一种新型无串扰和无分辨率损失的自由3D显示器

专利名称：一种新型无串扰和无分辨率损失的自由3D显示器

专利类型：发明专利

专利申请号：CN201710382971.0

专利申请（专利权）人：华侨大学
权利人地址：福建省泉州市丰泽区城东华侨大学

专利发明（设计）人：庄其仁,陈芳萍

专利摘要：本发明公开一种新型无串扰和无分辨率损失的自由3D显示器，背光源、光栅膜、聚光柱透镜光栅板、液晶列光开关板、准直柱透镜光栅板、液晶2D图像显示面板由内到外依次安装在框架内，液晶列光开关板具有开关单元，开关单元具有3个子开关单元，光栅膜的光栅单元、聚光柱透镜光栅板的光栅单元和子开关单元一一对应，每1个准直柱透镜光栅板的光栅单元对应3个聚光柱透镜光栅板的光栅单元，本发明具有如下优点：减少发散，避免了多个角度光线会同时进入视点区域形成严重串扰，通过控制电路控制子开关单元开关，在交汇区域看不到顺序颠倒的左右视差图像，不会引起不适和眩晕，同时降低显示器成本。

主权利要求：一种新型无串扰和无分辨率损失的自由3D显示器
技术领域
[0001] 本发明适用于立体显示技术领域，具体涉及一种新型无串扰和无分辨率损失的自由3D显示器。
背景技术
[0002] 裸眼3D显示技术使观看者摘去了3D眼镜，提高了观看舒适性。基于双目视差的光栅式自由3D显示器是一种重要的3D显示器，根据光栅材料的不同，可分为狭缝光栅和柱镜光栅裸眼3D显示2种，柱透镜光栅自由3D显示器具有亮度高，观看舒适度优于狭缝光栅显示器等优点。但柱透镜光栅在对合成图像进行分光时，某个视点除了接收到来自于对应视差图像子像素所发出的光线外，还会接收到来自于相邻视差图像子像素所发出的光线，这就产生了视点之间图像的串扰，而且由于图像像素被分为若干个视点的子像素，分辨率损失很大，影响了3D显示器的图像质量，降低了观看者观看舒适度，针对串扰问题，人们已提出了各种方法，如通过纠正合成图像子像素亮度值而使得相邻视点之间的图像串扰消除的方法，通过分析图像子像素位置和透镜阵列的关系来减少串扰，用偏振透镜阵列来消除串扰，上述方法都能在一定程度上改善视点之间图像的串扰问题，但还不能解决分辨率损失问题；定向背光裸眼3D解决方案可以保持液晶面板的原有分辨率不变，但该解决方案存在严重缺陷，以5视点方案为例，其一是背光源为发散角很大的均匀面光源，不同像素的多个角度光线会同时进入视点区域，形成严重串扰；其二是分时打开LCD光调制器，对于5视点方案其图像显示亮度将降低为原来的1/5；其三是相邻单元的像区的交汇区域左右视差图像顺序颠倒，观看时不但没有立体效果，还会引起严重不适和眩晕；其四是液晶图像显示面板74的图像刷新速度要提高5倍，这是普通LCD显示器难以实现的，或将大大提高显示器的制造成本。
发明内容
[0003] 有鉴于此，本发明的目的在于提供一种无串扰、亮度较高且成本较低的一种新型无串扰和无分辨率损失的自由3D显示器。
[0004] 为了达成上述目的，本发明的解决方案是：
[0005] 一种新型无串扰和无分辨率损失的自由3D显示器，具有框架、背光源、液晶列光开关板、准直柱透镜光栅板、液晶2D图像显示面板以及用于分时控制所述液晶列光开关板进行开关的控制电路，所述背光源、所述液晶列光开关板、所述准直柱透镜光栅板和所述液晶2D图像显示面板由内到外依次安装在所述框架内，所述背光源包括导光板和设置在导光板两侧的白光LED灯条，所述准直柱透镜光栅板的光栅面背向所述所述液晶列光开关板，其特征在于：还包括使所述背光源的出射光线偏折为所述导光板的正交方向上的准平行光的光栅膜以及用于汇聚所述准平行光的聚光柱透镜光栅板，所述聚光柱透镜光栅板设置在所述导光板和所述液晶列光开关板之间，所述聚光柱透镜光栅板的光栅面朝向所述导光板，所述光栅膜紧密贴设在所述导光板朝向所述液晶列光开关板的一侧上，所述光栅膜的光栅面朝向所述聚光柱透镜光栅板，所述液晶列光开关板的液晶面设置于所述聚光柱透镜光栅板的焦平面上；

[0006] 所述框架为带有黑色底板的框架，所述黑色底板表面为粗糙面；
[0007] 所述导光板为两面均为光滑面的平板；
[0008] 所述光栅膜、所述聚光柱透镜光栅板和所述准直柱透镜光栅板均具有沿竖直方向设置的光栅单元，所述液晶列光开关板具有沿竖直方向设置的开关单元，所述开关单元具有等宽的3个子开关单元,3个所述子开关单元水平并排设置；
[0009] 所述光栅膜的光栅单元、所述聚光柱透镜光栅板的光栅单元和所述子开关单元一一对应，每1个所述准直柱透镜光栅板的光栅单元对应3个所述聚光柱透镜光栅板的光栅单元。
[0010] 所述光栅膜为一面是光滑平面另一面是排列有若干三棱柱状的光栅单元结构的高透明聚合物薄膜，所述光滑平面紧密贴合于所述导光板上。
[0011] 所述聚光柱透镜光栅板的一面是光滑平面，另一面是排列有若干半圆柱状的光栅单元的光栅板面。
[0012] 所述准直柱透镜光栅板的一面是光滑平面，另一面是排列有若干半圆柱状的光栅单元的光栅板面。
[0013] 所述导光板、所述聚光柱透镜光栅板和所述准直柱透镜光栅板均为高透明亚克力板。
[0014] 采用上述结构后，本发明一种新型无串扰和无分辨率损失的自由3D显示器具有以下有益效果：
[0015] 一、背光源和液晶列光开关板之间设置有使背光源的出射光线偏折为导光板的正交方向上的准平行光的光栅膜，以及用于汇聚上述准平行光的聚光柱透镜光栅板，液晶列光开关板的液晶面放置于聚光柱透镜光栅板的焦平面上。这样，从光栅膜射出的准平行光经聚光柱透镜光栅板进一步会聚到液晶列光开关板上，大大加强了液晶列光开关板出射光的亮度，同时，液晶列光开关板的开关单元设置有3列子开关单元，设上述三列子开关单元的序号左到右分别为1、2和3，进行2D‑3D切换时，调节控制电路，使序号为1和2两的个子开关单元轮流打开、序号为3的子开关单元关闭，可保证显示3D图像时的亮度与显示2D图像时的亮度基本一致，此外，序号为1的子开关单元对应右视点的像区，序号为2的子开关单元对应左视点的像区，序号为3的子开关单元在显示3D图像时始终关闭，因此在右视点的像区和下一组开关单元所对应的左视点像区的交汇区域为序号为3的子开关单元形成的暗图像区，因此在此交汇区域看不到顺序颠倒的左右视差图像，只能看到左图像或右视图图像，不会引起不适和眩晕。
[0016] 二、本发明无串扰和无分辨率损失的自由3D显示器，采用框架为带有黑色底板的框架，不同于普通LCD背光源采用的白色底板，所述黑色底板表面为粗糙面而非光滑面，这样使本发明的背光源不会是均匀各向发光的光源；所述导光板为两面均为光滑平面的高透明亚克力板，不同于普通LCD背光源采用的带网点的导光板，这样使本发明的背光源的出射光线可以控制；背光源发出的光线经光栅膜后沿导光板的正交方向偏折，成为接近导光板正交方向的出射光线，使背光源光线集中而不再发散，避免了均匀面光源不同像素的多个角度光线会同时进入视点区域形成严重串扰的问题。
[0017] 三、本发明在显示屏显示左视图图像及右视图图像时，呈明视点的子开关单元轮流打开和关闭，刷新频率变为原来的2倍，液晶2D图像显示面板的图像刷新速度只需提高1倍，普通LCD显示器就可实现，可降低制造成本。
附图说明
[0018] 图1为本发明的分解结构示意图。
[0019] 图2为本发明中的光栅膜的部分结构示意图；
[0020] 图3为本发明中的聚光柱透镜光栅板的部分结构示意图；
[0021] 图4为本发明中的液晶列光开关板的部分结构示意图；
[0022] 图5为本发明中的准直柱透镜光栅板的部分结构示意图；
[0023] 图6为本发明中的背光源和光栅膜的工作原理示意图；
[0024] 图7为本发明中的第一光栅面、开关单元和第二光栅面的工作原理示意图；
[0025] 图中：1.框架、2.导光板、3.光栅膜、31.光栅膜平面、32.膜光栅面、4.聚光柱透镜光栅板、41.第一平面、42、第一光栅面、5.液晶列光开关板、51.开关单元、6.准直柱透镜光栅板、61.第二平面、62、第二光栅面、7.液晶2D图像显示面板、8.白光LED灯条、9.控制电路、a.第一子开关单元、b.第二子开关单元、c.第三子开关单元。
具体实施方式
[0026] 为了进一步解释本发明的技术方案，下面通过具体实施例来对本发明进行详细阐述。
[0027] 如图1所示的一种新型无串扰和无分辨率损失的自由3D显示器，具有框架1、背光源、光栅膜3、聚光柱透镜光栅板4、液晶列光开关板5、准直柱透镜光栅板6、液晶2D图像显示面板7以及用于控制液晶列光开关板5的控制电路9，液晶列光开关板5与控制电路9进行电连接，所述背光源、光栅膜3、聚光柱透镜光栅板4、液晶列光开关板5、准直柱透镜光栅板6、液晶2D图像显示面板7板由内到外依次安装在框架1内。
[0028] 框架1为带有黑色底板的框架1，优选的，所述黑色底板表面为粗糙面；
[0029] 所述背光源包括导光板2和设置在导光板2两侧的白光LED灯条8，导光板2为两面均为光滑平面的高透明板。
[0030] 如图1和图2所示，优选的，光栅膜3为高透明聚合物薄膜制成，光栅膜3的一面是光滑平面状的光栅膜平面31，另一面是设置有若干三棱柱状光栅条的膜光栅面32，每一条三棱柱状光栅条即为光栅膜3的一个光栅单元，上述三棱柱状光栅条的横截面为三角形，若干光栅膜3的光栅单元均竖直设置且紧密排列设置在膜光栅面32上，光栅膜平面31无间隙地紧密贴合在导光板2上，膜光栅面32朝向聚光柱透镜光栅板4。
[0031] 如图1和图3所示，优选的，聚光柱透镜光栅板4由高透明的亚克力板制成，聚光柱透镜光栅板4的一面是光滑的第一平面41，另一面是设置有若干条半圆柱状光栅条的第一光栅面42，每一条半圆柱状光栅条即为聚光柱透镜光栅板4的一个光栅单元，上述半圆柱状光栅条的横截面为半圆形，若干聚光柱透镜光栅板4的光栅单元均竖直设置且紧密排列设置在第一光栅面42上，第一光栅面42朝向光栅膜3。
[0032] 如图4所示，液晶列光开关板5为具有若干沿竖直方向设置的开关单元51的液晶光栅板，液晶列光开关板5的液晶面设置于聚光柱透镜光栅板4的焦平面上，开关单元51具有水平并排设置的3个等宽的子开关单元，上述3个子开关单元从左到右分别为第一子开关单元a、第二子开关单元b和第三子开关单元c，上述3个子开关单元分别由控制电路9进行控制；
[0033] 如图1和图5所示，优选的，准直柱透镜光栅板6为高透明亚克力板，准直柱透镜光栅板6的一面是光滑的第二平面61，另一面是设置有若干条半圆柱状的光栅条的第二光栅面62，每一条半圆柱状光栅条即为准直柱透镜光栅板6的一个光栅单元，上述半圆柱状光栅条的横截面为半圆形，若干准直柱透镜光栅板6的光栅单元均竖直设置且紧密排列设置在第二光栅面62上，第二光栅面62背向液晶列光开关板5。
[0034] 光栅膜3的光栅单元、聚光柱透镜光栅板4的光栅单元和上述子开关单元一一对应，每1个准直柱透镜光栅板的光栅单元对应3个聚光柱透镜光栅板的光栅单元。
[0035] 进一步阐述本发明的自由3D显示器实现无串扰和无分辨率损失的工作原理如下：
[0036] 参阅图1、图2和图6，光栅膜3的光滑平面31紧密贴合在导光板2上，白光LED灯条8发出的光线经过导光板2的折射和反射，进入膜光栅面32，经膜光栅面32折射后变为接近垂直于导光板2表面的光线射出，形成发散角很小的准平行光输出；上述准平行光经过第一光栅面42折射汇聚到液晶列光开关板5的开关单元51上，参见图7，当显示屏显示右视图的图像时，控制电路9控制第一子开关单元a打开，光线通过第一子开关单元a后到达第二光栅面62，经第二光栅面62的光栅单元折射后成为准直光束定向投射在液晶2D图像显示面板7上，此时液晶2D图像显示面板7上显示的图像为右视图，上述准直光束经过液晶2D图像显示面板7后光线方向不变，直接投射到右视点位置，使右眼看到右视图；当显示屏显示左视图的图像时，第一子开关单元a关闭，控制电路9控制第二子开关单元b打开，光线通过第二子开关单元b后到达经第二光栅面62，经第二光栅面62的光栅单元折射后成为准直光束定向投射在液晶2D图像显示面板7上，此时液晶2D图像显示面板7上的图像为左视图，上述准直光束经过液晶2D图像显示面板7后光线方向不变，直接投射到左视点位置，使左眼看到左视图；

[0037] 光栅膜3的光栅单元、聚光柱透镜光栅板4的光栅单元和上述子开关单元一一对应的结构使进所述背光源的光线均匀进入到每个所述子开关子单元；每1个准直柱透镜光栅板的光栅单元对应3个聚光柱透镜光栅板的光栅单元的结构使从每一个第一子开关单元a和第二子开关单元b出射的光线均经第二光栅面62的光栅单元折射，经液晶2D图像显示面板7，最终投射到左视点位置和右视点位置，形成左右视图。
[0038] 当显示器显示3D图像时，第三子开关单元c始终关闭，分时控制在第一子开关单元a和第二子开关单元b的开关，第一组开关单元51的第一子开关单元a对应右视点的像区，与第一组开关单元51相邻的下一组开关单元51中的第二子开关单元b对应左视点的像区，第一组开关单元51的第三子开关单元c形成暗图像区，上述右视点的像区与上述左视点的像区的交汇区域与上述暗图像区相重合，所以在上述交汇区域看不到顺序颠倒的左右视差图像，只能看到左图像或右视图图像，不会引起不适和眩晕。
[0039] 当显示器显示2D图像时，第一子开关单元a、第二子开关单元b和第三子开关单元c全部打开，使显示器前方任何位置都能观看2D图像，这样，本发明的自由3D显示器即可实现2D与3D图像之间的转换。

[0040] 当显示器显示3D图像时，也可以采用第一子开关单元a关闭，第二子开关单元b和第三子开关单元c轮流打开的方案，可以达到同样的3D效果。
[0041] 本发明的自由3D显示器将白光LED灯条8发出的发散光束经过导光板2导入到光栅膜3后，将光源光束转换为沿导光板2的正交方向出射的准平行光，再经过聚光柱透镜光栅板4汇聚在液晶列光开关板5上，液晶列光开关板5起到光栏的作用，使其后光线到达准直柱透镜光栅板6后可以形成方向性很好的定向投射准直光束，消除了视点区域左右视差图像的光束交叠现象，避免了左右视差图像串扰。
[0042] 本发明采用定向投射背光技术，左右视差图像分时显示，液晶2D图像显示面板7的显示分辨率就是本发明的分辨率，分辨率无损失。
[0043] 上述实施例和附图并非限定本发明的产品形态和式样，任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本发明的专利范畴。

专利地区：福建

专利申请日期：2017-05-26

专利公开日期：2023-06-30

专利公告号：CN107179612B