CN104238126A - 一种裸眼立体显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种裸眼立体显示装置，涉及显示技术领域，解决了现有的显示装置为了满足远距离观看，显示装置厚重的问题。一种裸眼立体显示装置，包括：显示面板和位于所述显示面板出光侧的光栅，其中，显示面板包括多个第一显示单元和多个第二显示单元，且所述第一显示单元显示左眼图像，所述第二显示单元显示右眼图像；光栅包括透光区和遮光区；所述显示装置在对应光栅透光区的位置处包括对光具有汇聚作用的透镜。

Description

一种裸眼立体显示装置

技术领域

本发明涉及显示技术领域，尤其涉及一种裸眼立体显示装置。

背景技术

近年来，立体显示即3D(three)dimensional)三维)显示，已经成为显示领域的一大趋势。与普通二维显示相比，立体技术可以使画面变得立体逼真，图像不再局限于屏幕平面，仿佛能够走出屏幕外面，让观众有身临其境的感觉。尽管立体显示技术分类繁多，其最基本的原理是相似的，都是利用人的左右眼分别接收不同图像，由于左右眼存在位置差异，左眼和右眼会看到不同的二维图像，然后大脑经过对不同二维图像的信息进行叠加重生，构成一个具有前—后、上—下、左—右、远—近等立体方向效果的影像。

如今主流的立体显示技术是通过特制的眼镜实现，这使得其应用范围以及使用舒适度大打折扣。为解决上述问题，裸眼立体显示逐渐成熟。现有的裸眼立体显示装置如图1所示，一般包括：显示面板100、光栅200以及位于显示面板100和光栅200之间的间隔玻璃300，光栅200设置在间隔玻璃300的出光侧。其中，显示面板100包括多个第一显示单元101和多个第二显示单元102，且第一显示单元101显示左眼图像和第二显示单元102显示右眼图像；光栅200包括遮光区和透光区，因此，光栅具有分像作用，可使人的左眼只看到左眼图像，右眼只看到右眼图像，从而产生立体感觉。

具体的，如图1所示，一般人的两只眼睛间隔e约为65mm，人眼到光栅的视距为H，光栅到显示单元的距离为f，相邻的两个显示单元的间距为p。参照图1，△ABC和△AED相似，则p:e＝f:H。又由于显示面板形成后，相邻的两个显示单元的间距p为定值，且人的两只眼睛间隔e为定值，则光栅到显示单元的距离f和人眼到光栅的视距H成正比，即光栅到显示单元的距离f越大，人眼到光栅的视距H就越大。对于电视、广告屏等大型显示设备，为了在较远的距离获得3D显示效果，在显示面板100和光栅200之间设置间隔玻璃300，以增大人眼到光栅的视距H，间隔玻璃300的厚度一般等于显示面板出光侧玻璃基板厚度的7)8倍。因此，这类产品比较厚重，不利于运输和安装。但如果减小光栅到显示单元的距离，虽然降低了显示装置的厚度，但人眼到光栅的视距也相应减小，不利于在较远的距离获得3D显示效果。

发明内容

本发明的实施例提供一种裸眼立体显示装置，所述裸眼立体显示装置在降低光栅到显示单元的距离的同时，可保证在较远的距离获得3D显示效果。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

本发明实施例提供了一种裸眼立体显示装置，包括：显示面板和位于所述显示面板出光侧的光栅，其中，显示面板包括多个第一显示单元和多个第二显示单元，且所述第一显示单元显示左眼图像，所述第二显示单元显示右眼图像；光栅包括透光区和遮光区；所述显示装置在对应光栅透光区的位置处包括对光具有汇聚作用的透镜。

本发明实施例提供的一种裸眼立体显示装置，包括显示面板、光栅以及位于光栅的对应透光区的位置处的对光具有汇聚作用的透镜，相对于不加透镜，第一显示单元和第二显示单元的光通过所述透镜折射后，在更远位置处左眼接收左眼图像，右眼接收右眼图像，则显示装置可以实现在显示面板更加轻薄的情况下，通过对光具有汇聚作用的透镜以在较远距离处观看3D图像。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有的裸眼立体显示装置示意图；

图2为本发明实施例提供的一种裸眼立体显示装置示意图；

图3为本发明实施例提供的另一种裸眼立体显示装置示意图；

图4为本发明实施例提供的两种裸眼立体显示装置的对比示意图；

图5为本发明实施例提供的裸眼立体显示装置的光路分析示意图；

图6为本发明实施例提供的一种光栅示意图。

附图标记：

100-显示面板；101-第一显示单元；102-第二显示单元；200-光栅；300-间隔基板；400-透镜。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供了一种裸眼立体显示装置，如图2所示，包括：显示面板100和位于显示面板100出光侧的光栅200，其中，显示面板100包括多个第一显示单元101和多个第二显示单元102，且第一显示单元101显示左眼图像，第二显示单元102显示右眼图像；光栅200包括透光区a和遮光区b；显示装置在对应光栅200透光区a的位置处包括对光具有汇聚作用的透镜400，第一显示单元101和第二显示单元102的光经透镜400发生偏转后，左眼接收左眼图像，右眼接收右眼图像。显示装置在对应光栅透光区的位置处包括对光具有发散作用的透镜，可以是在对应光栅每个透光区的位置处分别包括一个对光具有具有发散作用的透镜，还可以是透镜对应多个透光区，在透光区光经透镜发生偏转后，左眼接收左眼图像，右眼接收右眼图像。其中，图2所示的显示装置还包括间隔玻璃300，光栅200设置在间隔玻璃300的出光侧。

具体的，如图2所示，显示装置的第一显示单元101发出的光为L1，第二显示单元102发出的光为R1。在显示装置不加透镜的情况下，第一显示单元101发出的光L1和第二显示单元102发出的光R1如虚线所示，在距离光栅200为D的位置处，L1′和R1′的间距等于人两只眼睛的间隔距离，即左眼接收左眼图像右眼接收右眼图像。第一显示单元101发出的光L1和第二显示单元102发出的光R1经透镜400发生偏折后的光如实线所示，经透镜400发生偏折后距离光栅200为S+D的位置处，L1和R1的间距等于人两只眼睛的间隔距离，即左眼接收左眼图像右眼接收右眼图像。即通过添加对光具有汇聚作用的透镜3D图像的观看位置距离光栅位置更远。

由于光栅到显示单元的距离f和人眼到光栅的视距H成正比，光栅到显示单元的距离越大，人眼到光栅的视距就越大，则显示装置可以在减小光栅和到显示单元的距离的同时，通过在光栅透光区设置对光具有汇聚作用的透镜，就可以在原来视距的位置处上看到3D图像。如图4所示，图4(a)中，光栅到显示单元的距离为f1，人眼到光栅的视距为H1，第一显示单元101显示的左眼图像和第二显示单元102显示的右眼图像在H1的位置处分别被左眼和右眼接收。图4(b)中，光栅到显示单元的距离为f2，且f1＞f2，人眼到光栅的视距为H2，第一显示单元101显示的左眼图像和第二显示单元102显示的右眼图像在H2的位置处分别被左眼和右眼接收。由于图4(b)中的显示装置还包括对光具有汇聚作用的透镜400，第一显示单元101显示的左眼图像和第二显示单元102显示的右眼图像经透镜400发生偏转后，在H2的位置处分别被左眼和右眼接收，且可以实现H1+f1＝H2+f2。即显示装置更加轻薄的情况下，还可以在较远距离处观看3D图像。

需要说明的是，对光具有汇聚作用的透镜即光穿过所述透镜后汇聚。其可以是如图2所示，还可以是如图3所示。当然还可以是凸透镜等，本发明实施例仅以图2、图3所示的为例进行详细说明。另外，如图2、图3所示，显示面板100包括多个第一显示单元101和多个第二显示单元102，在显示面板100的横向和纵向上(图1仅以横向为例)，第一显示单元101和第二显示单元102还可以是交替排列。

本发明实施例提供的一种裸眼立体显示装置，包括显示面板、光栅以及位于光栅的对应各透光区的位置处的各对光具有汇聚作用的透镜，相对于不加透镜，第一显示单元和第二显示单元的光通过所述透镜折射后，在更远位置处左眼接收左眼图像，右眼接收右眼图像，则显示装置可以实现在显示面板更加轻薄的情况下，通过对光具有汇聚作用的透镜以在较远距离处观看3D图像。

优选的，显示装置在对应光栅各透光区出光侧的位置处分别包括一个对光具有汇聚作用的透镜。当然，还可以是相邻的两个透光区对应一个透镜，但透镜在对应两个透光区的位置处的曲率应该一致，以保证各透光区的光偏转相同，本发明实施例以一个透光区对应一个透镜为例进行详细说明。

优选的，如图6所示，对光具有汇聚作用的透镜400位于光栅200的出光侧。当然，对光具有汇聚作用的透镜还可以是位于光栅和显示面板之间，且当透镜位于光栅和显示面板之间时，还可以在光栅和显示面板之间填充透明胶，以有利于固定透镜和光栅。本发明实施例及附图以对光具有汇聚作用的透镜位于光栅的出光侧为例进行详细说明。

可选的，对光具有汇聚作用的透镜为三角棱镜如图3所示，或平凸透镜如图2所示。进一步的，如图2、图3所示，对光具有汇聚作用的透镜400的入光侧为平面，出光侧为凸面。其中，图2所示平凸透镜的凸面为凸出的球面，图3所示的三角形棱镜的凸面为向外的折面。

可选的，如图5所示，平凸透镜(即透镜400)的光轴经过透光区的中心点，以透光区的中心点为坐标原点(0,0)，x轴与光栅平行，y轴与光栅垂直，对光具有汇聚作用的透镜的凸面的任一点(x,y)满足以下条件：

n sina＝sin(a+b)；

$\tan (a+b+c)=\frac{D+S-y}{w-x};$

$\tan (a+c)=\frac{D-y}{w-x};$

其中，x为凸面的任一点对应的x轴值，y为凸面的任一点对应的y轴值，n为透镜的折射率，a为入射角，b为折射角与入射角之差，c为法线在折射光线的相对侧与x轴的夹角，w为左右眼位于平凸透镜的光轴线一侧时左右眼距离所述平凸透镜的光轴线的最大距离，S+D为设计位置距离光栅的距离，D为第一位置距离光栅的距离，其中，第一位置为显示面板不加透镜的设计位置。设计位置为获取3D图像的最佳位置。且本发明实施例中获取3D图像均以在最佳位置为例。

且当透镜满足以上条件，如图2所示，显示装置的第一显示单元101发出的光为L1，第二显示单元102发出的光为R1。在显示装置不加透镜的情况下，第一显示单元101发出的光L1和第二显示单元102发出的光R1在距离光栅为D的位置处分别为L1′和R1′，其中，L1′和R1′的距离为人的两只眼睛的间隔e(约为65mm)，使得左眼接收左眼图像，右眼接收右眼图像。而第一显示单元101发出的光L1和第二显示单元102发出的光R1经透镜400发生偏折后为实线所示，如图2所示，经透镜400发生偏折后距离光栅S+D的位置处，分别为L1和R1，其中，L1和R1的距离为人的两只眼睛的间隔e(约为65mm)，使得左眼接收左眼图像，右眼接收右眼图像。即在保证显示面板更加轻薄的情况下，在远距离处观看3D图像。

需要说明的是，本发明实施例及附图以一个透镜为例，光栅各透光区的透镜均可以参照上述透镜的设计原理。

可选的，如图2、图3所示，显示装置还包括位于光栅200和显示面板100之间的透明的间隔基板300。且当显示装置还包括位于光栅和显示面板之间的透明的间隔基板，则可以通过降低间隔玻璃的厚度，使得显示装置更加轻薄，且同时还可以通过透明间隔玻璃提高显示装置的抗压等机械性能。

优选的，如图6所示，对光具有汇聚作用的透镜400宽度等于各透光区的宽度。本发明实施例具体以附图所示的为例。

优选的，如图6所示，光栅与对光具有汇聚作用的透镜为一体结构。所述一体结构即光栅和对光具有汇聚作用的透镜为一个整体结构。其可以是在形成光栅的制作过程中，形成对光具有汇聚作用的透镜。还可以是形成光栅之后，在光栅上形成对光具有汇聚作用的透镜。

优选的，通过一次构图工艺形成包括对光具有汇聚作用的透镜的光栅。

例如，形成光栅之后，在光栅表面涂布透明光刻胶，通过一次曝光、显影和刻蚀，将透镜光刻胶刻蚀为对光具有汇聚作用的透镜的表面形貌。

还可以通过光刻的工艺形成光栅以及对光具有汇聚作用的透镜。

具体的，通过光刻的工艺形成光栅以及对光具有汇聚作用的透镜，可以是在玻璃基板上形成光刻胶，通过一次曝光、显影形成光刻胶保留区域和光刻胶去除区域，对光刻胶保留区域进行等离子的干法刻蚀，在玻璃基板表面形成凸出的球形透镜或三角棱镜，再在原来光刻胶去除区域贴附黑色麦拉片，使其不透光，以形成具有汇聚作用透镜的光栅。

这样形成的对光具有汇聚作用的透镜和光栅为一体结构，且光栅和对光具有汇聚作用的透镜是由同一材料同时形成，相对于不同材料形成的透镜和光栅，其稳定性好，光栅和透镜不易脱离。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (11)

1.一种裸眼立体显示装置，包括：显示面板和位于所述显示面板出光侧的光栅，其中，显示面板包括多个第一显示单元和多个第二显示单元，且所述第一显示单元显示左眼图像，所述第二显示单元显示右眼图像；光栅包括透光区和遮光区；其特征在于，所述显示装置在对应光栅透光区的位置处包括对光具有汇聚作用的透镜。

2.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述对光具有汇聚作用的透镜为三角棱镜或平凸透镜。

3.根据权利要求2所述的显示装置，其特征在于，所述三角棱镜或平凸透镜的入光侧为平面，出光侧为凸面。

4.根据权利要求3所述的显示装置，其特征在于，所述平凸透镜的光轴线经过所述透光区的中心点，以所述透光区的中心点为坐标原点(0,0)，x轴与光栅平行，y轴与光栅垂直，所述平凸透镜的凸面上任一点(x,y)满足以下条件：

nsina＝sin(a+b)；

$\tan (a+b+c)=\frac{D+S-y}{w-x};$

$\tan (a+c)=\frac{D-y}{w-x};$

其中，x为凸面的任一点对应的x轴值，y为凸面的任一点对应的y轴值，n为透镜的折射率，a为入射角，b为折射角与入射角之差，c为法线在折射光线的相对侧与x轴的夹角，w为左右眼位于平凸透镜的光轴线一侧时左右眼距离所述平凸透镜的光轴线的最大距离，S+D为设计位置距离光栅的距离，D为第一位置距离光栅的距离，其中，第一位置为显示面板不加透镜的设计位置。

5.根据权利要求1-4任一项所述的显示装置，其特征在于，所述显示装置在对应光栅各透光区的位置处分别包括一个对光具有汇聚作用的透镜。

6.根据权利要求1-4任一项所述的显示装置，其特征在于，所述对光具有汇聚作用的透镜位于所述光栅的出光侧。

7.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述对光具有汇聚作用的透镜的宽度等于各透光区的宽度。

8.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述显示装置还包括位于所述光栅和所述显示面板之间的透明的间隔基板。

9.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述光栅与所述对光具有汇聚作用的透镜为一体结构。

10.根据权利要求9所述的显示装置，其特征在于，通过一次构图工艺形成包括所述对光具有汇聚作用的透镜的光栅。

11.根据权利要求10所述的显示装置，其特征在于，所述光栅和所述对光具有汇聚作用的透镜为相同材料。