基于電致折射率改變的3d顯示方法
【專利說明】
【技術領域】
[0001]本發明屬于三維立體顯示技術領域，本發明涉及一種基于電致折射率改變的3D顯示方法。
【【背景技術】】
[0002]3D，也可稱之為三維立體或三維，3D成像技術不同于二維平面成像技術，將三維圖像信息壓縮到一個二維平面中，勢必會使圖像失真，不能準備的反應圖像中各個像素點真實空間位置，二維平面所展示的三維圖像是通過色彩的明暗、物體的大小等信息來表達的，人們通過心理暗示作用再結合二維平面中的色彩的明暗、物體的大小等信息來主觀判斷二維平面中的各個像素點離人眼的距離，而不是真實的物理景深。
[0003]三維顯示區別于二維就是要用各種方法給觀看者帶來視覺的深度感知，使之自然或不自然獲得畫面中第三維度的信息，這種感知方法對人眼來說就是真三維和假三維的區另IJ。所以，對于三維立體成像技術而言，還原三維立體空間中的真實物理景深非常重要，是也是使人眼能夠感知到三維立體圖像的最關鍵的因素。
[0004]目前普遍存在的需要佩戴眼鏡的三維顯示技術是利用雙眼視差的原理來實現的，佩戴眼鏡在短時間內觀看靜態的立體圖像時并不明顯，但當觀看立體電視時，由于人眼長時間處于這種不十分自然且緊張的觀看狀態，便會感到極不舒適及非常疲勞。另一方面由于需要佩戴眼鏡觀看，所以只適合于觀看電影等特殊場合，對于廣告展示來說是不可能的，而且佩戴的眼鏡對光線具有過濾作用，所以導致觀看圖形時光線較暗，對眼睛非常不好。
[0005]所以目前越來越多的人熱衷于研究裸眼三維顯示技術，目前的裸眼三維顯示技術主要有光屏障式(Barrier)、柱狀透鏡(Lenticular Lens)技術、指向光源(Direct1nalBacklight)、MLD三維顯示技術、全息三維技術以及體三維顯示技術六種。裸眼式3D技術最大的優勢便是擺脫了眼鏡的束縛，但是分辨率、可視角度和可視距離等方面還存在很多不足。
[0006]光屏障式三維顯示技術利用了安置在背光模塊及LCD面板間的視差障壁，在立體顯示模式下，應該由左眼看到的圖像顯示在液晶屏上時，不透明的條紋會遮擋右眼；同理，應該由右眼看到的圖像顯示在液晶屏上時，不透明的條紋會遮擋左眼，通過將左眼和右眼的可視畫面分開，使觀者看到3D影像。光屏障式三維顯示技術的優點是與既有的LCD液晶工藝兼容，因此在量產性和成本上較具優勢，但是缺點是采用此種技術的產品影像分辨率和亮度會下降，而且可視角度也有限制。
[0007]柱狀透鏡三維顯示技術的原理是在液晶顯示屏的前面加上一層柱狀透鏡，使液晶屏的像平面位于透鏡的焦平面上，這樣在每個柱透鏡下面的圖像的像素被分成幾個子像素，這樣透鏡就能以不同的方向投影每個子像素。于是雙眼從不同的角度觀看顯示屏，就看到不同的子像素。柱狀透鏡三維顯示技術的雖然相比視差屏障三維顯示技術而言，圖像的亮度不會降低，但是分辨率依然會下降，而且相關制造與現有LCD液晶工藝不兼容，需要投資新的設備和生產線，成本較高。
[0008]指向光源(Direct1nal Backlight) 3D技術實現的方法是通過搭配兩組LED，配合快速反應的LCD面板和驅動方法，讓3D內容以排序方式進入觀看者的左右眼，由于互換影像產生視差，進而讓人眼感受到3D三維效果。這種技術具有很大的優勢，在3D顯示的亮度和分辨率上都能夠得到保障，但是由于其還是利用了人們的左右眼視差原理來使圖像在人的大腦中加工形成三維圖像，所以人在觀看的時間較長之后還是容易出現疲勞，頭暈等現象。
[0009]2009年4月，美國PureDepth公司宣布研發出改進后的裸眼3D技術——MLD (mult1-layer display多層顯示)，這種技術能夠通過一定間隔重疊的兩塊液晶面板，實現在不使用專用眼鏡的情況下，觀看文字及圖畫時所呈現3D影像的效果。本技術由于只有兩塊液晶面板，所以呈現的影像的景深有限，三維顯示效果較差，而較多的液晶面板又會降低顯示影像的亮度。
[0010]全息三維技術利用鏡面反射鏡像的原理能夠產生非常逼真的立體效果，但在動態顯示方面需要非常高的空間光調制器以及超高速的數據處理系統，這兩個技術限制了這種技術的發展，使之目前還不能很好的運用到現實生活中。
[0011]體三維顯示技術則與其他立體顯示技術不同的是，它是真正能夠實現動態效果的3D技術，它可以讓你看到科幻電影中一般“懸浮”在半空中的三維透視圖像。體三維顯示技術目前大體可分為掃描體顯示(Swept-Volume Display)、和固態體顯示(Solid-VolumeDisplay)兩種。
[0012]全息三維技術以及體三維顯示技術相比光屏障式(Barrier)、柱狀透鏡(Lenticular Lens)技術、指向光源(Direct1nal Backlight)三維顯示技術而言，各像素點或者各像素點的像不在同一個平面上，具有真實的景深，所以觀看3D影像時，用戶不會產生眩暈、頭痛及眼睛疲勞等副作用，而且屏幕的分辨率和亮度不會降低，對觀看3D影像的視覺及角度沒有太大的限制，但是由于體視三維顯示設備相比普通的2D顯示設備而言結構要復雜很多，而且由于結構的因素，所以體積較大，成本較高，而且其不與現有的LCD面板兼容，所以開發生產成本更高。
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【發明內容】
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[0013]本發明的目的就是為了解決現有技術存在的問題，提出了一種電致折射率改變的3D顯示設備和顯示方法。
[0014]本發明的構思如下:
[0015]對于二維顯示屏(例如液晶顯示屏)而言，各像素點在同一平面上，所以顯示的畫面為二維畫面，但是如果有一種顯示設備的各像素點不在同一平面上，各像素點離人眼的距離與實際所顯示的三維畫面的景深相對應，而由于各像素點顯示不同的畫面時離人眼的距離不同，所以各像素點離人眼的距離是變化的，由于像素點非常小，所以采用機械的方式移動像素點幾乎是不可能的，但是我們可以將各像素點的虛像(由于像素點與其像均在人眼的同側，所以其必定為虛像)離人眼的距離與實際所顯示的三維畫面的景深相對應，即離人眼距離最遠的像素點的虛像所對應的像素點顯示的畫面的景深最遠。
[0016]而根據筷子在水中成像的原理可知，方形柱狀體的折射率越大，在方形柱狀體與人眼相對的面的物體在人眼中成像離人眼越近，所以，根據這個原理，只要我們改變方形柱狀體的折射率，即可改變該物體在人眼中成像離人眼距離的遠近，將每一個方形柱狀體與各像素點相對應，即可實現各像素點在人眼中所稱的虛像距離人眼的距離不同，從而形成真實的物理景深。
[0017]本發明的具體技術方案如下:
[0018]本發明提供一種基于電致折射率改變的3D顯示設備，該設備包括二維平面顯示屏、一設置于顯示屏前端的平板狀的透明電光晶體陣列，所述電光晶體陣列由與顯示屏像素點相同數量的方柱狀的電光晶體組成，每個電光晶體的與顯示屏平行的截面與顯示屏像素點的大小相同，且各電光晶體與顯示屏像素點相正對，該3D顯示設備還包括向各電光晶體施加電壓的透明電極以及與電極電性連接的控制模塊，所述控制模塊用于控制電極向電光晶體施加與該電光晶體相正對像素點的景深相對應的電壓。
[0019]各電光晶體為一次電光效應晶體。
[0020]所述各電光晶體為橫向電光效應晶體，所述電極相對設置電光晶體的兩側，設置在電光晶體兩側的電極與電光晶體陣列垂直，且設置在電光晶體兩側的兩電極相互平行。[0021 ] 橫向相鄰的電光晶體之間共用一電極，縱向相鄰的電光晶體之間分布有連接電極和控制模塊的透明導線，導線與電極垂直。
[0022]所述電光晶體為鉭鈮酸鋰或鉭鈮酸鉀。
[0023]所述透明電光晶體陣列的厚度為1mm?lm。
[0024]所述二維顯示屏為液晶顯示屏。
[0025]本發明還提供一種基于電致折射率改變的3D顯示方法，該方法包括:
[0026]在二維顯示屏前端設置平板狀的透明電光晶體陣列，所述電光晶體陣列由與二維顯示屏像素點相同數量的方柱狀的電光晶體組成，每個電光晶體的與顯示屏平行的截面與二維顯示屏像素點的大小相同，且各電光晶體與二維顯示屏像素點相正對，通過一控制模塊向電光晶體施加與該電光晶體相正對像素點的景深相對應的電壓。
[0027]所述各電光晶體為橫向電光效應晶體，所述控制模塊與向電光晶體施加電壓的電極電性連接，所述電極相對設置電光晶體的兩側，設置在電光晶體兩側的電極與電光晶體陣列垂直，且設置在電光晶體兩側的兩電極相互平行。
[0028]橫向相鄰的電光晶體之間共用一電極，縱向相鄰的電光晶體之間分布有連接電極和控制模塊的透明導線，導線與電極垂直。
[0029]與該電光晶體相正對的像素點的景深與各電光晶體施加的電壓的一次方成反比。
[0030]所述電光晶體為鉭鈮酸鋰或鉭鈮酸鉀。
[0031]所述透明電光晶體陣列的厚度為1mm?lm。
[0032]所述二維顯示屏為液晶顯示屏。