CN1893672A - 视差屏障和使用视差屏障的三维显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三维显示装置。所述三维显示装置包括图像显示单元。所述图像显示单元包括具有对应于左眼图像的第一子像素和对应于右眼图像的第二子像素的像素。所述三维显示装置还包括位于图像显示单元附近的视差屏障。所述视差屏障包括在一个方向上交替和重复布置的光遮挡部和光透射部。所述视差屏障还包括在所述光遮挡部和光透射部之间布置的滤色器。所述滤色器控制来自于像素的光线的路径。本发明可以通过减少或最小化色散从而改善三维图像的质量并且改善使用者的移动自由度。

Description

视差屏障和使用视差屏障的三维显示装置

技术领域

本发明涉及一种三维显示装置，具体地，涉及使用视差屏障的自动立体型三维显示装置。

背景技术

通常，三维显示装置对于使用者的左眼和右眼提供不同的图像，从而使用者可以具有所观察图像的深度感。可以将三维显示装置分类为立体显示装置和自动立体显示装置，在立体显示装置中，使用者应当佩戴辅视工具，例如偏振眼镜，而在自动立体显示装置中，使用者可以不必佩戴这样的辅视工具而看到希望的三维图像。

一种普通自动立体显示器使用分光元件(或光隔离元件)，例如凸透镜、视差屏障、或微透镜阵列，以在空间上分离或隔离分别在使用者左眼和右眼的方向上在图像显示单元上所显示的左眼图像部分和右眼图像部分。

具体地，所述视差屏障可以使用采用透射型液晶显示的液晶快门(liquidcrystal shutter)形成，并且在这种情形可以在两维模式和三维模式之间转换。因而所述视差屏障可以容易地应用于笔记本电脑和便携电话。

红(r)、绿(g)、和蓝(b)子像素组交替和重复地布置在图像显示单元内。

将左图像信号或右图像信号输入到对应于子像素的电极内。通常这些图像信号根据子像素阵列交替和重复地输入到子像素的电极内。

视差屏障包括条形光遮挡部和光透射部。光透射部的布置使得各个光透射部对应于至少两个像素。

采用上述结构，发自右眼子像素的右眼图像光束穿过光透射部透射向使用者的右眼，而在使用者的左眼的方向上被光遮挡部遮挡。

发自左眼子像素的左眼图像光束穿过光透射部透射向使用者的左眼，而在使用者的右眼的方向上被光遮挡部遮挡。

从而，左和右图像分别到达左和右眼，使得使用者可以看到希望的三维图像。

当视差屏障用液晶快门形成时，为了使使用者看到三维图像，三维显示装置和使用者之间的距离(视距)应当保持在大约300～400mm。

但是当三维显示装置适用于例如便携电话和个人数字助手(PDA)的小尺寸装置时，根据小尺寸装置的特性，视距可以增加。

因而，对于用小尺寸装置看三维图像的使用者，应当减小视距。因而进行了努力，以通过减小形成于图像显示单元内的图像显示平面和形成于视差屏障内的图像分离平面之间的距离而优化视距。

对于这些努力之一，通过减小平板显示装置(即液晶显示装置)的玻璃基板和用作视差屏障的液晶快门的厚度，可以减小视距。

但是，由于玻璃基底的最小厚度和制造工艺上的一些问题，这种方法具有一些局限性。

同时，还进行了其它的努力，例如通过像素单元而不是通过子像素单元分离左眼图像和右眼图像。

在这种情形，可以发生色散，使得来自于红、绿和蓝色子像素的光束不聚焦到某个点上而是被发散。

发明内容

本发明的典型实施例涉及一种使用视差屏障的三维显示装置，其可以减小视距并且减小或最小化色散。

在本发明的一典型实施例中，提供了一种三维显示装置。三维显示装置包括图像显示单元，所述图像显示单元包括具有对应于左眼图像的第一子像素和对应于右眼图像的第二子像素的像素。三维显示装置还包括位于图像显示单元附近的视差屏障。视差屏障包括在一个方向上交替和重复布置的光遮挡部和光透射部。视差屏障还包括在光遮挡部和光透射部之间布置的滤色器，并且滤色器控制来自于像素的光线的路径。

可以布置光透射部，使得各个光透射部对应于至少两个像素。

滤色器可以包括位于所述光透射部一侧的第一滤色器和位于所述光透射部另一侧的第二滤色器。第二滤色器可以具有与第一滤色器不同的颜色。

各个像素可以包括三个子像素，并且第一和第二滤色器可以分别具有对应于在所述三个子像素之中除了位于中心的子像素之外的三个子像素的两个子像素的颜色。

子像素可以包括在所述方向上布置的红、绿和蓝色子像素，并且各个第一和第二滤色器可以透射红光或蓝光。

视差屏障可以包括相互面对的第一和第二基板，位于第一和第二基板内表面上的第一和第二电极，和在第一和第二基板之间形成的液晶层。第一电极可以形成为与所述光遮挡部相同的图案，并且所述滤色器可以布置得对应于第一电极部的两侧。

视差屏障还可以包括一对覆盖所述第一和第二电极的配向层，附在第一和第二基板外表面的第一和第二偏振板和覆盖滤色器的保护层。

滤色器可以在第一基板的内表面接触第一基板，并且可以通过保护层与第一电极和配向层分开。

视差屏障还可以包括透明板和布置于透明板的表面上的不透明层，并且不透明层以与遮挡部相同的图案形成。滤色器可以布置得对应于不透明层的两侧的部分。

在根据本发明的另一典型实施例中，提供了一种提供三维图像的方法。在具有多个子像素的图像显示单元上显示右眼图像和左眼图像。在所述第一子像素上显示右眼图像，而在所述第二子像素上显示左眼图像。使用具有多个交替并且重复地布置的光遮挡部和光透射部的视差屏障，将对应于右眼的光线导向到使用者的右眼。使用所述视差屏障将对应于左眼的光线导向到使用者的左眼。在各个光透射部的周边边缘滤色所述光线，使得在周边边缘之一处仅有第一颜色的光线透射，而在另一周边边缘仅有第二颜色的光线透射。

本发明的典型实施例可以减小视距，并且可以适用于小尺寸装置。另外，本发明的典型实施例通过减小或最小化色散从而改善了三维图像的质量，并且改善了使用者移动的自由度。

附图说明

图1是根据本发明第一实施例的三维显示装置的示意图。

图2是图1的三维显示装置的部分截面图。

图3是图1的三维显示装置中的视差屏障的部分截面图。

图4A和4B是图示图1的三维显示装置的左眼图像光束和右眼图像光束分布特性的图。

图5是图示根据现有技术的三维显示装置的左眼图像光束和右眼图像光束的分布特性的图。

图6是根据本发明第二典型实施例的视差屏障的部分截面图。

具体实施方式

此后将参照附图更充分地描述本发明，在附图中显示了本发明的某些典型实施例。

如在图1和2中所示，根据本发明第一实施例的三维显示装置包括图像显示单元2，其中对应于左眼图像部分的第一像素20a和对应于右眼图像部分的第二像素20b按图案布置，并且视差屏障4布置在图像显示单元2的前面，视差屏障在空间上分离左眼图像和右眼图像。在图2中可以看出视差屏障4布置在离图像显示单元2距离r上，以实现三维图像视距D。

包括像素20a或20b的红(R)、绿(G)、和蓝(B)的子像素组6R、6G和6B交替并且重复地布置在图像显示单元2的第一方向(即在图1的X轴方向)，并且相同颜色的子像素布置在图像显示单元2的第二方向(在图1的Y轴方向)。

图像显示单元2通过像素的单元(即每个像素)接收来自图像信号输出单元(未图示)的右图像信号和左图像信号，并且显示左眼图像信号和右眼图像信号。

可以交替地输入右图像信号和左图像信号，并且对应于布置在图像显示单元2的第一方向上的像素20a和20b。

任何合适的显示装置都可以用作图像显示单元2。例如，图像显示单元2可以由阴极射线管、液晶显示器、等离子体显示面板、场发光显示装置和有机电致发光装置、或其它合适的显示装置形成。

视差屏障4包括在图像显示单元2的第二方向延伸的条形光遮挡部40和光透射部42，和滤色器44。

应当理解在图1和2中显示的视差屏障4的形状仅是示例。视差屏障4可以用各种变型形成，例如包括光遮挡和透射部的不同图案。

光透射部42的布置使得各个光透射部对应于至少两个像素20a和20b以及分别到使用者的左眼和右眼的从图像显示单元2发出的分离的左眼图像和右眼图像。

图1和2显示了一实例，其中各个光透射部42对应于两个像素20a和20b。

滤色器44布置在光遮挡部40和光透射部42之间。即滤色器44布置在各个光遮挡部40的左侧和右侧。当三个子像素红、绿、和蓝以图案布置时，滤色器44具有对应于在三个子像素之中除了布置在中心的子像素之外的两个子像素的颜色。

图1和2显示了子像素6R、6G和6B的阵列作为实例，其顺序为红色子像素6R、绿色子像素6G和蓝色子像素6B的。根据子像素6R、6G和6B的阵列，红色的第一滤色器44R布置在光透射部42的左侧，而蓝色的第二滤色器44G布置在光透射部42的右侧。滤色器44R和44B可以称为形成于光透射部42之一的对应的周边边缘以在所述对应的周边边缘分别透射红色和蓝色光线。

滤色器44的布置和子像素6R、6G和6B的阵列具有这样的关系，使得布置在光透射部42左侧的滤色器44与共用所述光透射部42的子像素中的布置在左侧的子像素具有相同的颜色，并且布置在光透射部42右侧的滤色器44与共用所述透过部42的子像素中的布置在右侧的子像素具有相同的颜色。

提供滤色器44以减小色散，并且红色的第一滤色器44R仅透过红色光线(因而仅允许红色光线穿过)而蓝色的第二滤色器44B仅透过蓝色光线(因而仅允许蓝色光线穿过)。

因而，根据图2，根据第一典型实施例的三维显示装置具有这样的效果，使得对于来自红子像素6R的光线，光遮挡部40将其稍向左移动，对于来自蓝子像素6B的光线，光遮挡部40将其稍向右移动。

因而，来自于相同像素的红、绿和蓝色光束聚集到一个点上。因而减小了色散。

在本发明的第一典型实施例中，图像显示单元2用包括背光的液晶显示装置形成，视差屏障用利用普通白模式的透射型液晶显示器的液晶快门形成。当然，图像显示单元2和视差屏障4不限于所述实施例。

因为第一典型实施例的液晶显示装置可以是传统的，所以此后将更充分地描述视差屏障4。

图3是图1和2的视差屏障4的详细的截面图。

如在图3中所示，视差屏障层4包括：相互面对的第一和第二基板40a和40b；分别形成于第一和第二基板40a和40b的内表面上的第一和第二电极42a和42b；一对覆盖第一和第二电极42a和42b的配向层44a和44b；布置在一对配向层44a和44b之间的液晶层46；以及分别附在第一和第二基板40a和40b的外表面上的第一和第二偏振板48a和48b。

可以以与光遮挡部40相同的图案形成第一和第二电极42a和42b的任一，例如第一电极42a的部分。

因而，当将预定的驱动电压施加到第一和第二电极42a和42b时，在第一电极42a位置上，包含在液晶层46中的液晶分子的排列变化以遮挡光线，而在没有电极的位置上，光线透射而无遮挡。

根据上述操作，光遮挡层40和光透射层42在视差屏障4中形成，并且通过在图3中的点线相互区分。

对于形成有液晶快门的视差屏障4，滤色器44可以布置在覆盖第一电极42a的配向层44a和第一基板40a之间。

在这种情形，滤色器44可以被保护层50覆盖。自然，第一和第二滤色器44R和44B布置在光透射部42的侧部。

第一和第二滤色器44R和44B可以具有这样的宽度，使得第一和第二滤色器44R和44B不显著影响三维图像的亮度或分辨率。

采用上述操作，视差屏障4对使用者提供三维图像。在必要时，视差屏障4在关状态下透射图像显示单元2的光线，在关状态下驱动电压未施加到第一和第二电极42a和42b，图像显示单元2显示二维图像。因此当视差屏障4处于关状态时，图像显示单元2转换为二维模式。

构造了根据上述本发明的第一典型实施例的三维图像显示装置，并且通过视差屏障4测量了右眼和左眼图像光束的分布特性。

图4A和4B是图示根据本发明第一典型实施例的三维显示装置的左眼图像和右眼图像的分布特性的图。

图4A显示了其中滤色器(第一和第二滤色器)的宽度为20μm的情形，并且图4B显示了其中滤色器(第一和第二滤色器)的宽度为40μm的情形。图5是图示没有滤色器的三维显示装置的左眼图像光束和右眼图像光束的分布特性的图，其它条件与本发明的第一典型实施例相同。

在各个情形之中，透射部的节距是300μm，并且视距保持在350mm。

如图中所示，可以看到根据本发明的第一典型实施例(图4A和4B)，与对比实施例(图5)相比，来自于红色、绿色和蓝色子像素的光线聚集在某个位置。

因而，与对比实施例(图5)相比，本发明的第一典型实施例可以避免色散。由此，使用者可以具有对应于红色和蓝色光线的重叠的移动自由度(图4A和4B中的A1和A2，图5中的A3)。

图6是根据本发明第二实施例的视差屏障98的部分截面图。视差屏障98包括透明板100和布置在透明板100的表面上的不透明层102。

不透明层102可以形成于透明板100上，透明板100具有与在本发明的第一典型实施例中所述的光遮挡部相同的图案。即不透明层102可以以具有d的预定间隙100a的条形形成于透明板100上。

滤色器104的第一和第二滤色器104a和104b布置在对应于不透明层102的图案的不透明层102的两侧。

采用上述结构，根据本发明第二典型实施例的视差屏障98可以以与上述第一典型实施例的视差屏障基本相同的方式运行。

如上所述，本发明的典型实施例可以通过像素的单元(即每个像素)分离左眼图像和右眼图像，所以视距可以减小到小于大约300mm。因而这些实施例适于小尺寸装置例如便携电话或PDA的应用。

另外，本发明的典型实施例可以通过减少或最小化色散从而改善三维图像的质量并且改善使用者的移动自由度。

尽管参照某些典型实施例描述本发明，但是应当理解本发明不限于披露的实施例，而是相反，本发明意图覆盖在权利要求和其等同物的精神和范围中所包括的各种变型和等同布置。

Claims (19)

1.一种三维显示装置，包括：

图像显示单元，所述图像显示单元包括具有对应于左眼图像的第一子像素和对应于右眼图像的第二子像素的像素；和

位于所述图像显示单元附近的视差屏障，其中所述视差屏障包括：

在一个方向上交替和重复布置的光遮挡部和光透射部；和

在所述光遮挡部和光透射部之间布置的滤色器，其中所述滤色器控制来自于像素的光线的路径。

2.根据权利要求1的三维显示装置，其中所述光透射部的布置使得各个光透射部至少对应于两个像素。

3.根据权利要求2的三维显示装置，其中所述滤色器包括：

位于所述光透射部一侧的第一滤色器；和

位于所述光透射部另一侧的第二滤色器，其中所述第二滤色器具有与第一滤色器不同的颜色。

4.根据权力要求3的三维显示装置，其中各个像素包括三个子像素、所述第一和第二滤色器分别具有对应于在所述三个子像素之中除了位于中心的子像素之外的三个子像素的两个子像素的颜色。

5.根据权利要求4的三维显示装置，其中所述子像素包括在所述方向上布置的红、绿和蓝子像素，并且各个第一和第二滤色器透射红光或蓝光。

6.根据权利要求1的三维显示装置，其中所述视差屏障包括：

相互面对的第一和第二基板；

位于第一和第二基板内表面上的第一和第二电极；和

在所述第一和第二基板之间形成的液晶层，其中所述第一电极以与所述光遮挡部相同的图案形成，并且所述滤色器布置得对应于所述第一电极部分的两侧。

7.根据权利要求6的三维显示装置，其中所述视差屏障还包括：

一对覆盖所述第一和第二电极的配向层；

附在所述第一和第二基板外表面上的第一和第二偏振板；和

覆盖所述滤色器的保护层。

8.根据权利要求7的三维显示装置，其中所述滤色器在所述第一基板的内表面接触所述第一基板，并且通过所述保护层与所述第一电极和配向层分开。

9.根据权利要求1的三维显示装置，其中所述视差屏障包括：

透明板；和

不透明层，布置于透明层的表面上并且以与所述光遮挡部相同的图案形成，其中所述滤色器布置得对应于所述不透明层部分的两侧。

10.一种三维显示装置的视差屏障，所述三维显示装置包括具有子像素的图像显示单元，用于产生具有左眼图像部分和右眼图像部分的显示图像，其中配置所述视差屏障以便向使用者提供作为三维图像的显示图像，所述视差屏障包括：

在一方向上交替和重复布置的光遮挡部和光透射部；和

位于所述光遮挡部和光透射部之间的滤色器，其中所述滤色器控制来自像素的光线的路径。

11.根据权利要求10的视差屏障，其中所述各个像素包括三个子像素，

并且两个相邻于光透射部之一的滤色器分别具有对应于在所述三个子像素之中除了布置在中心的子像素之外的三个子像素的两个子像素的颜色。

12.根据权利要求11的视差屏障，其中相邻于光透射部之一的两个滤色器分别透射红和蓝光。

13.根据权利要求11的视差屏障，其中所述光遮挡部、光透射部和滤色器使用包括液晶层的液晶快门实施，其中电压施加到所述液晶层以确定光遮挡部和光透射部。

14.根据权利要求11的视差屏障，其中所述光遮挡部和光透射部由具有条形图案的不透明层界定，形成于透明基底上。

15.根据权利要求14的视差屏障，其中具有不同颜色的两个滤色器分别在所述一不透明层条的侧部形成于透明基板上。

16.一种提供三维图像的方法，包括：

在具有多个子像素的图像显示单元上显示右眼图像和左眼图像，其中在所述第一子像素上显示右眼图像，而在所述第二子像素上显示左眼图像；

使用具有多个交替并且重复地布置的光遮挡部和光透射部的视差屏障，将对应于右眼的光线导向到使用者的右眼；

使用所述视差屏障将对应于左眼的光线导向到使用者的左眼；并且

在各个光透射部的周边边缘滤色所述光线，使得在周边边缘之一处仅有第一颜色的光线透射，而在另一周边边缘处仅有第二颜色的光线透射。

17.根据权利要求16的方法，其中三个相邻的所述右眼图像的子像素形成右眼像素，而三个相邻的所述左眼图像的子像素形成左眼像素，其中各个光透射部对应于至少一个右眼像素和至少一个左眼像素。

18.根据权利要求17的方法，其中所述滤色包括分别在各个光透射部的周边边缘，透射来自三个相邻子像素的除了三个相邻子像素的中心子像素之外的两个子像素的光线。

19.根据权利要求16的方法，其中所述滤色包括仅作为所述第一和第二颜色光线分别在各个光透射部的周边边缘透射红和蓝光。

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