CN101123735A - 高分辨率2d/3d可切换显示设备 - Google Patents

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Abstract

一种高分辨率2D/3D可切换显示设备，其包括：显示面板，具有以像素单元布置并用于显示图像的显示元件。双凸透镜阵列包括布置在水平方向并将从显示面板发射的光划分为左眼视区和右眼视区的多个双凸透镜。空间光调制器包括被配置为与显示面板的垂直扫描时间同步地被打开或关闭的多个室，其中，所述多个室的每个被改变为透明或不透明状态。显示面板顺序地显示包括左眼图像和右眼图像的偶数序列数据的偶数场和包括左眼图像和右眼图像的奇数序列数据的奇数场。

Description

高分辨率2D/3D可切换显示设备
本申请要求于2006年8月8日提交到韩国知识产权局的第10-2006-0074657号韩国专利申请的优先权。该在先申请被包含于此以资参考。
技术领域
本发明涉及一种高分辨率的2D/3D可切换显示设备，更具体地讲，涉及一种分辨率不降低而串扰减小的高分辨率2D/3D可切换显示设备。
背景技术
3D图像显示装置分别为具有双眼视差的左眼和右眼提供图像。分别提供给用户的左眼和右眼的图像允许观用户看立体3D图像。
在传统方法中，使用视差栅栏或双凸透镜(lenticular lens)划分构成立体像对的左眼和右眼的图像的视区。在此情况下，构成立体像对的两个图像显示在单个面板的不同组列上。例如，左眼的图像显示在奇数列上，右眼的图像显示在偶数列上。然而，由于通过单个显示面板同时显示左眼和右眼的图像，因此用户观看的每个图像的分辨率降低到显示面板的原始分辨率的1/2。
为了将图像的分辨率保持为显示面板的原始分辨率，可将左眼和右眼的图像在整个显示面板上交替地显示。
图1示意性地示出在第5,969,850号美国专利中公开的传统立体显示设备20。参照图1，立体显示设备20包括：背光单元21、空间光调制器22、双凸透镜阵列23、以及高速响应液晶显示(LCD)面板26。空间光调制器22形成为根据施加的信号在透明状态和不透明状态之间切换的多个室(cell)24和25。在立体显示设备20中，高速响应LCD面板26在其整个屏幕上高速地交替显示左眼和右眼的图像。空间光调制器22与显示在高速响应LCD面板26上的左眼图像和右眼图像的切换同步地切换室24和25。例如，在高速响应LCD面板26显示左眼的图像的同时，空间光调制器22开启左眼室24，从而从背光单元21发射的光仅被引导向用户的左眼观看区28。此外，在当高速响应LCD面板26显示右眼的图像的同时，空间光调制器22开启右眼室25，从而从背光单元21发射的光仅指引向用户的右眼观看区27。在传统2-D模式中，开启空间光调制器22的所有室24和25。
然而，在如上所述的现有技术中，当交替地简单地开启和关闭空间光调制器22的左眼室24和右眼室25时，在左眼的图像和右眼的图像之间产生串扰，从而用户不能观看精确的3-D图像。
通常，大多数显示面板顺序地从屏幕的顶部到底部扫描一帧的图像。在前一帧的图像仍然显示在屏幕的下部的同时，在屏幕的上部显示下一帧的图像。例如，当完成一帧的扫描的时间为T时，如图2所示，与在时间“0”的图像对应的右眼图像在时间“0”显示在整个屏幕上，与在时间“T”的图像对应的左眼图像在时间“T”显示在整个屏幕上。然而，由于与在时间“0”的图像对应的图像的右眼图像逐渐地改变为与在时间“T”的图像对应的左眼图像，因此在时间“0”到“T”期间，在右眼图像仍然显示屏幕的下部的同时左眼图像显示在屏幕的上部。结果，左眼图像和右眼图像之间发生串扰。
发明内容
本发明的示例性实施例克服上述缺点以及上面没有描述的其他缺点。此外，本发明不需要克服上述缺点，本发明的示例性实施例可不克服上述任何问题。
一方面，本发明涉及一种高分辨率2D/3D可切换显示设备，其包括：显示面板，具有以像素单元布置并用于显示图像的显示元件；双凸透镜阵列，包括布置在水平方向并将从显示面板发射的光划分为左眼视区和右眼视区的多个双凸透镜；以及空间光调制器，包括被配置为与显示面板的垂直扫描时间同步地被打开或关闭的多个室。所述多个室的每个被改变为透明或不透明状态。显示面板顺序地显示包括左眼图像和右眼图像的偶数序列数据的偶数场和包括左眼图像和右眼图像的奇数序列数据的奇数场。
另一方面，本发明涉及一种高分辨率2D/3D可切换显示设备，其包括显示面板，所述显示面板包括以像素单元布置并用于显示图像的显示元件。双凸透镜阵列包括布置在水平方向上并将从显示面板发出的光划分为第一视区到第N视区的多个双凸透镜，其中，N为大于2的自然数。空间光调制器包括被配置为与显示面板的垂直扫描时间同步地被打开或关闭的多个室。所述多个室的每个被改变为透明或不透明状态。显示面板顺序地显示包括第一到第N视区图像的(N×k-(N-1))序列数据的第一场、包括第一到第N视区图像的(N×k-(N-2))序列数据的第二场、...、和包括第一到第N视区图像的(N×k-(N-N))序列数据的第N场，其中，k为1、2、3中的任意一个。
附图说明
通结合附图对本发明的示例性实施例进行的详细描述，本发明的上述和其他特点和优点将会变得更加清楚，其中：
图1示例性地示出现有技术的立体显示设备；
图2示出现有技术的在显示面板中扫描左眼和右眼的图像的步骤；
图3是根据本发明实施例的显示设备的示意性示图；
图4示出根据本发明实施例的在包括奇数场和偶数场的用于显示三维图像的显示面板中使用的图像数据；
图5A和图5B分别示出根据本发明实施例的当显示面板显示奇数场和偶数场的图像时感觉到的三维图像；
图6示出根据本发明实施例的当显示面板扫描奇数场图像和偶数场图像时的操作；
图7示出根据本发明实施例的二维图像的图像数据的分布；
图8A和图8B示出当显示面板显示二维图像的奇数场图像和偶数场图像时的情况；
图9示出根据本发明实施例的包括第一到第四场的用于以多视(multiview)方式显示三维图像的图像数据；和
图10A到图10D示出根据本发明实施例的当显示面板显示第一到第四场的图像数据时感觉到的三维图像。
具体实施方式
现在将参照附图更充分地描述本发明的示例性实施例。然而，可以以不同的形式实现本发明，并且不应解释为限于在此阐述的实施例；相反，提供这些实施例从而该公开更加彻底和完全，并且将本发明的构思充分地提供给本领域的技术人员。在附图中，相同的标号表示相同的部件，因此将省略对它们的描述。在附图中，为了清楚起见夸大了层的厚度和区域。
图3是根据本发明实施例的显示设备100的示意性示图。参照图3，显示设备100包括：显示面板120；双凸透镜阵列140，将从显示面板120发射到观看者的光划分为左眼170的视区和右眼180的视区；以及空间光调制器160，与显示面板120同步运行。显示面板120包括多个像素122。所述多个像素122的每个包括用于发光的显示元件。显示元件可以是自发光显示元件(例如，有机发光二极管(OLED)、场发射二极管(FED)等)或者是被动显示元件(例如，液晶显示器(LCD))。在显示元件为被动显示元件的示例性实施例中，背光单元110可以形成在显示面板120的后面，如图3所示。在显示面板120为自发光显示元件的示例性实施例中，不需要背光单元110。像素122按沿水平线和垂直线的阵列布置。单条垂直线的像素针对左眼和右眼之一发射用于形成图像的光。布置在水平线上的交替的像素针对左眼和右眼等显示图像。根据观众的视觉定义垂直方向和水平方向的每个。垂直方向为Z方向。水平方向为Y方向。双凸透镜阵列140包括沿水平方向布置的多个双凸透镜142。所述多个双凸透镜142的每个形成为覆盖显示面板120的两个像素122，并相应地将每个像素122发射的光划分为左眼170的视区或右眼180的视区。
继续参照图3，空间光调制器160可以是高速响应液晶显示面板。在该示例性实施例中，调制器160可包括两个基底162和充满液晶的多个室164。为了减小串扰，基底162可形成为足够薄。可以以柔软透明的聚酰亚胺(polyimide)、聚醚砜(polyethersulphone)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene terephthalate)和树脂基材料来形成基底162。双凸透镜142的每个对应于两个室164a和164b。室164a和164b之间的间距为双凸透镜142之间的间距的一半或稍微小于所述一半。多个室164a和164b与显示面板120的垂直扫描时间同步地被打开或关闭。多个室164a和164b的每个被改变为透明或不透明的。也就是说，当双凸透镜142的每个的左侧的室164a透明，而双凸透镜142的每个的右侧的室164b不透明时，从显示面板120发射的光沿着用实线表示的路径传播，经过双凸透镜142的左半部分到达左眼170和右眼180，如图3所示。另一方面，当双凸透镜142的每个的右侧的室164b透明时，从显示面板120发射的光沿着用虚线表示的路径传播，经过双凸透镜142的右半部分到达左眼170和右眼180。
参照图4到图8B，显示设备100显示三维图像和二维图像，如下所述。
图4示出根据本发明实施例的在包括奇数场Fodd和偶数场Feven的用于显示三维图像的显示面板120中使用的图像数据。参照图4，准备左眼图像L和右眼图像R以显示三维图像。然后，使用左眼图像L和右眼图像R构成奇数场Fodd和偶数场Feven。奇数场Fodd包括左眼图像L的奇数垂直线的数据(L1，L3...)和右眼图像R的奇数垂直线的数据(R1，R3...)的组合。偶数场Feven包括左眼图像L的偶数垂直线的数据(L2，L4...)和右眼图像R的偶数垂直线的数据(R2，R4...)的组合。即，奇数场Fodd和偶数场Feven各自包括左眼图像L的一半和右眼图像R的一半。
图5A和图5B分别示出根据本发明的两个实施例的当显示面板显示奇数场Fodd图像和偶数场Feven图像时分别感觉到的三维图像。参照图5A和图5B，空间光调制器160的室164a和164b与显示面板120的垂直扫描时间同步地被打开或关闭。关闭(即，不透明状态)的室被示出为包含斜线。参照图5A，当显示面板120显示奇数场Fodd的图像时，与双凸透镜142的右半部对应的室164a被打开。然后，与奇数场Fodd信号对应的光经由双凸透镜142射出并穿过室164a。双凸透镜142划分并透射与从显示面板120发射的奇数场Fodd信号对应的光，从而用于形成左眼图像L的光和用于形成右眼图像R的光分别到达左眼170和右眼180。左眼图像L的奇数序列数据(L1，L3...)和右眼图像R的奇数序列数据(R1，R3...)分别被左眼170和右眼180感觉到，并被一起感觉为三维图像。
参照图5B，当显示面板120显示偶数场Feven的图像时，与双凸透镜142的左半部分对应的室164b被打开以变为透明。然后，与偶数场Feven信号对应的光经由双凸透镜142射出并穿过室164b。双凸透镜142划分并透射与从显示面板120发射的偶数场Feven信号对应的光，从而用于形成左眼图像L的光和用于形成右眼图像R的光分别到达左眼170和右眼180。左眼图像L的偶数序列数据(L2，L4...)和右眼图像R的偶数序列数据(R2，R4...)分别被左眼170和右眼180感觉到，并被一起感觉为三维图像。
图6示出根据本发明实施例的当显示面板120在每个场中扫描左眼的部分图像和右眼的图像时的操作。按照周期T交替地显示奇数场Fodd图像和偶数场Feven图像。空间光调制器160的室164a和164b与显示面板120的垂直扫描时间同步地被适当地打开或关闭。通过双凸透镜142的右半部分以显示面板120的分辨率的大约一半来显示奇数场Fodd信号的图像。偶数场Feven信号的图像经由双凸透镜142的左半部按照显示面板120的分辨率的大约一半被显示。这里，当周期T与人眼的灵敏度相比相对短时，可以以显示面板120的全部的分辨率感觉到奇数场Fodd和偶数场Feven两者的图像。因为人的眨眼频率(frequency of a blink)为120Hz，因此时间段T应小于1/120秒。
图7示出根据本发明实施例的二维图像的图像数据的分布。参照图7，图像数据包括奇数场Fodd和偶数场Feven。在奇数场Fodd中，一个二维图像V的奇数序列数据每个被布置两次。在偶数场Feven中，一个二维图像V的偶数序列数据每个被布置两次。图8A和图8B示出当显示面板120显示奇数场Fodd和偶数场Feven的图像时的情况。在图8A和图8B中，右眼和左眼分别感觉到的图像相同，从而提供二维图像给观看者。
在另一示例性实施例中，显示设备可以是具有N个视角的多视型显示设备。多视型是一种根据多个视角来感觉不同的图像从而提供三维图像的类型。以下，N为4，但可以为任何大于1的数。
图9示出根据本发明实施例的包括第一场F1到第四场F4的用于以多视方式显示三维图像的图像数据。参照图9，准备第一视区图像I1到第四视区图像I4。然后，使用第一视区图像I1到第四视区图像I4构成第一场F1到第四场F4。第一场F1包括第一视区图像I1的(4k-3)序列数据(I11，I15，I19...)、第二视区图像I2的(4k-3)序列数据(I21，I25，I29...)、第三视区图像I3的(4k-3)序列数据(I31，I35，I39...)和第四视区图像I4的(4k-3)序列数据(I41，I45，I49...)的组合。第二场F2包括第一视区图像I1到第四视区图像I4的(4k-2)序列数据的组合。第三场F3包括第一视区图像I1到第四视区图像I4的(4k-1)序列数据的组合。第四场F4包括第一视区图像I1到第四视区图像I4的4k序列数据的组合。这里，k是1，2，3...中的任何一个。即，通过组合第一视区图像I1到第四视区图像I4的每个的1/4来分别构成第一场F1到第四场F4。
图10A到图10D示出根据本发明实施例的显示设备300的示图。即，图10A到图10D分别示出当分别显示第一场F1到第四场F4的图像时被感觉到的三维图像。显示设备300包括：显示面板320；双凸透镜阵列340，划分从显示面板320发射到第一视区381到第四视区384的光；以及空间光调制器360，与显示面板320同步地被打开或关闭。显示面板320包括多个像素322。每个像素包括发光的显示元件。显示元件可以是自发光显示元件(例如，OLED、FED等)或者是被动显示元件(例如，液晶显示器)。在显示元件为被动显示元件的示例性实施例中，背光单元310可以形成在显示面板320的后面，如图10A到图10D所示。在显示面板320为自发光显示元件的示例性实施例中，不需要背光单元310。单条垂直线的像素发射用于形成第一视区图像I1到第四视区图像I4之一的图像的光。布置在水平线上的交替的像素发射用于形成第一视区图像I1、第二视区图像I2、第三视区图像I3和第四视区图像I4等的图像的光。根据观看者的视觉分别定义垂直方向和水平方向。垂直方向为Z方向。水平方向为Y方向。双凸透镜340包括沿水平方向布置的多个双凸透镜342。调制器360包括多个室364。所述多个双凸透镜342的每个与四个室364a到364d对应。室364a到364d中的相邻的两个室之间的间距为双凸透镜342之间的间距的四分之一或稍微小于四分之一。多个室364a到364d与显示面板320的垂直扫描时间同步地被打开或关闭。所述多个室364a到364d的每个改变为透明或不透明。
图10A示出当显示面板320显示与第一场F1对应的图像数据时的情况。当显示面板320显示第一场F1时，面对每个双凸透镜342的室364a到364d的最右侧的室364a被打开以变为透明。然后，经由双凸透镜342和室364a发射第一场F1信号。双凸透镜342划分与从显示面板320发射的第一场F1信号对应的光，从而第一视区图像(I11，I15，I19...)、第二视区图像(I21，I25，I29...)、第三视区图像(I31，I35，I39...)和第四视区图像(I41，I45，I49...)分别到达第一视区381、第二视区382、第三视区383和第四视区384。由于不同的图像分别到达第一视区381到第四视区384，所以感觉到三维图像。
图10B示出当显示面板320显示与第二场F2对应的图像数据时的情况。当显示面板320显示第二场F2时，面对每个双凸透镜342的室364a到364d的从最右边开始的第二室364b被打开。然后，经由双凸透镜342和室364b发射第二场F2信号。由于第一视区图像I1，4k-2到第四视区图像I4，4k-2到达第一视区381到第四视区384，所以感觉到三维图像。
图10C和图10D分别示出当显示面板320显示与第三场F3和第四场F4对应的图像数据时的情况。在图10C和图10D示出的各情况中，面对每个双凸透镜342的室364a到364d的从最右边开始的第三室364c和第四室364d被打开以变为透明。由于第一视区图像I1，4k-3到第四视区图像I4，4k-3和第一视区图像I1，4k到第四视区图像I4，4k到达第一视区381到第四视区384，所以感觉到三维图像。显示设备300显示二维图像的情况基本上与图7的显示二维图像的情况基本相同，因此将省略对此情况的详细描述。
在上述示例性实施例中，视区的数目为4，但是不限于此。即，视区的数目可以为N。在此情况下，显示设备包括双凸透镜阵列，所述双凸透镜阵列将从显示面板发射的信号划分为N(这里，N＞2)个视区，即，第一到第N视区。显示面板顺序地显示包括第一到第N视区的(N×k-(N-1))序列数据的第一场、包括第一到第N视区图像的(N×k-(N-2))序列数据的第二场、...、和包括第一到第N视区图像的(N×k-(N-N))序列数据的第N场。这里，k为1，2，3...中的任何一个。
根据本发明的实施例，高分辨率2D/3D可切换显示设备包括划分与左眼和右眼的图像信号对应的光的双凸透镜阵列和交替地显示偶数和奇数场图像的显示面板，其中，分辨率没有降低并且避免串扰。此外，高分辨率2D/3D可切换显示设备还可包括各种显示元件(例如，自发光显示元件等)，显示设备可容易地与显示多视立体图像兼容。因为高分辨率2D/3D可切换显示设备具有简单的结构，因此可使用廉价的方法制造，并且可批量生产。
尽管已经参照其示例性实施例具体显示和描述了本发明，但是本领域的普通技术人员应该理解，在不脱离由权利要求定义的本发明的精神和范围的情况下，可以对其进行形式和细节上的各种改变。

Claims (16)

1.一种高分辨率2D/3D可切换显示设备，包括：
显示面板，包括以像素单元布置并用于显示图像的显示元件；
双凸透镜阵列，包括布置在水平方向并将从显示面板发射的光划分为左眼视区和右眼视区的多个双凸透镜；以及
空间光调制器，包括被配置为与显示面板的垂直扫描时间同步地被打开或关闭的多个室，其中，所述多个室的每个被改变为透明或不透明状态，
其中，显示面板被配置为顺序地显示偶数场和奇数场，所述偶数场包括左眼图像和右眼图像的偶数序列数据，所述奇数场包括左眼图像和右眼图像的奇数序列数据。
2.如权利要求1所述的设备，其中，在水平方向上测量的所述多个室的每个之间的间隔不大于双凸透镜之间的间隔的大约一半。
3.如权利要求1所述的设备，其中，所述多个双凸透镜的每个与像素单元的两条垂直线对应。
4.如权利要求1所述的设备，其中，所述空间光调制器为液晶显示面板。
5.如权利要求4所述的设备，其中，所述液晶显示面板的基底是软质基底。
6.如权利要求5所述的设备，其中，从聚酰亚胺、聚醚砜、聚对苯二甲酸乙二醇酯和树脂中选择任意一种来形成软质基底。
7.如权利要求1所述的设备，其中，所述显示元件为自发光显示元件。
8.如权利要求1所述的设备，其中，所述显示元件为不发光显示元件，所述显示面板还包括布置在显示面板的后面的背光单元。
9.一种高分辨率2D/3D可切换显示设备，包括：
显示面板，包括以像素单元布置并用于显示图像的显示元件；
双凸透镜阵列，包括布置在水平方向上并将从显示面板发射的光划分为第一视区到第N视区的多个双凸透镜，其中，N为大于2的自然数；以及
空间光调制器，包括被配置为与显示面板的垂直扫描时间同步地被打开或关闭的多个室，其中，所述多个室的每个被改变为透明或不透明状态，
其中，显示面板顺序地显示包括第一到第N视区图像的(N×k-(N-1))序列数据的第一场、包括第一到第N视区图像的(N×k-(N-2))序列数据的第二场、...、和包括第一到第N视区图像的(N×k-(N-N))序列数据的第N场，其中，k为1、2、3中的任意一个。
10.如权利要求9所述的设备，其中，在水平方向上测量的所述多个室的之间的间隔不大于双凸透镜之间的间隔的1/N。
11.如权利要求9所述的设备，其中，所述多个双凸透镜的每个与像素单元的N条垂直线对应。
12.如权利要求9所述的设备，其中，所述空间光调制器为液晶显示面板。
13.如权利要求12所述的设备，其中，所述液晶显示面板的基底是软质基底。
14.如权利要求13所述的设备，其中，从聚酰亚胺、聚醚砜、聚对苯二甲酸乙二醇酯和树脂中选择任意一种来形成软质基底。
15.如权利要求9所述的设备，其中，所述显示元件为自发光显示元件。
16.如权利要求9所述的设备，其中，所述显示元件为不发光显示元件，所述显示面板还包括布置在显示面板的后面的背光单元。
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