专利名称：自动立体显示器的制作方法
技术领域：
本发明总体构思涉及一种可在三维(3D)和二维(2D)操作模式之间切换的自动立体显示器，更具体地讲，涉及一种改进的可在2D/3D切换的自动立体显示器。
背景技术：
通常，自动立体显示器用于游戏机、计算机监视器、笔记本电脑显示器、移动电话和其它用于产生立体图像的应用装置。
通常，自动立体显示器根据图像信号在二维(2D)和三维(3D)模式之间机械地进行切换，从而选择性地提供2D图像或3D图像。已经研究出了多种类型的可切换自动立体显示器。
例如，题目为“convertible 2D/3D autostereoscopic display”由Eichenlaub发明的第5,500,765号美国专利公开了一种使用双凸透镜视差元件的传统的2D/3D可切换自动立体显示器，其中，通过将具有负折射光焦度的互补双凸透镜片安装到具有正折射光焦度的双凸透镜视差元件来实现从3D模式到2D模式的切换。所附的互补双凸透镜片补偿双凸透镜视差元件的光焦度，从而能够在图像面板上利用全分辨率看见2D图像。为了提供2D/3D切换，传统显示器具有安装在铰链上的屏幕大小的互补双凸透镜片，这使得通过旋转来安装或拆卸互补双凸透镜片。因此，传统显示器结构复杂，并且绕铰链旋转的互补双凸透镜片在传统显示器内和在传统显示器周围需要大量的自由空间，从而传统显示器的整个尺寸增大。
题目为“parallax barrier，display，passive polarzation modulating opticalelement，and method of making such an element”由Moseley等人发明的美国第6,437,915号专利公开了另一种基于隐藏的视差屏障的传统2D/3D可切换显示器，所述显示器通过将偏振片安装到显示屏幕上来被激活。
图1是如第6,437,915号美国专利所公开的使用可去除的偏振片的传统开关可切换视差屏障的透视图。对照图1，所述显示器的传统视差屏障包括偏振更改层10和偏振片11形式的偏振器。偏振更改层10包括多个孔区域12，所述多个孔径区域12以细长狭缝区域的形式平行排列，用于将线偏振入射光13旋转90度。孔径区域12由屏障区域14分离，所述屏障区域14被排列为不影响入射光13的偏振。
当所述传统的视差屏障位于薄膜晶体管(TFT)型液晶显示器(LCD)之前时，从LCD输出的光在由箭头A指示的方向上偏振。
偏振片11具有由箭头B指示的偏振方向，所述偏振方向垂直于入射光的偏振方向A。然而，偏振方向B平行于穿过孔径区域12的光的偏振方向，这样，传统视差屏障以屏障模式操作，并且入射光透过孔径区域12同时入射光基本上被由屏障区域14所限定的传统视差屏障的那些部分所阻挡或消除。为了使传统视差屏障在非屏障模式下操作，使偏振片11不工作，例如，将偏振片11移开。在非屏障模式下，由于孔径区域12没有被偏振片11检偏，所以孔径区域12基本上是看不见的。
图2A到2C示出了偏振片和传统视差屏障的传统布置。
对照图2A，偏振片21通过双铰链25安装到立体显示器20。这使得偏振片21可以旋转到显示器20的前面。在这种情况下，需要用于使安装在铰链25上的偏振片21进行移动的空间，从而导致臃肿复杂的结构。
对照图2B，偏振片形成在透明薄膜27上，所述透明薄膜27具有透明和非偏振的纵向区域。透明薄膜27缠绕在辊子29上，所述辊子29位于LCD和偏振更改层的任一侧。辊子29由例如电机驱动，从而偏振片的偏振区域或者薄膜27的透明非偏振区域可以位于LCD的前面。
当透明薄膜27缠绕在辊子29上时，辊子29和用于驱动辊子29的电机应该位于传统显示器的机身上。因此，传统显示器复杂并且很难使用。
图2C示出了用于在3D模式操作和2D模式操作之间进行切换的另一种布置。对照图2C，偏振片安装在LCD的前面，一个层被安置为可绕垂直于偏振片的轴旋转。
可以通过旋转或滚动偏振片11来将在第6,437,915号美国专利中公开的传统显示器在2D和3D模式之间进行切换。然而，在这种情况下，传统显示器的整个尺寸明显大于显示器屏幕的尺寸。偏振片11的旋转也需要在显示器屏幕周围的大量空间，并且没有提供传统视差屏障结构的完全不可见。
发明内容
本发明总体构思提供了一种可2D/3D切换的自动立体显示器，所述自动立体显示器能够在窄的空间内使用平面阵列的最小移动来在3D模式和全解析的2D模式之间进行切换。
可以通过提供一种自动立体显示器来实现本发明总体构思的上述和/或其它方面，所述自动立体显示器包括显示装置，用于显示图像；视差屏障单元，用于在2D模式下透射所有入射光，在3D模式下通过形成屏障来将入射光分成左眼图像和右眼图像。所述视差屏障单元包括偏振器，位于由所述显示装置显示的图像的光路上，用于将具有预定偏振方向的光透射；第一平面阵列，包括第一和第二双折射元件，所述第一双折射元件将透过所述偏振器的光的偏振方向变成第一方向，所述第二双折射元件将透过所述偏振器的光的偏振方向变成与第一方向相反的第二方向，所述第一和第二双折射元件彼此交替；第二平面阵列，面对所述第一平面阵列，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将透过所述第一平面阵列的光的偏振方向变成第三方向，所述第四双折射元件将透过所述第一平面阵列的光的偏振方向变成与第三方向相反的第四方向，所述第三和第四双折射元件彼此交替；检偏器，面对所述第二平面阵列，用于仅仅将透过所述第二平面阵列的光中的具有预定的检偏器偏振方向的光透射，其中，所述第一和第二平面阵列中的至少一个可动来控制所述第一和第二双折射元件以及所述第三和第四双折射元件的相对位置来选择性地显示2D图像或3D图像。
还可以通过提供一种自动立体显示器来实现本发明总体构思的上述和/或其它方面，所述自动立体显示器包括第一平面阵列，用于接收图像的入射光并且具有多个第一和第二双折射元件，所述第一和第二双折射元件用于在第一和第二方向上改变入射光的偏振；第二平面阵列，与第一平面阵列相邻而置，用于从第一平面接收入射光，并且具有多个第三和第四双折射元件，所述第三和第四双折射元件用于在第一和第二方向上改变入射光的偏振；检偏器，用于从第二平面阵列接收入射光并且透射预定偏振的入射光；和切换器，用于切换第一和第二平面阵列的相对位置，从而当立体自动显示器在3D模式下操作时，使得图像的入射光的第一部分被所述检偏器阻挡，而图像的入射光的第二部分透过所述检偏器。
还可以通过提供一种自动立体显示器来实现本发明总体构思的上述和/或其它方面，所述自动立体显示器包括第一双折射阵列；第二双折射阵列，与第一双折射阵列相对而置；和相对位置单元，用于沿着移动轴来移动第一和第二双折射阵列中的一个，所述移动轴与第一和第二双折射阵列平行。
还可以通过提供一种用于自动立体显示器的视差屏障单元来实现本发明总体构思的上述和/或其它方面，所述视差屏障单元包括检偏器，用于将具有预定检偏器偏振的入射光透射；和至少一个双折射元件，用于接收入射光，将入射光的偏振变换成预定检偏器偏振和预定阻挡偏振中的一个，将具有变换的偏振的光提供到检偏器。
还可以通过提供一种用于自动立体显示器的2D/3D切换器来实现本发明总体构思的上述和/或其它方面，所述2D/3D切换器包括第一双折射阵列；第二双折射阵列，与第一双折射阵列相对而置；和相对位置单元，用于沿着移动轴来移动第一和第二双折射阵列中的一个，所述移动轴与第一和第二双折射阵列平行。
还可以通过提供一种在自动立体显示器中用于在3D模式和2D模式之间进行切换的方法来实现本发明总体构思的上述和/或其它方面，所述方法包括接收图像的偏振光；和控制两个双折射阵列的相对位置，从而使得在第一操作模式下，所有接收的光透过两个双折射阵列以将偏振变换成预定输出偏振，在第二操作模式下，所有接收的光的第一部分透过两个双折射阵列以将偏振变换成预定的阻挡偏振，所有接收的光的第二部分透过两个偏振阵列以将偏振变换成预定的输出偏振。
一种自动立体显示器，包括显示装置，包括背光单元，用于发射光；液晶显示器面板，用于将入射光转换成预定的偏振光来显示图像；和视差屏障单元，用于在2D模式下透射所有的入射光，以及在3D模式下通过形成屏障来将所述入射光分成左眼图像和右眼图像，所述视差屏障单元包括第一平面阵列，包括用于将入射光的偏振方向变成第一方向的第一双折射元件和将入射光的偏振方向变成与所述第一方向相反的第二方向的第二双折射元件，所述第一和第二双折射元件彼此交替，第二平面阵列，面对所述第一平面阵列，并包括将透过所述第一平面阵列的光的偏振方向变成第三方向的第三双折射元件和将透过所述第一平面阵列的光的偏振方向变成与所述第三方向相反的第四方向，所述第三和第四双折射元件彼此交替，和检偏器，面对所述第二平面阵列，用于透射透过所述第二平面阵列的光中的具有预定检偏器偏振方向的光，其中，所述第一和第二平面阵列中的至少一个可动来控制所述第一和第二双折射元件以及所述第三和第四双折射元件的相对位置从而有选择地显示2D图像或3D图像。
通过结合下面附图来描述本发明总体构思的实施方式，本发明总体构思的这些和/或其它方面和优点将变得清楚和更易于理解，这些附图如下图1是示出使用可去除偏振片的传统可开关切换的视差屏障的透视图；图2A到2C示出了传统可开关切换视差屏障的各种机构设计；图3A到3F是示出根据本发明总体构思的实施方式的自动立体显示器的透视图，图3A和3B示出了分别在三维(3D)模式和二维(2D)模式下的自动立体显示器，图3C和3D示出了分别在3D模式和2D模式下的旋光器的阵列，图3E和3F示出了分别在3D和2D模式下的延迟器的阵列；图4A和4B示出了根据本发明总体构思的各种实施方式的图3A到3F中的自动立体显示器的第一和第二平面阵列的双折射元件；图5A和5B是示出根据本发明总体构思的另一实施方式的分别在3D模式和2D模式下的自动立体显示器的透视图；图6A和6B是示出分别在3D模式和2D模式下的图5A和5B的自动立体显示器和LCD的光学布置的截面视图；图7A和7B是示出分别在3D模式和2D模式下的图3A和3B的自动立体显示器和LCD的光学布置的截面视图；图8A和8B是示出分别在3D模式和2D模式下的图3A和3B的自动立体显示器和LCD的另一光学布置的截面视图；图9A示出了根据本发明总体构思的实施方式的用于使用2D/3D切换器来手动控制第一平面阵列和第二平面阵列的机制；图9B示出了通过图9A的2D/3D切换器第二平面阵列被偏移的量。
具体实施例方式
现在将详细讨论本发明总体构思的实施方式，其例子在附图中示出，其中，相同的标号始终表示同一部件。以下通过对照附图来描述实施方式以解释本发明总体构思。
图3A到3F是示出根据本发明总体构思的自动立体显示器的透视图。具体地讲，图3A和3B分别示出在三维(3D)模式和二维(2D)模式下的自动立体显示器。图3C和3D分别示出了分别在3D模式和2D模式下的旋光器的阵列。图3E和3F示出了分别在3D模式和2D模式下的延迟器的阵列。
对照图3A，所述自动立体显示器包括显示装置31和视差屏障单元，所述显示装置31用于显示包括以行和列排列的象素的图像；所述视差屏障单元用于在2D模式下透射所有的入射光，并且用于在3D模式下通过形成屏障来将左眼图像和右眼图像分开。
视差屏障单元包括偏振器32、检偏器33以及位于偏振片32和检偏器33之间的第一和第二平面阵列34和35。第一和第二平面阵列34和35中的至少一个可移动，从而通过相对移动第一和第二平面阵列34和35可以选择性地显示2D图像或3D图像。
偏振片32位于由显示装置31显示的图像的光路上，并且将具有预定偏振方向C的光透射。因此，当非偏振光入射到偏振器32上时，偏振器32仅仅透射具有偏振方向C的光，从而所述光可以成为线性偏振光。
第一和第二平面阵列34和35中的每个可以包括可以是旋光器或延迟器的双折射元件。即，第一平面阵列34包括多个第一和第二双折射元件34a和34b，所述34a和34b中的每个具有预定宽度的带状，并且第一和第二双折射元件34a和34b彼此交替。当第一和第二双折射元件34a和34b是旋光器(即，圆双折射元件)时，第一和第二双折射元件34a和34b分别将入射光旋转+(2n+1)×45°和-(2n+1)×45°。
另一方面，当第一和第二双折射元件34a和34b是延迟器(即，线性双折射元件)时，第一和第二双折射元件34a和34b分别将入射光相位偏移+(2n+1)λ/4和-(2n+1)λ/4。这里，λ表示入射光的波长，n＝0、1、2、3…。当n＝0时，所述旋光器可以将入射光旋转+45°，所述延迟器可以将入射光相位偏移λ/4。在这种情况下，所述旋光器或延迟器可以在宽的光谱范围内保持它们属性，并且相对于入射角度显示了很强的容限。
第二平面阵列35包括第三和第四双折射元件35a和35b，所述第三和第四双折射元件35a和35b的每个具有预定宽度的带状，所述第三和第四双折射元件35a和35b彼此交替。与第一和第二双折射元件34a和34b相似，第三和第四双折射元件35a和35b的每个可以是旋光器(即，圆双折射元件)或延迟器(即，线双折射元件)。
可以通过相对移动第一和第二平面阵列34和35来选择2D模式或3D模式。例如，第一平面阵列34的位置可被固定，而第二平面阵列35可水平移动，从而可以在图3A所示的第一位置和图3B所示的第二位置之间切换第二平面阵列35的位置。在第一位置，在第一平面阵列34的第一和第二双折射元件34a和34b之间的边界不与第二平面阵列35的第三和第四双折射元件35a和35b之间的相应的边界对齐，从而由于下述的操作原理而形成视差屏障，因此允许在3D模式下操作。
然而，在第二位置，在第一平面阵列34的第一和第二双折射元件34a和34b之间的边界与第二平面阵列35的第三和第四双折射元件35a和35b之间的相应的边界对齐，从而将由显示装置31显示的所有图像透射，因此允许在2D模式下操作。
第一和第二平面阵列34和35的第一到第四双折射元件34a、34b、35a和35b的每个可以具有带状，所述带状沿着平行于偏振器32的偏振方向C的第一方向延伸。第一和第二平面阵列34和35可以相对偏移，相对偏移方向相对于第一、第二、第三和第四双折射元件34a、34b、35a和35b布置的第一方向倾斜第一倾角Φ(见图9B)，从而当手动切换模式时，相对于第一平面阵列34的第二平面阵列35的有效位移可以小于当如图3A所示的第二平面阵列35被偏移时的模式切换的有效位移。
应该明白，第一和第二平面阵列34和35的双折射元件不限于上述的图3A和3B示出的那些布置，可以具有另外的布置。例如，第一和第二平面阵列34和35的双折射元件可具有图4A和4B示出的各种布置。
对照图4A，第一和第二平面阵列34和35的双折射元件41和43具有偏振方向相反或延迟方向相反的特性的带状，并且双折射元件41和43沿着相对于偏振器32的偏振方向倾斜第二倾角“α”的第二方向E延伸。在这种情况下，第一和第二平面阵列34和35在相对偏振器32的偏振方向倾斜第三倾角(未示出)的第三方向上相对偏移，所述第三倾角与第二倾角“α”不同。
对照图4B，第一和第二平面阵列34和35以楼梯式布置，并且包括二维双折射元件45和47。
在图4A和图4B示出的第一和第二平面阵列34和35中，当偏振旋光器用作双折射元件时，双折射元件41和45将入射光的偏振方向旋转+(2n+1)×45°，相邻的双折射元件43和47将入射光的偏振角度旋转-(2n+1)×45°，其中，n＝0、1、2、3…。当偏振延迟器用作双折射元件时，双折射元件41和45将入射光相位偏移+(2n+1)λ/4，相邻的双折射元件43和47将入射光偏移-(2n+1)λ/4，其中，λ表示入射光的波长，n＝0、1、2、3…。
检偏器33面对第二平面阵列35，并且仅仅透射透过第二平面阵列35的光中的具有预定偏振的光。
偏振器32和检偏器33的偏振方向可以彼此平行也可以彼此垂直。对照图3A到图3F，偏振器32和检偏器33的偏振方向彼此垂直。即，偏振器32的偏振方向C平行于显示装置31的竖直方向，检偏器33的由箭头D指示的偏振方向平行于显示装置31的水平方向。
现在将对照图3A到图3F来详细解释根据本实施方式的自动立体显示器的操作。
对照图3A到图3D，第一和第三双折射元件34a和35a是+45°旋光器，第二和第四双折射元件34b和35b是-45°旋光器。具体地讲，图3A和3C示出了3D模式下的第一和第二平面阵列34和35，图3B和3D示出了2D模式下的第一和第二平面阵列34和35。
对照图3A和3C，从显示装置31发出的光由偏振器32在竖直方向C上偏振。在竖直方向C上偏振的光的部分I透过第一平面阵列34的第一双折射元件34a，从而使得竖直偏振的光的部分I的偏振方向旋转+45°。因此，所述光的部分I然后透过第二平面阵列35的第三双折射元件35a，从而使得所述光的部分I的偏振方向再被旋转+45°。结果，竖直偏振的光的部分I的偏振方向旋转90°，使得可以通过检偏器33来看见所述光的部分I。竖直偏振的光的部分II透过第一平面阵列34的第一双折射元件34a和第二平面阵列35的第四双折射元件35b。竖直偏振的光的部分IV透过第一平面阵列34的第二双折射元件34b和第二平面阵列35的第三双折射元件35a。相应地，由于所述光的部分II的偏振方向由第一双折射元件34旋转+45°，然后由第四双折射元件35b旋转-45°，所述光的部分IV的偏振方向由第二双折射元件34b旋转-45°，然后由第三双折射元件35a旋转+45°，所以所述光的部分II和部分IV的偏振抵消，因此所述光的部分II和部分IV在偏振上毫无改变地到达检偏器33。因此，在3D模式下，由于所述光的部分II和部分IV具有垂直于检偏器33的偏振方向D的偏振方向，所以在3D模式下阻挡部分II和部分IV从检偏器33透射出。
竖直偏振的光的部分III透过第一平面阵列34的第二双折射元件34b，从而使得竖直偏振的光III的偏振方向旋转-45°。随后，所述光的部分III透过第二平面阵列35的第四双折射元件35b，从而使得所述光的部分III的偏振方向再旋转-45°。结果，所述光的部分III的偏振方向旋转-90°。由于所述光的部分III的偏振方向与检偏器33的偏振方向D相同，所以在3D模式下所述光的部分III可以透过检偏器33。
如上所述，通过将第一和第二平面阵列34和35偏移图3A、图3C和图3E的距离S，入射光透过部分W1，被阻挡而不能透过部分W2。因此，部分W2可用作视差屏障。部分W2可具有等于双折射阵列的间距P的一半的宽度。部分W1和部分W2的长度可根据第一平面阵列34和第二平面阵列35之间的距离S来控制，并且可以通过考虑光损失和左眼图像和右眼图像之间的串扰来确定。
由于在Journal of the SMPTE，Vol.59，pp 11-21(1952)中公开的S.H.Kaplan所著的“Theory of Parallax Barriers”所公开的视差屏障的基本理论和计算是本领域技术人员应该知道的，所以不提供其详细的解释。
对照图3B和3D，第一和第二平面阵列34和35彼此对齐，用于实现全分辨率的2D模式。因此，从显示装置31发出的光被偏振器32偏振，然后透过第一和第二平面阵列34和35，从而被旋转+90°或-90°，从而使得所述光的偏振方向与检偏器33的偏振方向D相同。结果，入射到检偏器33的所有光透过检偏器33。
第一平面阵列34和第二平面阵列35可以通过手动或机电或压电致动器来相对偏移。手动操作可由用户执行，这将在下面描述。其它方法/结构也可以用于将第一平面阵列34和/或第二平面阵列35偏移。
对照图3E和图3F，第一和第三双折射元件34a和35a是+λ/4延迟器，而第二和第四双折射元件34b和35b是-λ/4延迟器。
具体地讲，图3E示出了3D模式下的第一和第二平面阵列34和35；图3F示出了2D模式下的第二和第四平面阵列34和35。以与上述对照图3C和3D相同的方式来将第一和第二平面阵列34和35相对偏移，从而通过选择性地形成视差屏障来实现3D图像或全解析2D图像。
图5A和5B是分别示出根据本发明总体构思的另一实施方式的3D模式和2D模式下的自动立体显示器的透视图，其中，偏振器132和检偏器133的偏振方向C彼此平行。即，偏振器132和检偏器133的偏振方向C平行于显示装置131的竖直方向。第一平面阵列134包括第一和第二双折射元件134a和134b，所述双折射元件134a和134b中的每个具有预定宽度的带状，并且第一和第二双折射元件134a和134b彼此交替。第一双折射元件134a可以是将入射光旋转-45°的旋光器或将入射光的相位偏移-λ/4的延迟器。第二双折射元件134b可以是将入射光旋转+45°的旋光器或将入射光的相位偏移+λ/4的延迟器。
第二平面阵列135包括第三和第四双折射元件135a和135b，所述双折射元件135a和135b中的每个具有预定宽度的带状，第三和第四双折射元件彼此交替。第三双折射元件135a可以是将入射光旋转+45°的旋光器或将入射光的相位偏移+λ/4的延迟器。第四双折射元件135b可以是将入射光旋转-45°的旋光器或将入射光的相位偏移-λ/4的延迟器。以下描述第一、第二、第三和第四双折射元件134a、134b、135a和135b是±45°的实施方式。
对照图5A，当自动立体显示器在3D模式下时，从显示装置31发出的光被偏振器132在竖直方向C上偏振。在竖直方向C上偏振的光的一部分透过第一和第三双折射元件134a和135a，或者透过第二双折射元件134b和第四双折射元件135b。由于竖直偏振的光由第一和第四双折射元件134a和135b旋转-45°，由第二和第三双折射元件134b和135a旋转+45°，所以所述光的偏振抵消，从而所述光在其偏振方向上毫无改变地入射到检偏器133。因此，光透过检偏器133。
在竖直方向C上偏振的光的另一部分透过第一双折射元件134a和第四双折射元件135b，或者透过第二双折射元件134b和第三双折射元件135a。由于光分别被第一和第四双折射元件134a和135b中的每个旋转-45°，或者被第二和第三双折射元件134b和135a中的每个旋转+45°，所以所述光总共被旋转-90°或+90°。结果，使得所述光的偏振方向垂直于检偏器133的偏振方向，因此，在3D模式下所述光被阻挡从检偏器133透过。
尽管第一、第二、第三和第四双折射元件134a、134b、135a和135b如上描述为将入射光旋转±45°的旋光器，但是第一、第二、第三和第四双折射元件134a、134b、135a和135b还可以是将输入光相位偏移±λ/4的延迟器。
如上所述，通过将第一和第二平面阵列134和135偏移距离S，入射光透过部分W3，被阻挡而不能透过W4。在这种情况下，部分W4起视差屏障的功能。部分W3和W4之间的长度能够被第一和第二平面阵列134和135之间的距离S控制，并且能够通过考虑光损失以及左眼图像和右眼图像之间的串扰而确定。
对照图5B，第一和第二平面阵列134和135彼此对齐，用于实现全解析2D模式。从显示装置131发出的光被偏振器132在竖直偏振方向C上偏振。竖直偏振的光的一部分被第一双折射元件134a旋转-45°，然后透过第三双折射元件135a以被旋转+45°，从而使得所述光的偏振被抵消，因此，使得所述光具有与检偏器133的偏振方向(即，竖直方向)相同的偏振方向。竖直偏振的光的另一部分被第二双折射元件134b旋转+45°，被第四双折射元件旋转135b旋转-45°，从而使得所述光的另一部分的偏振方向抵消，因此，在2D模式下所述光具有与检偏器133的偏振方向(即，竖直方向)相同的偏振方向。因此，在2D模式下，入射到检偏器133的所有光透过检偏器133。
图6A和6B是示出根据本发明总体构思实施方式的分别在3D模式和2D模式下的图5A和5B中的自动立体显示器的光学布置的截面视图。
对照图6A，显示装置31的象素被分成列CI和CII两组，用于显示立体图像。因此，在3D模式下使用列CI显示左眼图像，使用列CII显示右眼图像。第一和第二平面阵列134和135包括可以是±45°旋光器或±λ/4延迟器的双折射元件。在图6A示出的3D模式下，第一平面阵列134的双折射元件和第二平面阵列135之间的双折射元件之间的边界不对齐。在图6B示出的2D模式下，所述边界彼此对齐。因此，在3D模式下，透过第一和第三双折射元件134a和135a的光和透过第二和第四双折射元件134b和135b的光透过检偏器133到达观众的眼睛。另一方面，由于透过第一和第四双折射元件134a和135b的光和透过第二和第三双折射元件134b和135a的光的偏振方向与检偏器133的偏振方向垂直，所以穿过第一和第二平面阵列134和135的所述光不能够透过检偏器133。因此，在自动立体显示器中偏振器132、第一和第二平面阵列134和135、和检偏器133可以起视差屏障单元的作用。
因此，在由显示装置131的列CI提供的左眼图像中，射向观众的右眼的图像被检偏器133阻挡，由列CI提供的射向观众的左眼的图像能够透过检偏器133。相似地，在由显示装置131的列CII提供的右眼图像中，射向观众的左眼的图像被阻挡，而由列CII提供的射向观众的右眼的图像能够透过检偏器133。因此，观众能够感觉立体图像。
对照图6B，在2D模式下，第一平面阵列134的双折射元件和第二平面阵列135的双折射元件之间的边界彼此对齐。即，第一和第三双折射元件134a和135a彼此面对，第二和第四双折射元件134b和135b彼此面对。在这种情况下，由第一和第三双折射元件134a和135a旋转的入射光的偏振抵消，由第二和第四双折射元件134b和135b旋转的入射光的偏振被补偿，从而没有实现视差屏障功能。结果，从显示装置131的全部区域提供的图像的偏振方向与检偏器133的偏振方向相同，由显示装置131的全部象素显示的图像被分开地提供到观众的左眼和右眼。
在本实施方式中，显示装置131可以是等离子显示面板(PDP)，用于发射非偏振光，或者可以是液晶显示器(LCD)，用于发射偏振光。当PDP用作显示装置131时，偏振器132可以用于将非偏振光偏振。另一方面，当LCD用作显示装置131时，由于LCD发射偏振光，所以偏振器132不是必需的。
图7A和7B是示出根据本发明总体构思实施方式的分别在3D模式和2D模式下的图3A和3B中的自动立体显示器的光学布置的截面视图。
对照图7A和7B，显示装置包括背光单元210和显示单元220，所述背光单元210位于选择性地形成屏障的视差屏障230后面。显示单元220包括后偏振器221、LCD面板225和前偏振器。显示单元220通过选择性地驱动二维排列的多个象素来形成图像，从而使用背光单元210照明图像来提供立体图像。
如图3A到3F所示的视差屏障单元230选择性地透射入射光，并且包括偏振器232、第一和第二平面阵列234和235以及检偏器233。视差屏障单元230的偏振器232可以用作显示单元220的前偏振器。因此，在配置显示单元220时可以省去前偏振器。
图8A和8B是示出根据本发明总体构思的另一实施方式的分别在3D模式和2D模式下的图3A和3B中的自动立体显示器和LCD的光学布置的截面视图。
对照图8A和8B，背光单元310位于选择性地形成屏障的视差屏障单元330后面，显示单元320位于视差屏障单元330前面。
图3A到3F示出的视差屏障单元330选择性地透射入射光，并且包括偏振器332、第一和第二平面阵列334和335以及检偏器333。
显示单元320包括后偏振器、LCD面板321和前偏振器325。显示单元320通过选择性地驱动二维排列的多个象素形成图像，从而使用背光单元310照明形成的图像来提供立体图像。
视差屏障单元330的检偏器333可用作显示单元320的后偏振器。因此，在配置显示单元320时可以省去后偏振器。
图9A和9B示出使用2D/3D切换器来手动地控制第一和第二平面阵列434和435的相对位置的机制。
图9A示出通过手动地控制2D/3D切换器来将第二平面阵列435相对第一平面阵列434移动的控制机制。图9B示出第二平面阵列435倾斜偏移的量。
第一平面阵列434和第二平面阵列435具有基本上相同的形状和/或尺寸，可以通过机电或压电致动器来相对偏移。其它的偏移机制也可以用于执行所述相对偏移。
在简单、便携或低成本的显示器中，第一和第二平面阵列434和435的相对偏移可以手工执行。
第二平面阵列435的有效位移可以尽可能的小，而用于手工移动第二平面阵列435的按钮451的操作行进距离可以尽可能的大。当按钮451的操作方向和倾斜方向之间的角度具有倾角Φ时，第二平面阵列435的横向偏移是ST，倾斜方向上的移动SS＝ST/sinΦ。例如，当ST＝0.1和Φ＝1.5°时，倾斜方向的移动SS＝0.1/0.026＝3.8mm。因此，当手工偏移3.8mm时，第二平面阵列435的横向偏移是0.1mm(＝100μm)，这可由手工容易地完成。
图9A示出根据本发明总体构思的实施方式的安装在移动电话400的机身中的可手工控制切换的视差屏障。应该明白所述可手工控制切换的视差屏障还可以用于其它装置。对照图9A，第一平面阵列434被固定，而第二平面阵列435可移动。即，通过在箭头F指出的竖直方向F上移动按钮451，第二平面阵列435可以在由箭头F指出的竖直方向上和/或由箭头G指出的水平方向上偏移。倾斜导件455位于第二平面阵列435的一侧，弹性构件457和插销件459位于第二平面阵列435的另一侧。弹性构件457弹性地将第二平面阵列向倾斜导件455偏置，插销件459被形成为对于各个2D和3D模式将可移动的第二平面阵列锁定到恰当的位置。当按钮451在方向F上移动的量为SL，倾角是Φ以及横向偏移是ST时，SL＝SL/tanΦ。例如，当ST＝0.1mm和Φ＝1.5°时，SL＝0.1/0.026＝3.8mm。当手工偏移3.8mm时，有效横向偏移是0.1mm＝(100um)，这可由手工容易地完成。
由于根据本发明总体构思的各种实施方式的立体显示器能够通过偏移偏振旋光器或偏振延迟器来在2D模式和3D模式之间进行切换，所以可以在小的空间里执行模式切换。
当手工地将平面阵列偏移大约100μm来切换模式时，由于平面阵列的倾斜移动使得可以增加实际操作行进距离，从而使得使用按钮来控制立体显示器变得容易。
另外，通过使用机电或压电致动器来驱动选择性地形成视差屏障的平面阵列，能够容易地实现2D和3D模式切换。
尽管显示和描述本发明总体构思的某些实施方式，但本领域的技术人员应该理解，在不脱离本发明总体构思的原则、精神的情况下可以在这些实施方式中做出改变，本发明总体构思的范围由权利要求和其等同物所限定。
权利要求
1.一种自动立体显示器，包括显示装置，用于显示图像；视差屏障单元，用于在2D模式下透射所有入射光，在3D模式下通过形成屏障来将入射光分成左眼图像和右眼图像，所述视差屏障单元包括偏振器，位于由所述显示装置显示的图像的光路上，用于透射具有预定偏振方向的光；第一平面阵列，包括第一和第二双折射元件，所述第一双折射元件将透过所述偏振器的光的偏振方向变成第一方向，所述第二双折射元件将透过所述偏振器的光的偏振方向变成与第一方向相反的第二方向，所述第一和第二双折射元件彼此交替；第二平面阵列，面对所述第一平面阵列，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将透过所述第一平面阵列的光的偏振方向变成第三方向，所述第四双折射元件将透过所述第一平面阵列的光的偏振方向变成与第三方向相反的第四方向，所述第三和第四双折射元件彼此交替；检偏器，面对所述第二平面阵列，用于仅仅将透过所述第二平面阵列的光中的具有预定的检偏器偏振方向的光透射，其中，所述第一和第二平面阵列中的至少一个可动来控制所述第一和第二双折射元件以及所述第三和第四双折射元件的相对位置来选择性地显示2D图像或3D图像。
2.如权利要求1所述的自动立体显示器，其中，所述第一双折射元件和所述第二双折射元件包括旋光器，用于分别将入射光旋转+(2n+1)×45°和-(2n+1)×45°，其中，n＝0、1、2、3、...。
3.如权利要求1所述的自动立体显示器，其中，所述第一双折射元件和所述第二双折射元件包括延迟器，用于分别将入射光的相位偏移+(2n+1)λ/4和-(2n+1)λ/4，其中，λ是入射光的波长，n＝0、1、2、3、...。
4.如权利要求1所述的自动立体显示器，其中，所述第三双折射元件和所述第四双折射元件包括旋光器，用于分别将入射光旋转±(2n+1)×45°和(2n+1)×45°，其中，n＝0、1、2、3、...。
5.如权利要求1所述的自动立体显示器，其中，所述第三双折射元件和所述第四双折射元件包括延迟器，用于分别将入射光的相位偏移±(2n+1)λ/4和(2n+1)λ/4，其中，λ是入射光的波长，n＝0、1、2、3、...。
6.如权利要求1所述的自动立体显示器，其中，所述预定的偏振器偏振方向与所述预定的检偏器偏振方向彼此平行或者彼此垂直。
7.如权利要求1到6中的任何一个所述的自动立体显示器，其中，所述第一、第二、第三和第四双折射元件被设置为带状，所述带状在与所述预定的偏振器偏振方向平行的方向上延伸。
8.如权利要求7所述的自动立体显示器，其中，所述第一和第二平面阵列相对偏移，所述相对偏移的方向相对于设置所述第一、第二、第三和第四双折射元件的方向倾斜第一倾角。
9.如权利要求1到6中的任何一个所述的自动立体显示器，其中，所述第一、第二、第三和第四双折射元件被设置为带状，所述带状在相对于所述预定的偏振器偏振方向倾斜第二倾角的方向上延伸。
10.如权利要求9所述的自动立体显示器，其中，所述第一和第二平面阵列相对偏移，所述相对偏移的方向相对于所述预定的偏振器偏振方向倾斜第三倾角，所述第三倾角不同于所述第二倾角。
11.如权利要求1到6中的任何一个所述的自动立体显示器，其中，所述第一、第二、第三和第四双折射元件中的每个以楼梯式方式被布置，并且包括多个二维双折射元件。
12.如权利要求1到11中的任何一个所述的自动立体显示器，其中，手动设置所述第一和第二平面阵列的相对偏移。
13.如权利要求1到11中的任何一个所述的自动立体显示器，其中，通过机电或压电致动器来设置所述第一和第二平面阵列的相对偏移。
14.如权利要求1到13中的任何一个所述的自动立体显示器，其中，所述显示装置包括多个二维象素，所述二维象素中的每个独立地发射光。
15.如权利要求14所述的自动立体显示器，其中，所述显示装置包括等离子显示面板。
16.如权利要求1到15中的任何一个所述的自动立体显示器，其中，所述显示装置包括背光单元，用于发射光；后偏振器，用于仅仅透射从所述背光单元发出的光中的具有预定的后偏振器偏振方向的光；液晶显示面板，用于对于每个象素将入射光的偏振转换成预定的LCD偏振并显示图像；所述视差屏障单元位于所述液晶显示面板和观众之间，从而使得所述视差屏障的偏振器用作所述显示装置的前偏振器。
17.如权利要求1到15中的任何一个所述的自动立体显示器，其中所述显示装置包括背光单元，用于发射光；液晶显示面板，用于对于每个象素将入射光的偏振转换成预定的LCD偏振，并且显示图像；前偏振器，用于仅仅透射从所述液晶显示面板发出的光中的具有预定的前偏振器偏振方向的光；所述视差屏障单元位于所述液晶显示面板和所述背光单元之间，从而使得所述视差屏障的偏振器用作所述显示装置的后偏振器。
18.一种自动立体显示器，包括显示装置，包括背光单元，用于发射光；液晶显示器面板，用于将入射光转换成预定的偏振光来显示图像；和视差屏障单元，用于在2D模式下透射所有的入射光，以及在3D模式下通过形成屏障来将所述入射光分成左眼图像和右眼图像，所述视差屏障单元包括第一平面阵列，包括用于将入射光的偏振方向变成第一方向的第一双折射元件和将入射光的偏振方向变成与所述第一方向相反的第二方向的第二双折射元件，所述第一和第二双折射元件彼此交替，第二平面阵列，面对所述第一平面阵列，并包括将透过所述第一平面阵列的光的偏振方向变成第三方向的第三双折射元件和将透过所述第一平面阵列的光的偏振方向变成与所述第三方向相反的第四方向，所述第三和第四双折射元件彼此交替，和检偏器，面对所述第二平面阵列，用于透射透过所述第二平面阵列的光中的具有预定检偏器偏振方向的光，其中，所述第一和第二平面阵列中的至少一个可动来控制所述第一和第二双折射元件以及所述第三和第四双折射元件的相对位置从而有选择地显示2D图像或3D图像。
全文摘要
本发明公开了一种具有改进的可2D/3D切换的结构的自动立体显示器，包括显示装置和视差屏障单元。所述视差屏障单元包括偏振器，位于由所述显示装置显示的图像的光路上，用于将具有预定偏振方向的光透射；第一平面阵列，包括彼此交替偏振方向相反的第一和第二双折射元件；第二平面阵列，面对所述第一平面阵列，包括彼此交替偏振方向相反的第三双折射元件和第四双折射元件；检偏器，面对所述第二平面阵列，用于仅仅将透过所述第二平面阵列的光中的具有预定的检偏器偏振方向的光透射，其中，所述第一和第二平面阵列中的至少一个可移动来控制所述第一和第二双折射元件以及所述第三和第四双折射元件的相对位置来选择性地显示2D图像或3D图像。
文档编号G02F1/1335GK1841125SQ20051012426
公开日2006年10月4日 申请日期2005年11月29日 优先权日2004年11月29日
发明者萨古·切斯塔, 金大式 申请人:三星电子株式会社