CN100434971C

CN100434971C - 裸眼可视立体显示器

Info

Publication number: CN100434971C
Application number: CNB2006101076094A
Authority: CN
Inventors: 金兑熙; 瑟奇·谢斯塔克; 金大式
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2005-07-27
Filing date: 2006-07-26
Publication date: 2008-11-19
Anticipated expiration: 2026-07-26
Also published as: NL1032236A1; KR101170120B1; CN1904668A; US7551353B2; NL1032236C2; US20070024968A1; KR20070013922A

Abstract

本发明公开了一种不产生分色和黑条的裸眼可视立体显示器，其包括：利用多个像素显示图像的显示面板；将显示面板所显示的图像分离成左眼图像和右眼图像的3D光学片；以及棱镜片，其设置在显示面板与3D光学片之间，并具有多个规则排列以使显示面板的每个像素所提供的图像旋转约90°的棱镜元件。

Description

裸眼可视立体显示器

技术领域

本发明涉及一种裸眼可视立体显示器(glassless stereoscopic display)，并且更具体地，涉及一种不引起分色和黑条的裸眼可视立体显示器。

背景技术

一般地，立体显示器通过将原始图像分离成左眼图像和右眼图像并将分离后的左眼图像和右眼图像分别提供给观察者的左眼和右眼，从而基于双眼视差来提供立体图像。立体显示器粗略分为使用眼镜的显示器和裸眼显示器。使用眼镜的显示器的缺点是，使用者必须配戴专门的观察辅助工具，例如偏光眼镜。为了解决该问题，已经开发出裸眼可视显示器，其使用设置在显示面板前方的三维(3D)光学片(例如，视差栅栏(parallax barrier)或双凸透镜片(lenticularlens sheet))将原始图像分离成左眼图像和右眼图像。因此，观察者无需专门的观察辅助工具即可看到3D图像。然而，这种使用视差栅栏或双凸透镜片的传统3D显示器受到分色和黑条的困扰。

图1是示出传统的裸眼可视立体显示器中出现分色的原因的示意图。参照图1，传统的裸眼可视立体显示器包括显示图像的显示面板10、以及将显示面板10所显示的图像分离成左眼图像和右眼图像的3D光学片15。显示面板10包括多个像素11，每个像素11由红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)的子像素构成。像素11以交替的模式显示左眼图像L1和L2以及右眼图像R1和R2。像素11所显示的左眼图像L1和L2以及右眼图像R1和R2被3D光学片15(例如，双凸透镜片)放大，从而在观察距离内分别聚焦在观察者的左眼和右眼上。由于布置在X方向上的RGB子像素也被放大并聚焦在观察距离，因此当观察者沿X方向移动其头部时，图像中的颜色分离为红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)的组分。因此，当观察者处于位置″A″时，红色(R)看起来更强烈、，当观察者处于位置″B″时，绿色(G)看起来更强烈，当观察者处于位置″C″时，蓝色(B)看起来更强烈。这种现象称为分色，其妨碍观察者看到自然的3D图像。虽然图1所示的3D光学片15是双凸透镜片，但是视差栅栏也可以产生相同的效果。

图2A和2B是示出图1的传统裸眼可视立体显示器中出现黑条的原因的示意图。参照图2A，在显示面板10的RGB子像素之间一般形成有黑底(black matrix)。当显示面板10所显示的左眼图像L1和L2以及右眼图像R1和R2被3D光学片15放大从而在观察距离内聚焦在观察者的左眼和右眼上时，黑底也被放大并聚焦在观察距离。参照图2B，在X方向上周期性地产生光强度急剧减小的部分。因此，观察者在沿X方向移动其头部时感觉到黑条20和分色。黑条20也妨碍观察者观看自然的3D图像。

发明内容

本发明提供了一种能够使观察者看到没有分色和黑条的自然的3D图像的裸眼可视立体显示器。

根据本发明的一方面，提供了一种立体显示器，包括：利用多个像素显示图像的显示面板；将显示面板所显示的图像分离成左眼图像和右眼图像的三维(3D)光学片；棱镜片，其设置在显示面板与3D光学片之间，并具有多个规则排列以使显示面板的每个像素所提供的图像旋转约90°的棱镜元件。

所述多个棱镜元件中的每一个棱镜元件可具有第一斜面和第二斜面，图像入射在第一斜面上，图像通过第二斜面显现，并且第一斜面与第二斜面的延长线之间的交叉角可以为约90°。

棱镜元件可以是道威棱镜(dove prism)。

棱镜片的棱镜元件可以相对于显示面板的像素对角地倾斜。所述多个棱镜元件可以倾斜约45°。

棱镜片的每个棱镜元件可以分别对应于在显示面板中对角连接的一系列像素。

每个棱镜元件的水平截面的宽度可以等于显示面板的每个像素的宽度。

立体显示器还可包括多个黑罩(black mask)，所述多个黑罩规则地形成在每个棱镜元件中，以阻挡由显示面板的像素的边缘部分所显示的图像，从而防止相邻像素之间的串扰。

棱镜元件的没有形成黑罩的区域可以使像素所显示的图像旋转90°，使得水平布置的红色、绿色和蓝色(RGB)子像素显现为垂直布置。

棱镜片可以包括：具有多个规则斜面(regularinclined surface)的入射棱镜片，由显示面板提供的图像入射在该多个规则斜面上；具有多个规则斜面的出射棱镜片，入射在入射棱镜片上的图像通过该多个规则斜面显现；黑罩膜(black mask film)，其插入在入射棱镜片与出射棱镜片之间，并包括多个黑罩，所述多个黑罩以栅格形式规则地形成，以阻挡由显示面板的像素的边缘部分所显示的图像。

附图说明

本发明的上述和其它特点和优点将通过参照附图详细描述本发明的示例性实施例而变得更加明显，附图中：

图1是示出传统的裸眼可视立体显示器中出现分色的原因的示意图；

图2A和2B是示出图1的传统裸眼可视立体显示器中出现黑条的原因的示意图；

图3是根据本发明示例性实施例的裸眼可视立体显示器的截面图；

图4A到4C是用于解释利用直角棱镜旋转图像的原理的示意图；

图5是用在图3的裸眼可视立体显示器中旋转图像的棱镜片的透视图；

图6是根据本发明示例性实施例的其中形成有黑罩的图5的棱镜片的平面图；

图7是根据本发明示例性实施例的其中形成有黑罩膜的棱镜片的分解透视图；

图8A和8B是用于解释图3的裸眼可视立体显示器的工作原理的示意图；和

图9是用于解释图3的裸眼可视立体显示器的操作的示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更加全面地描述本发明，附图中示出本发明的示意性、非限制性的实施例。

图3是根据本发明示例性实施例的裸眼可视立体显示器30的截面图。参照图3，裸眼可视立体显示器30包括显示图像的显示面板31、将显示面板31所显示的图像分离成左眼图像和右眼图像的三维(3D)光学片33、以及设置在显示面板31与3D光学片33之间以使显示面板31所显示的图像旋转约90°的棱镜片32。

众所周知，显示面板31利用布置成两维的多个像素显示图像。如图3所示，显示面板31的每个像素包括顺序布置在水平方向上的产生红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)的三个子像素。显示面板31的像素以交替的模式显示左眼图像L1-L4和右眼图像R1-R4。显示面板31可以是阴极射线管(CRT)显示面板、液晶显示(LCD)面板、等离子显示面板(PDP)、有机发光二极管(OLED)和场发射显示(FED)面板中的任何一个，它们中的每个都包括多个像素。

3D光学片33是熟知的光学元件，其在观察者的左眼中形成左眼图像L1-L4并在观察者的右眼中形成右眼图像R1-R4。3D光学片33可以是双凸透镜片(lenticular lens sheet)或视差栅栏。

根据本示例性实施例，棱镜片32包括多个棱镜元件，该多个棱镜元件有规则地布置，以将由显示面板31的像素提供的图像旋转约90°。如图3所示，棱镜片32的其中一个棱镜元件对应于显示面板的其中一个像素，并使一个像素提供的图像旋转约90°。被旋转约90°的图像通过3D光学片33聚焦在观察者的左眼或右眼上。在这种情况下，构成每个像素的RGB子像素显现为垂直布置，而不是水平布置。因此，即使观察者水平移动其头部，他也不能感觉到分色或黑条。

图4A到4C是用于解释利用直角棱镜旋转图像的原理的示意图。在本发明的示例性实施例中，直角棱镜的截面是等腰三角形，一个内角为90°，两个内角为45°。由于直角棱镜对入射光进行全反射，因此其常用于改变光的传播方向。此外，已知的是，当入射在直角棱镜的斜面上的图像被直角棱镜的底面全反射、然后通过直角棱镜的另一斜面显现时，该图像受到旋转。

参照图4A，当直角棱镜的旋转角为0°时，入射在直角棱镜的入射斜面上的图像与通过直角棱镜的出射斜面显现的图像在水平方向是相同的，但在垂直方向颠倒。参照图4B，当直角棱镜的旋转角为45°时，通过直角棱镜的出射斜面显现的图像从原始图像旋转90°。参照图4C，当直角棱镜的旋转角为90°时，原始图像与得到的图像在垂直方向是相同的，但在水平方向颠倒。在这些情况下，由于没有使用直角棱镜的顶点，因此可以将其除去，以减小尺寸和制造成本。如图4A到4C所示的去掉顶点的直角棱镜称为道威棱镜(dove prism)。

如果直角棱镜，即道威棱镜具有45°的旋转角并设置在显示面板31的每个像素的前方，则直角棱镜可以使显示面板31的每个像素所显示的图像旋转90°。直角棱镜，即道威棱镜，可以设置在显示面板31的每个像素的前方，或者包括以规则方式布置的多个道威棱镜的棱镜片32可以设置在显示面板31的前方，如图3所示。

图5是根据本发明示例性实施例的棱镜片32的透视图。参照图5，棱镜片32是棱镜阵列34，在该棱镜阵列34中多个道威棱镜元件34a-34n规则排列。每个道威棱镜元件34a-34n包括图像入射在其上的入射斜面38a、以及图像通过其显现的出射斜面38b。入射斜面38a与出射斜面38b的延长线之间的交叉角为90°。此外，如图5所示，棱镜片32的棱镜阵列34倾斜预定角度，使得每个棱镜元件34a-34n可以使显示面板31的每个像素所显示的图像旋转。例如，棱镜元件34a-34n可以相对于显示面板31的水平面倾斜约45°，如图4B所示。

当具有平行排列的倾斜的道威棱镜元件34a-34n的棱镜片32设置在显示面板31的前方时，棱镜片32的棱镜元件34a-34n相对于显示面板31的像素对角地倾斜。即，棱镜片32的其中一个棱镜元件对应于显示面板31中对角连接的一系列像素。因此，棱镜片32的其中一个棱镜元件可以同时使显示面板31中对角连接的像素所显示的多个图像旋转。这样，一个倾斜棱镜元件的水平横截面的宽度D可以等于显示面板31的其中一个像素的宽度，如图3所示。例如，当显示面板31的每个像素的宽度为264μm时，每个棱镜元件的水平横截面的宽度也为264μm。在该情况下，棱镜片32的每个棱镜元件具有约186μm的节距P。

由于显示面板31的像素是正方形或矩形的，并且排列成垂直和水平的，因此一系列对角连接的像素和邻近对角连接像素的像素的边缘在其中一个倾斜棱镜元件的区域重叠。在该情况下，由于该一系列对角连接像素所显示的图像和邻近对角连接像素的像素所显示的图像的一部分在一个棱镜元件的作用下旋转，因此可能发生串扰(crosstalk)。为了避免串扰，用于阻挡显示面板31的像素边缘所显示的图像的多个黑罩可以规则地布置在棱镜元件中。图6是根据本发明示例性实施例的包括这种黑罩的棱镜片32的平面图。参照图6，多个黑罩36以栅格形式(in a grating pattern)规则排列在棱镜片32的每个棱镜元件34a-34n中。由于黑罩36阻挡了相邻像素的边界部分所显示的图像，因此仅一个像素所显示的图像可以透过棱镜片32的没有形成黑罩36的区域35。因此，可以避免因相邻像素的混合图像而导致的串扰。

在形成图5所示的棱镜片32之后，黑罩36可以形成在棱镜片32的表面上。为了方便，其中形成有黑罩36的黑罩膜可以在制造棱镜片32时插入到棱镜片32中。图7是其中形成有黑罩膜的棱镜片32的分解透视图。参照图7，具有多个规则斜面的入射棱镜片32a和具有多个规则斜面的出射棱镜片32b单独制造，图像入射在入射棱镜片32a的所述多个规则斜面上，入射在入射棱镜片32a上的图像通过出射棱镜片32b的所述多个规则斜面显现。因此，黑罩膜37设置在入射棱镜片32a与出射棱镜片32b之间，多个黑罩36以栅格形式规则地排列在黑罩膜37中。接下来，将入射棱镜片32a与出射棱镜片32b彼此附接，从而完成根据本发明的棱镜片32。

将参照图8A和8B详细解释图3的裸眼可视立体显示器的工作原理。图8A示出在图像旋转之前通过与显示面板31重叠的棱镜片32的图像。参照图8A，棱镜片32的每个棱镜元件对应于显示面板31中对角连接的一系列像素。RGB子像素水平布置在每个像素中。此外，棱镜片32的黑罩36精确地覆盖显示面板31的像素边缘。因此，可以通过棱镜片32的没有形成黑罩36的区域35看到仅一个像素。

在该布置中，显示面板31的像素所显示的图像基于参照图4B所解释的原理在棱镜片32的作用下旋转约90°。因此，参照图8B，通过棱镜片32的图像形成为，使得RGB子像素显现为垂直布置，而不是水平布置。

图9是用于解释图3的立体显示器的操作的示意图。参照图9，在棱镜片32的作用下旋转的图像被3D光学片33(例如，双凸透镜片或视差栅栏)放大并形成在观察者的左眼和右眼中。在观察者的左眼和右眼中形成图像的RGB彩色子像素显现为垂直布置，而不是水平的。因此，即使观察者水平移动其头部，也不会出现颜色分离的分色。如图9的下面的图中所示，水平光强度在每个左眼观察区和右眼观察区的中心部分是最高的，随着远离每个观察区的中心部分而连续降低。因此，即使观察者水平移动其头部，他也不会看到黑条。

如上所述，由于根据本发明的裸眼可视立体显示器具有多个相对于显示面板的水平面倾斜约45°的道威棱镜元件，因此显示面板的像素所显示的图像旋转约90°。从而，可以避免传统的裸眼可视立体显示器中分色和黑条的问题。因此，观察者可以看到自然的3D图像。

虽然已经参照本发明的示例性实施例具体示出并描述了本发明，但是本领域的普通技术人员将理解，在不偏离由所附权利要求限定的本发明的精神和范围的条件下，可以做各种形式和细节上的改变。

本申请要求于2005年7月27日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2005-0068613的优先权，这里将其全部公开的内容引作参考。

Claims

1.一种立体显示器，包括：

利用多个像素显示图像的显示面板；

将所述显示面板所显示的图像分离成左眼图像和右眼图像的3D光学片；和

棱镜片，其设置在所述显示面板与所述3D光学片之间，并具有多个排列成使所述显示面板的每个像素所提供的图像旋转的棱镜元件。

2.如权利要求1的立体显示器，其中，所述多个棱镜元件是具有第一斜面和第二斜面的道威棱镜，图像入射在所述第一斜面上，旋转后的图像通过所述第二斜面显现。

3.如权利要求1的立体显示器，其中，所述棱镜片的棱镜元件相对于所述显示面板的像素对角地倾斜，使得所述棱镜片的每个棱镜元件可以分别对应于在所述显示面板中对角连接的一系列像素。

4.如权利要求3的立体显示器，其中，还包括多个黑罩，所述多个黑罩规则地形成在每个棱镜元件中，以阻挡由所述显示面板的像素的边缘部分所显示的图像，从而防止相邻像素之间的串扰。

5.如权利要求2的立体显示器，其中，所述棱镜片的棱镜元件相对于所述显示面板的像素对角地倾斜，使得所述棱镜片的每个棱镜元件可以分别对应于在所述显示面板中对角连接的一系列像素。

6.如权利要求1的立体显示器，其中，

所述多个棱镜元件规则排列以使所述显示面板的每个像素所提供的图像旋转约90°。

7.如权利要求6的立体显示器，其中，所述多个棱镜元件中的每一个棱镜元件具有第一斜面和第二斜面，图像入射在所述第一斜面上，图像通过所述第二斜面显现，并且所述第一斜面与所述第二斜面的延长线之间的交叉角为约90°。

8.如权利要求7的立体显示器，其中，所述棱镜元件是道威棱镜。

9.如权利要求6的立体显示器，其中，所述棱镜片的棱镜元件相对于所述显示面板的像素对角地倾斜。

10.如权利要求9的立体显示器，其中，所述多个棱镜元件倾斜约45°。

11.如权利要求9的立体显示器，其中，所述棱镜片的每个棱镜元件分别对应于在所述显示面板中对角连接的一系列像素。

12.如权利要求11的立体显示器，其中，每个所述棱镜元件的水平截面的宽度等于所述显示面板的每个像素的宽度。

13.如权利要求11的立体显示器，其中，还包括多个黑罩，所述多个黑罩规则地形成在每个棱镜元件中，以阻挡由所述显示面板的像素的边缘部分所显示的图像，从而防止相邻像素之间的串扰。

14.如权利要求13的立体显示器，其中，所述棱镜元件的没有形成黑罩的区域使像素所显示的图像旋转90°，使得水平布置的红色、绿色和蓝色子像素显现为垂直布置。

15.如权利要求11的立体显示器，其中，所述棱镜片包括：

具有多个规则斜面的入射棱镜片，由所述显示面板提供的图像入射在该多个规则斜面上；

具有多个规则斜面的出射棱镜片，入射在所述入射棱镜片上的图像通过该多个规则斜面显现；和

黑罩膜，其插入在所述入射棱镜片与所述出射棱镜片之间，并包括多个黑罩，所述多个黑罩以栅格形式规则地形成，以阻挡由所述显示面板的像素的边缘部分所显示的图像。