CN102566071A - 立体图像显示器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种立体图像显示器，该立体图像显示器包括：液晶显示板；图案化延迟器，所述图案化延迟器附接至所述液晶显示板；偏振眼镜，所述偏振眼镜包括：左眼滤镜，所述左眼滤镜仅透过穿过所述图案化延迟器的第一图案的第一偏振光；以及右眼透镜，所述右眼透镜仅透过穿过所述图案化延迟器的第二图案的第二偏振光；以及背光单元，所述背光单元包括：上光源，所述上光源布置在所述液晶显示板上侧的下面；下光源，所述下光源布置在所述液晶显示板下侧的下面；导光板，所述导光板布置在所述上光源和所述下光源之间；以及上下视角改进片，所述上下视角改进片具有与所述导光板相对的棱镜图案。

Description

立体图像显示器
技术领域
本发明的实施方式涉及立体图像显示器。
背景技术
立体图像显示器利用立体技术或自动立体技术来实现立体图像(即，三维(3D)图像)。利用用户的左眼和右眼的视差图像的立体技术具有很好的立体效果，这种立体技术可以包括眼镜型方法和非眼镜型方法，这两种方法都已经实用化。在眼镜型方法中，通过改变左视差图像和右视差图像的偏振方向，或者以时分方式在直视型显示器(direct-view display)或放映机上显示左眼和右眼之间的视差图像，并因而利用偏振眼镜或液晶快门眼镜来实现立体图像。在非眼镜型方法中，通常在显示屏前面安装例如视差格栅(parallax barrier)的、用于分离左视差图像的光轴和右视差图像的光轴的光学板。
眼镜型立体图像显示器分为偏振眼镜型立体图像显示器和快门眼镜型立体图像显示器。在偏振眼镜型立体图像显示器中，必须将例如图案化延迟器(patternedretarder)的偏振分离元件附接至显示板。图案化延迟器分离显示在显示板上的左眼图像和右眼图像的偏振光。当观看者利用偏振眼镜通过偏振眼镜型立体图像显示器观看立体图像时，他或她通过偏振眼镜的左眼滤镜看到左眼图像的偏振光，并且通过偏振眼镜的右眼滤镜看到右眼图像的偏振光，从而感觉到立体感。
在现有的偏振眼镜型立体图像显示器中，液晶显示板可以用作显示板。此时，因为液晶显示板的上玻璃基板的厚度和上偏振板的厚度，所以在液晶显示板的像素阵列和图案化延迟器之间产生视差。因此，获得的上下视角窄。
如图1所示，液晶显示板20包括：上玻璃基板4，其上形成有滤色器6和黑底BM；下玻璃基板2，其上形成有薄膜晶体管(TFT)阵列；液晶层(未示出)，其形成在上玻璃基板4和下玻璃基板2之间；上偏振板8，其附接至上玻璃基板4；下偏振板14，其形成在下玻璃基板2上；等等。
其上形成有图案化延迟器的图案化延迟器基板12附接至液晶显示板20的上偏振板8。图案化延迟器包括第一图案10a和第二图案10b。第一图案10a与液晶显示板20的像素阵列的奇数的行相对，并且第二图案10b与液晶显示板20的像素阵列的偶数的行相对。第一图案10a和第二图案10b的光轴彼此不同。第一图案10a和第二图案10b将入射光的相位延迟达大约1/4波长。
在液晶显示板20的像素阵列中，奇数的行可以显示左眼图像，并且偶数的行可以显示右眼图像。在此情况下，显示在像素阵列的奇数的行上的左眼图像的光通过上偏振板8转换为线偏振光，并且入射在第一图案10a上。此外，显示在像素阵列的偶数的行上的右眼图像的光通过上偏振板8转换为线偏振光，并且入射在第二图案10b上。在由图1中所示的虚线所指示的正视角处，第一图案10a将通过上偏振板8入射的线偏振光的相位延迟达大约1/4波长，从而使从左眼图像的光所转换出的左圆偏振光穿过。此外，在正视角处，第二图案10b将通过上偏振板8入射的线偏振光的相位延迟达大约1/4波长，从而使从右眼图像的光所转换出的右圆偏振光穿过。偏振眼镜30的左眼滤光器仅穿过左圆偏振光，并且偏振眼镜30的右眼滤光器仅穿过右圆偏振光。如果观看者戴着偏振眼镜30，则他或她通过他/她的左眼仅看到其上显示有左眼图像的像素阵列的奇数的行的像素，并且通过他/她的右眼仅看到其上显示有右眼图像的像素阵列的偶数的行的像素。因而，观看者可以在正视角看到没有3D串扰的立体图像。
在像素阵列的奇数的行上显示的左眼图像的光以由图1中所示的实线所指示的上下视角通过上偏振板8被转换为线偏振光，并且入射在第一图案10a上。在此情况下，左眼图像的一部分线偏振光入射在第二图案10b上。此外，在像素阵列的偶数的行上显示的右眼图像的光以该上下视角通过上偏振板8被转换为线偏振光，并且入射在第二图案10b上。在此情况下，右眼图像的一部分线偏振光入射在第一图案10a上。因而，戴上偏振眼镜30的观看者在该上下视角通过双眼的各只眼睛看到其上显示有左眼图像的像素阵列的奇数的行的像素、以及其上显示有右眼图像的像素阵列的偶数的行的像素。结果，当观看者观看显示在偏振眼镜型立体图像显示器上的在该上下视角处的立体图像时，他/她通过他/她的左眼或右眼观看左眼图像和右眼图像的双重图像，从而感觉到3D串扰。
为了解决在偏振眼镜型立体图像显示器中在上下视角处的3D串扰，提出了如图2所示的用于在图案化延迟器上形成黑色条带BS的方法，以及如图3所示的用于增加液晶显示板20的黑底BM的宽度的方法。黑色条带BS附加地形成在图案化延迟器上，沿像素阵列的行方向延伸。如图4所示，黑色条带BS与像素阵列的某些奇数的行交叠，并且与像素阵列的某些偶数的行交叠。黑色条带BS的宽度小于像素阵列的像素间距(pixel pitch)的1/2。
如图2所示的用于在图案化延迟器上附加地形成黑色条带BS的方法和如图3所示的用于增加黑底BM的宽度的方法导致了透光率和亮度降低的问题。下面将参照图5和等式(1)至(3)来对此进行描述。
在图5中，“θ”是可以产生3D串扰的上下视角；“P”是像素阵列的像素间距；“B”是黑底BM的宽度；“L”是滤色器阵列和图案化延迟器之间的距离(包括玻璃基板的厚度和偏振板的厚度)；并且“n”是玻璃基板的平均折射率。
等式(1)表明了介质(即，玻璃基板和偏振板)内的几何条件。在等式(1)中，“CTref”是可允许的3D串扰的最大值。等式(2)根据指示了斯涅尔定律(Snell’s law)在介质内行进的光的角度Φ和通过图案化延迟器发射至外面的光的角度θ之间的关系。通过等式(1)和等式(2)得到等式(3)。
d · CT ref + B 2 = L tan φ - - - ( 1 )
nsinφ＝sinθ        (2)
θ = sin - 1 { n sin ( tan - 1 ( ( P - B ) CT ref + B 2 L ) ) } - - - ( 3 )
在47英寸全高清(FHD：full high definition)板的情况下，根据大约7％的3D串扰，P是540μm，B是240μm，L是900μm，并且n是1.5。当将以上值代入等式(3)时，如图18所示，满足3D串扰等于或小于大约7％的上下视角估计为大约14.6°。要提高该上下视角，黑底BM的宽度B必须增大，或者滤色器阵列和图案化延迟器之间的距离L必须减小。然而，减小玻璃基板的厚度或者偏振板的厚度存在限制。因此，由于难以减小距离L，所以可以通过增加宽度B提高上下视角。然而，当黑底BM的宽度B增加时，会减小2D图像和3D图像中光的透射率。因此，导致亮度下降。
发明内容
本发明的实施方式提供能够增加上下视角并且增加2D图像的透光率的立体图像显示器。
在一个方面，立体图像显示器包括：液晶显示板，所述液晶显示板包括：数据线；选通线，所述选通线与所述数据线交叉；以及像素阵列，所述像素阵列包括以矩阵形式布置的多个像素；图案化延迟器，所述图案化延迟器附接至所述液晶显示板；偏振眼镜，所述偏振眼镜包括：左眼滤镜，所述左眼滤镜仅透过穿过所述图案化延迟器的第一图案的第一偏振光；以及右眼透镜，所述右眼透镜仅透过穿过所述图案化延迟器的第二图案的第二偏振光；以及背光单元，所述背光单元包括：上光源，所述上光源布置在所述液晶显示板上侧的下面；下光源，所述下光源布置在所述液晶显示板下侧的下面；导光板，所述导光板布置在所述上光源和所述下光源之间；以及上下视角改进片，所述上下视角改进片具有与所述导光板相对的棱镜图案。
附图说明
包括附图以提供对本发明的进一步的理解，附图被并入并且组成该说明书的一部分，其例示了本发明的实施方式并且与说明书一起对本发明原理进行解释。在附图中：
图1例示了在偏振眼镜型立体图像显示器中产生3D串扰的上下视角；
图2例示了在图案化延迟器上附加形成黑色条带以提高上下视角的示例；
图3例示了增加液晶显示板的黑底的宽度以提高上下视角的示例；
图4是例示黑色条带、图案化延迟器和像素阵列的平面图；
图5理论地例示了在图3中示出的立体图像显示器的上下视角；
图6示意性地例示了根据本发明的示例性实施方式的立体图像显示器；
图7是例示了液晶显示板和背光单元的驱动电路的框图；
图8是例示了液晶显示板的一部分像素阵列的等效电路图；
图9例示了在第N个帧期间的背光单元的操作和像素阵列的操作；
图10例示了在第N个帧期间由背光单元提供的光的量的分布；
图11例示了在第N+1个帧期间的背光单元的操作和像素阵列的操作；
图12例示了在第N+1个帧期间由背光单元提供的光的量的分布；
图13例示了在第N帧期间穿过像素阵列的第一像素单元的光的路径；
图14例示了在第N+1帧期间穿过像素阵列的第二像素单元的光的路径；
图15是例示在第N帧期间供应至液晶显示板的数据线的数据电压以及供应至液晶显示板的选通线的选通脉冲的波形图；
图16是例示在第N+1帧期间供应至液晶显示板的数据线的数据电压以及供应至液晶显示板的选通线的选通脉冲的波形图；
图17理论地例示了在根据本发明的示例性实施方式的立体图像显示器中的上下视角；
图18例示了相关技术上下视角和根据本发明的示例性实施方式的上下视角之间的比较；
图19和图20例示了根据本发明的第一实施方式的背光单元的结构和各个帧周期中的光路；以及
图21和图22例示了根据本发明的第二实施方式的背光单元的结构和各个帧周期中的光路。
具体实施方式
下面将详细地参照本发明的特定实施方式，在附图中例示了特定实施方式的示例。将尽可能地贯穿附图使用相同的参考标记来表示相同的或相似的部件。应注意的是，如果确定已知领域会误导本发明，则省略对已知领域的具体的描述。
如图6和图7所示，根据本发明的实施方式的立体图像显示器包括液晶显示板100、背光单元、图案化延迟器300、偏振眼镜310等。
液晶显示板100显示2D图像的数据和3D图像的数据。液晶显示板100包括两个玻璃基板之间的液晶层。液晶显示板100包括根据数据线DL和选通线GL之间的交叉结构以矩阵形式布置的像素。各个像素包括液晶单元。
数据线DL、选通线GL、薄膜晶体管(TFT)、像素电极、存储电容等形成在液晶显示板100的TFT阵列基板上。通过连接至TFT的像素电极和公共电极之间的电场来驱动液晶单元。黑底、滤色器、公共电极等形成在液晶显示板100的滤色器阵列基板上。将偏振板分别附接至液晶显示板100的TFT阵列基板和滤色器阵列基板。用于设置液晶的预倾角的配向层分别形成在液晶显示板100的TFT阵列基板和滤色器阵列基板上。列间隔体(column spacer)形成在TFT阵列基板和滤色器阵列基板之间，以保持液晶单元的单元间隙(cell gap)恒定。可以以例如扭曲向列(TN)模式和垂直配向(VA)模式的垂直电场驱动方式、或者例如板内转换(IPS)模式和边缘场转换(FFS)模式的水平电场驱动方式来实现液晶显示板100。
背光单元可以实现为边缘型背光单元，其包括布置在液晶显示板100的上侧的光源202和布置在液晶显示板100的下侧的光源204。可以以冷阴极荧光灯(CCFL)、外置电极荧光灯(EEFL)和发光二极管(LED)中的至少一种来实现光源202和204。
光源202和204包括布置在液晶显示板100的上侧下面的上光源202和布置在液晶显示板100的下侧下面的下光源204。交替地打开上光源202和下光源204。例如，在第N帧期间打开上光源202并且关闭下光源204，其中，N是自然数。接着，在第N+1帧期间关闭上光源202并且打开下光源204。背光单元还包括布置在光源202和204以及液晶显示板100之间的多个光学部件(参照图18至图21)。背光单元的光学部件将点光源或者线光源转换为面光源。所述光学部件包括上下视角改进片。当打开上光源202时，上下视角改进片以小于正视角(即，90°)的向下的角度(例如，0°≤向下的角度＜90°)均匀地聚集从上光源202入射的光。此外，当打开下光源204时，上下视角改进片以大于正视角(即，90°)的向上的角度(例如，90°＜向上的角度≤180°)均匀地聚集从下光源204入射的光。
图案化延迟器300附接至液晶显示板100的上偏振板。图案化延迟器300包括第一图案300b和第二图案300a。第一图案300b分别与液晶显示板100的像素阵列的各奇数的行相对，并且第二图案300a分别与液晶显示板100的像素阵列的各偶数的行相对。第一图案300b和第二图案300a的光轴彼此不同。第一图案300b和第二图案300a将入射光的相位延迟达大约1/4波长。
在液晶显示板100的像素阵列中，奇数的行可以显示左眼图像，并且偶数的行可以显示右眼图像。在此情况下，显示在像素阵列的奇数的行上的左眼图像的光通过上偏振板被转换为线偏振光，并且入射在第一图案300b上。此外，显示在像素阵列的偶数的行上的右眼图像的光通过上偏振板被转换为线偏振光，并且入射在第二图案300a上。第一图案300b将通过上偏振板入射的线偏振光的相位延迟达大约1/4波长，从而使从左眼图像的光转换来的左圆偏振光穿过。此外，第二图案300a将通过上偏振板入射的线偏振光的相位延迟达大约1/4波长，从而使从右眼图像的光转换的右圆偏振光穿过。
偏振眼镜310的左眼偏振滤镜仅透过左圆偏振光，并且偏振眼镜310的右眼偏振滤镜仅透过右圆偏振光。如果观察者戴上偏振眼镜310，他或她通过他/她的左眼仅看见其上显示有左眼图像的像素阵列的奇数的行的像素，并且通过他/她的右眼仅看见其上显示有右眼图像的像素阵列的偶数的行的像素。
根据本发明的实施方式的立体图像显示器还包括显示板驱动电路、背光驱动电路和控制电路。
显示板驱动电路包括数据驱动电路102和选通驱动电路103。
数据驱动电路102包括多个源驱动IC(集成电路)。各个源驱动IC包括移位寄存器、锁存器、数模转换器(DAC)、输出缓冲器等。数据驱动电路102在定时控制器101的控制下锁存2D和3D图像的数字视频数据RGB。数据驱动电路102响应于极性控制信号POL，将数字视频数据RGB转换为正模拟伽玛补偿电压和负模拟伽玛补偿电压，从而反转数据电压的极性。数据驱动电路102响应于源输出使能SOE，将正数据电压和负数据电压输出至数据线DL。在2D模式中，数据驱动电路102输出2D图像的数据电压，其中，2D图像不分为左眼图像和右眼图像。在3D模式中，数据驱动电路102将左眼图像的数据电压和右眼图像的数据电压供应至数据线DL(参照图15和图16)。
选通驱动电路103包括移位寄存器、电平转换器等。选通驱动电路103在定时控制器101的控制下顺序地将与供应至数据线DL的数据电压同步的选通脉冲(或者扫描脉冲，参照图15和图16)供应至选通线GL。
背光驱动电路包括背光控制器206和光源驱动电路208。
背光控制器206响应于从定时控制器101或者主系统104接收的背光控制信号BL、将包括脉宽调制(PWM)信号的占空比调整值的背光控制数据以串行外围接口(SPI)数据格式供应至光源驱动电路208，以每一个帧期间交替地打开上光源202和下光源204。背光控制器206可以安装在定时控制器101内部。
光源驱动电路208响应于从背光控制器206接收的背光控制数据，以PWM方式打开和关闭背光单元的光源202和204，从而每一个帧周期交替地打开上光源202和下光源204。
控制电路包括定时控制器101、3D数据格式器105和主系统104。
定时控制器101从主系统104接收定时信号，例如垂直同步信号Vsync、水平同步信号Hsync、数据使能DE和点时钟CLK。定时控制器101产生用于控制选通驱动电路103的操作定时的选通定时控制信号、用于控制数据驱动电路102的操作定时的数据定时控制信号以及基于定时信号的数据电压的极性。定时控制器101从主系统104接收模式信号MODE，并且可以确定2D模式或者3D模式。
选通定时控制信号包括选通启动脉冲GSP、选通移位时钟GSC、选通输出使能GOE等。选通启动脉冲GSP控制选通驱动电路103的启动操作定时。选通移位时钟GSC是用于对选通启动脉冲GSP进行移位的时钟。选通输出使能GOE控制选通驱动电路103的输出定时。
数据定时控制信号包括源启动脉冲SSP、源采样时钟SSC、极性控制信号POL、源输出使能SOE等。源启动脉冲SSP控制数据驱动电路102的数据采样启动定时。源采样时钟SSC是用于对源启动脉冲SSP进行移位并且控制数据的采样定时的时钟。极性控制信号POL控制从数据驱动电路102输出的数据电压的极性。源输出使能SOE控制数据驱动电路102的数据电压输出定时和电荷共享定时。如果基于小型低压差分信号(LVDS)接口标准来传送要输入至数据驱动电路102的数字视频数据RGB，则可以省略源启动脉冲SSP和源采样时钟SSC。
定时控制器101以(输入帧频率×i)Hz的帧频率控制显示板驱动电路的操作定时和背光驱动电路的操作定时，其中，“i”是等于或大于2的正整数。因此，定时控制器101可以使显示板驱动电路的操作与背光驱动电路的操作以该帧频率同步。输入帧频率在逐行倒相(PAL)模式下是50Hz，并且在美国国家电视标准委员会(NTSC)模式下是60Hz。可以以例如100Hz、120Hz、200Hz和240Hz的帧频率驱动液晶显示板100和光源202和204。
3D数据格式器105从主系统104接收3D图像数据，并且基于各行将3D图像数据划分为左眼图像数据和右眼图像数据。接着，3D数据格式器105将左眼图像数据和右眼图像数据传送至定时控制器101。如图15和图16所示，定时控制器101在从3D数据格式器105接收的左眼图像数据和右眼图像数据之间插入黑色灰度级数字数据，使得可以将黑色灰度级数据插入在左眼图像数据和右眼图像数据之间。定时控制器101可以将黑色灰度级数字数据传送至数据驱动电路102。
主系统104可以通过例如LVDS接口和最小化传输差分信号(TMDS)接口的接口将2D和3D图像的数字视频数据RGB和定时信号Vsync、Hsync、DE和CLK供应至定时控制器101。主系统104将指示2D模式和3D模式的模式信号MODE供应至定时控制器101。主系统104在2D模式下将2D图像数据供应至定时控制器101。另一方面，在3D模式下，主系统104将包括左眼图像和右眼图像的3D图像数据供应至3D数据格式器105。
用户可以利用用户输入装置110选择2D模式或者3D模式。用户输入装置110包括附接至液晶显示板100或安装在液晶显示板100内部的触摸屏、菜单式屏幕显示器(OSD)、键盘、鼠标、遥控器等。
主系统104响应于通过用户输入装置110输入的用户数据、在2D模式的操作和3D模式的操作之间转换。主系统104检测编码为输入图像的数据的2D/3D标识码，从而确定2D模式和3D模式，例如，2D/3D标识码能够被编码为数字广播标准的电子节目指南(EPG：electronic program guide)或者电子服务指南(ESG)。
图8是例示液晶显示板100的一部分像素阵列的等效电路图。
如图8所示，像素阵列的各个像素包括红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)子像素。R、G和B子像素各自包括布置在垂直方向中的第一像素单元PIXA和第二像素单元PIXB。第一像素单元PIXA和第二像素单元PIXB具有相同的像素间距和相同的像素结构。
第一像素单元PIXA包括：形成在数据线D1和D2与第n条选通线Gn的交叉处的TFT T1，其中，n是自然数；第一液晶单元Clc1，连接至TFT T1；以及存储电容器(未示出)，连接至第一液晶单元Clc1。第二像素单元PIXB包括：形成在数据线D1和D2与第n+1条选通线Gn+1的交叉处的TFT T2；第二液晶单元Clc2，其连接至TFT T2；以及存储电容器(未示出)，其连接至第二液晶单元Clc2。
在2D模式中，第一像素单元PIXA和第二像素单元PIXB被充入2D图像数据，并且显示2D图像数据。
如图9至图16所示，在3D模式中，第一像素单元PIXA在打开上光源202的第N个帧期间显示左眼图像数据和右眼图像数据。另一方面，第一像素单元PIXA在打开下光源204的第N+1个帧期间呈现黑色灰度级，从而充当主动黑色条带。此外，第二像素单元PIXB在打开上光源202的第N个帧期间呈现黑色灰度级，从而充当主动黑色条带。另一方面，第二像素单元PIXB在打开下光源204的第N+1个帧期间显示左眼图像数据和右眼图像数据。
图9例示了在第N个帧期间的背光单元的操作和像素阵列的操作。图10例示了在第N个帧期间由背光单元提供的光量的分布。
如图9和图10所示，液晶显示板100的奇数的行和偶数的行各自包含包括第一像素单元PIXA的第一子行(subline)和包括第二像素单元PIXB的第二子行。
在第N个帧期间关闭下光源204。在第N个帧期间打开上光源202，并且通过导光板210将来自上光源202的光转换为面光源。穿过导光板210的光入射在上下视角改进片212上。在上下视角改进片212的表面上形成面对导光板210的棱镜图案。换言之，来自上光源202的光穿过导光板210，并且入射在上下视角改进片212上。此外，通过上下视角改进片212的棱镜图案以向下的角度汇聚光。在图10中示出了在第N个帧期间由背光单元提供的光量的分布。
在第N个帧期间，在像素阵列的各行中的包括第一像素单元PIXA的第一子行的像素显示左眼图像数据和右眼图像数据，并且包括第二像素单元PIXB的第二子行的像素呈现黑色灰度级。因而，包括第二像素单元PIXB的第二子行在第N个帧期间充当主动黑色条带。
图案化延迟器300的第一图案300b与属于液晶显示板100的奇数的行的第一像素单元PIXA和第二像素单元PIXB相对。图案化延迟器300的第二图案300a与属于液晶显示板100的偶数的行的第一像素单元PIXA和第二像素单元PIXB相对。图案化延迟器300的图案宽度大致等于第一像素单元PIXA和第二像素单元PIXB的宽度的和(即，2个像素间距)，从而防止3D串扰。此外，图案化延迟器300的第一图案300b和第二图案300a之间的边界与液晶显示板100的奇数的行和偶数的行之间的边界大致相同，以防止3D串扰。
属于奇数的行的第一子行的第一像素单元PIXA可以显示左眼图像，并且属于偶数的行的第一子行的第一像素单元PIXA可以显示右眼图像。在此情况下，通过上偏振板将显示在属于奇数的行的第一子行的第一像素单元PIXA上的左眼图像的光转换为线偏振光，并且入射在图案化延迟器300的第一图案300b上。通过第一图案300b将线偏振光转换为左圆偏振光。此外，通过上偏振板将显示在属于偶数的行的第一子行的第一像素单元PIXA上的右眼图像的光转换为线偏振光，并且入射在图案化延迟器300的第二图案300a上。通过第二图案300a将线偏振光转换为右圆偏振光。
偏振眼镜310的左眼偏振滤镜仅透过左圆偏振光，并且偏振眼镜310的右眼偏振滤镜仅透过右圆偏振光。因而，观看者在第N帧期间通过偏振眼镜310的左眼偏振滤镜可以看到属于奇数的行的第一子行的第一像素单元PIXA，并且通过偏振眼镜310的右眼偏振滤镜可以看到属于偶数的行的第一子行的第一像素单元PIXA。
图11例示了在第N+1个帧期间的背光单元的操作和像素阵列的操作。图12例示了在第N+1个帧期间由背光单元提供的光的量的分布。
如图11和图12所示，液晶显示板100的奇数的行和偶数的行各自包含包括第一像素单元PIXA的第一子行和包括第二像素单元PIXB的第二子行。
在第N+1个帧期间关闭上光源202。在第N+1个帧期间打开下光源204，并且通过导光板210将来自下光源204的光转换为面光源。穿过导光板210的光入射在上下视角改进片212上。换言之，来自下光源204的光穿过导光板210，并且入射在上下视角改进片212上。此外，通过上下视角改进片212的棱镜图案以向上的角度汇聚光。在图12中示出了在第N+1个帧期间由背光单元提供的光量的分布。
在第N+1个帧期间，在像素阵列的各行中包括第一像素单元PIXA的第一子行的像素呈现黑色灰度级，并且包括第二像素单元PIXB的第二子行的像素显示左眼图像数据和右眼图像数据。因而，包括第一像素单元PIXA的第一子行在第N+1个帧期间充当主动黑色条带BS。
图案化延迟器300的第一图案300b与属于液晶显示板100的奇数的行的第一像素单元PIXA和第二像素单元PIXB相对。图案化延迟器300的第二图案300a与属于液晶显示板100的偶数的行的第一像素单元PIXA和第二像素单元PIXB相对。图案化延迟器300的图案宽度大致等于第一像素单元PIXA和第二像素单元PIXB的宽度的和(即，2个像素间距)，从而防止3D串扰。此外，图案化延迟器300的第一图案300b和第二图案300a之间的边界与液晶显示板100的奇数的行和偶数的行之间的边界大致相同，以防止3D串扰。
属于奇数的行的第二子行的第二像素单元PIXB可以显示左眼图像，并且属于偶数的行的第二子行的第二像素单元PIXB可以显示右眼图像。在此情况下，通过上偏振板将显示在属于奇数的行的第二子行的第二像素单元PIXB上的左眼图像的光转换为线偏振光，并且入射在图案化延迟器300的第一图案300b上。通过第一图案300b将线偏振光转换为左圆偏振光。此外，通过上偏振板将显示在属于偶数的行的第二子行的第二像素单元PIXB上的右眼图像的光转换为线偏振光，并且入射在图案化延迟器300的第二图案300a上。通过第二图案300a将线偏振光转换为右圆偏振光。
偏振眼镜310的左眼偏振滤镜仅透过左圆偏振光，并且偏振眼镜310的右眼偏振滤镜仅透过右圆偏振光。因而，观看者在第N+1帧期间通过偏振眼镜310的左眼偏振滤镜可以看到属于奇数的行的第二子行的第二像素单元PIXB，并且通过偏振眼镜310的右眼偏振滤镜可以看到属于偶数的行的第二子行的第二像素单元PIXB。
图13例示了在第N帧期间穿过像素阵列的第一像素单元PIXA的光的路径。
如图13所示，在第N帧期间，上下视角改进片212以向下的角度汇聚来自上光源202的光。结果，光穿过像素阵列的第一像素单元PIXA并且照射在图案化延迟器300的第一图案300b或者第二图案300a上。
在第N帧期间，穿过奇数的行的第一像素单元PIXA的光以大的上下视角穿过与奇数的行相对的图案化延迟器300的第一图案300b，这通过图13中示出的实线的箭头来指示。此外，穿过偶数的行的第一像素单元PIXA的光以大的上下视角穿过与偶数的行相对的图案化延迟器300的第二图案300a，这通过图13中示出的实线的箭头来指示。
在第N帧期间，因为第二像素单元PIXB充当主动黑色条带，所以即使以相对大的上下视角穿过奇数的行的第一像素单元PIXA的光也不会穿过与在下面与奇数的行临近的行(即，偶数的行)相对的图案化延迟器300的第二图案300a。此外，在第N帧期间，因为第二像素单元PIXB充当主动黑色条带，所以即使以相对大上下视角穿过偶数的行的第一像素单元PIXA的光也不会穿过与在下面与偶数的行邻近的行(即，奇数的行)相对的图案化延迟器300的第一图案300b。因而，在第N帧期间，即使上下视角相对较大，也不会产生3D串扰。
如果在第N帧期间打开下光源204，穿过像素阵列中的一行的第一像素单元PIXA的光也可能穿过图案化延迟器300的与邻近该行的另一行相对的图案300a(或300b)，即使对于如图13所示的虚线的箭头所指示的相对小的上下视角，也是如此。因此，即使相对较小的上下视角也可能产生3D串扰。
图14例示了在第N+1帧期间穿过像素阵列的第二像素单元PIXB的光的路径。
如图14所示，在第N+1帧期间，上下视角改进片212以向上的角度汇集来自下光源204的光。结果，光穿过像素阵列的第二像素单元PIXB并且照射在图案化延迟器300的第一图案300b或者第二图案300a上。
在第N+1帧期间，穿过奇数的行的第二像素单元PIXB的光以大的上下视角穿过与奇数的行相对的图案化延迟器300的第一图案300b，这通过图14中示出的实线的箭头来指示。此外，穿过偶数的行的第二像素单元PIXB的光以大的上下视角穿过与偶数的行相对的图案化延迟器300的第二图案300a，这通过图14中示出的实线的箭头来指示。
在第N+1帧期间，因为第一像素单元PIXA充当主动黑色条带，所以即使以相对大的上下视角穿过奇数的行的第二像素单元PIXB的光也不会穿过与在上面与该奇数的行邻近的行(即，偶数的行)相对的图案化延迟器300的第二图案300a。此外，在第N+1帧期间，因为第一像素单元PIXA充当主动黑色条带，所以即使以相对大的上下视角穿过偶数的行的第二像素单元PIXB的光也不会穿过在上面与该偶数的行邻近的线(即，奇数的行)相对的图案化延迟器300的第一图案300b。因而，在第N+1帧期间，即使在相对大的上下视角处也不会产生3D串扰。
如果在第N+1帧期间打开上光源202，则即使在如图14所示的虚线的箭头所指示的相对小的上下视角，穿过像素阵列中的一行的第二像素单元PIXB的光也可以穿过与该行邻近的另一行相对的图案化延迟器300的图案300a(或300b)。因此，即使上下视角相对较小也可能产生3D串扰。
图15是例示在第N帧期间供应至液晶显示板100的数据线D1至D3的数据电压以及供应至液晶显示板100的选通线G1至GN的选通脉冲的波形图。在图15中，“GSP”指示选通启动脉冲。
如图15所示，数据驱动电路102在第N帧期间的每一个奇数的水平周期交替地向数据线D1至D3提供左眼图像数据电压LEFT和右眼图像数据电压RIGHT。此外，数据驱动电路102在第N帧期间的每一个偶数的水平周期向数据线D1至D3供应黑色灰度级电压BLACK。
选通驱动电路103顺序地向选通线G1至GN供应与左眼图像数据电压LEFT、右眼图像数据电压RIGHT和黑色灰度级电压BLACK同步的选通脉冲。更具体地说，在第N帧期间的奇数的水平期间向奇数的选通线G1、G3，...，和GN-1(与图8中的“Gn”相对应)供应与左眼图像数据电压LEFT和右眼图像数据电压RIGHT同步的选通脉冲。此外，在第N帧期间的偶数的水平周期期间向偶数的选通线G2、G4，...，和GN(与图8中的“Gn+1”相对应)供应与黑色灰度级电压BLACK同步的选通脉冲。
因此，在第N帧期间向属于像素阵列的各行的第一子行的第一像素单元PIXA供应左眼图像数据电压LEFT和右眼图像数据电压RIGHT。另一方面，在第N帧期间向属于像素阵列的各行的第二子行的第二像素单元PIXB供应黑色灰度级电压BLACK。
图16是例示在第N+1帧期间供应至液晶显示板100的数据线D1至D3的数据电压以及供应至液晶显示板100的选通线G1至GN的选通脉冲的波形图。
如图16所示，数据驱动电路102在第N+1帧周期的奇数的水平周期向数据线D1至D3供应黑色灰度级电压BLACK。此外，数据驱动电路102在第N+1帧周期的每一个偶数的水平周期向数据线D1至D3交替地供应左眼图像数据电压LEFT和右眼图像数据电压RIGHT。
选通驱动电路103顺序地向选通线G1至GN供应与左眼图像数据电压LEFT、右眼图像数据电压RIGHT和黑色灰度级电压BLACK同步的选通脉冲。更具体地说，在第N+1帧周期的奇数的水平周期期间向奇数的选通线G1、G3，...，和GN-1(与图8中的“Gn”相对应)供应与黑色灰度级电压BLACK同步的选通脉冲。此外，在第N+1帧周期的偶数的水平周期期间向偶数的选通线G2、G4，...，和GN(与图8中的“Gn+1”相对应)供应与左眼图像数据电压LEFT和右眼图像数据电压RIGHT同步的选通脉冲。
因此，在第N+1帧期间向属于像素阵列的各行的第一子行的第一像素单元PIXA供应黑色灰度级电压BLACK。另一方面，在第N+1帧期间向属于像素阵列的各行的第二子行的第二像素单元PIXB供应左眼图像数据电压LEFT和右眼图像数据电压RIGHT。
图17和以下等式(4)至等式(6)理论地例示了在根据本发明的实施方式的立体图像显示器中的上下视角的改进效果。
等式(4)表明了介质(即，玻璃基板和偏振板)内的几何条件。在等式(4)中，“CTref”是可允许的3D串扰的最大值，并且“S”是充当主动黑色条带的第一像素单元PIXA和第二像素单元PIXB各自的像素间距。等式(5)指示了根据斯涅尔定律在介质内行进的光的角度Φ和通过图案化延迟器发射至外面的光的角度θ之间的关系。“θ”是上下视角。通过等式(4)和等式(5)得到等式(6)。
S·CTref+S＝Ltanφ        (1)
nsinφ＝sinθ        (2)
θ = sin - 1 { n sin ( tan - 1 ( S · ( 1 + CT ref ) L ) ) } - - - ( 6 )
在47英寸全高清(FHD：full high definition)板的情况下，根据大约7％的3D串扰，P是540μm，S是270μm，L是900，并且n是1.5。当将以上值代入等式(6)时，如图18所示，将满足3D串扰等于或小于大约7％的上下视角估计为大约27.3°。通过增加第一像素单元PIXA和第二像素单元PIXB各自的像素间距S，本发明的实施方式的上下视角可以增大为现有技术上下视角的大约两倍。
图19和图20例示了根据本发明的第一实施方式的背光单元的结构和各个帧周期中的光路。
如图19和图20所示，根据本发明的第一实施方式的背光单元包括：导光板210，其布置在上光源202和下光源204之间；上下视角改进片212，其布置在导光板210和液晶显示板100之间；以及光学片214，其布置在上下视角改进片212和液晶显示板100之间。光学片214通常可以包括棱镜片和漫射片。另选地，可以省略光学片214。
上下视角改进片212具有棱镜图案212a，各棱镜图案212a在与导光板210相对的表面上具有三角形截面。当打开上光源202时，棱镜图案212a以图19所示的角度汇聚通过导光板210入射的光。当打开下光源204时，棱镜图案212a以图20所示的角度汇聚通过导光板210入射的光。
图21和图22例示了根据本发明的第二实施方式的背光单元的结构和各个帧周期中的光路。
如图21和图22所示，由于除了上下视角改进片212以外，根据本发明的第二实施方式的背光单元与根据本发明的第一实施方式的背光单元大致相同，可以简单地给出进一步的描述或者可以将其完全省略。
上下视角改进片212具有棱镜图案212a和双凸透镜图案(lenticular lens pattern)212b，其中，各棱镜图案212a在与导光板210相对的下表面上具有三角形截面，双凸透镜图案212b在与液晶显示板100相对的上表面上具有半球形截面。双凸透镜图案212b提高了穿过棱镜图案212a的光的直线传播。
如上所述，根据本发明的实施方式的立体图像显示器利用上光源、下光源和上下视角改进片、以预定的方向汇集照射在液晶显示板上的光，从而增大了上下视角，并且增大了2D图像中的透光率。
尽管根据其多个示例性实施方式描述了实施方式，但是应理解的是，本领域技术人员可以设计出落入该公开的原理的范围内的许多其它修改例和实施方式。更具体地说，在本公开、附图和所附权利要求的范围内，可以对主题组合配置的组件和/或配置进行各种修改和变型。除了组件和/或配置的修改和变型以外，另选的使用对于本领域技术人员将是明显的。
本申请要求2010年12月30日提交的第10-2010-0138897号韩国专利申请的优先权，针对所有目的将其全部内容通过引用并入与此，如同在本文进行了完全地阐述一样。

Claims (6)

1.一种立体图像显示器，所述立体图像显示器包括：
液晶显示板，所述液晶显示板包括：数据线；选通线，所述选通线与所述数据线交叉；以及像素阵列，所述像素阵列包括以矩阵形式布置的多个像素；
图案化延迟器，所述图案化延迟器附接至所述液晶显示板；
偏振眼镜，所述偏振眼镜包括：左眼滤镜，所述左眼滤镜仅使穿过所述图案化延迟器的第一图案的第一偏振光穿过；以及右眼滤镜，所述右眼滤镜仅使穿过所述图案化延迟器的第二图案的第二偏振光穿过；以及
背光单元，所述背光单元包括：上光源，所述上光源布置在所述液晶显示板上侧的下面；下光源，所述下光源布置在所述液晶显示板下侧的下面；导光板，所述导光板布置在所述上光源和所述下光源之间；以及上下视角改进片，所述上下视角改进片具有与所述导光板相对的棱镜图案。
2.根据权利要求1所述的立体图像显示器，其中，将所述像素阵列的各个像素分为位于上侧的第一像素单元和位于下侧的第二像素单元，
其中，所述像素阵列的奇数的行和偶数的行各自包括第一子行和第二子行，其中，所述第一像素单元布置在所述第一子行上，所述第二像素单元布置在所述第二子行上。
3.根据权利要求2所述的立体图像显示器，其中，在第N帧期间，打开所述上光源，在所述第一像素单元上显示左眼图像数据和右眼图像数据，并且在所述第二像素单元上显示黑色灰度级数据，其中，N是自然数，
其中，在第N+1帧期间，打开所述下光源，在所述第一像素单元上显示所述黑色灰度级数据，并且在所述第二像素单元上显示所述左眼图像数据和所述右眼图像数据。
4.根据权利要求3所述的立体图像显示器，其中，所述图案化延迟器的所述第一图案与所述像素阵列中的所述奇数的行的所述第一子行和所述第二子行相对，并且使从所述奇数的行的所述第一子行和所述第二子行入射的光穿过，作为所述第一偏振光，
其中，所述图案化延迟器的所述第二图案与所述像素阵列中的所述偶数的行的所述第一子行和所述第二子行相对，并且使从所述偶数的行的所述第一子行和所述第二子行入射的光穿过，作为所述第二偏振光。
5.根据权利要求4所述的立体图像显示器，其中，所述图案化延迟器的所述第一图案和所述第二图案之间的边界与所述像素阵列的所述奇数的行和所述偶数的行之间的边界大致相同。
6.根据权利要求1所述的立体图像显示器，其中，所述上下视角改进片在所述上下视角改进片的与所述液晶显示板相对的上表面上具有双凸透镜图案。
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