CN101216607B - 高效率的二维/三维可转换显示装置 - Google Patents

Abstract

提供了一种高效率的二维/三维可转换显示装置。所述装置包括：光源单元；用于将从光源单元发出的光转换成第一偏振光和与第一偏振光正交的第二偏振光之一的偏振转换单元；包括交替布置的缝隙和栅栏的视差栅栏，其中缝隙透射入射光，并且栅栏透射第一和第二偏振光之一而反射第一和第二偏振光的另一个；以及响应图像信号调制透射通过视差栅栏的光以产生图像的显示面板。所述二维/三维可转换显示装置控制施加到偏振转换单元的电信号，以便可以转换二维图像和三维图像。所述栅栏是宽栅偏振器，所述光源单元包括反射板，被所述栅栏反射的光由所述反射板再利用。

Description

高效率的二维/三维可转换显示装置

技术领域

本发明涉及一种二维/三维(2D/3D)可转换的显示装置，而且更特别地，涉及一种在将二维显示装置转换成三维(3D)显示装置的过程中能降低光损失的显示装置。

本申请要求2007年1月5日在韩国知识产权局申请的韩国专利申请号为10-2007-0001709的权益，其公开的全部内容在此结合作为参考。

背景技术

近年来，三维(3D)显示装置已经被应用到各个领域，如医学成像、游戏、广告、教育和军事。而且，已经进行了很多有关采用全息和立体技术显示3D图像的研究。

全息技术是一种理想的技术，但是需要相干光源并且很难记录和重现位于远距离处的大尺寸物体。

另一方面，立体技术利用了由使用者的两眼分别看到的两个二维图像之间的双眼视差引起的立体效应。由于立体技术使用了两个平面图像，因此可以用一种简单的方式显示具有高分辨率和大景深的3D图像。立体技术可以分为使用眼镜的显示和无眼镜的自动立体显示，其中，使用眼镜的显示利用偏振光和快门来允许两眼看到分离图像，而无眼镜的自动立体显示中的显示装置直接将图像分离形成各视场。在自动立体式显示装置的情况下，因为观察范围是固定的，观察者的数量将受到限制。然而，自动立体式显示装置通常优选采用需要观察者额外佩带眼镜的显示装置。而且，自动立体式显示装置近来有这样一种趋势，即采用用于利用立体图像生成虚拟3D图像的视差栅栏(parallax barrier)。视差栅栏包括相应于左和右眼形成在图像前面的垂直和水平缝隙，而且允许合成的3D图像通过缝隙被分别观察以获得立体效果。

图1是传统的视差栅栏型3D显示装置的示意性的结构图。

参见图1，为左眼显示图像信息的左眼像素L和为右眼显示图像信息的 右眼像素R交替形成在液晶(LC)面板10上。背光装置20设置在LC面板10的下方。背光装置20利用电能向LC面板10发光。视差栅栏30设置于LC面板10和观察者40之间，允许光通过或者阻断光。特别地，视差栅栏30包括供右眼像素R和左眼像素L发出的光所通过的缝隙32和阻断光的栅栏34，以便观察者40能够看到虚拟的3D图像。参见视差栅栏30的放大图，缝隙32和栅栏34沿垂直方向交替形成。

上述视差栅栏型3D显示装置产生3D图像的过程如下。首先，背光装置20发出的光L1经过LC面板10的左眼像素L和视差栅栏30的缝隙32，到达观察者40的左眼。然而，虽然背光装置20发出的光L2经过LC面板10的左眼像素L，但由于光L2向观察者40的右眼传播，所以光L2被栅栏34阻断而不能到达观察者40。类似地，背光装置20发出的光R2经过LC面板10的右眼像素R和视差栅栏30的缝隙32，到达观察者40的右眼。然而，虽然背光装置20发出的光R2经过LC面板10的右眼像素R，但由于光R2向观察者40的左眼传播，所以光R2被栅栏34阻断而不能到达观察者40。因此，通过左眼像素L的光对应只透射到观察者40的左眼的光L1，而通过右眼像素R的光对应只透射到观察者40的右眼的光R1，以便观察者40能看到光L1和R1。这样，光L1和光R1之间就提供了充足的视差信息，使得观察的人40可以感知3D图像。

在3D显示装置实际应用中，为了减轻由两眼间的光幻影引起的疲劳，引入2D/3D可转换显示装置。2D/3D可转换显示装置可以通过应用液晶(LC)形成图1中的视差栅栏30来实现。特别地，当向LC供电时，一些像素起阻断/吸收背光装置20发出的光的栅栏34的作用，而没有得到供电的其他像素起视差栅栏30的缝隙32的作用，以产生3D图像。而且，当没有向LC供电时，不形成视差栅栏30，所以相同的图像透射给观察者40的左眼和右眼，从而显示2D图像。

同时，当显示3D图像时，很多光被栅栏34阻断和吸收，这样降低了光效率。由于光效率低，减小缝隙32的尺寸以减少3D模式下的串扰是困难的。而且，随着观察点的数目增加，被栅栏遮挡像素的部分随之增加。因而，光效率进一步下降，这样妨碍了视差栅栏型3D显示装置的多模式应用。

图2是传统的视差栅栏型3D显示装置的结构图，其中反射层形成在栅栏上，其目的是为了提高光效率。

参考图2，铝覆盖层66形成在栅栏63上，其中背光装置60发出的光在此被吸收，以便光被送回到反射板69再利用。图2所示的结构可以应用到3D显示装置，但是不能应用到2D/3D可转换显示装置。

发明内容

本发明提供一种高效率的2D/3D可转换显示装置，该显示装置可以提高光效率，使视差栅栏中缝隙的尺寸最优化，并且可以以多观察点的方式被有效地应用。

根据本发明一方面，提供了一种高效率的2D/3D可转换显示装置。所述装置包括：光源单元；用来将从光源单元发出的光转换成第一偏振光和与第一偏振光正交的第二偏振光之一的偏振转换单元；包括交替布置的缝隙和栅栏的视差栅栏，其中缝隙透射入射光，而栅栏透射第一和第二偏振光之一并且反射第一和第二偏振光的另一个；响应图像信号来调制从视差栅栏透射过来的光以产生图像的显示面板。2D/3D可转换显示装置控制施加到偏振转换单元的电信号，以便可以互相转换2D图像和3D图像。栅栏是宽栅偏振器。

附图说明

通过参考下面的附图详细地描述本发明的示意性的实施方式，本发明的上述和其他特点和优点将变得更明显，其中：

图1是表示传统的视差栅栏型3D显示装置的示意性的结构图；

图2是反射层形成在栅栏上的传统的视差栅栏型3D显示装置的结构图；

图3是根据本发明一个实施方式的2D/3D可转换显示装置的示意性结构图；

图4A到4D是视差栅栏中的缝隙和栅栏的布置的示例图；

图5是用作图3所示视差栅栏的栅栏的线栅偏振器的图；

图6是表示线栅偏振器的偏振衰减率的曲线图；

图7A和7B分别是当图3的2D/3D可转换显示装置工作在3D和2D模式时的光传播路线图；

图8是根据本发明另一个实施方式的2D/3D可转换显示装置的示意性结构图；并且

图9A和9B分别是当图8的2D/3D可转换显示装置工作在3D和2D模 式时的光传播路线图。

具体实施方式

现在将参考附图在下文中更全面地描述根据本发明的2D/3D可转换显示装置，其中示出了本发明的示意性的实施方式。然而本发明可以用不同的方式来体现，并且不应该解释为限制于在此提出的实施方式。事实上，提供这些实施方式是为了使本公开全面和完整，并且充分地向所属领域技术人员表达本发明的范围。在图中，为了清楚，夸大了层和区域的厚度。整个说明书中相同的参考标记用来代表相同的元件。

图3是根据本发明一个实施方式的2D/3D可转换显示装置500的示意性结构图。

参考图3，2D/3D可转换显示装置500包括光源单元100，偏振转换单元200，视差栅栏300，和显示面板400。偏振转换单元200响应电信号将来自光源单元100的光转换成第一偏振光或正交于第一偏振光的第二偏振光。视差栅栏300包括交替布置的缝隙310和栅栏330。而且，显示面板400响应图像信号调制透射通过视差栅栏300的光，并且产生图像。

光源单元100可以包括反射板120，用于再利用被栅栏330反射的光。光源单元100通常发射非偏振光，而偏振转换单元200响应电信号将光源单元100发出的非偏振光转换成预定的线偏振光，并且发射该线偏振光。为了完成这些功能，偏振转换单元200包括偏振器210和相延迟器230。偏振器210透射入射光中预定的线偏振光，而且相延迟器230响应电信号将透射通过偏振器210的偏振光转换成另一正交于透射通过偏振器210的偏振光的偏振光。例如，偏振器210可以是反射偏振器，其允许第一偏振光通过而反射正交于第一偏振光的第二偏振光。反射偏振器可以是双增亮膜(DBEF，dualbrightness enhancement film)。相延迟器230延迟入射光的相位并且将入射光转换成偏振光。例如，当没有电信号时，相延迟器230允许入射光直接通过而没有相位延迟。而且，相延迟器230将入射光的相位延迟至+λ/2或-λ/2，并且将入射光转换成正交于入射光的偏振光。

视差栅栏300包括交替布置的缝隙310和栅栏330。缝隙310允许光通过，而栅栏330阻断光。视差栅栏300由于双眼视差效应产生3D图像。图4A到4D中示意性地示出缝隙310和栅栏330的布置。在图4A中，缝隙310 和栅栏330呈条带状布置。在图4B中，缝隙310和栅栏330呈之字形布置。在图4C中，缝隙310和栅栏330呈倾斜的条带状布置。而在图4D中，缝隙310呈针孔型布置在栅栏330中。在本发明中，不是所有入射到栅栏330上的光都被阻断，而只有预定的线偏振光被阻断。而且，被阻断的光不被栅栏330吸收而是被栅栏330反射以再利用。本发明中，栅栏330可以是反射偏振器。例如，栅栏330可以是随后将描述的图5的线栅偏振器。而且，缝隙310可以构造成允许光通过。如图5中所示，栅栏330形成在透明元件上，而没有被栅栏330覆盖的透明单元部分对应于缝隙310。可选择地，缝隙310可以是孔。

显示面板400响应图像信号调制通过视差栅栏300透射的光并且产生图像。显示面板400可以是液晶显示(LCD)面板。

在下文中，将描述上述2D/3D可转换显示装置500的功能。

首先要描述的是用作栅栏330的线栅偏振器的结构和功能。

图5是用作图3所示视差栅栏300的栅栏330的线栅偏振器的图。

参见图5，栅栏330可以是线栅偏振器，所述线栅偏振器包括：透明基板332、以及有规则地间隔布置在透明基板332上的多个金属线335。线栅偏振器利用金属线335的材料和布置，从而使线栅偏振器可以反射入射光中沿金属线335的纵向偏振的第一偏振光S，并且透射入射光中沿金属线335的横向偏振的第二偏振光P。为了达到这种功能，金属线335可以用具有高反射率的金属，如铝(Al)，金(Au)，或银(Ag)来形成。可以考虑金属线335的材料和入射光的波长λ适当地设计线栅偏振器的详细尺寸，例如，金属线335之间的间距“T”和金属线335的高度“h”和宽度“w” 。例如，金属线335的高度“ h”可以充分大，以便金属线335能够反射沿金属线335的纵向偏振的光，而金属线335的宽度“w”可以比线栅偏振器上的入射光的波长λ充分小。而且，因为当金属线335之间的间隔T比λ/2大的时候，线栅偏振器可以起衍射光栅的作用，因此间隔T可以小于λ/2。

下面说明用作栅栏330的线栅偏振器反射入射光中沿金属线335的纵向方向偏振的第一偏振光S以及透射入射光中与第一偏振光S正交的第二偏振光P的原理。线栅偏振器利用偏振光对形成金属线335的金属的自由电子的影响控制偏振。当沿金属线335的纵向方向偏振的第一偏振光S入射到金属线335上时，金属线335中的自由电子沿金属线335的纵向方向振荡，由此 得到的电磁波与第一偏振光S平衡，以便第一偏振光S大部分被金属线335反射。换句话说，金属线335对于第一偏振光S表现出高反射金属特性。当然，即使金属线335由反射金属形成，第一偏振光S的一小部分也会被金属线335吸收。而且，当金属线335的厚度小时，如虚线箭头所示，一些第一偏振光S可以透射通过金属线335。因此，金属线335的反射率为大约90％到95％。同时，当第二偏振光P沿金属线335的横向方向入射到金属线335时，金属线335的自由电子的横向振荡受到空间限制，很难出现电磁波的平衡，因此第二偏振光P大部分透射通过金属线335。当然，虽然金属线335像玻璃一样透明，如虚线箭头所示，一些第二偏振光P也会由于表面反射而被反射。

线栅偏振器的性能可以用偏振衰减率和透射率来描述。偏振衰减率可以定义为(Si/St)|Pi＝0，而透射率可以定义为(Pt/Pi)|Si＝0。即，偏振衰减率对应于：当第一偏振光S入射到金属线335上时，入射的第一偏振光Si对透射的第一偏振光St的光能比率，而透射率对应于：当第二偏振光P入射到金属线335上时，透射的第二偏振光Pt对入射的第二偏振光Pi的光能比率。

图6是表示线栅偏振器的偏振衰减率的曲线图。金属线335由铝形成并且具有140nm的高度。在图6中，示出了对于入射光的不同波长λ，偏振衰减率与金属线335的间隔T之间的关系曲线。

参考图6，随着间隔T增加，偏振衰减率减小。这个特征由金属线335的材料和高度“h”决定。可以考虑偏振衰减率与间隔T之间的关系控制线栅偏振器的详细尺寸。

图7A和7B分别是当图3的2D/3D可转换显示装置工作在3D和2D模式时的光传播路线图。

参考图7A，从光源单元100向偏振器210入射的非偏振光中，只有预定的线偏振光透射通过偏振器210。例如，只有第一偏振光S透射通过偏振器210并且向相延迟器230传播。在3D模式中，相延迟器230被关闭，不延迟入射光的相位。这样，入射到相延迟器230的第一偏振光S，其保持偏振状态，通过相延迟器230并且入射到视差栅栏300。向视差栅栏300的缝隙310传播的光透射通过缝隙310。向栅栏330传播的光被栅栏330反射，栅栏330是线栅偏振器，用于反射第一偏振光S。左眼像素L和右眼像素R交替布置在显示面板400上。由于各个缝隙310被栅栏330分隔开，通过缝 隙310透射的光被分成向左眼像素L传播的光和向右眼像素R传播的光，并且分别入射到左眼和右眼上。这样，不同的图像传播到了左眼和右眼，以便观察者可以看到3D图像。同时，被栅栏330反射的光向光源单元100传播，被反射板120反射并再利用。

参考图7B，相延迟器230被打开并且被控制将入射光的相位延迟λ/2。这样，透射通过偏振器210的第一偏振光S由相延迟器230转换成正交于第一偏振光S的第二偏振光。由于栅栏330是反射第一偏振光S但透射第二偏振光P的线栅偏振器，向缝隙310传播的光和向栅栏330传播的光都透射通过视差栅栏300。在这种情况下，同样的图像被传送到左眼和右眼，以便观察者看到2D图像。

在3D模式下入射到显示面板400的偏振光正交于在2D模式下入射到显示面板400的偏振光。这样，显示面板400在3D模式下基于常白(NW，normally white)模式调制传播的光，从而处理图像信号，而显示面板400在2D模式下基于常黑(NB，normally black)模式调制传播的光，从而处理图像信号。

虽然示例性地描述了偏振器210允许第一偏振光S通过，并且相延迟器230在3D模式时关闭而在2D模式时打开，但本发明不限。例如，偏振器210可以允许第二偏振光P通过，而且相延迟器230可以在3D模式时打开而在2D模式时关闭。

图8是根据本发明另一个实施方式的2D/3D可转换显示装置700的示意性结构图。本实施方式的2D/3D可转换显示装置700与2D/3D可转换显示装置500的不同之处在于：进一步设置在显示面板400和视差栅栏300之间偏振转换器420。

参考图8，2D/3D可转换显示装置700包括：光源单元100、偏振转换单元200、视差栅栏300和显示面板400。偏振转换单元200响应电信号，将来自光源单元100的光转换成第一偏振光或正交于第一偏振光的第二偏振光。视差栅栏300包括交替布置的缝隙310和栅栏330。而且，显示面板400响应图像信号调制透射通过视差栅栏300的光，并且产生图像。

光源单元100可以包括反射板120。缝隙310和栅栏330的布置在图4A到4D中示意性地示出。而且，栅栏330可以是图5所示的线栅偏振器。偏振转换单元200包括偏振器210和响应电信号延迟入射光相位的相延迟器 230。进一步，偏振转换器420设置在视差栅栏300和显示面板400之间。偏振转换器420转换入射光的偏振状态，以便在3D和2D的任一模式中，相同的偏振光入射到显示面板400上。偏振转换器420可以与响应电信号延迟入射光的相位的相延迟器230相同。

图9A和9B分别是当图8的视差栅栏型3D显示装置700工作在3D和2D模式时的光传播路线图。这里，为了简明，省略与参考图7A和7B描述的内容相同的部分。

参考图9A，3D模式下，偏振转换器420被控制不转换入射光的偏振状态，以便第一偏振光入射到显示面板400。参考图9B，2D模式下，偏振转换器420被控制用来转换入射光的偏振。所以，透射通过视差栅栏300的第二偏振光被转换成第一偏振光，并且与3D模式中相同，第一偏振光入射到显示面板400。这里，虽然描述的是入射到显示面板400的偏振光是第一偏振光，偏振转换器420可以在3D模式下工作而不在2D下工作，以便可以第二偏振光入射到显示面板400。显示面板400基于NW或NB模式调制入射的偏振光来处理图像信号。

根据本发明的上述描述，在2D/3D可转换显示装置中，视差栅栏的栅栏允许预定的偏振光通过而且其它偏振光被反射。这样，当2D模式转换成3D模式时，能够最小化光效率的降低。因此，本发明的2D/3D可转换显示装置能将视差栅栏的缝隙的尺寸减到最小，以降低串扰，而且易于以多观察点的方式应用。

虽然本发明已经参考其示意性的实施方式详细描述和示出，可以理解，本领域普通技术人员在不脱离本发明的精神和范围内可以在形式上和细节上进行各种变化，本发明的精神和范围由所附的权利要求限定。

Claims (12)

1.一种二维/三维可转换显示装置，包括：

光源单元；

将从所述光源单元发出的光转换成第一偏振光和正交于第一偏振光的第二偏振光之一的偏振转换单元；

包括交替布置的缝隙和栅栏的视差栅栏，其中所述缝隙透射入射光，并且所述栅栏透射所述第一和第二偏振光之一，而反射所述第一和第二偏振光中的另一个；和

响应图像信号调制透射通过所述视差栅栏的光以产生图像的显示面板，

其中，所述二维/三维可转换显示装置控制施加到所述偏振转换单元的电信号，以便可以互相转换二维图像和三维图像，

其中，所述栅栏是宽栅偏振器，且

其中，所述光源单元包括反射板，被所述栅栏反射的光由所述反射板再利用。

2.如权利要求1所述的显示装置，其中，所述偏振转换单元包括：

透射所述第一和第二偏振光之一的偏振器；

响应电信号来延迟透射通过偏振器的光的相位的相延迟器。

3.如权利要求2所述的显示装置，其中，所述相延迟器响应所述电信号，将波长为λ的入射光的相位延迟0、+λ/2和-λ/2之一。

4.如权利要求2所述的显示装置，其中，所述偏振器是透射所述第一和第二偏振光之一而反射所述第一和第二偏振光中的另一个的反射偏振器。

5.如权利要求4所述的显示装置，其中，所述偏振器是双增亮膜。

6.如权利要求1所述的显示装置，其中，所述栅栏是反射偏振器。

7.如权利要求1所述的显示装置，其中，所述显示面板基于常白模式调制在三维模式下发出的偏振光且基于常黑模式调制在二维模式下发出的偏振光，以便处理图像信号。

8.如权利要求1所述的显示装置，其中，进一步包括插入在所述视差栅栏和所述显示面板之间的偏振转换器，所述偏振转换器转换入射光的偏振状态，使得在三维或二维的任一模式中，相同的偏振光入射到显示面板上。

9.如权利要求1所述的显示装置，其中，所述缝隙与所述栅栏具有相同的尺寸或者所述缝隙的尺寸比所述栅栏的尺寸小。

10.如权利要求9所述的显示装置，其中，所述视差栅栏的缝隙和栅栏呈条带状布置。

11.如权利要求9所述的显示装置，其中，所述视差栅栏的缝隙和栅栏呈锯齿形布置。

12.如权利要求9所述的显示装置，其中，所述视差栅栏包括栅栏，所述缝隙呈针孔状布置在所述栅栏内。

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