立体图像显示装置的制作方法

技术领域

本发明涉及一种图像显示装置，尤其涉及一种立体图像显示装置。

背景技术：

根据是否需要眼镜，立体图像显示装置可分为眼镜模式和无眼镜模式的立体图像显示装置。

在这些立体图像显示装置之中，无眼镜模式的立体图像显示装置一般在将能够引起左眼图像与右眼图像之间的视差的光学元件安装于显示屏幕前方时，实现三维(3D)图像。具有这种功能的光学元件包括凸透镜(lenticular lens)、视差屏障等。

视差屏障通过以恒定距离布置用于透射或遮蔽光的垂直狭缝并通过这些垂直狭缝分离右图像和左图像来实现立体图像，凸透镜通过给显示面板贴附曲面凸透镜阵列形状的透镜并使左眼和右眼观看不同的像素以分离右图像和左图像，来实现立体图像。

然而，在相关技术的立体图像显示装置中，一般通过视差单元中的单位透镜的节距或者单位狭缝的特定周期的节距来确定最佳观看距离。在该情形中，由于可由节距实现的分辨率的限制，不能确保大于或等于一预定距离的最佳观看距离。

因此，已提出了替代方案，该方案在视差单元的前方或后方设置单独的间隙玻璃，以延长最佳观看距离，但其具有立体图像显示装置的厚度增大的问题，这使得不能制造出纤薄的立体图像显示装置。

技术实现要素：

因此，本发明涉及一种基本上克服了由于现有技术的限制和缺点而导致的一个或多个问题的立体图像显示装置。

本发明的一个目的是提供一种后方屏障型的立体图像显示装置，其通过将从背光单元发射的光收集在后方屏障的开口区域中而具有提高的亮度。

本发明的另一个目的是提供一种立体图像显示装置，该立体图像显示装置能够在确保大于或等于一预定距离的最佳观看距离的同时实现纤薄并提高亮度。

在下面的描述中将部分列出本发明的其它优点、目的和特征，这些优点、目的和特征的一部分根据下面的解释对于本领域普通技术人员将变得显而易见，或者可通过本发明的实施领会到。通过说明书、权利要求以及附图中特别指出的结构可实现和获得本发明的这些目的和其他优点。

为了实现这些目的和其他优点并根据本发明的目的，如在此具体和概括描述的，一种立体图像显示装置，包括：显示面板、形成在所述显示面板的底表面上的后方屏障、以及形成在所述显示面板的顶表面上的视差单元，并且进一步包括形成在所述后方屏障与背光单元之间的光收集单元。

在该情形中，所述光收集单元可将从所述背光单元发射的光收集在所述后方屏障的开口区域中。

为了该目的，所述光收集单元可包括棱镜片和透明绝缘膜，所述棱镜片具有低折射率，所述棱镜片设置在所述后方屏障下方并且设置在所述开口区域之间，以暴露出所述开口区域，所述透明绝缘膜具有高折射率并且覆盖所述棱镜片和后方屏障。

根据另一个典型实施方式，光收集单元可包括多个凸透镜，所述多个凸透镜形成在所述后方屏障下方，覆盖所述开口区域并且具有低折射率。

在该情形中，所述凸透镜可设置成使得凸透镜的中心对应于所述开口区域，并且可进一步包括覆盖所述凸透镜的透明绝缘膜。

根据所述开口区域的图案，所述棱镜片和所述凸透镜的图案可具有各种形状。

应当理解，本发明前面的一般性描述和下面的详细描述都是例示性的和解释性的，意在对要求保护的本发明提供进一步的解释。

附图说明

给本发明提供进一步理解并并入本申请组成本申请一部分的附图图解了本发明的实施方式，并与说明书一起用于解释本发明的原理。在附图中：

图1是图解根据本发明一个典型实施方式的立体图像显示装置的示图；

图2图解了根据本发明一个典型实施方式的立体图像显示装置中设置的光收集单元的第一实施方式；

图3到5是图解根据第一实施方式的光收集单元中设置的棱镜图案的各种形状的示图；

图6图解了根据本发明一个典型实施方式的立体图像显示装置中设置的光收集单元的第二实施方式；

图7、8A、8B和9是图解根据第二实施方式的光收集单元中设置的凸透镜的各种形状的示图；

图10A是图解通过使用根据第一实施方式的光收集单元检测亮度变化所获得的结果的图表，图10B是图解通过使用根据第二实施方式的光收集单元检测亮度变化所获得的结果的图表。

具体实施方式

现在将详细描述本发明的优选实施方式，在附图中图示了这些实施方式的一些例子。尽可能地在整个附图中使用相同的参考标记表示相同或相似的部分。

在本发明之前，本申请人已提出了一种具有新颖结构的立体图像显示装置，其中在显示面板的底表面上设置后方屏障并且在显示面板的顶表面上设置视差单元。

具有这种新颖结构的立体图像显示装置优点在于可制造出纤薄的立体图像显示装置，并且可以以均匀的亮度确保大于或等于一预定距离的最佳观看距离而不会有3D串扰。

该立体图像显示装置的后方屏障利用，例如在光学相同间隙条件下最佳观看距离与图像面板的光学节距成反比的特性，通过打开显示面板中的子像 素的部分区域来减小预定观看点(下文称为“视点”)处的图像面板的光学间距，用以延长立体液晶面板的最佳观看距离。

结果，具有该新颖结构的立体图像显示装置遮挡来自显示面板中的子像素的部分区域的光，因而具有可能劣化该立体图像显示装置的亮度的缺陷。

本发明涉及的立体图像显示装置的结构被提出用来防止亮度劣化，因而被提出用来通过将从背光单元发出的光收集在后方屏障中来提高立体图像显示装置的亮度。

下文中，将参照附图详细描述本发明的优选实施方式。为有助于理解本发明，整个附图的描述中相似的数字表示相似的要素，将不再重复相同元件的要素。在描述本发明时，当认为与本发明相关的已知技术和/或构造的详细描述会使本发明的主旨模糊不清时，将省略其详细描述。此外，考虑到易于撰写本申请，选取了在该详细描述中使用的要素的名称，因而可能与产品中的部分的实际名称不同。

图1是图解根据本发明一个典型实施方式的立体图像显示装置的示图。

根据本发明一个典型实施方式的立体图像显示装置包括：用于显示图像的显示面板200，显示面板200具有矩阵形式的多个子像素；视差单元500，视差单元500设置在显示面板200上，用以在多个视点处分离图像；后方屏障300，后方屏障300设置在显示面板200的底表面上并具有打开每个子像素的部分区域的开口；背光单元100，背光单元100设置在显示面板200下方，用以给显示面板200照射光；以及光收集单元400，光收集单元400设置在后方屏障300与背光单元100之间，用以将从背光单元100发射的光收集在开口403中。

在该情形中，显示面板200是使用从设置在显示面板的后表面处的背光单元100发射的光在屏幕上显示图像的非发光型显示面板，其通常包括液晶面板。在本发明中，作为示例的方式描述其中显示面板200是液晶面板的情形。

同时，附图中所示的背光单元100用于将来自布置于显示面板200的侧面或底侧处的光源的光向上发射，并且背光单元100包括光源和多个光学片(未示出)。

用在背光单元100中的光源可包括荧光灯阵列、发光二极管(LED)阵列、激光光源阵列等，并且还可包括多个光学片，诸如导光板和扩散片，用以将光源下部的表面发射引导至液晶面板200。

此外，后方屏障300具有规则布置于其中的开口403，由于在光学相同间隙条件下与子像素的光学节距成反比的最佳观看距离(OVD)特性，开口403通过打开液晶面板200中的每个子像素的部分区域以减小预定视点处的液晶面板200的光学节距，延长了立体图像显示面板的最佳观看距离(OVD)。在此，后方屏障300使传输至液晶面板200的与具有不同视点的图像部分对应的光发射到形成在液晶面板上方的视差单元500。

包括后方屏障300的相关技术的立体图像显示装置包括间隙玻璃，间隙玻璃具有大约5mm或更大的厚度，但本立体图像显示装置具有被构图在液晶面板200的底表面上的遮光图案。在该情形中，被构图的遮光图案具有大约0.5μm到0.3μm的厚度，其厚度几乎不影响液晶面板200和视差单元500的厚度之和。因此，视差单元和后方屏障分别设置在液晶面板的顶表面和底表面中，以将立体图像显示装置保持在纤薄状态，由此实现具有延长的最佳观看距离的立体图像显示装置。

此外，视差单元500例如是凸透镜阵列，凸透镜阵列具有在水平方向上规则地且长形地布置的透镜，透镜具有恒定节距PL。此外，凸透镜阵列可以是附图中所示的具有恒定曲率的透镜形状，或者可以是通过电压开启/关闭并且折射率变化是可调整的可切换透镜阵列。当视差单元500是可切换透镜阵列时，立体图像显示装置可通过开启/关闭可切换透镜阵列选择性地显示3D/2D图像。在该情形中，可切换透镜阵列的最基本构造包括面对的第一基板和第二基板、形成在第一基板与第二基板之间的液晶层、形成在第二基板上的公共电极、以及设置在第一基板上的对应于透镜区域的多个第一电极，所述透镜区域对应于一个节距。

当立体图像显示装置显示3D图像时，通过给设置于透镜区域中心中的第一电极施加最高电压，随着第一电极远离透镜区域中心而给第一电极施加降低的电压，并且给公共电极施加被施加于第一电极的电压中的最低电压，来驱动可切换透镜阵列。在该情形中，因为折射率在透镜区域的中心最低且 随着第一电极远离透镜区域的中心而增大，所以可如同凸透镜中一样，获得光学折射率的差异，由此根据视点分离液晶面板200上显示的图像。

此外，当立体图像显示装置显示2D图像时，可切换透镜阵列在设置于可切换透镜阵列中的第一电极与公共电极之间不具有折射率的差异，因而用作将图像原样传输到液晶面板下部的透明膜。

液晶面板200包括彼此面对的下部板210和上部板220、填充在下部板210与上部板220之间的液晶层、形成在下部板一侧的薄膜晶体管阵列、以及形成在上部板一侧的滤色器阵列。

可在液晶面板200的上侧和下侧处进一步设置第一偏振板110和第二偏振板120。这种第一偏振板110和第二偏振板120具有彼此交叉的透射轴，当不施加电压时，存在于下部板210和上部板220一侧的液晶最初以扭曲状态排列，由此在初始状态中控制光的透射。

立体图像显示装置通过调整后方屏障300的水平行上的开口403的周期以及视差单元500中单位透镜的节距调整最佳观看距离(OVD)，开口403的周期是相邻开口403的起点之间的距离，相邻开口403的周期在子像素中重复。

在该情形中，当通过增加或减小开口403的周期和子像素的节距，将开口403的周期与子像素的节距之间的差设为增大时，可防止其中与黑矩阵层重叠较宽面积的区域在显示面板上显现为更黑的黑带效应(black-band effect)。

同时，视差单元500的透镜节距可大致与后方屏障300的周期相同。在一些情形中，视差单元500的透镜节距可稍微低于后方屏障300的周期。

在该情形中，当后方屏障300的各个开口的周期高于子像素的节距时，最佳观看距离减小，而当后方屏障300的各个开口的周期低于子像素的节距时，最佳观看距离增大。

同时，在后方屏障300上未形成开口403的位置处设置遮光图案。在该情形中，当视点数量为n时，开口403与遮光图案301之间的面积比具有1：(n-1)的关系。

在后方屏障300与背光单元100之间设置有光收集单元400。

光收集单元400用于折射从背光单元100发射的光并将折射的光收集在后方屏障300的开口中。

为了该目的，光收集单元400由具有预定折射率的特定图案的透明材料制成。

图2图解了根据本发明一个典型实施方式的立体图像显示装置中设置的光收集单元400的第一实施方式。

根据第一实施方式的光收集单元400包括：设置在后方屏障300下方的倒三角形的棱镜图案401、以及设置成覆盖包括棱镜图案401在内的后方屏障300的底表面的透明绝缘膜402。

在该情形中，棱镜图案401可由具有相对低折射率(即，1.4到1.5)的透明树脂形成，透明绝缘膜402可由具有相对高折射率(即，1.6到1.7)的透明树脂形成。

在该情形中，可使用UV固化剂(即，UV树脂)等形成棱镜图案401和透明绝缘膜402。

此外，棱镜图案401不设置在后方屏障300的开口403上。就是说，倒三角形的棱镜图案401设置在各个开口403之间，并且透明绝缘膜402设置在每一个开口403下方。

下面将描述使用棱镜图案401和透明绝缘膜402的光收集原理。

从背光单元100发射以向着开口403传播的光经由透明绝缘膜402和开口403入射到液晶面板200上。

因为透明绝缘膜402用作具有高折射率n2的介质，并且棱镜图案401用作具有低折射率n1的介质，所以入射到棱镜图案401上的光根据斯涅尔定律在透明绝缘膜402与棱镜图案401之间的界面处被全反射。为引起这种全反射，棱镜图案401的下部顶点的角度可处于60°到120°的范围内。

在该情形中，当棱镜图案401与透明绝缘膜402之间形成的角度大于或等于临界角时，向着棱镜图案401入射的大部分光被反射到开口403。

结果，因为从背光单元100发射的光直接入射到开口403上或者被折射以入射到开口403上，所以根据本发明一个典型实施方式的立体图像面板具有大大提高亮度的效果。

图3到5是通过示例的方式图解棱镜图案401的各种形状的示图。在此，为了便于描述，未示出透明绝缘膜402。

图3是图解当后方屏障300的开口403形成为矩形形状时，棱镜图案401的形状的透视图。

如图3中所示，后方屏障300的开口403可以以恒定周期布置在水平方向上，并且开口403可形成为在垂直方向上暴露出相邻子像素的矩形形状。

在该情形中，棱镜图案401形成为其中矩形形状的一个侧表面在开口403之间与后方屏蔽300接触的三角棱镜形状。

图4A是图解当后方屏障300的开口403形成为平行四边形形状时，棱镜图案401的形状的透视图，图4B是图解当后方屏障300的开口403形成为变形的平行四边形形状时，棱镜图案401的形状的透视图。

如图4A中所示，后方屏障300的开口403可形成为其中开口403在斜向上倾斜的形状，即形成为一种平行四边形形状。在该情形中，棱镜图案401形成为其中平行四边形形状的一个侧表面在开口之间与后方屏蔽300接触的三角棱镜形状。

参照图4B的变形形状，后方屏障300的开口403可形成为使得垂直相邻的平行四边形形成为在相反方向上倾斜的形状。在该情形中，棱镜图案也可形成为下述形状，在该形状中，两个三角棱镜在垂直方向上彼此相邻，所述三角棱镜的平行四边形的一个侧表面在开口403之间与后方屏蔽300接触。

图5是图解当后方屏障300的开口403形成为其中在斜向上布置多个小矩形的形状时，棱镜图案401的形状的透视图。

如图5中所示，后方屏障300的每个开口403的矩形可形成为其中这些矩形相对于垂直方向以斜向布置的形状。在该情形中，后面的开口相对于前面的开口移位一开口宽度。布置在一个斜向上的这种开口称为开口行，这种开口行以恒定周期布置在水平方向上。

在该情形中，每个开口的纵向长度可与每个子像素的纵向长度相同，并且每个开口的水平长度可低于每个子像素的节距。在该情形中，棱镜图案401形成为使得多个短三角棱镜具有在各个开口403之间与后方屏蔽300接 触的侧表面。

如上所述，棱镜图案401可根据后方屏障300中设置的开口403的图案而以各种形状进行变形。

此外，因为即使当开口403形成为平行四边形形状或者在斜向上形成开口403的行时，倾斜角也不会超过5°，所以即使当棱镜图案401的侧表面形成为三角棱镜形状时，不管开口403的形状如何，都不会显著降低亮度。

图6图解了根据本发明一个典型实施方式的立体图像显示装置中设置的光收集单元400的第二实施方式。

根据本发明第二实施方式的光收集单元400特征在于，多个凸透镜411设置在后方屏障300的整个下表面上。

在该情形中，凸透镜411分别形成为覆盖开口403，并且每个开口403可设置在每个凸透镜411的中心。

当如上所述形成凸透镜411时，从背光单元100发射的光被凸透镜411折射，以入射到开口403上。

为了该目的，凸透镜411形成为具有低折射率(即，1.4到1.5)。

在根据第一实施方式的光收集单元400中，必须实质形成透明绝缘膜402，但在根据第二实施方式的光收集单元400中，可在每个凸透镜411上进一步形成或者不形成透明绝缘膜402。

当在每个凸透镜411上形成透明绝缘膜402时，透明绝缘膜可具有高折射率(即，1.6到1.7)。在该情形中，可使用UV固化剂(即，UV树脂)等形成凸透镜411或透明绝缘膜402。

这种凸透镜411的形状也可根据开口403的图案而以各种形状进行变形。

图7到9是通过示例的方式图解凸透镜411的各种形状的示图。在此，为了便于描述，未示出透明绝缘膜402。

如图7中所示，后方屏障300的开口403可形成为多个矩形形状。在该情形中，凸透镜411可形成为半圆柱形状，并且凸透镜411还可形成为使得矩形形状的底表面覆盖开口403。

此外，如图8A中所示，后方屏障300的开口403可形成为平行四边形 形状。在该情形中，凸透镜411可形成为其中以预定角度倾斜的圆柱在垂直方向上被切割而成的半圆柱形状，并且作为凸透镜411的切面的平行四边形区域可形成为覆盖开口403。

图8B是图解变形的平行四边形形状的开口403、以及凸透镜411的示图。

参照图8B的变形形状，后方屏障300的开口403可形成为下述形状，在该形状中，形成在垂直方向上的两个相邻平行四边形在不同的方向上倾斜，如图8B中所示。在该情形中，凸透镜411可具有下述形状，在该形状中，具有以不同角度倾斜的平行四边形切面的两个倾斜半圆柱在垂直方向上彼此相邻。

此外，如图9中所示，后方屏障300的每个开口403的多个矩形可形成为其中这些矩形相对于垂直方向以斜向布置的形状。在该情形中，后面的开口相对于前面的开口移位一开口宽度。布置在一个斜向上的这种开口称为开口行，这种开口行以恒定周期布置在水平方向上。

在该情形中，凸透镜411的矩形切面可布置在斜向上，以覆盖各个开口403，所述凸透镜411具有其中圆柱在垂直方向上被切割而成的形状。

同时，在该情形中，可应用下述凸透镜，所述凸透镜具有其中如图8A中所示的底侧为平行四边形形状的长半圆柱形状。因为开口行在垂直方向上斜度不超过大约5°，所以也可应用下述凸透镜，所述凸透镜具有其中如图7中所示的底侧为矩形形状的长半圆柱形状。

如上所述，凸透镜411可根据后方屏障300中设置的开口403的图案而以各种形状进行变形。

此外，因为即使当开口403形成为平行四边形形状或者在斜向上形成开口403的行时，开口403在垂直方向上倾斜的角度也不会超过5°，所以即使当如图7中所示形成凸透镜411时，不管开口403的形状如何，都不会显著降低亮度。

图10A是图解通过使用根据第一实施方式的光收集单元400检测亮度变化所获得的结果的图表，图10B是图解通过使用根据第二实施方式的光收集单元检测亮度变化所获得的结果的图表。

在图10A和10B中，左边的图表表示不包括光收集单元400的立体图像显示装置的亮度，右边的图表表示包括光收集单元400的立体图像显示装置的亮度。

x轴方向表示子像素的位置，y轴方向表示亮度。因为由于存在后方屏障300，光不透过除开口403以外的其他子像素区域，所以图表中的节距不是连续的。

因此，能够看出，与不使用棱镜图案401和凸透镜411时相比，当使用根据第一实施方式的棱镜图案401时以及当使用根据第二实施方式的凸透镜411时，针对每个开口检测的亮度大大提高。

如上所述，本发明特征在于，使用包括棱镜图案或凸透镜的光收集单元解决了诸如亮度劣化之类的问题，所述亮度劣化是使用后方屏障和视差单元实现立体图像的立体图像显示装置的一个缺陷。

本发明提供了一种使用后方屏障和视差单元而不使用间隙玻璃实现立体图像的立体图像显示装置。相应地，立体图像显示装置进一步包括光收集单元，因而能够通过将从背光单元发射的光收集在后方屏障的开口中，大大地提高立体图像显示装置的亮度。

在不背离本发明的精神或范围的情况下可在本发明中进行各种修改和变化，这对于本领域技术人员来说是显而易见的。因而，本发明意在覆盖落入所附权利要求范围及其等同范围内的所公开实施方式的修改和变化。