動(dòng)態(tài)電子光柵的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種動(dòng)態(tài)電子光柵的結(jié)構(gòu)，與液晶模組、背光模組可以構(gòu)成高清晰寬視角的裸眼立體顯示器。動(dòng)態(tài)電子光柵由柱鏡光柵和可切換狹縫光柵構(gòu)成，應(yīng)用倍頻刷新技術(shù)，可切換狹縫光柵的N個(gè)狀態(tài)依次切換時(shí)，N個(gè)相鄰的柱鏡順序?qū)ê完P(guān)閉，等效于水平增加了N倍的像素，可大幅提高裸眼立體顯示的清晰度和視場(chǎng)角，不需作2D/3D轉(zhuǎn)換可直接顯示高清晰圖像。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
動(dòng)態(tài)電子光柵
技術(shù)領(lǐng)域
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[0001]本發(fā)明涉及一種構(gòu)成高分辨率自由立體顯示器的動(dòng)態(tài)電子光柵，自由立體顯示器可用于立體電視、3D游戲機(jī)、3D廣告等。
【背景技術(shù)】
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[0002]近幾年以來(lái)，不使用眼鏡的自由立體技術(shù)被積極地研究，其代表是光柵立體顯示器，它由平面矩陣顯示器上加裝光柵而成，分為光柵前置式和光柵后置式，即光柵可位于背光源與矩陣顯示板之間或矩陣顯示板面向觀(guān)眾的那面，光柵可為柱鏡光柵或狹縫光柵。光柵自由立體顯示又分為雙眼視差式和多視點(diǎn)立體顯示，其中多視點(diǎn)立體顯示具有良好的觀(guān)看自由度和舒適度，適合多人同時(shí)觀(guān)看，成為發(fā)展及應(yīng)用的重點(diǎn)。
[0003]自由立體顯示需要多視點(diǎn)分割顯示屏像素，必然帶來(lái)圖像清晰度的降低，即觀(guān)看自由度與圖像清晰度是沖突的，大多數(shù)立體顯示器不適合顯示精細(xì)的立體圖像和文字。現(xiàn)有技術(shù)用4K顯示屏來(lái)實(shí)現(xiàn)多視點(diǎn)立體圖像的高清晰顯示，在分辨率為3840X2160的顯示屏上，9視點(diǎn)圖像的立體分辨率可達(dá)1280X720，畫(huà)質(zhì)較細(xì)致。專(zhuān)利申請(qǐng)2012102314894將倍頻刷新與高密度面板兩種技術(shù)有機(jī)結(jié)合在一起，大幅增加顯示面板的像素密度，會(huì)獲得更高的立體顯示清晰度以及更自由的觀(guān)看視角。其中的切換光柵實(shí)際上是一種動(dòng)態(tài)電子光柵，是構(gòu)成自由立體顯示器的三大模組之一，與背光模組、液晶模組共同組成裸眼立體顯示器。
[0004]專(zhuān)利申請(qǐng)2012102314894涉及的切換光柵即動(dòng)態(tài)電子光柵與平板顯示屏具有相同的刷新率，柵距根據(jù)顯示屏像素尺寸、立體圖像視點(diǎn)數(shù)量以及光柵的傾斜角度確定，分為狹縫光柵和柱鏡光柵兩種。動(dòng)態(tài)電子光柵共有N個(gè)狀態(tài)，在一個(gè)基礎(chǔ)周期內(nèi)依次切換，等效于動(dòng)態(tài)電子光柵從初始狀態(tài)水平移動(dòng)，可視子像素依次出現(xiàn)在顯示屏不同位置且均勻分布，在保證大視角的前提下提高了立體圖像的清晰度。當(dāng)動(dòng)態(tài)電子光柵的每個(gè)切換狀態(tài)的所有遮光條供用一個(gè)電極時(shí)，通過(guò)電壓控制可在不同的狀態(tài)之間迅速轉(zhuǎn)換，稱(chēng)為瞬間切換，適合應(yīng)用在LED自由立體顯示屏上。IXD顯示屏一個(gè)顯著的特征為，新的數(shù)據(jù)掃描寫(xiě)入前，像素點(diǎn)一直顯示原來(lái)的數(shù)據(jù)，因此圖像與圖像之間的切換是逐步掃描完成的，如果配套的動(dòng)態(tài)電子光柵采用瞬間切換的方式，會(huì)因?yàn)橄袼刂赜岸档颓逦取?br>[0005]本發(fā)明是專(zhuān)利申請(qǐng)2012102314894的后續(xù)改進(jìn)，將液晶點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)與掃描方法應(yīng)用到動(dòng)態(tài)電子光柵中，使光柵不同狀態(tài)之間的切換也是逐步掃描完成的，從而與LCD顯示屏圖像與圖像之間的切換完全同步起來(lái)，獲得更清晰的自由立體顯示。

【發(fā)明內(nèi)容】

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[0006]本發(fā)明公開(kāi)了一種動(dòng)態(tài)電子光柵的結(jié)構(gòu)和原理，目的在于提供一種光柵模組，與液晶模組、背光模組可以構(gòu)成高清晰寬視角的裸眼立體顯示器，可播放高清的2D/3D節(jié)目。
[0007]IXD立體顯示器由光柵模組、液晶模組、背光模組以及同步器、倍頻播放器構(gòu)成，其中液晶模組和背光模組構(gòu)成LCD顯示屏。因此可以將LCD立體顯示器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單歸結(jié)為動(dòng)態(tài)電子光柵⑴、LCD顯示屏(2)、倍頻播放器(3)、同步器(4)。
[0008]動(dòng)態(tài)電子光柵(I)由柱鏡光柵(16)和可切換狹縫光柵構(gòu)成，可切換狹縫光柵的柵距P是柱鏡光柵柵距P的N倍，透光縫隙的寬度不大于柱鏡光柵柵距P，正對(duì)著透光縫隙(21)的柱鏡處于導(dǎo)通狀態(tài)，正對(duì)著遮光條(20)的柱鏡處于關(guān)閉狀態(tài)，可切換狹縫光柵的N個(gè)狀態(tài)依次切換時(shí)，N個(gè)相鄰的柱鏡順序?qū)ê完P(guān)閉，等效于柵距為P的柱鏡光柵水平移動(dòng)掃描。
[0009]可切換狹縫光柵采用矩陣型液晶屏實(shí)現(xiàn)，即偏光片(17)、IPO玻璃(18)、液晶層(19)、IPO玻璃(18)、偏光片(17)構(gòu)成矩陣型液晶屏，因LCD顯示屏最外層有一層偏光片，里層的偏光片可以省略掉。
[0010]可切換狹縫光柵采用的矩陣型液晶屏與IXD顯示屏相比有幾點(diǎn)明顯差異:
[0011]a.黑白二值顯示，無(wú)彩色濾光層，無(wú)灰階；
[0012]b.用黑線(xiàn)條替換黑矩陣(Black Matrix)，增加透光率；
[0013]c.每個(gè)點(diǎn)形狀為矩形或平行四邊形，寬度等于柱鏡光柵柵距P，高度等于IXD顯示屏的像素點(diǎn)距，也可以將數(shù)行像素合并為一行簡(jiǎn)化處理。
[0014]IXD顯示屏⑵具有點(diǎn)對(duì)點(diǎn)顯示功能，120HZ以上的圖像刷新率。顯示屏以基礎(chǔ)頻率的N倍交替刷新屏幕圖像，基礎(chǔ)頻率一般為60Hz，也可以是其它合適的頻率，也就是說(shuō)，顯示屏的刷新率等于基礎(chǔ)頻率的N倍。
[0015]倍頻播放器(3)輸出的每一幀高分辨率的立體合成圖象被分解成N幅全分辨率子圖像，在一個(gè)基礎(chǔ)刷新周期，即1/60秒內(nèi)依次點(diǎn)對(duì)點(diǎn)顯示，N >2，同步器(4)控制動(dòng)態(tài)電子光柵(I)與LCD顯示屏(2)同步掃描，逐行切換，被分解的N幅子圖像同一視點(diǎn)的可視子像素被疊加成一幀N倍清晰度的立體圖像。
[0016]顯示屏刷新率、基礎(chǔ)頻率與倍頻數(shù)N的典型組合為:
[0017]a.2倍頻120Hz基礎(chǔ)刷新率為60Hz ；
[0018]b.4倍頻240Hz基礎(chǔ)刷新率為60Hz ;
[0019]c.5倍頻240Hz基礎(chǔ)刷新率為48Hz。
[0020]全分辨率是指IXD顯示屏(2)的物理分辨率，是可顯示的最高清晰度，而高于全分辨率的圖像無(wú)法一次顯示出來(lái)。以4K IXD顯示屏為例，全分辨率為3840*2160，顯示9視點(diǎn)立體視頻的清晰度為720P ;采用4倍頻技術(shù)，可獲得36視點(diǎn)720P，或者20視點(diǎn)966P清晰度的立體圖像，視野十分寬泛；不采用倍頻技術(shù)，達(dá)到同樣的視野和清晰度，需要12K以上的LCD顯示屏。采用超高分辨率顯示屏與采用倍頻技術(shù)均能提高立體圖像的清晰度，比較而言，采用倍頻技術(shù)的優(yōu)勢(shì)十分突出:
[0021]a.成本優(yōu)勢(shì)，12K以上超高分辨率顯示屏相比于4K屏加上倍頻技術(shù)成本更高。
[0022]b.清晰度優(yōu)勢(shì)，超高分辨率顯示屏像素在縱向密度過(guò)高，冗余大，50%以上被浪費(fèi)了 ；倍頻技術(shù)獲得的N倍像素全部應(yīng)用在橫向，符合光柵立體顯示的特點(diǎn)，具有均衡的清晰度。
[0023]c.視角優(yōu)勢(shì)，超高分辨率顯示屏的視角受限于兩個(gè)因素，9視點(diǎn)時(shí)具有均衡的橫縱向分辨率，到20視點(diǎn)以上時(shí)縱向冗余已經(jīng)很大，另外一個(gè)限制因素來(lái)源于柱鏡光柵本身，柵距不能超過(guò)弧度半徑R的兩倍，在觀(guān)看范圍內(nèi)左右移動(dòng)時(shí)，立體圖像會(huì)發(fā)生幾次跳躍，帶來(lái)眼暈感；采用4倍頻技術(shù)，20視點(diǎn)、36視點(diǎn)都具有均衡的分辨率，柵距最多可達(dá)到弧度半徑R的8倍，可以滿(mǎn)足在有效觀(guān)看范圍內(nèi)移動(dòng)時(shí)不發(fā)生立體圖像的跳躍，徹底解決因圖像跳躍反向帶來(lái)的眼暈問(wèn)題。
[0024]d.疊加優(yōu)勢(shì)，超高分辨率顯示屏上仍然可以應(yīng)用倍頻技術(shù)來(lái)進(jìn)一步提高清晰度和視角。
【附圖說(shuō)明】
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[0025]圖1A是立體顯示器側(cè)視圖，圖1B是立體顯示器正視圖。
[0026]圖2A是動(dòng)態(tài)電子光柵截面示意圖；圖2B是動(dòng)態(tài)電子光柵初始狀態(tài)截面示意圖；圖2C是動(dòng)態(tài)電子光柵第二狀態(tài)截面示意圖。
[0027]圖3是可切換狹縫光柵矩陣型液晶屏的像素結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]圖4A是2倍頻動(dòng)態(tài)電子光柵與LCD顯示屏初始狀態(tài)示意圖；圖4B是2倍頻動(dòng)態(tài)電子光柵與LCD顯示屏同步逐行掃描狀態(tài)示意圖；圖4C是2倍頻動(dòng)態(tài)電子光柵與LCD顯示屏第二狀態(tài)示意圖。
[0029]上述各附圖中的圖示標(biāo)號(hào)為:
[0030]I動(dòng)態(tài)電子光柵，2IXD顯示屏，3倍頻播放器，4同步器，5黑線(xiàn)條，6黑像素點(diǎn)，7白像素點(diǎn)，16柱鏡光柵，17偏光片，18IP0玻璃，19液晶層，20遮光條，21透光縫隙。
[0031]本發(fā)明公開(kāi)的動(dòng)態(tài)電子光柵，應(yīng)用倍頻刷新技術(shù)，可大幅提高自由立體顯示器的清晰度和視場(chǎng)角，不需作2D/3D轉(zhuǎn)換可直接顯示高清晰圖像，立體圖像具有寬視角、大景深、高清晰的優(yōu)勢(shì)。
【具體實(shí)施方式】
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[0032]實(shí)施案例一，行掃描黑白二值矩陣液晶屏構(gòu)成的動(dòng)態(tài)電子光柵。
[0033]如圖2所示，動(dòng)態(tài)電子光柵(I)由柱鏡光柵(16)和可切換狹縫光柵構(gòu)成，可切換狹縫光柵采用矩陣型液晶屏實(shí)現(xiàn)，由偏光片(17)、IPO玻璃(18)、液晶層(19)、IPO玻璃
(18)、偏光片(17)等構(gòu)成矩陣型液晶屏，其中遮光條(20)由黑像素點(diǎn)(6)構(gòu)成，透光縫隙
(21)由白像素點(diǎn)(7)構(gòu)成。矩陣型液晶屏的像素結(jié)構(gòu)如圖3所示，呈平行四邊形結(jié)構(gòu)，黑白二值顯示，像素列與像素列之間用黑線(xiàn)條(5)隔開(kāi)，像素行與像素行之間無(wú)間隔，像素寬度等于柱鏡光柵柵距P，像素高度等于IXD顯示屏的像素點(diǎn)距。線(xiàn)寬為兩個(gè)像素(I黑I白)的可切換狹縫光柵構(gòu)成2倍頻動(dòng)態(tài)電子光柵，分為初始狀態(tài)和第二狀態(tài)，對(duì)應(yīng)于LCD顯示屏顯示的圖像為T(mén)1和T2，如圖4所示。線(xiàn)寬為四個(gè)像素(3黑I白)的可切換狹縫光柵構(gòu)成4倍頻動(dòng)態(tài)電子光柵，分別在初始狀態(tài)、第二狀態(tài)、第三狀態(tài)、第四狀態(tài)之間切換，對(duì)應(yīng)于LCD顯示屏上顯示的圖像分別為T(mén)pTpT3和T4。構(gòu)成切換狹縫光柵的矩陣型液晶屏與顯示圖像的LCD顯示屏采用逐行掃描的方式刷新圖像數(shù)據(jù)都是十分合適的，兩者之間容易做到同步切換，如圖4Α所示，動(dòng)態(tài)電子光柵與立體圖像均為初始狀態(tài)，圖4Β所示，在同步器(4)控制下動(dòng)態(tài)電子光柵與立體圖像均開(kāi)始逐行刷新數(shù)據(jù)，圖4C所示，動(dòng)態(tài)電子光柵與立體圖像完全切換到第二狀態(tài)。
[0034]動(dòng)態(tài)電子光柵與立體圖像之間的同步并不需要嚴(yán)格達(dá)到點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的程度，可以把矩陣型液晶屏上M行像素合并成一行，與IXD顯示屏上的M行像素同步即可，比如M = 10，可以降低矩陣型液晶屏電極的設(shè)計(jì)加工難度以及切換時(shí)的數(shù)據(jù)量。
[0035]實(shí)施案例二，無(wú)濾光層LCD屏構(gòu)成的動(dòng)態(tài)電子光柵。
[0036]應(yīng)用4倍頻60Hz的基礎(chǔ)刷新率顯示20視點(diǎn)裸眼立體圖像，需要準(zhǔn)備一臺(tái)分辨率為3840*2160、刷新率240Hz的55英寸4K液晶電視顯示立體圖像，液晶電視的像素點(diǎn)距為
0.3171mm。準(zhǔn)備一片分辨率為3840*2160、刷新率240Hz的55英寸液晶面板作可切換狹縫光柵，液晶面板中濾光層在加工時(shí)已經(jīng)被去除，像素點(diǎn)距為0.3165mm,比液晶電視的點(diǎn)距略小，有效面積為1215*683mm，液晶圖案組成的光柵線(xiàn)條與豎直方向傾斜角度為18.43度，與相同傾角，柵距為0.5mm的柱鏡光柵(16)復(fù)合在一起，形成動(dòng)態(tài)電子光柵(1)，4個(gè)切換狀態(tài)液晶圖案組成的狹縫光柵的橫向周期均為20個(gè)子像素寬度，遮光條(20)的寬度為15個(gè)子像素，透光縫隙(21)的寬度為5個(gè)子像素。同步器(4)控制動(dòng)態(tài)電子光柵(I)與液晶電視同步刷新數(shù)據(jù)，從圖像T1切換到T2，然后順序切換到T3、T4，實(shí)現(xiàn)高清晰、寬視角裸眼立體顯不O
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種動(dòng)態(tài)電子光柵，由柱鏡光柵(16)和可切換狹縫光柵構(gòu)成，可切換狹縫光柵的柵距P是柱鏡光柵柵距P的N倍，可切換狹縫光柵的N個(gè)狀態(tài)依次切換時(shí)，N個(gè)相鄰的柱鏡順序?qū)ê完P(guān)閉，其特征在于，可切換狹縫光柵采用矩陣型液晶屏實(shí)現(xiàn)光線(xiàn)的穿透與遮擋，矩陣型液晶屏由IPO玻璃(18)、液晶層(19)、偏光片(17)構(gòu)成，其中遮光條(20)由黑像素點(diǎn)(6)構(gòu)成，透光縫隙(21)由白像素點(diǎn)(7)構(gòu)成。2.如權(quán)利要求1所述的電子光柵，其特征還在于，矩陣型液晶屏黑白二值顯示，像素形狀為矩形或平行四邊形，像素列與像素列之間用黑線(xiàn)條(5)隔開(kāi)，像素行與像素行之間無(wú)間隔，像素寬度等于柱鏡光柵柵距P，像素高度等于IXD顯示屏的像素點(diǎn)距的M倍。3.如權(quán)利要求2所述的電子光柵，其特征還在于，水平周期為I黑I白兩個(gè)像素的狹縫光柵構(gòu)成2倍頻動(dòng)態(tài)電子光柵，分為初始狀態(tài)和第二狀態(tài)，同步顯示LCD顯示屏上的圖像T1和T2，矩陣型液晶屏和IXD顯示屏的刷新率均為120Hz。4.如權(quán)利要求2所述的電子光柵，其特征還在于，水平周期為3黑I白四個(gè)像素的狹縫光柵構(gòu)成4倍頻動(dòng)態(tài)電子光柵，分別在初始狀態(tài)、第二狀態(tài)、第三狀態(tài)、第四狀態(tài)之間切換，同步顯示IXD顯示屏上的圖像TpTpT3和T4,矩陣型液晶屏和IXD顯示屏的刷新率均為240Hz ο5.如權(quán)利要求2所述的電子光柵，其特征還在于，狹縫光柵矩陣型液晶屏與顯示圖像的LCD顯示屏均采用逐行掃描的方式，在同步器(4)控制下同步刷新圖像數(shù)據(jù)。
【文檔編號(hào)】G02B27/22GK105892069SQ201410203975
【公開(kāi)日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2014年5月15日
【發(fā)明人】薄淑英
【申請(qǐng)人】北京康得新三維科技有限責(zé)任公司