在二维和三维图像之间进行切换的立体显示器

摘要

一种用于在二维图像和三维图像之间进行切换的立体显示器，包括：显示装置，用于显示图像；视差栅栏单元，在二维模式下透射入射光，而在三维模式下形成栅栏来分离左眼图像和右眼图像。所述视差栅栏单元包括：第一偏振片，用于透射具有第一偏振方向的光；二维第一偏振光栅屏幕，包括在光栅模式中彼此交替的第一双折射元件和第二双折射元件；二维第二偏振光栅屏幕，面对所述第一偏振光栅屏幕，包括在光栅模式中彼此交替的第三双折射元件和第四双折射元件；和第二偏振片，面对所述第二偏振光栅屏幕并且仅仅透射透过所述第二偏振光栅屏幕的光中的具有第二偏振方向的光。

说明书

                          技术领域

本发明涉及一种在2维(2D)模式和3维(3D)模式之间进行切换的立体显示器，更具体地讲，涉及一种使用两个偏振光栅屏幕来产生水平视差或垂直视差的立体显示器。

                          背景技术

在现有技术中，三维(3D)图像是通过将分别由左眼和右眼捕获的两个图像组合而产生的。由于人的两只眼睛彼此分离大约65mm，所以通过各只眼睛感测到的目标的图像有点不同。这种差别被称作双眼视差，这是产生3D效果的最重要的因素。在近来的现有技术中，在诸如医疗应用、游戏、广告、教育应用和军事训练的各种领域中，对使用双眼视差提供立体图像的立体显示器的需求已经显著地增加。随着高清晰电视的发展，提供立体图像的立体电视被期待广泛应用在未来。

在现有技术中，立体显示器分成使用眼镜(例如，用户佩戴的观看眼镜)的显示器和无眼镜显示器。通常，如图1A所示，在现有技术中，使用眼镜的立体显示器包括：液晶显示器(LCD)100，用于显示带有预定偏振分量的图像；微起偏屏幕110，用于根据LCD 100的左眼图像和右眼图像来改变偏振方向；和偏振眼镜120，用于对左眼和右眼透射具有不同偏振状态的图像。例如，微起偏屏幕110是交替分布的0°延迟器110a和90°延迟器110b的组合。另外，偏振眼镜120包括一对偏振片120a和120b，通过该对偏振片120a和120b，具有不同的偏振状态的光被透过。由于微起偏屏幕110使得左眼图像和右眼图像的偏振方向彼此不同，并且偏振眼镜120分别透射左眼图像和右眼图像，所以佩戴偏振眼镜120的观众能够看见3D图像。

然而，在现有技术中，立体显示器的缺点在于，观众必须佩戴偏振眼镜120来观看3D图像。响应于此，已经开发出了现有技术中的无眼镜的立体显示器。该无眼镜立体显示器通过分离左眼图像和右眼图像来获得3D图像。通常，现有技术中的无眼镜立体显示器分成视差栅栏显示器和透镜显示器。在现有技术的视差栅栏显示器中，将由左眼和右眼观看的图像以交替垂直模式被显示，该模式使用非常薄的垂直栅格(即，栅栏)来观看该模式。通过这样，将由左眼观看的垂直模式图像和将由右眼观看的垂直模式图像由栅栏分离。结果，左眼和右眼从不同视点观看图像，从而看见3D图像。

按照图1B所示的视差栅栏显示器，视差栅栏50包括以垂直光栅模式形成的缝隙55和屏蔽57，并且位于LCD面板53之前，该LCD面板53具有分别与观众的左眼LE和右眼RE对应的左眼图像信息L和右眼图像信息R。每只眼睛通过视差栅栏50的缝隙55观看不同的图像。将被输入左眼的左眼图像信息L和将被输入右眼的右眼图像信息R以水平方向交替形成在LCD面板53中。如果视差栅栏50位于水平方向和垂直方向上，则水平视差和垂直视差能够被建立，从而提供较好的立体图像。

同时，为了根据显示在显示装置上的图像信号来提供2D图像或3D图像，需要将现有技术中的无眼镜立体显示器在2D模式和3D模式之间进行切换。因此，在现有技术中的可切换的各种立体显示器已经被开发出来。例如，按照在第2004-0109115号美国专利申请中公开的立体显示器，两个包括多个垂直条纹的微延迟器被相对地移动以提供2D图像或3D图像。然而，该在第2004-0109115号美国专利中公开的立体显示器仅仅使用水平视差来提供3D图像，所以导致获得较好的3D图像受到限制。

                          发明内容

本发明提供一种立体显示器，该立体显示器能够在2D模式和3D模式之间进行切换并且当提供3D图像时产生水平视差和垂直视差。

按照本发明的一个技术问题，提供了一种用于在2D图像和3D图像之间进行切换的立体显示器，该立体显示器包括：显示装置，用于显示图像；视差栅栏单元，在二维模式下透射所有入射光，而在三维模式下形成栅栏来分离左眼图像和右眼图像，其中，所述视差栅栏单元包括：第一偏振片，用于透射具有第一偏振方向的光；第一偏振光栅屏幕，包括第一双折射元件和第二双折射元件，所述第一双折射元件用于将透过所述第一偏振片的光的偏振方向改变成第一方向，所述第二双折射元件用于将透过所述第一偏振片的光的偏振方向改变成第二方向，所述第二方向基本上与所述第一方向相反。所述第一双折射元件与所述第二双折射元件在光栅模式中彼此交替；第二偏振光栅屏幕，面对所述第一偏振光栅屏幕，包括第三双折射元件和第四双折射元件，所述第三双折射元件用于将透过所述第一偏振光栅屏幕的光的偏振方向改变成所述第一方向，所述第四双折射元件用于将透过所述第一偏振光栅屏幕的光的偏振方向改变成所述第二方向，所述第二方向与所述第一方向相反。所述第三双折射元件和所述第四双折射元件在所述光栅模式中彼此交替；和第二偏振片，面对所述第二偏振光栅屏幕并且仅仅透射透过所述第二偏振光栅屏幕的光中的具有第二偏振方向的光。

所述第一偏振光栅屏幕和所述第二偏振光栅屏幕中的至少一个可移动，使得能够根据所述第一和第二偏振光栅屏幕的位置来选择性地显示二维图像和三维图像。

所述第一偏振光栅屏幕和所述第二偏振光栅屏幕中的至少一个可水平地移动，使得形成用于三维图像的垂直栅栏以产生水平视差。所述第一偏振光栅屏幕和所述第二偏振光栅屏幕中的至少一个可垂直地移动，使得形成用于三维图像的水平栅栏以产生垂直视差。所述第一偏振光栅屏幕和所述第二偏振光栅屏幕中的至少一个可同时水平和垂直地移动，使得形成用于三维图像的垂直栅栏以产生水平视差以及形成用于三维图像的水平栅栏以产生垂直视差。

所述第一和第二双折射元件之一是将入射光大约旋转+45°的旋光器，所述第一和第二双折射元件中的另外一个是将入射光旋转大约-45°的旋光器。所述第三和第四双折射元件之一是将入射光旋转大约+45°的旋光器，所述第三和第四双折射元件中的另外一个是将入射光旋转大约-45°的旋光器。

所述第一和第二双折射元件之一是将入射光的相位延迟大约+λ/4的延迟器，所述第一和第二双折射元件中的另外一个是将入射光的相位延迟大约-λ/4的延迟器。所述第三和第四双折射元件之一是将入射光的相位延迟大约+λ/4的延迟器，所述第三和第四双折射元件中的另外一个是将入射光的相位延迟大约-λ/4的延迟器。

第一偏振片和第二偏振片可以以这样一种方式形成，该方式为：它们的偏振方向彼此能够基本上平行或垂直。

所述显示装置可包括多个独立发光的二维象素，并且所述视差栅栏单元可位于所述显示装置和观众之间。所述显示装置可以是等离子显示面板。

所述显示装置可包括：背光单元，用于发光；后偏振片，用于仅仅透射由所述背光单元发射的光中的具有第三偏振方向的光；液晶显示面板，将入射光每象素偏振并且提供图像；和前偏振片，用于仅仅透射透过所述液晶显示面板的光中的具有第四偏振方向的光，其中，所述视差栅栏单元位于所述液晶显示面板和观众之间，并且所述显示装置的前偏振片是所述视差栅栏单元的第一偏振片。

所述显示装置可以包括：背光单元，用于发光；后偏振片，用于仅仅透射由所述背光单元发射的光中的具有第一偏振方向的光；液晶显示面板，将入射光每象素偏振并且提供图像；和前偏振片，用于仅仅透射透过所述液晶显示面板的光中的具有第二偏振方向的光，其中，所述视差栅栏单元位于所述背光单元和所述液晶显示面板之间，并且所述显示装置的后偏振片是所述视差栅栏单元的第二偏振片。

                          附图说明

通过对照附图详细描述本发明的示例性实施例，本发明的以上和其它方面将变得更加清楚，其中：

图1A示出现有技术的使用眼镜的立体显示器；

图1B是用于解释现有技术的视差栅栏立体显示器的原理的示意图；

图2A和2B示出根据本发明示例性实施例的偏振光栅屏幕；

图3A到3C是用于解释在根据本发明示例性实施例的立体显示器中形成2D图像的方法的示意图；

图4A和4B是用于解释在根据本发明示例性实施例的立体显示器中形成3D图像的方法的截面图；

图4C是通过水平移动两个偏振光栅屏幕而形成的水平视差栅栏模式的正视图；和

图4D是通过垂直移动两个偏振光栅屏幕而形成的垂直视差栅栏模式的正视图。

                        具体实施方式

现在将对照附图来更加全面地描述本发明，其中，示出了本发明的示例性实施例。

图2A和2B示出了根据本发明示例性实施例的第一和第二偏振光栅屏幕。第一偏振光栅屏幕11和第二偏振光栅屏幕12中的每个可以是双折射元件(即，旋光器和延迟器)的组合。第一偏振光栅屏幕11具有二维(2D)光栅模式，从而多个第一和第二双折射元件11a和11b基本是方形的并且具有彼此交替的长度。同样，第二偏振光栅屏幕12具有2D光栅模式，从而多个第三和第四双折射元件12a和12b基本是方形的并且具有彼此交替的长度。

举例但非限制，当第一和第二双折射元件11a和11b是旋光器(即，圆形双折射元件)时，第一和第二双折射元件11a和11b分别将入射光旋转大约+45°和-45°。另外，当第三和第四双折射元件12a和12b是旋光器时，它们分别将入射光旋转大约-45°和+45°。

或者，第一和第二双折射元件11a和11b可以是作为线性双折射元件的延迟器。在这种情况下，第一和第二双折射元件11a和11b分别将入射光相位大约延迟+λ/4和-λ/4，其中，λ表示入射光的波长。另外，当第三和第四双折射元件12a和12b是延迟器时，它们分别将入射光的相位延迟大约-λ/4和+λ/4。当入射的偏振方向的光被大约延迟+λ/4或-λ/4时，入射光的偏振方向被改变大约+45°或-45°。因此，无论第一到第四双折射元件11a、11b、12a和12b是旋光器还是延迟器，它们都能够将入射光的偏振方向改变成特定方向。

因此，能够通过相对地移动第一和第二偏振光栅屏幕11和12来实现2D图像或3D图像。

图3A到3C示出了示意图，该示意图用于解释在根据本发明示例性实施例的立体显示器中使用第一和第二偏振光栅屏幕11和12来形成2D图像的方法。

对照图3A，为了产生2D图像，第一和第二偏振光栅屏幕11和12彼此完全重叠，从而第一和第二双折射元件11a和11b与对应的第三和第四双折射元件12a和12b相符合。结果，透过第一双折射元件11a的光入射在第三双折射元件12a上，而透过第二双折射元件11b的光入射在第四双折射元件12b上。如果入射在第一偏振光栅屏幕11上的光具有大约90°的偏振，则透过第一双折射元件11a的光被大约旋转+45°从而具有大约135°的偏振，而透过第二双折射元件11b的光大约被旋转-45°从而具有大约45°的偏振。然后，透过第一双折射元件11a并入射在第三双折射元件12a上的光大约被旋转-45°从而具有大约90°的偏振。另外，透过第二双折射元件11b并入射在第四双折射元件12b的光大约被旋转+45°从而也具有大约90°的偏振。因此，当第一和第二偏振光栅屏幕11和12彼此完全重叠时，从第二偏振光栅屏幕12发出的光具有基本上相同的偏振。

图3B是为获得2D图像而配置的图3A的立体显示器的截面图。该立体显示器包括：显示装置10，用于提供图像；第一偏振片13，仅仅透过具有第一偏振方向的光；第一和第二偏振光栅屏幕11和12；和第二偏振片14，面对第二偏振光栅屏幕并且仅仅透射透过第二偏振光栅屏幕12的光中的具有第二偏振方向的光。这里，第一偏振片13、第一和第二偏振光栅屏幕11和12以及第二偏振片14构成了视差栅栏单元，该视差栅栏单元在2D模式下透射所有的入射光，而在3D模式下形成栅栏以分离左眼图像和右眼图像。在2D模式下，如图3B所示，第一和第二偏振光栅屏幕11和12彼此完全重叠，从而第一偏振光栅屏幕的第一和第二双折射元件11a和11b分别与第二偏振光栅屏幕12的各个相应的第三和第四双折射元件12a和12b相符合。

在这个结构中，从显示装置10提供的光首先入射在第一偏振片13上。例如，第一偏振片13可以仅仅透射从显示装置10入射的光中的具有大约90°偏振的光。在通过第一偏振片13以后，该光的一部分连续通过第一双折射元件11a和第三双折射元件12a，剩余部分的光连续通过第二双折射元件11b和第四双折射元件12b。如上所述，从第二偏振光栅屏幕12发出的所有的光具有相同的大约90°的偏振。因此，当仅仅透射具有大约90°偏振的光的第一偏振片13被用作第二偏振片14时，从显示装置10提供的图像基本上如该图像产生的那样被透射到观众。因此，显示装置10显示一般的2D图像，观众能够看见2D图像。

尽管在该示例性实施例中，第一和第二双折射元件11a和11b分别将入射光旋转大约+45°和-45°以及第三和第四双折射元件12a和12b分别将入射光旋转大约-45°和+45°，但是第一到第四双折射元件11a、11b、12a和12b可以将入射光旋转不同的角度。例如，第三和第四双折射元件12a和12b可以分别将入射光旋转大约+45°和-45°。在这种情况下，如果具有大约90°偏振的入射光连续通过第一和第三双折射元件11a和12a，则入射光变成具有大约180°的偏振。如果具有大约90°偏振的入射光连续通过第二和第四双折射元件11b和12b，则该入射光具有大约0°的偏振。因此，如果第一偏振片13仅仅透射具有大约90°偏振的光，则第二偏振片14应该能够透过具有大约0°或180°偏振的基本上与第一偏振片13垂直的光。

同时，显示装置10可以是任何一种显示器，例如而非限制，等离子显示面板PDP。如图3B所示，构成视差栅栏单元的元件11、12、13和14位于显示装置10和观众之间。

显示装置10可以是替代PDP的液晶显示器(LCD)。该LCD还包括：背光单元15(见图3C)，用于发射光；后偏振片16，用于仅仅透射由背光单元15发射的光中的具有第一偏振方向的光；LCD面板17，用于将入射光每象素偏振并且提供图像；和前偏振片18，用于仅仅透射透过LCD面板17的光中的具有第二偏振方向的光。由于该LCD包括后偏振片16和前偏振片18，所以当视差栅栏单元位于LCD和观众之间时，LCD的前偏振片18可被用作该视差栅栏单元的第一偏振片。同时，如图3C所示，该视差栅栏单元可以位于背光单元15和LCD的LCD面板17之间。在这种情况下，LCD的后偏振片16可被用作视差栅栏单元的第二偏振片。

图4A和4B是用于解释在根据示例性实施例的立体显示器中形成3D图像的方法的截面图。

为了实现3D图像，视差栅栏单元的第一偏振光栅屏幕11和第二偏振光栅屏幕12相对地移动。第一偏振光栅屏幕11和第二偏振光栅屏幕12中的任何一个能够被垂直或水平地移动。于是，如图4A所示，第一偏振光栅屏幕11的第一和第二双折射元件11a和11b不与第二偏振光栅屏幕12的第三和第四双折射元件12a和12b彼此对齐。因此，透过第一双折射元件11a的光的一部分透过第三双折射元件12a，而透过第一双折射元件11a的光的剩余部分透过第四双折射元件12b。透过第二双折射元件11b的光的一部分透过第三双折射元件12a，该光的剩余部分透过第四双折射元件12b。

当第一和第二双折射元件11a和11b将入射光分别旋转+45°和-45°，第三和第四双折射元件12a和12b将入射光分别旋转-45°和+45°，并且第一偏振片13和第二偏振片14仅仅透射具有大约90°偏振的光时，立体显示器如下操作。

首先，从显示装置10发射的光通过第一偏振片13从而具有大约90°的偏振。其后，透过第一偏振片13的光的一部分透过第一双折射元件11a从而具有大约135°的偏振，而透过第一偏振片13的光的剩余部分透过第二双折射元件11b从而具有大约45°的偏振。透过第一双折射元件11a的光的一部分透过第三双折射元件12a从而具有大约90°的偏振，而透过第一双折射元件11a的光的剩余部分通过第四双折射元件12b从而具有大约180°的偏振。另外，透过第二双折射元件11b的光的一部分透过第三双折射元件12a从而具有大约0°的偏振，而透过第二双折射元件11b的光的剩余部分透过第四双折射元件12b从而具有大约90°的偏振。由于第二偏振片14仅仅透射具有大约90°偏振的光，所以仅仅连续透过第一双折射元件11a和第三双折射元件12a的光以及连续透过第二双折射元件11b和第四双折射元件12b的光能够透过第二偏振片14，而其它光被阻挡。

结果，如图4A所示，能够透过光的透射区和不能够透过光的黑区彼此交替。与图1B的一般的视差栅栏显示器相比，透射区对应于缝隙，而黑区对应于视差栅栏。因此，观众的左眼的图像和右眼的图像能够由视差栅栏单元分离。由于这样会产生双眼视差，所以能够获得立体3D图像。

如上所述，显示装置10可以是PDP或LCD。对照图4B，与图3C相似，显示装置10是LCD，用于产生视差栅栏的视差栅栏单元位于背光单元15和LCD面板17之间。如上所述，LCD的后偏振片16能够用作视差栅栏单元的第二偏振片。

由于通过在2D光栅模式下布置基本上是方形的双折射元件来形成第一和第二偏振光栅屏幕11和12，所以能够通过垂直或水平地移动第一和第二偏振光栅屏幕11和12来建立视差栅栏。图4C是通过水平移动两个偏振光栅屏幕形成的水平视差模式的正视图。对照图4C，垂直视差栅栏20和缝隙21在水平方向上彼此交替来产生水平视差。因此，观众能够看见水平立体图像。图4D是通过垂直地移动两个偏振光栅屏幕而形成的视差模式的正视图。对照图4D，水平视差栅栏30和缝隙31在垂直方向上彼此交替来建立垂直视差。因此，观众能够看见垂直立体图像。另外，当第一和第二偏振光栅屏幕11和12同时水平和垂直地移动一段距离时，垂直视差栅栏和水平视差栅栏基本上同时形成。因此，能够建立垂直视差和水平视差，从而提供较好的立体图像。

如上所述，根据本示例性实施例的立体显示器能够使用两个偏振光栅屏幕来在2D模式和3D模式之间容易地进行切换。具体地讲，由于在3D模式下能够基本上同时产生水平视差和垂直视差，所以与现有技术的2D/3D可切换的立体显示器相比，该示例性实施例的2D/3D可切换立体显示器能够提供更加完美的立体图像。

尽管已经对照本发明的示例性实施例详细示出和描述了本发明，但是本领域技术人员应该明白，在不脱离本发明的范围和精神的情况下，可以在其中做出形式和细节上的各种改变，本发明的范围由权利要求限定。