CN1892289A - 2维－3维可切换裸眼式立体显示装置 - Google Patents

2维－3维可切换裸眼式立体显示装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种2维/3维(2D/3D)可切换裸眼式立体显示装置，包括具有2维模式和3维模式的显示面板和透镜单元。在2维模式中，所述透镜单元传送单个图像，而在3维模式中，所述透镜单元将来自于显示面板的图像分成右眼图像和左眼图像。所述透镜单元包括第一透镜片和第二透镜片，半波板，其设置在第一和第二透镜片之间，其以90度对入射光束的偏振进行旋转，以及第一光电介质和第二光电介质，它们分别设置在第一透镜片和半波板之间和第二透镜片和半波板之间。第一和第二光电介质具有相对于特别光线的折射率，该折射率根据施加到第一和第二光电介质的电场而变化。

Description

2维-3维可切换裸眼式立体显示装置
技术领域
本发明的装置和方法涉及2维-3维可切换裸眼式立体显示装置(switchable autostereoscopic display apparatus)，该显示装置兼容于产生偏振光的显示面板和产生非偏振光的显示面板。
背景技术
裸眼式立体显示装置对观察者的左眼和右眼分别显示具有左眼和右眼的双眼视差的图像。观察者经由不同眼睛的视网膜观察由裸眼式立体显示装置所提供的左眼和右眼图像可以看到3维图像。这种裸眼式立体显示装置大致被归类于视差屏障裸眼式立体显示装置(parallax barrier display)和微透镜阵列裸眼式立体显示装置。通常，微透镜阵列裸眼式立体显示装置包括用于产生右眼图像信号和左眼图像信号的显示面板以及安装在显示面板前方的透镜装置，从而在相互不同的方向上引导左眼图像和右眼图像。
近来需要一种裸眼式立体显示装置，其可以根据所提供的图像信号在2维模式和3维模式之间进行切换以选择显示2维图像或3维图像。为了满足这一需求，正在对各种2维/3维可切换裸眼式立体显示装置进行研发。例如，美国专利No.5500765公开一种通过透镜片在显示面板上的机械移动于2维模式和3维模式之间进行切换的裸眼式立体显示装置。但是，这种机械切换装置易于受到环境的破坏，诸如碰撞、振动、灰尘、潮湿等。
为了解决这一问题，美国专利No.6069650公开一种裸眼式立体显示装置，其利用光电介质在2维模式和3维模式之间进行切换。图1是公开在美国专利No.6069650中的裸眼式立体显示装置的剖视图。参考图1，传统的裸眼式立体显示装置包括背光单元81，液晶显示(LCD)面板82，以及在2维模式和3维模式之间进行切换的透镜装置83。所述透镜装置83包括在其上设置有多个柱形透镜的透镜片86，面对透镜片85的平面板86，填充在透镜片85和平面板86之间空间里的光电介质84，以及分别形成在透镜片85和平面板86内侧上的电极88和87。根据这一结构，当没有电压施加在两个电极87和88上时，所述裸眼式立体显示装置运行在3维模式下。当电压施加在两个电极88和87上时，裸眼式立体显示装置运行在2维模式下。
但是，在图1的传统裸眼式立体显示装置中，仅有相对于特别偏振光的光电介质84的折射率是可以受到控制的。因此，光电介质84可以仅被应用于LCD面板，而不能施加到产生非偏振光的显示面板，诸如阴极射线管(CRT)、等子显示面板(PDP)、有机发光装置(OLED)、场致发射装置(FED)等。
图2A和2B是示出相对于入射非偏振光的透镜装置83的不同操作的剖视图。典型地，入射在液晶材料上的非偏振光作为两种光线输出，即，彼此垂直偏振的普通光线和特别光线。在图2A和图2B中，具有垂直线的光线代表普通光线，而上面带点的光线代表特别光线。参考图2A，当没有电场存在时，光电介质84的分子平行于板86设置。透镜片85是由相对于普通光线具有与光电介质84相同的折射率的材料制成的。所述光电介质84是由相对于特别光线比普通光线低的折射率材料制成的。因此，当没有电压施加于两个电极88和87时，透镜片85对普通光线来说不作为透镜，并且因此所述普通光线无折射地透过透镜装置83。在另一方面，特别光线被透镜片85折射，并且特别光线作为左眼和右眼的单独图像被同时引导到观察者的两眼。
因此，当非偏振光在3维模式下入射在传统透镜装置83上时，入射的非偏振光中的某些光线朝向观察者的眼睛在不同方向上被引导，从而使得观察者在每只眼睛中看到不同的图像，而其它光线朝向观察者眼睛被引导，从而使得观察者每只眼睛看到这两个图像。结果，对3维图像的正确认知是不可能。为了防止不正确的3维图像认知，偏振板必须安装在显示面板和透镜装置之间。但是，这样的措施减少了至少50％的显示装置的亮度。
发明内容
本发明提供一种可在2维和3维之间切换的裸眼式立体显示装置，其可以容易地在2维模式和3维模式之间切换。
本发明还提供一种可在2维和3维之间切换的裸眼式立体显示装置，其可以兼容使用产生偏振光的显示面板以及产生非偏振光的显示面板。
根据本发明的一个示例性方面，提供一种可在2维和3维之间切换的裸眼式立体显示装置，其包括：提供图像的显示面板和透镜单元。所述透镜单元包括：第一透镜片和第二透镜片，它们设置成使得第一和第二透镜片的透镜侧彼此面对；半波板，其设置在第一和第二透镜片之间，将入射光束的偏振旋转90度；第一光电介质和第二光电介质，它们分别设置在第一透镜片和半波板之间的空间里以及第二透镜片和半波板之间的空间里；以及向第一和第二光电介质施加电场的透明电极。第一和第二光电介质相对于特别光线具有这样的折射率，即，该折射率根据电场是否被施加到第一和第二光电介质而变化。所述透镜单元具有2维模式和3维模式。在2维模式中，所述透镜单元透射来自于显示面板图象作为单个图像，而在3维模式中，所述透镜单元将来自于显示面板图像分成右眼图像和左眼图像。
第一和第二光电介质相对于普通光线的折射率可与第一和第二透镜片的折射率基本相同。
当没有电场施加于第一和第二光电介质时，相对于特别光线的第一和第二光电介质的折射率可以低于相对于普通光线的第一和第二光电介质的折射率。当电场施加于第一和第二光电介质时，相对于特别光线的第一和第二光电介质的折射率可以等于相对于普通光线的第一和第二光电介质的折射率。在这种情况下，第一和第二透镜片的透镜侧可以是凸起的。
当没有电场施加于第一和第二光电介质时，相对于特别光线的第一和第二光电介质的折射率可以高于相对于普通光线的第一和第二光电介质的折射率。当电场施加于第一和第二光电介质时，相对于特别光线的第一和第二光电介质的折射率可以等于相对于普通光线的第一和第二光电介质的折射率。在这种情况下，第一和第二透镜片的透镜侧可以是凹进的。
在3维模式中，当没有电压施加于透明电极时，入射光的普通光线无折射地穿过第一透镜片，并且随后由半波板转换成特别光线，并且由第二透镜片折射。入射光的特别光线被第一透镜片折射，并且随后由半波板24转换成普通光线。所述普通光线无折射地穿过第二透镜片。
透明电极可包括：形成在第一透镜片的透镜侧上和半波板一侧上的第一透明电极和形成在第二透镜片的透镜侧上和半波板另一例上的第二透明电极，第一透明电极向第一光电介质施加电场，第二透明电极向第二光电介质施加电场。
每个第一和第二透镜片可以包括透明板和附着到所述透明板的透镜层。
所述透明电极可以被设置在透明板和第一透镜片的透镜层之间和透明板和第二透镜片的透镜层之间，从而使得电场可以同时施加到第一和第二光电介质。
半波板可以包括透明板和附着到所述透明板两侧的四分之一波板(quarter-wave plate)。
第一和第二光电介质可以包括向列液晶(nematic liquid crystal)。
当没有电场施加于向列液晶时，向列液晶可以平行于普通光线的偏振并且垂直于特别光线的偏振被定向。当电场施加于向列液晶时，向列液晶可以垂直于特别光线和普通光线的偏振被定向。
显示面板可以是从液晶显示面板、等离子显示面板、有机发光装置、场致发射装置以及阴极射线管中选择的面板。
根据本发明的另一个示例性方面，提供一种可在2维和3维之间切换的裸眼式立体显示装置，其包括：提供图像的显示面板和透镜单元。所述透镜单元包括第一透镜片和第二透镜片，它们设置成使得第一和第二透镜片的透镜侧彼此面对；夹置在第一和第二透镜片之间的透明板；第一光电介质和第二光电介质，它们分别设置在第一透镜片和透明板之间的空间里和第二透镜片和透明板之间的空间里；以及向第一和第二光电介质施加电场的透明电极。当没有电场施加于第一和第二光电介质时，第一光电介质平行于普通光线的偏振且垂直于特别光线的偏振取向，而第二光电介质垂直于普通光线的偏振并且平行于特别光线的偏振取向。当电场施加于第一和第二光电介质时，第一光电介质和第二光电介质垂直于普通光线和特别光线的偏振取向。所述透镜单元具有2维模式和3维模式。在2维模式中，所述透镜单元透射来自于显示面板的图像作为单个图像，而在3维模式中，所述透镜单元将来自于显示面板图像分成右眼图像和左眼图像。
在3维模式中，当没有电压施加于透明电极时，入射光的普通光线无折射地穿过第一透镜片，并且随后由第二透镜片折射，而入射光的特别光线被第一透镜片折射，并且随后无折射地穿过第二透镜片。
所述透明电极可以形成在第一和第二透镜片的透镜侧和透明板的两侧上。
根据本发明的另一个示例性方面，提供一种可在2维和3维之间切换的裸眼式立体显示装置，其包括：提供图像的显示面板和透镜单元。所述透镜单元具有2维模式和3维模式。在2维模式中，所述透镜单元透射来自于显示面板的图像作为单个图像，而在3维模式中，所述透镜单元将来自于显示面板图像分成右眼图像和左眼图像。透镜单元包括：彼此平行且面对设置的第一平面板和第二平面板；夹置在第一和第二平面板之间的半波板，其将入射光束的偏振旋转90度；分别设置在第一平面板和半波板之间的空间里和第二平面板和半波板之间的空间里的第一光电介质和第二光电介质；以及在第一和第二光电介质每个中形成具有对称分布的电场梯度的电极结构，从而使得入射在透镜单元上的光的特别光线由第一和第二光电介质所聚焦。第一和第二光电介质相对于特别光线具有这样的折射率，即，该折射率根据施加于第一和第二光电介质的电场强度而变化。
所述电极结构可以包括设置在半波板两侧上的平透明电极，以及平行设置在每个第一和第二平面板的内表面上的多个条状透明电极。
所述电极结构包括设置在半波板两侧上的平透明电极，以及平行设置在每个第一和第二平面板中的多个弯曲透明电极。
第一和第二光电介质相对于特别光线的折射率因形成在第一和第二光电介质中的电场梯度可以是对称分布的。
当电压施加于所述电极结构时，入射光的普通光线无折射地穿过第一光电介质，并且随后被半波板转换成特别光线，并且由第二光电介质聚焦。入射光的特别光线由第一光电介质聚焦，并且随后由半波板转换成普通光线。所述普通光线无折射地穿过第二光电介质。
根据本发明的另一个示例性方面，提供一种可在2维和3维之间切换的裸眼式立体显示装置，其包括用于产生图像的图像产生装置和透镜装置，具有2维模式和3维模式。在2维模式中，所述透镜装置透射来自于图像产生装置的图像作为单个图像，而在3维模式中，所述透镜装置将来自于图像产生装置的图像分成右眼图像和左眼图像。在3维模式中，形成来自于图像产生装置的图像的所有入射光被分成右眼图像或左眼图像。
附图说明
本发明的上述和其它方面将会通过参考附图所作的详细说明而变得更加显而易见，其中：
图1示意性地示出传统2D/3D可切换裸眼式立体显示装置；
图2A和2B示出当非偏振光入射在所述透镜装置上时，图1中的传统裸眼式立体显示装置中的透镜装置的操作；
图3示意性地示出根据本发明的一个示例性实施例的2D/3D可切换裸眼式立体显示装置；
图4A和4B是剖视图，其示出在图3中的2D/3D可切换裸眼式立体显示装置中的透镜装置的操作；
图5是根据本发明另一示例性实施例的透镜装置的剖视图；
图6A和6B是根据本发明另一示例性实施例的透镜装置的剖视图；
图7是根据本发明另一示例性实施例的透镜装置的剖视图；
图8是根据本发明另一示例性实施例的透镜装置的剖视图；
图9A是根据本发明另一示例性实施例的透镜装置的剖视图；
图9B是形成在图9A中的透镜装置的透明板上的条状电极的透视图；
图10是根据本发明另一示例性实施例的透镜装置的剖视图；
图11A和11B是示出图10中的透镜装置操作的剖视图。
具体实施方式
图3示意性地示出根据本发明的一个示例性实施例的2D/3D可切换裸眼式立体显示装置。参考图3，2D/3D可切换裸眼式立体显示装置包括提供图像的显示面板10以及在2D模式中透射由显示面板10所提供的图像、在3D模式中将所述图像分成右眼图像和左眼图像的透镜装置20。所述透镜装置20包括彼此面对的第一和第二透镜片22和26，夹置在第一和第二透镜片22和26之间的半波板24，分别填充在第一透镜片22和半波板24之间空间里以及第二透镜片26和半波板24之间空间里的第一和第二光电介质23和25，以及用于向第一和第二光电介质23和25施加电场的多个透明电极27a，27b，28a和28b。通常，在光电介质中，晶体的取向根据所施加电场的方向变化，并且相对于特别光线的折射率发生变化。例如，液晶，特别是向列液晶通常被用作光电介质。
图4A以更多的细节示出透镜装置20。正如图4A所示，第一和第二透镜片22和26具有彼此面对的凸起内表面。用于向第一光电介质23施加电场的第一透明电极27a和27b分别沉积在第一透镜片22的内表面上和面对第一透镜片22的半波板24的表面上。第一透明电极27a和27b可以由铟锡氧化物(ITO)形成。类似的是，用于向第二光电介质25施加电场的第二透明电极28a和28b分别沉积在第二透镜片26的内表面上和面对第二透镜片26的半波板24的另一表面上。第一和第二光电介质23和25可以由向列液晶形成，该液晶具有负的双折射率(no＞ne)，其中相对于普通光线的折射率no大于相对于特别光线的折射率ne。向列液晶的折射率no应该等于第一和第二透镜片22和26每个的折射率ns(no＝ns)。
当没有电压施加于透明电极27a、27b、28a和28b时，没有电场施加于第一和第二光电介质23和25。当没有电场施加于第一和第二光电介质23和25时，正如图4A所示，第一和第二光电介质23和25的向列液晶平行于半波板并且垂直于第一和第二透镜片22和26透镜列取向。当没有电场施加于所述向列液晶时，可以使用定向层30来确定向列液晶的取向，正如现有技术中那样。所述定向层30形成在透明电极27a、27b、28a和28b上，并且通过在诸如聚酰亚胺的材料上形成多个非常薄的、平行槽而制成。所述向列液晶平行于所述槽取向。使用定向层30在特定方向上定向液晶是公知的，因此对其的详细说明被省略了。
入射在透镜装置20上的非偏振光被分成两种光线，也就是彼此垂直偏振的普通光线和特别光线。在图4A中，在其上具有垂直线的光线代表普通光线，而在其上具有点的光线代表特别光线。正如图4中所示，当没有施加电场时，诸如向列液晶的第一和第二光电介质23和25平行于普通光线的偏振并且垂直于特别光线的偏振取向。在这种情况下，第一透镜片22和第一光电介质23具有相对于普通光线的相同折射率，并且因此第一透镜片22的凸起表面不作为透镜。因此，所述普通光线在未被第一透镜片22折射的情况下入射在半波板24上。在另一方面，相对于特别光线的第一透镜片22的折射率要大于第一光电介质23的折射率，并且因此特别光线由第一透镜片22聚焦并且入射在半波板24上。
半波板24将入射光的偏振旋转90度。因此，普通光线被半波板24转换成特别光线。同样的，特别光线被半波板24转换成普通光线。结果，入射在半波板24上的未被第一透镜片22折射的普通光线被半波板24转换成特别光线，并且随后聚焦，穿过第二光电介质25和第二透镜片26。在另一方面，由第一透镜片22折射的特别光线被半波板24转换成普通光线，并且随后所述普通光线无进一步折射地穿过第二光电介质25和第二透镜片26。因此，入射在透镜装置20上的非偏振光的普通和特别光线在穿过第一和第二透镜片22和26时被聚焦。
在传统透镜装置中，由于仅有特别光线被聚焦，所以仅有特别光线被折射，并且产生左眼图像和右眼图像，从而使得观察者在每只眼睛中可以看到不同的图像。换句话讲，普通光线没有产生分别由观察者的左眼和右眼看到的单独图像。为了防止这个问题，包括传统透镜装置的传统裸眼式立体显示装置仅使用产生偏振光的显示面板，诸如LCDs，或需要额外的偏振板。但是，额外偏振板的使用导致显示装置亮度下降50％或更多。在另一方面，在根据本实施例的裸眼式立体显示装置中，由于透镜装置折射所有的入射光线，所以可以在没有亮度下降的前提下使用产生非偏振光的显示面板，诸如CRT、PDP、OLED或FED。尽管由第一透镜片22聚焦的光线的焦点不同于由图4A中的第二透镜片26所聚焦的光线的焦点，但是两个焦点之间的差异是40mm或更少，这与大约400mm的整体焦距来说是小的。因此，焦点上小的差异对观察者两眼的单独图像的产生不会有显著的影响。而且，不同的焦点可以通过适当地调整施加在第一透明电极27a和27b之间的电压以及第二透明电极28a和28b之间的电压而变得彼此一致。
在另一方面，当电压被施加于透明电极27a和27b以及28a和28b时，在第一透明电极27a和27b之间和第二透明电极28a和28b之间产生电场。然后，当电场被施加于第一和第二光电介质23和25时，诸如向列液晶的第一和第二光电介质23和25的分子垂直于透镜片22和26排列，正如图4B所示的那样。换句话讲，在施加电场时第一和第二光电介质23和25垂直于普通光线和特别光线偏振的方向取向。结果，第一和第二光电介质23和25每个的双折射被消除，且第一和第二光电介质23和25相对于普通光线和特别光线的折射率等于第一和第二透镜片22和26的折射率。因此，第一和第二透镜片22和26的凸起表面不作为透镜来折射普通光线和特别光线，而且普通光线和特别光线都由透镜装置20无折射地透射。在这种情况下，所述裸眼式立体显示装置运行在2维模式中。
图5是根据本发明另一示例性实施例的透镜装置的剖视图。在示出在图4A和4B的透镜装置20中，第一和第二光电介质23和25是由某种材料形成的，该材料具有负的双折射率(no＞ne)，其中相对于普通光线的折射率no大于相对于特别光线的折射率ne。折射率no等于第一和第二透镜片22和26每个的折射率ns(no＝ns)。在示出于图5的透镜装置中，第一和第二光电介质23和25是由某种材料形成的，该材料具有正的双折射率(no＜ne)，其中相对于普通光线的折射率no小于相对于特别光线的折射率ne。折射率no等于第一和第二透镜片32和33每个的折射率ns(no＝ns)。在图5的透镜装置中，第一和第二透镜片32和33具有面向第一和第二光电介质23和25的凹进表面。
在这种结构中，当没有电场施加于第一和第二光电介质23和25时，第一和第二光电介质23和25相对于特别光线的折射率变成大于第一和第二透镜片32和33的折射率，并且第一和第二光介质23和25因此作为对于特别光线的凸透镜。因此，入射在图5透镜装置上的光的特别光线由第一光电介质23折射，在穿过半波板24时被转换成普通光线，并且随后无折射地穿过第二光电介质25。在另一方面，入射光的普通光线被第一光电介质无折射地透射，被半波板24转换成特别光线，并且随后由第二光电介质25折射。结果，由显示面板10提供的图像被分成左眼图像和右眼图像。
图6A和6B是根据本发明另一示例性实施例的透镜装置的剖视图。示出在图6A和6B中的透镜装置包括透明的平面板31，代替半波板24。当没有施加电场时，第一和第二光电介质23和25彼此垂直取向。更明确地，正如图6A中所示，当没有施加电场时，第一光电介质23的分子平行于附图平面和平面板31取向，而第二光电介质25的分子垂直于附图平面并且平行于平面板31取向。
基于上述的机构，在这种结构中，入射光的特别光线被第一透镜片22的凸起表面折射，穿过透明的平面板31，并且随后入射在第二光电介质25上。由于第二光电介质25垂直于第一光电介质23取向，特别光线没有被进一步折射地穿过第二透镜片26。由于第二光电介质25垂直于第一光电介质23取向，普通光线被第二透镜片26折射。结果，特别光线由第一透镜片23折射，而普通光线由第二透镜片26折射。因此，在图6A的3维模式中，所有的入射光被折射以产生左眼图像和右眼图像，从而使得观察者可以感知到立体图像。
在另一方面，当电压被施加于透明电极27a和27b以及28a和28b时，在第一和第二光电介质23和25内产生电场。然后，第一和第二光电介质23和25的分子被分别旋转从而垂直于平面板31排列，正如图6B所示的那样。参考图6B，如先前实施例那样，特别光线和普通光线没有折射地穿过第一和第二透镜片22和26，并且因此裸眼式立体图像显示装置运行在2维模式。
正如图3至图6B所示，每个透镜片22和26(32和33)形成单个个体。为了减少制造成本，正如图7所示，每个透镜片22和26(32和33)可以被制成为两层，即透明平面板41和透镜层42，它们使用透明粘合剂彼此粘合。正如图7所示，半波板24可以通过使用透明粘合剂43将双折射聚合物薄膜45粘结到诸如玻璃的各向同性透明板44而制成。为了向第一和第二光电介质23和25施加均匀电场，平的透明电极46可以形成在透明平面板41和透镜层42之间，而不是在透镜片22和26的凸透镜或凹透镜侧形成透明电极。所述平的透明电极46可以设置在半波板24的各向同性的透明板44和双折射聚合物薄膜45之间。
为了形成对称的透镜装置，正如图8中所示，半波板24可以通过将四分之一波板47连接到透明板44的其中一侧而制成。
在图3至图6B的透镜装置中，由第一透明电极27a和27b将电场施加于第一光电介质23，并且由第二透明电极28a和28b将电场施加于第二光电介质25。但是，在图8的透镜装置中，由形成在第一和第二透镜片22和26每个中的透明电极46向每个第一和第二光电介质23和25施加电场。在这种情况下，仅需要一个驱动源，并且没有透明电极被连接于半波板24，因此将光损失最小化。
图9A是根据本发明另一示例性实施例的透镜装置的剖视图。参考图9A，透镜装置包括彼此平行并且彼此面对设置的第一和第二平面板51和53；平行于第一和第二平面板51和53并且插入在其间的半波板24；第一和第二光电介质23和25，第一平面板51和半波板24之间的空间以及第二平面板53和半波板24之间的空间分别被第一和第二光电介质23和25所填充；以及电极52a，52b，54a和54b，它们在每个第一和第二光电介质23和25中形成具有对称分布的电场梯度，从而使得特别光线可以由第一和第二光电介质23和25聚焦。
在示出于图3至图8的透镜装置中，透镜片的透镜侧根据光电介质的折射率的变化有选择地执行其功能。在另一方面，示出在图9A中的透镜装置使用光电介质的折射率根据诸如向列液晶的光电介质中的电场的通量而变化的原理。换句话讲，当光电介质中的电场的通量因电极结构的形状而具有梯度时，光电介质的折射率变化，并且光电介质作为透镜。因此，图9A的透镜装置包括平透明板51和53，代替具有透镜表面的透镜片。
正如图9A所示，电极结构包括电极52b和54b，它们是平的且透明的，完全延伸在半波板24的两侧上，以及电极52a和54a，它们每一个是多条结构，并且是透明的，分别平行形成在第一和第二平面板51和53的内侧上。图9B是形成在第一平面板51上的条状透明电极52a的透视图。正如图9B所示，各条状透明电极52a垂直延伸且在平面板51上平行。
在这种结构中，当电压施加在平透明电极52b和条状透明电极52a之间以及平透明电极54b和条状透明电极54a之间时，电场形成在如图9A所示的第一和第二光电介质23和25之间。当第一和第二光电介质23和25的介电常数与第一和第二平面板51和53的介电常数相等时，示出在图9A中的电场产生了。电场线的密度代表电场的强度。换句话讲，电场线的密度越高，电场的强度越大。正如图9A所示，电场的强度在条状透明电极52a和54a的中心处最高，朝向它们的外围逐渐减少。每一所述电场相对于条状透明电极52a和54a的中心是对称的。通常，相对于特别光线的光电介质的折射率根据形成在光电介质中的电场的强度变化。例如，当电场强度增加时，光电介质相对于特别光线的折射率增加。因此，每个第一和第二光电介质23和25相对于特别光线的折射率导致具有如图9A所示线型形状的对称梯度。结果，第一和第二光电介质23和25作为用于集聚特别光线的凸透镜。
因此，当电压施加在平透明电极52b和条状透明电极52a之间以及平透明电极54b和条状透明电极54a之间时，入射在图9A和9B透镜上的光的普通光线没有折射的穿过第一光电介质23，由半波板24转换成特别光线，并且随后由第二光电介质25集聚。入射光的特别光线由第一光电介质23集聚，由半波板24转换成普通光线，并且随后没有被折射的穿过第二光电介质25。在另一方面，当没有电压施加在平透明电极52b和条状透明电极52a之间或平透明电极54b和条状透明电极54a之间时，因为平面板51和53是平的，所以特别光线和普通光线没有被折射的穿过透镜装置。
图10是根据本发明另一示例性实施例的透镜装置的剖视图。图10的透镜装置具有与图9A和9B的透镜装置相同的结构，除了图10的电极结构具有较好的集聚特性外。正如图10所示，所述电极结构包括平透明电极55b和56b，完全延伸在半波板24的两侧上，以及分别插入在第一和第二平面板51和53中的彼此平行的多个弯曲透明电极55a和56a。换句话讲，图10的透镜装置包括插入在代替条状透明电极52a和54a的平面板51和53中的弧形透明电极55a和56a，条状透明电极52a和54a设置在平面板51和53上。形成在第一和第二光电介质23和25中的电场梯度分布可以通过调整弯曲透明电极55a和56a的形状而进行调整。
图11A和11B是示出图10中的透镜装置操作的剖视图。为了简化起见，第二平面板53和第二光电介质25没有示出在图11A和11B中。
在3维模式中，当电压没有施加在弯曲透明电极55a和平透明电极55b时，电场形成在两个电极55a和55b之间，并且第一光电介质23的分子如图11A所示设置。然后，入射在图10透镜上的光的普通光线没有折射的穿过第一光电介质23，并且随后由半波板24转换成特别光线。此后，尽管没有示出，由第二光电介质25集聚所述特别光线。入射光的特别光线由第一光电介质23集聚并且由半波板24转换成普通光线。此后，尽管没有示出，普通光线没有折射的穿过第二光电介质25。
在2维模式中，当没有电压施加在平透明电极55b和弯曲透明电极55a之间时，第一光电介质23的分子如图11B所示那样平行于平面板51定向。在这种情况下，特别光线和旁通光束没有被折射的穿过透镜装置，这是因为所述折射率在第一光电介质23中是不变的并且平面板51和光电介质23是平的。
如上所述，根据本发明示例性实施例所述的2D/3D裸眼式立体显示装置可以使用发出非偏振光的显示面板以及发出偏振光的显示面板。另外，所述2D/3D裸眼式立体显示装置的亮度没有减少。
虽然已经特别地示出了本发明并且参考示例性实施例对本发明进行了说明，可以理解的是，本领域普通技术人员在不背离由权利要求所限定的本发明精神和范围的前提下可以对形式和细节进行各种改变。

Claims (25)

1、一种2维/3维(2D/3D)可切换裸眼式立体显示装置，包括：
提供图像的显示面板；以及
透镜单元，该透镜单元包括：
第一透镜片和第二透镜片，它们设置成使得第一和第二透镜片的透镜侧彼此面对；
半波板，设置在第一和第二透镜片之间，将入射光束的偏振旋转90度；
第一光电介质和第二光电介质，它们分别设置在第一透镜片和半波板之间的空间里和第二透镜片和半波板之间的空间里；其中第一和第二光电介质相对于特别光线具有这样的折射率，即，该折射率根据电场是否被施加到第一和第二光电介质而变化；以及
向第一和第二光电介质施加电场的透明电极；
其中所述透镜单元具有2维模式和3维模式，在2维模式中，所述透镜单元透射来自于显示面板的图像作为单个图像，而在3维模式中，所述透镜单元将来自于显示面板的图像分成右眼图像和左眼图像。
2、根据权利要求1所述的2维/3维(2D/3D)可切换裸眼式立体显示装置，其中相对于普通光线的第一和第二光电介质的折射率基本上与第一和第二透镜片的折射率相同。
3、根据权利要求2所述的2维/3维(2D/3D)可切换裸眼式立体显示装置，其中当没有电场施加于第一和第二光电介质时，相对于特别光线的第一和第二光电介质的折射率低于相对于普通光线的第一和第二光电介质的折射率；以及
当电场施加于第一和第二光电介质时，相对于特别光线的第一和第二光电介质的折射率等于相对于普通光线的第一和第二光电介质的折射率。
4、根据权利要求3所述的2维/3维(2D/3D)可切换裸眼式立体显示装置，其中第一和第二透镜片的透镜侧是凸起的。
5、根据权利要求2所述的2维/3维(2D/3D)可切换裸眼式立体显示装置，其中当没有电场施加于第一和第二光电介质时，相对于特别光线的第一和第二光电介质的折射率高于相对于普通光线的第一和第二光电介质的折射率；以及
当电场施加于第一和第二光电介质时，相对于特别光线的第一和第二光电介质的折射率等于相对于普通光线的第一和第二光电介质的折射率。
6、根据权利要求5所述的2维/3维(2D/3D)可切换裸眼式立体显示装置，其中第一和第二透镜片的透镜侧是凹进的。
7、根据权利要求1所述的2维/3维(2D/3D)可切换裸眼式立体显示装置，其中透明电极包括：
形成在第一透镜片的透镜侧上和半波板的第一侧上的第一透明电极，第一透明电极向第一光电介质施加电场，以及
形成在第二透镜片的透镜侧上和半波板的第二侧上的第二透明电极，第二透明电极向第二光电介质施加电场。
8、根据权利要求1所述的2维/3维(2D/3D)可切换裸眼式立体显示装置，其中第一和第二透镜片每个包括：
透明板；以及
附着到所述透明板上的透镜层。
9、根据权利要求8所述的2维/3维(2D/3D)可切换裸眼式立体显示装置，其中所述透明电极被设置在透明板和第一透镜片的透镜层之间以及透明板和第二透镜片的透镜层之间，从而使得电场可以同时施加到第一和第二光电介质。
10、根据权利要求1所述的2维/3维(2D/3D)可切换裸眼式立体显示装置，其中第一和第二光电介质包括向列液晶。
11、根据权利要求10所述的2维/3维(2D/3D)可切换裸眼式立体显示装置，其中
当没有电场施加于向列液晶时，向列液晶平行于普通光线的偏振并且垂直于特别光线的偏振取向；以及
当电场施加于向列液晶时，向列液晶垂直于特别光线和普通光线的偏振取向。
12、根据权利要求1所述的2维/3维(2D/3D)可切换裸眼式立体显示装置，其中显示面板可以是从由液晶显示面板、等离子显示面板、有机发光装置、场致发射装置以及阴极射线管构成的组中选择的面板。
13、一种2D/3D可切换裸眼式立体显示装置，包括：
提供图像的显示面板；以及
透镜单元，所述透镜单元包括：
第一透镜片和第二透镜片，它们设置成使得第一和第二透镜片的透镜侧彼此面对；
设置在第一和第二透镜片之间的透明板；
第一光电介质和第二光电介质，它们分别设置在第一透镜片和透明板之间的空间里以及第二透镜片和透明板之间的空间里；以及
向第一和第二光电介质施加电场的透明电极，
其中：
所述透镜单元具有2维模式和3维模式，在2维模式中，所述透镜单元透射来自于显示面板的图像作为单个图像，而在3维模式中，所述透镜单元将来自于显示面板的图像分成右眼图像和左眼图像；
当没有电场施加于第一和第二光电介质时，第一光电介质平行于普通光线的偏振并且垂直于特别光线的偏振取向，而第二光电介质垂直于普通光线的偏振并且平行于特别光线的偏振取向；
当电场施加于第一和第二光电介质时，第一光电介质和第二光电介质垂直于普通光线和特别光线的偏振取向。
14、根据权利要求13所述的2D/3D可切换裸眼式立体显示装置，其中在3维模式中，当没有电压施加于透明电极时，入射光的普通光线无折射地穿过第一透镜片，并且随后由第二透镜片折射，而入射光的特别光线被第一透镜片折射，并且随后无折射地穿过第二透镜片。
15、根据权利要求14所述的2D/3D可切换裸眼式立体显示装置，其中所述透明电极形成在第一和第二透镜片的透镜侧和透明板的两侧上。
16、一种2D/3D可切换裸眼式立体显示装置，包括：
提供图像的显示面板；以及
透镜单元，所述透镜单元包括：
彼此平行面对设置的第一平面板和第二平面板；
夹置在第一和第二平面板之间的半波板，该半波板将入射光束的偏振旋转90度；
分别设置在第一平面板和半波板之间空间里和第二平面板和半波板之间空间里的第一光电介质和第二光电介质；其中第一和第二光电介质向对于特别光线具有这样的折射率，即，该折射率根据施加于第一和第二光电介质的电场强度而变化；以及
在每个第一和第二光电介质中形成具有对称分布的电场梯度的电极结构，从而使得入射在透镜单元上的光的特别光线由第一和第二光电介质所聚焦；
其中透镜单元具有2维模式和3维模式，在2维模式中，所述透镜单元透射来自于显示面板的图像作为单个图像，而在3维模式中，所述透镜单元将来自于显示面板图像分成右眼图像和左眼图像。
17、根据权利要求16所述的2D/3D可切换裸眼式立体显示装置，其中所述电极结构可以包括：
设置在半波板两侧上的多个平透明电极；以及
平行设置在每个第一和第二平面板的内表面上的多个条状透明电极。
18、根据权利要求16所述的2D/3D可切换裸眼式立体显示装置，其中所述电极结构可以包括：
设置在半波板两侧上的多个平透明电极；以及
平行设置在第一和第二平面板每个中的多个弯曲透明电极。
19、根据权利要求16所述的2D/3D可切换裸眼式立体显示装置，其中第一和第二光电介质相对于特别光线的折射率因形成在第一和第二光电介质中的电场梯度是对称分布的。
20、根据权利要求19所述的2D/3D可切换裸眼式立体显示装置，其中当没有电压施加于所述电极结构时，所有的入射光由第一和第二光电介质无折射地透射。
21、根据权利要求16所述的2D/3D可切换裸眼式立体显示装置，其中第一和第二光电介质包括向列液晶。
22、根据权利要求16所述的2D/3D可切换裸眼式立体显示装置，其中显示面板可以是从由液晶显示面板、等离子显示面板、有机发光装置、场致发射装置以及阴极射线管构成的组中选择的面板。
23、一种显示装置，包括：
提供图像的显示面板；以及
透镜单元，所述透镜单元在没有对由显示面板所提供的图像进行改变或折射的情况下透射所述图像，其中所述透镜单元包括：
第一透镜片和第二透镜片，它们设置成使得第一和第二透镜片的透镜侧彼此面对；
波板，其夹置在第一和第二透镜片之间，将入射光束的偏振旋转；
第一光电介质和第二光电介质，它们分别设置在第一透镜片和波板之间的空间里和第二透镜片和波板之间的空间里，其中第一和第二光电介质相对于特别光线具有这样的折射率，该折射率根据电场是否被施加到第一和第二光电介质而变化；以及
向第一和第二光电介质施加电场的透明电极。
24、一种显示装置，包括：
提供图像的显示面板；以及
透镜单元，所述透镜单元在没有对由显示面板所提供的图像进行改变或折射的情况下透射所述图像，其中所述透镜单元包括：
第一透镜片和第二透镜片，它们设置成使得第一和第二透镜片的透镜侧彼此面对；
设置在第一和第二透镜片之间的透明板；
第一光电介质和第二光电介质，它们分别设置在第一透镜片和透明板之间的空间里和第二透镜片和透明板之间的空间里；以及
向第一和第二光电介质施加电场的透明电极，
其中当没有电场施加于第一和第二光电介质时，第一光电介质垂直于第二光电介质取向。
25、一种显示装置，包括：
提供图像的显示面板；以及
透镜单元，所述透镜单元在没有对由显示面板所提供的图像进行改变或折射的情况下透射所述图像，其中所述透镜单元包括：
第一平面板和第二平面板，它们彼此平行设置；
波板，其夹置在第一和第二平面板之间，将入射光束的偏振旋转；
第一光电介质和第二光电介质，它们分别设置在第一平面板和波板之间的空间里和第二平面板和波板之间的空间里，其中第一和第二光电介质相对于特别光线具有这样的折射率，即，该折射率根据施加到第一和第二光电介质的电场的强度而变化；以及
形成在波板两个表面上和第一和第二平面板上的透明电极，该电极在每个第一和第二光电介质中形成具有对称分布的电场梯度。
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