專利名稱：后置式裸眼立體顯示器及顯示方法
技術領域：
本發明涉及一種立體顯示器，屬于立體顯示技術領域，特別是涉及一種通過光學元件、顯示單元和背光部分的配合獲得裸眼立體顯示的立體顯示器及顯示方法。
背景技術：
在現有的技術中，無需佩戴輔助式眼鏡用裸眼即可獲得立體視覺的立體顯示系統，使用視差障柵方式和柱透鏡方式工作的自由立體顯示技術在手機、數字標牌等領域得到應用。自由立體顯示技術的基本原理視差障柵(或柱透鏡陣列)被設置在圖像顯示單元(如顯像管、平板顯示面板等)的正前方，顯示單元上合成的圖像需要透過視差障柵(或柱透鏡陣列)才能進行觀看。其中顯示單元上視差圖像子列的寬度，視差障柵的狹縫(或柱透鏡
陣列的子列)寬度會被進行合適的設定。觀察者在預定的位置和方向觀看自由立體顯示器時，來自不同視差圖像的光線經過視差障柵(或柱透鏡陣列)選擇性傳播后分別進入觀看者的左、右眼。從而，令觀看者可以在特定的位置向特定的方向看時，感知到立體圖像。在視差障柵方式和透鏡方式下，不同視差的圖像被空間分隔有規律的顯示在一個二維屏幕上。因此與二維顯示的情況相比，分辨率至少下降一半以上。此外視差障柵立體顯示能量損耗較大，導致畫面較暗；而柱透鏡方式立體顯示則無法實現高分辨率的2D/3D雙向轉換。因此期望提供一種能夠實現高分辨率的，高分辨率2D/3D轉換的，裸眼觀看，多視點的立體顯示器及顯示方法。
發明內容
本發明的目的在于提供了一種無分辨率下降的，裸眼觀看，多視點的裸眼立體顯示器。所述的“無分辨率下降”是指該顯示器與現有裸眼3D顯示器的最大不同在于，其播放3D影像時，能保持與播放2D影像一致的分辨率。本發明的另一目的是提供一種上述無分辨率下降裸眼立體顯示器的圖像顯示方法。本發明的目的及解決其技術問題是采用以下技術方案來實現的。依據本發明提出的一種無分辨率下降裸眼立體顯示器，包括圖像顯示單元，能夠通過周期性刷新屏幕的方法提供視差圖像的顯示面板；光學元件，放置在上述顯示單元的后方，控制背光單元發出的背光光線，分別進入不同的空間位置的視區；背光模組，由一種開關及亮暗狀態可以被自由控制的背光小單元組成。背光模組背光單元控制部分可以根據顯示單元的圖像被進行開關與亮暗控制。該后置式裸眼立體顯示器的主要結構組成如下I、圖像顯示單元(可以是液晶顯示(IXD)面板、有機發光顯示(OLED)面板、透明有機發光顯示(TOLED)面板，優選使用液晶顯示面板)；
2、設置在圖像顯示單元背面的光學元件(可以是透鏡、菲涅爾透鏡、線性菲涅爾透鏡及它們組成的陣列、柱透鏡陣列、還有液晶或者其他具有類似功能的材料所組成的上述器件和陣列)；3、被設置在光學元件背后的背光模組。背光模組發出的光線經過顯示單元后加載對應的圖像，經光學元件送到不同視區。如果觀眾的雙眼位于這些視區上時，雙眼可以看到具有視差的圖像，形成立體視覺。同時，通過控制背光小單元的特定發光狀態組合，可以實現高分辨率2D圖像的播放。另外，本發明還可提出了一種立體圖像顯示方法，包括步驟通過圖像顯示單元顯示用于立體顯示的視差圖像；通過光學元件控制背光單元的光線傳播到觀察空間的不同位置；以顯示單元圖像的刷新規律為基礎對背光模組實行控制，使背光模組的背光小單元執行特定的工作狀態，發出的光線，經顯示單元時加載不同的視差圖像。此過程中，通過光學元件的選擇性傳輸送到不同視點。當觀眾處于正確的視點時，可以看到對應的視差圖像，獲得立體的顯示效果。同時，通過控制背光模組的背光小單元的特定發光狀態組合，可以實現高分辨率2D圖像的播放。通過背光模組的背光小單元的合適排布和控制，可以實現多位觀眾同時各自觀看獨立的立體影像。借由上述技術方案，本發明具有如下優點和技術效果I、本發明的無分辨率下降裸眼立體顯示器，在顯示單元上周期顯示無分辨率下降的視差圖像；在背光部分提供開關與亮暗狀態可以被自由控制背光小單元組合，同時背光單元控制部分可以根據顯示單元的圖像對背光小單元進行開關和亮暗控制。2、在圖像顯示單元和背光模組中間，加入光學元件，光學元件控制背光的光線往不同方向傳播，然后通過圖像顯示單元的過程中，加載視差圖像信息，分別進入觀看者的左、右眼，以獲得立體視覺。3、本發明的顯示方法中，所設計的裸眼立體顯示器并不采用與傳統裸眼立體顯示器相似的圖像分配方式，而是采用了背光模組、光學元件、圖像顯示單元相互配合工作的方式，保證雙眼能接收到沒有分辨率下降的、全高清視差圖像。同時，通過控制背光部分中的背光小單元的特定的亮暗組合，可以實現高分辨率2D圖像的播放。
圖I為根據實施例的后置式裸眼立體顯示器的結構示意圖。圖2為在根據實施例的裸眼立體顯示器中的負責顯示控制的電路框圖。圖3為在根據實施例的裸眼立體顯示器中的背光單元的平面示意圖。圖4為在實施例中的裸眼立體顯示器的時序圖。圖5A和圖5B分別為在不同實施例中的裸眼立體顯示器中，在觀察過程中的單視點和多視點的情況下獲得立體視覺的不同狀態的示意性示例圖。
具體實施例方式以下結合附圖和較佳實施例對本發明作進一步詳細表述，但本發明并不僅限于以下的實施例。另外，本發明還描述了其他特征和優點，且從以下詳細的描述和附圖這些特點和優點將是顯而易見的。實施例I立體顯示器的結構圖I示出實施例的無分辨率下降裸眼立體顯示器的整體結構圖。圖2示出在該裸眼立體顯示器中負責顯示控制的電路原理框圖。如圖I所示，該裸眼立體顯示器包括圖像顯示單元3 (可以是液晶顯示(IXD)面板、有機發光顯示(OLED)面板、透明有機發光顯示(TOLED)面板，優選使用液晶 顯示面板)，設置在圖像顯示單元3背面的光學元件2 (可以是透鏡、菲涅爾透鏡、線性菲涅爾透鏡及它們組成的陣列、柱透鏡陣列、還有液晶或者其他具有類似功能的材料所組成的上述器件和陣列)，以及被設置在光學元件2背后的背光模組I。該背光模組I是由多個背光小單元組成，可以獨立的對背光小單元進行開關和亮暗控制。如圖2所示，本發明的立體顯示器進一步包括用于控制圖像顯示單元3中的顯示操作的顯示單元控制部分21和視差圖像數據輸出部分24。而且，立體顯示器包括用于控制背光部分I的背光單元控制部分22和背光單元數據輸出部分23。在本實施例中，作為背光模組1，使用能夠高速切換開/關和不同亮度狀態的背光光源，如CCFL (熒光燈管)、LED (發光二極管)、OLED (有機發光二極管)、LD (激光二極管)等，基于節能和驅動的考慮，可優先使用LED背光。背光部分中的背光小單元可以是空間上分隔的導光板小單元的陣列；也可是由光纖陣列；也可以由LED、0LED、三基色LD結合而成的陣列。在本實施例中，響應于顯示單元控制部分21的控制，圖像顯示單元3顯示從視差圖像數據輸出部分24輸出的用于立體顯示的視差圖像。在切換到2D顯示的情況下，只需要控制背光單元控制部分22，控制背光模組中的背光小單元的特定的開關和亮暗組合即可以實現平面2D顯示。另外，為了獲得立體視覺，右眼IOR和左眼IOL需要分別觀看不同的視差圖像，因此需要有兩幅或以上的視差圖像分別送給左，右眼。在使用三個或三個以上視差圖像的情況下，可獲得多視點視覺。在本實施例中，將參照使用兩個視差圖像的雙目方式的顯示實例給出描述。本發明所設計的系統通過刷新顯示屏的方式把不同視差圖像，顯示在圖像顯示單元3上。從視差圖像數據輸出部分24輸出與各視差圖像對應的圖像刷新數據。如圖3所示，背光模組I包括多個背光小單元，每個背光小單元被允許在任意時刻獨立執行各種不同發光狀態操作。通過根據顯示單元的圖像控制各背光小單元的不同狀態，背光模組I形成了視差圖像的顯示圖案對應的若干不同的發光狀態。發光狀態包括開關和從暗到亮不同程度亮度的發光狀態，通過控制不同的背光小單元處于不同的發光狀態，經過光學元件2將光線送往不同的空間位置視點，并在對應的視點中觀看到由圖像顯示單元3加載的圖案。當觀察者從預定的位置和預定的方向上看本發明的裸眼立體顯示器時，不同視差圖像的光線分別進入觀看者的左眼IOL和右眼10R，當儀器的控制速度達到一定的程度時，此時可以被允許進行立體顯示。用于控制切換背光模組I的數據從背光單兀數據輸出部分23被輸出。背光單兀控制部分22將控制背光模組I的多個背光小單元的處于不同的開關和亮暗狀態。顯示在圖像顯示單元3上的各顯示圖案的視差圖像數據從視差圖像數據輸出部分24被輸出。且在視差圖像數據輸出部分獲得的幀信號經由背光單元數據輸出部分23輸出到背光單元控制部分22。由此，使背光模組I的多個背光小單元的不同狀態的組合和顯示單元的視差圖像以顯示單元的刷新規律為基礎實現匹配。上述的圖像單元，是一種能夠通過刷新屏幕的方式提供圖像的單元，它可以是IXD面板，OLED面板、透明有機發光顯示屏(TOLED)等等。上述光學元件2，可以是一種能夠將在背光模組中的背光小單元的光線導向到像空間的不同位置、角度或者視點的光學元件，它可以是透鏡、菲涅爾透鏡、線性菲涅爾透鏡及它們組成的陣列、柱透鏡陣列、還有液晶或者其他具有類似功能的材料所組成的上述器件和陣列。本發明的無分辨率下降的裸眼立體顯示器的操作過程可表述如下在裸眼立體顯示器中，在圖像顯示單元3中，通過刷新顯示屏的方式使得不同視差的圖像得以在同一個顯示單元中顯示。在背光模組I中，背光單元控制部分根據顯示單元所顯示圖像的信息控制背光小單元組合的發光狀態組合與顯示單元匹配工作，實現不同發光狀態之間的切換，以實現立體視覺。圖4示意性的示出了在一個時間段內獲得立體視覺的狀態。在第一個顯示時間段Tl獲得顯示單元3和背光部分I中背光單元的狀態，和第二個顯示時間段T2獲得顯示單元3和背光部分I中背光單元的狀態；在第一個顯示時間段Tl內，在顯示單元上顯示視差圖像1，背光部分中對應的背光小單元組合執行到一個發光狀態1，對應右眼的背光小單元組合執行發光狀態2。在第二個顯示時間段T2內，在顯示單元上顯示視差圖像2，背光部分中對應右眼的背光小單元組合執行發光狀態1，對應左眼的背光小單元組合執行發光狀態2。圖5A示意性的示出了在雙視點的情況下獲得立體視覺的狀態。圖5B示意性的示出了多視點情況下獲得立體視覺的狀態。其中，圖5B中的A部分、B部分和C部分分別顯示出對應三個不同視點的不同背光單元的轉換圖。在圖5A中，分別將觀看者的左眼IOL和右眼IOR定義為視點I和視點2。在一個顯示時間段內，圖像顯示單元3顯示對應左眼的視差圖案1，然后背光部分中對應于視點I的背光小單元組合執行發光狀態I。這部分背光小單元所發出的光通過顯示單元3和光學元件2后，將顯示單元上的視差圖像加載到這些光線上去。這部分的光線受到光學元件的控制送到左眼IOL的區域。當光學元件和背光小單元的參數經過匹配性設計之后，在空間中所成的視區將得到優化的設計，其橫向的尺寸大于單眼的大小而小于雙眼的間距。所以，左眼能捕獲到這部分的光線，看到相應的視差圖像，而右眼則因無法感知到這部分光線，而無法看到對應左眼的視差圖像。在距離上一個顯示時間段很小時間間隔后的下一個顯示時間段內，圖像顯示單元3顯示對應右眼的視差圖案2，然后背光部分中對應于視點2的背光小單元組合執行發光狀態I。此時，系統的顯示狀態反轉，右眼看到應視差圖像，而左眼看不到圖像。由于兩個顯示時間段時長很短，觀眾可以在大腦中將這兩幅視差圖像融合出立體影像，實現裸眼立體顯示效果。通常，控制顯示圖像的圖像顯示單元3的刷新和控制背光單元I的響應速度存在差異。顯示單元的響應速度較慢。因此在顯示單元3的顯示圖案的切換和背光單元的執行控制的情況下，優選的執行基于響應速度差異的控制。
上述實施例I獲得的技術效果可表述如下在上述實施例I中，圖像顯示單元3通過刷新提供視差圖像。同時，以顯示單元上顯示的圖像為基礎，控制背光小單元的開關和亮暗等不同發光狀態，利用位于顯示圖案和背光單元中間的光學元件對光線的導向，實現將視差圖像顯示在二維顯示平面上，并將左、右眼視差圖像分別傳向左、右眼，以獲得立體顯示。因此避免了分辨率的降低和實現了裸眼觀看。在2D顯示的情況下，只需要控制背光部分I中的背光小單元的特定的亮暗組合就可以實現平面二維顯示。從而實現了 2D和3D無分辨率損失的切換。這樣，在實現立體顯示的情況下，避免了眼鏡的輔助、實際分辨率的減小等技術障礙，實現了無分辨率下降的2D/3D雙向切換。實施例2接下來，本發明將描述實施例2的裸眼立體顯示器。在根據實施例I的裸眼立體
顯示器相同的部件使用相同的標號，并將不再累述。在上述實施例I中，作為實例描述了雙目立體顯示器，但本實施例2可適用于進行多視角立體顯示的情況。在m視角立體顯示的情況下，背光部分的被細分為2m個小單元，m個小單元作為左眼視點的光源，m個小單元作為右眼視點的光源。如圖5B所示，顯示的既是一個三視角的立體顯示，背光部分的每一個背光小組如圖5B所示，被細分為六個小單元，三個小單元作為左眼視點的光源，三個小單元作為右眼視點的光源。在這種情況下，作為其中視差圖像被時間分隔的顯示圖案，可以使用η個視差圖案(η大于等于2，小于等于m)。這些視差圖像在通過刷新的方式顯示在同一塊屏幕上。不同的視差圖像按序列周期性地刷新。作為背光單元，相應不同視點的背光小單元組合則根據顯示單元上的對應視差圖像控制開關與亮暗狀態。同組背光小單元所發出的背光光線都由光學元件(透鏡、菲涅爾透鏡、線性菲涅爾透鏡及它們組成的陣列、柱透鏡陣列、還有液晶或者其他具有類似功能的材料所組成的上述器件和陣列)引導到對應的同一個視點。從而實現了多視點裸眼全高清的立體顯示。以上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，并非對本發明作任何形式上的限制，故凡是未脫離本發明技術方案內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發明技術方案的范圍內。
權利要求
1.一種后置式裸眼立體顯示器，其特征在于其包括 圖像顯示單元，能夠提供全高清分辨率的視差圖像的顯示面板； 光學元件，放置在上述圖像顯示單元的后方，控制背光單元的背光光線分別進入不同空間位置的視區； 背光模組，放置在上述光學元件的后方，由一種能夠開關及亮暗狀態可以被自由控制的背光小單元組成，光線經過光學元件后，然后透過顯示單元并加載圖像，從而保證在不同空間位置的雙眼看到不同的視差圖像、或者不同視區看到不同的圖像；同時，通過執行背光模組中的背光小單元的特定的亮暗組合，可以實現高分辨率2D圖像的播放。
2.根據權利要求I所述的后置式裸眼立體顯示器，其特征在于還包括用于控制圖像顯示單元中的顯示操作的顯示單元控制部分和視差圖像數據輸出部分。
3.根據權利要求I所述的后置式裸眼立體顯示器，其特征在于還包括用于控制背光部分的背光單元控制部分和背光單元數據輸出部分。
4.根據權利要求I所述的后置式裸眼立體顯示器，其特征在于所述圖像顯示單元可以是液晶顯示(IXD)面板、有機發光顯示(OLED)面板、透明有機發光顯示(TOLED)面板。
5.根據權利要求I所述的后置式裸眼立體顯示器，其特征在于所述光學元件能夠產生聚光的效果，可以是透鏡、菲涅爾透鏡、線性菲涅爾透鏡及它們組成的陣列、柱透鏡陣列，還有液晶或者其他具有類似功能的材料所組成的上述器件和陣列。
6.根據權利要求I所述的后置式裸眼立體顯示器，其特征在于所述背光模組由可以執行包括開關和從暗到亮不同程度的亮度的發光狀態的的背光小單元組成；背光模組包括多個背光小單元。
7.根據權利要求4所述的后置式裸眼立體顯示器，其特征在于所述背光單元可以是發光二極管陣列；背光模組中的背光單元組可以是導光板小單元的陣列；也可以是由光纖陣列；也可以是Icd結合面光源；也可以是oled陣列、或三基色LD陣列。
8.一種立體圖像顯示方法，其特征在于包括以下步驟 通過圖像顯示單元顯示用于立體顯示的視差圖像； 通過光學元件控制來自不同空間位置的光線傳播到觀察空間的不同位置； 以顯示單元圖像的刷新規律為基礎周期性的對對應不同視點的的背光小單元實行控制，使對應不同視區的背光小單元執行不同的發光狀態，經光學元件偏折到不同視點，經顯示單元加載圖像，從而可以獲得立體圖像的顯示。
9.根據權利要求8所述的立體圖像顯示方法，其特征在于，還包括步驟通過控制背光模組中的背光小單元的特定的亮暗組合，可以實現高分辨率2D圖像的播放。
10.根據權利要求8所述的立體圖像顯示方法，其特征在于為實現此顯示方法所使用的背光單元，應包含多個背光小單元；所述背光單元可以是發光二極管陣列；背光模組中的背光單元組可以是導光板小單元的陣列；也可以是由光纖陣列；也可以是led結合面光源；也可以是oled陣列、或三基色LD陣列。
全文摘要
本發明公開了一種后置式裸眼立體顯示器及顯示方法。該裸眼立體顯示器包括圖像顯示單元，能夠提供全高清分辨率的視差圖像的顯示面板；光學元件，使背光能量能傳播到空間的中的不同視區；背光模組，由一種開關及亮暗狀態可以被自由控制的背光小單元組合而成。背光模組發出的光線經過光學元件后，然后透過顯示單元并加載視差圖像，從而保證在不同空間位置的雙眼看到不同的視差圖像，或者不同視點看到不同的圖像。同時，通過控制背光部分中的背光小單元的特定的亮暗組合，可以實現高分辨率2D圖像的播放。本發明在實現立體顯示的情況下，避免了眼鏡的輔助、顯示器分辨率的減低，實現了無分辨率下降的2D/3D雙向切換。
文檔編號G02B27/22GK102879912SQ20121020156
公開日2013年1月16日 申請日期2012年6月18日 優先權日2012年6月18日
發明者周建英, 范杭, 王嘉輝, 梁浩文, 周延桂, 彼得·克雷布斯 申請人:中山大學