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CN106405849B - 立体成像装置和用户终端 - Google Patents

立体成像装置和用户终端 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种立体成像装置(100)，包括：显示模块(130)，包括显示像素层(131)和第一基板(132)，所述显示像素层(131)包括像素阵列(133)，所述第一基板(132)设置在显示像素层(131)上；第二基板(120)，与所述第一基板(132)相对布置；第一透镜层(110)，包括透镜阵列(111)，所述第一透镜层(110)设置在所述第一基板(132)与所述第二基板(120)之间，所述透镜阵列(111)，用于接收所述像素阵列(133)射出的光线，并将所述像素阵列(133)中的对应像素射出的光线偏转至不同的投射方向，以实现立体视差。

Description

立体成像装置和用户终端
技术领域
本发明实施例涉及显示技术领域，更具体地，涉及一种立体成像装置和用户终端。
背景技术
目前，自由立体(auto-stereoscopic)显示器也称为裸眼双视显示器或裸眼三维显示器或双目立体视差显示器。
在一种现有的自由立体显示器中，每个微透镜覆盖多个像素，并在中心深度平面(central depth plane)上产生立体图像。用户的双眼聚焦在中心深度平面上时可以看到立体图像。
另外，还可以利用电可调液晶的相位特性来实现三维(Three Dimension，3D)显示技术。例如，可以将电可调液晶紧贴在现有的用户设备屏幕上方，利用液晶在通电情况下的相位特性，形成液晶透镜阵列，以将用户设备的显示器的像素射出的光束向左右偏转来实现裸眼双目视差，从而在观察者眼中产生立体的效果。
通常，液晶透镜阵列的光学平面与用户设备的显示器的像素之间至少存在几百微米的光学距离，而显示器有比较大的显示角度(例如，可能大于176度)，这样，尽管显示器的强度和对比度在显示角度达到±30度时会显著减弱，显示器的一个像素射出的光线可能还是会覆盖到液晶透镜阵列中一个以上的液晶透镜中，从而在相邻像素之间会产生串扰(crosstalk)现象，而相邻像素之间的串扰会极大降低显示器的显示效果。
发明内容
本发明提供了一种立体成像装置和用户终端，能够减轻立体成像装置的像素间的串扰现象的影响，从而提高立体成像装置的显示效果。
第一方面，提供了一种立体成像装置，包括：显示模块，包括显示像素层和第一基板，显示像素层包括像素阵列，第一基板设置在显示像素层上；第二基板，与第一基板相对布置；第一透镜层，包括透镜阵列，第一透镜层设置在第一基板与第二基板之间；
透镜阵列包括交替布置的第一电极、与第一电极成对的电极、第二电极以及与第二电极成对的电极以及液晶材料，用于接收像素阵列射出的光线，并控制透镜阵列中的液晶透镜将像素阵列中的像素射出的光线偏转至不同的投射方向，以实现立体视差；
第一电极、与第一电极成对的电极、第二电极以及与第二电极成对的电极平行设置在第二基板靠近液晶材料的一侧上，并且在第一时段，在第一电极施加电压，将与第一电极成对的电极接地，第二电极以及与第二电极成对的电极不加电压，在第二时段，在第二电极施加电压，将与第二电极成对的电极接地，第一电极以及与第一电极成对的电极不加电压。
在第一种可能的实现方式下，立体成像装置为液晶显示器LCD，显示模块还包括第一偏光片，第一偏光片设置在第一基板与第一透镜层之间，显示像素层包括：第二偏光片、显示器液晶层和彩色滤光片层，其中彩色滤光片层设置在显示器液晶层与第一基板之间，显示器液晶层设置在彩色滤光片层与第二偏光片之间。
结合第一方面，在第二种可能的实现方式下，立体成像装置为液晶显示器LCD，显示像素层包括：第一偏光片、第二偏光片、显示器液晶层、第三基板和彩色滤光片层，其中彩色滤光片层设置在第一基板与第三基板之间，第三基板设置在彩色滤光片层与第一偏光片之间，显示器液晶层设置在第一偏光片与第二偏光片之间，彩色滤光片层用一种采集光能的材料组成为立体成像装置的显示屏来补充电能。
结合第一方面，在第三种可能的实现方式下，立体成像装置为有机发光二极管OLED显示器，显示像素层包括：第三基板和OLED层，其中OLED层设置第三基板与第一基板之间。
结合第一方面，在第四种可能的实现方式下，第一电极对、与第一电极成对的、第二电极对以及与第二电极成对的电极在第二基板上沿立体成像装置的横向布置，第一电极、与第一电极成对的电极、第二电极以及与第二电极成对的电极在立体成像装置被纵向使用时控制透镜阵列中的液晶透镜将像素阵列中的对应像素射出的光线偏转至不同的投射方向，以实现立体视差。
结合第四种可能的实现方式，在第五种可能的实现方式下，其特征在于，透镜阵列还包括交替布置的第三电极、与第三电极成对的电极、第四电极以及与第四电极成对的电极，第三电极、与第三电极成对的电极、第四电极、以及与第四电极成对的电极在第一基板上沿立体成像装置的纵向布置，第三电极、与第三电极成对的电极、第四电极以及与第四电极成对的电极在立体成像装置被横向使用时控制透镜阵列中的液晶透镜将像素阵列中的对应像素射出的光线偏转至不同的投射方向，以实现立体视差。
结合第五种可能的实现方式，在第六种可能的实现方式下，第三电极、与第三电极成对的电极、第四电极以及与第四电极成对的电极由导电油墨制成。
结合第一方面或上述任何一种可能的实现方式，在第七种可能的实现方式下，第一方面的立体成像装置还包括：触摸屏，设置在第二基板上；保护玻璃，设置在触摸屏上。
结合第一方面或上述任何一种可能的实现方式，在第八种可能的实现方式下，像素阵列包括多个像素，透镜阵列包括多个第一透镜，多个第一透镜中的每个第一透镜对应至少一个像素。
结合第一方面或上述任何一种可能的实现方式，在第九种可能的实现方式下，像素阵列包括多个像素，透镜阵列包括多个第一透镜，多个像素中的每个像素包括多个子像素，多个第一透镜中的每个第一透镜对应至少一个子像素。
结合第一种可能的实现方式，在第十种可能的实现方式下，第一基板的厚度为50-300微米。
结合第二种可能的实现方式，在第十一种可能的实现方式下，第一基板为彩色滤光片层的保护玻璃，保护玻璃的厚度为50-300微米。
结合第三种可能的实现方式，在第十二种可能的实现方式下，第一基板的厚度为50-300微米。
第二方面，提供了一种立体成像装置，包括：显示模块，包括显示像素层和第一基板，显示像素层包括像素阵列，第一基板设置在显示像素层上；第二基板，与第一基板相对布置；第一透镜层，包括透镜阵列，第一透镜层设置在第一基板与第二基板之间；
透镜阵列包括交替布置的第一电极、与第一电极成对的电极、第二电极以及与第二电极成对的电极以及液晶材料，用于接收像素阵列射出的光线，并控制透镜阵列中的液晶透镜将像素阵列中的像素射出的光线偏转至不同的投射方向，以实现立体视差；
立体成像装置还包括导电膜，导电膜接地，导电膜设置在第一基板靠近液晶材料的一侧上，并且在第一时段，第一电极以及与第一电极成对的电极施加电压，第二电极以及与第二电极成对的电极不加电压或是接地，在第二时段，第一电极以及与第一电极成对的电极不加电压或是接地，第二电极以及与第二电极成对的电极施加电压。
在第一种可能的实现方式下，立体成像装置为液晶显示器LCD，显示模块还包括第一偏光片，第一偏光片设置在第一基板与第一透镜层之间，显示像素层包括：第二偏光片、显示器液晶层和彩色滤光片层，其中彩色滤光片层设置在显示器液晶层与第一基板之间，显示器液晶层设置在彩色滤光片层与第二偏光片之间。
结合第二方面，在第二种可能的实现方式下，立体成像装置为液晶显示器LCD，显示像素层包括：第一偏光片、第二偏光片、显示器液晶层、第三基板和彩色滤光片层，其中彩色滤光片层设置在第一基板与第三基板之间，第三基板设置在彩色滤光片层与第一偏光片之间，显示器液晶层设置在第一偏光片与第二偏光片之间，彩色滤光片层用一种采集光能的材料组成为立体成像装置的显示屏来补充电能。
结合第二方面，在第三种可能的实现方式下，立体成像装置为有机发光二极管OLED显示器，显示像素层包括：第三基板和OLED层，其中OLED层设置第三基板与第一基板之间。
结合第二方面或上述任何一种可能的实现方式，在第四种可能的实现方式下，第二方面的立体成像装置还包括：触摸屏，设置在第二基板上；保护玻璃，设置在触摸屏上。
结合第二方面或上述任何一种可能的实现方式，在第五种可能的实现方式下，像素阵列包括多个像素，透镜阵列包括多个第一透镜，多个第一透镜中的每个第一透镜对应至少一个像素。
结合第二方面或上述任何一种可能的实现方式，在第六种可能的实现方式下，像素阵列包括多个像素，透镜阵列包括多个第一透镜，多个像素中的每个像素包括多个子像素，多个第一透镜中的每个第一透镜对应至少一个子像素。
结合第一种可能的实现方式，在第七种可能的实现方式下，第一基板的厚度为50-300微米。
结合第二种可能的实现方式，在第八种可能的实现方式下，第一基板为彩色滤光片层的保护玻璃，保护玻璃的厚度为50-300微米。
结合第三种可能的实现方式，在第九种可能的实现方式下，第一基板的厚度为50-300微米。
第三方面，提供了一种终端，包括第一方面或第二方面的立体成像装置。
基于本发明的技术方案，用于实现立体视差的透镜层布置在显示模块上，减小了透镜层与显示模块中的显示像素层之间的距离，使得像显示像素层中的每个像素射出的光线在透镜层上的覆盖范围变小，减轻了像素间的串扰现象的影响，增强了自由立体显示效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的一个实施例的立体成像装置的结构示意图。
图2是本发明的另一实施例的立体成像装置的结构示意图。
图3是本发明的另一实施例的立体成像装置的结构示意图。
图4是本发明的另一实施例的立体成像装置的结构示意图。
图5是本发明的另一实施例的立体成像装置的结构示意图。
图6是本发明的另一实施例的立体成像装置的结构示意图。
图7是本发明的另一实施例的立体成像装置的结构示意图。
图8是本发明的另一实施例的立体成像装置的结构示意图。
图9是本发明的另一实施例的立体成像装置的结构示意图。
图10是显示像素层、液晶透镜层以及观看位置的位置关系的示意图。
图11是液晶透镜层与显示像素层之间的距离、液晶透镜层的转向角以及最佳视角距离的关系的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应理解，在本发明的实施例中，立体成像可以指三维显示或自由立体显示。本发明的技术方案可以应用于各种立体成像显示器，尤其是采用电可调液晶技术的立体成像显示器。
通常，实现自由立体显示的透镜模块被设置在用户终端的显示器的表面上，这样，透镜模块的透镜层与显示器中的像素层之间隔着多层基板，例如，用户终端的触摸屏的基板和保护玻璃以及像素层的基板，这些基板的厚度大约为300微米，使得无论透镜层的基板的厚度为多少，透镜层与像素层之间距离都超过了900微米。这样的距离会导致实现自由立体显示时存在如下问题：1)像素层的像素发出的光束到达透镜层时其颜色强度会减弱很多，从而影响图像经透镜层转向后到达眼部的光强；2)从像素层的像素发出的光束有一定的散射角度，每个像素发出的光束会扩散到多个透镜上，从而产生串扰；3)特别在手机纵向使用时，像素中心与透镜中心的垂直距离很短，自由立体图像的转向角会因为像素层与透镜层之间距离的增大而变小，这样观察者需要站在较远的地方才能享受自由立体显示的最佳效果。
图1示出了根据本发明的实施例的立体成像装置100的结构示意图。立体成像装置100包括：显示模块130，第二基板120和第一透镜层110。
显示模块130包括显示像素层131和第一基板132，显示像素层131包括像素阵列133，第一基板132设置在显示像素层131上。第二基板120，与第一基板132相对布置。第一透镜层110，包括透镜阵列111，第一透镜层110设置在第一基板132与第二基板120之间，透镜阵列111用于接收像素阵列133射出的光线，并将像素阵列133中的对应像素射出的光线偏转至不同的投射方向，以实现立体视差。
具体而言，透镜阵列111叠加设置在与像素阵列133的位置，用于将通过透镜阵列111的像素阵列133显示的图像的光线偏转到不同的投射方向。例如，透镜阵列111中的每个透镜可以对应至少一个像素，在自由立体显示时，可以将对应左眼图像的像素发出的光束投射至观察者的左眼方向，并将对应右眼图像的像素发出的光束投射至观察者的右眼方向，从而实现自由立体显示。而且，第一透镜层110设置在显示像素层131上，并且采用第一基板132将第一透镜层110和显示像素层131隔开。
根据本发明的实施例，用于实现立体视差的透镜层布置在显示模块上，减小了透镜层与显示模块中的显示像素层之间的距离，使得像显示像素层中的每个像素射出的光线在透镜层上的覆盖范围变小，减轻了像素间的串扰现象的影响，增强了自由立体显示效果。
透镜层可以由液晶(liquid crystal，简称LC)构成。液晶在施加电场后能够改变折射率，不同的电场可以对应于不同的折射率，即采用液晶在透镜层形成电可调的棱镜阵列。当光线通过施加了电场的液晶时，出射光的相位差会随着外加电场的变化而变化。本发明的实施例并不限于此，透镜层也可以由施加电场时能够改变折射率的其它晶体材料构成，例如，可以由锂酸铌晶体构成。每个液晶透镜的液晶在施加电场之后相当于一个微透镜，多个微透镜形成微透镜阵列。
不同的投射方向对应的观察方向可以包括一个左眼观察方向和一个右眼观察方向，根据本发明的实施例并不限于此，例如，不同的观察方向可以包括多个左眼观察方向和多个右眼观察方向，以供多人同时观看自由立体图像。
另外，为了使得立体成像装置呈现出来的立体图像的分辨率为全部像素单元，透镜层所施加的电场要满足在视觉暂留的时间内将全部像素显示图像的光线偏转至多个不同的投射方向。立体成像装置在显示不同拍摄角度拍摄的图像时所采用的时分方式应该与第一透镜层所施加的时分变化的电场相对应，使得多个观察者中每个观察者的双眼在视觉暂留时间内看到的分别是立体成像装置中的全部像素显示的从两个拍摄角度拍摄的同一场景的图像，即可以实现多人在不同的观察方向上观察到高分辨率的自由立体图像。
应理解的是，本发明的实施例并不限于所有像素在同一时段显示相同投射方向的图像，例如，也可以是在第一时段，第一部分像素显示第一投射方向的图像，而第二部分像素显示第二投射方向的图像，在第二时段，第一部分像素显示第二投射方向的图像，第二部分像素显示第一投射方向的图像，只要能够在人眼视觉暂留的时间内在不同观察方向观察到所有像素单元显示的图像即可，换句话说，只要第一时段与第二时段之和小于人眼视觉暂留的时间即可。
应理解，显示像素层上的两个或三个子像素(例如，红、绿和蓝色子像素)可以构成一个显示像素(或图像像素)，根据本发明的实施例并不限于此，例如，也可以是显示像素层上的一个像素构成一个显示像素。
根据本发明的实施例，通过调整电极上接收的电压，可以在透镜层(例如，液晶层)中产生电场，从而给透镜层促生一个需要的相位配置。不同的相位配置取决于不同的电压配置和电极分布。电极可以由透明导电材料制成，例如，可以是氧化铟锡(Indium TinOxide，简称ITO)之类的透明导电材料。
应理解，显示模块131的结构可以因立体成像装置的种类的不同而不同。例如，本发明的实施例应用于有机发光二极管(Organic Light-Emitting Diode，OLED)时，该显示模块包括OLED层；本发明的实施例应用于液晶显示器(Liquid Crystal Display，LCD)时，该显示模块包括液晶层和彩色滤光片(Color Filter，CF)层，而且液晶层两侧还设置有两个偏振方向相互垂直的偏光片(polarizer)，其中偏光片可以设置成立体成像装置的一部分，也可以单独设置，本发明对此不作限定。
应理解，第一基板可以是显示像素层的基板，也可以第一透镜层的基板，换句话说，显示像素层和第一透镜层可以共用第一基板。第一基板的厚度可以在50微米至300微米的范围。第一基板132可以为透明基板，例如，玻璃基板，但本发明的实施例并限于此，第一基板也可以为其它透明材料制成的基板，例如，透明陶瓷材料制成的基板。
根据本发明的实施例，像素阵列133可以包括多个像素，透镜阵列111可以包括多个第一透镜，每个第一透镜可以与一个或多个像素对应。例如，在横向使用显示屏时，每个透镜可以对应两个像素。
可选地，作为另一实施例，像素阵列133可以包括多个像素，透镜阵列111可以包括多个第一透镜，多个像素中的每个像素还可以包括多个子像素，多个第一透镜中的每个第一透镜对应一个或多个子像素。例如，在纵向使用显示屏时，每个像素可以包括两个子像素，而一个透镜可以对应两个子像素。
应理解，本发明的实施例对透镜与像素或子像素的对应关系不作限定，可以根据透镜的构造和空间多个不同的观察角度的需要设置透镜与像素或子像素的对应关系。
可替代地，作为另一实施例，第一透镜层还在未施加电场的情况下使得显示面板呈现二维图像。
透镜阵列111包括交替布置的第一电极V1、与V1成对的电极V10、第二电极V2以及与电极V2成对的电极V20以及液晶材料，用于接收像素阵列133射出的光线，并控制透镜阵列111中的液晶透镜将像素阵列133中的像素射出的光线偏转至不同的投射方向，以实现立体视差。
电极V1，电极V10，电极V2和电极V20平行设置在第二基板(120)靠近液晶材料的一侧上，并且在第一时段，电极V1施加电压，将电极V10接地，电极V2和电极V20不加电压，在第二时段，电极V2施加电压，将电极V20接地，电极V1和电极V10不加电压。
立体成像装置500还包括导电膜，导电膜接地，导电膜设置在第一基板靠近液晶材料的一侧上，并且在第一时段，第一电极V1和电极V10施加电压，第二电极V2和电极V20不加电压或是接地，在第二时段，第一电极V1和电极V10不加电压或是接地，第二电极V2和电极V20施加电压。
液晶透镜阵列的结构可以采用垂直配向(Vertical Alignment，VA)液晶分子结构，而其电极的驱动方式可以采用平面转换(In-Plane Switching，IPS)技术的驱动方式，即对垂直排列的液晶分子的驱动可以通过位于一块基板(本实施例为第二基板)上排列的铟锡氧化物(Indium-Tin Oxide，ITO)电极结构来控制。上述实施例中的液晶透镜还可以采用平行排列(Planar alignment)的液晶分子结构，其中上述平行排列液晶分子结构需要在第一基板上靠近液晶透镜层的一侧设置ITO镀膜层。
图2是本发明的另一实施例的立体成像装置200的结构示意图。立体成像装置200为立体成像装置100的例子，包括：显示模块130，第二基板120和第一透镜层110，在此适当省略详细的描述。立体成像装置200可以为液晶显示器LCD。
在本实施例中，显示模块130包括第一基板232、第一偏光片234和显示像素层231。第一偏光片234设置在第一基板232与第一透镜层110之间。显示像素层231包括：第二偏光片235、显示器液晶层236和彩色滤光片层233，其中彩色滤光片层233设置在显示器液晶层236与第一基板232之间，显示器液晶层236设置在彩色滤光片层233与第二偏光片235之间。
在本实施例中，LCD的偏光片设置在背光出口的最外一层，离LCD的背光源最远。第一透镜层110可以直接设置在LCD的背板的背光出口处，即LCD的第一偏光片234可以紧贴着第一透镜层110设置以作为第一透镜层110的基板。第一透镜层110的透镜阵列可以为液晶透镜阵列，液晶透镜阵列的结构可以采用垂直配向(Vertical Alignment，VA)液晶分子结构，而其电极的驱动方式可以采用平面转换(In-Plane Switching，IPS)技术的驱动方式，即对垂直排列的液晶分子的驱动可以通过位于一块基板(本实施例为第二基板)上排列的铟锡氧化物(Indium-Tin Oxide，ITO)电极来控制。这样，在组装置立体成像装置时，可以不在偏光片上进行ITO镀膜，这样简化了组装的过程。液晶透镜阵列可以采用如下驱动方式：在第一时间段，电极V1加电压，电极V10接地，电极V2和电极V20不加电压；在第二时间段，电极V2加电压，电极V20接地，电极V1和电极V10不加电极。
在本实施例中，第一基板232可以为彩色滤光片层233的基板。参见图10，彩色滤光片层233的基板的厚度约为270微米。液晶透镜层和彩色滤光片层之间的距离d可以减小到270微米至280微米。该距离取决于第一偏光片与第一基板的厚度，随着彩色滤光片层的基板厚度越来越小，液晶透镜层和彩色滤光片层之间的距离还可以变得更小。参见图11，与常规技术中液晶透镜层和彩色滤光片层之间大约1.45mm的距离相比，本实施例中缩短后的液晶透镜层和彩色滤光片层之间的距离使得到达液晶透镜层上的子像素的光强度增强了大约5倍，光的空间强度分布宽度变窄了大约4倍。另外，转向角α(steering angle)从0.7°增加到了3.6°，观看自由立体显示的最佳距离可以从2700mm缩短到500mm左右。
图3是本发明的另一实施例的立体成像装置300的结构示意图。立体成像装置300为立体成像装置100的例子，包括：显示模块130，第二基板120和第一透镜层110，在此适当省略详细的描述。立体成像装置300可以为液晶显示器LCD。
在本实施例中，显示模块130包括第一基板332和显示像素层331。显示像素层331包括：第一偏光片334、第二偏光片335、显示器液晶层336、第三基板337和彩色滤光片层333，其中彩色滤光片层333设置在第一基板332与第三基板337之间，第三基板337设置在彩色滤光片层333与第一偏光片334之间，显示器液晶层336设置在第一偏光片334与第二偏光片335之间。彩色滤光片层333可以是一种采集光能的材料组成为立体成像装置的显示屏补充电能。
在本实施例中，第一基板332可以为彩色滤光片层的保护玻璃。彩色滤光片层的保护玻璃设置在背光出口的最外一层，离LCD的背光源最远。第一透镜层110可以直接设置在LCD的背板的背光出口处，即彩色滤光片层的保护玻璃可以紧贴着第一透镜层110设置以作为第一透镜层110的基板。第一透镜层110的透镜阵列可以为液晶透镜阵列，液晶透镜阵列的结构可以采用垂直排列(Vertical Alignment，VA)液晶分子结构，而其电极的驱动方式可以采用平面转换(In-Plane Switching，IPS)技术的驱动方式，即对垂直排列的液晶分子的驱动可以通过位于一块基板(本实施例为第二基板)上排列的ITO电极来控制。这样，在组装置立体成像装置时，可以不在第一基板332靠近液晶透镜层的一侧上进行ITO镀膜，这样简化了组装的过程。例如，液晶透镜阵列可以采用如下驱动方式：在第一时间段，电极V1加电压，电极V10接地，电极V2和电极V20不加电压；在第二时间段，电极V2加电压，电极V20接地，电极V1和电极V10不加电压。
在本实施例中，彩色滤光片层的保护玻璃的厚度约为50-300微米，例如，150微米。这样，液晶透镜层和彩色滤光片层之间的距离d可以减小到150微米至160微米。该距离取决于彩色滤光片层的保护玻璃的厚度，随着彩色滤光片层的保护玻璃厚度越来越小，液晶透镜层和彩色滤光片层之间的距离还可以变得更小。与常规技术中液晶透镜层和彩色滤光片层之间大约1.45mm的距离相比，本实施例中缩短后的液晶透镜层和彩色滤光片层之间的距离使得到达液晶透镜层上的子像素的光强度增强了大约8倍，光的空间强度分布宽度变窄了大约7倍。另外，转向角(steering angle)从0.7°增加到了6.2°，观看自由立体显示的最佳距离可以从2700mm缩短到300mm左右。
图4是本发明的另一实施例的立体成像装置400的结构示意图。立体成像装置400为立体成像装置100的例子，包括：显示模块130、第二基板120和第一透镜层110，在此适当省略详细的描述。立体成像装置400可以为有机发光二极管OLED显示器。
在本实施例中，显示模块130包括第一基板432和显示像素层431。显示像素层431包括：第三基板434和OLED层433，其中OLED层433设置第三基板434与第一基板432之间。
在本实施例中，OLED为自发光器件，不同的OLED能够发出不同颜色的光，因此，不需要背光和彩色滤光片层。液晶透镜可以采用VA结构和IPS驱动方式相结合。VA结构和IPS驱动则不需要在第一基板432上设置ITO镀膜层。例如，液晶透镜阵列可以采用如下驱动方式：在第一时间段，电极V1加电压，电极V10接地，电极V2和电极V20不加电压；在第二时间段，电极V2加电压，电极V20接地，电极V1和电极V10不加电压。
第一基板432为第一透镜层的底层玻璃基板，其厚度约为50-300微米，例如，150微米，可以作为OLED的保护玻璃。该玻璃基板可以粘在OLED层上，例如，可以采用很薄的粘性层(约10微米)来粘合150微米厚的超薄玻璃，使得OLED像素层到LC透镜层之间的距离在0.16mm左右，因此，观看自由立体显示的最佳距离可以从2700mm缩短到300mm左右(假设OLED子像素和LCD子像素大小一样)。
图5是本发明的另一实施例的立体成像装置500的结构示意图。立体成像装置500为立体成像装置100的例子，包括：显示模块130、第二基板120和第一透镜层110，在此适当省略详细的描述。立体成像装置500可以为有机发光二极管OLED显示器。
在本实施例中，显示模块130包括第一基板532和显示像素层531。显示像素层531包括：第三基板534和OLED层533，其中OLED层533设置第三基板534与第一基板532之间。
在本实施例中，液晶透镜采用平行排列(Planar alignment)的液晶分子结构，其中需要在立体成像装置500包括导电膜512，导电膜接地，导电膜设置在第一基板靠近液晶材料的一侧上，并且在第一时间段，电极V1和电极V10加电压，电极V2和电极V20不加电压或接地；在第二时间段，电极V2和电极V20加电压，电极V1和电极V10不加电极或接地。
在本实施例中，OLED为自发光器件，不同的OLED能够发出不同颜色的光，因此，不需要背光和彩色滤光片层。
第一基板432为第一透镜层的底层玻璃基板，其厚度约为50-300微米，例如，150微米，可以作为OLED的保护玻璃。该玻璃基板可以粘在OLED层上，例如，可以采用很薄的粘性层(约10微米)来粘合150微米厚的超薄玻璃，使得OLED像素层到LC透镜层之间的距离在0.16mm左右，因此，观看自由立体显示的最佳距离可以从2700mm缩短到300mm左右(假设OLED子像素和LCD子像素大小一样)。
图6是本发明的另一实施例的立体成像装置600的在第一时段的结构示意图。图7是本发明的另一实施例的立体成像装置600在第二时段的结构示意图。立体成像装置600可以为立体成像装置200、300、400、500的例子。
立体成像装置600还包括触摸屏630和保护玻璃640。触摸屏630设置在第二基板120上，保护玻璃640设置在触摸屏630上，即透镜层110设置在触摸屏630与显示像素层631之间。
参见图6，以一个液晶透镜对应两个子像素为例，在第一时段，电极V1加电压，电极V10接地，电极V2和电极V20不加电压，第一子像素和第二子像素射出的光束被液晶透镜分别投射向左眼方向和右眼方式。参见图7，在第二时段，电极V2加电压，电极V20接地，电极V1和电极V10不加电压，第一子像素和第二子像素射出的光束被液晶透镜分别投射向右眼方向和左眼方向。
图8是本发明的另一实施例的立体成像装置800的与纵轴垂直的截面示意图。图9是本发明的另一实施例的立体成像装置800的与横轴垂直的截面示意图。
参见图8，第一电极V1、与第一电极V1成对的电极V10，第二电极V2以及与第二电极V2成对的电极V20在第二基板120上沿立体成像装置100的横向布置，电极V1，电极V10，电极V2和电极V20在立体成像装置100被纵向使用时控制透镜阵列中的液晶透镜将像素阵列133中的对应像素射出的光线偏转至不同的投射方向，以在立体成像装置800纵向使用时实现立体视差。具体而言，电极V1，电极V10，电极V2和电极V20为条形，电极V1，电极V10，电极V2和电极V20平行且沿纵向伸展。
参见图9，透镜阵列111还包括交替布置的第三电极V3、与第三电极V3成对的电极V30、第四电极V4以及与第四电极V4成对的电极V40，第三电极V3，电极V30，第四电极V4和电极V40在第一基板132上沿立体成像装置800的纵向布置，电极V3，电极V30，电极V4和电极V40在立体成像装置800被横向使用时控制透镜阵列中的液晶透镜将像素阵列133中的对应像素射出的光线偏转至不同的投射方向，以在立体成像装置800横向使用时实现立体视差。具体而言，电极V3，电极V30，电极V4和V40为条形，电极V3，电极V30，电极V4和电极V40平行且沿横向伸展。
例如，液晶透镜阵列可以采用VA结构，而电极可以采用IPS方式驱动。立体成像装置可以检测当前立体成像装置被纵向使用还是被横向使用，当用户纵向使用立体成像装置时，切换到电极V1，电极V10，电极V2和电极V20控制液晶透镜的偏转；当用户横向使用立体成像装置时，切换到电极V3，电极V30，电极V4和电极V40控制液晶透镜的偏转。这样，使得用户可以在纵向和横向使用立体成像装置时均能够获得自由立体显示效果。
根据本发明的实施例，电极V3，电极V30，电极V4和电极V40可以由导电油墨(conductive inks)制成。导电油墨可以涂覆与液晶透镜层与像素显示层之间的基板(例如，偏光片、保护玻璃或者显示像素层的基板)上。液晶透镜层与像素显示层之间的基板上的ITO作为第一组电极，液晶透镜的基板上的ITO作为第二组电极。这两套电极均可以采用IPS驱动方式来驱动具有VA结构的液晶透镜层。这两套电极相互垂直，横向和纵向使用立体成像装置时都可以实现裸眼3D。液晶透镜层设计得足够厚(例如，大于几十微米)，使得一套电极发出的电场不因另一套电极的存在而受影响，而且IPS驱动的转向速度不受液晶透镜层厚度的影响。
根据本发明的实施例，液晶透镜可以采用VA结构，而两套电极可以采用IPS驱动方式。两套电极相互垂直，并且分别与手机的纵向和横向使用方向一致。由于液晶透镜的厚度大于几十微米，从而使得一套电极发出的电场不因另一套电极的存在而受影响。立体成像装置通常被设计为在横向使用状态下实现自由立体显示，这样，显示像素层(例如，彩色滤光片层)上的液晶透镜中心与彩色滤光片上子像素中心的垂直距离(图10中的dy)较大(因为立体成像装置横向使用时彩色滤光片上子像素是长方形的，液晶透镜层不需要离像素显示层很近就可以达到合适的转向角，串扰的问题也不很明显。然而，当立体成像装置纵向使用时，液晶透镜半径大概是横向使用时的液晶透镜半径的1/3，此时LC透镜层和CF层之间就需要很小的距离来实现在大约300mm的地方看到自由立体显示，并且同时起到减小串扰和提高亮度的效果。本发明的实施例能够满足纵向使用立体成像装置时对LC透镜层与CF层之间的距离的要求。
本发明的实施例还提供了一种终端。该终端包括上述任一实施例所述的立体成像装置。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (24)

1.一种立体成像装置(100)，其特征在于，包括：
显示模块(130)，包括显示像素层(131)和第一基板(132)，所述显示像素层(131)包括像素阵列(133)，所述第一基板(132)设置在显示像素层(131)上；
第二基板(120)，与所述第一基板(132)相对布置；
第一透镜层(110)，包括透镜阵列(111)，所述第一透镜层(110)设置在所述第一基板(132)与所述第二基板(120)之间；
所述透镜阵列(111)包括交替布置的第一电极(V1)、与所述第一电极(V1)成对的电极(V10)、第二电极(V2)以及与所述第二电极(V2)成对的电极(V20)以及液晶材料，用于接收所述像素阵列(133)射出的光线，并控制所述透镜阵列(111)中的液晶透镜将所述像素阵列(133)中的像素射出的光线偏转至不同的投射方向，以实现立体视差；
所述第一电极(V1)、与所述第一电极(V1)成对的电极(V10)、所述第二电极(V2)以及与所述第二电极(V2)成对的电极(V20)平行设置在所述第二基板(120)靠近所述液晶材料的一侧上，并且在第一时段，在所述第一电极(V1)施加电压，将与所述第一电极(V1)成对的电极(V10)接地，所述第二电极(V2)以及与所述第二电极(V2)成对的电极(V20)不加电压，在第二时段，在所述第二电极(V2)施加电压，将与所述第二电极(V2)成对的电极(V20)接地，所述第一电极(V1)以及与所述第一电极(V1)成对的电极(V10)不加电压。
2.根据权利要求1所述的立体成像装置(100，200)，其特征在于，所述立体成像装置(100，200)为液晶显示器LCD，所述显示模块还包括第一偏光片(234)，所述第一偏光片(234)设置在所述第一基板(132，232)与所述第一透镜层(110)之间，所述显示像素层(131，231)包括：第二偏光片(235)、显示器液晶层(236)和彩色滤光片层(233)，其中所述彩色滤光片层(233)设置在所述显示器液晶层(236)与所述第一基板(132，232)之间，所述显示器液晶层(236)设置在所述彩色滤光片层(233)与所述第二偏光片(235)之间。
3.根据权利要求1所述的立体成像装置(100，300)，其特征在于，所述立体成像装置(100，300)为液晶显示器LCD，所述显示像素层(131，331)包括：第一偏光片(334)、第二偏光片(335)、显示器液晶层(336)、第三基板(337)和彩色滤光片层(333)，其中所述彩色滤光片层(333)设置在所述第一基板(132，332)与所述第三基板(337)之间，所述第三基板(337)设置在所述彩色滤光片层(333)与所述第一偏光片(334)之间，所述显示器液晶层(336)设置在所述第一偏光片(334)与所述第二偏光片(335)之间，所述彩色滤光片层(333)用一种采集光能的材料组成为所述立体成像装置的显示屏来补充电能。
4.根据权利要求1所述的立体成像装置(100，400)，其特征在于，所述立体成像装置(100，400)为有机发光二极管OLED显示器，所述显示像素层(131，431)包括：第三基板(434)和OLED层(433)，其中所述OLED层(433)设置所述第三基板(434)与所述第一基板(132，432)之间。
5.根据权利要求1所述的立体成像装置(100)，其特征在于，所述第一电极对(V1)、与所述第一电极(V1)成对的(V10)、所述第二电极对(V2)以及与所述第二电极(V2)成对的电极(V20)在所述第二基板(120)上沿所述立体成像装置(100)的横向布置，所述第一电极(V1)、与所述第一电极成对的电极(V10)、所述第二电极(V2)以及与所述第二电极成对的电极(V20)在所述立体成像装置(100)被纵向使用时控制所述透镜阵列中的液晶透镜将所述像素阵列(133)中的对应像素射出的光线偏转至不同的投射方向，以实现立体视差。
6.根据权利要求5所述的立体成像装置(100，800)，其特征在于，所述透镜阵列(111)还包括交替布置的第三电极(V3)、与所述第三电极(V3)成对的电极(V30)、第四电极(V4)以及与所述第四电极(V4)成对的电极(V40)，所述第三电极(V3)、与所述第三电极成对的电极(V30)、所述第四电极(V4)、以及与所述第四电极(V4)成对的电极(V40)在所述第一基板(132)上沿所述立体成像装置(800)的纵向布置，所述第三电极(V3)、与所述第三电极成对的电极(V30)、所述第四电极(V4)以及与所述第四电极(V4)成对的电极(V40)在所述立体成像装置(800)被横向使用时控制所述透镜阵列中的液晶透镜将所述像素阵列(133)中的对应像素射出的光线偏转至不同的投射方向，以实现立体视差。
7.根据权利要求6所述的立体成像装置(100，800)，其特征在于，所述第三电极(V3)、与所述第三电极(V3)成对的电极(V30)、所述第四电极(V4)以及与所述第四电极(V4)成对的电极(V40)由导电油墨制成。
8.根据权利要求1至7中的任一项所述的立体成像装置(100，600)，其特征在于，还包括：
触摸屏(630)，设置在所述第二基板(120，620)上；
保护玻璃(640)，设置在所述触摸屏(630)上。
9.根据权利要求1至7中的任一项所述的立体成像装置，其特征在于，所述像素阵列(133)包括多个像素，所述透镜阵列(111)包括多个第一透镜，所述多个第一透镜中的每个第一透镜对应至少一个像素。
10.根据权利要求1至7中任一项所述的立体成像装置(100)，其特征在于，所述像素阵列(133)包括多个像素，所述透镜阵列(111)包括多个第一透镜，所述多个像素中的每个像素包括多个子像素，所述多个第一透镜中的每个第一透镜对应至少一个子像素。
11.根据权利要求2所述的立体成像装置(100)，其特征在于，所述第一基板(132，232)的厚度为50-300微米。
12.根据权利要求3所述的立体成像装置，其特征在于，所述第一基板(132，332)为所述彩色滤光片层的保护玻璃，所述保护玻璃的厚度为50-300微米。
13.根据权利要求4所述的立体成像装置，其特征在于，所述第一基板(132，432)的厚度为50-300微米。
14.一种立体成像装置(100，500)，其特征在于，包括：
显示模块(130)，包括显示像素层(131)和第一基板(132)，所述显示像素层(131)包括像素阵列(133)，所述第一基板(132)设置在显示像素层(131)上；
第二基板(120)，与所述第一基板(132)相对布置；
第一透镜层(110)，包括透镜阵列(111)，所述第一透镜层(110)设置在所述第一基板(132)与所述第二基板(120)之间；
所述透镜阵列(111)包括交替布置的第一电极(V1)、与所述第一电极(V1)成对的电极(V10)、第二电极(V2)以及与所述第二电极(V2)成对的电极(V20)以及液晶材料，用于接收所述像素阵列(133)射出的光线，并控制所述透镜阵列(111)中的液晶透镜将所述像素阵列(133)中的像素射出的光线偏转至不同的投射方向，以实现立体视差；
所述立体成像装置(100，500)还包括导电膜(512)，所述导电膜接地，所述导电膜设置在所述第一基板靠近所述液晶材料的一侧上，并且在第一时段，所述第一电极(V1)以及与所述第一电极(V1)成对的电极(V10)施加电压，所述第二电极(V2)以及与所述第二电极(V2)成对的电极(V20)不加电压或是接地，在第二时段，所述第一电极(V1)以及与所述第一电极(V1)成对的电极(V10)不加电压或是接地，所述第二电极(V2)以及与所述第二电极(V2)成对的电极(V20)施加电压。
15.根据权利要求14所述的立体成像装置(100，200)，其特征在于，所述立体成像装置(100，200)为液晶显示器LCD，所述显示模块还包括第一偏光片(234)，所述第一偏光片(234)设置在所述第一基板(132，232)与所述第一透镜层(110)之间，所述显示像素层(131，231)包括：第二偏光片(235)、显示器液晶层(236)和彩色滤光片层(233)，其中所述彩色滤光片层(233)设置在所述显示器液晶层(236)与所述第一基板(132，232)之间，所述显示器液晶层(236)设置在所述彩色滤光片层(233)与所述第二偏光片(235)之间。
16.根据权利要求14所述的立体成像装置(100，300)，其特征在于，所述立体成像装置(100，300)为液晶显示器LCD，所述显示像素层(131，331)包括：第一偏光片(334)、第二偏光片(335)、显示器液晶层(336)、第三基板(337)和彩色滤光片层(333)，其中所述彩色滤光片层(333)设置在所述第一基板(132，332)与所述第三基板(337)之间，所述第三基板(337)设置在所述彩色滤光片层(333)与所述第一偏光片(334)之间，所述显示器液晶层(336)设置在所述第一偏光片(334)与所述第二偏光片(335)之间，所述彩色滤光片层(333)用一种采集光能的材料组成为所述立体成像装置的显示屏来补充电能。
17.根据权利要求14所述的立体成像装置(100，400)，其特征在于，所述立体成像装置(100，400)为有机发光二极管OLED显示器，所述显示像素层(131，431)包括：第三基板(434)和OLED层(433)，其中所述OLED层(433)设置所述第三基板(434)与所述第一基板(132，432)之间。
18.根据权利要求14至17中的任一项所述的立体成像装置(100，600)，其特征在于，还包括：
触摸屏(630)，设置在所述第二基板(120，620)上；
保护玻璃(640)，设置在所述触摸屏(630)上。
19.根据权利要求14至17中的任一项所述的立体成像装置，其特征在于，所述像素阵列(133)包括多个像素，所述透镜阵列(111)包括多个第一透镜，所述多个第一透镜中的每个第一透镜对应至少一个像素。
20.根据权利要求14至17中任一项所述的立体成像装置(100)，其特征在于，所述像素阵列(133)包括多个像素，所述透镜阵列(111)包括多个第一透镜，所述多个像素中的每个像素包括多个子像素，所述多个第一透镜中的每个第一透镜对应至少一个子像素。
21.根据权利要求15所述的立体成像装置(100)，其特征在于，所述第一基板(132，232)的厚度为50-300微米。
22.根据权利要求16所述的立体成像装置，其特征在于，所述第一基板(132，332)为所述彩色滤光片层的保护玻璃，所述保护玻璃的厚度为50-300微米。
23.根据权利要求17所述的立体成像装置，其特征在于，所述第一基板(132，432)的厚度为50-300微米。
24.一种用户终端，其特征在于，包括：如权利要求1至23中的任一项所述的立体成像装置。
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