CN100429560C - 二维和三维图像显示设备 - Google Patents

Abstract

提供了一种2D和3D图像显示设备，包括：显示面板，通过空间调制输入的图像信号来形成图像；偏振转换装置，根据与图像信号同步而施加的电压来转换入射到该偏振转换装置上的光束的偏振方向；和切换栅栏单元，包括：以交替的方式布置的具有第一偏振方向的第一偏振单元和具有第二偏振方向的第二偏振单元，并且所述切换栅栏单元通过第一偏振单元和第二偏振单元中的至少一个来透射穿过偏振转换装置的光束。因此，可通过使用利用时间顺序显示方法的具有低制造成本的偏振装置的组合来显示3D图像而不降低图像的水平分辨率。

Description

二维和三维图像显示设备

本申请要求于2005年6月25日在韩国知识产权局提交的第10-2005-0055416号韩国专利申请的优先权，该申请全部公开于此以资参考。

技术领域

根据本发明的设备涉及一种图像显示设备，更具体地讲，涉及一种具有高分辨率和低制造成本的二维(2D)和三维(3D)图像显示设备。

背景技术

3D图像根据立体视觉的原理而提供。双目视差，作为一种由于相互分开大约65mm的左眼和右眼的位置而引起的特性，是产生3D效果的最重要的因素。3D图像显示可分成使用眼镜的显示和无需眼镜的显示。无需眼镜的显示分成视差栅栏型(parallax barrier-type)显示和双面透镜型(lenticular-type)显示。

视差栅栏型和双面透镜型彼此相似之处在于显示面板的前面/后面有特殊的光学片，例如栅栏或者双面透镜，以在空间上划分从不同视点看到的图像。不同视点的图像被分离并形成了特定的观看区，从而，仅当用户的眼睛位于相应的观看区中时用户才可看到3D图像。

作为选择，视差栅栏型显示可以以垂直样式的形式提供应分别由左眼和右眼观看的图像，或者使用极细的垂直格柱(lattice colum)，即栅栏来提供照片。这样，提供给左眼的垂直样式图像和提供给右眼的垂直样式图像由栅栏分开，不同视点的图像分别被左眼和右眼看到，从而感知出立体图像。

根据第5,315,377号美国专利公开的并在图1中表示的视差栅栏型显示器，具有垂直的格子型开口(opening)5和遮挡件(mask)7的视差栅栏10布置于液晶显示面板3上，所述液晶面板3具有对于观看者的左眼(LE)的图像信息Ln和对于观看者的右眼(RE)的图像信息Rn，并且图像通过视差栅栏10的开口5被分开。输入到LE的图像信息Ln和输入到RE的图像Rn在水平方向上交替地排列于液晶面板3上。

例如，具有左图像信息Ln的像素和具有右图像信息Rn的像素成为一组，开口5的左侧和右侧的像素成为对于不同视点的像素以形成3D图像。例如，对于LE的第一图像由观看者的LE感知，对于RE的第一图像由观看者的RE感知，对于LE的第二图像由观看者的LE感知，对于RE的第二图像由观看者的RE感知，从而，左像素和右像素分别由LE和RE感知。

根据上述显示，通过开口5形成图像，由遮挡件7阻挡该图像，这样，如图2所示，例如，在偶数列形成图像L，在奇数列形成图像R。

因此，降低了图像显示器的分辨率，并且也降低了3D图像的亮度。

用于分开视点的栅栏通常通过在透明膜或者玻璃片上印制周期性重复的条纹来制造。然而，所述栅栏也可以电气的方式制造。那么，如图3中所示，用作栅栏的液晶显示(LCD)面板28另外被布置于用于显示图像的显示面板46的前表面上。所述LCD面板28可有效地控制栅栏的形状，然而，由于除了用于显示图像的显示面板之外还应布置附加的LCD面板，所以制造过程变得复杂并且制造成本上升。

发明内容

本发明示例性实施例提供了这样的一种2D和3D图像显示设备，它可有选择地显示2D图像和3D图像，显示3D图像而不降低分辨率，并且以简单的方式被制造。

根据本发明示例性的一方面，提供了一种二维(2D)和三维(3D)图像显示设备，包括：显示面板，通过空间调制输入的图像信号来形成图像；偏振转换装置，根据与图像信号同步而施加的电压来转换入射到该偏振转换装置上的光束的偏振方向；和切换栅栏单元，包括以交替的方式布置的具有第一偏振方向的第一偏振单元和具有第二偏振方向的第二偏振单元，并且所述切换栅栏单元通过第一偏振单元和第二偏振单元中的至少一个来透射穿过偏振转换装置的光束。

根据本发明的另一示例性方面，提供了一种2D和3D图像显示设备，包括：显示面板，通过空间调制输入的图像信号来形成图像；偏振转换装置，根据与图像信号同步而施加的电压来转换入射到该偏振转换装置上的光束的偏振方向；和切换栅栏单元，包括部分相位延迟片和偏振片，在该部分相位延迟片中，相位延迟单元和透射单元以交替地方式排列，所述相位延迟单元延迟从偏振转换装置输出的光束的相位，所述透射单元透射从偏振转换装置输出的光束，所述偏振片布置于所述部分相位延迟片的后面。

所述设备可还包括：电压驱动源，将电压施加到偏振转换装置。

所述第一偏振单元和第二偏振单元可具有相互以直角相交的直的偏振方向。

所述第一偏振方向或第二偏振方向可与从显示面板输出的图像光束的偏振方向相同。

所述显示面板可以是液晶显示器(LCD)或铁电液晶显示器(FLCD)。

所述偏振转换装置可将入射光束的偏振方向转换45°以显示2D图像。

所述相邻的第一偏振单元之间的以及相邻的第二偏振单元之间的间距p可为：

$p=\frac{2\mathrm{im}}{(m+1)},$

其中，m＝e/i，e是用户的左眼和右眼之间的平均距离，i是显示面板上的像素之间的间距。

附图说明

通过结合附图，对本发明示例性实施例进行详细描述，本发明的上述和其他方面将会更清楚，其中：

图1是根据在第5,315,377号美国专利公开的视差栅栏型显示的3D图像显示设备的示意图；

图2是显示在图1的3D图像显示设备中的对于右眼的显示图像和对于左眼的显示图像的示图；

图3是根据传统技术的使用液晶显示(LCD)面板作为栅栏装置的3D图像显示设备的示图；

图4是根据本发明示例性实施例的2D和3D图像显示设备的示意性框图；

图5A是当第一偏振光束入射到在根据本发明示例性实施例的2D和3D图像显示设备中形成的切换栅栏单元上时的栅栏单元的示图；

图5B是当第二偏振光束入射到在根据本发明示例性实施例的2D和3D图像显示设备中形成的切换栅栏单元上时的栅栏单元的示图；

图6是当第一场图像信号和第二场图像信号被顺序地输入到根据本发明示例性实施例的2D和3D图像显示设备时显示3D图像的过程的示图；

图7A是表示在根据本发明示例性实施例的2D和3D图像显示设备中通过将具有第一偏振方向的第一场图像分离为对于左眼的图像和对于右眼的图像来显示3D图像的原理的示图；

图7B是表示在根据本发明示例性实施例的2D和3D图像显示设备中通过将具有第二偏振方向的第二场图像分离为对于左眼的图像和对于右眼的图像来显示3D图像的原理的示图；

图8是表示在根据本发明示例性实施例的2D和3D图像显示设备上显示2D图像的原理的示图；

图9是根据本发明另一示例性实施例的2D和3D图像显示设备的示意性框图；

图10A和图10B分别是当第一偏振光束和第二偏振光束入射到设置在根据本发明示例性实施例的2D和3D图像显示设备中的切换栅栏单元上时栅栏单元的示图；和

图11是表示在根据本发明示例性实施例的2D和3D图像显示设备上显示2D图像的原理的示图。

具体实施方式

参照图4，根据本发明示例性实施例的3D图像显示设备包括：显示面板100，用于形成图像；偏振转换装置110，根据施加的电压改变从显示面板100输出的图像光束的偏振方向；和切换栅栏单元120，具有用于根据光束的偏振方向透射或阻挡从偏振转换装置110穿过的光束的预定样式。

显示面板100可以是，例如，作为偏振相关装置的铁电液晶显示器(FLCD，ferro liquid crystal display)或LCD，或者可以是透射型或反射型的显示面板。显示面板100包括第一偏振片101、第一玻璃片102、由薄膜晶体管(TFT)驱动单元103驱动的薄膜晶体管104、第二玻璃片105和第二偏振片106。

偏振转换装置110可以是，例如，根据施加到液晶的电压来改变其偏振方向的液晶偏振转换器。当第一电压V1从电压驱动源114被施加到偏振转换装置110时，入射光束穿过装置110而不改变其偏振方向。当第二电压V2被施加到偏振转换装置时，入射光束的偏振方向被改变90°，并且当第三电压V3被施加到偏振转换装置时，入射光束的偏振方向被改变45°。在由同步单元将电压与从显示面板100输出的图像同步后，该电压被施加到偏振转换装置110。

切换栅栏单元120包括以交替的方式排列的具有第一偏振方向的第一偏振单元120a和具有第二偏振方向的第二偏振单元120b。第一偏振方向和第二偏振方向相互以直角相交，例如，第一偏振方向与从显示面板100发射的光束的偏振方向相同，第二偏振方向以直角与从显示面板100发射的光束的第一偏振方向相交。当由显示面板100形成的图像光束穿过切换栅栏单元120时，该光束穿过第一偏振单元120a而被第二偏振单元120b阻挡，或者该光束被第一偏振单元120a阻挡而穿过第二偏振单元120b。因此，可不降低图像的分辨率而实现3D图像。

相邻的第一偏振单元120a之间或者相邻的第二偏振单元120b之间的间距可被确定如下：

$p=\frac{2\mathrm{im}}{(m+1)}---\left(1\right)$

其中m＝e/i，e是LE和RE之间的平均距离，例如，大约65mm，i是显示面板的像素之间的间距。应该理解，平均距离e可以改变。根据等式1的间距p可与传统的固定的栅栏型显示器中的栅栏之间的间距相同。另外，等式1可被应用于一般的具有双视点的栅栏结构。

下面将描述在根据示例性实施例的3D图像显示设备中显示3D图像的过程。

参照图5A，输入到显示面板100的一帧的图像信号包括第一场图像信号和第二场图像信号，所述第一和第二场图像信号按时间顺序被输入。当从显示面板100输出的第一场图像的光束具有第一偏振方向，例如S偏振时，与第一场图像同步的电压V1被施加到偏振转换装置110，从而，第一场图像光束的偏振方向不被改变，并且第一场图像光束在穿过偏振转换装置110后入射到切换栅栏单元120。第一偏振光束穿过切换栅栏单元120的第一偏振单元120a，并被第二偏振单元120b阻挡。因此，切换栅栏单元120可起与标号120’表示的栅栏等同的作用。

参照图5B，当第二场图像光束从显示面板100输出时，与第二场图像同步的电压V2被施加到偏振转换单元110，从而，第二场图像光束的偏振方向被改变为第二偏振方向，例如，P偏振方向，并且光束入射到切换栅栏单元120。第二偏振光束被切换栅栏单元120的第一偏振单元120a阻挡，并穿过第二偏振单元120b，从而，切换栅栏单元120可起与标号120”表示的栅栏等同的作用。根据光束的偏振方向透射光束的开口和阻挡光束的遮蔽件(non-opening)按时间顺序在切换栅栏单元120中切换，从而，可不降低图像的分辨率而实现3D图像。

图6是不降低图像的分辨率而显示3D图像的示图。也就是说，第一场图像在穿过切换栅栏单元120的第一偏振单元120a之后，被分离为对于左眼(LE)的图像和对于右眼(RE)的图像；第二场图像在穿过切换栅栏单元120的第二偏振单元120b之后，被分离为对于左眼(LE)的图像和对于右眼(RE)的图像。

图7A是表示在具有第一偏振方向的第一场图像如由切换栅栏单元120’的显示所等同表示的那样被分离为对于LE的图像和对于RE的图像的情况的示图，其中，所述第一偏振方向没有被偏振转换装置110改变。第一场图像被感知为对于LE(L_f1)的偶数列图像和对于RE(R_f1)的奇数列图像。在图7A，实线表示穿过切换栅栏单元120’的开口的光束，虚线表示由切换栅栏单元120’的遮蔽件阻挡的光束。对于LE的图像和对于RE的图像在图7A中被分开表示。

图7B是表示在具有被偏振转换装置110改变为第二偏振方向的偏振方向的第二场图像如由切换栅栏单元120”的显示所等同表示的那样被分离为对于LE的图像和对于RE的图像的情况的示图，其中，所述对于LE的图像和对于RE的图像由虚线表示。第二场图像被感知为对于LE(L_f2)的奇数列图像和对于RE(R_f2)的偶数列图像。

相反的是，第一场图像被分离为对于LE的奇数列图像和对于RE的偶数列图像；第二场图像被分离为对于LE的偶数列图像和对于RE的奇数列图像。

所述第一场图像和第二场图像以非常快的速度交替输出，从而用户不能识别该交替输出，因此，可不降低图像的分辨率而显示3D图像。通常，当第一场图像和第二场图像之间的输出周期1/120秒或更小时，观看者看不到任何图像闪烁。可通过使用特殊的液晶，比如铁电液晶(FLC)，或者光学补偿弯曲(OCB，optical compensated bend)，来实现运行速度。

根据本发明示例性实施例的图像显示设备除了可显示3D图像外还可显示2D图像。当从显示面板100输出的第一偏振光束入射到偏振转换装置110并且电压V3被施加到偏振转换装置110时，光束的偏振方向被改变45°，然后入射到切换栅栏单元120。图8表示具有45°的偏振方向入射到切换栅栏单元120的光束。具有45°偏振的光束可穿过第一偏振单元120a和第二偏振单元120b二者。尽管在穿过切换栅栏单元120时损失了一些入射光束，但是光束可穿过第一偏振单元120a和第二偏振单元120b，从而，光束就好像穿过等同的切换栅栏单元120”’而输出。因此，由显示面板形成的图像可被显示为2D图像而不被分离为对于LE和RE的图像。

如上所述，入射光的偏振方向通过偏振转换装置110而被改变，所述偏振转换装置110由分别与第一和第二场图像同步的并且顺序施加的第一电压V1和第二电压V2驱动，然后，具有改变的偏振方向的入射光入射到切换栅栏单元120。因此，与2D图像相比，可不降低图像的分辨率来显示3D图像。切换栅栏单元120根据入射光束的偏振方向切换所述栅栏。

参照图9，根据本发明另一示例性实施例的3D图像显示设备包括：显示面板200，用于形成图像；偏振转换装置210，转换图像光束的偏振方向；和切换栅栏单元220，具有能够根据穿过偏振转换装置210后的光束的偏振方向来透射/阻挡光束的预定的样式。

显示面板200由驱动装置208通过空间调制形成图像。显示面板200，例如，可以是LCD或者FLCD。偏振转换装置210根据由电压驱动源214施加的并且通过同步单元212与驱动单元208同步的电压来转换入射光束的偏振方向。显示面板200和偏振转换装置210的详细结构和操作基本上与先前描述的示例性实施例的显示面板100和偏振转换装置110相同。

切换栅栏单元220包括部分相位延迟片222和偏振片224，在部分相位延迟片222中，相位延迟单元222a和透射单元222b交替重复地排列。相邻的相位延迟单元222a之间的间距p以及相邻的透射单元222b之间的间距p可根据前面描述的等式1来确定。相位延迟单元222a是将穿过偏振转换装置210的光束的偏振方向延迟90°角的半波片，从而，S偏振光束被改变为P偏振光束，P偏振光束被改变为S偏振光束。穿过透射单元222b的光束可被透射而不改变其偏振方向。从而，穿过部分相位延迟片222的光束包括第一偏振光束和第二偏振光束二者，所述第一偏振光束和第二偏振光束之一根据偏振片224的偏振方向穿过偏振片224。

图10A和图10B表示切换栅栏单元220的切换操作。当第一偏振光束通过偏振转换装置210入射到所述部分相位延迟片222时，第一偏振光束由相位延迟单元222a转换成第二偏振光束，并且第一偏振光束可不改变其偏振方向而穿过透射单元222b。另外，当第二偏振光束通过偏振转换装置210入射到部分相位延迟片222时，第二偏振光束由相位延迟单元222a被转换成第一偏振光束，并且第二偏振光束可不改变其偏振方向而穿过透射单元222b。在第一偏振光束入射和第二偏振光束入射这两种情况下，颠倒第一偏振光束和第二偏振光束的位置，从而，根据偏振片224的偏振方向，偏振光束在偏振片224的相互不同的位置穿过。例如，当偏振片224具有第一偏振方向时，仅第一偏振光束可穿过偏振片224，而第二偏振光束被阻挡。另外，透射第一偏振光束的偏振片224的位置被顺序地切换，从而，偏振片224可起切换栅栏的作用。上述操作由图10A和图10B的切换栅栏单元220’和220”等同地表示。

图11表示当根据本发明示例性实施例的图像显示设备显示2D图像时切换栅栏单元220的操作。

当显示面板200形成2D图像时，第三电压V3被施加到偏振转换装置210，图像光束的偏振方向被偏振转换单元210转换45°角，并入射到切换栅栏单元220。具有45°的偏振方向的光束穿过相位延迟单元222a和透射单元222b二者，并穿过偏振片224。从而，如切换栅栏单元220’”等同表示的那样，图像可穿过整个切换栅栏单元220，因而，图像不被分离为对于LE和RE的图像，而被显示为2D图像。

根据本发明示例性实施例，2D图像显示模式和3D图像显示模式可被任意选择，并且3D图像的分辨率并不次于2D图像的分辨率。

如上所述，根据本发明示例性实施例的3D图像显示设备，可使用具有低制造成本的偏振装置的组合和时间顺序显示方法来显示3D图像而不降低其水平分辨率。另外，也可通过控制施加到偏振转换装置的电压来显示2D图像。

尽管已经具体显示并描述了本发明示例性实施例，但是本领域的技术人员应该理解，在不脱离由权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可在形式和细节上作各种改变。

Claims (10)

1、一种2D和3D图像显示设备，包括：

显示面板，通过空间调制输入的图像信号来形成图像；

偏振转换装置，根据与图像信号同步而施加的电压来转换入射到该偏振转换装置上的光束的偏振方向；和

切换栅栏单元，包括：

部分相位延迟片，该部分相位延迟片具有：相位延迟单元，延迟从偏振转换装置输出的光束的相位；和透射单元，透射从偏振转换装置输出的光束，所述相位延迟单元和透射单元以交替地方式排列，和

偏振片，布置于所述部分相位延迟片的后面。

2、如权利要求1所述的设备，还包括：

电压驱动源，将电压施加到偏振转换装置。

3、如权利要求1所述的设备，其中，形成一帧图像的第一场图像信号和第二场图像信号按时间顺序被输入到显示面板。

4、如权利要求3所述的设备，其中，所述第一场图像信号交替地显示对于右眼的奇数列图像和对于左眼的偶数列图像；所述第二场图像信号交替地显示对于左眼的奇数列图像和对于右眼的偶数列图像。

5、如权利要求3所述的设备，其中，所述第一场图像信号交替地显示对于右眼的偶数列图像和对于左眼的奇数列图像；所述第二场图像信号交替地显示对于左眼的偶数列图像和对于右眼的奇数列图像。

6、如权利要求1所述的设备，其中，显示面板是液晶器和铁电液晶显示器之一。

7、如权利要求1所述的设备，其中，相位延迟单元将光束的偏振相位延迟达到其波长的一半。

8、如权利要求1所述的设备，其中，偏振片具有与从显示面板输出的图像光束的偏振方向相同的偏振方向。

9、如权利要求1所述的设备，其中，所述偏振转换装置通过将入射光束的偏振方向转换45°来显示2D图像。

10、如权利要求1所述的设备，其中，相邻的第一偏振单元之间的以及相邻的第二偏振单元之间的间距p为：

$p=\frac{2\mathrm{im}}{(m+1)},$

其中，m＝e/i，e是用户的左眼和右眼之间的平均距离，i是显示面板上的像素之间的间距。

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