CN101097271A - 视差栅格以及采用该装置的三维图像显示装置 - Google Patents

Abstract

一种视差栅格包括透明基板；形成在透明基板的第一表面上的多个导板组件，每个导板组件具有通过透明基板的第一表面上宽度为“a”的开口区域分离的导光底座，并且导光底座与透明基板的第一表面上宽度为“b”的区域重叠，相邻导板的相对侧面均与透明基板的第一表面形成钝角，其中b除以a的比率基本上等于N，这里N为大于2的整数；具有入射表面和透射表面的透明基板；以及形成在透明基板的入射表面的多个导板并且每个导板具有与入射表面形成一定角度的相对侧表面。

Description

视差栅格以及采用该装置的三维图像显示装置

本申请要求2006年6月26日提交的韩国专利申请No.P2006-057611的权益，在此引用其全部内容作为参考。

技术领域

本发明涉及三维图像显示装置，并尤其涉及视差栅格以及采用该装置的三维图像显示装置。

背景技术

三维图像显示装置利用当人的双眼中的每一个单独感知彼此不同的信号时感知到图像的原理显示三维图像。通常根据操作方法不同对三维图像显示装置进行分类，诸如采用立体方法的装置、采用测定体积方法的装置以及采用全息方法的装置等。

采用立体方法并且不需要特殊玻璃的三维图像显示装置为视差栅格型和双凸透镜型装置，现在正在积极研发并广泛应用这些类型的装置。

如图1所示，视差栅格型三维图像显示装置通过采用视差栅格12选择性地遮蔽来自显示装置11的光从而将来自显示装置的图像划分为左眼图像和右眼图像，从而实现三维图像。

在三维图像显示装置中可以改变视差栅格12和显示装置11的位置。视差栅格型液晶显示装置由于从视差栅格12发射的光强降低为入射光的50％，因此具有亮度损失较高的缺点。

如图2所示，双凸透镜型三维图像显示装置通过双凸透镜21将来自显示装置的图像分为右眼图像和左眼图像，从而实现三维图像。

发明内容

因此，本发明提供一种视差栅格以及采用该装置的三维图像显示装置，其能够基本上避免由现有技术的限制和缺陷引起的一个或多个问题。

本发明的一个优点在于提供一种可以最小化亮度损失的视差栅格，以及采用该栅格的三维图像显示器。

本发明另外的优点、目的和特征将在以下描述中加以阐述，其中部分特征和优点对于熟悉本领域的普通技术人员来说可以从以下描述中显而易见地看到，或者从本发明的实践中得知。通过在本发明的说明书、权利要求书以及附图中具体指明的结构，本发明的目的和其它优点会得到了解和实现。

为了实现这些目的和其它优点，并根据本发明的目的，如同这里具体和广泛描述，根据本发明一方面的视差栅格包括：透明基板；多个导板组件，每个导板组件具有形成在透明基板第一表面上的导光底座，多个导光底座通过位于透明基板的第一表面上宽度为“a”的开口区域分离，每个导光底座与透明基板的第一表面上宽度为“b”的区域重叠，相邻导板的相对侧面均与透明基板的第一表面形成钝角，以及b除以a的比率基本上等于N，这里N为大于2的整数。

在本发明的另一方面，三维图像显示装置包括用于显示图像的显示单元；背光单元；导光装置包括：透明基板；多个具有形成在透明基板的第一表面上的导光底座的导板组件，所述导光底座通过透明基板的第一表面上宽度为“a”的开口区域分离，每个导光底座与透明基板的第一表面上宽度为“b”的区域重叠，相邻导板的相对侧面均与透明基板的第一表面形成钝角，其中b除以a的比率基本上等于N，这里N为大于2的整数。

在本发明的另一方面，一种用于产生图像的方法：提供多图像显示装置，包括：背光单元；多个具有导光底座的导板组件，所述导光底座形成在透明基板的第一表面上并通过透明基板的第一表面上宽度为“a”的开口区域分离，每个导光底座与透明基板的第一表面宽度为“b”区域的重叠，相邻导板的相对侧面均与透明基板的第一表面形成钝角，其中b除以a的比率基本上等于N，这里N为大于2的整数；采用图像间距N通过用于多个图像的图像数据驱动显示装置的图像像素；将背光单元的光通过多个导板组件的导板组件反射到视差栅格的入射表面上；并且将所述反射光引到显示装置上。

应该理解，本发明以上的概述和以下的详细描述均是示例性的和解释性的，旨在对权利要求所述的内容提供进一步说明。

附图说明

所包括的用于提供对本发明的进一步理解，并包含在说明书中构成说明书的一部分的附图描述了本发明的实施方式并且与说明书一起用于解释本发明的原理。在附图中：

图1所示为采用视差栅格的相关技术的三维图像显示装置示意图；

图2所示为采用双凸透镜的相关技术的三维图像显示装置示意图；

图3所示为根据本发明的实施方式的三维图像显示装置截面图；

图4所示为根据本发明的另一实施方式的三维图像显示装置截面图；以及

图5和图6所示为根据本发明的实施方式的多视角显示装置。

具体实施方式

现在将参照附图中所示的实施例，对本发明的实施方式进行详细说明。

通过参照图3到图4，说明本发明的实施方式如下。

如图3所示，根据本发明的三维图像显示装置包括设置在液晶显示装置2和背光单元3之间的视差栅格1。

液晶显示装置2具有其上有多条数据线与多条扫描线彼此交叉的下基板、以矩阵形状设置的液晶单元以及其上形成有液晶单元和黑矩阵的上基板。此外，在液晶显示面板上还形成用于向各液晶单元施加电场的公共电极和像素电极。在数据线和栅线的交叉部分形成用于响应扫描信号切换施加给像素电极的数据电压的薄膜晶体管(以下，称之为“TFT”)。液晶显示装置2电控制液晶单元的液晶分子的取向以控制从视差栅格1透过液晶装置的光量，从而显示三维图像。液晶显示装置2逐像素单元交替地显示左眼图像和右眼图像以显示三维图像。

背光单元3在视差栅格1上均匀照射光。

视差栅格1包括具有平坦正面和背面的透明基板12；从透明基板12向背光单元3突出的导板11。透明基板12和导板11可以有诸如丙烯的透明聚合材料形成。

导板11反射来自背光单元3的光从而向液晶显示装置2引导该反射后的光。为此，形成导板11的相对侧表面使其具有倾斜表面或者具有预定角度的成角度的表面从而为来自背光单元的大部分入射光建立全反射条件。也就是说，形成导板11具有倾斜或者成角度的两侧面使得导板的宽度在朝向背光单元3的方向上逐渐变窄。可以通过Snell法则获得在入射光路径和垂直于导板11的倾斜面之间的角度的全反射角θ，参照数学公式1和2，其中在导板11的倾斜面上入射光发生全反射。

数学公式1

n₀sinθ＝n₁sinθ_r＝n₁sin(π/2)

数学公式2

θ＝sin^-1n₁

在上述的公式中，‘n₀’是视差栅格1和背光单元3之间空气层的折射系数，‘θ’是入射光的入射角，‘n₁’是导板11的折射系数，‘θ_r’是导板11内的折射光和垂直于导板表面的线之间的角度。

导板11的折射系数n₁大于空气层的折射系数‘n₀’。

通过图3并采用公式1可知，如果‘θ_r’为π/2(或者90度)或者更大，则入射光会在导板的倾斜表面处完全反射。此外，如果空气的折射系数为1，则入射光和垂直于导板11的倾斜表面的线之间的角度‘θ’如数学公式2所示，并且如果θ＞θ_r，则入射光在导板11处发生全反射。

可以通过模塑很容易地制造视差栅格1的透明基板12和导板11。

导板11分开指定距离。因此，在导板11之间暴露出透明基板12的平面的光入射表面，并且通过导板11发生全反射的光经过平面光入射表面、透明基板12的介质和平面传输表面进入液晶显示装置2。为了通过粘合在平面上的导板达到全反射条件，导板的反射表面需要和平面形成钝角。

图4所示为根据本发明的第二实施方式的三维图像显示装置截面图。在图4中，对于和第一实施方式一样的元件给出同样的附图标记，并省略对于这些元件的详细描述。

参照图4，根据本发明的第二实施方式的三维图像显示装置包括设置在液晶显示装置2和背光单元3之间的视差栅格41。

视差栅格41包括具有平坦正面和背面的透明基板12；位于视差栅格与背光单元相对的表面上的导板51，并且导板51从透明基板12向背光单元3突出。在导板的侧表面上设置或者涂敷反射层53。

和上述实施方式类似，视差栅格41包括形成具有成一定角度的相对侧面的导板51使得导板51的宽度随着从透明基板12向背光单元3突出而变窄。例如，导板可以具有三角形截面图(同时相对侧边形成三角形的对边)，在透明基板处最宽并沿朝向背光单元的方向呈锥形逐渐变细。通过模塑透明聚合材料将导板5 1和透明基板12一体地形成。

通过采用公知的涂敷方法将反射材料涂敷在表面上在导板5 1的倾斜表面上形成反射层53，并用于反射来自背光单元的入射光，以及用于向液晶显示装置2引导该入射光。可以通过反射层53将产生于背光单元3的大部分光引向液晶显示装置2。

参照图5和6，根据本发明实施方式的三维图像显示装置充分设计要在多视角系统中采用的参数，诸如在视差栅格1和41中导板11和51所占的遮光部分长度(b)、导板11和51之间的透光部分长度(a)、透光部分和遮光部分彼此相加后的视差栅格1和41的间距(A)、液晶显示装置2和视差栅格1和41之间的距离(d)，以及视差栅格1和41和观众之间的距离(D+d)。如果在多视角系统中调整这些参数则调整了图像数量。这样，观众可以观察到这些图像。图5所示为根据观众的位置(①到④)观众可以观察到四个图像的四视角系统实施例。观众观察R、G和B子像素。这里，R、G和B子像素分别在第一位置①显示为‘①’，R、G和B子像素在第一位置②显示为‘②’，R、G和B子像素在第一位置③显示为‘③’，R、G和B子像素在第一位置④显示为‘④’。

以下，将参照图5和图6描述在采用作为变量的参数的多视角系统使用的遮光部分长度(b)和透过部分长度(a)的优化设计。

参照图5和图6，假设观众的第一位置(①)表示为‘0’，在观众的第一位置(①)处观察到的任意第n(n为正整数)个透光部分的最左端点表示为‘L’，在观众的第一位置(①)处观察到的第n透光部分的最右端点表示为‘M’，在观众的第一位置(①)处观察到的第n+1个透光部分的最右端点表示为‘N’。

三角形‘△OLM’和三角形‘△OJK’彼此相似。这里，三角形‘△OLM’由观众的位置‘0’和视差栅格1和41的‘LM’构成，并且三角形‘△OJK’由观众的位置‘0’和液晶显示装置的子像素长度‘JK’构成。同样地，三角形‘△OLN’和三角形‘△OJQ’彼此相似。这里，三角形‘△OLN’由观众的位置‘0’和视差栅格1和41的‘LN’构成，并且三角形‘△OJQ’由位置‘0’和液晶显示装置的子像素长度‘JQ’构成。因此，限定如下数学公式3和4。

数学公式3

△OLM∝△OJK

$\frac{D+d}{a}=\frac{D}{P}$

数学公式4

 △OLN∝△OJQ

$\frac{D+d}{A}=\frac{D}{\stackrel{\‾}{\mathrm{JQ}}}$

 在公式4中，在N视角系统的情况 $\stackrel{\‾}{\mathrm{JQ}}=\frac{\mathrm{AD}}{D+d}$ 并且 $\stackrel{\‾}{\mathrm{JQ}}=(N+1)\stackrel{\‾}{\mathrm{JK}},$ 如果如图5所示的数值‘N’为4，则 $\stackrel{\‾}{\mathrm{JQ}}=5\stackrel{\‾}{\mathrm{JK}}.$

为了分离显示图像，a的值限定为如数学公式6所示，并且如果用P替代

即， $\stackrel{\‾}{\mathrm{JQ}}=5P,$ 则A的值限定为如数学公式5所示。

数学公式5

$A=\frac{5P(D+d)}{D}$

数学公式6

$a=\frac{P(D+d)}{D}$

因此，在四视角系统中，遮光部分和透光部分相加之和所得到的间距长度限定为A＝5a，并且在视差栅格1和41处遮光部分的长度定义为b＝4a。

如上所述，根据本发明的视差栅格和采用该装置的图像显示装置包括基本具有三角形截面的导板，以引导要照射在视差栅格表面的光。导板的侧表面呈一定角度使得照射在导板上的光得到完全反射。在导板上可以形成另外的反射层从而向视差栅格的表面导引光。可以采用本发明的实施方式将通过视差栅格从背光单元中进入液晶显示装置中的光强减弱减小到最小程度。此外，根据本发明实施方式的三维图像显示器调整显示器和视差栅格之间的距离，以及在视差栅格处导板之间的距离从而实现根据观众的位置可以观察到N个三维图像的N视角系统。

显然在不脱离本发明的精神和范围的情况下，本领域的普通技术人员可以对本发明做出各种改进和变型。因此，本发明意图覆盖所有落入所附权利要求及其等效物的范围之内的改进和变型。

Claims (20)

1、一种导光装置，包括：

透明基板；

多个导板组件，每个导板组件具有形成在透明基板第一表面上的导光底座，多个导光底座通过位于透明基板的第一表面上宽度为“a”的开口区域分离，每个导光底座与透明基板的第一表面上宽度为“b”的区域重叠，

其中相邻导板的相对侧面均与透明基板的第一表面形成钝角，以及

b除以a的比率基本上等于N，这里N为大于2的整数。

2、根据权利要求1所述的导光装置，其特征在于，所述每个导板均具有锥形截面，该锥形截面最宽部分靠近透明基板的入射表面。

3、根据权利要求1所述的导光装置，其特征在于，所述透明基板的入射表面和透射表面均是平坦的。

4、根据权利要求3所述的导光装置，其特征在于，每个导板的侧面设置为与入射表面呈一定角度从而照射在导板侧面的光实现全反射条件。

5、根据权利要求1所述的导光装置，其特征在于，还包括：

在每个导板的侧面上形成反射层。

6、根据权利要求1所述的导光装置，其特征在于，在所述导板之间暴露出透明基板的入射表面。

7、一种图像显示装置，包括：

显示单元；

照射用于显示图像的光的背光单元；以及

导光装置包括：

透明基板；

多个导板组件，每个导板组件具有形成在透明基板第一表面上的导光底座，导光底座通过透明基板的第一表面上宽度为“a”的开口区域分离，每个导光底座与透明基板的第一表面宽度为“b”的区域重叠，

其中b除以a的比率基本上等于N，这里N为大于2的整数。

其中每个导板的侧面设置为与入射表面呈一定角度从而从背光单元照射在导板侧面的大部分光实现全反射条件。

8、一种多图像显示装置，包括：

用于显示图像的显示单元；

背光单元；以及

导光装置包括：

透明基板；

多个导板组件，每个导板组件具有形成在透明基板第一表面上的导光底座，导光底座通过透明基板的第一表面上宽度为“a”的开口区域分离，每个导光底座与透明基板的第一表面上宽度为“b”的区域重叠，

其中相邻导板的相对侧面均与透明基板的第一表面形成钝角，并且

其中b除以a的比率基本上等于N，这里N为大于2的整数。

9、根据权利要求8所述的多图像显示装置，其特征在于，所述入射表面为平坦的。

10、根据权利要求8所述的多图像显示装置，其特征在于，所述每个导板均具有锥形截面，该锥形截面最宽部分靠近透明基板的入射表面。

11、根据权利要求8所述的多图像显示装置，其特征在于，每个导板的侧面设置为与入射表面呈一定角度从而照射在导板侧面的大部分光实现全反射条件。

12、根据权利要求8所述的多图像显示装置，其特征在于，还包括：

形成在每个导板侧面的反射层，其用于向所述入射表面反射光。

13、根据权利要求8所述的多图像显示装置，其特征在于，所述导光组件还包括：

透明基板，具有设置为与背光单元面对的平坦入射表面和平坦透射表面，并具有形成在所述入射表面上的导板。

14、根据权利要求13所述的多图像显示装置，其特征在于，在所述导板之间暴露出透明基板的入射表面。

15、一种用于产生图像的方法，包括：

提供多图像显示装置，包括：

背光单元；以及

多个导板组件，每个导板组件具有形成在透明基板第一表面上的导光底座，导光底基通过透明基板中第一表面上宽度为“a”的开口区域分离，每个导光底座与透明基板的第一表面上宽度为“b”的区域重叠，相邻导板的相对侧面均与透明基板的第一表面形成钝角，并且b除以a的比率基本上等于N，这里N为大于2的整数；

采用图像间距N通过用于多个图像的图像数据驱动显示装置的图像像素；

将背光单元的光从多个导板组件的导板组件反射到视差栅格的入射表面上；并且

将所述反射光导引到显示装置上。

16、根据权利要求15所述的产生图像的方法，其特征在于，所述每个导板均具有锥形截面，该锥形截面最宽部分靠近透明基板的入射表面。

17、根据权利要求15所述的产生图像的方法，其特征在于，所述入射表面为平坦的。

18、根据权利要求17所述的产生图像的方法，其特征在于，设置每个导板的侧面与入射表面呈一定角度从而照射在导板侧面的大部分光实现全反射条件。

19、根据权利要求15所述的产生图像的方法，其特征在于，所述导光组件还包括：

形成在导板侧面的反射层。

20、根据权利要求15所述的产生图像的方法，其特征在于，在所述导板之间暴露出透明基板的入射表面。

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