CN102523470A - 采用偏光元件减小柱透镜光栅立体液晶显示器图像串扰的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采用偏光元件减小柱透镜光栅立体液晶显示器图像串扰的方法。利用液晶显示器偏振光出射的特点，通过在柱透镜光栅的焦平面放置特定结构的偏光元件，对引起视点间串扰的光线进行过滤，从而减小视点间图像串扰。偏光元件由重复排布的偏振单元组成，偏振单元的个数与液晶显示器的子像素个数相同，且与液晶显示器的子像素长宽尺寸相同。偏振单元由两个直角三角形偏振片构成，偏振片的偏振方向与液晶显示器的出射光的偏振方向垂直。

Description

采用偏光元件减小柱透镜光栅立体液晶显示器图像串扰的方法

技术领域

本发明涉及立体显示技术领域，更确切地说涉及到柱透镜光栅立体液晶显示技术。

背景技术

柱透镜光栅立体显示器结构简单，且不需要观看者佩戴立体眼镜。如附图1所示，柱透镜光栅立体显示器由柱透镜光栅和平面显示器组成。视点是柱透镜光栅立体显示器前方的一个位置点，眼睛在该点上能看到一幅完整视差图像。柱透镜光栅立体显示器中一个视点对应显示一幅独立的视差图像，视点个数是柱透镜光栅立体显示器能够显示不同视差图像的数量。利用柱透镜光栅对光线的折射作用，并将图像显示屏上的各个子像素交错显示不同的视差图像，就可以在不同位置的视点上观看到不同的视差图像。相邻视点的间距正好等于普通人双眼间距，当观看者的双眼分别看不同的视差图像的时候，就能产生立体感觉。

柱透镜光栅由多个柱透镜组成，柱透镜结构及工作原理如附图2所示，观看者眼睛在不同方向观看时，眼睛所接受到的光线来源于柱透镜焦平面上的一条细线，称为聚焦线。不同的观看方向对应不同的聚焦线。当图像点正好位于眼睛位置对应的聚焦线上时，该图像点就能够被看到，反之就不能被看到。利用该原理就可以将观看者双眼看到的图像分开。

理想情况下，视点之间是完全独立的，观看者看到的任意两视点之间显示图像是无串扰的。实际上理想情况是不存在的，由于在柱透镜光栅立体显示器中，柱透镜光栅相对于平面显示器子像素的倾斜角为θ，平面显示器具有竖直长方形结构的子像素，观看者仅仅在有限的几个视点上可以看到无串扰的立体图像。因为当观看者眼睛所在位置不是恰好位于一个视点上的时候，该位置对应的聚焦线必定经过显示不同视点视差图像的子像素。也就是说，当观看者眼睛所在位置不是恰好在视点上的时候，看到的图像必定是有串扰的，如附图3所示。附图3中子像素的标号1，2分别代表第一幅和第二幅视差图的子像素。通常改变图像显示屏子像素的排列方式或者改变子像素的形状等来消除串扰。

当柱透镜光栅立体显示器的平面显示器为液晶显示器时，就称为柱透镜光栅立体液晶显示器。液晶显示器包含两个偏光片，分别为下基板偏光片和上基板偏光片。背光源通过下基板偏光片后被调制为偏振光，然后通过液晶层旋光作用，经由上基板偏光片以偏振光形式发射出来。

发明内容

本发明提出了一种采用偏光元件减小柱透镜光栅立体液晶显示器图像串扰的方法，如附图4所示，通过在柱透镜光栅的焦平面上放置偏光元件，由偏光元件对引起视点间串扰的光线进行过滤，从而减小视点间图像串扰。由于液晶显示器各个子像素出射的光为某个特定方向的偏振光，每个子像素对应一个偏振单元，该偏振单元对引起视点间串扰的每个子像素的出射光线进行过滤。如附图5所示，图中子像素的标号1，2分别代表第一幅和第二幅视差图的子像素，任意一条聚焦线的光线全来自于显示同一幅视差图像的子像素，看到的图像自然没有任何串扰。

所述的偏光元件由重复排布的偏振单元组成，如附图6所示，每个偏振单元与液晶显示器的一个子像素精确对齐。偏振单元的个数与液晶显示器的子像素个数相同，且与液晶显示器的子像素长宽尺寸相同。所述液晶显示器的子像素高度为h，宽度为w，相应的偏光元件的偏振单元的高度为h，宽度为w。由附图7所示，偏振单元由两个直角三角形偏振片构成，图中的水平条纹直角三角形区域表示偏振片。偏振片的偏振方向与液晶显示器的出射光的偏振方向垂直，这样从液晶显示器出射的光线经过偏光元件的偏振单元被完全阻挡，而不经过偏振单元的光线能够顺利通过。每个偏振单元中偏振片的位置由柱透镜光栅相对于液晶显示器子像素的倾斜角θ决定，当柱透镜光栅相对于液晶显示器为逆时针倾斜时，两个偏振片分别位于偏振单元的左下角和右上角；当柱透镜光栅相对于液晶显示器为顺时针倾斜时，两个偏振片分别位于偏振单元的左上角和右下角。每个直角三角形偏振片水平方向的边长d和垂直方向的边长l分别为：

由于偏振片垂直方向的边长l，偏振单元的宽度w和高度h存在如下关系：

所以倾斜角θ满足关系式：

。

优选地，所述的柱透镜光栅逆时针或顺时针倾斜arctan(1/3)角度安装在液晶显示器上，偏振单元的偏振片水平方向的边长d = w / 2和垂直方向的边长l = h / 2，此时每个子像素引起串扰的光线区域与偏振单元的偏振片尺寸完全吻合，偏振单元将引起串扰的光线完全过滤掉，任意一条聚焦线的光线全来自于显示同一幅视差图像的子像素，观看者就可以看到无串扰的立体图像。

本发明还提出了一种柱透镜光栅立体液晶显示器装置，该装置包括液晶显示器、偏光元件和柱透镜光栅，如附图4所示，通过在柱透镜光栅的焦平面上放置偏光元件，由偏光元件对引起视点间串扰的光线进行过滤，从而减小视点间图像串扰。由于液晶显示器各个子像素出射的光为某个特定方向的偏振光，每个子像素对应一个偏振单元，该偏振单元对引起视点间串扰的每个子像素的出射光线进行过滤。如附图5所示，图中子像素的标号1，2分别代表第一幅和第二幅视差图的子像素，任意一条聚焦线的光线全来自于显示同一幅视差图像的子像素，看到的图像自然没有任何串扰。

所述的偏光元件由重复排布的偏振单元组成，如附图6所示，每个偏振单元与液晶显示器的一个子像素精确对齐。偏振单元的个数与液晶显示器的子像素个数相同，且与液晶显示器的子像素长宽尺寸相同。所述液晶显示器的子像素高度为h，宽度为w，相应的偏光元件的偏振单元的高度为h，宽度为w。由附图7所示，偏振单元由两个直角三角形偏振片构成，图中的水平条纹直角三角形区域表示偏振片。偏振片的偏振方向与液晶显示器的出射光的偏振方向垂直，这样从液晶显示器出射的光线经过偏光元件的偏振单元被完全阻挡，而不经过偏振单元的光线能够顺利通过。每个偏振单元中偏振片的位置由柱透镜光栅相对于液晶显示器子像素的倾斜角θ决定，当柱透镜光栅相对于液晶显示器为逆时针倾斜时，两个偏振片分别位于偏振单元的左下角和右上角；当柱透镜光栅相对于液晶显示器为顺时针倾斜时，两个偏振片分别位于偏振单元的左上角和右下角。每个直角三角形偏振片水平方向的边长d和垂直方向的边长l分别为：

由于偏振片垂直方向的边长l，偏振单元的宽度w和高度h存在如下关系：

所以倾斜角θ满足关系式：

。

优选地，所述的柱透镜光栅逆时针或顺时针倾斜arctan(1/3)角度安装在液晶显示器上，偏振单元的偏振片水平方向的边长d = w / 2和垂直方向的边长l = h / 2，此时每个子像素引起串扰的光线区域与偏振单元的偏振片尺寸完全吻合，偏振单元将引起串扰的光线完全过滤掉，任意一条聚焦线的光线全来自于显示同一幅视差图像的子像素，观看者就可以看到无串扰的立体图像。

附图说明

附图1为柱透镜光栅立体显示器的结构示意图。

附图2为柱透镜结构和工作原理。

附图3为当观看者眼睛不在视点上时对应聚焦线引起串扰的示意图。

附图4是本发明的结构示意图。

附图5表示本发明偏光元件过滤引起视点间串扰的光线的示意图。

附图6为本发明液晶显示器子像素与偏光元件的偏振单元一一对应的示意图。

附图7 为本发明偏光元件的偏振单元结构示意图。

上述附图中的图示标号为：

1 柱透镜光栅，2 平面显示器，3眼睛，4柱透镜，5柱透镜的焦平面，  6当前观看方向对应的聚焦线，7聚焦线上的图像点，8不在聚焦线上的图像点，9液晶显示器，10液晶显示器的一个子像素，11偏光元件，12偏光元件的一个偏振单元，13偏振单元的偏振片，14偏光元件过滤掉部分光线的一个子像素。

具体实施方式

下面详细说明利用本发明一种采用偏光元件减小柱透镜光栅立体液晶显示器图像串扰的方法的一个典型实施例，对本发明进行进一步的描述。有必要在此指出的是，以下实施例只用于本发明做进一步的说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域技术熟练人员根据上述发明内容对本发明做出一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。

一台柱透镜光栅立体液晶显示器包括液晶显示器、偏光元件和柱透镜光栅。液晶显示器的对角线尺寸为42英寸，它具有竖直矩形结构的子像素排列方式，相同颜色的子像素竖直排列成一条直线，以子像素为单位的分辨率为3×1920×1080，子像素宽度w为0.1614mm，高度h为0.4842mm。柱透镜光栅相对于液晶显示器子像素的倾斜角为，偏光元件安置在柱透镜光栅的焦平面上。所述偏光元件的偏振单元总数为3×1920×1080，每个偏振单元水平周期为单个子像素宽度，即0.1614mm，垂直周期为单个子像素高度，即0.4842mm。柱透镜光栅相对于液晶显示器为逆时针倾斜，两个偏振片分别位于偏振单元的左下角和右上角，偏振片的偏振方向与与液晶显示器出射光的偏振方向垂直。根据公式（1）和（2）计算可得，偏振单元的每个偏振片垂直方向边长l为0.2421mm，水平方向边长d为0.0807mm。观看者观看该柱透镜光栅立体液晶显示器时看到无串扰的立体图像。

Claims (6)

1.一种采用偏光元件减小柱透镜光栅立体液晶显示器图像串扰的方法，其特征在于，通过在柱透镜光栅的焦平面上放置偏光元件，由偏光元件对引起视点间串扰的光线进行过滤，从而减小视点间图像串扰。

2.根据权利要求1所述的一种采用偏光元件减小柱透镜光栅立体液晶显示器图像串扰的方法，其特征在于，所述偏光元件由重复排布的偏振单元组成，每个偏振单元与液晶显示器的一个子像素精确对齐，偏振单元的个数与液晶显示器的子像素个数相同，且与液晶显示器的子像素长宽尺寸相同，偏振单元由两个直角三角形偏振片构成，每个偏振单元中偏振片的位置由柱透镜光栅相对于液晶显示器子像素的倾斜角θ决定，当柱透镜光栅相对于液晶显示器为逆时针倾斜时，两个偏振片分别位于偏振单元的左下角和右上角；当柱透镜光栅相对于液晶显示器为顺时针倾斜时，两个偏振片分别位于偏振单元的左上角和右下角；偏振片的偏振方向与液晶显示器的出射光的偏振方向垂直。

3.根据权利要求1和2所述的一种采用偏光元件减小柱透镜光栅立体液晶显示器图像串扰的方法，其特征在于，所述偏振单元的每个直角三角形偏振片水平方向的边长d为w/2，垂直方向的边长l为w/(2·tanθ)，其中w为液晶显示器的子像素宽度，且θ满足|θ|≥arctan(1/6)。

4.根据权利要求1所述的一种柱透镜光栅立体液晶显示器装置，其特征在于，该装置包括液晶显示器、偏光元件和柱透镜光栅，通过在柱透镜光栅的焦平面上放置偏光元件，由偏光元件对引起柱透镜光栅立体液晶显示器装置视点间串扰的光线进行过滤，从而减小视点间图像串扰。

5.根据权利要求4所述的一种柱透镜光栅立体液晶显示器装置，其特征在于，所述偏光元件由重复排布的偏振单元组成，每个偏振单元与液晶显示器的一个子像素精确对齐，偏振单元的个数与液晶显示器的子像素个数相同，且与液晶显示器的子像素长宽尺寸相同，偏振单元由两个直角三角形偏振片构成，每个偏振单元中偏振片的位置由θ决定，当柱透镜光栅相对于液晶显示器为逆时针倾斜时，两个偏振片分别位于偏振单元的左下角和右上角；当柱透镜光栅相对于液晶显示器为顺时针倾斜时，两个偏振片分别位于偏振单元的左上角和右下角；偏振片的偏振方向与液晶显示器的出射光的偏振方向垂直。

6.根据权利要求4所述的一种柱透镜光栅立体液晶显示器装置，其特征在于，所述偏振单元的每个直角三角形偏振片水平方向的边长d为w/2，垂直方向的边长l为w/(2·tanθ)，其中w为液晶显示器的子像素宽度，且θ满足|θ|≥arctan(1/6)。

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