CN100585452C - 高分辨率2维-3维可切换自动立体显示设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高分辨率2D-3D可切换自动立体显示设备，其包括：发射光的背光单元；具有多个单元的空间光调制器，所述单元二维地排列且包括每个在透明状态和不透明状态之间独立地可切换的左眼区和右眼区；分离和发射透过空间光调制器的光到左眼观察区和右眼观察区的透镜片；和显示图像的图像显示面板。空间光调制器被分成多个水平区段，所述区段与图像显示面板的垂直同步信号同步地顺序切换。

Description

高分辨率2维-3维可切换自动立体显示设备

技术领域

本发明涉及一种高分辨率2D-3D可切换自动立体显示设备，且更具体而言涉及一种其中分辨率的降低被抵消且串扰被减小的高分辨率2D-3D可切换自动立体显示设备(switchable autostereoscopic display apparatus)。

背景技术

3D显示设备产生具有双眼视差的左眼图像和右眼图像，且分别独立地将左眼和右眼图像引导到左眼和右眼。用户通过对应的眼睛的视网膜识别由3D显示设备提供的左眼图像和右眼图像，且由此可以看见立体3D图像。一般而言，3D显示设备可以大致被分为视差屏障型(parallax barrier type)3D显示设备和透镜型(lenticular type)3D显示设备。

在视差屏障3D显示设备中，左眼图像和右眼图像显示在交替垂直列的像素上且通过非常薄的垂直格栅(lattice)即屏障(barrier)分离。垂直列的左眼图像和垂直列的右眼图像由屏障分开，使得左眼和右眼分别接收不同观察点的图像，由此看见3D图像。参考图1，透镜型3D显示设备10通常包括：图像显示面板11，包括交替设置以分别显示左眼图像和右眼图像的左和右像素L和R；和透镜片12，安装于图像显示面板11的前面以分离左眼图像和右眼图像的观察区(viewing zone)。

在如前所述的常规的3D图像显示设备中，左眼图像和右眼图像同时在单个图像显示面板上显示，由此用户看见的3D图像的分辨率是图像显示面板的分辨率的一半。另外，需要复杂的结构来能够在2D显示模式和3D显示模式之间切换显示。

因此，正在开发一种3D图像显示设备，其可以利用具有120Hz的刷新速率的快速响应液晶显示器(LCD)来提供一种3D图像，而分辨率不减小。

图2是常规的2D-3D可切换自动立体显示设备20的示意图，其在美国专利No.5969850中披露。参考图2，3D图像显示设备20包括背光单元21、空间光调制器22、透镜片(lenticular lens sheet)23、和快速响应LCD面板26。空间光调制器22包括多个单元24和25，其根据对其提供的电源的开/关(ON/OFF)状态来在透明状态和不透明状态之间切换。LCD面板26在整个屏幕上以快速的刷新速率交替地显示左眼图像和右眼图像。空间光调制器22与LCD面板26的左眼和右眼图像的切换时间同步以将单元24和25切换为透明或不透明状态。例如，当LCD面板26显示左眼图像时，空间光调制器22将左眼单元24切换到透明状态，由此从背光单元21发射的光仅射向用户的左眼观察区28。而当LCD面板26显示右眼图像时，空间光调制器22打开右眼单元25，使得从背光单元21发射的光仅射向用户的右眼观察区27。在一般的2D模式中，空间光调制器22的所有的单元24和25被打开。

然而，在美国专利No.5969850中，由于以下原因在左眼图像和右眼图像之间发生串扰，由此用户不能看见准确的3D图像。

一般而言，大多数图像显示面板从顶到底扫描一帧。因此，当前一帧显示于屏幕的底部时，下一帧显示于屏幕的顶部。如图3所示，当T表示完全扫描一帧所需的时间时，在0时刻右眼图像显示于整个屏幕上，且在T时刻左眼图像显示于整个屏幕上。然而，因为在0时刻到T时刻之间右眼图像连续地被改变为左眼图像，左眼图像显示于屏幕的顶部且同时右眼图像显示于屏幕的底部。结果，存在左眼图像和右眼图像共用屏幕的时期。因此，如在美国专利No.5969850中，当空间光调制器22的左眼单元24和右眼单元25被简单地交替打开和关闭时，左眼图像和右眼图像不会完全分开并且同时被用户的左眼和右眼感测，从而可以产生严重的串扰。

发明内容

本发明提供了一种其中分辨率的降低被抵消且串扰被减小的高分辨率2D-3D可切换自动立体显示设备。

本发明还提供了一种结构上简单且不需要昂贵的元件的高分辨率2D-3D可切换自动立体显示设备。

根据本发明的方面，提供有一种高分辨率2D-3D可切换自动立体显示设备，其包括：发射光的背光单元；空间光调制器，包括多个单元，所述单元二维地排列且包括每个在透明状态和不透明状态之间独立地可切换的左眼区和右眼区；分离和发射透过空间光调制器的光到左眼观察区和右眼观察区的透镜片；和显示图像的图像显示面板，其中空间光调制器被分成多个水平区段(segment)，所述区段与图像显示面板的垂直同步信号同步地顺序切换。

附图说明

参考附图，提供详细描述其示范性实施方式，本发明的以上和其他特征和优点将变得更加显见，在附图中：

图1是常规的透镜型3D图像显示设备的示意图；

图2是常规的2D-3D可切换自动立体显示设备的示意图；

图3是图像显示面板上扫描左眼图像和右眼图像的过程；

图4是根据本发明的实施方式的2D-3D可切换图像显示设备的示意图；

图5是图4的自动立体显示设备的示意性俯视图；

图6示出了图4的自动立体显示设备的空间光调制器的视差屏障图案；

图7是显示了像素线的像素值随时间的变化的曲线图；

图8是显示了图4的2D-3D可切换图像显示设备的空间光调制器的开关操作随时间的曲线图；

图9是显示了包括在图4的2D-3D可切换图像显示设备中且每个具有多个水平区段的背光单元和空间光调制器的每个的水平区段的操作的曲线图；及

图10和11分别示出了背光单元的水平区段的操作和空间光调制器的水平区段的操作。

具体实施方式

现将参考附图更全面地描述本发明，在附图中显示了本发明的示范性实施方式。

图4是根据本发明的实施方式的高分辨率2D-3D可切换自动立体显示设备的示意图。图5是图4的自动立体显示设备的示意性俯视图。图6示出了图4的自动立体显示设备的空间光调制器33的视差屏障图案。

参考图4到图6，高分辨率2D-3D可切换自动立体显示设备包括：背光单元31；空间光调制器33，在从背光单元31发射的光中仅透射具有预定偏振分量的光；透镜片35，将由空间光调制器33透射的光分离为左眼观察区和右眼观察区；和显示图像的图像显示面板37。

图像显示面板37是需要特定光源的无源装置。例如，通过将电压施加到每个像素来调整像素的光透射率来显示图像的液晶面板可以被用作图像显示面板37。根据本实施方式，如在常规的高分辨率3D图像显示设备中，图像显示面板37在3D模式中交替显示右眼图像和左眼图像。因此，具有大于120Hz的刷新速率的快速响应LCD面板可以优选地被用作图像显示面板37，从而用户可以看见右眼图像和左眼图像而不觉察到闪烁。

如图6所示，空间光调制器33包括以二维(2D)m×n矩阵排列的多个单元34。每个单元34包括根据电源的开/关状态在透明状态和不透明状态之间切换的左眼区34L和右眼区34R。例如，包括具有对应于单元34的视差屏障的电极以及根据施加到电极的电压而被控制的液晶的透射液晶装置可以被用作空间光调制器33。透射液晶装置具有简单的结构且由此可以被容易地以低成本制造。

空间光调制器33被分成对应于图像显示面板37的多个水平像素线的m个水平区段S1、S2、...、和Sm。水平区段S1、S2、...、和Sm对应于空间光调制器33的单元34的水平线。水平区段S1、S2、...、和Sm与图像显示面板37的垂直同步信号同步地顺序切换且当图像显示面板37的像素线显示图像时保持开或关的状态。

因为空间光调制器33的水平区段S1、S2、...、和Sm被顺序驱动，背光单元31优选地被分成多个可以独立驱动的水平区段，从而背光单元31与空间光调制器33同步驱动。背光单元31和空间光调制器33的每个的水平区段的数量可以根据设计来变化。为了完全消除串扰，每个背光单元31和空间光调制器33的每个区段均需要对应于图像显示面板37的一像素线。然而，这可能实现起来非常昂贵。因此，实际上每个背光单元31和空间光调制器33的每个水平区段可对应于图像显示面板37的多条像素线。例如，每个背光单元31和空间光调制器33的每个水平区段可以对应于图像显示面板37的一百条像素线。背光单元31的水平区段的数量优选地等于空间光调制器33的水平区段的数量。

如上所述，因为空间光调制器33的水平区段S1、S2、...、和Sm被顺序驱动且背光单元31的水平区段被顺序驱动，容易利用场顺序驱动技术显示彩色图像。当高分辨率2D-3D可切换自动立体显示设备使用场顺序驱动技术来显示图像时，背光单元31包括与空间光调制器33和图像显示面板37的水平区段同步地顺序驱动的R、G和B单色光源。然而，本发明不限于使用场顺序驱动技术的自动立体显示设备，也可以使用滤色技术来显示彩色图像。当使用滤色技术时，背光单元31包括白光源。

透镜片35包括在水平方向排列的多个垂直透镜(vertical lenticular lens)。因此，透镜平行于空间光调制器33的单元34的垂直线。透镜片35分离且发射入射光到左眼观察区和右眼观察区，因此透射通过透镜片35的光根据光入射在透镜片35上的位置在观察距离处分别成像于左眼观察区和右眼观察区。例如，从单元34的左眼区34L发射的光可以经由透镜片35被引导到左眼观察区。从单元34的右眼区34R发射的光可以经由透镜片35被引导到右眼观察区。

如本领域中众所周知的，在观察距离处左眼观察区和右眼观察区之间的距离可以大致为65mm。为此，透镜片35的透镜之间的节距可以等于或优选地稍小于双折射元件阵列34的第一和第二双折射元件34a和34b之间的节距。而且，透镜片35和双折射元件阵列34之间的距离可以等于或优选地稍大于每个透镜的焦距。如图5所示，透明基板36可以放置在透镜片35和双折射元件阵列34之间。例如，双折射元件阵列34和透镜片35可以贴附到透明基板36的相对表面以固定透镜片35和双折射元件阵列34的位置。

现将更全面地描述高分辨率2D/3D可切换自动立体显示设备的操作。首先，在3D模式，图像显示面板37以非常快的速率在整个屏幕上交替地显示右眼图像和左眼图像。空间光调制器33与通过图像显示面板37的右和左图像的切换同步切换单元34。例如，当图像显示面板37显示左眼图像时，空间光调制器33的单元34的左眼区34L被切换为透明状态，从而从背光单元31发射的光L仅透过左眼区34L。当图像显示面板37显示右眼图像时，空间光调制器33的单元34的右眼区34R被打开，从而从背光单元31发射的光仅透过右眼区34R。透过左眼和右眼区34L和35R的光由透镜片35分离，透过图像显示面板37，且分别在左眼观察区39L和右眼观察区39R形成左眼图像和右眼图像。因此，当图像显示面板37显示左眼图像时，用户仅通过用户的左眼感测到左眼图像。当图像显示面板37显示右眼图像时，用户仅通过用户的右眼感测到右眼图像。由此，用户可以观察3D图像。

图像显示面板37不在一时刻显示右眼图像且然后在另一时刻显示左眼图像，而是在屏幕上从顶到底顺序扫描连续的图像。因此，存在左眼图像和右眼图像共用屏幕的时期，且由此会产生作为左眼图像和右眼图像的混合体的串扰。

考虑到该问题，每个背光单元31和空间光调制器33均在垂直方向上与图像显示面板37的垂直扫描时间同步地顺序切换。背光单元31和空间光调制器33的对应的水平区段被同时切换。如图4和6所示，当图像显示面板37的上屏幕显示左眼图像且其下屏幕显示右眼图像时，仅在空间光调制器33的上部的水平区段S1和S2中的单元34的左眼区34L被切换为透明状态，且仅在空间光调制器33的下部的水平区段S3、...、Sm中的单元34的右眼区34R被切换为透明状态。

更具体而言，当考虑到水平区段对应于多个像素线的情况时，为了最小化串扰，背光单元31和空间光调制器33可以按以下方式驱动。

图7是显示了被用作图像显示面板37的LCD面板的像素线的像素值随时间的变化的曲线图。如图7所示，每个像素线在对应于左眼图像和右眼图像的像素值之间顺序切换。如图7的曲线图所示，每个像素线中的左眼图像和右眼图像不立刻改变，而需要预定的时间。换言之，在显示开始之后的预定时间段之后，在每个像素线中显示完整的左眼图像或右眼图像。因此，在左眼图像被转变为右眼图像或右眼图像被转变为左眼图像的过渡期间中，左眼图像和右眼图像被混合，因此期望与对应于过渡期间的像素线对应的背光单元31的水平区段如可能则被关断。

图8是显示了被用作空间光调制器33的透射液晶装置的开关操作随时间的曲线图。如图8所示，空间光调制器33从不透明状态到透明状态的转换或反转换根据液晶元件的特性不立刻发生而需要预定的时间。换言之，空间光调制器33在转换已经开始之后的状态过渡期间过去之后才完全从不透明状态切换为透明状态。如果空间光调制器33和图像显示面板37以相同的响应速度操作，空间光调制器33的状态的过渡速度与图像显示面板37的图像过渡速度可以几乎相同。因此，优选地空间光调制器33的水平区段的状态在当显示于图像显示面板37的对应的像素线上的图像开始被过渡为左眼图像或右眼图像的时刻开始转换。

因此，空间光调制器33的水平区段和背光单元31的对应的区段可以如图9的曲线图所示来操作。图9的顶部的曲线图显示了对应于空间光调制器33和背光单元31的区段的图像显示面板37的像素线的像素值的变化。例如，假设一个水平区段对应于102条像素线。因为图像显示面板37从顶到底顺序扫描图像，如图10所示，在第1到第102条像素线的像素值变化线中有稍微的延迟。在该情形，如图9所示，为了最小化串扰，背光单元31的水平区段当第102条像素线开始完全显示左眼图像时被打开且当第一像素线完成完全显示左眼图像时被关断。即，每个背光单元31的水平区段可以进行脉冲操作，即可以仅当所有的对应的像素线显示右眼图像或左眼图像时被打开，而当左眼和右眼图像正在被切换时被关断。

另一方面，如图9所示，空间光调制器33的每个水平区段当图像显示面板37的对应的像素线的第一像素线被转换为右眼图像或左眼图像时被切换。例如，当图像显示面板37的对应的像素线的第一像素线开始显示左眼图像时，空间光调制器33的每个水平区段的单元34的左眼区34L被切换为透明状态且其右眼区34R被切换为不透明状态。当图像显示面板37的对应的像素线的第一像素线开始显示右眼图像时，空间光调制器33的每个水平区段的单元34的左眼区34L被切换为不透明状态且其右眼区34R被切换为透明状态。

图10示出了背光单元31的多个水平区段的顺序操作，且图11示出了空间光调制器33的多个水平区段的顺序操作。如上所述，背光单元31和空间光调制器33的水平区段沿垂直方向排列，且图像显示面板37从顶到底扫描图像。因此，如图10和11所示，背光单元31和空间光调制器33的水平区段从顶到底与图像显示面板37的垂直扫描时间同步地顺序操作。

如上所述，背光单元31和空间光调制器33每个与图像显示面板37的垂直同步信号同步地从顶到底顺序切换，从而由于在图像显示面板37的屏幕的上部和下部上的图像显示为左眼图像和右眼图像而导致的串扰可以被减小。

2D模式可以以两种方式实现。例如，空间光调制器33可以重复在透明状态和不透明状态之间切换，从而图像显示面板37两次连续显示2D图像。然后，通过用户的右眼和左眼连续感测相同的2D图像，从而用于可以看到2D图像。

或者，空间光调制器33的单元34的左眼区和右眼区34L和34R均被固定为透明状态，且图像显示面板37以普通的速率显示2D图像。因此，由左眼区34L和右眼区34R透射的光透过图像显示面板37且被成像在左眼观察区和右眼观察区。因此，当图像显示面板37显示2D图像时，用户可以通过左眼和右眼同时看到2D图像。

通过使用比如透射液晶装置的空间光调制器，可以简单地构建根据本发明的高分辨率2D-3D可切换自动立体显示设备。另外，空间光调制器的水平区段与图像显示面板的垂直扫描时间同步切换，因此，串扰几乎不发生。

虽然参考其示范性实施例具体显示和描述了本发明，然而本领域的普通技术人员可以理解在不脱离由权利要求所界定的本发明的精神和范围的情况下，可以作出形式和细节上的各种变化。

本申请要求于2006年5月16日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2006-0043949以及于2006年2月27日在美国专利和商标局提交的美国临时专利申请No.60/776,733的权益，其全部内容引入于此作为参考。

Claims (16)

1、一种高分辨率2D-3D可切换自动立体显示设备，包括：

发射光的背光单元；

空间光调制器，包括多个单元，所述单元二维地排列且包括每个在透明状态和不透明状态之间独立地可切换的左眼区和右眼区；

透镜片，分离和发射透过所述空间光调制器的光到左眼观察区和右眼观察区；及

显示图像的图像显示面板，

其中所述空间光调制器被分成多个水平区段，所述区段与所述图像显示面板的垂直同步信号同步地沿垂直方向顺序切换。

2、根据权利要求1所述的设备，其中所述空间光调制器为透射液晶装置，其包括具有对应于所述单元的视差屏障图案的电极和根据施加到所述电极的电压而被控制的液晶材料。

3、根据权利要求1所述的设备，其中所述空间光调制器的每个所述水平区段是所述空间光调制器的单元的水平阵列。

4、根据权利要求3所述的设备，其中所述空间光调制器的每个所述水平区段对应于所述图像显示面板的多条水平像素线。

5、根据权利要求4所述的设备，其中所述背光单元为分成多个独立驱动的水平区段。

6、根据权利要求5所述的设备，其中所述背光单元的水平区段的数量等于所述空间光调制器的水平区段的数量。

7、根据权利要求6所述的设备，其中所述背光单元的所述水平区段的每个与所述空间光调制器的对应的水平区段同时切换。

8、根据权利要求1所述的设备，其中所述透镜片包括平行于所述空间光调制器的单元的垂直线且在水平方向排列的多个垂直透镜。

9、根据权利要求8所述的设备，其中所述垂直透镜之间的节距等于或小于所述空间光调制器的单元的垂直线之间的节距。

10、根据权利要求8所述的设备，其中所述透镜片和所述空间光调制器之间的距离等于或大于每个所述垂直透镜的焦距。

11、根据权利要求1所述的设备，其中所述图像显示面板在3D模式交替且顺序显示右眼图像和左眼图像。

12、根据权利要求11所述的设备，其中：

当对应于所述空间光调制器的每个水平区段的图像显示面板的像素线显示右眼图像时，每个水平区段的所述单元的所述右眼区被转换为透明状态且每个水平区段的所述单元的所述左眼区被转换为不透明状态；且

当对应于所述空间光调制器的每个水平区段的图像显示面板的像素线显示左眼图像时，每个水平区段的所述单元的所述右眼区被转换为不透明状态且每个水平区段的所述单元的所述左眼区被转换为透明状态。

13、根据权利要求12所述的设备，其中所述背光单元分成多个独立驱动的水平区段，且当所述图像显示面板的对应像素线均显示右眼图像或左眼图像时所述背光单元的每个所述水平区段被打开，且当对应的像素线在所述左眼图像和所述右眼图像之间转换时被关断。

14、根据权利要求1所述的设备，其中当所述图像显示面板处于2D模式时，所述空间光调制器的每个所述单元的所述左眼区和右眼区均被切换到透明状态。

15、根据权利要求1所述的设备，其中当所述图像显示面板处于2D模式时，所述空间光调制器的所述单元的所述左眼区和右眼区被交替切换到透明状态。

16、根据权利要求1所述的设备，其中所述图像显示面板是液晶面板。

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