CN1916692A - 高分辨率二维－三维可切换自动立体显示装置 - Google Patents

高分辨率二维－三维可切换自动立体显示装置 Download PDF

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Abstract

高分辨率二维－三维可切换自动立体显示装置包括：发射光的背光单元；偏振板，改变从背光单元发射的光使得该光仅具有特定偏振方向；改变入射光偏振方向的偏振开关；双折射元件阵列，其包括多个交替的第一和第二双折射元件并且改变入射光偏振方向使得由第一双折射元件透过的光的偏振垂直于由第二双折射元件透过的光的偏振；凸型透镜板，其分离并且发射入射光至第一眼视区和第二眼视区；以及显示图像的显示面板。

Description

高分辨率二维-三维可切换自动立体显示装置
相关专利申请的相互参考
本申请要求分别于2005年10月19日和2006年6月2日在韩国知识产权局申请的韩国专利申请第10-2005-0098668和10-2006-0049990号以及于2005年7月8日在美国专利和商标局申请的临时专利申请第60/697,384号的优先权，其公开内容通过引用整体结合在此。
技术领域
本发明涉及高分辨率二维(2D)-三维(3D)可切换自动立体显示装置，特别地，涉及一种高分辨率2D-3D可切换自动立体显示装置，其提供显示面板的全解析(fullresolution)并且无串扰(crosstalk)。
背景技术
3D显示装置产生具有双目视差的左眼图像和右眼图像并且分别独立地将左眼和右眼图像导向左眼和右眼。用户通过相应眼睛的视网膜识别由3D显示装置提供的左眼图像和右眼图像，从而可看到立体3D图像。通常，3D显示装置可大致分为视差屏障型(parallax barrier bype)3D显示装置和透镜型(lenticular type)3D显示装置。
在视差屏障型3D显示装置中，左眼图像和右眼图像被显示在交替的像素垂直栏并通过非常细的垂直栅格(即屏障)来分离。在垂直栏上的左眼图像和在垂直栏上的右眼图像通过屏障被分离，使得左眼和右眼分别接收到不同视点的图像从而看到3D图像。参考图1，透镜型3D显示装置10通常包括：显示面板11，其包含被交替排列以分别显示右眼和左眼图像的左和右像素L和R；以及凸型透镜板12，该凸型透镜板12被安装在显示面板11的前面以分离左眼图像和右眼图像的视区。
在上述传统的3D图像显示装置中，左眼图像和右眼图像被同时显示在单个显示面板上，从而用户所看到的3D图像的分辨率是显示面板分辨率的一半。此外，需要复杂的结构以便能够在2D图像模式和3D图像模式之间切换。
因此，人们正在开发这样一种3D图像显示装置，该装置能够通过采用具有刷新率为120Hz的快速响应液晶显示器(LCD)来提供3D图像而分辨率不下降。
例如，已公开日本专利公报第2004-325494号公开了一种3D图像显示装置，其具有显示面板、图像分离单元以及光偏转单元。以像素对像素为根据，显示面板周期性地转换交替显示的右和左图像。传统图像分离单元，例如视差屏障，设置在显示面板之前并且分离被交替显示在显示面板上的右和左图像。此处，光偏转单元被与显示面板右和左图像的转换周期同步移动，并从而偏转左眼图像至左眼以及右眼图像至右眼。在上述构造中，用户几乎注意不到分辨率的下降，这是因为显示面板上的左眼图像和右眼图像被显示的位置以高速被切换。然而，光偏转单元由昂贵的铁电液晶形成，并且由视差屏障造成的光损失很大。
图2是相关技术2D-3D可切换自动立体显示装置20的示意图，其公开于美国专利第5,969,850号。参考图2，3D图像显示装置20包括背光单元21、空间光调制器22、凸型透镜板23以及快速响应LCD面板26。空间光调制器22包括多个单元24和25，所述多个单元24和25根据提供给它们的电源的开/关状态而在透光状态和不透光状态之间切换。LCD面板26在整个屏幕上以高刷新率交替显示左眼图像和右眼图像。空间光调制器22与LCD面板26的左眼和右眼图像的切换时间同步以将单元24和25切换到透光状态或不透光状态。例如，当LCD面板26正显示左眼图像时，空间光调制器22将左眼单元24切换到透光状态，并且因此从背光单元21发射的光只朝向用户的左眼视区28。当LCD面板26正显示右眼图像时，空间光调制器22接通右眼单元25使得从背光单元21发射的光只朝向用户的右眼视区27。在通常的2D模式中，空间光调制器22的所有单元24和25都被打开。
然而，在美国专利第5,969,850号中，必须使用昂贵的铁电液晶以提供可高速切换的空间光调制器。此外，在美国专利第5,969,850号中，由于后述的原因，在左眼图像和右眼图像之间发生串扰现象，因此，用户不能观看到精确的3D图像。
通常，多数显示面板从上至下扫描一帧。因此，当在先帧被显示在屏幕下部时，下一帧被显示在屏幕上部。如图3所示，在时间零，在整个屏幕上显示右眼图像，而在时间T，在整个屏幕上显示左眼图像，其中T是完全扫描一帧所需时间。然而，由于在时间零到T之间右眼图像被连续变化为左眼图像，所以左眼图像被显示在屏幕上部并且同时右眼图像被显示在屏幕下部。结果，存在一个左眼图像和右眼图像分享屏幕的时期。因此，如在美国专利第5,969,850号中，当空间光调制器22的单元24和25被简单地交替开和关时，左眼图像和右眼图像可能不能被完全分离并且同时被用户的左眼和右眼感觉到。
发明内容
本发明提供一种高分辨率2D-3D可切换自动立体显示装置，其减轻分辨率降低并且减少串扰。
本发明还提供一种高分辨率2D-3D可切换自动立体显示装置，其结构简单并且不需要昂贵组件。
根据本发明的一方面，提供一种自动立体显示装置，包括：发射光的背光单元；改变从背光单元发射的光使得该光仅具有特定偏振方向的偏振板；转换入射光偏振方向的偏振开关；双折射元件阵列，其包括多个交替的第一和第二双折射元件并且改变入射光的偏振方向使得由第一双折射元件透过的光的偏振垂直于由第二双折射元件透过的光的偏振；凸型透镜板，其分离并且发射入射光至第一眼视区和第二眼视区；以及显示图像的显示面板。
偏振开关在第一至第三状态间切换，在所述第一至第三状态中，透过光的偏振方向各不相同。换句话说，偏振开关在入射光偏振方向不改变的第一状态、入射光偏振被改变为圆偏振的第二状态、和入射光偏振被改变90度的第三状态之间切换。
偏振开关是电控制的液晶延迟器。
双折射元件阵列包含多个沿水平方向交替的第一和第二垂直双折射元件。
第一和第二双折射元件可为具有预定偏振面的偏振器，并且该第一双折射元件的偏振器的偏振面垂直于第二双折射元件的偏振器的偏振面。
第一和第二双折射元件可为延迟器，其以预定相位延迟入射光，并且第一和第二双折射元件的延迟器的相位延迟之间的差为λ/2。
第一和第二双折射元件可为旋转器，其以预定角度旋转入射光，并且第一和第二双折射元件的旋转器的旋转角度之间的差为90度。
当偏振开关处于第一状态时，由第一双折射元件透过的光的偏振方向垂直于在LCD面板的入射侧的偏振面，由第二双折射元件透过的光的偏振方向平行于在LCD面板的入射侧的偏振面。
当偏振开关处于第三状态时，由第一双折射元件透过的光的偏振方向平行于在LCD面板的入射侧的偏振面并且由第二双折射元件透过的光的偏振方向垂直于在LCD面板的入射侧的偏振面。
当偏振开关处于第二状态时，由第一双折射元件透过的光和由第二双折射元件透过的光是圆偏振的，或相对于在LCD面板入射侧的偏振面呈45度线偏振。
凸型透镜板可包含多个垂直凸型透镜，其平行于双折射元件阵列的双折射元件并且被在水平方向排列。在这种情况下，凸型透镜板的透镜间的间距等于或小于双折射元件阵列的每两相邻第一双折射元件间的间距或双折射元件阵列的每两相邻第二双折射元件间的间距。
凸型透镜板和双折射元件阵列之间的距离等于或大于每一凸型透镜的焦距。
凸型透镜板传送由第一双折射元件传输的光至第一眼视区以及由第二双折射元件传输的光至第二眼视区。
背光单元和偏振开关的每一个分为多个水平段，该多个水平段与LCD面板的垂直扫描时间同步地依次切换。
背光单元和偏振开关的每一个分为多个水平段，其可被独立切换并被排列在垂直方向，并且背光单元的段的数目等于偏振开关的段的数目。
背光单元和偏振开关的相应段被同时切换。
背光单元和偏振开关的每一水平段对应于LCD面板的多条像素线。
当LCD面板的相应像素线显示右眼图像时，偏振开关的每一水平段处于第一状态，并且当LCD面板的相应像素线显示左眼图像时，该偏振开关的每一水平段处于第三状态。
当LCD面板的相应像素线的第一像素线开始显示右眼图像时，偏振开关的每一水平段被切换为第一状态，并且当LCD面板的相应像素线的第一像素线开始显示左眼图像时，该偏振开关的每一水平段被切换为第三状态。
当全部相应像素线显示右眼图像或左眼图像时，背光单元的每一水平段被打开，并且当相应像素线在左和右眼图像间转换时，该背光单元的每一水平段被关闭。
附图说明
通过参考附图详细描述本发明的例证性实施例，本发明的上述和其他方面将变得更加明显，其中：
图1是现有技术的透镜型3D图像显示装置的示意图；
图2是现有技术的、提供分辨率不下降的图像的2D-3D可切换自动立体显示装置的示意图；
图3图解说明在显示面板上扫描左眼图像和右眼图像的过程；
图4是根据本发明的一个例证性实施例的2D-3D可切换图像显示装置的示意图；
图5图解说明在图4的自动立体显示装置中显示的右眼图像；
图6图解说明在图4的自动立体显示装置中显示的左眼图像；
图7是根据本发明的另一例证性实施例的、克服了由显示面板的图像扫描所引起的问题的2D-3D可切换图像显示装置的分解示意图；
图8图解说明在图7的2D-3D可切换图像显示装置中包含的偏振开关的操作；
图9图解说明根据本发明的一个例证性实施例的、在显示面板显示二维图像时的图像扫描操作；
图10是示出根据时间像素线的像素值变化的图表；
图11是示出包括在图4的2D-3D可切换图像显示装置的偏振开关根据时间的切换操作的图表；
图12为示出被包括在图4中的2D-3D可切换图像显示装置的每一具有多个段的背光单元和偏振开关的一段的切换操作的图表；
图13和14分别图解说明背光单元和偏振开关的段的操作；以及
图15和16图解说明有一个显示面板同时显示二维图像和三维图像。
具体实施方式
现在将参考附图来更充分地说明本发明，其中在所述附图中，示出了本发明的例证性实施例。
图4是根据本发明的一个例证性实施例的高分辨率2D-3D可切换自动立体显示装置30的示意图。
参考图4，高分辨率2D-3D可切换自动立体显示装置30包括：背光单元31；偏振板32，只透过在从背光单元31发射的光当中具有预定偏振成分的光；偏振开关33，根据电控制转换入射光的偏振方向；折射元件阵列34，由多个相交替的第一和第二双折射元件34a和34b形成，其改变入射光的偏振方向；凸型透镜板35，将入射光分离至左眼视区和右眼视区；液晶显示(LCD)面板37，用于显示图像。
如在现有技术中所周知的，LCD面板37包括分别形成在LCD面板37的入射面和出射面的偏振板38a和38b。根据本例证性实施例，与在传统高分辨率3D图像显示装置中一样，LCD面板37根据时间以3D模式交替地显示右眼图像和左眼图像。因此，具有大于120Hz的刷新率的快速响应LCD面板可被用作LCD面板37以便用户能够看到右眼图像和左眼图像而没有闪烁。
根据本例证性实施例，偏振开关33可在第一至第三状态之间切换，在所述第一至第三状态中，由偏振开关33透过的光的偏振方向彼此相差45度。例如，偏振开关33可处于其中入射光的偏振方向不改变的第一状态、其中入射光的偏振方向改变45度的第二状态、以及入射光的偏振方向改变90度的第三状态中。上述各个状态中入射光的偏振方向所改变的角度是例证性的，并且该角度可根据偏振板32、双折射元件阵列34和LCD面板37的偏振面的方向而改变。令人满意的是在第一至第三状态中所透过的光的偏振方向相差45度的增量。偏振开关33是具有三个依赖于施加电压的幅度的各向异性状态的电可控制装置。例如，偏振开关33可以是电可控制液晶延迟器。当偏振开关33是液晶延迟器时，例如，入射光的相位在第一状态中不延迟，而所述入射光的相位在第二状态中延迟四分之一波长(λ/4)，而所述入射光的相位在第三状态中延迟二分之一波长(λ/2)。
如图4所图解的，双折射元件阵列34包括多个水平交替的第一和第二双折射元件34a和34b。尽管在图4中未示出，但是第一和第二双折射元件34a和34b在高分辨率2D-3D可切换自动立体显示装置30中垂直延伸并且水平交替排列。根据本例证性实施例，双折射元件阵列34改变入射光的偏振方向以便由第一双折射元件34a所透过的光的偏振方向垂直于由第二双折射元件34b所透过的光的偏振方向。
例如，第一和第二双折射元件34a和34b可以是具有预定偏振面的偏振器。在这种情况下，第一双折射元件34a的偏振面可正交于第二双折射元件34b的偏振面。替代地，第一和第二双折射元件34a和34b可以是将入射光延迟预定相位的延迟器。在这种情况下，第一双折射元件34a的延迟器和第二双折射元件34b的延迟器的相位延迟差可为λ/2。例如，第一双折射元件34a可不延迟相位而第二双折射元件34b可以将相位延迟λ/2，或第一双折射元件34a可以将相位延迟-λ/4而第二双折射元件34b可以将相位延迟+λ/4。根据本发明的另一例证性实施例，第一和第二双折射元件34a和34b可以是以预定角度旋转入射光的旋转器。在这种情况下，第一双折射元件34a和第二双拆射元件34b旋转光的角度之间的差可以是90度。例如，第一双折射元件34a可以不旋转光，而第二双折射元件34b可以将入射光旋转90度，或第一双折射元件34a可以将入射光旋转-45度，而第二双折射元件34b可以将入射光旋转+45度。
根据本发明的一个例证性实施例，由偏振开关33和双折射元件阵列34透过的光依赖于偏振开关33的状态可具有下述偏振方向之一。即，在第一种情况下，由第一双折射元件34a透过的光可在LCD面板37的进入处垂直于偏振面38a，而由第二双折射元件34b透过的光可在LCD面板37的进入处平行于偏振面38a。可替代地，在第二种情况下，由第一双折射元件34a透过的光可在LCD面板37的进入处平行于偏振面38a，而由第二双折射元件34b透过的光可在LCD面板37的进入处垂直于偏振面38a。最后，在第三种情况下，由第一和第二双折射元件34a和34b透过的光可在LCD面板37的进入处为圆偏振或45度线偏振于偏振面38a。
凸型透镜板35包括在水平方向排列的多个垂直凸型透镜。因此，凸型透镜在3D图像显示装置30的垂直方向延伸以平行于双折射元件阵列34的双折射元件34a和34b。凸型透镜板35分离并且发射入射光至左眼视区和右眼视区，并且因此通过凸型透镜板35透过的光被分离成像到根据凸型透镜板35上的光入射的位置的、在观察距离处的左眼视区和右眼视区中。例如，从第一双折射元件34a射出的光可以通过凸型透镜板35而导向左眼视区。从第二双折射元件34b射出的光可以通过凸型透镜板35而导向右眼视区。
如现有技术中所周知的，观察距离处的左眼视区和右眼视区间的距离约为65mm。为此，凸型透镜板35的凸型透镜间的间距可等于或优选地，略小于双折射元件阵列34的每两相邻第一双折射元件34a间的间距或双折射元件阵列34的每两相邻第二双折射元件34b间的间距。同样，凸型透镜板35和双折射元件34间的距离可等于或优选地，略大于每一凸型透镜的焦距。如图4中所示，透明基板36可以被放置在凸型透镜板35和双折射元件阵列34之间。例如，双折射元件阵列34和凸型透镜板35可被附着于透明基板36的两个表面以使得凸型透镜板35和凸型透镜板33的位置相对于彼此固定。
根据例证实施例，高分辨率2D-3D可切换自动立体显示装置30的操作现将被更充分描述。为了简化表述，假设偏振板32具有水平偏振方向并且在LCD面板37进入处的偏振板38a具有垂直偏振方向。此外，假设偏振开关33为液晶延迟器，其可处于其中入射光偏振方向不变的第一状态中、其中入射光偏振方向改变45度的第二状态中、以及入射光偏振方向改变90度的第三状态中。同样，假设第一双折射元件34a为不延迟相位的延迟器而第二双折射元件34b为将相位延迟半波长(λ/2)的延迟器。
首先，偏振开关33处于第一状态的情况将被描述。当偏振开关33处于第一状态时，通过偏振板32透过并且入射于偏振开关33的光的偏振方向不改变。因此，由偏振开关33透过的光是水平偏振的。之后，水平偏振光通过第一和第二双折射元件34a和34b。由第一双折射元件34a透过的光被保持在水平偏振的状态，而由第二双折射元件34b透过的光的偏振方向被改变90度并且因此是垂直偏振的。由第一和第二双折射元件34a和34b透过的光被分离并且由凸型透镜板35分别传导至左眼视区和右眼视区。然而，由第一双折射元件34a透过的光的偏振正交于LCD面板37进入处的偏振面38a，并且因此由第一双折射元件34a透过的光被阻止。在另一方面，如图5所示，由第二双折射元件34b透过的光通过LCD面板37并且能够成像在右眼视区40，这是因为由第二双折射元件34b透过的光的偏振平行于LCD面板37进入处的偏振面38a。因此，当LCD面板37显示右眼图像时，用户仅仅通过右眼感觉到右眼图像。
当偏振开关33处于第三状态时，入射在偏振开关33上的光的偏振方向通过偏振板32被旋转90度。因此，由偏振开关33透过的光是垂直偏振的。之后，垂直偏振光被第一和第二双折射元件34a和34b透过。由第一双折射元件34a透过的光保持在垂直偏振的状态，并且由第二双折射元件34b透过的光的偏振方向被改变90度，从而是水平偏振。由第一和第二双折射元件34a和34b透过的光被分离并且通过凸型透镜板35被分别导向左眼视区和右眼视区。然而，由第二双折射元件34b透过的光的偏振垂直于LCD面板37的偏振面38a，从而由第二双折射元件34b透过的光被阻止。另一方面，如图6所示，由第一双折射元件34a透过的光的偏振穿过LCD面板37并且能够成像在左眼视区41，这是因为光平行于LCD面板37进入处的偏振面38a。因此，当LCD面板37显示左眼图像时，用户仅仅通过左眼感知到左眼图像。
因此，在3D模式中，当偏振开关33被交替切换至LCD面板37显示右眼图像的第一状态和LCD面板37显示左眼图像的第三状态时，用户能够看到3D图像。同时，LCD面板37需要在右眼图像和左眼图像间以非常快速率切换以使得用户不会发现任何闪烁。因此，如上所述，LCD面板37可为具有大于120Hz刷新率的快速响应LCD。同样，偏振开关33需要与LCD面板37同步被快速切换。因此，偏振开关33可为电控液晶延迟器。现在，可以以相对低的价格获得具有切换速度约为180Hz的液晶延迟器。
2D模式可通过两种方式实现。例如，偏振开关33可分别在第一状态和第三状态间被重复切换，并且LCD面板37连续两次显示2D图像。之后，同样的2D图像被用户的右眼和左眼连续的感知，使得用户能够看到2D图像。
可替代地，偏振开关33被固定为第二状态，LCD面板37以通常速率显示2D图像。当偏振开关33处于第二状态时，由偏振板32透过并入射在偏振开关33的光的偏振方向被改变45度。因此，由偏振开关33透过的光具有45度偏振。之后，光由第一和第二双折射元件34a和34b透过。由第一双折射元件34a透过的光保持45度偏振并且由第二双折射元件34b透过的光的偏振被改变90度从而具有135度偏振。结果，由第一和第二双折射元件34a和34b透过的光都通过LCD面板37并且均成像在左眼视区和右眼视区。因此，当LCD面板37显示2D图像时，用户能够通过左眼和右眼看到2D图像。
当偏振开关33处于第二状态时，入射在偏振开关33的光的偏振方向不被旋转45度，而入射光的偏振状态可被改变使得出射光具有圆偏振状态。例如，偏振开关33当处于第一状态时不改变入射光的偏振方向，当处于第三状态时以90度改变入射光的偏振方向，当处于第二状态时度改变入射光的偏振为圆偏振。即使当入射光偏振被以第二状态的偏振开关33改变为圆偏振时，与当入射光偏振方向被旋转45度时可获得的结果相同。
如上所述，通常LCD面板不是在一个时间显示右眼图像并且之后在另一时间显示左眼图像，而是在屏幕从上到下顺序扫描连续图像。因此，存在一个左眼图像和右眼图像分享屏幕的时期，从而左眼图像和右眼图像的混合串扰可出现。
图7是根据本发明另一例证实施例的、克服由通过显示面板图像扫描引起的问题的2D-3D可切换图像显示装置的示意图。图7所示的3D图像显示装置具有与图4中的3D图像显示装置相同的结构，除了背光单元31和偏振开关33的每一个被分为N个段之外。换句话说，背光单元31和偏振开关33的每一个被分为多个水平段，其与LCD面板37的垂直扫描时间同步地顺序切换。背光单元31和偏振开关33的每一个的多个段可被独立切换并且沿垂直方向相互靠近排列。
背光单元31和偏振开关33的每一个的段数可根据设计而不同。为了完全克服串扰，背光单元31和偏振开关33的每一个的每一段可相应于LCD面板37的像素线。然而，这可能太昂贵而不能实现。因此，背光单元31和偏振开关33的每一个的每一水平段可相应于LCD面板37的多条像素线。例如，背光单元31和偏振开关33的每一个的每一段可相应于LCD面板37的一百条像素线。背光单元31的段数优选的等于偏振开关33的段数。
如上所述，当在背光单元31和偏振开关33中具有相同段数时，背光单元31和偏振开关33的相应段可被同时切换。换句话说，背光单元31的水平段的每一个与LCD面板37的相应像素线的扫描时间同步被闪光。同样，偏振开关33的水平段的每一个当LCD面板37的相应像素线显示右眼图像时被切换至第一状态，并且当LCD面板37的相应像素线显示左眼图像时被切换至第三状态。图8示出了偏振开关33的切换操作。图8中的偏振开关33被分为四段并用作液晶延迟器，其处于第一状态时不延迟入射光，处于第三状态时以半波长λ(λ/2)延迟入射光相位。如图8所示，当时间为0时，偏振开关33大体上处于第一状态。当时间为T时，偏振开关33大体上处于第三状态。当时间为0到T之间时，偏振开关33的状态与LCD面板37同步从第一状态至第三状态连续改变。偏振开关33的切换操作被控制为与在如图3所示的LCD面板37上交替显示右眼图像和左眼图像的操作准确同步。作为结果，即使当左眼图像和右眼图像分享LCD面板37的屏幕时，左眼图像的大部分被传送至左眼，右眼图像的大部分被传送至右眼。因此，即使当左眼图像和右眼图像分享LCD面板37的屏幕时，串扰几乎不出现。
当如图7的立体图像显示装置为2D模式时，LCD面板37如图9所示连续显示两个同样的3D图像帧并且之后显示下一2D图像帧。同时，偏振开关33如图8所示以与LCD面板37同步的扫描方式在第一状态和第三状态间切换。之后，相同的2D图像被用户的右眼和左眼连续感知，以使得用户能够看到2D图像。
背光单元31和偏振开关33的操作现将被更详细描述。当考虑到这样的事实，即背光单元31和偏振开关33中每一个的每一段相应于多个像素线时，为了最小化串扰，背光单元31和偏振开关33被如下述驱动。
图10是示出LCD面板37的一像素线的像素值根据时间变化的图表。如图10所示，每一像素线被在相应于左眼图像和右眼图像的像素值之间顺序切换。如图10中的图表所示，在每一像素线的左眼图像和右眼图像不立刻改变，而是需要一预定时间。换句话说，在开始显示之后的一预定时期之后，在每一像素线显示完全的左眼图像或右眼图像。因此，左和右眼图像在左眼图像被转换为右眼图像或右眼图像被转换为左眼图像的过渡期被混合，并且因此期望背光单元31相应于对应过渡期的像素线的段是关闭的。
图11是示出用作偏振开关33的液晶延迟器的根据时间的切换操作的图表。如图11中图表所示，偏振开关33从第一状态(其中相位延迟角为0度)至第三状态(其中相位延迟角为180度，即半波长)的转换不是立即发生而是需要一预定时间。换句话说，偏振开关33当切换开始后经过一过渡期之后从第一状态完全切换至第三状态。如果偏振开关33和LCD面板37以同样速度操作，则偏振开关33的状态转换速度和LCD面板37的图像转换速度可几乎相同。因此，偏振开关33的段的状态在显示在LCD面板37的相应像素线的图像开始转换为左眼图像或右眼图像的时间点开始转换。
因此，偏振开关33的段和背光单元31的相应段可如图12中图表所示操作。图12上部的图表显示了LCD面板37的相应于偏振开关33和背光单元31的段的像素线的像素值的变化。例如，假设一个段相应于102条像素线。如图12所示，当LCD面板37从上至下顺序扫描图像时，在第一至第102像素线的像素值变化线中存在一轻微延迟。在这种情况下，如图12所示，为了最小化串扰，背光单元31的段当第102像素线开始完全显示左眼图像时被打开并且之后当第一像素线完成完全显示左眼图像时被关闭。即，背光单元31的每一个段可执行脉冲操作，即，仅当所有相应像素线显示右眼图像或左眼图像时被打开并且当左和右眼图像被切换时被关闭。
另一方面，如图12所示，偏振开关33的水平部分的每一个当LCD面板37的相应像素线的第一像素线被转换为右眼图像或左眼图像时被切换。例如，偏振开关33的每一段当第一像素线开始显示右眼图像时被切换至第一状态，并且当第一像素线开始显示左眼图像时被切换至第三状态。
图13示出了背光单元31的多个段的顺序操作，并且图14示出了偏振开关33的多个段的顺序操作。如上所述，背光单元31和偏振开关33的段被沿垂直方向排列，并且LCD面板37从上到下扫描图像。因此，如图13和14所示，背光单元31和偏振开关33的段与LCD面板37的垂直扫描时间同步被从上至下顺序操作。
当上述原理的立体显示装置被实施时，2D图像和3D图像可同时显示在一个显示器上。
图15示出了当3D图像被显示作为主图像并且同时较小的2D图像被显示作为附加图像时的LCD面板37根据时间的操作。在图15中，2D图像作为附加图像被显示在LCD面板37的左上部的圆形中。然而，附加图像的位置、形状和尺寸不局限于如图15中所示的。
参考图15，2D图像2D和右眼图像R一起在时间0被显示为第一帧。这时，偏振开关33与LCD面板37同步在第一和第三状态间切换。因此，右眼图像R和2D图像2D都被传送至观察者的右眼。之后，在时间T/4和时间3T/4之间，左眼图像L的显示从屏幕上部开始。如图15所示，左眼图像L同样包括作为附加图像的2D图像2D。根据本发明的原理，在屏幕下部的右眼图像R和2D图像2D仍被传送至观察者的右眼。在屏幕上部的左眼图像L和2D图像2D都被传送至观察者的左眼。包含于左眼图像L的2D图像2D与包含于右眼图像R的2D图像2D是同一帧。换句话说，以上述方式显示2D图像，同样的2D图像帧被显示两次。因此，观察者二维的感知图15的屏幕左上部的圆圈并且三维的感知屏幕的其余部分。
如图15中所示，在时间T，左眼图像L被显示在屏幕的整个区域，并且同时2D图像2D被部分显示在屏幕的左上部。左眼图像L和2D图像2D都被观察者左眼感知。之后，在时间5T/4，右眼图像R’作为第二帧从屏幕上部开始显示。右眼图像R’包括第二帧的2D图像2D’，其不同于2D图像2D。以这种方式，可能的是3D图像被显示作为主图像并且同时较小的2D图像被显示作为附加图像。
图16示出了当2D图像被显示作为主图像并且同时较小的3D图像被显示作为附加图像时的LCD面板37根据时间的操作。在图16中，3D图像作为附加图像被显示在LCD面板37的左上部的圆形中。然而，3D附加图像的位置、形状和尺寸不局限于如图16中所示的。
参考图16，一小右眼图像R和2D图像2D一起在时间0被显示为第一帧。同时，与图15中的情况相似，偏振开关33与LCD面板37同步在第一和第三状态间切换。因此，右眼图像R和2D图像2D都被传送至观察者的右眼。之后，在时间T/4和时间3T/4之间，在时间0的第一帧的2D图像2D从屏幕上部开始被再次显示。换句话说，以上述方式显示2D图像，相同2D图像帧被显示两次。如图16所示，2D图像2D在屏幕左上部包括左眼图像L。由于偏振开关33的切换操作，右眼图像R和在屏幕下部的2D图像2D仍被传送至观察者右眼，同时左眼图像L和在屏幕上部的2D图像2D被传送至观察者左眼。因此，观察者三维的感知到图6的屏幕左上部的圆形并且二维的感知屏幕的其他部分。
如图16所示，在时间T，2D图像2D被显示在屏幕的整个区域，并且同时左眼图像L并部分显示在屏幕的左上部。左眼图像L和2D图像2D均被观察者左眼感知。之后，在时间5T/4，2D图像2D’作为第二帧从屏幕上部开始显示。2D图像2D’包括第二帧的右眼图像R’，其不同于右眼图像R。
这样，2D图像可被作为主图像显示，并且同时较小的3D图像被作为附加图像显示。
到目前为止，根据本发明的例证实施例的高分辨率2D-3D可切换自动立体显示装置的结构和操作已被描述。如上所述，在本发明中，使用偏振开关(诸如液晶延迟器)，其可被快速切换并且以相对低价被提供。因此，根据本发明的自动立体显示装置可相对简单并且以低成本地构造。
此外，根据本发明的、包括于自动立体显示装置中的背光单元和偏振开关的每一被分为多个段。每一段与LCD面板的垂直扫描定时同步操作，从而，串扰几乎不出现。
虽然参考本发明的例证实施例描述和示出了本发明，但是本领域普通技术人员将理解：在不脱离由所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以在其中进行形式和细节的各种改变。

Claims (30)

1、一种立体显示装置，包括：
背光单元，用于发射光；
偏振板，其仅仅透射从所述背光单元发射的光当中具有预定偏振成分的光；
偏振开关，其转换由偏振板透过的入射光的偏振方向；
双折射元件阵列，包括多个交替的第一和第二双折射元件，其改变由偏振开关透过的入射光的偏振方向以使得由第一双折射元件透过的光的偏振方向垂直于由第二双折射元件透过的光的偏振方向；
凸型透镜板，其分离并且发射由双折射元件阵列透过的入射光至第一眼视区和第二眼视区；以及
显示面板，用于显示图像。
2、如权利要求1所述的立体显示装置，其中偏振开关在第一、第二和第三状态之间切换，并且透过的光的偏振方向在第一、第二和第三状态中不同。
3、如权利要求2所述的立体显示装置，其中偏振开关在入射光偏振方向不改变的第一状态、入射光偏振方向被改变为圆偏振的第二状态、和入射光偏振方向被改变90度的第三状态之间切换。
4、如权利要求2所述的立体显示装置，其中偏振开关包含电控制的液晶延迟器。
5、如权利要求1所述的立体显示装置，其中第一和第二双折射元件垂直延伸并在水平方向交替排列。
6、如权利要求5所述的立体显示装置，其中第一和第二双折射元件包含具有预定偏振面的偏振器，并且第一双折射元件的偏振器的偏振面垂直于第二双折射元件的偏振器的偏振面。
7、如权利要求5所述的立体显示装置，其中第一和第二双折射元件包含以预定相位延迟入射光的延迟器，并且第一和第二双折射元件的延迟器的相位延迟之间的差为λ/2。
8、如权利要求5所述的立体显示装置，其中第一和第二双折射元件包含以预定角度旋转入射光的旋转器，并且第一和第二双折射元件的旋转器的旋转角度之间的差为90度。
9、如权利要求5所述的立体显示装置，其中，如果偏振开关处于第一状态，由第一双折射元件透过的光的偏振方向垂直于显示面板入射侧的偏振面，并且由第二双折射元件透过的光的偏振方向平行于显示面板入射侧的偏振面。
10、如权利要求9所述的立体显示装置，其中，如果偏振开关处于第三状态，由第一双折射元件透过的光的偏振方向平行于显示面板入射侧的偏振面，并且由第二双折射元件透过的光的偏振方向垂直于显示面板入射侧的偏振面。
11、如权利要求10所述的立体显示装置，其中，如果偏振开关处于第二状态，由第一和第二双折射元件透过的光是圆偏振的，或是相对于显示面板入射侧的偏振面成45度线偏振。
12、如权利要求5所述的立体显示装置，其中凸型透镜板包括多个平行于双折射元件阵列的第一和第二双折射元件并且沿水平方向排列的垂直凸型透镜。
13、如权利要求12所述的立体显示装置，其中凸型透镜板的垂直凸型透镜间的间距等于或小于双折射元件阵列的两相邻第一双折射元件间的间距或双折射元件阵列的两相邻第二双折射元件间的间距。
14、如权利要求12所述的立体显示装置，其中凸型透镜板和双折射元件阵列间的距离等于或大于每一垂直凸型透镜的焦距。
15、如权利要求12所述的立体显示装置，其中凸型透镜板传送由第一双折射元件透过的光至第一眼视区以及由第二双折射元件透过的光至第二眼视区。
16、如权利要求1所述的立体显示装置，其中背光单元和偏振开关中的每一个被分为多个与显示面板的垂直扫描时间同步而顺序切换的水平段。
17、如权利要求1所述的立体显示装置，其中背光单元和偏振开关中的每一个被分为多个能够被独立切换且沿垂直方向排列的水平段，并且背光单元的段数等于偏振开关的段数。
18、如权利要求17所述的立体显示装置，其中背光单元和偏振开关的相应段被同时切换。
19、如权利要求16所述的立体显示装置，其中背光单元和偏振开关的水平段的每一个对应于显示面板的多条像素线。
20、如权利要求19所述的立体显示装置，其中如果显示面板的相应像素线显示右眼图像，则偏振开关的每一水平段处于第一状态，并且如果显示面板的相应像素线显示左眼图像，则偏振开关的每一水平段处于第三状态。
21、如权利要求20所述的立体显示装置，其中如果显示面板的相应像素线的第一像素线开始显示右眼图像，则偏振开关的每一水平段被切换至第一状态，并且如果显示面板的相应像素线的第一像素线开始显示左眼图像，则被切换至第三状态。
22、如权利要求19所述的立体显示装置，其中当全部相应像素线显示右眼图像或左眼图像时，背光单元的每一水平段被打开，并且当相应像素线在左和右眼图像间转换时被关闭。
23、如权利要求16所述的立体显示装置，其中显示面板以三维模式交替和顺序显示右眼图像和左眼图像。
24、如权利要求23所述的立体显示装置，其中如果显示面板的相应像素线显示右眼图像，则偏振开关的每一水平段被切换为第一状态，如果显示面板的相应像素线显示左眼图像，则被切换至第三状态，并且如果显示面板处于二维模式，则被切换至第二状态。
25、如权利要求16所述的立体显示装置，其中显示面板以二维模式连续显示两个相同的二维图像并且之后显示下一二维图像。
26、如权利要求25所述的立体显示装置，其中偏振开关的每一水平段在第一状态和第三状态之间与显示面板同步地交替切换。
27、如权利要求16所述的立体显示装置，其中二维面板同时显示二维图像和三维图像。
28、如权利要求27所述的立体显示装置，其中两个相同的二维图像被连续显示在显示面板的一部分并且被下一二维图像跟随，右眼图像和左眼图像被顺序显示在显示面板的剩余部分上。
29、如权利要求28所述的立体显示装置，其中偏振开关的每一水平段在第一状态和第三状态之间、与显示面板同步地交替切换。
30、如权利要求1所述的立体显示装置，其中显示面板包括液晶显示面板。
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