可用液晶微透镜阵列切换二维三维显示的手机设备和方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种可实现三维显示的便携式设备及其方法，特别涉及一种可利用液 晶微透镜阵列切换二维显示和三维显示的便携式设备及其方法。
【背景技术】
[0002] 随着社会的进步和科技的发展，传统手机设备逐渐发展为智能手机，具备多种 多样的功能，然而，现有的手机设备绝大多数都只能显示二维信息，并不能给人以深度 感觉。众所周知，现实世界是真正的三维立体世界，用户在使用智能手机观看视频，或 者玩游戏的时候，往往追求极致而真实的视觉享受，这就要求手机具备裸眼三维显示 (autostereoscopicdisplay)功能。裸眼三维显示是一项可以让用户裸眼观看自然的三维 影像的技术，这种三维影像具有水平方向上和垂直方向上的连续视差变化。
[0003] 相对于市场中所出售的手机设备相比，同时能够显示二维图像和三维图像的手机 设备更能彰显现代年轻人对于个性和高科技的追求。当用户使用手机的传统功能时，例如， 拨打电话，编写短信，查看日历等，可采用二维显示的方式；而当用户观看视频，或者玩游戏 的时候，可采用三维显示的方式，塑造出一种呼之欲出的立体成像，让现代年轻人感受到科 技与时尚的完美结合。因此，如果能够设计出一种可切换二维显示和三维显示的手机设备， 则该设备兼具了二维显示和三维显示两者的优点，不止可成为手机市场发展历程中，从二 维显示到三维显示的重要过渡产品，而且能够适应用户在不同场合下对于二维显示和三维 显示的不同需求，只需要一个键，就可以实现二维和三维显示之间的转换，这样，用户不需 要为了看三维效果而买一个手机，为了看二维效果再买一个手机了。
[0004] 现有的具备裸眼三维显示功能的显示设备大多都是基于视差屏障（parallax barrier)原理的，其通过在显示面板表面设置纵向的栅栏状光学屏障来控制光线行进方 向，让左右两眼接受不同影响产生视差达成立体显示效果。其缺点是光学屏障的设置会使 屏幕显示亮度大幅度降低，，从而引起手机设备耗电量增加的问题，而且大多数应用视差屏 障方式的裸眼三维显示手机设备都只能够提供左右两个视角的图像。
[0005] 另外一种裸眼三维显示的方式是，采用柱状透镜阵列或者液晶柱状透镜阵列对显 示面板出射光线的方向进行调制，使其能够折射到三维空间的不同方向，从而形成三维图 像。然而，因为智能手机提供自动旋转屏幕的功能，当屏幕旋转后，（液晶）柱状透镜阵列所 提供的左右视角图像会变成上下视角图像，不再能够产生三维影像。
[0006] 裸眼三维图形显示技术复杂，除硬件外，还需要专门的图像生成算法配合才能形 成三维效果。而现有专利和方法在具备裸眼三维显示手机设备的配套软件方面，即显示面 板上三维图的计算，缺乏有效而快速的方法。而众所周知，要生成三维图，需要计算多个不 同视角的视图，并将这些视图进行像素重排，生成交错图像（interlacedimage)。该计算过 程计算量大，从而导致生成交错图像的时间效率低，因此如何加速生成交错图像是一个重 要的事项。
[0007] 另外，现在的手机市场大部分是智能手机，其中一个重要特征就是，配备重力感应 器，可以在用户改变手机握持状态的时候旋转屏幕。而在采用（液晶）柱状透镜和视差屏障 进行裸眼三维显示时，如果旋转屏幕，则不能正确显示三维立体图像给用户，这是因为，左 右视差图像会变成上下视差，导致用户无法感知立体图像。因此，在智能手机上应用裸眼三 维显示功能，更需要考虑到能够实现两个方向上都具有视差的图像。
【发明内容】
[0008] 鉴于现有技术的不足，以及考虑到手机市场的发展趋势，本发明的目的在于提供 一种利用液晶微透镜阵列切换二维显示和三维显示的便携式设备及其方法。
[0009] 本发明是关于具备二维/三维显示可转换功能的手机设备的实现方法。本发明的 特征是：采用液晶微透镜阵列（LiquidCrystalMicroLensArray),达到二维和三维显示 之间的切换。本发明的液晶微透镜为阵列结构，可实现真三维显示和适应智能手机屏幕旋 转的功能。本发明所述的手机设备，包含多层结构：触摸屏层，液晶微透镜阵列层以及显示 面板层。为了实现多层之间的简洁结构，本发明采用共用电极结构，该结构能在节约电能的 同时实现三维图像的高对比度。同时，本发明提出各层之间的间距计算方法，保证三维图像 的正确性和有效性。
[0010] 根据本发明的一方面，提供一种便携式电子设备，能够显示二维图像和三维图像， 所述设备包括：液晶微透镜阵列，包括上基板、下基板和位于两层基板之间的液晶层，在向 上基板、下基板之间施加的电压差不为零时，该液晶层中液晶分子发生偏转并进而使光的 输出方向发生偏转，在空中形成多个视角的图像，从而使便携式电子设备实现三维显示功 能，而在向上基板、下基板之间施加的电压差为零的时候，该液晶层中液晶分子不发生偏 转，从而使便携式电子设备实现二维显示功能；触摸屏；显示面板。
[0011] 触摸屏设置在液晶微透镜阵列与显示面板之间。
[0012] 液晶微透镜阵列设置在触摸屏与显示面板之间。
[0013] 液晶微透镜阵列中的透镜的光心与显示面板之间的有效间距值g满足：
【主权项】
1. 一种便携式电子设备，能够显示二维图像和三维图像，所述设备包括： 液晶微透镜阵列，包括上基板、下基板和位于两层基板之间的液晶层，在向上基板、下 基板之间施加的电压差不为零时，该液晶层中液晶分子发生偏转并进而使光的输出方向发 生偏转，在空中形成多个视角的图像，从而使便携式电子设备实现三维显示功能，而在向上 基板、下基板之间施加的电压差为零的时候，该液晶层中液晶分子不发生偏转，从而使便携 式电子设备实现二维显示功能； 触摸屏； 显示面板。
2. 根据权利要求1所述的便携式电子设备，其中，触摸屏设置在液晶微透镜阵列与显 示面板之间。
3. 根据权利要求1所述的便携式电子设备，其中，液晶微透镜阵列设置在触摸屏与显 示面板之间。
4. 根据权利要求2所述的便携式电子设备，其中，液晶微透镜阵列中的透镜的光心与 显示面板之间的有效间距值g满足： g~f， 其中，有效间距值
其中，f为液晶微透镜阵列在三维显示状态下的焦距，dl为液晶微透镜阵列的光心到 液晶微透镜阵列的下基板的下表面之间的距离，d2为触摸屏的厚度，d3为触摸屏到显示面 板的距离，nl为液晶微透镜阵列的等效折射率，n2为触摸屏的折射率。
5. 根据权利要求2所述的便携式电子设备，其中， 所述便携式电子设备设置有触控笔，通过触控笔设备与触摸屏通信，实现便携式电子 设备的用户可交互性。
6. 根据权利要求5所述的便携式电子设备，其中， 所述触控笔为非接触式触控笔。
7. 根据权利要求3所述的便携式电子设备，其中， 液晶微透镜阵列中的透镜的光心到显示面板的距离约等于液晶微透镜阵列在三维显 示状态下的焦距。
8. 根据权利要求1-3中任一项所述的便携式电子设备，其中， 将液晶微透镜阵列的上基板与触摸屏的电极电连接，和/或将液晶微透镜阵列的下基 板与显示面板的对置基板电连接。
9. 根据权利要求1-3中任一项所述的便携式电子设备，其中， 触摸屏的地线与显示面板的公共基板电连接。
10. 根据权利要求1-7中任一项所述的便携式电子设备，其中， 在便携式电子设备的机身或者屏幕显示菜单上设置切换按钮，用户通过操作切换按钮 来切换二维显示和三维显示。
11. 根据权利要求1-7中任一项所述的便携式电子设备，其中， 在便携式电子设备中设置二维/三维显示状态切换语音命令处理部。
12. 根据权利要求1-7中任一项所述的便携式电子设备，还包括图形处理器，其中， 所述图形处理器包括几何着色器和/或像素着色器。
13. -种便携式电子设备显示二维图像和三维图像的方法，包括： 判断便携式电子设备当前处于2D显示状态还是3D显示状态； 判断用户是否要改变当前的显示状态； 判断最终确定的显示状态是3D状态还是2D状态； 其中，根据触摸屏的返回数据值识别用户的动作，根据要显示的内容及最终确定的显 示状态产生2D图像数据或交错的3D图像数据； 将生成的与用户交互的图像数据传输给显示面板。
14. 根据权利要求13所述的方法，其中， 如果最终确定的显示状态是3D显示状态，则根据触摸屏的返回数据值识别用户的动 作，并根据要显示的内容产生交错的3D图像数据。
15. 根据权利要求13所述的方法，其中， 如果用户选择的是2D显示状态，则根据触摸屏的返回数据值识别用户的动作，并根据 要显示的内容绘制2D图像数据。
16. 根据权利要求14所述的方法，其中，根据要显示的内容产生交错的3D图像数据包 括： 输入用户动作； 计算绘制参数； 计算交错的3D图像。
17. 根据权利要求16所述的方法，其中，计算交错3D图像包括： 输入多视角图像的绘制参数； 并行绘制多个视角图像，所述并行绘制通过图形处理器上的几何着色器来实现； 将多个视角图像存为整幅纹理图像； 并行地对像素进行重排列，所述并行重排列过程通过图形处理器上的像素着色器来实 现。
18. 根据权利要求15所述的方法，其中，根据要显示的内容绘制2D图像数据包括： 输入用户动作； 计算绘制参数； 绘制2D图像； 输出2D图像。
【专利摘要】本发明公开了一种可用液晶微透镜阵列切换二维三维显示的手机设备和方法。一种便携式电子设备，包括：液晶微透镜阵列，包括上基板、下基板和位于两层基板之间的液晶层，在向上、下基板之间施加的电压差不为零时，实现三维显示功能，而在向上、下基板之间施加的电压差为零的时候实现二维显示功能；触摸屏，设置在液晶微透镜阵列与显示面板之间；显示面板。该设备还采用了采用共用电极技术。便携式电子设备显示图像的方法包括：判断用户选择的是3D还是2D状态；如果选择的是3D状态，则识别用户的动作，并根据内容产生交错的3D图像数据；将图像数据传输给显示面板。本发明的设备具有结构简洁、节约电能、减少整体厚度并适应手机的屏幕旋转应用的优点。
【IPC分类】G02B27-22, G02F1-1333, G02F1-29, H04M1-02
【公开号】CN104853007
【申请号】CN201410053283
【发明人】焦少慧, 洪涛, 周明才, 李炜明, 王西颖, 南东暻, 王海涛
【申请人】北京三星通信技术研究有限公司, 三星电子株式会社
【公开日】2015年8月19日
【申请日】2014年2月17日