一種雙向裸眼立體顯示設備及其驅動方法
【專利摘要】本發明公開了一種雙向裸眼立體顯示設備及其驅動方法，該設備包括背光源、2D顯示模塊和3D分光器件，2D顯示模塊設置在背光源與3D分光器件之間，2D顯示模塊是LCD或OLED，其特征在于，2D顯示模塊的每個像素包括R、G、B三種子像素，R、G、B三種子像素在像素內呈對角線分布。本發明相比現有技術具有以下優點：通過這樣的結構設計，配合設計制作分光器件可以達到根據顯示方向的需要實現橫豎兩個方向均可實現同樣分辨率的裸眼3D顯示的功能。
【專利說明】—種雙向裸眼立體顯示設備及其驅動方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及3D立體顯示領域，尤其涉及的是一種雙向裸眼立體顯示設備及其驅動方法。
【背景技術】
[0002]更真實地還原所見世界一直是人們追求的目標。隨著顯示技術的革新，從黑白到彩色、從陰極射線管到平板顯示、從標清到高清、從平面顯示到立體顯示，人們的視覺體驗逐漸變得更真實。立體顯示特別是裸眼立體技術已成為顯示領域的新發展趨勢。
[0003]裸眼立體顯示器的實現原理是在通常的TFT-1XD(薄膜晶體管液晶顯示器，以下簡稱IXD)PDP，LED等面板前面加上分光器件，將具有雙目視差(左眼和右眼觀看一定距離的實際物體時，接收到的視覺圖像略有不同)的平面圖像分別投射到左右眼中，最后通過大腦融合形成立體視覺的。狹縫光柵是一種典型的實現裸眼3D分光的器件，其實現裸眼3D顯示的原理如圖1所示，通過在2D顯示面板(如IXD)前置(也可后置，圖中所示為前置)狹縫光柵，在狹縫光柵通過遮擋形成黑白相間的條紋，使左眼只能看到左眼對應的影像，右眼只能看到右眼對應的影像，由于左右眼同時觀看到具有一定視差的影像而產生3D立體顯示效果。
[0004]以上說明狹縫光柵工作原理是為了下面更好的說明現有IXD面板實現裸眼3D時存在的問題。以下著重說明現有問題。如之前所述，IXD搭配狹縫光柵可以實現裸眼3D功能。按子像素排列方向分類，LCD面板通常有兩種規格，分別稱為橫屏和豎屏。如圖2(a)、(b)所示分別為一種常見的橫屏和豎屏LCD示意圖。
[0005]一種常見的實現裸眼3D的方法為在IXD面板前面添加一層狹縫光柵。這層光柵的周期要與像素周期進行匹配遮擋，實現立體分光功能。對于現有的橫屏LCD光柵可以采用遮擋子像素的方式實現分光，例如遮擋兩列子像素，作為一個光柵周期。而橫屏LCD旋轉90°使用的時候，由于子像素的方向也旋轉了 90°，光柵便無法采用遮擋子像素的方式實現立體分光了。只能采用遮擋像素的方式實現立體分光。這樣就會導致3D分辨率降低。具體如圖3所示，圖3 (a)、(b)分別為橫屏LCD橫向及豎向(圖中是橫向順時針旋轉90度，當然逆時針旋轉90度也可以)使用兩種情況時，對比3D狹縫光柵遮擋方式。根據光柵與LCD邊的角度，可分為垂直遮擋和傾斜遮擋兩種方式，圖例中畫的是垂直遮擋的方式，傾斜遮擋時原理類同。圖3(a)為橫屏LCD橫向使用時的3D光柵遮擋方式，當橫屏LCD橫向使用時，3D光柵遮擋方式主要有2種選擇，遮擋子像素方式和遮擋像素方式，根據3D觀看視點數設計的不同又可以遮擋2-n各子像素或像素(其中η通常為2-9不限定是整數)，但是當η取相同值時，遮擋子像素方式光柵的周期明顯比遮擋像素方式光柵的周期要小。圖中的遮擋方式以遮擋2列子像素為例。圖中Ph為狹縫光柵的周期，本例中Ph = 2SubPixels,即2倍子像素寬度；Bh為狹縫光柵開口區寬度，通常為30% -50%的狹縫光柵周期Ph。圖3(b)為橫屏LCD豎向(即橫向順時針旋轉90度)使用情況，圖中Pv為狹縫光柵的周期，本例中Pv = 2Pixels，即2倍像素寬度；Bv為狹縫光柵開口區寬度，通常為30% -50%的狹縫光柵周期Pv。由于橫屏IXD豎向使用無法采用3D光柵遮擋子像素方式實現3D分光因此只能采用遮擋像素方式實現3D分光。根據3D觀看視點數設計的不同又可以遮擋2-n各子像素或像素(其中η通常為2-9不限定是整數)。由于當η取相同值時，遮擋子像素方式光柵的周期明顯比遮擋像素方式光柵的周期要小，由于像素寬度通常為3倍子像素寬度，因此Pv =3Ph，即在本例中，橫屏LCD豎向使用時狹縫光柵周期是橫向使用時狹縫光柵周期的3倍。由于光柵周期與3D分辨率成反比，這樣就導致當視點數η —樣時，橫屏LCD豎向使用時的分辨率降為橫向使用的1/3。同理當視點數η —樣時，豎屏LCD橫向使用時也會將3D分辨率降低為原來的1/3。為了解決這個問題，本發明提出了一種裸眼立體顯示設備，可達到橫豎雙向3D顯示分辨率保持一致的效果。
【發明內容】
[0006]本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供了一種雙向裸眼立體顯示設備。
[0007]本發明是通過以下技術方案實現的:
[0008]一種雙向裸眼立體顯示設備，包括背光源、2D顯示模塊和3D分光器件，2D顯示模塊設置在背光源與3D分光器件之間，2D顯示模塊是IXD或0LED，其特征在于，2D顯示模塊的的每個像素包括R、G、B三種子像素，R、G、B三種子像素在像素內呈對角線分布。
[0009]作為改進，將像素劃分為九宮格形狀，每個格子的大小相同，R、G、B三種子像素分別分布在同一條對角線穿過的三個格子中。
[0010]作為改進，剩余未被R、G、B三種子像素占據的空白格子中填充黑矩陣。
[0011]作為改進，用白色像素替換部分或全部黑矩陣。
[0012]作為改進，R、G、B子像素有相對應的TFT開關，每個R、G、B子像素有相對應的TFT開關設置在與其相鄰的空白格子中。
[0013]作為改進，剩余未被R、G、B三種子像素及其相對應的TFT開關占據的空白格子中填充黑矩陣。
[0014]作為改進，九宮格的每一個非子像素占據的格子劃分為若干子格子，在子格子中設置R、G、B子像素、TFT開關、黑矩陣或白色像素。
[0015]作為改進，3D分光器件是狹縫光柵，狹縫光柵從下到上依次設置下玻璃基板，下基板COM電極，下基板SEG電極，液晶層，上基板SEG電極，上基板COM電極，上玻璃基板，下基板COM電極和下基板SEG電極之間有絕緣層隔開，上基板SEG電極和上基板COM電極之間有絕緣層(Si02等)隔開，下基板COM電極和上基板COM電極均為整面ITO電極，下基板SEG電極為彼此平行的條形電極，下基板SEG電極的條形電極與X軸形成Θ角度，0° < Θ <90°，上基板SEG電極為彼此平行的條形電極，上基板SEG電極的條形電極與y軸形成Θ ’角度，0°彡Θ ’彡90°。
[0016]作為改進，絕緣層是Si02材料制成的。
[0017]本發明還提供了上述雙向裸眼立體顯示設備的驅動方法，其特征在于，橫向使用時，施加到液晶狹縫光柵上基板COM電極上的電壓為0V，而施加到下基板SEG電極上的電壓為VI，下基板COM電極和上基板SEG電極均置為OV電壓；豎向使用時，施加到液晶狹縫光柵下基板COM電極電壓為0V，而施加到上基板SEG電極上的電壓為VI，上基板COM電極和下基板SEG電極均置為OV電壓，V1>0。
[0018]作為改進，施加到下基板SEG電極上的電壓為+/-Vl的方波電壓，以防止液晶材料極化
[0019]本發明相比現有技術具有以下優點:通過這樣配合以上驅動方式和本發明提出的結構，即可實現不需要重新設計制作分光器件，既可以達到根據顯示方向的需要，實現橫豎兩個方向均可實同樣分辨率裸眼3D顯示，為了實現橫豎都能顯示裸眼3D，如果采用普通的分光器件，橫豎兩種情況下需要分別設計，如果采用本發明中設計的這種動態可切換的分光器件，則不需要重新制作分光器件即可實現橫豎兩個方向顯示裸眼3D，技術可以實現橫豎兩個反向顯示裸眼3D，只是其中一個方向的裸眼3D分辨率要低于另外一個方向，本發明可以實現兩個方向同分辨率。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020]圖1狹縫光柵3D顯示原理圖。
[0021]圖2常見的橫屏和豎屏IXD示意圖。
[0022]圖3常見的橫屏IXD橫向和豎向使用光柵遮擋方式示意圖。
[0023]圖4本發明整體結構示意圖。
[0024]圖52D顯示模塊200剖面結構示意圖。
[0025]圖62D顯示模塊像素設計。
[0026]圖72D顯示模塊像素TFT放置位置設計。
[0027]圖8本發明像素設計的其他實施例。
[0028]圖9本發明的橫屏LCD橫豎兩個方向使用時3D光柵遮擋示意圖。
[0029]圖103D分光器件剖面結構示意圖。
[0030]圖113D分光器件各層電極結構示意圖。
[0031]圖12橫向顯不時液晶狹縫光柵各層電極驅動電壓對應關系不意圖。
[0032]圖13豎向顯示時液晶狹縫光柵各層電極驅動電壓對應關系示意圖。
【具體實施方式】
[0033]下面對本發明的實施例作詳細說明，本實施例在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護范圍不限于下述的實施例。
[0034]如圖4所示，是本發明的整體結構剖面圖。300表示背光源，200是2D顯示模塊，100是分光器件。200表示2D顯示模塊，可以為IXD，OLED模組等。該2D顯示模塊200具體結構見圖5 (本發明以LCD為例，OLED整體架構不同但，但像素結構類似，本發明主要是針對像素結構)，其中201是TFT玻璃基板、202是TFT (ThinFilm Transistor薄膜晶體管)層，203是液晶層，204是CF (Color Filter彩膜)層，205是CF玻璃基板。該分光器件可以是狹縫光柵、柱鏡光柵、液晶狹縫光柵、液晶透鏡等。
[0035]如圖6所示，(a)圖是現有技術像素設計(b)圖是本發明的像素設計，本發明2D顯示模塊的像素結構上不同于現有技術的條狀RGB像素排列，本發明將像素設計為RGB按對角線排列。這是本發明的關鍵技術特征之一。如圖7所示，TFT驅動開關的位置可像現有技術一樣置于色阻覆蓋區域，也可置于未被色阻覆蓋區域。
[0036]圖7 (a)顯示的是現有技術像素TFT放置位置，圖7 (b)是本發明像素TFT放置位置。圖7中TFT-R、TFT-G、TFT-B分別為R、G、G子像素TFT開關放置位置。BM(Black Matrix)為黑矩陣，作用是遮擋沒有色阻的區域及像素內傳輸數據和開關信號的金屬線。圖7中僅就可TFT可放置位置示例，并不限于圖中所示位置。現有技術TFT驅動開關的位置可置于色阻覆蓋區域，而本發明的TFT驅動開關位置可置于色阻覆蓋區域，也可置于未被色阻覆蓋區域。這也是本發明的關鍵技術特征之一。這樣做帶來的好處是可以提高色阻區的像素開口率。通常對于手機等小尺寸(例如3.5英寸至6.5英寸)，如果PPI (Pixels per inch每英寸像素數)較高(如大于300PPI)像素開口率通常都較小(例如小于30% )。本發明雖然色阻區僅有現有技術的約1/3大小，但通過將TFT的放置位置設置在色阻區外可保證至少33%的開口率，開口率甚至優于高PPI情況下的現有技術像素設計方案。
[0037]本發明的像素設計思想還可以舉一些實施例。如圖8左圖所示為另一種像素方案，可將部分非色阻覆蓋區域，原來是BM的區域改為白色像素。TFT的位置同樣可以放置在色阻區外面。這樣做的好處是可以提高顯示畫面亮度。當然還有其他基于本發明思想的像素設計實施例，如圖8右圖所示為另外一種像素方案，將整個像素分為9份，該方案除保留本發明按對角線設置RGB子像素的想法外，還將其他1/9像素區域再進行劃分。具體劃分方式有很多種，圖例中舉出的例子是將每個其他1/9像素區域劃分為2份，分別設置為2種顏色，該2種顏色取法為以該1/9區域為中心，其X方向和Y方向對應的子像素顏色。最終的結果是每個子像素所在的行或列都有4/6的R，1/6的G，1/6的B，或4/6的B，1/6的G，1/6的R，或4/6的G，1/6的R，1/6的B。這樣做的好處是由于RGB比例相同，可以增加白畫面的亮度。但帶來的缺點也是非常明顯的，就是每個像素里子像素的數量上升到15個，即TFT個數為15個，而且TFT必須向現有技術一樣放置在色阻區內，開口率會有下降。數據信號的寫入及像素驅動也將變得更為復雜。舉這個例子僅為說明本發明的像素設計方案有很多種可能。
[0038]下面介紹本發明的工作原理及其有益效果。
[0039]圖9所示為以狹縫光柵作為3D分光器件的遮擋采用本發明像素設計的橫屏LCD的遮擋效果示意圖。
[0040]根據光柵與IXD邊的角度，可分為垂直遮擋和傾斜遮擋兩種方式，圖9中畫的是垂直遮擋的方式，傾斜遮擋時原理類同。圖9(a)為橫屏LCD橫向使用時的3D光柵遮擋方式，當橫屏LCD橫向使用時，3D光柵遮擋方式主要有2種選擇，遮擋子像素方式和遮擋像素方式，根據3D觀看視點數設計的不同又可以遮擋2-n各子像素或像素(其中η通常為2_9不限定是整數)，但是當η取相同值時，遮擋子像素方式光柵的周期明顯比遮擋像素方式光柵的周期要小。圖中的遮擋方式以遮擋2列子像素為例。圖中Ph為狹縫光柵的周期，本例中Ph = 2SubPixels，即2倍子像素寬度；Bh為狹縫光柵開口區寬度，通常為30% -50%的狹縫光柵周期Ph。圖9 (b)為橫屏LCD豎向(即橫向順時針旋轉90度)使用情況，圖中Pv為狹縫光柵的周期，本例中Pv = 2Pixels，即2倍像素寬度；Bv為狹縫光柵開口區寬度，通常為30%-50%的狹縫光柵周期Pv。由于采用本發明像素結構的橫屏IXD豎向使用時同樣可以采用3D光柵遮擋子像素方式實現3D分光，因此由于當η取相同值時，Pv = Ph,即在本例中，橫屏LCD豎向使用時狹縫光柵周期與橫向使用時狹縫光柵周期相等。即3D分辨率也相同。因此本發明提出的像素結構可達到橫豎雙向3D顯示分辨率保持一致的有益效果。
[0041]本發明上述的基本思想雖然解決了橫豎雙向3D顯示分辨率不一致的問題，但是在應用分光器件時需要重新設計、并重新貼合制作以改變分光器件的方向以適配顯示方向，在實際使用中還是不便利。為了進一步解決此問題，本發明還提出了一種分光器件，與本發明的像素結構一起搭配可以起到不需要重新設計制作分光器件既可以達到根據顯示方向的需要動態可切換分光器件實現橫豎兩個方向均可實現裸眼3D顯示。本發明提出的分光器件可采用液晶狹縫光柵技術或液晶透鏡技術這類可電控切換的技術為基礎。首先以液晶狹縫光柵作為實施例來說明。液晶透鏡的原理類似。
[0042]如圖10所示，3D分光器件(以液晶狹縫光柵為例)100，下玻璃基板101，下基板COM電極102，下基板SEG電極103，電極102和電極103之間有絕緣層(Si02等)隔開，液晶層104，上基板SEG電極105，上基板COM電極106，電極105和電極106之間有絕緣層(Si02等)隔開，上玻璃基板。圖中液晶狹縫光柵下基板COM電極102和上基板COM電極106均為整面ITO電極，下基板SEG電極103，為彼此平行的條形電極，在水平方向(x軸)上，各個條形電極之間的間隔為Pd。為減小立體顯示形成的摩爾紋，條形電極與y軸可形成Θ角度，0° < Θ <90°。上基板SEG電極105，為彼此平行的條形電極，在垂直方向(y軸)上，各個條形電極之間的間隔為Pd。為減小立體顯示形成的摩爾紋，條形電極與X軸可形成Θ角度，0° < Θ <90°。下基板SEG電極103和上基板SEG電極105，其光柵條紋周期及角度可根據需要分別設計。光柵電極材料可以是ITO，IZO等透明導電材料。各光柵電極周邊加電路引線，用以形成周邊電路。為降低阻抗周邊電路可以采用金屬材料如銅、純鋁等進行制作。
[0043]接下來舉例具體說明驅動方法。首先說明液晶狹縫光柵100的驅動方法。分橫向使用和豎向使用兩種模式。
[0044]橫向使用時，設某一時刻施加到液晶狹縫光柵上基板COM電極106上的電壓為0v，而施加到下基板SEG電極上的電壓為+/-Vl的方波以防止液晶材料極化，電壓Vl的大小以及方波頻率/周期等依照液晶材料等特性決定。其他兩層電極即下基板COM電極102和上基板SEG電極105由于不起作用，均置為COM電壓即0V。由于上基板COM電極106區域與下基板SEG信號電極103之間形成了一定的電壓差，形成黑白相間的條紋(條紋間距與角度由公用電極103的具體參數決定)，根據圖1的3D顯示原理，即可以在區域之內形成3D顯不O
[0045]豎向使用時，設某一時刻施加到液晶狹縫光柵下基板COM電極102上的電壓為Ov,而施加到上基板SEG電極105上的電壓為+/-Vl的方波以防止液晶材料極化，電壓Vl的大小以及方波頻率/周期等依照液晶材料等特性決定。其他兩層電極即上基板COM電極106和下基板SEG電極103由于不起作用，均置為COM電壓即0V。由于下基板COM電極102區域與上基板SEG信號電極105之間形成了一定的電壓差，形成黑白相間的條紋(條紋間距與角度由公用電極103的具體參數決定)，根據圖1的3D顯示原理，即可以在區域之內形成3D顯示。
[0046]這樣配合以上驅動方式和本發明提出的像素結構，即可實現不需要重新設計制作分光器件既可以達到根據顯示方向的需要動態可切換分光器件實現橫豎兩個方向均可實現裸眼3D顯示。本發明提出的3D分光器件100 (液晶狹縫光柵)方式的驅動方式同樣適用與液晶透鏡器件，不同之處在于使用液晶透鏡器件時電極條數更多且可分別獨立控制。
[0047]以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種雙向裸眼立體顯示設備，包括背光源、2D顯示模塊和3D分光器件，所述2D顯示模塊設置在所述背光源與所述3D分光器件之間，所述2D顯示模塊是LCD或OLED，其特征在于，所述2D顯示模塊的的每個像素包括R、G、B三種子像素，所述R、G、B三種子像素在像素內呈對角線分布。
2.如權利要求1所述一種雙向裸眼立體顯示設備，其特征在于，將像素劃分為九宮格形狀，每個格子的大小相同，所述R、G、B三種子像素分別分布在同一條對角線穿過的三個格子中。
3.如權利要求2所述一種雙向裸眼立體顯示設備，其特征在于，剩余未被所述R、G、B三種子像素占據的空白格子中填充黑矩陣。
4.如權利要求3所述一種雙向裸眼立體顯示設備，其特征在于，用白色像素替換部分或全部所述黑矩陣。
5.如權利要求2所述一種雙向裸眼立體顯示設備，其特征在于，所述R、G、B子像素有相對應的TFT開關，所述每個R、G、B子像素有相對應的TFT開關設置在與其相鄰的空白格子中。
6.如權利要求5所述一種雙向裸眼立體顯示設備，其特征在于，剩余未被所述R、G、B三種子像素及其相對應的TFT開關占據的空白格子中填充黑矩陣。
7.如權利要求2所述一種雙向裸眼立體顯示設備，其特征在于，所述九宮格的每一個非子像素占據的格子劃分為若干子格子，在所述子格子中設置R、G、B子像素、TFT開關、黑矩陣或白色像素。
8.如權利要求1所述一種雙向裸眼立體顯示設備，其特征在于，所述3D分光器件是狹縫光柵，所述狹縫光柵從下到上依次設置下玻璃基板，下基板COM電極，下基板SEG電極，液晶層，上基板SEG電極，上基板COM電極，上玻璃基板，所述下基板COM電極和所述下基板SEG電極之間有絕緣層隔開，所述上基板SEG電極和所述上基板COM電極之間有絕緣層(Si02等)隔開，所述下基板COM電極和所述上基板COM電極均為整面ITO電極，所述下基板SEG電極為彼此平行的條形電極，所述下基板SEG電極的條形電極與X軸形成Θ角度，0°彡Θ彡90°，所述上基板SEG電極為彼此平行的條形電極，所述上基板SEG電極的條形電極與y軸形成Θ ’角度，0°彡Θ ’ < 90°。
9.如權利要求8所述一種雙向裸眼立體顯示設備的驅動方法，其特征在于，橫向使用時，施加到液晶狹縫光柵上基板COM電極上的電壓為0V，而施加到下基板SEG電極上的電壓為VI，下基板COM電極和上基板SEG電極均置為OV電壓；豎向使用時，施加到液晶狹縫光柵下基板COM電極電壓為0V，而施加到上基板SEG電極上的電壓為VI，上基板COM電極和下基板SEG電極均置為OV電壓，V1>0。
10.如權利要求10所述的驅動方法，其特征在于，所述施加到下基板SEG電極上的電壓為+/-Vl的方波電壓，以防止液晶材料極化。
【文檔編號】G02B27/22GK104238131SQ201410557828
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年10月20日 優先權日:2014年10月20日
【發明者】邢亮, 李建軍 申請人:中航華東光電（上海）有限公司