CN106054298B - 一种光栅以及3d显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例涉及一种光栅以及3D显示装置。所述光栅的光栅周期从所述光栅的中心向两侧非线性递减。当这种光栅用于3D显示时，可以在纵向上对最佳观看区域进行扩展，因此可以改善观看体验。

Description

一种光栅以及3D显示装置

技术领域

本发明的实施例涉及显示技术领域，尤其涉及一种光栅以及3D显示装置。

背景技术

随着显示技术的不断发展，3D(three dimensional)显示已经成为显示领域的重要发展趋势。3D产品变得越来越流行，3D显示器逐渐走入了大众家庭，大多数人对3D显示也不再感到陌生。过去十几年来3D显示技术主要借助立体眼镜实现3D显示。为了进一步提高观赏舒适感，摆脱立体眼镜的束缚，人们不断的进行裸眼观看3D影像的尝试，而这一领域也迅速成为了当前的研究热点之一。

目前，裸眼3D显示技术主要由光屏障式(也称视差屏障式)和柱状透镜式，其中柱状透镜技术由于与现有的LCD制造工艺不兼容，所以生产成本很高，推广普及非常的困难。视差屏障式裸眼3D技术是在显示面板的显示侧叠加一层屏障光栅，该光栅包括交替布置的遮光条纹和透光条纹。在立体显示模式下，由于光栅的遮挡作用，使得左眼像素形成的左眼图像进入观看者的左眼，右眼像素形成的右眼图像进入观看者的右眼。左眼图像和右眼图像在人脑中叠加合成，使观看者产生深度感知，从而实现3D显示。

如图1所示，常规的裸眼3D显示装置采用遮光条纹101和透光条纹102的宽度都均匀分布的光栅，也就是说，光栅的每个光栅周期都相等，整体呈均匀分布。图2示出了相关技术中的光栅用于3D显示时形成的最佳观看区域的示意图。在图2中，较亮的白色区域和颜色较深的暗区域分别代表左眼图像和右眼图像的最佳观看区域。从图2可以看出，这种光栅在屏幕的前方形成多个较小的最佳观看区域(如图2所示)，观看者只有位于最佳观看区域中时，才能观看到较好的效果。由于这两个最佳观看区域比较小，当观看者前后移动而离开最佳观看区域后，将失去最佳观看体验，甚至出现左眼视图和右眼视图交叉的现象。

发明内容

本发明实施例提供了一种光栅和3D显示装置，其能够将最佳观看区域在纵向上进行扩展，从而改善观看体验。

根据本发明的一个方面，提供一种光栅，所述光栅的光栅周期从所述光栅的中心向两侧非线性递减。

在一个实施例中，所述光栅为平面光栅。

在一个实施例中，从所述平面光栅的中心起的第n个光栅周期W_n为：

其中，W为所述平面光栅的宽度；a₁、a₂、…、a_N为自定义系数且满足线性递减关系；N为所述平面光栅的中心的任一侧的光栅周期的个数。

在一个实施例中，所述光栅为曲面光栅。

在一个实施例中，从所述曲面光栅的中心起的第n个光栅周期的宽度W_n为：

其中，R为所述曲面光栅的半径；θ为所述曲面光栅的圆心角；a₁、a₂、…、a_N为自定义系数且满足线性递减关系；N为所述曲面光栅的中心的任一侧的光栅周期的个数。

在一个实施例中，0.9≤a_N/a₁<1。

在一个实施例中，所述光栅包括液晶光栅。

在一个实施例中，所述光栅包括交替布置的多个遮光条纹和多个透光条纹，

当所述光栅的中心位于相邻的遮光条纹和透光条纹之间的交界处时，每个所述光栅周期包括位于所述光栅的中心的同一侧的相邻透光条纹和遮光条纹的宽度之和；

当所述光栅的中心位于遮光条纹的中心处时，每个所述光栅周期包括在所述光栅的中心的同一侧从每个遮光条纹的中心到下一个遮光条纹的中心的宽度；

当所述光栅的中心位于透光条纹的中心处时，每个所述光栅周期包括在所述光栅的中心的同一侧从所述每个透光条纹的中心到下一个透光条纹的中心的宽度。

在一个实施例中，所述光栅的开口率为0.3。

在一个实施例中，所述光栅周期的取值范围为6微米至500微米。

根据本发明的另一方面，提供一种3D显示装置，包括液晶面板和根据本发明的实施例描述的任一项所述的光栅，所述光栅设置在所述液晶面板的出光侧。

在本发明实施例中，将光栅配置为其光栅周期从中心向两侧非线性递减，当这种光栅用于3D显示时，可以在纵向上对最佳观看区域进行扩展，因此可以改善观看体验。

适应性的进一步的方面和范围从本文中提供的描述变得明显。应当理解，本申请的各个方面可以单独或者与一个或多个其他方面组合实施。还应当理解，本文中的描述和特定实施例旨在仅说明的目的并不旨在限制本申请的范围。

附图说明

本文中描述的附图用于仅对所选择的实施例的说明的目的，并不是所有可能的实施方式，并且不旨在限制本申请的范围，其中：

图1示出在相关技术中3D显示装置采用的光栅的示意图；

图2示出示出相关技术中的光栅用于3D显示时形成的最佳观看区域的示意图；

图3示出根据本发明的实施例的一种示例性光栅的光栅周期的布置的示意图；

图4示出本发明的实施例提供的光栅用于3D显示时形成的最佳观看区域的示意图；

图5示出用于计算平面光栅的光栅周期的示意图；

图6示出了用于计算平面光栅的光栅周期的示意图；

图7示出了一种液晶光栅的截面示意图；

图8示出本发明的实施例提供的示例性3D显示装置的示意图。

贯穿这些附图的各个视图，相应的参考编号指示相应的部件或特征。

具体实施方式

现将参照附图更全面地描述示例性的实施例。

如上所述，相关技术中的3D显示装置采用各个光栅周期的大小都相等的光栅实现3D显示。这种光栅在屏幕前方形成的最佳观看区域较小，当观看者前后移动时，容易离开最佳观看区域而导致观看效果不佳。在本发明实施例中，将光栅配置为其光栅周期从中心向两侧非线性递减，当这种光栅用于3D显示时，可以在纵向上对最佳观看区域进行扩展，因此可以改善观看体验。

需要说明的是，在相关技术中，如图1所示，由于每个光栅周期都相等，因此每个光栅周期包括一个遮光条纹的宽度和一个透光条纹的宽度之和。在本发明实施例中，由于每个光栅周期的大小不相等，因此，对每个光栅周期的划分可根据光栅的中心的位置的不同而不同。示例地，当光栅的中心位于遮光条纹和与其相邻的透光条纹的边界处时，“每个光栅周期”包括位于所述光栅中心的同一侧的相邻遮光条纹和透光条纹的宽度之和；当光栅的中心位于遮光条纹的中心处时，“每个光栅周期”包括在所述光栅中心的同一侧从每个遮光条纹的中心到下一个遮光条纹的中心的宽度；当光栅的中心位于透光条纹的中心处时，“每个光栅周期”包括在所述光栅中心的同一侧从每个透光条纹的中心到下一个透光条纹的中心的宽度。在本发明的实施例中，“光栅周期从光栅的中心向两侧非线性递减”相当于遮光条纹和透光条纹的宽度从光栅的中心向两侧非线性递减。可以理解，关于光栅周期的划分不限于本文中示例性描述的几种方法，本领域技术人员可以根据光栅的中心位置的不同而采用其他的划分方法。

图3示出根据本发明的实施例的一种示例性光栅的光栅周期的布置的示意图。如图3所示，该光栅包括彼此交替布置的遮光条纹301和透光条纹302。在该实施例中，光栅的中心位于遮光条纹的中心处。从光栅的中心向左右两侧分别包括N个光栅周期W₁、W₂、W₃、…、W_N，光栅周期的大小从W₁至W_N非线性递减。

图4示出了本发明的实施例提供的光栅用于3D显示时形成的最佳观看区域的示意图。与图2类似，较亮的白色区域和颜色较深的暗区域分别代表左眼图像和右眼图像的最佳观看区域。如图4所示，最佳观看区域在纵向上得到了较大的扩充，观看者在观看时可以前后移动，而不至于损失最佳观看效果，因此可以提高用户的观看体验。因此，在本发明的实施例中，将光栅的光栅周期设置为从光栅的中心向两侧非线性递减，可以在纵向上扩展最佳观看区域，当该光栅应用于3D显示装置时能够提供较好的观看体验。

在一个示例性实施例中，光栅可以为平面光栅。每个光栅周期的值可以根据光栅的总宽度以及对应于每个光栅周期的非线性系数来计算。图5示出了用于计算平面光栅的光栅周期的示意图。如图5所示，以光栅的中心为原点，向右侧或向左侧定义系数a₁、a₂、…、a_N为满足线性递减关系的常数，N为从光栅的中心起向右或向左重复的光栅周期的个数。从光栅的中心起，第n个光栅周期W_n可通过如下公式计算：

其中，W为平面光栅的宽度。

由于a₁、a₂、…、a_N满足线性递减关系，由式(1)可知，因此它们形成的系数为非线性系数，且该非线性系数从n＝1到n＝N逐渐减小。因此，根据式(1)，在已知光栅的总宽度的情况下，对系数a₁、a₂、…、a_N赋予特定的值，可以获得平面光栅的每个光栅周期的大小。

在本发明的实施例中，系数a₁和a_N可以被设定为满足：0.9≤a_N/a₁<1。

表1中给出了在a_N：a₁＝0.995:1的情况下用于两个不同尺寸的3D显示装置的光栅的光栅周期W₁和光栅周期W_N。

表1

屏幕尺寸(英寸)

分辨率

开口率

a<sub>N</sub>：a<sub>1</sub>

W<sub>1</sub>(m)

W<sub>N</sub>(m)

示例1

13.3

1920x1080

0.3

0.995:1

3.067e<sup>-4</sup>

3.036e<sup>-4</sup>

示例2

27

1920x1080

0.3

0.995:1

6.226e<sup>-4</sup>

6.164e<sup>-4</sup>

在另一个示例性实施例中，光栅还可以是曲面光栅。图6示出了用于计算平面光栅的光栅周期的示意图。类似地，如图6所示，以光栅中心为原点，向右侧或向左侧定义系数a₁、a₂、…、a_N为满足线性递减关系的常数，N为从光栅的中心起向右或向左重复的光栅周期的个数。从光栅的中心起，第n个光栅周期W_n可通过如下公式计算：

其中，θ为曲面光栅的圆心角。形成了非线性系数。在已知θ和R的情况下，通过对系数a₁、a₂、…、a_N赋予特定的值，可以获得曲面光栅的每个光栅周期的大小。

在一个实施例中，光栅可以为液晶光栅。图7示出了一种液晶光栅的截面示意图。如图7所示，液晶光栅包括相对设置的第一基板706和第二基板707；设置在第一基板706和第二基板707之间的液晶层703；分别设置在第一基板706的上侧和下侧的第一偏振器701和第一电极704；分别设置在第二基板707的上侧和下侧的第二偏振器702和第二电极705。通过控制施加在第一电极和第二电极之间的电压的大小来控制光的透射，从而形成遮光条纹和透光条纹交替布置的液晶光栅，并且遮光条纹和透光条纹的宽度(即光栅周期)从光栅的中心向两侧非线性递减。

在另一个实施例中，光栅也可以为除液晶光栅之外的其他类型的光栅，例如通过在玻璃片上刻出大量平行刻痕而形成的光栅，其中刻痕为遮光条纹，两个刻痕之间的部分为透光条纹。

在本发明的实施例中，光栅的光栅周期可以设定为与像素的尺寸相匹配，例如，可以将每个光栅周期设定在6微米至500微米的数量级。

在一个示例中，光栅的开口率约为0.3，也就是说，对于每个光栅周期，透光条纹的宽度被设定为约等于相应的光栅周期的30％。通过这种宽度的设定，可以达到较好的显示效果。

在本发明实施例的另一个方面，还提供一种3D显示装置。图8示出本发明的实施例提供的示例性3D显示装置的示意图。如图8所示，该3D显示装置包括显示面板801和设置在该显示面板801的出光侧的光栅802，其中光栅802的光栅周期从中心向两侧非线性递减。

在本发明实施例提供的3D显示装置中，通过将光栅的光栅周期设置为从光栅的中心向两侧非线性递减，可以在纵向上扩展最佳观看区域，从而能够提供较好的观看体验。

除非上下文中另外明确地指出，否则在本文和所附权利要求中所使用的词语的单数形式包括复数，反之亦然。因而，当提及单数时，通常包括相应术语的复数。相似地，措辞“包含”和“包括”将解释为包含在内而不是独占性地。同样地，术语“包括”和“或”应当解释为包括在内的，除非本文中明确禁止这样的解释。在本文中使用术语“实例”之处，特别是当其位于一组术语之后时，所述“示例”仅仅是示例性的和阐述性的，且不应当被认为是独占性的或广泛性的。

以上为了说明和描述的目的提供了实施例的前述描述。其并不旨在是穷举的或者限制本申请。特定实施例的各个元件或特征通常不限于特定的实施例，但是，在合适的情况下，这些元件和特征是可互换的并且可用在所选择的实施例中，即使没有具体示出或描述。同样也可以以许多方式来改变。这种改变不能被认为脱离了本申请，并且所有这些修改都包含在本申请的范围内。

Claims (7)

1.一种光栅，其特征在于，所述光栅的光栅周期从所述光栅的中心向两侧非线性递减，其中，所述光栅为平面光栅，从所述平面光栅的中心起的第n个光栅周期W_n为：

其中，W为所述平面光栅的宽度；a₁、a₂、…、a_N为自定义系数且满足线性递减关系；N为所述平面光栅的中心的任一侧的光栅周期的个数，或者

所述光栅为曲面光栅，从所述曲面光栅的中心起的第n个光栅周期的宽度W_n为：

其中，R为所述曲面光栅的半径；θ为所述曲面光栅的圆心角；a₁、a₂、…、a_N为自定义系数且满足线性递减关系；N为所述曲面光栅的中心的任一侧的光栅周期的个数。

2.根据权利要求1所述的光栅，其特征在于，0.9≤a_N/a₁<1。

3.根据权利要求2所述的光栅，其特征在于，所述光栅包括液晶光栅。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的光栅，其特征在于，所述光栅包括交替布置的多个遮光条纹和多个透光条纹，

当所述光栅的中心位于相邻的遮光条纹和透光条纹之间的交界处时，每个所述光栅周期包括位于所述光栅的中心的同一侧的相邻透光条纹和遮光条纹的宽度之和；

当所述光栅的中心位于遮光条纹的中心处时，每个所述光栅周期包括在所述光栅的中心的同一侧从每个遮光条纹的中心到下一个遮光条纹的中心的宽度；

当所述光栅的中心位于透光条纹的中心处时，每个所述光栅周期包括在所述光栅的中心的同一侧从所述每个透光条纹的中心到下一个透光条纹的中心的宽度。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的光栅，其特征在于，所述光栅的开口率为0.3。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的光栅，其特征在于，所述光栅周期的取值范围为6微米至500微米。

7.一种3D显示装置，其特征在于，包括液晶面板和根据权利要求1至6中任一项所述的光栅，所述光栅设置在所述液晶面板的出光侧。