CN1893674B - 提供全视差图像的2d/3d可转换立体显示器 - Google Patents

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Abstract

提供一种2D/3D可转换立体显示器，其利用两个偏振栅屏能够提供具有全视差的3D图像。该2D/3D可转换立体显示器包括显示图像的显示装置和视差屏障单元，该视差屏障单元包括彼此面对面的第一和第二偏振栅屏。视差屏障单元具有2D模式和3D模式，当两个偏振栅屏彼此相对移动时，视差屏障单元在2D模式和3D模式之间转换。在2D模式，视差屏障单元透射所有光，在3D模式，视差屏障单元形成屏障和以预定间隔二维排列的多个开口，使得光仅仅透过开口，因此，提供具有水平视差和垂直视差的3D图像。

Description

提供全视差图像的2D/3D可转换立体显示器
技术领域
符合本发明的装置和方法涉及在2D模式和3D模式之间转换并提供全视差3D图像的立体显示器。
背景技术
通常，基于两眼的立体图像感的原理形成三维(3D)图像。从分开大约65mm的眼睛获得双目视差是产生3D效果的最重要的因素。近来，各个领域对利用双目视差提供立体图像的立体显示器的需求大大地增加，诸如医学应用、游戏、广告、教育应用、和军事训练。随着高解像度电视的发展，期望提供立体图像的立体电视在将来广泛使用。
立体显示器可以使用需要眼镜的显示器或无需眼镜的显示器。通常，如图1所示，需要眼镜的立体显示器包括：用预定偏振元件显示图像的液晶显示器(LCD)；改变由LCD 100产生的左眼图像和右眼图像的偏振方向的微偏振屏110；和将不同偏振状态的图像透射到左眼和右眼的偏振眼镜120。例如，微偏振屏110包括0°延迟器110a和90°延迟器110b交替设置的组合。同样，偏振眼镜包括一对透射不同偏振状态的光的偏振片120a和120b。因为微偏振屏110使得左眼图像和右眼图像的偏振彼此不同，偏振眼镜120a和120b分别透射左眼图像和右眼图像，观众能够看见3D图像。
但是，这种立体显示器存在观众必须戴偏振眼镜120来看3D图像的缺陷。为了解决这个问题，已经研制了无需眼睛的立体显示器。无需眼镜的立体显示器通过不使用眼镜而将左眼图像与右眼图像分离从而产生3D图像。通常无需眼镜的立体显示器被分成视差屏障显示器和微透镜显示器。在视差屏障显示器中，要被左眼和右眼看见的图像利用由非常薄的垂直栅格(即，屏障)形成的垂直条交替显示。这样，要被左眼看见的垂直图案图像和要被右眼看见的垂直图案图像被屏障分离，左眼和右眼在不同的视点看见图像，从而看见3D图像。
在视差屏障显示器中，如图2所示，具有用垂直光栅图案形成的开口55和掩模57的视差屏障50设置在LCD面板53的前面，LCD面板53具有分别对应于观众的左眼LE和右眼LR的左眼图像像素L和右眼图像像素R，使得每只眼镜通过视差屏障50的开口55看见不同的图像。要被输入到左眼LE的左眼图像像素L和要被输入到右眼LR的右眼图像像素R在LCD面板53中沿水平方向交替形成。在这种结构中，左眼图像L被视差屏障50分离，以被输入到观众的左眼LE，右眼图像R被视差屏障50分离，以被输入到观众的右眼RE。因此，观众不戴眼镜能够看见3D图像。
但是，这种方法存在这样的缺陷：因为能够看见3D图像的视区很窄，所以由于观众的稍微移动造成3D图像的转换或3D图像本身的消失。图3A和3B图示具有能够看见3D图像的宽视区的视差屏障60。参照图3A，该对右眼图像像素R和左眼图像像素L在LCD面板中交替排列，用垂直光栅图案形成的开口65设置在掩模67之间，使得每隔一个像素形成一个开口65。在这种情况下，因为右眼图像像素R和左眼图像像素L能够在更宽的区域看见，能够看见3D图像的视区比对每个像素形成开口的视区宽。参照图3B，四个右眼图像像素R和四个左眼图像像素L的组交替设置在LCD面板53上，用垂直光栅图案形成的开口75设置在掩模77之间，使得对于每四个像素形成一个开口75。因此，能够看见3D图像的视区比每隔一个像素形成一个开口的视区宽。
因为用垂直光栅图案形成上述开口，所以只有当观众的眼睛水平设置时，观众才能看见3D图像。如果观众向一边倾斜他的头，左眼和右眼的高度变成彼此不同，从而使得不可能观看理想的3D图像。为了解决这个问题，在图3C中示出的视差屏障80提供具有全视差的图像。参照图3C，LCD面板53被这样形成：右眼图像像素R和左眼图像像素L以4×4的像素块交替显示。视差屏障80包括设置在掩模87之间的开口85，使得形成开口85，用于每个16个像素的块。每个开口85具有等于或稍小于一个像素尺寸的尺寸。这样做，即使观众位于他的旁边，他能看见3D图像。
同时，为了根据由显示装置所接收的图像信号显示2D图像或3D图像，立体显示器必须在2D模式和3D模式之间转换。所以，已经研制了各种可转换立体显示器。例如，根据在美国专利公布No.2004-0109115中公开的2D/3D可转换立体显示器，包括多个垂直条的两个微延迟器被相对设置，以提供2D图像或3D图像。然而，传统的2D/3D可转换立体显示器仅仅能够提供水平视差和垂直视差之一。因此，传统的2D/3D可转换立体显示器不能通过同时提供水平视差和垂直视差来提供具有全视差的3D图像。
发明内容
本发明的典型实施例提供2D/3D可转换立体显示器，其能够通过同时提供水平视差和垂直视差来提供具有全视差的3D图像。
根据本发明的一典型方面，提供一种2D/3D可转换立体显示器，其包括显示图像的显示装置和视差屏障单元，视差屏障单元包括彼此面对面的第一偏振栅屏(polarization grating screen)和第二偏振栅屏。视差屏障单元具有2D模式和3D模式，通过使偏振栅屏之一相对于另一个移动，能够在2D模式和3D模式之间转换。在2D模式，视差屏障单元透射所有光，在3D模式，视差屏障单元形成屏障和以预定间隔二维排列的多个开口，使得光仅仅透过开口，因此，提供具有水平视差和垂直视差(即，全视差)的3D图像。
视差屏障单元还可以包括仅仅透射预定偏振方向的光的第一偏振片，和其面对第一偏振片、仅仅透射预定偏振方向的光的第二偏振片。第一偏振栅屏可以具有以重复的格式形成的第一至第四行的组。第一行包括将入射光的偏振方向改变为第一方向的第一双折射元件，和与第一双折射元件交替并且将偏振方向改变为第二方向的第二双折射元件。第二行仅仅包括第一双折射元件。第三行包括相互交替的第二双折射元件和第一双折射元件。第四行仅仅包括第二双折射元件。第二偏振栅屏具有以重复的格式形成的第一至第四行的组。第一行包括将入射光的偏振方向改变为第二方向的第三双折射元件，和与第三双折射元件交替并且将入射光的偏振方向改变为第一方向的第四双折射元件。第二行仅仅包括第三双折射元件。第三行包括相互交替的第四双折射元件和第三双折射元件。第四行仅仅包括第四双折射元件。第一偏振栅屏和第二偏振栅屏设置在第一偏振片和第二偏振片之间。
显示器还包括用于移动至少第一偏振栅屏和第二偏振栅屏之一的位移装置，使得根据第一偏振栅屏和第二偏振栅屏的相对位置，选择性地显示2D图像或3D图像。
第一至第四双折射元件中的每一个的宽度等于显示装置的两个像素的宽度，第一和第二偏振栅屏中的每一个的第一和第二行的高度总和以及第三和第四行的高度总和都等于显示装置的两个像素的高度。
第一至第四双折射元件中的每一个的宽度等于显示装置的四个像素的宽度，第一偏振栅屏的第一和第二行的高度总和以及第二偏振栅屏的第三和第四行的高度总和都等于显示装置的四个像素的高度。
第一和第二偏振栅屏中的每一个的第一行和第三行的每一行的高度不大于显示装置的一个像素的高度。
根据本发明的另一典型方面，显示还可以包括位移装置，其沿对角线方向移动至少第一偏振栅屏和第二偏振栅屏之一，以形成遮光的屏障，所述屏障还具有二维规则地排列并且透光的多个开口。
第一偏振栅屏相对于第二偏振栅屏的水平位移不大于显示装置的一个像素的宽度，第一偏振栅屏和第二偏振栅屏垂直位移，使得第一偏振栅屏的第三行和第二偏振栅屏的第一行相互重叠。
第一偏振栅屏的第三行可以从第一偏振栅屏的第一行水平移动的最大距离对应于显示装置的一个像素的宽度，第二偏振栅屏的第三行从第二偏振栅屏的第一行水平移动的最大距离对应于显示装置的一个像素的宽度。
根据本发明的另一典型方面，显示器还可以包括位移装置，其垂直位移至少第一偏振栅屏和第二偏振栅屏之一，以形成遮光的屏障和二维规则地排列并且透光的多个开口。
还可以垂直位移第一偏振栅屏和第二偏振栅屏，使得第一偏振栅屏的第三行和第二偏振栅屏的第一行相互重叠。
第一和第四双折射元件可以是将入射光旋转+45°的旋转器，第二和第三双折射元件可以是将入射光旋转-45°的旋转器，或第一和第四双折射元件可以是将入射光旋转-45°的旋转器，第二和第三双折射元件可以是将入射光旋转+45°的旋转器。
第一和第三双折射元件可以是将入射光旋转+45°的旋转器，第二和第四双折射元件可以是将入射光旋转-45°的旋转器，或第一和第三双折射元件可以是将入射光旋转-45°的旋转器，第二和第四双折射元件可以是将入射光旋转+45°的旋转器。
第一和第四双折射元件可以是延迟入射光相位+λ/4的延迟器，第二和第三双折射元件可以是延迟入射光相位-λ/4的延迟器，或第一和第四双折射元件可以是延迟入射光相位-λ/4的延迟器，第二和第三双折射元件可以是延迟入射光相位+λ/4的延迟器。
第一和第三双折射元件可以是延迟入射光相位+λ/4的延迟器，第二和第四双折射元件可以是延迟入射光相位-λ/4的延迟器，或第一和第三双折射元件可以是延迟入射光相位-λ/4的延迟器，第二和第四双折射元件可以是延迟入射光相位+λ/4的延迟器。
显示装置可以包括二维排列并且每个独立发光的多个像素，视差屏障单元可以设置在显示装置和观众之间。
根据本发明的另一典型方面，显示装置可以包括：发射光的背光单元；仅仅透射预定偏振的光的后偏振片；偏振每个像素的入射光并且提供图像的液晶显示面板；和仅仅透射预定偏振的光的前偏振片，视差屏障单元设置在液晶显示面板和观众之间，显示装置的前偏振片是视差屏障单元的第一偏振片。
根据本发明的另一典型方面，显示装置可以包括：发射光的背光单元；仅仅透射预定偏振的光的后偏振片；偏振每个像素的入射光并且提供图像的液晶显示面板；和仅仅透射预定偏振的光的前偏振片，视差屏障单元设置在背光单元和液晶显示面板之间。显示装置的后偏振片是视差屏障单元的第二偏振片。
附图说明
从下面参照附图对典型实施例的详细描述，本发明的上述和其它典型方面将更加清楚，其中：
图1表示使用眼镜的传统立体显示器；
图2是解释传统视差屏障立体显示器的原理的示意图；
图3A-3C是用于解释提供全视差图像的传统视差屏障立体显示器的原理的示意图；
图4A和4B表示根据本发明典型实施例的2D/3D可转换立体显示器的偏振栅屏；
图5A-5D是用于解释利用根据本发明典型实施例的图4A和4B的偏振栅屏，形成二维(2D)图像的方法的示意图；
图6A-6D是用于解释利用根据本发明典型实施例的图4A和4B的偏振栅屏，形成三维(3D)图像的方法的示意图；
图7A和7B表示根据本发明另一典型实施例的2D/3D可转换立体显示器的偏振栅屏；
图8A是用于解释利用图7A和7B的偏振栅屏形成2D图像的方法的示意图；
图8B是用于解释利用图7A和7B的偏振栅屏形成3D图像的方法的示意图；
图9A和9B表示根据本发明又一典型实施例的2D/3D可转换立体显示器的偏振栅屏；
图10A是用于解释图9A和9B的偏振栅屏形成2D图像的方法的示意图；
图10B是用于解释图9A和9B的偏振栅屏形成3D图像的方法的示意图；
具体实施方式
现在参照附图更完整地描述本发明，其中示出本发明的典型实施例。
一根据本发明典型实施例的立体显示器通过彼此相对地移动两个偏振栅屏、根据两个面对面的偏振栅屏的位置，选择性地显示二维(2D)图像和具有全视差的(3D)图像。即，立体显示器在2D模式使光透过偏振栅屏的整个面积，而在3D模式，形成如图3C所示二维排列的屏障和多个开口，从而在3D模式使光仅仅透过开口，因此，提供具有水平视差和垂直视差(即，全视差)的3D图像。所以，偏振栅屏包括改变透射光的偏振的双折射元件，其是旋转器和延迟器。
图4A和4B表示根据本发明实施例的2D/3D可转换立体显示器的第一和第二偏振栅屏11和12。参照图4A，第一偏振栅屏包括以重复的格式形成的第一至第四行L1至L4。第一行L1包括将入射光的偏振方向改变为一个方向的第一双折射元件11a、和与第一双折射元件11a交替并且将入射光的偏振方向改变为另一方向的第二双折射元件11b。第二行L2仅仅包括第一双折射元件11a。第三行L3包括相互交替的第二双折射元件11b和第一双折射元件11a。第四行L4仅仅包括第二双折射元件11b。参照图4B，第二偏振栅屏12包括以重复的格式形成的第一至第四行L1’至L4’。第一行L1’包括将入射光的偏振方向改变为一个方向的第三双折射元件12a、和与第三双折射元件12a交替并且将入射光的偏振方向改变为另一方向的第四双折射元件12b。第二行L2’仅仅包括第三双折射元件12a。第三行L3’包括相互交替的第四双折射元件12b和第三双折射元件12a。第四行L4’仅仅包括第四双折射元件12b。
在第一偏振栅屏11中，第一和第二双折射元件11a和11b的宽度可以等于显示装置诸如阴极射线管(CRT)、LCD或等离子体显示面板(PDP)的两个像素的宽度。在这种情况下，第一偏振栅屏11的第一和第二行L1和L2的高度总和、以及第一偏振栅屏11的第三和第四行L3和L4的高度总和都等于显示装置的两个像素的宽度。例如，第一和第二行L1和L2的每一行的高度可以等于显示装置的一个像素的高度，或第一行L1的高度可以小于第二行L2的高度。同样，第三和第四行L3和L4的每一行的高度可以等于显示装置的一个像素的高度，或第三行L3可以小于第四行L4的高度。另外，第一行L1和第三行L3的高度可以彼此相等，第二行L2和第四行L4的高度可以彼此相等。
第二偏振栅屏12的图案能够完全重叠第一偏振栅屏11的图案。所以，双折射元件12a和12b的宽度和行L1’至L4’的高度可以等于双折射11a和11b的对应高度和第一偏振栅屏11的行L1至L4的对应高度。另外，第二偏振栅屏的第一和第二行L1’和L2’的高度总和以及第二偏振栅屏12的第三和第四行L3’和L4’高度总和的每一个可以各自等于显示装置的两个像素的高度。
根据本实施例，第一至第四双折射元件11a、11b、12a、和12b可以旋转，其是圆形双折射元件。例如，第一和第四双折射元件11a和12b可以是旋转入射光+45°的旋转器，第二和第三双折射元件11b和12a可以是旋转入射光-45°的旋转器。可替换地，第一和第四双折射元件11a和12b可以是旋转入射光-45°的旋转器，第二和第三双折射元件11b和12a可以是旋转入射光+45°的旋转器。
根据本发明的另一实施例，第一至第四双折射元件11a、11b、12a、和12b可以延迟器，其是线性双折射元件。例如，第一和第四双折射元件11a和12b可以是延迟相位入射光+λ/4的延迟器，第二和第三双折射元件11b和12a可以是延迟入射光相位-λ4的延迟器。可替换地，第一和第四双折射元件11a和12b可以是延迟相位入射光-λ/4的延迟器，第二和第三双折射元件11b和12a可以是延迟入射光相位+λ/4的延迟器。这里，λ是入射光的波长。通常，当入射偏振光被延迟相位+λ/4或-λ/4时，入射光的偏振方向被改变+45°或-45°。因此，无论第一至第四双折射元件11a、11b、12a、和12b是旋转器还是延迟器，它们能够唯一地改变入射光的偏振方向。
图5A-5D是用于解释利用根据本发明典型实施例的图4A和4B的偏振栅屏11和12，形成二维(2D)图像的方法的示意图。
参照图5A，第一和第二偏振栅屏11和12可以在显示装置10的前面彼此面对面。参照图5B，为了产生2D图像，第一和第二偏振栅屏11和12相互重叠，使得第一偏振栅屏11的第一和第二双折射元件11a和11b与第二偏振栅屏的对应的第三和第四双折射元件12a和12b重合。例如，结果，透过第一双折射元件11a的光入射到第三双折射元件12a上，透过第二双折射元件11b的光入射到第四双折射元件12b上。如果入射到第一偏振栅屏11的光有90°的偏振，第一和第四双折射元件11a和12b将入射光旋转+45°，第二和第三双折射元件11b和12a将入射光旋转-45°，透过第一双折射元件11a的光被旋转+45°，具有135°的偏振，透过第二双折射元件11b的光被旋转-45°，具有45°的偏振。然后，透过第一双折射元件11a并入射到第三双折射元件12a的光被旋转-45°，具有90°的偏振。同样，透过第二双折射元件11b并入射到第四双折射元件12b的光被旋转+45°，具有90°的偏振。即，入射到第一偏振栅屏11的光的偏振和从第二偏振栅屏12出射的光的偏振相同。因此，如果透射相同偏振光的偏振片被分别设置在第一偏振栅屏11的光入射面和第二偏振栅屏12的光出射面，显示显示装置的整个屏，从而实现2D图像。
图5C是用于获得2D图像的立体显示器的截面图。参照图5C，立体显示器包括：产生预定图像的显示装置20；仅仅透过预定偏振光的第一偏振片23；上述第一和第二偏振栅屏11和12；和面对第二偏振栅屏12并仅仅透射在透过第二偏振栅屏12的光中预定偏振光的第二偏振片24。第一偏振片23、第一和第二偏振栅屏11和12、和第二偏振片24构成视差屏障单元，其在2D模式透射所有入射光，在3D模式形成屏障来分离左眼和右眼图像。在2D模式，如图5B所示，第一和第二偏振栅屏11和12相互重叠，使得第一偏振栅屏的第一和第二双折射元件11a和11b与第二偏振栅屏的对应的第三和第四双折射元件12a和12b重合。
在这个结构中，由显示装置20产生的光首先入射到第一偏振片23。第一偏振片23仅透射来自显示装置20的入射光中的90°偏振光。在通过第一偏振片23之后，部分光继续通过第一双折射元件11a和第三双折射元件12a，剩下部分光继续通过第二双折射元件11b和第四双折射元件12b。如上所述，从第二偏振栅屏12出射的所有光具有90°的偏振。因此，当第二偏振片24象第一偏振片23一样仅仅透过90°偏振光时，从显示装置20提供的图像实际上透射给观众。显示装置20显示普通的2D图像，观众能看见2D图像。
在该实施例中，尽管第一和第四双折射元件11a和12b旋转入射光+45°，第二和第三双折射元件11b和12a旋转入射光-45°，双折射元件可以以不同角度旋转入射光。例如，第一和第三双折射元件11a和12a可以旋转入射光-45°，第二和第四双折射元件11b和12b可以旋转入射光+45°。可替换地，第一和第三双折射元件11a和12a可以旋转入射光+45°，第二和第四双折射元件11b和12b可以旋转入射光-45。在这种情况下，如果90°偏振的入射光继续通过第一和第三双折射元件11a和12a，透射光具有180°的偏振。如果90°偏振的入射光继续通过第二和第四双折射元件11b和12b，透射光具有0°的偏振。因此，如果第一偏振片23仅仅透射90°的偏振光，那么第二偏振片24应该能够透射0°或180°的偏振光，垂直于第一偏振片23的偏振。
同时，显示装置20可以是任何种类的显示器，例如，PDP。在这种情况下，如图5C所示，由第一偏振片23、第一和第二偏振栅屏11和12、和第二偏振片24构成的视差屏障单元***显示装置20和观众之间。
显示装置20可以是LCD，代替PDP。众所周知，LCD包括：发射光的背光单元25；仅仅透射被背光单元25发射的光中预定偏振的光的后偏振片26；偏振用于每个像素的入射光并提供图像的LCD面板27；和仅仅透射透过LCD面板27的光中预定偏振的光的前偏振片28。因为LCD包括后偏振片26和前偏振片28，当视差屏障单元***观众和LCD之间时，LCD的前偏振片28可以用作视差屏障单元的第一偏振片。同时，如图5D所示，视差屏障单元可以***LCD的背光单元25和LCD面板27之间。在这种情况下，LCD的后偏振片可以用作偏振视差单元的第二偏振片.
图6A-6D是用于解释根据本发明实施例在立体显示器中形成三维3D图像的方法的示意图。
为了实现3D图像，视差屏障单元的第一偏振栅屏11和第二偏振栅屏12沿对角线方向相对移动预定距离。能够使第一偏振栅屏11，或者第二偏振栅屏12，或者两者都移动。第一偏振栅屏11相对于第二偏振栅屏12的最大水平位移等于显示装置的一个像素的宽度。即，第一偏振栅屏11相对于第二偏振栅屏12的最大水平位移不大于显示装置的一个像素的宽度。另外，第一偏振栅屏11和第二偏振栅屏12位移，使得第一偏振栅屏11的第三行L3和第二偏振栅屏12的第一行L1’部分相互重叠。
然后，如图6A所示，第一偏振栅屏11的第一和第二双折射元件11a和11b与第二偏振栅屏12的第三和第四双折射元件12a和12b不重合。因此，透过第一双折射元件11a的部分光透过第三双折射元件12a，透过第一双折射元件11a的其余部分光透过第四双折射元件12b。透过第二双折射元件11b的部分光透过第三双折射元件12a，透过第二双折射元件11b的其余部分光透过第四双折射元件12b。例如，如果第一和第四双折射元件11a和12b将入射光旋转+45°，第二和第三双折射元件11b和12a将入射光旋转-45°，立体显示器操作如下。
首先，从显示装置20出射的光透过第一偏振片23，具有90°的偏振。此后，透过第一偏振片23的部分光透过第一双折射元件11a，具有135°的偏振，透过第一偏振片23的其余部分光透过第二双折射元件11b，具有45°的偏振。透过第一双折射元件11a的部分光透过第三双折射元件12a，具有90°的偏振，透过第一双折射元件11a的其余部分光透过第四双折射元件12b，具有180°的偏振。另外，透过第二双折射元件11b的部分光透过第三双折射元件12a，具有0°的偏振，透过第二双折射元件11b的其余部分光透过第四双折射元件12b，具有90°的偏振。因为第二偏振片24仅仅透射90°的偏振光，所以只有连续透过第一双折射元件11a和第三双折射元件12a的光、和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24，其它光被遮挡。
参照图6A，在第一和第二偏振栅屏11和12中，第一双折射元件11a和第三双折射元件12a相互重叠的区域、第二双设置元件11b和第四双折射元件12b相互重叠的区域水平和垂直形成预定间隔。结果，如图6B所示，在屏障30遮光中以二维形式规则地形成透光的开口31。即，以与用于提供图3C所示的全视差的视差屏障相同的方式，形成透光的视差屏障。在本实施例中，形成用于像素的每个2×2块的开口31。每个开口31的尺寸可以等于或稍微小于一个像素的尺寸。因为根据本实施例的立体显示器提供全视差的3D图像，即使观众位于他旁边也能看见3D图像。
如上所述，显示装置20可以是PDP或LCD。参照图6C，与图5C相似，当显示装置20是PDP或LCD时，由第一偏振片23组成的视差屏障单元、第一和第二偏振栅屏11和12、和第二偏振片24被***显示装置20和观众之间。参照图6D，与图5D相似，当显示装置20是LCD时，用于产生视差屏障的视差屏障单元能够被***LCD的背光单元25和LCD面板27之间。如上所述，LCD的后偏振片26可以用作视差屏障单元的第二偏振片。如图6C和6D所示，第一和第二偏振栅屏11和12移动和不重合预定距离，以提供3D图像。
当使用图4A和4B所示的第一和第二偏振栅屏11和12时，形成用于像素的每个2×2块的开口。因此，能够看见3D图像的视区相当窄。图7A和7B表示根据本发明另一典型实施例的2D/3D可转换立体显示器的第一偏振栅屏13和第二偏振栅屏14。参照图7A和7B，形成用于像素的每个4×4块的开口，以增加能够看见3D图像的视区。如图7A和7B所示的第一和第二偏振栅屏13和14、与图4A和4B所示的第一和第二偏振栅屏11和12的结构相同，除了双折射元件的尺寸之外。
即，第一偏振栅屏13与图4A的第一偏振栅屏11相似之处在于，第一偏振栅屏13包括以重复的格式形成的第一至第四行L1至L4，其中第一行L1包括将入射光的偏振方向改变为一个方向的第一双折射元件13a、和与第一双折射元件13a交替并且将入射光的偏振方向改变为另一方向的第二双折射元件13b，第二行L2仅仅包括第一双折射元件13a。第三行L3包括相互交替的第二双折射元件13b和第一双折射元件13a，而第四行L4仅仅包括第二双折射元件13b。同样，图7B所示的第二偏振栅屏14与图4B所示的第二偏振栅屏12相似之处在于，第二偏振栅屏14包括以重复的格式形成的第一至第四行L1’至L4’，其中第一行L1’包括将入射光的偏振方向改变为一个方向的第三双折射元件14a、和与第三双折射元件14a交替并且将入射光的偏振方向改变为另一方向的第四双折射元件14b，第二行L2’仅仅包括第三双折射元件14a，第三行L3’包括相互交替的第四双折射元件14b和第三双折射元件14a，第四行L4’仅仅包括第四双折射元件14b。
第一偏振栅屏13的第一和第二双折射元件13a和13b的宽度可以等于显示装置的四个像素的宽度。第一偏振栅屏11的第一和第二行L1和L2的高度总和，以及第一偏振栅屏13的第三和第四行L3和L4的高度总和都等于显示装置的四个像素的宽度。第一和第三行L1和L3的高度都大约等于显示装置的一个像素的高度。第二和第四行L2和L4的高度都大约等于显示装置的三个像素的高度。因为第二偏振栅屏14的图案与第一偏振栅屏13的图案重合，图7B所示的第二偏振栅屏14的双折射元件的尺寸能够等于第一偏振栅屏13的对应双折射元件的尺寸。
在该结构中，当第一和第二偏振栅屏13和14如图8A所示相互重叠时，能够提供2D图像。当第一偏振栅屏13和第二偏振栅屏14如图8所示沿对角线方向相对移动时，多个透光开口15被以二维方式规则地排列，以提供具有全视差的3D图像，并且形成更宽的视区。第一偏振栅屏13相对于第二偏振栅屏14的最大水平位移等于显示装置的一个像素的宽度。第一偏振栅屏13相对于第二偏振栅屏14的最大垂直位移等于显示装置的一个像素的宽度。同样，形成第一偏振栅屏13相对于第二偏振栅屏14之间的垂直距离，使得第一偏振栅屏13的第三行L3和第二偏振栅屏14的第一行L1’相互重叠。
图9A和9B表示根据本发明又一典型实施例的2D/3D可转换立体显示器的第一和第二偏振栅屏17和18。图4A和4B以及图7A和7B所示的第一和第二偏振栅屏应该沿对角线方向移动。因此，在2D和3D模式之间转换的偏振栅屏的机械移动复杂。图9A和9B所示的第一和第二偏振栅屏仅沿垂直方向移动，以在2D和3D模式之间转换。
参照图9A，第一偏振栅屏17具有与图7A所示的第一偏振栅屏13相似，除了第三行L3从第一行L1水平移动之外。即，图9A所示的第一偏振栅屏17包括以重复的格式形成的第一至第四行L1至L4。第一行L1包括将入射光的偏振方向改变为一个方向的第一双折射元件17a、和与第一双折射元件17a交替并且将入射光的偏振方向改变为另一方向的第二双折射元件17b，第二行L2仅仅包括第一双折射元件17a。第三行L3包括相互交替的第二双折射元件17b和第一双折射元件17a，而第四行L4仅仅包括第二双折射元件17b。第三行L3从第一行L1水平移动。第三行L3从第一行L1移动可以小于或等于显示装置的一个像素的宽度。
图9B所示的第二偏振栅屏18包括以重复的格式形成的第一至第四行L1’至L4’。第一行L1’包括将入射光的偏振方向改变为一个方向的第三双折射元件18a、和与第三双折射元件18a交替并且将入射光的偏振方向改变为另一方向的第四双折射元件18b，第二行L2’仅仅包括第三双折射元件18a，第三行L3’包括相互交替的第四双折射元件18b和第三双折射元件18a，第四行L4’仅仅包括第四双折射元件18b。第三行L3’从第一行L1’水平移动。第三行L3’从第一行L1’移动可以小于或等于显示装置的一个像素的宽度。
在这种结构中，当第一和第二偏振栅屏17和18相互对准时，如图10A所示，能够提供2D图像。当第一偏振栅屏17和第二偏振栅屏18沿垂直方向相对移动时，如图10B所示，使得第一偏振栅屏17的第三行L3与第二偏振栅屏18的第一行L1’重合，以二维的方式规则地形成透光的多个开口15。因此，能够提供具有全视差的3D图像，能够形成更宽的视区。
如上所述，因为根据本发明的2D/3D可转换立体显示器使用两个偏振栅屏，所以显示能够在2D模式和3D模式之间平稳地转换。因为在3D模式中每四个或每十六个像素形成开口，所以能看见3D图像的视区宽。而且，因为2D/3D可转换立体显示器能够同时产生垂直视差和水平视差，所以能够提供全视差的立体图像。因此，用户即使位于他旁边也能看见3D图像。
尽管参照本发明的典型实施例具体示出和描述了本发明，本领域的普通技术人员应该理解，不脱离由本发明的权利要求书所限定的本发明的精神和范围，可以就形式和内容做出各种变化。
本申请要求于2005年7月7日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2005-0061182的优先权，该申请的公开内容在此全部作为参考。

Claims (22)

1.一种2D/3D可转换立体显示器，包括：
显示图像的显示装置；和
视差屏障单元，包括：第一偏振栅屏和第二偏振栅屏；
其中所述视差屏障单元具有2D模式和3D模式，在2D模式，来自所述显示装置的所有光透过所述视差屏障单元，在3D模式，所述视差屏障单元形成屏障和以预定间隔二维排列的多个开口，使得光仅仅透过所述开口，从而提供具有水平视差和垂直视差的3D图像，
其中所述视差屏障单元还包括：
第一偏振片，其仅仅透射预定偏振方向的光；和
第二偏振片，其面对所述第一偏振片，仅仅透射预定偏振方向的光；
其中所述第一偏振栅屏具有以重复的格式形成的第一、第二、第三和第四行的组，其中，
所述第一行包括将入射光的偏振方向改变为第一方向的第一双折射元件，和与所述第一双折射元件交替并且将偏振方向改变为第二方向的第二双折射元件，
所述第二行仅仅包括所述第一双折射元件，
所述第三行包括相互交替的所述第二双折射元件和所述第一双折射元件，和
所述第四行仅仅包括所述第二双折射元件；和
其中所述第二偏振栅屏具有以重复的格式形成的第一、第二、第三和第四行的组，其中，
所述第一行包括将入射光的偏振方向改变为所述第二方向的第三双折射元件，和与所述第三双折射元件交替并且将入射光的偏振方向改变为所述第一方向的第四双折射元件，
所述第二行仅仅包括所述第三双折射元件，
所述第三行包括相互交替的所述第四双折射元件和所述第三双折射元件，和
所述第四行仅仅包括所述第四双折射元件；和
其中所述第一偏振栅屏和所述第二偏振栅屏设置在所述第一偏振片和所述第二偏振片之间，并且
所述2D/3D可转换立体显示器还包括用于移动至少所述第一偏振栅屏和所述第二偏振栅屏之一的位移装置，使得根据所述第一偏振栅屏和所述第二偏振栅屏的相对位置，选择性地显示2D图像或3D图像。
2.如权利要求1所述的2D/3D可转换立体显示器，其中所述第一至第四双折射元件中的每一个的宽度等于所述显示装置的两个像素的宽度，所述第一和第二偏振栅屏中的每一个的所述第一和第二行的高度总和以及所述第三和第四行的高度总和都等于所述显示装置的两个像素的高度。
3.如权利要求2所述的2D/3D可转换立体显示器，其中所述第一和第二偏振栅屏中的每一个的所述第一行和所述第三行的每一行的高度不大于所述显示装置的一个像素的高度。
4.如权利要求1所述的2D/3D可转换立体显示器，其中所述第一至第四双折射元件中的每一个的宽度等于所述显示装置的四个像素的宽度，所述第一偏振栅屏的所述第一和第二行的高度总和以及所述第二偏振栅屏的所述第三和第四行的高度总和都等于所述显示装置的四个像素的高度。
5.如权利要求4所述的2D/3D可转换立体显示器，其中所述第一和第二偏振栅屏中的每一个的所述第一行和所述第三行的每一行的高度不大于所述显示装置的一个像素的高度。
6.如权利要求1所述的2D/3D可转换立体显示器，其中：
所述位移装置沿对角线方向移动至少所述第一偏振栅屏和所述第二偏振栅屏之一，以形成遮光的屏障，所述屏障还具有二维规则地排列并且透光的多个开口。
7.如权利要求6所述的2D/3D可转换立体显示器，其中所述第一偏振栅屏相对于所述第二偏振栅屏的水平位移不大于所述显示装置的一个像素的宽度，所述第一偏振栅屏和所述第二偏振栅屏垂直位移，使得所述第一偏振栅屏的所述第三行和所述第二偏振栅屏的所述第一行相互重叠。
8.如权利要求1所述的2D/3D可转换立体显示器，其中所述第一偏振栅屏的所述第三行从所述第一偏振栅屏的所述第一行水平移动，水平移动的最大距离对应于所述显示装置的一个像素宽度，所述第二偏振栅屏的所述第三行从所述第二偏振栅屏的所述第一行水平移动的最大距离对应于所述显示装置的一个像素宽度。
9.如权利要求8所述的2D/3D可转换立体显示器，其中：
所述位移装置垂直位移至少所述第一偏振栅屏和所述第二偏振栅屏之一，以形成遮光的屏障，所述屏障还具有二维规则地排列并且透光的多个开口。
10.如权利要求9所述的2D/3D可转换立体显示器，其中位移装置垂直位移至少所述第一偏振栅屏和所述第二偏振栅屏之一，使得所述第一偏振栅屏的所述第三行和所述第二偏振栅屏的所述第一行相互重叠。
11.如权利要求1所述的2D/3D可转换立体显示器，其中，
所述第一和第四双折射元件是将入射光旋转+45°的旋转器，所述第二和第三双折射元件是将入射光旋转-45°的旋转器，或
所述第一和第四双折射元件是将入射光旋转-45°的旋转器，所述第二和第三双折射元件是将入射光旋转+45°的旋转器。
12.如权利要求11所述的2D/3D可转换立体显示器，其中所述第一偏振片和所述第二偏振片透射相同预定偏振方向的光。
13.如权利要求1所述的2D/3D可转换立体显示器，其中，
所述第一和第三双折射元件是将入射光旋转+45°的旋转器，所述第二和第四双折射元件是将入射光旋转-45°的旋转器，或
所述第一和第三双折射元件是将入射光旋转-45°的旋转器，所述第二和第四双折射元件是将入射光旋转+45°的旋转器。
14.如权利要求13所述的2D/3D可转换立体显示器，其中所述第一偏振片和所述第二偏振片透射垂直的预定偏振方向的光。
15.如权利要求1所述的2D/3D可转换立体显示器，其中，
所述第一和第四双折射元件是延迟入射光相位+λ/4的延迟器，所述第二和第三双折射元件是延迟入射光相位-λ/4的延迟器，或
所述第一和第四双折射元件是延迟入射光相位-λ/4的延迟器，所述第二和第三双折射元件是延迟入射光相位+λ/4的延迟器；和
λ是入射光的波长。
16.如权利要求15所述的2D/3D可转换立体显示器，其中所述第一偏振片和所述第二偏振片透射相同预定偏振方向的光。
17.如权利要求1所述的2D/3D可转换立体显示器，其中，
所述第一和第三双折射元件是延迟入射光相位+λ/4的延迟器，所述第二和第四双折射元件是延迟入射光相位-λ/4的延迟器，或所述第一和第三双折射元件是延迟入射光相位-λ/4的延迟器，所述第二和第四双折射元件是延迟入射光相位+λ/4的延迟器。
18.如权利要求17所述的2D/3D可转换立体显示器，其中所述第一偏振片和所述第二偏振片透射垂直的预定偏振方向的光。
19.如权利要求1所述的2D/3D可转换立体显示器，其中所述显示装置包括：
发射光的背光单元；
仅仅透射预定偏振的光的后偏振片；
偏振每个像素的入射光并且提供图像的液晶显示面板；和
仅仅透射预定偏振的光的前偏振片，
其中视差屏障单元设置在所述液晶显示面板和观众之间，所述显示装置的所述前偏振片是所述视差屏障单元的第一偏振片。
20.如权利要求1所述的2D/3D可转换立体显示器，其中所述显示装置包括：
发射光的背光单元；
仅仅透射预定偏振的光的后偏振片；
偏振每个像素的入射光并且提供图像的液晶显示面板；和
仅仅透射预定偏振的光的前偏振片，
其中视差屏障单元设置在所述背光单元和所述液晶显示面板之间，所述显示装置的所述后偏振片是所述视差屏障单元的第二偏振片。
21.一种显示器，包括：
显示图像的显示装置；和
视差屏障单元，其包括第一偏振栅屏和面对所述第一偏振栅屏的第二偏振栅屏，
其中所述视差屏障单元具有2D模式和3D模式，在2D模式，来自所述显示装置的所有光透过所述视差屏障单元，在3D模式，所述视差屏障单元形成屏障和以预定间隔二维排列的多个开口，使得光仅仅透过所述开口，从而提供具有水平视差和垂直视差的3D图像，
其中所述视差屏障单元还包括：
第一偏振片，其仅仅透射预定偏振方向的光；和
第二偏振片，其面对所述第一偏振片，仅仅透射预定偏振方向的光；
其中所述第一偏振栅屏具有以重复的格式形成的第一、第二、第三和第四行的组，其中，
所述第一行包括将入射光的偏振方向改变为第一方向的第一双折射元件，和与所述第一双折射元件交替并且将偏振方向改变为第二方向的第二双折射元件，
所述第二行仅仅包括所述第一双折射元件，
所述第三行包括相互交替的所述第二双折射元件和所述第一双折射元件，和
所述第四行仅仅包括所述第二双折射元件；和
其中所述第二偏振栅屏具有以重复的格式形成的第一、第二、第三和第四行的组，其中，
所述第一行包括将入射光的偏振方向改变为所述第二方向的第三双折射元件，和与所述第三双折射元件交替并且将入射光的偏振方向改变为所述第一方向的第四双折射元件，
所述第二行仅仅包括所述第三双折射元件，
所述第三行包括相互交替的所述第四双折射元件和所述第三双折射元件，和
所述第四行仅仅包括所述第四双折射元件；和
其中所述第一偏振栅屏和所述第二偏振栅屏设置在所述第一偏振片和所述第二偏振片之间，并且
所述2D/3D可转换立体显示器还包括用于移动至少所述第一偏振栅屏和所述第二偏振栅屏之一的位移装置，使得根据所述第一偏振栅屏和所述第二偏振栅屏的相对位置，选择性地显示2D图像或3D图像。
22.一种转换二维2D和三维3D图像的方法，该方法包括：
提供视差屏障单元，其包括第一偏振栅屏和第二偏振栅屏，
其中所述第一偏振栅屏具有以重复的格式形成的第一、第二、第三和第四行的组，其中，
所述第一行包括将入射光的偏振方向改变为第一方向的第一双折射元件，和与所述第一双折射元件交替并且将偏振方向改变为第二方向的第二双折射元件，
所述第二行仅仅包括所述第一双折射元件，
所述第三行包括相互交替的所述第二双折射元件和所述第一双折射元件，和
所述第四行仅仅包括所述第二双折射元件；和
其中所述第二偏振栅屏具有以重复的格式形成的第一、第二、第三和第四行的组，其中，
所述第一行包括将入射光的偏振方向改变为所述第二方向的第三双折射元件，和与所述第三双折射元件交替并且将入射光的偏振方向改变为所述第一方向的第四双折射元件，
所述第二行仅仅包括所述第三双折射元件，
所述第三行包括相互交替的所述第四双折射元件和所述第三双折射元件，和
所述第四行仅仅包括所述第四双折射元件；和
使至少所述第一和第二偏振栅屏中的一个相对于另一个偏振栅屏移动，
其中所述视差屏障单元具有2D模式和3D模式，在2D模式，来自所述显示装置的所有光透过所述视差屏障单元，在3D模式，所述视差屏障单元形成屏障和以预定间隔二维排列的多个开口，使得光仅仅透过所述开口，从而提供具有水平视差和垂直视差的3D图像。
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