CN105487309A - 可切换的裸眼3d显示装置 - Google Patents

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Abstract

可切换的裸眼3D显示装置，属于光学领域，本发明为解决采用倾斜直线条纹方式狭缝光栅观看3D图像，出现晕眼等不良现象的问题。本发明方案：互相平行的上基板玻璃和下基板玻璃之间填充液晶，两块基板上下位置的器件偏光片和显示屏偏光片的偏振方向垂直；在下基板玻璃的上表面设置下基板电极，下基板电极为整块ITO电极；在上基板玻璃的下表面设置上基板电极，上基板电极包括构成狭缝光栅透光缝隙部分的填充电极和构成狭缝光栅阻光部分的驱动电极，填充电极为台阶布局的倾斜条纹样式，上基板电极和下基板电极不通电时，为2D显示状态；上基板电极中的所有驱动电极串联后接交流电源的一端，下基板电极接交流电源的另一端，为3D显示状态。

Description

可切换的裸眼3D显示装置
技术领域
本发明属于光学领域。
背景技术
裸眼3D是指不需要佩戴特殊眼镜等任何辅助设备即可欣赏“呼之欲出”的逼真画面，使人有如“身临奇境”。
近年来，3D内容的数量发展迅猛，但今主流的3D立体显示技术，仍然不能使我们摆脱特制眼镜的束缚，这使得其应用范围以及使用舒适度都打了折扣。
目前主流的裸眼3D技术手段有：狭缝式液晶光栅、柱状棱镜。1、狭缝式液晶光栅。这种技术原理是在屏幕前加了一个狭缝式光栅之后，应该由左眼看到的图像显示在液晶屏上时，不透明的条纹会遮挡右眼；同理，应该由右眼看到的图像显示在液晶屏上时，不透明的条纹会遮挡左眼，通过将左眼和右眼的可视画面分开，使观者看到3D影像。2、柱状棱镜这种技术原理是通过透镜的折射原理，将左右眼对应的像素点分别投射在左右眼中，实现图像分离。对比狭缝光栅技术最大的优点是透镜不会遮挡光线，所以亮度有了很大改善。但由于狭缝光栅技术为小孔成像原理，光线不发生折射，因此成像质量要比柱状棱镜技术好，一般显示屏是由红绿蓝三基色周期排列所组成，单一的红色、绿色、蓝色称为子像素，三者合一称之为像素，子像素大小一般为矩形，矩形的长边是短边的3倍，一般显示器及电视机中，子像素的长边是垂直于显示屏的长边的，称之为横屏，如图1所示，对于中大尺寸(20寸及以上)的裸眼3D技术，一般光栅采用倾斜排列，目的是1、减少摩尔纹干涉，2、增大3D视角，3、增加3D图像清晰度。该种技术在3D状态下分辨率均会损失，因此必须具备2D/3D切换功能才能够批量应用该技术，且具备切换功能的器件属于TN或STN工艺范畴，比较容易实现大尺寸。
一般狭缝光栅是采用倾斜直线条纹方式，如图2所示，图中为某一角度下，右眼看到大写字母子像素，左眼看到小写字母子像素，由于左右眼图像混合在一起，所以造成3D图像串扰增加，导致晕眼等不良发生。
发明内容
本发明目的是为了解决采用倾斜直线条纹方式狭缝光栅观看3D图像，会造成3D图像串扰增加，出现晕眼等不良现象，影响观看舒适度的问题，提供了一种可切换的裸眼3D显示装置。
本发明所述可切换的裸眼3D显示装置，包括器件偏光片、上基板玻璃、液晶、下基板玻璃和显示屏偏光片；互相平行的上基板玻璃和下基板玻璃之间填充液晶，上基板玻璃的上表面贴有器件偏光片，下基板玻璃的下表面设置显示屏偏光片，器件偏光片和显示屏偏光片的偏振方向垂直；
在下基板玻璃的上表面设置下基板电极，下基板电极为整块ITO电极；在上基板玻璃的下表面设置上基板电极，上基板电极上刻蚀的ITO电极图案为周期性狭缝光栅图案，狭缝光栅的光栅周期k＝n，n为视点；
上基板电极包括构成狭缝光栅透光缝隙部分的填充电极和构成狭缝光栅阻光部分的驱动电极，填充电极为台阶布局的倾斜条纹样式，该倾斜条纹上的每个台阶对称覆盖相邻两个子像素的一部分；每个台阶宽度a＝L/n，台阶高度b＝3a，其中L为狭缝光栅的光栅节距，光栅节距L按公式获取，式中，P为显示屏子像素的大小，65为人眼睛的平均宽度；P和65的单位均为mm；
上基板电极和下基板电极不通电时，液晶全部处于无电场环境，为螺旋排列方向，下方入射的光束全部通过，为2D显示状态；
上基板电极中的所有驱动电极串联后接交流电源的一端，下基板电极接交流电源的另一端，驱动电极对应部分的液晶处于电场环境，这部分的液晶排列方向由螺旋改变为竖直方向，光束被阻挡；填充电极对应部分的液晶保持螺旋排列方向，光束通过，为3D显示状态。
本发明的优点：本发明将液晶屏上基板玻璃上的透明电极(ITO)加工为台阶布局，既可以实现2D/3D切换的技术要求，又可以提升3D图像质量，解决了狭缝技术裸眼3D显示屏观看舒适度的问题。
附图说明
图1是显示屏像素排列示意图，共i列j行，一个像素包括三个子像素RGB；
图2是采用倾斜式狭缝光栅的显示效果示意图；
图3是本发明所述可切换的裸眼3D显示装置的结构示意图；
图4是本发明显示装置中狭缝光栅的结构示意图；
图5是采用狭缝光栅成像示意图；
图6是采用本发明显示装置的右眼观察的第1张图信息；
图7是采用本发明显示装置的左眼观察的第2张图信息。
具体实施方式
具体实施方式一：下面结合图3至图7说明本实施方式，本实施方式所述可切换的裸眼3D显示装置，包括器件偏光片101、上基板玻璃102、液晶104、下基板玻璃106和显示屏偏光片107；互相平行的上基板玻璃102和下基板玻璃106之间填充液晶104，上基板玻璃102的上表面贴有器件偏光片101，下基板玻璃106的下表面设置显示屏偏光片107，器件偏光片101和显示屏偏光片107的偏振方向垂直；
在下基板玻璃106的上表面设置下基板电极105，下基板电极105为整块ITO电极；在上基板玻璃102的下表面设置上基板电极103，上基板电极103上刻蚀的ITO电极图案为周期性狭缝光栅图案，狭缝光栅的光栅周期k＝n，n为视点；
上基板电极103包括构成狭缝光栅透光缝隙部分的填充电极103a和构成狭缝光栅阻光部分的驱动电极103b，填充电极103a为台阶布局的倾斜条纹样式，该倾斜条纹上的每个台阶对称覆盖相邻两个子像素的一部分；每个台阶宽度a＝L/n，台阶高度b＝3a，其中L为狭缝光栅的光栅节距，光栅节距L按公式获取，式中，P为显示屏子像素的大小，65为人眼睛的平均宽度；P和65的单位均为mm；
上基板电极103和下基板电极105不通电时，液晶104全部处于无电场环境，为螺旋排列方向，下方入射的光束全部通过，为2D显示状态；
上基板电极103中的所有驱动电极103b串联后接交流电源的一端，下基板电极105接交流电源的另一端，驱动电极103b对应部分的液晶104处于电场环境，这部分的液晶104排列方向由螺旋改变为竖直方向，光束被阻挡；填充电极103a对应部分的液晶104保持螺旋排列方向，光束通过，为3D显示状态。
显示屏子像素P的高度为宽度的3倍。
所述光栅呈周期性循环排列，排列的周期k由裸眼3D光学设计时所覆盖的子像素个数n决定，称之为n视点，台阶形状由新采用的子像素的排列决定。由于狭缝光栅与显示屏具有一定的间隙，而人眼水平方向也存在间距，因此在距离屏幕合适观看距离D上，如图5所示，左右眼通过狭缝的开口，将分别看到对应的图像，如图6、图7所示。
将驱动电极103b与填充电极103a采用蚀刻工艺将其分割，一般蚀刻宽度仅有几微米，将所有的驱动电极串联在一起，并连接于驱动电路(相当于交流电源)的一端，将下基板电极105连接于驱动电路(相当于交流电源)另一端，上基板填充电极103a保留下来的原因在于可以弥补ITO电极层高度差，使得光学特性优良。
交流电源的两端分别接上基板电极103中串联后的所有驱动电极103b和下基板电极105，使二者之间产生交变电场，则驱动电极103b与下基板电极105对应的电场环境下的液晶排列方向发生改变，由螺旋改变为竖直；下方入射的光线经过显示屏偏光片106后，经过驱动电极105对应电场位置的液晶时，光束通过，偏振方向不改变，该光束与器件偏光片101的偏振方向垂直，无法通过，因此，这部分光束无法从显示屏射出，相当于被挡住，而与填充电极103a对应部分的光束从无电场的区域穿过，这部分光束的偏振方向被螺旋结构的液晶104旋转90度，则与器件偏振片101的偏振方向平行，光束通过，因此，此时的上基板电极103相当于狭缝光栅，让一部分光线通过，另一部分光线不通过，此时观看的效果如图6和图7所示，图6是右眼观察的第1张图，图7是左眼观察的第2张图，左右交错来达到3D显示的效果。
具体实施方式二：本实施方式对实施方式一作进一步说明，所述交流电源提供对称方波交流电压。比如提供±5V的对称方波。
具体实施方式三：给出一个具体实施例。显示屏为21.5寸，分辨率为1920(RGB)*1080，子像素P大小为0.08275mm，观看距离D为650mm，狭缝光栅覆盖8个子像素，即视点数n＝8，狭缝光栅倾斜角度为1/3，即单位线段水平方向投影长度比垂直方向投影长度，狭缝光栅节距为L＝0.661mm，台阶部分宽度a＝0.082mm，台阶部分长度0.246mm，给发明器件施加幅值为5V对称方波来形成电场，器件通电时3D效果非常清晰，器件不通电时显示屏呈现2D状态。

Claims (3)

1.可切换的裸眼3D显示装置，包括器件偏光片(101)、上基板玻璃(102)、液晶(104)、下基板玻璃(106)和显示屏偏光片(107)；互相平行的上基板玻璃(102)和下基板玻璃(106)之间填充液晶(104)，上基板玻璃(102)的上表面贴有器件偏光片(101)，下基板玻璃(106)的下表面设置显示屏偏光片(107)，器件偏光片(101)和显示屏偏光片(107)的偏振方向垂直；
其特征在于，在下基板玻璃(106)的上表面设置下基板电极(105)，下基板电极(105)为整块ITO电极；在上基板玻璃(102)的下表面设置上基板电极(103)，上基板电极(103)上刻蚀的ITO电极图案为周期性狭缝光栅图案，狭缝光栅的光栅周期k＝n，n为视点；
上基板电极(103)包括构成狭缝光栅透光缝隙部分的填充电极(103a)和构成狭缝光栅阻光部分的驱动电极(103b)，填充电极(103a)为台阶布局的倾斜条纹样式，该倾斜条纹上的每个台阶对称覆盖相邻两个子像素的一部分；每个台阶宽度a＝L/n，台阶高度b＝3a，其中L为狭缝光栅的光栅节距，光栅节距L按公式获取，式中，P为显示屏子像素的大小，65为人眼睛的平均宽度；P和65的单位均为mm；
上基板电极(103)和下基板电极(105)不通电时，液晶(104)全部处于无电场环境，为螺旋排列方向，下方入射的光束全部通过，为2D显示状态；
上基板电极(103)中的所有驱动电极(103b)串联后接交流电源的一端，下基板电极(105)接交流电源的另一端，驱动电极(103b)对应部分的液晶(104)处于电场环境，这部分的液晶(104)排列方向由螺旋改变为竖直方向，光束被阻挡；填充电极(103a)对应部分的液晶(104)保持螺旋排列方向，光束通过，为3D显示状态。
2.根据权利要求1所述可切换的裸眼3D显示装置，其特征在于，显示屏子像素P的高度为宽度的3倍。
3.根据权利要求1所述可切换的裸眼3D显示装置，其特征在于，所述交流电源提供对称方波交流电压。
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