CN101518095B - 具有改善的分辨率的多视角自动立体显示器 - Google Patents

具有改善的分辨率的多视角自动立体显示器 Download PDF

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Abstract

一种具有改善的分辨率的多视角自动立体显示装置，包括：显示面板，交替地显示不同视点的多个图像；图像分离装置，用于分离多个图像使得被分离的图像可以在不同的视区被交替观察到；以及定向背光单元，在照明的多个不同的角分布之间切换，以选择性地向显示面板提供光，其中定向背光单元与显示面板的图像显示周期同步地在照明的多个不同的角分布之间切换。

Description

具有改善的分辨率的多视角自动立体显示器
技术领域
本发明的装置涉及一种多视角自动立体显示装置(multi-viewautostereoscopic display apparatus)，更具体地，涉及一种具有改善的分辨率的多视角自动立体显示装置。
背景技术
自动立体显示装置产生具有双眼视差(binocular parallax)的左眼图像和右眼图像并分别将左眼图像和右眼图像分离地导向左眼和右眼。使用者通过相应眼的视网膜识别由自动立体显示装置提供的左眼图像和右眼图像从而可以看到立体图像。通常，自动立体显示装置可以粗略地划分为视差屏障型(parallax barrier type)和透镜型(lenticular type)。
图1示意地示出相关技术的视差屏障型自动立体显示装置10，其包括背光单元11、显示面板12和视差屏障14。第一图像和第二图像显示在显示面板12的交替的垂直像素13上并被具有垂直狭缝的视差屏障14分离，使得观察者的左眼和右眼分别看到第一图像和第二图像。也就是，显示在显示面板12上的第一图像和第二图像被视差屏障14分离地导向不同的视区(viewing zone)15a和15b。当两只眼位于不同的视区15a和15b时，具有双眼视差(binocular parallax)的第一图像和第二图像分配到左眼和右眼，从而两只眼接收不同视点(view point)的图像以看到立体图像。
使用由多个垂直微透镜构成的微透镜片(lenticular lens sheet)的透镜型自动立体显示装置基于与图1的视差屏障型自动立体显示装置相同的原理产生立体图像。利用图1的相关技术的视差屏障型自动立体显示装置或相关技术的透镜型自动立体显示装置显示的立体图像可以同时被几个观察者看到。但是，相关技术的自动立体显示装置存在这样的问题，即立体图像的横向分辨率比初始面板的分辨率小两倍。相关技术的自动立体显示装置存在另一问题：观察者的头需要横向地保持在约±3cm的狭窄区域内以看到正确的立体图像。例如，在图1中观察者的左眼应当位于第二视区15b中而观察者的右眼应当位于第一视区15a中。如果由于他或她的轻微移动使左眼位于第一视区15a中而右眼位于第二视区15b中，则他或她看到颠倒视野的图像。
图2示意地示出相关技术的4视角自动立体显示装置20，其具有改善的自由度。参照图2，多视角自动立体显示装置20包括背光单元21、显示面板22和视差屏障24。图1的自动立体显示装置10被构造为使得视差屏障14的每个狭缝覆盖两个像素13，而图2的多视角自动立体显示装置20被构造为使得视差屏障24的每个狭缝覆盖四个像素23。而且，不像显示面板12的像素13，显示面板22的像素23交替且垂直地显示视点轻微不同的第一图像到第四图像。
然后，参照图2，四个视区25a到25d沿横向方向重复地形成在显示面板23前方的可视距离(viewing distance)处。在此情况下，观察者的左眼和右眼可以分别位于第三视区25c和第四视区25d中、第二视区25b和第三视区25c中或者第一视区25a和第二视区25b中。因此，随着观察者从一端移动到另一端，他或她可以看到视点略微改变的图像。然而，如果观察者的左眼和右眼分别位于第四视区25d和第一视区25a中，则他或她看到颠倒视野的图像。这样的不连续特征可以通过增加视点的数目来解决。然而，视点的数目越大，横向分辨率越低。例如，在图2的4视角自动立体显示装置中，横向分辨率比初始分辨率低4倍。在8视角自动立体显示装置中，横向分辨率比初始分辨率低8倍。
发明内容
本发明的示范性实施例提供了一种具有改善的分辨率的多视角自动立体显示装置。
根据本发明的各个方面，所提供的自动立体显示装置包括：显示面板，交替显示不同视点的多个图像；图像分离装置(image separating means)，用于分离多个图像使得被分离的图像可以在不同的视区被交替地观察到；以及定向背光单元，在照明的多个不同的角分布(angular distribution)之间切换，以选择性地向显示面板提供光，其中定向背光单元与显示面板的图像显示周期同步地在照明的多个不同的角分布之间切换。
定向背光单元可以包括：背光；第一偏振板，设置在背光前面；偏振开关，根据电控制来改变入射光的偏振方向；双折射元件阵列，具有多个交替的第一双折射元件和第二双折射元件；微透镜片，具有多个平行的微透镜元件；以及第二偏振板，设置在微透镜片前方。
偏振开关可以与显示面板的图像显示周期同步地在第一状态与第二状态之间切换，在第一状态透射通过的光的偏振方向与在第二状态透射通过的光的偏振方向彼此垂直。
偏振开关可以在第一状态不改变入射光的偏振方向，可以在第二状态将入射光的偏振方向改变90°。
偏振开关可以分成多个横向(horizontal)部分。
偏振开关的横向部分之一可以对应于显示面板的多个像素行，各个横向部分可以与它们相应的像素行的图像显示周期同步地顺序切换。
偏振开关可以是电可控液晶延迟器(retarder)。
双折射元件阵列可以通过沿横向方向交替地布置多个垂直第一双折射元件和第二双折射元件形成。
第一双折射元件和第二双折射元件可以分别改变入射光的偏振方向，使得透射通过第一双折射元件和第二双折射元件的光的偏振方向能够彼此垂直。
第一双折射元件和第二双折射元件可以是使入射光的相位延迟的延迟器，第一双折射元件的延迟器和第二双折射元件的延迟器之间的相位延迟差可以是1/2。
当偏振开关处于第一状态时，透射通过第一双折射元件的光的偏振方向可以垂直于第二偏振板的偏振面，透射通过第二双折射元件的光的偏振方向可以平行于第二偏振板的偏振面；当偏振开关处于第二状态时，透射通过第一双折射元件的光的偏振方向可以平行于第二偏振板的偏振面，透射通过第二双折射元件的光的偏振方向可以垂直于第二偏振板的偏振面。
微透镜片可以构造为使得平行于双折射元件阵列的双折射元件的多个竖直(vertical)微透镜元件沿横向方向布置。
微透镜片的透镜元件之间的节距可以等于或小于双折射元件阵列的第一双折射元件和第二双折射元件对之间的节距。
当显示面板是液晶显示面板时，第二偏振板可以设置在液晶显示面板的入射侧上。
图像分离装置可以是微透镜片和视差屏障之一。
显示面板可以在一帧中沿横向方向交替显示第一图像和第二图像，可以在下一帧中沿横向方向交替显示第三图像和第四图像。
定向背光单元可以在一帧中交替为两个视区照明，可以在下一帧中交替照射另两个视区。
显示面板可以在一帧中沿横向方向交替显示第一图像和第三图像，可以在下一帧中沿横向方向交替地显示第二图像和第四图像。
定向背光单元可以在一帧中照射每个视区的一半，可以在下一帧中照射每个视区的另一半。
图像分离装置可以是可切换的视差屏障，该视差屏障包括具有多个单元的空间光调制器，该多个单元根据电源开/关程序在透明状态与不透明状态之间切换。
显示面板可以在第一帧中交替地在偶数列像素上显示第一图像，在奇数列像素上显示第二图像，可以在第二帧中交替地在偶数列像素上显示第三图像，在奇数列像素上显示第四图像，可以在第三帧中交替地在奇数列像素上显示第一图像，在偶数列像素上显示第二图像，可以在第四帧中交替地在奇数列像素上显示第三图像，在偶数列像素上显示第四图像。
定向背光单元可以在一帧中交替地照射两个视区，可以在下一帧中交替地照射另两个视区。
通过与显示面板的图像显示周期同步，可切换的视差屏障可以每两帧在奇数单元是透明的而偶数单元是不透明的状态与偶数单元是透明的而奇数单元是不透明的另一个状态之间切换。
显示面板可以在第一帧中交替地在偶数列像素上显示第一图像，在奇数列像素上显示第三图像，可以在第二帧中交替地在偶数列像素上显示第二图像，在奇数列像素上显示第四图像，可以在第三帧中交替地在奇数列像素上显示第一图像，在偶数列像素上显示第三图像，可以在第四帧中交替地在奇数列像素上显示第二图像，在偶数列像素上显示第四图像。
定向背光单元可以在一帧中照射每个视区的一半，可以在下一帧中照射每个视区的另一半。
通过与显示面板的图像显示周期同步，可切换的视差屏障可以每两帧在奇数单元是透明的且偶数单元是不透明的状态与偶数单元是透明的且奇数单元是不透明的另一个状态之间切换。
附图说明
图1示意地示出相关技术的视差屏障型自动立体显示装置；
图2示意地示出相关技术的视差屏障型多视角自动立体显示装置；
图3示意地示出根据本发明的示范性实施例的高分辨率多视角自动立体显示装置；
图4示意地示出根据本发明的示范性实施例的定向背光单元；
图5示出将由多帧制成的图像顺序地扫描到显示面板上的过程；
图6是示出图4的包括分开型偏振开关(division type polarization switch)的定向背光单元的分解透视图；
图7顺序地示出分成多个部分的偏振开关的切换操作；
图8A和8B示出图3的多视角自动立体显示装置的运行；
图9是示出通过图8A和8B的运行从各个视点观察的图像的时序图；
图10A和10B示出图3的多视角自动立体显示装置的另一个运行；
图11是示出通过图10A和10B的运行从各个视点观察的图像的时序图；
图12示意地示出根据本发明的另一示范性实施例的高分辨率多视角自动立体显示装置；
图13是示出通过图12的自动立体显示装置的运行从各个视点观察的图像的时序图；以及
图14是示出通过图12的自动立体显示装置的另一运行从各个视点观察的图像的时序图。
具体实施方式
现在将参照附图对本发明做更为充分的描述，附图中示出了本发明的示范性实施例。
图3示意地示出根据本发明的示范性实施例的高分辨率多视角自动立体显示装置。参照图3，自动立体显示装置30包括：显示面板32，交替地显示不同视点的多个图像；图像分离装置33，用于分离多个图像使得在不同的视区中可以交替观察被分离的图像；以及定向背光单元31，在照明的多个不同的角分布之间切换，以选择性地向显示面板32提供光。
显示面板32是需要单独的光源(例如背光单元)的透射型显示面板，显示面板32可以是液晶显示器(LCD)面板。显示面板32包括用于显示图像的多个微像素32a。而且，显示面板32可以根据显示驱动器34的控制基于逐个像素(pixel by pixel)交替显示多个视点略微不同的图像。根据本示范性实施例，显示面板32可以具有大约100到120Hz的高的刷新率。
图像分离装置33分离通过显示面板32交替显示的多个图像，使得分离的图像可以在不同的视区60a到60d中被观察到。例如，图像分离装置33可以是具有垂直狭缝阵列的视差屏障或者是具有垂直微透镜的微透镜片。图3示出视差屏障，其中关于两个像素形成一个缝。然而，本示范性实施例不限于此，替代视差屏障的微透镜片可以用作图像分离装置33。视差屏障的狭缝的数量和位置可以根据由显示面板32周时显示的图像的数目而改变。尽管在图3中图像分离装置33设置在显示面板32前面，但图像分离装置33可以设置在显示面板32与定向背光单元31之间。
定向背光单元31根据背光控制器35的控制在照明的多个不同的角分布之间切换，从而选择性地向显示面板32提供光。也就是，定向背光单元31与显示面板32的图像显示周期同步地在照明的多个不同角分布之间切换。因此，如图3所示，多个照明区50a和50b(由点线标记)在可视距离处形成，其与显示面板32的图像显示周期同步被切换。
图4是示出定向背光单元31的细节图。参照图4，定向背光单元31包括：背光41；第一偏振板42，设置在背光41前方；偏振开关43，用于响应电信号来改变入射光的偏振方向；双折射元件阵列44，具有多个交替的第一双折射元件44a和第二双折射元件44b；微透镜片45，具有多个平行的透镜元件；以及第二偏振板46，设置在微透镜片45前方。通常，具有光源和光漫射板以均匀地发光的常规背光可以用作背光41。此外，当显示面板是LCD面板时，第二偏振板46是设置在LCD面板的入射侧上的LCD面板的入射侧偏振板。
偏振开关43可以与显示面板32的图像显示周期同步地在第一状态与第二状态之间切换，在第一状态和第二状态透射通过的光的偏振方向彼此垂直。例如，在第一状态偏振开关43不改变入射光的偏振方向，在第二状态将入射光的偏振方向改变90°。然而，入射光的偏振方向的改变程度不限于此。而是，入射光的偏振程度可以根据第一偏振板42和第二偏振板46以及双折射元件阵列44的偏振面的方向而不同地设计，如果偏振开关43在第一状态时与它在第二状态时光的偏振方向的差值是90°偏振开关43是电可控元件，其根据施加到其上的电压的大小具有三个各向异性状态。例如，电可控液晶延迟器可以用作偏振开关43。在此情况下，偏振开关43构造为使得在第一状态不产生入射光的任何相移，在第二状态，入射光的相位延迟半个波长(1/2)。偏振开关43可以以如下方式被控制，即开关40根据由背光控制器35提供的同步信号开或关。
双折射元件阵列44通过沿横向方向交替布置的多个垂直的第一双折射元件44a和第二双折射元件44b而形成。尽管在图4中未示出，但第一双折射元件44a和第二双折射元件44b沿自动立体显示装置30的垂直方向伸长，沿横向方向交替。根据本示范性实施例，双折射元件阵列44可以改变入射光的偏振方向，使得透射通过第一双折射元件44a和第二双折射元件44b的光的偏振方向可以彼此垂直。
为此，第一双折射元件44a和第二双折射元件44b可以是使入射光延迟预定相位的延迟器。在此情况下，第一双折射元件44a的延迟器与第二双折射元件44b的延迟器之间的相位延迟差是1/2。例如，第一双折射元件44a可以不产生任何相移，而第二双折射元件44b可以使光的相位延迟1/2；或者第一双折射元件44a可以使光的相位延迟-1/4，而第二双折射元件44b可以使光的相位延迟+1/4。可选地，第一双折射元件44a和第二双折射元件44b可以是使入射光旋转预定角度的旋转器(rotator)。在此情况下，第一双折射元件44a的旋转器与第一双折射元件44b的旋转器之间的角度差是90°。例如，第一双折射元件44a可以不旋转入射光，而第二双折射元件44b可以使入射光旋转90°；或者第一双折射元件44a可以使入射光旋转-45°，而第二双折射元件44b可以使入射光旋转+45°。
与本实施例一致，透射通过偏振开关43和双折射元件阵列44的光可以根据偏振开关43的状态具有两个偏振方向之一。首先，透射通过第一双折射元件44a的光的偏振方向可以垂直于第二偏振板46的偏振方向，透射通过第二双折射元件44b的光的偏振方向可以平行于第二偏振板46的偏振方向。其次，透射通过第一双折射元件44a的光的偏振方向可以平行于第二偏振板46的偏振方向，透射通过第二双折射元件44b的光的偏振方向可以垂直于第二偏振板46的偏振方向。当偏振开关43在第一状态与第二状态之间切换时，第一偏振状态和第二偏振状态同时被切换。
微透镜片45将入射光发射到特定的照明区。为此，微透镜片45通过沿横向方向布置多个垂直微透镜元件而形成。也就是，微透镜元件平行于双折射元件阵列44的双折射元件44a和44b沿自动立体显示装置30的垂直方向伸长。
在此结构中，入射到微透镜片45的光根据其入射位置分别导向在可视距离处的不同的照明区50a和50b。例如，从第一双折射元件44a发射的光可以通过微透镜片45导向第一照明区50a，从第二双折射元件44b发射的光可以通过微透镜片45导向第二照明区50b。为此，微透镜片45的微透镜元件之间的节距可以等于或优选地略微小于双折射阵列44的第一双折射元件和第二双折射元件对之间的节距。也就是，微透镜元件的宽度等于或略微小于第一双折射元件44a和第二双折射元件44b的宽度的总和。此外，可视距离处照明区50a和50b的每个的宽度可以通过调节双折射元件阵列44与微透镜片45之间的距离D来控制。例如，双折射元件阵列44与微透镜片45之间的距离D越小，照明区50a和50b的每个的宽度越大。双折射元件阵列44与微透镜片45之间的距离D越大，照明区50a和50b的每个的宽度越小。
现在将详细解释如以上构造的定向背光单元31的运行。
为了解释的方便，假设第一偏振板42具有水平偏振方向而第二偏振板46具有垂直偏振方向。此外，假设偏振开关43是具有第一状态(在该状态入射光的偏振方向不改变)和第二状态(在该状态入射光的偏振方向改变90°)的液晶延迟器。此外，假设第一双折射元件44a是不产生任何相移的延迟器，而第二双折射元件44b是使光的相位延迟半个波长(1/2)的延迟器。
首先将解释偏振开关43处于第一状态的情况。
当偏振开关43处于第一状态时，透射通过第一偏振板42并入射在偏振开关43上的光的偏振方向不改变。因此，透射通过偏振开关43的光具有水平偏振方向。接着，光透射通过第一双折射元件44a和第二双折射元件44b。这里，当透射通过第一双折射元件44a的光具有水平偏振方向时，透射通过第二双折射元件44b的光被旋转90°并具有垂直偏振方向。透射通过第一双折射元件44a和第二双折射元件44b的光被分离并导向第一照明区50a和第二照明区50b。但是，透射通过第一双折射元件44a的光被第二偏振板46阻挡，因为它的偏振方向垂直于第二偏振板46的偏振方向。同时，透射通过第二双折射元件44b的光通过偏振板46并导向多个第二照明区50b，因为它的偏振方向平行于第二偏振板46的偏振方向。这里，导向第二照明区50b的光的分布被称为照明的第二角分布。
另一方面，当偏振开关43处于第二状态时，透射通过第一偏振板42并入射在偏振开关43上的光的偏振方向旋转90°。因此，透射通过偏振开关43的光具有垂直偏振方向。接着，光透射通过第一双折射元件44a和第二双折射元件44b。这里，当透射通过第一双折射元件44a的光具有垂直偏振方向时，透射通过第二双折射元件44b的光再旋转90°而具有水平偏振方向。透射通过第一双折射元件44a和第二双折射元件44b的光被分离并通过微透镜片45导向第一照明区50a和第二照明区50b。但是，透射通过第二双折射元件44b的光被第二偏振板46阻挡，因为它的偏振方向垂直于第二偏振板46的偏振方向。同时，透射通过第一双折射元件44a的光通过偏振板46并导向多个第一照明区50a，因为它的偏振方向平行于第二偏振板46的偏振方向。这里，导向第一照明区50a的光的分布被称为照明的第一角分布。
如上所述，随着偏振开关43在第一状态与第二状态之间切换，从定向背光单元31发射的光被导向多个第二照明区50b或多个第一照明区50a。也就是，定向背光单元31可以在照明的第一角分布与第二角分布之间切换。因此，定向背光单元31可以根据由背光控制器35提供的同步信号通过与显示面板31的图像显示周期同步来选择性地向显示面板31的某个区域提供光。
然而，显示面板并不同时显示一帧图像然后显示下一帧图像。通常，如图5所示，显示面板自顶向下在屏幕上顺序地扫描连续帧的图像。因此，当两帧的图像共用屏幕时，例如从图5的T/4到3T/4，会发生串扰，因为不同视点的两个图像并不被完全分离而被左眼和右眼同时感觉到。
为防止这样的串扰，根据本示范性实施例的定向背光单元31可以使用分开型偏振开关43，如图6所示其被分成N部分。也就是，偏振开关43被分成多个横向部分，多个横向部分与显示面板32的相应像素行的图像显示周期同步地被顺次切换。为此，偏振开关43的各个横向部分可以单独地切换并沿垂直方向布置。
根据本示范性实施例，偏振开关43的部分的数目可以根据设计规格合适地选定。为了完全消除串扰，最优选地，一个部分对应于显示面板32的一个像素行。然而，这导致太高的制造成本而不能实施。因此，偏振开关43的一个横向部分对应于显示面板32的多个像素行。例如，偏振开关43的一个部分可以对应于显示面板32的100个像素行。
在此结构中，当显示面板32的相应像素行显示一帧图像时，偏振开关43的每个横向部分可以切换到第一状态，然后当显示面板32的相应像素行显示下一帧图像时，偏振开关43的每个横向部分可以切换到第二状态。图7示出了分开型偏振开关43的切换操作。图7的偏振开关43(其被分成四个部分)是液晶延迟器，该液晶延迟器在第一状态并不延迟入射光而在第二状态使入射光的相位延迟半个波长(1/2)。参照图7，在时间0时偏振开关43基本处于第一状态，在时间T时基本处于第二状态。从时间0到时间T，偏振开关43与显示面板32同步地从第一状态变化到第二状态。控制偏振开关43的切换操作与显示面板32显示每帧图像的时间精确地同步。因此，即使当两帧图像共用屏幕时，几乎不发生串扰。
现在将详细地解释多视角自动立体显示装置30的不同的运行。
图8A和8B示出多视角自动立体显示装置30的运行。参照图8A和8B，由定向背光单元31形成的照明区50a和50b之一对应于由图像分离装置33形成的视区60a到60d中的两个。如上所述，照明区50a和50b的每个的宽度可以通过调节双折射元件阵列44与微透镜片45之间的距离D来控制。类似地，每个视区的宽度可以通过调节图像分离装置33与显示面板32之间的距离来控制。因此，两个视区可以通过适当地控制双折射元件阵列44与微透镜片45之间的距离D和图像分离装置33与显示面板32之间的距离而被控制为与一个照明区相对应。
参照图8A，在第一帧中，显示面板32沿横向方向交替地显示不同视点的第一图像和第二图像。例如，显示面板32在偶数列像素上显示第一图像而在奇数列像素上显示第二图像。因此，第一图像可以通过图像分离装置33在第一视区60a和第三视区60c中被观察到。第二图像可以通过图像分离装置33在第二视区60b和第四视区60d中被观察到。这里，定向背光单元31切换到将光导向与第一视区60a和第二视区60b相对应的第一照明区50a。由于光仅被导向到第一照明区50a，所以实际上图像可以只在第一视区60a和第二视区60b中被观察到。
参照图8B，在下一帧中，显示面板32沿横向方向交替显示不同视点的第三图像和第四图像。例如，显示面板32在偶数列像素上显示第三图像而在奇数列像素上显示第四图像。这里，第三图像和第四图像的视点略微不同于第一图像和第二图像的视点。第三图像通过图像分离装置33在第一视区60a和第三视区60c中被观察到，第四图像可以通过图像分离装置33在第二视区60b和第四视区60d中被观察到。这里，定向背光单元31被切换到将光导向第二照明区50b。由于仅将光导向第二照明区50b，所以实际上图像可以只在第三视区60c和第四视区60d中被观察到。多视角自动立体显示装置30重复图8A和8B的这种运行。
图9是示出通过图8A和8B中示出的运行从各个视点观察的图像的时序图。参照图9，当观察者的左眼在第一视区60a而右眼在第二视区60b时，在时间t1，左眼观察到第一图像而右眼观察到第二图像，在时间t2，左眼和右眼都观察到黑色屏幕。当观察者的左眼在第二视区60b而右眼在第三视区60c时，在时间t1左眼观察到第二图像而右眼观察到黑色屏幕，在时间t2左眼观察到黑色屏幕而右眼观察到第三图像。当观察者的左眼在第三视区60c而右眼在第四视区60d时，在时间t1左眼和右眼都观察到黑色屏幕，在时间t2左眼观察到第三图像而右眼观察到第四图像。因此，在时间t1和t2，观察者可以看到立体图像。这里，为了避免图像闪烁，显示面板32可以具有大约100到120Hz的高刷新率。根据本实施例，因为使用高速显示面板32并且不同视点的图像交替地显示两帧，所以多视角自动立体显示装置30可以提供比传统对应物更高的分辨率。
图10A和10B示出多视角自动立体显示装置30的另一种运行。参照图10A和10B，由定向背光单元31形成的照明区50a到50d的两个对应于由图像分离装置33形成的视区60a和60b之一。如上所述，一个视区可以通过控制双折射元件阵列44与微透镜片45之间的距离D以及图像分离装置33与显示面板32之间的距离而被控制为与两个照明区相对应。
参照图10A，在第一帧，显示面板32沿横向方向交替显示不同视点的第一图像和第三图像。例如，显示面板32在偶数列像素显示第一图像而在奇数列像素显示第三图像。然后，通过图像分离装置33，第一图像可以在第一视区60a被观察到而第三图像可以在第二视区60b被观察到。这里，定向背光单元31被切换为将光导向第一视区60a和第二视区60b的每个的一半。也就是，仅将光导向第一视区60a内的第一照明区50a和第二视区60b内的第三照明区50c。
参照图10B，在下一帧，显示面板32沿横向方向交替显示不同视点的第二图像和第四图像。例如，显示面板32在偶数列像素上显示第二图像而在奇数列像素上显示第四图像。这里，第二图像和第四图像的视点略微不同于第一图像和第三图像的视点。然后，通过图像分离装置33，第二图像可以在第一视区60a被观察到而第四图像可以在第二视区60b被观察到。这里，定向背光单元31被切换为将光导向第一视区60a和第二视区60b的每个的另一半。也就是，仅将光导向第一视区60a内的第二照明区50b及第二视区60b内的第四照明区50d。
图11是示出通过图10A和10B中示出的运行在各个照明区中观察的图像的时序图。参照图11，当观察者的左眼在第一照明区50a而右眼在第二照明区50b时，在时间t1左眼观察到第一图像而右眼观察到黑色屏幕，在时间t2左眼观察到黑色屏幕而右眼观察到第二图像。当观察者的左眼在第二照明区50b而右眼在第三照明区50c时，在时间t1左眼观察到黑色屏幕而右眼观察到第三图像，在时间t2左眼观察到第二图像而右眼观察到黑色屏幕。当观察者的左眼在第三照明区50c而右眼在第四照明区50d时，在时间t1左眼观察到第三图像而右眼观察到黑色屏幕，在时间t2左眼观察到黑色屏幕而右眼观察到第四图像。因此，在图10A和10B的运行期间，由于左眼和右眼不在任何时间都观察到黑色屏幕，所以可以以更确定的方式避免图像闪烁。
图12示意地示出根据本发明另一示范性实施例的高分辨率多视角自动立体显示装置30′。上述多视角自动立体显示装置30具有比传统多视角自动立体显示装置更高的分辨率，但是与初始分辨率相比仍具有较低的分辨率。图12的多视角自动立体显示装置30′提供了比图8到11的多视角自动立体显示装置30更高的分辨率。
参照图12，自动立体显示装置30′在结构上与上述自动立体显示装置30相同，除了图像分离装置之外。也就是，自动立体显示装置30′使用可切换的视差屏障36作为图像分离装置，视差屏障36包括具有多个单元36a和36b的空间光调制器，多个单元36a和36b根据电源开/关程序在透明状态与不透明状态之间切换。例如，可切换的视差屏障36可以根据由屏障控制器37提供的同步信号通过与显示面板32的图像显示周期同步而在两个状态(在这两个状态中透明单元和不透明单元的位置是相反的)之间切换。例如，当可切换的视差屏障36在开(ON)状态时，当从底部观察时奇数单元36b可以是透明的而偶数单元36a可以是不透明的。当可切换的视差屏障36在关(OFF)状态时，偶数单元36a可以是透明的而奇数单元36b可以是不透明的。
现在将解释图12的多视角自动立体显示装置30′的不同运行。
类似图8A和8B，假设由定向背光单元31形成的照明区50a和50b之一对应于由可切换的视差屏障36形成的视区60a到60d中的两个。此外，假设当可切换的视差屏障36在开状态时透明奇数单元的位置与图3中示出的图像分离装置33的视差屏障的狭缝的位置相同。
在第一帧，可切换的视差屏障36处于开状态。显示面板32沿横向方向交替显示不同视点的第一图像和第二图像。例如，显示面板32可以在偶数列像素上显示第一图像而在奇数列像素上显示第二图像。通过切换的视差屏障36，第一图像可以在第一视区60a和第三视区60c中被观察到，第二图像可以在第二视区60b和第四视区60d中被观察到。定向背光单元31被切换为将光导向对应于第一视区60a和第二视区60b的第一照明区50a。然后，由于光被导向第一照明区50a，所以实际上可以只在第一视区60a和第二视区60b中观察到图像。因此，参照图13，在时间t1，第一图像在第一视区60a中被观察到，第二图像在第二视区60b中被观察到，黑色屏幕在第三视区60c和第四视区60d的每个中被观察到。
在第二帧，可切换的视差屏障36仍处于开状态。显示面板32沿横向方向交替地显示不同视点的第三图像和第四图像。例如，显示面板32在偶数列像素上显示第三图像而在奇数列像素上显示第四图像。然后，通过可切换的视差屏障36，第三图像可以在第一视区60a和第三视区60c中被观察到，第四图像可以在第二视区60b和第四视区60d中被观察到。定向背光单元31切换到将光导向对应于第三视区60c和第四视区60d的第二照明区50b。然后，由于光只被导向第二照明区50b，所以实际上可以只在第三视区60c和第四视区60d中观察到图像。因此，参照图13，在时间t2，在第一视区60a和第二视区60b的每个中观察到黑色屏幕，第三图像在第三视区60c中被观察到，第四图像在第四视区60d中被观察到。
在第三帧，可切换的视差屏障36切换到关状态。不同于第一帧，显示面板32在偶数列像素上显示第二图像而在奇数列像素上显示第一图像。但是，由于可切换的视差屏障36的透明单元的位置不同于第一帧中的位置，所以在第一视区60a和第三视区60c仍观察到第一图像，在第二视区60b和第四视区60d仍观察到第二图像。这里，定向背光单元31被切换到将光导向对应于第一视区60a和第二视区60b的第一照明区50a。然后，由于光只导向第一照明区50a，所以实际上可以只在第一视区60a和第二视区60b中观察到图像。因此，参照图13，在时间t3，第一图像在第一视区60a中被观察到，第二图像在第二视区60b中被观察到，黑色屏幕在第三视区60c和第四视区60d的每个中被观察到。
在第四帧，可切换的视差屏障36仍处于关状态。不同于第二帧，显示面板32在偶数列像素上显示第四图像而在奇数列像素上显示第三图像。类似地，由于可切换的视差屏障36中的透明单元的位置不同于第二帧中的位置，所以在第一视区60a和第三视区60c仍观察到第三图像，在第二视区60b和第四视区60d仍观察到第四图像。这里，定向背光单元31被切换到将光导向对应于第三视区60c和第四视区60d的第二照明区50b。然后，由于光只被导向第二照明区50b，所以实际上可以只在第三视区60c和第四视区60d中观察到图像。因此，参照图13，在时间t4，在第一视区60a和第二视区60b的每个中观察到黑色屏幕，第三图像在第三视区60c中被观察到，第四图像在第四视区60d中被观察到。第一到第四帧以这样的方式重复。
在本示范性实施例，在第一帧和第三帧中分别显示的第一图像是同一图像的隔行图像(interlaced image)。也就是，在第一帧中显示的第一图像和在第三帧中显示的第一图像是具有初始分辨率的相同图像的偶数列像素组分和奇数列像素组分。因此，当在第一帧中显示的第一图像和在第三帧中显示的第一图像结合在一起时，可以获得一幅完整的图像。同样地，在第一帧中显示的第二图像和在第三帧显示的第二图像分别是具有初始分辨率的相同图像的奇数列像素组分和偶数列像素组分。而且，在第二帧和第四帧中显示的第三图像和第四图像分别是一个完整图像的隔行图像。
这个运行类似于用于电视机的标准扫描方法的隔行扫描(interlacedscanning)。电视机通过每隔一次扫描扫描奇数行然后扫描偶数行来显示完整的图像。如此，图像可以以25Hz(PAL)或30Hz(NTSC)的相对低的扫描速率没有闪烁地显示而没有降低分辨率。由于在本示范性实施例中第一图像到第四图像在四帧中隔行地显示，所以多视角自动立体显示装置30′几乎不会引起分辨率降低和闪烁。
类似于图10A和10B，图14是时序图，示出由定向背光单元31形成的照明区50a到50d中的两个对应于由可切换的视差屏障36形成的视区60a和60b之一。
在此情况下，在第一帧，显示面板32交替地在偶数列像素显示第一图像，在奇数列像素上显示第三图像。在第二帧，显示面板32交替地在偶数列像素显示第二图像，在奇数列像素上显示第四图像。在第三帧，显示面板32交替地在奇数列像素显示第一图像，在偶数列像素上显示第三图像。在第四帧，显示面板32交替地在奇数列像素显示第二图像而在偶数列像素上显示第四图像。
在第一帧和第三帧，定向背光单元31被切换到将光导向第一视区60a和第二视区60b的每个的一半。也就是，在第一帧和第三帧，光只被导向第一视区60a内的第一照明区50a和第二视区60b内的第三照明区50c。此外，在第二帧和第四帧，定向背光单元31被切换到将光导向第一视区60a和第二视区60b的每个的另一半。也就是，在第二帧和第四帧，光只被导向第一视区60a内的第二照明区50b和第二视区60b内的第四照明区50d。
而且，可切换的视差屏障SwPB 36在第一帧和第二帧被切换到开状态，在第三帧和第四帧被切换到关状态。
参照图14，在时间t1，第一图像在第一照明区50a中被观察到，第三图像在第三照明区50c中被观察到，黑色屏幕在第二视区50b和第四视区50d的每个中被观察到。在时间t2，黑色屏幕在第一照明区50a和第三照明区50c的每个中被观察到，第二图像在第二照明区60b中被观察到，第四图像在第四照明区60d中被观察到。在时间t3，第一图像在第一照明区50a中被观察到，第三图像在第三照明区50c中被观察到，黑色屏幕在第二视区50b和第四视区50d的每个中被观察到。而且，在时间t4，黑色屏幕在第一照明区50a和第三照明区50c的每个中被观察到，第二图像在第二照明区60b中被观察到，第四图像在第四照明区60d中被观察到。与图3中的类似，分别在第一帧和第三帧中显示的第一图像和第三图像以及分别在第二帧和第四帧中显示的第二图像和第四图像分别是一幅完整图像的隔行图像。因此，避免了分辨率降低，特别地，由于左眼和右眼并不在任何时间都观察到黑色屏幕，所以可以以更确定的方式减少图像闪烁。
尽管上述多视角自动立体图像装置是4视角显示装置，但是本发明不限于此，6视角或8视角或更多视角的自动立体显示装置可以基于相同的结构和工作原理而实现。
如上所述，由于多个图像以时间共享和隔行的方法在多帧中被显示，所以根据本发明的多视角自动立体图像装置可以提供改善的分辨率并具有低的闪烁。
尽管已经参照本发明的示范性实施例具体示出并描述了本发明，但本领域的技术人员应当理解，可以在形式和细节上对本发明进行各种改变而不背离由附加的权利要求书限定的本发明的精神和范围。

Claims (26)

1.一种自动立体显示装置，包括：
显示面板，交替显示不同视点的多个图像；
图像分离装置，用于分离所述多个图像，使得所述分离的图像可以在不同的视区被交替地观察到；以及
定向背光单元，在照明的多个不同的角分布之间切换，以选择性地向所述显示面板提供光，
其中所述定向背光单元与所述显示面板的图像显示周期同步地在照明的所述多个不同的角分布之间切换。
2.如权利要求1所述的自动立体显示装置，其中所述定向背光单元包括：
背光；
第一偏振板，设置在所述背光前面；
偏振开关，根据电控制来改变入射光的偏振方向；
双折射元件阵列，具有多个交替的第一双折射元件和第二双折射元件；
微透镜片，具有多个平行的微透镜元件；以及
第二偏振板，设置在所述微透镜片前面。
3.如权利要求2所述的自动立体显示装置，其中所述偏振开关与所述显示面板的所述图像显示周期同步地在第一状态与第二状态之间切换，在该切换过程中在所述第一状态透射通过的光的偏振方向与在所述第二状态透射通过的光的偏振方向彼此垂直。
4.如权利要求3所述的自动立体显示装置，其中所述偏振开关在所述第一状态不改变入射光的偏振方向，在所述第二状态将入射光的偏振方向改变90°。
5.如权利要求3所述的自动立体显示装置，其中所述偏振开关被分成多个横向部分。
6.如权利要求5所述的自动立体显示装置，其中所述偏振开关的所述横向部分之一与所述显示面板的多个像素行相对应，各个所述横向部分与它们相应的像素行的图像显示周期同步地顺序切换。
7.如权利要求3所述的自动立体显示装置，其中所述偏振开关是电可控的液晶延迟器。
8.如权利要求3所述的自动立体显示装置，其中所述双折射元件阵列通过沿横向方向交替布置多个垂直的第一双折射元件和第二双折射元件而形成。
9.如权利要求8所述的自动立体显示装置，其中所述第一双折射元件和所述第二双折射元件分别改变入射光的偏振方向，使得透射通过所述第一双折射元件的光的偏振方向和透射通过所述第二双折射元件的光的偏振方向能够彼此垂直。
10.如权利要求9所述的自动立体显示装置，其中所述第一双折射元件和所述第二双折射元件是使入射光的相位延迟的延迟器，所述第一双折射元件的延迟器和所述第二双折射元件的延迟器之间的相位延迟差是1/2。
11.如权利要求9所述的自动立体显示装置，其中，
当所述偏振开关处于所述第一状态时，透射通过所述第一双折射元件的光的所述偏振方向垂直于所述第二偏振板的偏振面，透射通过所述第二双折射元件的光的所述偏振方向平行于所述第二偏振板的偏振面，并且
当所述偏振开关处于所述第二状态时，透射通过所述第一双折射元件的光的所述偏振方向平行于所述第二偏振板的偏振面，透射通过所述第二双折射元件的光的偏振方向垂直于所述第二偏振板的偏振面。
12.如权利要求2所述的自动立体显示装置，其中所述微透镜片被构造为使得平行于所述双折射元件阵列的所述双折射元件的多个垂直微透镜元件沿横向方向布置。
13.如权利要求12所述的自动立体显示装置，其中所述微透镜片的透镜元件之间的节距等于或小于所述双折射元件阵列的所述第一双折射元件和所述第二双折射元件对之间的节距。
14.如权利要求2所述的自动立体显示装置，其中，当所述显示面板是液晶显示面板时，所述第二偏振板是设置在所述液晶显示面板的入射侧上的所述液晶显示面板的入射侧偏振板。
15.如权利要求1所述的自动立体显示装置，其中所述图像分离装置是微透镜片和视差屏障之一。
16.如权利要求1所述的自动立体显示装置，其中所述显示面板在一帧中沿横向方向交替显示第一图像和第二图像，在下一帧中沿横向方向交替显示第三图像和第四图像。
17.如权利要求16所述的自动立体显示装置，其中所述定向背光单元在一帧中交替照射两个视区，在下一帧中交替照射另两个视区。
18.如权利要求1所述的自动立体显示装置，其中所述显示面板在一帧中沿横向方向交替显示第一图像和第三图像，在下一帧中沿横向方向交替显示第二图像和第四图像。
19.如权利要求18所述的自动立体显示装置，其中所述定向背光单元在一帧中照射每个视区的一半，在下一帧中照射每个视区的另一半。
20.如权利要求1所述的自动立体显示装置，其中所述图像分离装置是可切换的视差屏障，所述可切换的视差屏障包括具有多个单元的空间光调制器，所述多个单元根据电源开/关程序在透明状态与不透明状态之间切换。
21.如权利要求20所述的自动立体显示装置，其中所述显示面板在第一帧中交替地在偶数列像素上显示第一图像，在奇数列像素上显示第二图像；在第二帧中交替地在偶数列像素上显示第三图像，在奇数列像素上显示第四图像；在第三帧中交替地在奇数列像素上显示第一图像，在偶数列像素上显示第二图像；在第四帧中交替地在奇数列像素上显示第三图像，在偶数列像素上显示第四图像。
22.如权利要求21所述的自动立体显示装置，其中所述定向背光单元在一帧中交替地照射两个视区，在下一帧中交替地照射另两个视区。
23.如权利要求22所述的自动立体显示装置，其中，通过与所述显示面板的图像显示周期同步，所述可切换的视差屏障在奇数单元是透明的且偶数单元是不透明的状态与偶数单元是透明的且奇数单元是不透明的另一个状态之间每两帧进行切换。
24.如权利要求20所述的自动立体显示装置，其中所述显示面板在第一帧中交替地在偶数列像素上显示第一图像，在奇数列像素上显示第三图像；在第二帧中交替地在偶数列像素上显示第二图像，在奇数列像素上显示第四图像；在第三帧中交替地在奇数列像素上显示第一图像，在偶数列像素上显示第三图像；在第四帧中交替地在奇数列像素上显示第二图像，在偶数列像素上显示第四图像。
25.如权利要求24所述的自动立体显示装置，其中所述定向背光单元在一帧中照射每个视区的一半，在下一帧中照射每个视区的另一半。
26.如权利要求25所述的自动立体显示装置，其中，通过与所述显示面板的图像显示周期同步，所述可切换的视差屏障在奇数单元是透明的且偶数单元是不透明的状态与偶数单元是透明的且奇数单元是不透明的另一个状态之间每两帧进行切换。
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