CN103024407B - 立体图像显示设备及其驱动方法 - Google Patents

Abstract

本发明有关一种立体图像显示设备及其驱动方法。所述立体图像显示设备包括：配置为显示图像的显示面板；位于显示面板上并具有多个可切换区域的可切换面板，所述可切换面板配置为将图像转换为3D图像；配置为按照将每个可切换区域划分为屏障区域和透射区域的方式，施加电压到可切换面板的电压施加单元；以及配置为按照调整可切换区域内的屏障区域的位置和屏障区域的宽度的方式，控制所述电压施加单元的控制器。

Description

立体图像显示设备及其驱动方法

本申请要求2011年9月22日提交的韩国专利申请No.P 10-2011-0095615和2012年5月31日提交的韩国专利申请No.10-2012-0058680的权益，因此该文献通过引用被结合，如同在本文中完整地阐述。

技术领域

本发明涉及立体图像显示设备，尤其是涉及能够在观众改变位置时使闪烁最小化的立体图像显示设备及其驱动方法。

背景技术

目前，基于高速信息通信网络构建的信息快速传播业务已经从简单的“听和说”业务（例如现有的电话），发展为以用于高速处理字符、语音和图像的数字终端为基础的“视和听”多媒体型业务，并且预计最终会发展为能够虚拟现实和立体观看的不受时间和空间的限制的多维空间三维立体信息通信业务。

一般来说，表现三维（3D）的立体图像是在立体原理的基础上通过观众的眼睛实现的。但是，由于观众的两只眼睛彼此相距大约65毫米，也就是说，有双眼视差，所以左右眼因双眼之间的位置差异而感知到略有不同的图像。这种因双眼之间的位置差异而导致的图像差异被称为双眼像差。

三维立体图像显示设备是基于双眼像差而设计的，以允许左眼只观看左眼的图像且右眼只观看右眼的图像，由此通过实现双眼像差来帮助观众观看3D图像。具体而言，左右眼分别观看不同的二维图像。一旦这两个不同图像经过视网膜传送到大脑，大脑就会准确地组合图像，生成深度感知并实现原始的3D图像。这种能力在传统上被称为立体摄影术（立体视法），且应用立体视法的显示设备被称为立体显示设备。

同时，基于与实现3D图像相关的方法和特征，立体显示设备可分为眼镜式立体显示设备和非眼镜式立体显示设备。基于实现3D图像的结构的形状，非眼镜式立体显示设备可分为可切换面板式设备和透镜式设备。可切换面板式设备配置为以这种方式实现3D图像：在发出2D图像的显示面板上提供将2D图像转换为3D图像的3D面板。透镜式设备利用显示面板上粘贴的半圆柱透镜片来实现3D图像。

可切换面板式设备可分为可切换屏障式设备和可切换液晶透镜式设备，在可切换面板式设备中，在发出2D图像的显示面板上提供将2D图像转换为3D图像的可切换面板以保证实现3D图像。

尤其在可切换屏障式设备的情况中，选择性地施加电压到可切换面板的多个电极，从而基于液晶分子的排列将液晶层划分为屏障区域和透射区域。由于屏障区域所起的作用是光学分离左右图像，所以观众能看到3D图像。

这种可切换屏障式立体图像显示设备一般包括发出2D图像的显示面板、以及形成于显示面板上并且在从显示面板收到2D图像后发出3D图像的可切换面板。

但是，由于可切换屏障式立体图像显示设备包括形成于固定位置的屏障，所以一旦观众的位置因例如，设备的转动而相对于可切换屏障式立体图像显示设备移动和偏离标准观看位置，观众就不能看到3D图像了。

发明内容

因此，本发明涉及立体图像显示设备及其驱动方法，其实质上避免了因现有技术的限制或缺陷而造成的一个或多个问题。

本发明的一个目标是提供一种立体图像显示设备及其驱动方法，其中通过调整一个可切换区域内的透射区域的开口率来移动屏障区域，由此使改变位置的观众感觉到的闪烁减到最少。

本发明的其他优点、目标和特征将在下面的描述中部分阐述，一部分优点、目标和特征对于本领域普通技术人员而言在察看下文后会变得显而易见，或者通过实践本发明可以领会。利用在书面描述和相关权利要求及附图中特别指明的结构，可以实现和达到本发明的目标和其他优点。

为了实现这些目标和其他优点，按照本发明的目的，正如本文所具体表现和概括描述的，一种立体图像显示设备包括：配置为显示图像的显示面板；位于显示面板上并具有多个可切换区域的可切换面板，所述可切换面板配置为将图像转换为3D图像；配置为按照将每个可切换区域划分为屏障区域和透射区域的方式，施加电压到可切换面板的电压施加单元；以及配置为按照调整每个可切换区域内的屏障区域的位置和屏障区域的宽度的方式，控制所述电压施加单元的控制器。

在观众正在改变位置的情况下，所述控制器控制所述电压施加单元去改变施加到可切换面板的电压，从而减少一个可切换区域内的屏障区域的宽度。

本文中，透射区域相对于一个可切换区域的比率可以增加至3D串扰为1%或更小的范围内的最大程度。

此外，可切换面板可包括彼此相对布置且中间插有液晶层的第一和第二基板、形成于第一基板上的多个下电极、和形成于第二基板的整个表面上的上电极。

在观众于超过临界时段的时间内未改变位置的情况下，可以减少透射区域相对于每个可切换区域的比率。在该情况中，可以减少透射区域相对于每个可切换区域的比率，从而使该比率等于观众改变位置前的初始比率。

根据本发明的另一方面，一种驱动具有上述组件的立体图像显示设备的方法包括：追踪正在观看立体图像显示设备的观众的位置；在观众正在改变位置的情况下，改变可切换区域内的屏障区域的宽度；以及在观众于超过临界时段的时间内未改变位置的情况下，减少透射区域相对于每个可切换区域的比率。

本文中，减少透射区域相对于每个可切换区域的比率的步骤经过进行，使该比率等于观众改变位置前的初始比率。

可切换区域的屏障区域在观众固定不动时具有第一宽度，在观众改变位置的情况下具有比第一宽度短的第二宽度。

此外，改变屏障区域的宽度的步骤包括：检测观众位置变化的第一步骤；将屏障区域的宽度改变为第二宽度的第二步骤；以及移动屏障区域以与观众的位置变化相对应的第三步骤。

第一步骤可包括利用用户追踪来进行检测。

第二步骤和第三步骤可包括调整将要从电压施加单元施加到每个可切换区域的下电极的屏障区域形成电压和透射区域形成电压。

第二步骤可包括向左和向右增加施加到下电极的透射区域形成电压的数目，从而使施加到下电极的透射区域形成电压的数目与屏障区域的从第一宽度到第二宽度的变化相对应。

此外，第三步骤可包括根据观众的移动，通过调整施加到下电极的屏障区域形成电压来移动具有第二宽度的屏障区域。

此外，减少透射区域相对于每个可切换区域的比率的步骤进一步包括通过用户追踪，检测观众在超过临界时段的时间内未改变位置。

需要理解的是，本发明上文的大致描述和下文的详细描述都是示例性和解释性的，意在对所要求保护的本发明提供进一步解释。

附图说明

所包括的附图提供对本发明的进一步理解，并入且构成了本申请的一部分，附图举例说明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为说明根据本发明的立体图像显示设备的截面图。

图2为说明施加电压到图1的下电极的方法的示意图。

图3为说明在图1的立体图像显示设备中基于观众的位置变化移动屏障区域的例子的视图。

图4为说明当发生图3所示的观众位置变化时亮度和观看角度之间的关系的图表。

图5为说明在根据本发明的立体图像显示设备中在发生观众位置变化时，依据位置变化调整屏障区域的宽度和位置的例子的视图。

图6A和6B为说明在根据本发明的立体图像显示设备中在观众位置改变之前和之后，屏障和透射区域的宽度变化的视图。

图7A和7B为说明与图3和5有关的取决于观看角度的亮度变化的图表。

图8为说明根据本发明的立体图像显示设备的驱动方法的流程图。

具体实施方式

现在详细参考本发明的优选实施方式，附图中说明了其示例。

下文将参照附图详细描述根据本发明的立体图像显示设备。

图1为说明根据本发明的立体图像显示设备的截面图，图2为说明施加电压到图1的下电极的方法的示意图。

如图1和2所示，根据本发明的立体图像显示设备包括配置用于显示图像的显示面板100、以及形成于显示面板100上的可切换面板200。可切换面板200用于将显示面板发出的图像转换为3D图像，并被划分为多个可切换区域，每个可切换区域被划分为屏障区域B和透射区域T，且屏障区域B和透射区域T交替地布置在可切换面板200中。也就是说，在一个可切换面板200中，两个屏障区域之间有一个透射区域，且两个透射区域T之间有一个屏障区域B。图1示出了可切换面板200中的可切换区域中的一个，该可切换区域被配置为包括两个屏障区域和分隔这两个屏障区域的一个透射区域。但是，如图5和6B所示，可切换面板中的一个可切换区域可配置为包括两个透射区域T和分隔这两个透射区域的一个屏障区域B。

在可切换面板200中，重复相同的可切换区域，这样，相邻的两个可切换区域的透射区域是连续的，且相邻的两个可切换区域的屏障区域是分隔开的。本文中，每个可切换区域具有宽度“S”。同样，可切换面板能够具有多少可切换区域，取决于立体图像显示设备的大小。

每个可切换区域根据是否施加电压到形成于该区域中的电极来执行切换功能。更具体而言，每个可切换区域内的屏障区域起到屏障的作用，以阻挡显示面板100发出的光线。当不形成屏障区域时，可切换区域用作单独的透射区域，直接发出来自其下方的显示面板100的2D图像。

可切换面板200包括彼此相对布置且中间插有液晶层230的第一基板200a和第二基板200b。可切换面板200进一步包括形成于第一基板200a上的多个下电极210、以及形成于第二基板200b的面对第一基板200a的整个表面上的上电极240。在该情况中，如图1所示，多个下电极210可分为两组，这两组下电极布置在中间插有绝缘层220的不同层上。必要时，所述多个下电极210可以细密地(finely)只分为一组并形成于单层上。

显示面板100可以是平板显示面板，例如液晶显示面板、有机发光显示面板、等离子显示面板、场发射显示面板、电泳显示面板和量子点显示面板。在形成于显示面板100上的可切换面板200中，多个下电极210与电压施加单元300相连，从而在收到来自电压施加单元300的电压之后选择性地排列液晶层230的液晶分子。

尤其是，如果选择性地施加电压到多个下电极210，根据液晶层230中的液晶分子的排列，宽度与节距（pitch）对应的一个可切换区域的液晶层230变为屏障区域和透射区域。屏障区域中的液晶分子被排列为阻挡光线从背光单元（未显示）通过显示面板100射向可切换面板200，而透射区域中的液晶分子被排列为使光线透射。

更具体而言，屏障区域和透射区域不是液晶层230的实际组成部分，且看上去像是在液晶层230中形成了屏障，因为其根据液晶分子的排列阻挡从背光单元射出的光线。因此，可切换面板200保证了从显示面板100发出的图像被分为左图像和右图像，从而利用可切换面板的切换功能实现3D图像。通过这种方式，由于左眼只感知左眼的图像且右眼只感知右眼的图像，观众就能够观看3D图像。

如果观众正在改变位置且观众的观看角度因此偏离了特定位置，则应当通过可切换面板透射出的一部分2D图像会被屏障区域阻挡，这使得不能实现3D图像。因此，为了确保观众在改变位置到最终位置之后以及在改变位置的同时都能够连续地观看3D图像，有必要感应观众的移动以及改变屏障区域的位置。

尽管未显示，但实施一种例如用户追踪的方法来检测观众的移动。用户追踪是一种用相机感知观众的眼睛瞳孔或观众头部的移动，由此检测观众的最终位置的方法，所述相机安装到显示面板100或可切换面板200，或安装到具有显示面板100和可切换面板200的系统。

当感应瞳孔的移动时，如果观众的位置发生改变，则相机检测左右瞳孔的中心位置并感知该中心位置的变化。或者当感应脸部的移动时，如果观众转动或移动其头部，则相机基于脸部和背景颜色之间的差异感知头部的移动，由此检测观众的最终位置。

基于检测到的观众改变后的位置，控制器400控制电压施加单元300提供电压到多个下电极210，从而根据从与控制器400相连的电压施加单元300施加电压到下电极210的顺序，改变每个可切换区域内的屏障区域的位置。也就是说，通过感知已改变位置的观众的最终位置，并基于观众的观看角度改变将要施加到多个下电极210的电压的顺序，可以移动屏障区域从而适应观众的观看位置。

图3为说明在图1的立体图像显示设备中基于观众的位置变化移动屏障区域的例子的视图，图4为说明当发生图3所示的观众位置变化时亮度和观看角度之间的关系的图表。如图3中所示，当观众停止改变位置时，“在具有节距宽度的一个可切换区域内，透射区域的宽度与屏障区域的宽度之比”（下文中称为开口率）固定维持在大约37%。在感知到观众位置变化的情况中，按照所采用的方法，例如用户追踪，移动屏障区域以跟上观众改变后的位置，从而改变观看位置。但是当发生观众的位置变化时，例如，如图4所示，当观众沿逐渐增大观看角度的方向移动时（也就是说，当观看屏幕中心的观众逐渐转动其头部时），随着观众的位置从第一位置改变到第二位置，亮度逐渐改变。

一般来说，亮度变化越大，观众在视觉上越容易感知到亮度变化。这种亮度变化的视觉感知被称为移动闪烁。在图4中，实线表示在观看角度逐渐增大的观察条件下观众感知到的亮度。尤其是，实验证实，观众在第一位置和第二位置之间的中央位置处会感知到严重的移动闪烁，因为该中央位置具有第一位置和第二位置中最大的亮度变化。

下文将参照图5-8描述用于驱动根据本发明的立体图像显示设备的方法。

该方法用于在用户改变位置时通过调整透射区域的宽度减少移动闪烁。

在用于驱动根据本发明的立体图像显示设备的方法中，如图5、6A和8所示，在观众固定不动的初始状态（步骤A）中，每个可切换面板的屏障区域的宽度由第一宽度B1表示（100S）。在该情况中，开口率约为37%，也就是说，T1/S约为37%。在此，一个可切换区域的宽度为“S”，透射区域的宽度“T1”等于“S-B1”。

接着，例如通过用户追踪，可以追踪观看可切换面板的观众的位置。

在该情况中，如果检测到观众正在改变位置的行为，则每个可切换区域内的屏障区域的宽度改变为第二宽度B2（图5和图6B中的步骤B）（120S）。如果检测到观众没有改变位置的行为，则每个可切换区域内的屏障区域的宽度维持在第一宽度B1（130S）。

更具体而言，如果检测到观众正在改变位置的行为，则控制器控制电压施加单元改变施加电压到多个下电极210的顺序，从而增大透射区域的宽度（从宽度T1变为宽度T2且T2>T1）。也就是说，施加到可切换面板中设置的多个下电极210的电压被分为屏障区域形成电压和透射区域形成电压。在该情况中，当需要扩大透射区域时，必须增大透射区域形成电压的数目。在图5的步骤B中说明了开口率增至约50%，也就是说，T2/S为50%。本文中，透射区域的宽度“T2”等于“S-B2”。如上所述增大开口率的原因是，随着开口率的增大，取决于观看角度变化的亮度减少程度会降低。

接着，通过用户追踪，检测观看可切换面板的观众是否继续改变其位置（140S）。

如图5的步骤C中所示，如果观众继续改变位置（步骤C），则维持屏障区域具有减小后的第二宽度B2（150S）且基于位置变化移动可切换区域。也就是说，如图5所示，开口率维持在约50%，且屏障区域向右移动。在该情况中，移动可切换区域的意思是移动施加到下电极的电压。通过该移动，屏障区域和透射区域一起移动，同时维持步骤B中透射区域的宽度T2。在该情况中，移动施加到下电极的电压使得具有第二宽度B2的屏障区域被移动，以便与观众的移动相对应。必要时，步骤C可以省略。

接着，如果观众停止改变位置（步骤D），则透射区域的宽度恢复为初始宽度（155S）。在该情况中，为了检测观众停止改变位置，可使用用户追踪来检测观众在超过临界时段的时间内未改变位置。例如，假设临界时段为一秒，如果检测到在超过一秒的时间内观众没有改变位置的行为，则判断观众已经到达其最终位置。

在本发明的立体图像显示设备中，当观众改变位置时，增大开口率（也就是从宽度T1变为宽度T2）并移动屏障区域，且如果观众在超过临界时段的时间内未改变位置，则观众的位置被认为是最终位置且减小开口率（也就是从宽度T2变为宽度T1）。在该情况中，与观众停止位置改变之后的最终位置对应的开口率等于用户改变位置之前的初始状态的开口率（也就是宽度T1）。

此时，当观众固定不动时，每个可切换区域内的屏障区域的宽度等于第一宽度B1。当观众改变位置时，每个可切换区域内的屏障区域的宽度等于比第一宽度B1短的第二宽度B2。

换句话来说，用于驱动根据本发明的立体图像显示设备的方法的特征在于，当观众改变位置时增加透射区域的宽度，从而降低取决于观看角度变化的亮度减少程度，由此减少移动闪烁。

因此，为了确保观众即使在改变位置时也能够观看高质量的3D图像，在本发明的立体图像显示设备中，如果检测到观众正在改变位置的行为，则控制器执行控制，以便与观众固定不动的状态相比增大开口率。

图6A和6B为说明在根据本发明的立体图像显示设备中在观众位置改变之前和之后，屏障区域和透射区域的宽度变化的视图。在图6A和6B中，从“R（右视）”开始的可切换区域和从“L（左视）”开始的可切换区域一起标示出，以完整地显示透射区域和屏障区域。

如图6A所示，当观众固定不动时，可切换区域内的透射区域维持宽度T1。然后，当检测到位置变化时，透射区域向左右扩大至宽度T2。也就是说，相对于检测到位置变化之前的透射区域的宽度T1，实现了透射区域的扩大。

在此，多个下电极210可分别连接至电压施加单元300，从而使电压能够单独地施加到多个下电极210。

更具体而言，可切换面板200中的多个下电极210与电压施加单元300相连，电压施加单元300与控制器400相连。控制器400感知观众的位置变化和最终位置，并改变将要施加到多个下电极210的电压，以确保观众能在最终位置以及在改变位置的过程中观看3D图像。在该情况中，控制器400控制电压施加单元300去调整将要施加到多个下电极210的屏障区域形成电压和透射区域形成电压，从而确保观众固定不动时的开口率与观众改变位置时的开口率不同。在改变位置的过程中，在每个可切换区域内，增大所施加的透射区域形成电压的数目并减少所施加的屏障区域形成电压的数目。此外，在改变位置后的最终位置，根据可切换区域的移动，屏障区域形成电压和透射区域形成电压的施加顺序可以自初始的施加顺序移动。

图7A和7B为说明与图3和5有关的取决于观看角度的亮度变化的图表。

在该情况中，如图1A所示，在第一位置透射度曲线和第二位置透射度曲线彼此相交的点，发生亮度的快速下降。因此，发生亮度快速下降的区域会被观众感知成闪烁，这造成了显示质量的恶化。

但是，如图7B所示，在检测到观众的移动时，本发明的立体图像显示设备增大了开口率。也就是说，当检测到观众的位置变化时，为了降低取决于观看角度变化的亮度减少程度，通过减小屏障区域并增大透射区域来增大开口率。

同时，透射区域相对于每个可切换区域的比率越大，3D串扰越大。也就是说，当左眼图像进入右眼以及右眼图像进入左眼时，发生3D串扰。50%的3D串扰表示50%的左眼图像进入右眼。3D串扰的增加恶化了立体图像显示设备中的图像质量。因此，在观众正在改变位置时，最好只将开口率增大到3D串扰为1%或更小的范围内的最大程度。

图7B说明了开口率增加至50%的情况。可以看到，前一位置和后一位置之间的亮度减少程度降低了。因此，即使观众在改变位置时观看3D图像，观众也能观看高质量的3D图像。

如上所述，根据本发明的立体图像显示设备配置为增加开口率，从而确保观众在改变位置的同时，使该观众能够观看具有最小亮度减少的3D图像。这样，亮度减少程度降低了，由此使屏障移动闪烁最小并提高了显示质量。

同时，在上文的描述中，虽然开口率被描述成在不发生位置改变时约为37%，在发生位置改变时约为50%，但开口率并不总是受限于此。开口率可根据可切换面板的节距、电极间隔和可切换面板中设置的电极数量而改变。

从上文的描述显而易见的是，在根据本发明的立体图像显示设备及其驱动方法中，如果观众改变位置，则例如通过用户追踪改变屏障区域，以便即使观众正在改变位置，也确保该观众能观看高质量的3D图像。此外，通过增加一个可切换区域内透射区域对屏障区域的开口率，可以允许观众较少地感知到亮度变化。因此，可以避免所谓的移动闪烁。

对于本领域技术人员而言显而易见的是，在本发明中可以进行多种不同的修改和变形而不脱离本发明的精神和范围。因此，本发明意在覆盖所附权利要求及其等价物的范围内的本发明的修改和变形。

Claims (14)

1.一种立体图像显示设备包括：

配置为显示图像的显示面板；

位于显示面板上且具有多个可切换区域的可切换面板，所述可切换面板配置为将图像转换为3D图像；

配置为按照将每个可切换区域划分为屏障区域和透射区域的方式，施加电压到所述可切换面板的电压施加单元；以及

配置为按照调整每个可切换区域内的屏障区域的位置和屏障区域的宽度的方式，控制所述电压施加单元的控制器，

其中所述控制器控制所述电压施加单元去改变施加到可切换面板的电压，从而在观众正在改变位置时，减少每个可切换区域内的屏障区域的宽度，

其中在观众于超过临界时段的时间内未改变位置的情况下，所述透射区域相对于每个可切换区域的比率减小。

2.如权利要求1所述的设备，其中所述透射区域相对于每个可切换区域的比率能够增加至3D串扰为1％或更小的范围内的最大程度。

3.如权利要求1所述的设备，其中所述可切换面板包括彼此相对布置且中间插有液晶层的第一和第二基板、形成在第一基板上的多个下电极、和形成在第二基板的整个表面上的上电极。

4.如权利要求1所述的设备，其中所述透射区域相对于每个可切换区域的比率减小，以使所述比率等于观众改变位置前的初始比率。

5.一种驱动立体图像显示设备的方法，所述立体图像显示设备包括显示面板、位于显示面板上且具有多个可切换区域的可切换面板、以及按照将每个可切换区域划分为屏障区域和透射区域的方式，施加电压到所述可切换面板的电压施加单元，所述方法包括：

追踪正在观看立体图像显示设备的观众的位置；

在观众正在改变位置的情况下，改变每个可切换区域内的屏障区域的宽度；

在观众于超过临界时段的时间内未改变位置的情况下，减小透射区域相对于每个可切换区域的比率。

6.如权利要求5所述的方法，其中减小透射区域相对于每个可切换区域的比率的步骤经过进行，使所述比率等于观众改变位置前的初始比率。

7.如权利要求5所述的方法，其中每个可切换区域的屏障区域在观众固定不动时具有第一宽度，在观众正在改变位置的情况下具有比第一宽度短的第二宽度。

8.如权利要求7所述的方法，其中改变屏障区域的宽度的步骤包括：

检测观众的位置变化的第一步骤；

将屏障区域的宽度改变为第二宽度的第二步骤；以及

移动屏障区域以与观众的位置变化相对应的第三步骤。

9.如权利要求8所述的方法，其中所述第一步骤包括利用用户追踪进行检测。

10.如权利要求8所述的方法，其中所述可切换面板包括彼此相对布置且中间插有液晶层的第一和第二基板、形成在第一基板上的多个下电极、和形成在第二基板的整个表面上的上电极。

11.如权利要求10所述的方法，其中所述第二步骤和第三步骤包括调整将要从电压施加单元施加到每个可切换区域的下电极的屏障区域形成电压和透射区域形成电压。

12.如权利要求11所述的方法，其中所述第二步骤包括向左和向右增加施加到下电极的透射区域形成电压的数目，从而使施加到下电极的透射区域形成电压的数目与屏障区域从第一宽度到第二宽度的变化相对应。

13.如权利要求11所述的方法，其中所述第三步骤包括根据观众的移动，通过调整施加到下电极的屏障区域形成电压来移动具有第二宽度的屏障区域。

14.如权利要求6所述的方法，其中减少透射区域相对于每个可切换区域的比率的步骤进一步包括通过用户追踪，检测观众在超过临界时段的时间内未改变位置。