CN101438599B - 多视角自动立体显示器 - Google Patents

Abstract

一种多视角自动立体显示器包括：背光单元；第一偏振面板，透射具有第一偏振的光；第一偏振开关，改变入射光的偏振；第一各向异性装置阵列，包括沿水平方向顺序并重复布置的各向异性装置，以使从相邻的各向异性装置透射的光具有正交的偏振；双凸透镜阵列，具有水平布置的双凸透镜装置，将入射光分离为不同的方向；第二偏振面板，透射具有第二偏振的光；第二各向异性装置阵列，具有交替地水平布置的各向异性装置，以使所述各向异性装置透射具有正交的偏振的光；第二偏振开关，改变来自双凸透镜阵列的光的偏振；第三各向异性装置阵列，具有交替地垂直布置的各向异性装置，以使所述各向异性装置透射具有正交的偏振的光；显示面板，通过调制入射光来形成图像。

Description

多视角自动立体显示器

技术领域

本发明涉及一种多视角自动立体(multiview autostereoscopic)显示器，该多视角自动立体显示器具有使观看者能够从不同位置看到自动立体图像的扩大的视区(viewing zone)。

背景技术

双眼视差方法是用于在平板显示器中提供自动立体图像的有效方法。双眼视差方法通过分离立体像对的左眼和右眼视区以允许观看者的左右眼看到不同的图像来提供三维图像。分离左眼图像和右眼图像的方法包括使用双凸透镜阵列的双凸透镜方法以及视差栅栏方法。根据现有技术，针对左眼图像显示一组列(例如，奇数列)，针对右眼图像显示一组列(例如，偶数列)。然而，由于在同一显示面板上显示左眼图像区和右眼图像区，因此存在这样的问题：每个图像的分辨率不超过显示面板的全分辨率的一半。

近来正在开发具有快速响应的LCD面板，通过使用连续地显示左眼图像和右眼图像的帧，具有LCD面板的全分辨率的自动立体图像的呈现是可能的。在此情况下，以显示面板的全分辨率显示左眼图像和右眼图像。在该系统中，为了提供帧的顺序的显示，需要这样的装置，该装置通过选择性地在左眼图像和右眼图像之间切换来显示左眼图像和右眼图像。例如，通过使用具有偏振特性的偏振开关来改善三维图像的分辨率。

发明内容

技术问题

然而，因为传统的三维图像设备仅以两个视点(viewpoint)提供图像，因此传统的三维图像设备具有非常窄的视区。所以，当观看者移动头部时，左右图像颠倒，从而不能适当地观看三维图像。为了解决该问题，使用眼跟踪方法。然而，眼跟踪方法具有仅适用于一个观看者的限制。

技术方案

本发明的示例性实施例克服上述缺点和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。本发明的示例性实施例提供一种多视角自动立体显示器，所述多视角自动立体显示器扩大观看者的视区，并且即使当观看者的位置改变时使观看者也能够看到自动立体图像。

根据本发明的一方面，提供一种多视角自动立体显示器，所述多视角自动立体显示器包括：背光单元；第一偏振面板，透射从背光单元发出的具有第一偏振方向的光；第一偏振开关，改变入射到其上的光的偏振方向；第一各向异性装置阵列，包括沿水平方向顺序并重复布置的第一、第二、第三和第四各向异性装置，所述第一各向异性装置阵列透射光，以使各向异性装置透射的光的偏振与相邻的各向异性装置透射的光的偏振正交；双凸透镜阵列，包括沿水平方向布置的多个双凸透镜装置，所述双凸透镜阵列将从第一、第二、第三和第四各向异性装置透射的光分离为不同的方向；第二偏振面板，透射从双凸透镜阵列发出的具有第二偏振方向的光；第二各向异性装置阵列，包括沿水平方向交替布置的第五和第六各向异性装置，所述第二各向异性装置阵列透射光，以使第五各向异性装置透射的光的偏振与第六各向异性装置透射的光的偏振正交；第二偏振开关，改变入射到其上的光的偏振方向；第三各向异性装置阵列，包括沿垂直方向交替布置的第七和第八各向异性装置，所述第三各向异性装置阵列透射光，以使第七各向异性装置透射的光的偏振与第八各向异性装置透射的光的偏振正交；显示面板，通过调制入射光来形成图像。

第一至第四各向异性装置的每个与双凸透镜装置之一对应。

双凸透镜装置的间距等于或小于第一至第四各向异性装置在垂直方向的宽度之和。

第五和第六各向异性装置的每个与双凸透镜装置之一对应。

双凸透镜装置的间距等于或小于第五和第六各向异性装置在垂直方向的宽度之和。

第七和第八各向异性装置的每个与显示面板的多个像素行之一对应。

条纹形的不透明掩膜被布置在第七和第八各向异性装置之间。

黑矩阵被布置在显示面板的像素之间。黑矩阵在垂直方向的宽度为D1；不透明掩膜在垂直方向的宽度为D2；显示面板像素与第三各向异性装置阵列之间的距离为t；从面板的视距为L；不发生串扰的视区的高度H2满足等式：H2＝(L/t)(D1+D2)。

第七和第八各向异性装置在垂直方向的宽度等于或大于显示面板的像素行之间的垂直方向的间距。

第一和第二偏振开关的每个包括电可控的液晶延迟器或偏振旋转器。

第一各向异性装置阵列和双凸透镜阵列之间的距离等于或大于双凸透镜装置的焦距。

第一至第四各向异性装置的每个包括具有预定偏振面的偏振器，其中，相邻各向异性装置的偏振面彼此正交。

第五和第六各向异性装置的每个包括具有预定偏振面的偏振器，其中，形成第五和第六各向异性装置的偏振器的偏振面彼此正交。

第七和第八各向异性装置的每个包括具有预定偏振面的偏振器，其中，形成第七和第八各向异性装置的偏振器的偏振面彼此正交。

有益效果

根据本发明的示例性实施例的多视角自动立体显示器通过在三个或更多个视点处显示图像，即使当观看者移动时也提供在左右图像之间不颠倒显示的优良的自动立体图像。因此，观看者可更自由地观看自动立体图像。此外，当使用具有高响应速度的显示面板以隔行扫描方法显示多视角图像时，提供全分辨率的自动立体图像。此外，通过在各向异性装置阵列中布置条纹形的不透明掩膜来减少串扰，显示高质量的图像。

附图说明

图1示出根据本发明示例性实施例的多视角自动立体显示器的透视图；

图2示出根据本发明示例性实施例的图1的多视角自动立体显示器的平面图；

图3A示出根据本发明示例性实施例的用于说明在图1的多视角自动立体显示器的第一偏振开关断开时形成的图像的操作的示图；

图3B示出根据本发明示例性实施例的用于说明在图1的多视角自动立体显示器中的第一偏振开关导通时形成的图像的操作的示图；

图4示出根据本发明示例性实施例的图1的多视角自动立体显示器的每帧的图像的示图；

图5示出根据本发明示例性实施例的根据图1的多视角自动立体显示器的第一偏振开关和第二偏振开关的切换在第一至第四视点的图像的示图；

图6示出根据本发明示例性实施例的图1的多视角自动立体显示器的垂直剖面示图；

图7示出根据本发明示例性实施例的在图1的多视角自动立体显示器中采用的LCD面板的液晶层的局部详细示图；

图8示出根据本发明示例性实施例的在图1的多视角自动立体显示器中采用的第三各向异性装置阵列的局部详细示图；

图9A示出根据本发明示例性实施例的图1的多视角自动立体显示器的结构的示图，其中，在第三各向异性装置阵列上形成不透明掩膜；

图9B示出用于解释图9A的LCD面板和第三各向异性装置阵列之间的操作关系的示图；

图10示出根据本发明示例性实施例的通过图1的多视角自动立体显示器形成的图像的视区的示图。

具体实施方式

图1示出根据本发明示例性实施例的多视角自动立体显示器的透视图。参照图1，根据本方面示例性实施例的多视角自动立体显示器包括：背光单元100；第一偏振面板105，仅透射来自背光单元100的光的具有特定偏振方向的部分；第一偏振开关110，通过电控制来改变入射光束的偏振方向；第一各向异性装置阵列113。

多视角自动立体显示器还包括：第二偏振面板115，仅透射从第一各向异性装置阵列113发出的光中的具有特定偏振方向的光；第二各向异性装置阵列120；双凸透镜阵列123，将入射光束分离为多个视区；第二偏振开关125，改变入射光束的偏振方向；第三各向异性装置阵列130。多视角自动立体显示器还包括液晶显示(LCD)面板140，LCD面板140通过以像素为单位调制入射光束来形成图像。标号150表示视平面。

向LCD面板140提供光的背光单元100可包括将光直接照射向LCD面板140的直下式(direct type)背光单元100，并且可包括从背光单元100的侧边通过光导板来照射光的侧边式(edge type)背光单元100。可根据LCD面板140的尺寸来选择背光单元100的类型。直下式背光单元100适合于大尺寸的显示装置，而侧边式适合于中小尺寸的显示装置。

第一偏振面板105和第二偏振面板115仅透射具有特定偏振方向的光。例如，第一偏振面板105和第二偏振面板115可仅透射具有一定偏振方向的光(例如水平偏振的光)，或者，第一偏振面板105可透射具有第一偏振方向的光(例如水平偏振的光)，第二偏振面板115可透射具有第二偏振方向的光(例如垂直偏振的光)。然而，第一偏振面板105和第二偏振面板115的透射特性不限于此，可根据LCD面板140中使用的偏振方向对第一偏振面板105和第二偏振面板115进行不同的设计。

第一偏振开关110和第二偏振开关125包括电受控装置，该电受控装置能够根据施加的电压的幅度改变入射光束的偏振方向，并且能够与LCD面板140的操作同步地切换。例如，电可控的液晶延迟器(retarder)或偏振旋转器可用作偏振开关。在本实施例中，使用相对低成本的具有大约180Hz的切换速度的液晶延迟器。例如，当第一偏振开关110和第二偏振开关125由液晶延迟器形成时，当第一偏振开关110和第二偏振开关125导通时，入射光束不延迟，当第一偏振开关110和第二偏振开关125断开时，入射光束被相位延迟1/2波长(λ/2)。

由第一偏振开关110和第二偏振开关125改变的偏振方向的角度是示例性的，可根据LCD面板140以及第一偏振面板105和第二偏振面板115的偏振器的偏振方向被不同的设计。

图2示出根据本发明示例性实施例的图1的多视角自动立体显示器的平面图。参照图2，例如，第一各向异性装置阵列113可被布置在双凸透镜阵列123的焦面上。相应地，沿多视角自动立体显示器的水平方向顺序地并且重复地布置第一至第四各向异性装置113a、113b、113c和113d(如图3a所示)。第一至第四各向异性装置113a、113b、113c和113d在多视角自动立体显示器的垂直方向上较长。第一各向异性装置113改变入射光束的偏振方向，从而通过第一至第四各向异性装置113a、113b、113c和113d的光束的偏振方向彼此正交。

例如，第一至第四各向异性装置113a、113b、113c和113d的每个可由具有沿预定方向定位的偏振面的偏振器形成。在本发明中，形成第一各向异性装置113a和第三各向异性装置113c的偏振器的偏振面相同，形成第二各向异性装置113b和第四各向异性装置113d的偏振器的偏振面相同。形成第一各向异性装置113a和第三各向异性装置113c的偏振器的偏振面与形成第二各向异性装置113b和第四各向异性装置113d的偏振器的偏振面彼此正交。此外，第一至第四各向异性装置113a、113b、113c和113d可包括将入射光延迟预定相位的延迟器。在本发明中，形成第一各向异性装置113a和第三各向异性装置113c的延迟器没有相位延迟差，形成第二各向异性装置113b和第四各向异性装置113d的延迟器被形成为相位延迟差为λ/2。

形成第一各向异性装置113a和第三各向异性装置113c的延迟器与形成第二各向异性装置113b和第四各向异性装置113d的延迟器使得：第一各向异性装置113a和第三各向异性装置113c与第二各向异性装置113b和第四各向异性装置113d之间的相位延迟差为λ/2。例如，第一各向异性装置113a和第三各向异性装置113c不延迟入射光的相位，第二各向异性装置113b和第四各向异性装置113d将入射光的相位延迟λ/2。此外，第一各向异性装置113a和第二各向异性装置113b可包括将入射光旋转预定角度的旋转器。在本实施例中，形成第一各向异性装置113a的旋转器和形成第二各向异性装置113b的旋转器使得第一各向异性装置113a和第二各向异性装置113b的入射光的旋转角之差为90度。例如，第一各向异性装置113a不旋转入射光，而第二各向异性装置113b将入射光旋转90度，或者第一各向异性装置113a将入射光旋转-45度，而第二各向异性装置113b将入射光旋转+45度。

根据本实施例，通过第一偏振面板105、第一偏振开关110和第一各向异性装置阵列113的光根据第一偏振开关110的通-断切换可具有下面的偏振状态。第一，通过第一各向异性装置113a和第三各向异性装置113c的光具有水平偏振，而通过第二各向异性装置113b和第四各向异性装置113d的光具有垂直偏振。第二，通过第一各向异性装置113a和第三各向异性装置113c的光具有垂直偏振，而通过第二各向异性装置113b和第四各向异性装置113d的光具有水平偏振。

其次，第二各向异性装置阵列120包括沿多视角自动立体显示器的水平方向交替地布置的第五各向异性装置120a和第六各向异性装置120b(如图3A所示)。第五各向异性装置120a和第六各向异性装置120b在多视角自动立体显示器的垂直方向上较长。例如，第五各向异性装置120a可被布置在第二各向异性装置阵列120的奇数列中，而第六各向异性装置120b可被布置在第二各向异性装置阵列120的偶数列中。第二各向异性装置阵列120改变入射光的偏振方向，从而通过第五各向异性装置120a和第六各向异性装置120b的光的偏振方向可以彼此正交。第二各向异性装置阵列120由具有彼此正交的偏振面的偏振面板、之间具有λ/2的相位延迟差的延迟器或者之间具有90度的旋转角差的旋转器形成。由于第二各向异性装置阵列120的结构和操作基本上与第一各向异性装置113阵列的结构和操作相同，因此在这里将省略对其的描述。

双凸透镜阵列123由沿多视角自动立体显示器的水平方向布置的多个双凸透镜装置123a形成。双凸透镜装置123a的每个在多视角自动立体显示器的垂直方向上较长，并与第一至第四各向异性装置113a、113b、113c和113d以及第五和第六双折射装置120a和120b平行。第一至第四各向异性装置113a、113b、113c和113d可被布置为其每一个与一个双凸透镜装置123a相对应，第五和第六各向异性装置120a和120b被布置为其每一个与一个双凸透镜装置123a相对应。

双凸透镜阵列123通过将入射光分离为多个视点来发射入射光。根据入射光入射到双凸透镜阵列123上的位置，通过双凸透镜的123的光被分离为在视距(viewing distance)处的不同视点的不同视区，并形成图像。例如，从第一各向异性装置113a输出的光可通过双凸透镜阵列123沿第四视点的第四方向行进；从第二各向异性装置113b输出的光可沿第三视点的第三方向行进；从第三各向异性装置113c输出的光可沿第二视点的第二方向行进；从第四各向异性装置113d输出的光可沿第一视点的第一方向行进。

如在现有技术中公知的，在视距处的相邻视点之间的间隔可以为大约65mm。双凸透镜阵列123的双凸透镜装置123a之间的间距(pitch)可以与由第一至第四各向异性装置113a、113b、113c和113d形成的一对各向异性装置阵列的间距相同，或者可以比所述一对各向异性装置阵列的间距稍小。即，双凸透镜装置123a的宽度可以与第一至第四各向异性装置113a、113b、113c和113d的宽度之和相同，或者比所述宽度之和稍小。此外，双凸透镜阵列123和第一各向异性装置阵列113之间的距离可以等于或稍大于双凸透镜阵列123的双凸透镜装置123a的焦距。

第二偏振开关125和第三各向异性装置阵列130布置在双凸透镜阵列123之后。然而，第二偏振开关125可布置在双凸透镜阵列123之前。

第三各向异性装置阵列130包括第七各向异性装置130a和第八各向异性装置130b(如图1所示)，所述第七各向异性装置130a和第八各向异性装置130b在多视角自动立体显示器的水平方向上较长，并且沿多视角自动立体显示器的垂直方向被交替地布置。通过第三各向异性装置阵列130的第七各向异性装置130a和第八各向异性装置130b的光的偏振方向彼此正交。例如，第三各向异性装置阵列130的第七各向异性装置130a和第八各向异性装置130b包括具有彼此正交的偏振面的偏振面板、使第七各向异性装置130a和第八各向异性装置130b之间具有λ/2的相位延迟差的延迟器或者具有90度的旋转角差的旋转器。由于第三各向异性装置阵列130的第七各向异性装置130a和第八各向异性装置130b的结构和操作与第一各向异性装置阵列113和第二各向异性装置阵列120的结构和操作基本相同，因此即使第七各向异性装置130a和第八各向异性装置130b的布置方向与第一各向异性装置阵列113和第二各向异性装置阵列120的各向异性装置的布置方向不同，也将在这里省略对它们的详细描述。

LCD面板140包括前偏振器140a、后偏振器140c和布置在前偏振器140a和后偏振器140c之间的液晶层140b。LCD面板140的前偏振器140a透射沿特定方向偏振的光，当液晶层的液晶的排列通过电控制被改变时，偏振光的透射率根据液晶层的液晶的排列以像素为单位而改变，从而形成图像。

将详细描述根据本实施例的多视角自动立体显示器的操作。在本实施例中，可根据第一偏振开关110和第二偏振开关125的通-断状态形成四种类型的帧。即，第一偏振开关110和第二偏振开关125断开时的第一帧；第一偏振开关110导通和第二偏振开关125断开时的第二帧；第一偏振开关110断开和第二偏振开关125导通时的第三帧；第一偏振开关110和第二偏振开关125导通时的第四帧。参照图3A，将描述第一偏振开关110和第二偏振开关125断开时的第一帧。假设第一偏振面板105仅透射水平偏振的光，第二偏振面板115仅透射垂直偏振的光。在图3A和图3B中，箭头的方向表示偏振的方向。

例如，从背光单元100发出的光被第一偏振面板105偏振为水平方向的光，所述光的偏振方向根据第一偏振开关110的通-断状态而改变。当第一偏振开关110断开时，水平偏振的光被改变为垂直偏振的光，并且垂直偏振的光入射到第一各向异性装置阵列113。例如，通过第一各向异性装置113a和第三各向异性装置113c的光被改变为水平偏振的光，通过第二各向异性装置113b和第四各向异性装置113d的光被改变为垂直偏振的光。然后，仅垂直偏振的光通过第二偏振面板115。因此，在当前实施例中，仅通过第二各向异性装置113b和第四各向异性装置113d的光入射到第二各向异性装置阵列120上。当垂直偏振的光通过第二各向异性装置阵列120时，通过第五各向异性装置120a的光仍为垂直偏振的光，通过第六各向异性装置120b的光被改变为水平偏振的光。

垂直偏振的光和水平偏振的光被双凸透镜阵列123分离，从而以不同的方向被发射。垂直偏振的光被指引向第三方向(第三视点)，水平偏振的光被指引向第一方向(第一视点)。其后，当第二偏振开关断开时，偏振方向被改变，从而光入射到第三各向异性装置阵列130上。在朝第三方向行进的垂直偏振的光中，通过第七各向异性装置130a的光被改变为水平偏振的光，通过第八各向异性装置130b的光保持为垂直偏振。在朝第一方向行进的水平偏振的光中，通过第七各向异性装置130a的光被改变为垂直偏振的光，通过第八各向异性装置130b的光保持为水平偏振。

结果，通过第三各向异性装置阵列130的光包括：作为用于第三视点的光的奇数行的水平偏振的光和偶数行垂直偏振的光；作为用于第一视点的光的奇数行的垂直偏振的光和偶数行水平偏振的光。当假设LCD面板140的前偏振器140a透射水平偏振的光时，在通过第三各向异性装置阵列130的光中，只有用于第三视点的光的奇数行的水平偏振的光通过LCD面板140的前偏振器140a，只有用于第一视点的光的偶数行的水平偏振的光通过LCD面板140的前偏振器140a。第七各向异性装置130a可布置在奇数行上，第八各向异性装置130b可布置在偶数行上。奇数行的第七各向异性装置130a可对应于LCD面板140的奇数行的像素，偶数行的第八各向异性装置130b可对应于LCD面板140的偶数行的像素。因此，通过在偶数行的像素处形成第一视点的图像并且在奇数行的像素处形成第三视点的图像的隔行扫描(interlacing)方法来显示图像。

当第一偏振开关110断开并且第二偏振开关125导通时(第三帧)，在奇数行的像素处形成第一视点的图像，在偶数行的像素处形成第三视点的图像。图4示出根据本发明示例性实施例的用于第一至第四帧的各个视点的行。

参照图3B，当第一偏振开关110导通并且第二偏振开关125断开时(第二帧)，从背光单元100发出的光被第一偏振面板106偏振为(例如)水平偏振的光。当第一偏振开关110导通时，水平偏振的光通过第一偏振开关110，而不改变偏振方向，并且入射到第一各向异性装置阵列113上。通过第一各向异性装置113a和第三各向异性装置113c的光可被改变为垂直偏振的光，通过第二各向异性装置113b和第四各向异性装置113d的光可被改变为水平偏振的光。然后，第二偏振面板115仅透过垂直偏振的光。因此，在本实施例中，仅通过第一各向异性装置113a和第三各向异性装置113c的光入射到第二各向异性装置阵列120上。当垂直偏振的光通过第二各向异性装置阵列120时，通过第五各向异性装置120a的光保持垂直偏振，通过第六各向异性装置120b的光被改变为水平偏振的光。

垂直偏振的光和水平偏振的光被双凸透镜阵列123分离，并沿不同的方向被发射。垂直偏振的光沿第四方向(第四视点)行进，水平偏振的光沿第二方向(第二视点)行进。其后，当第二偏振开关125导通时，光入射到第三各向异性装置阵列130上，而不改变偏振方向。在朝第四方向行进的垂直偏振的光中，通过第七各向异性装置130a的光被改变为水平偏振的光，通过第八各向异性装置130b的光保持垂直偏振。在朝第二方向行进的水平偏振的光中，通过第七各向异性装置130a的光被改变为垂直偏振的光，通过第八各向异性装置130b的光保持水平偏振。

结果，通过第三各向异性装置阵列130的光包括：作为用于第四视点的光的奇数行的水平偏振的光和偶数行垂直偏振的光；作为用于第二视点的光的奇数行的垂直偏振的光和偶数行水平偏振的光。在通过第三各向异性装置阵列130的光中，只有用于第四视点的光束的奇数行的水平偏振的光通过LCD面板140的前偏振器140a，只有用于第二视点的光束的偶数行的水平偏振的光通过LCD面板140的前偏振器140a。因此，通过在偶数行的像素处形成第二视点的图像并且在奇数行的像素处形成第四视点的图像的隔行扫描方法来显示图像。通过上述用隔行扫描方法来显示图像，可以以全分辨率提供多视角自动立体图像。

当第一偏振开关110导通并且第二偏振开关125导通时(第四帧)，在奇数行的像素处形成第二视点的图像，在偶数行的像素处形成第四视点的图像。图4示出根据本发明示例性实施例的在第一至第四帧的形成各个视点的图像处的行。

图5示出根据本发明示例性实施例的当刷新率为(例如)120Hz时针对第一至第四视点的顺序操作。参照图5，当第一偏振开关110和第二偏振开关125断开时(第一帧)，当t＝T₀时在第一视点和第三视点形成图像。此时，在偶数行的像素处形成第一视点的图像，在奇数行的像素处形成第三视点的图像。当第一偏振开关110导通并且第二偏振开关125断开时(第二帧)，当t＝T₀+8.33(ms)时在第二视点和第四视点形成图像。此时，在偶数行的像素处形成第二视点的图像，在奇数行的像素处形成第四视点的图像。当第一偏振开关110断开并且第二偏振开关125导通时(第三帧)，当t＝T₀+16.67时在第一视点和第三视点形成图像。此时，在奇数行的像素处形成第一视点的图像，在偶数行的像素处形成第三视点的图像。当第一偏振开关110导通并且第二偏振开关125导通时(第四帧)，当t＝T₀+25(ms)时在第二视点和第四视点形成图像。此时，在奇数行的像素处形成第二视点的图像，在偶数行的像素处形成第四视点的图像

根据本实施例，第三各向异性装置阵列130的第七各向异性装置130a和第八各向异性装置130b的每个可对应于LCD面板140的像素行。在本实施例中，第三各向异性装置阵列130的第七各向异性装置130a和第八各向异性装置130b的数量与LCD面板的像素行的数量相同。

参照图6，为了防止在LCD面板140上显示的图像上出现莫尔图案(Moire pattern)，第三各向异性装置阵列130的第七各向异性装置130a和第八各向异性装置130b的垂直方向的宽度P2比LCD面板140的像素行的间距P1稍大。图6示出根据本发明示例性实施例的图1的多视角自动立体显示器的垂直剖面示图。为了便于说明，在图6中略去在第一各向异性装置阵列113和第三各向异性装置阵列130之间存在的其他元件。

如图6所示，从观看者的角度，第三各向异性装置阵列130的第七各向异性装置130a和第八各向异性装置130b沿垂直方向被布置在LCD面板140的背面。此外，多个像素px以二维的方式被水平和垂直地布置在LCD面板140上。在图6中，仅沿垂直方向被布置在LCD面板140上的像素px可以被看到。观看者的眼睛位于LCD面板140之前的点。当图像被聚焦在观看区的点时，为了使通过第三各向异性装置阵列130的第七各向异性装置130a和第八各向异性装置130b的每个的光束通过与之对应的像素行，与位于比观看者的眼睛高或低的位置的像素行对应的第三各向异性装置阵列130的第七各向异性装置130a和第八各向异性装置130b需要被布置在比对应的像素行高或低的位置。为此，第三各向异性装置阵列130的第七各向异性装置130a和第八各向异性装置130b的间距应该比LCD面板140的像素行的间距稍大。例如，当LCD面板140的像素行的间距为大约0.265mm时，第三各向异性装置阵列130的第七各向异性装置130a和第八各向异性装置130b的间距可以为大约0.266mm。

根据观看者的眼睛的高度，在相邻视点的图像被混合或颠倒的情况下可发生串扰。因此，为了更方便地观看自动立体图像，可增加相邻视点处的图像被精确地分离的高度的范围。为了实现该目的，如图7所示，使用在LCD面板140的LCD层140b的像素px之间存在的黑矩阵141。通常，LCD面板140具有形成在LCD层140b的像素px之间的黑矩阵141以将像素px彼此分离，所述黑矩阵141在垂直方向的宽度为D1。在根据本实施例的第三各向异性装置阵列130中，如图9B所示，与LCD面板140的黑矩阵141对应的条纹形的不透明掩膜131被水平地布置在第三各向异性装置阵列130的第七各向异性装置130a和第八各向异性装置130b之间。不透明掩膜131的垂直方向的宽度被标记为D2。

图9A示出根据本发明示例性实施例的在不透明掩膜131和黑掩膜141被分别布置在第三各向异性装置阵列130和LCD面板140中的状态的垂直剖面示图。图9B是示出用于解释对于相邻视点的图像被精确地分离的高度的范围的第三各向异性装置阵列130的不透明掩膜131和LCD面板140的黑矩阵141的效果的图9A的主要部分的放大示图。第三各向异性装置阵列130的第七各向异性装置130a和第八各向异性装置130b垂直方向的宽度为P2；LCD面板140的像素px的垂直方向的宽度为P1；相邻视点的图像被精确地分离的高度的范围为H2；相邻视点的图像被分离或颠倒的高度的范围为H1；第三各向异性装置阵列130与LCD面板140的液晶层140b之间的距离为t；从LCD面板140的液晶层140b到观看者的视距为L。黑矩阵141的垂直方向的宽度为D1，不透明掩膜131的垂直方向的宽度为D2。在图9B中，可从三角形ABC和三角形EFC获得下面的等式1。

[Math.1]

$\frac{P1}{L}=\frac{P2}{(L+t)}$

[等式1]

可从梯形BGKC和梯形FJKC获得等式2。

[Math.2]

$\frac{t}{L}=\frac{(P1+D1)}{H2}$

[等式2]

可从梯形BGKC和梯形BGJF获得等式3。

[Math.3]

$\frac{t}{L}=\frac{(P2-D2)}{(P1+D1)}$

[等式3]

根据等式1和3，P1可被表示如下。

[Math.4]

$P1=\frac{t}{L}D1+D2$

[等式4]

通过将等式4应用到等式2来获得等式5，并且关于H2被表示如下。

[Math.5]

$H2=\frac{t}{L}(D1+D2+\frac{t}{L}D1)$

[等式5]

这里，由于t＜＜L，所以可忽略(t/L)D1项。因此，可获得等式6如下。

[Math.6]

$H2=\frac{t}{L}(D1+D2)$

[等式6]

参照等式6，随着LCD面板140的黑矩阵141和第三各向异性装置阵列130的不透明掩膜131的宽度D1和D2的增加，相邻视点的图像被精确的分离的高度的范围H2可极大的增加。因此，根据本实施例，为了增加视点被精确地分离的高度的范围H2，在不影响显示的图像的亮度的情况下，不透明掩膜131的宽度被增加到最大。这样，视点被精确地分离的高度的范围H2可以为大约150-200mm。

图10示出根据本发明示例性实施例的通过图1的多视角自动立体显示器形成的自动立体的图像的视区的示图。可在高度的范围H2内观看自动立体的并且被精确地分离的图像。图像没有被分离的区域111以及图像颠倒的区域112发生在高度的范围H1内。

同时，LCD面板140不显示帧的整个图像以及随后的下一帧的图像，而且顺序地显示从屏幕的顶部到底部的连续的帧的图像。因此，当在屏幕上显示两帧的图像时，串扰可使得不同视点的图像被混合和显示。为了解决该问题，如1所示的根据本实施例的多视角自动立体显示器使用被划分为数量为N的段100a的划分型背光单元100。此外，对应于背光单元100的段，第一偏振开关110和第二偏振开关125被划分并且进行切换。即，背光单元100和第一偏振开关110以及第二偏振开关125被划分为多个与LCD面板140的垂直扫描时间同步地被顺序地切换的多个水平段。背光单元100和第一偏振开关110以及第二偏振开关125的水平段可被独立地切换，并沿多视角自动立体显示器的垂直方向被布置。

根据本实施例，可根据设计适当地选择背光单元100和第一偏振开关110以及第二偏振开关125的段的数量。为了完全去除串扰，背光单元100和第一偏振开关110以及第二偏振开关125的段之一可对应于LCD面板140的像素行。然而，在本实施例中，由于制造成本巨幅增加，因此背光单元100和第一偏振开关110以及第二偏振开关125的每个的段之一可对应于LCD面板140的多个像素行。例如，多视角自动立体显示器可被制造为背光单元100和第一偏振开关110以及第二偏振开关125的段之一对应于LCD面板100的100个像素行。

在该结构中，可同时切换彼此对应的背光单元100和第一偏振开关110以及第二偏振开关125的段。背光单元100的水平段的每个与对应的LCD面板140的像素行的扫描时间同步地被打开和关闭。因此，当在同一屏幕上同时显示不同的帧时，由于通过具有不同偏振方向的光束来显示这些帧，因此可防止串扰。

Claims (23)

1.一种多视角自动立体显示器，包括：

背光单元；

第一偏振面板，透射从背光单元发出的具有第一偏振方向的光；

第一偏振开关，改变入射到其上的光的偏振方向；

第一各向异性装置阵列，包括沿水平方向顺序并重复布置的第一、第二、第三和第四各向异性装置，所述第一各向异性装置阵列透射光，以使各向异性装置透射的光的偏振与相邻的各向异性装置透射的光的偏振正交；

第二偏振面板，透射从第一各向异性装置阵列发出的具有第二偏振方向的光；

第二各向异性装置阵列，包括沿水平方向交替布置的第五和第六各向异性装置，所述第二各向异性装置阵列透射光，以使第五各向异性装置透射的光的偏振与第六各向异性装置透射的光的偏振正交；

双凸透镜阵列，包括沿水平方向布置的多个双凸透镜装置，所述双凸透镜阵列将从第一、第二、第三和第四各向异性装置透射的光分离为不同的方向；

第二偏振开关，改变入射到其上的光的偏振方向；

第三各向异性装置阵列，包括沿垂直方向交替布置的第七和第八各向异性装置，所述第三各向异性装置阵列透射光，以使第七各向异性装置透射的光的偏振与第八各向异性装置透射的光的偏振正交；

显示面板，通过调制入射光来形成图像。

2.如权利要求1所述的多视角自动立体显示器，其中，第一、第二、第三和第四各向异性装置的每个与双凸透镜装置之一对应。

3.如权利要求2所述的多视角自动立体显示器，其中，双凸透镜装置的间距不大于第一、第二、第三和第四各向异性装置在垂直方向的宽度之和。

4.如权利要求1所述的多视角自动立体显示器，其中，第五和第六各向异性装置的每个与双凸透镜装置之一对应。

5.如权利要求4所述的多视角自动立体显示器，其中，双凸透镜装置的间距不大于第五和第六各向异性装置在垂直方向的宽度之和。

6.如权利要求1所述的多视角自动立体显示器，其中，第七和第八各向异性装置的每个与显示面板的多个像素行之一对应。

7.如权利要求6所述的多视角自动立体显示器，还包括布置在第七和第八各向异性装置之间的条纹形的不透明掩膜。

8.如权利要求7所述的多视角自动立体显示器，还包括布置在显示面板的像素之间的黑矩阵，

其中，黑矩阵在垂直方向的宽度为D1，不透明掩膜在垂直方向的宽度为D2，显示面板像素与第三各向异性装置阵列之间的距离为t，从LCD面板的视距为L，不发生串扰的视区的高度H2满足等式：H2＝(t/T)(D1+D2)。

9.如权利要求6所述的多视角自动立体显示器，其中，第七和第八各向异性装置在垂直方向的宽度不小于显示面板的像素行之间的垂直方向的间距。

10.如权利要求6所述的多视角自动立体显示器，其中，第一和第二偏振开关的每个包括电可控液晶延迟器和电可控偏振旋转器之一。

11.如权利要求1所述的多视角自动立体显示器，其中，第一各向异性装置阵列和双凸透镜阵列之间的距离不小于双凸透镜装置的焦距。

12.如权利要求1所述的多视角自动立体显示器，其中，第一至第四各向异性装置的每个包括具有预定偏振面的偏振器，其中，相邻各向异性装置的偏振面彼此正交。

13.如权利要求1所述的多视角自动立体显示器，其中，第五和第六各向异性装置的每个包括具有预定偏振面的偏振器，其中，形成第五和第六各向异性装置的偏振器的偏振面彼此正交。

14.如权利要求1所述的多视角自动立体显示器，其中，第七和第八各向异性装置的每个包括具有预定偏振面的偏振器，其中，形成第七和第八各向异性装置的偏振器的偏振面彼此正交。

15.如权利要求1所述的多视角自动立体显示器，其中，第一至第四各向异性装置的每个包括将入射光束延迟预定相位的延迟器，其中，相邻各向异性装置之间的相位延迟差为λ/2，其中，λ是入射光的波长。

16.如权利要求1所述的多视角自动立体显示器，其中，第五和第六各向异性装置的每个包括将入射光束延迟预定相位的延迟器，其中，形成第五和第六各向异性装置的延迟器之间的相位延迟差为λ/2，其中，λ是入射光的波长。

17.如权利要求1所述的多视角自动立体显示器，其中，第七和第八各向异性装置的每个包括将入射光束延迟预定相位的延迟器，其中，形成第七和第八各向异性装置的延迟器之间的相位延迟差为λ/2，其中，λ是入射光的波长。

18.如权利要求1所述的多视角自动立体显示器，其中，第一至第四各向异性装置的每个包括将入射光束旋转预定角度的旋转器，其中，相邻各向异性装置之间的旋转角度差为90度。

19.如权利要求1所述的多视角自动立体显示器，其中，第五和第六各向异性装置的每个包括将入射光束旋转预定角度的旋转器，其中，形成第五和第六各向异性装置的旋转器之间的旋转角度差为90度。

20.如权利要求1所述的多视角自动立体显示器，其中，第七和第八各向异性装置的每个包括将入射光束旋转预定角度的旋转器，其中，形成第七和第八各向异性装置的旋转器之间的旋转角度差为90度。

21.如权利要求1所述的多视角自动立体显示器，其中，第一和第二偏振开关与显示面板的操作同步地切换。

22.如权利要求1所述的多视角自动立体显示器，其中，背光单元以及第一和第二偏振开关被划分为多个段，所述段被顺序地操作。

23.如权利要求1所述的多视角自动立体显示器，其中，显示面板显示多个视点的隔行扫描图像。

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