CN102073142B - 立体显示单元 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种立体显示单元，其中实施例提供了图像显示设备，该图像显示设备可在二维显示模式、能够实现非自动立体图像显示的三维显示模式、和能够实现自动立体图像显示的三维显示模式之间转换。在一个实施例中，图像显示设备包括显示面板，可操作所述显示面板以传输与图像数据相对应的光；偏振状态转换部分，其包括第一偏振部分和第二偏振部分，所述第一偏振部分用于将由所述显示设备透射的光转换成第一偏振状态，所述第二偏振部分用于将由所述显示设备透射的光转换成第二偏振状态；光学分离元件，通过施加电压，使所述光学分离元件处于使由所述显示面板透射的光发生折射的打开状态，或者使由所述显示面板透射的光不发生折射的关闭状态。

Description

立体显示单元
技术领域
本发明涉及用于通过双目视差来执行三维显示的立体显示单元。
背景技术
过去，立体显示单元通过提供不同的图像(视差图像)作为观察者左眼图像和观察者右眼图像实现立体视觉，观察者左眼图像和观察者右眼图像之间存在视差。上述立体显示单元的方法的示例包括眼镜方法和裸眼方法。眼镜方法通过带上用于立体视觉的特殊眼镜实现立体视觉。在日本专利No.3767962中，对于用于立体视觉的眼镜，公开了使用偏振滤波器的方法。
同时，在裸眼方法中，可以用裸眼而不带特殊眼镜实现立体视觉。裸眼方法的示例包括视差屏障方法和柱状透镜方法。在视差屏障方法中，在二维显示面板对面设置称作视差屏障的结构作为视差分离装置。通过视差屏障在水平方向上视差分离二维显示面板上所显示的右视差图像和左视差图像，并因此实现了立体视觉。在柱状透镜方法中，在二维显示面板对面设置柱状透镜作为视差分离装置。通过柱状透镜在水平方向上视差分离二维显示面板上所显示的右视差图像和左视差图像，并因此实现立体视觉。此外，已知通过使用由液晶透镜或液体透镜组成的可变柱状透镜的柱状透镜方法可在二维显示和三维显示之间变换显示的显示单元(参考日本未审查专利申请No.2000-102038和日本未审查专利申请No.2005-517991)。
发明内容
但是，在视差屏障方法和柱状透镜方法的情况下，体视范围(可见区)很小。因此，存在观察位置和观察距离受限并且不能让很多观察者同时观看的缺点。同时，在眼镜方法的情况下，对观察位置和观察距离的限制小，能让很多观察者同时观看图像。但是，存在需要专用眼镜的缺点。因此，如果在一个立体显示单元中可根据观察者的数量和视听环境转换三维显示方法，则将很方便。
考虑到上述缺点，在本发明中，需要提供立体显示单元，使用该立体显示单元可在二维显示和三维显示之间转换显示，并且可在裸眼方法和眼镜方法之间转换三维显示方法。
本发明的一个实施例提供了立体显示设备，其包括：显示面板，可操作所述显示面板以传输与图像数据相对应的光；偏振状态转换部分，其包括第一偏振部分和第二偏振部分，第一偏振部分用于将由显示设备透射的光转换成第一偏振状态，第二偏振部分用于将由显示设备透射的光转换成第二偏振状态；光学分离元件，通过施加电压，使光学分离元件处于使由显示面板透射的光发生折射的打开状态，或者使由显示面板透射的光不发生折射的关闭状态。
在某些实施例中，光学分离元件例如可包括可变透镜阵列，例如包括液体柱状透镜的可变透镜阵列。在某些实施例中，光学分离元件可以包括液晶透镜，施加电压通过改变液晶透镜中的液晶分子的排列方向而使液晶透镜处于打开状态。
本发明的另一实施例提供了图像显示设备，其包括：显示屏，其显示2D图像和3D图像，所述显示屏可在下列情况之间转换：2D显示模式；第一3D显示模式，其能够实现非自动立体图像显示；和第二3D显示模式，其能够实现自动立体图像显示。
在某些实施例中，通过将电压施加到光学分离元件，显示屏可在第一3D显示模式和第二3D显示模式之间转换。
根据本发明的是四环路，提供了立体显示单元，其中可以适当的组合偏振状态转换部分(偏振部分)、可变透镜阵列装置、和偏光镜片，并且根据二维显示部分上所显示的图像的内容，可变透镜阵列装置的透镜效果可在打开状态和关闭状态之间可变的转换。因此，可在二维显示和三维显示之间转换显示，并且可在裸眼方法和眼镜方法之间转换三维显示方法。因此，能够实现适合于视听环境的三维显示方法。例如，当观察者的数量是一个或者诸如二或多个的小数量时，能够采用通过裸眼方法的三维显示。在此情况下，不需要用于三维显示的专用眼镜。此外，通过眼镜方法执行三维显示，显示图像可以被很多人观察到，观察者能够通过自由的选择观察位置来观察显示图像。
根据下面的描述，本发明的其他和另外的目的、特征和优点将更充分的显现出来。
附图说明
图1是示出了根据本发明的第一实施例的立体显示单元的整体结构的结构视图。
图2(A)和2(B)是示出了可变透镜阵列装置的横截面视图。图2(A)示出了在可变透镜阵列装置的整体透镜效果关闭的状态下的结构，图2(B)示出了在可变透镜阵列装置的整体透镜效果打开的状态下的结构。
图3A和3B是示出了电湿润型液体透镜的工作原理的横截面视图。图3A示出了产生透镜效果的状态，图3B示出了没有产生透镜效果的状态。
图4是在图1中所示的立体显示单元中通过眼镜方法执行三维显示的情况下的结构示图。
图5是在图1中所示的立体显示单元中通过裸眼方法执行三维显示的情况下的结构示图。
图6是示出了根据本发明的第二实施例的立体显示单元中的可变透镜阵列装置的结构的横截面视图。
图7A是示出了图6中所示的可变透镜阵列装置的电极部分中的结构示例的透视图。图7B是以光学等效方式示出了由图6中所示的可变透镜阵列装置所形成的透镜形状的透视图。
图8A和8B是用于说明图6中所示的可变透镜阵列装置中的透镜效果的开关状态的视图。图8A示出了不存在透镜效果(透镜效果关闭)的状态，图8B示出了产生透镜效果(透镜效果打开)的状态。
图9是示出了图1中所示的立体显示单元的第一修改示例的结构视图。
图10是示出了图1中所示的立体显示单元的第二修改示例的结构视图。
图11是示出了图1中所示的立体显示单元的第三修改示例的结构视图。
具体实施方式
将参考附图详细描述本发明的实施例。
第一实施例
立体显示单元的基本结构
图1示出了根据本发明第一实施例的立体显示单元的整体结构。在立体显示单元中，显示模式在二维显示模式和三维显示模式之间转换，并且三维显示模式可以在裸眼方法和眼镜方法之间转换。图4示意性的示出了在立体显示单元中通过眼镜方法执行三维显示的状态。图5示意性的示出了通过裸眼方法执行三维显示的状态。立体显示单元包括作为二维显示部分的显示面板2、在显示面板2的显示表面侧的对面设置的偏振状态转换部分5、和可变透镜阵列装置1。此外，如图4所示，立体显示单元包括在通过眼镜方法观察三维显示时使用的偏光镜片40。
在显示面板2中，以矩阵形态设置多个像素。显示面板2旨在执行二维图像显示。显示面板2被构造成以在特定方向上偏振的线偏振光的状态输出来自显示图像中的光。图1等示出了从显示面板2以在水平方向(图1的X轴方向)上线偏振的状态输出显示图像光的示例。例如，显示面板2由透射式液晶显示屏组成。对于液晶显示屏来说，液晶面板主体被夹在两个偏光板之间，使得每个偏振方向例如都处于正交偏振状态。在由输出侧的偏光板的偏振方向所确定的方向上使显示图像光偏振。显示结构自身可以不输出线偏振光。如果在显示表面的对面设置偏光板，则可以使用具有其他结构的显示屏。例如，对于显示面板2，可以与偏光板结合使用有机EL(电致发光)显示屏、等离子显示面板等。
显示面板2旨在执行二维图像显示和三维图像显示。在二维图像显示中，基于通常的二维图像数据执行二维矩阵显示。在三维显示中，基于三维图像数据执行显示。三维图像数据是包括与三维图像显示中的多个视角方向相对应的多个视差图像的数据。在本实施例中，对于三维图像数据，使用包括左眼图像L和右眼图像R的视差图像数据，在左眼图像L和右眼图像R之间存在视差。当执行三维图像显示时，在显示面板2中，将两者之间存在视差的左眼图像L和右眼图像R在空间上分离、在一个屏幕中合成、并且显示。如图5所示，当通过裸眼方法执行三维图像显示时，在显示面板2中，执行图像显示，使得沿着水平方向交替设置配置左眼图像的左眼像素段和配置右眼图像的右眼像素段。如图4所示，在通过裸眼方法执行三维显示的情况下，执行图像显示，使得沿着垂直方向交替设置左眼图像L和右眼图像R。
对于每个给定的图像区域，偏振状态转换部分5将来自显示在显示面板2上的图像中的光转换成处于第一偏振状态的光和处于第二偏振状态的光，每个偏振状态都互不相同。当通过眼镜方法执行三维显示时，对于与左眼图像L和右眼图像R相对应的每个区域，偏振状态转换部分5在垂直方向上交替转换偏振状态。
偏振状态转换部分5具有作为第一偏振部分的第一相位差板5A和作为第二偏振部分的第二相位差板5B。第一相位差板5A和第二相位差板5B是在水平方向延伸的带状相位差板。在垂直方向上交替设置多个第一相位差板5A和多个第二相位差板5B。在与当在显示面板2上通过眼镜方法执行三维显示时所显示的左眼图像L的显示区域相对应的位置上设置第一相位差板5A。在与当在显示面板2上通过眼镜方法执行三维显示时所显示的右眼图像R的显示区域相对应的位置上设置第二相位差板5B。
第一相位差板5A将从显示面板2输出的线偏振光转换成第一圆偏振光，并以第一偏振状态输出第一圆偏振光。第二相位差板5B将线偏振光转换成旋转方向与第一圆偏振光不同的第二圆偏振光，并以第二偏振状态输出第二圆偏振光。具体来说，第一相位差板5A和第二相位差板5B由1/4波片组成。相对于从显示面板2输出的线偏振光的方向(X轴方向)，在相互不同的方向上使第一相位差板5A的慢轴A1和第二相位差板5B的慢轴B1倾斜45度。例如，使第一相位差板5A的慢轴A1向左上方倾斜45度，使第二相位差板5B的慢轴B1向右上方倾斜45度。因此，在第一相位差板5A中，将从显示面板2输出的线偏振光转换成逆时针方向的圆偏振光，而在第二相位差板5B中，将从显示面板2输出的线偏振光转换成顺指针方向的圆偏振光。在与当通过眼镜方法执行三维显示时所显示的左眼图像L和右眼图像R相对应的区域中设置第一相位差板5A和第二相位差板5B。结果，左眼图像L被转换成逆时针方向的圆偏振光，右眼图像L被转换成顺时针方向的圆偏振光。
偏光镜片40具有用于左眼图像9L的第一偏振滤光镜41L和用于右眼图像9R的第二偏振滤光镜41R。第一偏振滤光镜41L只透射由偏振状态转换部分5的第一相位差板5A所转换的处于第一偏振状态的光。第二偏振滤光镜41R只透射由第二相位差板5B所转换的处于第二偏振状态的光。
可变透镜阵列装置1的整体结构
图2(A)和2(B)示出了可变透镜阵列装置1的结构。可变透镜阵列装置1旨在根据显示模式通过电力开/关控制透镜效果选择性的改变来自显示面板2的光线的穿过状态。图2(A)示出了可变透镜阵列装置1的透镜效果整体关闭的状态的结构，图2(B)示出了可变透镜阵列装置1的透镜效果整体打开的状态的结构。可变透镜阵列装置1从与显示面板2相对的一侧相继包括液体柱状透镜3和固定柱状透镜4。液体柱状透镜3具有能够电力开/关控制透镜效果的多个可变透镜。
固定柱状透镜4具有对应于多个可变透镜设置的多个固定透镜。多个固定透镜分别具有折射能力，以在各自相应的可变透镜的透镜效果变成打开状态时引发透镜效果。具体来说，固定柱状透镜4具有柱面透镜阵列结构，在柱面透镜阵列结构中相互平行设置多个柱面透镜4A作为固定透镜。在固定柱状透镜4中，将分别的柱面透镜4A设置成在相对于显示面板2的显示表面的纵向上延伸，并且在左右方向上具有正折射能力。在分别的柱面透镜4A的侧向上的透镜间距与将显示在显示面板上的一对左眼图像L和右眼图像R的像素间距(例如，两个像素)的大小相对应。
液体柱状透镜3的结构
液体柱状透镜3包括相对设置、在中间具有间隙的第一基板10和第二基板20，和设置在第一基板10和第二基板20之间的液体层。液体层由硅油(绝缘油)15和电解溶液16组成。第一基板10和第二基板20是由例如玻璃材料或树脂材料制成的透射基底。在第一基底10和第二基底20之间的周围部分，形成分隔壁12和分隔壁13。还在第一基底10和第二基地20之间、在对应于柱面透镜4A的透镜间距的位置上形成分隔壁12。对于在对应于透镜间距的位置上的分隔壁12，垂直方向的长度小于第一基底10和第二基地20之间的间隙，在对应于透镜间距的位置上的分隔壁12和第一基底10之间存在给定间隙。相邻的两个分隔壁12之间的液体层形成一个可变透镜。上述一个可变透镜对应于固定柱状透镜4的一个柱面透镜4A。在与第一基底10的液体层相接触的一侧的表面上，在几乎整个区域上均匀形成亲水性导电膜11。在分隔壁12的表面上，如下所述，从分隔壁12一侧相继形成导电膜14-1和绝缘防水膜14-2。
液体柱状透镜3是电湿润型液体透镜阵列，其中根据所施加的电压开关控制透镜效果。将参考图3A和3B描述液体柱状透镜3的基本结构和工作原理。在此情况下，为了说明基本原理，图3A和3B示出了一个可变透镜(液体透镜)的结构。对于与图2(A)和2(B)中所示的结构部分相对应的部分，标注相同的附图标记。图3A示出了液体透镜单体的透镜效果打开的状态(说明产生给定的负折射能力)，图3B示出了液体透镜单体的透镜效果关闭的状态(说明未产生折射能力)。
在电湿润型可变透镜中，利用液体和固体表面之间的湿润特性根据所施加的电压而变化这一事实，通过改变具有互不相同的折射率的两种类型液体的界面形状，控制透镜效果。在图3A和3B所示的可变透镜的结构中，在第一基底10的表面上形成亲水性导电膜11，在分隔壁12的表面上形成导电膜14-1和绝缘防水膜14-2。例如，绝缘防水膜14-2由聚对二甲苯膜制成。在第一基底10和第二基底20之间的间隙中，将硅油15注入到第一基底20和绝缘防水膜14-2一侧，将电解溶液16注入到亲水性导电膜11一侧，并密封间隙。亲水性导电膜11和导电膜14-1电连接到电源16，并施加电压。图3B示出了通过电源6施加电压的状态(电力打开状态)，图3A示出了未施加电压的状态(电力关闭状态)。
电解溶液16具有按照施加的电压的平方成比例的提高与分隔壁12的表面相关的湿润特性的特性。因此，当施加的电压是0时，与分隔壁12的表面的接触角是θ0，当施加的电压不是0时，与分隔壁12的表面的接触角是θv，建立θ0＞θv的关系。此外，能够找到透镜效果为零的给定的施加电压V90(θv＝90度，硅油15和电解溶液16之间的界面形状是平的)。因此，通过在0和给定的施加电压V90之间变换施加电压，能够用开/关转换控制提供透镜效果。在硅油15的折射率n1大于电解溶液16的折射率n2的情况下，如图3A所示在施加电压为0的情况下产生了负折射能力透镜效果。
也就是说，在由液体柱状透镜3组成的可变透镜中，当透镜效果变成电力关闭状态时，通过将施加电压设置为零则透镜效果变成打开状态(图3A)。此外，当透镜效果变成电力打开状态时，通过将施加电压设置成给定电压V90则透镜效果变成关闭状态(图3B)。电力开关状态和透镜效果的开关状态之间的上述关系针对电湿润型液体透镜。例如，通过将硅油的比重设置成与电解溶液16的比重相等的值，能够使重力对两种类型液体的作用相同。因此，在此情况下，视为只通过基于施加电压的湿润特性确定界面形状，不存在重力影响。
可变透镜阵列装置1的整体透镜作用
在可变透镜阵列装置1中，在如图2(A)所示没有通过电源6将电压施加到液体柱状透镜3的状态(电力关闭状态)下，液体柱状透镜中的多个可变透镜的透镜效果变成打开状态。通过固定柱状透镜4中相应的固定透镜(柱面透镜4A)抵消液体柱状透镜3中分别的可变透镜的透镜效果。也就是说，液体柱状透镜3和固定柱状透镜4的组合的整体透镜效果变成关闭状态。
同时，在如图2(B)所示通过电源6将给定电压施加到液体柱状透镜3的状态(电力打开状态)下，液体柱状透镜3中的多个可变透镜的透镜效果变成关闭状态。在此状态下，调节电压值，使得组成液体柱状透镜3中的液体层的硅油15和电解溶液16之间的界面形状在分别的可变透镜部分中变成平的。在此状态下，液体柱状透镜3的透镜效果单独不起作用，只有固定柱状透镜4的透镜效果起作用。也就是说，液体柱状透镜3和固定柱状透镜4的组合的整体透镜效果变成打开状态。
如上所述，可变透镜阵列装置1包括固定柱状透镜4，固定柱状透镜4具有折射能力以引发液体柱状透镜3的透镜效果。因此，能够颠倒液体柱状透镜3的透镜效果的电力开关特性。在可变透镜阵列装置1中，当液体柱状透镜3的透镜效果变成打开状态(产生给定的负折射能力的状态)时，液体柱状透镜3和固定柱状透镜4的组合的整体透镜效果变成关闭状态(没有折射能力的状态)。此外，当液体柱状透镜3的透镜效果变成关闭状态时，整体透镜效果变成打开状态。也就是说，整体可变透镜阵列装置1的透镜效果的电力开关特性变成关于作为单体的液体柱状透镜3的特性相反的状态。
立体显示单元的运行和效果
在立体显示单元中，在通过眼镜方法的二维显示模式中的显示、三维显示模式中的显示(第二三维显示模式)与通过裸眼方法的三维显示模式中的显示(第一三维显示模式)之间转换显示。
(1)二维显示模式
在显示面板2上执行二维图像显示(二维矩阵显示)的状态下，通过可变透镜阵列装置1的透镜效果被设置成关闭状态。通过可变透镜阵列1透射来自显示面板2的显示图像光而不折射光，直接执行二维显示。对于与具有偏振状态转换部分5中的第一相位差板5A和第二相位差板5B的区域相对应的每个像素区域，将来自显示面板2的显示图像的光转换成处于第一偏振状态的光(逆时针方向的圆偏振光)和处于第二偏振状态的光(顺时针方向的圆偏振光)。但是，没有用裸眼感觉到前述的偏振差别，因此不影响观察二维显示。
(2)通过眼镜方法的三维显示模式(图4)
执行显示，使得沿着显示面板2上的垂直方向交替设置左眼图像L和右眼图像R。通过可变透镜阵列装置1的透镜效果被设置成处于关闭状态。在偏振状态转换部分5中，输出光，使得将来自左眼图像L的光转换成处于第一偏振状态的光(逆时针方向的圆偏振光)，而将来自右眼图像R的光转换成处于第二偏振状态的光(顺时针方向的圆偏振光)。在可变透镜阵列装置1中，来自左眼图像L的转换的第一光线和来自右眼图像R的转换的第二光线被透射不被折射。通过偏光镜片40观察透射的左眼图像L和透射的右眼图像R，因此通过眼镜方法执行了三维显示。具体来说，在偏振状态转换部分5的第一相位差板5A中，通过偏光镜片40的第一偏振滤光镜41L只透射处于第一偏振状态的光，因此观察者的左眼9L只感知到左眼图像L。此外，在偏振状态转换部分5的第二相位差板5B中，通过偏光镜片40的第二偏振滤波片41R只透射处于第二偏振状态的光，因此观察者的右眼9R只感知到右眼图像R。因此，能够实现双目视差立体视觉。
(3)通过裸眼方法的三维显示模式(图5)
执行显示，使得沿着显示面板2的水平方向交替设置左眼图像L和右眼图像R。通过可变透镜阵列装置1的透镜效果被设置成处于打开状态。在可变透镜阵列装置1中，来自显示面板2上所显示的左眼图像L的光线和来自显示面板2上所显示的右眼图像R的光线被折射并被光学分离，使得通过裸眼能够实现立体视觉。也就是说，在可变透镜阵列装置1中，通过折射执行光学光线分离，使得左眼图像L和右眼图像R选择性的分别并适当的进入观察者9的左眼9L和右眼9R。因此，能够实现双目视差立体视觉。在通过裸眼方法的三维显示模式中，对于与具有偏振状态转换部分5中的第一相位差板5A和第二相位差板5B的区域相对应的每个像素区域，将来自显示面板2的显示图像的光转换成处于第一偏振状态的光和处于第二偏振状态的光。但是，没有用裸眼感觉到偏振差别，所以不影响通过裸眼方法观察三维显示。此外，如果使用偏光镜片40，不影响观察三维显示。在此情况下，已经通过可变透镜阵列装置1完成了左右视差分离。因此，通过偏光镜片40，只有左眼图像L选择性的进入观察者9的左眼9L，右眼图像R选择性的进入观察者9的右眼9R，因此感觉到立体图像。
如上所述，在通过裸眼方法的三维显示模式中，通过裸眼没有观察到左眼图像L和右眼图像R之间的偏振状态的差别，因此偏振状态转换部分5不限于图5中所示的结构。例如，在图5中，可以沿着水平方向(未示出)而非垂直方向交替设置左眼偏振部分和右眼偏振部分。
如上所述，根据本实施例，适当的组合偏振状态转换部分5、可变透镜阵列装置1、和偏光镜片40，根据显示面板2上所显示的图像的内容控制可变透镜阵列装置1的透镜效果的开关。因此，可在二维显示和三维显示之间转换显示，可在裸眼方法和眼镜方法之间转换三维显示方法。因此，能够实现适合于视听环境的三维显示。例如，当观察者的数量是一个或者诸如二或多个之类的小数量时，能够采用通过裸眼方法的三维显示。在此情况下，不需要用于三维显示的专用眼镜。此外，通过眼镜方法执行三维显示，能够被很多人观察到显示图像，观察者能够通过自由的选择观察位置来观察显示图像。
第二实施例
然后，将描述根据本发明第二实施例的立体显示单元。对于与根据前述第一实施例的立体显示单元基本相同的部件，标注相同的附图标记，并将适当的省略对其的描述。
图6示出了根据第二实施例的立体显示单元中的可变透镜阵列装置1A的结构。代替图1中的使用液体透镜的可变透镜阵列装置，根据本实施例的立体显示单元包括通过液晶透镜方法的可变透镜阵列装置1A。除了可变透镜阵列装置1A的结构不同之外，本实施例的结构与前述第一实施例的结构相同。
可变透镜阵列装置1A的整体结构
可变透镜阵列装置1A是通过液晶透镜方法的可变透镜阵列，并且能够电力开关控制透镜效果。可变透镜阵列装置1A旨在通过根据显示模式控制透镜效果选择性的改变来自显示面板2的光线的穿过状态。
如图6所示，可变透镜阵列装置1A包括相对设置、在中间具有间隙d的第一基底10A和第二基底20A，和设置在第一基底10A和第二基底20A之间的液晶层30。第一基底10A和第二基底20A是由例如玻璃材料或树脂材料制成的透射基底。在第一基底10A上与第二基底20A相对的一侧上，在几乎全部区域上均匀的形成第一电极21，第一电极21由诸如ITO膜之类的透射导电膜制成。此外，在第一基底10A上形成第一配向膜23，两者之间具有第一电极21，并且第一配向膜23与液晶层30接触。在第二基底20A上与第一基底10A相对的一侧上，部分的形成第二电极22Y，第二电极22Y由诸如ITO之类的透射导电膜制成。此外，在第二基底20A上形成第二配向膜24，两者之间具有第二电极22Y，并且第二配向膜24与液晶层30接触。
图8A和8B示出了可变透镜阵列装置1A中透镜效果产生的基本原理。在图8A和8B中，为了说明基本原理，非常简单的示出了可变透镜阵列装置1A的结构。液晶层30包括液晶分子31。通过根据施加到第一电极21和第二电极22Y的电压改变液晶分子31的配向方向来控制透镜效果。液晶分子31具有各项异性的折射率，并且例如具有折射率椭圆体的结构，在该折射率椭圆体中与长度方向上的透射光线相关的折射率不同于短方向上的折射率。根据施加到第一电极21和第二电极22Y的电压的状态，在没有透镜效果的状态和产生透镜效果的状态之间电力转换液晶层30的状态。
在可变透镜阵列装置1A中，如图8A所示，在施加电压为0V的正常状态，液晶分子31统一对准由第一配向膜23和第二配向膜24所确定的给定方向。因此，透射光线的波阵面变成平面波，不存在透镜效果。同时，在可变透镜阵列装置1A中，以给定间隔隔离多个第二电极22Y。因此，当将给定的驱动电压施加到第一电极21和第二电极22Y之间时，液晶层30内部的电场分布中产生偏压。也就是说，产生了具有下列特性的电场。在与形成第二电极22Y的区域相对应的部分中，根据驱动电压电场强度增强，而随着位置靠近多个第二电极22Y之间的每个孔的中心部分，电场强度降低。因此，如图8B所示，根据电场强度分布改变液晶分子31的排列。因此，改变了透射光线的波阵面202，并且产生了透镜效果。
可变透镜阵列装置1A的电极结构
图7A示出了可变透镜阵列装置1A的电极部分的平面结构示例。图7B以光学等效的方式示出了在图7A中所示的电极结构的情况下所形成的透镜形状。第二电极22Y具有电极间距Lx，并在垂直方向延伸。如图7A所示，以与产生透镜效果时的透镜间距p相对应的间隔并相互平行的设置多个第二电极22Y。在产生透镜效果的情况下，给出了给定电位差，在该给定电位差下能够在夹着液晶层30的上下电极之间改变液晶分子31的排列。在第一基底10A的整个区域上形成第一电极21，在侧向上以一定间隔部分的设置第二电极22Y。因此，当将给定驱动电压施加到第二电极22Y时，根据图8B所示的原理在液晶层30内部的电场分布中产生偏压。也就是说，产生了具有下列特性的电场。在与形成第二电极22Y的区域相对应的部分中，根据驱动电压电场强度增强，而在侧向上随着位置远离第二电极22Y，电场强度降低。也就是说，在侧向(X轴方向)上，改变了电场分布，使得产生了透镜效果。也就是说，如图7B所示，以等效方式在X轴方向上相互平行设置多个柱面透镜31Y，所述多个柱面透镜31Y在Y轴方向上延伸并且在X轴方向上具有折射能力。
二维显示和三维显示之间的转换操作、三维显示的裸眼方法和眼睛方法之间的转换操作与前述第一实施例的操作基本相同。
修改的示例
本发明不限于前述各个实施例，而是可以进行各种修改。例如，在前述各个实施例中，在偏振状态转换部分5的光出射一侧上设置可变透镜阵列装置1或1A。但是，如图9所示，可以在显示面板2和偏振状态转换部分5之间设置可变透镜阵列装置1或1A。
此外，在前述各个实施例中，在通过眼镜方法执行三维显示时，执行显示，使得沿着显示面板2上的垂直方向交替设置左眼图像L和右眼图像R。但是，可以以与通过裸眼方法的三维显示中相同的方式执行显示。也就是说，可以执行显示，使得沿着显示面板2上的水平方向交替设置左眼图像L和右眼图像R。在此情况下，如图10所示，对应于左眼图像L和右眼图像R的显示区域，在水平方向上交替设置偏振状态转换部分5的第一相位差板5A和第二相位差板5B。在此情况下，对于与左眼图像L和右眼图像R相对应的每个区域，在水平方向上将来自显示面板2上所显示的图像的光交替转换成处于第一偏振状态的光和处于第二偏振状态的光。之后，如图4的显示示例，通过由偏光镜片40观察，观察者的左眼9L只感觉到左眼图像L，观察者的右眼9R只感觉到右眼图像R，因此能够实现双目视差立体视觉。
此外，在前述各个实施例中，在通过眼镜方法执行三维显示时，通过偏振状态转换部分5将从显示面板2输出的线偏振光转换成旋转方向互不相同的分别的圆偏振光。但是，可以以不同的方式转换分别的光。例如，可以将分别的光转换成偏振方向互不相同的分别的线偏振光。图11示出了上述的修改示例。在图11的修改示例中，与图4的结构相比，包括偏振状态转换部分51而非偏振状态转换部分5，包括偏振镜片40A而非偏振镜片40。
偏振状态转换部分51具有透射部分5D和相位差板5C。透射部分5D和相位差板5C具有在水平方向延伸的带状。在垂直方向上交替设置多个透射部分5D和多个相位差板5C。在与当通过眼镜方法执行三维显示时在显示面板2中所显示的左眼图像L的显示区域相对应的位置上设置透射部分5D。在与当通过眼镜方法执行三维显示时在显示面板2中所显示的右眼图像R的显示区域相对应的位置上设置相位差板5C。或者，可以在与右眼图像R的显示区域相对应的位置上设置透射部分5D，可以在与左眼图像L的显示区域相对应的位置上设置相位差板5C。在此情况下，在来自显示面板2上所显示的图像的光是在第一偏振方向(X轴方向)上偏振的线偏振光的情况下，透射部分5D将从显示面板2输出的处于第一偏振方向的线偏振光作为处于第一偏振状态的光输出，而不改变偏振方向。相位差板5C由1/2波片制成。相位差板5C将从显示面板2输出的处于第一偏振方向的线偏振光转换成处于与第一偏振方向相差90度的第二偏振方向(Y轴方向)的线偏振光，并以第二偏振状态输出转换的光。因此，通过透射部分5D将左眼图像L转换成处于第一偏振方向的线偏振光，通过相位差板5C将右眼图像R转换成处于第二偏振方向的线偏振光。为了与此匹配，将偏光镜片40A中的用于左眼9L的第一偏振滤光镜41L设置成只透射处于第一偏振方向的线偏振光的滤光镜，将偏光镜片40B中的用于右眼9R的第二偏振滤光镜41R设置成只透射处于第二偏振方向的线偏振光。因此，通过偏光镜片40A，只有左眼图像L选择性的进入观察者9的左眼9L，右眼图像R选择性的进入观察者9的右眼9R，因此感觉到了立体图像。
本申请包含2009年11月20日递交于日本特许厅的日本在先专利申请JP 2009-264985中所公开的相关主题，上述专利申请的全部内容通过引用结合于此。
本领域技术人员应当理解，在所附权利要求或其等价的范围内，根据设计需要和其他因素可以产生各种修改、组合、变形和替换。

Claims (39)

1.一种立体显示设备，其包括：
显示面板，可操作所述显示面板以传输与图像数据相对应的光；
偏振状态转换部分，其包括第一偏振部分和第二偏振部分，所述第一偏振部分用于将由所述显示设备透射的光转换成第一偏振状态，所述第二偏振部分用于将由所述显示设备透射的光转换成第二偏振状态；
光学分离元件，通过施加电压，使所述光学分离元件处于使由所述显示面板透射的光发生折射的打开状态，或者使由所述显示面板透射的光不发生折射的关闭状态，其特征是：
其中所述立体显示设备可运行以显示二维或三维图像，并且可在二维显示模式、能够实现非自动立体图像的显示的第一三维显示模式和能够实现自动立体图像的显示的第二三维显示模式之间转换。
2.根据权利要求1所述的立体显示设备，其中所述光学分离元件包括可变透镜阵列。
3.根据权利要求2所述的立体显示设备，其中所述可变透镜阵列包括液体柱状透镜。
4.根据权利要求3所述的立体显示设备，其中所述可变透镜阵列还包括固定柱状透镜。
5.根据权利要求4所述的立体显示设备，其中所述固定柱状透镜沿着与所述显示面板相关的纵向延伸。
6.根据权利要求4所述的立体显示设备，其中当所述可变透镜阵列处于打开状态时，所述固定柱状透镜以与所述液体柱状透镜使光发生折射的方式相反的方式使光发生折射。
7.根据权利要求4所述的立体显示设备，其中多个所述固定柱状透镜中的每一个都具有与所述显示面板上的像素间距相对应的间距。
8.根据权利要求4所述的立体显示设备，其中所述液体柱状透镜包括电湿润型液体透镜阵列，通过施加电压而使所述电湿润型液体透镜阵列处于打开状态或关闭状态。
9.根据权利要求8所述的立体显示设备，其中通过施加零电压使所述液体柱状透镜处于打开状态，通过施加非零电压使所述液体柱状透镜处于关闭状态。
10.根据权利要求9所述的立体显示设备，其中，当所述液体柱状透镜处于打开状态时，光被所述液体柱状透镜所折射的程度与光被所述固定柱状透镜所折射的程度相抵消。
11.根据权利要求9所述的立体显示设备，其中，当所述液体柱状透镜处于关闭状态时，光被所述液体柱状透镜所折射的程度没有与光被所述固定柱状透镜所折射的程度相抵消。
12.根据权利要求9所述的立体显示设备，其中，所述液体柱状透镜包括具有与第二液体的界面的第一液体，其中根据所施加的电压改变所述界面的形状。
13.根据权利要求12所述的立体显示设备，其中一旦施加了电压，则所述第一液体和所述第二液体之间的所述界面的形状变成平的。
14.根据权利要求12所述的立体显示设备，其中一旦没有施加电压，则所述第一液体和所述第二液体之间的所述界面的形状变成不是平的。
15.根据权利要求13所述的立体显示设备，其中所述第一液体的折射率高于所述第二液体的折射率，当没有施加电压时产生了负折射能力。
16.根据权利要求4所述的立体显示设备，其中多个所述液体柱状透镜中的每一个都包括置于两个分隔壁之间的液体层，每个所述分隔壁具有由与一个液体柱状透镜相对应的所述固定柱状透镜的间距所限定的间距。
17.根据权利要求16所述的立体显示设备，其中所述液体层具有湿润特性，使得当没有施加电压时，所述液体层与分隔壁的表面的接触角是θ0，当施加电压时，所述液体层与所述分隔壁之间的接触角是θv，并且其中θ0>θv。
18.根据权利要求1所述的立体显示设备，其中所述光学分离元件包括视差屏障。
19.根据权利要求1所述的立体显示设备，其中，为了在所述二维显示模式中显示图像，所述显示面板透射与二维图像数据相对应的光，并且所述光学分离元件处于关闭状态。
20.根据权利要求1所述的立体显示设备，其中，为了在所述第一三维显示模式中显示图像，所述显示面板透射与三维图像数据相对应的光，所述光学分离元件处于关闭状态，所述第一偏振部分将由与左眼图像相对应的所述显示面板透射的光转换成第一偏振状态，所述第二偏振部分将由与右眼图像相对应的所述显示面板透射的光转换成第二偏振状态。
21.根据权利要求1所述的立体显示设备，其中，为了在所述第一三维显示模式中显示图像：
所述显示面板透射与包括两者之间存在视差的左眼图像和右眼图像的三维图像数据相对应的光，使得从在垂直方向上交替设置的显示面板区域透射与所述左眼图像相对应的光和与所述右眼图像相对应的光；
所述偏振状态转换部分将与所述左眼图像相对应的光转换成处于第一旋转方向的圆偏振光，将与所述右眼图像相对应的光转换成处于第二旋转方向的圆偏振光；并且
所述光学分离元件透射与所述左眼图像相对应的光和与所述右眼图像相对应的光，而没有发生折射。
22.根据权利要求21所述的立体显示设备，其中所述第一旋转方向是逆时针方向，所述第二旋转方向是顺时针方向。
23.根据权利要求21所述的立体显示设备，其中所述偏振状态转换部分包括相位差板，所述相位差板在与显示面板区域相对应的垂直方向上交替设置，从所述显示面板区域透射与所述左眼图像相对应的光和与所述右眼图像相对应的光。
24.根据权利要求1所述的立体显示设备，其中，为了在所述第一三维显示模式中显示图像：
所述显示面板透射与包括两者之间存在视差的左眼图像和右眼图像的三维图像数据相对应的光，使得从在水平方向上交替设置的显示面板区域透射与所述左眼图像相对应的光和与所述右眼图像相对应的光；
所述偏振状态转换部分将与所述左眼图像相对应的光转换成处于第一旋转方向的圆偏振光，将与所述右眼图像相对应的光转换成处于第二旋转方向的圆偏振光；并且
所述光学分离元件透射与所述左眼图像相对应的光和与所述右眼图像相对应的光，而没有发生折射。
25.根据权利要求1所述的立体显示设备，其中，为了在所述第二三维显示模式中显示图像，所述显示面板透射与三维图像数据相对应的光，所述光学分离元件处于打开状态以折射并分离由与左眼图像相对应的所述显示面板透射的光和由与右眼图像相对应的所述显示面板透射的光。
26.根据权利要求25所述的立体显示设备，其中，在水平方向上延伸的多个交替图像区域中排列由与所述左眼图像相对应的所述显示面板透射的光和由与所述右眼图像相对应的所述显示面板透射的光。
27.根据权利要求25所述的立体显示设备，其中，在垂直方向上延伸的多个交替图像区域中排列由与所述左眼图像相对应的所述显示面板透射的光和由与所述右眼图像相对应的所述显示面板透射的光。
28.根据权利要求1所述的立体显示设备，其中，为了在所述第二三维显示模式中显示图像：
所述显示面板透射与包括两者之间存在视差的左眼图像和右眼图像的三维图像数据相对应的光，使得从在水平方向上交替设置的显示面板区域透射与所述左眼图像相对应的光和与所述右眼图像相对应的光；
所述偏振状态转换部分将与所述左眼图像相对应的光转换成处于第一旋转方向的圆偏振光，将与所述右眼图像相对应的光转换成处于第二旋转方向的圆偏振光；并且
所述光学分离元件折射并光学分离与所述左眼图像和所述右眼图像相对应的光，使得与所述左眼图像相对应的光进入观察者的左眼，与所述右眼图像相对应的光进入观察者的右眼。
29.根据权利要求28所述的立体显示设备，其中，所述偏振状态转换部分包括相位差板，所述相位差板在与显示面板区域相对应的垂直方向上交替设置，从所述显示面板区域透射与所述左眼图像相对应的光和与所述右眼图像相对应的光。
30.根据权利要求28所述的立体显示设备，其中所述偏振状态转换部分包括在水平方向上交替设置的相位差板。
31.根据权利要求1所述的立体显示设备，其中所述显示面板包括透射式液晶显示屏。
32.根据权利要求1所述的立体显示设备，其中所述显示面板包括有机电致发光显示面板或等离子显示面板。
33.根据权利要求1所述的立体显示设备，其中所述光学分离元件包括具有液晶分子的液晶透镜。
34.根据权利要求33所述的立体显示设备，其中施加电压通过改变所述液晶分子的排列方向使得所述光学分离元件处于打开状态。
35.根据权利要求33所述的立体显示设备，其中，当没有施加电压时，所述液晶分子统一排列，并且通过所述液晶透镜透射的光线是平面波，而其中，当施加电压时，改变了所述液晶分子的排列方向，通过所述液晶透镜透射的光线的波阵面变成非平面波。
36.根据权利要求35所述的立体显示设备，其中：
所述光学分离元件包括第一基底和第二基底、第一电极和多个第二电极，所述第一电极和所述多个第二电极置于所述第一基底和所述第二基底之间，所述第一电极放置在所述第一基底和所述液晶透镜之间，所述多个第二电极放置在所述液晶透镜和所述第二基底之间，在区域中间隔设置所述多个第二电极；并且
当在所述第一电极和所述多个第二电极之间施加电压时，在所述液晶透镜内部的电场分布中产生偏压，使得在设置所述多个第二电极的区域附近的所述电场强度大于在没有设置多个所述第二电极的区域的所述电场强度，所述偏压改变所述液晶分子的排列方法，并将通过所述液晶透镜透射的光线的波阵面改变成非平面波。
37.一种图像显示设备，其包括：
显示屏，其显示2D图像和3D图像，所述显示屏包括：
显示面板，可操作所述显示面板以传输与图像数据相对应的光；
偏振状态转换部分，其包括第一偏振部分和第二偏振部分，所述第一偏振部分用于将由所述显示设备透射的光转换成第一偏振状态，所述第二偏振部分用于将由所述显示设备透射的光转换成第二偏振状态；
光学分离元件，通过施加电压，使所述光学分离元件处于使由所述显示面板透射的光发生折射的打开状态，或者使由所述显示面板透射的光不发生折射的关闭状态，其特征是：
所述显示屏可在下列情况之间转换：
2D显示模式；
第一3D显示模式，其能够实现非自动立体图像显示；和
第二3D显示模式，其能够实现自动立体图像显示。
38.根据权利要求37所述的图像显示设备，其中通过将电压施加到光学分离元件，所述显示屏可在所述第一3D显示模式和所述第二3D显示模式之间转换。
39.根据权利要求37所述的图像显示设备，其中所述显示屏透射与左眼图像和右眼图像相对应的光，并且所述显示屏通过折射并光学分离所述左眼图像和所述右眼图像可在所述第一3D显示模式和所述第二3D显示模式之间转换。
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