一种亮度及均匀性可调的裸眼3D显示系统及其控制方法与流程

本发明涉及裸眼3D显示领域，更具体地，涉及一种亮度及均匀性可调的裸眼3D显示系统及其控制方法。

背景技术：

裸眼3D显示由于其可提供具有深度信息的图像，比平面显示更接近人类的用眼习惯，具有无可比拟的优势，尤其在医疗、航空航天、军事训练等领域，深度信息显得尤为重要。经过近年的发展，市场上逐步出现了以柱透镜技术、光栅技术和指向性背光技术为主流的裸眼3D显示方案。

其中，指向性背光技术的基本原理是：对应观看者的左右眼，存在两组独立的背光单元，配合指向性导光板或膜层、透镜等实现光的指向性投射。当屏幕播放左眼图像时，对应左眼的背光单元打开，右眼背光单元关闭，则观看者左眼看到左眼图像，播放右眼图像时则反之。观看者左右眼交替接收到来自屏幕的左右眼图像，经过大脑融像，则具有立体视觉。由该原理可以看出，指向性背光的裸眼3D显示左右眼观看到的图像分辨率与屏幕源分辨率一致，克服了前两种技术分辨率下降的缺陷，并且无莫尔条纹，串扰率低，因而具有更好的发展前景。

通常来说，指向式背光裸眼立体显示技术所用的背光单元为面发光的LED灯条，其发光面上覆盖一层散射强度固定的散射膜层以使发光面出光均匀。每个背光单元经过导光板、透镜阵列等结构后成像，汇聚成的光斑即是一个3D观看视区。为了控制串扰率，通常两个视区在空间上尽可能的分离不交错，从而视区中间存在一定的暗区，存在亮度不均匀性。另外，通常使用固定的占空比驱动背光单元，亮度难以调节。这限制了指向性背光裸眼3D显示在播放2D图像时的播放效果和观看自由度。一个背光单元的特性可用发光强度的角度分布来表示，发光角度可定义为：当背光单元发光面的法向记为0度，随着角度增大，发光强度下降到0度时的发光强度的50％，此时的角度可称为发光角度。

技术实现要素：

本发明提供一种亮度及均匀性可调的裸眼3D显示系统，该系统可实现根据观看者的需要调节亮度均匀性及亮度大小值。

本发明的又一目的在于提供一种亮度及均匀性可调的裸眼3D显示系统的控制方法。

为了达到上述技术效果，本发明的技术方案如下：

一种亮度及均匀性可调的裸眼3D显示系统，包括背光模块、透镜阵列模块、中央控制模块和液晶显示面板；所述中央控制模块与背光模块和液晶显示面板电连接，透镜阵列模块设置于背光模块和液晶显示面板之间。

进一步地，所述背光模块包括第一子模块和第二子模块，所述第一子模块和第二子模块均包括发光单元、散射强度固定的散射膜层以及一层或多层的散射/透射可控膜层，发光单元、散射强度固定的散射膜层和散射/透射可控膜层固定在一封装外壳上，发光单元安装在封装外壳的一端，散射强度固定的散射膜层和散射/透射可控膜层连接后安装在封装外壳的另一端，散射强度固定的散射膜层贴近封装外壳；所述散射/透射可控膜层与中央控制模块电连接。

本发明中，在背光模块的子模块的出光表面，放置有散射/透射可切换的散射/透射可控膜层，通过控制处于散射和透射两种状态的膜层数量，可实现背光子模块发光角度的可调；散射/透射可控膜层通过控制对其施加的电参数(如电压)，可实现该模块透明/散射两种状态的切换，或散射程度(可用雾度、散度等参数表述)的可调；透镜阵列模块，用于配合背光设计，对背光模块发出的光进行指向性投射，在液晶显示面板前方形成3D观看视区；中央控制模块用于对指向性背光模块、散射/透射可控膜层和液晶显示面板各部分进行控制，如指向性背光模块的时序、散射/透射可控膜层所施加的电参数等。

优选地，所述液晶显示面板是用于时分式3D显示的透射型液晶显示面板。

进一步地，所述发光单元按照弧形曲线排布，形成一弧形发光曲面。

优选地，所述透镜阵列模块包括具有聚光效果的球面或者非球面菲涅尔透镜阵列、柱面菲涅尔透镜阵列、柱状透镜阵列。

优选地，所述散射/透射可控膜层是聚合物扩散液晶膜层。

一种亮度及均匀性可调的裸眼3D显示系统的控制方法，包括以下步骤：

S1：当液晶显示面板以时分式显示3D图像时，中央控制模块对散射/透射可控膜层施加电信号a使其工作在透明状态；

S2：启动第一子模块中的发光单元，经过透镜阵列模块的汇聚作用，形成右眼视区，液晶显示面板显示右眼图像，观看者右眼观看到右眼图像；

S3：启动第二子模块中的发光单元，经过透镜阵列模块的汇聚作用，形成左眼视区，液晶显示面板显示左眼图像，观看者右眼观看到左眼图像；

S4：当液晶显示面板显示2D图像时，中央控制模块对散射/透射可控膜层施加电信号b使其工作在散射态；

S5：同时启动第一子模块和第二子模块中的发光单元，经过散射态散射/透射可控膜层的散射作用，朝各方向传播呈散射状态并经过液晶显示面板后，形成连续、均匀的2D视区。

进一步地，所述散射/透射可控膜层施加高电压信号a处于透明态，施加低电压信号b或不施加电压时处于散射态。

优选地，所述散射态散射/透射可控膜层采用交流驱动方式以延长寿命。

优选地，所述驱动散射态散射/透射可控膜层的交流驱动电信号是方波信号。

本发明中，当进行裸眼3D显示时，所有的散射/透射可控膜层处于透明态，背光单元的发光角度较小，光强集中。根据时分式3D显示原理，当液晶显示面板播放左眼图像时，指向性背光模块中对应左眼视区的发光单元打开，通过透镜阵列模块的偏折作用，指向性投射到观看者的左眼，使之看到左眼图像。当液晶显示面板播放右眼图像时，指向性背光模块中对应右眼视区的发光单元打开，通过透镜阵列模块的偏折作用，指向性投射到观看者的右眼，使之看到右眼图像。通过大脑融合左右眼图像具有的视差信息，观看者可看到三维图像。由于背光单元发光角度较小，能量集中，经过透镜成像后，对应的视区亮度最高，同时视区宽度最窄，均匀性最差。

当进行2D显示时，散射/透射可控膜层部分或全部处于散射态，背光单元的发光角度经过散射作用后增大，光强分布分散。经过透镜成像后，形成的视区宽度增大，左右视区连成一片，亮度均匀，但同时，由于能量分散，其亮度较之3D显示时降低。通过控制处于散射态的散射/透射可控膜层的数量，可以控制2D显示的亮度及均匀性。

与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：

1、本发明系统在背光模块的子模块的出光表面，放置有散射/透射可切换的散射/透射可控膜层，通过控制处于散射和透射两种状态的膜层数量，可实现背光子模块发光角度的可调；散射/透射可控膜层通过控制对其施加的电参数，可实现该模块透明/散射两种状态的切换，或散射程度的可调；

2、本发明方法进行裸眼3D显示时，当液晶显示面板播放左眼图像时，指向性背光模块中对应左眼视区的发光单元打开，通过透镜阵列模块的偏折作用，指向性投射到观看者的左眼，使之看到左眼图像。当液晶显示面板播放右眼图像时，指向性背光模块中对应右眼视区的发光单元打开，通过透镜阵列模块的偏折作用，指向性投射到观看者的右眼，使之看到右眼图像，通过大脑融合左右眼图像具有的视差信息，观看者可看到三维图像；进行2D显示时，通过控制处于散射态的散射/透射可控膜层的数量，可以控制2D显示的亮度及均匀性。

附图说明

图1是本发明系统的结构示意图，图中观看者处于3D观看模式；

图2是本发明系统的结构示意图，图中观看者处于2D观看模式；

图3是本发明系统中的背光模块的结构示意图；

图4是本发明系统中的背光模块的另一种结构示意图；

图5是本发明系统中背光模块中的子模块弧形排布的结构示意图；

图6是本发明中背光模块的子模块中发光单元按照弧形排布的结构示意图。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；

对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。

图1是本发明所述一种亮度及均匀性可调的裸眼3D显示系统一实施方式的结构示意图，图中散射/透射可控膜层112、122工作于透明态。

所述液晶显示面板3是一个透射式的液晶显示面板，用于以时分的方式交替显示视差图像。

所述背光模块1包括子模块11和12，子模块11中包含发光单元113和散射强度固定的散射膜层111以及散射/透射可控膜层112，其中，散射/透射可控膜层112可设置单层或多层，子模块12中包含发光单元123和散射强度固定的散射膜层121以及散射/透射可控膜层122。

图1所述实施方式中，液晶显示面板3以时分式显示3D图像，中央控制模块6对散射/透射可控膜层112和122施加电信号a，使其工作在透明态。当液晶显示面板3显示左眼图像时，启动发光单元113，经过透镜阵列模块2的汇聚作用，形成左眼视区42，观看者左眼52观看到左眼图像。当液晶显示面板3显示右眼图像时，启动发光单元123，形成右眼视区41，观看者右眼51观看到右眼图像。41和42之间存在一片亮度较低的区域，亮度均匀性交叉，但在41和42内部，亮度值较高。经过观看者大脑融合具有视差信息的左右眼图像，可观察到具有深度信息的立体图像。

参见图2，图2是本发明所述一种亮度及均匀性可调的裸眼3D显示系统一实施方式的结构示意图，图中散射/透射可控膜层112、122工作于散射态。

图2所述实施方式中，液晶显示面板3显示2D图像，中央控制模块6对散射/透射可控膜层112和122施加电信号b，使其工作在散射态。发光单元113和123同时启动，经过散射态散射/透射可控膜层112和122的散射作用，朝各方向传播呈散射状态并经过液晶显示面板3后，形成连续、均匀的2D视区41。观看者在视区中任意位置均可观看到2D图像，视区间的暗区被散射光填补，均匀性增强，但由于光能分散，亮度有一定程度的下降。

参见图3，图3是本发明所述一种亮度及均匀性可调的裸眼3D显示系统的背光单元结构剖面示意图。

图3所述实施方式中，背光单元11包括发光单元113、封装外壳115、散射强度固定的散射膜层111以及散射/透射可控膜层112。当散射/透射可控膜层112处于透明态时，发光较为集中，当散射/透射可控膜层112处于散射态时，发光较为分散。

参见图4，图4是本发明所述一种亮度及均匀性可调的裸眼3D显示系统的又一背光单元结构剖面示意图。

图4所述实施方式中，背光单元11包括发光单元113、封装外壳115、散射强度固定的散射膜层111以及散射/透射可控膜层112、116。当散射/透射可控膜层112和116都处于透明态时，发光较为集中，当散射/透射可控膜层112和116都处于散射态时，发光较为分散，当散射/透射可控膜层112和116其中之一处于散射态时，其发光的分散程度处于前述两种状态之间。

参见图5，图5所示为本发明又一优选的实施方式，其指向性背光模块1中的子模块11和12被设置为按弧形排布。

参见图6，图6所示为本发明又一优选的实施方式，其中设置了3个指向性背光模块11、12和13，每个子模块包括6个发光单元，按照弧形排布，共形成6个视区。

本发明中，散射/透射可控膜层施加高电压信号处于透明态，施加低电压信号或不施加电压时处于散射态切换散射/透射可控膜层透明态与散射态，根据实际情况能改变散射状态的强弱，改变背光单元的发光强度分布，进而控制视区的亮度均匀性和亮度大小值；液晶显示面板是用于时分式3D显示的透射型液晶显示面板；透镜阵列模块包括具有聚光效果的球面或者非球面菲涅尔透镜阵列、柱面菲涅尔透镜阵列、柱状透镜阵列；散射/透射可控膜层是聚合物扩散液晶膜层；散射态散射/透射可控膜层采用交流驱动方式以延长寿命；驱动散射态散射/透射可控膜层的交流驱动电信号是方波信号。

附图中描述位置关系的用于仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。