TWI626481B - 背光單元及包含該背光單元的自動立體３ｄ顯示裝置 - Google Patents

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TWI626481B TW105140427A TW105140427A TWI626481B TW I626481 B TWI626481 B TW I626481B TW 105140427 A TW105140427 A TW 105140427A TW 105140427 A TW105140427 A TW 105140427A TW I626481 B TWI626481 B TW I626481B
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Abstract

本發明涉及一種背光單元及一種包含該背光單元的自動立體3D顯示裝置，其中，一3D影像可被顯示而無需使用包括一液晶層的一3D光控制器。依據一實施例的該背光單元包括：一3D導光板，包含第一光輸出圖案和柱狀透鏡；第一光源，發光至該3D導光板的至少一側；一2D導光板，佈置在該3D導光板下；以及第二光源，發光至該2D導光板的至少一側。該等柱狀透鏡佈置在該3D導光板上。

Description

背光單元及包含該背光單元的自動立體3D顯示裝置
本發明係關於一種背光單元及一種包含該背光單元的自動立體3D(three-dimensional，三維)顯示裝置。
顯示3D影像或立體影像(stereopsis image)的3D影像顯示裝置分為立體(stereoscopic)3D顯示技術和自動立體(autostereoscopic)3D顯示技術。近來，這二種技術已商業化。立體3D顯示技術分為偏光(polarizing)立體3D顯示技術和快門(shutter)3D顯示技術。偏光立體3D顯示技術可切換地在直視型顯示裝置或投影機上顯示左和右視差影像的偏光，並且藉由使用偏光眼鏡顯示3D影像。快門3D顯示技術經由時間分割顯示左和右視差影像，並且藉由使用快門眼鏡顯示3D影像。
自動立體3D顯示技術藉由通過適當地控制來自顯示面板的像素的光在最佳觀看距離形成一觀看區域以顯示3D影像。觀看區域可包括「x」個視圖(views)(「x」為2或更大的整數)。
自動立體3D顯示技術需要3D光控制器，像是可切換式屏障(switchable barrier)或可切換式透鏡(switchable lens)，其藉由使用液晶層控制來自顯示面板的像素的光。可切換式屏障在2D(two-dimensional，二維)模式中藉由以其原來狀態傳遞來自顯示面板的像素的光以顯示2D影像，以及在3D模式中藉由使用液晶層而且部分遮蔽來自顯示面板的像素的光以顯示3D影像。在另一方面，可切換式透鏡在2D模式中藉由以其原來狀態傳遞來自顯示面板的像素的光以顯示2D影像，以及在3D模式中藉由使用液晶層而且部分折射來自顯示面板的 像素的光以顯示3D影像。然而，3D光控制器像是可切換式屏障和可切換式透鏡具有因為液晶層而導致生產成本高的問題。
因此，本發明係涉及一種背光單元及一種包含該背光單元的自動立體3D顯示裝置，其實質上消除因習知技術的限制和缺點所造成的一個或多個問題。
本發明的優點係提供一種背光單元及一種包含該背光單元的自動立體3D顯示裝置，其中，一3D影像可被顯示而無需使用包括一液晶層的一3D光控制器。
本發明額外的優點和特徵中的一部分將記載於以下說明書中，其中一部分對於所屬技術領域中具有通常知識者在審閱以下內容後將變得顯而易見、或者可從實施本發明而得知。本發明的目的和其他優點可藉由在說明書、申請專利範圍、及附圖中特別指出的結構而得以實現和達成。
為達成這些目的和其他優點，依據這裡具體地及概括地所描述的本發明之目的，依據本發明實施例的一種背光單元包括：一3D導光板，包含第一光輸出圖案和柱狀透鏡；第一光源，發光至該3D導光板的至少一側；一2D導光板，佈置在該3D導光板下；以及第二光源，發光至該2D導光板的至少一側。該等柱狀透鏡佈置在該3D導光板上。
在本發明的另一態樣中，一種自動立體3D顯示裝置包括：一顯示面板；以及一背光單元，發光至該顯示面板。該種背光單元包括：一3D導光板，包含第一光輸出圖案和柱狀透鏡；第一光源，發光至該3D導光板的至少一側；一2D導光板，佈置在該3D導光板下；以及第二光源，發光至該2D導光板的至少一側。該等柱狀透鏡佈置在該3D導光板上。
要理解的是，本發明上述的一般性描述和以下的詳細描述都是例示性和解釋性的，並意圖提供所請求之本發明的進一步解釋。
11‧‧‧像素電極
12‧‧‧公共電極
13‧‧‧液晶層
100‧‧‧自動立體3D顯示裝置
110‧‧‧顯示面板
120‧‧‧資料驅動器
130‧‧‧閘極驅動器
140‧‧‧顯示面板控制器
150‧‧‧主機系統
210‧‧‧背光單元
211‧‧‧3D導光板
211a‧‧‧第一導光板
211b‧‧‧第一光輸出圖案
211c‧‧‧柱狀透鏡
212‧‧‧2D導光板
212a‧‧‧第二導光板
212b‧‧‧第二光輸出圖案
213‧‧‧第一光源
214‧‧‧第二光源
215‧‧‧反射片
216‧‧‧光學片
216a‧‧‧擴散片
216b‧‧‧稜鏡片
216c‧‧‧雙增亮膜
217‧‧‧第一光源電路板
218‧‧‧第二光源電路板
220‧‧‧背光驅動器
230‧‧‧背光控制器
B‧‧‧屏障
Cst‧‧‧儲存電容器
D‧‧‧資料線
E‧‧‧兩眼之間的距離
G‧‧‧閘極線
G1‧‧‧間隔
G2‧‧‧間隔
G3‧‧‧間隔
L‧‧‧光
LA‧‧‧光軸
LE‧‧‧左眼
OA‧‧‧開口區域
D‧‧‧最佳觀看距離
P‧‧‧像素
PIT‧‧‧節距
PG‧‧‧群組
RE‧‧‧右眼
S‧‧‧後距離
SL‧‧‧表面光
T‧‧‧電晶體
TP‧‧‧三方柱
附圖被包括以提供對本發明的進一步理解，並且併入構成本申請的一部分，附圖說明本發明的實施例並且與說明書一起用於解釋本發明的原理。在圖式中：第1圖係說明依據本發明一實施例之自動立體3D顯示裝置的方塊圖；第2圖係說明第1圖的像素的電路圖；第3圖係說明第1圖的背光單元的立體圖；第4圖係說明第3圖的第一光源和3D導光板的範例的立體圖；第5A圖至第5C圖係說明第3圖的背光單元的範例的剖面圖；第6圖係說明依據本發明一實施例在3D模式中實施3D影像的方法的例示性視圖；第7A圖至第7B圖係說明當3D導光板不包括柱狀透鏡時(第7A圖)以及當3D導光板包括柱狀透鏡時(第7B圖)背光單元的光輸出的例示性視圖；第8A圖至第8B圖係說明當3D導光板不包括柱狀透鏡時(第8A圖)以及當3D導光板包括柱狀透鏡時(第8B圖)顯示的3D影像的例示性視圖；第9圖係說明第3圖的背光單元另一範例的一側剖面圖；以及第10圖係說明第3圖的背光單元另一範例的一側剖面圖。
本發明的優點和特徵及其實施方法將經由隨後的參考後附圖式所說明的實施例來闡明。然而，本發明可以不同形式體現，而且不應被解釋為受到在此提出的實施例的限制。反而，這些實施例被提供使得本發明將會是完善且完整的，而且將充分傳達本發明的範圍至所屬領域具有通常知識者。再者，本發明僅由申請專利範圍所界定。
在圖式中為描述本發明實施例而揭露的形狀、尺寸、比率、角度、及數量僅為範例，從而本發明不限於所顯示的細節。整個說明書中類似參考數字表示類似元件。在以下描述中，當相關知悉的功能或配置的詳細描述被判定為會不必要地模糊本發明的重點時，該詳細描述將被省略。
在本說明書中描述的「包含」、「具有」、及「包括」等術語被使用的情況下，另一部件可被加入，除非「只有」這術語被使用。單數形式的術語可包括複數形式，除非表示其相反情況。
在解釋一元件時，該元件被解釋為包括一誤差範圍，儘管並沒有明確的描述。
在描述位置關係時，例如，當位置關係被描述為「在…上」、「在…之上」、「在…之下」、及「在…旁」時，一或更多部件可被佈置在其他二部件中，除非「僅」或「直接」等術語被使用。
在描述時間關係時，例如，當時間順序被描述為「…之後」、「隨後的」、「緊接著」、及「…之前」時，可包括不連續的情況，除非「僅」或「直接」等術語被使用。
將被理解的是，雖然「第一」、「第二」等等這些術語可被用以描述各種元件，但是這些元件不應受限於這些術語。這些術語僅用於區分元件。例如，第一元件可能被稱為第二元件，類似地，第二元件可能被稱為第一元件，而不脫離本發明的範圍。
另外，「X軸方向」、「Y軸方向」、及「Z軸方向」不應藉由僅有互相垂直關係的幾何關係來被解釋，並且在本發明元件可有功能地運作的範圍內可具有較寬廣的方向性。
「至少一個」這術語應被理解為包括一或更多相關列舉項目的所有組合。例如，「第一項目、第二項目、及第三項目的其中至少一個」的意義表示所有從第一項目、第二項目、及第三項目的其中至少一個或更多個以及第一項目、第二項目、或第三項目所提出的項目的組合。
本發明的特徵和各種實施例可部分或全部地互相耦合或組合，而且可對彼此互操作並且在技術上被驅動如所屬領域具有通常知識者可充分理解的。本發明的實施例可單獨實現，或者可在互相依附的關係下實現。
在下文中，本發明的實施例將參考後附圖式以詳細描述。
第1圖係說明依據本發明一實施例之自動立體3D顯示裝置的方塊圖。參考第1圖，依據本發明一實施例的自動立體3D顯示裝置100包括：顯示面板110；顯示面板驅動器；顯示面板控制器140；主機系統150；背光單元210；背光驅動器220；以及背光控制器230。依據本發明所有實施例之自動立體3D顯示裝置的所有部件被可操作地耦合或配置。
由於依據本發明實施例的自動立體3D顯示裝置100藉由使用背光單元210實施屏障用於顯示3D影像，較佳的是自動立體3D顯示裝置100實施為液晶顯示裝置(liquid crystal device,LCD)。
顯示面板110使用像素P來顯示影像。顯示面板110包括：下基板、上基板、以及插入下基板與上基板之間的液晶層。資料線D和閘極線G形成在顯示面板110的下基板上。資料線D可與閘極線G交叉。
像素P可形成在資料線D與閘極線G之間的交叉部分，如第1圖所示。像素P的每一個可被連接至資料線D和閘極線G。像素P的每一個可包括：電晶體T、像素電極11、公共電極12、液晶層13、以及儲存電容器Cst，如第2圖所示。電晶體T被閘極線G的閘極信號打開，然後供應資料線D的資料電壓至像素電極11。公共電極12連接至公共線，而且公共線供應公共電壓。因此，像素P的每一個可藉由驅動液晶層13的液晶控制來自背光單元的光的穿透，其中前述驅動係經由供應至像素電極112的資料電壓與供應至公共電極122的公共電壓之間的電位差所導致的。結果，像素P可顯示影像。再者，儲存電容器Cst設置在像素電極11與公共電極12之間，而且均勻維持像素電極11與公共電極12之間的電位差。
在垂直電場驅動模式中，例如扭轉向列型(twisted nematic,TN)模式和垂直配向(vertical alignment,VA)模式，公共電極12形成在上基板上。在水平電場驅動模式中，例如面內切換模式(in plane switching,IPS)和邊緣場切換(fringe field switching,FFS)模式，公共電極與像素電極一同形成在下基板上。顯示面板110的液晶模式的範例可包括任一模式以及TN模式、VA模式、IPS模式、以及FFS模式等。
黑色矩陣和彩色濾光片可形成在顯示面板110的上基板上。彩色濾光片可形成在不被黑色矩陣覆蓋著的開口。如果顯示面板110是以覆彩色濾光片薄膜電晶體(color filter on TFT,COT）結構來形成，則彩色濾光片可形成在下基板上。
偏光板可貼附在顯示面板110的上基板和下基板的每一個上，而且用於設定液晶的預傾角的配向膜可形成。用於維持液晶層的胞間隙的柱間隔物可形成在顯示面板110的上基板與下基板之間。
顯示面板驅動器包括資料驅動器120以及閘極驅動器130。
資料驅動器120從顯示面板控制器140接收到資料控制信號DCS、2D資料DATA2D、或3D資料DATA3D。資料驅動器120可在2D模式下接收2D資料DATA2D，而且可在3D模式下接收3D資料DATA3D。資料驅動器120依據資料控制信號DCS將2D資料DATA2D或3D資料DATA3D轉換為正極性/負極性伽瑪補償電壓，並且產生類比資料電壓。從源極驅動ICs輸出的類比資料電壓供應至顯示面板110的資料線D。
閘極驅動器130從顯示面板控制器140接收到閘極控制信號GCS。閘極驅動器130依據閘極控制信號GCS產生閘極信號，然後依序提供閘極信號至顯示面板110的閘極線G。因而，資料線D的資料電壓可供應給被供應有閘極信號的像素P。
顯示面板控制器140在2D模式下從主機系統150接收到2D資料DATA2D，而且在3D模式下從主機系統150接收到3D資料DATA3D。再者，顯示面板控制器140從主機系統150接收到時序信號和模式訊號MODE。時序信號可包括水平同步信號、垂直同步信號、資料致能信號、以及點時脈。顯示面板控制器140可基於時序信號產生閘極控制信號GCS和資料控制信號DCS。
顯示面板控制器140供應閘極控制信號GCS至閘極驅動器130，並且供應資料控制信號DCS、2D資料DATA2D、或3D資料DATA3D至資料驅動器120。顯示面板控制器140可在2D模式下供應2D資料DATA2D至資料驅動器120，而且可在3D模式下供應3D資料DATA3D至資料驅動器120。
經由介面，像是低電壓差分信號(low voltage differential signaling)介面和最小化傳輸差分信號(transition minimized differential signaling)介面，主機系統150供應2D資料DATA2D和3D資料DATA3D至顯示面板控制器140。再者，主機系統150供應模式訊號MODE和時序信號至顯示面板控制器140，而且供應模式訊號MODE至背光單元230。該模式訊號MODE係表示2D模式和3D模式中哪一個對應當下模式的信號。例如，如果模式訊號MODE具有第一邏輯準位電壓，則模式信號可設定為表示2D模式；而且，如果模式訊號MODE具有第二邏輯準位電壓，則模式信號可設定為表示3D模式。
自動立體3D顯示裝置一般需要3D光控制器，其用於在2D模式下以其原來狀態顯示在顯示面板110上所顯示的2D影像，並且在3D模式下於觀看區域中顯示在顯示面板110上所顯示的3D影像作為複數個視圖。通常，3D光控制器藉由以相同方法像是可切換式屏障和可切換式透鏡使用液晶層控制來自液晶面板的像素的光。然而，3D光控制器諸如可切換式屏障和可切換式透鏡具有因為液晶層造成製造成本高的問題。在本發明的實施例中，由於背光單元210用作為3D光控制器，因此不需要獨立的3D光控制器，可降低製造成本。
如第4圖及第5A圖至第5C圖所示，背光單元210可具有：3D導光板211，包括第一光輸出圖案211b；2D導光板212，包括第二光輸出圖案212b；第一光源213，發光至3D導光板211；以及第二光源214，發光至2D導光板212。如果第一光源213發光，由於光從第一光輸出圖案212b形成的區域發出並且不從其他區域發出，所以背光單元210可提供光至顯示面板110以使其他區域用作為屏障。再者，如果第二光源214發光，則背光單元210可提供均勻表面光至顯示面板110。背光單元210的詳細描述將參考第3圖於稍後說明。
背光驅動器220接收來自背光控制器230的背光控制資料BCD。背光驅動器220依據背光控制資料BCD產生用於從背光單元210的第一光源213發光的第一驅動電流DC1以及用於從背光單元210的第二光源214發光的第二驅動電流DC2。背光驅動器220供應第一驅動電流DC1至第一光源213，而且供應第二驅動電流DC2至第一光源214。
背光控制器230從主機系統150接收模式信號MODE。背光控制器230依據模式信號MODE產生背光控制資料BCD，然後供應背光控制資料BCD至 背光驅動器220，從而控制背光驅動器220。背光控制資料可以一序列周邊介面格式(serial peripheral interface,SPI)來傳遞。
更詳細地，背光控制器230在2D模式下控制背光驅動器220以從第二光源214發光。因此，背光驅動器220在2D模式下供應第二驅動電流DC2至第二光源214。背光控制器230在3D模式下控制背光驅動器220以從第一光源213發光。因此，背光驅動器220在3D模式下供應第一驅動電流DC1至第二光源213。再者，背光控制器230可藉由考慮液晶的響應特性在2D和3D模式下於一預定負載比內控制第一光源213和第二光源214。
背光控制器230可包括在顯示面板控制器140內。亦即，顯示面板控制器140和背光控制器230可形成為一個IC。
第3圖係說明第1圖的背光單元的立體圖；以及第4圖係說明第3圖的第一光源和3D導光板的範例的立體圖。
參考第3圖，依據本發明一實施例的背光單元210包括：3D導光板211；2D導光板212；第一光源213；第二光源214；反射片215；光學片216；以及第一光源電路板217和第二光源電路板218。
3D導光板211佈置在背光單元210的最上面上。3D導光板211可包括：第一導光板211a、第一光輸出圖案211b、以及柱狀透鏡(lenticular lenses)211c。
第一光輸出圖案211b可佈置在第一導光板211a的下表面上。在此情況下，第一光輸出圖案211b可形成為刻在第一導光板211a的下表面上，使得來自第一光源213並且進入3D導光板211的光被輸出至3D導光板211的上部。
第一光輸出圖案211b的每一個可為一點稜鏡圖案。該點稜鏡圖案包括複數個三方柱(trigonal prisms,TP)，其每一個可具有三角形形狀的基底，如第4圖所示。在此情況下，為了輸出源自第一光源213並且進入3D導光板211的光至D導光板211的上部，該等三方柱可形成為面對第一光源213。
第一光輸出圖案211b可依據與第一方向(Y軸方向)交叉的第二方向分為複數個群組PG，其中第一光源213沿第一方向佈置。在複數個群組PG的每一個中，第一光輸出圖案211b可依據與第二方向交叉的第三方向來佈置。第三方向可為相對於3D導光板211的一側傾斜一預定角度的方向。亦即，在複數個 群組PG的每一個中，第一光輸出圖案211b可依據相對於3D導光板211的一側傾斜一預定角度的第三方向來佈置。因此，3D串擾可最小化。該3D串擾表示左眼影像和右眼影像因部分重疊而被觀看者看到，而且觀看者可能因為3D串擾而感覺到圖像品質的下降。
柱狀透鏡211c可佈置在第一導光板211a上，如第4圖所示。柱狀透鏡211c可在3D導光板211的製造期間以雕刻圖案形式形成在第一導光板211a上。或者，柱狀透鏡211c可在獨立於3D導光板211而被製造之後貼附至第一導光板211a。雖然柱狀透鏡211c形成為半柱狀透鏡形式如圖所示，但是柱狀透鏡211c可形成為菲涅爾透鏡(fresnel lens)形式而不限於半柱狀透鏡形式。
柱狀透鏡211c的每一個節距PIT可平行於第三方向佈置，而且光軸LA可平行於第二方向佈置。較佳地，第二方向與第三方向互相正交。
在複數個群組PG的每一個中，至少一個第一光輸出圖案211b可佈置在柱狀透鏡211c的每一個節距PIT的位置上。例如，如第4圖所示，在複數個群組PG的每一個中，一個第一光輸出圖案211b可佈置在柱狀透鏡211c的每一個節距PIT的位置上。或者，在複數個群組PG的每一個中，複數個第一光輸出圖案211b可佈置在柱狀透鏡211c的每一個節距PIT的位置上。
2D導光板212佈置在3D導光板211下。2D導光板212可包括第二導光板212a和第二光輸出圖案212b。第二光輸出圖案212b可以雕刻圖案形式形成在第二導光板212a的下表面上，以使得源自第二光源214並且進入2D導光板212的光輸出至2D導光板212的上部。第二光輸出圖案212b可被形成，但是不限於三方柱的形式，如第5A圖所示。
尤其是，第二光輸出圖案212b可完全形成在第二導光板212a的下表面上。因此，源自第二光源214並且進入2D導光板212的光輸出至2D導光板212的上部作為表面光。再者，如果第二光輸出圖案212b變成在第二光源214的遠處，則第二光輸出圖案212b可緊密地佈置以輸出均勻的表面光。
第一光源213可佈置在3D導光板211的兩側，並且發光至3D導光板211。第二光源214可佈置在2D導光板212的兩側，並且發光至2D導光板212。雖然在第3圖中第一光源213佈置在3D導光板211的兩側，而且第二光源214佈置 在2D導光板212的兩側，但是第一光源213和第二光源214不限於第3圖的範例。亦即，第一光源213可佈置在3D導光板211的一側，並且第二光源214可佈置在2D導光板212的一側。第一光源213和第二光源214可包括熱陰極螢光燈(hot cathode fluorescent lamp,HCFL)、冷陰極螢光燈(cold cathode fluorescent lamp,CCFL)、外部電極螢光燈(external electrode fluorescent lamp,EEFL)、發光二極體(light emitting diode,LED)、以及有機發光二極體(organic light emitting diode,OLED)的任一種或二種光源。
第一光源213的每一個被封裝在第一光源電路板217上，並且可藉由從第一光源電路板217接收第一驅動電流DC1來發光。第二光源214的每一個被封裝在第二光源電路板218上，並且可藉由從第一光源電路板218接收第一驅動電流DC1來發光。
反射片215可佈置在2D導光板212上。反射片215可藉由反射光至2D導光板212來降低光流失，所述反射光朝向2D導光板212的下部。
光學片216可佈置在3D導光板211與2D導光板212之間以輸出來自2D導光板212的光至顯示面板110作為更加均勻的表面光。光學片216可包括至少一擴散片和稜鏡片。例如，如第3圖所示，光學片216可包括擴散片216a、稜鏡片216b、以及雙增亮膜216c。
第5A圖至第5C圖係說明第3圖的背光單元的範例的剖面圖。第5A圖和第5B圖係顯示從第3圖的Y軸觀看背光單元時的剖面圖，以及第5C圖係顯示從第3圖的X軸觀看背光單元時的剖面圖。為便於說明，第一光源213和第二光源214並未顯示於第5C圖中。在下文中，在2D模式下的背光單元的光輸出將參考第5A圖來描述，以及在3D模式下的背光單元的光輸出將參考第5B和5C圖來描述。
參考第5A圖，第二光源214在2D模式下發光，藉此光進入2D導光板212。在2D模式下，源自第二光源214的光藉由2D導光板212的第二光輸出圖案212b輸出至2D導光板212的上部作為表面光SL。輸出至2D導光板212上部的光可經由光學片216被輸出為更加均勻的表面光SL，並且可藉由穿過3D導光板211以其原來狀態進入顯示面板110。
參考第5B圖和第5C圖，在3D模式下，第一光源213發光，藉此光進入3D導光板211。在3D模式下，源自第一光源213的光藉由3D導光板211的第一光輸出圖案211b被輸出至3D導光板211的上部。
如第5B圖所示，柱狀透鏡211c的每一個的節距PIT平行於第三方向，該第三方向為複數個群組GP1至GP5的每一個的第一光輸出圖案211b的分佈方向。如果第一光輸出圖案211b佈置在柱狀透鏡211c的焦距f上，則藉由第一光輸出圖案211b輸出至3D導光板211上部的光L藉由柱狀透鏡211c轉換為線性光。因此，在3D模式下，藉由平行第三方向的第一光輸出圖案211b輸出至3D導光板211上部的光L可以平行於第三方向的線狀類型被輸出，如第5C圖所示。
柱狀透鏡211c的焦距f可由以下等式1來計算。
在等式1中，「f」表示焦距，「n」表示柱狀透鏡211c的折射率，「R1」表示發光部的曲率半徑，以及「R2」表示入光部的曲率半徑。同時，如第5C圖所示，由於入光部與第一導光板211a接觸，所以入光部的曲率半徑接近無限大。因此，等式1可總結為以等式2表示。
最後，為了使藉由第一光輸出圖案211b輸出至3D導光板211上部的光L以平行於第三方向的線型形式被輸出，第一導光板211a的厚度可考量等式2的焦距「f」來設計。
如第5B圖所示，柱狀透鏡211c的每一個的光軸LA平行於第二方向。在第三方向上佈置的第一光輸出圖案211b僅從佈置有第一光輸出圖案211b的區域輸出光L。亦即，如第5B圖所示，第一光輸出圖案211b僅從佈置有第一光輸出圖案211b的區域輸出光L，並且在第一光輸出圖案211b之間幾乎不輸出光。 因此，在3D模式下，佈置有第一光輸出圖案211b的地區作用為開口區域OA，而且第一光輸出圖案211b之間的區域作用為屏障B。
如上所述，在本發明實施例中，如果第二光源214在2D模式中發光至2D導光板212，則均勻表面光被提供至顯示面板110。再者，在本發明實施例中，如果第一光源213在3D模式中發光至3D導光板211，則佈置有第一光輸出圖案211b的地區可作用為開口區域OA，而且第一光輸出圖案211b之間的區域可作用為屏障B。亦即，在本發明實施例中，在3D模式下，背光單元210可作用為3D光控制器。結果，在本發明實施例中，3D影像可被顯示而無需使用包括液晶層的3D控制器。因此，在本發明實施例中，由於3D影像可藉由僅增加3D導光板211和第一光源213來顯示，相較於包括液晶層的3D光控制器被使用的情況，製造成本可下降。
第6圖係說明依據本發明一實施例在3D模式中實施3D影像的方法的例示性視圖。在第6圖中，「S」係後距離，表示從顯示面板110的液晶層至3D導光板211的第一光輸出圖案211b的距離，「D」表示3D影像的最佳觀看距離，以及「E」係兩眼之間的距離，可為65mm。3D影像的最佳觀看距離D可由像素P的寬度、後距離S、以及兩眼之間的距離E來設計。
如第5B圖和第5C圖所示，如果第一光源213在3D模式中發光，則光從佈置有第一光輸出圖案211b的地區發出。因此，如果第一光源213在3D模式中發光至3D導光板211，則佈置有第一光輸出圖案211b的地區可作用為開口區域OA，而且第一光輸出圖案211b之間的區域可作用為屏障B。
由於第一光輸出圖案211b被配置為互相隔開，所以開口區域OA和屏障B交替地佈置。因為開口區域OA和屏障B的佈置，所以僅像素P的左眼影像可出入使用者的左眼LE，而且僅像素P的右眼影像可出入使用者的右眼RE。因此，使用者可看到3D影像。
同時，開口區域OA的寬度可由以下等式3來計算，而且屏障B的寬度可由以下等式4來計算。
[等式3]
在等式3和等式4中，「Q」表示開口區域OA的寬度，「M」表示屏障B的寬度，「P」表示像素的節距，「B」表示黑色矩陣的寬度，以及「2R」表示觀看邊緣。在等式3和等式4中，如果B/P與2R/E實質上彼此相同，則開口區域OA的寬度Q與屏障B的寬度M彼此相同。
第7A圖至第7B圖係說明當3D導光板不包括柱狀透鏡時(第7A圖)以及當3D導光板包括柱狀透鏡時(第7B圖)背光單元的光輸出的例示性視圖。第8A圖至第8B圖係說明當3D導光板不包括柱狀透鏡時(第8A圖)以及當3D導光板包括柱狀透鏡時(第8B圖)顯示的3D影像的例示性視圖。
如第7A圖所示，如果3D導光板211不包括柱狀透鏡211c，則背光單元210以點狀類型輸出光L，如第7A圖所示。在此情況下，由於光L並未在第二方向上佈置的第一光輸出圖案之間輸出，在顯示面板110的像素之間輸出的光可被改變。因此，顯示面板110的像素之間的亮度變成不均勻。如第8A圖所示，顏色噪訊可被使用者察覺。亦即，因為3D影像品質下降而問題出現。
然而，如果3D導光板211依據本發明實施例包括柱狀透鏡211c，則藉由平行於第二方向的第一輸出光圖案211b而輸出到3D導光板211的上部的光L可以平行於第二方向的線狀類型來輸出，如第5B圖所示。因此，背光單元210以平行於第二方向的線狀類型輸出光L，如第7B圖所示。亦即，如果3D導光板211依據本發明實施例包括柱狀透鏡211c，則當光L以點狀類型輸出如第7A圖所示時，光L不在第二方向上佈置的第一輸出光圖案211b之間被輸出的問題並不發生。因此，依據本發明實施例，由於光L可均勻地供應至顯示面板110的像素， 可防止觀看者察覺到因為像素之間的亮度不均勻性而造成的顏色訊噪，如第8B圖所示。
第9圖係說明第3圖的背光單元的另一範例的一側剖面圖。當背光單元在第3圖的Y軸方向上被觀看時的剖面圖係顯示在第9圖中。
參考第9圖，依據本發明實施例的背光單元210包括：3D導光板211；2D導光板212；第一光源213；第二光源214；反射片215；光學片216；以及第一光元電路板217和第二光元電路板218。
第9圖所示的背光單元210實質上與參考第3圖、第4圖及第5A圖至第5C圖所描述的一樣，除了佈置在第二方向上的第一光輸出圖案211b之間的間隔依據其與第一光源的距離來改變外。因此，顯示在第9圖中的3D導光板211、2D導光板212、第一光源213、第二光源214、反射片215、光學片216、以及第一和第二光元電路板217和218的其他詳細描述將被省略或簡化。
參考第9圖，如果第一光源213佈置在3D導光板211的兩側，則佈置在第二方向上的第一光輸出圖案211b之間的間隔從3D導光板211的兩側向中心變窄。亦即，如第9圖所示，在3D導光板211的兩側的第一光輸出圖案211b之間的間隔G1寬於在3D導光板211的中心的第一光輸出圖案211b之間的間隔G2。亦即，佈置在第二方向上的第一光輸出圖案211b可比在兩側更加緊密地佈置在中心。
當第一光源213佈置在3D導光板211的兩側時，如果佈置在第二方向上的第一光輸出圖案211b之間的間隔維持一致，則隨著光變成遠離第一光源213，輸出至3D導光板211的上部的光可能減少。然而，如第9圖所示，隨著光變成遠離第一光源213，如果第一光輸出圖案211b之間的間隔變窄，亦及，如果第一光輸出圖案211b佈置得更緊密，則可預防隨著光變成遠離第一光源213而輸出至3D導光板211的上部的光被減少。
同時，當在3D導光板211的兩側的第一光輸出圖案211b之間的間隔G1變寬時，如果第一光輸出圖案211b並未佈置在柱狀透鏡211c的節距PIT內，則光損失可不必要地發生在未佈置有第一光輸出圖案211b的柱狀透鏡211c的節距PIT內。因此，即使在3D導光板211的兩側的第一光輸出圖案211b之間的間隔 G1變寬，較佳的是至少一第一光輸出圖案211b佈置在柱狀透鏡211c的節距PIT內。
如上所述，在本發明的實施例中，如果第一光源213佈置在3D導光板211的兩側，則佈置在第二方向上的第一光輸出圖案211b之間的間隔從3D導光板211的兩側向中心變窄。結果，在本發明的實施例中，無論第一光輸出圖案211b與第一光源213的距離為何，均勻的光可在3D模式下被輸出。
第10圖係說明第3圖的背光單元的另一範例的一側剖面圖。當背光單元在第3圖的Y軸方向上被觀看時的剖面圖係顯示在第10圖中。
參考第10圖，依據本發明實施例的背光單元210包括：3D導光板211；2D導光板212；第一光源213；第二光源214；反射片215；光學片216；以及第一光元電路板217和第二光元電路板218。
第10圖所示的背光單元210實質上與參考第3圖、第4圖及第5A圖至第5C圖所描述的一樣，除了佈置在第二方向上的第一光輸出圖案211b之間的間隔依據其與第一光源的距離來改變外。因此，顯示在第9圖中的3D導光板211、2D導光板212、第一光源213、第二光源214、反射片215、光學片216、以及第一和第二光元電路板217和218的其他詳細描述將被省略或簡化。
參考第10圖，如果第一光源213佈置在3D導光板211的一側，則佈置在第二方向上的第一光輸出圖案211b之間的間隔從3D導光板211的一側向其他側變窄。3D導光板211的一側和其他側互相面對。亦即，如第10圖所示，在3D導光板211的一側的第一光輸出圖案211b之間的間隔G1寬於在3D導光板211的中心的第一光輸出圖案211b之間的間隔G2。再者，在3D導光板211的中心的第一光輸出圖案211b之間的間隔G2寬於在3D導光板211的其他測的第一光輸出圖案211b之間的間隔G3。亦即，佈置在第二方向上的第一光輸出圖案211b可比在一側更加緊密地佈置在其他側。
當第一光源213佈置在3D導光板211的一側時，如果佈置在第二方向上的第一光輸出圖案211b之間的間隔維持一致，則隨著光變成遠離第一光源213，輸出至3D導光板211的上部的光可能減少。然而，如第10圖所示，隨著光變成遠離第一光源213，如果第一光輸出圖案211b之間的間隔變窄，亦即，如 果第一光輸出圖案211b佈置得更緊密，則可預防隨著光變成遠離第一光源213而輸出至3D導光板211的上部的光被減少。
同時，當在3D導光板211的一側的第一光輸出圖案211b之間的間隔G1變寬時，如果第一光輸出圖案211b並未佈置在柱狀透鏡211c的節距PIT內，則光損失可不必要地發生在未佈置有第一光輸出圖案211b的柱狀透鏡211c的節距PIT內。因此，即使在3D導光板211的一側的第一光輸出圖案211b之間的間隔G1變寬，較佳的是至少一第一光輸出圖案211b佈置在柱狀透鏡211c的節距PIT內。
如上所述，在本發明的實施例中，如果第一光源213佈置在3D導光板211的一側，則佈置在第二方向上的第一光輸出圖案211b之間的間隔從3D導光板211的一側向其他側變窄。結果，在本發明的實施例中，無論第一光輸出圖案211b與第一光源213的距離為何，均勻的光可在3D模式下被輸出。
對於所屬技術領域中具有通常知識者將會是顯而易見的是，在本發明的顯示裝置中能做各種修飾和變化而不脫離本發明的精神或範圍。因此，在前述的修飾和變化納入後附之申請專利範圍或其均等範圍內的條件下，本發明意圖涵蓋前述修飾和變化。因此，以上實施例在各方面被解釋為說明性的而非限制性的。本發明的範圍應由後附的申請專利範圍及其均等範圍來界定，而非以上描述，而且來自後附申請專利範圍的意義和均等性範圍內的所有改變預期係包含在本發明中。
本案主張於2015年12月30日所提交的韓國專利申請第10-2015-0190022號的優先權權益，其全部內容通過引用併入本文，如同在此完全闡述一樣。

Claims (13)

  1. 一種背光單元，包括：一3D(三維)導光板，包含第一光輸出圖案和柱狀透鏡；第一光源，發光至該3D導光板的至少一側；一2D(二維)導光板，佈置在該3D導光板下；第二光源，發光至該2D導光板的至少一側；以及光學片，佈置在該2D導光板與該3D導光板之間，其中，該等柱狀透鏡佈置在該3D導光板上，其中，該等第一光源在一第一方向上佈置，其中，該等第一光輸出圖案在一第二方向上佈置，該第二方向與該第一方向交叉，其中，該等柱狀透鏡的一光軸平行於該第二方向，而且該等柱狀透鏡的一節距平行於一第三方向，該第三方向與該第二方向交叉，其中，該第三方向係相對於該3D導光板的一側傾斜一預定角度的方向。
  2. 依據申請專利範圍第1項所述之背光單元，其中，該等第一光輸出圖案佈置在該3D導光板的一下表面上，並且包含複數個三方柱。
  3. 依據申請專利範圍第1項所述之背光單元，其中，該等第一光輸出圖案依據該第二方向分為複數個群組。
  4. 依據申請專利範圍第3項所述之背光單元，其中，該等群組的每一個的至少一第一光輸出圖案佈置在該等柱狀透鏡的每一個的該節距內。
  5. 依據申請專利範圍第1項所述之背光單元，其中，如果該等第一光源佈置在該3D導光板的互相面對的二側，則在該等群組的每一個的該等第一光輸出圖案之間的間距從該3D導光板的二側向該3D導光板的中心變窄。
  6. 依據申請專利範圍第1項所述之背光單元，其中，如果該等第一光源佈置在該3D導光板的一側，則在該等群組的每一個的該等第一光輸出圖案之間的間距從該3D導光板的一側向該3D導光板的其他側變窄。
  7. 一種自動立體3D(三維)顯示裝置，包括：一顯示面板；以及一背光單元，發光至該顯示面板，其中該背光單元包括：一3D導光板，包含第一光輸出圖案和柱狀透鏡；第一光源，發光至該3D導光板的至少一側；一2D(二維)導光板，佈置在該3D導光板下；第二光源，發光至該2D導光板的至少一側；以及光學片，佈置在該2D導光板與該3D導光板之間，其中，該等柱狀透鏡佈置在該3D導光板上，其中，該等第一光源在一第一方向上佈置，其中，該等第一光輸出圖案在一第二方向上佈置，該第二方向與該第一方向交叉，其中，該等柱狀透鏡具有平行於該第二方向的一光軸、以及平行於一第三方向的一節距，該第三方向與該第二方向交叉，其中，該第三方向係相對於該3D導光板的一側傾斜一預定角度的方向。
  8. 依據申請專利範圍第7項所述之自動立體3D顯示裝置，其中，在該顯示面板的像素經由2D影像資料顯示一2D影像的一2D模式中僅有該等第二光源發光，而且在該顯示面板的像素經由3D影像資料顯示一3D影像的一3D模式中僅有該等第一光源發光。
  9. 依據申請專利範圍第7項所述之自動立體3D顯示裝置，其中，該等第一光輸出圖案佈置在該3D導光板的一下表面上，而且包括複數個三方柱。
  10. 依據申請專利範圍第7項所述之自動立體3D顯示裝置，其中，該等第一光輸出圖案依據該第二方向分為複數個群組。
  11. 依據申請專利範圍第10項所述之自動立體3D顯示裝置，其中，該等群組的每一個的至少一第一光輸出圖案佈置在該等柱狀透鏡的每一個的該節距內。
  12. 依據申請專利範圍第7項所述之自動立體3D顯示裝置，其中，如果該等第一光源佈置在該3D導光板的互相面對的二側，則在該等群組的每一個的該等第一光輸出圖案之間的間距從該3D導光板的二側向該3D導光板的中心變窄。
  13. 依據申請專利範圍第7項所述之自動立體3D顯示裝置，其中，如果該等第一光源佈置在該3D導光板的一側，則在該等群組的每一個的該等第一光輸出圖案之間的間距從該3D導光板的一側向該3D導光板的另一側變窄。
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