CN1243272C - 2d－3d切换式自动立体显示装置 - Google Patents
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Abstract
本发明的2D-3D切换式自动立体显示装置，关于一种裸眼式立体显示装置，也就是让观察者不需额外佩带特殊的眼镜或其它装置，就可以看到立体影像的装置。其主要技术特征是藉由本发明的微位相差板在配合着偏光板之下形成了视差屏障(parallax barrier)，并以视差屏障原理，分离左右眼影像，实现2维-3维(2D-3D)间的切换而达到裸眼立体显示的基本目的；同时，再利用两片微位相差板间的平行移动，得以连续的在影像移动时仍能获得3D的立体图像，而可完成追迹的目的。
Description
技术领域
本发明有关于一种立体显示装置。特别是一种2维-3维(2D-3D)切换式立体显示装置。
技术背景
习用的显示器由黑白、彩色，进而精进到高画质等一系列的发展，再再的显示着追求一个更逼真、更自然的视觉享受。在此一趋势下，不需要配带任何特殊器具即可观赏到身历其境的立体影像的裸眼式3D显示器已然成为显示器的下一个必然的方向。然而，在显示器全面立体化之前，和现有规格间的兼容性，乃成为其应用成功与否的关键。
使用屏障(Barrier)作为左右眼立体影像分离的立体显示器的技术已是一习知的技术。例如，在美国专利U.S.Pat.No.7,255,567(1903)一案中则早已公开了此项技术。而在美国专利U.S.Pa t.No.5,831,765一案中，请参阅图8、9所示，则是利用此习知技术，将屏障93置于液晶面板(LCD Panel)91与背光光源94之间，形成左右眼分离的裸眼式立体显示器，其改良处则是在液晶面板91与屏障93之间插入一片可在散射与透明状态切换的散射式(dispersed type)液晶面板92，而达到2D-3D切换的目的。
这种方法的缺点为：
①液晶面板的亮度降低一半；
②增加屏障与液晶面板间的距离，不适用于液晶画素横向宽度小而观赏距离也要近的设计；
③所加入的散射式液晶面板较为昂贵，因而制造显示器的成本亦因而增加；以及
④观察者追迹不连续。
在美国专利U.S.Pat.No.6,157,424一案中，如图10、11所示，则包括了一液晶面板91、一条纹式液晶面板屏障(Stripped LCD Barrier)93’以及一背光光源94’；其同样地可见到其是使用品屏障的原理来达成左右眼影像分离的作用，其改良处则是在使用液晶面板来取代一般的屏障，并利用切换液晶面板，达到2D-3D切换的目的。
这种方法的主要缺点为：
①成本高；以及
②观察者追迹不连续。
因此，上述传统式习用结构的实用性不佳，而有加以改良的必要。
发明内容
本发明的主要目的，乃在于提供一种2D-3D切换式自动立体显示装置，其中，主要是利用二片微位相位差板取代习知的黑白条纹差屏障或条状图案的液晶面板视差屏障，藉此而可达到可在2D与3D模式切换的功能。
本发明的再一个目的即是利用二片微位相差板的平行移动，而可供观察者得以连续的在影像移动时仍能获得3D的立体图像。
本发明的上述的目是这样实现的：
本发明的一种2D-3D切换式自动立体显示装置，其特征在于：包括有依序设置的一穿透式空间光调制器、一个载具、一偏光板、一背光模块，在载具上设置两片平行的微位相差板以及两个驱动器；两片微位相差板具有复数条垂直条纹区域，其中一片微位相差板的奇数条条纹区域图像的相位延迟量为0，而偶数条条纹区域图像的相位延迟量为π，另一片微位相差板的奇数条条纹区域的相位延迟量为0，而偶数条条纹区域的相位延迟量为-π；或者，上述两片微位相差板间的相位延迟互换；藉由该两片微位相差板间的水平相对移动而在2D显示模式与3D显示模式之间切换。
该穿透式空间光调制器是一液晶面板。
该每一片微位相差板的复数条条纹区域的宽度略大于该穿透式空间光调制器的画素宽度的两倍。
由一驱动器来驱动其中一个微位相差板产生水平位移，或者以第一驱动器驱动第一微位相差板，而以第二驱动器驱动第一加第二微位相差板加第一驱动器的组合。
当两片微位相差板的位相差π的区域和位相差-π的区域完全重叠，而两者位相差0的区域也完全重叠时，可用于显示2D影像。
当两片微位相差板错开，以致位相差π的区域的部分重叠于位相差-π的区域，另外的部分重叠于位相差0的区域，而位相差-π的区域的部分叠于位相差π的区域，另外的部分重叠于位相差0的区域时，可用于显示3D影像。
本发明的另一种2D-3D切换式自动立体显示装置，其特征在于：包括有依序设置的一穿透式空间光调制器、一偏光板、一背光模块，在穿透式空间光调制器及偏光板之间设置一片可移动微位相差板及一片固定微位相差板，还包括一个驱动器，驱动可移动微位相差板；该每一片微位相差板是由复数条奇数和偶数垂直条纹区域所组成，可移动微位相差板的奇数条条纹区域的相位延迟量为0，而偶数条条纹区域的相位延迟量为-π，固定微位相差板的奇数条条纹区域图像的相位延迟量为0，而偶数条条纹区域图像的相位延迟量为π；或者，上述固定及可移动微位相差板间的相位延迟互换；藉由可移动微位相差板的水平相对位移而可在2D显示模式与3D显示模式之间切换。
该穿透式空间光调制器是一液晶面板。
该每一片微位相差板的复数条条纹区域的宽度略大于该穿透式空间光调制器的画素宽度的两倍。
该可移动微位相差板可利用该驱动器而产生水平位移。
当两片微位相差板的位相差π的区域和位相差-π的区域完全重叠，而两者位相差0的区域也完全重叠时，可用于显示2D影像。
当两片微位相差板错开，以致位相差π的区域的一半重叠于位相差-π的区域，另一半重叠于位相差0的区域，而位相差-π的区域的一半叠于位相差π的区域，另一半重叠于位相差0的区域时，可用于显示3D影像。
本发明的优点与积极效果是：由于本发明的2D-3D切换式自动立体显示装置主要是利用具有垂直条状图像的两片微位相差板，其中一片微位相差板的奇数条图像的相位延迟(Phase Retardation)量为0，而偶数条图像的相位延迟量为π(或反的，即奇数条图像为π而偶数条图像为0)；而另一片微位相差板的奇数条图像的相位延迟量为0，而偶数条图像的相位延迟量为-π(或反之)。在此两片微位相差板的重叠后，利用两片微位相差板水平几何位置的相对关系，而可呈现出2D、3D的影像而达到裸眼立体显示的基本目的，十分简便可行。同时，由于偏光板可以选用和液晶显示板的和偏光膜方向一致，因此亮度不会损失。再者，本发明使观赏者眼睛一直在最佳观赏位置，利用两片微位相差板间的平行移动，而可供观察者得以连续的在影像移动时仍能获得3D的立体图像，而可完成追迹的目的。综上所述，本发明使用效果佳，制造成本低，极具实用价值。
附图说明
图1是本发明在立体以及平面间转换时2D配置的结构示意图；
图2是本发明在立体以及平面间转换时3D配置的结构示意图；
图3是本发明中使用微位相差板在2D模式相位延迟的示意图；
图4是本发明中使用微位相差板在3D模式相位延迟的示意图；
图5是本发明呈现出2D影像时的结构配置局部放大示意图；
图6是本发明呈现出3D影像时的结构配置局部放大示意图；
图7是本发明利用追迹时的结构示意图；
图8是美国专利第5,831,765一案所使用呈现平面图像的结构示意图；
图9是美国专利第5,831,765一案所使用呈现立体图像的结构示意图；
图10是美国专利第6,157,424一案所使用呈现平面图像的结构示意图；
图11是美国专利第6,157,424一案所使用呈现立体图像的结构示意图。
件号说明：
1显像液晶显示面板
2微位相差板
21奇数条条纹区域
22偶数条条纹区域
3微位相差板
31奇数条条纹区域
32偶数条条纹区域
4偏光板
5背光模块
6驱动器
7驱动器
8载具
91液晶面板
92散射式液晶面板
93屏障94背光光源
93’纹式液晶面板屏障
94’背光光源
具体实施方式
请参阅本发明附图的图1、图2，其中，本发明的2D-3D切换式自动立体显示装置主要是包括了依序设置的一穿透式空间光调制器(液晶面板)1、一个载具8、一偏光板4、一背光模块5，在载具上8设置两片平行的微位相差板2、3以及两个驱动器6，7；其中，利用两片微位相差板2，3间的水平相对位置，而可在2D(如图1)与3D(如图2)显示模式之间切换。
本发明的微位相位差板2，3，如图3、4所示，为具有垂直条状图像的微位相差板，其中图3所示为一片微位相差板2的奇数条条纹区域21图像的相位延迟(Phase Retardation)量为0，而偶数条条纹区域22图像的相位延迟量为π(或反之)；如图4所示为另一片微位相差板3的奇数条条纹区域31的相位延迟量为0，而偶数条条纹区域32的相位延迟量为-π(或反之)。值得注意的是，上述两片微位相差板2，3间的相位延迟可互换。
在将影像液晶显示面板1置放于两片微位相差板2，3之前后，如图5所示，若是将微位相差板2(或微位相差板3)以驱动器6驱动，和微位相差板3(或微位相差板2)的条纹区域重叠，亦即，奇数条条纹区域21对准奇数条条纹区31，偶数条条纹区22对准偶数条条纹区32，在此情况下，微位相差板2和微位相差板3重叠处形成二种状态：
A：21+31合成相位差0+0＝0
B：22+32合成相位差π-π＝0
也就是说，微位相差板2，3间的相位差作用完全消失，此时就好象没有两片微位相差板存在一样，不会形成任何屏障(Barrier)的作用，和一般2D显示器完全相同，而且，因为偏光板4可以选用和液晶显示板的偏光膜方向一致，因此亮度不会损失。
请参看图6所示，若是利用驱动器6来驱动微位相差板2或3，使得两片微位相差板2，3间错开半个条纹宽度P/2，其中P的大小略大于影像面板画素(Pixel)宽度(W)的两倍，如此，符合下列习知的关系：
p＝2W(d+t)/d
其中
P为微位相差板的条纹宽度
W为影像面板画素宽度
d为观察者至影像面板间的距离
t为液晶显示影像面板到微位相差板间的距离
在此模式下，微位相差板2，3间重叠处形成四种不同的状态：
A：22+33合成相位差π+0＝π
B：22+31合成相位差π-π＝0
C：21+32合成相位差0-π＝-π
D：21+31合成相位差0+0＝0
由于π和-π的位相差对于45°偏极光所造成的作用相同，因此两片微位相差板2，3合成后，其相当于一片条纹宽度为P/2的微位相差板，配合偏光板4以及液晶面板的后偏光膜，作用相当于条纹宽度为P/2的黑白视差屏障。因此，观察者可以由此而看到3D的图像。
请参看图7所示，其中，若是观察者移动时，通常在习用的3D呈像装置中，原本呈现3D的图像将会因为观察者的移动而无法正确看到三维效果。但是在本发明的2D-3D切换式自动立体显示装置中，当发现观赏者头部横向移动以致看不到立体影像时(知道观赏者移动的方法不包含在本发明中)，可以有两种方式让观赏者继续看到正确立体影像，第一种是让影像往左(或往右)移动一个画素，造成左右眼影像互换的作用，第二种是以驱动器7驱动载具8带着微位相差板2，3，以及驱动器6一齐移动，当观察者往右移动时，载具往左移动，让观赏者眼睛一直在最佳观赏位置，可以设定移动最大量为P/2，当观察者移动导致载具8的位移需移动超过上述最大量时，可以使用影像横移方式补偿回来；也可以根据适当视角范围设定其它移动最大量。
以上所述仅在于将本发明的最佳实施例表现出来，然并非在于限制本发明所欲保护的范围；本发明所欲保护的范围应是由申请专利范围所界定的范围来加以界定，而不是由说明书中所述的内容来加以限定。
Claims (12)
1.一种2D-3D切换式自动立体显示装置，其特征在于：包括有依序设置的一穿透式空间光调制器、一个载具、一偏光板、一背光模块，在载具上设置两片平行的微位相差板以及两个驱动器；两片微位相差板具有复数条垂直条纹区域，其中一片微位相差板的奇数条条纹区域图像的相位延迟量为0，而偶数条条纹区域图像的相位延迟量为π，另一片微位相差板的奇数条条纹区域的相位延迟量为0，而偶数条条纹区域的相位延迟量为-π；或者，上述两片微位相差板间的相位延迟互换；藉由该两片微位相差板间的水平相对移动而在2D显示模式与3D显示模式之间切换。
2.根据权利要求1所述的2D-3D切换式自动立体显示装置，其特征在于：该穿透式空间光调制器是一液晶面板。
3.根据权利要求2所述的2D-3D切换式自动立体显示装置，其特征在于：该每一片微位相差板的复数条条纹区域的宽度与该穿透式空间光调制器的画素宽度满足如下关系式：P＝2W(d+t)/d，其中
P为微位相差板的条纹宽度
W为影像面板画素宽度
d为观察者至影像面板间的距离
t为液晶显示影像面板到微位相差板间的距离。
4.根据权利要求1所述的2D-3D切换式自动立体显示装置，其特征在于：由一驱动器来驱动其中一个微位相差板产生水平位移，或者以第一驱动器驱动第一微位相差板，而以第二驱动器驱动第一加第二微位相差板加第一驱动器的组合。
5.根据权利要求1或3所述的2D-3D切换式自动立体显示装置，其特征在于：当两片微位相差板的位相差π的区域和位相差-π的区域完全重叠，而两者位相差0的区域也完全重叠时，用于显示2D影像。
6.根据权利要求1或3所述的2D-3D切换式自动立体显示装置，其特征在于：当两片微位相差板错开，以致一部分位相差π的区域重叠于位相差-π的区域，另一部分位相差π的区域重叠于位相差0的区域，而一部分位相差-π的区域叠于位相差π的区域，另一部分位相差-π的区域重叠于位相差0的区域时，用于显示3D影像。
7.一种2D-3D切换式自动立体显示装置，其特征在于：包括有依序设置的一穿透式空间光调制器、一偏光板、一背光模块，在穿透式空间光调制器及偏光板之间设置一片可移动微位相差板及一片固定微位相差板，还包括一个驱动器，驱动可移动微位相差板；该每一片微位相差板是由复数条奇数和偶数垂直条纹区域所组成，可移动微位相差板的奇数条条纹区域的相位延迟量为0，而偶数条条纹区域的相位延迟量为-π，固定微位相差板的奇数条条纹区域图像的相位延迟量为0，而偶数条条纹区域图像的相位延迟量为π；或者，上述固定及可移动微位相差板间的相位延迟互换；藉由可移动微位相差板的水平相对位移而可在2D显示模式与3D显示模式之间切换。
8.根据权利要求7所述的2D-3D切换式自动立体显示装置，其特征在于：该穿透式空间光调制器是一液晶面板。
9.根据权利要求8所述的2D-3D切换式自动立体显示装置，其特征在于：该每一片微位相差板的复数条条纹区域的宽度与该穿透式空间光调制器的画素宽度满足如下关系式：P＝2W(d+t)/d，其中
P为微位相差板的条纹宽度
W为影像面板画素宽度
d为观察者至影像面板间的距离
t为液晶显示影像面板到微位相差板间的距离。
10.根据权利要求7所述的2D-3D切换式自动立体显示装置，其特征在于：该可移动微位相差板利用该驱动器而产生水平位移。
11.根据根据权利要求7或9所述的2D-3D切换式自动立体显示装置，其特征在于：当两片微位相差板的位相差π的区域和位相差-π的区域完全重叠，而两者位相差0的区域也完全重叠时，用于显示2D影像。
12.根据根据权利要求7或9所述的2D-3D切换式自动立体显示装置，其特征在于：当两片微位相差板错开，以致位相差π的区域的一半重叠于位相差-π的区域，另一半重叠于位相差0的区域，而位相差-π的区域的一半叠于位相差π的区域，另一半重叠于位相差0的区域时，用于显示3D影像。
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