CN103592772A

CN103592772A - 立体图像显示装置

Info

Publication number: CN103592772A
Application number: CN201210460772.4A
Authority: CN
Inventors: 朴炯柱; 李秉州
Original assignee: LG Display Co Ltd
Current assignee: LG Display Co Ltd
Priority date: 2012-08-16
Filing date: 2012-11-15
Publication date: 2014-02-19
Also published as: US20140049706A1; KR20140023844A

Abstract

本发明涉及一种立体图像显示装置，包括：第一液晶透镜，用于将非偏振光源中第一方向的光分量转换为所述第一方向的第一输出光，并且输出所述第一输出光；第二液晶透镜，用于将所述非偏振光源中第二方向的光分量转换为所述第一方向的第二输出光；和在第一液晶透镜和第二液晶透镜下面的显示面板，本发明还公开了一种用于立体图像显示装置的透镜系统。

Description

立体图像显示装置

技术领域

本发明涉及立体图像显示装置，并且尤其涉及一种无眼镜式立体图像显示装置，即自动立体显示装置。

背景技术

近年来，对于显示立体图像的装置的需求增长。特别地，在广告、家庭、医疗领域、教育、展览环境、广播、视频会议等中使用的各种显示装置对于三维（3D）图像的需求增加。为了满足这种需求，已经稳步地研究并开发了能够显示3D图像的立体图像显示装置。

立体图像显示装置通过立体技术（立体法）或自动立体技术（自动立体法）实现了3D图像。立体法可以使用左右眼睛的视差图像，所述立体法可以分类为眼镜式方法和无眼镜式方法。眼镜式方法可以通过使用偏振眼镜或快门眼镜，在直下式显示装置或投影仪中改变左右眼睛的视差图像的偏振方向，或者执行时间划分法，从而实现3D图像。无眼镜式方法可以通过在显示屏的正面或背面提供诸如视差屏障和双凸透镜之类的光学元件以分离左右眼睛的视差图像的光轴，从而实现3D图像。

以上使用双凸透镜的方法可以通过使用双凸透镜向观看者的左眼和右眼独立地提供图像来实现3D图像。然而，由于不可以有选择地开启/关闭双凸透镜的光分离，所以只能显示3D图像。即，不可以有选择地实现3D图像或2D图像是不利的。

为了克服这些问题，提出了一种用于电控制液晶折射率的方法以便通过使用双凸透镜有选择地显示2D图像或3D图像。然而，现有技术的立体图像显示装置必需要有用于分离非偏振光源的附加偏振板，因此是不利的。故而正在调查和研究各种用于弥补此缺陷的方法。

发明内容

本发明涉及一种立体图像显示装置，其基本上克服了由于现有技术的限制和缺点所导致的一个或多个问题。

本发明的一个目的是提供一种立体图像显示装置，其不使用附加偏振板而光效率增强。

本发明的另一目的是提供一种立体图像显示装置，其制造成本降低并且依照用户选择而有选择地实现2D图像或3D图像。

本发明的附加特征和优点将在以下描述中得以阐明，并且其部分将通过该描述而显而易见，或者可以通过实施本发明而知晓。借助说明书文字及其权利要求以及附图中特别指出的结构可实现和获得本发明的目的和其它优点。

为了实现这些以及其它优点并且依照本发明的目的，如这里所体现和广义描述的，一种立体图像显示装置包括：第一液晶透镜，用于将非偏振光源中第一方向的光分量转换为所述第一方向的第一输出光，并且输出所述第一输出光；第二液晶透镜，用于将所述非偏振光源中第二方向的光分量转换为所述第一方向的第二输出光；和在所述第一液晶透镜和第二液晶透镜下面的显示面板。

在另一方面，一种用于立体图像显示装置的透镜系统包括：第一液晶透镜，用于将非偏振光源中第一方向的光分量转换为所述第一方向的第一输出光，并且输出所述第一输出光；和第二液晶透镜，用于将所述非偏振光源中第二方向的光分量转换为所述第一方向的第二输出光。

应当理解，本发明的以上概括说明和以下详细描述都是示例性的和解释性的，并且旨在提供对所要求保护的本发明的进一步解释。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解并且并入说明书而构成说明书的一部分，所述附图图示了本发明的实施例并且与说明书一起用来解释本发明的原理。在附图中：

图1是本发明一个示例性实施例的立体图像显示装置的剖视图；

图2是本发明另一示例性实施例的立体图像显示装置的剖视图；

图3图示了液晶透镜的光路径；

图4A和4B图示了在本发明一个示例性实施例的立体图像显示装置中，根据是否施加电压的光路径；和

图5A和5B图示了在本发明另一示例性实施例的立体图像显示装置中，根据是否施加电压的光路径。

具体实施方式

现在将详细地参考本发明的示例性实施例，在附图中图示了本发明实施例的例子。在附图中尽可能使用相同的附图标记来指代相同或相似的部件。

图1是本发明一个示例性实施例的立体图像显示装置的剖视图。

如图1所示，立体图像显示装置100包括第一液晶透镜110、第二液晶透镜120和显示面板130。第一液晶透镜110和第二液晶透镜120可以分别包括透镜状液晶层115和125以及树脂层116和126。即，第一液晶透镜110包括第一基板111和面对第一基板111的第二基板112，其中在第一基板111的下表面上的第一电极113和在第二基板112的上表面上的第二电极114之间形成有透镜状液晶层115和树脂层116。第二液晶透镜120还包括第三基板121和面对第三基板121的第四基板122，其中在第三基板121的下表面上的第三电极123和在第四基板122的上表面上的第四电极124之间形成有透镜状液晶层125和树脂层126。

透镜状液晶层115和125可以由具有双折射性的液晶材料形成，以便通过在显示面板上按照输出图像原样显示它来实现2D图像或者通过折射输出图像来实现3D图像。依照条件和设计规格，可以使用各种液晶材料，例如正液晶或负液晶的向列液晶材料。在这种情况下，正液晶可以定义为在长轴方向上的介电常数（ε）大于在短轴方向上的介电常数，即Δε（介电常数差）>0。同时，负液晶可以定义为在短轴方向上的介电常数大于在长轴方向上的介电常数。

在图1中，第一电极113形成在第一基板111的下表面上，并且第三电极123形成在第三基板121的下表面上。然而，例如，可以在液晶层和树脂层之间形成透镜状电极。即，可以在透镜状液晶层115和125和树脂层116和126之间分别形成第一电极113和第三电极123。

树脂层116和126可以由透明的聚合树脂形成，例如丙烯基树脂。然而，树脂层116和126的材料并不限于上面这些，树脂层116和126可以由各种材料形成。

尽管并未示出，但是第一液晶透镜110和第二液晶透镜120可以进一步包括用于设置液晶的预倾角的取向膜（未示出）。可以在第二电极114和第四电极124上各形成下取向膜（未示出），并且可以在液晶层115和125以及树脂层116和126之间形成上取向膜（未示出）。取向膜可以由聚酰亚胺形成。通常，可以使用摩擦法来对准取向膜，其中提供摩擦法来通过物理摩擦控制液晶的方向性。在所述摩擦法中，可以只在一个方向上进行液晶取向。如果使用UV取向方法（对应于非接触法），那么可以在不同的方向上进行液晶取向。然而，取向方法并不限于上面所述，并且可以借助各种取向方法来进行液晶取向。

当向透镜状液晶层115和125施加电压或电场时，可以有选择地改变折射率，由此在光通过透镜状形状时保持光为直线或者折射光。

据此，由于透镜状液晶层115和125，立体图像显示装置100根据是否施加电压而用作透镜，使得能够折射从显示面板130输出的光，由此实现3D图像。

由于液晶材料的折射率各向异性，透镜状液晶层115和125可以具有第一折射率（n_e）和第二折射率（n_o），其中在液晶材料的长轴方向上示出了第一折射率（n_e），并且在液晶材料的短轴方向上示出了第二折射率（n_o）。树脂层116和126也可以具有小于第一折射率（n_e）的第二折射率（n_o）。

据此，立体图像显示装置100可以通过上述折射率的差异来有选择地实现2D图像或3D图像。

第一基板111、第二基板112、第三基板121和第四基板122可以由玻璃或透明塑料形成。第一电极113、第二电极114、第三电极114和第四电极124也可以由透明的导电材料形成，例如氧化铟锡（ITO）或氧化铟锌（IZO）。

依照第一液晶透镜110和第二液晶透镜120中的条件和设计规格，可以调整曲率半径、间距和垂度（sag），由此提供到像素的距离彼此不同的第一液晶透镜110和第二液晶透镜120。

显示面板130也可以使用各种显示类型，例如液晶显示器（LCD）、场致发射显示器（FED）、等离子体显示板（PDP）、有机发光二极管显示器（OLED）、电泳显示器（EPD）等，其中显示面板130通过使用像素来显示视频信息。

现有技术的显示面板的结构是，在其上形成有像素阵列的TFT基板和用于实现色彩的滤色器基板之间形成液晶层，其中所述TFT基板和滤色器基板彼此面对，并且在TFT基板和滤色器基板各自的表面上形成有光吸收轴为90°的偏振板。因此，在现有技术的显示面板中，在显示面板上的水平方向和垂直方向中的任何一个方向上入射的光相对于光吸收轴在90°方向上被线性偏振，由此光从显示面板出来。

然而，可以在没有附加偏振板的情况下实现显示面板130。即，因为并不需要高价偏振板，所以显示面板130可以按照非偏振光源的原样来利用它。

图2是本发明另一示例性实施例的立体图像显示装置的剖视图。

如图2所示，立体图像显示装置100包括第一液晶透镜110、第二液晶透镜120和显示面板130。

除了透镜状树脂层116和126以及液晶层115和125之外，在依照本发明另一实施例的立体图像显示装置100中的其它结构及其属性与在依照本发明一个实施例的立体图像显示装置中的那些结构和属性完全相同。

第一液晶透镜110和第二液晶透镜120可以分别包括透镜状树脂层116和126以及液晶层115和125。即，第一液晶透镜110包括第一基板111和面对第一基板111的第二基板112，其中在第一基板111的下表面上的第一电极113和在第二基板112的上表面上的第二电极114之间形成有液晶层115和透镜状树脂层116。第二液晶透镜120还包括第三基板121和面对第三基板121的第四基板122，其中在第三基板121的下表面上的第三电极123和在第四基板122的上表面上的第四电极124之间形成有液晶层125和透镜状树脂层126。

在图2中，第二电极114形成在第二基板112上，并且第四电极124形成在第四基板122上。然而，例如，可以在液晶层和树脂层之间形成透镜状电极。即，可以在液晶层115和125和透镜状树脂层116和126之间分别形成第二电极114和第四电极124。

尽管并未示出，但是第一液晶透镜110和第二液晶透镜120可以进一步包括用于设置液晶的预倾角的取向膜（未示出）。可以在第一电极113和第三电极123下各形成上取向膜（未示出），并且可以在液晶层115和125以及树脂层116和126之间形成下取向膜（未示出）。

当向液晶层115和125施加电压或电场时，可以有选择地改变折射率，由此在光通过透镜状形状时保持光为直线或折射光。

据此，由于透镜状树脂层116和126，立体图像显示装置100根据是否施加电压而用作透镜，使得能够折射从显示面板130输出的光，由此实现3D图像。

由于液晶材料的折射率各向异性，液晶层115和125可以具有第一折射率（n_e）和第二折射率（n_o），其中在液晶材料的长轴方向上示出了第一折射率（n_e），并且在液晶材料的短轴方向上示出了第二折射率（n_o）。透镜状树脂层116和126也可以具有大于第二折射率（n_o）的第一折射率（n_e）。

图3图示了液晶透镜的光路径。如图3所示，第一液晶透镜110将在非偏振光源中第一方向的偏振光（X₀）转换为第一方向的第一输出光，然后将所述第一输出光输出到屏幕50；并且第二液晶透镜120将在所述非偏振光源中第二方向的偏振光（Y₀）转换为第一方向的第二输出光，然后将所述第二输出光输出到所述屏幕50。

如上所述，第一液晶透镜110和第二液晶透镜120形成为透镜形状，其起到在现有技术的立体图像显示装置中实现3D图像的双凸透镜的作用。

首先，非偏振光源可以在电场中在垂直于光传播方向的平面上的所有方向上振动。例如，假设非偏振光源在Z轴方向上行进，可以在X轴和Y轴方向上散射光源，其中在X轴方向上散射的光源可以垂直于在Y轴方向上散射的光源。即，非偏振光源可以被分类为在两个方向上入射的光源X₀和Y₀。入射光源也可以由第一液晶透镜110和第二液晶透镜120的任何一个方向分布来引导。

在此，在X轴方向上散射的光源被定义为第一方向的偏振光（X₀），并且在Y轴方向上散射的光源被定义为第二方向的偏振光（Y₀）。

第一液晶透镜110引导在非偏振光源中特定方向的偏振光。从而，第一液晶透镜110引导第一方向的偏振光（X₀），即垂直于第一方向的第二方向的偏振光（Y₀）并不由第一液晶透镜110引导。第二液晶透镜120还引导在非偏振光源中特定方向的偏振光。从而，第二液晶透镜120引导第二方向的偏振光（Y₀），即垂直于第二方向的第一方向的偏振光（X₀）并不由第二液晶透镜120引导。

此时，第一液晶透镜110和第二液晶透镜120设计为在第一液晶透镜110中的透镜形状的布置方向与在第二液晶透镜120中的透镜形状的布置方向相同，并且在第一液晶透镜110中的液晶材料的取向方向垂直于在第二液晶透镜120中的液晶材料的取向方向。即，第一液晶透镜110的液晶材料的慢轴S₁垂直于第二液晶透镜120的液晶材料的慢轴S₂。

据此，在一个方向（即第一方向）上通过使用第一液晶透镜110和第二液晶透镜120向屏幕50输出光。即，第一液晶透镜110将第一方向的偏振光（X₀）平行转换为第一方向的第一输出光，然后将所述第一输出光输出到屏幕50；并且第二液晶透镜120将第二方向的偏振光（Y₀）垂直转换为第一方向的第二输出光，然后将所述第二输出光输出到屏幕50。

从而，能够通过来自非偏振光源的具有一个方向的第一输出光和第二输出光来实现图像。

立体图像显示装置100有利地能够按照非偏振光源的原样使用它，并且依照是否施加电压来选择性地输出2D图像或3D图像。

图4A、4B、5A和5B图示了依照在立体图像显示装置中是否施加电压的光路径。图4A和5A图示了当未向电极施加电压时的光路径，并且图4B和5B图示了当向电极施加电压时的光路径。

如图4A所示，当未向电极施加电压时，在立体图像显示装置100上显示3D图像。同时，如图4B所示，当向电极施加电压时，在立体图像显示装置100上显示2D图像。

如果电压未被施加到电极，如图4A所示，当第一方向的偏振光（X₀）通过第一液晶透镜110时，那么所述第一方向的偏振光（X₀）被传送，同时由于在液晶材料的第一折射率（n_e）和树脂层的第二折射率（n_o）之间的差异，所述光也被折射。当第二方向的偏振光（Y₀）通过第二液晶透镜120时，所述第二方向的偏振光（Y₀）也被传送，同时由于在液晶材料的第一折射率（n_e）和树脂层的第二折射率（n_o）之间的差异，所述光也被折射。

如果电压被施加到电极，如图4B所示，当第一方向的偏振光（X₀）通过第一液晶透镜110时，因为液晶材料的第二折射率（n_o）与树脂层的第二折射率（n_o）相同，所以第一方向的偏振光（X₀）被传送而不会被折射。当第二方向的偏振光（Y₀）通过第二液晶透镜120时，因为液晶材料的第二折射率（n_o）与树脂层的第二折射率（n_o）相同，所以第二方向的偏振光（Y₀）被传送而不会被折射。

在液晶材料维持在初始取向方向上而未向电极施加电压的图4A中，可以通过使用树脂层分离左眼图像信息和右眼图像信息，使得观看者的左右眼睛可以辨别不同种类的信息，然后可以在大脑中组合被分离到双眼中的不同种类的图像信息，由此实现3D图像。在向电极施加电压的图4B中，输出光的方向平行于液晶材料的取向方向，使得按照原样显示2D图像。

如图5A所示，当未向电极施加电压到时，在立体图像显示装置100上显示2D图像。同时，如图5B所示，当向电极施加电压时，在立体图像显示装置100上显示3D图像。

如果电压未被施加到电极，如图5A所示，当第一方向的偏振光（X₀）通过第一液晶透镜110时，因为液晶材料的第一折射率（n_e）与树脂层的第一折射率（n_e）相同，所以第一方向的偏振光（X₀）被传送而不会被折射。当第二方向的偏振光（Y₀）通过第二液晶透镜120时，因为液晶材料的第一折射率（n_e）与树脂层的第一折射率（n_e）相同，所以第二方向的偏振光（Y₀）被传送而不会被折射。

如果电压被施加到电极，如图5B所示，当第一方向的偏振光（X₀）通过第一液晶透镜110，那么所述第一方向的偏振光（X₀）被传送，同时由于在液晶材料的第二折射率（n_o）和树脂层的第一折射率（n_e）之间的差异，所述光也被折射。当第二方向的偏振光（Y₀）通过第二液晶透镜120时，所述第二方向的偏振光（Y₀）也被传送，同时由于在液晶材料的第二折射率（n_o）和树脂层的第一折射率（n_e）之间的差异，所述光也被折射。

在液晶材料维持在初始取向方向上而未向电极施加电压的图5A中，输出光的方向平行于液晶材料的取向方向，使得按照原样显示2D图像。在向电极施加电压的图5B中，可以通过使用树脂层分离左眼图像信息和右眼图像信息，使得观看者的左右眼睛可以辨别不同种类的信息，然后可以在大脑中组合被分离到双眼中的不同种类的图像信息，由此实现3D图像。

据此，立体图像显示装置100按照非偏振光源的原样使用它，并且不另外使用高价偏振板而提高了光效率。立体图像显示装置100还通过使功率消耗最小化而降低了制造成本并且能够依照用户选择来选择性地实现2D图像或3D图像。

对于本领域技术人员来说显而易见的是：在不脱离本发明的精神或范围的情况下可以对本发明进行各种修改和改变。因此，本发明旨在覆盖所提供的本发明的修改和改变，只要它们落入所附权利要求及其等效范围之内。

Claims

1.一种立体图像显示装置，包括：

第一液晶透镜，用于将非偏振光源中第一方向的光分量转换为所述第一方向的第一输出光，并且输出所述第一输出光；

第二液晶透镜，用于将所述非偏振光源中第二方向的光分量转换为所述第一方向的第二输出光；以及

在所述第一液晶透镜和第二液晶透镜下面的显示面板。

2.如权利要求1所述的立体图像显示装置，其中所述第一液晶透镜和第二液晶透镜具有透镜形状的相同布置方向。

3.如权利要求1所述的立体图像显示装置，其中所述第一方向垂直于所述第二方向。

4.如权利要求1所述的立体图像显示装置，其中所述第一液晶透镜和第二液晶透镜各包括透镜状液晶层和树脂层。

5.如权利要求4所述的立体图像显示装置，其中在所述第一液晶透镜的透镜状液晶层中液晶材料的取向方向垂直于在所述第二液晶透镜的透镜状液晶层中液晶材料的取向方向。

6.如权利要求4所述的立体图像显示装置，

其中所述第一液晶透镜包括：

彼此面对的第一和第二基板；

在所述第一基板的下表面上的第一电极；和

在所述第二基板的上表面上的第二电极，其中所述液晶层和树脂层形成在所述第一和第二电极之间，和

其中所述第二液晶透镜包括：

彼此面对的第三和第四基板；

在所述第三基板的下表面上的第三电极；和

在所述第四基板的上表面上的第四电极，其中所述液晶层和树脂层形成在所述第三和第四电极之间。

7.如权利要求6所述的立体图像显示装置，其中当电压被施加到第一电极、第二电极、第三电极和第四电极时实现2D图像，并且当电压未被施加时实现3D图像。

8.如权利要求4所述的立体图像显示装置，其中当电压未被施加到第一和第二液晶透镜时，通过第一和第二液晶透镜折射光以便在3D显示模式下操作，并且

其中当电压被施加到第一和第二液晶透镜时，通过第一和第二液晶透镜并未折射光，以便在2D显示模式下操作。

9.如权利要求4所述的立体图像显示装置，其中第一和第二液晶透镜各自的树脂层和透镜状液晶层设置在电极之间。

10.如权利要求1所述的立体图像显示装置，其中所述第一液晶透镜和第二液晶透镜各包括透镜状树脂层和液晶层。

11.如权利要求10所述的立体图像显示装置，其中在所述第一液晶透镜的液晶层中液晶材料的取向方向垂直于在所述第二液晶透镜的液晶层中液晶材料的取向方向。

12.如权利要求10所述的立体图像显示装置，

其中所述第一液晶透镜包括：

彼此面对的第一和第二基板；

在所述第一基板的下表面上的第一电极；和

其中所述第二液晶透镜包括：

彼此面对的第三和第四基板；

在所述第三基板的下表面上的第三电极；和

13.如权利要求12所述的立体图像显示装置，其中当电压未被施加到第一电极、第二电极、第三电极和第四电极时实现2D图像，并且当电压被施加到所述电极时实现3D图像。

14.如权利要求10所述的立体图像显示装置，其中当电压被施加到所述第一和第二液晶透镜时，通过第一和第二液晶透镜折射光以便在3D显示模式下操作，并且

其中当电压未被施加到所述第一和第二液晶透镜时，通过第一和第二液晶透镜并未折射光以便在2D显示模式下操作。

15.如权利要求10所述的立体图像显示装置，其中所述第一和第二液晶透镜中各自的透镜状树脂层和液晶层设置在电极之间。

16.一种用于立体图像显示装置的透镜系统，包括：

第一液晶透镜，用于将非偏振光源中第一方向的光分量转换为所述第一方向的第一输出光，并且输出所述第一输出光；和

第二液晶透镜，用于将所述非偏振光源中第二方向的光分量转换为所述第一方向的第二输出光。

17.如权利要求16所述的透镜系统，其中所述第一液晶透镜和第二液晶透镜各包括透镜状液晶层和树脂层。

18.如权利要求17所述的透镜系统，其中当电压未被施加到所述第一和第二液晶透镜时，通过第一和第二液晶透镜折射光以便在3D显示模式下操作，以及

其中当电压被施加到所述第一和第二液晶透镜时，通过第一和第二液晶透镜并未折射光，以便在2D显示模式下操作。

19.如权利要求16所述的透镜系统，其中所述第一液晶透镜和第二液晶透镜各包括透镜状树脂层和液晶层。

20.如权利要求19所述的透镜系统，其中当电压被施加到所述第一和第二液晶透镜时，通过第一和第二液晶透镜折射光以便在3D显示模式下操作，并且

其中当电压未被施加到所述第一和第二液晶透镜时，通过第一和第二液晶透镜并未折射光，以便在2D显示模式下操作。