CN101273298B - 盒型视差栅栏和使用其的立体图像显示设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种视差栅栏，包括：液晶层(LC层)，所述液晶层包括设置成盒型矩阵结构的像素，以根据预定控制方法形成水平或垂直方向的栅栏；控制器，用于通过根据所述控制方法有选择地开启或关闭所述像素来控制所述LC层的所述像素，以形成水平或垂直方向图案的栅栏图案；下层，所述下层形成于所述LC层和预定显示模块之间，以便将所述LC层和所述控制器设置在距所述显示模块预定距离的位置处；上层，所述上层形成于所述LC层的顶部上以便设置所述LC层和所述控制器；以及偏振器，所述偏振器形成于所述上层的顶部上，并通过控制光的偏振角根据形成于所述LC层上的所述栅栏图案使所述栅栏可视化，其中所述光从所述显示模块发射并穿过所述下层、所述LC层和所述上层。因此，利用所述视差栅栏和包括所述视差栅栏的所述立体图像显示设备可以显示沿水平方向/垂直方向旋转的立体图像。

Description

盒型视差栅栏和使用其的立体图像显示设备
技术领域
本发明涉及一种立体图像显示设备，尤其涉及一种视差栅栏和包括所述视差栅栏的立体图像显示设备，所述视差栅栏包括形成为盒型(celltype)矩阵结构的液晶层(LC层)。
背景技术
信息通信技术已经发展到这样的程度：数字终端能够以非常高的速度处理文本消息、语音和图像，以提供具有二维图像和语音的多媒体内容服务。进一步期望信息通信技术发展到三维立体信息通信服务，其能够提供具有立体和真实冲击的多媒体服务。
通常，基于双眼立体视力理论，具有三维效果的立体图像是可能的。三维效果的一个重要因素在于人的两只眼睛由于其间的65mm距离而产生的光学角度差，即眼睛的视差。亦即，每一只眼睛分别看到两个不同的二维图像，当经过视网膜将所述两个图像传递到大脑时，大脑将所述传递的两个图像组合并再现出具有深度感和真实感的原始三维图像。通常将此称为立体视觉。
根据用户是否应当佩戴特殊眼镜，将立体图像显示设备分为两大类：眼镜型立体图像显示设备(立体图像显示设备)和无眼镜型立体图像显示设备(自动立体图像显示设备)。
立体图像显示设备使观看者佩戴特殊眼镜而感到不方便，而自动立体图像显示设备允许观看者即使不佩戴所述眼镜而仅仅通过直接观看屏幕就能够欣赏三维图像，因此自动立体图像显示设备解决了立体图像显示设备的问题。因此，当前正在对自动立体图像显示设备进行很多研究。自动立体图像显示设备又能分成两大类：利用透镜方法的设备和利用视差栅栏方法的设备。
如图1和图2所示，以下解释利用常规视差栅栏法的立体图像显示设备的工作。利用常规视差栅栏法的立体图像显示设备包括显示模块(10)和被称为栅栏(20)的条形阻挡膜，在显示模块中，分别对应于左眼和右眼的左图像(L)和右图像(R)面向垂直方向(图2中的Y-Y’方向)并沿水平方向(图2中的X-X’方向)交替布置；栅栏设置在前端并面向垂直方向。这种立体图像显示设备具有这样的系统，其中如此设置所述显示模块(10)和栅栏(20)，使得用于左图像(L)的光仅进入左眼，而用于右图像(R)的光仅进入右眼，由此分别观察到所划分的左右两个图像(L，R)，从而得到立体感。
发明内容
技术问题
常规视差栅栏法的立体图像显示设备是基于TFT-LCD显示法的，不过由于所述TFT-LCD的RGB显示方法将一个像素沿水平方向(图2中的X-X’方向)平均分成R、G和B三部分，有时会发生R、G或B的一部分被栅栏(20)的设置或厚度阻挡的情况，因此无法被看到，导致无法正常显示立体图像。此外，作为另一个问题，栅栏的厚度和栅栏间的距离是有限的，于是使可视角度变窄，并且观看距离被限制为特定长度。
此外，在常规的利用液晶模块的视差栅栏法中，栅栏形成为沿水平方向设置成一行的竖直条的形式，分段(segment)端子(S)和公共端子(C)连接到整个像素，从而控制整个像素同时开启/关闭，于是栅栏的布置方向是固定的，并且因此观看者仅能在固定方向上在显示图像的屏幕上观看立体图像，不能通过在水平/垂直方向转动屏幕而观看立体图像。
此外，在常规方法中，栅栏形成为无间隙的竖直条形式，于是常规方法的问题在于，从显示屏发射的光被阻挡，显示器的原始亮度被降低到相当低的水平。
技术方案
为了解决以上问题，将本发明设计成提供盒型的视差栅栏，其中可以垂直地或水平地转换栅栏，从而使栅栏对光亮度的减小最小化。
本发明的另一目的是提供一种立体图像显示设备，其包括平板显示模块(包括TFT-LCD、有机EL(OLED)、FED、PDP等)和所述盒型视差栅栏。
有益效果
本发明的视差栅栏和包括所述视差栅栏的立体图像显示设备利用液晶屏板将所述栅栏制造成盒型以再现立体图像，从而能够根据立体图像的特征在2D和3D模式之间转换以及将栅栏转换成水平或垂直方向。
此外，该视差栅栏和包括所述视差栅栏的立体图像显示设备允许在LC层设置成盒型的像素之间有盒间隙，并控制下层和上层的蚀刻方向以及偏振光的方向，从而能够提高亮度。
此外，本发明的视差栅栏和包括所述视差栅栏的立体图像显示设备通过将设置于水平方向上的R、G和B中的像素旋转90°而能够显示立体图像，由此能够增大可视角度和观看距离。
此外，本发明的视差栅栏和包括所述视差栅栏的立体图像显示设备在制造中几乎没有困难，因此能够提高工作效率。
最后，该视差栅栏和包括所述视差栅栏的立体图像显示设备在形成栅栏时通过垂直/水平列单元而非盒单元来控制像素，从而简化了设备的结构并能够降低制造成本。
附图说明
图1是利用常规视差栅栏的立体图像显示设备的横截面图。
图2是利用常规视差栅栏的立体图像显示设备的透视图。
图3是根据本发明的视差栅栏和包括所述视差栅栏的立体图像显示设备的结构图。
图4和图5是根据本发明的LC层的盒结构的示意图。
图6是示出了用于驱动根据本发明的LC层的像素的控制线连接的结构图。
图7是图6的一部分的放大图。
图8和图9是示出了受根据本发明的LC层像素控制的栅栏形状的示意图。
图10是示出了根据本发明的立体图像显示设备的亮度增强功能的示意图。
图11和图12是示出了采用根据本发明的包括视差栅栏的立体图像显示设备的移动电话液晶显示器的示意图。
附图中标号简介
10：显示模块
20：视差栅栏
30：下层
40a：LC层
40b：控制器
50：上层
60：偏振器
801，802，803，804：光
具体实施方式
在下文中参考附图详细介绍上述结构。下文将要介绍的特定构成的附图和详细说明用于帮助本领域的技术人员，使他们易于理解和执行本发明，注意不应将它们视为对本发明的范围加以限制。所有附图中相同的附图标记表示相同的部份。
图3简要示出了根据本发明的视差栅栏和包括所述视差栅栏的立体图像显示设备的构成。根据本发明的视差栅栏(20)包括下层(30)、LC层(40a)、控制器(40b)、上层(50)和偏振器(60)。所述LC层(40a)包括设置成盒型矩阵结构以根据预定控制方法形成水平或垂直方向栅栏的像素，所述控制器(40b)控制所述LC层的所述像素，以便通过根据所述控制方法有选择地开启或关闭所述像素来形成水平或垂直方向图案的栅栏图案，将在下文中详细介绍LC层(40a)中包括的盒型像素和特定控制方法。所述下层(30)形成于所述LC层和预定显示模块之间，以将所述LC层和所述控制器设置在距所述显示模块预定距离的位置处。所述上层(50)形成于所述LC层顶部，以便设置所述LC层和所述控制器。此外，所述偏振器(60)形成于所述上层的顶部上，并且通过控制光的偏振角根据形成于所述LC层上的所述栅栏图案使所述栅栏可视化，其中所述光从所述显示模块发射并穿过所述下层、所述LC层和所述上层。与偏振器被置于上层上端和下层下端的常规视差栅栏不同，本发明的视差栅栏仅在上层(50)上端具有偏振器(60)，由此能够使由于穿过偏振器(60)导致的光亮度降低最小化。
此外，本发明的视差栅栏(20)和包括所述视差栅栏的立体图像显示设备利用诸如TN-LCD或STN-LCD等的液晶屏板形成栅栏图案，使得用户能够在2D模式下关闭栅栏来看到2D图像，而在3D模式下打开栅栏来看到3D图像。此外，通过驱动垂直方向的像素开启垂直方向栅栏，用户能够看到显示垂直方向立体图像的画面，而通过驱动水平方向的像素开启水平方向栅栏，用户能够看到水平方向立体图像。亦即，根据本发明的栅栏和包括所述栅栏的立体图像显示设备能够在2D和3D模式之间以及垂直与水平显示之间转换。
图4和图5是示出了本发明LC层(40a)的盒型栅栏图案结构的示意图。通过根据水平方向(X-X’)和垂直方向(Y-Y’)轮流设置每个不同尺寸的盒型栅栏，LC层(40a)形成盒型图案结构。如图5所示，当把形成每一水平方向栅栏的像素称为第一水平方向盒列、第二水平方向盒列、第三水平方向盒列等时，轮流(即以交替重复的方式)在第一水平方向盒列设置宽度*长度为a*c的第一像素和b*c的第二像素，轮流在第二水平方向盒列设置宽度*长度为a*d的第三像素和b*d的第四像素。这里，a、b、c和d的值是基于显示模块标准计算的，确定它们以精确表示栅栏的厚度和间隔。
此外，将第三水平方向盒列设置成与第一水平方向盒列具有同样的结构，将第四水平方向盒列设置成与第二水平方向盒列具有同样的结构。亦即，本发明的栅栏基板具有这样的布置，其中，在垂直方向上轮流设置具有不同结构的两个水平方向盒列。
如本发明的范例所示，为了形成水平方向的栅栏，可以通过开启所有奇数编号的盒列并关闭所有偶数编号的盒列以实现栅栏之间的间隔来形成栅栏；或者通过关闭所有奇数编号的盒列以实现栅栏之间的间隔并开启所有偶数编号的盒列来形成栅栏。
此外，通过从垂直方向观察所述结构，本领域的技术人员可以清楚地理解，宽度*长度为a*c的第一像素和a*d的第三像素是轮流设置在第一垂直方向盒列的，而宽度*长度为b*c的第二像素和b*d的第四像素是轮流设置在第二垂直方向盒列的。
于是，根据本发明的视差栅栏图案包括盒列的构成，其中，不同大小的两种像素被设置在水平方向和垂直方向上，而且轮流将根据所述布置具有不同结构的两个盒列设置在水平方向和垂直方向上。
如上所述，栅栏图案具有这样的结构，其中在水平方向和垂直方向上轮流设置具有不同大小的盒列。不过，如图4和图5所示，本发明的范例具有这样的构成，其中，在确定栅栏形成列和间隔形成列之后，宽度*长度为b*d且在形成垂直方向或水平方向的栅栏时始终形成间隔的第四像素一直保持关闭，从而在形成LC图案结构时，可以沿垂直或水平方向轮流除去它以构成栅栏图案。
在所述结构中，在每一个像素之间形成微小的盒间隙。所述盒间隙具有从小于十微米到几十微米的尺寸，优选大约为10微米，但不限于此。如图4和图5所示，本发明的栅栏图案结构不是如现有技术那样由没有间隙的竖直条形成的，而是由以特定间隔距离设置的具有盒间隙的像素组合形成的。于是，本发明的栅栏图案由于盒间隙尺寸小使其看起来像没有间隙的竖直条，由此它能够将栅栏转换成垂直或水平方向，同时保持常规栅栏的功能。
此外，本发明的视差栅栏和包括所述视差栅栏的立体图像显示设备的控制器(40b)控制着LC层(40a)，包括两个分段端子(S1，S2)和两个公共端子(C1，C2)，将参考图6和图7解释其细节。
亦即，在2D模式和3D模式之间以及在垂直方向和水平方向之间转换栅栏是通过基于连接至LC层(40a)的两个分段端子(S1，S2)和两个公共端子(C1，C2)的组合来开启或关闭像素而实现的。例如，假设LC层的水平方向中的盒列为x1、x2、x3等，在垂直方向上的盒列为y1、y2、y3等，如图6所示，分段端子(S1)连接到垂直方向盒列中的奇数编号列，例如y1、y3、y5等，而分段端子(S2)连接到垂直方向盒列中的偶数编号列，例如y2、y4、y6等；公共端子(C1)连接到水平方向盒列中的奇数编号列，例如x1、x3、x5等，公共端子(C2)连接到水平方向盒列中的偶数编号列，例如x2、x4、x6等。图7示出了图6的标记部分的放大图。之后，在激活分段端子(S1)、公共端子(C1)和公共端子(C2)时，如图8所示形成垂直方向的栅栏。此外，在激活分段端子(S1)、分段端子(S2)和公共端子(C1)时，如图9所示形成水平方向的栅栏，由此能够在旋转了90°的屏幕上显示立体图像。然而，本发明的视差栅栏和包括所述视差栅栏的立体图像显示设备不限于分段端子(S1，S2)连接到垂直方向盒列而公共端子(C1，C2)连接到水平方向盒列的所述范例，对于本领域技术人员来说很清楚的是，如下范例也是可能的，其中分段端子(S1，S2)连接到水平方向列，而公共端子(C1，C2)连接到垂直方向列，并由此切换水平/垂直方向的连接。亦即，本发明的视差栅栏和包括所述视差栅栏的立体图像显示设备通过盒单元控制像素以激活像素，结果，它们能够通过在由列单元驱动像素时加以控制来通过简单方式显示立体图像。
栅栏的厚度和间隔是根据平板显示器厚度、观看距离和液晶盒的点距决定的。同时，如上所述，由于常规TFT-LCD沿水平方向将像素平均分成R、G和B三部分，可能无法在垂直方向屏幕上正常显示立体图像，因为R、G或B可能被部分阻挡，且可视角度和观看距离可能被减小，这些可能成为问题。不过，本发明的视差栅栏和包括所述视差栅栏的立体图像显示设备能够在水平/垂直方向上转换栅栏的方向，于是它们能够沿水平方向将TFT-LCD屏旋转90°。在这种情况下，由于RGB的布置方向偏移到垂直方向，而不是水平方向，因此，无论栅栏位置和厚度如何，都可以均匀地显示每个R、G和B而不受阻挡，因此，设计栅栏厚度和间隔变得容易，并由此能够显著提高可视角度和观看距离。也就是说，能够将栅栏设计成具有窄厚度且到下一栅栏的间隔宽，由此与常规RGB显示方法相比能够实现更宽的可视角度、更大的观看距离和更好的亮度；并且降低了制造工艺中的难度，从而提高了工作效率。
以下将参考图10描述本发明的视差栅栏和包括所述视差栅栏的立体图像显示设备增强亮度的功能。从诸如TFT-LCD的显示模块发射的光(801)具有单方向的偏振光(例如S-S’方向)。于是，如果使下层(30)的蚀刻方向与光(801)的偏振方向(S-S’)一致，可以使光亮度的减小最小化。之后，穿过下层(30)的光(802)进入LC层(40a)。在范例中，所述LC层(40a)可以由扭转角为90°的扭转磁(TN)液晶(LC)制成，当未施加电压时所述TN LC分子保持90°扭转角，当施加特定电场时，扭转角变松动。于是，通过将上层(50)的蚀刻方向形成为与下层(30)的蚀刻方向差90°，有可能根据LC层(40a)是否被驱动而形成或消除栅栏图案。然后，光(804)进入偏振器(60)，然后使偏振器(60)具有与上层(50)的蚀刻方向相同的偏振方向，由此使光(804)亮度的降低最小化。
此外，如上所述，本发明的视差栅栏和包括所述视差栅栏的立体图像显示设备在形成于LC层(40a)处的像素之间具有盒间隙，由此使光亮度降低最小化。
如上所示，如果屏幕被旋转90°，可以直接将本发明的结构(其中，将像素垂直分成通过垂直方向或水平方向转换功能而显示的R、G和B)体现在平板显示器中，例如常规TFT-LCD、有机EL、PDP、FED等中，其中，将像素沿水平方向分成R、G和B三部分以显示图像。于是，通过将栅栏设计成能够转换到水平和垂直方向而不是单一方向，在不仅沿水平方向而且还沿垂直方向将像素分成R、G和B之后，可以在显示图像的屏幕上显示立体图像。
图11和图12是示出了被应用到移动电话液晶显示器的包括本发明的视差栅栏的立体图像显示设备的范例。近来，移动电话，例如那些具有电影或游戏功能的移动电话常常包括这样的构成，其使得它能够沿水平方向旋转LCD装置。于是，利用本发明的立体图像显示设备，有可能使移动电话能够沿水平方向和垂直方向显示高质量的立体图像。此外，用于移动电话的液晶显示器一般是TFT-LCD，如上所述，可以将液晶显示器旋转90°以便在垂直方向上将像素分成R、G和B，由此获得所述R、G或B中的任一个都不被栅栏阻挡的效果。此外，如上所述，可以将本发明的LCD装置应用到诸如有机EL、PDP、FED等的显示器，本领域的技术人员能够理解本发明的范围不限于所述范例。
此外，已经述及的范例仅用于帮助本领域的技术人员充分理解和实施本发明。本领域的技术人员知道，可以用多种方式修改所述范例，并可以将本文界定的一般理论应用到其他范例而不超出本发明的技术要点或范围。因此，本发明并不意在将其范围限制在本文公开的范例，而是意在包括涵盖本文公开的理论和新颖特征的最大范围。
工业实用性
本发明的视差栅栏和包括所述视差栅栏的立体图像显示设备利用液晶屏板将所述栅栏制造成盒型以再现立体图像，从而能够根据立体图像的特征在2D和3D模式之间转换以及将栅栏转换成水平或垂直方向。
此外，该视差栅栏和包括所述视差栅栏的立体图像显示设备通过允许在LC层设置成盒型的像素之间有盒间隙，并控制下层和上层的蚀刻方向以及偏振光的方向，从而能够提高亮度。
此外，本发明的视差栅栏和包括所述视差栅栏的立体图像显示设备通过将设置于水平方向中的R、G和B中的像素旋转90°而能够显示立体图像，由此能够增大可视角度和观看距离。
此外，本发明的视差栅栏和包括所述视差栅栏的立体图像显示设备在制造中几乎没有困难，因而能够提高工作效率。
最后，该视差栅栏和包括所述视差栅栏的立体图像显示设备在形成栅栏时通过垂直/水平列单元而非盒单元来控制像素，从而简化了设备的结构并能够降低制造成本。

Claims (13)

1.一种视差栅栏，包括：
液晶层，所述液晶层包括设置成盒型矩阵结构的像素，以根据预定控制方法形成水平或垂直方向的栅栏；
控制器，用于通过根据所述控制方法有选择地开启或关闭所述像素来控制所述液晶层的所述像素，以形成水平或垂直方向的栅栏图案；
下层，所述下层形成于所述液晶层和预定显示模块之间，以便将所述液晶层和所述控制器设置在距所述显示模块预定距离的位置处；
上层，所述上层形成于所述液晶层的顶部上以便设置所述液晶层和所述控制器；以及
偏振器，所述偏振器形成于所述上层的顶部上，并且通过控制光的偏振角根据形成于所述液晶层上的所述栅栏图案使所述栅栏可视化，其中所述光从所述显示模块发射并穿过所述下层、所述液晶层和所述上层。
2.根据权利要求1所述的视差栅栏，
其中所述盒型矩阵结构包括：
水平方向的第一盒列，其具有沿水平方向以交替重复方式设置的第一像素和第二像素，其中所述第一和第二像素的尺度彼此不同；以及
水平方向的第二盒列，其具有沿所述水平方向以交替重复方式设置的第三像素和第四像素，其中所述第三和第四像素的尺度彼此不同，
其中沿垂直方向以交替重复方式设置所述水平方向的第一和第二盒列。
3.根据权利要求2所述的视差栅栏，
其中从所述矩阵结构消除所述设置的第四像素。
4.根据权利要求2所述的视差栅栏，
其中在所述像素之间形成盒间隙。
5.根据权利要求1所述的视差栅栏，
其中所述控制器包括：
第一分段端子、第二分段端子；以及
第一公共端子、第二公共端子，
其中所述第一分段端子连接到所述垂直方向的盒列中的奇数编号的像素，且所述第二分段端子连接到所述垂直方向的盒列中偶数编号的像素，
其中所述第一公共端子连接到所述水平方向的盒列中奇数编号的像素，且所述第二公共端子连接到所述水平方向的盒列中偶数编号的像素。
6.根据权利要求5所述的视差栅栏，
其中用于形成水平或垂直方向的所述栅栏的所述控制方法包括：
通过激活所述第一分段端子、所述第一公共端子和所述第二公共端子形成所述垂直方向的栅栏；以及
通过激活所述第一分段端子、所述第二分段端子和所述第一公共端子形成所述水平方向的栅栏。
7.根据权利要求1所述的视差栅栏，
其中所述控制器包括：
第一分段端子、第二分段端子；以及
第一公共端子、第二公共端子，
其中所述第一分段端子连接到所述水平方向的盒列中的奇数编号的像素，且所述第二分段端子连接到所述水平方向的盒列中偶数编号的像素，
其中所述第一公共端子连接到所述垂直方向的盒列中的奇数编号的像素，且所述第二公共端子连接到所述垂直方向的盒列中偶数编号的像素。
8.根据权利要求7所述的视差栅栏，
其中用于形成水平或垂直方向的所述栅栏的所述控制方法包括：
通过激活所述第一分段端子、所述第一公共端子和所述第二公共端子形成所述水平方向的栅栏；以及
通过激活所述第一分段端子、所述第二分段端子和所述第一公共端子形成所述垂直方向的栅栏。
9.根据权利要求1所述的视差栅栏，
其中与所述液晶层接触的所述下层的蚀刻方向与所述显示模块发射的光的偏振方向相同，以使所述光的亮度降低最小化。
10.根据权利要求1所述的视差栅栏，
其中与所述液晶层接触的所述上层的蚀刻方向是从与所述液晶层接触的所述下层的蚀刻方向旋转90度的方向，从而
根据所述液晶层是否被驱动来形成或消除所述栅栏图案。
11.根据权利要求1所述的视差栅栏，
其中所述偏振器仅位于所述上层之前，并且
其中所述偏振器的偏振方向与所述上层的蚀刻方向相同。
12.一种立体图像显示设备，包括：
用于提供立体图像内容的显示模块；以及
能够根据预定控制方法形成水平或垂直方向的栅栏的视差栅栏，
其中所述视差栅栏包括：
液晶层，所述液晶层包括设置成盒型矩阵结构的像素，以根据所述控制方法形成水平或垂直方向的栅栏；
控制器，用于通过根据所述控制方法有选择地开启或关闭所述像素来控制所述液晶层的所述像素，以形成水平或垂直方向的栅栏图案；
下层，所述下层形成于所述液晶层和预定显示模块之间，以便将所述液晶层和所述控制器设置在距所述显示模块预定距离的位置处；
上层，所述上层形成于所述液晶层的顶部上以便设置所述液晶层和所述控制器；以及
偏振器，所述偏振器形成于所述上层的顶部上，并通过控制光的偏振角根据形成于所述液晶层上的所述栅栏图案使所述栅栏可视化，其中所述光从所述显示模块发射并穿过所述下层、所述液晶层和所述上层。
13.根据权利要求12所述的立体图像显示设备，其中所述显示模块为平板显示器模块、薄膜晶体管液晶显示器模块、有机发光二极管模块、场致发射显示器模块和等离子体显示板模块中的一种。
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