本發(fā)明涉及一種裸眼3d影像顯示裝置，具體的說是涉及一種設(shè)有黑色遮光矩陣的裸眼3d影像顯示裝置。

背景技術(shù)：

近年來，3d顯示技術(shù)快速發(fā)展，受到人們越來越重要的關(guān)注和重視。隨著影視公司、電視服務(wù)商們推出多種3d影視作品，人類獲得了前所未有的視覺體驗(yàn)。在觀眾獲得強(qiáng)烈視覺感受時(shí)，因?yàn)樾枰宕魈厥獾牧Ⅲw眼鏡，故同時(shí)也伴隨了諸多不便利，例如長時(shí)間觀看造成的視覺疲勞、頭暈惡心，甚至清晰效果越好配套的立體眼鏡越貴，以及易損壞造成的成本昂貴。使用體驗(yàn)的提升促使著科技的不斷進(jìn)步，裸眼3d顯示技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，但是裸眼式立體技術(shù)還處于不斷研發(fā)階段，并且主要應(yīng)用在工業(yè)商用顯示市場，雖然有了部分相應(yīng)產(chǎn)品但普及度還不夠，尤其可視距離、可視角度及分辨率等方面還具有很多不足。

目前的裸眼3d顯示技術(shù)主流為光屏障式、柱面透鏡式，其他顯示方式還包括有多層顯示、指向光源等，但是即使是主流的光屏障式、柱面透鏡式，仍存在成像不夠清晰、亮度不夠、殘影明顯以及結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本較高等問題。

圖1和圖2是用于說明現(xiàn)有技術(shù)的示意圖。

根據(jù)圖1和圖2，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)柱面透鏡方法的自動(dòng)立體顯示裝置通過利用空間分割方法使左眼和右眼感知不同的圖像而實(shí)現(xiàn)3d圖像。

也就是說，現(xiàn)有技術(shù)的自動(dòng)立體顯示裝置分離地實(shí)現(xiàn)左眼和右眼感知的圖像并利用柱面透鏡折射每個(gè)圖像以具有特定的角度，使得左眼圖像能聚焦到左眼上而右眼圖像能聚焦到右眼上，由此實(shí)現(xiàn)3d圖像。

然而，因?yàn)槔矛F(xiàn)有技術(shù)柱面透鏡的自動(dòng)立體3d面板分離地實(shí)現(xiàn)左眼圖像和右眼圖像，所以圖像的分辨率減小一半。此外，柱面透鏡圖像聚焦的部分固定，因而使用者僅在特定位置和角度可以感知3d圖像。

此外，使用現(xiàn)有技術(shù)柱面透鏡的自動(dòng)立體3d面板使用柱面透鏡折射圖像，因而如果實(shí)現(xiàn)2d圖像，則圖像質(zhì)量會(huì)劣化。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

根據(jù)上述問題，本發(fā)明提出了一種成像清晰、亮度足夠、殘影淡化以及結(jié)構(gòu)簡單、成本較低的裸眼3d影像顯示裝置。其技術(shù)方案如下所述：

一種裸眼3d影像顯示裝置，包括：

第一顯示面板，包含多個(gè)第一像素分別沿第一方向和第二方向陣列布置，所述第一像素對應(yīng)有左眼圖像和右眼圖像；

第二顯示面板，設(shè)置于所述第一顯示面板上，并包含多個(gè)第二像素分別沿第二方向和第一方向陣列布置，包括多個(gè)像素，所述多個(gè)第二像素包括左眼像素和右眼像素；

顯示光源；

液晶透鏡陣列裝置，布置為面對所述第二顯示面板的顯示表面，并且包括多個(gè)柱面透鏡，所述多個(gè)柱面透鏡被構(gòu)造為沿著根據(jù)所述第二顯示面板的所述布置狀態(tài)的方向傾斜布置，傾斜角度范圍為30°～45°；以及

處理器，所述處理器接收第一像素的信號，并據(jù)此發(fā)出控制指令給控制模塊，所述控制模塊控制組成所述第二像素的開啟和關(guān)閉。

所述傾斜角度優(yōu)選為45°。

進(jìn)一步的，所述液晶透鏡陣列裝置是具有液晶層的可變液晶透鏡陣列，所述可變液晶透鏡陣列被構(gòu)造為選擇性地產(chǎn)生相當(dāng)于所述多個(gè)柱面透鏡的效果的柱面透鏡效果，通過電改變所述液晶層中的折射系數(shù)分布而允許所述柱面透鏡效果產(chǎn)生在兩個(gè)不同方向的任一個(gè)方向上。

進(jìn)一步的，其中通過控制所述左眼像素和所述右眼像素交替地開啟和關(guān)閉，使得當(dāng)所述左眼像素或所述右眼像素開啟時(shí)從所述背光單元發(fā)出的光被提供到所述液晶透鏡陣列裝置，所述控制單元實(shí)現(xiàn)三維圖像。

進(jìn)一步的，所述第二顯示面板具有多個(gè)子像素二維地布置的像素構(gòu)造，所述多個(gè)子像素的每個(gè)對應(yīng)于彩色顯示所需的多個(gè)顏色的每個(gè)，并且結(jié)合用于構(gòu)造彩色顯示的單位像素的每個(gè)子像素的位置在所述第一布置狀態(tài)和所述第二布置狀態(tài)之間改變。

進(jìn)一步的，所述控制模塊單獨(dú)控制組成所述第二像素的部分像素的開啟和關(guān)閉。

進(jìn)一步的，所述第二顯示面板中的所述子像素具有矩形形狀，所述縱向方向上的像素寬度wy滿足下面的關(guān)系式：wy＝py(1-1/n)，并且角度θ滿足下面的表達(dá)式：θ＝tan^-1(px/py(1+1/n))，其中px和py分別表示所述子像素的所述較短方向和所述縱向方向上的像素節(jié)距，wy表示所述子像素在所述縱向方向上的像素寬度，θ表示在所述第一布置狀態(tài)下所述柱面透鏡的所述軸相對于所述顯示面板的所述垂直方向的傾斜角，并且n表示在所述第二布置狀態(tài)下子像素在所述垂直方向上的數(shù)量，所述子像素構(gòu)造三維像素作為立體圖像的單位像素。

進(jìn)一步的，所述液晶透鏡陣列裝置包括兩個(gè)平行的第一基板和第二基板、處于兩個(gè)基板中間的液晶層以及兩側(cè)的第一電極和第二電極，第一電極在該第二基板的該表面上的垂直投影，與相鄰的第二電極具有一重疊部分，該重疊部分具有一重疊長度，該重疊長度為3～6μm。

進(jìn)一步的，所述第一顯示面板和所述第二顯示面板上設(shè)有黑色矩陣。

進(jìn)一步的，所述黑色矩陣是第一像素和第二像素寬度的六分之一至五分之一。

本發(fā)明還包括一種驅(qū)動(dòng)裸眼3d影像顯示裝置的方法，該裸眼3d影像顯示裝置包括：第一顯示面板，包含多個(gè)第一像素分別沿第一方向和第二方向陣列布置，所述第一像素對應(yīng)有左眼圖像和右眼圖像；

第二顯示面板，設(shè)置于所述第一顯示面板上，并包含多個(gè)第二像素分別沿第二方向和第一方向陣列布置，包括多個(gè)像素，所述多個(gè)第二像素包括左眼像素和右眼像素；

顯示光源；

液晶透鏡陣列裝置，布置為面對所述第二顯示面板的顯示表面，并且包括多個(gè)柱面透鏡，所述多個(gè)柱面透鏡被構(gòu)造為沿著根據(jù)所述第二顯示面板的所述布置狀態(tài)的方向傾斜布置，傾斜角度范圍為30°～45°；以及

處理器，

具體步驟為：

所述處理器接收第一像素的信號，并據(jù)此發(fā)出控制指令給控制模塊，所述控制模塊控制組成所述第二像素的開啟和關(guān)閉。

進(jìn)一步的，所述驅(qū)動(dòng)方法的所述傾斜角度為45°。

所述液晶透鏡陣列裝置是具有液晶層的可變液晶透鏡陣列，所述可變液晶透鏡陣列被構(gòu)造為選擇性地產(chǎn)生相當(dāng)于所述多個(gè)柱面透鏡的效果的柱面透鏡效果，通過電改變所述液晶層中的折射系數(shù)分布而允許所述柱面透鏡效果產(chǎn)生在兩個(gè)不同方向的任一個(gè)方向上。

其中通過控制所述左眼像素和所述右眼像素交替地開啟和關(guān)閉，使得當(dāng)所述左眼像素或所述右眼像素開啟時(shí)從所述背光單元發(fā)出的光被提供到所述液晶透鏡陣列裝置，所述控制單元實(shí)現(xiàn)三維圖像。

所述第二顯示面板具有多個(gè)子像素二維地布置的像素構(gòu)造，所述多個(gè)子像素的每個(gè)對應(yīng)于彩色顯示所需的多個(gè)顏色的每個(gè)，并且結(jié)合用于構(gòu)造彩色顯示的單位像素的每個(gè)子像素的位置在第一布置狀態(tài)和第二布置狀態(tài)之間改變。

所述控制模塊單獨(dú)控制組成所述第二像素的部分像素的開啟和關(guān)閉。

所述第二顯示面板中的所述子像素具有矩形形狀，所述縱向方向上的像素寬度wy滿足下面的關(guān)系式：wy＝py(1-1/n)，并且角度θ滿足下面的表達(dá)式：θ＝tan^-1(px/py(1+1/n))，

其中px和py分別表示所述子像素的所述較短方向和所述縱向方向上的像素節(jié)距，wy表示所述子像素在所述縱向方向上的像素寬度，θ表示在所述第一布置狀態(tài)下所述柱面透鏡的所述軸相對于所述顯示面板的所述垂直方向的傾斜角，并且n表示在所述第二布置狀態(tài)下子像素在所述垂直方向上的數(shù)量，所述子像素構(gòu)造三維像素作為立體圖像的單位像素。

所述液晶透鏡陣列裝置包括兩個(gè)平行的第一基板和第二基板、處于兩個(gè)基板中間的液晶層以及兩側(cè)的第一電極和第二電極，第一電極在該第二基板的該表面上的垂直投影，與相鄰的第二電極具有一重疊部分，該重疊部分具有一重疊長度，該重疊長度為3～6μm。

所述第一顯示面板和所述第二顯示面板上設(shè)有黑色矩陣。

所述黑色矩陣是第一像素和第二像素寬度的六分之一至五分之一。

本發(fā)明由于采取了上述技術(shù)方案，其具有如下有益效果：

本發(fā)明所述的裸眼3d影像顯示裝置，通過將液晶透鏡陣列裝置的多個(gè)柱面透鏡構(gòu)造為沿著根據(jù)第二顯示面板的布置狀態(tài)的方向傾斜布置，并具體選擇合適的傾斜角度范圍為30°～45°，提高了裸眼觀看立體成像的清晰度，并通過處理器控制組成第二像素的開啟和關(guān)閉，消除了殘影，結(jié)構(gòu)簡單，成本較低。同時(shí)在第一顯示面板和第二顯示面板上設(shè)置的黑色矩陣，增加了出光的均勻性，并將左眼圖像和右眼圖像很好地區(qū)分開來，有利于裸眼立體顯示的進(jìn)一步推廣應(yīng)用。

附圖說明

圖1和圖2是用于說明現(xiàn)有技術(shù)的示意圖。

圖3是本發(fā)明的裸眼3d影像顯示裝置的整體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是本發(fā)明的裸眼3d影像顯示裝置的驅(qū)動(dòng)方式示意圖。

圖5是液晶透鏡陣列裝置與第二顯示面板的整體布局圖。

圖6是液晶透鏡陣列裝置與第二顯示面板的局部示意圖。

圖7是第一顯示面板和第二顯示面板上黑色矩陣的示意圖。

圖8是黑色矩陣與透鏡陣列相互配合出光的示意圖。

具體實(shí)施方式

如圖3和圖5所示，一種裸眼3d影像顯示裝置，包括：第一顯示面板1，包含多個(gè)第一像素分別沿第一方向x和第二方向y陣列布置，所述第一像素對應(yīng)有左眼圖像和右眼圖像；第二顯示面板2，設(shè)置于所述第一顯示面板1上，并包含多個(gè)第二像素分別沿第二方向y和第一方向x陣列布置，包括多個(gè)像素，所述多個(gè)第二像素包括左眼像素和右眼像素；顯示光源3；液晶透鏡陣列裝置4，布置為面對所述第二顯示面板2的顯示表面，并且包括多個(gè)柱面透鏡41，所述多個(gè)柱面透鏡41被構(gòu)造為沿著根據(jù)所述第二顯示面板2的所述布置狀態(tài)的方向傾斜布置，傾斜角度范圍為30°～45°，其中45°效果最佳；以及處理器，所述處理器接收第一像素的信號，并據(jù)此發(fā)出控制指令給控制模塊，所述控制模塊控制組成所述第二像素的開啟和關(guān)閉。

在水平條布置中，采用斜雙凸透鏡系統(tǒng)以消除亮度不均勻性。柱面透鏡的柱面軸(中心軸)以角度θ在平行于第二顯示面板2的顯示表面的平面中從構(gòu)造空間中的y軸方向傾斜。當(dāng)采用斜雙凸透鏡系統(tǒng)以消除亮度不均勻性時(shí)，在水平條布置的情況下，水平方向上的子像素節(jié)距大于垂直條布置情況中的子像素節(jié)距。換言之，當(dāng)較短方向上的像素節(jié)距為px，并且縱向方向上的像素節(jié)距為py(py＞px)時(shí)，在垂直條布置的情況下，水平方向上的子像素節(jié)距為px，但是在水平條布置的情況下，水平方向上的子像素節(jié)距為py。因此，增加了柱面透鏡的傾斜角θ，因此難以分離水平方向上的視差圖像。另外，被分配相同數(shù)量的相鄰子像素r、g和b(ri、gi和bi，i＝1，2，3，...)的結(jié)合形成彩色顯示的單位像素。例如，在傾斜方向上彼此相鄰的子像素(r2、g2和b2)的結(jié)合形成單位像素。

構(gòu)造1個(gè)像素的子像素r、g和b以1行和1列的間隔布置。柱面透鏡此時(shí)的傾斜角θ通過θ＝tan^-1(py/px)獲得。在典型的顯示面板中，1個(gè)像素的高寬比為1∶1，從而建立了py＝3px。因此，柱面透鏡的傾斜角θ為72.4°。在此情況下，垂直方向(y方向)上的折射能力大于水平方向(x方向)上的折射能力，從而垂直方向上的視差圖像的分離程度大于水平方向。在立體視覺中，水平方向上的視差是重要的，因此需要傾斜角θ為45°或更小。因此，考慮通過增加構(gòu)造1個(gè)像素的子像素r、g和b之間在垂直方向上的距離而減小柱面透鏡的傾斜角θ的方法。

如圖5所示，柱面透鏡41較佳為平行排列的柱狀棱鏡，且其與第二黑色矩陣共同的延伸方向相對于第一方向x及第二方向y傾斜。由于柱面透鏡41及第二黑色矩陣相對于第二方向y傾斜，因此在第二方向y上相鄰的投影重迭區(qū)上方可能會(huì)對應(yīng)到不同的柱面透鏡41及第二黑色矩陣。換言之，在第二方向y上相鄰的投影重迭區(qū)產(chǎn)生的光線將并非都是由正上方或同一側(cè)斜上方的柱面透鏡41出射，因此可使兩者的出射角度不同。如前所述，在第一方向x上同一列的數(shù)個(gè)投影重迭區(qū)會(huì)為了合并產(chǎn)生較大視角范圍而具有相同的光調(diào)變量，而實(shí)際上是被當(dāng)成同一個(gè)像素來使用。換言之，在第一方向x上的分辨率較投影重迭區(qū)的數(shù)量來得低。此時(shí)可借由上述柱面透鏡41及第二黑色矩陣傾斜造成第二方向y上相鄰兩個(gè)投影重迭區(qū)射出光線的錯(cuò)位及角度差關(guān)系，將下一列(第二方向y上的下一列)的投影重迭區(qū)的顯示信號補(bǔ)入上一列，而當(dāng)作同一列的像素使用，因此可彌補(bǔ)在第一方向x上分辨率的損失。如前所述，一個(gè)第一像素即可在第二方向y上產(chǎn)生兩個(gè)投影重迭區(qū)，因此即便將兩列的投影重迭區(qū)當(dāng)作一列使用，實(shí)際上在第二方向y上的分辨率仍可維持原本第一像素在第二方向y上的數(shù)量。

當(dāng)?shù)谝伙@示面板1及第二顯示面板2間有間隙時(shí)，即可能因?yàn)楣饴返睦L而產(chǎn)生光信號在空間中的串音(crosstalk)現(xiàn)象，使得光信號的正確性受到影響。在圖7所示的實(shí)施例中，第一顯示面板1具有第一黑色矩陣設(shè)置于相鄰的第一像素間；第二顯示面板2具有第二黑色矩陣設(shè)置于相鄰的第二像素間。第一黑色矩陣及第二黑色矩陣較佳可在制程上以制作黑矩陣的方式形成。第一黑色矩陣在第一方向x上具有第一寬度u1，第二黑色矩陣在第一方向x上具有第二寬度u2。另第二像素在第一方向x上具有第二像素寬度w2。當(dāng)?shù)谝粚挾萿1及第二寬度u2的總合大于第二像素寬度w2時(shí)，在不同第二像素下的兩個(gè)相鄰第一像素所產(chǎn)生的光線即不易產(chǎn)生串音現(xiàn)象。如圖7所示，若第一寬度u1及第二寬度u2的總合大于第二像素寬度w2，當(dāng)在不同第二像素下的兩個(gè)相鄰第一像素所產(chǎn)生的光線均穿過其中的一上方的第二像素時(shí)，會(huì)分別受到第一黑色矩陣及第二黑色矩陣的影響，使得兩者的出射角度范圍重迭得以控制，以緩解串音現(xiàn)象。同理，在第二方向y上，亦可作類似的設(shè)置，以緩解串音現(xiàn)象。

所述控制模塊單獨(dú)控制組成所述第二像素的部分像素的開啟和關(guān)閉，使得調(diào)控更加精細(xì)，同時(shí)節(jié)約能源。

如圖8所示，投影重迭區(qū)所產(chǎn)生光線投射到柱面透鏡層后，其光場在第一方向x上的寬度f可以下式表示，其中若假設(shè)第二像素寬度w2相對于f可忽略不計(jì)：其中，其中：θ＝tan^-1[(6w1-2u1+u2)/2d]，

如圖8所示，第一像素于第一方向x上具有第一像素寬度w1，柱面透鏡41在第一方向x上具有棱鏡寬度p，第二顯示面板2與柱面透鏡層間具有第一間距d，第一顯示面板1與第二顯示面板2間具有第二間距d；其中，光場在第一方向x上的寬度f較佳為柱面透鏡41在同一方向上寬度的2到3倍之間，則u1,u2,w1,p,d以及d的關(guān)系較佳符合關(guān)系式：2p*d<d(5w1-2u1+u2)≦3p*d。

在此一設(shè)計(jì)下，至少相鄰三個(gè)柱面透鏡41會(huì)被單一投影重迭區(qū)產(chǎn)生的光線照射到。由于相鄰三個(gè)柱面透鏡41所對應(yīng)的第二黑色矩陣中至少一個(gè)會(huì)與此投影重迭區(qū)對應(yīng)的第一黑色矩陣具有相同的顏色，因此可確保此投影重迭區(qū)的光線至少會(huì)由一個(gè)柱面透鏡41出射。

進(jìn)一步的，所述黑色矩陣是第一像素和第二像素寬度的六分之一至五分之一。

所述液晶透鏡陣列裝置包括兩個(gè)平行的第一基板和第二基板、處于兩個(gè)基板中間的液晶層以及兩側(cè)的第一電極和第二電極，第一電極在該第二基板的該表面上的垂直投影，與相鄰的第二電極具有一重疊部分，該重疊部分具有一重疊長度，該重疊長度為3～6μm。

第二基板相對第一基板設(shè)置。液晶層介于第一基板與第二基板之間。第一電極排列于第一基板鄰接液晶層的表面上，且任兩相鄰的第一電極定義第一間隙于其間。第二電極排列于第二基板鄰接液晶層的表面上，且任兩相鄰的第二電極定義第二間隙于其間。每一第一電極在第二基板的表面上的垂直投影，均與兩相鄰的第二電極部分重疊(即重疊部分o1)。而每一第二電極在第一基板的表面上的垂直投影，均與兩相鄰的第一電極部分重疊(即重疊部分o2)。

如此一來，當(dāng)于第一電極與第二電極之間施加一電場，液晶層中的液晶分子便受到電場的影響而改變其排列方向，使得液晶層的折射率分布類似于實(shí)體透鏡。詳細(xì)地說，首先定義第一基板與第二基板的法線方向?yàn)榇怪狈较?，而第一基板與第二基板的延伸方向?yàn)樗椒较?。在施加電場的情況下，第一基板與第二基板之間的電場在重疊部分o1與o2之間與其它區(qū)域有所不同。于重疊部分o1與o2之間具有最強(qiáng)的垂直電場，而越遠(yuǎn)離重疊部分o1與o2，垂直電場強(qiáng)度越弱。液晶分子在垂直電場下的折射率定義為第一折射率，而在水平電場下的折射率定義為第二折射率。因此在重疊部分o1與o2之間，液晶分子具有第一折射率，隨著遠(yuǎn)離重疊部分o1與o2，液晶分子漸漸改變?yōu)榈诙凵渎?。如此一來，?jīng)由上述的第一電極與第二電極的排列方式，整體液晶層能夠產(chǎn)生相似于實(shí)體透鏡的折射率分布。

另外，在本實(shí)施方式中，第一電極與第二電極均呈條狀，且沿線性方向分別排列于第一基板與第二基板上。亦即第一電極與第二電極，甚至于液晶層的折射率變化皆屬于一維陣列排列。然而上述的排列方式僅為例示，并非用以限制本發(fā)明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識者，應(yīng)視實(shí)際需要，彈性設(shè)計(jì)第一電極與第二電極的排列方式。

雖然上面針對裸眼3d影像顯示裝置描述了本發(fā)明的原理以及具體實(shí)施方式，但是在本發(fā)明的上述教導(dǎo)下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上進(jìn)行各種改進(jìn)和變形，而這些改進(jìn)或者變形均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，上面的具體描述只是為了解釋本發(fā)明的目的，而并非用于限制本發(fā)明。