CN102799021B - 图像显示装置 - Google Patents

Abstract

公开了一种能够追踪观看者并可转换为2D显示模式而不损失视角的图像显示装置，所述图像显示装置包括：呈现二维图像的图像面板；将准直光引导至图像面板的背光单元；设置在背光单元上方的散射光转换单元，散射光转换单元在2D显示时散射准直光，而在3D显示时直接发出准直光；以及设置在背光单元上方的全息光学元件，所述全息光学元件在3D显示时调整光路来设定符合观看者的位置的观看窗口。

Description

图像显示装置

本申请要求享有于2011年5月25日提交的韩国专利申请10-2011-0049821的权益，援引该申请作为参考，如同该申请在此被全部公开。

技术领域

本发明涉及一种图像显示装置，尤其涉及一种能够实现追踪观看者并可转换为2D显示模式而不损失视角的图像显示装置。

背景技术

当前，基于高速信息通信网络构建的快速传播信息的服务已经从诸如现在电话的简单“听说”服务，发展到基于用于快速处理字符、声音和图像的数字终端的“视听”多媒体型服务，并预计最终发展为实现摆脱时空约束的虚拟现实和立体观看的超空间三维立体信息通信服务。

通常，通过观看者的双眼基于立体视觉原理实现表现三维的立体图像。然而，因为观看者的双眼彼此隔开约65毫米、即具有双眼视差，所以由于双眼之间的位置差异，左眼和右眼感知略微不同的图像。这种由于双眼之间的位置差异引起的图像差异称为双眼视差。三维立体图像显示装置基于双眼视差而设计，使左眼只观看左眼图像，右眼只观看右眼图像。

左眼和右眼分别观看不同的二维图像。如果这两幅不同的图像通过视网膜被传送到大脑，则大脑会把这两幅图像准确地结合，再现原始三维(3D)图像的深度感和真实性。这种能力通常称为立体平画法(立体视法)，而应用了所述立体视法的显示装置称为立体显示装置。

可根据与实现三维(3D)图像有关的方法和特性来分类立体显示装置。在一个示例中，立体显示装置被分类为眼镜型立体显示装置和无眼镜(免除眼镜)型立体显示装置。无眼镜型立体显示装置使观看者不需要使用眼镜便能看到3D图像，并可被分类为双眼视差型装置和真实3D型装置。

上述常规无眼镜型立体显示装置具有如下问题。

在最近的无眼镜型立体显示装置中，已经通过按多视图方法获得多幅聚焦图像来实现图像。然而，因为诸如分辨率恶化或串扰等许多缺点，这种多视图型装置的商业化为时过早。

此外，无眼镜型立体显示装置当观看者移动时不能提供对观看者的追踪，因此需要解决这样不足。

如果在3D模式下可投影最佳的图像，则一旦转换为2D模式，则会不利地限制视角。因此，对适于2D和3D模式两者的图像显示装置的需求正在增加。

发明内容

因此，本发明涉及一种基本上避免了由于现有技术的限制和不足导致的一个或多个问题的图像显示装置。

本发明的目的是提供一种能够实现追踪观看者并可转换为2D显示模式而不损失视角的图像显示装置。

本发明的其它优点、目的和特点的一些将在下面的描述中列出，这些优点、目的和特点的另一些在后续描述的基础上，对于本领域的普通技术人员来说是显而易见的，或可以通过对本发明的实施而获悉。本发明的目的和其它优点可以通过书面描述、权利要求书以及附图中具体指出的结构来实现和获得。

为实现这些目的和其它优点，并根据本发明的意图，如这里具体和概括地描述的，一种图像显示装置包括：图像面板，配置为呈现二维(2D)图像；背光单元，配置为将准直光引导至所述图像面板；在所述背光单元上方的散射光转换单元，所述散射光转换单元配置为在2D显示时散射准直光，而在3D显示时直接发出准直光；以及在所述背光单元上方的全息光学元件，所述全息光学元件配置为在3D显示时调整光路来设定符合观看者的位置的观看窗口。

所述全息光学元件可在2D显示时起透明薄膜的作用。

所述背光单元可包括：光源阵列，包括按行排列的多个光源，每个光源独立地打开或关闭；以及导光板，包括面对所述光源阵列的较薄的邻近侧和与所述邻近侧相对的远端侧，所述导光板具有厚度从所述邻近侧起逐渐增加的垂直截面。所述导光板的远端侧可具有曲面。

所述散射光转换单元可包括：布置成彼此面对的第一基板和第二基板；分别在所述第一基板和所述第二基板上形成的第一电极和第二电极；在所述第一基板和所述第二基板之间的每个都含有向列液晶的多个微胶囊；以及填充所述第一基板和所述第二基板之间除所述多个微胶囊外的空间的聚合物层。

所述图像面板可以是液晶面板、有机发光显示面板、量子点发光面板、电场发光显示面板和等离子体显示面板的任何一种。

所述图像面板可以是空间光调制器(SLM)。

所述全息光学元件可在3D显示时具有衍射功能。可替代地，所述全息光学元件在3D显示时可具有折射功能。

所述散射光转换单元和所述全息光学元件可设置在所述图像面板的上方。

所述图像显示装置可进一步包括追踪与观看者的位置有关的信息的追踪单元。所述与观看者的位置有关的信息可被传输至所述光源阵列。所述光源阵列的光源可根据所述与观看者的位置有关的信息来选择性地打开或关闭。

所述光源阵列的所有光源可在2D显示时都打开。

所述光源可以是发光二极管(LED)、有机发光二极管(OLED)和激光二极管的任何一种。

应该理解的是，前面的概括描述和下面的详细描述都是示例性和解释性的，意在提供对要求保护的本发明的进一步说明。

附图说明

被包括来提供对本发明的进一步理解且并入并构成说明书的一部分的附图图解了本发明的实施例，并且连同文字描述一起用来解释本发明的原理。在附图中：

图1是示出根据本发明第一实施例的图像显示装置的截面图；

图2是示出根据本发明第二实施例的图像显示装置的截面图；

图3是示出用在本发明的图像显示装置中的背光单元的平面图；

图4A和图4B是示出根据本发明的图像显示装置的散射光转换单元的打开/关闭操作的截面图；

图5A和图5B是示出根据本发明的图像显示装置的2D观看模式和3D观看模式的截面图；以及

图6A和图6B是示出相对于根据本发明的图像显示装置的3D显示模式，当观看者静止或者观看者移动时在上面形成3D图像的观看窗口的视图。

具体实施方式

现在将详细描述根据本发明的优选实施例的立体显示装置，这些立体显示装置的示例在附图中示出。只要有可能，在所有附图中相同的附图标记将用于指代相同或相似的部件。

以下将参照附图来详细描述根据本发明的图像显示装置。

图1是示出根据本发明第一实施例的图像显示装置的截面图，图2是示出根据本发明第二实施例的图像显示装置的截面图。此外，图3是示出用在本发明的图像显示装置中的背光单元的平面图。

如图1所示，根据本发明第一实施例的图像显示装置是通过从下往上一个在另一个上方地顺序层叠背光单元100、图像面板200、散射光转换单元300和全息光学元件400而形成的。

图像面板200呈现2D图像，背光单元100将准直光照射至图像面板200。

散射光转换单元300在3D显示时起直接发出准直光的作用，而在2D显示时起散射从背光单元100穿过图像面板200的准直光的作用。

全息光学元件400在3D显示时起调整光路来设定符合观看者的位置的观看窗口的作用。

全息光学元件400在2D显示时起透明薄膜的作用。

参照图3，背光单元100由光源阵列和导光板120组成。光源阵列包括按行排列的多个光源110，用于将准直光照射至上方的图像面板200，每个光源110独立地打开或关闭。导光板120包括面对光源阵列110的较薄的邻近侧，以及与邻近侧相对的远端侧。导光板120具有厚度从邻近侧向远端侧逐渐增加的垂直截面。这种形状称为楔形，适合于引导准直光。

导光板120的远端侧优选具有曲面。同样地，有需要时，导光板120的邻近侧可具有曲面，以便与远端侧的曲面平行。可按这种方式设计导光板120，即导光板120在两个不平行侧(在邻近侧和远端侧之间的另外两侧)之间的长度从邻近侧到远端侧逐渐增加。确定导光板120的设计需要来保证在导光板120内全反射的光以特定角度到达每一边界，以作为准直光向上照射。

有需要时，光源阵列可布置为靠近导光板120的远端侧，而不是邻近侧。

光源110可以是发光二极管(LED)、有机发光二极管(OLED)和激光二极管的任何一种。如果将光源阵列配置为多个光源的每一个都是选择性和独立可驱动的，则可分别用其它光源代替这些光源。

散射光转换单元300和全息光学元件400的每一个对于3D显示和2D显示实现不同的光学功能。例如，根据是否被施加电压可实现在不同的光学功能之间的转换。可由使用者选择或由初始设定值来确定是否施加电压。

全息光学元件400在3D显示时起衍射或折射光的作用，使得图像形成在特定的观看窗口上。

对于3D显示操作，为了根据观看者的位置而设定观看窗口，可额外提供能够追踪与观看者的位置有关的信息的追踪单元500。

现在将描述图像显示装置在2D在显示时的操作。

首先，打开背光单元100的所有光源110，以从背光单元100的整个表面发出准直光。准直光向上照射至图像面板200、散射光转换单元300和全息光学元件400。在这种情况下，散射光转换单元300处在未被施加电压状态，使得入射的准直光被散射并向外发出。在散射光转换单元300上方的全息光学元件400起透明薄膜的作用，而不是沿特殊方向折射或衍射光。

在这种情况下，利用散射光转换单元300的光散射效果，尽管使用用于3D显示的具有方向性的准直光，也能够防止观看窗口变窄。在这种情况下，通常甚至诸如电视机等的大尺寸产品都能在2D模式下给观看者提供宽的观看窗口。

图像显示装置在3D显示时的操作如下。

首先，追踪单元500检测观看者的位置，存储与观看者的位置有关的信息，将所述信息传输至背光单元100。根据与观看者的位置有关的信息，打开背光单元100的某些光源110，所述某些光源100与相应观看者的位置对应。

利用对光源110的选择性驱动，具有方向性的准直光从导光板120向上发出。然后，光直接穿过散射光转换单元300，当穿过全息光学元件400时，使得图像形成在特定区域、即观看者的观看窗口上。

即使存在多个观看者，光源也可独立地操作，因此，根据与每个观看者的位置有关的信息，利用对光源110的选择性驱动，在与每个观看者对应的观看窗口上形成图像。更具体地，在存在多个观看者的情况下，可根据与观看者的位置有关的信息，通过对光源的时分驱动或空间划分驱动来为每位观看者提供观看窗口。

在3D显示时，散射光转换单元300保持在未被施加电压状态，起作为透明单元连续地提供入射光和出射光的作用。

如上所述，实现2D显示还是3D显示取决于观看者的选择。可替代地，实现2D显示还是3D显示可根据施加给图像面板200的图像信息是二维信息还是三维信息来自动调整。

例如，散射光转换单元300起漫射体的作用，使得当被施加电压时，诸如聚合物分散液晶(PDLC)的内部液晶垂直取向以发出准直光，而当未被施加电压时，诸如聚合物分散液晶(PDLC)的内部液晶随机分布，从而呈现对入射光的散射效果。

然而，本发明的散射光转换单元300不是必须是PDLC，而是可被其他结构替代，只要这些结构能够根据是否施加电压而实现在2D显示和3D显示之间的转换，并能根据是否施加电压而起散射光的作用或起透明单元的作用。

图像面板200可以是液晶面板、有机发光显示面板、量子点发光面板、电场发光显示面板和等离子体显示面板的任何一种。

除了起显示面板的作用，图像面板200还可起空间光调制器(SLM)的作用。如果图像面板200是空间光调制器，则可在3D模式下针对特定观看窗口对背光单元100的光源110进行选择性驱动和对全息光学元件400进行控制。

如图2所示，根据本发明的第二实施例，全息光学元件400和散射光转换单元300的位置与上述第一实施例相比进行了上下颠倒。

第二实施例在2D显示和3D显示时实现与第一实施例相同的光学效果。

因此，对于第二实施例，将省略对与第一实施例相同的部分的描述。

有需要时，可考虑将散射光转换单元300设置在图像面板200的下方的情形。然而，根据图像面板200的种类，无一例外地必须将散射光转换单元300设置在图像面板200的上方。

以下将参照附图来描述散射光转换单元300的功能。

图4A和图4B是示出根据本发明的图像显示装置的散射光转换单元的打开/关闭操作的截面图。

如图4A所示，散射光转换单元300包括布置成彼此面对的第一基板310和第二基板350、分别在第一基板310和第二基板350上形成的第一电极311和第二电极351、在第一基板310和第二基板350之间的每个都含有向列液晶335的多个微胶囊330以及填充第一基板310和第二基板350之间除多个微胶囊330外的空间的聚合物层320。

图4A示出未被施加电压状态。在第一电极311和第二电极351处于浮置状态期间，微胶囊330内的向列液晶335随机排列，这会使入射光在穿过微胶囊330时碰撞具有不同折射率的界面，导致发出散射光。

图4B示出被施加电压状态。如果给第一电极311和第二电极351施加不同的电压，则聚合物层320中的向列液晶335竖直，这会使入射光沿与其入射方向相同的方向连续地直接发出。

现在将描述在利用上述结构的散射光转换单元的2D/3D模式下的操作。

图5A和图5B是示出根据本发明的图像显示装置的2D观看模式和3D观看模式的截面图。

如图5A所示，在2D模式的情况下，上述散射光转换单元300处于未被施加电压状态，进入散射光转换单元300的准直光作为散射光发出。

如图5B所示，在3D模式的情况下，在散射光转换单元300内的向列液晶335竖直，由此来自背光单元100的入射准直光作为准直光连续地直接发出。然后，在散射光转换单元300上方的全息光学元件400根据与观看者的位置有关的信息，使与观看者的左眼和右眼对应的图像形成在相应的观看窗口上，这样就使观看者能够看到3D图像。

在本发明的图像显示装置中，除了为静止的观看者显示3D图像外，追踪单元的设置有利地实现了跟随观看者的移动来显示3D图像。

图6A和图6B是示出在根据本发明的图像显示装置的3D显示模式下，当观看者静止或者移动时在上面形成3D图像的观看窗口的视图。

如图6A所示，当观看者静止时，与观看者的左眼和右眼对应的图像形成在初始设定的窗口上，或者形成在基于预先存储的与观看者的位置有关的信息的特定观看窗口上。

如图6B所示，如果存在两个观看者并且分别在不同的区域移动，则与每个观看者的位置有关的信息被传输至背光单元的光源阵列，这样就能够根据与每个观看者的位置有关的信息独立地驱动在对应位置的光源。在这种情况下，背光单元引导具有方向性的准直光穿过图像面板，穿过图像面板的包含图像信息的光进入全息光学元件，由此被衍射或折射至两个观看者的观看窗口，这样就能够在各个观看者的不同的观看窗口上形成图像。

显然，根据以上描述，本发明的图像显示装置具有以下效果。

在常规的无眼镜型装置中，特别是，采用了全息光学元件来根据观看者的位置利用具有方向性的准直光在特定位置形成图像的装置由于所述全息光学元件的存在而不利地限制了在2D模式下观看者的视角。本发明的图像显示装置进一步包括散射光转换单元，所述散射光转换单元能够根据是否被施加电压进行切换来发出散射光或准直光，这样就能够消除由全息光学元件引起的在2D模式下受到限制的观看视角。

此外，由于设置了追踪单元和可在3D模式下被选择性划分驱动的楔形背光单元，所以就能够通过追踪观看者的位置而在想要的观看窗口上形成3D图像。于是，即使存在多个观看者或者即使观看者移动，也能够跟随观看者的移动实现生动的3D图像的显示。

在不违背本发明的精神或不超出本发明的范围的情况下，对本发明作出各种修改和变型对本领域普通技术人员来说是显而易见的。因此，本发明旨在涵盖落入所附权利要求书及其等同物的范围内的对本发明的各种修改和变型。

Claims (12)

1.一种图像显示装置，包括：

图像面板，配置为呈现二维图像；

背光单元，配置为将准直光引导至所述图像面板；

在所述背光单元上方的散射光转换单元，所述散射光转换单元配置为在2D显示时散射准直光，而在3D显示时直接发出准直光；

在所述背光单元上方的全息光学元件，所述全息光学元件配置为在3D显示时调整光路来设定符合观看者的位置的观看窗口；以及

追踪与所述观看者的位置有关的信息的追踪单元，

其中所述散射光转换单元和所述全息光学元件设置在所述图像面板的上方，

其中在2D显示模式下，所述散射光转换单元在未被施加电压状态下驱动且散射从所述背光单元发出并且穿过所述图像面板的准直光，并且来自所述散射光转换单元的散射光由所述全息光学元件发出，

其中在3D显示模式下，所述散射光转换单元在施加电压状态下驱动且发出从所述背光单元所发出并且穿过所述图像面板的准直光，并且来自所述散射光转换单元的准直光当穿过所述全息光学元件时根据所述观看者的位置被设定至所述观看窗口，并且

其中所述全息光学元件在2D显示时起透明薄膜的作用。

2.根据权利要求1所述的图像显示装置，其中所述背光单元包括：

光源阵列，包括按行排列的多个光源，每个光源独立地打开或关闭；以及

导光板，包括面对所述光源阵列的较薄的邻近侧和与所述邻近侧相对的远端侧，所述导光板具有厚度从所述邻近侧起逐渐增加的垂直截面。

3.根据权利要求2所述的图像显示装置，其中所述导光板的远端侧具有曲面。

4.根据权利要求1所述的图像显示装置，其中所述散射光转换单元包括：

布置成彼此面对的第一基板和第二基板；

分别在所述第一基板和所述第二基板上形成的第一电极和第二电极；

在所述第一基板和所述第二基板之间的每个都含有向列液晶的多个微胶囊；以及

填充所述第一基板和所述第二基板之间除所述多个微胶囊外的空间的聚合物层。

5.根据权利要求1所述的图像显示装置，其中所述图像面板是液晶面板、有机发光显示面板、量子点发光面板、电场发光显示面板和等离子体显示面板的任何一种。

6.根据权利要求1所述的图像显示装置，其中所述图像面板是空间光调制器。

7.根据权利要求1所述的图像显示装置，其中所述全息光学元件在3D显示时具有衍射功能。

8.根据权利要求1所述的图像显示装置，其中所述全息光学元件在3D显示时具有折射功能。

9.根据权利要求2所述的图像显示装置，其中所述与观看者的位置有关的信息被传输至所述光源阵列。

10.根据权利要求9所述的图像显示装置，其中所述光源阵列的光源根据所述与观看者的位置有关的信息来选择性地打开或关闭。

11.根据权利要求2所述的图像显示装置，其中所述光源阵列的所有光源在2D显示时都打开。

12.根据权利要求2所述的图像显示装置，其中所述光源是发光二极管、有机发光二极管和激光二极管的任何一种。