CN102116952A - 立体显示器件 - Google Patents

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Abstract

公开了一种立体显示器件，其包括：显示面板；和屏障单元，该屏障单元设置在该显示面板上方，并包括彼此相对的第一和第二基板、在相互交叉的方向上分别形成在所述第一和第二基板上的第一和第二屏障、和在所述第一和第二基板之间的液晶层，所述第一和第二屏障根据施加的电压选择性运行，使得在该第一屏障的运行期间实施3维(3D)显示，并且在该第二屏障的运行期间实施双画面显示，以允许位于不同位置的观看者感知不同的图像。

Description

立体显示器件
本申请要求2009年12月31日提交的韩国专利申请No.10-2009-0135691的优先权，在此通过参考将其并入本文，就如在此完全阐述一样。
技术领域
本发明涉及一种电驱动液晶透镜，更具体地，涉及一种立体显示器件，其中相互交叉的屏障形成在两个基板上且将电压施加到屏障图形以驱动两个基板之间的液晶，以便选择性驱动一个屏障，从而实现选择性实施3维(3D)显示或双画面显示。
现有技术
目前，基于高速信息通信网络构造的用于快速传播信息的服务已经从简单的“听说”服务诸如载波电话发展成基于用于高速处理字符、语音和图像的数字终端的“视听”多媒体型服务，并且期望最终将其开发成多维空间3维立体信息通信服务，其能够实现不受时间和空间限制的虚拟现实和立体观看。
一般而言，基于通过观看者眼睛得到的立体视觉的原理实现表现3维的立体图像。但是由于观看者的眼睛相互间隔约65mm，即具有双眼视差，因此由于两只眼睛之间的位置差异，左眼和右眼会感知稍微不同的图像。由于两眼之间的位置差异导致的这种图像差异被称作双眼像差。基于双眼像差设计3维立体图像显示器件，以允许左眼仅观看左眼图像并且右眼仅观看右眼图像。
特别是，左眼和右眼分别观看不同的2维图像。如果两个不同图像通过视网膜被传送到大脑，则大脑精确组合图像，再现深度感知和真实的原始3维(3D)图像。这种能力通常被称作立体摄影(立体视法)，且应用了立体视法的显示器件被称作立体显示器件。
同时，可基于实现3维图像的透镜的构成元件立体显示器件进行分类。在一个实例中，使用液晶层的透镜被称作电驱动液晶透镜。
通常，液晶显示器件包括两个相对的电极，和插入到两个电极之间的液晶层。通过将电压施加到两个电极之间时产生的电场驱动液晶层的液晶分子。液晶分子具有极化和光学各向异性特性。在此，极化是指分子排列方向根据电场的变化，该变化是随着当液晶分子处在电场影响下时液晶分子中的电子聚集到液晶分子的相对侧引起的。而且，光学各向异性是指根据入射光的入射方向和极化发射的光的路径或极化的变化，该变化是由液晶分子的伸长形状以及上述分子排列方向引起。
因此，由于施加到两个电极上的电压导致液晶层具有透射率差异，且液晶层能通过基于每个像素改变透射率差异来显示图像。
近来，已经提出了一种基于上述液晶分子特性的电驱动液晶透镜，其中液晶层用作透镜。
具体地，透镜被设计成利用透镜组成材料的折射率和空气的折射率之间的差值基于每一位置来控制入射光路径。在电驱动液晶透镜中，如果将不同电压施加到位于液晶层不同位置的电极上，以便产生驱动液晶层所需的电场，则被引入到液晶层的入射光基于每一位置经历不同的相位变化，结果，液晶层能以与实际透镜相同的方式控制入射光路径。
以下，将参照附图描述现有技术的电驱动液晶透镜。
图1是示出现有技术的电驱动液晶透镜的截面图，图2是示出在将电压施加到电驱动液晶透镜之后图1的电驱动液晶透镜的电势分布的示意图。
如图1中所示，现有技术的电驱动液晶透镜包括相互面对的第一和第二基板10和20，和形成在第一基板10和第二基板20之间的液晶层30。
第一电极11设置在第一基板10上并相互间隔第一距离。在两个相邻的第一电极11中，自一个第一电极11的中心到另一个第一电极11的中心的距离被称作“节距”。对于各第一电极重复相同节距可形成图形。
第二电极21形成在与第一基板10相对的第二基板20的整个表面上方。
第一和第二电极11和21由透明金属制成。液晶层30形成在第一电极11和第二电极21之间的间隙中。由于根据电场的强度和分布而反应的特性，液晶层30的液晶分子具有抛物线状电势表面，且由此具有与图2中所示电驱动液晶透镜相似的相位分布。
在将高电压施加到第一电极11和将第二电极21接地的条件下实现上述电驱动液晶透镜。通过这种电压条件，垂直电场在第一电极11的中心最强，垂直电场的强度随着远离第一电极11而降低。因此，如果液晶层30的液晶分子具有正向介电常数各向异性，则液晶分子根据电场以下列方式排列：液晶分子在第一电极11的中心是直立的且随着远离第一电极11而逐渐接近水平地倾斜。结果，在光传输方面，在第一电极11的中心缩短了光学路径，并且随着距第一电极11距离的增加而延长了光学路径，如图2中所示。通过使用相位平面来表现光学路径的长度变化，电驱动液晶透镜具有与具有抛物线状表面的透镜相似的光传输效果。
在此，第二电极21引发由液晶分子所产生的电场的运作，使得光折射率在空间上采取抛物线函数的形式。第一电极11对应于单位透镜区域的边缘。
这种情况下，与第二电极21相比，第一电极11被施加相对较高的电压。因此，如图2中所示，在第一电极11和第二电极21之间产生电势差。特别是，在第一电极11附近产生急剧升降的横向电场。因此，液晶具有稍微失真的分布而不是平缓的分布，从而光折射率不能展现抛物线空间分布，或者液晶移动对电压变化过于敏感。
在不具有抛物线状表面的透镜的情况下，可通过将电极设置在其间插入有液晶的两个基板上并将电压施加到电极来实现上述现有技术的电驱动液晶透镜。
上述电驱动液晶透镜具有以下问题。
首先，由于形成在下基板上的电极仅位于一部分透镜区域上，在对应于电极的透镜边缘区域与远离透镜边缘区域的透镜中心区域之间产生急剧升降的横向电场而非平缓电场，导致电驱动液晶透镜稍微失真的相位。特别是，在通过液晶场驱动的电驱动液晶透镜中，由于透镜区域的节距越大，被施加高电压的电极的数目越小，因此在高电压电极和与这些电极相对的基板之间产生不充分的电场。因此，难以形成与实际透镜具有相同效果的具有平缓抛物线状透镜表面的电驱动液晶透镜。
第二，上述现有技术的液晶透镜仅实现了单向的3D显示，且不适合于实现各种类型的显示。
特别是，与近来的双画面显示相似，需要一种允许在不同位置的观看者感知不同图像的显示器件，因而正在为此进行研究。
同时，尽管现有技术中使用屏障(barrier)的立体显示器件可以显示3维(3D)图像，但是存在如果观看者稍微偏离双眼像差范围或者观看角度减小则观看者观看到不正确的图像或颜色的风险。
发明内容
因此，本发明旨在提供一种立体显示器件，其基本上消除了由于现有技术的限制和缺陷导致的一个或多个问题。
本发明的一个目的是提供一种立体显示器件，其中相互交叉的屏障形成在两个基板上，将电压施加到屏障图形上以驱动两个基板之间的液晶，从而选择性驱动一个屏障，从而实现选择性实施3维(3D)显示或者双画面显示。
在下面的描述中将部分地列出本发明的其它的优点、目的和特点，这些优点、目的和特点的一部分对于所属领域普通技术人员来说通过研究下文将是显而易见的，或者可从本发明的实践中领会到。通过书面说明书、权利要求书以及附图中具体指出的结构可实现和获得本发明的这些目的和其他优点。
为了实现这些目的和其他优点，根据本发明的用途，如这里具体化和广义描述的，一种立体显示器件包括：显示面板；和屏障单元，该屏障单元设置在该显示面板上方，并包括：彼此相对的第一和第二基板、在相互交叉的方向上分别形成在所述第一和第二基板上的第一和第二屏障、和在所述第一和第二基板之间的液晶层，所述第一和第二屏障根据施加的电压选择性运行，使得在该第一屏障的运行期间实施3维(3D)显示，并且在该第二屏障的运行期间实施双画面显示，以允许位于不同位置的观看者感知不同的图像。
该第一屏障可在第一方向形成在该第一基板上，并可包括等间距设置并具有相同宽度的多个第一电极；该第二屏障可在与该第一方向交叉的第二方向形成在该第二基板上，并可包括等间距设置并具有相同宽度的多个第二电极。
在不施加电压到所述第一电极和第二电极时，该屏障单元可发射该显示面板的图像。
在该第一屏障的运行期间公共电压可被施加到所述第二电极，并且大于该公共电压的驱动电压可被施加到所述第一电极。
在该第二屏障的运行期间公共电压可被施加到所述第一电极，并且大于该公共电压的驱动电压可被施加到所述第二电极。
在该第一屏障的运行期间和该第二屏障的运行期间，在该显示面板和该屏障单元之间的背面距离可以是常数。
在该第二屏障的运行期间实施双画面显示时，两个观看者可相互间隔预定距离并处于相同的观看距离处。在该第二屏障的运行期间的观看距离可大于在该第一屏障的运行期间的观看距离。
所述第一和第二电极可由透明电极制成。
所述第一电极和第二电极可具有相互不同的宽度和距离。
该屏障单元具有标准白色模式。
应当理解，本发明前面的概括性描述和下面的详细描述都是示例性的和解释性的，意在对要求保护的本发明提供进一步的解释。
附图说明
附图包含在本申请中构成本申请的一部分，用于给本发明提供进一步理解。附图图解了本发明的实施方式并与说明书一起用于解释本发明的原理。在附图中：
图1是示出用在立体显示器件中的现有技术的电驱动液晶透镜的截面图；
图2是示出在将电压施加到图1的电驱动液晶透镜之后的电势分布图；
图3是根据本发明的立体显示器件的分解图；
图4是示出根据本发明的立体显示器件的完全接合状态的平面图；
图5是示出使用根据本发明的立体显示器件的3维(3D)显示的图；
图6是示出图5观看原理的图；
图7是示出使用根据本发明的立体显示器件的双画面显示的图；以及
图8是示出图7观看原理的图。
具体实施方式
现在将详细参照本发明的优选实施方式进行描述，附图中示出了这些实施方式的一些例子。尽可能地在整个附图中使用相同的参考标记表示相同或相似的部件。
图3是根据本发明的立体显示器件的分解图，图4是示出根据本发明的立体显示器件接合状态的平面图。
如图3和4中所示，本发明的立体显示器件200包括：显示面板300，其包括红、绿和蓝色子像素以实现彩色图像的显示；和屏障单元1000。屏障单元1000包括：彼此相对的第一和第二基板100和200；分别在第一和第二基板100和200上在相互交叉的方向上形成的第一和第二屏障；和在第一和第二基板100和200之间的液晶层(未示出)。当将电压施加到屏障单元1000上时，第一屏障和第二屏障选择性运行，以便在第一屏障运行期间实施3维(3D)显示，在第二屏障运行期间实施双画面显示。在此，术语“双画面显示”意味着在不同位置处的观看者感知不同的图像。
显示面板300可选自各种平板显示器，包括液晶显示器(LCD)，有机发光显示器(OLED)，等离子体显示面板(PDP)，场发射显示器(FED)等。假设显示面板300例如是液晶面板，则显示面板300可包括彼此相对的第一和第二基板，填充在第一和第二基板之间的液晶层，形成在第一基板上的薄膜晶体管阵列，和形成在第二基板上的滤色器阵列。
尽管上述实施方式示出了在显示面板300上设置屏障单元1000的情况，但是屏障单元1000可位于显示面板300的下方。
第一屏障在第一方向上形成在第一基板100上，并包括等间距设置并具有相同宽度的多个第一电极110。第二屏障在与第一方向交叉的第二方向上形成在第二基板200上，并包括等间距设置并具有相同宽度的多个第二电极210。
第一屏障是遮光图形，当将电压施加到第一电极110上时第一屏障开启，由此在第一电极110的纵向方向上运作。更具体地，当将电压施加到第一电极110上时，在第一和第二基板100和200之间的液晶层运作，使最初为标准白色的屏障单元1000的液晶在给定方向上对准。这种情况下，对应于第一电极110的液晶在第一对准方向上对准，以拦截光传输。
相似地，第二屏障是遮光图形，当将电压施加到第二电极210上时第二屏障开启，由此在第二电极210的纵向方向上运作。液晶在与第一对准方向交叉的第二对准方向上对准，从而使得光仅在第二电极210之间传输。
另一方面，当不将电压施加到第一电极110和第二电极210上时，屏障单元1000直接发射显示面板300的图像。具体地，为了实现当不施加电压时的图像发射，将第一和第二电极110和210形成为透明电极。
例如考虑待形成的3维(3D)图像的视图数目以及双画面显示的图像观看距离，设置第一和第二电极110和210的宽度和距离。
图5是示出使用根据本发明的立体显示器件的3维(3D)显示的图，图6是示出图5观看原理的图。
如图5和6中所示，在第一屏障运行期间，将公共电压Vcom施加到第二电极210，将大于公共电压的第一电压V1施加到第一电极110。
在此，公共电压是恒定电平的相位电压，其等于0V或者低于2V，并且第一电压V1具有大于公共电压Vcom的值，以在第一和第二电极之间产生垂直电场。
为了实施3D显示(立体显示)，在第一电极110之间的间隔用作双眼像差(65mm)范围内的缝隙。由此，由于观看者通过在第一电极110之间的间隔分开感知用于左眼和右眼的图像，因此能实现3D显示的视觉感受。
在这种情况下，3D显示需要D1＝S*E/P1(这里，E是双眼像差，并具有65mm的常数值，S是背面距离(即，在屏障单元和显示面板之间的距离)并具有常数值，P1是屏障单元第一电极的节距并且是变量，D1是3D显示情况下观看者的观看距离且是变量)。
图7是示出使用根据本发明的立体显示器件的双画面显示的图，图8是示出图7观看原理的图。
如图7和8中所示，在第二屏障运行期间，将公共电压Vcom施加到第一电极110，将大于公共电压的第二电压V2施加到第二电极210。
双画面显示允许相互间隔预定距离并具有相同观看距离的观看者感知不同的图像，这是可行的，因为位于不同位置的观看者可以看到发射不同图像的不同显示区域。
与图5和6相比，观看者位于相对较远的观看距离处。这种情况下，在3D显示和双画面显示中，背面距离S都是常数。
双画面显示需要D2＝S*E2/P2(这里，E2是观看者之间的距离，P2是第二电极的节距)。
在本发明的上述立体显示器件中，假设背面距离S是常数，单个屏障单元1000就能够实施3D显示和双画面显示。
设计者可根据需要改变上述值D1，D2，E2，P1，和P2。
例如，如果观看者之间的距离E2是双眼像差的十倍即650mm，则在第二电极之间的节距P2可被设置成第一电极之间节距P1的十倍。
在另一实例中，如果在第一电极之间的节距P1和第二电极之间的节距P2相等且观看者之间的距离E2是650mm，则双画面显示的观看距离D2可以是3D显示的观看距离D1的十倍。
如上所述，在3D显示情况下观看者的观看距离D1，双画面显示情况下观看者之间的距离E2和观看者的观看距离D2，第一电极之间的节距P1和第二电极之间的节距P2可根据相应的应用而改变。在任何情况下，背面距离S都是常数。
为了便于描述，优选在第二屏障运行期间的观看距离长于第一屏障运行期间的观看距离。
在此，背面距离S是当屏障单元1000和显示面板300相互接合时获取的固定值(即常数)，而取决于第一和第二电极的宽度和距离的屏障节距和缝隙宽度是可变值。
因此，单个屏障单元1000能根据随着变量P和E施加电压来实施3D显示和双画面显示(在此，E是双眼像差/观看者之间的距离)。
表1和2表示3D显示和双画面显示所需的实际15”和47”模型的像素节距(显示面板)，双眼像差，左和右观看余量，观看距离，背面距离，屏障宽度(电极宽度)和缝隙宽度(电极之间的距离)。从表1和2可确认，在3D显示和双画面显示的情况下这些模型具有相同的背面距离。
在此，可适当确定15”和47”模型的观看距离，以分别用于监控器和大尺寸电视，并对所述观看距离进行选择以尽可能向观看者提供最舒服的观看环境。
表1
  15”   3D显示   双画面显示
  像素节距(P)   99μm   297μm
  双眼像差/观看者之间的距离(E)   6.5cm   65cm
  左和右观看余量(2R)   6cm   60cm
  观看距离(D)   38.3cm   128cm
  背面距离(S)   583.3μm   583.3μm
  屏障宽度(M)   166.1μm   530.9μm
  缝隙宽度(Q)   31.5μm   62.8μm
表2
  47”   3D显示   双画面显示
  像素节距(P)   180.5μm   541.5μm
  双眼像差/观看者之间的距离(E)   6.5cm   65cm
  左和右观看余量(2R)   6cm   60cm
  观看距离(D)   150cm   500cm
  背面距离(S)   4165.3μm   4165.3μm
  屏障宽度(M)   306.0μm   973.7μm
  缝隙宽度(Q)   53.9μm   108.8μm
从以上描述可以明显看出，本发明的立体显示器件具有以下效果。
在相互交叉的方向上在一屏障单元中设置的第一和第二屏障根据所施加的电压选择性开启，以便在相同背面距离条件下，在第一屏障运行期间实施3D显示，在第二屏障运行期间实施双画面显示，该双画面显示允许相互间隔预定距离的观看者以相同的观看距离感知不同的图像。
这种情况下，单个屏障单元可通过其切换功能实施3D显示和双画面显示，而不需要另外的面板，由此在不会增加成本的条件下能够满足各种显示需求。
也就是说，尽管使用屏障的现有技术立体显示器件可显示3维(3D)图像，但是，如果观看者稍微偏离双眼像差范围或者观看角度减小，则存在观看者感知到不正确图像或者颜色的风险。但是，本发明中，以每个像素为基础形成多个屏障从而能同时感知红色、绿色和蓝色图像。此外，3D显示可在双眼像差范围内实施，并且在切换之后，可实施双画面显示从而允许相互间隔预定距离的观看者分别感知左眼的图像和右眼的图像。
在不脱离本发明的精神或范围的情况下，对本发明可进行各种修改和变化，这对于所属领域技术人员来说是显而易见的。因而，本发明意在覆盖落入所附权利要求书范围及其等效范围内的对本发明的所有修改和变化。

Claims (10)

1.一种立体显示器件，包括：
显示面板；和
屏障单元，该屏障单元设置在该显示面板上方，并包括：彼此相对的第一和第二基板；在相互交叉的方向上分别形成在所述第一和第二基板上的第一和第二屏障；和在所述第一和第二基板之间的液晶层，所述第一和第二屏障根据施加的电压选择性运行，使得在该第一屏障的运行期间实施3维(3D)显示，并且在该第二屏障的运行期间实施双画面显示，以允许位于不同位置的观看者感知不同的图像。
2.如权利要求1的器件，其中：
该第一屏障在第一方向形成在该第一基板上，并包括等间距设置并具有相同宽度的多个第一电极；以及
该第二屏障在与该第一方向交叉的第二方向形成在该第二基板上，并包括等间距设置并具有相同宽度的多个第二电极。
3.如权利要求2的器件，其中在不施加电压到所述第一电极和第二电极时，该屏障单元发射该显示面板的图像。
4.如权利要求2的器件，其中在该第一屏障的运行期间公共电压被施加到所述第二电极，并且大于该公共电压的驱动电压被施加到所述第一电极。
5.如权利要求2的器件，其中在该第二屏障的运行期间公共电压被施加到所述第一电极，并且大于该公共电压的驱动电压被施加到所述第二电极。
6.如权利要求1的器件，其中在该第一屏障的运行期间和该第二屏障的运行期间，在该显示面板和该屏障单元之间的背面距离是常数。
7.如权利要求1的器件，其中在该第二屏障的运行期间实施双画面显示时，两个观看者相互间隔预定距离并处于相同的观看距离处。
8.如权利要求7的器件，其中在该第二屏障的运行期间的观看距离大于在该第一屏障的运行期间的观看距离。
9.如权利要求2的器件，其中所述第一和第二电极由透明电极制成。
10.如权利要求2的器件，其中所述第一电极和第二电极具有相互不同的宽度和距离。
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