CN100495117C - 三维图像显示装置 - Google Patents

Abstract

一种显示2-D图像和3-D图像二者的图像显示装置。该图像显示装置包括显示部件、图像分离单元、偏振转换开关和双折射部件。显示部件根据用于左眼的图像信息和用于右眼的图像信息发光。图像分离单元将发射的光分成用于左眼的图像和用于右眼的图像。偏振转换开关顺序切换入射光的偏振方向。双折射部件根据已通过偏振转换开关的光的偏振方向将该光透射或折射。其偏振方向已由偏振转换开关切换的光当通过双折射部件时被移位，由此提高了左眼图像和右眼图像分辨率。入射光的偏振方向由偏振转换开关顺序切换，其偏振方向被切换的图像被双折射部件移位，从而提高了3-D图像的分辨率。

Description

三维图像显示装置

本申请要求于2004年12月29日在韩国知识产权局提交的第10-2004-0115031号韩国专利申请的利益，该申请公开于此以资参考。

技术领域

本发明总的发明构思涉及一种用于二维(2-D)和三维(3-D)图像二者的图像显示装置，更具体地讲，涉及一种能够在2-D图像和3-D图像之间切换并提高3-D图像的分辨率的无眼镜的3-D图像显示装置。

背景技术

通常，通过两个人眼利用立体视觉原理来实现3-D图像。由于左眼和右眼彼此分开约65mm而导致的双眼视差是产生立体效果的最重要的因素。3-D图像显示器可以是使用眼镜的显示器或者是无眼镜的显示器。无眼镜的显示器通过不使用眼镜而将左/右图像分开来获得3-D图像。无眼镜的显示器可分为视差屏障型显示器和微粒透镜型显示器(lenticular type display)。

视差屏障型显示器以垂直图案或照片的形式交替输出应分别由左眼和右眼看见的图像(以便使用极薄的垂直栅格列，即屏障，来观看输出的图像)。通过这样做，将被提供给左眼的垂直图案图像和将被提供给右眼的垂直图案图像由所述屏障分配，在不同视点的图像分别由左眼和右眼观看，从而感知到立体图像。

根据视差屏障型显示器，参照图1A，具有垂直栅格形状的开口5和障板7的视差屏障10放置在液晶(LC)面板3前面，所述液晶面板3具有分别与观察者的左眼(LE)和右眼(RE)对应的左眼图像信息L和右眼图像信息R。图像通过视差屏障10的开口5被分开。将被提供给LE的图像信息L和将被提供给RE的图像信息R在LC面板3上沿水平方向交替排列。

例如，具有图像信息L的像素和具有图像信息R的像素构成一组，在开口5的左侧和右侧的像素变为不同视点的像素，从而能够实现立体图像。例如，第一左眼图像被提供给左眼，第一右眼图像被提供给右眼，第二左眼图像和第二右眼图像分别被提供给左眼和右眼。在开口5的左侧和右侧的其他像素以相同的方式被提供给相应的左眼和右眼。

根据这种方法，由于图像分别通过开口5形成并且被障板7遮挡，所以如图1B中所示，图像信息L仅形成于，例如奇数行，并且被障板7遮挡，从而在偶数行形成黑线K。类似地，图像信息R仅形成于，例如偶数行，并且被障板7遮挡，从而在奇数行形成黑线K。

因此，在整体上，显示器的分辨率以及3-D图像的亮度降低。

发明内容

本发明总的发明构思提供了一种提高3-D图像的分辨率并且能够产生2-D图像和3-D图像二者的图像显示装置。

在下面的描述中将部分地阐明本发明另外的方面和/或优点，通过描述，其会变得更加清楚，或者通过实施本发明可以了解。

本发明总的发明构思的上述和/或其他方面通过提供一种图像显示装置来实现，该图像显示装置包括：显示部件，根据用于左眼的图像信息和用于右眼的图像信息发光；图像分离单元，用于将发射的光分成与用于左眼的图像信息和用于右眼的图像信息对应的左图像和右图像；偏振转换开关，用于顺序切换入射光的偏振方向；和双折射部件，用于根据已通过偏振转换开关的光的偏振方向将该光透射或折射。通过使用双折射部件将图像(其偏振方向已由偏振转换开关切换)移位而提高了分辨率。

双折射部件可由方解石或向列液晶制成。

图像分离单元可以是微粒透镜、复眼透镜阵列或视差屏障。

显示部件可以是液晶显示器(LCD)或铁电LCD。

偏振转换开关可以是液晶偏振转换开关。

偏振转换开关可以以与提供给显示部件的用于更新用于左眼的图像信息和用于右眼的图像信息的图像信号的频率基本相同的频率工作。

显示部件可以是可动反射镜装置并包括用于将发射的光转换成P偏振和S偏振之一的偏振转换器。该偏振转换器可以设置于显示部件和图像分离单元之间或者设置于图像分离单元和偏振转换开关之间。

用于左眼的图像信息与用于右眼的图像信息可以基本相同以形成2-D图像。

还可通过提供一种形成第一位置的第一图像和第二位置的第二图像的显示装置来实现本发明总的发明构思的上述和其他方面，该装置包括：显示部件，根据输入图像信号发射偏振光；图像分离单元，用于引导发射的光以形成第一位置的第一图像和第二位置的第二图像；偏振转换开关，具有切换从其通过的光的偏振方向的开状态和不改变通过的光的偏振方向的关状态；和移位部件，用于根据所述光的偏振方向以不同角度将该光透射。

还可通过提供一种形成第一位置的第一图像和第二位置的第二图像的方法来实现本发明总的发明构思的上述和其他方面，该方法包括：根据输入图像信号发射偏振光；引导发射的光以形成第一位置的第一图像和第二位置的第二图像；顺序切换所述光的偏振方向；和根据所述光的偏振方向以不同角度将该光移位。

附图说明

通过下面结合附图对实施例进行的描述，本发明总的发明构思的这些和/或其他方面和优点将会变得清楚和更易于理解，其中：

图1A是基于视差屏障显示器的传统3-D图像显示装置的示意性示图；

图1B是表示由图1A中示出的3-D图像显示装置显示的用于右眼的图像和用于左眼的图像的示图；

图2是表示根据本发明总的发明构思的实施例的3-D图像显示装置的示图；

图3A和图3B是表示由图2的3-D图像显示装置显示的用于右眼的图像和用于左眼的图像的示图；

图4是表示由图2的3-D图像显示装置形成的像素图像的示图；

图5是表示根据本发明总的发明构思的另一实施例的3-D图像显示装置的结构的示图；

图6A、图6B、图7A和图7B是表示使用根据本发明总的发明构思的实施例的3-D图像显示装置来实现2-D图像的方法的示图；和

图8是表示根据本发明总的发明构思的另一实施例的3-D图像显示装置的示图。

具体实施方式

现在将参照附图对本发明总的发明构思进行更充分的描述，本发明总的发明构思的示例性实施例表示在附图中。参照图2，根据本发明总的发明构思的实施例的显示装置包括：光源15；显示部件20，用于根据图像信息发光；图像分离单元25，用于使用不同的光路来从显示部件20的图像信息将用于左眼的图像和用于右眼的图像分离；偏振转换开关30，用于选择性地切换入射光的偏振方向；和双折射部件35。

显示部件20能够根据用于左眼和右眼的图像信息发光，对于一帧图像信息，所述用于左眼和右眼的图像信息可包括基于多个视点的图像信息。例如，如果用于左眼的图像信息具有基于两个视点的图像信息，则该图像信息可包括奇数图像信息和偶数图像信息。同样，如果用于右眼的信息具有基于两个视点的图像信息，则该图像信息可包括奇数图像信息和偶数图像信息。相邻的用于右眼的奇数图像和用于左眼的奇数图像以及相邻的用于右眼的偶数图像和用于左眼的偶数图像被组合以形成一帧图像。显示部件20可以是LCD、铁电液晶显示器(FLCD)、或者可动反射镜装置。LCD或者FLCD是偏振相关显示器，可动反射镜装置是使用非偏振光的显示器。

例如，显示部件20可以是透射LCD，光源15可以是背光(backlight)。所述LCD在像素单元中包括薄膜晶体管(TFT)和电极，并通过将电场施加于液晶层来显示图像。

图像分离单元25分离图像L和图像R。图像L基于用于左眼的图像信息，并被引向观察者的左眼(LE)。图像R基于用于右眼的图像信息，并被引向观察者的右眼(RE)。图像分离单元25可以是，例如，微粒透镜、复眼透镜阵列或视差屏障。另一方面，图像分离单元25可以是能够在2-D图像和3-D图像之间切换的LC屏障。图2表示用作图像分离单元25的示例性微粒透镜。

偏振转换开关30可以是，例如液晶偏振转换开关，并且选择性地施加功率以切换入射光的偏振方向。例如，如果入射光具有P偏振，则偏振转换开关30能够将入射光的P偏振转换为S偏振。相反，如果入射光具有S偏振，则偏振转换开关30能够将入射光的S偏振转换为P偏振。

双折射部件35具有这样的性质，即它的折射率根据入射光的偏振方向而不同。也就是说，具有与该双折射部件的晶体光轴平行的偏振方向的正常光线根据该双折射部件的正常折射率沿直线透射，具有与该双折射部件的晶体光轴垂直的偏振方向的异常光线根据该双折射部件的异常折射率被折射。因此，当P偏振光和S偏振光通过双折射部件35时，所述光由于它们不同的偏振而以不同的角度折射。该双折射部件可以由方解石或向列液晶制成。

从显示部件20发出的图像可具有第一偏振方向，例如P偏振。在操作中，当用于左眼的图像L和用于右眼的图像R通过图像分离单元25时，这些图像被分离并被分别引向与左眼和右眼对应的区域。然后，分离的图像L和R通过偏振转换开关30而入射在双折射部件35上。如果偏振转换开关30处于关(off)状态，则具有第一偏振方向的光在不切换该偏振方向的情况下被透射。如果第一偏振方向是与该双折射部件的晶体光轴平行的偏振方向，则所述第一偏振方向的光通过双折射部件35。例如，P偏振光沿直线通过该双折射部件，而S偏振光在通过双折射部件35时被折射。

参照图3A，形成具有第一偏振方向的用于左眼的第一图像L1、L3、L5、...、L(2n-1)。这里，n是自然数。然后，如果使用相同的用于左眼的图像信息处理的、具有第一偏振方向的用于左眼的图像入射至偏振转换开关30，则偏振转换开关30变为开(on)状态以切换偏振方向。其第一偏振方向已被偏振转换开关30切换成第二偏振方向的图像L入射至双折射部件35。具有例如S偏振的第二偏振方向的图像L具有与双折射部件35的晶体光轴垂直的偏振方向，并被折射至与第一偏振的光不同的方向。因此，基于相同的用于左眼的图像信息的该图像根据该偏振方向而被移位。也就是说，参照图3A，形成具有第二偏振方向的用于左眼的第二图像L2、L4、...、L(2n)；具有第二偏振方向的第二图像相对于第一图像移动预定间隔。

偏振转换开关30的开关(on-off)操作与显示部件20的图像信号同步进行，由此以与显示部件20的图像信号相同的频率工作。例如，如果显示部件20的图像信号处理速度是60Hz，则偏振转换开关30的开关操作以1/60秒为单位进行。也就是说，偏振转换开关30对来自显示部件20的每一个图像信号执行一次开关操作，因此，对于每一个图像信号，第一偏振方向的图像和第二偏振方向的图像作为一组而被顺序输出。

如果偏振转换开关30处于关状态，则基于显示部件20的图像信号的图像在其偏振方向不改变的情况下通过双折射部件35以形成第一图像。相反，如果偏振转换开关30处于开状态，则基于显示部件20的图像信号的图像切换其偏振方向，入射至双折射部件35，并由双折射部件35折射以形成第二图像，所述第二图像相对于第一图像移位。然后，第一图像和第二图像被结合以形成一帧图像，因此3-D图像的分辨率被提高。

图3B是示出第一偏振方向的图像R和第二偏振方向的图像R结合以形成用于右眼的一帧图像的过程的示图。由于该过程与上述形成用于左眼的图像L的过程相同，所以省略对其的描述。

因此，第一偏振方向的图像L和第二偏振方向的图像L结合以形成用于左眼的一帧图像。类似地，第一偏振方向的图像R和第二偏振方向的图像R结合以形成用于右眼的一帧图像。

根据本发明总的发明构思，通过利用偏振转换开关和双折射部件之间的相互作用将图像移位而提高了3-D图像的分辨率。

图4更详细地表示像素单元p的图像形成过程。假定图4(a)表示第一偏振方向的第一图像并且图4(b)表示第二偏振方向的第二图像，第二偏振方向的第二图像相对于第一偏振方向的第一图像移位。如上所述，第一图像和第二图像形成一帧，第二图像相对于第一图像移位，由此防止了在像素之间产生色彩分离现象，如图4中所示。第一偏振方向的第一图像的像素图像之间的间隙由第二偏振方向的第二图像的像素图像填充。

图5是表示根据本发明总的发明构思的另一实施例的3-D图像显示装置的结构的示图。图5的图像显示装置由于采用视差屏障40作为图像分离单元而不同于图2的图像显示装置，其他部件相同。

视差屏障40包括以交替方式形成的狭缝40a和屏障40b。图像透射通过狭缝40a而被屏障40b遮挡，从而来自显示部件20的图像被分成用于右眼的图像和用于左眼的图像。然后，由于图像R和图像L根据其偏振方向由偏振转换开关30和双折射部件35处理并结合以形成图像的过程与参照图2描述的原理相同，所以将省略对其的详细描述。

根据本发明总的发明构思的另一实施例的3-D图像显示装置也可切换至2-D模式。参照图6A，为了显示二维图像，相同的图像信号被用于左眼图像和右眼图像以形成第一偏振的第一帧。参照图6B，相同的图像被显示在左眼和右眼上，从而实现2-D图像。另外，偏振转换开关30用于将偏振方向从第一偏振切换至第二偏振，并将图像信号转换成第二偏振的图像信号。相同的第二偏振的图像信号分别被提供给左眼和右眼，如在图7A中所示。形成第二偏振的第二帧以实现2-D图像，如在图7B中所示。通过这样的处理，第一和第二帧形成一组以在分辨率不降低的情况下实现2-D图像。

图8表示用作显示部件的示例性可动反射镜装置16。可动反射镜装置16包括二维排列的多个微镜。所述微镜能够独立旋转。根据微镜的旋转方向，入射光束向投影透镜单元传播或者从投影透镜单元偏离。因此，微镜以像素为单位执行开/关操作，从而实现图像。当使用可动反射镜装置16形成图像时，由于使用非偏振光，所以在可动反射镜装置16和图像分离单元25之间设置偏振转换器17，以便将来自可动反射镜装置16的光转换成具有一个偏振方向的光。偏振转换器17将入射光转换成P偏振光，所述P偏振光由图像分离单元25分成用于左眼的图像和用于右眼的图像。另外，当偏振转换开关30处于关状态时，所述P偏振光通过偏振转换开关30和双折射部件35而不被折射，以形成用于左眼的图像和用于右眼的图像。随后，当偏振转换开关处于开状态时，所述P偏振光被转换成S偏振光，该S偏振光被双折射部件35折射。通过这样的处理，S偏振的图像相对于P偏振的图像移位而被显示，从而3-D图像的分辨率不降低。

如上所述，在图像显示装置中，用于一个图像信号的图像被移位，在多个视点的图像可由偏振转换开关和双折射部件提供，从而提高了分辨率。使用上述的实施例，可使用与三个或更多的视点对应的图像来形成一帧图像。在所述多个视点的图像通过使用偏振转换开关和双折射部件而被顺序移位，与在所述多个视点的图像对应的图像信号被顺序移动。

该图像显示装置使用偏振转换开关顺序切换入射光的偏振方向并使用双折射部件将其偏振方向已被切换的图像移位，由此提高3-D图像的分辨率。另外，在根据本发明总的发明构思的实施例中，能够防止当实现3-D图像时产生的色彩分离现象。

此外，通过提供相同的用于左眼和右眼的图像能够实现2-D图像，从而能够选择性地显示2-D图像或3-D图像。

虽然已表示和描述了本发明总的发明构思的一些实施例，但本领域技术人员应该理解，在不脱离由权利要求及其等同物限定其范围的本发明的原理和精神的情况下，可以对这些实施例进行修改。

Claims (20)

1、一种三维图像显示装置，包括：

显示部件，根据用于左眼的图像信息和用于右眼的图像信息发光；

图像分离单元，用于将发射的光分成与用于左眼的图像信息和用于右眼的图像信息对应的左眼图像和右眼图像；

偏振转换开关，用于顺序切换所述光的偏振方向；和

双折射部件，用于根据已通过偏振转换开关的光的偏振方向将该光透射或折射，从而将其偏振方向已由偏振转换开关切换的光移位，

其中，偏振转换开关以与提供给显示部件的图像信号的频率相同的频率工作。

2、如权利要求1所述的装置，其中，双折射部件包括方解石或向列液晶。

3、如权利要求1所述的装置，其中，图像分离单元是微粒透镜、复眼透镜阵列或视差屏障。

4、如权利要求1所述的装置，其中，所述显示部件是液晶面板。

5、如权利要求1所述的装置，其中，偏振转换开关是液晶偏振转换开关。

6、如权利要求1所述的装置，其中，所述显示部件包括可动反射镜装置和用于将发射的光转换成具有P偏振和S偏振之一的光的偏振转换器，该偏振转换器设置于可动反射镜装置和图像分离单元之间或者设置于图像分离单元和偏振转换开关之间。

7、如权利要求1所述的装置，其中，用于左眼的图像信息与用于右眼的图像信息相同以形成二维图像。

8、如权利要求1所述的装置，其中，双折射部件将其偏振方向未由偏振转换开关切换的光透射以获得第一图像，并将其偏振方向已由偏振转换开关切换的光折射以获得第二图像，第一图像和第二图像被结合以形成用于左眼或右眼的一帧图像。

9、一种形成第一位置的图像和第二位置的图像的显示装置，包括：

显示部件，根据输入图像信号发射偏振光；

图像分离单元，用于引导发射的光以形成第一位置的图像和第二位置的图像；

偏振转换开关，具有切换从其通过的光的偏振方向的开状态和不改变通过的光的偏振方向的关状态；和

移位部件，用于根据所述光的偏振方向以不同角度将该光透射，

其中，所述输入图像信号以预定频率更新，偏振转换开关以所述预定频率在开状态和关状态之间循环。

10、如权利要求9所述的装置，其中，所述显示部件是液晶显示器。

11、如权利要求9所述的装置，其中，显示部件包括：

可动反射镜装置，包括二维排列的多个微镜；和

偏振转换器，用于将从所述反射镜接收的非偏振光转换成偏振光。

12、如权利要求9所述的装置，其中，图像分离单元是微粒透镜、复眼透镜阵列和视差屏障之一。

13、如权利要求9所述的装置，其中，第一位置的图像与第二位置的图像相同。

14、如权利要求9所述的装置，其中，移位部件将其偏振方向未由偏振转换开关切换的光透射以获得第一图像，并将其偏振方向已由偏振转换开关切换的光折射以获得第二图像，第一图像和第二图像被结合以形成用于左眼或右眼的一帧图像。

15、如权利要求9所述的装置，其中，移位部件将其偏振方向已由偏振转换开关切换的光透射以获得第一图像，并将其偏振方向未由偏振转换开关切换的光折射以获得第二图像，第一图像和第二图像被结合以形成用于左眼或右眼的一帧图像。

16、一种形成第一位置的图像和第二位置的图像的方法，该方法包括：

根据输入图像信号发射偏振光；

引导发射的光以形成第一位置的图像和第二位置的图像；

顺序切换所述光的偏振方向；和

根据所述偏振方向以不同角度将该光移位，

其中，切换所述光的偏振方向的频率与所述输入图像信号的频率相同。

17、如权利要求16所述的方法，其中，根据输入图像信号发射偏振光的步骤还包括：

向显示面板发射偏振光；和

根据在显示面板的电极的二维阵列上施加的电场使所述偏振光透射通过显示面板，所述电场基于输入图像信号而被施加。

18、如权利要求16所述的方法，其中，根据输入图像信号发射偏振光的步骤包括：

由根据所述输入图像信号定向的反射镜的二维阵列反射非偏振光；和

将来自所述反射镜的二维阵列的非偏振光转换成发射的偏振光。

19、如权利要求16所述的方法，其中，将其偏振方向未被切换的光透射以获得第一图像，并将其偏振方向已被切换的光折射以获得第二图像，从而以不同角度将所述光移位，第一图像和第二图像被结合以形成用于左眼或右眼的一帧图像。

20、如权利要求16所述的方法，其中，将其偏振方向已被切换的光透射以获得第一图像，并将其偏振方向未被切换的光折射以获得第二图像，从而以不同角度将所述光移位，第一图像和第二图像被结合以形成用于左眼或右眼的一帧图像。

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