CN103345087B - 二维及三维可切换液晶显示装置及其显示方法 - Google Patents

二维及三维可切换液晶显示装置及其显示方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种二维及三维可切换液晶显示装置及其显示方法，其中该液晶显示装置包含有源延迟面板及液晶显示面板。有源延迟面板包含第一液晶层与以至少M×N延迟像素矩阵排列的多个延迟像素。液晶显示面板经定位包含第二液晶层与以至少M×N显示像素矩阵排列的多个显示像素。每一延迟像素具有第一相位延迟A(i,j)，且每一显示像素具有第二相位延迟B(i,j)。有源延迟面板及液晶显示面板经排列使得延迟像素矩阵对应于显示像素矩阵设置，且观察者的左右眼同时可观看自每一显示像素显示并通过相对应延迟像素的图像。该图像满足：L(i,j)＝f[A(i+1,j)+B(i,j)]，及R(i,j)＝f[A(i,j)+B(i,j)]。L(i,j)及R(i,j)分别是左眼与右眼观看到的图像灰阶。本发明可以相同画面更新率显示具有相同解析度的三维图像及二维图像，且可降低制造成本。

Description

二维及三维可切换液晶显示装置及其显示方法
技术领域
本发明涉及一种液晶显示(LCD)技术，且尤其涉及一种在二维(2D)显示模式与三维(3D)显示模式之间可操作地可切换的液晶显示装置及用此液晶显示装置显示图像的方法。
背景技术
随着电子产品的发展及广泛应用，对消耗较少电功率及占据较少空间的平板显示器的需求日益增加。在平板显示器中，液晶显示器(LCDs)的特征在于超薄外观、低功耗及低辐射，且液晶显示器已经广泛地应用于各种电子产品（诸如，电脑监视器、移动电话、个人数字助理(PDAs)或平面电视）。
典型的液晶显示器包括显示面板及背光模块。显示面板一般而言包括有源液晶层、两个基板及两个偏光板。若显示面板用于显示彩色图像，则亦需要彩色滤光片。显示面板具有有源区域，在此有源区域中具有多个以矩阵排列的像素。举例而言，具M×N像素矩阵的有源区域具有M个像素行及N个像素列，其中M及N是大于一的整数。背光模块发出光线，且光线通过显示面板的每一像素（包括第一偏光板、像素的有源液晶层以及第二偏光板），射向观察者的眼睛。对于每一像素，可个别地控制有源液晶层的每一液晶分子的取向以提供光线的相位延迟，使得通过每一像素的光线的强度可降低。因此，从观察者的眼睛，随着光线通过展示不同强度的每一像素（即每一像素展示不同灰阶值），来自显示面板的光信号可产生液晶显示器所显示的图像。
为了观看三维图像，观察者需要用左眼与右眼接收三维图像的不同信号。换言之，为显示三维图像，液晶显示器需要提供针对观察者的左眼与右眼的不同的左信号与右信号。一般而言，通过在液晶显示器的有源区域上提供遮蔽层可完成此举。
图6为一典型的三维液晶显示器的结构的示意图。在此典型的三维液晶显示器结构中，液晶显示器600包括遮蔽层(Barrier layer)610及显示面板620，且液晶显示器600具有最佳的可视区650，用于观察者双眼均能看见有效地显示的三维图像。遮蔽层610包括多个遮蔽单元(barrier units)Br1、Br2、Br3...，且显示面板620包括多个像素P1、P2、P3...，且因此可决定遮蔽单元的尺寸及像素使得最佳可视区650中的观察者可用不同的眼睛经由不同的遮蔽单元看见像素。举例而言，如图6中所图示，最佳可视区650中的观察者的右眼R可接收通过像素P1、P2、P3等并通过具有与像素P1-Br1、P2-Br2、P3-Br3等相同的编号的遮蔽单元的光线，且最佳可视区域650中的观察者的左眼L可接收通过像素P1、P2、P3等并通过具有像素P1-Br2、P2-Br3、P3-Br4...Pn-Brn+1等下一个编号的遮蔽单元的光线。因此，遮蔽层610包含交替排列的不透明的遮蔽单元与透明的遮蔽单元，以使具有奇数编号Br1、Br3...的遮蔽单元为不透明的，且具有偶数编号Br2、Br4...的遮蔽单元为透明的。因此，两个眼睛均可接收通过透明的遮蔽单元Br2、Br4...的光线并由不透明的遮蔽单元Br1、Br3...阻挡朝向所述多个不透明的遮蔽单元发射的光线。换言之，对于每一图像框架，从显示面板620，左眼只接收对应于具有奇数编号P1、P3...的像素的图像信号，而右眼只接收对应于具有偶数编号P2、P4...的像素的图像信号。
然而，对于如图6中所示具有遮蔽层610以执行三维显示能力的液晶显示器，降低的图像解析度及降低的亮度为存在的两大问题。如上文所揭示，在液晶显示器显示图像时，观察者的每一只眼睛仅能看见对应于一半像素（奇数编号的像素或者偶数编号的像素）的图像信号。因此，在要求液晶显示器的高解析度的情况下，具有三维显示能力的液晶显示器需要两倍数量的像素来显示与无三维显示能力的典型液晶显示器解析度相同的图像，此情况增加液晶显示器的尺寸及生产成本。此外，因遮蔽层610的不透明的遮蔽单元Br1、Br3...会阻挡由液晶显示器的背光模块发出的部分光线，会造成液晶显示器的亮度降低以及能量的浪费。
为了解决解析度降低的不足，液晶显示器的替代设计使用具有类似结构的改进遮蔽层610。一般而言，将液晶显示器或其他显示设备显示的连续图像定义为“画面”，且每一液晶显示器具有一特定的画面更新率，此画面更新率意指液晶显示器产生图像画面的频率或速率。通常，人眼及人眼的大脑界面（人类视觉系统）可每秒处理10张独立图像至12张独立图像，个别地察觉这些独立图像。液晶显示器及其他显示器使用比人类视觉系统的10-12Hz更高的画面更新率。因而，遮蔽层610的遮蔽单元的透明性可为可控制的，以使得所有遮蔽单元轮流是不透明的或者透明的。举例而言，在一个画面中，具有奇数编号Br1、Br3...的遮蔽单元为不透明的，且具有偶数编号Br2、Br4...的遮蔽单元为透明的。在下一个画面中，具有奇数编号Br1、Br3...的遮蔽单元为透明的，且具有偶数编号Br2、Br4...的遮蔽单元为不透明的。因此，在两个连续的画面中，观察者的每一只眼睛可或者接收对应于具有奇数编号P1、P3...的图像信号及对应于具有偶数编号P2、P4...的图像信号。因此，观察者可看见具有液晶显示器的完整解析度的图像。
然而，具有可控制的遮蔽层(controllable barrier layer)610的液晶显示器仍不能解决亮度降低的不足。此外，在具有可控制的遮蔽层610的此液晶显示器中虽然提高了解析度，但是反而会降低画面更新率(frame rate)。如上文所论述，液晶显示器需要两个连续的画面来显示一个图像画面。因此，对于具有60Hz画面更新率的液晶显示器，在显示三维图像中的实际画面更新率变为30Hz。换言之，为了维持显示三维图像的60Hz画面更新率，液晶显示器画面更新率需要增加到120Hz，此情况大幅地增加液晶显示器的生产成本。
因此，此项技术中对解决上述不足及缺陷存在迄今未得到解决的需求。
发明内容
为了克服现有技术的缺陷，在一个态样中，本发明涉及在二维(2D)显示模式与三维(3D)显示模式之间可操作地可切换的液晶显示(LCD)装置。在一个实施方式中，液晶显示装置包括：彼此间隔开的第一偏光板及第二偏光板；设置在第一偏光板与第二偏光板之间的有源延迟面板，有源延迟面板具有多个延迟像素，排列成延迟像素矩阵，延迟像素矩阵具有至少M个像素行及至少N个像素列，每一延迟像素具有第一相位延迟A(i,j)，其中M及N是正整数，i是1与M之间的正整数，且j是1与N之间的正整数；以及设置在有源延迟面板与第二偏光板之间的液晶显示面板，液晶显示面板具有多个显示像素，排列成显示像素矩阵，此显示像素矩阵具有至少M个像素行及至少N个像素列，每一显示像素具有第二相位延迟B(i,j)，延迟像素矩阵对应于显示像素矩阵设置。观察者的左眼及右眼同时观看自液晶显示面板的每一显示像素显示并通过有源延迟面板的图像，且此图像满足以下关系：
L(i,j)＝f[A(i+1,j)+B(i,j)]，及
R(i,j)＝f[A(i,j)+B(i,j)]，
其中，L(i,j)与R(i,j)分别是左眼与右眼观看到的图像灰阶。
在一个实施方式中，在液晶显示面板与有源延迟面板之间无设置偏光板。
在一个实施方式中，液晶显示装置还包括设置在液晶显示面板与有源延迟面板其中一个的彩色滤光片。
在一个实施方式中，液晶显示面板与有源延迟面板之间以一间隙间隔分开。在进一步的实施方式中，间隙填充一透明材料。
在一个实施方式中，液晶显示面板与有源延迟面板一体成型。
在一个实施方式中，有源延迟面板包括第一液晶层，且液晶显示面板包括第二液晶层。在进一步的实施方式中，对于有源延迟面板的每一延迟像素，第一相位延迟A(i,j)随延迟像素的第一液晶层中的液晶分子的取向而变化，通过施加至有源延迟面板的延迟像素的第一电场控制此延迟像素，且其中对于液晶显示面板的每一显示像素，第二相位延迟B(i,j)随显示像素的第二液晶层中的液晶分子的取向而变化，通过施加至液晶显示面板的显示像素的第二电场控制显示像素。
在L(i,j)=R(i,j)时，液晶显示装置可以二维显示模式操作，且对于这些延迟像素，第一相位延迟A(i,j)是相同的。在一个实施方式中，在有源延迟面板的这些延迟像素由相同的第一电场驱动时，液晶显示装置以二维显示模式操作，以使得对于这些延迟像素，第一相位延迟A(i,j)是相同的。在另一实施方式中，在有源延迟面板的这些延迟像素不由第一电场驱动时，液晶显示装置以二维显示模式操作。
在另一实施方式中，在L(i,j)≠R(i,j)时，液晶显示装置可以三维显示模式操作。在一个实施方式中，在有源延迟面板的这些延迟像素由第一电场驱动时，液晶显示装置以三维显示模式操作，且液晶显示面板的这些显示像素由第二电场驱动。在另一实施方式中，液晶显示面板的每一显示像素投影至有源延迟面板的延迟像素的至少一个，且有源延迟面板的至少一个延迟像素的每一个具有至少一个补偿比率，以通过至少一个延迟像素以至少一个补偿比率补偿在液晶显示面板的每一显示像素中显示的图像。
在一个实施方式中，液晶显示装置还包括补偿比率a及补偿比率b，使得：
L(i,j)＝a×f[A(i+1,j)+B(i-1,j)]+b×f[A(i+1,j)+B(i,j)]，及
R(i,j)＝a×f[A(i,j)+B(i-1,j)]+b×f[A(i,j)+B(i,j)]，
其中0≦a≦1，0≦b≦1，且a与b的至少一个不等于0。
在另一实施方式中，液晶显示装置还包括补偿比率a(i,j)、b(i,j)、c(i,j)、d(i,j)、e(i,j)、f(i,j)、g(i,j)、h(i,j)，使得：
R(i,j)＝a(i,j)×f[A(i,j)+B(i-1,j-1)]
+b(i,j)×f[A(i,j)+B(i,j-1)]
+c(i,j)×f[A(i,j)+B(i-1,j)]
+d(i,j)×f[A(i,j)+B(i,j)]，以及
L(i,j)＝e(i,j)×f[A(i,j)+B(i-2,j-1)]
+f(i,j)×f[A(i,j)+B(i-1,j-1)]
+g(i,j)×f[A(i,j)+B(i-2,j)]
+h(i,j)×f[A(i,j)+B(i-1,j)]，
其中0≦a(i,j)≦1，0≦b(i,j)≦1，0≦c(i,j)≦1，0≦d(i,j)≦1，a(i,j)、b(i,j)、c(i,j)及d(i,j)的至少一个不等于0，且0≦e(i,j)≦1，0≦f(i,j)≦1，0≦g(i,j)≦1，0≦h(i,j)≦1，e(i,j)、f(i,j)、g(i,j)及h(i,j)的至少一个不等于0。
在又一实施方式中，液晶显示装置还包括补偿比率a(i,j)、b(i,j)、c(i,j)、d(i,j)、e(i,j)、f(i,j)、g(i,j)、h(i,j)，使得：
R(i,j)＝a(i,j)×f[A(i,j-1)+B(i,j)]
+b(i,j)×f[A(i+1,j-1)+B(i,j)]
+c(i,j)×f[A(i,j)+B(i,j)]
+d(i,j)×f[A(i+1,j)+B(i,j)]，以及
L(i,j)＝e(i,j)×f[A(i+1,j-1)+B(i,j)]
+f(i,j)×f[A(i+2,j-1)+B(i,j)]
+g(i,j)×f[A(i+1,j)+B(i,j)]
+h(i,j)×f[A(i+2,j)+B(i,j)]，
其中0≦a(i,j)≦1，0≦b(i,j)≦1，0≦c(i,j)≦1，0≦d(i,j)≦1，a(i,j)、b(i,j)、c(i,j)及d(i,j)的至少一个不等于0，且0≦e(i,j)≦1，0≦f(i,j)≦1，0≦g(i,j)≦1，0≦h(i,j)≦1，e(i,j)、f(i,j)、g(i,j)及h(i,j)的至少一个不等于0。
在另一态样中，本发明揭示一种显示图像的方法，此方法包括：(a)提供液晶显示(LCD)装置，此液晶显示装置包含：具有第一液晶(LC)层的有源延迟面板，有源延迟面板具有多个延迟像素，排列成延迟像素矩阵，此延迟像素矩阵具有M个像素行及N个像素列，其中每一延迟像素具有第一相位延迟A(i,j)，其中M及N是正整数，i是1与M之间的正整数，且j是1与N之间的正整数；以及位于有源延迟面板后方的液晶显示面板，此液晶显示面板具有第二液晶层，液晶显示面板具有多个显示像素，排列成显示像素矩阵，此显示像素矩阵具有M个像素行及N个像素列，其中每一显示像素具有第二相位延迟B(i,j)，其中排列有源延迟面板与液晶显示面板，使得延迟像素矩阵对应于显示像素矩阵设置；(b)分别产生左眼与右眼观看到的将要显示的图像的灰阶L(i,j)及R(i,j)；(c)针对有源延迟面板的每一延迟像素及针对液晶显示面板的每一显示像素，以下公式计算第一相位延迟A(i,j)及第二相位延迟B(i,j)：
L(i,j)＝f[A(i+1,j)+B(i,j)]，以及
R(i,j)＝f[A(i,j)+B(i,j)]，以及
(d)显示具有针对有源延迟面板的每一延迟像素的第一相位延迟A(i,j)，及针对液晶显示面板的每一显示像素的第二相位延迟B(i,j)的图像，以使有源延迟面板前方的观察者的左眼与右眼可同时观看在有源延迟面板的有源延迟像素的每一延迟像素中或在液晶显示面板的每一显示像素中显示的图像。
在一个实施方式中，当L(i,j)=R(i,j)时，待显示的图像为二维图像，且其中对于这些延迟像素，第一相位延迟A(i,j)是相同的。在进一步的实施方式中，通过液晶显示装置显示图像包括：针对液晶显示面板的每一显示像素，通过施加第二电场至显示像素来控制显示像素的液晶分子的取向，以具有第二相位延迟B(i,j)。在另一实施方式中，通过液晶显示装置显示图像包括：针对有源延迟面板的每一延迟像素，通过施加相同的第一电场至每一延迟像素来控制延迟像素的液晶分子的取向，以使这些延迟像素具有相同的第一相位延迟A(i,j)；以及针对液晶显示面板的每一显示像素，通过施加第二电场至显示像素来控制显示像素的液晶分子的取向以具有第二相位延迟B(i,j)。
在一个实施方式中，当L(i,j)≠R(i,j)时，待显示的图像是三维图像。在进一步的实施方式中，通过液晶显示装置显示图像包括：针对有源延迟面板的每一延迟像素，通过施加第一电场至延迟像素来控制延迟像素的液晶分子的取向以具有第一相位延迟A(i,j)；以及针对液晶显示面板的每一显示像素，通过施加第二电场至显示像素来控制显示像素的液晶分子的取向以具有第二相位延迟B(i,j)。
在一个实施方式中，通过液晶显示装置显示图像包括：投影有源延迟面板的每一延迟像素至液晶显示面板的至少一显示像素；以及针对液晶显示面板的至少一个显示像素的每一个，产生至少一个补偿比率，以通过至少一个显示像素用至少一个补偿比率补偿在有源延迟面板的每一延迟像素中显示的图像。在另一实施方式中，通过液晶显示装置显示图像包括：投影液晶显示面板的每一显示像素至有源延迟面板的至少一延迟像素；以及针对有源延迟面板的至少一个延迟像素的每一个，产生至少一个补偿比率，以通过至少一个延迟像素用至少一个补偿比率补偿在液晶显示面板的每一显示像素中显示的图像。
在又一个态样中，本发明涉及一种显示图像的方法。在一个实施方式中的此方法包括提供液晶显示(LCD)装置。液晶显示装置具有具第一液晶(LC)层的有源延迟面板，有源延迟面板具有多个延迟像素，排列成延迟像素矩阵，此延迟像素矩阵具有M个像素行及N个像素列，其中每一延迟像素具有第一相位延迟A(i,j)，其中M及N是正整数，i是1与M之间的正整数，且j是1与N之间的正整数；以及位于有源延迟面板后方的液晶显示面板，此液晶显示面板具有第二液晶层，液晶显示面板具有多个显示像素，排列成显示像素矩阵，此显示像素矩阵具有M个像素行及N个像素列，其中每一显示像素具有第二相位延迟B(i,j)，其中排列有源延迟面板与液晶显示面板，以将延迟像素矩阵对应于显示像素矩阵设置。
此方法亦包括：分别驱动有源延迟面板与液晶显示面板，以显示有源延迟面板与液晶显示面板的其中一个上的图像，使得在有源延迟面板前方的观察者的左眼与右眼同时可观看在有源延迟面板的每一延迟像素中或在液晶显示面板的每一显示像素中显示的图像，且此图像满足以下关系：
L(i,j)＝f[A(i+1,j)+B(i,j)]，以及
R(i,j)＝f[A(i,j)+B(i,j)]，
其中L(i,j)与R(i,j)分别是左眼与右眼观看到的在有源延迟面板的每一延迟像素中或在液晶显示面板的每一显示像素中显示的图像的灰阶。
本发明的另一态样揭示对于具有左眼与右眼的观察者在二维(2D)显示模式与三维(3D)显示模式之间可操作地可切换的液晶显示(LCD)装置，此液晶显示装置包括：彼此间隔开的第一偏光板及第二偏光板；设置在第一偏光板与第二偏光板之间的第一面板，第一面板具有多个第一像素，排列成第一像素矩阵，此第一像素矩阵具有至少M个像素行及至少N个像素列，第一像素的每一者具有第一相位延迟A(i,j)，其中M及N是正整数，i是1与M之间的正整数，且j是1与N之间的正整数；以及设置在第一面板与第二偏光板之间的第二面板，第二面板具有多个第二像素排列成第二像素矩阵，此第二像素矩阵具有至少M个像素行及至少N个像素列，第二像素的每一个具有第二相位延迟B(i,j)，第一像素矩阵对应于第二像素矩阵设置。观察者的左眼及右眼同时观看自第二面板的每一第二像素显示并通过第一面板的图像，且此图像满足以下关系：
L(i,j)＝f[A(i+1,j)+B(i,j)]，以及
R(i,j)＝f[A(i,j)+B(i,j)]，
其中，L(i,j)与R(i,j)分别是左眼与右眼观看到的图像灰阶。
在一个实施方式中，第一面板包括有源延迟面板，且第二面板包括液晶显示面板。
本发明的上述及其他态样从结合以下附图的较佳实施方式的以下描述将变得更加明白，尽管可在不脱离本发明的新颖概念的精神与范畴的情况下实现对这些态样的各种变化与修改。
附图说明
附图图示本发明的一个或更多个实施方式，且此附图和书面描述一起用来阐明本发明的原理。在所有附图中的实施方式的相同或相似的元件皆尽可能使用相同的元件符号来表示，且其中：
图1A示意性图示根据本发明的一实施方式的液晶显示装置；
图1B示意性图示根据本发明的另一实施方式的液晶显示装置；
图1C为根据本发明的一实施方式的第一像素及第二像素、左眼观看到的图像灰阶L(i,j)与右眼观看到的图像灰阶R(i,j)之间的关系，及每一第一像素的第一相位延迟A(i,j)与每一第二像素的第二相位延迟B(i,j)之间的关系的示意图。
图2A为根据本发明的一实施方式的液晶层的像素延迟的图表。
图2B为根据本发明的一实施方式的液晶显示装置的液晶层的示意图，其显示一白色图像信号。
图2C为根据本发明的一实施方式的液晶显示装置的液晶层的示意图，其显示一黑色图像信号。
图2D为根据本发明的一实施方式的液晶显示装置的液晶层的模拟图，其中观察者的左眼看见黑色图像，且观察者的右眼看见白色图像。
图3A为根据本发明的一实施方式的液晶显示装置以三维显示模式操作的俯视图。
图3B为根据本发明的一实施方式的液晶显示装置以三维显示模式操作时，从观察者的右眼的第一像素及第二像素的投影示意图。
图3C为根据本发明的一实施方式的液晶显示装置以三维显示模式操作时，从观察者的左眼的第一像素及第二像素的投影示意图。
图3D为根据本发明的一实施方式的液晶显示装置以二维显示模式操作时的俯视图。
图4A为根据本发明的一实施方式的液晶显示装置以三维显示模式操作的俯视图。
图4B为根据本发明的一实施方式的液晶显示装置以三维显示模式操作时，来自观察者的左眼与右眼的第一像素与第二像素的投影示意图。
图4C为根据如图4B所图示的一实施方式的来自右眼的第二像素的投影示意图。
图4D为根据如图4B所图示的一实施方式的来自左眼的第二像素的投影示意图。
图5A为根据本发明的一实施方式的液晶显示装置以三维显示模式操作时的俯视图。
图5B为根据本发明的一实施方式的液晶显示装置以三维显示模式操作下，来自观察者的左眼与右眼的第一像素与第二像素的投影示意。
图5C为根据如图5B所图示的一实施方式的从右眼的第一像素的投影示意图。
图5D为根据如图5B所图示的一实施方式的从左眼的第一像素的投影示意图。
图6为一典型的三维液晶显示器的结构的示意图。
其中，附图标记说明如下：
100：液晶显示装置
102：背光模块
110、210、310、410、510：第一面板
112、212、312、412：第一液晶层
114、314：第一偏光板
116、126、316、326、416、426：基板
118、128：彩色滤光片
120、220、320、420、520：第二面板
122、222、322、422：第二液晶层
124、324：第二偏光板
130、230：间隙
220L、220R：第二像素
350：观察者
610：遮蔽层
620：显示面板
650：可视区
2122、2222：液晶分子
A1、A2、A3：第一相位延迟
B1、B2、B3：第二相位延迟
Br1、Br2、Br3、Br4：遮蔽单元
L、L’：左眼
P1、P2、P3、P4：像素
R、R’：右眼
a、b：补偿比率
具体实施方式
以下将参照附图更全面地描述本发明，其中图示本发明的示范性实施方式。然而，本发明可体现在许多不同的形式中且此情况不应视作限制本文阐述的实施方式。相反地，提供这些实施方式以使本发明更加详尽及完善，且这些实施方式将完整传达本发明的范畴至本领域普通技术人员。全文中相同的元件符号指示相同的元件。
此说明书中所使用的术语一般而言在本发明的上下文内及在使用每一术语的具体情境中具有这些术语在此项技术中的一般意义。在下文或在说明书的其他处论述用于描述本发明的某些术语，以对实践者提供关于本发明的描述的额外导引。为了方便起见，可例如使用斜体字和/或引号突出某些术语。突出表达的使用对术语的范畴及意义没有影响，无论是否突出术语，此术语的范畴及意义在相同的上下文中是相同的。将理解可用一个以上的方式表达同一个事物。因此，替代性语言及同义词可用于本文所论述的术语的任一个或更多个，在本文无论是详尽描述还是论述一术语，此术语亦无强调的任何特殊含义。提供某些术语的同义词。一个或更多个同义词的详述不排除使用其他同义词。包括本文所论述的任何术语的实例在此说明书中任何地方的使用仅是说明性的，且决不限制本发明的范畴及意义或任一举例说明的范畴及意义。同样地，本发明不局限于此说明书中给出的各种实施方式。
应理解，在元件被称为在另一元件“上”时，此元件可能直接在其他元件上，或者在此元件与其他元件之间存在插入元件。相比之下，在元件被称为“直接在”另一元件“上”时，不存在插入元件。如本文所使用，术语“和/或”包括列出的相关项的一个或更多个的任一及所有组合。
应理解，尽管本文可使用术语第一、第二、第三等来描述各个元件、组件、区域、层和/或区段，但是这些元件、组件、区域、层和/或区段应不受这些术语的局限。这些术语仅用于将一个元件、组件、区域、层或区段与另一个元件、组件、区域、层或区段区别开。因而，在不脱离本发明的教示的情况下，下文所论述的第一元件、组件、区域、层或区段可被称为第二元件、组件、区域、层或区段。
本文所使用的术语仅为描述特定实施方式的目的而不意欲限制本发明。如本文所使用，除非上下文明确指出，否则以“一”、“该”的单数形式描述的术语意欲包括单数或复数形式的术语的实施方式。应进一步理解，当术语“包含”或“包括”或“具有”用于此说明书时，这些术语表示所陈述的特征结构、区域、整数、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但不排除一个或更多个其他特征结构、区域、整数、步骤、操作、元件、组件和/或以上的群组的存在或添加。
此外，如诸图所图示，本文可使用诸如“下”或“底”及“上”或“顶”的相对术语来描述一个元件与另一个元件的关系。应理解，除了诸图所描绘的取向外，相对术语亦意欲涵盖装置的不同的取向。举例而言，若翻转诸图的一个中的装置，则描述为在其他元件的“下”侧上的元件可取向于这些其他元件的“上”侧上。示例性术语“下”可因此取决于诸图的特定取向涵盖“上”及“下”两者的取向。类似地，若翻转诸图的一个中的装置，则描述为在其他元件“下方”或“下部”的元件可取向于其他元件“上方”。示例性术语“下方”或“下部”可因此涵盖上方及下方两者的取向。
除非另有定义，本文所使用的所有术语（包括技术术语与科学术语）具有与本领域普通技术人员通常所理解的意义相同的意义。应进一步理解，诸如常用词典中所定义的彼等术语的术语应被解读为符合这些术语在有关技术及本发明的上下文中的意义，且不应以理想化意向或过度正式化意向解读所述多个术语，除非本文明确地如此定义。
如本文所使用，“大约”、“约”、“实质上”或“近似”应一般意指在给定值或范围的20%以内，较佳在10%以内，且更佳在5%以内。本文给定的数值量是近似的，意指若未明确陈述，则可能意味着术语“大约”、“约”、“实质上”或“近似”。
结合在图1-图6中的附图描述关于本发明的实施方式。根据本发明的目的，如在本文中所体现及宽泛描述，本发明在一个态样中涉及在二维显示模式与三维显示模式之间可操作地可切换的液晶显示装置以及用此液晶显示装置显示三维图像的方法。
图1A为根据本发明的一实施方式的液晶显示装置的示意图，且图1B为根据本发明的另一实施方式的液晶显示装置的示意图。应了解，提供面板的大小与形状及面板的层仅为说明液晶显示装置的结构，并不意欲限制面板的实际大小与形状及这些面板的层。
如图1A及图1B所图示，液晶显示装置100包含第一面板110（诸如，在观察者侧或在观看设备侧上的有源延迟面板）及第二面板120（诸如，在光源侧上的液晶显示面板）。液晶显示装置100还包含彼此间隔的第一偏光板114及第二偏光板124。第一面板110设置在第一偏光板114与第二偏光板124之间，并包含第一液晶层112及两个基板116。第二面板120设置在第一面板110与第二偏光板124之间，并包含第二液晶层122及两个基板126。此外，如图1A及图1B两者所图示，液晶显示装置100可包含用于彩色显示的彩色滤光片，此彩色滤光片提供在第一面板110及第二面板120的其中一个中。如图1A中所示，在一个实施方式中，第二面板120包含彩色滤光片128。如图1B中所示，在另一实施方式中，第一面板110包括彩色滤光片118。换言之，如图1A及图1B所图示的液晶显示装置100，除了彩色滤光片的位置之外，可具有基本上相同的层结构。
第一液晶层112设置在两个基板116之间，且第二液晶层122设置在两个基板126之间。第一液晶层112及第二液晶层122的每一个分别包含液晶分子，且可通过施加电场来控制液晶分子的取向，以控制第一液晶层112及第二液晶层122的光穿透率。在一些实施方式中，基板116及基板126可为玻璃基板或其他透明基板，且基板116及基板126可由相同的材料或不同的材料制成。
第一偏光板114及第二偏光板124经排列以使得第一液晶层112及第二液晶层122皆位在第一偏光板114与第二偏光板124之间。换言之，第一偏光板114设置在面向观察者或观看设备的液晶显示装置100的表面上（在图1A的顶部），且第二偏光板124设置在面向光源（诸如，背光模块102）的液晶显示装置100的表面上（在图1A的底部），以使第一面板110与第二面板120的所有其他层皆夹在第一偏光板114与第二偏光板124之间。较佳地，在第一面板110与第二面板120之间无额外偏光板设置，也就是说第一面板110与第二面板120之间较佳是没有设置偏光板。
彩色滤光片用以显示彩色图像。如图1A所图示，彩色滤光片128设置在两个基板126之间的第二液晶层122的一侧上。类似地，如图1B所图示，彩色滤光片118设置在两个基板116之间的第一液晶层112的一侧上。在一些实施方式中，彩色滤光片可为具有多个图案化彩色滤光片层的典型RGB彩色滤光片，其中图案化彩色滤光片层能够显示红色(R)、绿色(G)及蓝色(B)。
在一个实施方式中，第一面板110及第二面板120间隔一间隙130。间隙130可为空气间隙，或可填满透明材料。在一些实施方式中，透明材料可为胶或粘接剂，以将第一面板110与第二面板120黏附在一起。在一些实施方式中，透明材料可为玻璃或其他透明材料，且可为与基板116及基板126相同的材料，或者是不同的材料。因而，间隙130的两侧上的基板116及基板126可由相同的透明材料制成，且间隙130填充有相同的材料。即第一面板110及第二面板120为一体成型。换言之，在第一面板110与第二面板120之间可能不存在实际间隙，且可使用一个透明的基板来基本上替换间隙130的两侧上的基板116及基板126。
通常，液晶显示面板的液晶层定义多个像素，使得每一像素可个别被控制，进而改变像素中的液晶分子的取向，用于将经过像素的光偏极化及光补偿。通过液晶层的像素的光线的偏极化及光补偿通常被称为光延迟，或简单地称为相位延迟。换言之，像素基于液晶分子的受控取向，以延迟经过像素的光线。对于每一像素，延迟一般而言涉及像素的光穿透率，且在光线经过像素时，像素的光穿透率决定由像素显示的图像信号。
图1C为第一像素（诸如，延迟像素）及第二像素（诸如，显示像素）的示意图。根据本发明的一实施方式，分别图示左眼观看到的图像灰阶L(i,j)与右眼观看到的图像灰阶R(i,j)之间的关系及每一第一像素的第一相位延迟A(i,j)与每一第二像素的第二相位延迟B(i,j)之间的关系。如图1C所图示，第一液晶层112定义以第一像素矩阵（延迟像素矩阵）排列的多个第一像素，此第一像素矩阵具有至少M个像素行及N个像素列，其中M及N是正整数。类似地，第二液晶层122定义以第二像素矩阵（显示像素矩阵）排列的多个第二像素，此第二像素矩阵具有至少M个像素行及N个像素列。每一第一像素具有第一相位延迟A(i,j)，且每一第二像素具有第二相位延迟B(i,j)，其中i是1与M之间的正整数，且j是1与N之间的正整数。M×N的第一像素矩阵及第二像素矩阵涉及液晶显示装置的解析度。应了解，图1C的第一像素及第二像素皆仅示意性图示为3×3矩阵，此3×3矩阵是像素矩阵的一部分，仅为图示目的，且像素矩阵的行数M及列数N一般而言为较大的数。
在一些实施方式中，第一液晶层112及第二液晶层122使用相同类型的有源矩阵技术的液晶层，此有源矩阵技术涉及控制液晶分子的取向的方法。目前，现有液晶有源矩阵技术包含，但不限于，垂直对准(VA)、扭转向列(TN)、平面内切换(IPS)、边缘场切换(FFS)、进阶边缘场切换(AFFS)及适用于液晶层的其他有源矩阵技术。有源矩阵技术的细节为一般技术者所已知的，故在下文省略对有源矩阵技术的描述。
如图1A-图1C所图示，光线经过第一面板110的第一像素及第二面板120的第二像素两者以产生对应于该像素的图像信号。因而，第一面板110及第二面板120经排列，使得第一像素矩阵（延迟像素矩阵）对应于第二像素矩阵（显示像素矩阵）设置，且在第一面板110前方的观看设备或观察者的左眼及右眼同时地可观看在第一面板110的每一第一像素中或在第二面板120的每一第二像素中显示的图像。如图1C所图示，图像满足以下关系：
L(i,j)＝f[A(i+1,j)+B(i,j)]，(1)
R(i,j)＝f[A(i,j)+B(i,j)]，(2)
其中，函数f(x)是液晶层的每一像素的光穿透率函数，其中x表示液晶层的每一像素的相位延迟。
由液晶显示装置100显示的图像使用所有像素以同时显示图像，使得观察者可同时观看每一像素所显示的图像。因而，可保持液晶显示装置的画面更新率及解析度。此外，液晶显示装置100的第一面板110不用作阻挡至少一部分光线的遮蔽层，因此习知液晶显示装置中因亮度降低而产生的不足可被消除。
在一些实施方式中，液晶层的每一像素的相位延迟随像素的液晶分子的取向而变化，且可通过施加电场至像素而控制此取向。因此，对于第一面板110的每一第一像素，第一相位延迟A(i,j)随第一像素的液晶分子的取向而变化，这些液晶分子的取向通过施加至第一面板110的第一像素的第一电场来控制。类似地，对于第二面板120的每一第二像素，第二相位延迟B(i,j)随第二像素的液晶分子的取向而变化，这些液晶分子的取向通过施加至第二面板120的第二像素的第二电场来控制。因此，通过分别控制施加至每一第一像素及每一第二像素的第一电场及第二电场，可决定用于第一面板110的每一第一像素的第一相位延迟A(i,j)，及用于第二面板120的每一第二像素的第二相位延迟B(i,j)，以得到期望被左眼观看到的图像的灰阶L(i,j)及被右眼观看到的图像的灰阶R(i,j)。
一般而言，液晶层的光穿透率函数涉及液晶层的有源矩阵类型。对于不同类型的液晶层的有源矩阵，光穿透率函数可不同。举例而言，对于单个VA类型的液晶层，光穿透率函数T=f(x)为：
T = 1 2 sin 2 Γ 2 , ( 3 )
Γ = 2 π λ ∫ z n e ( θ ) - n o dz , ( 4 )
其中，Γ是于VA模式下的液晶层的相位延迟，θ是液晶层的液晶分子的取向（更具体而言，θ是液晶分子的轴与入射光的波向量之间的角度），λ是光的波长，且ne及no是分别为VA类型的液晶分子的异常折射率(extraordinary refractive index)及普通折射率(ordinary refractive index)。因而，光穿透率T是液晶层的相位延迟Γ的函数，而经转换后相位延迟Γ亦为液晶分子的取向θ的函数。
图2A为根据本发明的一实施方式中，液晶层的像素的相位延迟的图表。具体而言，由穿透率-取向关系表示像素的相位延迟。用于图2A的液晶层是VA类型的液晶层，且其光穿透率函数T以上文叙述的公式(3)及公式(4)所提供。如图2A所图示，当液晶分子的取向θ=π/2时，液晶层具有最大光穿透率T，且当液晶分子的取向θ=0或θ=π时，液晶层具有最小的光穿透率T。
应了解，光穿透率函数T=f(x)根据液晶层的有源矩阵的类型变化，而其像素的相位延迟的图表将不同于如图2A所图示的图表。举例而言，像素的相位延迟可能具有不同的相位。换言之，最大及最小光穿透率T可能出现在液晶分子的不同取向θ。
图2B为根据本发明的一实施方式的液晶显示装置的液晶层的示意图，其显示一白色图像信号。如图2B所图示，第一面板210的第一液晶层212及第二面板220的第二液晶层222是TN类型的液晶层。第一面板210及第二面板220之间可设置间隙230。间隙230可为空气间隙，或可填满透明材料。在一些实施方式中，透明材料可为胶或粘接剂，以将第一面板210与第二面板220黏附在一起。在一些实施方式中，透明材料可为玻璃或其他透明材料，且可为与基板116及基板126(皆如图1A所绘示)相同的材料，或者是不同的材料。因而，间隙230的两侧上的基板116及基板126可由相同的透明材料制成，且间隙230填充有相同的材料。即第一面板210及第二面板220为一体成型。换言之，在第一面板210与第二面板220之间可能不存在实际间隙，且可使用一个透明的基板来基本上替换间隙230的两侧上的基板116及基板126。在没有电场施加至TN类型的液晶层时，液晶分子处于90°扭转取向。如图2B所图示，无电场施加至第一液晶层212，因此液晶分子2122保持原本的90°扭转取向，而第二电场施加至第二液晶层222，因此所有液晶分子2222皆对齐垂直方向。在此情况下，第一液晶层212及第二液晶层222的光穿透率是最大的，以产生白色图像信号。
另一方面，图2C为根据本发明的一实施方式的液晶显示装置的液晶层的示意图，其显示一黑色图像信号。如图2C所图示的第一面板210的第一液晶层212及第二面板220的第二液晶层222亦为TN类型的液晶层，这些液晶层与如图2B所图示的结构相同。另外，第一面板210及第二面板220之间可设置间隙230。间隙230可为空气间隙，或可填满透明材料。在一些实施方式中，透明材料可为胶或粘接剂，以将第一面板210与第二面板220黏附在一起。在一些实施方式中，透明材料可为玻璃或其他透明材料，且可为与基板116及基板126(皆如图1A所绘示)相同的材料，或者是不同的材料。因而，间隙230的两侧上的基板116及基板126可由相同的透明材料制成，且间隙230填充有相同的材料。即第一面板210及第二面板220为一体成型。换言之，在第一面板210与第二面板220之间可能不存在实际间隙，且可使用一个透明的基板来基本上替换间隙230的两侧上的基板116及基板126。如图2C所图示，皆无电场施加至第一液晶层212及第二液晶层222，因此第一液晶层212的液晶分子2122及第二液晶层222的液晶分子2222皆保持原本的90°扭转取向。在此情况下，第一液晶层212及第二液晶层222的光穿透率是最小的，以产生黑色图像信号。
图2D为根据本发明的一实施方式的液晶显示装置的液晶层的模拟图。如图2D所图示，第一面板210及第二面板220是与如图2B及图2C所图示的面板相同的TN类型面板，并图示第一面板210的一个第一像素及第二面板220的两个第二像素220L及220R。第一面板210的第一像素具有与图2B及图2C所图示的第一面板210相同的结构，其中无电场施加至第一液晶层，因此第一液晶层的液晶分子保持原本的90°扭转取向。第二面板220的第二像素220L具有与图2C的第二面板220相同的结构，其中无电场施加至第二液晶层，因此第二液晶层的液晶分子保持原本的90°扭转取向。而第二面板220的第二像素220R具有与图2B的第二面板220相同的结构，其中第二电场施加至第二液晶层，因此所有液晶分子对准垂直方向。因此，观察者的左眼L（在图2D的右侧上）看见黑色图像，且观察者的右眼R（在图2D的左侧上）看见白色图像。
在操作中，液晶显示装置可处于二维显示模式中或三维显示模式中。对于以三维显示模式显示三维图像，观察者将用双眼看见用于所显示的图像的每一像素的不同信号。因此，对于每一像素，左眼观看到的图像的灰阶L(i,j)与右眼观看到的图像的灰阶R(i,j)是不同的。换言之，L(i,j)≠R(i,j)。因此，根据如上文叙述的公式(1)与公式(2)，A(i+1,j)≠A(i,j)，此情况意指对于每一第一像素（每一延迟像素），第一相位延迟A(i,j)将变化。在一个实施方式中，当液晶显示装置以三维显示模式操作时，第一面板210的这些第一像素由第一电场驱动，且第二面板的这些第二像素由第二电场驱动。
图3A为根据本发明的一实施方式的液晶显示装置以三维显示模式操作的俯视图。为了清楚起见，第一面板310与第二面板320的一些层未绘出，仅绘示第一液晶层312的第一像素矩阵的一个行与第二液晶层322的第二像素矩阵的一个行，以及基板316与326。换言之，图3A仅图示液晶显示装置的一行像素。为了简化描述，符号A1、A2、A3...表示相同行的第一像素的第一相位延迟A(i,j)。换言之，A1=A(1,j)，A2=A(2,j)等。类似地，符号B1、B2、B3...表示相同行的第二像素的第二相位延迟B(i,j)。第一像素的像素间距经设计对应于用于三维显示器的第二像素的像素，且此情况对于普通技术人员是熟知的，故本文不对此作详细描述。
如图3A所图示，当提供待显示的三维图像时，会产生左眼观看到的图像的灰阶L(i,j)与右眼观看到的图像的灰阶R(i,j)，其中L(i,j)≠R(i,j)。因此，将左眼观看到的图像的灰阶L(i,j)与右眼观看到的图像的灰阶R(i,j)应用于公式(1)与公式(2)将产生以下系列方程式：
R1＝f[A1+B1]，(2-1)
L1＝f[A2+B1]，(1-1)
R2＝f[A2+B2]，(2-2)
L2＝f[A3+B2]，(1-2)
R3＝f[A3+B3]，(2-3)
其中，R1、R2、R3...意指相同行的右眼观看到的灰阶R(i,j)，且L1、L2、L3…意指相同行的左眼观看到的灰阶L(i,j)。
因为已经自三维图像产生左眼观看到的三维图像灰阶L1、L2、L3…与右眼观看到的三维图像灰阶R1、R2、R3...，所以可通过上述的一系列方程式计算第一相位延迟A1、A2、A3...与第二相位延迟B1、B2、B3...。具体而言，可预先决定用于第一像素的其中一个的第一相位延迟A1。因此，可以方程式(2-1)用右眼观看到的灰阶R1与预先决定的第一相位延迟A1计算用于相应第二像素的第二相位延迟B1。然后，可以方程式(1-1)用左眼观看到的灰阶L1与第二相位延迟B1计算用于下一个第一像素的第一相位延迟A2。以此方式，一旦决定第一相位延迟A1，则可计算第一像素的第一相位延迟A2、A3...与第二像素的第二相位延迟B1、B2、B3...。换言之，对于每一像素行，可预先决定第一相位延迟A(1,j)，之后便可计算所有第一相位延迟A(2,j)、A(3,j)...及第二相位延迟B(1,j)、B(2,j)、B(3,j)...。
应了解，在上述实施方式中，预先决定用于第一像素的其中一个的第一相位延迟A1。然而，普通技术人员可随机选择第一像素的其中一个，或选择第二像素的其中一个，作为具有预先决定的相位延迟的像素。因此，可用预先决定的相位延迟计算所有第一相位延迟A(i,j)及第二相位延迟B(i,j)。
当获得了用于第一面板310的每一第一像素的第一相位延迟A(i,j)及用于第二面板320的每一第二像素的第二相位延迟B(i,j)时，可通过具有用于第一面板310的每一第一像素的第一相位延迟A(i,j)及用于第二面板320的每一第二像素的第二相位延迟B(i,j)的液晶显示装置显示三维图像，使得在第一面板310前方的观察者350的左眼L及右眼R同时可观看三维图像。通过上述结构，液晶显示装置可以相同画面更新率（诸如，60Hz）显示具有相同解析度的三维图像及二维图像。因此，用于显示三维图像的画面更新率不必增加到120Hz，且不需要复杂的驱动电路并可降低制造成本。
图3B为根据本发明的一实施方式的液晶显示装置以三维显示模式操作时，从观察者的右眼的第一像素及第二像素的投影示意图，且图3C为根据本发明的一实施方式的液晶显示装置以三维显示模式操作时，从观察者的左眼的第一像素及第二像素的投影示意图。如图3B所图示，从观察者的右眼R的投影通过具有第一相位延迟A(4,2)的第一面板310的第一像素到具有第二相位延迟B(4,2)的第二面板320的第二像素。因此，根据公式(2)，由右眼R接收到的图像信号R(4,2)为：
R(4,2)＝f[A(4,2)+B(4,2)]。(5)
类似地，如图3C所图示，从观察者的左眼L的投影通过具有第一相位延迟A(5,2)的第一面板310的第一像素到具有第二相位延迟B(4,2)的第二面板320的第二像素。因此，根据公式(1)，由右眼R接收到的图像信号L(4,2)为：
L(4,2)＝f[A(5,2)+B(4,2)]。(6)
另一方面，对于以二维显示模式显示二维图像，观察者将用双眼看见用于所显示的图像的每一像素的相同信号。因此，对于每一像素，左眼观看到的图像的灰阶L(i,j)与右眼观看到的图像的灰阶R(i,j)是相同的。换言之，L(i,j)=R(i,j)。因此，根据公式(1)与公式(2)，A(i+1,j)=A(i,j)，此情况意指对于这些第一像素，第一相位延迟A(i,j)是相同的。在一个实施方式中，当液晶显示装置以二维显示模式操作时，第一面板310的这些第一像素不由第一电场驱动。在一些实施方式中，当液晶显示装置以二维显示模式操作时，所有这些第一像素由相同的第一电场驱动，使得每一第一像素具有最高光穿透率。
图3D为根据本发明的一实施方式的液晶显示装置以二维显示模式操作时的俯视图。为了清楚地见，第一面板310与第二面板320的一些层未绘出，仅绘示第一液晶层312的第一像素矩阵的一个行与第二液晶层322的第二像素矩阵的一个行，基板326、第一偏光板314与第二偏光板324。
如图3D所图示，对于第一液晶层312的这些第一像素，第一相位延迟A(i,j)是相同的。因此，第一面板310的第一液晶层312的所有这些第一像素可不由任何电场驱动，或可由相同第一电场驱动，使得每一第一像素具有最高光穿透率。因此，第二面板320用作液晶显示装置的显示面板，且可通过公式(1)或(2)以二维图像的图像信号及第一相位延迟A(i,j)计算用于第二液晶层322的每一第二像素的第二相位延迟B(i,j)。
应了解，当液晶显示装置以三维显示模式操作时，观察者必须位于最佳观看区中以接收图像信号。然而，观察者在液晶显示装置前方来回移动。因此，可通过提供对光穿透函数T=f(x)的补偿来实现液晶显示装置的广视角。
液晶显示装置可以不同的方法进行补偿。在一个实施方式中，第一面板用作主要显示面板。因此，第一面板的每一第一像素投影至第二面板的第二像素的至少一个，且第二面板的至少一个第二像素的每一个具有至少一个补偿比率，以通过至少一个第二像素以至少一个补偿比率来补偿在第一面板的每一第一像素中显示的图像。
在一个实施方式中，第二面板用作主要显示面板。因此，第二面板的每一第二像素投影至第一面板的第一像素的至少一个，且第一面板的至少一个第一像素的每一个具有至少一个补偿比率，以通过至少一个第一像素以至少一个补偿比率来补偿在第二面板的每一第二像素中显示的图像。
图4A-图4D为根据本发明的一实施方式的液晶显示装置的补偿的示意图，其中第一面板用作主要显示面板。具体而言，图4A为根据本发明的一实施方式的液晶显示装置以三维显示模式操作的俯视图。在示例性三维显示模式中，第一面板410与第二面板420分别对应于有源延迟面板与液晶显示面板。为了清楚起见，第一面板410与第二面板420的一些层未绘示，且仅绘示第一液晶层412的第一像素矩阵（亦即，延迟像素矩阵）的一个行、第二液晶层422的第二像素矩阵（亦即，显示像素矩阵）的一个行以及基板416与426。换言之，图4A仅绘示液晶显示装置的一行像素。为了简化描述，符号A1、A2、A3...表示相同行的第一像素的第一相位延迟A(i,j)。换言之，A1=A(1,j)，A2=A(2,j)等。类似地，符号B1、B2、B3...表示相同行的第二像素的第二相位延迟B(i,j)。
如图4A所图示，当观察者在第一面板410前方移动时，观察者的左眼L与右眼R将移动到新位置L′与R′。因此，从新的左眼位置L′与新的右眼位置R′到第一液晶面板412的第一像素的投影可能落在第二液晶面板422的第二像素之间。举例而言，对于右眼观看到的灰阶R2，最佳观看区中的观察者将用右眼观看到：
R2＝f[A2+B2]。(2-2)
然而，新位置中的观察者将用右眼看到：
R2＝a×f[A2+B1]+b×f[A2+B2],(2-2a)
其中，a与b是补偿比率。
类似地，对于左眼观看到的灰阶L2，最佳观看区中的观察者将用左眼观看到：
L2＝f[A3+B2]。(1-2)
然而，新位置中的观察者将用左眼看到：
L2＝a×f[A3+B1]+b×f[A3+B2]。(1-2a)
因此，可决定补偿比率a与补偿比率b（其中，0≦a≦1，0≦b≦1，且a与b的至少一个不等于0），使得观察者可在最佳观看区范围内来回移动时，于相同像素中接收到相同的图像信号R2及L2。以此方式，液晶显示装置提供宽广的观看区，使得观察者可在最佳观看区的范围内自由移动以看见相同的三维图像。
图4B为根据本发明的一实施方式的液晶显示装置以三维显示模式操作时，来自观察者的左眼与右眼的第一像素与第二像素的投影示意图，且图4C与图4D分别为根据如图4B所图示的一实施方式的来自左眼与右眼的第二像素的投影示意图。如图4B所图示，从在新位置中的观察者的右眼R′与左眼L′的投影通过第一面板410的具有第一相位延迟A(5,2)的第一像素到覆盖第二面板420的四个第二像素的区域。如图4C所图示，四个第二像素包含具有对应于右眼R′的第二相位延迟B(4,1)、B(5,1)、B(4,2)及B(5,2)的四个像素。如图4D所图示，四个第二像素包含具有对应于左眼L′的第二相位延迟B(3,1)、B(4,1)、B(3,2)及B(4,2)的四个像素。因此，可决定多个补偿比率a(5,2)、b(5,2)、c(5,2)、d(5,2)、e(5,2)、f(5,2)、g(5,2)及h(5,2)，使得由新位置中的右眼R′与左眼L′接收到的图像信号R(5,2)与L(5,2)为：
R(5,2)＝a(5,2)×f[A(5,2)+B(4,1)]
+b(5,2)×f[A(5,2)+B(5,1)]
+c(5,2)×f[A(5,2)+B(4,2)]
+d(5,2)×f[A(5,2)+B(5,2)]。
L(5,2)＝e(5,2)×f[A(5,2)+B(3,1)]
+f(5,2)×f[A(5,2)+B(4,1)]
+g(5,2)×f[A(5,2)+B(3,2)]
+h(5,2)×f[A(5,2)+B(4,2)](7)
其中0≦a(5,2)≦1，0≦b(5,2)≦1，0≦c(5,2)≦1，0≦d(5,2)≦1及0≦e(5,2)≦1，0≦f(5,2)≦1，0≦g(5,2)≦1，以及0≦h(5,2)≦1，且a(5,2)、b(5,2)、c(5,2)及d(5,2)的至少一个不等于0，且e(5,2)、f(5,2)、g(5,2)及h(5,2)的至少一个不等于0。
因此，可产生或决定补偿比率a(5,2)、b(5,2)、c(5,2)、d(5,2)、e(5,2)、f(5,2)、g(5,2)及h(5,2)，使得观察者可在最佳观看区范围内来回移动，以用右眼与左眼接收相同的图像信号R(5,2)与图像信号L(5,2)。
应了解，从第一面板410的每一第一像素到第二面板420的投影可为不同的。因此，从一些第一像素到第二面板420的投影可覆盖不同数目的第二像素。在一些实施方式中，从第一面板410的每一第一像素的投影覆盖第二面板420上的第二像素的至少一个的至少一部分。
在一些实施方式中，对于第二面板420的至少一个第二像素的每一个，可提供补偿比率的一个以上的补偿比率以提供对不同观察者位置的补偿。
图5A-图5D为本发明的另一实施方式的液晶显示装置的补偿的示意图，其中第二面板用作主要显示面板。具体而言，图5A为根据本发明的一实施方式的液晶显示装置以三维显示模式操作时的俯视图。在示例性三维显示模式中，第一面板310与第二面板320分别对应于有源延迟面板与液晶显示面板。为了清楚起见，第一面板310与第二面板320的一些层未绘出，仅绘示第一液晶层312的第一像素矩阵（亦即，延迟像素矩阵）的一个行、第二液晶层322的第二像素矩阵（亦即，显示像素矩阵）的一个行以及基板316与326。换言之，图5A仅图示液晶显示装置的一行像素。为了简化描述，符号A1、A2、A3...表示相同行的第一像素的第一相位延迟A(i,j)。换言之，A1=A(1,j)，A2=A(2,j)等。类似地，符号B1、B2、B3...表示相同行的第二像素的第二相位延迟B(i,j)。
如图5A所图示，在观察者移动到新位置L′与R′时，从新的左眼位置L′与新的右眼位置R′到第二液晶面板422的第二像素的投影可落在第一液晶面板412的第一像素之间。举例而言，对于右眼观看到的灰阶R2，最佳观看区中的观察者将用右眼观看到：
R2＝f[A2+B2]。(2-2)
然而，新位置中的观察者将用右眼看到：
R2＝a×f[A2+B2]+b×f[A3+B2],(2-2b)
其中，a与b是补偿比率。
类似地，对于左眼观看到的灰阶L1，最佳观看区中的观察者将用左眼观看到：
L1＝f[A2+B1]。(1-1)
然而，新位置中的观察者将用左眼看到：
L1＝a×f[A2+B1]+b×f[A3+B1]。(1-1b)
因此，可决定补偿比率a与补偿比率b（其中，0≦a≦1，0≦b≦1，且a与b的至少一个不等于0），使得观察者可在最佳观看区范围内来回移动，以接收到于相同像素中相同的图像信号R2及L1。以此方式，液晶显示装置提供宽广的观看区，使得观察者可在最佳观看区的范围内自由移动，以看见相同的三维图像。
图5B为根据本发明的一实施方式的液晶显示装置以三维显示模式操作下，来自观察者的左眼与右眼的第一像素与第二像素的投影示意，且图5C与图5D分别为根据如图5B所图示的一实施方式的从左眼与右眼的第一像素的投影示意图。如图5B所图示，从在新位置中的观察者的右眼R′与左眼L′的投影通过第一面板510的各四个第一像素的区域到覆盖第二面板520的具有第二相位延迟B(5,2)的第二像素。如图5C所图示，四个第一像素包含具有对应于右眼R′的第一相位延迟A(5,1)、A(6,1)、A(5,2)及A(6,2)的四个像素。如图5D所图示，四个第一像素包含具有对应于左眼L′的第一相位延迟A(6,1)、A(7,1)、A(6,2)及A(7,2)的四个像素。因此，可决定多个补偿比率a(5,2)、b(5,2)、c(5,2)、d(5,2)、e(5,2)、f(5,2)、g(5,2)及h(5,2)，使得由新位置中的右眼R′与左眼L′接收到的图像信号R(5,2)与L(5,2)为：
R(5,2)＝a(5,2)×f[A(5,1)+B(5,2)]
+b(5,2)×f[A(6,1)+B(5,2)]
+c(5,2)×f[A(5,2)+B(5,2)]
+d(5,2)×f[A(6,2)+B(5,2)]
L(5,2)＝e(5,2)×f[A(6,1)+B(5,2)]
+f(5,2)×f[A(7,1)+B(5,2)]
+g(5,2)×f[A(6,2)+B(5,2)]
+h(5,2)×f[A(7,2)+B(5,2)]。(8)
其中，0≦a≦1，0≦b≦1，0≦c≦1，0≦d≦1及0≦e≦1，0≦f≦1，0≦g≦1，以及0≦h≦1，且a(5,2)，b(5,2)，c(5,2)及d(5,2)的至少一个不等于0，且e(5,2)，f(5,2)，g(5,2)及h(5,2)的至少一个不等于0。
因此，可产生或决定补偿比率a(5,2)、b(5,2)、c(5,2)、d(5,2)、e(5,2)、f(5,2)、g(5,2)及h(5,2)，使得观察者可在最佳观看区范围内来回移动，以用右眼与左眼接收相同的图像信号R(5,2)与图像信号L(5,2)。
应了解，从第二面板520的每一第二像素到第一面板510的投影可为不同的。因此，从一些第二像素到第一面板510的投影可覆盖不同数目的第一像素。在一些实施方式中，从第二面板520的每一第二像素的投影覆盖第一面板510上的第一像素的至少一个的至少一部分。
在一些实施方式中，对于第一面板的至少一个第一像素的每一个，可提供一个以上的补偿比率，以提供对不同观察者位置的补偿。
总言之，本发明叙述在二维显示模式与三维显示模式之间可操作地可切换的液晶显示装置以及用液晶显示装置显示图像的方法。通过上述结构，液晶显示装置可以相同画面更新率（诸如，60Hz）显示具有相同解析度的三维图像及二维图像。因此，用于显示三维图像的画面更新率不必增加到120Hz，且不需要复杂的驱动电路并可降低制造成本。
已介绍本发明的示范性实施方式的上述描述仅为图解与描述的目的，且上述的描述不意欲为穷尽的或将本发明局限于所揭示的精确形式。按照上述教示，许多修改与变化是可能的。
选择并描述实施方式以阐明本发明的原理以及这些实施方式的实际应用，以使得本领域普通技术人员能够使用本发明及各种实施方式且可设想适于特定使用的各种修改。在不脱离本发明的精神与范畴的情况下替代性实施方式对于本领域普通技术人员将更加明白。因此，由所附权利要求范围而非上述的描述及上述的描述所描述的示范性实施方式来定义本发明的范畴。

Claims (29)

1.一种液晶显示装置，对于具有一左眼与一右眼的一观察者，可操作地在一二维显示模式与一三维显示模式之间切换，该液晶显示装置包含：
一第一偏光板；
一第二偏光板，与该第一偏光板彼此分开设置；
一有源延迟面板，设置于该第一偏光板与该第二偏光板之间，该有源延迟面板具有多个延迟像素，排列成一延迟像素矩阵，该延迟像素矩阵具有至少M个像素行及至少N个像素列，所述多个延迟像素的每一个具有一第一相位延迟A(i,j)，其中M及N是正整数，i是1与M之间的一正整数，且j是1与N之间的一正整数；以及
一液晶显示面板，设置于该有源延迟面板与该第二偏光板之间，该液晶显示面板具有多个显示像素，排列成一显示像素矩阵，该显示像素矩阵具有至少M个像素行及至少N个像素列，所述多个显示像素的每一个具有一第二相位延迟B(i,j)，该延迟像素矩阵对应于该显示像素矩阵设置，
其中该观察者的该左眼及该右眼同时观看从该液晶显示面板的所述多个显示像素的每一个显示并通过该有源延迟面板的一图像，且该图像满足以下关系：
L(i,j)＝f[A(i+1,j)+B(i,j)]，以及
R(i,j)＝f[A(i,j)+B(i,j)]，
其中，L(i,j)及R(i,j)分别是该左眼观看到的该图像的灰阶及该右眼观看到的该图像的灰阶，函数f(x)是液晶层的每一像素的光穿透率函数，x表示液晶层的每一像素的相位延迟。
2.如权利要求1所述的液晶显示装置，其中在该液晶显示面板与该有源延迟面板之间无偏光板设置。
3.如权利要求1所述的液晶显示装置，还包含：
一彩色滤光片，设置于该液晶显示面板与该有源延迟面板的其中一个中。
4.如权利要求1所述的液晶显示装置，其中该液晶显示面板与该有源延迟面板之间以一间隙间隔分开。
5.如权利要求4所述的液晶显示装置，其中该间隙填满一透明材料。
6.如权利要求1所述的液晶显示装置，其中该液晶显示面板与该有源延迟面板一体成型。
7.如权利要求1所述的液晶显示装置，其中该有源延迟面板包含一第一液晶层，且该液晶显示面板包含一第二液晶层。
8.如权利要求7所述的液晶显示装置，其中对于该有源延迟面板的所述多个延迟像素的每一个，该第一相位延迟A(i,j)随该延迟像素的该第一液晶层中的液晶分子的取向而变化，通过施加至该有源延迟面板的该延迟像素的一第一电场控制该延迟像素，且其中对于该液晶显示面板的所述多个显示像素的每一个，该第二相位延迟B(i,j)随该显示像素的该第二液晶层中的液晶分子的取向而变化，通过施加至该液晶显示面板的该显示像素的一第二电场控制该显示像素。
9.如权利要求8所述的液晶显示装置，其中当L(i,j)＝R(i,j)时，该液晶显示装置于该二维显示模式下操作，其中对于所述多个延迟像素，所述多个第一相位延迟A(i,j)是相同的。
10.如权利要求9所述的液晶显示装置，其中当该有源延迟面板的所述多个延迟像素是由相同的该第一电场驱动时，该液晶显示装置于该二维显示模式下操作，使得对于所述多个延迟像素，所述多个第一相位延迟A(i,j)是相同的。
11.如权利要求9所述的液晶显示装置，其中当该第一电场不驱动该有源延迟面板的所述多个延迟像素时，该液晶显示装置于该二维显示模式下操作。
12.如权利要求8所述的液晶显示装置，其中当L(i,j)≠R(i,j)时，该液晶显示装置于该三维显示模式下操作。
13.如权利要求12所述的液晶显示装置，其中当该有源延迟面板的所述多个延迟像素是由该第一电场驱动，且该液晶显示面板的所述多个显示像素是由该第二电场驱动时，该液晶显示装置于该三维显示模式下操作。
14.如权利要求12所述的液晶显示装置，其中该液晶显示面板的所述多个显示像素的每一个投影至该有源延迟面板的至少一所述延迟像素，且该有源延迟面板的至少一所述延迟像素的每一个具有至少一补偿比率，使得通过该至少一延迟像素以该至少一补偿比率，补偿在该液晶显示面板的所述多个显示像素中的每一个显示的该图像。
15.如权利要求1所述的液晶显示装置，还包含：
一背光模块，毗邻于该液晶显示面板与该第二偏光板，该背光模块用于照射一光线至该液晶显示面板。
16.如权利要求1所述的液晶显示装置，还包含二补偿比率a及b，使得：
L(i,j)＝a×f[A(i+1,j)+B(i-1,j)]+b×f[A(i+1,j)+B(i,j)]，以及
R(i,j)＝a×f[A(i,j)+B(i-1,j)]+b×f[A(i,j)+B(i,j)]，
其中，0≦a≦1，0≦b≦1，且a及b的至少一个不等于0。
17.如权利要求1所述的液晶显示装置，还包含补偿比率a(i,j)、b(i,j)、c(i,j)、d(i,j)、e(i,j)、f(i,j)、g(i,j)与h(i,j)，使得：
R(i,j)＝a(i,j)×f[A(i,j)+B(i-1,j-1)]
+b(i,j)×f[A(i,j)+B(i,j-1)]
+c(i,j)×f[A(i,j)+B(i-1,j)]
+d(i,j)×f[A(i,j)+B(i,j)]，以及
L(i,j)＝e(i,j)×f[A(i,j)+B(i-2,j-1)]
+f(i,j)×f[A(i,j)+B(i-1,j-1)]
+g(i,j)×f[A(i,j)+B(i-2,j)]
+h(i,j)×f[A(i,j)+B(i-1,j)]，
其中0≦a(i,j)≦1，0≦b(i,j)≦1，0≦c(i,j)≦1，0≦d(i,j)≦1，a(i,j)、b(i,j)、c(i,j)及d(i,j)的至少一个不等于0，且0≦e(i,j)≦1，0≦f(i,j)≦1，0≦g(i,j)≦1，0≦h(i,j)≦1，e(i,j)、f(i,j)、g(i,j)及h(i,j)的至少一个不等于0。
18.如权利要求1所述的液晶显示装置，还包含补偿比率a(i,j)、b(i,j)、c(i,j)、d(i,j)、e(i,j)、f(i,j)、g(i,j)、h(i,j)，使得：
R(i,j)＝a(i,j)×f[A(i,j-1)+B(i,j)]
+b(i,j)×f[A(i+1,j-1)+B(i,j)]
+c(i,j)×f[A(i,j)+B(i,j)]
+d(i,j)×f[A(i+1,j)+B(i,j)]，以及
L(i,j)＝e(i,j)×f[A(i+1,j-1)+B(i,j)]
+f(i,j)×f[A(i+2,j-1)+B(i,j)]
+g(i,j)×f[A(i+1,j)+B(i,j)]
+h(i,j)×f[A(i+2,j)+B(i,j)]，
其中0≦a(i,j)≦1，0≦b(i,j)≦1，0≦c(i,j)≦1，0≦d(i,j)≦1，a(i,j)、b(i,j)、c(i,j)及d(i,j)的至少一个不等于0，且0≦e(i,j)≦1，0≦f(i,j)≦1，0≦g(i,j)≦1，0≦h(i,j)≦1，e(i,j)、f(i,j)、g(i,j)及h(i,j)的至少一个不等于0。
19.一种显示一图像的方法，该方法包含：
(a)提供一液晶显示装置，该液晶显示装置包含：
一有源延迟面板，具有一第一液晶层，该有源延迟面板具有多个延迟像素，排列成一延迟像素矩阵，该延迟像素矩阵具有M个像素行及N个像素列，其中所述多个延迟像素的每一个具有一第一相位延迟A(i,j)，其中M及N是正整数，i是1与M之间的一正整数，且j是1与N之间的一正整数；以及
一液晶显示面板，位于该有源延迟面板后方，该液晶显示面板具有多个显示像素，排列成一显示像素矩阵，以及一第二液晶层，该显示像素矩阵具有M个像素行及N个像素列，其中所述多个显示像素的每一个具有一第二相位延迟B(i,j)，
其中该有源延迟面板及该液晶显示面板经排列以使得该延迟像素矩阵对应于该显示像素矩阵设置；
(b)产生分别用于待显示的该图像的一左眼观看的灰阶L(i,j)与一右眼观看的灰阶R(i,j)；
(c)通过以下公式计算对于该有源延迟面板的所述多个延迟像素的每一个的该第一相位延迟A(i,j)，及对于该液晶显示面板的所述多个显示像素的每一个的该第二相位延迟B(i,j)：
L(i,j)＝f[A(i+1,j)+B(i,j)]，以及
R(i,j)＝f[A(i,j)+B(i,j)]，其中，函数f(x)是液晶层的每一像素的光穿透率函数，x表示液晶层的每一像素的相位延迟；以及
(d)显示具有对于该有源延迟面板的所述多个延迟像素的每一个的该第一相位延迟A(i,j)，及对于该液晶显示面板的所述多个显示像素的每一个的该第二相位延迟B(i,j)的该图像，使得该有源延迟面板前方的一观察者的左眼与右眼可同时观看在该有源延迟面板的所述多个延迟像素中的每一个或在该液晶显示面板的所述多个显示像素中的每一个显示的该图像。
20.如权利要求19所述的方法，其中待显示的该图像为一二维图像，其中L(i,j)＝R(i,j)，且其中对于所述多个延迟像素，所述多个第一相位延迟A(i,j)是相同的。
21.如权利要求20所述的方法，其中由该液晶显示装置的显示该图像的步骤包含：
(a)对于该液晶显示面板的所述多个显示像素的每一个，通过施加一第二电场至该显示像素来控制该显示像素的液晶分子的取向，以具有该第二相位延迟B(i,j)。
22.如权利要求20所述的方法，其中通过该液晶显示装置显示该图像的步骤包含：
(a)对于该有源延迟面板的所述多个延迟像素的每一个，通过施加一相同的第一电场至每一延迟像素来控制该延迟像素的液晶分子的取向，使得所述多个延迟像素具有相同的该第一相位延迟A(i,j)；以及
(b)对于该液晶显示面板的所述多个显示像素的每一个，通过施加一第二电场至该显示像素来控制该显示像素的液晶分子的取向，以具有该第二相位延迟B(i,j)。
23.如权利要求19所述的方法，其中待显示的该图像是一三维图像，且其中L(i,j)≠R(i,j)。
24.如权利要求23所述的方法，其中通过该液晶显示装置显示该图像的步骤包含：
(a)对于该有源延迟面板的所述多个延迟像素的每一个，通过施加一第一电场至该延迟像素来控制该延迟像素的液晶分子的取向，以具有该第一相位延迟A(i,j)；以及
(b)对于该有源延迟面板的所述多个显示像素的每一个，通过施加一第二电场至该显示像素来控制该显示像素的液晶分子的取向，以具有该第二相位延迟B(i,j)。
25.如权利要求23所述的方法，其中通过该液晶显示装置显示该图像的步骤包含：
(a)投影该有源延迟面板的所述多个延迟像素的每一个至该液晶显示面板的所述多个显示像素的至少一个；
(b)对于该液晶显示面板的该至少一显示像素的每一个，产生至少一补偿比率，使得通过该至少一显示像素用该至少一补偿比率，补偿在该有源延迟面板的所述多个延迟像素中的每一个显示的该图像。
26.如权利要求23所述的方法，其中通过该液晶显示装置显示该图像的步骤包含：
(a)投影该液晶显示面板的所述多个显示像素的每一个至该有源延迟面板的所述多个延迟像素的至少一个；以及
(b)对于该有源延迟面板的每一的该至少一个延迟像素，产生至少一补偿比率，使得通过该至少一延迟像素用该至少一补偿比率，补偿在该液晶显示面板的所述多个延迟像素中的每一个显示的该图像。
27.一种显示一图像的方法，该方法包含：
(a)提供一液晶显示装置，该液晶显示装置包含：
具有一有源延迟面板，该有源延迟面板具有一第一液晶层，以及多个延迟像素，排列成一延迟像素矩阵，该延迟像素矩阵具有M个像素行及N个像素列，其中所述多个延迟像素的每一个具有一第一相位延迟A(i,j)，其中M及N是正整数，i是1与M之间的一正整数，且j是1与N之间的一正整数；以及
位于该有源延迟面板后方的一液晶显示面板，该液晶显示面板多个显示像素，排列成一显示像素矩阵，以及一第二液晶层，该显示像素矩阵具有M个像素行及N个像素列，其中所述多个显示像素的每一个具有一第二相位延迟B(i,j)，
其中该有源延迟面板及该液晶显示面板经排列，使得该延迟像素矩阵对应于该显示像素矩阵设置；以及
(b)分别驱动该有源延迟面板与该液晶显示面板，以显示位于该有源延迟面板与该液晶显示面板的其中一个上的一图像，使得在该有源延迟面板前的一观察者的左眼与右眼同时可观看在该有源延迟面板的所述多个延迟像素中的每一个、或在该液晶显示面板的所述多个显示像素中的每一个显示的该图像，且该图像满足以下关系：
L(i,j)＝f[A(i+1,j)+B(i,j)]，及
R(i,j)＝f[A(i,j)+B(i,j)]，
其中L(i,j)与R(i,j)分别是左眼与右眼观看到的在该有源延迟面板的所述多个延迟像素中的每一个、或在该液晶显示面板的所述多个显示像素中的每一个显示的该图像的灰阶，函数f(x)是液晶层的每一像素的光穿透率函数，x表示液晶层的每一像素的相位延迟。
28.一种液晶显示装置，对于具有一左眼与一右眼的一观察者，可操作地在一二维显示模式与一三维显示模式之间切换，该液晶显示装置包含：
一第一偏光板；
一第二偏光板，与该第一偏光板彼此分开设置；
一第一面板，设置在该第一偏光板与该第二偏光板之间，该第一面板具有多个第一像素，排列成一第一像素矩阵，该第一像素矩阵具有至少M个像素行及至少N个像素列，所述多个第一像素的每一个具有一第一相位延迟A(i,j)，其中M及N是正整数，i是1与M之间的一正整数，且j是1与N之间的一正整数；以及
一第二面板，设置在该第一面板与该第二偏光板之间，该第二面板具有多个第二像素，排列成一第二像素矩阵，该第二像素矩阵具有至少M个像素行及至少N个像素列，所述多个第二像素的每一个具有一第二相位延迟B(i,j)，该第一像素矩阵对应于该第二像素矩阵设置，
其中该观察者的该左眼及该右眼同时观看来自该第二面板的所述多个第二像素的每一个并通过该第一面板的一图像，且该图像满足以下关系：
L(i,j)＝f[A(i+1,j)+B(i,j)]，以及
R(i,j)＝f[A(i,j)+B(i,j)]，
其中，L(i,j)及R(i,j)分别是该左眼观看到的该图像的灰阶及该右眼观看到的该图像的灰阶，函数f(x)是液晶层的每一像素的光穿透率函数，x表示液晶层的每一像素的相位延迟。
29.如权利要求28所述的液晶显示装置，其中该第一面板包含一有源延迟面板，且该第二面板包含一液晶显示面板。
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