可用液晶微透鏡陣列切換二維三維顯示的手機(jī)設(shè)備和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種可實(shí)現(xiàn)三維顯示的便攜式設(shè)備及其方法，特別涉及一種可利用液 晶微透鏡陣列切換二維顯示和三維顯示的便攜式設(shè)備及其方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著社會(huì)的進(jìn)步和科技的發(fā)展，傳統(tǒng)手機(jī)設(shè)備逐漸發(fā)展為智能手機(jī)，具備多種 多樣的功能，然而，現(xiàn)有的手機(jī)設(shè)備絕大多數(shù)都只能顯示二維信息，并不能給人以深度 感覺。眾所周知，現(xiàn)實(shí)世界是真正的三維立體世界，用戶在使用智能手機(jī)觀看視頻，或 者玩游戲的時(shí)候，往往追求極致而真實(shí)的視覺享受，這就要求手機(jī)具備裸眼三維顯示 (autostereoscopicdisplay)功能。裸眼三維顯示是一項(xiàng)可以讓用戶裸眼觀看自然的三維 影像的技術(shù)，這種三維影像具有水平方向上和垂直方向上的連續(xù)視差變化。
[0003] 相對(duì)于市場(chǎng)中所出售的手機(jī)設(shè)備相比，同時(shí)能夠顯示二維圖像和三維圖像的手機(jī) 設(shè)備更能彰顯現(xiàn)代年輕人對(duì)于個(gè)性和高科技的追求。當(dāng)用戶使用手機(jī)的傳統(tǒng)功能時(shí)，例如， 撥打電話，編寫短信，查看日歷等，可采用二維顯示的方式；而當(dāng)用戶觀看視頻，或者玩游戲 的時(shí)候，可采用三維顯示的方式，塑造出一種呼之欲出的立體成像，讓現(xiàn)代年輕人感受到科 技與時(shí)尚的完美結(jié)合。因此，如果能夠設(shè)計(jì)出一種可切換二維顯示和三維顯示的手機(jī)設(shè)備， 則該設(shè)備兼具了二維顯示和三維顯示兩者的優(yōu)點(diǎn)，不止可成為手機(jī)市場(chǎng)發(fā)展歷程中，從二 維顯示到三維顯示的重要過渡產(chǎn)品，而且能夠適應(yīng)用戶在不同場(chǎng)合下對(duì)于二維顯示和三維 顯示的不同需求，只需要一個(gè)鍵，就可以實(shí)現(xiàn)二維和三維顯示之間的轉(zhuǎn)換，這樣，用戶不需 要為了看三維效果而買一個(gè)手機(jī)，為了看二維效果再買一個(gè)手機(jī)了。
[0004] 現(xiàn)有的具備裸眼三維顯示功能的顯示設(shè)備大多都是基于視差屏障（parallax barrier)原理的，其通過在顯示面板表面設(shè)置縱向的柵欄狀光學(xué)屏障來控制光線行進(jìn)方 向，讓左右兩眼接受不同影響產(chǎn)生視差達(dá)成立體顯示效果。其缺點(diǎn)是光學(xué)屏障的設(shè)置會(huì)使 屏幕顯示亮度大幅度降低，，從而引起手機(jī)設(shè)備耗電量增加的問題，而且大多數(shù)應(yīng)用視差屏 障方式的裸眼三維顯示手機(jī)設(shè)備都只能夠提供左右兩個(gè)視角的圖像。
[0005] 另外一種裸眼三維顯示的方式是，采用柱狀透鏡陣列或者液晶柱狀透鏡陣列對(duì)顯 示面板出射光線的方向進(jìn)行調(diào)制，使其能夠折射到三維空間的不同方向，從而形成三維圖 像。然而，因?yàn)橹悄苁謾C(jī)提供自動(dòng)旋轉(zhuǎn)屏幕的功能，當(dāng)屏幕旋轉(zhuǎn)后，（液晶）柱狀透鏡陣列所 提供的左右視角圖像會(huì)變成上下視角圖像，不再能夠產(chǎn)生三維影像。
[0006] 裸眼三維圖形顯示技術(shù)復(fù)雜，除硬件外，還需要專門的圖像生成算法配合才能形 成三維效果。而現(xiàn)有專利和方法在具備裸眼三維顯示手機(jī)設(shè)備的配套軟件方面，即顯示面 板上三維圖的計(jì)算，缺乏有效而快速的方法。而眾所周知，要生成三維圖，需要計(jì)算多個(gè)不 同視角的視圖，并將這些視圖進(jìn)行像素重排，生成交錯(cuò)圖像（interlacedimage)。該計(jì)算過 程計(jì)算量大，從而導(dǎo)致生成交錯(cuò)圖像的時(shí)間效率低，因此如何加速生成交錯(cuò)圖像是一個(gè)重 要的事項(xiàng)。
[0007] 另外，現(xiàn)在的手機(jī)市場(chǎng)大部分是智能手機(jī)，其中一個(gè)重要特征就是，配備重力感應(yīng) 器，可以在用戶改變手機(jī)握持狀態(tài)的時(shí)候旋轉(zhuǎn)屏幕。而在采用（液晶）柱狀透鏡和視差屏障 進(jìn)行裸眼三維顯示時(shí)，如果旋轉(zhuǎn)屏幕，則不能正確顯示三維立體圖像給用戶，這是因?yàn)?，?右視差圖像會(huì)變成上下視差，導(dǎo)致用戶無法感知立體圖像。因此，在智能手機(jī)上應(yīng)用裸眼三 維顯示功能，更需要考慮到能夠?qū)崿F(xiàn)兩個(gè)方向上都具有視差的圖像。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 鑒于現(xiàn)有技術(shù)的不足，以及考慮到手機(jī)市場(chǎng)的發(fā)展趨勢(shì)，本發(fā)明的目的在于提供 一種利用液晶微透鏡陣列切換二維顯示和三維顯示的便攜式設(shè)備及其方法。
[0009] 本發(fā)明是關(guān)于具備二維/三維顯示可轉(zhuǎn)換功能的手機(jī)設(shè)備的實(shí)現(xiàn)方法。本發(fā)明的 特征是：采用液晶微透鏡陣列（LiquidCrystalMicroLensArray),達(dá)到二維和三維顯示 之間的切換。本發(fā)明的液晶微透鏡為陣列結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)真三維顯示和適應(yīng)智能手機(jī)屏幕旋 轉(zhuǎn)的功能。本發(fā)明所述的手機(jī)設(shè)備，包含多層結(jié)構(gòu)：觸摸屏層，液晶微透鏡陣列層以及顯示 面板層。為了實(shí)現(xiàn)多層之間的簡(jiǎn)潔結(jié)構(gòu)，本發(fā)明采用共用電極結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)能在節(jié)約電能的 同時(shí)實(shí)現(xiàn)三維圖像的高對(duì)比度。同時(shí)，本發(fā)明提出各層之間的間距計(jì)算方法，保證三維圖像 的正確性和有效性。
[0010] 根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種便攜式電子設(shè)備，能夠顯示二維圖像和三維圖像， 所述設(shè)備包括：液晶微透鏡陣列，包括上基板、下基板和位于兩層基板之間的液晶層，在向 上基板、下基板之間施加的電壓差不為零時(shí)，該液晶層中液晶分子發(fā)生偏轉(zhuǎn)并進(jìn)而使光的 輸出方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)，在空中形成多個(gè)視角的圖像，從而使便攜式電子設(shè)備實(shí)現(xiàn)三維顯示功 能，而在向上基板、下基板之間施加的電壓差為零的時(shí)候，該液晶層中液晶分子不發(fā)生偏 轉(zhuǎn)，從而使便攜式電子設(shè)備實(shí)現(xiàn)二維顯示功能；觸摸屏；顯示面板。
[0011] 觸摸屏設(shè)置在液晶微透鏡陣列與顯示面板之間。
[0012] 液晶微透鏡陣列設(shè)置在觸摸屏與顯示面板之間。
[0013] 液晶微透鏡陣列中的透鏡的光心與顯示面板之間的有效間距值g滿足：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種便攜式電子設(shè)備，能夠顯示二維圖像和三維圖像，所述設(shè)備包括： 液晶微透鏡陣列，包括上基板、下基板和位于兩層基板之間的液晶層，在向上基板、下 基板之間施加的電壓差不為零時(shí)，該液晶層中液晶分子發(fā)生偏轉(zhuǎn)并進(jìn)而使光的輸出方向發(fā) 生偏轉(zhuǎn)，在空中形成多個(gè)視角的圖像，從而使便攜式電子設(shè)備實(shí)現(xiàn)三維顯示功能，而在向上 基板、下基板之間施加的電壓差為零的時(shí)候，該液晶層中液晶分子不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，從而使便攜 式電子設(shè)備實(shí)現(xiàn)二維顯示功能； 觸摸屏； 顯示面板。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式電子設(shè)備，其中，觸摸屏設(shè)置在液晶微透鏡陣列與顯 示面板之間。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式電子設(shè)備，其中，液晶微透鏡陣列設(shè)置在觸摸屏與顯 示面板之間。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的便攜式電子設(shè)備，其中，液晶微透鏡陣列中的透鏡的光心與 顯示面板之間的有效間距值g滿足： g~f， 其中，有效間距值
其中，f為液晶微透鏡陣列在三維顯示狀態(tài)下的焦距，dl為液晶微透鏡陣列的光心到 液晶微透鏡陣列的下基板的下表面之間的距離，d2為觸摸屏的厚度，d3為觸摸屏到顯示面 板的距離，nl為液晶微透鏡陣列的等效折射率，n2為觸摸屏的折射率。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的便攜式電子設(shè)備，其中， 所述便攜式電子設(shè)備設(shè)置有觸控筆，通過觸控筆設(shè)備與觸摸屏通信，實(shí)現(xiàn)便攜式電子 設(shè)備的用戶可交互性。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的便攜式電子設(shè)備，其中， 所述觸控筆為非接觸式觸控筆。
7. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的便攜式電子設(shè)備，其中， 液晶微透鏡陣列中的透鏡的光心到顯示面板的距離約等于液晶微透鏡陣列在三維顯 示狀態(tài)下的焦距。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的便攜式電子設(shè)備，其中， 將液晶微透鏡陣列的上基板與觸摸屏的電極電連接，和/或?qū)⒁壕⑼哥R陣列的下基 板與顯示面板的對(duì)置基板電連接。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的便攜式電子設(shè)備，其中， 觸摸屏的地線與顯示面板的公共基板電連接。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的便攜式電子設(shè)備，其中， 在便攜式電子設(shè)備的機(jī)身或者屏幕顯示菜單上設(shè)置切換按鈕，用戶通過操作切換按鈕 來切換二維顯示和三維顯示。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的便攜式電子設(shè)備，其中， 在便攜式電子設(shè)備中設(shè)置二維/三維顯示狀態(tài)切換語音命令處理部。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的便攜式電子設(shè)備，還包括圖形處理器，其中， 所述圖形處理器包括幾何著色器和/或像素著色器。
13. -種便攜式電子設(shè)備顯示二維圖像和三維圖像的方法，包括： 判斷便攜式電子設(shè)備當(dāng)前處于2D顯示狀態(tài)還是3D顯示狀態(tài)； 判斷用戶是否要改變當(dāng)前的顯示狀態(tài)； 判斷最終確定的顯示狀態(tài)是3D狀態(tài)還是2D狀態(tài)； 其中，根據(jù)觸摸屏的返回?cái)?shù)據(jù)值識(shí)別用戶的動(dòng)作，根據(jù)要顯示的內(nèi)容及最終確定的顯 示狀態(tài)產(chǎn)生2D圖像數(shù)據(jù)或交錯(cuò)的3D圖像數(shù)據(jù)； 將生成的與用戶交互的圖像數(shù)據(jù)傳輸給顯示面板。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中， 如果最終確定的顯示狀態(tài)是3D顯示狀態(tài)，則根據(jù)觸摸屏的返回?cái)?shù)據(jù)值識(shí)別用戶的動(dòng) 作，并根據(jù)要顯示的內(nèi)容產(chǎn)生交錯(cuò)的3D圖像數(shù)據(jù)。
15. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中， 如果用戶選擇的是2D顯示狀態(tài)，則根據(jù)觸摸屏的返回?cái)?shù)據(jù)值識(shí)別用戶的動(dòng)作，并根據(jù) 要顯示的內(nèi)容繪制2D圖像數(shù)據(jù)。
16. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，根據(jù)要顯示的內(nèi)容產(chǎn)生交錯(cuò)的3D圖像數(shù)據(jù)包 括： 輸入用戶動(dòng)作； 計(jì)算繪制參數(shù)； 計(jì)算交錯(cuò)的3D圖像。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，計(jì)算交錯(cuò)3D圖像包括： 輸入多視角圖像的繪制參數(shù)； 并行繪制多個(gè)視角圖像，所述并行繪制通過圖形處理器上的幾何著色器來實(shí)現(xiàn)； 將多個(gè)視角圖像存為整幅紋理圖像； 并行地對(duì)像素進(jìn)行重排列，所述并行重排列過程通過圖形處理器上的像素著色器來實(shí) 現(xiàn)。
18. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，根據(jù)要顯示的內(nèi)容繪制2D圖像數(shù)據(jù)包括： 輸入用戶動(dòng)作； 計(jì)算繪制參數(shù)； 繪制2D圖像； 輸出2D圖像。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種可用液晶微透鏡陣列切換二維三維顯示的手機(jī)設(shè)備和方法。一種便攜式電子設(shè)備，包括：液晶微透鏡陣列，包括上基板、下基板和位于兩層基板之間的液晶層，在向上、下基板之間施加的電壓差不為零時(shí)，實(shí)現(xiàn)三維顯示功能，而在向上、下基板之間施加的電壓差為零的時(shí)候?qū)崿F(xiàn)二維顯示功能；觸摸屏，設(shè)置在液晶微透鏡陣列與顯示面板之間；顯示面板。該設(shè)備還采用了采用共用電極技術(shù)。便攜式電子設(shè)備顯示圖像的方法包括：判斷用戶選擇的是3D還是2D狀態(tài)；如果選擇的是3D狀態(tài)，則識(shí)別用戶的動(dòng)作，并根據(jù)內(nèi)容產(chǎn)生交錯(cuò)的3D圖像數(shù)據(jù)；將圖像數(shù)據(jù)傳輸給顯示面板。本發(fā)明的設(shè)備具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、節(jié)約電能、減少整體厚度并適應(yīng)手機(jī)的屏幕旋轉(zhuǎn)應(yīng)用的優(yōu)點(diǎn)。
【IPC分類】G02B27-22, G02F1-1333, G02F1-29, H04M1-02
【公開號(hào)】CN104853007
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410053283
【發(fā)明人】焦少慧, 洪濤, 周明才, 李煒明, 王西穎, 南東暻, 王海濤
【申請(qǐng)人】北京三星通信技術(shù)研究有限公司, 三星電子株式會(huì)社
【公開日】2015年8月19日
【申請(qǐng)日】2014年2月17日