CN102540599B - 图像显示装置及其驱动方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种图像显示装置及其驱动方法，能够改善2D图像和3D图像两者的可视性并且防止当实现2D图像时2D图像的亮度降低。图像显示装置包括：包括多个子像素的显示面板；以及构图迟滞器，其将从显示面板入射的光分离为第一偏振分量和第二偏振分量，其中，子像素包括主子像素、辅助子像素和控制TFT，主子像素包括：第一液晶单元、第一开关TFT、和第一存储电容器，辅助子像素包括：第二液晶单元、第二开关TFT、和第二存储电容器，控制TFT控制所述辅助子像素的显示灰度级，在配置2D图像时，施加具有相同DC电压电平的第一公共电压和第二公共电压，而在配置3D图像时，施加具有DC电压电平的第一公共电压并且施加具有与第一电压不同的电压电平的第二公共电压。

Description

图像显示装置及其驱动方法
技术领域
本发明的实施方式涉及能够实现二维平面图像(在下文称为“2D图像”)和三维立体图像(在下文称为“3D图像”)的图像显示装置。
背景技术
本申请要求2010年12月20日提交的韩国专利申请No.10-2010-0130858的优选权，通过引用将其结合于此用于一切目的，如同全面在此阐述一样。
图像显示装置使用立体技术或者自动立体技术实现3D图像。
立体技术使用具有高立体效果的用户的左眼和右眼之间的视差图像，该立体技术包括眼镜型和非眼镜型方法，其两者都已经投入实际使用。在眼镜型方法中，通过改变视差图像的偏振方向或者以时分方式在直接观察显示器上或者在投影仪上显示左眼和右眼之间的视差图像。在非眼镜型方法中，通常在显示器屏幕之前或者之后安装用于分离左眼和右眼之间的视差图像的光轴的诸如视差栅栏的光学片。
如图1所示，使用眼镜型方法的图像显示装置可以在显示面板3上包括用于转换入射到的偏振眼镜6上的光的偏振特性的构图迟滞器5。在眼镜型方法中，在显示面板3上交替显示左眼图像L和右眼图像R，并且入射到偏振眼镜6上的光的偏振特性被构图迟滞器5转换。通过使用眼镜型方法的图像显示装置的这种操作，可以在空间上分离左眼图像L和右眼图像R，由此实现3D图像。在图1中，附图标记1表示向显示面板3提供光的背光单元，并且附图标记2和4表示分别附装到显示面板3的上表面和下表面从而选择线性偏振的偏振片。
在眼镜型方法中，因为在垂直观察角的位置产生的串扰，所以3D图像的可视性降低。结果，在一般的眼镜型方法中，用户可以按照良好的图像质量观察3D图像的垂直观察角的范围很窄。串扰的产生是因为左眼图像L在垂直观察角的位置透过右眼构图迟滞器的区域以及左眼构图迟滞器的区域，并且右眼图像R透过左眼构图迟滞器的区域以及右眼构图迟滞器的区域。因此，如图2所示，日本专利公开No.2002-185983公开获得更宽的垂直观察角的方法，通过在构图迟滞器的与显示面板的黑矩阵BM相对应的区域中形成黑条带BS，由此提高3D图像的可视性。在图2中，当用户在预定距离D观察3D图像时，理论上不产生串扰的垂直观察角α取决于显示面板的黑矩阵BM的大小、构图迟滞器的黑条带BS的大小、和显示面板和构图迟滞器之间的距离S。随着黑矩阵BM的大小和黑条带BS的大小增加并且显示面板和构图迟滞器之间的距离减小，垂直观察角α变宽。
然而，包括黑条带的现有技术图像显示装置具有以下问题。
第一，用于获得宽垂直观察角以及提高3D图像的可视性的构图迟滞器的黑条带与显示面板的黑矩阵相互影响，由此产生摩尔纹。当实现2D图像时，构图迟滞器的黑条带极大地降低2D图像的可视性。图3例示当在距离47寸图像显示装置4米处观察例如包括位置黑条带的47寸图像显示装置时产生的摩尔纹。如图3所示，当实现2D图像时，在位置A、B和C可以看见90mm、150mm和355mm的摩尔纹。
第二，用于获得宽垂直观察角以及提高3D图像的可视性的构图迟滞器的黑条带带来侧边效应，该侧边效应导致2D图像的亮度很大降低。侧边效应是因为如图4(b)所示，显示面板的像素的预定部分被黑条带的图案覆盖而产生。因此，相比于如图4(a)所示的不包括黑条带的图像显示装置，当实现2D图像时，透射的光的量被减少约30％。
发明内容
本发明的实施方式提供了一种图像显示装置及其驱动方法，能够改善2D图像和3D图像两者的可视性并且防止在实现2D图像时2D图像的亮度降低。
在一个方面，提供一种图像显示装置，该图像显示装置包括：显示面板，其包括多个子像素以选择性地配置2D图像和3D图像；以及构图迟滞器，将从所述显示面板入射的光分离为第一偏振分量和第二偏振分量，其中，所述子像素包括主子像素、辅助子像素和用于控制所述辅助子像素的显示灰度级的控制TFT，所述主子像素包括：第一液晶单元、响应于由第k个选通线提供的第k个扫描脉冲使得数据线和第一液晶单元之间的电流路径导通或者截止的第一开关TFT、和由被施加第一公共电压的第一公共线和第一液晶单元的像素电极之间的交叠形成的第一存储电容器，所述辅助子像素包括：第二液晶单元、响应于第k个扫描脉冲使数据线和第二液晶单元之间的电流路径导通或者截止的第二开关TFT、和由被施加第二公共电压的第二公共线和第二液晶单元的像素电极之间的交叠形成的第二存储电容器，所述控制TFT响应于由第(k+1)个选通线提供的第(k+1)个扫描脉冲使得第二公共线和第二存储电容器之间的电流路径导通或者截止，以控制所述辅助子像素的显示灰度级，在配置2D图像时，施加具有相同DC电压电平的第一公共电压和第二公共电压，以及在配置3D图像时，施加具有DC电压电平的第一公共电压并且施加具有与第一电压不同的电压电平的第二公共电压。
在配置3D图像时，第二公共电压以第一公共电压为基准在预定电压电平之间摆动。
在配置2D图像时，响应于第k个扫描脉冲，所述主子像素和所述辅助子像素连续地显示相同的2D图像，在配置3D图像时，在所述控制TFT的控制下所述主子像素响应于第k个扫描脉冲连续地显示3D图像，并且所述辅助子像素响应于第k个扫描脉冲显示3D图像并响应于第(k+1)个扫描脉冲显示黑灰度级。
第一和第二开关TFT的栅极连接到第k个选通线，并且控制TFT的栅极连接到第(k+1)个选通线。
在配置3D图像时，通过激活第(k+1)个选通线，第二存储电容器提升第二液晶单元的像素电极的电压电平。
所述显示面板包括上基板和下基板，该上基板形成被施加有第一公共电压的公共电极，以及在所述下基板上形成第一公共线和第二公共线。
图像显示装置还包括维持电容器，该维持电容器其连接在公共电极和所述控制TFT的漏极之间，其恒定地维持第二公共线上的第二公共电压。
所述公共电极与第一液晶单元的像素电极以及第二液晶单元的像素电极形成垂直电场。
按照正常白模式驱动第一液晶单元和第二液晶单元。
在不显示图像的非显示区域中形成所述控制TFT和所述维持电容器。
辅助子像素的垂直高度与主子像素的垂直高度的比是1∶2。
在另一个方面，提供了一种图像显示装置的驱动方法，其中所述图像显示装置包括子像素，所述子像素包括主子像素、辅助子像素和用于控制所述辅助子像素的显示灰度级的控制TFT，以及所述主子像素包括第一液晶单元，辅助子像素包括第二液晶单元，所述方法包括以下步骤：在配置2D图像时，施加具有相同DC电压电平的第一公共电压和第二公共电压，第一公共电压被施加到公共电极，而第二公共电压经由所述控制TFT被施加到所述辅助子像素的存储电容器的一个端子；响应于由第k个选通线提供的第k个扫描脉冲使得主子像素和辅助子像素两者的开关TFT导通，以使得在主子像素和辅助子像素两者上显示2D图像；以及响应于由第(k+1)个选通线提供的第(k+1)个扫描脉冲使得主子像素和辅助子像素两者的开关TFT截止并使得所述控制TFT导通，以使得在主子像素和辅助子像素两者上继续显示2D图像；在配置3D图像时，施加第一公共电压和第二公共电压，第一公共电压被施加到公共电极，而第二公共电压经由所述控制TFT被施加到辅助子像素的存储电容器的一个端子，其中第一公共电压是DC电压电平，并且第二公共电压是不同于第一电压的电压电平；响应于第k个扫描脉冲使得主子像素和辅助子像素两者的开关TFT导通，以使得在主子像素和辅助子像素两者上显示3D图像；以及响应于第(k+1)个扫描脉冲使得主子像素和辅助子像素的开关TFT截止并且使得所述控制TFT导通，以使得在主子像素上继续显示3D图像，并使得在辅助子像素上显示黑图像。
附图说明
附图被包括进来以提供对本发明的进一步理解，并结合到本说明书中且构成本说明书的一部分，这些附图例示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示意地例示现有技术眼镜型图像显示装置；
图2例示具有黑条带的现有技术图像显示装置；
图3例示由现有技术图像显示装置的黑条带产生的摩尔纹；
图4例示透射光的量被现有技术图像显示装置的黑条带减少的示例；
图5和图6是根据本发明的示例性实施方式的图像显示装置的框图；
图7例示单位像素的结构；
图8A例示2D模式中的第一公共电压和第二公共电压的产生电平；
图8B例示3D模式中的第一公共电压和第二公共电压的产生电平；
图9例示子像素的连接配置；
图10A例示2D模式中的子像素的显示状态；
图10B例示3D模式中的子像素的显示状态；
图11是辅助子像素在第二开关TFT的截止时间点和控制TFT的导通时间点的的等效电路图；
图12是例示正常白模式中透射率和电压电平差之间关系的图；
图13A例示在2D模式中在单位像素上显示的图像；
图13B例示在3D模式中在单位像素上显示的图像；
图14是例示辅助子像素的垂直节距和3D观察角之间关系的曲线图；
图15示意地例示3D模式中图像显示装置的操作；
图16示意地例示2D模式中图像显示装置的操作；
图17是例示基于3D观察角的3D图像的串扰值的曲线图；以及
图18是例示根据本发明的示例性实施方式的3D图像的垂直观察角和现有技术中的3D图像的垂直观察角之间的比较的曲线图。
具体实施方式
下面将详细描述本发明的实施方式，在附图中例示出了其示例。
图5和图6是根据本发明的示例性实施方式的图像显示装置的框图。图7例示图像显示装置的单位像素的结构。图8A例示2D模式中的第一公共电压和第二公共电压的产生电平。图8B例示3D模式中的第一公共电压和第二公共电压的产生电平。
如图5和图6所示，根据本发明的示例性实施方式的图像显示装置包括显示单元11、控制器12、面板驱动电路14、构图迟滞器18、和偏振眼镜20。构图迟滞器18和偏振眼镜20用作3D驱动元件由此在空间上分离左眼图像和右眼图像，由此实现双眼像差。
显示单元11可以利用液晶显示单元实现。液晶显示单元包括显示面板10、位于显示面板10和构图迟滞器18之间的上偏振膜16a、和位于显示面板10后部的下偏振膜16b。
显示面板10包括下玻璃基板10A、上玻璃基板10B、和夹在下玻璃基板10A和上玻璃基板10B之间的液晶层。薄膜晶体管(TFT)阵列在下玻璃基板10A上形成。TFT阵列包括多个数据线DL，向其提供R(红)G、(绿)和B(蓝)数据电压；多个选通线GL(或者扫描线)，与数据线DL交叉并且接收选通脉冲(或者扫描脉冲)；多个TFT，在数据线DL和选通线GL的交叉处形成；液晶单元的多个像素电极，用于将液晶单元充电到数据电压；多个存储电容器，分别连接到显示电极并且恒定地维持液晶单元的电压等。滤色器阵列在上层玻璃基板10B上形成。滤色器阵列可以包括黑矩阵、滤色器等。在正常白模式中驱动液晶单元，在该模式中随着数据电压和公共电压之间的电压电平差的增加，透射率或者灰度级降低。上偏振膜16a粘贴到上玻璃基板10B，并且下偏振膜16b粘贴到下玻璃基板10A。用于设置液晶的预倾角的配向层分别在接触液晶的上玻璃基板10B和下玻璃基板10A内形成。柱状衬垫料可以在上玻璃基板10B和下玻璃基板10A之间形成以保持液晶单元的单元间隔恒定。
在本发明的实施方式中，因为液晶单元被以垂直电场驱动方式驱动，所以将被施加公共电压的公共电极定位在上玻璃基板10B上以与像素电极相对并且与像素电极一起形成垂直电场。
如图7所示，在显示面板10上形成的单位像素P包括R(红)子像素SPr、G(绿)子像素SPg和B(蓝)子像素SPb。R子像素SPr包括位于选通线GLj的相对侧的R主子像素SPr1和R辅助子像素SPr2。当选通线GLj被激活时，R主子像素SPr1和R辅助子像素SPr2被电气连接到第一数据线DLj。G子像素SPg包括位于选通线GLj的相对侧的G主子像素SPg1和G辅助子像素SPg2。当选通线GLj被激活时，G主子像素SPg1和G辅助子像素SPg2被电气连接到第二数据线DL(j+1)。B子像素SPb包括位于选通线GLj的相对侧的B主子像素SPb1和B辅助子像素SPb2。当选通线GLj被激活时，B主子像素SPb1和B辅助子像素SPb2被电气连接到第三数据线DL(j+2)。
单位像素P以公共存储的方式形成存储电容器。每个R、G和B主子像素SPr1、SPg1和SPb1包括第一存储电容器Cst1，并且每个R、G和B辅助子像素SPr2、SPg2和SPb2包括第二存储电容器Cst2。第一公共线CL1布置在主子像素SPr1、SPg1和SPb1上，并且与每个主子像素SPr1、SPg1和SPb1的像素电极交叠，由此形成每个主子像素SPr1、SPg1和SPb1的第一存储电容器Cst1。第二公共线CL2布置在辅助子像素SPr2、SPg2和SPb2上，并且与每个辅助子像素SPr2、SPg2和SPb2的像素电极交叠，由此形成每个辅助子像素SPr2、SPg2和SPb2的第二存储电容器Cst2。
下面将参照图9到图14详细描述R、G和B子像素的连接结构和操作效果。根据本发明的示例性实施方式的液晶显示单元可以利用包括背光型液晶显示器、半透半反式液晶显示器、和反射式液晶显示器的任何类型的液晶显示器实现。在背光型液晶显示器和半透半反式液晶显示器中背光单元17是必要的。背光单元17可以实现为直下式背光单元和侧光式背光单元中的一种。
面板驱动电路14包括用于驱动显示面板10的数据线DL的数据驱动器14A、用于驱动显示面板10的选通线GL的选通驱动器14B、和用于向显示面板10提供公共电压的公共电压源单元14C。
数据驱动器14A包括多个源驱动器集成电路(IC)。每个源驱动器IC包括移位寄存器、锁存器、数模转换器(DAC)、输出缓冲器等。数据驱动器14A在控制器12的控制下将2D和3D数据格式的RGB数字视频数据转换为模拟伽玛电压并且产生R、G和B数据电压。接着，数据驱动器14A将R、G和B数据电压提供给数据线DL。
选通驱动器14B包括移位寄存器、复用器阵列、电平移位器等。选通驱动器14B在控制器12的控制下产生扫描脉冲并且使用扫描脉冲顺序地激活选通线GL。
公共电压源单元14C在控制器12的控制下产生第一公共电压Vcom1以及将第一公共电压Vcom1提供给上玻璃基板10B的公共电极和下玻璃基板10A的第一公共线CL1。接着，公共电压源单元14C在控制器12的控制下产生第二公共电压Vcom2以及将第二公共电压Vcom2提供给下玻璃基板10A的第二公共线CL2。如图8A所示，在2D模式Mode_2D中，由公共电压源单元14C产生的第二公共电压Vcom2具有与第一公共电压Vcom1相同的直流(DC)电压电平(例如，约5V)。如图8B所示，在3D模式Mode_3D中，由公共电压源单元14C产生的第二公共电压Vcom2具有与第一电压不同的电压电平。换句话说，在3D模式Mode_3D中，由公共电压源单元14C产生的第二公共电压Vcom2具有交流(AC)电压电平，其每预定周期(即，以一个帧周期为单位)以第一公共电压Vcom1为基准在预定电压电平之间(例如，在-5V和15V之间)摆动。
响应于通过用户接口(未示出)输入的模式选择信号或者从输入的图像信号提取的2D/3D标识码，控制器12在2D模式MODE_2D或者3D模式Mode_3D中控制面板驱动电路14。
在3D模式Mode_3D中，控制器12将从系统板(未示出)接收的3D数据格式的RGB数字视频数据分离为与显示面板10的分辨率一致的3D数据格式的左眼RGB数据(在下文，称为“左眼图像数据”)和3D数据格式的右眼RGB数据(在下文，称为“右眼图像数据”)。控制器12接着交替地将对应于一个水平行的左眼图像数据和对应于一个水平行的右眼图像数据提供给数据驱动器14A。在2D模式MODE_2D中，控制器12与显示面板10的分辨率一致地排列从视频源接收的2D数据格式的RGB数字视频数据以及将所排列的2D数据格式的RGB数字视频数据提供给数据驱动器14A。
控制器12使用从系统板接收的诸如垂直同步信号、水平同步信号、点时钟和数据使能的时序信号来产生用于控制面板驱动电路14的操作时序的时序控制信号。控制器12可以将时序控制信号的频率乘以N并且可以按照(N×f)Hz的帧频率来控制面板驱动电路14的操作，其中N是等于或者大于2的正整数，并且f是输入帧频率。
构图迟滞器18可以在玻璃基板、透明塑料基板和膜上构图。之上形成了构图迟滞器18的基板等被用粘接剂粘贴到上偏振膜16a上。构图迟滞器18包括光吸收轴彼此垂直的第一和第二迟滞器，并且将3D图像划分为偏振分量。第一迟滞器在构图迟滞器18的奇数行上形成并且透射通过上偏振膜16a入射的光的第一偏振(例如，圆偏振或者线偏振)分量。第二迟滞器在构图迟滞器18的偶数行上形成并且透射通过上偏振膜16a入射的光的第二偏振(例如，圆偏振或者线偏振)分量。例如，第一迟滞器可以实现为透射左旋圆偏振光的偏振滤波器，第二迟滞器可以实现为透射右旋圆偏振光的偏振滤波器。
偏振眼镜20被实现为使得其光吸收轴根据从构图迟滞器18发射的偏振分量改变。例如，偏振眼镜20的左眼镜透射被构图迟滞器18的第一迟滞器透射的左旋偏振光并且阻挡其他偏振分量的光。此外，偏振眼镜20的右眼镜透射被构图迟滞器18的第二迟滞器透射的右旋偏振光并且阻挡其他偏振分量的光。在此示例中，偏振眼镜20的左眼镜可以包括左旋偏振滤波器，并且偏振眼镜20的右眼镜可以包括右旋偏振滤波器。
图9到图14例示子像素的连接结构和操作效果。图9到图14中例示的子像素的连接结构和操作效果应用于每个R子像素、G子像素和B子像素。
图9例示子像素的连接配置。
如图9所示，子像素SP包括：位于第k个选通线GLk相对侧的主子像素SP1和辅助子像素SP2，其中k是正整数；以及用于控制辅助子像素SP2的显示灰度级的控制TFT CT。
主子像素SP1包括第一液晶单元Clc1、第一开关TFT ST1、和第一存储电容器Cst1。
第一液晶单元Clc1包括彼此相对的第一像素电极EP1和公共电极EC，液晶层夹在两者之间。第一开关TFT ST1响应于第k个扫描脉冲SCAN(k)导通或者截止第k个数据线DLk和第一像素电极EP1之间的电流路径。由此，第一开关TFT ST1的栅极连接到第k个选通线GLk，第一开关TFT ST1的源极连接到第k个数据线DLk，以及第一开关TFT ST1的漏极连接到第一像素电极EP1。第一公共电压Vcom1被施加到公共电极EC。第一存储电容器Cst1由被施加第一公共电压Vcom1的第一公共线CL1和被施加数据电压Vdata的第一像素电极EP1之间的交叠形成。第一存储电容器Cst1恒定地维持一个帧周期期间充电到第一像素电极EP1的数据电压Vdata。
辅助子像素SP2包括第二液晶单元Clc2、第二开关TFT ST2、和第二存储电容器Cst2。
第二液晶单元Clc2包括彼此相对的第二像素电极EP2和公共电极EC，液晶层夹在两者之间。第二开关TFT ST2响应于第k个扫描脉冲SCAN(k)导通或者截止第k个数据线DLk和第二像素电极EP2之间的电流路径。为此，第二开关TFT ST2的栅极连接到第k个选通线GLk，第二开关TFT ST2的源极连接到第k个数据线DLk，以及第二开关TFT ST2的漏极连接到第二像素电极EP2。第一公共电压Vcom1被施加到公共电极EC。第二存储电容器Cst2由被施加第二公共电压Vcom2的第二公共线CL2和被施加数据电压Vdata的第二像素电极EP2之间的交叠形成。第二存储电容器Cst2恒定地维持一个帧周期期间充电到第二像素电极EP2的数据电压Vdata，或者基于第二公共电压Vcom2的电平提升充电到第二像素电极EP2的数据电压Vdata以将感知到的辅助子像素SP2的灰度级实现为黑灰度级。
控制TFT CT响应于第(k+1)个扫描脉冲SCAN(k+1)导通或者截止被施加第二公共电压Vcom2的第二公共线CL2和第二存储电容器Cst2之间的电流路径。为此，控制TFT CT的栅极连接到第(k+1)个选通线GL(k+1)，控制TFT CT的源极连接到第二公共线CL2，以及控制TFT CT的漏极连接到第二存储电容器Cst2。维持电容器Ch连接在控制TFT CT的漏极和第二液晶单元Clc2的公共电极EC之间。维持电容器Ch恒定地维持第二公共线CL2上的第二公共电压Vcom2。
控制TFT CT和维持电容器Ch可以在显示面板10的显示区域AA之外的非显示区域NAA中形成。
图10A例示2D模式Mode_2D中的子像素SP的显示状态。
下面接合图9例示的连接配置和图10A例示的信号波形和充电波形描述2D模式Mode_2D中的子像素SP的操作和效果。
在2D模式Mode_2D中，输入具有相同DC电压电平(例如，约5V)的第一公共电压Vcom1和第二公共电压Vcom2。
在输入第k个扫描脉冲SCAN(k)的周期期间，第一开关TFT ST1和第二开关TFTST2被导通。第k个数据电压Vdata通过第一开关TFT ST1的导通操作被输入到主子像素SP1的第一像素电极EP1。结果，如图12所示，主子像素SP1的第一液晶单元Clc1具有与第k个数据电压Vdata和第一公共电压Vcom1之间的电压电平差成反比的透射率。例如，当第k个数据电压Vdata具有与第一公共电压Vcom1相同的电压电平(例如，约5V)时，主子像素SP1显示白灰度级。此外，第k个数据电压Vdata通过第二开关TFT ST2的导通操作被输入到辅助子像素SP2的第二像素电极EP2。结果，如图12所示，辅助子像素SP2的第二液晶单元Clc2具有与第k个数据电压Vdata和第一公共电压Vcom1之间的电压电平差成反比的透射率。例如，当第k个数据电压Vdata具有与第一公共电压Vcom1相同的电压电平(例如，约5V)时，辅助子像素SP2显示白灰度级。
随后，在输入第(k+1)个扫描脉冲SCAN(k+1)的周期期间，第一开关TFT ST1和第二开关TFT ST2被关断并且控制TFT CT被导通。尽管第一开关TFT ST1被关断，但是第一液晶单元Clc1的电压电平差被第一存储电容器Cst1恒定维持。当第二开关TFT ST2被关断时，第二液晶单元Clc2的电压电平差取决于通过控制TFT CT施加到第二存储电容器Cst2的一个端子的第二公共电压Vcom2。然而，因为在2D模式Mode_2D中输入具有相同DC电压电平的第一公共电压Vcom1和第二公共电压Vcom2，所以第二液晶单元Clc2的电压电平差被第二存储电容器Cst2恒定维持。由此，辅助子像素SP2连续地显示白灰度级。
因此，如图13A所示，主子像素SP1和辅助子像素SP2连续地显示白灰度级，由此显示相同的2D图像。在辅助子像素SP2上显示的2D图像起到增加2D图像亮度的作用。因此，本发明的实施方式可防止当实现2D图像时亮度降低和摩尔纹由此可极大地改善2D图像的可视性。
本发明的示例实施方式作为示例描述了在白灰度级实现的2D图像。可以对2D图像应用其它灰度级。2D图像的灰度级可以基于数据电压Vdata的大小而改变。例如，当数据电压Vdata具有第一公共电压Vcom1和第二公共电压Vcom2之间的预定电压电平时，可以在白灰度级和黑灰度级之间的中灰度级实现2D图像。
图10B例示3D模式Mode_3D中的子像素SP的显示状态。图11是位于第二开关TFT ST2的截止时间点和控制TFT CT的导通时间点的辅助子像素SP2的等效电路图。
下面接合图9例示的连接配置和图10B例示的信号波形和充电波形描述3D模式Mode_3D中的子像素SP的操作和效果。
在3D模式Mode_3D中，输入具有DC电压电平(例如，约5V)的第一公共电压Vcom1，并且输入具有每一个帧周期在预定电压电平(例如，-5V到15V)之间摆动的AC电压电平的第二公共电压Vcom2。本发明的实施方式中第二公共电压Vcom2摆动的原因是为了通过防止液晶退化而从辅助子像素SP2去除DC图像残留。在以下描述中，假设在预定帧周期输入15V的第二公共电压Vcom2。
在输入第k个扫描脉冲SCAN(k)的周期期间，第一开关TFT ST1和第二开关TFTST2被导通。第k个数据电压Vdata通过第一开关TFT ST1的导通操作被输入到主子像素SP1的第一像素电极EP1。结果，如图12所示，主子像素SP1的第一液晶单元Clc1具有与第k个数据电压Vdata和第一公共电压Vcom1之间的电压电平差成反比的透射率。例如，当第k个数据电压Vdata具有与第一公共电压Vcom1相同的电压电平(例如，约5V)时，主子像素SP1显示白灰度级。此外，第k个数据电压Vdata通过第二开关TFT ST2的导通操作被输入到辅助子像素SP2的第二像素电极EP2。结果，如图12所示，辅助子像素SP2的第二液晶单元Clc2具有与第k个数据电压Vdata和第一公共电压Vcom1之间的电压电平差成反比的透射率。例如，当第k个数据电压Vdata具有与第一公共电压Vcom1相同的电压电平(例如，约5V)时，辅助子像素SP2显示白灰度级。
随后，在输入第(k+1)个扫描脉冲SCAN(k+1)的周期期间，第一开关TFT ST1和第二开关TFT ST2被关断并且控制TFT CT被导通。尽管第一开关TFT ST1被关断，但是第一液晶单元Clc1的电压电平差被第一存储电容器Cst1恒定维持。当第二开关TFT ST2被关断时，第二液晶单元Clc2的电压电平差取决于通过控制TFT CT施加到第二存储电容器Cst2的一个端子的第二公共电压Vcom2。因为在3D模式Mode_3D中，输入具有与第一公共电压Vcom1不同的电压电平(例如，在图10B中约15V)的第二公共电压Vcom2，如图11所示通过第二存储电容器Cst2的自举效果，第二液晶单元Clc2的浮动节点的电压从约5V增加到15V。因此，辅助子像素SP2基于图12例示的电压电平差和透射率的反比关系通过从约0V增加到10V的第二液晶单元Clc2的电压电平差显示黑灰度级。
因此，如图13B所示，主子像素SP1连续地显示白灰度级以显示3D图像，并且辅助子像素SP2在从充电时间点经过预定周期之后(例如一个水平周期)显示黑灰度级以显示黑图像。在3D模式Mode_3D中，黑图像起到增加垂直方向上彼此相邻的3D图像之间的显示间隔的作用。因此，本发明的示例性实施方式可通过黑图像较宽地确保3D垂直观察角，而不需要分离的黑条图案，由此相比于现有技术可极大地改善3D图像的可视性。
作为示例，本发明的示例实施方式描述在白灰度级实现的3D图像。可以对3D图像使用其它灰度级。3D图像的灰度级可以基于数据电压Vdata的大小而改变。例如，当数据电压Vdata具有第一公共电压Vcom1和第二公共电压Vcom2之间的预定电压电平时，可以在白灰度级和黑灰度级之间的中灰度级实现3D图像。
如图14所示，辅助子像素SP2的垂直节距P2与3D垂直观察角紧密相关。更具体地，3D垂直观察角随着辅助子像素SP2的垂直节距P2相对于子像素SP的垂直节距P1的百分比(P2*100)/P1增加而增加，并且随着百分比(P2*100)/P1降低而降低。另一方面，3D图像的亮度随着百分比(P2*100)/P1增加而降低，并且随着百分比(P2*100)/P1降低而增加。根据实验，当辅助子像素SP2的垂直节距P2相比于主子像素SP1的垂直节距的比是1∶2时，3D垂直观察角和3D图像的亮度接近满意级别。然而，因为该比例根据3D特性的需要规范改变，所以将3D垂直观察角和3D图像的亮度之间的关系考虑在内，辅助子像素SP2的垂直节距P2可以选择为适当大小。
图15示意地例示3D模式Mode_3D中图像显示装置的操作。
如图15所示，在3D模式Mode_3D中，左眼RGB图像L在位于显示面板10的奇数水平行上的主子像素上显示，右眼RGB图像R在位于显示面板10的偶数水平行上的主子像素上显示。左眼RGB图像L和右眼RGB图像R按照在构图迟滞器18的水平行上交替形成第一和第二迟滞器来划分偏振分量。通过第一迟滞器透射的左眼RGB图像L被透射到偏振眼镜20的左眼镜，通过第二迟滞器透射的右眼RGB图像R被透射到偏振眼镜20的右眼镜。因此，实现3D图像。
在3D模式Mode_3D中，在显示面板10的每个辅助子像素上显示黑图像。黑图像起到增加在垂直方向上彼此相邻布置的左眼RGB图像L和右眼RGB图像R之间的显示间隔的作用。
图16示意地例示2D模式Mode_2D中图像显示装置的操作。
如图16所示，在2D模式Mode_2D中，在显示面板10的主子像素和辅助子像素上显示相同的RGB图像。在辅助子像素上显示的RGB图像起到增加2D图像亮度的作用。
图17是例示基于3D垂直观察角的3D图像的串扰值的曲线图。在图17中，水平轴指示3D图像的向上(+)和向下(+)观察角(单位：度)，以及垂直轴指示3D串扰值(单位：％)。
在包括显示面板和构图迟滞器的图像显示装置中，显示面板以一个水平行为单位交替地显示左眼图像和右眼图像，构图迟滞器与显示面板隔开预定距离并且以一个水平行为单位改变偏振特性，左眼图像仅需经过构图迟滞器的左眼迟滞器，右眼图像仅需经过构图迟滞器的右眼迟滞器，以实现具有良好图像质量的3D图像。然而，当用户不在图像显示装置前方而在垂直观察角的位置观察3D图像时，左眼图像可能透过右眼迟滞器以及左眼迟滞器并且右眼图像可能透过左眼迟滞器以及右眼迟滞器。因此，产生3D串扰C/T。3D串扰C/T可以用以下等式1表示：
[式1]
C / T [ % ] = L Black R White - Black L White R Black - Black × 100
在等式1中，“LBlackRWhite”是在左眼像素上显示黑图像以及在右眼像素上显示白图像的图案的亮度值，“LWhiteRBlack”是显示在左眼像素上显示白图像以及在右眼像素上显示黑图像的图案的亮度值，以及“Black”是在全部像素上显示黑图像之后测量的亮度值。总体而言，当用等式1计算的3D串扰值C/T等于或者小于约7％时获得的观察角被限定为能够实现具有良好图像质量的3D图像的3D垂直观察角。结果，为约7％的3D串扰值C/T是确定能够实现良好3D图像的3D垂直观察角的临界值。为约7％的3D串扰值C/T可根据图像显示装置的模型改变。
如图17的曲线图指示，用户可以在其中3D串扰值等于或者小于预先确定的临界值(例如，约7％)的垂直观察角范围VA1内观察良好图像质量的3D图像。在另一方面，用户可能不能在其中3D串扰值大于预先确定的临界值的垂直观察角范围VA2内观察良好图像质量的3D图像，因为左眼图像和右眼图像之间存在交叠。
图18是例示根据本发明的示例性实施方式的3D图像的向上观察角和现有技术中的3D图像的向上观察角之间的比较的曲线图。在图14中，水平轴指示3D图像的向上观察角(单位：度)，以及垂直轴指示3D图像的串扰值(单位：％)。
在图18中，曲线图“A”指示现有技术1的向上观察角，其中通过黑矩阵左眼图像和右眼图像具有约80μm的显示间隔，并且构图迟滞器不具有黑条带。根据例示现有技术1的曲线图“A”，满足3D串扰的临界值(例如，约7％)的向上观察角是约0°到4°并且很窄。曲线图“C”指示现有技术2的向上观察角，其中通过黑矩阵左眼图像和右眼图像具有约80μm的显示间隔，并且构图迟滞器具有约210μm的黑条图案。根据例示现有技术2的曲线图“C”，满足3D串扰的临界值(例如，约7％)的向上观察角是约0°到10°并且相对加宽。然而，在现有技术2中，因为存在用于确保视角的黑条图案，因此2D图像的可视性和亮度降低。
在另一方面，在本发明的实施方式中，可充分确保3D图像的左眼图像和右眼图像之间的显示间隔而无需单独的黑条图案。由此，如图18的曲线图“B”指示，满足3D串扰的临界值(例如，约7％)向上视角可以增加到约0°到7°而不降低2D图像的可视性和亮度。
如上所述，根据本发明的示例性实施方式的图像显示装置可改善2D和3D图像两者的可视性并且尤其是在实现2D图像时防止2D图像的亮度降低。
尽管参照多个示例性实施方式描述了实施方式，应理解的是本领域技术人员可设计出落入本公开的原理的范围内的许多其他修改和实施方式。更具体地说，可以在本公开、附图及所附权利要求的范围内对本主题组合排列的组成部件和/排列方式进行各种变换和修改。除对组成部件和/或排列方式的变换和修改外，替代性使用对本领域的技术人员也是明显的。

Claims (16)

1.一种图像显示装置，该图像显示装置包括：
显示面板，其包括多个子像素以选择性地配置2D图像和3D图像；以及
构图迟滞器，其将从所述显示面板入射的光分离为第一偏振分量和第二偏振分量，
其中，所述子像素包括主子像素、辅助子像素和用于控制所述辅助子像素的显示灰度级的控制TFT，
所述主子像素包括：第一液晶单元、响应于由第k个选通线提供的第k个扫描脉冲使得数据线和所述第一液晶单元之间的电流路径导通或者截止的第一开关TFT、和由被施加第一公共电压的第一公共线和所述第一液晶单元的像素电极之间的交叠形成的第一存储电容器，
所述辅助子像素包括：第二液晶单元、响应于所述第k个扫描脉冲使得所述数据线和所述第二液晶单元之间的电流路径导通或者截止的第二开关TFT、和由被施加第二公共电压的第二公共线和所述第二液晶单元的像素电极之间的交叠形成的第二存储电容器，
所述控制TFT响应于由第k+1个选通线提供的第k+1个扫描脉冲使得所述第二公共线和所述第二存储电容器之间的电流路径导通或者截止，以控制所述辅助子像素的显示灰度级，
在配置所述2D图像时，施加具有相同DC电压电平的第一公共电压和第二公共电压，以及在配置所述3D图像时，施加具有DC电压电平的第一公共电压并且施加具有与第一公共电压不同的电压电平的第二公共电压。
2.根据权利要求1所述的图像显示装置，其中，在配置所述3D图像时，所述第二公共电压以所述第一公共电压为基准在预定电压电平之间摆动。
3.根据权利要求1所述的图像显示装置，其中，在配置所述2D图像时，响应于所述第k个扫描脉冲，所述主子像素和所述辅助子像素持续显示相同的2D图像，
在配置所述3D图像时，在所述控制TFT的控制下所述主子像素响应于所述第k个扫描脉冲持续显示所述3D图像，并且所述辅助子像素响应于所述第k个扫描脉冲显示所述3D图像并响应于所述第k+1个扫描脉冲显示黑灰度级。
4.根据权利要求1所述的图像显示装置，其中，所述第一开关TFT的栅极和所述第二开关TFT的栅极连接到所述第k个选通线，并且所述控制TFT的栅极连接到所述第k+1个选通线。
5.根据权利要求1所述的图像显示装置，其中，在配置所述3D图像时，通过激活所述第k+1个选通线，所述第二存储电容器提升所述第二液晶单元的像素电极的电压电平。
6.根据权利要求1所述的图像显示装置，其中，所述显示面板包括上基板和下基板，该上基板形成有被施加有所述第一公共电压的公共电极，以及在所述下基板上形成所述第一公共线和所述第二公共线。
7.根据权利要求6所述的图像显示装置，该图像显示装置还包括：
维持电容器，其连接在所述公共电极和所述控制TFT的漏极之间，其恒定地维持所述第二公共线上的第二公共电压。
8.根据权利要求6所述的图像显示装置，其中，所述公共电极与所述第一液晶单元的像素电极形成垂直电场，并且所述公共电极与所述第二液晶单元的像素电极形成垂直电场。
9.根据权利要求1所述的图像显示装置，其中，按照正常白模式驱动所述第一液晶单元和所述第二液晶单元。
10.根据权利要求7所述的图像显示装置，其中，在不显示图像的非显示区域中形成所述控制TFT和所述维持电容器。
11.根据权利要求10所述的图像显示装置，其中，所述辅助子像素的垂直节距与所述主子像素的垂直节距的比是1：2。
12.一种图像显示装置的驱动方法，其中所述图像显示装置包括子像素，所述子像素包括主子像素、辅助子像素和用于控制所述辅助子像素的显示灰度级的控制TFT，以及所述主子像素包括第一液晶单元，所述辅助子像素包括第二液晶单元，所述方法包括以下步骤：
在配置2D图像时，
施加具有相同DC电压电平的第一公共电压和第二公共电压，所述第一公共电压被施加到公共电极，而所述第二公共电压经由所述控制TFT被施加到所述辅助子像素的存储电容器的一个端子；
响应于由第k个选通线提供的第k个扫描脉冲使得所述主子像素和所述辅助子像素两者的开关TFT导通，以使得在所述主子像素和所述辅助子像素两者上显示2D图像；以及
使得所述主子像素和所述辅助子像素两者的开关TFT截止并响应于由第k+1个选通线提供的第k+1个扫描脉冲使得所述控制TFT导通，以使得在所述主子像素和所述辅助子像素两者上持续显示2D图像；
在配置3D图像时，
施加第一公共电压和第二公共电压，所述第一公共电压被施加到所述公共电极，而所述第二公共电压经由所述控制TFT被施加到所述辅助子像素的存储电容器的一个端子，其中所述第一公共电压是DC电压电平，并且所述第二公共电压是不同于第一公共电压的电压电平；
响应于第k个扫描脉冲使得所述主子像素和所述辅助子像素两者的开关TFT导通，以使得在所述主子像素和所述辅助子像素两者上显示3D图像；以及
使得所述主子像素和所述辅助子像素两者的开关TFT截止并且响应于第k+1个扫描脉冲使得所述控制TFT导通，以使得在所述主子像素上持续显示3D图像，并使得在所述辅助子像素上显示黑图像。
13.根据权利要求12所述的驱动方法，其中，在配置3D图像的步骤中，所述第二公共电压以所述第一公共电压为基准在预定电压电平之间摆动。
14.根据权利要求12所述的驱动方法，其中，在配置3D图像时，通过激活第k+1个选通线，所述辅助子像素的存储电容器提升所述第二液晶单元的像素电极的电压电平。
15.根据权利要求12所述的驱动方法，其中，所述公共电极与所述第一液晶单元的像素电极形成垂直电场，并且所述公共电极与所述第二液晶单元的像素电极形成垂直电场。
16.根据权利要求12所述的驱动方法，其中，按照正常白模式来驱动所述第一液晶单元和所述第二液晶单元。
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