CN102857775A - 显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及显示装置。显示装置包括：显示单元，其分N次时间分割地显示多个视点图像，N是大于等于2的整数；背光源，其向显示单元照射图像显示光；和分离单元，其将在同一时间段内显示的M个视点图像在显示单元中分离开，M是大于等于2的整数。背光源能够在N个方向之间对光的出射方向进行切换控制，并且能够与显示单元进行的时间分割显示的时序同步地对光的出射方向时间分割地进行切换控制。

Description

显示装置
技术领域
本发明涉及通过使用视差分离装置(例如视差屏障)执行裸眼方法的立体显示的显示装置。
背景技术
存在两种类型的立体显示方法：使用眼镜以进行立体观察的眼镜方法，和能够在没有用于立体观察的专用眼镜的情况下通过裸眼实现立体观察的裸眼方法。作为通常的眼镜方法，存在使用具有左眼快门和右眼快门的快门眼镜的快门眼镜方法。在快门眼镜方法中，在二维显示面板上高速地以帧连续方式交替显示左眼和右眼视差图像。在显示左眼和右眼视差图像的时刻交替地对左眼快门和右眼快门进行切换，以使得左眼和右眼视差图像分别进入观察者的左眼和右眼，以实现立体观察。
另一方面，作为通常的裸眼方法，存在视差屏障方法和柱状透镜方法。在视差屏障方法和柱状透镜方法中，用于立体观察的视差图像(对于两个观察点的情况是右眼视差图像和左眼视差图像)被空间分割并显示在二维显示面板上，通过视差分离装置使视差图像受到沿水平方向的视差分离，以实现立体观察。在视差屏障方法中，具有狭缝形状开口的视差屏障被用作视差分离装置。在柱状透镜方法中，设置有多个圆柱形对切透镜的柱状透镜被用作视差分离装置。
发明内容
但是，在使用视差分离装置的裸眼方法中，因为多个视点图像被空间分割并显示在二维显示面板的一个屏幕上，所以每个视点图像的显示分辨率会变得低于显示面板的显示分辨率。这种显示分辨率降低随着视点图像数量增大而变得严重。
另一方面，在裸眼方法中，主瓣存在于中央，主瓣是能实现正常立体观察的观察区域。侧瓣存在于主瓣的侧向并将主瓣夹在中间，侧瓣是能够实现与主瓣中相同的正常立体观察的多个观察区域。在主瓣和侧瓣中每一者中显示相同状态(布置)的多个视点图像。例如，当执行三视点立体显示时，在主瓣和侧瓣中每一者中以相同的布置显示用于三个视点的视点图像。日本未审查专利申请公开No.10-282453和日本未审查专利申请公开No.2005-91447各自描述立体显示装置的结构，其中视差分离装置被放置在二维显示面板的图像显示侧，瓣控制器被放置在二维显示面板和视差分离装置之间。在这种立体显示装置中，瓣控制器时间分割地交替显示主瓣和侧瓣，并且在要在二维显示面板上显示的多个视点图像之间时间分割地进行切换，以使得在主瓣和侧瓣中显示不同的视点图像。这计划增加视点数量并扩大观察区域。
期望提供能够增加视点数量以实现立体观察和能够扩大观察区域的显示装置。
根据本发明的实施例，提供显示装置，其包括：显示单元，其分N次时间分割地显示多个视点图像，N是大于等于2的整数；背光源，其向显示单元照射图像显示光；和分离单元，其将在同一时间段内显示的M个视点图像在显示单元中分离开，M是大于等于2的整数。背光源可受控以使得在N个方向之间对光的出射方向进行切换。与显示单元进行的时间分割显示的时序同步地对光的出射方向时间分割地进行切换。
在根据本发明的实施例的显示装置中，显示单元分N次时间分割地显示多个视点图像。在背光源中，在N个方向之间对光的出射方向进行切换，与显示单元进行的时间分割显示的时序同步地对光的出射方向时间分割地进行切换。相应地，整体上可实现N个观察区域的连续立体观察。
因为在显示单元中分N次时间分割地显示多个视点图像，并且与显示单元进行的时间分割显示的时序同步地对背光源的光的出射方向时间分割地进行切换，所以根据本发明的实施例的显示装置可以增加能实现立体观察的视点的数量并且扩大观察区域。
附图说明
图1是示出根据本发明的实施例的显示装置的整体结构和第一显示状态的截面图。
图2是示出图1所示的显示装置的第二显示状态的截面图。
图3是示出图1所示的显示装置的背光源的第一结构示例的截面图。
图4是示出图1所示的显示装置的背光源的第二结构示例的截面图。
图SA至5C示出包括图4所示的背光源的显示装置的时间分割控制的时序示例。
图6是示出从图4所示的背光源沿着向左方向发出的光的亮度分布的图。
图7是示出从图4所示的背光源沿着向右方向发出的光的亮度分布的图。
图8是示出包括图4所示的背光源的显示装置的显示状态的示例的截面图。
图9是示出根据修改形式的显示装置的整体结构和显示状态的截面图。
图10A示出从根据修改形式的显示装置的背光源发出光的方向。图10B示出由柱状透镜形成的一个观察区域，该柱状透镜用作根据修改形式的显示装置的视差分离装置。
具体实施方式
将参照附图描述本发明的实施例。
[显示装置的整体结构]
图1和图2示出根据本发明的实施例的显示装置的结构示例。该显示装置包括显示单元1、作为视差分离装置(分离单元)的柱状透镜2、以及背光源3。
显示单元1包括二维透过型显示装置，例如，该二维透过型显示装置是透过型液晶显示面板。多个像素(或子像素)1A以二维方式布置在显示单元1的显示屏上。在显示单元1的显示屏上分N(等于或大于2的整数)次时间分割地显示多个视点图像。
在图1和图2的示例中，分N(＝2)次时间分割地显示第一至第六视点图像；图1示出第一至第三视点图像，图2示出第四至第六视点图像。即，在图1的显示状态中，将第一至第三视点图像重复分配至多个像素(或子像素)1A，显示出将第一至第三视点图像合成为一个画像的视差合成图像。在图2的显示状态中，将第四至第六视点图像重复分配至多个像素(或子像素)1A，显示出将第四至第六视点图像合成为一个画像的视差合成图像。
例如，柱状透镜2是并排布置的多个圆柱形分割透镜。柱状透镜2将在同一时间段内显示的M(等于或大于2的整数)个视点图像在显示单元1中分离开，并在N个观察区域中的每一者中形成M个视点图像。在图1和图2的示例中，将在同一时间段内显示的M(＝3)个视点图像分离开，在N(＝2)个观察区域(第一观察区域11和第二观察区域12)中的每一者中形成三个视点图像。
在本实施例中描述使用柱状透镜2的柱状透镜方法的示例，但是允许有使用视差屏障方法的显示装置的结构。在这种情况下，使用作为视差分离装置的视差屏障元件，代替柱状透镜2。视差屏障元件包括透过光的开口和屏蔽光的屏蔽单元。
背光源3在与N个观察区域相对应的N个方向之间对光的出射方向进行切换。与显示单元1进行的时间分割显示的时序同步地对光的出射方向时间分割地进行切换。
在图1和图2的示例中，背光源3在与N(＝2)个观察区域(第一观察区域11和第二观察区域12)相对应的N(＝2)个方向之间对光的出射方向进行切换。即，在图1中光的出射方向被切换至与第一观察区域11相对应的方向，在图2中光的出射方向被切换至与第二观察区域12相对应的方向。在图1和图2的示例中，两个观察区域(第一观察区域11和第二观察区域12)的边界对应于显示单元1的中央。背光源3以两个观察区域的边界为边界在两个方向之间对光的出射方向进行切换。
[显示装置的整体操作]
在本显示装置中，在显示单元1上分N次时间分割地显示多个视点图像。背光源3在与N个观察区域相对应的N个方向之间对光的出射方向进行切换，并且与显示单元1进行的时间分割显示的时序同步地对光的出射方向时间分割地进行切换。这能够在整体上实现N个观察区域的连续立体观察，增加能够实现立体观察的视点的数量，并扩大观察区域。
在图1和图2的示例中，在显示单元1上首先显示第一至第三视点图像，作为第一显示状态(图1)。柱状透镜2在第一观察区域11和第二观察区域12中的每一者中形成第一至第三视点图像。与此同步地，背光源3将光的出射方向切换至与第一观察区域11相对应的方向。在这种情况下，因为光没有到达第二观察区域12，最终，只能观察到在第一观察区域11中显示的第一至第三视点图像。
然后，在显示单元1上显示第四至第六视点图像，作为第二显示状态(图2)。柱状透镜2在第一观察区域11和第二观察区域12中的每一者中形成第四至第六视点图像。与此同步地，背光源3将光的出射方向切换至与第二观察区域12相对应的方向。在这种情况下，因为光没有到达第一观察区域11，最终，只能观察到在第二观察区域12中显示的第四至第六视点图像。
足够快速地对图1中的第一显示状态和图2中的第二显示状态交替进行切换以不被人眼分辨出，以使得整体上能够实现正常立体观察的观察区域变成第一观察区域11和第二观察区域12的组合。整体上视点的数量变成6。
[背光源3的第一具体示例]
图3是背光源3的第一具体示例。在图3的示例中，在第一显示状态中显示第一至第四视点图像，在第二显示状态中显示第五至第八视点图像，视点的总数是八。
在第一具体示例中，背光源3包括光源21、光学调制装置22和柱状透镜23。光源21是荧光灯(例如，CCFL(冷阴极荧光灯)等)或包括LED(发光二极管)的平面光源。
例如，光学调制装置22包括液晶二极管。光学调制装置22包括开口22A和屏蔽单元22B，开口22A使来自光源21的光穿过，屏蔽单元22B对光进行屏蔽，可以时间分割地在N个不同位置之间对开口22A的位置进行切换控制。例如，柱状透镜23是并排布置的多个圆柱形分割透镜。柱状透镜23将穿过开口22A的光聚焦在显示单元1一侧上。
在第一具体示例中，改变光学调制装置22的开口22A的位置，以对光的出射方向进行切换控制。图3示出光的出射方向被切换至与第二观察区域12相对应的方向的状态。
[背光源3的第二具体示例]
图4示出背光源3的第二具体示例。本示例中的背光源3包括从底部按顺序设置的反射装置35、下侧光波导31、上侧光波导32和棱镜板33。下侧光波导31和上侧光波导32放置成彼此面对，并具有彼此不同的光的出射方向。光源31A包括荧光灯(例如CCFL等)或LED等，光源31A在下侧光波导31的一侧。类似地，下侧光波导31放置在上侧光波导32的一侧。下侧光波导31上的光源31A和上侧光波导32上的光源32A放置在彼此相反侧。在图4中，光源31A放置在左侧，光源32A放置在右侧。
多个倾斜面31B形成于下侧光波导31的底面上。倾斜面31B朝向放置有光源31A的方向倾斜，以使得由光源31A发出的光与下侧光波导31的上表面呈某一角度向外射出。来自下侧光波导31的出射光经过上侧光波导32和棱镜板33、沿着与第二观察区域12相对应的方向射出。
多个倾斜面32B形成于上侧光波导32的底面上。倾斜面32B朝向放置有光源32A的方向倾斜，以使得由光源32A发出的光与上侧光波导32的上表面呈某一角度向外射出。来自上侧光波导32的出射光经过棱镜板33、沿着与第一观察区域11相对应的方向射出。
棱镜板33放置在下侧光波导31和上侧光波导32上以面对下侧光波导31和上侧光波导32。棱镜板33具有多个倒棱镜34，倒棱镜34具有类似倒三角的截面形状且第一顶点朝向光波导。每个倒棱镜34的第一表面34A对来自上侧光波导32的出射光沿着与第一观察区域11相对应的方向进行反射。每个倒棱镜34的第二表面34B对来自下侧光波导31的出射光沿着与第二观察区域12相对应的方向进行反射。
在第二具体示例中，时间分割地交替驱动下侧光波导31和上侧光波导32，以使得对光的出射方向进行切换控制。图5A至5C示出当背光源3具有图4所示的结构时的时间分割控制的时序的示例。图5A示出将视点图像写到显示单元1的时序；图5B示出在显示单元1为液晶显示装置时、液晶的响应时序；图5C示出背光源3中的下侧光波导31(位于左侧的光源31A)和上侧光波导32(位于右侧的光源32A)的光源发光时序。
在图5A中，将第一至第三视点图像数据写到显示单元1。然后，如图5B和5C所示，当显示单元1的液晶的响应完全实现时，右侧的光源32A发光。这允许只观察到第一观察区域11中显示的第一至第三视点图像。然后，如图5A所示，将第四至第六视点图像数据写到显示单元1。然后，如图5B和5C所示，当显示单元1的液晶的响应完全实现时，左侧的光源31A发光。这允许只观察到第二观察区域12中显示的第四至第六视点图像。
(倒棱镜34的顶点角度)
图6示出当在图4的背光源3中右侧的光源32A发光时沿着向左方向(朝向第一观察区域11)发出的光的亮度的分布。图7示出当在图4的背光源3中左侧的光源31A发光时沿着向右方向(朝向第二观察区域12)发出的光的亮度的分布。在水平轴上，显示单元1的中间方向假设为0°，向左方向为负值，向右方向为正值。
通过在倒棱镜34的第一顶点(由第一表面34A和第二表面34B形成的下侧顶点)的顶点角度约70°、且位于底边一侧上的第二顶点的顶点角度θa和第三顶点的顶点角度θb相同的情况下对亮度特性进行模拟而获得图6和图7中的特性。在这种构造中，如图6和7所示，在左侧亮度的峰值出现在-15°处，在右侧亮度的峰值出现在12°处，形状非对称。这是因为来自下侧光波导31的出射光的角度受到上侧光波导32的影响。当使用通常的对称棱镜时，在该棱镜中在倒棱镜34的底边一侧上第二顶点的顶点角度θa等于第三顶点的顶点角度θa，来自上侧光波导32的光被相对很大地向左折射。光被下侧光波导31向右折射的角度变得相对非常小。优选的是第二顶点的顶点角度θa不同于第三顶点的顶点角度θb。更具体地，优选的是例如通过使用下列值使得第二顶点的顶点角度θa小于第三顶点的顶点角度θb。这使得来自背光源3的光最终以±13.6°的角度沿着向左和向右方向射出。
θa＝54.3°，θb＝55.7°
如果如图6和7所示的背光源3的光的亮度的分布非对称，则根据亮度分布的差别来移动两个观察区域(第一观察区域11和第二观察区域12)的边界就足够了。图8示出这种显示状态的示例。在图1和图2的示例中，两个观察区域的边界对准显示单元1的中央。在图8的显示示例中，两个观察区域的边界向左移动。
[修改形式]
在上述描述中，示出分N(＝2)次时间分割显示的示例，但是还可以是分N(＝3)次。
图9示出分N(＝3)次时间分割显示第一至第十二视点图像的示例。在图9的示例中，柱状透镜2将在同一时间段内显示的M(＝4)个视点图像分离开，并在N(＝3)观察区域(第一观察区域51、第二观察区域52和第三观察区域53)中的每一者中形成四个视点图像。第一观察区域51对应于所谓的主瓣，第二观察区域52对应于第一侧瓣，第三观察区域53对应于第二侧瓣。
图10A示出来自根据本修改形式的显示装置的背光源3的光的出射方向。图10A示出包括显示为图3中的背光源3的光学调制装置22以及柱状透镜23。图10B示出由作为视差分离装置(分离单元)的柱状透镜2形成的第一观察区域51。如图10A和10B所示，背光源3将光的出射方向控制切换到由第一观察区域51的两端限界的三个方向。
在此修改形式中，在第一显示状态，显示单元1显示第五至第八视点图像，背光源3将光的出射方向切换至与第一观察区域51相对应的方向。因为在这种情况下光没有到达第二观察区域52和第三观察区域53，最终只能观察到第一观察区域51中显示的第五至第八视点图像。类似地，在第二显示状态中只能观察到第二观察区域52中显示的第一至第四视点图像，在第三显示状态中只能观察到第三观察区域53中显示的第九至第十二视点图像。
在此修改形式中，图4所示的光波导类型可以用作背光源3。图4示出下侧光波导31和上侧光波导32布置成彼此面对的结构示例，但是可以将三个或更多个光波导布置成彼此面对以将光的出射方向控制切换到三个或更多个方向。
[效果]
如上所述，根据本发明的实施例中的显示装置，在显示单元1中分N次时间分割地显示多个视点图像，与显示单元1进行的时间分割显示的时序同步地对来自背光源3的光的出射方向时间分割地进行切换，以使得增加能够实现立体观察的视点的数量并扩大观察区域。
<其他实施例>
根据本发明的技术不限于上述实施例，可以进行各种修改。
例如，本发明可以采用下列结构。
(1)一种显示装置，其包括：
显示单元，其分N次时间分割地显示多个视点图像，N是大于等于2的整数；
背光源，其向显示单元照射图像显示光；和
分离单元，其将在同一时间段内显示的M个视点图像在显示单元中分离开，M是大于等于2的整数；其中
背光源能够在N个方向之间对光的出射方向进行切换控制，并且能够与显示单元进行的时间分割显示的时序同步地对光的出射方向时间分割地进行切换控制。
(2)根据(1)的显示装置，其中，分离单元在N个观察区域中的每一者中形成M个视点图像。
(3)根据(2)的显示装置，其中，背光源能够在与N个观察区域相对应的N个方向之间对光的出射方向进行切换控制。
(4)根据(1)至(3)中任一者的显示装置，其中，显示单元在N次时间分割的显示中的每一者中显示不同的视点图像。
(5)根据(3)的显示装置，其中，
显示单元分两次时间分割地显示多个视点图像，
分离单元在两个观察区域中的每一者中形成M个视点图像，
两个观察区域之间的边界对应于显示单元的中央，并且
背光源能够以两个观察区域之间的边界为边界在两个方向之间对光的出射方向进行切换控制。
(6)根据(3)的显示装置，其中，
显示单元分三次或更多次时间分割地显示多个视点图像，
分离单元在三个或更多个观察区域中的每一者中形成M个视点图像，并且
背光源能够以观察区域中每一者的两个端部为边界在三个或更多个方向之间对光的出射方向进行切换控制。
(7)根据(1)至(6)中任一者的显示装置，其中，背光源包括：
光源，
光学调制装置，其具有开口和屏蔽单元，并能够时间分割地在N个不同的位置之间对开口的位置进行切换控制，来自光源的光穿过开口，屏蔽单元对光进行屏蔽，和
双凸透镜，其使得穿过开口的光聚焦。
(8)根据(1)至(5)中任一者的显示装置，其中，背光源包括：
布置成彼此面对的多个光波导，光波导具有彼此不同的光的出射方向，和
棱镜板，其形成有多个棱镜，并布置成面对多个光波导，
其中，通过时间分割地驱动多个光波导能够对光的出射方向进行切换控制。
(9)根据(8)的显示装置，其中，每个棱镜是第一顶点朝向多个光波导、截面为倒三角形的倒棱镜，并且在每个倒棱镜的底边上的第二顶点和第三顶点的角度彼此不同。
本申请包含与2011年7月1日递交于日本特许厅的日本在先专利申请JP2011-147211中公开的内容相关的主题，上述专利申请的全部内容通过引用结合于此。

Claims (9)

1.一种显示装置，其包括：
显示单元，其分N次时间分割地显示多个视点图像，N是大于等于2的整数；
背光源，其向所述显示单元照射图像显示光；和
分离单元，其将在同一时间段内显示的M个视点图像在所述显示单元中分离开，M是大于等于2的整数；其中
所述背光源能够在N个方向之间对光的出射方向进行切换控制，并且能够与所述显示单元进行的时间分割显示的时序同步地对光的出射方向时间分割地进行切换控制。
2.根据权利要求1所述的显示装置，其中，所述分离单元在N个观察区域中的每一者中形成所述M个视点图像。
3.根据权利要求2所述的显示装置，其中，所述背光源能够在与所述N个观察区域相对应的N个方向之间对光的出射方向进行切换控制。
4.根据权利要求1所述的显示装置，其中，所述显示单元在N次时间分割的显示中的每一者中显示不同的视点图像。
5.根据权利要求3所述的显示装置，其中，
所述显示单元分两次时间分割地显示所述多个视点图像，
所述分离单元在两个观察区域中的每一者中形成所述M个视点图像，
所述两个观察区域之间的边界对应于所述显示单元的中央，并且
所述背光源能够以所述两个观察区域之间的所述边界为边界在两个方向之间对光的出射方向进行切换控制。
6.根据权利要求3所述的显示装置，其中，
所述显示单元分三次或更多次时间分割地显示所述多个视点图像，
所述分离单元在三个或更多个观察区域中的每一者中形成所述M个视点图像，并且
所述背光源能够以所述观察区域中每一者的两个端部为边界在三个或更多个方向之间对光的出射方向进行切换控制。
7.根据权利要求1所述的显示装置，其中，所述背光源包括：
光源，
光学调制装置，其具有开口和屏蔽单元，并能够时间分割地在N个不同的位置之间对所述开口的位置进行切换控制，来自所述光源的光穿过所述开口，所述屏蔽单元对光进行屏蔽，和
双凸透镜，其使得穿过所述开口的光聚焦。
8.根据权利要求1所述的显示装置，其中，所述背光源包括：
布置成彼此面对的多个光波导，所述光波导具有彼此不同的光的出射方向，和
棱镜板，其形成有多个棱镜，并布置成面对所述多个光波导，
其中，通过时间分割地驱动所述多个光波导能够对光的出射方向进行切换控制。
9.根据权利要求8所述的显示装置，其中，每个棱镜是第一顶点朝向所述多个光波导，截面为倒三角形的倒棱镜，并且在每个所述倒棱镜的底边上的第二顶点和第三顶点的角度彼此不同。
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