。

背景技术

狭缝光栅立体显示技术是通过在显示屏前放置一狭缝光栅，该狭缝光栅调制所述显示屏的图像并于若干视点处形成视差图，观察者左右眼分别获得两张具有视差图像，并在大脑中合成立体画面；

现有的狭缝光栅多为固定，如CN200110045205.8，不能很好的解决2D/3D兼容的问题，而且视点数是固定的，当片源视点数与光栅视点数不匹配时，显示效果差；

现有动态的狭缝光栅方案在解决视点数兼容也存在问题，如CN200810246791.0，其可实现逐点切换TN盒扭曲液晶，但是需要行扫描或列扫描方式进行驱动，增加驱动成本，而且扭曲液晶需在第二状态保持时间长于或等于一个扫描周期，对于实现视点数可调的立体方案来说是低效的；又如CN200910108949.2，一种全分辨率立体显示装置，其采用优质的液晶快门材料本身就增加了制造成本，对于实现视点数可控立体显示方案来说，其电路驱动较复杂，功耗也较高；

综上，现有的立体显示技术虽然存在解决2D/3D兼容及视点数兼容的方法，但是存在着制造成本高，功耗高，效率低等问题，而且具体专门为解决视点数兼容问题的方案并没有提出。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种视点数可控的立体显示装置，通过装置的控制模块控制可控光栅的状态，可实现2D画面显示及不同视点数的3D画面显示。本发明具有结构简单，造价低廉，效率高，功耗低等优点，具有应用前景。

本发明采用以下方案实现：一种视点数可控的立体显示装置，其特征在于，包括:

一显示屏；

一可控光栅，设置于所述显示屏前方；所述可控光栅能通过添加偏压或不添加偏压分别设定光栅为透光区或不透光区；其中，

所述可控光栅通过添加相同电位使得可控光栅处于全透明状态；

所述可控光栅通过局部添加偏压使得可控光栅设定成透光区和不透光区，控制所述透光区和遮光区周期性排布，形成狭缝光栅；

一控制模块，用于获取显示屏图像的视点数情况，并控制所述可控光栅的遮光区与透光区的分配，从而使显示屏处于不同工作模式状态；所述的工作模式状态包括：

第一工作模式状态，所述控制模块控制所述可控光栅全为透光区，所述立体显示装置工作于2D模式；

第二工作模式状态，所述控制模块根据图像或视频信号的视点数控制所述可控光栅的遮光区和透光区成周期性排布，并控制遮光区与透光区的比例，使其比值大于等于1，且为整数，所述显示装置的工作模式为3D模式；

第三工作模式状态，所述控制模块控制所述可控光栅的遮光区和透光区分布，可分为左右双屏或多屏，各屏之间可独立实现2D模式和不同视点数的图像或视频信号的3D模式，从而实现2D与3D共融显示。

在本发明一实施例中，所述可控光栅为TN液晶盒，沿着光路传播方向包括：第一偏振光片、第一透明基板、第一电极、第一取向层、液晶层、第二取向层、第二电极、第二透明基板以及第二偏振光片；其中，

所述第一取向层与所述第二取向层取向方向相垂直；

所述第一偏振光片与所述第二偏振光片偏振方向相垂直；

所述第一电极为面电极；

所述第二电极为条状电极，该条状电极可以是单层平行排布，也可以是双层或多层相错平行排布；

所述第一电极、第二电极与所述控制模块相连，通过控制模块控制所述第二电极上所施加的电位等于施加在所述第一电极的电位，从而使得液晶层中的液晶分子不发生偏转；或通过控制模块控制所述的部分第二电极与所述第一电极存在电位差，其它部分第二电极所施加的电位等于施加在所述第一电极的电位，从而使得有电位差区域中的液晶层中的液晶分子沿长轴方向发生偏转，没有电位差区域的液晶层中的液晶分子不发生偏转；其中，在不发生液晶分子偏转区域，从所述第一偏振光片入射的光经过液晶层旋光90°，从第二偏振光片出射；发生液晶分子偏转区域，其液晶层失去旋光性，从第一偏振光片入射的光不能从第二偏振光片出射。

在本发明一实施例中，所述若干个第二电极可分为N个以视点数K为周期的区域（N=0，1，2，3…….n，n为正整数），每个周期中包含K根条状电极，通过添加偏压或不加偏压，相邻的K-1所述条状电极对应区域不透光，为遮光区，其宽度为W_b；第K个所述条状电极对应区域透光，为透光区，其宽度为W_w；所述周期宽度为W_s；其中，

Figure 2013103668320100002DEST_PATH_IMAGE001

其中，u为人两眼之间的间距，取值为65毫米；W_p为显示屏相邻子像素点距；k为视点数，其值k≥2的整数。

在本发明一实施例中，所述控制模块控制所述第一电极接低电位，第NK+1~(N+1)K-1条状电极接高电位，第NK条状电极接低电位，且与所述第一电极的电位相等；所述可控光栅对应区域分别形成所述遮光区与透光区，从而使得所述可控光栅形成以视点数为K的狭缝光栅。

在本发明一实施例中，所述控制模块控制所述第一电极接低电位，所述第二电极均接低电位，且与所述第一电极的电位相等；所述可控光栅对应区域形成所述透光区，从而使得所述可控光栅为全透光的光栅。

在本发明一实施例中，所述显示屏是CRT、LCD、LED、ELD、OLED、FED或PDP；当所述显示屏为LCD时，所述第一偏振片光与LCD显示屏出射偏振光片偏振方向相同，所述第二偏振光片与LCD显示屏出射偏振光片方向垂直；

在本发明一实施例中，所述显示屏为LCD，所述可控光栅不含第一偏振光片，所述第二偏振光片与LCD显示屏出射偏振光片方向垂直。

本发明的显著优点在于可通过控制可控光栅的遮光区与透光区的分布，实现2D模式及不同视点数3D模式的切换，具有驱动简单，结构简单，工艺实现方法简单等优点。

附图说明

图1是本发明提供的一种视点数可控的立体显示装置整体结构示意图；

图2是本发明提供的立体显示装置的两视点状态示意图；

图3是本发明提供的立体实现装置在不同工作模式的示意图；

图4是本发明提供的一种双层条状电极的液晶盒可控光栅示意图；

图5是本发明提供的一种双层条状电极的液晶盒可控光栅说明图；

图6是本发明提供的一种视点数可控的立体显示装置工作原理图；

图7是本发明提供的一种单层条状电极的液晶盒可控光栅侧视图；

图8是本发明提供的另一种双层条状电极的液晶盒可控光栅结构图；

图9是本发明提供的另一种单层条状电极的液晶盒可控光栅结构图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下将通过具体实施例和相关附图，对本发明作进一步详细说明。在图中，为了清楚，放大了层和区域的厚度，但作为示意图不应该被认为严格反映了几何尺寸的比例关系。在此，参考图是本发明的理想化实施例示意图，本发明所示的实施例不应该被认为仅限于图中所示的区域的特定形状，而是包括所得到的形状，比如制造引起的偏差。在本实施例中均以矩形或椭圆表示，图中的表示是示意性的，但这不应该被认为限制本发明的范围。本实施例中视点数的数值有一定范围，在实际生产中可以根据实际需要修改视点数上限值，实施例中视点数的数值只是示意值，但这不应该被认为限制本发明的范围。

本发明提供一种视点数可控的立体显示装置，其特征在于，包括:

一显示屏，用于显示2D或3D模式的图像或视频信号；

一可控光栅，设置于所述显示屏前方。所述可控光栅可通过添加偏压或不添加偏压分别设定光栅为透光区或不透光区；其中，

一控制模块，用于获取显示屏2D模式、3D模式或2D/3D共融模式下图像的视点数情况，并控制所述可控光栅的遮光区与透光区的分配，从而使显示屏处于不同工作模式状态；所述的工作模式状态：

第三工作模式状态，所述控制模块控制所述可控光栅的遮光区和透光区分布，可分为左右双屏或多屏，各屏之间可独立实现2D模式和不同视点数的图像或视频信号的3D模式，从而实现2D与3D共融显示；

如图1所示，在本发明提供第一实施例中提供一种视点数可控的立体显示装置，其特征在于，包括:

一显示屏11，用于显示2D或3D模式的图像或视频信号；

一可控光栅12，设置于所述显示屏前方。所述可控光栅可通过添加偏压或不添加偏压可分别设定光栅为透光区或不透光区；其中，

一控制模块13，用于获取显示屏2D模式、3D模式或2D/3D共融模式下图像的视点数情况，并控制所述可控光栅的遮光区与透光区的分配，从而使显示屏处于不同工作模式状态；所述的工作模式状态：

如下对本发明提供的第一实施例一种视点数可控的立体显示装置的原理作初步说明。

如图1为一种视点数可控的立体显示装置在五视点下其整体结构示意图，图中用黑条代表遮光区，白条代表透光区，其一周期内黑条与白条宽度为4:1，实现视点数为5的立体显示。控制模块13根据显示屏11输入信号的变化，控制可控光栅12，可以实现2D工作模式及不同视点数的3D工作模式。如图2可控光栅12受控工作于2视点的3D模式。

如图3a-3d是本发明提供的立体实现装置在不同工作模式的示意图。图3a中可控光栅12处于全透光状态，本装置工作于2D模式。其中，虚线代表透光。图3b中可控光栅12一周期内遮光区与透光区的比例为1:1，本装置处于视点数为2的3D模式。图3c图中可控光栅12一周期内遮光区与透光区的比例为2:1，本装置处于视点数为3的3D模式。图3d图中可控光栅12一周期内遮光区与透光区的比例为3:1，本装置处于视点数为4的3D模式。图3e中可控光栅12分为左区和右区，左区一周期内遮光区与透光区的比例为1:1，处于视点数为2的3D模式，右区一周期内遮光区与透光区的比例为3:1，处于视点数为4的3D模式。

如下对本发明提供的第一实施例一种视点数可控的立体显示装置的结构作进一步说明；

如图4所示，所述可控光栅12为TN液晶盒，沿着光路传播方向，包括:第一偏振光片121、第一透明基板122、第一电极123、第一取向层124、液晶层125、第二取向层126、第二电极127、第二透明基板128以及第二偏振光片129；其中，

所述第一取向层124与所述第二取向层126取向方向相垂直；

所述第一偏振光片121与所述第二偏振光片129偏振方向相垂直；

所述第一电极123为面电极；

所述第二电极127为条状电极，该条状电极可以是单层平行排布，也可以是双层或多层相错平行排布；本实施例优选双层相错平行排布的条状电极127；

所述第一电极123、第二电极127与所述控制模块相连，通过控制模块13控制所述第二电极127上所施加的电位等于施加在所述第一电极123上的电位，从而使得液晶层中的液晶分子不发生偏转；或通过控制模块13控制所述的部分第二电极127与所述第一电极123存在电位差，其它部分第二电极127所施加的电位等于施加在所述第一电极123的电位，从而使得有电位差区域中的液晶层中的液晶分子沿长轴方向发生偏转，没有电位差区域的液晶层中的液晶分子不发生偏转；其中，在不发生液晶分子偏转区域，从所述第一偏振光片入射的光经过液晶层旋光90°，可以从第二偏振光片出射；发生液晶分子偏转区域，其液晶层失去旋光性，从第一偏振光片入射的光不能从第二偏振光片出射；

如图5所示，一种视点数可控的立体显示装置工作于四视点的3D模式；所述若干个第二电极127可分为N个以视点数4为周期的区域（N=0，1，2，3…….n，n为正整数），每个周期中包含4根条状电极，通过添加偏压或不加偏压，相邻的3所述条状电极51~53对应区域不透光，为遮光区，其宽度为W_b；第4根条状电极54对应区域透光，为透光区，其宽度为W_w；所述周期宽度为W_s；其中，

；

；

； u为人两眼之间的间距，取值为65毫米；W_p为显示屏相邻子像素点距；k为视点数，其值k≥2的整数；

如图5所示，所述控制模块13控制所述第一电极123接V_com，第NK+1~(N+1)K-1条状电极51~53接V_off，第NK条状电极54接V_on，其中，V_on=V_com；所述可控光栅12对应区域分别形成所述遮光区与透光区，从而使得所述可控光栅12形成以视点数为K的狭缝光栅；

如图6a所示，所述控制模块控制13所述第一电极接123V_com，所述第二电极127均接V_on，其中，V_on=V_com；可控光栅12对应区域形成所述透光区，从而使得所述可控光栅12为全透光的光栅；

所述显示屏可以是CRT、LCD、LED、ELD、OLED、FED、PDP；在本实施例中，优选LCD显示屏，所述第一偏振片光121与LCD显示屏出射偏振光片偏振方向相同，所述第二偏振光片129与LCD显示屏出射偏振光片方向垂直；

如下对本发明提供的第一实施例一种视点数可控的立体显示装置的原理作进一步说明；

可控光栅12是利用液晶盒的旋光性以及偏振片对光的筛选，通过控制条状电极127的电位与第一电极123电位，来控制遮光区与透光区，并控制二者的比例关系，形成狭缝光栅。

如图6a-6e为本实施例的一种视点数可控的立体显示装置在对其若干条状电极127、面电极123间加不同偏压形成不同模式的狭缝光栅。如图6a-6e所示，当面电极123电位为V_com，条状电极127电位为V_off时，液晶盒不具有旋光性，光线被第二偏振光片129阻挡，表现为遮光区

如图6a所示，当条状电极123全部接V_on电位，液晶盒旋光90°，由第一偏振光片121入射而入的光可以透过第二偏振光片129，整个可控光栅表现为全透光，一种视点数可控的立体显示装置工作于2D模式；如图6b所示，当若干条状电极123周期性相错接V_on及V_off电位，可控光栅相错表现为透光与遮光，一种视点数可控的立体显示装置工作于2视点的3D模式下；同理如图6c、图6d一种视点数可控的立体显示装置工作于3视点的3D模式及4视点的3D模式下；如图6e为一种视点数可控的立体显示装置分为左右屏，左屏实现2D显示，右屏实现视点数为2的立体显示；

综上，通过合理地控制条状电极123的电位，就可以实现2D模式及任何视点数的3D立体显示。而如图1所示，可控光栅12受控制模块13控制，即条状电极123的电位控制是控制模块13控制的，通过相应的硬件与软件，就可以实现一种视点数可控的立体显示装置。

本发明提供第二实施例中提供一种视点数可控的立体显示装置，其特征在于，包括:

一显示屏11，用于显示2D或3D模式的图像或视频信号；

第三工作模式状态，所述控制模块控制所述可控光栅的遮光区和透光区分布，可分为左右双屏或多屏，各屏之间可独立实现2D模式、和不同视点数的图像或视频信号的3D模式，从而实现2D与3D共融显示；

本发明第二实施例的工作原理与第一实施例大体相似，这里不再累赘其相同部分，简要说明其与第一实施例不同之处。

一种视点数可控的立体显示装置，其所述条状电极123可以是单层平行排布，也可以是双层或多层相错平行排布；本实施例优选单层相错平行排布的条状电极123，如图7所示，；在观看区观看，相邻单层条状电极123其间隔恰好遮挡显示屏子像素间的黑矩阵宽度；另外，所述显示屏11为LCD，所述可控光栅12不含第一偏振光片，所述第二偏振光片121与LCD显示屏11出射偏振光片方向垂直；

本发明提供的一种视点数可控的立体显示装置结构不局限于上述实施例，类似于图8、图9为图4、图7的变形依然在本发明的保护范围之内。

如图8、9，所述可控光栅12为液晶盒装置，沿着光路传播方向，包括:第一偏振光片121、第一透明基板122、若干条状电极123、第一取向层124、液晶层125、第二取向层126、透明电极面127、第二透明基板128以及第二偏振光片129；其它结构和原理与实施例一相似，这里不再叙述。

上列较佳实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种视点数可控的立体显示装置，其特征在于，包括:

一显示屏；

2.根据权利要求1所述的一种视点数可控的立体显示装置，其特征在于，所述可控光栅为TN液晶盒，沿着光路传播方向包括：第一偏振光片、第一透明基板、第一电极、第一取向层、液晶层、第二取向层、第二电极、第二透明基板以及第二偏振光片；其中，

所述第一取向层与所述第二取向层取向方向相垂直；

所述第一偏振光片与所述第二偏振光片偏振方向相垂直；

所述第一电极为面电极；

3.根据权利要求1或2所述的一种视点数可控的立体显示装置，其特征在于，所述若干个第二电极可分为N个以视点数K为周期的区域（N=0，1，2，3…….n，n为正整数），每个周期中包含K根条状电极，通过添加偏压或不加偏压，相邻的K-1所述条状电极对应区域不透光，为遮光区，其宽度为W_b；第K个所述条状电极对应区域透光，为透光区，其宽度为W_w；所述周期宽度为W_s；其中，

Figure 2013103668320100001DEST_PATH_IMAGE002

Figure 2013103668320100001DEST_PATH_IMAGE004

Figure 2013103668320100001DEST_PATH_IMAGE006

4.根据权利要求3所述的一种视点数可控的立体显示装置，其特征在于，所述控制模块控制所述第一电极接低电位，第NK+1~(N+1)K-1条状电极接高电位，第NK条状电极接低电位，且与所述第一电极的电位相等；所述可控光栅对应区域分别形成所述遮光区与透光区，从而使得所述可控光栅形成以视点数为K的狭缝光栅。

5.根据权利要求3所述的一种视点数可控的立体显示装置，其特征在于，所述控制模块控制所述第一电极接低电位，所述第二电极均接低电位，且与所述第一电极的电位相等；所述可控光栅对应区域形成所述透光区，从而使得所述可控光栅为全透光的光栅。

6.根据权利要求1所述的一种视点数可控的立体显示装置，其特征在于：所述显示屏是CRT、LCD、LED、ELD、OLED、FED或PDP；当所述显示屏为LCD时，所述第一偏振片光与LCD显示屏出射偏振光片偏振方向相同，所述第二偏振光片与LCD显示屏出射偏振光片方向垂直。

7.根据权利要求6所述的一种视点数可控的立体显示装置，其特征在于，所述显示屏为LCD，所述可控光栅不含第一偏振光片，所述第二偏振光片与LCD显示屏出射偏振光片方向垂直。